Đọc truyện noi hoi 0002

♥ AzTruyen.Top - Trang đọc truyện hoàn toàn miễn phí!

noi hoi 0002

Trước Sau

Màu nền

Font chữ

Font size

Chiều cao dòng

5.3.2 Van an toàn kiểu mạch xung

Khi áp suất nồi hơi vượt quá áp suất qui định van phụ được mở dẫn mạch xung theo đường ống 10 vào ngăn bên trên piston 5 của van chính, piston 5 có diện tích lớn hơn diện tích nấm van chính 3, nếu nấm van 3 của piston 5 bị đẩy xuống dưới, hơi thừa qua van chính mà thoát ra.

Khi áp suất nồi hơi đã giảm đến áp suất qui định van phụ đóng lại, ngăn bên trên piston 5 nhờ ống 10 mà thông với khí trời, kết quả nấm van chính 3 đóng lại dưới tác dụng áp lực của hơi nồi hơi lên nấm van 3 và lực nén của lò xo 7.

Van an toàn mạch xung chỉ có các lò xo nhỏ, nấm van chính khi không xả hơi thừa được đóng kín nhờ áp lực của hơi nước; nhỏ gọn; bền chắc cho cả trường hợp áp suất cao nhiệt độ cao. Vì vậy khi áp suất nồi hơi trên 20 kG/cm2 thường dùng loại van an toàn này.

Hình 5.11. Van an toàn kiểu mạch xung

1- Lối hơi từ nồi hơi vào; 2- Lối hơi thừa xả ra; 3- Nấm van chính; 4- Đế van; 5- Piston; 6- Sơ mi; 7- Lò xo chính; 8- Lối hơi vào van phụ; 9- Lò xo van phụ; 10- ống dẫn hơi mạch xung lấy từ van phụ.

5.4. Thiết bị khô hơi

Thiết bị khô hơi dùng để tăng độ khô hơi ở bầu nồi, tức là để phân ly nước ra khỏi hơi nước. Khi hơi nước ẩm, các giọt nước trong hơi ẩm sẽ mang theo các chất muối khoáng và đóng trong ống của bộ sấy hơi, trong ống bô hơi giảm sấy, trong rãnh cánh tua bin, khi nồi hơi quá tải có thể xảy ra hiện tượng sôi trào (tức là hiện tượng hơi nước bốc lên cuốn theo rất nhiều giọt nước, mặt nước sủi bọt mãnh liệt không còn ranh giới giữa hơi nước và mặt nước), làm cho nước nồi tràn vào đường ống dẫn hơi, thậm chí tràn vào trong xi lanh của máy (như trường hợp không có bộ sấy hơi).

Nồi hơi áp suất không cao, lượng chứa nước nhiều không cần thiết bị khô hơi hoặc chỉ cần loại thiết bị giản đơn vì có không gian hơi nước lớn, diện tích mặt tách hơi nước, tỷ trọng hơi nước khác xa tỷ trọng nước nên hơi bão hòa có độ khô cao và có thể lợi dụng trọng lực của giọt nước mà phân ly nước ra khỏi hơi. Ví dụ nồi hơi ống nước thông số thấp và nồi hơi ống lửa chỉ cần ống góp hơi khô hoặc bầu hơi khô kiểu ly tâm. Nồi hơi thông số cao cần có thiết bị khô hơi tốt, vì rằng lượng chứa nước nồi ít, suất sinh hơi lớn nhất là vì tỷ trọng nước khác tỷ trọng hơi nước không cần nhiều nên không thể chỉ đơn thuần lợi dụng trọng lực phân ly hơi.

Thiết bị khô hơi đều áp dụng một số trong ba nguyên lý sau đây:

- Hiệu quả ly tâm: buộc dòng hơi nước đi qua góc ngoặt hoặc chuyển động xoáy làm văng các giọt nước ra khỏi hơi, nước văng lên thành chảy xuống không gian nước.

- Hiệu quả va chạm: buộc dòng hơi nước đi quanh co uốn khúc va phải các thành chắn làm giảm động năng của dòng hơi.

- Hiệu quả bôi ướt: buộc dòng hơi nước đi dọc bề mặt tạo thành màng nước. Mỗi nồi hơi nói chung đều có một số trong những thiết bị khô hơi sau đây: ống góp hơi khô, bộ cửa chớp khô hơi, bộ khô hơi ly tâm, tấm rây hơi, tấm rây nước, tấm chắn hơi, bể xoáy lốc khô hơi.

Dưới đây giới thiệu các thiết bị khô hơi đặt ra trong bầu nồi. Còn thiết bị khô hơi đặt ở ngoài bầu nồi phức tạp ít dùng.

5.4.1 Ống góp hơi khô

Ống góp khô hơi là một ống dài treo tại nơi cao nhất của không gian hơi của bầu trên, một đầu mút ống bịt kín, đầu mút kia thông với van hơi chính, nửa cung trên của ống có xẻ một dẫy rãnh, chiều rộng rãnh 5 ¸ 10mm rãnh nào càng xa lối ra bầu nồi thì càng rộng, nhằm đảm bảo cho hơi vào ống góp được đều đặn theo xuốt cả chiều dài bầu nồi. Tổng diện tích lối hơi vào các rãnh gấp đôi diện tích lối hơi qua van hơi chính, nên sức cản hơi bé và giảm số giọt nước do dòng hơi mang theo.

Hơi nước trước khi đi qua ra bầu nồi phải đi lượn qua rãnh của ống góp, nhờ hiệu quả ly tâm làm văng các giọt nước ra.

Ống góp hơi khô đơn giản được dùng cho các nồi hơi thông số thấp là cho nồi hơi ống lửa ngược chiều.

5.4.2 Thiết bị khô hơi đặt trong nồi hơi dạng "Lamon"

Hỗn hợp nước - hơi đi ra từ 2 và 3 sẽ va đập vào các vách ngăn và tấm chắn do vậy mà động năng của chúng giảm đi. Khi hỗn hợp đi qua bộ cửa chớp ngăn, theo hiệu quả bôi ướt và li tâm mà nước lại được tách ra tiếp. Cuối cùng hỗn hợp hơi đi vào ống góp hơi 4 theo hiệu quả ly tâm mà các giọt nước bị bắn ra. Nước cấp vào bầu nồi qua ống 6 nước cấp sẽ giảm tạo bọt nhờ máng nước đặc biệt 9.

Hình 5.13. Thiết bị khô hơi dạng "Lamon"Bộ cửa chớp khô hơi. Nó gồm nhiều lá thép hình gợn sóng ghép với nhau đặt trong không gian hơi, hơi nước đi lượn qua cá khe hở giữa các lá bị phân ly nước ra nhờ hiệu quả li tâm và bôi ướt.

5.4.3 Bộ xoáy lốc khô hơi

Hình 5.14 Ống góp hơi khô

1- ống góp hơi; 2- ống hơi lên;

3-ống nước trở về.Các thiết bị khô hơi như các dạng trên chỉ đảm bảo được độ khô khoảng 99,5% ¸ 99,95%. Muốn đạt độ ẩm dưới 0,01 ¸ 0,05% cần dùng bộ xoáy lốc khô hơi. Ngoài ra nó còn giảm được hiện tượng sôi trào. Nó là một thùng hình trụ làm bằng thép là đường kính 300 ¸ 400mm, có một cửa dẫn hỗn hợp nước hơi vào theo hướng tiếp tuyến. Hơi theo cửa ống vào thùng hình thành xoáy lốc, lực ly tâm làm cho nước bị phân ly văng lên mặt thùng 6, sau đó đi lên bộ cửa chớp khô hơi để tiếp tục phân ly nước.

Khi hỗn hợp nước hơi quay, mặt nước trong bộ xoáy hình thành bề mặt parabôn quay, nên mặt nước bên trong hạ thấp, để ngăn không cho hơi nước từ đáy thùng đi ra nên đáy thùng của bộ xoáy lốc phải chìm trong nước. Lưu lượng hơi đi qua mỗi bộ là 2 ¸ 4 l/h, số lượng bộ xoáy lốc hơi của mỗi nồi hơi tuỳ theo lượng sinh hơi của mỗi nồi hơi.

5.4.4 Thiết bị khô hơi đặt ngoài nồi

Hỗn hợp nước hơi sẽ bay lên theo ống hơi 2 do chiều cao từ mặt kính tách hơi đến ống góp hơi 1 tăng lên. Do đó khi lên đến ống hơi 1 thì phần nước không còn đủ năng lượng đi theo ống hơi 1 ra mà bị rơi xuống đáy ống hơi 1 và được dẫn trở về bầu trên theo đường ống 3.

Lượng muối chứa trong nước cấp bao giờ cũng nhiều hơn lượng muối chứa trong hơi nước, nên phải có thiết bị xả cặn đáy và xả cặn nổi cho nồi hơi để xả bớt một phần nước nồi có nồng độ muối cao, thiết bị xả cặn có loại xả định kỳ, có loại xả liên tục.

5.5. Thiết bị xả cặn

5.5.1 Thiết bị xả cặn nổi

Hình vẽ gồm 2¸3 phễu, một rôbinê xả cặn nổi và đường ống xả cặn nổi. Mép trên của phễu ngang với mực nước thấp nhất. Trường hợp có tấm rây nước không tiện đặt phễu nên thường thay các phễu bằng 4 ¸5 ống vát miệng chỗ ghép ống vát vào ống có hàn vòng tiết lưu để đảm bảo xả cặn đều khắp chiều dài nồi.

Hình 5.15. Phễu và ống vát miệng để xả cặn nổi.

1- ống xả cặn nổi; 2- ống cấp nước cấp.

