Điều chỉnh năng suất máy ly tâm Điều chỉnh máy ly tâm thực hiện trong các trường hợp chế độ làm việc thay đổi theo yêu cầu của phụ tải khác với điều kiện tính toán thiết kế. Khác với điều chỉnh tuabin (lưu lượng công suất, vòng quay áp suất), điều chỉnh các máy ly tâm chủ yếu là điểu chỉnh năng suất. Hình 1.1. Đặc tính của máy ly tâm (quạt) Xét đồ thị trên hình 1.1, ở điều kiện định mức, năng suất máy là Qn, cột áp pn ; điểm công tác là A. Do yêu cầu của hộ tiêu thụ, máy phải cung cấp một lưu lượngnăng suất: Q ≠ Qƞ Để máy có thể làm việc ổn định khi thay đổi chế độ làm việc, ở đây xảy ra ba khả năng : 1. Thay đổi đặc tính của mạng : Tức là thay đổi trở lực trong đường ống của mạng. Trường hợp này cd thể đạt được bằng cách tiết lưu—thay đổi đặc tính OS thành OS1.Thay đổi đặc tính của máy, giữ nguyên đặc tính mạng OS. Trường hợp này có hai khả năng đạt năng suất Q : • Thay đổi đặc tính của máy a b thành a1 – b1 bằng cách thay đổi sổ vòng quay ; 7 • Thay đổi đường đặc tính a b thành a1 b2 bàng cách thay đổi tính chất của bánh công tác. Có thể đạt được điểu này bằng ba cách : Đặt thiết bị hướng dòng vào trước bánh xe công tác ; tức là thay đổi góc vào của nó. Thay đổi độ rộng của bánh xe công tác thay đổi thiết kế. Thay đổi góc ra β2 của bánh xe cống tác. • Điều chỉnh hỗn hợp : thay đổi cả đặc tính của máy bằng cách dùng thiết bị hướng, thay đổi cả số vòng quay : (aobo, abo), OCo Như vậy vùng làm việc của máy là A1ABB1A1. Sau đây xét từng trường hợp cụ thể. 1.1. Phương pháp tiết lưu Giả sử có một quạt làm việc trong hệ thống đường ống. Đặc tính của nó đối với trường hợp van tiết lưu mở hoàn toàn như sau: Điểm A0 là điểm công tác tương ứng với chế độ thiết kế, tại đó hiệu suất của máy là cao nhất. Hay nói một cách khác, máy chỉ làm việc ổn định ở chế độ, mà ở đó năng lượng máy truyền cho chất lưu (năng lượng chất lưu nhận từ bánh công tác) bằng năng lượng tiêu thụ của hệ thống. Ở điểm công tác, ta có các giá trị tương ứng N, Q, p, ƞ 8 Hình 1.2. Điều chỉnh năng suất của máy bằng cách thay đối đặc tính mạng Khi tiết lưu van đầu đẩy giảm năng suất của quạt, trở lực của nó tăng. Theo biểu thức đã trình bày ở phần nguyên lý chung, ta có :
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH
Phương pháp tiết lưu
Trong một hệ thống đường ống, quạt hoạt động với đặc tính khi van tiết lưu mở hoàn toàn Điểm A0 đại diện cho chế độ thiết kế, nơi quạt đạt hiệu suất cao nhất Quạt chỉ hoạt động ổn định khi năng lượng mà nó truyền cho chất lưu bằng năng lượng tiêu thụ của hệ thống Tại điểm công tác này, các giá trị N, Q, p và ƞ được xác định.
Hình 1.2 Điều chỉnh năng suất của máy bằng cách thay đối đặc tính mạng
Khi tiết lưu van đầu đẩy - giảm năng suất của quạt, trở lực của nó tăng
Theo biểu thức đã trình bày ở phần nguyên lý chung, ta có : p ht = k Q 2 (1.1)
Khi tiết lưu xảy ra, giá trị φ thay đổi, dẫn đến sự thay đổi của k; đồng thời, đặc tính của mạng cũng bị ảnh hưởng Điều này khiến đặc tính dịch chuyển lên trên và về phía bên trái.
A0 => A1 => A2 Ở đây ta có hai nhận xét:
• Thứ nhất : ở điểm A0 van mở hoàn toàn; và năng suất đạt cực đại
Điều chỉnh bằng tiết lưu dẫn đến việc giảm năng suất Nói cách khác, phương pháp này chỉ nên được áp dụng khi cần thiết để giảm năng suất.
Điều chỉnh bằng tiết lưu vào thứ hai làm giảm công suất trục máy, dẫn đến việc tăng tổn thất năng lượng tiêu hao Đường cong N thể hiện rằng công suất hữu ích trên trục giảm khi mức tiết lưu tăng lên.
Ví dụ : khi tiết lưu đến điểm A2 thì năng suất của quạt đạt được là Q, năng lượng tiêu hao cho tiết lưu tương ứng với tổn thất áp suất Δp"
Và tổn thất công suất tương ứng trên trục là :
Nhân đây cũng cần lưu ý một số điểm sau đây :
Đường cong N trên đồ thị thể hiện công suất trên trục quạt tương ứng với số vòng quay định mức n của động cơ điện Khi số vòng quay thay đổi, đường cong công suất cũng sẽ thay đổi Mặc dù công suất động cơ không thay đổi khi tiết lưu, công suất trên trục sẽ giảm do tồn thất tiết lưu.
Càng tiết lưu, năng suất càng giảm, nhưng không có nghĩa là cột áp tạo ra sẽ tăng trong hệ thống đường ống Áp suất đẩy của máy chỉ tăng đến trước van, với áp suất dự trữ trước van là pns Tổn thất tiết lưu qua van là Δpn, do đó áp suất sau van chỉ tương đương với cột áp hữu ích là pns Khi van đóng hoàn toàn mà máy vẫn hoạt động, toàn bộ năng lượng cung cấp sẽ biến thành tổn thất năng lượng do tiết lưu, dẫn đến năng suất và áp suất dư trên hệ thống bằng 0 Trường hợp này cần được lưu ý và loại trừ trong quá trình vận hành.
