Thạc Sĩ Nghiên cứu xác định chế độ làm việc phù hợp của thiết bị tua bin khí m18e tàu thuỷ trong điều kiện k

Luận văn thạc sĩ
Đề tài: NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC PHÙ HỢP CỦA THIẾT BỊ TUA BIN KHÍ M18E TÀU THUỶ TRONG ĐIỀU KIỆN KHAI THÁC Ở VIỆT NAM


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
Chương 1.TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ TUA BIN KHÍ VÀ ĐẶC
ĐIỂM KHÍ HẬU ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU QUẢ KHAI THÁC
HỆ ĐỘNG LỰC TUA BIN KHÍ TÀU THỦY Ở VIỆT NAM
1.1. Tổng quan về thiết bị Tua bin khí tàu thủy
1.1.1.Khái quát chung về hệ động lực tàu thủy
1.1.2. Khái quát chung về thiết bị Tua bin khítàu thủy
1.1.2.1. Sơ lược về lịch sử phát triển
1.1.2.2. Nguyên lý làm việc của thiết bị Tua bin khí
1.1.3. Các đặc tính cơ bản của thiết bị Tua bin khíM18E
1.1.3.1. Các thông số chính
1.1.3.2. Mô tả cấu tạo
1.2. Đặc điểm khí hậu ảnh hưởng đến hiệu quả khai thác thiết bị
Tua bin khítàu thủy ở Việt Nam
1.2.1. Một số đặc điểm khí hậu của các vùng biển ở Việt Nam
1.2.2. Đặc điểm khí hậu vùng biển có các tàu sử dụng thiết bị Tua
bin khíM18E thường xuyên hoạt động
* Kết luận chương 1
Chương 2. CƠSỞ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA
THIẾT BỊ TUA BIN KHÍTÀU THỦY
2.1. Cơ sở xác định chế độ làm việc của hệ động lực Tua bin khí
tàu thủy
2.1.1. Khái niệm và phương pháp xác định chế độ làm việc của Hệ
động lực
2.1.1.1. Khái niệm về chế độ làm việc của Hệ động lực
2.1.1.2. Phương pháp chung để xác định chế độ làm việc của hệ
động lực
2.1.2. Điều kiện làm việc của thiết bị tua bin khí tàu thủy
2.1.3 Sự ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến hoạt động của
thiết bị tua bin khí
2.1.3.1. Nhiệt độ không khí môi trường
2.1.3.2. Áp suất khí quyển
2.1.3.3. Độ ẩm không khí
2.1.4. Phương pháp tính toán sự ảnh hưởng của điều kiện môi
trường đến hoạt động của hệ động lực tua bin khí.
2.1.4.1. Phương pháp đồng dạng
2.1.4.2. Phương pháp sai lệch nhỏ
2.2. Cơ sở lựa chọn chế độ làm việc phù hợp cho thiết bị tua bin khí
tàu thủy
2.2.1. Chọn chế độ phù hợp theo lượng tiêu hao nhiên liệu trên một
hải lý hành trình
2.2.2. Chọn chế độ phù hợp theo chi phí tuổi thọ động cơ
* Kết luận chương 2
Chương 3. XÁC ĐỊNH CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC PHÙ HỢP
CHO THIẾT BỊ TUA BIN KHÍ TÀU THỦY M18E TRONG ĐIỀU
KIỆN KHAI THÁC Ở VIỆT NAM
3.1. Tính toán sự ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến sự thay
đổi các chỉ tiêu công tác của thiết bị tua bin khí M18E trong điều kiện
Việt Nam
3.1.1. Thiết lập các phương trình sai lệch nhỏ để tính toán ảnh
hưởng của môi trường đến các chỉ tiêu khai thác tua bin khí
3.1.1.1.Đối với máy nén
3.1.1.2. Đối với buồng đốt
3.1.1.3.Đối với tua bin
3.1.1.4. Các thông số công tác trên trục động cơ
3.1.1.5. Sự cân bằng năng lượng trong động cơ tua bin khí M18E
3.1.1.6. Hệ phương trình sai lệch nhỏ phục vụ tính toán
3.1.2. Xây dựng thuật toán
3.1.2.1. Trình tự tính toán
3.1.2.2. Lưu đồ thuật toán
3.1.3. Xây dựng chương trình phần mềm
3.2. Xác định các chế độ làm việc phù hợp của thiết bị tua bin khí M18E theo điều kiện môi trường Việt Nam
3.2.1. Xây dựng thuật toán
3.2.2. Xây dựng phần mềm
Chương 4. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM
VIỆC PHÙ HỢP CHO THIẾT BỊ TUA BIN KHÍ TÀU THỦY
M18E TRONG ĐIỀU KIỆN KHAI THÁC Ở VIỆT NAM