Đường ống xả cặn nổi có đường kính 20 ¸ 40mm có thể cao hơn mựcnước nồi và nên bọc cách nhiệt. Mỗi ngày đêm phải xả cặn nồi (váng) 1 ¸ 2 lần.

5.5.2 Thiết bị xả cặn đáy

Nếu trên đường ống xả cặn đáy không có vòng tiết lưu chỉ cần tiết hành cả cặn một cách từ từ khi áp suất nồi hơi đã hạ thấp đến dưới 5 kG/cm2.

Nếu có vòng tiết lưu trên đường ống xả cho phép xả cặn đáy lúc nồi hơi ở áp suất bình thường.

Sau mỗi chuyến đi, hoặc khi kiểm tra thấy nồng độ muối trong nước nồi quá cao, cần xả cặn đáy.

5.5.3 Thiết bị xả cặn tuần hoàn

Thiết bị xả cặn định kỳ không bảo đảm độ sạch thường xuyên cho nước nồi. Thiết bị xả cặn tuần toàn xả cặn một cách liên tục, bảo đảm được nồng độ muối trong nước nồi ổn định ở mức cho phép lượng nước xả đi và nhiệt lượng mất đi chỉ bằng so với cách xả cặn định kỳ.

Nguyên lý tuần hoàn của hệ thống xả cặn liên tục như sau: Do sự chênh lệch về nhiệt độ do đó chênh lệch về tỷ trọng giữa cột nước trong ống xuống 5 với cột hỗn hợp nước hơi ống lên 1 tạo ra cột áp động hút nước cặn từ đáy bầu nồi đi lên, bầu lắng cặn 6, nước sạch lại trở về bầu nồi qua đường ống có van 7. Cặn trong bầu lắng cặn 6 được xả định kỳ bằng van 13.

Chú ý: ống lên được bọc cách nhiệt 2, nước cặn càng đi lên càng tới vùng áp suất thấp, nên một phần bốc thành hơi, hình thành hỗn hợp nước hơi để bảo đảm tuần tốt, đường dốc ngang (5) nên nghiêng 50, dài 4 ¸5m, ống lên (1) cao 3 ¸4m. Thiệt bị náy còn có thể dùng cho nồi hơi ống nước khi ấy ống lên được đặt trong đường khi lò để hấp nhiệt, ống xuống ở ngoài đường khí lò.

Hình 5.16. Sơ dồ xả cặn nhờ xi phông nhiệt.

1- ống hỗn hợp nước hơi (đoạn ống lên); 2- Bao hơi (hoặc bọc cách nhiệt); 3- ống dẫn hơi lên;

4- ống nước ngưng về; 5- Đoạn ống ngưng tụ (không bọc cách nhiệt); 6- Bầu lắng cặn;

7- ống nước sạch sẽ (đoạn ống xuống); 8,11,15- Van; 9,10- Van thoát khí; 12- Van lấy mẫu thử; 13- Van xả cặn định kỳ; 14- Van xả cặn đáy.

5.6. Thiết bị thổi muội

Thổi muội kịp thời cho bề mặt hấp nhiệt đảm bảo truyền nhiệt tốt, do đó giảm được 1 ¸2% chất đốt tiêu dùng và giảm sức cản khí lò. Toàn bộ mặt hấp nhiệt của nồi hơi ống lửa đều phải bố trí bộ thổi muội, nồi hơi đốt dầu có lưu tốc khí lò nhanh chỉ cần thổi muội cho bộ sấy hơi, bộ hâm nước tiết kiệm và bộ sưởi không khí.

Tốt nhất là dùng hơi sấy hoặc khí nén để thổi muội. Bất đắc dĩ mới dùng hơi bão hòa.

Thiết bị thổi muội có nhiều kiểu; Kiểu xách tay, kiểu cố định, kiểu đầu rùa, kiểu phun 3600, kiểu phun dưới 3600.

Hiện nay trong các thiết bị nồi hơi để thổi muội, người ta trang bị thiết bị tự động mà tiến hành quá trình thổi muội theo một chương trình đặt trước.

Hình 5.17. Thiết bị thổi muội

1- Tay quay; 2- Bánh răng; 3- Trục quay; 4- ống bao; 5- Lỗ cấp công chất; 6- Đường ống dẫn không khí; 7- Đầu phun; 8- ống nối; 9- Đường cung cấp công chất.

Một trong những kết cấu của thiết bị thổi muội dùng để thổi muội cho bề mặt bức xạ NHON được trình bày trên hình vẽ (ở vị trí không làm việc).

Khi ta quay tay số 1 thì bánh vít trục 2 quay, do bánh răng 2 lắp chặt với trục 3 nên trục 3 quay theo. Khi trục 3 quay nó làm cho ống bao 4 dịch chuyển sang phải (ren trong) và đẩy đầu phun 7 vào trong buồng đốt.

Để làm mát cho đầu của bộ thổi muội bao gồm đầu phun 7 và ống nối dịch chuyển 8 được chế tạo bằng thép chịu nhiệt, người ta cấp không khí theo đường ống 6 từ vỏ nồi hơi 2 vỏ (hay là ống dẫn không khí cao áp).

Vít 11 dùng để khống chế không cho ống bao 4 quay theo trục 3 và để định khoảng dịch chuyển của trục 3, khi vít 11 chạm vào vỏ 10 thì lỗ 5 vừa vặn trùng với đường dẫn công chất vào thổi muội từ ống nôí 9.

Câu hỏi ôn tập

7. Trình bày các yêu cầu đối với van an toàn của nồi hơi. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của van an toàn kiểu đẩy thẳng?

8. Trình bày các yêu cầu đối với van an toàn của nồi hơi. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của van an toàn kiểu xung?

9. Trình bày sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động, các chú ý khi khai thác ống thủy sáng?

10. Trình bày sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm của súng phun hơi nước?

11. Trình bày sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm của súng phun áp lực?

12. Trình bày đặc điểm, sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm của hệ thống nhiên liệu 1 vòng tuần hoàn và 2 vòng tuần hoàn?

CHƯƠNG 6: TÍNH NHIỆT NỒI HƠI

6.1. Tính nhiệt buồng đốt

6.1.1. Mục đích

Nhằm xác định lượng hấp nhiệt bức xạ Qb và nhiệt do khí lò ra khỏi buồng đốt trong tính nghiệm nồi hơi đã có.

Trong thiết kế:

- Tính diện tích Hb và bố trí thế nào cho hợp lý

- Tính toán ở các mức khác nhau xem Qb có bảo đảm hay không

6.1.2. Đặc điểm trao nhiệt buồng đốt

1. Nhiệt độ buồng đốt cao hơn 1000 oC, lưu tốc bé, các mặt hấp nhiệt xung quanh buồng đốt có nhiệt trở, có muội đóng. Vì vậy, chỉ cần xét đến trao đổi nhiệt bức xạ.

2. Các yếu tố ảnh hưởng đến trao đổi nhiệt buồng đốt

- Nhiệt tải buồng đốt

- Hình dạng, kích thước, diện tích bề mặt Hb, bề mặt bao quanh, diện tích mặt ghi.

- Kiểu buồng đốt

- Nhiệt độ không khí cấp lò và sự phân bố nhiệt trong buồng đốt

- Bức xạ ngọn lửa do chất đốt tạo ra

3. Các loại ngọn lửa

- Ngọn lửa bùng sáng (đốt dầu, đốt than mỡ. Nguyên nhân bùng sáng do các hạt muội nóng đỏ): Ngọn lửa mà trong đó các thành phần tham gia bức xạ là khí 3 nguyên tử chẳng hạn như RO2, H2O, các hạt muội, tro nóng đỏ và các hạt cốc. Cường độ bức xạ nhiệt thuộc thành phần khí 3 nguyên tử và nồng độ, kích thước các hạt mượn.

- Ngọn lửa không bùng sáng: Ngọn lửa mà trong đó các thành phần tham gia bức xạ là các khí 3 nguyên tử, không có các hạt muội.

- Ngọn lửa 1/2 bùng sáng: vừa có các khí 3 nguyên tử và ít muội nóng đỏ.

6.1.3. Các phương pháp tính nhiệt buồng đốt

1. Phương pháp thực nghiệm

2. Phuơng pháp lý thuyết: giải các phương trình liên quan tới quá trình buồng đốt, kết quả chưa phù hợp với nhiều loại buồng đốt.

3. Phương pháp đồng dạng: Từ các phương trình lý thuyết liên quan đến quá trình buồng đốt, giải ra được các tiêu chuẩn đồng dạng tương tự. Sau đó, giải các điều kiện b cách căn cứ vào các thí nghiệm và cuối cùng được các công thức tính cho bất cứ loại NH nào.

6.1.4. Các thông số tính nhiệt buồng đốt

1. Nhiệt độ buồng đốt Tbđ"

Áp dụng lý thuyết tương tự của A.M Gurvic đưa ra thông số tương tự về nhiệt độ:

Trong đó:

Tl: nhiệt độ lý thuyết của sản phẩm cháy trong điều kiện cháy đoạn nhiệt. Sau khi tiến hành trên 1000 thí nghiệm với các loại NH khác nhau chúng ta rút ra được công thức áp dụng cho NHTT:

được đo bằng độ Kelvin

Bo: Tiêu chuẩn tương tự Bolzmant (hằng số Bolzmant)

4,9.10-8 là hằng số bức xạ của vật đen tuyệt đối (Kcal/...K)

là hệ số giữ nhiệt

Mx: là hệ số xét tới nhiệt trường buồng đốt gồm mức độ bao trùm buồng đốt của ngọn lửa và tình hình hòa trộn không khí.

abđ: độ đen của buồng đốt

Suy ra:

Ngoài ra, còn tính theo công thức Lupxư Ghexic (cho NH đốt dầu)

2. Diện tích bề mặt hấp nhiệt bức xạ có ích Hb và hệ số góc x

Hb = xbl (m2)

Trong đó:

l: chiều dài ống nhiệt

b: Bề rộng bề mặt hấp nhiệt bức xạ

x: Hệ số góc, là tỷ số giữa năng lượng bức xạ nhận được trên năng lượng bức xạ tới.