Từ công thức (1.3), tổn thất áp suất Δp" tỷ lệ thuận với mất mát công suất ΔN, đặc biệt rõ rệt ở máy có cánh nghiêng về phía sau Do đó, việc điều chỉnh bằng tiết lưu chỉ nên áp dụng cho máy có công suất nhỏ hoặc trong khoảng điều chỉnh hẹp.
Bốn là : Điều chỉnh bằng tiết lưu chỉ nên dùng trong những trường hợp khi đặc tính của máy thỏa mãn điều kiện N 0
tức là công suất trên trục giảm khi năng suất giảm Còn ở điều khiện N 0
Khi công suất và năng suất thay đổi ngược chiều nhau, việc điều chỉnh bằng tiết lưu không mang lại hiệu quả và chỉ làm tăng tổn thất Điều này đặc biệt đúng với một số máy dọc trục, chẳng hạn như quạt dọc trục Do đó, để điều chỉnh quạt dọc trục, cần thay đổi số vòng quay hoặc sử dụng thiết bị hướng, hoặc thay đổi góc quay của cánh động.
Hình 1.3 Tương quan thay đổi N, Q và ƞ Đối với bơm : Điểu chỉnh bằng tiết lưu chỉ được thực hiện trên đường đẩy
Khi đặt đầu đẩy trên đường hút, việc điều chỉnh độ sâu có thể dẫn đến giảm năng suất nhanh chóng và dễ gây ra hiện tượng đứt dòng, làm gián đoạn sự hoạt động ổn định của bơm.
Thay đổi năng suất của bơm không chỉ phụ thuộc vào độ mở của van tiết lưu mà còn bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi đặc tính của hệ thống.
Hình 1.4 Điều chỉnh năng suất bơm bằng cách thay đổi đặc tính của hệ thống
Như vậy ở đây ta có thể thay đổi hs theo hai khả năng (chứ không phải bằng một cách duy nhất như đối với quạt) :
• Thứ nhất : Thay đổi Hht bằng cách thay đổi kQ 2 (như ở quạt)
Thay đổi Hht có thể thực hiện bằng cách điều chỉnh hs Nếu áp suất đầu hút được coi là bằng áp suất khí quyển và không thay đổi, có hai phương pháp để thay đổi hs (xem hình 1.4).
- Thay đổi chiều cao h : Khi tăng h, hs tăng và nâng suất giảm ; Ngược lại khi giảm h thì hs giảm và năng suất tăng
- Thay đổi áp suất đầu đẩy Px (đầu xả)
Khi áp suất đầu vào (Px) tăng, hệ số (hs) cũng tăng nhưng năng suất lại giảm; ngược lại, khi Px giảm, hs giảm và năng suất tăng Đối với bơm trong nhà máy nhiệt điện, áp suất ở đầu hút và đầu đẩy có thể thay đổi, dẫn đến quá trình phức tạp hơn Chẳng hạn, khi giảm tải tuabin mà lưu lượng và nhiệt độ nước làm mát không thay đổi, bội số tuần hoàn sẽ tăng, làm tăng độ chân không và giảm áp suất trong bình ngưng; điều này khiến hs tăng và Q giảm Thực tế cho thấy, khi giảm tải tuabin, lưu lượng nước ngưng cũng giảm, dẫn đến năng suất bơm giảm.
Tương tự đối với bơm cấp nước Tuy nhiên, trường hợp cả lò hơi và
Khi 12 tuabin thay đổi công suất và chế độ làm việc của bình khử khí, điều kiện làm việc của bơm cấp nước trở nên phức tạp hơn Trong những tình huống này, cần đặc biệt chú ý đến độ an toàn, ổn định và hiệu suất của bơm.
Phương pháp thay đổi số vòng quay
Trong trường hợp có khả năng thay đổi số vòng quay của quạt, thì điều chỉnh năng suất bằng thay đổi số vòng quay là thích hợp nhất
Ta khảo sát đổ thị trên hình 1.5
Máy làm việc với các số vòng quay khác nhau : n1, n2, n4 ; trong đó: n1 < n2 < n3 < n4
Mỗi số vòng quay máy tương ứng với các đặc tính công tác khác nhau, trong khi đặc tính của mạng không thay đổi, dẫn đến sự thay đổi của các điểm công tác A1, A2, A3, A4 Tại những điểm này, năng suất và cột áp có các giá trị tương ứng là Q1, Q2, Q3, Q4, với P1 > P2 > P3 > P4.
Khi tăng số vòng quay, năng suất và cột áp đều tăng, trong khi khi giảm số vòng quay, cả hai chỉ số này đều giảm.
Tương ứng với các điểm công tác A1 ,A2, A4 ta có các công suất tiêu thụ N và hiệu suất ƞ tương ứng
Trường hợp lý tưởng, trong các cơ cấu truyền động không có tổn thất, ta có thể viết :
Hình 1.5 Điều chỉnh năng suất bằng cách thay đổi số vòng quay
Trong các cơ cấu truyền động có tổn thất, như khớp trượt thủy lực và động cơ không đồng bộ với trở kháng trong mạch rotor, những mất mát này tỷ lệ thuận với sự giảm số vòng quay.
Như vậy khi có tổn thất, ở chế độ làm việc thay đổi (Qn - Q), công suất tiêu hao lớn hơn trong trường hợp lý tưởng (không có tồn thất)
N = N (1.9) Điều chỉnh năng suất theo số vòng quay có những ưu điểm cơ bản sau :
Điều chỉnh bằng phương pháp tiết lưu (n = const) chỉ cho phép giảm năng suất một chiều, trong khi đó, phương pháp điều chỉnh khác có khả năng tăng hoặc giảm năng suất.
• Không có tổn thất năng lượng như điểu chỉnh bằng tiết lưu (tổn thất năng lượng do tăng áp lực bởi tiết lưu), nên vận hành rất hiệu quả
Trong thực tế, không phải lúc nào cũng có thể áp dụng phương pháp điều chỉnh số vòng quay cho máy ly tâm nhỏ chạy bằng động cơ điện, do đó, năng suất chỉ có thể điều chỉnh bằng phương pháp tiết lưu Ngược lại, máy ly tâm năng suất cao có thể sử dụng động cơ điện để thay đổi số vòng quay theo cấp, mang lại hiệu suất cao hơn.
