Bài tập tuốc bin hơi nước chọn lọc và giải sẵn phạm lương tuệ, trương ngọc tuấn, bùi thanh hùng

Xác định de, qe và hiệu quà tiết kiệm Çr khi áp dụng gia nhiệt hồi nhiệt Chương II s ự CHUYỂN ĐỘNG CỦA DÒNG HƠI VÀ TÍNH TOÁN ỐNG PHUN Bài tập 2.1.. Xác định hệ số tổn thất trong dãy cánh

CHON LOC VÀ GIẢI SẴN

THU VIEN DAI HOC NHA TR A N G

TRƯỜNG ĐỌI HỌC BÓCH KHOA HÒ NỘI

1 9 5 6 - 2006

GS TS PHẠM LƯƠNG TUỆ (CHỦ BIÊN)

TS TRƯƠNG NGỌC TUẤN, ThS BÙI TH A N H HỪNG

LÒÌ MỞ ĐẦU

Cuốn “Bài tập tuốc bin hoi nưóc (Chọn lọc và giải sẵn)” bao gồm những bài toán mẫu với lời giải sẵn bàng công cụ tính toán thông thường M ột số bài tập dài được tính toán bàng m áy điện tử

Cuốn sách này ra đời nhằm phục vụ sinh viên ngành N hiệt và các ngành công nghiệp có dùng nhiệt về cách giải các bài tập ngắn, dài, làm thiết kế m ôn học và thiết

kế tốt nghiệp Q ua đó sinh viên sẽ nắm vững thêm các môn học: “Khí động lực học”,

“Tuốc bin hơi nư ớ c” , “ C hế độ làm việc thay đổi của tuốc bin hơi”, “ Độ bền và sự dao động của tuốc b in ” , v.v

Đây là m ột số bài toán mà chúng tôi đã được các giáo sư Liên Xô (trước đây), như các thầy Scheglaiev A V., Samôilôvich G s., Troianôvski B M., Smôlenski A V., v.v trực tiếp hoặc gián tiếp giảng dạy và hướng dẫn thực hành

Qua giảng dạv nhiều năm chúng tôi cũng đã truyền thụ lại cho nhiều thế hệ sinh viên ngành N hiệt T rường Đại học Bách khoa Hà Nội, đồng thời đã ứng dụng một phần kiến thức này để giải quyết thành công một số vấn đề trong nghiên cứu, phục vụ sàn xuất ở các nhà m áy điện thuộc Tổng Công ty Điện lực Việt Nam và các ngành công nghiệp khác

Cuốn sách này có thể giúp ích cho các bạn đồng nghiệp làm việc tại các nhà máy điện hoặc các ngành công nghiệp có dùng nhiệt, trong công tác lắp ráp, sửa chữa, vận hành tuốc bin, cũng như công tác nghiên cửu thiết kế các bộ phận của máy năng lượng

C húng tôi hy vọng ràng, với sự giúp đỡ và cộng tác của các bạn đọc, chúng tôi

sẽ khắc phục được những thiếu sót khó tránh khỏi trong công tác biên soạn, sẽ tiếp tục sưu tầm được nhiều bài toán hay hơn, thiết thực hơn, cập nhật hơn với các phương pháp giải hiện đại hơn, để bổ sung tài liệu khi có dịp được tái bản

C húng tôi vô cùng cảm ơn và biết ơn bạn đọc

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn Nhà xuất bản Khoa học và Kỳ thuật đã tạo điều kiện để cuốn “ Bài tập tuốc bin hơi nước (Chọn lọc và giải sẵn)” được ra đời đúng vào dịp kỷ niệm lần thứ 50 ngày thành lập, xây dựng và phát triển Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Lạnh, Trường Đ ại học B ách khoa Hà Nội.

Điện thoại: 869 2331; 868 0293

Các tác giả

MỤC LỤC

Chương I

CÁC CHU TRÌNH NHIỆT CỦA TUỐC BIN

Bài tập 1.3 Xác định hiệu suất tuyệt đối r|^n của chu trình có quá nhiệt trung gian 14Bài tập 1.4 Xác định lượng nhiệt được khi tuốc bin ngưng hơi và đối áp phối hợp

Bài tập 1.5 Xác định de, qe và hiệu quà tiết kiệm Çr khi áp dụng gia nhiệt hồi nhiệt

Chương II

s ự CHUYỂN ĐỘNG CỦA DÒNG HƠI VÀ TÍNH TOÁN ỐNG PHUN

Bài tập 2.1 Tìm tốc độ giới hạn của dòng hơi trong ống phun 21Bài tập 2.2 Xác định hệ số lưu lượng của ống phun nhỏ dần 22Bài tập 2.3 Tìm diện tích của tiết diện nhỏ nhất Fmin và tiết diện ra F| của ống

Bài tập 2.4 Xác định hệ số tốc độ (p và góc ra a-| của dòng khỏi dãy cánh 23

Bài tập 2.5 Tính dãy ống phun của tầng truilg gian xung lực cao áp 24

Bài tập 2.6 Tim chiều cao ống phun cùa một tầng cuối tuốc bin ngưng hơi 25

Bài tập 2.7 Tính ống phun to dần của tầng điều chinh tuốc bin ngưng hơi 25

Bài tập 2.8 Xác định lưu lượng hơi qua ống phun nhỏ dần khi áp suất P| tăng lên 26Bài tập 2.9 Tính P! sau ống phun nhỏ dần khi lưu lượng khi lưu lượng hơi giảm 27Bài tập 2.10 Tính lưu lượng hơi khi áp suất ban đầu P() thay dổi 27Bài tập 2.11 Xác định áp suất trước ống phun nhỏ dần khi lưu lượng hơi giảm 28

Bài tập 2.12 Tính áp suất trước ống phun nhỏ dần khi lưu lượng hơi tăng 29

Bài tập 2.13 Xác định áp suất sau ống phun nhỏ dần khi áp suất ban đầu tăng 30

Bài tập 2.14 Xác định lưu lượng hơi qua ống phun to dần so với lưu lượng hơi

Bài tập 2.15 Tính áp suất trước ống phun to dần khi lưu lượng hơi giảm 31Bài tập 2.16 Xác định lưu lượng hơi qua ống phun to dần khi áp suất trước ống

