Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________
CHƯƠNG IV
TURBINE TĂNG ÁP – CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Để tận dụng nguồn năng lượng khí thải nhằm tăng hiệu công suất và hiệu suất của động cơ, turbine khí xả được đưa vào sử dụng, đầu tiên ơ động cơ bốn kỳ và sau đó được sử dụng cho cả động cơ hai kỳ; đặc biệt loại động cơ hai kỳ công suất lớn. Mức tăng hiệu suất động cơ khi tăng áp bằng turbine khí xả phụ thuộc nhiều vào chế độ tải của động cơ. Đối với động cơ lai chân vịt, tải động cơ cao đồng nghĩa với vòng quay động cơ tăng là điều kiện thuận lợi cho turbine khí xả tăng hiệu quả làm việc; lý do nằm ở chỗ, không những công suất turbine lai phụ thuộc vào công đơn vị của dòng khí xả và lưu lượng dòng khí xa, mà với turbine, khi khai thác ở khu vực định mức sẽ tạo điều kiện phát huy cao nhất hiệu suất của chúng (hình 4.1).
101 http://www.biosys.com.vn
Hình 4.1 :Đồ thị quan hệ lưu lượng và áp suất, hiệu suất của hệ thống tăng áp turbine khí xả.
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________ Nói chung các turbine tăng áp đều thuộc loại turbine xung kích có độ phản kích nhỏ và chúng được chia ra hai loại chính dựa trên cơ sở tận dụng năng lượng khí xả từ động cơ. Đó là turbine sử dụng xung áp suất là chính (còn gọi là turbine biến áp với đặc trưng áp suất trước turbine thay đổi) và turbine đẳng áp ( với đặc trưng áp suất không đổi trước turbine).
Cả hai loại trên đều có thể được chế tạo theo kiểu cho dòng khí xả vào turbine theo hướng tâm (hình 4.2) hoặc dọc trục (hình 4.3). Bố trí dòng khí xả vào turbine hướng tâm cho thường có tốc độ quay nằm trong khoảng 25000- 250.000 vòng/phút, đường kính bánh công tác từ 35-220 mm, công suất từ 15-750 kW. Bố trí dòng khí xả vào turbine theo hướng dọc trục với tốc độ quay từ vài ngàn vòng/phút tới hàng chục ngàn vòng/ phút, đường kính bánh công tác từ 220-1000 mm, công suất turbine từ 150-100000 kW.
Hình 4.2: Turbine hướng tâm
Hình 4.3 Turbine hướng trục.
1-Lối vào của khí xả
2-Lối ra của khí xả
3-Lối vào của không khí
4-Buồng đẩy của khí nén
5-Trục rôto
6-Bộ bơm dầu bôi trơn
7-Dầu bôi trơn
8-Bánh rôto turbine
102 http://www.biosys.com.vn
9-Bánh cánh máy nén
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________ Sau đây chúng ta so sánh hai hệ thống sử dụng năng lượng thường dùng nhất là hệ thống xung lực và hệ thống đẳng áp dẫn tới tên của hai loại turbine xung lực và turbine đẳng áp.
4.1 So sánh hai loại turbine xung lực và đẳng áp
Theo một thống kê gần đúng của hai loại hệ thống ta sẽ thấy những điểm so sánh nổi bật của chúng như sau:
Hình 4.4 Sự tận dụng nhiệt khí thải cho (a) hệ thống Turbine đẳng áp (b) Xung lực
Tuy biểu đồ hình 4.4 chưa đại diện cho tất cả các loại turbine song qua đó ta cũng thấy khả năng tận dụng nhiệt của turbine xung lớn nhưng hiệu suất ở turbine xung lại thấp hơn loại đẳng áp. Một trong các lý do là áp suất thay dổi trước turbine nên dòng chảy vào miệng phun của turbine không ổn định, gây nhiều tổn thất; trong khi ở turbine đẳng áp tại cửa vào áp suất không thay đổi, dòng khí được phân bố đều trên khắp các vành miệng phun, do vậy hiệu suất cao hơn. Một đặc điểm nữa của turbine xung cần lưu ý liên quan tới áp suất thay đổi trước turbine là chính các xung áp suất này gây nên sự tăng cường rung động cánh turbine, đặc biệt khi số xylanh là bội số của 4.
Turbine xung có đặc tính đáp ứng nhanh khi tăng tốc và khởi động trong khi hệ thống dùng turbine đẳng áp lại cần hỗ trợ của bơm phụ khi khởi động và khi hoạt động nhỏ tải của động cơ.
103 http://www.biosys.com.vn
Turbine đẳng áp tạo nhiều trở lực cho khí thoát từ xylanh nhưng lại có ưu điểm bố trí gọn, linh hoạt, không yêu cầu khắt khe về vị trí đặt turbine; trong khí đó, turbine xung tuy tạo trở lực thoát khí thấp nhưng yêu cầu các xylanh nổ liên
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________ tiếp không được bố trí chung đường ống thải để tránh ảnh hưởng của các pha trong thời kỳ xả lẫn nhau giữa các turbine, ngoài ra vị trí turbine phải bố trí gần cửa thoát khí khỏi xylanh, đường xả yêu cầu càng ngắn cáng tốt… điều này bất tiện cho bố trí.
Turbine xung thường chỉ giới hạn áp dụng trong khoảng áp suất tăng áp thấp. Lý do sự giới hạn của turbine xung là việc sử dụng năng lượng xung của dòng khí xả gần như rất kém với áp suất tăng áp của turbine khí xả cao hơn 2,2 bar. Khoảng áp dụng của turbine đẳng áp rộng hơn, áp suất tăng áp cao càng có lợi cho việc sử dụng nhiệt của turbine đẳng áp.
Hình 4.5: phân bố áp suất trước turbine xung lực và đẳng áp.
Một xu hướng với tăng áp lớn là sử dụng turbine đẳng áp. Tỉ số tăng áp cao nhất ở hệ thống đẳng áp dùng cho tăng áp động cơ diesel tàu thủy hiện nay là 5,5. Khi chuyển từ tăng áp xung sang tăng áp đẳng áp cho phép tăng hiệu suất turbine máy nén lên 8% ( theo số thông tin từ hãng B&W. Sử dụng turbine đẳng áp không cần phải tăng góc mở sớm súppap xả, làm giảm công giãn nở như turbine xung và như vậy tăng thời gian giãn nở của môi chất. Chính nhờ tăng thời gian quá trình giãn nở trong xylanh cũng như tăng một ít áp suất cực đại của chu trình mà áp suất chỉ thị của chu trình tăng lên 11% và nhờ hoàn thiện quá trình hoà trộn cũng như qúa trình cháy mà suất tiêu hao nhiên liệu có ích giảm 7,5 %).
CÂU HỎI THẢO LUẬN
104 http://www.biosys.com.vn
01. GIẢI THÍCH SỰ LÀM VIỆC MẤT ỔN ĐỊNH CỦA TURBINE MÁY NÉN TĂNG ÁP. TRONG KHÁI THÁC ĐỘNG CƠ, HIỆN TƯỢNG NÀY THƯỜNG XẢY RA NHƯ THẾ NÀO? BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC.
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________ Theo đặc tính của TB-MN ta thấy sự làm việc mất ổn định của TB-MN tăng áp xảy ra khi nó hoạt động trong vùng mất ổn định (vùng giới hạn)
Hình 4.6: Đặc tính phối hợp giữa TBMN tăng áp và Động cơ lai chân vịt.
Điểm công tác (điểm A) là giao điểm giữa đường đặc tính thủy động của động cơ ( đường 1) và đường cong quan hệ Áp suất-Lưu 1n = lượng của TB-MN (đường const) khi động cơ - TBMN làm việc bình thường.
Khi có thay đổi bất thường về turbine hoặc máy nén phía (thường là cả hai) sẽ làm cho điểm công tác chuyển dịch về phía vùng làm việc không ổn định (vùng giới hạn). Khi làm việc tại vùng
này thì hiện tượng làm việc của TB-MN không ổn định.
Trong khai thác hiện tượng này xảy ra biểu hiện ở các hiện tượng : -Nếu ở phần turbine thì gây tiếng rít rất khó chịu và rung động mạnh. -Nếu ở máy nén ta thấy tiếng " hầm hập " phản áp ra ngoài lưới lọc do sự chênh áp giữa bầu góp khí tăng áp và khí quyển kèm theo vòng quay TB-MN dao động mạnh.
Nguyên nhân hiện tượng trên: -Chế độ khai thác không hợp lý, khai thác ở gần vùng mất ổn định. -Điều kiện khai thác khó khăn (sóng to gió lớn) trong khi chế độ tay ga không hợp lý. -Khả năng đáp ứng của động cơ khi có tác động của bộ điều tốc không hợp lý hoặc kém.
105 http://www.biosys.com.vn
-Khi vòng quay máy giảm, lượng cấp nhiên liệu tăng cao. -Khi đường nạp bẩn, bầu làm mát khí tăng áp bẩn, phản áp đường xả tăng -Khi vỏ tàu bẩn, mômen cản tầu lớn. -Bản thân turbine bị bẩn bởi cặn muội từ động cơ. Tóm lại tất cả các nguyên nhân gây nên thay đổi sự làm việc của turbine như bẩn cánh hướng, cánh động, thay đổi hướng dịng khí gây rung động cánh, giảm lưu lượng khí qua turbine hoặc tăng phản áp phía máy nén như tăng sức cản hoặc trở lực sau máy nén, giảm vòng quay đột ngột động cơ, bẩn cánh máy nén … hoặc thậm chí sự làm việc của động cơ kể cả sự làm việc đồng đều giữa các xylanh hoặc trạng thái hoạt động, chế độ hoạt động không tốt của nó đều có thể làm điểm công tác chuyển dịch về phía vùng làm việc không ổn định. Hiện tượng
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________ " ho" của turbine máy nén là một trong các biểu hiện của làm việc không ổn định TB-MN tăng áp.
Để giải quyết vấn đề tạm thời hiện tượng " ho ": -Có thể giảm tải cho máy bớt rung, "ho " -Xả bớt khí tăng áp ra ngoài qua nút xả bầu góp khí tăng áp. -Kiểm tra nhiệt độ khí xả giữa các xylanh xem có xylanh nào có nhiệt độ khí xả vượt quá quy định. Hiệu chỉnh cân bằng tải giữa các xylanh nếu cần thiết.
Để giải quyết tận gốc có thể cần phải: -Vệ sinh sạch toàn bộ từ máy nén tới đường góp khí tăng áp, đường khí xả, bầu giảm âm, turbine tăng áp…
-Hoàn chỉnh trong điều kiện có thể để nâng cao khả năng đáp ứng của động cơ. -Cạo hà, sơn lườn tầu nếu cần thiết. 2. THẾ NÀO LÀ ĐẶC TÍNH KHÍ ĐỘNG CỦA TURBINE TĂNG ÁP. GIẢI
THÍCH SỰ LÀM VIỆC MẤT ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG NÀY. Đặc tính khí động của hệ thống tăng áp bằng turbine khí xả thực chất là đặc tính của hệ thống trao đổi khí mà máy nén ly tâm làm việc ở đó khi động cơ điesel làm việc theo đặc tính ngoài, đặc tính phụ tải và đặc tính chân vịt.
Đặc tính làm viêc của máy nén bao gồm tập hợp các đường cong biểu diễn các quan hệ
f
(
)
=
1)
G K G 0
N
f
(
=
K
2)
f
(
3 )
η = TK
P K P 0 G )K G 0 G )K G 0
khi vòng quay turbine không đổi. Trong đó đường đặc tính quan hệ giữa áp suất và lượng tiêu hao không khí (1) là quan trọng nhất. Biểu diễn các đặc tính
trên đồ thị như hình 4.7
Hình 4.7: Quan hệ đặc tính của máy nén TB tăng áp , đặc tính khí động của hệ thống trao đổi khí khi động cơ làm viểc theo đặc tính ngoài ( 2 ) đặc tính chân vịt (1) và đặc tính tải (3)
106 http://www.biosys.com.vn
Đường đặc tính quan hệ giữa áp suất và lượng tiêu hao không khí của máy nén khi vòng quay turbine không đổi là đường n ( đi qua điểm A ).