Tuy nhiên, do chi phí cao, các thiết bị này ít được sử dụng Trong những trường hợp như bơm và máy nén kiểu tuốc-bô trong ngành luyện kim, công nghiệp hóa chất hoặc các trung tâm nhiệt điện, người ta thường sử dụng tuabin để kéo.
Phương pháp đi tắt (by pass)
Tốc độ quay không đổi
Lắp thêm đường ống nối tắt đầu hút và đầu đẩy
Trường hợp định mức đóng van nối tắt
Giảm lưu lượng bằng cách bơm chạy đầy tải và mở van nối tắt
Trường hợp hệ thống chạy non tải, lưu lượng đi qua bơm càng lớn, hiệu suất bơm càng giảm Ưu điểm: dễ thực hiện
Nhược điểm: tổn thất năng lượng lớn.
Phương pháp đặt thiết bị hướng ở đầu bánh xe công tác
Từ phương trình Euler cột áp tổng quát xác định cột áp lý thuyết khi cánh quạt là vô hạn
Áp suất mà quạt tạo ra khi nhận năng lượng Hth phụ thuộc vào điều kiện đầu vào của bánh xe công tác Sự xoắn dòng ở đầu vào có ảnh hưởng lớn đến giá trị cột áp, và nếu đặc tính của mạng không thay đổi, sự xoắn dòng sẽ làm thay đổi năng suất của máy.
Ta sử: dụng điều kiện trên để điều chinh năng suất của máy ; có thể sử dụng hai phương pháp đặt thiết bị hướng : dọc trục và hướng tâm
1 Thiết bị hướng loại dọc trục
Các cánh hướng được lắp chung quanh trục ; các cánh này đồng thời quay nhờ một trục điều chỉnh đặc biệt, hình 1.7
Hình 1.7 Các thiết bị chỉnh hướng
Tương ứng với mỗi góc vào của cánh hướng là một năng suất Ỏ đây giới hạn bởi hai vị trí :
- Vị trí tối thiểu : đóng hoàn toàn ; các cánh hướng lắp kín ống hút, lúc này Q = 0
- Vị trí cực đại : tương ứng góc mở lớn nhất theo thiết kế ; năng suăt đạt cực đại Qmax
Các giá trị trung gian khác đạt được bằng cách thay đổi góc vào nhờ trục điểu chỉnh
2 Thiết bị hướng loại hướng tâm
Trục của các cánh hướng được đặt song song với trục của rotor máy, và năng suất có thể được điều chỉnh thông qua việc thay đổi góc vào của cánh hướng, như thể hiện trong hình 1.8.
Cánh hướng nên được lắp đặt ngay tại đầu vào của bánh xe công tác, càng gần càng tốt để đạt hiệu quả điều chỉnh cao Nếu cánh hướng được đặt xa, dòng chảy sẽ bị làm chậm nhanh chóng, dẫn đến tổn thất năng lượng đầu vào lớn và làm giảm hiệu quả điều chỉnh góc vào của cánh hướng.
Khảo sát quá trình điều chỉnh trên đổ thị đặc tính, hình 1.9
Khi thay đổi vị trí các cánh hướng, đặc tính công tác của máy cũng sẽ thay đổi Cụ thể, khi thay đổi 3 vị trí cánh hướng ở đầu vào, chúng ta sẽ có 3 đặc tính máy khác nhau là M1, M2, M3, cùng với 3 đường đặc tính công suất tương ứng là N1, N2, N3.
Hình 1.8 Thiết bị hướng loại hướng tâm
Nếu đặc tính của mạng S không thay đổi, thì các điểm công tác tương ứng với ba vị trí cánh hướng A1, A2 và A3 sẽ cho ra các năng suất khác nhau.
Q1, Q2 và Q3 Các công suất tiêu thụ tương ứng Nsl, Ns2, Ns3 được xác định bởi các điểm I, II, III
Hình 1.9 Điều chỉnh năng suất bằng thiết bị hướng
Khi nối các điểm I, II, III, ta tạo ra một đường cong thể hiện sự thay đổi công suất tiêu thụ khi điều chỉnh năng suất bằng thiết bị hướng Đường cong này nằm dưới đường cong N1, xác định công suất tại các điểm cắt đặc tính M1, cho thấy năng lượng tiêu thụ trong trường hợp điều chỉnh.
18 chỉnh bằng thiết bị hướng ở đầu vào của bánh xe công tác bé hơn so với điêu chỉnh bằng tiết lưu khi n = const ,
Năng lượng tiết kiệm được trong trường hợp này tương đương với diện tích gạch dọc, phản ánh sự giảm tiêu hao công suất Đây là ưu điểm cơ bản của việc điều chỉnh bằng thiết bị hướng.
Phương pháp thay đổi đặc tính làm việc ở đầu ra bánh công tác
Phương pháp này có thể thực hiện được bằng hai khả năng :
1 Thay đổi độ rộng của bánh công tác
Tốc độ tương đối của chất khí trong rãnh cánh phụ thuộc vào độ rộng của bánh công tác; bánh càng rộng thì tốc độ tương đối càng lớn Dựa vào đặc điểm này, chúng ta có thể điều chỉnh năng suất của máy.
Năng suất quạt xác định theo biểu thức :
Sự thay đổi độ rộng của bánh xe thực hiện theo hình 1.10
Khi thay đổi b2 thì w2 thay đay đổi, do u2 không thay đổi nên c 2 thay đổi cả hướng lẫn độ lớn, làm cho c 2u và c 2r thay đổi, hình 1.11
Khi giá trị b2 tăng, dẫn đến sự gia tăng của w2 và c2r, từ đó năng suất Q cũng tăng Đối với quạt ly tâm, việc điều chỉnh giá trị b2 có thể thực hiện bằng cách thay đổi vị trí của đĩa động trung gian Tuy nhiên, phương pháp này không áp dụng cho máy dọc trục.
2 Thay đổi độ lớn của góc ra β2
Khi thay đổi độ lớn β2, đặc tính của máy sẽ thay đổi Để thực hiện biện pháp này, ta lắp một cánh phụ ở đầu mút cánh, có trục quay quanh đầu mút bằng một cơ cấu lò xo Hiệu quả điều chỉnh theo phương pháp này phụ thuộc nhiều vào hình dạng thiết kế của cơ cấu quay.
