Tài liệu ôn tập Nồi hơi-tua bin hơi tàu thủy

Chia sẻ: Tran Thanh Tung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:118

Thêm vào BST

Báo xấu

662
lượt xem 196
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu được biên soạn nhằm giúp ôn tập và nắm bắt kiến thức chuyên môn về Nồi hơi-tua bin hơi tàu thủy. Ebook được trình bày một cách logic, dễ hiểu với nội dung được chia thành các câu hỏi và gợi ý trả lời. Để học tốt môn này, sinh viên cần nắm vững kiến thức cơ sở chuyên ngành về nhiệt động học kỹ thuật và cần rèn luyện kỹ năng đọc bản vẽ kỹ thuật.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tài liệu ôn tập Nồi hơi-tua bin hơi tàu thủy

F T ra n sf o F T ra n sf o PD PD rm rm Y Y Y Y er er ABB ABB y y bu bu 2.0 2.0 to to re re he he k k lic lic C C om om w w w w w. w. A B B Y Y.c A B B Y Y.c Hoàng Anh Dũng HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Môn học: Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam HẢI PHÒNG 2008
F T ra n sf o F T ra n sf o PD PD rm rm Y Y Y Y er er ABB ABB y y bu bu 2.0 2.0 to to re re he he k k lic lic C C om om w w w w w. w. A B B Y Y.c A B B Y Y.c Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, hơi nước là một trong những công chất được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp và dịch vụ. Ta có thể nhận thấy sự có mặt của hơi nước trong rất nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội từ những ứng dụng công nghiệp nặng như sản xuất năng lượng, gia công chế tạo... đến những nhu cầu hàng ngày của con người như hâm nóng, sấy sưởi... Một số liệu thống kê về năng lượng cho thấy tính trên toàn thế giới, 80 – 90% điện năng sản xuất được là từ việc sử dụng hơi nước. Sở dĩ hơi nước phổ biến như vậy là do nó có rất nhiều ưu điểm như: tính kinh tế, sẵn có, không độc hại, có khả năng giãn nở lớn, sinh công lớn... Nói riêng về lĩnh vực kỹ t huật tàu thủy, từ thế kỷ 17 – 18, hơi nước đã được ứng dụng rất phổ biến trên các con tàu để phục vụ cho hệ động chính lai chân vịt. Ngày nay, tuy hệ động lực Diesel gần như đã được trang bị cho toàn bộ đội tàu thế giới, hơi nước vẫn được sử dụng cho nhiều mục đích cần thiết dưới tàu như: sinh công trong các máy phụ, phục vụ sinh hoạt của thuyền viên, là chất công tác trong các thiết bị trao đổi nhiệt... Nồi hơi và tua bin hơi là hai thiết bị chính trong hệ động lực hơi nước. Nếu nồi hơi là thiết bị sinh hơi thì tua bin hơi là thiết bị tiêu thụ hơi để sinh công. Với hệ động lực hơi nước ở trên bờ, tua bin hơi được sử dụng để lai máy phát điện. Với hệ động lực hơi nước dưới tàu biển, tua bin hơi được sử dụng để lai chân vịt tàu thủy. Hiện nay, ở những tàu sử dụng hệ động lực Diesel, khi mà động cơ Diesel là thiết bị động lực chính lai chân vịt tàu thủy thì nồi hơi được sử dụng như một thiết bị phụ, còn tua bin hơi thường được sử dụng để lai các máy phụ khác như bơm, máy phát điện... Nói chung, nồi hơi và tua bin hơi là hai thiết bị quan trọng dưới tàu thủy. Một kỹ sư khai thác máy tàu biển để có thể hoàn thành tốt công việc thì cần phải hiểu và nắm vững nguyên lý hoạt động cũng như cách thức khai thác vận hành hai thiết bị này. “Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy” là một môn học chuyên ngành quan trọng trong chương trình đào tạo kỹ sư khai thác máy tàu biển của Khoa Máy tàu biển, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam. Do đó, để giúp sinh viên ôn tập và nắm bắt kiến thức chuyên môn được tốt, tác giả KS. Hoàng Anh Dũng đã biên soạn và xuất bản cuốn “Hướng dẫn ôn tập môn học Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy”. Sách được trình bày một cách lô-gíc, dễ hiểu với nội dung được chia thành các câu hỏi và gợi ý trả lời. Để học tốt môn học này, sinh viên cần nắm vững kiến thức cơ sở chuyên ngành về nhiệt động học kỹ thuật và cần rèn luyện kỹ năng đọc bản vẽ kỹ thuật. Tôi tin rằng cuốn sách sẽ là tài liệu bổ ích và đem lại hiệu quả cho việc học tập của sinh viên. Tuy nhiên, do lần đầu tiên xuất bản và do bản thân tác giả còn hạn chế về kinh nghiệm thực tế nên thiếu sót là điều không thể tránh khỏi. Trong quá trình sử dụng, chúng tôi mong nhận được và xin chân thành cảm ơn mọi ý kiến đóng góp của độc giả để sách ngày một hoàn thiện hơn. Tác giả Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 1
F T ra n sf o F T ra n sf o PD PD rm rm Y Y Y Y er er ABB ABB y y bu bu 2.0 2.0 to to re re he he k k lic lic C C om om w w w w w. w. A B B Y Y.c A B B Y Y.c Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP MỤC LỤC Câu 1. Biểu diễn chu trình Carnot của thiết bị động lực hơi nước trên đồ thị p-v và T-s, giải thích các quá trình và viết công thức tính nhiệt cấp, nhiệt thải, công và hiệu suất của chu trình.......6 Câu 2. Vẽ sơ đồ nguyên lý, biểu diễn chu trình Rankine của thiết bị động lực hơi nước trên đồ thị p-v và T-s, giải thích các quá trình và viết công thức tính nhiệt cấp, nhiệt thải, công và hiệu suất của chu trình. ..........................................................................................................................................................................7 Câu 3. Trình bày ảnh hưởng của áp suất ban đầu, nhiệt độ ban đầu và áp suất cuối đến hiệu suất nhiệt của chu trình Rankine. ...................................................................................................................................8 Câu 4. Vẽ sơ đồ nguyên lý, biểu diễn chu trình hồi nhiệt của thiết bị động lực hơi nước trên đồ thị T-s và so sánh đặc điểm làm việc của chu trình này với chu trình Rankine......................................... 10 Câu 5. Vẽ sơ đồ nguyên lý, biểu diễn chu trình có quá nhiệt trung gian của thiết bị động lực hơi nước trên đồ thị T-s và so sánh đặc điểm làm việc của chu trình này với chu trình Rankine. .... 10 Câu 6. Định nghĩa nồi hơi, nêu chức năng của nồi hơi tàu thủy và các các yêu cầu đối với nồi hơi tàu thủy. ......................................................................................................................................................................... 