4.1. Kết quả tính toán ảnh hưởng của điều kiện môi trường đến các
chỉ tiêu khai thác thiết bị tua bin khí M18E
4.2. Kết quả tính toán xác định chế độ làm việc phù hợp cho thiết
bị tua bin khí M18E trong điều kiện khai thác ở Việt Nam
4.3. Kiểm nghiệm kết quả tính toán
4.3.1. Một số kết quả thử nghiệm trong quá trình hoạt động của thiết
bị tua bin khí M18E
4.3.2. Phân tích, kiểm nghiệm chương trình phần mềm qua thực tế
4.4. Thảo luận kết quả nghiên cứu và biện pháp nâng cao hiệu quả
khai thác tua bin khí M18E ở Việt Nam
4.4.1. Thảo luận kết quả nghiên cứu
4.4. 2. Các bi ện pháp nâng cao hiệu quả khai thác tua bin khí M18E ở
Việt Nam
4.4.2.1. Nguyên tắc chung
4.4.2.2. Các bi ện pháp sử dụng nâng cao hiệu quả khai thác thi ết bị tua
bin khíM18E
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


MỞĐẦU
1. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI.
a. Trên thế giới.
Thiết bịtua bin khí (TBTBK) ra đời từ những năm cuối thế kỷ thứ XVIII, cho
đến nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các loạiĐộng cơ đốt trong (ĐCĐT)
khác, TBTBK ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là
trong lĩnh vực hàng không, điện lực, tàu thủy nói chung và tàu chiến nói riêng. Trên
các tàu chiến của nhiều nước trên thế giới hiện nay đang có xu hướng sử dụng TBTBK
làm động lực chính và dẫn động các máy phát điện công suất lớn .
So với các loại động cơ nhiệt(ĐCN) khác, TBTBK có nhiều ưu điểm nổi bật
như: Có thể phát huy công suất lớn với kích thước và trọng lượng nhỏ gọn, tính cơ
động cao, tính cân bằng tốt . Với những ưu điểm này, TBTBK rất thích hợp để sử
dụng làm nguồn động lực chính trên các phương tiện đòi hỏi công suất lớn nhưng yêu
cầu thể tích, trọng lượng nhỏ, như máy bay, tàu chiến . Ngoài ra chúng còn được sử
dụng nhiều trong các nhà máy nhiệt điện và nhiều mục đích khác nhau.
b. Ở Việt Nam
Ngoài lĩnh vực hàngkhông, nhiệt điện TBTBKđang ngày càng được sử
dụng nhiều trong các hệ động lực(HĐL)tàu quân sự. Hiện nay, trong lực lượng tàu
chiến của Hải quân Việt nam, TBTBKđã và đang được ưu tiên sử dụng làm động lực
chính trên tàu.
Đặc điểm lớn nhất của tổ hợptua bin khí (THTBK)là trong khi làm việc nó sử
dụng một lượng rất lớn khối lượng không khí làm môi chất công tác. Hệ số dư lượng
không khí trong sản phẩm cháy đạt từ 5 7. Để so sánh có thể xem xét các số liệu
sau: Tiêu hao không khí cho động cơtua bin khítừ 14 28 kg/kW.h; cho động cơ
diezel từ 7 7,5 kg/ kW.h; cho tua bin hơi từ 8 9 kg/ kW.h.[1]
Việc phải nén một lượng lớn khí làm cho đặc tính làm việc của THTBK phụ
thuộc trực tiếp vào các thông số ban đầu của luồng khí trước khi vào máy nén khí. Sự
dao động nhiệt độ, áp suất và độ ẩm ảnh hưởng rất lớn đến các tính chất lý học của
không khí như: Tỷ trọng, nhiệt năng . Điều này tác động rất lớn đến sự làm việc của
máy nén khí, làm thay đổi công cần thiết để nén một lượng khí đã định, hoặc ảnh
hưởng tới quá trình cháy, dẫn đến sự thay đổi hiệu suất của THTBK đối với lượng tiêu
hao nhiên liệu không đổi cho trước. Những đặc điểm trên trong quá trình làm việc của
2
THTBK là đáng kể và nếu không dự tính trước được trong quá trình khai thác, sẽ dẫn
đến tăng tiêu hao nhiên liệu, không phát huy được tốc độ vòng quay cần thiết, quá tải
hoặc làm giảm tuổi thọ thiết bị ở các chế độ cao hơn so với dự tính và máy nén khí làm
việc ở vùng không ổn định .