Bài tập 2.17 Xác định góc lệch dòng ờ trong miền cắt vát của ống phun nhỏ dần 33Bài tập 2.18 Xác định hệ số tổn thất trong dãy cánh động phảng 34

Chương III

TÍNH TOÁN TẦNG TUỐC BIN

Bài tập 3.1 Dựng tam giác tốc độ và xác định tốc độ tuyệt đối, tương đối của hơi ra

Bài tập 3.2 Xác định các kích thước chủ yếu của tầng trung gian tuốc bin xung lực

Bài tập 3.14 Tính cánh xoắn theo quy luật lưu số không đổi (Cur = const) 66

Bài tập 3.16 Dựng các tam giác tốc độ và xác định hiệu suất TỊoL của tầng xung

Bài tập 3.17 Dựng quá trình trên giản đồ i-s và xác định các kích thước phần

Bài tập 3.18 Xác định kích thước của tầng Kectit tuốc bin K-4-35 77

Chương IV

TÍNH TOÁN CÁC B ộ CHÈN

Bài tập 4.1 Tính lưu lượng hơi rò Gy qua chèn lắt léo của bánh tĩnh tầng trung gian 82

Bài tập 4.3 Tính hiệu suất của tầng trung gian xung lực có tính đến rò rỉ hơi qua

Bài tập 4.4 Xác định lưu lượng hơi rò Gy qua khe chèn trong tuốc bin phản lực 85

Chương V

TÍNH TOÁN TUỐC IỈIN NHIỂU TẨNG

Bài tập 5.1 Xác định kích thước của tầng cuối cùng tuốc bin ngưng K-25-35 87Bài tập 5.2 Đánh giá các kích thước của tầng không điều chinh tuốc bin phản lực 88Bài tập 5.3 Tính đường kính trung bình và chiều dài cánh của tầng cuối cùng của

Bài tập 5.4 Xác định số tầng không điều chinh z, các đường kính và nhiệt giáng

Bài tập 5.5 Xác định lực dọc trục Ru trong tầng trung gian 93Bài tập 5.6 Xác định lực dọc trục Ra trong tầng cuối cùng của tuốc bin ngưng hơi 96

Chương VI

S ự LÀM VIỆC CỦA TUỐC BIN KHI CHÊ ĐỘ THAY Đ ổ i

Bài tập 6.1 Tính tầng cuối của tuốc bin P-25-90 khi giảm lưu lượng hơi 98Bài tập 6.2 Giải bài toán 6.1 bằng phương pháp gần đúng 101Bài tập 6.3 Xác định hiệu suất trong ĩ|()j và công suất ípj khi áp suất sau tầng tăng 103Bài tập 6.4 Xác định mức tăng công suất AíP0l khi giảm áp suất sau tầng 107Bài tập 6.5 Xác định áp suất trong buổng tâng điều chính của tuốc bin đổi áp

P-25-90 khi giảm lượng hơi qua các tầng không diều chinh 109Bài tập 6.6 Xác định áp suất trong buồng tầng điều chinh khi một số tầng bị

Bài tập 6.14 Tính công suất í?i của tầng điều chỉnh tuốc bin ngưng hơi khi lưu

Bài tập 6.15 Xác định lưu lượng hơi Dx qua xupáp quá tải 120Bài tập 6.16 Xác định mức độ tăng công suất tương đối khi nhiệt độ ban đầu t„ của

Bài tập 6.17 Tính công suất cùa tuốc bin K-4-35 khi tăng áp suất sau tầng cuối cùng 123 Bài tập 6.18 Xác định độ mở của xupáp thứ hai vào thời điểm xupáp điều chinh thứ

nhất đã mở hoàn toàn khi áp suất ban đầu được nâng cao 124Bài tcập 6.19 Xác định sự thay đổi độ chênh lệch áp suất và nhiệt giáng lý thuyết

Bài tập 6.20 Tính lưu lượng hơi cần thiết để hiệu áp ở tầng trước tầng bị tháo bàng

Bài tập 6.21 Xác định nhiệt độ ban đầu t„ phải giảm bao nhiêu để các thông số

hơi trước tầng thứ hai vẫn bằng giá trị tính toán, sau khi đã tháo

Bài tập 6.22 Xác định độ giảm công suất cực đại của tuốc bin P-25-90 khi đã tháo

cánh động và bỏ hẳn bánh tĩnh của tầng cuối cùng 130Bài tập 6.23 Xác định lực tác dụng lên các cánh động cùa tầng thứ 19, công suất

giới hạn, sau khi tháo cánh động và cánh hướng của ba tầng cuối

Chương VII TUỐC BIN CÓ TRÍCH HƠI ĐIỂU CHỈNH VÀ TUỐC BIN Đ ố i ÁP

Bài tập 7.1 Chọn lưu lượng hơi tính toán PCA và PHA của tuốc bin T -12-35/1,2 136Bài tập 7.2 Dựng đồ thị các chế độ đơn giản của tuốc bin T-12-35/1,2 137Bài tập 7.3 Dựng đổ thị các chế dộ của tuốc bin trích hơi cấp nhiệt T-25-90/1,2 138Bài tập 7.4 Chọn lưu lượng hơi tính toán cho các PCA, PTA và PHA cùa tuốc bin

Bài tập 7.5 Dựng đồ thị các chế độ đơn giản của tuốc bin có hai cửa trích hơi điều

Chương VIII TÍNH TOÁN Đ ộ BỀN VÀ ĐỘ RUNG CHO CÁNH QUẠT

Bài tập 8.1 Xác định các ứng suất do lực ly tâm ơ kỂO và ơ uổn ở tiết diện gốc cánh

Bài tập 8.2 Xác định ơ™“nx và ơỊAa0x trong các cánh động tầng 11 của K-4-35 157Bài tập 8.3 Xác định ơ kéo tại tiết diện gốc cánh động tầng cuối cùng của tuốc bin

Bài tập 8.8 Xác định tần số dao dộng tự do tông thứ nhất f của cánh riêng lẻ với

tiết diện không đổi, được chế tạo liền với vật cách 164Bài tập 8.9 Xác định tần số dao động tự do (dạng A„) của cụm cánh có đai, có tiết