11 Câu 7. Trình bày các thông số cơ bản của nồi hơi tàu thủy, bao gồm: áp suất, nhiệt độ, sản lượng hơi, suất tiêu hao nhiên liệu, diện tích mặt hấp nhiệt và hiệu suất nồi hơi. ................................. 13 Câu 8. Trình bày các cách phân loại nồi hơi tàu thủy. ................................................................................. 15 Câu 9. Biểu diễn quá trình sinh hơi của nồi hơi trên đồ thị i-t, giải thích và so sánh quá trình sinh hơi của nồi hơi thông số cao với nồi hơi thông số thấp. ......................................................................... 18 Câu 10. Kể tên các thiết bị, hệ thống phục vụ nồi hơi và trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống nồi hơi hoàn chỉnh. .............................................................................................................................................. 19 Câu 11. Nêu khái niệm nhiệt trị của nhiên liệu. Dầu đốt dùng cho nồi hơi gồm những thành phần nào? Nêu các yêu cầu đối với dầu đốt dùng cho nồi hơi tàu thủy. ................................................... 20 Câu 12. Trình bày các giai đoạn cháy nhiên liệu trong nồi hơi và nêu các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình cháy trong nồi hơi. ........................................................................................................................................ 22 Câu 13. Thế nào là cháy hoàn toàn, cháy không hoàn toàn, hệ số không khí thừa a, hiện tượng ăn mòn điểm sương và hiện tượng mục rỉ vanađi? ............................................................................................. 23 Câu 14. Trình bày các tổn thất nhiệt trong nồi hơi và biện pháp hạn chế các tổn thất nhiệt đó. 25 Câu 15. Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của nồi hơi hình trụ ống lửa nằm (nồi hơi Scotch)............................................................................................................... 27 Câu 16. Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của nồi hơi thẳng đứng ống lửa nằm (nồi hơi Cochran). .................................................................................................. 29 Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 2
F T ra n sf o F T ra n sf o PD PD rm rm Y Y Y Y er er ABB ABB y y bu bu 2.0 2.0 to to re re he he k k lic lic C C om om w w w w w. w. A B B Y Y.c A B B Y Y.c Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Câu 17. Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của nồi hơi thẳng đứng ống lửa đứng. ..................................................................................................................................... 30 Câu 18. Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của nồi hơi thẳng đứng ống nước đứng của hãng Aalborg. ........................................................................................... 32 1.1.2. Nồi hơi thẳng đứng ống nước đứng .............................................. Error! Bookmark not defined. Câu 19. Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của nồi hơi thẳng đứng ống nước đứng của hãng Miura. ................................................................................................ 33 Câu 20. Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của nồi hơi tuần hoàn cưỡng bức. .............................................................................................................................................. 35 Câu 21. Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của nồi hơi liên hợp phụ - khí xả ống lửa nằm kiểu Cochran.......................................................................................... 36 Câu 22. Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của nồi hơi liên hợp phụ - khí xả ống lửa nằm kiểu Aalborg. ......................................................................................... 38 Câu 23. Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của hệ thống liên hợp nồi hơi phụ - bộ tận dụng nhiệt khí xả. .................................................................................... 39 Câu 24. Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của nồi hơi ống nước hai bầu. ...................................................................................................................................................... 41 Câu 25. Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động của bộ sấy hơi và bộ giảm sấy sử dụng cho nồi hơi chính tàu thủy. ................................................................................................................................ 43 Câu 26. Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động của các thiết bị tận dụng nhiệt trang bị cho nồi hơi chính tàu thủy. ....................................................................................................................................... 45 Câu 27. Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của nồi hơi ống nước hai bầu có hai đường khí lò. ............................................................................................................. 46 Câu 28. Trình bày đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và ưu nhược điểm của nồi hơi ống nước nằm một trống hơi. .............................................................................................................................. 47 Câu 29. Trình bày chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị cấp không khí. .......... 49 Câu 30. Trình bày chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu một vòng tuần hoàn và hai vòng tuần hoàn. .............................................................................................................................. 50 Câu 31. Trình bày chức năng, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm của súng phun hơi nước và súng phun áp lực. ............................................................................................................................................. 52 Câu 32. Trình bày chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của van tuần hoàn nhiên liệu. .... 54 Câu 33. Trình bày chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị đánh lửa và mắt thần cảm biến ngọn lửa............................................................................................................................................................. 54 Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 3