S: Bước ống

e: Khoảng cách từ tâm ống đến vách

Với nồi hơi ống nước:

Hb = bl

x = 1

Hb = xbl (1¸2 lớp)

Hb": phần bề mặt buồng đốt tiếp xúc với ngọn lửa

Với nồi hơi ống lửa:

F: Diện tích mặt vách trong không hấp nhiệt

3. Tỷ số đặt vách ống y

Là tỷ số giữa diện tích mặt hấp nhiệt bức xạ có ích trên diện tích bao quanh buồng đốt.

y càng lớn

y quá lớn ® lượng Qb quá nhiều ® giảm quá thấp ® cháy không hoàn toàn ® khi nhẹ tải đốt khó cháy.

y quá bé ® cao, tro nóng bám ống, tăng nhiệt trở của ống phá hoại sự tuần hoàn của nồi hơi. Do đó, nồi hơi phải to và nặnghơn vì phải tăng độ dày và Hđ.

4. Độ dài tầng bức xạ (S) là quãng đường đi của tia bức xạ

Tia bức xạ đi quãng đường càng dài thì số lượng khí 3 nguyên tử và hạt muội nóng đỏ gặp trên đường đi càng nhiều. Cho nên năng lượng bức xạ bị giảm nhiều.

Độ dài tầng bức xạ của buồng đốt:

Smin

drLý thuyết:

Thực tế:

Hộp lửa

Bức xạ trong ống lửa:

- Không có ống sấy hơi:

- Có ống sấy hơi:

5. Độ dày tầng bức xạ quy đổi PS (m)

PS phản ánh sự ảnh hưởng của cường độ hấp nhiệt bức xạ vào mật độ các phân tử chất khí gặp trên đg tức là P và S.

6. Hệ số giảm yếu bức xạ K (1/m)

Dùng để xét đến sự hao hụt năng lượng bức xạ nhiệt trên đường đi của tia bức xạ

- Ngọn lửa bùng sáng: (1/m)

- Ngọn lửa không bùng sáng:

CHƯƠNG 7: KHÍ ĐỘNG HỌC, THỦY ĐỘNG HỌC NỒI HƠI

7.1. Nguyên lý thông gió của nồi hơi

7.1.1 Sức thông gió nồi hơi

Để đảm bảo cho nồi hơi làm việc được, cần phải không ngừng cung cấp không khí vào buồng đốt và đưa khói lò ra ngoài trời, do đó cần phải có sức thông gió để khắc phục sức cản ma sát và sức cản cục bộ của không khí trên đường đi tới buồng đốt, để khắc phục sức cản ma sát và sức cản cục bộ của khí lò đi qua các mặt hấp nhiệt và ống khói, để bảo đảm cho khói lò ra ống khói với lưu tốc cần thiết.

Gọi h là sức thông gió của nồi hơi. Vậy h bằng tổng sức cản khí của nồi hơi.

= Dhw + SDhm + SDhc + ... mmH2O (7.1)

Trong đó:

- h- tổng sức cản khí của nồi hơi, mmH2O hoặc kG/m3;

- Dhkk- sức cản không khí

(7.2)

- - sức cản không khí tại bộ sưởi không khí

- - sức cản không khí tại ống dẫn không khí

- - sức cản không khí tại các thiết bị dẫn không khí cho súng phun (đối với nồi hơi đốt dầu).

- - tổng sức cản cục bộ của không khí

- Dhk- sức cản khí lò.

(7.3)

- DhIk - sức cản khí lò tại cụm ống nước sôi I;

- - sức cản khí lò tại bộ sấy hơi;

- - sức cản khí lò tại cụm ống nước sôi II;

- - sức cản khí lò tại bộ hâm nước tiết kiệm;

- - sức cản khí lò tại bộ sưởi không khí;

- - tổng sức cản ma sát của khí lò đi qua phần đường khí lò còn lại và ống khói;

- SDhck - tổng sức cản cục bộ của khí lò;

k = 1,2: hệ số xét đến muội bẩn bám ngoài ống

- - tổng sức cản ma sát của không khí và khí lò;

- Dhw- tổn thất cột áp để tạo nên lưu tốc;

(7.4)

- WKh- lưu tốc khói lò ra ống khói, m/s;

- gkh- tỷ trọng khói lò, kg/m3;

- Wkk - lưu tốc không khí vào buồng đốt, m/s;

- gkk - tỷ trọng không khí cấp lò, kg/m3.

Sức thông gió nồi hơi có thể tạo ra bằng các cách sau đây:

Cách thông gió tự nhiên

Nhờ sức tự hút của đường khí nồi hơi khắc phục sức cản của khí lò quét qua các mặt hấp nhiệt và đi ra ống khói, ngoài ra còn tạo nên độ chân không trong buồng đốt.

Dùng quạt hút khói (hoặc ống hút khói) phối hợp sức tự hút

Dùng thiết bị hút khói lò ra, để tạo nên độ chân không cần thiết trong đường khí lò và trong buồng đốt.

Dùng quạt gió

Nén không khí vào buồng đốt và đuổi khí lò ra khỏi nồi hơi. Khi ấy tránh được hiện tượng lọt không khí lạnh vào buồng đốt, song buồng đốt sẽ làm việc với áp suát dư bằng sức cản của toàn đường khí lò Dhk. Khi ấy khắc phục tổng sức cản khí và không khí (Dhkk + Dhk).

Phối hợp quạt gió với quạt hút khói

Quạt hút khói hút khí lò ra (tức là khắc phục sức cản của đường khí lò Dhk), quạt gió khắc phục sức cản của khí và nén không khí vào buồng đốt.

Khi dùng cách này có thể xảy ra hai trường hợp: buồng đốt làm việc với độ chân không và buồng đốt làm việc với áp suất dư.

7.1.2 Sức tự hút hth

Sức tự hút hay gọi là sức thông gió tự nhiên nên bởi độ chênh lệch giữa áp suất khí trời với áp suất khí lò trong đường khí lò, hoặc nói cách khác là được tạo nên bởi độ cao của đường khí lò có nhiệt độ khí lò cao hơn nhiệt độ khí trời.

Vậy sức tự hút hth là hiệu số giữa trọng lượng cột không khí trời có độ cao Hđk, tỷ trọng gkk với trọng lượng cột khí lò có cùng độ cao Hđk, tỷ trọng gk.

hth = Hđk (gkk - gk) , mm H2O (7.5)

Trong công thức:

Hđk- chiều cao đường khí lò tính từ mặt phẳng đi qua đường tâm súng phun đến miệng ra ống khói.

Hình 7.1. Sơ đồ tính sức tự hút và sức cản khí lò

Từ công thức 7.5 thấy rằng sức tự hút tuỳ thuộc vào độ cao đường khí lò, nhiệt độ khí lò qk và nhiệt độ khí trời tkk.

Khi đường khí lò đi lên có hth > 0, khi đường khí lò đi xuống có hth < 0.

Tăng chiều cao ống khói sẽ làm tăng sức tự hút. Cứ tăng 1m chiều cao sẽ làm cho sức tự hút tăng 0,3 ¸ 0,7 mmH2O (tuỳ theo nhiệt độ khí trời và nhiệt độ khói lò ra ống khói). Song chiều cao ống bị hạn chế bởi yêu cầu về chiều cao lớn nhất cho phép của tàu. Còn như biện pháp tăng sức tự hút bằng cách tăng cao nhiệt độ khói lò, dĩ nhiên là không cho phép vì sẽ làm giảm hiệu suất nồi hơi.

Do đó sức tự hút (sức thông gió tự nhiên của nồi hơi tàu thủy) chỉ vào khoảng 3 ¸ 12 mmH2O.

Sức tự hút có trị số bé nên cần có quạt gió và có khi có cả quạt hút khói nữa khi ấy sức tự hút chỉ để khắc phục một phần hay toàn bộ sức cản khí lò mà thôi. Nồi hơi lớn hiện đại có hiệu suất cao, nhiệt độ khói lò thấp (qkh = 135 ¸ 1700C) sức tự hút vào khoảng 7 ¸ 10 mmH2O không đủ để thắng sức cản không khí - khí lò, nên cần có quạt gió.

Khi tính sức hút chú ý rằng nhiệt độ khí lò qk hạ thấp dần từ nhiệt độ cháy trong buồng đốt đến nhiệt độ khói lò ra ống khói. Bởi vậy thường chia đường khí lò làm ba đoạn (cũng có trường hợp chia đường khí lò làm 4 đoạn).

- - Đoạn thứ nhất từ tâm súng phun đến cuối cụm ống nước sôi II (hoặc ống lửa) với chiều cao H1(m).

- - Đoạn thứ hai là đoạn đặt các bộ hấp nhiệt tiết kiệm với chiều cao H2(m).

- - Đoạn thứ 3: ống khói với chiều cao H2(m).

Vậy:

(7.6)

Áp dụng định luật Gay-lútsắc vào (7.6) được:

+

+

(7.6b)

Trong đó:

- g0kk = 1,293- tỷ trọng không khí ở điều kiện tiêu chuẩn, kG/m3tc;

- gK0 - tỷ trọng khí lò ở điều kiện tiêu chuẩn tính theo kG/m3tc;

- tkk- 30 ¸ 350C - nhiệt độ không khí trời (tính cho vùng nhiệt đới);

- qbđ'', q''II, qkh- nhiệt độ khí lò ra buồng đốt ra cụm ống nước sôi II, ra ống khói.