Bài tập 8.10 Xác định độ suy giảm lôgarit s của các dao động đối với cánh bằng

Bài tập 8.16 Xác định tần số dao động riêng (dạng A„) của cánh động có tiết diện

Bài tập 8.17 Tính cánh xoắn theo phương pháp lưu sô' tốc độ không đổi

Chương IX

TÍNH TOÁN Đ ộ BỂN CỦA ĐĨA

Bài tập 9.2 Xác dịnh ứng suất trong đĩa có bạc với bể dày đĩa không đổi 178

Bài tập 9.4 Tính toán vành đĩa có lắp cánh đuôi chữ T 188Bài tập 9.5 Xác định số vòng làm mất dộ găng cho đĩa lắp trẽn trục đặc 190

Chương X

TÍNH TOÁN ĐỘ BỂN VÀ ĐỘ RUNG CỦA TRỤC

Bài tập 10.1 Xác định hệ số an toàn tại cổ trục tuốc bin K-50-90 khi máy phát bị

Bài tập 10.2 Tính trục đàn hồi của tuốc bin xung lực một tầng 193Bài tập 10.3 Tính số vòng tới hạn của trục khi số vòng làm việc bằng 6000 vg/ph 195 Bài tập 10.4 Xác định số vòng tới hạn thứ nhất của rồto 199Bài tập 10.5 Xác định số vòng tới hạn thứ nhất và thứ hai của roto có đầu mút

Ví dụ 12.2.5: Tính toán ứng suất trong đĩa cánh dộng 248

PHU LUC

Phu lục 1 Mã nguồn một số chương trình chính 256

PL 1.1 Tính toán các thông số nhiệt động của nước/hơi nước 256

Phụ lục 2 Đặc tính khí động lực học của các dãy cánh 266PL.2.1 Dãy ống phun C-l và các đặc tính khí động của nó 266

PL.2.3 Bảng prôfin của cánh động tuốc bin xung lực 268

PL.2.5 Dãy cánh động P-l và các đặc tính khí động 269PL.2.6 Dãy cánh động P-2 và các đặc tính khí động 270PL.2.7 Dãy cánh động P-3 và các đặc tính khí động 271PL.2.8 Dãy cánh động P-4 và các đặc tính khí động 272

Phụ lục 3 Các đồ thị phụ trợ 273PL.3.1 Hệ số lưu lượng |iy đối với chèn có hình dạng khác nhau 273PL.3.2 Hệ số tốc độ (p đối với dãy ống phun nhỏ dần 274

PL.3.6 Sự thay đổi độ phản lực của tầng xung lực 277PL.3.7 Đồ thị để xác định góc lệch dòng trong miền cắt vát 278PL.3.8 Mạng đổ thị hiệu chỉnh chân không tổng quát 279

Phu lục 4 Quan hệ giữa các đơn vị đo lường dùng trong ngành nhiệt năng

CHƯƠNG I

CÁC CHU TRÌNH NHIỆT CỦA TUỐC BIN

BÀI TẬP 1.1

Sử dụng bảng hơi nước tìm nhiệt giáng lý thuyết của tuốc bin (¥) H(), biết rằng các thông

số ban dầu của hơi: Po = 88,29 bar, t() = 500()c, áp suất hơi ở bình ngưng pk = 0,039 bar

ở đây: i() - entanpi ban đầu của hơi;

S() - entrôpi ban đầu cùa hơi;

ik - entanpi của nước ở nhiệt dộ bão hoà của hơi thoát;

Sk - entrôpi của nước ở nhiệt độ bão hoà của hơi thoát;

Tk - nhiệt độ bão hoà tuyệt dối của hơi thoát

(Bài toán cũng có thể giải dược bằng giàn đồ i - s).

p0 = 88,29 bar

BÀI TẬP 1.2

Khi làm thí nghiệm tuốc bin ngưng hơi ta đo được: Công suất tuốc bin trên khớp trục

( ] Còn gọi là tuabin hoặc tuyếc bin.

fPe = 12340 kW, lưu lượng hơi D = 52400 kg/h, áp suất ban đầu Po = 23,544 bar, nhiệt độ ban đầu t(,= 380°c, áp suất trong bình ngưng pk = 0,044 bar Xác định suất tiêu hao hơi de và suất tiêu hao nhiệt qe, hiệu suất hiệu dụng tương đối ĩ|oe và tuyệt đối r|e Tuốc bin làm việc ở

chế độ không hồi nhiệt

Đáp số: de = 4,25 kg/k\V hỉ qe = 13,012,24 kJ/kW h; 7]oe = 0,779; 7]e = 0,277.

LỜI GIẢI

Theo đồ thị i-s xác định nhiệt giáng ban đầu i() = 3191,14 kJ/kg và nhiệt giáng lý thuyết Ho = 1087,84 kJ/kg

Entanpi nước ngưng:

ik = 128,45 kJ/kg (theo các bảng hơi nước)

Suất tiêu hao hơi:

3600I)e = — — = 0,277

BÀI TẬP 1.3

Tuốc bin ngưng hơi có các thông số siêu cao (Po = 166,77 bar, t() = 550°c, pk = 0,0293

bar) có quá nhiệt trung gian (tái sấy) tới nhiệt độ tn = 520°c Áp suất hơi nước trước bộ quá nhiệt trung gian Pi = 34,335 bar Tổn thất áp suất trong đường ống của quá nhiệt trung gian

Àp = 5,886 bar Hiệu suất trong của phần cao áp Ĩ|^A = 0,77 và phần hạ áp Ĩ|ỊJA = 0,83 Xác

định hiệu suất tuyệt đối của chu trình r\^n So sánh hiệu quả kinh tế của chu trình này với

chu trình không có quá nhiệt trung gian, biết rằng hiệu suất trong của tuốc bin không có quá nhiệt trung gian vào cỡ T|oi = 0,80 (do có các tổn thất phụ ở phần chuyền hơi, làm tăng độ

ẩm cùa hơi ở các tầng cuối tuốc bin)

Đáp số: Hiệu suất của chu trình có quá nhiệt trung gian 7]ịqn = 0,389 Đưa quá nhiệt trung gian vào làm tăng hiệu quả kinh tê lén £ = 6,7%.

LỜI GIẢI

Theo các dữ kiện của bài toán ta biểu diễn quá trình trên giản đồ i-s (hình vẽ bài tập

1.3) Entanpi của nước ngưng ở nhiệt độ hơi bão hoà sau tuốc bin: i k = 99,58 kJ/kg.