F T ra n sf o F T ra n sf o PD PD rm rm Y Y Y Y er er ABB ABB y y bu bu 2.0 2.0 to to re re he he k k lic lic C C om om w w w w w. w. A B B Y Y.c A B B Y Y.c Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Câu 34. Trình bày chương trình tự động điều khiển thiết bị buồng đốt. ............................................... 56 Câu 35. Trình bày chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của ống thủy sáng. ......................... 57 Câu 36. Trình bày chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của ống thủy tối. ............................. 58 Câu 37. Trình bày chức năng, cấu tạo, nguyên lý hoạt động của thiết bị cảm ứng mức nước nồi hơi kiểu que cảm ứng và hệ thống cấp nước nồi hơi. ........................................................................................ 59 Câu 38. Trình bày sơ đồ thuật toán chương trình điều khiển tự động quá trình cháy của nồi hơi. 61 Câu 39. Trình bày sơ đồ thuật toán chương trình điều khiển tự động hâm nhiên liệu.................... 63 Câu 40. Trình bày sơ đồ thuật toán chương trình điều khiển tự động giám sát và cấp nước nồi. 64 Câu 41. Trình bày chức năng, đặc điểm cấu tạo, nguyên lý hoạt động và những chú ý đối với van an toàn kiểu đẩy thẳng dùng cho nồi hơi tàu thủy..................................................................................... 65 Câu 42. Trình bày nguyên nhân, tác hại của hiện tượng tạp chất cuốn theo vào hơi và biện pháp khắc phục.............................................................................................................................................................................. 66 Câu 43. Trình bày các phương pháp xử lý nước nồi hơi ở bên ngoài nồi. ............................................. 67 Câu 44. Trình bày các phương pháp xử lý nước nồi hơi ở bên trong nồi. ............................................. 70 Câu 45. Trình bày quy trình tiến hành hóa nghiệm nước nồi hơi. ............................................................ 72 Câu 46. Trình bày quy trình khai thác vận hành nồi hơi................................................................................ 74 Câu 47. Trình bày một số sự cố hay gặp khí khai thác nồi hơi, nguyên nhân và biện pháp khắc phục. 78 Câu 48. Trình bày quy trình vệ sinh bên trong nồi hơi sau khi ngừng hoạt động. ............................ 80 Câu 49. Trình bày phương pháp tẩy rửa cáu cặn cho nồi hơi bằng axit, bằng kiềm và bằng tay.81 Câu 50. Trình bày quy trình thử thủy lực cho nồi hơi..................................................................................... 81 Câu 51. Nêu định nghĩa tua bin hơi, công dụng và đặc điểm làm việc của tua bin hơi tàu thủy. 82 Câu 52. Trình bày các cách phân loại tua bin hơi tàu thủy. ......................................................................... 84 Câu 53. Trình bày nguyên lý tác dụng xung kích và phản kích của dòng hơi, giải thích đặc tính tầng xung kích, tầng phản kích. ................................................................................................................................... 86 Câu 54. Tại sao tua bin nhiều tầng được sử dụng? Trình bày nguyên lý hoạt động của các kiểu tua bin nhiều tầng. ............................................................................................................................................................ 88 Câu 55. Trình bày đặc điểm kết cấu thân tua bin cao áp.............................................................................. 90 Câu 56. Trình bày đặc điểm kết cấu ống phun tầng đầu tiên..................................................................... 92 Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 4
F T ra n sf o F T ra n sf o PD PD rm rm Y Y Y Y er er ABB ABB y y bu bu 2.0 2.0 to to re re he he k k lic lic C C om om w w w w w. w. A B B Y Y.c A B B Y Y.c Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Câu 57. Trình bày đặc điểm kết cấu bánh tĩnh của tua bin hơi.................................................................. 94 Câu 58. Trình bày đặc điểm kết cấu các kiểu rôto của tua bin hơi. .......................................................... 95 Câu 59. Trình bày đặc điểm kết cấu bánh động và cánh động của tua bin hơi. ................................. 97 Câu 60. Trình bày đặc điểm kết cấu các dạng làm kín trong tua bin hơi. ............................................100 Câu 61. Trình bày đặc điểm kết cấu thiết bị nối trục của tua bin hơi. ...................................................102 Câu 62. Trình bày chức năng, sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động và yêu cầu đối với hệ thống bôi trơn tua bin hơi. ........................................................................................................................................................104 Câu 63. Trình bày chức năng, sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động hệ thống sấy tua bin hơi. 105 Câu 64. Trình bày nguyên lý điều chỉnh công suất tua bin hơi và các phương pháp điều chỉnh công suất tua bin hơi. ....................................................................................................................................................107 Câu 65. Trình bày thao tác chuẩn bị và vận hành đưa tua bin hơi vào hoạt động. .........................109 Câu 66. Trình bày quy trình đảo chiều tua bin hơi. .......................................................................................111 Câu 67. Trình bày quy trình dừng tua bin hơi tàu thủy, giải thích đồ thị đường cong đà quay của tua bin hơi...........................................................................................................................................................................112 Câu 68. Trình bày một số sự cố hay gặp, nguyên nhân và biện pháp khắc phục đối với tua bin hơi tàu thủy. .......................................................................................................................................................................114 Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 5