Các đặc tính của nó được thể hiện trên hình 1.12a, b
Phương pháp kết hợp tiết lưu và thay đổi tốc độ quay
Trong các trường hợp cần điều chỉnh nâng suất trong một khoảng rộng, thường sử dụng động cơ điện có khả năng thay đổi số vòng quay theo cấp hoặc bộ biến đổi tốc độ theo cấp Một ví dụ điển hình là việc điều chỉnh số vòng quay của động cơ không đồng bộ theo một biểu thức nhất định.
Trong đó f1 - tần số stator ; p - số cực ; u1 - hiệu điện áp stator ; R’2 - trở kháng phụ của rotor ; u’2 - hiệu điện áp vào rotor ; I’2 - cường độ dòng điện
Như vậy ta có thể thay đổi n theo cấp bằng cách thay đổi các giá trị f1, p, u1, R2, u’2 theo cấp, hoặc tổ hợp sự thay đổi của chúng theo cấp
Hình 1.6 Kết hợp thay đổi số vòng quay và tiết lưu
Việc sử dụng các thiết bị điều chỉnh năng suất cho phép thay đổi trong khoảng rộng như ΔQ1, ΔQ2, ΔQ3 Để điều chỉnh trong khoảng hẹp, có thể kết hợp với tiết lưu Chẳng hạn, để thay đổi năng suất từ Q1 sang Q, trước tiên cần điều chỉnh số vòng quay từ n1 sang n4, sau đó sử dụng tiết lưu để đạt trạng thái 2 (S2, n4, Q) Phương pháp này không chỉ kinh tế mà còn an toàn, với giá thành thiết bị thấp hơn so với động cơ điện có bộ biến tốc, đồng thời hiệu quả sử dụng năng lượng cao hơn so với việc điều chỉnh chỉ bằng tiết lưu.
Nó thường được sử dụng trong những trường hợp sau đây (hình 1.13)
• Dùng động cơ điện có cấp thay đổi tốc độ, thường là 2 cấp, rẻ tiền và dễ sử dụng
• Cho những quạt co cánh nghiêng về phía trước để tránh tổn thất công suất
• Cho những trường hợp điều chỉnh không sâu, tức là khoảng điều chỉnh không lớn.
Phương pháp kết hợp điều chỉnh bằng tiếu lưu và thiết bị hướng
Phương pháp này không chỉ thay đổi đặc tính của mạng mà còn của máy, như thể hiện trong hình 1.14 Ưu điểm nổi bật là không cần sử dụng động cơ có cấp, giúp giảm giá thành Tuy nhiên, nhược điểm chính là tổn thất áp suất lớn hơn so với phương pháp điều chỉnh bằng tiết lưu và thay đổi số vòng quay, cụ thể là \$\Delta p" > \Delta pn\$.
PP hết hợp điều chỉnh thiết bị hướng và thay đổi số vòng quay
Phương pháp này thường dùng khỉ sử dụng động cơ điện có 2 cấp tổc độ
Phương pháp này hoạt động theo nguyên tắc giảm năng suất bằng cách đầu tiên giảm số vòng quay xuống mức thấp hơn, sau đó sử dụng thiết bị để điều chỉnh giảm năng suất theo yêu cầu.
Có thể sử dụng thiết bị hướng để giảm năng suất, sau đó điều chỉnh tốc độ để đạt được năng suất yêu cầu Tuy nhiên, phương pháp này khó điều chỉnh và thường ít được áp dụng.
Một cách tổng quát, ta xét sự điều chỉnh công suất khi sử dụng động cơ điện 2 cấp tốc độ n1 , n2, hình 1.17
Phương pháp này có ưu điểm nổi bật là động cơ điện 2 cấp được sản xuất cho ngành công nghiệp với hiệu suất cao, đảm bảo hiệu suất tối ưu ở cả hai cấp tốc độ.
(khoảng 93%, không khi nào thấp hơn 80%) nên hoàn toàn phù hợp khi dùng điểu chỉnh hỗn hợp.
PP kết hợp tiết lưu, thay đổi số vòng quay và thiết bị hướng
Phương thức điễu chỉnh để đạt được nâng suất Q theo yêu cẩu được thể hiện trên hình 1.18
Bằng cách điều chỉnh số vòng quay từ n1 sang n2, năng suất định mức Qn sẽ chuyển thành năng suất Q1 Khi sử dụng thiết bị hướng, với số vòng n2, chúng ta có thể đạt được năng suất Q2 từ Q1.
Và cuối cùng bằng điều chinh tiết lưu ta được năng suất yêu cầu Q (từ Q2)
Nhìn chung phương pháp này tương đối phức tạp nên ít được sử dụng.
CÁC THIẾT BỊ TRONG ĐIỀU CHỈNH NĂNG SUẤT MÁY LY TÂM
Các loại van
Một số loại van được dùng phổ biến trong công nghiệp
Van cửa là một trong những loại van phổ biến trong ngành công nghiệp, có chức năng ngăn chặn dòng chảy khi chúng chắn ngang toàn bộ dòng chảy Khi van được mở hoàn toàn, cửa van không cản trở dòng chảy của vật chất.
Độ cản trở dòng chảy của van ở mức rất nhỏ, điều này có nghĩa là sự sụt áp và mất năng lượng khi vật chất đi qua van được hạn chế tối đa.
Van này kết nối với đường ống qua mặt bích ở cả hai đầu, sử dụng bulông để gắn chặt Gioăng đệm được đặt giữa hai mặt bích của van và đường ống nhằm đảm bảo độ kín cao cho mối nối.
Hình 2.1: Cấu tạo van cửa
Ngoài ra, còn nhiều phương pháp nối khác giữa đường ống và thân van, bao gồm mối nối lắp ghép ren, nối bằng then chốt và nối bằng phương pháp hàn gối đầu.
Nắp van được thiết kế với khoảng không ở phía trên để dễ dàng kéo tấm cửa lên khi mở Có nhiều phương pháp nối giữa nắp van và thân van, tạo thành mối lắp ghép kín, bao gồm lắp ghép bằng mặt bích, lắp ghép ren, và lắp ghép ren có hàn ở đường mép.