Hiệu suất tuyệt đối của chu trình có quá nhiệt trung gian được xác định theo côngthức:

Thiết bị năng lượng nhiệt gồm hai tuốc bin: tuốc bin ngưng và đối áp (hình vẽ bài tập

1.4-a) có công suất điện f?E = 12000 kW và cung cấp hơi cho các hộ tiêu thụ nhiệt Dn =

40000 kg/h ở áp suất pn = 1,18 bar

Các thông số hơi trước tuốc bin: Po = 28,5 bar, t() = 400(,c

Áp suất trong bình ngưng: pk = 0,039 bar

Hiệu suất trong tương đối của tuốc bin: r|0ị = 0,8

Hiệu suất cơ của tuốc bin: r|M = 0,98

Hiệu suất của máy phát điện: r|E = 0,95

Xác định sự phân bố công suất fPE1 và ÍPE2 giữa các tuốc bin và lượng nhiệt tiết kiệm

AQ so với sơ đồ sản xuất riêng rẽ {hình vẽ bài tập 1.4-b), biết rằng entanpi của nước cấp i k

trong tất cả các thiết bị đều như nhau

H ình vẽ bài tập 1.4-a

ỉo

Hỉnh vẽ bài tập 1.4-b

Đáp sô:

Công suất của tuốc bin có đối úp: £PE1 = 5670 kVV

Công suất của tuốc bin ngưng hơi: íPp2 = 6330 kVV

Tiết kiệm nhiệt khi sản xuất kết hợp: AQ = 52,72.106 kj/h.

LỜI GIẢI

Sử dụng dổ thị i-s {hình vẽ bùi tập 1.4-c) ta xác định dược nhiệt giáng sử dụng trong

tuốc bin dối áp h| = 547,68 kJ/kg và trong tuốc bin ngưng hơi h Ị1 = 912,95 kJ/kg, cũng như là entanpi cùa hơi cấp cho các hộ tiêu thụ nhiệt: i n = i() - hỊ = 2 677,76 kJ/kg

Cồng suất điện do hơi cấp nhiệt sinh ra dược xác định theo công thức:

D n - HỈ n M • nE = 5670 k\v

Do đó, cống suất của tua bin ngưng hơi: íPE9 = fĩE - fPE| = 12 000 - 5670 = 6330 kW

Lượng nhiệt tiết kiệm AQ (kJ/h) khi sản xuất kết hợp:

AQ = Dn • H |( d ĩ - l ) = 52,72.106 kJ.h;

'ì,

I! Hị11 912,951]i i0 _ i k 3227,54-119,66 = 0,294.

H ỉnh vẽ bài tập 1.4-c I q C ị ^ 2^

Thiết bị tuốc bin trình bày trên sơ đồ (hình vẽ bài tập 1.5-ơ) được tính theo các thông

số ban đầu của hơi nước Po = 39,24 bar, t() = 430()c và áp suất ở bình ngưng pk = 0,039 bar

Hệ thống hổi nhiệt hai cấp (z = 2) đảm bảo đun nước đến nhiệt độ tị = 150°c Áp suất do bơm cấp tạo ra pBơm = 49,05 bar

Hiệu suất trong tương đối của tuốc bin T|0j = 0,78; hiệu suất cơ cùa tuốc bin r|M = 0,98

Xác định suất tiêu hao hơi de, suất tiêu hao nhiệt qe và hiệu quả tiết kiệm ị r đạt được

do áp dụng gia nhiệt hồi nhiệt nước cấp

HrO0 = i0 - i’l - Tk (So - S’j) = 3279 - 634,29 - 301,6 (6,87 - 1,834) = 1125,9 kJ/kg;

ờ đây: i() và S() - tương ứng là entanpi và entrôpi của hơi mới ở P() và t0;

i’Ivà S’I - tương ứng là entanpi và entrốpi của nước cấp (ở tị và áp suất bơm pB(fm =

49,05 bar);

Tk - nhiệt độ tuyệt đối của hơi bão hoà, K, khi pk = 0,039 bar

Hiệu suất của chu trình hồi nhiệt lý tưởng được xác định theo công thức:

1125,9reo = H A A oroo _ AAorcoH

3279 - 634,29 = 0,4257.

Hiệu suất nhiệt của chu trình lý tưởng không có hồi nhiệt nước cấp bằng:

HQ

i ( , - i k 3279- 119,60

ở đây, nhiệt giáng lý thuyết được tìm theo công thức:

H() =i(, - i k - Tk (S0 - s k ) = 1213,78 kJ/kg,trong đó: i k, s k - tương ứng là entanpi và entrôpi của nước ở nhiệt độ bão hoà (áp suất

pk = 0,039 bar)

Nhiệt giáng lý thuyết H() cũng có thể tìm trực tiếp từ đồ thị i-s

Độ tăng hiệu quả kinh tế trong chu trình hồi nhiệt lý tưởng: ị n = —— - —

Ht

= 0,108

Chấp nhận nước cấp trong bình gia nhiệt được đun nóng tới nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ hơi nóng bão hoà 10°c, ta xác định được áp suất của cửa trích thứ nhất Pj = 6,18 bar (từ bảng hơi khô bão hoà khi tSị = tj + 10 = 150 + 10 = 160°C)

Entanpi của hơi trích khi Pị = 6,18 bar đối với chu trình lý tưởng ở quá trình đẳng entrôpi trong tuốc bin bằng: iỊt = 2.813,74 kJ/kg

Entanpi của hơi ở cuối quá trình giãn nờ đẳng entrôpi (khi pk = 0,039 bar): ikt = 1.837,53 kJ/kg

Ớ cả hai bộ hâm nước nếu cho độ tăng nhiệt độ của nước cấp gần như nhau và lấy nhiệt độ của nước cấp ở đầu ra bình gia nhiệt thứ hai: t2 = 90°c, thì áp suất cùa cửa trích thứ hai Pịị = 0,981 bar

Dựng quá trình giãn nở cùa hơi trong tuốc bin trên giản đổ i-s (hình vẽ bài tập 1.5-b)

có tính đến hiệu suất trong, và xác định entanpi của hơi trích: ij = 2.916,06 kJ/kg; in = 2.669,392 kJ/kg và entanpi của hơi ở cuối quá trình thực trong tuốc bin: ik = 2.332,58 kJ/kg.Lập phương trình cân bằng nhiệt cho bình gia nhiệt thứ nhất, đã tìm được phần lượng hơi trích:

1 ,- 1 , 2.916,06-674,88

ở đây: (i2), - entanpi của nước cấp (khi t2 = 90° c và áp suất bơm pBwm = 49,05 bar);

i ] - entanpi nước đọng của hơi đun nóng tại cừa trích thứ nhất (từ bảng hơi bão hoà khô khi tSI = 160°C)

Ta cũng lập phương trình cân bằng nhiệt đối với bình gia nhiệt thứ hai:

a IIMi + a |i'i + (!-< *! - a „ ) i k = ( i2 )„

từ đó tìm ra: a „ = [ ( i 2 ) | | - i j ~ a | ( i | ~ ik)] = 0,0761

Mi - h

Nhiệt giáng sử dụng quy dẫn trong quá trình hồi nhiệt thực: Hir = (i(> - iị) + (1 - ctị)(i|

- iịị) + (1 - oq - a n) (i.ị - ik) = 854,79 kJ/kg

Hiệu suất trong tuyệt đối của thiết bị thực có hổi nhiệt: T|r = — ——7“ = 0,3230

i() - i 1

Hiệu suất trong tuyệt đối của chu trình không có hồi nhiệt: r|ị = r\v TỊoi = 0,2996

Suất tiêu hao nhiệt trong thiết bị thực có tính đến các tổn thất cơ trong tuốc bin:

q e = — 00- = 11.380 kJ/kWh

’I r h MSuất tiêu hao hơi: d e = —— 7 = 4,63 kg/k\Vh

Độ tăng hiệu quả kinh tế của chu trình do có gia nhiệt hồi nhiệt nước cấp:

, = HlT IIì- = 0,078

’li

CHƯƠNG II

S ự CHUYỂN ĐỘNG CỦA DÒNG HƠI VÀ TÍNH TOÁN ỐNG PHUN

(Chú thích: Khi giải các bài toán của chương này ta coi tốc độ dòng hơi đi vào ống phun C() = ỡ, nếu trong các điều kiện của bài toán không dưa ra s ố liệu cụ thể).

Từ điểm A trên giản đồ i-s (hình vẽ bài tập

2.1) tương ứng các thông số ban đầu của hơi,

đặt lên phía trên theo đường đẳng entrôpi

ở đây: v 0 = 0,214 m^/kg - thể tích riêng của

hơi ở điểm A ’ được xác định theo

Po = 11,772 b a rv à t'o = 219°c Hình vẽ bài tập 2.1

Để xác định hệ số lưu lượng của ống phun nhô dần ta tiến hành đo: lưu lượng hơi

G = 0,117kg/s; các thông số của hơi trước dãy ống phun: Po = 1,189 bar; t() = 215°c và áp suất sau dãy cánh P| = 0,719 bar Tìm hệ số lưu lượng đối với chế độ đã cho, nếu diện tích tổng các tiết diện ra của 7 ống phun bằng Fj= 7,14 cm2

ở đây: c lt - tốc độ lý thuyết của dòng;

v lt - thể tích riêng của hơi ở điểm cuối quá trình giãn nở đẳng entrôpi;

C lt = 'Ịk) = 4 6 2 m/s;

ở đây: i0 - entanpi ban đầu của hơi;

iu - entanpi của hơi ở cuối quá quá trình giãn nở đẳng entrôpi

Các đại lượng i0, i lt và v lt tìm được trong các bảng hơi nước hoặc trên giản đồ i-s

Hệ số lưu lượng là tỷ số lưu lượng thực trên lưu lượng lý thuyết:

(hay = y[ĩũ = V145,6.2.103 = 540 m/s) - tốc độ tới hạn; v lt = 0,761 m 3/kg - thể tích

riêng của hơi ở cuối quá trình giãn nở đẳng entrôpi; c lt = ^2.10 'h o , = 783 m/s - tốc độ lý

thuyết Các nhiệt giáng h* và h()j được tim nhờ đồ

thị i-s (hình vẽ bài tập 2.3) Diện tích tiết diện tối

thiểu có thể tìm theo công thức:

ở đầu n khỏi dãy cánh a j có khi được xác định

bằng thưc nghiệm qua việc đo phản lực (hình vẽ bài

tập 2.4)

Xic định (p và Gtj, nếu lưu lượng hơi G =

0,694 kg/s, các phản lực Pu = 3,07 kG, Pa = 0,72 kG;

các thông số hơi trước ống phun P o = 1,189 bar, t() =

215°c, áp suất sau dãy cánh Pj = 0,72 bar

Đáp số: (p = 0,967; ƠỊ = 13,2°.

LỜI GIẢI

Đề xác định hệ số tốc độ cần tính tốc độ lý

thuyết của dòng ứng với nhiệt giáng đẳng entrôpi từ áp

suất P() tới áp suất Pị: Cịt = yj(i() - i lt )2.103 = 462 m/s

ở đây: i() và i], được xác định trong bảng hơi

nước hoỊc trên giản đồ i-s

Tốc độ dòng chảy được xác định từ phương

1 p gtrình đông lương: Cị = —- = 447 m /s;

Tính dãy ống phun của một trong các tầng trung gian của tuốc bin xung lực cao áp Lưu lượng hơi G = 42,1 kg/s; các thông số hơi trước tầng: Po = 18,83 bar; t() = 336°c Động năng của dòng hơi trước tầng Ah() = 1,799 kJ/kg, áp suất sau các ống phun Pj = 15,8 bar Từ tính toán sơ bộ ta biết được bán kính trung bình của tầng d = 0,99 m Góc hướng dòng hơi ra khỏi dãy ống phun otj = 130°.

Thực hiện tính toán dựa theo các đặc tính khí động của dãy cánh (xem phụ lục 2).

Đáp số: lj = 31,5 mm; t = 25,9 mm; z = 120; Oy = 35 °; hc = 0,55 k j/k g (khi b = 36 mm).