F T ra n sf o F T ra n sf o PD PD rm rm Y Y Y Y er er ABB ABB y y bu bu 2.0 2.0 to to re re he he k k lic lic C C om om w w w w w. w. A B B Y Y.c A B B Y Y.c Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Câu 1. Biểu diễn chu trình Carnot của thiết bị động lực hơi nước trên đồ thị p-v và T-s, giải thích các quá trình và viết công thức tính nhiệt cấp, nhiệt thải, công và hiệu suất của chu trình. Chu trình Carnot của thiết bị động lực hơi nước là chu trình lý tưởng gồm có hai quá trình đẳng nhiệt và hai quá trình đoạn nhiệt xen kẽ nhau. Đồ thị nhiệt động của chu trình được thể hiện như sau: x= 1 x= 0 x= 1 Chu trình Carnot của thiết bị động lực hơi nước. Các quá trình nhiệt động trong chu trình gồm có: 1. Quá trình 1-2: Dãn nở đoạn nhiệt, hơi từ nồi hơi sinh ra được cấp vào tua bin và giãn nở sinh công trong tua bin. 2. Quá trình 2-3: Ngưng tụ đẳng áp, hơi nước sau khi giãn nở sinh công trong tua bin sẽ đi về bầu ngưng để ngưng tụ thành nước, nhiệt lượng q2 thải của hơi được trao cho công chất làm mát. 3. Quá trình 3-4: Nén đoạn nhiệt, nước ngưng tụ được bơm nén đoạn nhiệt để cấp trở lại nồi hơi. 4. Quá trình 4-1: Hóa hơi đẳng áp, nước được đun sôi, nhận nhiệt lượng q1 từ quá trình cháy trong nồi hơi để hóa thành hơi tiếp tục một chu trình sinh công mới. Trên đồ thị, thực chất trạng thái của hơi nước ở điểm 3 là trạng thái hơi bão hòa ẩm, hay nói cách khác, một phần hơi vẫn chưa ngưng tụ thành nước. Chu trình 123’4’ là chu trình ứng với trường hợp ngưng tụ hoàn toàn (toàn bộ hơi ngưng tụ thành nước). Nhiệt lượng cấp, nhiệt lượng thải và hiệu suất nhiệt của chu trình được xác định như sau: ( )= = − = − ; v Nhiệt cấp : là nhiệt ẩn hóa hơi (kJ/kg). ( ); = − = − v Nhiệt thải : là nhiệt ẩn ngưng tụ (kJ/kg). =( − )−( − ) = = − (/ ) v Công có ích : ( )= 1− =1− − (%) v Hiệu suất nhiệt : Hiệu suất nhiệt của chu trình Carnot là lớn nhất trong tất cả các chu trình thiết bị động lực hơi nước. Tuy nhiên, chu trình Carnot chỉ là chu trình lý thuyết lý tưởng, không được dùng trong thực tế. Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 6
F T ra n sf o F T ra n sf o PD PD rm rm Y Y Y Y er er ABB ABB y y bu bu 2.0 2.0 to to re re he he k k lic lic C C om om w w w w w. w. A B B Y Y.c A B B Y Y.c Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Câu 2. Vẽ sơ đồ nguyên lý, biểu diễn chu trình Rankine của thiết bị động lực hơi nước trên đồ thị p-v và T-s, giải thích các quá trình và viết công thức tính nhiệt cấp, nhiệt thải, công và hiệu suất của chu trình. Sơ đồ nguyên lý và đồ thị nhiệt động của chu trình Rankine được thể hiện như sau: 1 p T Bộ quá nhiệt 6 K K 1 Tuabin hơi 6 5 4 5 61 5 2 4 Nồi hơi 3 2 3 2 x=1 x=1 x=0 x=0 4 Bầu ngưng v s 3 Bơm nước cấp Sơ đồ nguyên lý và đồ thị nhiệt động của chu trình Rankine. Các quá trình nhiệt động trong chu trình gồm có: 1. Quá trình 1-2: Dãn nở đoạn nhiệt, hơi quá nhiệt được cấp vào tua bin và giãn nở sinh công trong tua bin. 2. Quá trình 2-3: Ngưng tụ đẳng áp, hơi nước sau khi giãn nở sinh công trong tua bin sẽ về bầu ngưng để ngưng tụ thành nước, nhiệt lượng q2 thải của hơi được trao cho công chất làm mát. 3. Quá trình 3-4: Nén đoạn nhiệt, nước ngưng tụ được bơm nén đoạn nhiệt để cấp trở lại nồi hơi. 4. Quá trình 4-5: Cấp nhiệt đẳng áp, nước được đun nóng đến nhiệt độ sôi trong nồi hơi bằng nguồn nhiệt từ phản ứng cháy nhiên liệu diễn ra trong nồi hơi. 5. Quá trình 5-6: Hóa hơi đẳng áp, quá trình cấp nhiệt vẫn tiếp diễn, nước sôi và bay hơi trong nồi hơi. 6. Quá trình 6-1: Quá nhiệt đẳng áp, hơi nước được đưa vào bộ quá nhiệt, hay còn gọi là bộ sấy hơi, nhận thêm nhiệt lượng để biến thành hơi quá nhiệt. Các thông số cơ bản của chu trình được xác định như sau: = ++ = − (/ ) v Nhiệt cấp: bao gồm nhiệt đun nóng qn, nhiệt hóa hơi r và nhiệt quá nhiệt qh. = − (/ ) = ( − )−( − ) v Công có ích: = − (/ ) v Nhiệt thải: Ở đây, công có ích là hiệu số giữa công sinh ra từ tua bin ltb và công tiêu tốn cho bơm lb. Tuy nhiên, công bơm thường rất nhỏ, có thể bỏ qua. = = = = (%) ( )( ) v Hiệu suất nhiệt: h gọi là nhiệt giáng lý thuyết đoạn nhiệt. Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 7
F T ra n sf o F T ra n sf o PD PD rm rm Y Y Y Y er er ABB ABB y y bu bu 2.0 2.0 to to re re he he k k lic lic C C om om w w w w w. w. A B B Y Y.c A B B Y Y.c Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Câu 3. Trình bày ảnh hưởng của áp suất ban đầu, nhiệt độ ban đầu và áp suất cuối đến hiệu suất nhiệt của chu trình Rankine. 1. Ảnh hưởng của áp suất ban đầu (áp suất hơi vào tua bin) Ảnh hưởng của áp suất ban đầu. Tăng áp suất ban đầu p1 mà nhiệt độ đầu T1 và áp suất sau p2 không đổi thì có những ưu điểm sau: tăng nhanh ở vùng p1 < 90bar; v Nhiệt độ sôi ts và nhiệt độ trung bình của quá trình cấp nhiệt tăng làm cho hiệu suất nhiệt của chu trình tăng. tăng chậm ở vùng p1 > 90bar vì ở vùng này nhiệt độ trung bình tăng chậm. Áp suất đầu p1 có thể lên đến 300bar. v Thể tích riêng của hơi giảm. Điều này có ý nghĩa trong việc chế tạo thiết bị vì khi đó thiết bị có kích cỡ nhỏ gọn hơn, chi phí giá thành vật tư chế tạo cũng giảm theo. Tuy nhiên, áp suất đầu tăng lại dẫn tới nhược điểm là: v Độ khô của hơi ở cuối quá trình giãn nở giảm làm cho độ ẩm tăng lên, có nhiều hạt nước chuyển động lớn ở tầng cánh cuối của tua bin, gây ra mài mòn, ăn mòn các tầng cánh cuối của tua bin hơi. v Áp suất hơi cao đòi hỏi phải chế tạo các bộ phận sinh hơi, bộ sấy hơi bằng các vật liệu có độ bền cao, chịu áp lực tốt, đắt tiền. 2. Nhiệt độ ban đầu (nhiệt độ hơi vào tua bin) Khi nhiệt độ ban đầu T1 tăng, áp suất đầu p1 và áp suất cuối p2 không đổi thì hiệu suất nhiệt tăng (do nhiệt độ trung bình của quá trình cấp nhiệt tăng). Nhiệt độ đầu có thể được tăng bằng cách tăng nhiệt có thể tăng lên đến 550÷600oC. độ hơi quá nhiệt, đây là phương pháp được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật. Nhiệt độ hơi quá nhiệt Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 8
