Chuong 7 - Gia tich nhiet dong hoc chu trinh tua bin khi

Tính hiệu suất nhiệt tuyệt đối Để tính nhiệt cho chu trình nhiệt động này ta chấp nhận những giả thiết sau: 1 Chu trình là loại kín, làm việc với khối lượng khí lý tưởng không đổi, với t

Trang 1

BÀI GIẢNG

CHƯƠNG 7 GIẢI TÍCH NHIỆT ĐỘNG HỌC CHU TRÌNH TUA BIN KHÍ

Người giảng: Nguyễn Đức Quyền

Trang 2

NỘI DUNG GIẢNG DẠY

7.1 Hiệu suất nhiệt tuyệt đối và các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của –

chu trình đơn giản có quá trình đẳng áp, không dùng bộ trao đổi nhiệt

7.1.1 Tính hiệu suất nhiệt tuyệt đối

7.1.2 Các chỉ tiêu cơ bản đặc trưng cho tuốc bin khí đơn giản

7.2 Tính hiệu suất tuỵêt đối của một số chu trình có các bộ trao

đổi nhiệt, có đốt bổ sung

7.2.1 Thiết bị tuốc bin khí có bộ trao đổi nhiệt

7.2.2 Thiết bị tuốc bin khí có bộ trao đổi nhiệt, có đốt bổ sung

Trao đổi thảo luận.

Trang 3

chu trình của thiết bị TBK có quá trình cháy p = const và đồ thị T-S của nó

Trang 4

Để tính nhiệt cho chu trình nhiệt động này ta chấp nhận những giả

thiết sau:

1) Chu trình là loại kín, làm việc với khối lượng khí lý tưởng không

đổi, với thành phần hoá học không đổi và nhiệt dung không đổi

2) Tất cả quá trình trong chu trình là thuận nghịch vì không có tổn thất nhiệt và thuỷ lực

3) Quá trình nén trong máy nén và giãn nở trong tuốc bin là quá trình

có entrôpi không đổi, do đó đường nén 1-2’ là nén đẳng entrôpi của

không khí trong máy nén, kéo theo sự tăng nhiệt độ và áp suất từ T 1 , p 1

lên T 2 , p 2

Hiệu suất nhiệt của chu trình nhiệt động:

ở đây, l0 – công riêng có ích của chu trình (kJ/kg), bằng hiệu số của các công riêng tuốc bin loT và máy nén (l0K)

P P

P t

q

l q

q

=

−

=

η

k

l

l0 = 0 − 0

Trang 5

Công nén đẳng entrôpi cho 1kg chất khí trong máy nén là:

trong đó: i 1 , i 2’ là entanpi của chất khí ở đầu và cuối [kJ/kg];–

T 2’ , T 1 Nhiệt độ tuyệt đối của chất khí ở đầu và cuối [– 0 K]

C P Nhiệt dung riêng đẳng áp của chất khí [kJ/kg – 0 K].

Công giãn nở entropi của 1kg chất khí trong tuốc bin có thể biểu diễn theo hiệu số của entrôpi ở điểm đầu (i4) và cuối (i6), kJ/kg

Trong đú: T4, T6’ - là nhiệt độ tuyệt đối của chất khí tại điểm đầu và cuối của quá trình giản nở), [0K]

Nhiệt lưượng đưa vào chu trình (qP) (lý tưởng):

) ( 2' 1

1 '

2

0 i i C T T

l k = − = P −

)

' 6 4

) ( T4 T6' C

qP = P −

Trang 6

Thế các giá trị l0 và qP vào biểu thức tính ηt:

Đối với quá trình đẳng entrôpi, theo nhiệt động học có những quan hệ toán học sau:

Lưu ý:

độ tăng áp suất trong máy nén (hay còn gọi là độ nén) độ tăng nhiệt độ trong chu trình Trong đú

) (

' 2 4

1 ' 2 '

6 4

T T

C

T T

C T

T C

P

P P

−

=

η

k k k

k

P

T

1 1

4

6 4

'

)

−

=

β

k

k k

k

P

P T

4

6 1

'

2 ( ' )

−

=

1

' 2 6

4

'' p

p p

p

=

β

τ

=

1

4

T

V

P C

C

k =

1

) 1 )(

( 1

4

' 2 1

' 2 4

1 4

' 6

T T T

T T

T

−

=

Trang 7

Ký hiệu sau khi biến đổi ta đưược công thức cuối cùng cho hiệu suất nhiệt của chu trình thiết bị TBK:

Từ đó, ta thấy rằng hiệu suất nhiệt của chu trình thiết bị tuốc bin khí với p = const liên tục tăng cùng với độ tăng áp suất β

Tuy nhiờn, khi biểu diễn quỏ trỡnh gión nở thụng qua hiệu số của

entanphi, giỏ trị của cụng và hiệu suất sẽ được tớnh theo cỏc cụng thức

Những tổn thất bên trong khi nén không khí đưược thể hiện qua hiệu suất: ở đây, l0k – công nén đẳng entrôpi của 1 kg không khí [kJ/kg];

lk – công nén 1 kg không khí trong chu trình thực [kJ/kg].