Trong thực tế hiện nay, các TBTBKtrang bị trên các tàu thủy ở Việt Nam cơ
bản được thiết kế và chế tạo tại Cộng Hoà Liên Bang Nga, được tính toán ở điều kiện
môi trường tiêu chuẩn (nhiệt độ môi trường là 15
0
C; độ ẩm tương đối 70% )[13]khi
đưa về khai thác sử dụng tại nước ta có điều kiện môi trường tự nhiên cũng như điều
kiện đảm bảo kỹ thuật, tình trạng khai thác sử dụng có khác biệt lớn như:
-Nhiệt độ và độ ẩm môi trường cao (thường xuyên từ 30-40
0
C; độ ẩm 70-90%);
-Công tác đảm bảo kĩ thuật còn gặp nhiều khó khăn;
-Trình độ chuyên môn và kinh nghiệmsử dụng còn nhiều hạn chế cho nên tổ
chức khai thác kỹ thuật hệ động lực gặp không ít khó khăn
Đặc biệt điều kiện môi trường tự nhiên có nhiệt độ và độ ẩm cao ảnh hưởng lớn
đến sự hoạt động của tổ hợp mà trong các tài liệu hướng dẫn sử dụng hiện có, chưa
được đề cập một cách cụ thể. Vì vậy, trong quá trình khai thác sử dụng tổ hợp vừa qua
đã bộc lộ những điểm bất cập ít nhiều ảnh hưởng tới khả năng hoàn thành nhiệm vụ
của tàu như:
-Các THTBKkhông phát huy được công suất toàn bộ, tương ứng với số vòng
quay thiết kế, vì vậy, để đảm bảo tốc độ tàu theo yêu cầu, cần phải tăng nhiên liệu
cung cấp cho thiết bị dẫn đến sự quá tải về cơ và nhiệt
-Một số chi tiết, thiết bị treo bị hao mòn, hư hỏng phải thay thế trước thời hạn,
thiết bị điện hoạt động kém tincậy.
-Xuất hiện một số hư hỏng đặc trưng như khó khởi động, hỏng thiết bị bảo vệ
quá nhiệt (do quá tải nhiệt) .
Để khắc phục những hạn chế trên trước tiên cần phân tích những yếu tố của
điều kiện môi trường ảnh hưởng đến sự hoạt động của tổ hợp và trên cơ sở đó xây
dựng mô hình tính toán sự ảnh hưởng đến hoạt động của tổ hợp, cuối cùng là xây dựng
được các chế độ khai thác phù hợp và đề ra các biện pháp sử dụng nhằm nâng cao hiệu
quả khai thác các THTBK cho đơn vị sử dụng, cũng như cập nhật thêm thôngtin cho
3
các chương trình đào tạo vềtua bin khí (TBK)M18E tại các Học viện, nhà trường.
Song đến nay chưa có công trình nghiên cứu trong nước nào được công bố.
Xuất phát từ tình hình và đặc điểm trên, tôi nhận thấy rằng việc nghiên cứu xác
định chế độ làm việc phù hợp của TBTBKM18E tàu thuỷ, trongđiều kiện khai thác ở
Việt Nam là một công việc rất thiết thực và đáp ứng nhu cầu cấp bách hiện nay, đặc
biệt trong quân chủng Hải Quân. Đồng thời kết quả nghiên cứu này cũng nhằm cung
cấp thêm những kiến thứcáp dụng cho các lĩnh vực có sử dụng TBTBKnói chung.
3. MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN.
-Nghiên cứu sự ảnh hưởng của điều kiện khí hậu đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ
thuật cơ bản của TBTBKtrên tàu thuỷ.