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________ Đường đặc tính quan hệ giữa áp suất và lượng tiêu hao không khí của máy nén đặc trưng cho sức cản thủy động của hệ thống trao đổi khí khi động cơ làm việc theo đặc tính chân vịt là đường đậm số 1
Đường đặc tính quan hệ giữa áp suất và lượng tiêu hao không khí của máy nén đặc trưng cho sức cản thủy động của hệ thống trao đổi khí khi động cơ làm việc theo đặc tính ngoài là đường đậm số 2
Đường đặc tính quan hệ giữa áp suất và lượng tiêu hao không khí của máy nén đặc trưng cho sức cản thủy động của hệ thống trao đổi khí khi động cơ làm việc theo đặc tính tải là đường đậm số 3.
Như trên đồ thị đặc tính ta thấy khi phụ tải tăng (sức cản của tầu tăng), vòng quay động cơ giảm xuống mà lượng cấp nhiên liệu cấp vào động cơ vẫn không đổi tức là động cơ làm việc theo đặc tính ngoài thì điểm làm việc sẽ lùi dần về phía trài điểm A tức là chuyển gần về khu vực làm việc không ổn định. Đường 2 đồ thị 4.7.
Động cơ làm việc theo đặc tính chân vịt ( đường 1 ) thì đường đặc tính có độ dốc khác với đặc tính ngoài nên khi vòng quay giảm, suất tiêu hao không khí và áp suất tăng áp đều giảm và ít có khả năng xảy ra vấn đề điểm làm việc rơi vào khu vực mất ổn định. Tuy nhiên khi có hiện tượng " nhảy bậc " về áp suất tĩnh do giảm vòng quay đột ngột đồng thời lưu lượng khí qua động cơ giảm nhanh dẫn tới công suất turbine giảm có thể làm điểm công tác dịch chuyển vào khu vực mất ổn định.
Động cơ làm việc theo đặc tính tải ( đường 3) là đặc tính biểu diễn mối quan hệ giữa các thông số vào công suất Ne khi vòng quay thay đổi với độ dốc cao hơn cả đường chân vịt thì khả năng làm việc không ổn định gần như rất ít xảy ra.
Động cơ diesel làm việc theo đặc tính chân vịt khi lai chân vịt trực tiếp nhưng điểm làm việc của động cơ lại là giao điểm cả của đặc tính ngoài, đặc tính chân vịt và đặc tính điều chỉnh của bộ điều tốc ( nếu động cơ lắp bộ điều tốc nhiều chế độ ). Do đó ta thấy khi động cơ có lắp bộ điều tốc thì khi sức cản tầu tăng lớn, động cơ có thể sẽ hoạt động theo đặc tính ngoài; lúc này không những bản thân động cơ dễ bị quá ứng suất cơ, ứng suất nhiệt, phụ tải nhiệt cao, quá tải mômen xoắn mà TB TA cũng có thể rơi vào khu vực hoạt động không ổn định.
107 http://www.biosys.com.vn
Khi động cơ làm việc có bộ điều tốc nhiều chế độ, sức cản tăng kèm sóng gió lớn ( khả năng chân vịt chìm su xuống nước và nổi lên mặt nước theo chu kỳ ) có thể làm cho đặc tính thủy động 3 "nhảy bậc " kết quả cũng có thể làm hệ thống TBTA rơi vào hoạt động không ổn định. Động cơ cũ, TBTA cũ và không được vệ sinh cũng làm tăng khả năng trên
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________
CHƯƠNG V
GIỚI THIỆU CÁC LOẠI TURBINE TĂNG ÁP
5.1 HỆ THỐNG TURBINE HÃNG ABB
Hệ thống turbine ABB cơ sở chính tại Thụy sĩ qua BBC (Brown Boveri), có mối liên quan chặt với bước đi tiên phong của sự phát triển turbine tăng áp tiến hành bởi Alfred Buchi và các áp dụng trong ngành máy tàu thủy của turbine tăng áp. Alfred Buchi đã ứng dụng tăng áp 1905 nhưng thực sự tăng áp mới trở nên mạnh mẽ từ sau đại chiến thế giới lần I (trong những ngày đầu tiên, turbine tăng áp áp dụng cho hàng không), từ đó turbine tăng áp thực sự dùng cho tàu thủy. Năm 1925 con tàu đầu tiên Preussend and Hansestadt Danzig có sử dụng turbine tăng áp khí xả với động cơ 4 kỳ, hãng MAN, 10 xilanh đã tăng công suất từ 1250 kW (nạp khí tự nhiên) lên 1840 kW khi sử dụng turbine tăng áp của BBC.
Năm 1944 BBC đã cho ra đời turbine seri VTR…0 và từ đó đã sẵn sàng cung cấp turbine tăng áp lắp đặt cho các động cơ có khoảng công suất 370 kW tới 12700 kW. Cho tới lúc đó cũng chỉ áp dụng turbine tăng áp cho động cơ 4 kỳ. Để thay thế bơm quét gió tăng áp động cơ 2 kỳ, lúc này người ta phải ứng dụng turbine tăng áp xung lực. Năm 1952 hệ thống tăng áp này đã ứng dụng thành công trên tàu Đan mạch Dorthe Maesk sử dụng động cơ 2 kỳ hãng B&W nâng công suất động cơ lên 5520 kW nhờ turbine VTR 630.
Việc sử dụng turbine tăng áp loại VTR trên động cơ diesel 4 kỳ và 2 kỳ tăng lên rất nhanh từ những năm 1950, một loạt seri ( hình 5.1) đã kế thừa và phát huy thiết kế kiểu loại này trên cả mặt hiệu suất và tỉ số tăng áp. Hiệu suất 74,7 % đã giành được bởi turbine VTR 714E năm 1989 (tương phản với hiệu suất 50-55% của các turbine tăng áp của những năm 1950); và model VTR 304P đã đạt được tỉ số áp suất 5:1 vào 1991. Bên cạnh cải thiện đặc tính turbine tăng áp các nghiên cứu phát triển của hãng đã tăng cường khả năng tạo điều kiện phục vụ cho việc đốt nhiên liệu mác thấp của động cơ và sự làm việc tại chế độ tải nặng nề vẫn đảm bảo đủ tin cậy và bảo dưỡng cực ít.
108 http://www.biosys.com.vn
Các seri hiện nay của hệ thống turbine tăng áp ABB như sau:
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________
Hình 5.1: Hiệu suất toàn bộ của các thế hệ turbine tăng áp ABB dòng VTR.
- Seri VTR: được thiết kế hoạt động với các động cơ tạo nên công suất khoảng 700 kW tới 18500 kW ứng với mỗi turbine tăng áp.
- Seri VTC: đặc biệt được ưa chuộng tại nơi việc liên hợp thành khối yêu cầu, phục vụ các động cơ cung cấp công suất 100 kW tới 3200 kW mỗi turbine.
- Seri RR: chủ yếu áp dụng cho các động cơ cao tốc và trung tốc có công suất nằm trong khoảng 500 kW và 1800 kW ứng với mỗi turbine.
- Seri TPS: Thế hệ mới thuộc dòng turbine tăng áp nhỏ, chi tiết xem phần sau.
- Seri TPL: Thế hệ mới dòng turbine tăng áp lớn, chi tiết xem trong phần
cuối.
- Turbine động lực NTC : Sử dụng năng lượng khí xả lớn trích từ đường góp để tăng hiệu suất của đông cơ.
Turbine seri VTR..4
Các turbine seri VTR…4 được lắp đặt ở dạng turbine hướng trục và máy nén hướng kính. Kết hợp những chiều cao cánh turbine khác nhau với một số lớn các cánh hướng khác biệt (vòng phun) – cũng như bề rộng của máy nén khác nhau và sự thay đổi tương ứng của các rãnh khuyếch tán – tạo điều kiện phù hợp tối ưu giữa các động cơ và các đặc tính hoạt động của turbine tăng áp.
109 http://www.biosys.com.vn
Các ổ đỡ bên ngoài tạo ra lực ổ đỡ nhỏ hơn và cho phép dùng hệ thống ổ đỡ tự bôi trơn, chống ma sát. Các ổ đỡ bạc trượt sùng bôi trơn ngoài (bôi trơn của động cơ) hiện diện tiện lợi cho việc thay đổi của turbine tăng áp lớn. Mọi sự mất cân bằng của trục rô to gây bởi cặn bẩn hoặc vật lạ đều được hấp thụ bởi bộ lò xo
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________ giảm chấn lắp trong ổ đỡ, các lực ổ đỡ nhỏ hơn quan hệ với ổ đỡ ngoài là ưu thế trong ngữ cảnh này. Các ổ đỡ ngoài cũng tiện lợi cho việc phục vụ và có thể được tháo mà không cần tháo bánh cánh cánh máy nén, và trục rô to có thể được tháo mà không phải tháo các phần ống dẫn khí.
Hệ thống turbine ABB khuyến cáo người sử dụng dùng các ổ đỡ chống ma sát tự bôi trơn nhằm giảm ma sát tăng cao hiệu suất cơ giới và các ưu thế khác khi khởi động động cơ và trong khi manơ điều động. Các lợi ích tăng thêm là khả năng kéo dài tuổi thọ dầu bôi trơn của loại ổ đỡ này. Bộ phận phân ly dầu trong hệ thống dầu bôi trơn kín của ổ đỡ chống ma sát tự bôi trơn đã tách mọi chất bẩn ra và đảm bảo bôi trơn liên tục bằng dầu sạch thậm chí ở cả khi nghiêng. Dầu turbine được sử dụng có hiệu quả tích cực trong việc phục vụ lâu dài. Có các hệ thống phin lọc dầu và két dự trữ thường trực trong trường hợp bôi trơn khẩn cấp phải tiến hành.
Đường dẫn vào, ra và vỏ máy nén của turbine tăng áp VTR được làm tách riêng theo chiều thẳng đứng và được gắn lại với nhau bằng bulông. Ba phần vỏ turbine và giá đỡ có thể quay đổi chỗ với nhau 15 – 30 0 để cho người thiết kế động cơ tự do gắn turbine tăng áp vào động cơ. Hiện có nhiều phương án khác nhau về phần vỏ dẫn khí vào turbine để thực hiện nhiều lựa chọn phù hợp với nhiều đường dẫn khí vào và các cách bố trí khác nhau. Do đó tạo ra sự phối hợp của turbine tăng áp với các hệ thống nạp khí, loại động cơ ( chữ V hay một hàng thẳng đứng) và số xilanh khác nhau một các mềm dẻo.
Các vỏ phần vỏ không làm mát hiện nay là một thay đổi đối với vỏ làm mát của turbine tăng áp sêri VTR..4 dành cho các áp dụng ở đó nhiệt tận dụng cao (hình 5.2). Tất cả các ống dẫn khí hoàn toàn không làm mát và không tiếp xúc với nước làm mát ở bất kỳ điểm nào, tạo khả năng cao nhất có thể của việc khai thác tiếp theo lượng nhiệt hiện có (ví dụ, bộ tạo hơi cho mục đích sản xuất điện năng hoặc dịch vụ cho tàu).
110 http://www.biosys.com.vn
Độ tin cậy của riêng turbine được tạo điều kiện tăng lên bằng các bố trí bộ ổ đỡ ở đầu turbine cần được làm mát bằng một lượng nước nhỏ, giúp nhiệt độ dầu bôi trơn giảm đi. Việc làm mát đồng thời của vách của vỏ ngoài đường khí ra tạo cho nó khả năng giũ nhiệt độ của toàn bộ bề mặt trong giới hạn được quy định bởi các hiệp hội đăng kiểm nhằm tránh hoả hoạn và bảo vệ khỏi các tiếp xúc nguy hiểm gây tai nạn.
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________
Hình 5.2 Turbine tăng áp VTR của ABB loại làm mát và không làm mát.