LỜI GIẢI

Theo các thông số ban đầu và đại lượng Ah() đã cho ta tìm được áp suất hãm trước tầng

Po = 18,93 bar Khi đó tỷ số áp suất: 8 = zr~ = 0,818 Đối với tỷ số áp suất như vậy và góc

ở đây: vIt - thể tích riêng của hơi sau dãy cánh theo quá trình giãn nở đẳng entrôpi;

ịi = 0,97 - hệ số lưu lượng sơ bộ lấy gần đứng:

c „ = ự(Ah0 + h ol).2.103 = 328 m/s

FChiều cao của dãy ống phun (e = 1 ): 1Ị = — - = 0,0315 m = 31,5 mm

71.d 71 • 990

z ~ ~ r ~ 25,9 = 120.

Nhờ đồ thị trong phụ lục 2, ta tìm góc đặt của prôfin a v = 35°.

Hệ số tổn thất trong dãy cánh (khi ĩ = 0,875) ị = 'ị + = 0,042.

ở đây: ịx = 1,01 - hệ số lưu lượng lấy theo đồ thị trong phụ lục 2 (hình PL.2.4) theo độ

ẩm trong ống phun 1 - X « 0,05, khi p* « 0,58 X 0,235 = 0,136 bar; v0 = 6,32 m3 /kg - thểtích riêng của hơi ở Po và x 0

Đáp số: F min = 16,8 cm2 ; F I = 19,8 cm2; lị - 14,7 mm; Z = 14; b Ị = 9,6 mm;

bmin = 8,2 mm; t = 48 mm.

ở đây: V() = 0,0972 m3/kg - thể tích riêng của hơi trước ống phun.

Bằng đồ thị i-s xác định áp suất hơi sau các ống phun Pi = 9,61 bar và thể tích riêng của hơi ở cuối quá trình giãn nở đẳng entrôpi v lt = 0,249 m 3 /kg ta tính diện tích của tiết diện ra:

F = AĨ ! =0,00198 m2

ịlỊ.C lt

ở đây hệ số lượng P|=0,97; C Ịt = ^/h 01.2.103 = 818 m/s

pChiều cao của ống phun: lj = - — - = 0,0147 m

n.d.e.sinctjCho chiều rộng tiết diện ra của ống phun aj = 10,0 mm, ta có số ống phun:

z = - h - = 13,5

M iLấy tròn z = 14 và chuẩn xác aj = 9,6 mm

Bẻ rộng của ống phun ở tiết diện nhỏ nhất (bề rộng cổ họng):

amin = = 0,0082 m = 8,2 mm

z - lịGiả thiết rằng, sin của góc ra của dòng bằng tỷ số bề rộng ống phun aj trên bước t, tatìm ra được giá trị của bước: t = ——— = 48 rara

sino.]

BÀI TẬP 2.8

Lưu lượng hơi qua các ống phun nhỏ dần sẽ thay đổi như thế nào, nếu với áp suất không đổi của hơi trước ống phun Po = 58,86 bar và nhiệt độ ban đầu không đổi, áp suất của dòng hơi sau ống phun tăng từ P[ = 29,43 bar đến Pu = 44,145 bar

Đáp số: Lưu lượng hơi giảm tới 10,8%.

LỜ I G IẢ I

Bởi vì £ = — = 0,5 nhỏ hơn tỷ số áp suất tới han Ẹ: = 0,546 nên lưu lương hơi ở chế

độ tính toán bằng lưu lượng G = G* ở đây tỷ số áp suất khác tính toán e11 = —— = 0,75 lớn

M)

hơn £* nên lưu lượng Gj nhỏ hơn tới han Lưu lượng tương đối q có thể xác định gần đúng

G,theo công thức: q = (e 1 ỉ £*)

Đáp số: p u = 51,9 bar.

LỜI GIẢI

Trên mạng lưu lượng (xem phụ lục 3, hình PL.3.5) theo áp suất tương đối ở chế độ

p

tính toán 8 = — = 0,673 ta tìm đươc lưu lượng tương đối q = 0,960 (hình vẽ hài tập 2.9).

Khi giảm lưu lượng hơi hai lần, tức là qj = - = 0,480, và khi thông số ban đầu không thay đổi áp suất sau ống phun 8n = 0,944 Từ đó áp suất sau ống phun Pịj = 8 n p() = 50,93 bar

BÀĨ TẬP 2.10

Các thông số hơi trước ống phun Po = 34,335 bar, t() = 435°c Lưu lượng hơi G = 3 kg/s

Xác định lưu lượng hơi ở các thồng số mới ban đầu: P ( ) Ị = 28,45 bar và t()Ị = 400°c Đối áp

P ị = 19,62 bar giữ không đổi

Trên mạng lưu lượng (xem phụ lục 3, hình PL.3.5) theo đối áp tương đối ở chế độ tính

8 ị = — = 0,77 và áp suất ban đầu tương đối £() = = 1,0 ta xác định lưu lượng tương đối

q = = 0,869 (hình vẽ bài tập 2.11).

G o

Khi giảm lưu lượng hơi ba lần q, = - q = 0,29 Theo C]| và dối áp tương đối không đổi

Eị ta tìm dược áp suất tương đối ban dầu e01 = 0,794 Vậy áp suất mới trước ống phun:

P()I = Eoi-Po = 101,14 bar

BÀI TẬP 2.12

Với áp suất hơi trước các ống phun nhỏ dần Po = 15,696 bar và áp suất sau ống phun

Pị = 1 1,772 bar, lưu lượng hơi qua ống phun G = 10,4 kg/s Áp suất hơi trước các ống phun này phải là bao nhiêu khi với lưu lượng mới G| =18 kg/s áp suất sau chúng Pn =14,715 bar? Nhiệt độ ban đầu giữ không đổi

Theo lưu lượng tương đối mới q = - r q = - —

6 6 1 G 10,4 0,446 = 0,771 và đối áp tương đốimới 8 Ị = = 0,468 ta tìm ra áp suất ban đầu tương đối mới £01 = 0,78 và áp suất ban

đầu p01 = 24,525 bar

Hình vẽ bài tập 2.12

Ông phun nhỏ dần được tính toán để làm việc với áp suất ban đầu Po = 9,81 bar và đối

áp Pj = 7,848 bar Phải giữ ấp suất sau ống phun bằng bao nhiêu để khi áp suất P()| = 11,772

bar thì lưu lượng hơi đi qua ống phun giảm xuống 2 lần Hơi: quá nhiệt Áp suất ban đầu không đổi

Fdưng với tỷ sô' đã cho — (ví du, xem lời giải bài sô' 2.16).