m k

k

=

− 1 ) (

m m

t

β τ

β

β τ

β

)

1 ( 1

) 1 )(

1 (

1

−

=

−

=

−

) (T2 T1 C

l k = P − l T = C P (T4 − T6)

) (

1 2

1 '

2 0

T T

T

T l

l

k

k k

−

=

η

Trang 8

Những tổn thất trong của tuốc bin được tính bằng hiệu suất trong tương

đối của nó theo công thức:

trong đó: lT - công giãn nở của 1 kg khí trong tuốc bin của chu trình thực [kJ/kg]; l0T – công giãn nở đẳng entrôpi, [kJ/kg]

Công nén thực tế trong máy nén:

và công giãn nở thực trong tua bin

ở đây, à - lượng nhiên liệu tính trên 1 kg không khí cung cấp cho

buồng đốt [kg/kg] Giá trị của à khoảng 0,01 ữ 0,018 và nó có thể bỏ qua.

) (

' 6 4

6 4

0

T T

T

T l

l

T

T i

−

=

η

k k

l ( 1 ) 0

η

=

i T

l = (1+ à) 0 η0

Trang 9

Công hữu ích bên trong của thiết bị tua bin đối với 1kg không khí đư

ược hút vào máy nén là hiệu số của công lT và lk:

Sau khi biến đổi ta có:

độ tăng nhiệt độ trong chu trình:

độ nâng áp suất trong máy nén:

.

1 ).

1 (

) 1

( )

1 )(

(

).

( )

1 (

1

'

2 1 0

4

' 6 1

1 '

2

0 '

6 4

0 0

0

k

P i

P k

P

i P

k

k i

T k

T i

T

T T

C T

T T

C T

T C

T T

C l

l l

η

η η

η

−

=

−

=

−

=

−

=

)].

1

)(

.

1 ( )

1 1

[(

. 4 − 0 − −

k

i m

P

i C T

τ η

η β

1

4

T

=

τ

3

4 2

1

P

P P

P

=

k k

m = −

Trang 10

7.1.2 Các chỉ tiêu cơ bản đặc trưng cho tuốc bin khí đơn giản

Trong chu trình thực của thiết bị tua bin có nhiều loại tổn thất Những

tổn thất này được chia thành tổn thất trong và tổn thất ngoài Tổn thất trong gắn liền với sự thay đổi trạng thái của môi chất công tác Đó là:

+ Tổn thất trong của máy nén, đưược tính bằng hiệu suất trong của

máy nén ηk

+ Tổn thất trong của tuốc bin khí, đưược tính bằng hiệu suất trong tư

ơng đối của tua bin η0i

+ Tổn thất nhiệt trong buồng đốt đưược tính nhờ hiệu suất nhiệt của

buồng đốt ηTbđ

+ Tổn thất do trở kháng thuỷ lực trong tuyến không khí chuyển động

của thiết bị

Trang 11

7.1.2 Các chỉ tiêu cơ bản đặc trưng cho tuốc bin khí đơn giản

+ Tua bin khí bao gồm cả tổn thất thuỷ lực trong ống dẫn không khí,

trong các bộ hồi nhiệt và trong các bộ làm mát không khí

+Tổn thất do trở kháng thuỷ lực trong các tuyến khí của thiết bị tuốc

bin khí, bao gồm những tổn thất thuỷ lực trong các đường ống dẫn khí, trong buồng đốt và trong các bộ hồi nhiệt

+ Tổn thất gắn liền với lưưu lưượng không khí dùng để làm mát các

chi tiết tua bin (như cánh đĩa)…

Những tổn thất bên ngoài của thiết bị tuốc bin khí không gây ảnh hư

ởng trực tiếp đến trạng thái của môi chất Những tổn thất này là những tổn thất ma sát trong các ổ trục tuốc bin và máy nén, trong

bộ truyền bánh xe răng (nếu có), những tổn thất rò rỉ chất khí qua các khe chèn trục, cũng như những tổn thất năng lượng cho truyền

động các cơ cấu phụ (bơm dầu, bộ điều chỉnh ) Những tổn thất … bên ngoài được thể hiện qua hiệu suất cơ của thiết bị.

Trang 12

Những tổn thất bên trong thiết bị tuốc bin khí được đánh giá chung

qua hiệu suất trong của thiết bị:

ở đây, l i – công trong có ích của thiết bị tuốc bin khí [kJ/kg] ;

q bđ - nhiệt lượng thực tế cần thiết trong buồng đốt để đốt nóng 1kg

không khí từ nhiệt độ T 2 = T 3 đến nhiệt độ T 4 (hình 2-1), [kJ/kg] ;

- hiệu suất nhiệt của buồng đốt Sau khi chuyển đổi ta có:

bd

i

q

l1

=

η

)

1 )(

(

) (

2 4

bd t

P

q

η

−

=

)

(bd

t

η

) (

0

)

1 )(

1 (

1

)