111 http://www.biosys.com.vn
Không khí cần nén được hút vào hoặc thông qua các nhánh hút hoặc thông qua các bộ giảm âm phin lọc. Phần tích hợp của từng bộ giảm âm là phin lọc có tác dụng ngăn các thành phần bẩn khỏi theo dòng khí vào và chống nhiễm bẩn máy nén. Phin lọc có thể được làm sạch trong khi turbine tăng áp đang hoạt động mà
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________ không phải tháo bộ giảm âm. Tiếng ồn của máy nén được giảm theo yêu cầu của các quy định quốc tế bởi các tấm dạng đặc biệt, bề mặt làm bằng dạ.
Nhằm đáp ứng yêu cầu của các nhà thiết kế động cơ diesel hai kỳ thấp tốc, hệ thống turbine tăng áp của ABB đã giới thiệu seri turbine tăng áp VTR..4D có tỉ số tăng áp suất là 4:1. Có ba model (VTR454D, VTR 564D và VTR 714D) bao trùm khoảng công suất động cơ từ 5000 kW tới 70000 kW. Turbine tăng áp VTR ..4 và VTR..4E (hình 5.3 và 5.4) hiện giờ có thể đáp ứng mức hiệu quả dành cho động cơ tốc độ thấp. Hiệu suất cao hơn đáng kể của seri VTR..4E cho phép năng lượng khí xả dư thừa được khai thác trong turbine khí động lực có kết nối cơ khí với trục khuỷu động cơ hoặc máy phát điện ( xem trong phần hệ thống tổng hợp turbine dưới đây). Nhưng không có seri turbine nào có khả năng đáp ứng yêu cầu đầy đủ của động cơ thấp tốc hoạt động ở áp suất trung bình hữu ích tới 20 bar tại toàn tải và hiệu suất turbine đạt 67% và cao hơn. VTR.. không vươn tới được hiệu suất yêu cầu và máy nén hợp kim nhôm của VTR..4E giới hạn tỉ số áp suất tạo ra. Turbine tăng áp VTR..P, đã phát triển cho động cơ 4 kỳ ( xem phần dưới ), cũng không thể hiện được giải pháp, mặc dầu nó cho một sự cải thiện hiệu suất tại tỉ số áp suất cao hơn so với VTR..4,
Hình 5.3 : (a) Hiệu suất turbine tăng áp là hàm số của tỉ số áp suất máy nén dành cho turbine tăng áp ABB ngày nay ( có ý nghĩa thực tế đối với áp dụng ở động cơ hai kỳ thấp tốc).
112 http://www.biosys.com.vn
(b) Hiệu suất turbine tăng áp là hàm số của tì số áp suất dành cho VTR 454D theo đường đặc tính hoạt động của động cơ hai kỳ đặc trưng.
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________
Hình 5.4: (a) Khoảng áp dụng của turbine tăng áp VTR. 4E và (b) đặc tính của model VTR 564 E
Các mục đích phát triển của seri VTR…4D được xác định như: tỉ số áp suất của máy nén là 4 trong khi cải thiện được hiệu suất; độ tin cậy đạt cao nhất dù tăng tải cơ khí; giữ được các thành phần quan trọng nhất của thiết kế VTR đã có và kích thước bên ngoài của nó và tăng cường sự thuận tiện cho khả năng thay thế lẫn nhau một cách toàn bộ.
Một turbine tăng áp kết hợp tỉ số áp suất của VTR..4/4P và hiệu suất cao của VTR..4E đã được đặt vấn đề. Tiềm năng nhiệt động học của các máy nén và turbine dẫn tới chiến lược phát triển một seri mới hoà trộn các thành phần đã chứng tỏ vượt trội và phù hợp với kích thước lắp đặt của VTR..4E. Máy nén áp suất cao của turbine tăng áp VTR..4P đã được chọn lựa vì các lý do nhiệt động học và kinh tế, các nhà thiết kế trích dẫn một số vấn đề của nó:
-Hiệu suất cao đối với toàn bộ khoảng lưu lượng thể tích thường dùng.
-Dự trữ lớn hơn dành cho khả năng tăng tiếp nữa về áp suất có ích trung
bình và dự trữ tải.
-Sử dụng nhôm làm vật liệu chế tạo bánh cánh máy nén thay cho titanium quá đắt tiền, tỉ số áp suất đầy tải là 4.2 được bảo đảm.
113 http://www.biosys.com.vn
Hai máy nén có đường kính khác nhau hiện có đảm bảo cung cấp khoảng lưu lượng thể tích thường dùng tại hiệu suất cao theo yêu cầu đặt trong vỏ turbine tăng áp bao ngoài tương tự.
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________ Turbine của turbine tăng áp VTR..4E được chọn cho seri VTR..4D vì nó cho ưu thế hiệu suất cao quanh điểm 3.5 trên turbine VTR..2/4P. Điều này là do có sự tận dụng năng lượng động học tốt hơn tại lối ra của bánh cánh turbine, tạo ra do bộ khuyếch tán ra được thiết lập tối ưu trong sự kết hợp với vỏ hộp khí xả mở rộng mới. Công nghệ ở đỡ chống ma sát mới nhất được áp dụng thêm có lợi cho seri VTR..4D, đặc biệt phía turbine. Độ tin cậy cơ khi được cải thiện được đãm bảo do phần vỏ thép được gia công toàn bộ có xử lý bề mặt, cấp dầu tối ưu cho bôi trơn tốt hơn, ổ đỡ nhỏ hơn tối ưu cho độ trượt ít hơn và diện tích dẫn hướng của vỏ lớn hơn.
Giống như turbine tăng áp ABB, VTR..4D đuợc thiết kế để đảm bảo rằng trong hoàn cảnh tệ nhất – cháy của bánh cánh hoặc turbine- tất cả các phần còn nguyên trong vỏ. Vật liệu vỏ được thay đổi từ loại gang xám sang loại gang dẻo và turbine được bao kín trong lớp vỏ. Các thử nghiệm cháy nổ trên máy nén và turbine bảo đảm các khả năng có được.
Hệ thống turbine ABB seri VTR..4P chỉ ra các yêu cầu của các nhà chế tạo máy tìm kiếm giải pháp tăng công suất các kiểu động cơ trung tốc. Các động cơ này có thể hoạt động với áp suất chỉ thị trung bình tới 24-25 bar, yêu cầu tỉ số tăng áp của máy nén turbine tăng áp là 3.8-4.0 và hiệu suất chung vượt quá 60%. Ap suất có ích trung bình tới 28 bar một số động cơ 4 kỳ yêu cầu tỉ số tăng áp của máy nén quanh khoảng 4.2-4.5 trong khi giữ nguyên hoặc thậm chí tăng cao hơn giá trị hiệu suất chung của turbine. Seri VTR..4P cho tỉ số tăng áp tới 5:1 thực hiện do hệ thống turbine tăng áp một tầng có sự ưa thích vì đơn giản hơn nhiều so với kiểu hai tầng phức tạp.
Các tính toán ưu việt về lưu động, các phân tích ứng suất, phương pháp thử CAD/CAM và thử nghiệm phòng thí nghiệm cuối cùng tạo nên bánh cánh máy nén một khối có các cánh chính và cánh phụ cong về phía sau đẩy qua bộ khuyếch tán dạng khí động học. Bánh cánh bằng hợp kim nhôm sẽ phù hợp nhất các yêu cầu mà titanium không thể có được đối với các áp dụng cực cao. Đĩa turbine làm bằng hợp kim niken mác cao, có định dạng mới để sử dụng cho lắp các chân cánh và các dây giảm chấn.
Chương trình VTR..4P được giải quyết thoả mãn các yêu cầu của động cơ có khoảng công suất từ 1000 kW tới 10000 kW. Các thiết bị có đặc tính tốt được thiết kế để có khả năng lắp đặt thay thế cho medel VTR..4 nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắp đặt lại cũng như dùng cho động cơ mới. Turbine tăng áp có thể đấu qua mặt bích trực tiếp lên đường dẫn khí xả và dẫn khí hiện tại để cải thiện đặc tính động cơ theo cách tăng áp suất vào. Các seri tối ưu áp suất đã được kết hợp với seri tối ưu hiệu suất VTR..4E là một điểm nổi bật của hệ thống turbine tăng áp ABB.
Turbine seri TPS.
114 http://www.biosys.com.vn
Công nghệ chế tạo động cơ diesel vòng quay cao và vòng quay trung bình hiện đại yêu cầu turbine tăng áp phải cấu trúc tổ hợp hơn với tỉ số tăng áp tăng cao tại hiệu suất chung lớn. Hệ thống tăng áp turbine hảng ABB đã đưa ra thị trường
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________ vào giữa nhưng năm 1990 seri TPS, được thiết kế để dùng cho động cơ 4 kỳ có công suất từ 500 kW tới 3200 kW ứng với một turbine (hình 5.5)
Hình 5.5 Hệ thống turbine tăng áp ABB loại TPS dành cho động cơ tốc độ cao và tốc độ trung bình.
Để đảm bảo khoảng tỉ số áp suất toàn bộ yêu cầu bởi các động cơ như vậy, turbine tăng áp TPS..D/S đã xuất hiện với hai tầng máy nén nén hoàn toàn khác nhau. Một tầng được thiết kế cho tỉ số áp suất tới 4.2 (TPS..D) và loại kia dành cho tỉ số áp suất tới 4.7 (TPS..E). Nhờ các thiết kế đơn chiếc tối ưu về cơ khí kết hợp với bánh cánh máy nén không khoan lỗ, tỉ số áp suất có thể tăng lên đạt 4.5 cho khoảng áp dụng rộng, dùng vật liệu máy nén là hợp kim nhôm. Cả hai loại máy nén đều có đặc tính chế tạo bánh cánh hợp kim nhôm liền khối đơn có cánh phụ và cánh hướng cong ngược lại phía sau để tạo hiệu suất cao và đặc tính máy nén rộng. Hiệu suất cực đại đã đạt được cao hơn 84%.
115 http://www.biosys.com.vn
Kinh nghiệm với turbine tăng áp loại RR đã được tận dụng bởi các nhà thiết kế trong việc chế tạo seri TPS. Định dạng cuối được làm theo kiểu modul và cho mức cao về độ linh hoạt cao với về việc lắp ráp vụn vặt giảm thiểu. Số lượng chi tiết giảm bớt nhiều so lvới 1oại RR, một thiết kế đơn giản cho chính nó. Định dạng theo modul tạo điều kiện cho việc gắn kết hoặc lắp đặt các phần phụ dễ dàng, như là hệ thống hỗ trợ phun chẳng hạn. Đã đặc biệt chú ý trong khi thiết kế và cải tiến
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________ để tạo thuận lợi cho bảo dưỡng và lắp ráp turbine tăng áp lên động cơ một cách đơn giản.
Giới hạn cho phát triển turbine tăng áp kể cả độ tin cậy để hoạt động tại nhiệt độ tăng tới 7500C và đạt tuổi thọ dài lâu khi dùng nhiên liệu nặng và trong điều kiện chịu cực tải. Yêu cầu dành cho khoảng thể tích lớn cần phải đáp ứng bằng số lượng cực nhỏ các chi tiết. Tiềm năng về khí động lực học lớn được thoả mãn bởi turbine tăng áp RR..1 cũng đã thể hiện sự tin cậy cực kỳ và hiệu suất cao nhất. Có khả năng hiện thực hoá hoạt động tại tỉ số áp suất cao hơn so với hiện tại nhờ turbine có vòng phun được cải tiến để thoả mãn mục tiêu dành cho turbine tăng áp TPS. Vỏ cuộn mới và vành phun được thiết kế sử dụng các phương pháp tính ngược đã cho phép bảo đảm các tổn thất được duy trì rất nhỏ và cánh turbine không bị kích thích quá mạnh. Các giá trị đo nhiệt động học cho thấy hiệu suất turbine của thiết kế mới cao như là các turbine trước, các kích thích dao động cánh thậm chí còn giảm nhỏ hơn.