F T ra n sf o F T ra n sf o PD PD rm rm Y Y Y Y er er ABB ABB y y bu bu 2.0 2.0 to to re re he he k k lic lic C C om om w w w w w. w. A B B Y Y.c A B B Y Y.c Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Ảnh hưởng của nhiệt độ ban đầu. Tuy nhiên, nhiệt độ hơi quá nhiệt quá cao sẽ ảnh hưởng đến khả năng làm việc lâu dài của tua bin hơi. Muốn đảm bảo tuổi thọ của thiết bị thì vật liệu chế tạo cũng phải có độ bền cao, đắt tiền. 3. Áp suất cuối (áp suất hơi ra khỏi tua bin) Khi áp suất cuối p2 giảm, áp suất đầu p1.và nhiệt độ đầu T1 không đổi thì nhiệt độ cuối T2 giảm làm cho nhiệt độ trung bình của quá trình thải nhiệt giảm, do đó hiệu suất nhiệt của chu trình tăng (nhiệt cấp tăng ít và nhiệt thải giảm nhiều). Nếu áp suất cuối p2 giảm 0,01÷0,03bar thì hiệu suất nhiệt h tăng 0,396÷0,427%. Ảnh hưởng của áp suất cuối. Việc giảm áp suất cuối bị hạn chế bởi nhiệt độ bão hoà tương ứng do phải duy trì nhiệt độ này không nhỏ hơn nhiệt độ môi trường thì hơi nước mới có thể ngưng tụ được trong bầu ngưng. Nếu áp suất cuối p2 quá thấp, độ khô của hơi giảm thì tốc độ hơi ở phần sau của tua bin lớn gây ra ăn mòn, xói mòn các tầng cánh cuối. Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 9
F T ra n sf o F T ra n sf o PD PD rm rm Y Y Y Y er er ABB ABB y y bu bu 2.0 2.0 to to re re he he k k lic lic C C om om w w w w w. w. A B B Y Y.c A B B Y Y.c Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Câu 4. Vẽ sơ đồ nguyên lý, biểu diễn chu trình hồi nhiệt của thiết bị động lực hơi nước trên đồ thị T-s và so sánh đặc điểm làm việc của chu trình này với chu trình Rankine. Để tăng cường hiệu quả làm việc của hệ động lực, giảm kích cỡ các thiết bị và tăng hiệu suất nhiệt của chu trình Rankine, người ta sử dụng chu trình hồi nhiệt như sau: Chu trình hồi nhiệt một lần. So với chu trình Rankine cơ bản, chu trình hồi nhiệt có những bổ sung sau đây: v Tua bin được chia làm nhiều cấp (ví dụ 2 cấp). v Hệ thống được bố trí bình hòa trộn có chức năng tương tự như một thiết bị trao đổi nhiệt, trong đó nước cấp là chất nhận nhiệt, hơi nước là chất trao nhiệt. v Hơi ra khỏi tua bin cấp 1 một phần được đưa vào bình hòa trộn để gia nhiệt cho nước cấp nồi, phần còn lại được cấp vào tua bin cấp 2 để tiếp tục sinh công. Như vậy, nếu như ở chu trình Rankine cơ bản, toàn bộ nhiệt của hơi ra khỏi tua bin được nhả ra ngoài tại bầu ngưng thì ở chu trình hồi nhiệt, một phần nhiệt lượng đó được tận dụng để hâm nóng sơ bộ nước cấp nồi. Nghĩa là một phần nhiệt thải q2 được bổ sung vào nhiệt cấp q1. Do đó, hiệu suất nhiệt của toàn bộ hệ động lực được cải thiện. Chu trình hồi nhiệt có thể có một lần hồi nhiệt hoặc nhiều lần hồi nhiệt (kích cỡ hệ động lực và số lượng trang thiết bị tương ứng sẽ tăng lên). Với chu trình hồi nhiệt, bình hòa trộn đóng vai trò như một bầu ngưng trung gian. Trên đồ thị T-s, quá trình ab được gọi là quá trình hồi nhiệt. Thực chất quá trình này chính là quá trình ngưng tụ đẳng áp diễn ra trong bình hòa trộn nhưng nhiệt lượng nhả ra được tận dụng để cấp cho nước. Câu 5. Vẽ sơ đồ nguyên lý, biểu diễn chu trình có quá nhiệt trung gian của thiết bị động lực hơi nước trên đồ thị T-s và so sánh đặc điểm làm việc của chu trình này với chu trình Rankine. Muốn tăng hiệu suất nhiệt của chu trình thì cần tăng áp suất đầu p1, nhiệt độ đầu T1 và giảm áp suất cuối p2. Tuy nhiên, những biện pháp đó đều làm cho độ khô của hơi ở trạng thái 2 giảm, độ ẩm tăng Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 10
F T ra n sf o F T ra n sf o PD PD rm rm Y Y Y Y er er ABB ABB y y bu bu 2.0 2.0 to to re re he he k k lic lic C C om om w w w w w. w. A B B Y Y.c A B B Y Y.c Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP dẫn đến những ảnh hưởng có hại đối với thiết bị. Để đảm bảo độ khô của hơi cuối tua bin không giảm, người ta sử dụng chu trình có quá nhiệt trung gian. Chu trình có quá nhiệt hai lần. Chu trình này sử dụng tua bin nhiều cấp giống như chu trình hồi nhiệt. Ở đây, ta giả sử tua bin hơi là tua bin 2 cấp. Hơi sau khi ra khỏi tua bin cấp 1 sẽ được đưa trở lại bộ quá nhiệt trước khi đi vào tua bin cấp 2 để tiếp tục sinh công. Trên đồ thị T-s, quá trình 1a là quá trình dãn nở sinh công trong tua bin cấp 1, quá trình ab là quá trình quá nhiệt trung gian trong bộ quá nhiệt, quá trình b2 là quá trình dãn nở sinh công của hơi đã được quá nhiệt lần thứ hai trong tua bin cấp 2. Như vậy, nếu như ở chu trình Rankine cơ bản, trạng thái hơi sau khi công tác là điểm 2’ thì ở chu trình có quá nhiệt trung gian, trạng thái hơi sau khi công tác là điểm 2 có độ khô lớn hơn. Do đó, sử dụng chu trình có quá nhiệt trung gian sẽ khắc phục được vấn đề độ khô của hơi ở cuối tua bin, qua đó cải thiện hiệu quả làm việc của thiết bị, nâng cao hiệu suất nhiệt của toàn bộ hệ động lực. Với những hệ động lực hơi nước cỡ lớn, hơi nước có thể được quá nhiệt trung gian nhiều lần. Trên thực tế, với hệ động lực hơi nước trên bờ dùng cho các nhà máy điện nguyên tử thì người ta thường áp dụng chu trình kết hợp, nghĩa là có cả quá trình hồi nhiệt và quá nhiệt trung gian. Câu 6. Định nghĩa nồi hơi, nêu chức năng của nồi hơi tàu thủy và các các yêu cầu đối với nồi hơi tàu thủy. 1. Định nghĩa nồi hơi Nồi hơi là một thiết bị chịu áp lực có chức năng biến nước thành hơi nhờ nhiệt năng có được từ việc đốt cháy nhiên liệu hoặc biến đổi từ các nguồn năng lượng khác như điện năng, năng lượng nguyên tử. 2. Chức năng của nồi hơi sử dụng dưới tàu thủy Nồi hơi tàu thủy nói chung có thể được dùng để sinh hơi phục vụ các mục đích như lai máy phát điện, lai các máy phụ, dùng để hâm sấy nhiên liệu, phòng ở hoặc dùng cho động cơ tua bin hơi lai chân vịt. Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 11