BÀI TẬP 2.15

Ở chế độ tính toán hơi đi qua cụm ống phun to dần của tầng điểu chỉnh tuốc bin trung

áp với lưu lượng D = 8 T/h Khi đó áp suất hơi trước các ống phun Po = 32,373 bar, còn nhiệt

độ t() = 434°c Áp suất sau các ống phun Pi = 9,42 bar Cần giảm áp suất trước các ống phun p()1 đến giá trị nào để lưu lượng đó qua cụm ống phun đã cho giảm còn D| = 2 T/h, nếu ở chế

độ non tải áp suất sau các ống phun giảm xuống Pi = 8,63 bar

Đáp số: Poi = 9,32 bar.

LỜI GIẢI

Sau khi tìm đươc tỷ sô' — = 0,85 (,) (trong đó Fmm và F| tương ứng là các diên tích

Fitại tiết diện nhỏ nhất và ở đầu ra của ống phun) đối với ống phun có độ loe đã cho ta xác định đối áp giới hạn:

D — = 8 — = 2,8 T/hP() 32,373

Vì Dj = 2 T/h nhỏ hơn đại lượng này, nên áp suất ban đầu được xác định từ phương trình lưu lượng đối với ống phun to dần bằng cách thế 8a vào s*:

1 Í £ l i r P ọ O 2

+

2 ( ^ \

P ()l ( i - O 2 V P o M ) ) I p o ; V P o J

ở đây: D() = D = 8 T/h - lưu lượng tới hạn của hơi với áp suất trước các ống phun P() = 32,373 bar Từ đó ta có P()1 = 9,32 bar

Khi giải bài toán có thể bỏ qua độ giảm nhiệt độ ban đầu

BÀI TẬP 2.16

FLưu lương hơi đi qua ống phun có tỷ số —— = 0,878 với áp suất trước ống phun Po =

F1

88,29 bar và sau ống phun P! = 71,61 bar bằng D =100 T/h Lưu lượng Dj qua các ống phun

sẽ là bao nhiêu, nếu áp suất trước ống phun giảm xuống còn P()Ị = 79,461 bar, và đối áp tăng lên đến Pjị = 74,556 bar? Nhiệt độ của hơi trước các ống phun không thay đổi Dựng mạng lưu lượng đối với các ống phun đã cho và dùng nó để giải bài toán này

Các ống phun nhỏ dần có cắt vát (hình vẽ bài tập 2.17) Tâm ống phun nghiêng đi

một góc O.Ị = 18° Áp suất hơi trước các ốn2 phun p() = 88,29 bar Xác định góc lệch dòng 5 trong miền cắt vát của ống phun khi đối áp Pị = 26,49 bar Hơi: quá nhiệt

k

Pỉct _PoĐối với hơi quá nhiệt (k = 1,3)

p 1_ 0,77 1-Í-P-0

LpoJ ll Ip oJ

N 0,231 1,16.

Từ đó góc lệch dòng cùa hơi 5 = 3'

Muốn xác định hệ số tổn thất trong dãy cánh động phảng có prôfin xung lực, người

ta dùng ống khí động để thổi (hình vẽ bài tập 2.18-a) Các số liệu đã đo được: áp suất hãm

đẳng entrôpi trước dãy cánh P()J = 1058 mmHg, áp suất tĩnh sau dãy cánh p2 = 732 mmHg (không đổi dọc theo dãy cánh) và áp suất hãm đẳng entrồpi sau dãy cánh P()2 (các kết quả đo được ghi trong bảng 2.18-a và vẽ thành đồ thị trên hình vẽ bài tập 2.18-b)

Các điểm đo dòng (không khí) sau dãy cánh cách nhau 1 mm Bước cánh t = 17 mm Chí số đẳng entrôpi của không khí k = 1,4

Sốđiểm đo

Po2(mmHg)

Sốđiểm đo

Po2(mmHg)

Sốđiểm đo

Po2(mmHg)

-Đáp số: <Ẹm = 0,292.

LỜI GIẢI

Trước khi tìm hệ số tổn thất trung bình (đặc

trưng cho tính hiệu quả của dãy cánh phảng) cần tính

các hệ số tổn thất cục bộ tức là các tổn thất tương

đối trong các phần tử dòng riêng biệt Chi cần tiến

hành tính toán tại các điểm đo trong giới hạn của một

bước, (hình vẽ bài tập 2.18-b, từ điểm 4 tới điểm 21).

Các hệ số tổn thất cục bộ được xác định theo

công thức:

ị = Ah/h0

ờ đây Ah - nhiệt giáng tương ứng với động năng đã

biến thành nhiệt; h() - nhiệt giáng đẳng entrôpi từ áp

suất p0| tới áp suất p2 (hình vẽ bài tập 2.18-c) Sau

một vài biến đổi công thức này được đưa về dạng:

Sử dung bảng khí đông hoc theo tỷ số áp suất = - = 0,69 ta xác đinh đươc sô

CHƯƠNG III

TÍNH TOÁN TẦNG TUỐC BIN

BÀI T Ậ P 3.1Thông số hơi trước các ống phun của tầng xung lực như sau: áp suất hơi trước tầng p0

= 19,62 bar, nhiệt độ t() = 350°c Áp suất hơi sau tầng p2 = 14,715 bar Tỷ số tốc độ vòng tại đường kính trung bình trên tốc độ ra của hơi khỏi ống phun u/C] = 0,45 Góc ra của dòng hơi khỏi ống phun ơị = 13° Góc ra của hơi khỏi dãy cánh động bằng góc vào: P] = p 2 Các

Entanpi đẳng entrôpi trong các ống phun (cho rằng độ phản lực trong tầng p = 0, tức

là không có bành trướng hơi trong các cánh động):

hoi = h0 = i„ - i2t = 3.133,0 - 3.055,16 = 77,84 kJ/kg

Tốc dộ ra của hơi khỏi ống phun (cho rằng tốc độ hơi trước ống phun C() = 0):

c , = cp-y/2 103.h01 = 0,95^2.103.77,84 = 375 m/s

Tốc độ ra của hơi khỏi ống phun được biểu diễn trên hình 3.1-b bằng vectơ C )

Tốc độ vòng của cánh ở đường kính trung bình:

U = c , = 0,45 X 375 = 169 m/s.