Trước đây, phân bố ứng suất đối với bánh cánh turbine được tối ưu bằng phương pháp thử và sai: xác định về hình học và tính toán thành phần gây nên ứng suất, hình học của bánh cánh được thay đổi cho tới khi ứng suất đạt mức chấp nhận được. Sử dụng các công cụ computer hỗ trợ mới nhất để tối ưu hoá cấu trúc, ứng suất được giảm khoảng 30% so với các phiên bản trước.
Ổ đỡ turbine tăng áp phải cung cấp một khả năng đỡ tải tốt về cả phía lực tĩnh và động học, ổn định tốt và tổn thất cơ khí được giảm thiểu của một thiết kế hiệu quả đã tạo điều kiện thuận lợi cho bảo dưỡng hiện đại. Ổ đỡ turbine tăng áp TPS được bôi trơn trực tiếp từ hệ thống bôi trơn cho động cơ.
Tăng tỉ số áp suất của turbine tăng áp nghĩa là tăng tải tác động lên ổ đỡ chặn. Bánh cánh turbine có vai tỳ sau được chọn cao để chịu lực đẩy từ máy nén tới mức tối đa có thể. Các tính toán mở rộng và các giải pháp đo nhiệt độ được thực hiện trên ổ đỡ chặn, trong cả hai tình trạng hoạt động ổn định và có chế độ máy nén không ổn định để từ đó tối ưu hoá kích thước và giảm thấp nhất tới mức có thể tổn thất ổ đỡ mà không làm ảnh hưởng tới khả năng chịu tải của ổ đỡ.
116 http://www.biosys.com.vn
Yếu tố thiết kế chính đối với các ổ đỡ trơn hướng kính là đặc tính ổn định của chúng. Khi xem xét khía cạnh này, hệ thống turbine tăng áp của ABB có lưu ý, ổ đỡ trượt nhiều vấu giảm chấn màng dầu nén là lựa chọn tốt nhất. Nhưng ổ đỡ như vậy có tổn thất cao hơn ổ đỡ có máng lót quay tự do. Loại sau xét về một khía cạnh khác, có đặc tính ổn định không đủ. Do đó thiết kế ổ đỡ mới với các ổ đỡ nhiều vấu được hãm thủy lực không cho quay được phát triển thành loại hỗn hợp riêng của hai loại.
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________
Hình 5.6: Mặt cắt turbine tăng áp của ABB TPS37-
Bằng cách cung cấp dầu nhờn tiếp tuyến có khả năng giảm tốc độ quay khoảng 20 % so với loại ống trượt quay. Nhà thiết kế phát biểu, giải pháp này đảm bảo độ ổn định hiệu quả tốt như với loại ổ đỡ trượt nhiều vấu thoát màng dầu bị nén; và tổn thất cơ giới có thể được giảm hơn 20%.
Phát triển của seri TPS..-F33, được giới thiệu năm 2001, tập trung vào tăng tỉ số áp suất ( lên 4.7 với bánh cánh máy nén chế tạo từ hợp kim nhôm) và lưu lượng, trong khi vẫn duy trì hiệu suất, độ tin cậy, tuổi thọ cao và bảo dưỡng dễ dàng (hình 5.6)
Seri mới bao gồm bốn loại có kích cỡ khác nhau, với kích thước cơ bản tương tự như trong khoảng TPS..D/E và tăng cường sự thể hiện của sự tăng công suất. Khả năng lắp thay thế cho nhau cho giải pháp tốt để nâng cấp các động cơ. Hình học vòi phun turbine khác nhau và hệ thống tuần hoàn không khí khác nhau ( thiết bị tuần hoàn lưu động trong lối vào máy nén hỗ trợ phụ cho khoảng dư làm việc ổn định và do đó mở rộng được đặc tính máy nén ) là các lựa chọn tùy ý. Dòng lưu động được thực hiện bởi chênh áp suất giữa dòng dưới và dòng trên trong vỏ máy nén.
117 http://www.biosys.com.vn
Sự tăng áp suất có ích trung bình của động cơ trong những năm gần đây đặt một yêu cầu cấp thiết tăng về mật độ công suất của rô ro turbine tăng áp. Thử nghiệm nổ đuợc thực hiện để bảo đảm thậm trong trường hợp xấu nhất ( ví dụ, cháy trong hệ thống khí xả) – ở đấy turbine hoặc máy nén có thể bị cháy – tất cả các chi tiết vẫn còn nguyên trong vỏ turbine và không gây nguy hiểm cho con người. Thiết kế vỏ turbine, kể cả các vòng chống cháy nổ ngoài và trong, đã tìm kiếm được giải pháp ngăn chặn tối ưu.
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________
Turbine tăng áp seri TPL.
Turbine thế hệ hoàn toàn mới của hệ thống turbine tăng áp ABB – seri TPL – được ra đời năm 1996 để thoả mãn yêu cầu của các động cơ trung tốc và thấp tốc công suất lớn nhất, nhà thíêt kế đã đặt ra những mục tiêu phát triển sau:
-Tỉ số áp suất máy nén cao để tăng công suất động cơ.
-Hiệu suất turbine tăng áp cao để giảm tiêu thụ nhiên liệu và giảm nhiệt độ khí xả xuống thấp hơn.
-Độ tin cậy, tuổi thọ cao và giai đoạn giữa các lần tháo bảo dưỡng được giãn dài.
-Bảo dưỡng dễ dàng thậm chí đối với máy hoạt động dưới điều kiện khắc
nghiệt ( như là động cơ sử dụng nhiên liệu nặng chất lượng thấp).
Thiết kế không làm mát cho phép giảm số lượng các thành phần so với seri VTR, đã tham gia vào việc giãn thời gian giữa các lần tháo bảo dưỡng toàn bộ (xem hình 5.7 a,b,c).
118 http://www.biosys.com.vn
Hình 5.7.a Mặt cắt trích của turbine tăng áp ABB TPL65.
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________
Hình 5.7.b Mặt cắt ngang turbine tăng áp ABB TPL65.
Hình 5.7.c Khái niệm thiết kế modul của ABB turbine tăng áp TPL: 1-Bộ giảm âm lọc, 2- Vỏ xoắn ốc dẫn khí, 3- Khối rô to, 4 Vỏ lối khí vào, 5 Vòng phun, 6 Vỏ lối khí ra.
119 http://www.biosys.com.vn
Định dạng kiểu modul cho seri TPL có tính chất linh hoạt đáp ứng yêu cầu của các động cơ hai kỳ và bốn kỳ. Động cơ hai kỳ với công suất từu 5000 kW tới 25000kW trên một turbine sử dụng phương án TPL-B, được giới thiệu vào 1999 trong khi model ban đầu TPL-A đáp ứng yêu cầu cho động cơ bốn kỳ cung cấp công suất 1250 kW tới 18000 kW trên mỗi turbine.
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________ Mặc dầu sự khác nhau về nhiệt động lực học và thiết kế, các seri TPL-A và TPL-B có cùng chung đặc tính : ví dụ như phần TPL modul cơ bản và hộp ổ đỡ giữa cùng toàn bộ bộ ổ đỡ. Turbine AII TPL bao gồm bộ lõi giữa cùng bộ rô to. Các phần vỏ phía máy nén và phía turbine được nối lại với nhau bằng các mặt bích, và tất cả vỏ đều không được làm mát. Có thể tháo toàn bộ turbine tăng áp, kể cả vành phun khỏi phía máy nén, chỉ chừa lại các ống khí xả ở các vị trí không đụng chạm tới.
Các turbine tăng áp AII TPL có công nghệ ổ đỡ tương tự dùng ổ trượt được tuyển lựa để đảm bảo tuổi thọ lâu dài. Các ổ đỡ hướng kính, loại không quay, được đỡ trong bộ giảm chấn màng dầu nén có tác dụng tăng độ ổn định của rô to trong khi giảm các lực động học và tăng cường khả năng tải trên các ổ đỡ hướng kính. Ổ đỡ chặn chính có đĩa chịu tải tự do nằm giữa trục quay và vỏ tĩnh. Ổ đỡ này chia đôi gradient tốc độ theo khe hở hướng trục để các tổn thất và rủi ro mài mòn được giảm đi; nhờ công nghệ này, ổ đỡ chặn cũng có cho một sai lệch rất nhỏ về độ nghiêng của rô to.
Vì các động cơ hai kỳ có hệ thống bôi trơn được lai nhiều bởi bơm điện hơn là tự lai, việc cung cấp dầu sự cố phải được thực hiện để đảm bảo là turbine tăng áp hoạt động an toàn thậm chí ngay cả khi mất điện toàn tàu. Turbine tăng áp TPL có thể được trang bị thêm một két dầu sự cố liên thông gắn với phần trên của vỏ ổ đỡ. Vì hệ thống này dựa trên cơ sở trọng lực nên nó hoạt động không cần bất kỳ sự hỗ trợ phụ nào.
Sự cải thiện về nhiệt động lực học từ seri TPL trích ra từ gia đình turbine dọc trục mới ( TV10) vừa đuợc phát triển đặc biệt cho hệ thống turbine tăng áp dành cho động cơ hai kỳ. Năm kiểu cánh turbine và trên 20 kiểu vành phun có thể được dành riêng cho model TPL, các dự trữ lựa chọn này cho phép đặc tính của turbine tăng áp đáp ứng yêu cầu áp dụng trong một khoảng rộng.
Hai tầng máy nén hướng kính mới được phát triển cho dòng họ TPL. Máy nén TPL-B có bánh cánh nhôm hợp kim loại đơn hình dùng thiết kế bánh cánh có các cánh tách rời và cánh cong ngược lại sau cho hiệu suất cao và đặc tính rộng của máy nén. Hiệu suất cao nhất vượt cao hơn 87 % đã đạt được. Các đường kính máy nén được làm rộng hơn làm tăng tiếp theo lưu lượng thể tích, do vậy đã tạo điều kiện phù hợp tối ưu của turbine tăng áp với áp dụng ở động cơ.
Model TPL 91B, tiếp theo của các model TPL 73, 77, 80 và 85B, được giới thiệu là turbine tăng áp lớn nhất thế giới, đạt lưu lượng thể tích 50 m3/s và tỉ số áp suất là 4.5. Cùng phát triển với ABB và IHI có giấy phép chứng nhận của Nhật bản, model này đã khởi đầu việc tăng công suất động cơ hai kỳ hơn bất kể một loại nào hiện thời trên thị trường.
120 http://www.biosys.com.vn
ABB có kế hoạch tăng về hình học của turbine tăng áp các loại khác nhau nhiều hơn cho các thiết kế của nó, khi hệ thống đã thử nghiệm thành công với model TPL 65 trước khi được sử dụng.
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________
5.2 TURBINE TĂNG ÁP NAPIER.
Turbine tăng áp Napier gốc của Anh, hiện nay là một thành phần của nhóm Siemens, cho ra các seri 7 và seri 8 của turbine tăng áp Napier dành cho các áp dụng trên các động cơ diesel hai và bốn kỳ cao nhất tới 11000 kW trên một turbine. Turbine tăng áp seri 7 phù hợp với các động cơ lắp một turbine tăng áp công suất từ 1500 kW tới 6500 kW. Model 297 và 357 được phát triển từ các thế hệ trước đó của công ty đạt tỉ số tăng áp là 5:1, hiệu suất chung vượt quá 70%.
Sự phát triển của seri 8 đã được kích thích bởi nhu cầu cung cấp turbine tăng áp có công suất ra tới 11 000 kW. Seri turbine hướng trục ( hình 5.8) đã dẫn đầu qua các môden NA298 và NA358 với hiệu suất vượt quá 70% và tỉ số tăng áp 5.5 giúp giảm thấp hơn suất tiêu hao nhiên liệu và tải trọng nhiệt. Các chi tiết được tăng cường của độ bền trong khi các thiết kế không làm mát tham gia vào việc giảm trọng lượng toàn bộ. Các ổ đỡ bên trong được sử dụng lần đầu tiên ở turbine Napier có kích thước này, các cơ cấu thủy động lực học bảo đảm đặc tính động học rô to ổn định và đặc biệt lâu bền. Việc bố trí ổ đỡ mới tạo điều kiện cho việc sử dụng dòng khí xả vào turbine tăng áp theo hướng kính và dọc trục đã mở rộng các lựa chọn lắp đặt cho nhà chế tạo máy.