F T ra n sf o F T ra n sf o PD PD rm rm Y Y Y Y er er ABB ABB y y bu bu 2.0 2.0 to to re re he he k k lic lic C C om om w w w w w. w. A B B Y Y.c A B B Y Y.c Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Vào những năm giữa thế kỷ 20 rất nhiều tàu thủy được trang bị tua bin hơi làm động lực chính lai chân vịt, khi đó nồi hơi chính và tua bin hơi chính lai chân vịt là hai thiết bị trung tâm trong hệ động lực hơi nước tàu thủy. Tuy nhiên, các cuộc khủng hoảng dầu mỏ (từ năm 1973) đã đẩy giá dầu trên thế giới lên rất cao. Điều này khiến các nhà sản suất buộc phải cải tiến công nghệ và thay thế công nghệ cũ bằng các thiết bị công nghệ mới có hiệu suất cao hơn. Vì vậy hầu hết các tàu thủy gần đây đều được trang bị hệ động lực Diesel, có hiệu suất cao hơn. Trên các tàu thủy hiện nay hầu như chỉ còn sử dụng các nồi hơi phụ, dùng để cung cấp hơi cho mục đích hâm sấy nhiêu liệu và các mục đích sinh hoạt khác, một số cung cấp hơi cho tua bin hơi lai máy phát điện, bơm hoặc các máy phụ khác. Ngoại trừ một số loại tàu đặc thù như tàu chở khí tự nhiên hoá lỏng thì hệ động lực tua bin hơi vẫn được áp dụng. 3. Yêu cầu đối với nồi hơi tàu thủy Nồi hơi đốt dầu sử dụng dưới tàu thủy cần thỏa mãn những yêu cầu sau đây: 1. An toàn khi sử dụng. Đây là yêu cầu quan trọng nhất vì nếu có sự cố xảy ra trong quá trình hoạt động của nồi hơi, sự làm việc bình thường của máy móc xung quanh sẽ bị ảnh hưởng, gây tai nạn cho thuyền viên, làm ảnh hưởng đến hoạt động của tàu, các hệ thống phục vụ. Với nồi hơi chính, sự cố nồi hơi có thể làm cho tàu dừng. Do đó, ở dưới tàu chỉ có các kiểu nồi hơi có cấu tạo bền, chắc, đã qua thử nghiệm kỹ lưỡng mới được sử dụng. 2. Kích thước nhỏ, gọn nhẹ, dễ bố trí trên tàu. Điều này nhằm tăng trọng tải, mở rộng tầm xa hoạt động của tàu. Do đó, nồi hơi tàu thủy thường là loại có nhiệt tải dung tích buồng đốt lớn, suất bốc hơi lớn, lưu tốc khí lò nhanh, số bầu nồi ít, đường kính bầu nồi và ống bé để giảm độ dày và trọng lượng. 3. Cấu tạo đơn giản, thuận tiện cho việc khai thác, sửa chữa. Yêu cầu này cần được đảm bảo do thuyền viên trên tàu thường thay đổi liên tục. Ngoài ra, nồi hơi tàu thủy phải là loại phù hợp với trình độ của kỹ sư máy trên tàu. 4. Tính kinh tế cao. Yêu cầu này thể hiện ở chỗ: đảm bảo hiệu suất ở toàn tải, hiệu suất giảm ít khi nhẹ tải; suất tiêu hao nhiên liệu thấp; tuổi thọ cao; chu kỳ bảo dưỡng, sửa chữa dài... 5. Tính cơ động cao. Tính cơ động cao thể hiện ở chỗ: thời gian đốt nồi lấy hơi nhanh, có thể nhanh chóng tăng giảm tải để thích ứng với sự thay đổi chế độ làm việc của tuan bin hơi (với hệ động lực hơi nước); có năng lượng tiềm tàng lớn, buồng đốt ít quán tính; khi cần thiết có khả năng quá tải 25¸45%; các mặt hấp nhiệt không bị nhô lên khỏi mặt nước (với nồi hơi ống lửa) khi tàu lắc ngang ±30o hoặc chúi mũi ±12o; thích hợp với nhiều loại dầu đốt... Chú ý rằng yêu cầu đối với nồi hơi của các loại tàu không giống nhau. Tàu khách, tàu hàng chạy định tuyến được cung cấp đều đặn một loại dầu đốt, có điều kiện kiểm tra sửa chữa ở cảng, thời gian điều động tàu ít, hầu hết thời gian làm việc đều ở chế độ toàn tải nên cần bảo đảm hiệu suất cao khi tàu chạy bình thường (tốc độ định mức). Tàu kéo, tàu cá, tàu công trình... làm việc ở chế độ tải hay thay đổi, đôi khi lại cần lai dắt nên yêu cầu tính cơ động tốt và bảo đảm hiệu suất cao kể cả khi nhẹ tải. Tàu chiến yêu cầu thời gian đốt nồi lấy hơi thật ngắn và tính cơ động rất cao. Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 12
F T ra n sf o F T ra n sf o PD PD rm rm Y Y Y Y er er ABB ABB y y bu bu 2.0 2.0 to to re re he he k k lic lic C C om om w w w w w. w. A B B Y Y.c A B B Y Y.c Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Yêu cầu đối với nồi hơi tàu thủy rất khác so với nồi hơi trên bờ: kích thước, trọng lượng, cấu tạo phải gọn nhẹ, đơn giản hơn, chất đốt tốt hơn. Song nồi hơi tàu thủy không phải lúc nào cũng hoạt động nên có điều kiện thường xuyên rửa nồi và sửa chữa. Nồi hơi trên bộ thông thường trên một năm mới dừng lò và tiến hành bảo dưỡng, sửa chữa. Câu 7. Trình bày các thông số cơ bản của nồi hơi tàu thủy, bao gồm: áp suất, nhiệt độ, sản lượng hơi, suất tiêu hao nhiên liệu, diện tích mặt hấp nhiệt và hiệu suất nồi hơi. 1. Áp suất Đối với nồi hơi tàu thủy, các thông số áp suất cần quan tâm gồm có: áp suất nồi hơi (áp suất làm việc), áp suất hơi sấy, áp suất hơi giảm sấy và áp suất nước cấp. Đơn vị đo thường được sử dụng đối với các loại áp suất này là kG/cm2 hoặc bar. v Áp suất nồi hơi pN là áp suất của nước và hơi bão hòa chứa trong thân (bầu) nồi hơi. v Áp suất hơi sấy phs là áp suất của hơi ra khỏi bộ sấy hơi (bộ quá nhiệt). Áp suất hơi sấy thấp hơn áp suất pN trong nồi hơi khoảng 1¸4kG/cm2. v Áp suất hơi giảm sấy pgs là áp suất của hơi sau khi ra khỏi bộ giảm sấy. Áp suất hơi giảm sấy thấp hơn áp suất hơi sấy. v Áp suất nước cấp pnc là áp suất của nước được bơm cấp vào nồi hơi. Để nước có thể được nén vào nồi hơi, áp suất nước cấp phải cao hơn áp suất pN 3¸6kG/cm2 để thắng được sức cản trên đường ống cấp nước, tại bầu hâm nước cấp nồi, tại bầu hâm nước tiết kiệm... 2. Nhiệt độ Các thông số nhiệt độ đối với nồi hơi tàu thủy gồm có: nhiệt độ hơi sấy, nhiệt độ hơi bão hòa, nhiệt độ nước cấp, nhiệt độ khói, nhiệt độ không khí cấp. v Nhiệt độ hơi sấy ths là nhiệt độ của hơi quá nhiệt ra khỏi bộ sấy hơi. v Nhiệt độ hơi bão hòa tS là nhiệt độ của hơi bão hòa trong thân (bầu) nồi. v Nhiệt độ nước cấp tnc là nhiệt độ của nước được bơm cấp vào nồi, đây là giá trị áp suất được đo trước bộ hâm nước tiết kiệm. v Nhiệt độ khói qkl là nhiệt độ của khí lò ra khỏi nồi hơi, đo tại vị trí khí lò đi vào ống khói. v Nhiệt độ không khí cấp qkk là nhiệt độ của không khí được cấp vào trong buồng đốt để thông gió cũng như duy trì quá trình cháy. 3. Sản lượng hơi Sản lượng hơi là lượng hơi lớn nhất sinh ra trong một đơn vị thời gian dưới điều kiện nồi hơi cung cấp hơi nước ổn định lâu dài. Sản lượng hơi ký hiệu là D, có thể được đo bằng kg/h hoặc t/h (tấn/giờ). Sản lượng hơi chung DN là tổng của sản lượng hơi sấy Dhs, sản lượng hơi giảm sấy Dgs và sản lượng hơi bão hòa Dx. DN = Dhs + Dgs + Dx (kg/h) Khi cần thiết, nồi hơi có thể quá tải đến sản lượng lớn nhất Dmax trong một số giờ qui định: Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 13