7.1.3 Áp suất dư d và độ chân không C trong buồng đốt

Trong buồng đốt sẽ có độ chân không nếu sức cản khí lò bé hơn sức tự hút. Độ chân không trong buồng đốt là:

c = hth - Dhk, mmH2O (7.7)

Trong buồng đốt sẽ có áp suất dư nếu có sức cản khí lò lớn hơn sức tự hút. áp suất dư trong buồng đốt là:

d = Dhk - hth; mH2O (7.8)

7.1.4 Cột áp cần thiết cho quạt gió và quạt hút khói

Trường hợp chỉ có quạt gió không có quạt hút khói có độ chân không trong buồng đốt

Đó là trường hợp mà sức tự hút đã thừa sức khắc phục sức cản khí lò, vậy cột áp của quạt gió chỉ để thắng sức cản không khí.

(7.9a)

Dhtkk- sức cản không khí tại thiết bị buồng đốt (thiết bị dẫn gió).

Trường hợp chỉ có quạt gió, không có quạt hút khói có áp suất dư trong buồng đốt

Đó là trường hợp mà sức tự hút chưa đủ để khắc phục sức cản khí lò vậy cột áp của quạt gió dùng để thắng sức cản không khí và phần dư của sức cản khí lò.

hqg = 1,2 Dhkk + d = 1,2 (7.9b)

Trường hợp chỉ có quạt hút khói

Đó là trường hợp mà cột áp của quạt hút khói cần khắc phục độ thiếu hụt về sức tự hút với sức cản khí lò và tạo ra độ chân không trong buồng đốt.

hqh = 1,2 Dhk - hth + C (7.9c)

Trường hợp có quạt gió và quạt hút khói

Quạt hút khói khắc phục độ thiếu hụt về sức tự hút với sức cản khí lò, hqh tính theo (7.9c), quạt gió chỉ để thắng sức cản của không khí và tính theo (7.9a).

7.2. Sức cản khí nồi hơi

Khi không khí và khí lò lưu động, phát sinh ra hai loại sức cản khí: Sức cản ma sát và sức cản cục bộ. Sức cản ma sát là do sự cọ sát giữa dòng không khí hoặc khí lò chuyển động với bề mặt ống dẫn hoặc mặt hấp nhiệt. Sức cản cục bộ gây lên bởi sự thay đổi hướng lưu động của chất khí và hình dạng, kích thước lối khí đi qua. Sức cản cục bộ của không khí còn phát sinh tại thiết bị dẫn gió.

Lưu tốc chất khí vừa ảnh hưởng tới sức cản ma sát vừa ảnh hưởng tới cường độ trao nhiệt. Vì vậy cần bố trí các mặt hấp nhiệt của nồi hơi sao cho chất khí có lưu tốc thích hợp, bảo đảm có cường độ trao nhiệt cao, sức cản ma sát bé.

Sức cản cục bộ không liên quan gì đến cường độ trao nhiệt. Khi thiết kế nồi hơi nên bố trí sao cho sức cản cục bộ hết sức bé. Sức cản thiết bị buồng đốt có trị số khá lớn, làm tốn thêm khá nhiều năng lượng cho quạt gió làm giảm hiệu suất của nồi hơi.

7.2.1 Tính sức cản khí đi ngang

(Dùng cho sức cản ma sát và sức cản cục bộ). Đó là trường hợp không khí đi qua bộ sưởi không khí kiểu ống nằm: bộ ham nước tiết kiệm, cụm ống nước sôi...

Dù có trao nhiệt hay không trao nhiệt, đều tính sức cản khí đi ngang Dh theo công thức khí động học sau đây:

kG/cm2 (hay mm H2O) (7.10)

Trong đó:

- Dh- bao gồm sức cản ma sát, sức cản cục bộ và tổn thất cột áp về sự biến đổi lưu tốc vào và lưu tốc ra;

- x- hệ số cản, nó tuỳ thuộc vào trị số Re ở nhiệt độ bình quân lôgarít, của dòng khí và các thông số hình học của cụm ống;

- W- lưu tốc bình quân của dòng khí tại nơi hẹp nhất, m/s.

7.2.2 Tính sức cản khí đi dọc ống (rãnh)

Đó là trường hợp không khí đi trong ống dẫn đi qua bộ sưởi không khí kiểu ống nằm, khí lò đi qua ống nước sôi II của nồi hơi chữ D đứng, đi trong hộp lửa và ống lửa. Khi ấy cần lần lượt tính riêng mỗi thứ sức cản rồi cộng lại như sau:

Dh = Dhm + Dhc ± Dhw ± hth (7.11)

Trong đó:

- Dhm- sức cản ma sát

- Dhc- tổng sức cản cục bộ.

- Dhw- tổn thất cột áp do trao nhiệt làm biến đổi lưu tốc. Dấu (+) dùng cho chất được sưởi nóng (không khí): dấu (-) cho chất bị nguội đi (khí lò).

, mmH2O (7.12)

- - lưu tốc bình quân của dòng khí, m/s;

- - tỷ trọng bình quân của dòng khí, kG/m3;

- T1, T2- nhiệt độ dòng khí khi vào, khi ra, 0C;

- - nhiệt độ bình quân của dòng khí, 0C.

- hth- sức tự hút. Dấu (-) dùng cho dòng khí đi lên, dấu (+) dùng cho trường hợp dòng khí đi xuống.

Ghi chú:

- Sức cản không khí đi qua vỏ đôi của nồi hơi có thể coi là bằng 10% tổng sức cản khí của nồi hơi.

- Không cần tính Dhw, hth cho khi tính bộ sưởi không khí.

Tính sức cản ma sát khí đi dọc ống (rãnh):

, mmH2O (7.13)

dtđ- đường kính tương đương, m.

7.2.3 Tính sức cản cục bộ khi đi dọc ống (rãnh)

Sức cản cục bộ không tuỳ thuộc vào việc có trao đổi nhiệt hay không, ta có:

; mmH2O (7.14)

Trong đó:

- tính theo nhiệt độ trung bình cộng của dòng khí vào và ra

Trường hợp góc lượn 1800 tính theo trị số trung bình cộng tại giữa và cuối góc lượn.

xcb- hệ số cản cục bộ.

7.2.4 Tính sức cản thiết bị buồng đốt D

Khi không khí đi qua thiết bị dẫn không khí vào súng phun, phát sinh ra sức cản. Trị số của Dhtkk có thể tính toán hoặc chọn theo bảng 7.1.

Bảng 7.1. Trị số sức cản thiết bị buồng đốt D

Kiểu thiết bị buồng đốt

Dtkk mmH2O

Súng phun kiểu áp lực

Sùng phun kiểu quay

30 ¸ 75

15 ¸ 30

7.3. Bố trí thiết bị thông gió nồi hơi

7.3.1 Chọn quạt gió, quạt hút khói

Thường dùng quạt kiểu ly tâm, được dẫn động bởi máy hơi nước có mấy độ cấp hơi, hoặc động cơ điện có 2 ¸ 3 cấp tốc độ hoặc tua bin hơi để có thể điều chỉnh công suất trong phạm vi rộng, quạt ly tâm tuy rằng hiệu suất thấp, đường kính lớn, thích hợp cho quạt có sản lượng nhỏ và vừa, cột áp vừa và thấp.

Để điều chỉnh sản lượng ở miệng hút hoặc miệng ra của quạt ta đặt các bướm gió. Bướm gió đặt ở miệng hút giảm được 15 ¸ 20% công suất cần cho quạt so với cách đặt ở miệng ra cột áp lực tính toán và sản lượng tính toán của quạt:

htq = 1,3 SDh , mmH2O

Qtq = 1,1 . V , m3/h (7.15)

Trong đó:

- SDh- tổng sức cản mà quạt cần khắc phục kể cả tổn thất áp lực tại miệng hút, mmH2O;

- V- lưu lượng khí lò hoặc không khí cấp lò khi quá tải, m3/h.

Chú ý: cột áp quạt của nhà máy chế tạo không tính theo nhiệt độ không khí (hoặc khí lò) của nồi hơi nên phải tính đổi ra cột áp thực của nhà máy chế tạo quạt.

, mmH2O (7.16)

Trong đó:

- g0- tỷ trọng không khí (hoặc khí lò) ở 00C và 760 mmHg;

- tt- nhiệt độ tính toán của không khí (hoặc khí lò) của nồi hơi, 0C;

- t- nhiệt độ không khí (hoặc khí lò) theo thiết kế của nhà máy chế tạo quạt, 0C;

Công suất cần cho quạt:

, kW (7.17)

Trong đó:

- hq- hiệu suất quạt, đối với quạt kiểu cũ: hq = 0,4 ¸ 0,6; với quạt kiểu mới hq = 0,8 ¸ 0,98.

- hm- 0,95- hiệu suất cơ giới ở 100% tải và quá tải.

7.3.2 Bố trí thiết bị thông gió

Khi thông gió cưỡng bức, có thể dùng các phương pháp bố trí thông gió sau đây:

Quạt gió vào khoang nồi hơi kín

Dùng quạt gió nén không khí vào khoang nồi hơi bịt kín có áp suất cao hơn áp suất khí trời và cao hơn áp suất trong buồng đốt, nên không cần ống dẫn không khí, ngọn lửa hoàn toàn không phụt ra ngoài.

Song kiểu thông gió này nóng, ngạt thở, khi tàu gặp nạn phải mở hai tầng cửa mới thoát ra được ngoài khoang nồi hơi, có thể rò mất 30 ¸ 40% không khí cấp lò. Do đó kiểu thông gió này chỉ dùng cho khi khó bố trí ống dẫn không khí. áp suất trong khoang nồi hơi không được trên 500 mmH2O.