Hình 5.8 Mặt cắt ngang của turbine tăng áp Napier cho động cơ trung tốc.
121 http://www.biosys.com.vn
Hai thiết kế bánh công tác máy nén riêng biệt đã cho khả năng cung cấp các đặc tính khác nhau đối với hiệu suất tối ưu trong các áp dụng khác nhau. Các đặc tính khác bao gồm mặt bích xả (loại bỏ yêu cầu đối với các phần trung chuyển) và mặt bích gối kết nối cả đường vào và ra của dầu nhờn. Cải tiến đi tiên phong khác của Napier-cấu trúc lõi rút ra được –mang lại lợi ích về khả năng phục vụ của seri 7
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________ và những định dạng này cho phép người vận hành tháo và sửa rôto và ổ đỡ theo một quy trình đơn giản không ảnh hưởng tới các kết nối xả. Các vùng quan trọng nhất như vành phun cũng được phép tiếp cận tới.
Máy nén titanium tạo ra tiềm năng động học và các đặc tính cơ khí tăng cường đã được lên kế hoạch thay thế các thành phần nhôm nhưng các tinh tế thiết kế đã chỉ cho phép đáp ứng yêu cầu khi gắn với nhôm.
Các yêu cầu động cơ nhỏ hơn được đáp ứng bởi các turbine tăng áp hướng kính làm mát bằng khí Napier 047, 057 và 067 trong 7 xêri phù hợp với các động cơ công suất 500 kW tới 1700 kW và đạt tỉ số áp suất cao nhất là 5. Ap dụng đặc trưng bao hàm cả động cơ Wartsila 20 và các động cơ lai máy phát điện đường kính xi lanh 200 mm Circa. Model 047 có đặc điểm ổ đỡ phía trong và không làm mát. Giống như các turbine tăng áp khác trong seri, các ổ đỡ được thiết kế sử dụng dầu bôi trơn của hệ thống dầu nhờn động cơ và đạt tuổi thọ rất cao thậm chí ngay cả khi dùng dầu nhờn đã bị nhiễm bẩn. Model 047 có các chi tiết kết hợp cấu thành turbine tăng áp ít hơn 50% so với số chi tiết của thế hệ trước của nó, Napier CO45. Kết quả từ việc dùng số các chi tiết ít đi và bảo dưỡng đơn giản, không yêu cầu dụng cụ chuyên dùng hoặc khe hở đặt đã đưa tới tiết kiệm chi phí. Việc gắn giữ các phần vỏ lại với nhau sử dụng các kẹp đơn giản.
Turbine tăng áp hướng trục mới hơn là model Napier 457 và 557 sử dụng cho động cơ có công suất 4000 kW tới 10000 kW có đặc điểm ổ đỡ trượt thủy lực bố trí phía ngoài có tuổi thọ cao được cung cấp dầu bôi trơn trực tiếp từ hệ thống động cơ chính và có vỏ làm mát bằng nước.
122 http://www.biosys.com.vn
Hiệu suất cao tại mọi tỉ số áp suất được thấy từ các seri số 5- và 7- thông qua các thiết kế khí động lực turbine và máy nén tiên tiến. Tầng máy nén có đặc điểm bánh cánh hợp kim nhôm liền khối được chế tạo trên máy công cụ 5 trục (hình 5-9).
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________
Hình 5-9 Mô hình 3D CAD của bánh cánh máy nén turbin tăng áp 457 thể hiện cánh nghiêng về phía sau có độ nghiêng phụ cấu trúc liền khối.
Các cánh có dạng ngả về phía sau và độ nghiêng về phía sau một cách đặc biệt bảo đảm đặc tính cao và thiết kế bộ khuyếch tán hình cung có độ cong khác nhau (DCA) cho phép phục hồi cực đại áp suất nhờ cấu hình toàn bộ này. Các ống phun được chế tạo đảm bảo hiệu suất cao có các cánh dạng profin dùng cho các turbine loại tăng áp hướng trục lớn và nhỏ.
Turbine tăng áp Napier sử dụng thiết kế ổ đỡ HF đảm bảo tuổi thọ lâu dài, thậm trí khi ngay cả khi làm việc với dầu động cơ có chất lượng kém nhất: một ổ đỡ có tuổi thọ hơn 20000 h là bình thường.
Các tham số đặc tính seri turbine tăng áp Napier
Seri 7- Seri 8-
Khả năng của tỉ số áp suất 5:1 5,5:1
Hiệu suất @ : 5:1 65% 70%
Tỉ số áp suất tại điểm thiết kế 4:1 4,5:1
Hiệu suất tại điểm thiết kế 70% 75%
123 http://www.biosys.com.vn
Hiệu suất @ 2,5:1 65% 70%
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________
5.3 TURBINE TĂNG ÁP MAN B&W
Hãng động cơ MAN B&W của Đức cung cấp một lượng lớn turbine tăng áp dùng cho động cơ 4 kỳ và 2 kỳ, hiện bao gồm các seri NR/R, NR/S, NA/S/T9 và seri thế hệ mới TCR và TCA. Thêm vào đó, seri turbine động lực PT/PTG hiện đang hiện diện dành cho các hệ thống liên hợp động lực. Các seri NA/S và NR/S được giới thiệu kế tiếp trên thị trường. Vào những năm 1990, các đặc điểm các vỏ không làm mát của các turbine tăng áp và ổ đỡ bặc trượt của chúng đặt phía trong theo đó đã được thừa nhận bởi nhiều nhà máy chế tạo turbine tăng áp khác.
Seri turbine tăng áp hướng kính seri NR/S được thiết kế cho phép điều khiển an toàn tỉ số áp suất khí tăng áp tới 4,5; mở rộng khoảng áp dụng đầy đủ; khả năng sử dụng nhiên liệu nặng không hạn chế; và các yêu cầu bảo dưỡng được giảm xuống. Sáu model-NR12/S, NR14/S, NR17/S, NR24/S, NR29/S va 2NR34/S – tạo lên một chương trình bao phủ cả seri turbine tăng áp hướng trục nhỏ nhất được chế tạo NA/S. Các seri hoàn toàn không dùng nước làm mát (hình 5-10) là sự phát triển tiếp theo của turbine tăng áp NR/R, có các đặc tính bánh cánh máy nén và turbine được sửa đổi lại. Hệ thống ổ đỡ bạc trượt đặt bên trong của MAN B&W được sử dụng, lực chiều trục hiện giờ được hấp thu bởi ổ đỡ chặn riêng. Năm model trong các seri turbine tăng áp hướng kính áp dụng cho các động cơ có công suất nằm trong khoảng 400 kW tới 4400 kW ứng với mỗi turbine.
1-Rô to với trục 2-Bánh cánh máy nén
3-Vỏ ổ đỡ 4-Ong lót ổ đỡ
5- Vỏ lối khí vào 6-Vành phun
124 http://www.biosys.com.vn
7-Bộ khuyếch tán lối ra 8- Vỏ máy nén
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________
10- Bộ giảm ồn, lọc. 9-Bộ khuyếch tán
Hình 5-10 Turbine tăng áp hướng kính MAN B&W NR/S.
Các mục tiêu phát triển đối với seri turbine tăng áp hướng trục NA/S và
NA/T9 của MAN B&W được liệt kê trong danh mục đặc tính sau:
-Các động cơ 4 kỳ vòng quay trung bình: tỉ số nén vượt qua 4; hiệu suất turbine vượt quá 60%.
-Các động cơ 2 kỳ thấp tốc: tỉ số nén vượt quá 3,6; hiệu suất turbine tăng áp đạt ít nhất 64% (không trang bị hệ thống turbine động lực có liên quan); hiệu suất turbine ít nhất là 69 % ( có hệ thống turbine động lực ).
-Tỉ số áp suất tới 4,5 đối với NA/S và 4 đối với NA/T9.
MAN B&W đã tiến hành các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm trên các thành phần chính riêng biệt của turbine tăng áp: máy nén, turbine và ổ đỡ. Bên cạnh hiệu suất cao hơn yêu cầu ở turbine, các mục tiêu bao hàm cả việc đạt được sự ổn định dao động đối với các cánh và đặc tính làm việc êm tại nhiệt độ thấp của ổ đỡ.
Bánh cánh máy nén hướng kính liền khối có các cánh uốn ngược lại sau một các liên tục được lựa chọn để đảm bảo tỉ số tăng áp suất và lưu lượng tăng lên, và ổn định dao động được cải thiện. Bánh cánh mang 10 cánh chính và 10 cánh được chia đôi. Việc sử dụng các cánh được chia đôi cho phép tăng hiệu suất ở tỉ số nén cao hơn 3,5; và duy trì một dự trữ an toàn đủ chống lại sự làm việc không ổn định của turbine ở những khoảng tải bộ phận. Các lớp phủ bảo vệ khác nhau như lớp phủ Kepla và Alumite được nghiên cứu dùng bảo vệ bánh cánh máy nén chống lại sự tác động ăn mòn làm hao hụt độ bền mỏi dưới tác động của ứng suất uốn ngược.
Hiệu suất cũng đạt cao hơn vài phần trăm do phát triển bánh cánh turbine mới và bởi tối ưu bộ khuyếch đường khí ra. Các cánh turbine đúc cho khả năng giảm giá thành khá lớn so với loại rèn, trong khi vẫn duy trì đặc tính vật liệu và độ bền mỏi dưới tác động ứng suất uốn ngược. Sự lắp đặt ổ trượt trong hệ thống ổ đỡ đã tạo điều kiện cho việc nâng cao độ chống dao động của cánh và sự hoạt động ”cực êm” tại tỉ số nén cao tới 4,5.
Turbine tăng áp loại S có đặc tính vỏ turbine và ổ đỡ không làm mát nước, đã cho phép bỏ lớp vỏ hai lớp vách nặng và bộ nối ống nước trước kia. Tuy nhiên, các vỏ ổ đỡ được làm mát nước được duy trì cho turbine tăng áp NA/T9. Các thử nghiệm với turbine tăng áp NA57/T9 dùng cho máy MAN B&W 6L60MC thấp tốc cho biệt đã đạt được hiệu suất 67,5% tại 100 % tải; tỉ số áp suất khí tăng áp trong khoảng 3,6. Hiệu suất cực đại 69 % đo được tại tải động cơ là 70%.
125 http://www.biosys.com.vn
Các seri NA/S đưa ra các model NA29, NA34, NA40 và NA48 và seri NA/T9 đưa ra các model NA57 và NA70, cùng với khoảng công suất động cơ bao trùm từ 1650 kW tới 24500 kW. Hiệu suất của model NA34/S dùng cho động cơ
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________ MAN B&W 6L40/50 trung tốc đạt được 63% tại toàn tải (4320 kW) tương ứng tỉ số áp suất là 4.
Turbine tăng áp seri TCA
Vào 1999/2000 MAN B&W đã quyết định phát triển một thế hệ turbine tăng áp hoàn toàn mới để thay thế seri NA, cuối cùng đã xuất xưởng seri TCA (TurbineCharge Axial) có bánh cánh máy nén hướng kính và cánh turbine hường trục. Các nhà thiết kế đã thực hiện các mục tiêu: lưu lượng riêng tăng; hiệu suất cao; ô nhiễm tiếng ồn thấp; dễ dàng bảo dưỡng; dễ dàng lắp đặt động cơ; độ tin cậy cao với tuổi thọ dài lâu.
Seri TCA đã trở thành sản phẩm qua model TCA77, hình 5-11 với các kích thước phần thân bổ xung từ TCA33 tới TCA99 được lập kế hoạch theo trình tự thời gian và đáp ứng các yêu cầu của các động cơ 4 kỳ và 2 kỳ công suất lớn nhất ( xem bảng). Hầu hết đều có trong ba phiên bản:
-Phiên bản 2 kỳ- tỉ số áp suất tới 4,2, cơ bản dùng cho động cơ 2 kỳ
-Phiên bản 4 kỳ- tỉ số áp suất tới 4,7, dùng cả cho động cơ 2 kỳ và 4 kỳ.