Dòng hơi đi vào dãy cánh động với tốc độ tương đối Wị được xác định bằng hiệu các

vectơ Cị và ũ và tạo nên góc ßj so với hướng tốc độ vòng u (hình vẽ bài tập 3.1-b).

Góc ß] có thể tìm bằng đồ thị hay giải tích:

sinctjtgß

Hướng của tốc độ ra tương đối của hơi được xác định bằng góc ß2 = 23° 15'

Tốc độ tuyệt đối của hơi ra khỏi các rãnh cánh động được xác định bằng tổng vectơ của tốc độ tương đối w 2 và tốc độ vòng ũ {hình vẽ bài tập 3.1-b) Góc nghiêng a2 của tốc

độ tuyệt đối C7 có thể xác định từ đồ thị hoặc theo công thức:

Xác định các kích thước chủ yếu của tầng trung gian tuốc bin xung lực cao áp (đường kính trung bình của tầng d, chiều cao ống phun lị và cánh động 12) Trạng thái hơi trước tầng: Po = 22,46 bar; t0 = 360°c, áp suất sau tầng p2 = 18,83 bar Độ phản lực p = 0,05 Lưu lượng hơi G = 31,4 kg/s Năng lượng được sử dụng bởi tốc độ ra của tầng trước Ah() = 1,76 kJ/kg Các góc ra cửa hơi: khỏi dãy ống phun 0C| = 13, khỏi dãy cánh đông p2 = 22 Tỷ số các tốc độ u/Ca = 0,465 Số vòng quay n = 3000 vg/ph Thực hiện tính toán bằng các đặc

tính cùa dãy cánh (.xem phụ lục 2)

Điện tích tiết diện ra của ống phun được xác định

theo phương trình liên tục:

Fj = -G Vih = 0,01396 m2 = 139,6 cm2,

H-1 * c lt

ở đây: V | t = 0,142 m 3/kg - thể tích riêng của hơi ở cuối

quá trình bành trướng đẳng entrôpi trong các ống phun

(hình v ẽ bài tập 3.2-a) với P ị = 19,4 bar; Ị i ị = 0,97 - hệ

số lưu lượng sơ bộ lấy theo phụ lục 2, hình PL.2.4

Thay: Ca = 44,72ựh0 + A h0 = 337 m/s tìm được

tốc độ vòng:

u = - C a = 156 m/s'~'a

và đưỜTig kính trung bình của tầng:

d = — =0,991 m Ti.n

Tiếp theo ta tính chiều cao của ống phun:

1J = — - = 1,99 cm = 19,9 mm

Để xác định các hệ số tốc độ cp và lưu lượng Ịij ta sử dụng các đặc tính khí động của

dãy cánh Chọn dãy ống phun C-l để thoả mãn chế độ đã cho (xem phụ lục 2) Đối với dãy

cánh này sau khi chọn dây cung của prôfin b = 56 mm ta tìm được chiều cao tương đối củaống phun 1 = — = 0,3 5 5; theo đồ thi PL.2.1-e ta xác đinh hê số lưu lương Pi = 0,952 và

bchuẩn xác các trị số của tiết diện Fj và chiều cao 1Ị:

Fj = 142,3 cm; lj = 20,3 mm

Các tổn thất tương đối trong dãy được xác định bằng đồ thị PL.2.1-d theo:

1= — = 0,362

560,078; <p = V l-C c = 0,96

Chấp nhận bước tương đối t = — = 0,74 theo đồ thi PL.2.1-c ta tìm được các thông số

bhình học của dãy ống phun:

và dựng tam giác tốc độ vào (hình vẽ bài tập 3.2-b) Từ tam giác tốc độ ta tìm dược tốc độ

tương đối cùa hơi vào rãnh cánh động Wj = 166,5 m/s và góc Pj = 2 5 °2 \ Tiếp theo ta xác định tốc độ lý thuyết tương đối của hơi ra khỏi rãnh cánh động:

w 2t = 44,72,ị phn + — i-_ ^ p h ( = 1 8 2 m /s

2 103

Diện tích tiết diện ra của dãy cánh động dược xác định theo phương trình liện tục:

F = — -—— = 0,0263 m2 = 263 cm2,

P2 • w2t

ở đây: v2t = 0,143 m3/kg - thể tích riêng của hơi ở cuối quá trình bành trướng đẳng entrôpi

trong dãy cánh động (hình vẽ bài tập 3.2-a) khi p2 = 18,83 bar; p2 = 0,94 - hệ số lưu lượng được xác định sơ bộ theo đồ thị ờ phụ lục 2, hình PL.2.4:

F)

12 = — = 2,26 cm = 2 2 ,6 mm7i.d.sinßo

Tương tự như khi tính toán dãy ống phun ta sẽ sử dụng các đặc tính khí động Chọn

dãy cánh P-3 (xem phụ lục 2) Ta có dây cung prôfin b = 25,8 mm và chiều cao tương đối:

dãy cánh, v.v , nên khi tính hiệu suất tầng ta quy ước lấy giá trị của \ự nhỏ hơn Đánh giá

rằng, các tổn thất này làm giảm hệ số tốc độ khoảng 4%, vì vậy ta sẽ tiếp tục tính toán tầng với hệ số Vị/ = 0,90

Dựng tam giác tốc độ ra ta được w 2 = Vị/.w2( = 163,5 m/s

BÀI TẬP 3.3

Xác định lực vòng Ru và lực dọc Ra, tác dụng lên các cánh động của tầng theo các điều kiện đã cho trong bài tập 3.2

Đáp số: R u = 966 kG; Ra = 173 kG.

(Các sô'liệu được sử dụng từ kết quả giải bùi tập 3.2)

Hiệu suất trên dãy cánh thấy sự cân bằng tổn thất:

Ah0 + h0 - h c - h L - h Cỉ

0 - £c2 hC2 Các tổn thất trong cánh động hL và tổn thất bởi tốc độ ra:

BÀI TẬP 3.5

Xác định công suất tiêu hao do ma sát và thông hơi quẩn của dĩa đơn í?ms Đường kính trung bình của tầng d = 1,1 m, chiều cao cánh 12 = 30 mm, độ phun hơi từng phần e = 0,4, số vòng quay cùa tuốc bin n = 3000 vg/ph

Các thông số của hơi trong khoang có đĩa quay: áp suất p = 9,81 bar, nhiệt độ t = 300°c

Tiến hành tính toán theo công thức Stodol