Quạt gió qua ống dẫn không khí

Không khí của quạt gió được dẫn theo ống gió vào thiết bị dẫn gió. Có khi không khí được dẫn qua vỏ đôi của nồi hơi để sưởi nóng thêm không khí và để giảm mất nhiệt ra môi trường bên ngoài, đồng thời giảm gió lạnh lọt vào buồng đốt.

Thông gió bằng quạt hút khói

Quạt phải làm việc ở nhiệt độ tương đối cao, dễ bị hỏng hơn quạt gió. Dùng cho nồi hơi nhỏ sức cản khí bé.

Thông gió bằng quạt gió và quạt hút khói

Không khí của quạt gió được dẫn theo ống gió vào thiết bị dẫn gió, còn quạt hút khói đặt ở đường khói lò để hút khói lò ra.

7.4. Nguyên lý tuần hoàn tự nhiên

Hình 7.2. Nguyên lý tuần hoàn đơn giản

Hình 8.17.4.1 Nguyên lý tuần hoàn tự nhiên

Hình 7.2 là sơ đồ một mạch tuần hoàn đơn giản của nồi hơi (gồm một ống nước lên 2 và ở gần buồng đốt hấp được nhiều nhiệt, một phần lưu lượng nước bốc thành hơi hình thành hỗn hợp nước hơi có tỷ trọng nhẹ, còn lớp ống 1 ở xa buồng đốt, hấp ít nhiệt (hoặc có khi không hấp nhiệt). Nước không bốc thành hơi có tỷ trọng lớn hơn. Do sự chênh lệch về tỷ trọng giữa hai cột chất lưu động ấy tạo ta cột áp động, cột áp động ấy là nguồn "động lực" để khắc phục sức cản ma sát, sức cản cục bộ của nước và hỗn hợp nước hơi trong ống lên và ống xuống của mạch tuần hoàn.

Vậy: Pđ = DPx + DPl, kG/m2 (8.1)

Trong đó:

- DPx- sức cản trong các ống xuống, kG/m2;

- DPl- sức cản trong các ống lên, kG/m2.

Nhờ đó hỗn hợp nước hơi không ngừng lưu động trong ống xuống và ống lên, kịp thời mang đi lượng nhiệt từ khói lò truyền đến thành ống 1, giữ cho nhiệt độ thành ống không cao quá trị số cho phép.

7.4.2. Tính cột áp động Pđ

Sở dĩ nồi hơi tuần hoàn tự nhiên có thể khắc phục được sức cản của nước và hỗn hợp nước hơi trong các ống lên và ống xuống là nhờ cột áp động Pđ. Nếu Pđ không đủ để thắng sức cản ma sát và cục bộ trong ống lên và ống xuống thì sự tuần hoàn sẽ bị ngưng trễ, ống bị cháy hỏng.

Cột áp động Pđ là hiệu số giữa trọng lượng cột nước trong ống xuống với trọng lượng cột nước và hỗn hợp nước hơi trong ống lên của mạch tuần hoàn, tức là:

Pđ = hx. g' - [hln. g' + hlh. ghh], kG/m2 (7.18)

Trong đó:

- hx- chiều cao ống xuống, m. Nó được tính theo khoảng cách trên hướng thẳng giữa mút vào với mút ra của ống xuống.

- hln - chiều cao của đoạn ống lên chỉ có nước, m

- hlh - chiều cao đoạn ống lên có hỗn hợp nước - hơi, m có thể cho rằng

- hx - hln » hlh vậy công thức (8.5) có dạng:

Pđ = hlh (g' - ghh) (7.19a)

Với ghh = g' + j (g' - g'')

j - phân diện tích nồi hơi lên .

Vậy: Pđ = j. hlh (g' - g'') (7.19b)

Các ống được hấp nhiều nhiệt, bốc ra nhiều hơi nước, cột áp động của các ống ấy càng lớn, lưu lượng nước qua các ống ấy càng nhiều, ống càng được làm mát tốt. Các ống được hấp ít nhiệt thì ngược lại, nên dễ bị cháy hỏng. Nồi hơi có áp suất càng cao, độ chênh lệch tỷ trọng giữa nước với hơi (g' - g'') càng bé.

7.4.3. Cột áp có ích Pi

Công thức cột áp động có thể viết là:

Cột áp động Pđ được sinh ra bởi đoạn bốc hơi của ống lên. Vậy vế bên phải của phương trình trên (Pđ - DP1) chính là cột áp động còn dư của các ống lên sau khi khắc phục sức cản lưu động trong bản thân các ống ấy. Cột lưu động còn dư của các ống lên được gọi là cột áp có ích Pi nó dùng để khắc phục sức cản trong các ống xuống.

Pi = Pđ - DPl = DPx (7.20)

Đó là phương trình cơ bản tính tuần hoàn của nồi hơi; khi tuần hoàn ổn định cột áp có ích Pi vừa đủ để khắc phục sức cản trong các ống xuồng; khi tuần hoàn bị phá hoại (ví dụ khi tải trọng biến đổi làm cho một số ống lên được hấp quá ít nhiệt, lượng sinh hơi ra ít, cột áp động do ống sấy sinh ra không lớn), cột áp lực có ích không đủ để khắc phục sức cản trong các ống xuống (P < DPx). Giải phương trình cơ bản này sẽ tìm được lưu lượng Ghh trong mạch tuần hoàn, từ đó tính được bội số tuần hoàn k và lưu tốc tuần hoàn W0 là những đại lượng dùng để phán đoán độ an toàn về tuần hoàn của nồi hơi.

Cũng như cột áp động, cột áp có ích là hàm của lưu lượng trong mạch tuần hoàn.

Nồi hơi cần thiết kế bố trí sao cho các mạch tuần hoàn làm việc an toàn với cột áp Pi bé, tức là ít tổn thất trong ống xuống, phần lớn cột áp động Pđ dùng để khắc phục sức cản trong ống lên.

7.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tuần hoàn của nồi hơi

Ảnh hưởng của trạng thái lưu động

Khi hỗn hợp nước hơi ở trạng thái nhũ tương (các bóng hơi được phân bố đều trong hỗn hợp và có đường kính từ 1 đến vài mm), nhiệt của thành ống được mang đi dễ dàng.

Khi hỗn hợp nước hơi ở trạng thái đạn pháo (các bóng hơi nhỏ đã kết lại thành bóng hơi lớn, bóng hơi ấy chỉ cách thành ống một màng nước mỏng), nhờ màng nước mỏng nên vẫn đảm bảo mang nhiệt đi kịp thời.

Khi ở trạng thái lưu động hình trụ (các bóng hơi kết liền với nhau thành hình trụ dài, trụ hơi ấy cùng đi lên với màng nước trên mặt ống nhưng với lưu tốc nhanh hơng màng nước) vẫn đảm bảo mang kịp nhiệt đi nếu màng nước không bị phá vỡ, ngắt quãng.

Như vậy chỉ cần luôn luôn duy trì một lớp màng nước mỏng trên ống là đủ đảm bảo an toàn cho ống, dù ở trạng thái lưu động nào. Đó là vì hệ số tỏa nhiệt từ khí lò đến thành ống bé (thường vào khoảng 40 ¸ 60 Kcal/m2.h.0C riêng một số nồi hơi đặc biệt 200 ¸ 220 Kcal/m2.h.0C ) mà hệ số tỏa nhiệt từ thành ống tới nước rất lớn (8000 ¸ 10.000 Kcal/m2.h.0C và hơn nữa), tức là toàn bộ nhiệt lượng khí lò truyền cho thành ống đều được nước hấp thụ ngay, khi ấy nhiệt độ thành ống chỉ hơi cao hơn nhiệt độ nước chảy trong ống. Chỉ khi sự tuần hoàn bị phá hoại, bị ngưng trệ ở một đoạn ống nào đó, phá vỡ màng nước giữa hơi và thành ống, nhiệt ở thành ống không được nơi nước hấp thụ kịp (vì hệ số tỏa nhiệt từ thành ống tới hơi bé hơn hệ số tỏa nhiệt từ thành ống tới nước đến mấy chục lần) nhiệt độ mặt ống tăng lên đến lúc ống không đủ đảm bảo độ bền sẽ bị nổ hoặc rạn nứt.

Ảnh hưởng của áp suất nồi hơi

Khi áp suất càng cao, một mặt tỷ trọng của hơi nước càng lớn, lực căng bề mặt giảm bé, nên thưòng ở trạng thái lưu động nhũ tương, ít xảy ra trạng thái đạn pháo.

Mặt khác khi áp suất càng cao, chênh lệch về tỷ trọng giữa nước với hơi nước càng bé, cột áp động càng bé. Cần phải có lưu tốc tuần hoàn nhanh, ống cần có độ dốc lớn).

Ảnh hưởng về độ dốc của ống (hình 7.3)

Từ hình 7.3 ta thấy rằng với lực nâng S như nhau thì phân lực L (phần lực có ích cho sự tuần hoàn) ở trường hợp ống nước nằm là bé nhất.

Thực tế cũng cho thấy rằng ống nước đứng đảm bảo tuần hoàn kể cả khi lưu tốc tuần hoàn rất chậm.

Còn ống nước nghiêng ở nửa cung trên của chu vi ống có thể tập trung nhiều bóng hơi, khi lưu tốc chạm còn có thể phát sinh hiện tượng phân lớp giữa nước và hơi.

N

S

L

N

S

Hình 7.3. ảnh hưởng của độ dốc ống tới tuần hoàn

Ống nước nằm càng dễ bị phân lớp nước - hơi. Kết quả gây nên ứng suất nhiệt (nhiệt độ thành ống ở phía hơi nước cao hơn nhiệt độ thành ống ở phía nước, mực nước trong ống lại không ngưng dao động, làm cho kim loại thành ống bị mòn và rạn nứt dần, lại có các giọt nước bắn tung lên cửa cung trên) làm cho nửa cung trên bị bám nhiều cáu hơi nước và mục kiềm nặng.