1 )(

1 (

1 1

bd t

k m

k

m i

m

η

β τ

η

β

η β

τ η

−







 −

=

Trang 13

Hiệu suất của máy nén dọc trục hiện nay có thể đạt tới ηk = 0,83 ữ 0,90 và của tuốc bin η0i = 0,87 ữ 0,90

Công suất trong của thiết bị TBK có thể tính theo công thức

ở đây, G – lưu lượng không khí trong thiết bị (kg/s); li – công trong

có ích của thiết bị tuốc bin khí

Công l i có thể được thể hiện qua hiệu số nhiệt giáng trong tua bin và trong máy nén:

ở đây, H 0T – nhiệt giáng đẳng entrôpi trong tuốc bin; H 0k – nhiệt giáng đẳng entrôpi trong máy nén (kJ/kg)

i

i G l

k

i T i

H H

l

η

0

0 −

=

) ( 4 6'

6 4

H T = − = P − H0k = i2' − i1 = CP ( T2' − T1)

Trang 14

Suất tiêu hao không khí bằng tỷ số lưu lượng khối lượng G 0 trên công suất hữu ích và trong chừng mực nhất định là đặc trưng cho kích thước của thiết bị: kg/kJ Hay

Suất tiêu hao nhiệt (kJ/kW.giờ) đặc trưng cho hiệu quả kinh tế của

thiết bị tuốc bin khí và bằng lượng nhiệt tiêu hao để sinh ra 1kW giờ năng lượng hữu ích:

Suất tiêu hao nhiên liệu Khi biết nhiệt trị thấp của nhiên liệu Q H được dùng trong thiết bị tuốc bin khí, có thể xác định đưược suất tiêu hao của nó [kg/kW.h]

ở đây, B – lưượng nhiên liệu tiêu hao trong thiết bị tuốc bin khí (kg/s)

i

l

d = 1

i i

i

l N

G

d = 3600 0 = 3600

i i

q

η

3600

=

i H

i i

N

B Q

Q

q

)

(

3600

=

η

Trang 15

Những tổn thất bên ngoài đưược thể hiện qua hiệu suất cơ của thiết bị trong đó, l e – là công hiệu dụng riêng

của thiết bị tuốc bin khí (kJ/kg)

l M – tổng các tổn thất năng lưượng bên ngoài tính cho 1kg không khí Sau khi biến đổi ta nhận đưược.

Suất tiêu hao nhiên liệu hiệu dụng [kg/kW.h]

i

e M

l

=

η

M i

H e H

M i M

i M

i e

e

Q Q

g N

B N

B g

η η

η

3600

3600 3600

=

Trang 16

7.2 Tính hiệu suất tuỵêt đối của một số chu trình có các bộ trao đổi nhiệt, có đốt bổ sung.

VII.2.1 Thiết bị tuốc bin khí có bộ trao đổi nhiệt

Một trong những phương pháp nâng cao hiệu quả của thiết bị TBK là tận dụng nhiệt thải của TBK để sấy không khí đi vào buồng đốt Muốn vậy, không khí sau máy nén 1 (hình VI.2,a) được dẫn qua bộ trao đổi nhiệt (bình gia nhiệt) 2 Khí thải từ TBK 4 cũng được dẫn về bộ trao đổi nhiệt, cấp một phần nhiệt của nó cho không khí rồi xả ra ngoài trời Không khí nóng được đem về buồng đốt 3 Ta sẽ nghiên cứu chu trình thiết bị TBK

trên giản đồ T-S

Trang 17

3-4 – quá trình nén không khí trong máy nén;

4-5 – sấy không khí trong bộ trao đổi nhiệt với áp suất ; 5-1 – cấp nhiệt trong buồng đốt với ;

1-2 – quá trình bành trướng khí trong tuốc bin;

2-6 – thoát nhiệt từ khí thải trong bộ gia nhiệt với ;

6-3 – thoát nhiệt đẳng áp với khí thải ra ngoài trời

tich dien

q

c a

b a

−

) ( 4 5'

5 4 max

Trang 18

tức là tỷ số lượng nhiệt thực tế truyền cho không khí trong bình gia nhiệt trên lượng nhiệt có thể truyền được khi sấy không khí đến nhiệt

độ khí thải khỏi tuốc bin R được gọi là độ hồi nhiệt.

Biểu thị qr và qmax qua các thông số của chu trình:

qr = CP(T5 – T4); qmax = CP(T2 – T4); hay độ hồi nhiệt đưược tính theo:

( 2 4 )

4 5

T T

T

R

−

=

Trang 19

hiệu suất trong của thiết bị TBK khi có hồi nhiệt là

- độ tăng nhiệt độ trong chu trình

- độ tăng áp suất trongmáy nén (độ nén) Biểu thị T5 qua R:

(các nội dungkhác, đọc thêm sgk)

( )bd t

m k

i m

r bd

i

l q

l

η

β τ

η

η β

1

1 1

1 5

0

−













−







 −

=

3

1

T

=

τ

3

4 2

1

p

p p

p

=

β

Định dạng
Số trang	19
Dung lượng	506,5 KB