F T ra n sf o F T ra n sf o PD PD rm rm Y Y Y Y er er ABB ABB y y bu bu 2.0 2.0 to to re re he he k k lic lic C C om om w w w w w. w. A B B Y Y.c A B B Y Y.c Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Dmax = 125¸140%DN 4. Suất tiêu hao nhiên liệu Suất tiêu hao nhiên liệu là lượng nhiên liệu cần tiêu thụ để hệ động lực phát ra một mã lực có ích trong một giờ. Ký hiệu ge, đơn vị là kg/mlcih hoặc g/mlcih. Ví dụ: nồi hơi đốt dầu có pN = 100¸120kG/cm2, ts = 550o C thì ge = 200¸210g/mlcih. 5. Diện tích mặt hấp nhiệt Diện tích mặt hấp nhiệt là tổng diện tích của các bề mặt kim loại (vách ống, ống nước sôi, ống hâm nước tiết kiệm, ống sấy hơi, ống sưởi không khí, ống lửa, hộp lửa, buồng đốt) tiếp xúc một phía với khí lò và phía còn lại với nước. Quá trình truyền nhiệt giữa khí lò và nước diễn ra thông qua các mặt hấp nhiệt. Diện tích mặt hấp nhiệt ký hiệu là H, đơn vị là m2. H được tính về phía tiếp xúc với khí lò. Riêng đối với bộ sưởi không khí và bộ giảm sấy thì tính theo đường kính trung bình của ống. Các mặt hấp nhiệt trong nồi hơi gồm có: v Mặt hấp nhiệt bức xạ Hb: là mặt hấp nhiệt cạnh buồng đốt, trực tiếp tiếp xúc với ngọn lửa. Ở đây hình thức trao nhiệt chủ yếu là bức xạ nhiệt. v Mặt hấp nhiệt đối lưu Hđl: là mặt hấp nhiệt ở xa buồng đốt và được khí lò quét qua. Hình thức trao nhiệt chính ở đây là tỏa nhiệt đối lưu. v Mặt hấp nhiệt bốc hơi Hbh: là bề mặt hấp nhiệt của khí lò làm cho nước sôi và bốc hơi, bao gồm mặt hấp nhiệt của vách ống và ống nước sôi. v Mặt hấp nhiệt tiết kiệm Htk: là bề mặt hấp nhiệt của các thiết bị tận dụng nhiệt như bộ hâm nước tiết kiệm và bộ sưởi không khí tiết kiệm. 6. Hiệu suất nồi hơi Hiệu suất nhiêt của nồi hơi (boiler thermal efficiency) là tỷ số giữa nhiệt lượng có ích cấp cho nồi hơi và nhiệt lượng do nhiên liệu tỏa ra. h= 100 (%) Chú ý rằng hN tính như trên chưa xét tới lượng nhiệt tiêu hao cho bản thân nồi hơi như việc cấp nhiên liệu, cấp nước, thông gió, thổi muội cho nồi hơi... Ngoài ra, nồi hơi còn có rất nhiều thông số khác như: bội số tuần hoàn, chu kỳ không cấp nước, suất trọng lượng nồi hơi... Các thông số này chủ yếu được sử dụng trong thiết kế, chế tạo hay tính nghiệm nhiệt nồi hơi. Với kỹ sư khai thác máy tàu biển, chúng ta chỉ cần nắm được những thông số chính nói trên để có thể khai thác nồi hơi một cách hiệu quả, an toàn và kinh tế. Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 14
F T ra n sf o F T ra n sf o PD PD rm rm Y Y Y Y er er ABB ABB y y bu bu 2.0 2.0 to to re re he he k k lic lic C C om om w w w w w. w. A B B Y Y.c A B B Y Y.c Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Câu 8. Trình bày các cách phân loại nồi hơi tàu thủy. 1. Phân loại theo áp suất công tác v Nồi hơi thấp áp: có áp suất làm việc đến 2MPa (1MPa = 10bar = 9.81kG/cm2). Hầu hết nồi hơi thấp áp là các nồi hơi phụ, cung cấp hơi cho việc hâm sấy nhiên liệu hay lai các thiết bị phụ dưới tàu. v Nồi hơi trung áp: có áp suất làm việc khoảng 2÷4,5MPa. v Nồi hơi cao áp (power boiler): có áp suất làm việc trên 4,5MPa. 2. Phân theo sự chuyển động của khí lò và nước v Nồi hơi ống nước: nước đi trong ống, khí lò quét ngoài ống. v Nồi hơi ống lửa: nước bao quanh bên ngoài ống, khí lò đi trong ống. v Nồi hơi hỗn hợp ống nước ống lửa: kết hợp giữa hai loại trên, có vùng là ống nước, vùng khác là ống lửa. Tuy nhiên loại nồi hơi này ít được ứng dụng do cấu tạo phức tạp. Nồi hơi ống nước và nồi hơi ống lửa. 3. Phân theo nguồn năng lượng sử dụng v Nồi hơi sử dụng năng lượng từ phản ứng cháy nhiên liệu: nhiên liệu dùng cho nồi hơi có thể là than, dầu và khí đốt. Có loại nồi hơi sử dụng đồng thời hai loại nhiên liệu để đốt, ví dụ như nồi hơi đốt dầu - khí. Dưới tàu thủy, chỉ có nồi hơi đốt dầu được sử dụng. v Nồi hơi sử dụng năng lượng điện: nhiệt cấp cho nồi hơi được biến đổi từ điện năng. Loại nồi hơi này có công suất nhỏ, chủ yếu phục vụ sinh hoạt của thuyền viên trên tàu. v Nồi hơi sử dụng năng lượng nguyên tử: nhiệt cấp cho nồi hơi sinh ra từ phản ứng hạt nhân. Loại nồi hơi này thường được sử dụng cho tàu quân sự, đặc biệt là tàu ngầm. v Nồi hơi sử dụng năng lượng từ khí xả của các máy nhiệt: nồi hơi loại này tận dụng năng lượng nhiệt từ khí xả của động cơ Diesel chính, của động cơ Diesel lai máy phát điện hoặc của tua bin khí để sinh hơi. 4. Phân theo hình dáng và cách bố trí nồi hơi v Nồi hơi nằm ngang: có chiều ngang lớn hơn chiều cao. Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 15
F T ra n sf o F T ra n sf o PD PD rm rm Y Y Y Y er er ABB ABB y y bu bu 2.0 2.0 to to re re he he k k lic lic C C om om w w w w w. w. A B B Y Y.c A B B Y Y.c Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP v Nồi hơi thẳng đứng: có chiều cao lớn hơn rất nhiều so với chiều ngang. Loại nồi hơi này ngày càng được ứng dụng rộng rãi dưới tàu thủy do thuận lợi khi bố trí dưới tàu thủy, nơi có không gian chật hẹp, đặc biệt các nồi hơi liên hợp phụ - khí xả thường là loại thẳng đứng, rất thuận tiện cho việc lắp đặt trên phần ống khói của thượng tầng tàu. Nồi hơi đặt nằm và nồi hơi đặt đứng. 5. Phân theo công dụng v Nồi hơi chính: cung cấp hơi cho các động cơ chính lai chân vịt. Nồi hơi chính chỉ có ở các tàu có động cơ chính lai chân vịt là động cơ tua bin hơi. Hơi sinh ra bởi nồi hơi chính để cung cấp cho tua bin hơi lai chân vịt là hơi quá nhiệt có nhiệt độ và áp suất cao (tới 450oC). Các nồi hơi chính cũng có thể đồng thời cung cấp hơi tua bin hơi lai máy phát điện hoặc các máy phụ khác. Thông thường các thiết bị phụ này sử dụng hơi có thông số thấp hơn (hơi giảm sấy) được cung cấp qua các bộ giảm sấy. v Nồi hơi phụ: cung cấp hơi cho các máy phụ như tua bin phụ, bơm phục vụ cho việc hâm sấy nhiên liệu và cho các nhu cầu khác trên tàu. Nồi hơi phụ thường sinh ra hơi bão hoà, một số nồi hơi phụ cung cấp hơi cho các tua bin phụ có thể được trang bị các bộ sấy hơi để cung cấp hơi sấy có thông số thấp cho các tua bin phụ. Nồi hơi chính của một tàu chở khách. Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 16