Vì vậy nồi hơi có áp suất £ 35 kG/cm2 góc nghiêng của ống không được nhỏ hơn 150, nồi hơi cap áp góc nghiêng không được nhỏ hơn 300.

Ảnh hưởng về kích thước, kiểu cấu tạo và bố trí các mạch tuần hoàn

Các lớp ống nước sôi ở sát cạnh buồng đốt nên có đường kính lớn hơn các lớp ống phía sau, đó là nhằm giảm sức cản, tăng lưu lượng nước qua các ống ở vùng nhiệt độ cao.

Song nếu ống của nồi hơi ống nước nằm có đường kính quá lớn (trên 105 mm) sẽ dễ sinh hiện tượng phân lớp nước - hơi.

Độ cong của ống, vị trí của ống lắp lên bầu nồi, cách ghép các mạch tuần hoàn đều ảnh hưởng đến sự tuần hoàn.

Mạch tuần hoàn đơn giản (độc lập) không phụ thuộc vào các mạch tuần hoàn khác và tuần hoàn đảm bảo hơn mạch tuần hoàn phức tạp.

Ảnh hưởng của tải trọng nồi hơi

Có những nồi hơi bị phá hoại sự tuần hoàn và bị cháy hỏng ống ở lúc quá tải, cũng có những nồi hơi lúc nhẹ tải, lúc ủ lò lại xảy ra tình trạng ấy. Đó là vì khi quá tải lượng hấp nhiệt của ống tăng lên, song lưu lượng cũng tăng lên; khi nhẹ tải ống hấp nhiệt ít, nhưng lưu lượng bé.

Khi biến tải, nhiệt lượng và lưu lượng của các mạch tuần hoàn, của các ống bị phân bố lại; khi phân bố không thích hợp sẽ có thể phát sinh dừng chảy, chảy ngược, bốc hơi trong ống xuống làm cho ống bị cháy hỏng.

Nồi hơi tuần hoàn cưỡng bách nhiều lần không bị ảnh hưởng của tải trọng nồi hơi, vì tải trọng không ảnh hưởng đến sự phân phối lưu lượng và nhiệt lượng cho các ống.

Ảnh hưởng của cách sử dụng, coi sóc nồi hơi

Nếu nước cấp chất lượng xấu, lọc không kỹ, không theo đúng chế độ xả cặn và rửa nồi, các ống nước sẽ bị đọng nhiều cáu cặn, làm tăng thêm sức cản lưu đọng và nhiệt trở thành ống, kết quả sẽ làm cho ống chóng bị hỏng.

Không theo đúng phương pháp đốt lò, không giữ đúng qui định về thời gian nhóm lò và tắt lò cũng có thể gây nên tình trạng chênh lệch nhiệt độ quá lớn giữa các vùng của nồi hơi.

7.6. Đánh giá mức độ an toàn về tuần hoàn của nồi hơi

Các hiện tượng phá hoại sự tuần hoàn, gây nên cháy hỏng ống nồi hơi là: ngừng chảy, chảy ngược, phân lớp, bốc hơi trong ống xuống, xoáy cuốn hơi vào ống xuống.

Nhiệm vụ của ta là cần tìm ra nguyên nhân gây lên mỗi hiện tượng ấy, biện pháp đề phòng.

7.6.1. Hiện tượng ngừng chảy, hiện tượng chảy ngược trong ống lên

Nguyên nhân

Do các ống (thậm chí cùng một lớp ống) hấp nhiệtlượng không như nhau, những ống hấp ít nhiệt có cột áp có ích Pi bé, không đủ khắc phục sức cản lưu động sinh ra hiện tượng ngừng chảy hoặc chảy ngược.

Tác hại

Hiện tượng ngừng chảy và chảy ngược khiến cho thành ống quá nóng mà cháy hỏng. Hai hiện tượng này phát sinh ra ở trạng thái rất nhẹ tải.

Hiện tượng ngừng chảy và chảy ngược đặc biệt nguy hiểm khi, trong ống có mặt nước tự do như trường hợp ống lên thông với không gian hơi của bầu trên, hoặc trường hợp được bốc hơi quá mãnh liệt khiến cho nước từ bầu trên khó xuống.

Khi ngừng chảy, nước ở bầu dưới không đi lên bầu trên, hơi nước sinh ra trong ống lên lơ lửng không lưu động trong nước, hoặc lưu động rất chậm, nước bổ sung vào ống lên là từ không gian nước của bầu trên chảy xuống, khi ấy bội số tuần hoàn k = 1. Hiện tượng ngừng chảy thường xảy ra nhất tại các lớp ống sau được hấp ít nhiệt so với các ống cùng lớp.

Khi chảy ngược, dòng lưu động trong ống lên theo hướng từ trên xuống dưới (ngược với lưu động bình thường). Hiện tượng chảy ngược chỉ phát sinh ra đối với các nồi hơi có ống lên thông với không gian nước của bầu trên).

Biện pháp ngăn ngừa

1) Loại trừ các nhân tố gây nên tình trạng hấp nhiệt không đều như: đóng gỉ cục bộ trên mặt ống, đối với trường hợp lượng hấp nhiệt của các ống, đối với trường hợp lượng hấp nhiệt của các ống trong vách ống không như nhau nên ngăn hộp ống thành nhiều bộ phận riêng nhau, mỗi phần có ống xuống riêng tạo thành những mạch tuần hoàn độc lập.

2) Giảm sức cản ống xuống DPx để đảm bảo lưu tốc tuần hoàn không quá chậm khi nồi hơi nhẹ tải. Cũng vì thế lưu tốc nước vào các lớp ống sau ở 100% tải không được dưới 0,25 m/s (Nồi hơi nhiệt tải vừa) và 3,05 m/s (Nồi hơi nhiệt tải cao).

3) Nếu có thể nên bố trí miệng ra của ống lên ở không gian nước của bầu trên.

4) Bố trí bộ sấy hơi ở giữa hai cụm ống nước sôi I và II.

5) Bố trí các ống xuống không hấp nhiệt

6) Đặc biệt lưu ý khi nhẹ tải. Tuy vậy nếu khi nhẹ tải mà nhiệt độ khí lò vào lớp ống không tới 400 ¸ 420oC thì dù có ngừng chảy hay chảy ngược cũng không nguy hại gì.

7.6.2. Hiện tượng phân lớp

Nguyên nhân và tác hại của hiện tượng phân lớp nước hơi trong ống đã xét ở phần "ảnh hưởng về độ dốc của ống". Nó đặc biệt nguy hiểm khi lưu tốc tuần hoàn chậm trong các ống nằm hoặc độ dốc nghiêng bé, khi ấy màng nước trên mặt ống bị phá hoại.

Các biện pháp ngăn không xảy ra phân lớp là:

1) Góc nghiêng của ống a không nhỏ hơn 150 (đối với nồi hơi áp suất thường), và không nhỏ hơn 300 (đối với nồi hơi áp suất cao).

2) Vách ống của nồi hơi ống nước nằm nên ghép thành mạch tuần hoàn riêng với tỷ số giữa diện tích mặt cắt ngang các ống xuống fX với diện tích mặt cắt ngang các ống lên f1 và với diện tích mặt cắt ngang các ống góp hơi fgh như sau:

fx : fl : fgh = 0,25 : 1,0 : 0,3

Ngược lại, nếu nối ống xuống của vách ống với hộp ống trước của nồi hơi sẽ có thể phát sinh phân lớp ở các lớp đầu, ngừng chảy và chảy ngược ở các lớp phía sau.

3) Lớp ống nước sôi thứ nhất của nồi hơi ống nước nằm nên có đường kính d < 102 mm.

7.6.3. Hiện tượng có hơi trong ống xuống

Tác hại

- Khi trong ống xuống có hơi nước, cột áp động Pđ bị giảm, sức cản ống xuống DPx tăng, có thể gây ra hiện tượng ngừng chảy hoặc chảy ngược trong các ống lên hấp ít nhiệt.

- Hơi nước trong ống xuống khi đi vào ống lên có thể biến thành hơi sấy, làm cho ống lên bị quá nóng và rỉ.

Nguyên nhân

- Do ống xuống hấp quá nhiều nhiệt làm nước bốc thành hơi trong ống xuống.

- Do hơi nước trong bầu trên bị xoáy vào miệng ống xuống.

- Do cột áp tĩnh của độ cao cột nước h (kể từ miệng vào ống lên đến mực nước trong bầu trên) không đủ để khắc phục sức cản ở đoạn mút vào của ống xuống.

Hiện tượng bốc hơi trong ống xuống thường phát sinh tại chỗ gần miệng vào của ống xuống hấp nhiều nhiệt nhất, vì ở đây cột áp tĩnh tương đối bé. Khi tàu nghiêng lắc và làm việc ở mức nước thấp nhất dễ xảy ra hiện tượng cuốn hơi vào miệng ống xuống, song không nguy hiểm gì.

Biện pháp bảo đảm không có hơi trong ống xuống

- Trị số bé nhất của độ cao cột nước h kể từ miệng vào ống lên đến mực nước trong bầu trên phải thỏa mãn điều kiện sau:

với WC - lưu tốc nước trong ống xuống

- Đặt tấm chắn trong bầu trên để ngăn hơi không cho ra ống lên bị cuốn vào ống xuống.

- Đặt khung hình chữ thập tại miệng ống xuống.

- Cho 3 ¸ 8% nước cấp đi vòng qua bộ hâm nước tiết kiệm.

- Tăng dung tích không gian hơi của bầu trên, tức là tăng đường kính bầu trên.