-Phiên bản áp suất cao-tỉ số áp suất tới 5,2, dành cho động cơ 4 kỳ với áp suất hữu ích bình quân cao.
Hình 5-11: Biểu đồ hiệu suất turbine tăng áp mẫu đầu tiên của MAN B&W TCA77 (gạch gạch) so với hiệu suất cực đại của thiết kế mới nhất thuộc dòng NA57.
Các seri turbine TCA MAN B&W / công suất động cơ trên một turbine tăng áp tính bằng kW.
Động cơ 2 kỳ tiêu thụ khí riêng 8,5 kg/ kWh Động cơ 4 kỳ tiêu thụ khí riêng 6,5 kg/ kWh
TCA33 2800-4300
TCA44 4100-6200
TCA55 4400-8200 5800-10800
126 http://www.biosys.com.vn
TCA66 6200-11600 8200-15200
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________ TCA77
11500-21500 8800-16400
TCA88 12400-23300 16300-30300
TCA99 18700-31300
Thiết kế kiểu cấu thành modul cho phép turbine tăng áp đáp ứng các khoảng áp dụng rộng nhất có thể. Không khí được hút vào hoặc qua bộ lọc, giảm âm dẫn khí vào, vỏ hộp vào thẳng góc 900 hoặc dùng ống góp vào; khí xả đi vào turbine hoặc dẫn qua vỏ hướng kính hoặc theo đường trong vỏ hướng trục. Thiết kế có đặc điểm vỏ cơ bản riêng rẽ đã nổi tiếng ở seri NA. Phần thân vỏ ốc xoắn của máy nén hiện tồn tại hoặc là một hoặc là hai phần đẩy đối diện, vỏ loe rộng hai phần dành được ưu thế trong việc gắn một turbine tăng áp cho động cơ chữ V bốn kỳ, trong khi phương án vỏ loe rộng một đường đẩy phù hợp cho các động cơ bố trí xi lanh thẳng hàng thẳng đứng hai kỳ hoặc bốn kỳ.
Cả bánh cánh của máy nén lẫn turbine có thể được điều chỉnh theo yêu cầu động cơ bằng chọn khoảng độ cao và dạng cánh. Các rãnh khuyếch tán và các ống phun bố trí có bước rất mịn trong tiết diện lưu thông khí qua đó cho phép turbine tăng áp được chỉnh tinh với động cơ. Khả năng vành phun có điều chỉnh trong khi hoạt động là một lựa chọn thêm sẵn có cho khả năng thay đổi cực lớn.
Có một số cực nhỏ các kết nối ngoài. Ờ phía động cơ và ở chính hệ thống thiết bị chỉ có các kết nối bổ sung- về phía kết nối khí và không khí – là một đường dầu vào và đường dầu thoát ra, cùng với kết nối thở dành cho khoang dầu. Không có các kết nối nước làm mát hoặc khoá khí, ống dầu tràn phụ hoặc tràn dầu bên ngoài cung cấp nhiều quá mức yêu cầu. Một tiện ích hoạt động khẩn cấp đặc biệt được kết nối với turbine tăng áp cho phép nó hoạt động tiếp tục trong trường hợp khẩn. Tất cả các thành phần vỏ nóng hyêu cầu trang bị vỏ giảm ổn và nhiệt độ mới với lớp vỏ kim loại dạng lá, làm giảm rất nhiều nguy cơ người trong buồng máy tiếp xúc với bề mặt quá nóng.
Để giới hạn tổn thất ổ đỡ, đường kính trục quay được giảm đi trong khi rất chú ý tới động học rôto để mặc dầu giảm đi, nó vẫn có khả năng tăng độ ổn định rôto so với seri tăng áp NA. Bộ phận quay được lắp trong vỏ ổ đỡ trên các ổ đỡ bạc trượt hướng kính. Vì thiết kế bạc trượt nổi nên làm giảm mạnh mức cắt trong các khe hở ổ đỡ, so với loại bạc trượt cố định, cả hai tổn thất ổ đỡ và độ mòn ổ đỡ được giảm đi.
Ổ đỡ chặn được trang bị với guốc nổi tự lựa hoặt động theo cách tương tự như cách các ổ đỡ bạc trượt nổi hướng kính thực hiện. Ổ đỡ chặn được định vị ở ngoài ổ đỡ hướng kính ở phía máy nén, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tháo rỡ mà không cần phải tháo ổ đỡ và bộ phận quay. Thực sự ổ đỡ chặn chịu ứng suất hơn ổ đỡ hướng kính ( do chịu lực chiều trục của turbine và máy nén) làm điều này có một ý nghĩa lớn trong việc tạo điều kiện dễ dàng cho việc bảo dưỡng.
127 http://www.biosys.com.vn
Ổ đỡ được cung cấp dầu bởi rãn vòng bố trí trong vỏ ổ đỡ. Dầu cung cấp hoặc từ phía phải hoặc từ phía trái của turbine tăng áp, phân phối dầu nhờn tới tất
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________ cả các điểm của ổ đỡ, và việc cung cấp do két dầu trực nhật sự cố cũng qua các rãnh vòng này.
Không có vỏ ổ đỡ được làm mát bằng nước. Nhiệt vào từ máy nén và turbine được tiêu tán vào dầu nhờn vung lên từ trục của bộ phận quay. Vì vậy sương mù dầu tạo nên có thể nhỏ xuống vách của phần vỏ bên trong có kích thước tương đối lớn, do vậy cuối cùng nhiệt cần tiêu tán được hấp thụ đi. Vỏ ổ đỡ có lỗ thông khí của chính nó, bảo đảm là không khí rò rỉ do máy nén đẩy vào trong khoang qua bộ kín trục của bộ phận quay sẽ không làm tăng áp suất trong khoang các te dầu ở động cơ mà được tiêu tán đi ngay.
Tất cả các thành phần dẫn không khí được tối ưu hoá phù hợp với dạng dòng khí và giảm ứng suất khi sử dụng các phân tích 3D CFD và FEM. Kết quả là turbine có các cánh bản rộng được bố trí lắp vào rôto của turbine qua các chân kiểu nhánh thông. Đặc tính của các cánh như vậy là tỉ số bản ngang so với chiều cao sẽ lớn, điều này tạo ra cánh liền khối, rất vững và khó mòn. Các cánh turbine có thể có các góc nghiêng và chiều dài khác nhau. Với sự hỗ trợ của các công cụ thiết kế tiên tiến, hiện có khả năng bỏ đi những dây liên kết làm nhiệm vụ giảm dao động do khí xả tạo nên, thậm chí cả ở các áp dụng ở động cơ 4 kỳ. Điều này còn tạo điều kiện tăng cao hiệu suất hơn bên cạnh việc cải thiện profine của cánh.
Như ở seri NA, trục turbine được hàn kiểu ma sát vào với đĩa rô to. Đĩa rô to (trong trường hợp turbine tăng áp TCA77 đĩa này hấp thụ lực quán tính trên mổi cách bằng trọng lượng một xe tải hoặc xe goòng) được chế tạo từ thép rèn hợp kim. Các vành phun, với thiết kế profine cánh mới và bộ khuyếch tán lối ra turbine tăng áp vừa khít cũng tham gia vào việc nâng cao hiệu suất.
Bánh cánh máy nén hoạt động ở tốc độ vòng không phù hợp không vượt quá 500 m/s, tạo ra lực ly tâm vừa phải. Để có thể chịu được tác động của lực ly tâm này, bánh cánh được chế tạo từ hợp kim nhôm độ bền cao. Đối với các áp dụng nơi các thành phần tiếp xúc với chất ăn mòn, bánh cánh máy nén có thể được phủ một lớp chống ăn mòn đặc biệt.
Thiết kế mới của vỏ xoắn ốc máy nén và các thiết kế vành phun mới đã tham gia vào việc tạo nên turbine tăng áp phù hợp tối ưu và có hiệu suất cao, trong khi vẫn đảm bảo hệ thống được cải tiến gắn được máy nén mới cho phép tháo chúng ra cũng dễ dàng. Bánh cánh máy nén bị thay đổi hình dạng do lực ly tâm mạnh tác động lên nó; điều này có khuynh hướng gây giãn nở theo hướng đường kính, làm giảm kích thước theo hướng trục và làm các lỗ rộng ra. Thiết kế mới đảm bảo tự định tâm tốt bánh cánh trên cả hai phía khí vào cũng như vòng làm kín. Bu lông suốt bù độ giảm kích thước theo hướng trục và hệ thống găng cho phép dụng cụ xiết mô men nhỏ tạo ra được lực xiết bu lông suốt theo yêu cầu. Định tâm tốt làm cho nó có khả năng tháo và thay thế bánh cánh máy nén mà không yêu cầu cân bằng lại hệ thống quay.
128 http://www.biosys.com.vn
Ô nhiễm tiếng ồn ở turbine tăng áp xảy ra trước hết ở bánh cánh máy nén. Do đó mọi biện pháp nhắm vào giảm tiếng ồn tập trung tại vùng nguội. Tiếng ồn
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________ được tạo ra bởi sự liên hợp của thay đổi áp suất ở lối vào bánh cánh máy nén và sự tương tác giữa bánh cánh và bộ khuyếch tán. Ô nhiễm tiếng ồn phía vào được giảm ở seri TCA nhờ tối ưu các cơ cấu thủy động của bánh cánh máy nén, đưa ra một sự thoả mãn chấp nhận được giữa hiệu suất máy nén cao và ô nhiễm tiếng ồn. Thêm vào đó, bộ phận lọc – giảm âm được thiết kế có các thành phần tấm cong bố trí hướng kính, làm giảm ô nhiễm tiếng ồn một mức lớn mà vẫn duy trì mức tổn thất áp suất thấp.
Để giảm ổn trong bộ góp khí tăng áp động cơ, số lượng cánh trong bộ phận khuyếch tán đã được làm phù hợp với số cánh ở máy nén; thêm nữa, bộ xoắn ốc máy nén còn được trang bị lớp vỏ giảm tiếng ồn. Tất cả các giải pháp này làm giảm đồng thời mức ô nhiễm tiếng ồn xuống thấp hơn nhiều so với seri NA và thoả mãn mục tiêu duy trì độ ồn dưới 105 dB(A) theo 1 mm khoảng cách theo yêu cầu bởi hiệp hội phân cấp và phân loại của ngành đi biển.
Khi dạng hư hỏng turbine tăng áp có thể là tệ nhất – gãy cánh máy nén hoặc một vài cánh turbine- các bước phải tiến hành là đảm bảo không có mảnh vở nào có thể thoát ra khỏi vỏ turbine tăng áp và gây thương vong. Tất cả các giải pháp chống nổ sử dụng ở turbine tăng áp seri TCA dựa trên ý tưởng là lực nảy sinh không thể hấp thụ bởi các thành phần rắn chắc được. Phương sách thay thế là dùng các thành phần mềm để chuyển năng lượng động học tại bởi các thành phần gãy rời riêng biệt thành dạng nhiệt ma sát, do vậy mà tránh làm hư các thành vỏ do quá tải cục bộ.
Vỏ xoắn ốc máy nén, vỏ ổ đỡ và vỏ hướng khí ra khỏi turbine, được gắn lại với nhau bởi 24 bu lông suốt chắc chắn. Phần vỏ xoắn ốc máy nén là một chi tiết rất chắc, trong khi phần lồng trực tiếp quanh bánh cánh máy nén được làm bởi chất mềm dẻo gắn bởi các bu lông liên kết dài. Khi bánh cánh máy nén bị nổ các cánh máy nén dồn tới phần lồng vào. Phần còn lại của ổ may ở trở nên kẹt giữa phần lồng và vỏ ổ đỡ. Phần lồng được kéo về phía bộ lọc giảm âm tiêu thụ phần lớn năng lượng động học của các phần mảnh vụn. Các mảnh vụn được nằm tại giữa bỏ xoắn ốc và vỏ ổ đỡ; năng lượng động học của các mảnh vụn bị triệt tiêu hoàn toàn.