Dòng chảy qua van cửa là dòng chảy thẳng, trong khi dòng chảy qua van điều tiết bị chuyển hướng, tạo ra cuộn xoáy và làm giảm áp suất Sự thay đổi này yêu cầu năng lượng lớn hơn để chuyển chất lỏng qua van điều tiết Đặc biệt, phần đáy của cửa van trong van điều tiết nằm song song với hướng dòng chảy.
Trong van cửa, lực ma sát giữa vòng làm kín và van chỉ ngừng khi van mở hoàn toàn Ngược lại, trong van điều tiết, cửa van không trượt trên bề mặt vòng làm kín, dẫn đến việc mọi tiếp xúc giữa cửa van và vòng làm kín sẽ chấm dứt ngay khi dòng chảy bắt đầu.
Van điều tiết có nhiều thiết kế cửa van khác nhau, trong đó loại thông dụng nhất là dạng nút với phần dưới có hình côn.
Vòng làm kín có hình dạng côn phù hợp với cửa van, giúp duy trì độ kín ngay cả khi cửa van có khuyết tật một phần.
Có rất nhiều dạng thiết kế cửa nút khác nhau nên trong sử dụng ta phải lựa chọn loại thích ứng cho công việc đòi hỏi
Hình 2.3: Một số loại nút
Cửa van của loại van này có dạng nút, được chế tạo bằng kim loại với khe hở cho dòng chảy đi qua Vị trí của van được điều chỉnh dễ dàng bằng cách vặn tay quay.
Khi vặn tay quay một góc 90 độ, van sẽ ở vị trí đóng hoặc mở hoàn toàn, nhanh hơn so với van cửa Tay quay ở đầu cần van di chuyển theo cùng hướng với khe hở của cửa van Khi tay quay song song với đường ống, van ở vị trí mở, cho phép dòng chảy đi qua van theo đường thẳng Ngược lại, khi van ở vị trí điều tiết, dòng chảy sẽ tạo xoáy và gây ra sự sụt áp.
Van nút thường không được sử dụng để điều chỉnh dòng chảy, vì khi ở vị trí điều tiết, cửa van sẽ bị mài mòn không đồng đều.
Van bướm có cửa là một tấm kim loại liền, có khả năng xoay 90 độ để tạo ra vòng làm kín Tỷ lệ dòng chảy được điều chỉnh thông qua việc thay đổi góc của cửa van.
Van bướm có khả năng điều tiết dòng chảy khi được mở một phần, giúp phân chia dòng chảy đồng đều qua cửa van và vòng làm kín Để duy trì vị trí điều tiết, cần chốt van lại, vì áp suất dòng chảy có xu hướng đưa cửa van về vị trí đóng hoặc mở hoàn toàn.
2.1.2 Điều khiển van Điều khiển van tự động là điều chỉnh vị trí cửa van thông qua thiết bị điều khiển Nhiều loại van điều khiển bằng tay có thể lắp đặt thêm cơ cấu dẫn động vào thân van để trở thành van điều khiển
Cơ cấu dẫn động là một thiết bị dùng trong van điều khiển để dẫn động cần van ứng với tín hiệu phát ra từ thiết bị điều khiển
Thiết bị điều khiển là thiết bị tự động điều chỉnh vị trí của van điều khiển
Biến tần
2.2.1 Phân loại ,cấu tạo và nguyên lý hoạt động chung a Phân loại
Có nhiều phương pháp để phân loại
• Theo phương pháp biến đổi
• Theo phương pháp nguồn ra
- Phương pháp điều khiển cổ điển
- Phương pháp điều khiển PWM
- Phương pháp điều khiển vector
- Phương pháp điều khiển ma trận
- Biến tần 3 pha b Cấu tạo
Biến tần gồm mạch chỉnh lưu, mạch một chiều trung gian (DC link), mạch nghịch lưu và phần điều khiển…
Ta có thể bao quát thành 6 bộ phận như sau:
Quá trình đầu tiên trong việc chuyển đổi điện áp đầu vào thành điện áp đầu ra mong muốn cho động cơ là quá trình chỉnh lưu, được thực hiện thông qua bộ chỉnh lưu cầu đi-ốt sóng toàn phần.
Bộ chỉnh lưu cầu đi-ốt chuyển đổi dòng điện xoay chiều một pha thành dòng điện một chiều, tương tự như các bộ chỉnh lưu trong bộ nguồn Đặc biệt, trong Biến tần, cầu đi-ốt có thể được cấu hình với đi-ốt bổ sung để chuyển đổi điện xoay chiều ba pha thành điện một chiều.
Các đi-ốt cho phép dòng điện chỉ chảy theo một hướng, do đó, cầu đi-ốt chuyển đổi dòng electron từ Dòng Xoay chiều (AC) sang Dòng Một chiều (DC).
Tuyến dẫn Một chiều là giàn tụ điện lưu trữ điện áp đã chỉnh lưu, giúp tăng điện dung bằng cách sắp xếp các tụ điện theo cấu hình phù hợp Điện áp được lưu trữ sẽ được sử dụng trong giai đoạn tiếp theo khi IGBT tạo ra điện năng cho động cơ.
Hình 2.16: Bộ chuyền dẫn 1 chiều
Thiết bị IGBT được công nhận cho hiệu suất cao và chuyển mạch nhanh
Trong biến tần, IGBT được điều khiển bật tắt theo trình tự để tạo ra các xung điện áp với độ rộng khác nhau, sử dụng điện áp một chiều được lưu trữ trong tụ điện.
Bằng cách áp dụng Điều biến Độ rộng Xung (PWM), IGBT có thể được bật và tắt theo trình tự tương tự như sóng sin trên sóng mang.
Trong hình bên dưới, sóng hình tam giác nhiều chấm biểu thị sóng mang và đường tròn biểu thị một phần sóng dạng sin
Nếu IGBT được bật và tắt tại mỗi điểm giao giữa sóng dạng sin và sóng mang, độ rộng xung có thể thay đổi
PWM được sử dụng để tạo ra đầu ra cho động cơ với dạng sóng tương tự như sóng sin, giúp điều khiển tốc độ và mô-men xoắn của động cơ một cách hiệu quả.