- Bố trí bộ sấy hơi ở giữa cụm ống nước sôi I và II (đối với trường hợp cụm II là các ống xuống hấp nhiệt).

- Ống nồi hơi áp suất cao chỉ nên dùng ống xuống không hấp nhiệt với fx: fl = 0,5 ¸ 0,55.

Ghi chú: Riêng đối với các nồi hơi áp suất thấp, không có bộ hâm nước tiết kiệm nên dùng ống xuống hấp nhiệt với fx: f1 = 0,5 ¸ 0,8 vì nhiệt độ khí lò thấp (500 ¸ 6000C) và tốn nhiều nhiệt lượng cho giai đoạn sôi nước nên ít có nguy cơ bốc hơi trong ống xuống, hơn nữa còn làm tăng đoạn chiều cao đoạn bốc hơi của ống lên và do đó làm tăng cột áp động. Đối với ống xuống hấp nheịet lưu tốc nước trong ống xuống Wx không lớn hơn 0,6 ¸ 0,8 m/s.

Đặc biệt chú ý nồi hơi từ nhẹ tải đột ngột đổi sang quá tải, khi ấy các thông số tuần hoàn và đường đặc tính tuần hoàn đều biến đổi lớn, khi đột ngột mở to van điều chỉnh hơi vào máy, áp suất nồi hơi giảm nhanh có thể làm cho điểm bắt đầu sôi và bốc hơi từ phía ống lên chuyển sang phía ống xuống, làm tăng sức cản ống xuống DPx, làm giảm lưu lượng tuần hoàn, phát sinh ngừng chảy và chảy ngược trong những ống lên ít hấp nhiệt, ngoài ra còn làm cho nước cấp vào bầu trên lập tức bốc hơi ngay trong ống xuống. Sở dĩ như vậy là vì nếu đột ngột giảm PN của nước sôi có trị số bé nên nước trong nồi hơi gần nhiệt độ sôi hơn.

Do đó cần hạn chế tốc độ sụt áp nồi hơi, nhất là đối với những nồi hơi thông số cao, năng lực dự trữ bé. Đối với hơi ống nước nhiệt tải thấp, tốc độ tụt áp suất thấp kG/cm2 đối với nồi hơi ống nước nhiệt tải cao với áp suất trên 60 kG/cm2 thì:

,

Ngược lại nếu tốc độ tăng áp suất nồi hơi quá lớn (như khi đột ngột giảm công suất của động cơ chính), chiều cao đoạn bốc hơi của ống lên giảm, cột áp giảm nên cũng có thể gây tình trạng quá nóng và cháy hỏng ống như khi tốc độ sụt áp quá lớn. Song hiện tượng tăng áp suất cho phép cao hơn tốc độ giảm áp khoảng 20 ¸ 30%.

7.6.4. Hiện tượng tuần hoàn yếu trong nồi hơi ống lửa

Nồi hơi ống lửa tuần hoàn bảo đảm ở mọi tải trọng, song tuần hoàn ở đáy nồi rất yếu, gây nên độ chênh lệch nhiệt độ giữa phần trên với phần dưới thân nồi (5 ¸ 150C) khi 100% tải; 50 ¸ 700C khi nhẹ tải; khi nhóm lò, làm tăng ứng suất nhiệt trong các bộ phận của nồi hơi, và phải kéo dài thời gian nhóm lò, thời gian tắt lò.

Các biện pháp để giảm độ chênh lệch nhiệt độ giữa phần trên với phần dưới nồi hơi ống lửa là:

- Trước khi nhóm lò, bơm nước cấp vào nồi đến vạch cao nhất trên mặt kính ống thủy. Sau đó xả bớt nước đến mực nước trong ống thủy. Đó là phương pháp đơn giản nhất.

- Khi nhóm lò, đầu tiên nên đốt một buồng đốt bên cạnh, sau đó lần lượt đốt tiếp các buồng đốt khác.

- Khi giảm tải nên tắt các buồng đốt bên cạnh, chỉ đốt buồng đốt giữa.

- Dùng bộ gia tốc tuần hoàn hoặc ống tuần hoàn, hoặc bơm tiến hành cưỡng bách tuần hoàn ở đáy nồi. Song như vậy sẽ làm cho việc sử dụng nồi hơi phức tạp, có thể còn phá hoại quá trình đóng cáu lên đáy nồi, là nơi không nguy hiểm, làm cho cáu đóng nhiều tại các nơi nguy hiểm như thành buồng đốt, thành hộp lửa.

Câu hỏi ôn tập

13. Trình bày nguyên lý thông gió. Các yếu tố ảnh hưởng tới sức tự hút ?

14. Trình bày nguyên lý tuần hoàn tự nhiên . Các yếu tố ảnh hưởng đến tuần hoàn nồi hơi ?

CHƯƠNG 8: NƯỚC CẤP NỒI HƠI VÀ XỬ LÝ NƯỚC NỒI

8.1. Nước cấp nồi hơi

8.1.1 Yêu cầu đối với nước cấp nồi

Nồi hơi cung cấp hơi cho máy. Hơi thải của máy ngưng tụ thành nước ngưng cung cấp lại cho nồi hơi, nước ngưng cũng không hoàn toàn tinh khiết. Nước mặn ngoài tàu có thể rò lọt vào bầu ngưng hòa lẫn vào nước ngưng. Dầu bôi trơn của xi-lanh máy hơi nước được hơi thải mang vào bầu ngưng làm bẩn bề mặt trao nhiệt của bầu ngưng và của nồi hơi. Không khí và các chất khí khác rò lọt vào máy, vào các đường ống hơi thải, vào bầu ngưng, vào nồi hơi.

Ngoài ra, để bổ sung cho hơi số nước và nước ngưng bị hao hụt (rò hở, bốc hơi, xả nước đọng,...) cần bổ sung nước cho nồi hơi. Nước bổ sung ấy cần bảo đảm phẩm chất cao, đặc biệt là nồi hơi thông số cao.

8.1.2. Tác hại của các tạp chất trong nước cấp nồi

Nước trong nồi hơi không ngừng bốc hơi, muối khoáng và các cặn bẩn dân dần đọng lại dưới đáy nồi hơi và đóng thành cáu cứng, dày trên thành ống và các bề mặt hấp nhiệt, nghiêm trọng nhất là ở các bề mặt có nhiệt độ cao. Để giảm bớt cặn bẩn trong nồi hơi phải định kỳ hoặc liên tục xả cặn và thay bằng nước sạch. Nước xả cặn mang đi mất một số nhiệt lượng. Còn cáu cứng gây lên những tác hại như sau:

- Cáu dẫn nhiệt rất kém làm giảm lượng nhiệt truyền cho các mặt hấp nhiệt (hệ số dẫn nhiệt của cáu thạch cao là 0,5 ¸2 Kcal/m.h.0C của cáu các bô nát can xi là 0,2 ¸1 Kcal/m.h.0C, cáu các bộ nát can xi kết tinh 0,5 ¸5 Kcal/m.h.0C, cáu si li cát 0,07 ¸ 0,2 Kcal/m.h.0C)

- Nhiệt trở của lớp cáu có khi rất lớn, làm cho nhiệt độ thành ống có thể lên cao tới mức nguy hiểm cho độ bền của ống. Lớp cáu xốp và bám không chặt lên bề mặt thì càng dễ gây nên quá nóng, sinh ra phù, nứt,...

- Làm tăng nhanh tốc độ mục rỉ ở dưới lớp cáu.

- Làm tăng cao nhiệt độ khói lò, làm giảm hiệu suất nồi hơi, làm tốn thêm chất đốt. Có thể ước tính lượng chất đốt tốn thêm như sau:

Độ dày lớp cáu (mm)

0,5

1,0

1,5

3,0

5,0

Chất đốt tốn thêm (%)

1

1,5 ¸2

2 ¸3

5

8

Màng dầu bám trên mặt hấp nhiệt có hệ số dẫn nhiệt bé (l = 0,05 ¸ 0,1 Kcal/m.h0C) màng dầu chỉ dày 0,2 mm có thể làm tổn thất 4 ¸ 6% chất đốt, làm cho ống bị quá nóng, mặt hấp nhiệt bị mục rỉ, nước nồi hơi bị nổi bọt.

Trong số các chất khí hòa tan trong nước nồi hơi ô xy O2 là nguy hại nhất, nhất là đối với các nồi hơi thông số cao, O2 gây lên mục rỉ theo phản ứng (CO2 là xúc tác của quá trình mục rỉ thép):

Fe(OH)2 + 2CO2 = Fe(HCO3)2

4Pe(HCO3)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)2 + 8CO2

8.2. Quá trình đóng cáu

Cáu gồm có các muối khoáng không hòa tan trong nước (CaSO4, Mg(OH)2, CaSiO3, CaCO3, MgCl2, CaCl2,...) dầu đã bị cháy, và có thể còn có ô xít kim loại đã sinh ra do mục rỉ. Thành phần của cáu nồi hơi tàu thủy như sau:

CaO = 0,16 ¸ 40,4% MgO = 0,48 ¸ 0,16%

Fe2O3 = 0,08 ¸ 83,4% Al2O3 = 0 ¸ 16,65%

SiO2 = 0,14 ¸ 14,8% P2O5 = 0 ¸ 16,2%

SO2 = 0,83 ¸ 54,7% Dầu và chất hữu cơ khác 0,5 ¸50%.

Sự hình thành cáu là một quá trình hóa lý phức tạo, đó là quá trình các muối khoáng quá no trong nước tách ra lắng thành thể rắn. Chỉ khi đến trạng thái bão hòa (no) thì muối mới bắt đầu đóng cáu. Có loại muối như CaCl2, MgCl2, nhiệt độ càng cao thì độ hòa tan càng lớn (càng xa trạng thái bão hòa). Còn lại muối thứ hai như CaSO4, CaSiO3... nhiệt độ càng cao thì hòa tan càng kém, tức càng dễ bão hòa, dễ đóng cáu.