Ở phía turbine, điểm hư hỏng được kiểm soát được nhằm vào phần nối giữa cánh turbine và rô to. Do đó bảo vệ sự nổ ở phần turbine dễ hơn phía máy nén, ở trường hợp tệ nhất, do một vài cánh turbine có thể gẫy khi, ví dụ, một trong các mảnh vỡ cũa súp páp xả gây nên. Các thành phần bao quanh bánh cánh turbien được thiết kế có khả năng hấp thụ năng lượng động học của vài cánh turbine bị vỡ.
Turbine tăng áp seru TCR
129 http://www.biosys.com.vn
Phát triển thêm Seri TCA, một chương trình mới của turbine TCR loại hướng kính được cung cấp theo 6 kích cỡ từ model TCR12 tới modelTCR22- đáp ứng công suất động cơ từ 390 kW tới 5000 kW với tỉ số nén tới 5,2. Thiết kế hoàn toàn mới có đặc điểm turbine có các cánh, vành phun và vỏ phần khí ra tối ưu – CDF; một vành phun có thể điều khiển được hiện là phần lựa chọn thêm. Bánh cánh máy nén, vành khuyếch tán và vỏ xoắn ốc cũng được tối ưu –CDF để tăng
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________ hiệu suất có dòng tuần hoàn nội bộ mở rộng thêm dự trữ giới hạn mạch động. Các ổ đỡ bạc trượt đặc tính cao được tối ưu hoá để giảm thiểu các tổn thất cơ khí.
130 http://www.biosys.com.vn
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________
5.4 TURBINE TĂNG ÁP MITSUBISHI
Các thế hệ thành công nhất của Turbine tăng áp MET được giới thiệu tư62 1965 bởi Mitsubishi có đặc tính vỏ dẫn khí vào ra không làm mát bằng nước (hình 9-12). Yêu cầu cao hơn về tỉ số áp suất và hiệu suất cao hơn được giới thiệu của các nhà thiết kế Nhật với sự phát triển các seri MET-SD, một cách mạng của chương trình MET-SC. Các đặc tính chính của các seri trước đó đã được giữ lại nhưng các model mới đã khai thác bánh cánh máy nén hiệu suất cao hơn khi phối hợp 11 cánh liền và 11 cánh xẻ đôi bố trí xen kẽ.
131 http://www.biosys.com.vn
Hình 9-12 Turbine tăng áp loại MET-SD Mitsubishi
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________
Turbine tăng áp MET-SD có hiệu suất bằng MET-SC ở khoảng tốc độ thấp như ở vùng tốc độ cao khi tỉ số áp suất vượt quá 3,5 thì hiệu suất cao hơn 4-5 %. Các lắp đặt đường ống khí, không khí và dầu nhờn không đổi khi bố trí lắp đặt. Năm model trong các loại MET-SD đáp ứng riêng cho yêu cầu tăng áp có khoảng công suất từ 1800 kW tới 18000 kW tại tỉ số tăng áp 3,5. Lưu lượng không khí từ model nhỏ nhất ( MET33SD) đến model lớn nhất (MET83SD) tại tỉ số áp suất đó thay đổi từ 3,5 tới 37,5 m3/s.
Rôto của turbine tăng áp MET được đỡ bởi ổ đỡ trong dùng bạc trượt tuổi thọ cao bọi trơn dùng dầu hệ thống cho máy chính. Vỏ dẫn khí xả vào lớn là một cấu trúc gồm hai phần bao gồm vỏ trong có thể tách rời được lắp với bộ phun turbine vỏ ngoài cố định chứa trục rô to gắn với bánh cánh turbine. Vỏ bên trong có thể luôn sẵn sàng cho việc tháo bulông và rút ra khỏi vỏ ngoài cùng với bộ phun, do vậy cho phép để hở bánh cánh turbine và bộ phun để kiểm tra hoặc bảo dưỡng. Nếu cần thiết, bánh cánh và rôto tubine có thể được tháo khỏi vỏ ngoài.
Mitsubishi nhắm tới tỉ số tăng áp là 4 và vượt quá với các seri cuối MET- SE/SEII, là những cái có cùng các đặc tính chính với thế hệ MET trước đó:
-Hoàn toàn không làm mát (không ăn mòn axit sunfuric vỏ turbine)
-Bố trí ổ đỡ bên trong (dễ dàng cho tháo lắp)
-Ổ đỡ trượt (tuổi thọ cao).
Thêm vào đó, cũng như các model trước đó, cấu trục vách trong, ngoài được được áp dụng dành cho vỏ dẫn khí vào tạo điều kiện dễ dàng cho bảo dưỡng kiểm tra phía turbine; và một két dầu nhờn có cột áp được kết nối về mặt cấu trúc để bôi trơn hiệu quả rôto turbine tăng áp sau khi dừng khẩn cấp động cơ. Turbine tăng áp MET-SE cũng dùng các cánh loại bề ngang rộng để cải thiện đặc tính ở vùng tỉ số áp suất cao.
132 http://www.biosys.com.vn
Sáu model ở chương trình MET-SE/SEII – thể hiện các loại từ 33SE tới 90SE- cung cấp lưu lượng khí thay đổi từ 3,1 tới 53 m3/s tại tỉ số áp suất 3,6, thoả mãn công suất động cơ trong khoảng 1300 kW to871i 24000 kW với mỗi turbine (hình 5-13). Hiệu suất turbine tổng được tăng cường bởi bánh cánh máy nén có đặc tính cánh profine 3D để cực đại đặc tính động học khí, và cánh turbine không yêu cầu có dây giảm chấn.
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________
Hình 5-13 Khoảng lưu lượng của turbine tăng áp Mitsubishi seri MET-SE và MET-SEII.
Được giới thiệu vào 2001 để tăng cường công suất máy tàu congtainer lớn, thiết kế MET90SE có khoảng lưu lượng cao hơn model có lưu lượng cao nhất trước đó là 83SE khoảng 30% nhưng chỉ to hơn khoảng 10%. Lưu lượng lớn hơn do model MET90SE tăng kích thước có được bởi việc tăng tỉ lệ truc rôto và cải thiện bánh cánh máy nén mới và các các turbine mới. Sự gia tăng của lưu lượng của các bánh cánh và đĩa như vậy không làm giảm độ tin cậy và đặc tính là thách thức chính đối với các nhà thiết kế turbine tăng áp Mitsubishi.
Vật liệu bánh cánh máy nén khác đi – như là titanium và thép đúc- được nghiên cứu dùng thay cho nhôm truyền thống sử dụng dụng trong các turbine tăng áp MET. Tỉ số áp suất tới 4 với bánh cánh nhôm khó đạt được do hệ thống làm mát không khí bánh cánh và cánh máy nén được thiết kế lại. Bằng cách giảm độ nghiêng sau của cánh từ 35 0 xuống 250, tỉ số áp suất có thể tăng mà không cần tăng tốc độ vòng của bánh cánh.
Mitshubishi đã áp dụng thành công bánh cánh máy nén thép không gỉ loại đúc được ưa chuộng hơn chi tiết làm bằng nhôm hợp kim cho turbine tăng áp MET- SH của Hãng. Nhu cầu tăng cao của thị trường về việc nâng cao tỉ số áp suất máy nén lên mức cao hơn khuyến khích sự quan tâm tới tính chất tương thích giữa độ bền và tính chất khí động học của thiết kế bánh cánh. Misubishi đặt ra việc giải quyết các vấn đề tốc độ vòng bánh cánh cao hơn, nhiệt độ cánh của máy nén cao lên, tải trọng bề mặt cánh tăng tương ứng và vấn đề tối ưu hoá các đặc tính khí động học của lưu động dòng khí cao hơn vào bánh cánh máy nén.
133 http://www.biosys.com.vn
Các hạn chế trong việc giải quyết các vấn đề này đã thực hiện với bánh cánh hợp kim nhôm, một kim loại Mitsubishi vốn thường dùng cho turbine tăng áp MET do độ bền riêng cao và tính chất gia công tốt của nó. Tuy nhiên khi cho bánh cánh
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________ hợp kim nhôm hoạt động tại nhiệt độ trên nhiệt độ xư lý (190-200 0C), sự đe doạ về giảm độ bền vật liệu xuất hiện và phải được tránh mối nguy hiểm này. Tùy theo nhiệt độ không khí vào, cánh máy nén có thể đạt mức nhiệt độ này khi hoạt động tại tỉ số áp suất quanh 3,7.
Một hợp kim nhôm có tính rèn cũng thể hiện biến dạng tăng cao tại nhiệt độ quanh 1600 C và cao hơn, yêu cầu phải cân nhắc khi thiết kế để tránh ứng suất vượt quá tại các vùng cánh máy nén chịu nhiệt độ cao.
Bánh cánh thép không rỉ loại đúc dành cho seri turbine tăng áp SH cho độ bền nhiệt tăng cao và cho nó khả năng tăng tỉ số áp suất lên tới 4 và cao hơn không cần giảm tốc độ vòng của bánh cánh. Độ bền vật liệu được cải thiện cho phép cánh máy nén có độ dầy giảm đi hơn so với loại làm bằng hợp kim nhôm, dù tốc độ vòng tăng và tỉ số áp suất cao hơn. Đặc tính này cho phép tăng số cánh trong khi vẫn đảm bảo tiết diện họng lưu thông cần thiết, do đó cải thiện được đặc tính khí động học của bánh cánh. Bánh cánh thép không gỉ của turbine tăng áp MET42SH, một model chế tạo đầu tiên trong seri MET-SH có đặc điểm 15 cánh liền hoàn toàn và các cánh xẻ đôi xen kẽ.
Bánh cánh đúc có khối lượng riêng lớn hơn yêu cầu chú trọng đặc biệtt tới độ ổn định của rô to. Trục rô to của turbine tăng áp seri SH lớn hơn đường kính trục của seri SD có ổ đỡ phía máy nén đặt phía ngoài ổ đỡ chặn để tăng khoảng cách giữa hai ổ đỡ. Các thử nghiệm cho thấy là mặc dầu trọng bánh công tác bằng thép không gỉ lớn hơn, tốc độ giới hạn cấp 3 đối với rôto chỉ cao hơn tốc độ cực đại cho phép vào khoảng 50% , đảm bảo an toàn rôto.
134 http://www.biosys.com.vn
Hiệu suất tổng của turbine tăng áp là khoảng 68% được ghi nhận là của turbine tăng áp phiên bản MET42SH có cánh máy nén lượn góc lớn về phía sau và tỉ số áp suất là 4,3 dùng cho động cơ diesel lai máy phát.
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________
5.5 TURBINE TĂNG ÁP KBB
Công ty con của nhóm Ogepar, KBB chuyên về turbine tăng áp của Đức (Chữ đầu của Kompressorebau Bannewitz) cung cấp các turbine tăng áp hướng kính và hướng trục dùng cho động cơ hai kỳ và bốn kỳ với khoảng công suất 300 kW tới 8000 kW. Các thiết kế có đặc tính là cấu trúc liên hợp một khối, các ổ đỡ bạc trượt bố trí bên trong, có cả hai loại vỏ hộp ổ đỡ có làm mát và không làm mát nước.
Seri tăng áp HPR có 4 models ( HPR3000, 4000, 5000, 6000) loại turbine hướng kính dùng cho động cơ khoảng công suất từ 500 kW tới 3000 kW với tỉ số tăng áp max là 5 và hiệu suất chung trong khoảng từ 63 tới 68%. Seri 6 model turbine hướng kính R dùng cho động cơ công suất từ 300 kW tới 2800 kW với tỉ số tăng áp 4 hoặc 4,5 và hiệu suất chung từ 62 tới 66 %.
Hệ thống hỗ trợ dự phòng HPR và seri R dành cho tăng tốc rotor nạp ở phía máy nén bằng cách phun không khí nén vào vùng của bánh cánh trong một khoảng thời gian giới hạn. Hệ thống như vậy khắc phục phần nào nhược điểm của turbine tăng áp một cấp ở khoảng tải nhỏ, đã cải thiện rất rõ tính năng khởi động của động cơ.