-Xây dựng thuật toán và chương trình phần mềm tính toán sự ảnh hưởng của
điều kiện khí hậu đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cơ bản của TBTBKtrên tàu thuỷ nói
chung, trên cơ sở đó xác định được các chế độ khai thác phù hợp cho thiết bị theo điều
kiện khí hậu tại Việt Nam.
-Tính toán đưa ra kết quả cụ thể (bảng lựa chọn chế độ khai thác phù hợp theo
điều kiện môi trường) cho TBTBKđiển hình M18Eđang sử dụng trong Quân chủng
Hải quân, số liệu tính toán được kiểm chứng qua số liệu thực tế ở một số chỉ tiêu cơ
bản của thiết bị và trong một phạm vi thay đổi các thông số môi trường nhất định.
4. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU.
Tổ hợp TBKM18E trên các tàu chiến của Hải Quân.
5. PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.
a. Phạm vi nghiên cứu:
Đánh giá ảnh hưởng của điều kiện khí hậu như nhiệt độ, độ ẩm đến một số chỉ
tiêu khai tháccủa TBTBK, trên cơ sở đó xác định được các chế độ phù hợp cho thiết
bị theo điều kiện khí hậu tại Việt Nam.
b. Phương pháp nghiên cứu:
Thực hiện luận văn theo phương pháp nghiên cứu ứng dụng, cụ thể:
- Ứng dụng lý thuyết phương pháp “Sai lệch nhỏ” để tính toán ảnh hưởng của
các thông số môi trường đến một số chỉ tiêu cơ bản của TBTBK, từ đó xác định các
chế độ làm việc phù hợp (theo điều kiện môi trường cụ thể) tại Việt Nam.
-Kết quả tính toán theo lý thuyết được kiểm nghiệm bằng số liệu thực tế khai
thác (thu thập ở đơn vị tàu thực tế) ở một số chế độ thông thường.
4
-Chế độ phù hợp theo điều kiện môi trường cụ thể được xuất ra dưới dạng bảng
(lựa chọn chế độ phù hợp) từ phần mềm tính toán. Phần mềm được xây dựng theo cơ
sở lý thuyết đã lựa chọn ở trên.
6. NỘI DUNG LUẬN VĂN.
Chương 1: Tổng quan về TBTBKvà đặc điểm khí hậu ảnh hưởng đến hiệu quả khai
thác hệ động lực TBKtàu thủy ở Việt nam.
Chương 2: Cơ sở xác định chế độ làm việc của TBTBKtàu thuỷ.
Chương 3: Xác định chế độ làm việc phù hợp của TBTBKtàu thuỷ, lập phần mềm xử
lý
Chương 4:Kết quả tính toán, thảo luận và đề xuất ý kiến.
5
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ TBTBK VÀ ĐẶC ĐIỂM KHÍ HẬU ẢNH HƯỞNG ĐẾN
HIỆU QUẢ KHAI THÁC HỆ ĐỘNG LỰC TBK TÀU THỦY Ở VIỆT NAM
Nội dung của chương 1 trình bày tổng quan về vấn đề nghiên cứu của luận văn,
bao gồm: Khái quát chung về HĐLtàu thủy; Khái quát chung về TBTBKtàu thủy và
TBTBKkiểu M18E; Đặc điểm khí hậu các vùng miền của Việt Nam, có ảnh hưởng
đến hoạt động của hệ động lực TBK .làm cơ sở để nghiên cứu xác định các chế độ
làm việc phù hợp cho TBTBKtàu thủy M18E ở Việt Nam.
1.1. Tổng quan về TBTBKtàu thủy
1.1.1. Khái quát chung về HĐLtàu thủy
Trên tàu thủy hiện đại, hệ thống động lực là tổ hợp phức tạp các thiết bị kỹ thuật,
nhằm cung cấp năng lượng cho tàu chuyển động và cho tất cả các trang thiết bị trên tàu
hoạt động.
HĐLtàu thủy được cấu trúc theo rất nhiều phương án bố trí, kích thước, chủng
loại của các trang thiết bị kỹ thuật tạo nên những hệ thống chặt chẽ, thực hiện các quá
trình chuyển hoá, truyền và phân phối năng lượng cho tàu hoạt động. Các thành phần
cơ bản của HĐLtàu thủy bao gồm:
-Các máy phát công chất chínhphục vụ các ĐCN, để biến đổi nhiệt năng thành
cơ năng, như nồi hơi, lò ga,v.v .