• Bộ điện kháng xoay chiều
Bộ điện kháng dòng Xoay chiều là cuộn cảm hoặc cuộn dây Cuộn cảm
38 lưu trữ năng lượng trong từ trường được tạo ra trong cuộn dây và chống thay đổi dòng điện
Bộ điện kháng dòng giúp giảm méo sóng hài, từ đó giảm dòng chồng trên tuyến dẫn một chiều Việc này cho phép tụ điện hoạt động mát hơn, kéo dài tuổi thọ sử dụng của chúng.
Bộ điện kháng dòng Xoay chiều hoạt động như một bộ hoãn xung, giúp bảo vệ mạch chỉnh lưu đầu vào khỏi nhiễu và xung do việc bật tắt các tải điện cảm khác thông qua bộ ngắt mạch hoặc khởi động từ.
Có vài nhược điểm khi sử dụng bộ điện kháng, như chi phí tăng thêm, cần nhiều không gian pa-nen hơn và đôi khi là giảm hiệu suất
Trong một số trường hợp hiếm, bộ điện kháng dòng có thể được sử dụng ở đầu ra của Biến tần để bù cho động cơ có điện cảm thấp, tuy nhiên, điều này thường không cần thiết nhờ vào hiệu suất hoạt động tốt của công nghệ IGBT.
Hình 2.18: Bộ điện kháng xoay chiều
• Bộ điện kháng một chiều
Bộ điện kháng Một chiều giới hạn tốc độ thay đổi dòng tức thời trên tuyến dẫn
Việc giảm tốc độ thay đổi sẽ giúp bộ truyền động phát hiện các sự cố tiềm ẩn trước khi xảy ra hỏng hóc, từ đó ngắt bộ truyền động kịp thời.
Bộ điện kháng Một chiều được lắp đặt giữa bộ chỉnh lưu và tụ điện trên các bộ Biến tần có công suất từ 7,5 kW trở lên Sản phẩm này không chỉ nhỏ gọn mà còn có giá thành phải chăng hơn.
Bộ điện kháng Xoay chiều
Bộ điện kháng Một chiều giúp ngăn chặn hiện tượng méo sóng hài và dòng chồng, bảo vệ tụ điện khỏi hư hỏng Tuy nhiên, bộ điện kháng này không cung cấp bảo vệ chống hoãn xung cho bộ chỉnh lưu.
Hình 2.19: Bộ điện kháng một chiều
Tải có lực quán tính cao và tải thẳng đứng có thể làm tăng tốc động cơ khi động cơ đang chạy chậm hoặc dừng lại, dẫn đến hiện tượng động cơ hoạt động như một máy phát điện.
Khi động cơ tạo ra điện áp, điện áp này sẽ quay trở lại tuyến dẫn Một chiều
Lượng điện thừa cần được xử lý hiệu quả, và điện trở là giải pháp lý tưởng để nhanh chóng tiêu thụ lượng điện này Bằng cách chuyển đổi điện thừa thành nhiệt, điện trở giúp "đốt cháy" lượng điện không cần thiết, đảm bảo an toàn cho hệ thống.
Nếu không có điện trở, mỗi lần hiện tượng tăng tốc này xảy ra, bộ truyền động có thể ngắt do Lỗi Quá áp trên Tuyến dẫn Một chiều
2.2.2 Cấu trúc của biến tần
Hình 2.21: Sơ đồ cấu trúc biến tần a Phương pháp biến đổi của biến tần
Có 2 phương pháp: trực tiếp và gián tiếp
Hình 2.22: Sơ đồ cấu trúc
Hình 2.24: Sơ đồ cấu trúc
2.2.3 Ứng dụng và vận hành
Khớp nối thủy lực
2.3.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động
Sơ đồ kết cấu bao gồm bánh bơm 1 được lắp cố định trên trục dẫn 5 kết nối với động cơ, và bánh tua bin 2 được lắp trên trục bị dẫn Vỏ 3 của khớp nối được lắp với bánh bơm, tạo thành buồng làm việc chứa chất lỏng Hai trục dẫn và bị dẫn được tách rời nhau.
Công suất được truyền từ trục dẫn tới trục bị dẫn nhờ sự trao đổi năng lượng giữa hệ thống cánh dẫn với chất lỏng làm việc
Hình 2.28: Khớp nối thủy lực
Nguyên lý hoạt động của khớp nối thủy lực dựa trên việc bánh bơm quay, truyền cơ năng cho chất lỏng Khi động cơ hoạt động, lực ly tâm khiến chất lỏng di chuyển dọc theo các cánh dẫn từ tâm ra ngoài bánh bơm với vận tốc tăng dần.
Chất lỏng di chuyển từ bánh bơm sang bánh tua bin, truyền cơ năng và làm bánh tua bin quay cùng chiều với bánh bơm Mômen quay được truyền từ trục dẫn sang trục bị dẫn Sau khi rời khỏi bánh tua bin, chất lỏng trở lại bánh bơm, lặp lại quá trình chuyển động một cách tuần hoàn giữa hai bánh công tác.
Mỗi phần tử chất lỏng trong khớp nối thủy lực thực hiện hai chuyển động đồng thời: quay vòng tuần hoàn từ bánh bơm 1 đến bánh tua bin 2 và quay quanh trục của khớp nối, tạo ra chuyển động tổng hợp theo vòng xoắn ốc.
Hình 2.30: Khớp nối thủy lực
2.3.2 Đặc điểm quá trình làm việc
Khi tải trọng trên trục bị dẫn thay đổi, số vòng quay của bánh tua bin cũng sẽ thay đổi, dẫn đến sự thay đổi vận tốc chất lỏng trong buồng làm việc và mômen quay của bánh công tác tua bin để cân bằng với mômen cản của phụ tải Do đó, khớp nối thủy lực hoạt động như một loại truyền động tự động, với mối quan hệ được thể hiện qua công thức MB = - MT.