Turbine tăng áp hướng trục seri M có 4 model ( M40, 50, 60, 70) dùng cho các động cơ có công suất từ 900 kW tới 8000 kW với tỉ số tăng áp suất là 4 và khoảng hiệu suất chung nằm từ 65 tới 70 % (hình 1-14)
Hình 1-14 Turbine tăng áp hướng trục seri M của KBB
135 http://www.biosys.com.vn
Cả hai seri turbine tăng áp hướng kính và hướng trục cùng chung các đặc tính như là: các ổ đỡ là loại bạc trượt bố trí bên trong, bôi trơn dùng dầu nhờn hệ
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________ thống động cơ, ổ đỡ có thời gian sử dụng tới 20000 h, vỏ turbine không làm mát; và có các vỏ lấy không khí vào, bộ phận lọ-giảm ồn khác nhau tạo điều kiện thuận lợi cho lắp đặt trên động cơ. Một dự phòng đối với seri R-3 là loại turbine tăng áp hướng kính có đặc tính: khoảng làm việc mở rộng mô men tại tốc độ thấp; tăng tốc được cải thiện, khói ít, tiêu thụ nhiên liệu ít hơn.
136 http://www.biosys.com.vn
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________
5.6 TURBINE TĂNG ÁP TURBOMECA ( Hispano-Suiza)
Thành viên nhóm SNECMA : Hispano-Suiza của Pháp đã liên kết với hãng Hàng không Allied Signal của Mỹ vào 1990 để phát triển seri NGT ( New Generation Turbochager) dùng cho các động cơ trung và cao tốc công suất 1000 kW tới 9000 kW. Vào năm 2002, SNECMA chuyển hoạt động turbine tăng áp của mình sang thành viên nhóm khác, Turbomeca.
Dòng họ NGT bao trùm bốn thành viên che phủ lên nhau: HS4800, HS 5800/HS 5800, HS 5900 và HS 6800. Các giải pháp sau đây có đặc tính dành cho HS 4800 và 5800: hiệu suất đẳng entropi máy nén đạt 86% ở các vùng sử dụng, hiệu suất chung 73-75% trên động cơ; tỉ số áp suất liên tục đạt 4,5 ( máy nén làm bằng nhôm) và 5 ( máy nén bằng titanium) (hình 5-15).
Cấu trúc liền khối và trọng lượng nhẹ do sử dụng ổ đỡ thường và ổ đỡ chặn bên trong và sử dụng nguyên tắc khuyếch tán ( hướng kính + hướng trục ) chia đôi tại lối ra của bánh cánh máy nén. Phần máy nén có đặc trưng là sử dụng bánh cánh hợp kim rèn được có độ bền cao có các cánh nghiêng uốn ngược (loại đơn), vỏ hợp kim nhẹ đúc được, và hơn 20 hợp phần của các miệng cắt và bộ phận khuyếch lượn góc. Dự phòng tuần hoàn trong của máy nén (CIR) tối ưu hoá hiệu suất tại tải nhỏ và tăng cường dự trữ giới hạn mạch động lên trên 20%.
Phần turbine có đặc điểm : hợp kim nikel chrom được dùng làm vành phun; hợp kim được gia công lại tại nhà máy có độ chịu đựng quá nhiệt cao (một thiết bị chống dao động lắp cho hệ thống turbine tăng áp kiểu xung lực); 28 hợp phần của các miệng cắt và diện tích vành phun; xả khuyếch tán tối ưu tham gia vào việc giành hiệu suất tầng cao. Tương thích hoàn toàn với hoạt động dùng dầu nhẹ được ấn định cho thiết kế.
137 http://www.biosys.com.vn
Thiết kế đảm bảo việc bảo dưỡng dễ dàng do hoàn toàn loại bỏ việc làm mát bằng nước, và định dạng tối ưu của dòng nhiệt bên trong làm đơn giản hoá việc lắp đặt ống nối cũng như bảo dưỡng. Các chi tiết hoàn toàn có thể dùng lắp lẫn cũng được sử dụng; toàn bộ các phần rô to được cân bằng riêng biệt và có thể được thay ở vị trí theo như yêu cầu mà không cần tháo tất ra và cân bằng lại toàn bộ. Phin lọc giảm âm; máy nén titanium, hỗ trợ phun khi tăng tải tức thời; bộ cảm biến tốc độ lắp không cần tháo rỡ; cơ cấu giúp làm sạch và rửa turbine, máy nén trong khi hoạt động là những dự trữ tùy chọn.
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________
Hình 5-15 Đặc tính dành cho turbine tăng áp HS5800 Turbomeca.
5.7 LẮP MỚI LẠI TURBINE TĂNG ÁP
138 http://www.biosys.com.vn
Lợi ích của việc lắp mới lại turbine tăng áp đã được khuyến khích từ phía các nhà chế tạo khi cho rằng các model thế hệ mới – có hiệu suất chung cao hơn nhiều thế hệ trước đó – có thể là một vấn đề rất đáng đầu tư trong những năm gần đây. Lắp mới lại các turbine tăng áp có hiệu suất cao mới cho các động cơ cũ hơn
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________ có thể được xem xét một cách kinh tế theo một hoặc nhiều luận điểm theo như ABB trình bày sau:
-Động cơ có nhiệt độ khí xả cao; áp suất khoang quét không thể tăng được tới mức bình thường; không còn có thể hoạt động ở chế độ toàn tải nữa.
-Nhu cầu cần giảm chi phí nhiên liệu hoặc ô nhiễm khí xả.
-Nhu cầu cần tăng độ an toàn hoạt động của động cơ cho một giai đoạn hoạt động kéo dài.
-Đặc tính động cơ yêu cầu tói ưu đối với hoạt động chậm hoặc dạng hoạt động mới khác.
-Tuổi thọ không thoả mãn của các chi tiết chính của turbine tăng áp đã làm việc do ăn mòn hoặc xói mòn; khó có phụ tùng của thế hệ turbine tăng áp cũ hơn ở một số nhà máy và có thì rất đắt; cần đặt hàng thay thế turbine tăng áp thì thới gian cung cấp quá lâu.
Hình 5-16 Lợi ích của việc lắp mới lại turbine tăng áp đối với nhiệt độ khí xả và suất tiêu hao nhiên liệu theo ABB : đường hiệu suất thấp (đường gạch gạch) thể hiện cho turbine tăng áp VTR.1 còn đường hiệu suất cao hơn (đường liền) ứng với turbine tăng áp VTR..4. khi thay thế cho VTR..1
139 http://www.biosys.com.vn
Các đặc tính lợi ích từ việc lắp mới lại (hình 5-16) cho thấy nhiệt độ khí xả giảm đi nhiều hơn ( giảm khoảng 50-800C) và suất tiêu hao nhiên liệu giảm hơn (3-
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________ 5%). Vỏ turbine tăng áp không làm mát của turbine tăng áp mới cũng bảo đảm tuổi thọ cao hơn đối với các chi tiết chịu sự mòn do ăn mòn, xói mòn. Hơn thế nữa các ổ đỡ bi cầu và bi đữa chống mòn thướng dùng cho turbine tăng áp lạoi VTR..4 của Hãng cho đặc tính khởi động tốt hơn, đặc tính tải nhỏ được cải thiện và tăng tốc nhanh. Tăng cường độ tin cậy cũng được hứa hẹn bởi turbine tăng áp hiện đại.
140 http://www.biosys.com.vn
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________
5.8 HỆ THỐNG HỖN HỢP TURBINE
Hiệu suất cao của một số turbine tăng áp lớn đã làm tăng quá mức giá trị áp suất cần thiết yêu cầu bởi động cơ, cho phép một số khí xả được trích ra cho turbine động lực. Một số hệ thống hỗn hợp turbine như vậy đã được đưa vào ứng dụng chủ yếu ở các động cơ hãng MAN B&W và Sulzer chậm tốc, đặc biệt có ích trong kỷ nguyên giá nhiên liệu tăng cao.
Turbine khí động lực được bố trí hoặc là cung cấp thêm năng lượng đẩy trực tiếp cho chân vịt qua cơ cấu ly hợp hoặc dành lai máy phát qua cơ cấu ly hợp đặc biệt power take – out / power take – in ( PTO/PTI). Hệ thống tăng hiệu suất của Sulzer -dùng hệ thống turbine ABB – đã hứa hẹn tiết kiệm 5,5 g/kWh, tăng hiệu suất động cơ lên 54% mà không làm ảnh hưởng tới việc sử dụng năng lượng khí xả cho các mục đích tận dụng thông thường (hình 5-17).
Bên cạnh tiết kiệm nhiên liệu lớn trong suốt dải công suất động cơ, hệ thống tăng hiệu suất trên có thể giúp giảm công suất động cơ chính cần cung cấp có cùng một mức tiêu thụ nhiên liệu có ích. Khi so sánh với động cơ được giảm công suất, hệ thống cho phép bỏ hẳn đi một xilanh động cơ (tùy thuộc loại động cơ và công suất/ vòng quay của nó), cho một lợi ích là chi phí ban đầu nhỏ hơn và buồng máy gọn hơn.
141 http://www.biosys.com.vn
Hệ thống tăng hiệu suất được mô tả được sử dụng như một hệ thống On/Off có thể dùng khi tải động cơ từ 40-50 % tải định mức trở lên, không làm ảnh hưởng gì tới độ tin cậy động cơ. Năng lượng khí xả được tận dụng một cách đơn giản tỉ lệ với khí xả được thoát ra khỏi ống góp xả tới turbine động lực ABB lắp song song với turbine tăng áp cho động cơ. Turbine động lực – hình thành một modul khối cùng với bộ truyền động bánh răng – được khớp cơ khí với cơ cấu liên kết PTO động cơ thấp tốc hãng Sulzer RTA. Năng lượng khí xả tận dụng khi đó được truyền trực tiếp tới trục khuỷu động cơ, cho phép động cơ hoạt động tải thấp hơn khi công suất lai trục chân vịt vẫn không đổi nhưng đạt mức tiêu thụ nhiên liệu ít hơn. Hệ thống tăng hiệu suất sẽ tự động ngắt khi tải giảm quá hoặc khi manơ điều động tàu.
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________
Hình 5-17 Phác thảo và đặc tính của hệ thống tăng hiệu suất động cơ Sulzer.
Các lợi ích tương tự cũng được thông báo bởi hệ thống turbine hỗn hợp/ cấp công suất (TCS/PTI) MAN B&W bố trí trên động cơ MC thấp tốc có đường kính xilanh từ 600-900 mm (hình 5-18). Hệ thống không áp dụng cho các máy nhỏ hơn vì kích thước của chúng và hiệu suất thấp hơn của các turbine tăng áp dùng cho các máy đó. Turbine động lực MAN B&W và ABB được sử dụng, tương ứng, với turbine tăng áp MAN B&W và ABB phục vụ cho động cơ. Tại tải trên 50% so với công suất tối ưu, turbine động lực được kết nối vào trục khuỷu qua hệ thống ly hợp thuỷ lực và khớp khớp nối mềm.
142 http://www.biosys.com.vn
Lượng khí xả thực sự dùng cho TCS phụ thuộc vào hiệu suất của turbine tăng áp và sự phù hợp của turbine tăng áp đối với trường hợp riêng. Công suất TCS
Toång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP _______________________________________________________________________ giảm tại tải thấp hơn do lượng khí giảm nhỏ hơn: tại giá trị 50% tải tối ưu thì công suất TCS/PTI chỉ còn lại là 25%, việc đóng góp tiết kiệm nhiên liệu trong trường hợp này rất nhỏ. Công suất TCS cực đại thường bằng khoảng 4,2% công suất tối ưu của động cơ và cũng tùy thuộc turbine tăng áp được lựa chọn.
143 http://www.biosys.com.vn
Hình 5-18 Bố trí hệ thống TCS/PTI MAN B&W ở động cơ chính và thiết bị lai turbine động lực đối với trục khuỷu.