-Động cơ chính:
Động cơ chính hay một số động cơ chính cùng các hệ thống phục vụ nó kể cả các
thiết bị điều khiển, kiểm tra và bảo vệ. Động cơ chính có nhiệm vụ quay chân vịt
thông qua hệ trục. Có thể có hai hay nhiều động cơ cùng quay một chân vịt, trường
hợp này được gọi là HĐLnhiều máy.
-Hệ truyền động công suất từ động cơ chính đến chân vịt.
Hệ truyền động công suất từ động cơ chính đến chân vịt có nhiệm vụ chuyển hoá
mô men quay hay năng lượng đẩy tàu hoặc tập trung công suất của một số động cơ
chính quay một chân vịt. Hệ truyền động còn đảm bảo cho chân vịt quay với số vòng
quay xác định.
-Hệ trục dẫn động.


Tài liệu tham khảo
[1]. Đinh Nguyên Bính, Nguyễn Đoàn Phúc (1993), Giáo trình thiết bị tua bin nhiệt,
Đại học bách khoa, Hà Nội.
[2]. Bộ môn động lực (2002), Tua bin khí và động cơ phản lực,Trường sĩ quan không
quân, Nha trang.
[3]. Nguyễn Văn Châu (1997), Động cơ tua bin khí tàu thủy,Học viện kĩ thuật quân
sự, Hà Nội.
[4]. Nguyễn Đăng Cường (2000), Thiết kế và lắp ráp thiết bị tàu thủy, NXB KH&KT,
Hà Nội.
[5]. Nguyễn Hữu Dũng (dịch của B.I.Koxtetxki, 1977), Ma sát, bôi trơn và hao mòn
trong máy móc, NXBKH&KT, Hà Nội.
[6]. Nguyễn Trung Hải (1997), Thiết bị tua bin khí tàu chiến, Học viện Hải quân, Nha
Trang.
[7]. Nguyễn Trung Hải (2002), Thiết bị tua bin khí tàu chiến, Học viện Hải quân, Nha
Trang.
[8]. Nguyễn Trung Hải (2003), Khai thác hệ thống động lực tàu quân sự, Học viện
Hải quân, Nha Trang.
[9]. Vũ Mạnh Huy (1993), Mô hình hóa quá trình khai thác sử dụng chiến đấu tàu Hải
quân, Học viện Hải quân, Nha Trang.
[10]. Nguyễn Văn Huỳnh (1998), Lý thuyết tua bin khí hàng không, Trường sĩ quan
không quân, T (1,2).
[11]. Phòng quản lý kỹ thuật tàu -Cục kỹ thuật Hải quân (2001), Động cơ tua bin khí
tàu hải quân.
[12]. Phòng quản lý kỹ thuật tàu -Cục kỹ thuật Hải quân (1998), Tổ hợp tua bin khí
M18E, (thuyết minh kỹ thuật).
[13] Phòng quản lý kỹ thuật tàu -Cục kỹ thuật Hải quân (1998), Tổ hợp tua bin khí
M18E, (Hướng dẫn sử dụng).
[14] Phòng kỹ thuật nhà máy X50 Hải quân (1999), Các hệ thống của tua bin khí
M21EA.
88
[15]. Phòng quản lý kỹ thuật tàu -Cục kỹ thuật Hải quân (2001), Thiết bị tua bin khí
M -2Б.
[16]. Hoàng Đình Tín, Lê Chí Hiệp (1997), Nhiệt động lực học kỹ thuật, ĐHBK
TPHCM.
[17]. GS.TS Nguyễn Tất Tiến 1998, Nguyên lý động cơ đốt trong, ĐHBK, Hà Nội.
[18]. Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn Văn Thêm (1990), Kỹ thuật ma sát và biện pháp
nâng cao tuổi thọ thiết bị, NXB KH&KT, Hà Nội.
[19]. Ia.Y.Snhie,Ia.X.Khainopxki (1997), Tua bin khí, (tập 1,2) NXB, ĐH Kiep.
[20] www.gasturbinetraining.com/
[21] en.wikipedia.org/wiki/gas_turbine
[22]Vi.Wikipedia.org//động cơ_tuabin_khí.