MB , MT moomen của bánh bơm và tuabin trong khớp nối
Với n T , n B là số vòng quay bánh tua bin của các và bánh bơm của khớp nối thủy lực
Do có tổn thất thủy lực nên T 1
Hệ số trượt của khớp nối thủy lực, ký hiệu là s, được xác định bằng hiệu số giữa số vòng quay của các bánh bơm và bánh tua bin chia cho số vòng quay của bánh bơm, với điều kiện n < n_T, tức là n_T < n_B.
Hiệu suất của khớp nối thủy lực sẽ là:
Khi \( s = 0 \) tương đương với \( \eta = i \) tức là \( n_B = n_T \), áp suất do lực ly tâm tại lối ra của bánh bơm và lối vào của bánh tua bin sẽ bằng nhau.
Khi chất lỏng không có chuyển động tương đối giữa bánh bơm và bánh tua bin, nó quay cùng với vỏ khớp nối thủy lực như một vật rắn.
= 0 và do đó mômen quay của khớp nối thủy lực M = 0
Khớp nối thủy lực chỉ có khả năng truyền công suất và mômen khi tần số quay nT nhỏ hơn tần số quay nB hoặc khi hệ số trượt s lớn hơn 0 Trong điều kiện làm việc bình thường, hệ số trượt của khớp nối thủy lực là s = 3.
Một số tính chất của khớp nối thủy lực:
Trục bị dẫn và trục dẫn hoạt động độc lập, cho phép trục dẫn quay trong khi trục bị dẫn có thể đứng yên hoặc quay với một vận tốc góc nhất định.
46 quay lớn nhất của trục bị dẫn phải nhỏ hơn vận tốc trục dẫn 2 – 3%
• Khởi động và tăng tốc êm
• Các chi tiết chủ yếu (bánh công tác) không bị mài mòn vì các bề mặt làm việc của chúng không tiếp xúc với nhau
• Hạn chế dao động xoắn
Tốc độ đầu ra thấp hơn tốc độ đầu vào, và sự chênh lệch giữa hai tốc độ này tỷ lệ thuận với quá trình tăng tải.
Tăng cường hiệu suất khởi động và bảo vệ quá tải, trục đầu vào có khả năng tiếp tục quay ngay cả khi động cơ dừng do quá tải, giúp ngăn ngừa hư hỏng cho động cơ.
• Có hiệu suất cao ở chế độ làm việc tính toán
• Sử dụng, vận hành chắc chắn
• Dầu được làm mát tự nhiên
• Có thể thực hiện được việc điều khiển từ xa và tự động hóa việc điều khiển một cách đơn giản
2.3.3 Ứng dụng và phân loại a Một số ứng dụng của khớp nối thủy lực
- Điều chỉnh số vòng quay của trục bị dẫn khi số vòng quay của động cơ không đổi
- Lấy đà các máy có mômen khởi động lớn
- Hợp công suất và đảo chiều chuyển động b Phân loại
Mối quan hệ giữa kiểu truyền động và dải công suất:
Kiểu dẫn động Dải công suất ( kw) Lưu ý
Khởi động trực tiếp với khớp nối mềm 2.2 - 37 Động cơ nối hình Y với khớp nối thuỷ lực
45 - 315 ≤200kw, 380v Động cơ dẫn động trực tiếp Puli 2.2 - 55
≥220kw,6000v Động cơ dây cuốn 220 - 800
Vấn đề phân loại và kết cấu cụ thể của khớp nối thủy lực khá phức tạp vì có rất nhiều loại, kiểu khớp nối khác nhau
- Khớp nối thủy lực có vành trong
- Khớp nối thủy lực không có vành trong
- Khớp nối thủy lực chỉ có một bánh công tác có vành trong
Các loại này có tác dụng làm cho dòng chất lỏng trong buồng làm việc hình thành tốt nhất, ít bị tổn thất năng lượng
Khớp nối thủy lực kép bao gồm hai khớp nối ghép song song, được sử dụng để giảm kích thước đường kính trong không gian hạn chế Loại khớp nối này vượt trội hơn khớp nối đơn vì không chịu tác động của lực hướng trục, với các lực tác động lên khớp nối hai bên được cân bằng.
Cánh dẫn trên các bánh công tác có hai loại chính: cánh phẳng hướng kính và cánh cong Mặc dù cánh cong có kết cấu phức tạp hơn, nhưng chúng có khả năng truyền công suất lớn hơn so với cánh phẳng khi hai khớp nối có kích thước và hiệu suất tương đương.
Hình 2.31: Khớp nối thủy lực
• Theo tính chất có điều chỉnh hay không khớp nối thủy lực chia thành
48 loại có điều chỉnh và loại không điều chỉnh
Loại không điều chỉnh là loại mà vận tốc quay của trục dẫn không đổi (nB = const), trong khi số vòng quay của trục bị dẫn (nT) chỉ phụ thuộc vào mômen tải trọng Để giảm thiểu sự tăng đột ngột của mômen khi hệ số trượt s tăng, ngoài việc sử dụng đĩa chắn 1, khớp nối thủy lực còn có buồng phụ 2 Lượng chất lỏng trong buồng làm việc sẽ tự động thay đổi tùy theo mômen cản trên trục bị dẫn nhờ có buồng phụ thông với nó Khi hệ số trượt tăng, lượng chất lỏng trong buồng làm việc giảm, giúp ngăn chặn sự tăng đột ngột của mômen truyền.
ỨNG DỤNG TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
Điều khiển lưu lượng bơm cấp trong NMNĐ Mạo Khê
Nhà máy nhiệt điện Mạo Khê, thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam (Vinacomin), được đầu tư với 2 tổ máy có công suất 220MW mỗi tổ Nhà máy sử dụng công nghệ lò tầng sôi tuần hoàn (CFB) để đốt than xấu tại địa phương.
3.1.1 Chức năng, cấu tạo, thông số của bơm cấp
Chức năng của bơm nước cấp và các thiết bị phụ là tăng áp suất và nhiệt độ nước cấp cho lò hơi Nước cấp được cung cấp từ bộ gia nhiệt HP và được dẫn tới đầu vào bộ hâm, tương tự như nước cấp lò hơi Hệ thống nước cấp cũng giảm ôn cao áp tới các bộ giảm ôn cấp 1 và cấp 2 của lò hơi, đồng thời cung cấp giảm ôn khẩn cấp cho bộ tái nhiệt và điều chỉnh nhiệt độ hơi đầu ra của thiết bị thông qua hệ thống đi tắt CA.