F T ra n sf o F T ra n sf o PD PD rm rm Y Y Y Y er er ABB ABB y y bu bu 2.0 2.0 to to re re he he k k lic lic C C om om w w w w w. w. A B B Y Y.c A B B Y Y.c Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP 6. Phân theo nguyên lý tuần hoàn v Nồi hơi tuần hoàn tự nhiên: nước và hơi nước trong nồi hơi tuần hoàn tự nhiên do chênh lệch tỷ trọng của nước và hơi giữa các vùng khác nhau. Hầu hết các nồi hơi tàu thủy đều sử dụng tuần hoàn tự nhiên vì lý do đơn giản, dễ chế tạo và giá thành rẻ. v Nồi hơi tuần hoàn cưỡng bức: nước và hơi trong nồi hơi tuần hoàn cưỡng bức nhờ bơm tuần hoàn. Loại nồi hơi này có cường độ trao đổi nhiệt cao hơn, nên kích thước thường nhỏ gọn hơn. Tuy nhiên cần phải trang bị các bơm tuần hoàn hoạt động liên tục trong môi trường nhiệt độ, áp suất cao. v Nồi hơi không tuần hoàn: loại nồi hơi này không có vòng tuần hoàn của nước, có kết cấu đơn giản nhất. Nồi hơi ống lửa cũng là nồi hơi không tuần hoàn do nước được chứa toàn bộ trong bầu nồi. Khí lò Khí lò Khí lò Nồi hơi tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn cưỡng bức và nồi hơi không tuần hoàn. 7. Phân theo nguyên lý thông gió v Thông gió tự nhiên: khí lò chuyển động tự nhiên nhờ sức tự hút được tạo ra từ sự chênh lệch áp suất trong và ngoài nồi. v Thông gió cưỡng bức: sức tự hút trong buồng đốt được tao ra nhờ quạt gió. 8. Một số cách phân loại khác v Phân loại theo số trống (bầu): nồi hơi một trống, hai trống và ba trống. v Phân loại theo số vòng tuần hoàn: nồi hơi một vòng tuần hoàn và nhiều vòng tuần hoàn. v Phân loại theo mức độ tự động hóa: nồi hơi tự động (điều khiển bằng PLC), nồi hơi bán tự động và nồi hơi điều khiển bằng tay. v Phân loại theo hình dáng bên ngoài: nồi hơi chữ D, nồi hơi chữ A, nồi hơi chữ O... Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 17
F T ra n sf o F T ra n sf o PD PD rm rm Y Y Y Y er er ABB ABB y y bu bu 2.0 2.0 to to re re he he k k lic lic C C om om w w w w w. w. A B B Y Y.c A B B Y Y.c Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Câu 9. Biểu diễn quá trình sinh hơi của nồi hơi trên đồ thị i-t, giải thích và so sánh quá trình sinh hơi của nồi hơi thông số cao với nồi hơi thông số thấp. Quá trình sinh hơi trong nồi hơi gồm 3 giai đoạn được biểu diễn trên đồ thị i-t như sau: I (kcal/kg) 4 4’ p=1at 700 Dish1 20 40 3 80 120 D ish2 x =1 180 600 0.9 3’ 0.8 0.7 K 500 D ibh2 D ibh1 Di 400 2’ 0.3 300 D iđ s 2 0.2 2 200 D iđ s 1 0.1 100 1 x=0 t (oC) 100 200 300 400 Quá trình sinh hơi của nồi hơi trên đồ thị i-t. 1. Quá trình đun sôi nước (ở áp suất nồi hơi) tiến hành theo đường nước sôi x = 0 (đoạn 12 hoặc 12’). 2. Quá trình bốc hơi tiến hành theo đường đẳng nhiệt (đoạn 23 hoặc 2’3’). 3. Quá trình sấy hơi tiến hành theo đường đẳng áp (đoạn 34 hoặc 3’4’). Quá trình 1234 là quá trình sinh hơi của một nồi hơi có thông số 20kG/cm2, 212oC (nồi hơi thông số thấp); 12’3’4’ là quá trình sinh hơi của một nồi hơi có thông số 180kG/cm2, 356oC (nồi hơi thông số cao). Từ đồ thị ta thấy rằng: biến thiên enthalpy trong quá trình đun sôi Diđs2 > Diđs1, nghĩa là diện tích bề mặt hấp nhiệt đun sôi Fđs1 < Fđs2. Trong quá trình bốc hơi Dibh1 > Dibh2 nên diện tích hấp nhiệt bốc hơi Fbh1 > Fbh2. Mặt khác, trên thực tế giá thành chế tạo một đơn vị diện tích bề mặt bốc hơi cao hơn giá thành chế tạo một đơn vị diện tích bề mặt đun sôi. Như vậy, dùng nồi hơi thông số cao sẽ tăng tính kinh tế do có diện tích bốc hơi nhỏ hơn. Chú ý rằng quá trình sinh hơi thực tế có phần khác quá trình biểu diễn trên đồ thị do nhiệt độ nước ra bộ hâm nước tiết kiệm chưa đạt tới độ sôi, nhiệt bốc hơi cũng thấp hơn trị số lý thuyết. Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 18
F T ra n sf o F T ra n sf o PD PD rm rm Y Y Y Y er er ABB ABB y y bu bu 2.0 2.0 to to re re he he k k lic lic C C om om w w w w w. w. A B B Y Y.c A B B Y Y.c Nồi hơi – Tua bin hơi tàu thủy HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Câu 10. Kể tên các thiết bị, hệ thống phục vụ nồi hơi và trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống nồi hơi hoàn chỉnh. Hệ thống nồi hơi tàu thủy có thể gồm có: v Nồi hơi (một hoặc nhiều chiếc): thiết bị chính trong hệ thống. v Hệ thống nhiên liệu: bao gồm bơm dầu đốt, bầu hâm dầu, thiết bị đốt dầu, két chứa dầu, phin lọc dầu... v Hệ thống cấp nước: bao gồm bơm cấp nước nồi, bầu hâm nước cấp, két nước cấp, két nước ngưng, bầu ngưng... v Hệ thống xử lý nước nồi: bao gồm bầu lọc nước, bộ làm mềm nước, két hóa chất... v Hệ thống thông gió: bao gồm quạt gió, quạt hút khói. v Hệ thống phân phối hơi: bao gồm van hơi chính, ống dẫn hơi, van giảm áp... v Các thiết bị cải thiện chất lượng hoạt động của nồi hơi: gồm có van gạn mặt, van xả đáy, bộ khử khí, thiết bị thổi muội, thiết bị khô hơi... v Các thiết bị tận dụng nhiệt như: bộ sấy hơi, bộ hâm nước tiết kiệm, bộ sưởi không khí tiết kiệm, bộ giảm sấy... v Các thiết bị điều khiển và kiểm tra: gồm có rơle áp suất, rơle nhiệt độ, mắt thần, van điện từ, van một chiều... và các thiết bị tự động điều chỉnh quá trình làm việc của nồi hơi. v Các thiết bị chỉ báo, báo động và bảo vệ: bao gồm ống thủy, kính nhìn, áp kế, nhiệt kế, đèn báo động, chuông báo động, van an toàn, rơle áp lực... Nguyên lý hoạt động của hệ thống nồi hơi điển hình dưới tàu hiện nay: Hệ thống nồi hơi phụ tàu thủy. Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 19