Dưới đây là cấu tạo, thông số của bơm cấp:
Bơm chính có thiết kế trống, ly tâm đa tầng nằm ngang, với rô-to cứng nhằm đảm bảo độ tin cậy cơ khí và giảm va chạm với các bộ phận bên trong Đệm bơm chính bao gồm hai vòng chặn và trống ở lõi vỏ máy, được bố trí theo hướng trục bên ngoài lớp vỏ thứ hai Các lỗ được sắp xếp thành vòng tròn trên lớp vỏ thứ hai cho phép cấp nước đã được tăng áp theo chu vi, trong khi một lỗ xả được đặt trên trống để kết nối lỗ thứ hai với lỗ trung gian trong khoảng trống bơm.
Lỗ trung gian nằm ở bên trái trống (nhìn từ đầu nối trước trống) và chếch một góc 30 o so với ống vào; bơm điện nằm ở phía dưới bên phải
Hình 3.1 Cấu tạo của bơm cấp Đặc tính kỹ thuật thông số bơm cấp:
Thiết kế Cụm Bơm nước cấp chính
Các tầng Tầng 6 tầng bánh công tác
Nhiệt độ của nước đầu vào 0 C 173.8
Tỷ trọng của nước đầu vào kg/m3 893.41
Thiết kế Cụm Động cơ cho bơm
Công suất kW 3800 Điện thế kV 6
3.1.2 Đặc điểm, thông số của khớp nối thủy lực
Lưu lượng nước qua bơm tại các nhà máy nhiệt điện thường xuyên thay đổi do tải của nhà máy biến động theo yêu cầu thị trường, cũng như trong các trường hợp dừng, khởi động lần đầu hoặc khởi động lại Để đảm bảo yêu cầu điều khiển nhanh và ổn định, hầu hết các nhà máy nhiệt điện sử dụng khớp nối thủy lực cho bơm công suất vừa và nhỏ, trong khi các bơm công suất lớn thường sử dụng tua bin hơi Tại nhà máy nhiệt điện Mạo Khê, khớp nối thủy lực được áp dụng để điều khiển lưu lượng nước qua bơm.
Thông số của khớp nối thủy lực:
Thiết kế Cụm Bộ nối
Tốc độ đầu vào Vòng/phút 2985
Tố độ đầu ra Vòng/phút 4743
Công suất đầu ra kW 3088
Tỷ lệ sai khác trượt % ≤3
Phần thân chính của đầu nối và cặp bánh răng tăng tốc được kết hợp trong một hộp ổ đỡ, nơi dầu công tác và các đường dầu bôi trơn hoạt động Công suất được truyền qua các khớp nối, mô-tơ và bơm cấp nước, với tốc độ vào được tăng nhờ cặp bánh răng tăng tốc Mô-men xoắn giữa cánh bơm và tua-bin được truyền bằng dầu công tác, trong khi mô-men xoắn cửa động cơ kéo khuấy dầu công tác trong cánh bơm Dầu công tác sau đó đập vào tua-bin để quay tua-bin, với sự tuần hoàn giữa cánh bơm và tua-bin được tạo ra nhờ chênh áp do sự trượt giữa các bánh Tốc độ đầu ra có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi độ mở của ống phễu và dầu công tác trong buồng cộng hưởng Công suất tổn thất do sự trượt làm tăng nhiệt độ của dầu công tác, do đó cần thiết phải có bộ phận làm mát dầu làm việc.
Điều khiển lưu lượng quạt gió trong NMNĐ Mạo Khê
3.2.1 Chức năng, cấu tạo, thông số của quạt gió
Chức năng chính của hệ thống gió là cung cấp gió cho quá trình cháy
Sau khi trải qua quá trình sấy nóng từ bộ sấy không khí và bộ sấy không khí sơ bộ, luồng gió sơ cấp sẽ được dẫn vào buồng đốt thông qua buồng cân bằng gió theo hệ thống cấp gió.
52 gió ở đáy lò hơi, để hoàn toàn hóa lỏng và làm sôi vật liệu vào buồng đốt dưới điều kiện thiếu ôxi
Một phần gió thứ cấp từ bộ sấy không khí được dẫn đến máy cấp than từ #1 đến #6, kết hợp với gió chèn máy cấp than Đồng thời, một phần gió thứ cấp khác được dẫn đến cyclone để thực hiện quá trình làm mát.
Gió thứ cấp được chia thành ba nhánh khác nhau sau khi được sấy ở bộ sấy không khí sơ bộ Nhánh thứ nhất đi vào buồng đốt qua 4 ống phun gió thứ cấp từ phần trên của bộ cấp gió, dẫn xuống phần dưới của khoang gió thứ cấp cho 4 vòi đốt khởi động Nhánh thứ hai cũng đi vào buồng đốt nhưng thông qua 10 ống phun gió thứ cấp từ phần trên của khoang gió thứ cấp Cuối cùng, nhánh thứ ba được dẫn đến các ống dẫn than, làm khí lấp, khí nén và khí thổi liệu.
Thông số của quạt gió sơ cấp:
Tốc độ trung bình m 3 /h 242580 Áp suất tối đa của quạt Pa 22849
Tốc độ trục chính Vòng/phút 1480
Thông số động cơ quạt gió sơ cấp:
Công suất động cơ kw 2400 Điện áp động cơ V 6600
Tốc độ động cơ Vòng/phút 1485
Thông số quạt gió thứ cấp:
Chế độ điều chỉnh Điều chỉnh tấm chắn đầu hút
Lưu lượng trung bình m 3 /h 206540 Áp suất toàn phần Pa 11933
Tốc độ quay trục chính Vòng/phút 1480 Động cơ quạt gió thứ cấp: Điện áp động cơ V 6600
Tốc độ quay động cơ Vòng/phút 1480
3.2.2 Đặc điểm của tấm chắn điều chỉnh
Tấm chắn điều chỉnh là một phương pháp điều chỉnh bằng tiết lưu, nổi bật với khả năng điều chỉnh nhanh và độ ổn định cao.
Nhược điểm là gây ồn ào