Quá trình đóng cáu thường diễn ra như sau. Theo đà bốc hơi của nước, nồng độ muối trong nước tăng dần lên. Đến khi đạt tới nồng độ tới hạn ở nhiệt độ này (tức đã no muối), muối sẽ lắng ra thành thể rắn bám lên mặt hấp nhiệt. Đầu tiên trong nước sinh ra những vẩn kết tủa rất nhỏ, các vẩn ấy lớn dần lên, rồi kết to dần lại thành tua, các tua ấy tách ra khỏi nước lắng lên mặt hấp nhiệt thành cáu.

Quá trình hình thành cáu ở mỗi nơi của nồi hơi một khác. Tại các bộ phận trao nhiệt nhiệt độ thấp, chỉ có muối cứng tạo thành cáu các bon nát, cũng có khi có phốt pho can xi, o xít sắt. Nơi bốc hơi mạnh, cáu các bon nát xốp bở. Nơi không bốc hơi, không có dòng nước chảy hỗn loạn sinh ra cáu các bon nát cứng.

Ở các ống nước sôi và vách ống, nhiêt độ khá cao nên có cáu cứng sunfat và silicát (CaSO4, CaSiO3, MgSiO3...) dầu đã cháy. Đáy nồi có đóng cáu bùn, nó gồm có CaCO3, Mg(OH)2, Ca3(PO4)2 và các tạp chất cơ học.

Quá trình sinh cáu cứng silicát tại các nồi hơi áp suất cao chủ yếu là do tuần hoàn yếu và kém ổn định, hơi nước chia lớp. Tại các nơi tuần hoàn yếu hoặc nước hơi chia lớp có thể sinh ra nhiều bóng hơi liên tục, dưới bóng hơi và lớp hơi có màng nước sôi có nhiệt độ sôi và nồng độ muối cao hơn nước trong nồi nói chung, ở đây muối hòa tan có thể đạt đến trạng thái bão hòa. Đầu tiên các muối silicát (CaSiO3, MgSiO3, Na2SiO3) có hệ số hòa tan âm lắng xuống. Rồi các muối dễ tan trong nước có nhiệt độ bão hòa gần nhiệt độ bão hòa của nồi hơi như Na2SO4, Na3PO4 lắng. Cuối cùng lắng là NaOH có nhiệt độ bão hòa cao hơn nhiều so với nhiệt độ bão hòa của nước sôi.

Các bóng hơi bám lên mặt hấp nhiệt trong một thời gian nhất định, thẻ tích bóng to dần lên, chất nước trong bóng bốc hơi sinh ra một lớp cáu mỏng trên mặt, ngay sau khi các bóng hơi nổi lên, vết muối còn lại bị hòa tan: các muối dễ hòa tan thì tan nhanh, các muối khó hòa tan thì chỉ hòa tan được một tí. Kết quả lớp cáu đóng rất cứng. Các bóng hơi liên tục thay thế nhau, toàn mặt hấp nhiệt dần dần bị phủ một lớp cáu.

Tốc độ sinh cáu phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của các bóng hơi. Do đó dùng cách tăng tuần hoàn của nước sẽ giảm được thời gian tiếp xúc của bóng hơi với mặt hấp nhiệt và sẽ giảm được tốc độ đóng cáu.

Tăng tốc độ của nước cũng giảm được cáu. Để chống cáu, biện pháp chủ yếu nhất là tiến hành lọc nươc. Lọc nước bao gồm lọc cặn bẩn, lọc dầu, lọc mềm (lọc muối), khử muối, khử khí. Có thể tiến hành lọc trong nồi hoặc lọc ngoài nồi, hoặc đồng thời lọc trong nồi và ngoài nồi. Nếu nước cấp được lọc kỹ, xả cặn đầy đủ, có thể bảo đảm nồi hơi làm việc 8000 ¸ 10000 h mới phải dừng lò rửa cáu, nếu không lọc có khi chỉ qua 700 ¸ 800 h làm việc đã đóng cáu dày hàng mấy mi li mét, bắt buộc phải rửa nồi.

8.3. Xử lý nước nồi

8.3.1. Xử lý nước ngoài nồi

Xử lý nước ngoài nồi bao gồm: lọc cặn, lọc dầu, khử khí, khử muối cứng.

Có thể không cần khử muối ở ngoài nồi trong những trường hợp sau đây: Nồi hơi ống lửa được cung cấp bằng nước cấp có độ cứng chung dưới 8 mg đương lượng/l, nồi liên hợp và nồi nước áp suất dưới 20 kG/cm2 được cung cấp bằng nước cấp bổ sung có độ cứng chung dưới 5 mg đương lượng /l.

Lọc cặn

Nước ngưng và nước ngoài bổ sung đi qua lưới lọc và các ngăn than cốc của bể lọc (bể nước nóng) sẽ lọc sạch cặn.

Lọc dầu

Nước ngưng của hơi làm việc với máy hơi có lượng dầu khoảng 50 mg/l với tua bin hơi 5 mg/l. Nên nước ngưng của hơi làm việc với máy hơi dùng bể lọc nhiều cấp, của tua bin hơi chỉ cần bể lọc 1 cấp. Vật liệu lọc thường dùng là: khăn bông, vải gai, than cốc than hoạt tính, gỗ, dạ bột antaxit.

Năng lực hút (chứa) dầu của chúng như sau: với than cốc cỡ 20 ¸ 25 mm là 5 g/kg; than cốc cỡ 10 ¸ 12 mm là 9g/kg.

Than cốc cỡ 5 ¸ 6 mm: 20g/kg; than hoạt tính: 250 g/kg; khăn bông: 200 g/kg; dạ thường: 160 ¸ 170 g/kg.

Dầu mỏ trong nước nồi có thể ở một trong ba trạng thái:

- Trạng thái màng nổi: Bị giữ lại tại các ngăn của bể lọc.

- Trạng thái giọt dầu lơ lửng trong nước: Bộ lọc kiểu cơ học giữ lại.

- Trạng thái nhũ tương: Các hạt dầu rất nhỏ (< 0,0001mm) và mang điện tích cùng dấu ngăn không cho chúng kết lại thành hạt dầu to, chúng hầu như không bị bộ lọc cơ học giữ lại. Muốn tách nó ra khỏi nước, trước hết phải khử nhũ tương hoặc dùng bộ lọc dầu kiểu hấp thu. Vật liệu lọc dầu thường được chứa trong các ngăn của bể nước nóng, tốc độ chảy qua bể càng chậm thì chất lượng lọc càng tốt. Than hoạt tính có tác dụng hấp thu dầu rất tốt khi lượng dầu trong nước ngưng dưới 6 mg/l, lưu tốc dòng nước qua bộ lọc dưới 5 ¸ 6 m/h và độ cao tầng than trên 100 mm than cốc và than hoạt tính có tác dụng lọc cơ học lọc hấp thu và khử một phần nhũ tương.

Khi vật liệu lọc đã no dầu, phải thay hoặc rửa ngay, khả năng chứa dầu của bể lọc chủ yếu phụ thuộc vào vật liệu lọc và cấu tạo của bể lọc (có bể chỉ chứa được 0,1 g/mli, có bể đạt tới 14 ¸15 g/mli bể lọc ở hình 9.2 chỉ chứa được 0,8 g/mli).

Hình 8.1. Bể lọc có năng lực chứa dầu cao

1; 2- Bộ phận lắng, lọc; K- than ốc; 0- than hoạt tính.

Dung tích của bể lọc tính theo mỗi mã lực chỉ thị nên vào khoảng 1,5 ¸ 2,5 lít/mli.

Ngoài bể lọc ra, có khi trên đường ống nước cấp chính còn có một đôi bầu lọc phụ kiểu lưới hoàng đồng.

Khử khí

Nồi hơi áp suất dưới 20 kG/cm2 thường tiến hành loại trừ các chất khí trong nước cấp tại bầu ngưng và bể nước nóng.

Nồi hơi áp suất cao cần có thêm thiết bị khử khí riêng, khử khí có nhiều phương pháp.

Kiểu đun sôi: Nước cấp được dẫn vào bầu khử khí và đun sôi, các chất khí hòa tan sẽ bay đi. Đây là phương pháp thường dùng nhất, tuy rằng nó không khử được hoàn toàn hết chất khí.

Kiểu hóa học: Pha vào nước cấp các chất hấp thụ O2 như N2H4, Na2SO3.

N2H4 + O2 -> N2 + 2H2O

2Na2SO3 + O2 -> 2Na2SO4

Phương pháp này có thể khử khí hoàn toàn. Từ 1 kg O2 trong nước cần 1 kg N2H4.

Kiểu nhiệt hóa: Nước đi qua bầu khử khí được đun nóng và nhờ than hoạt tính hấp thụ chất khí.

Kiểu điện học: Dòng điện đi qua nước, ôxygen trong nước bị ion hóa mang điện tích âm và chạy đến cực dương tụ tập thành bóng hơi đi lên bay đi.

Ngoài ra, để giảm lượng khí trong nước, độ quá lạnh của nước ngưng nên hết sức bé (độ lạnh tăng 10C thì lượng O2 tăng 0,06 mg/l), để lọc nên dùng hơi thải hâm nóng hơi nước đến trên 50 ¸ 600C, cần thường xuyên theo dõi tình hình làm việc của vòi thoát khí ở bầu hâm nước và bộ hâm tiết kiệm.

Đối với các nồi hơi cao áp, nhất thiết phải dụng hệ thống kín cấp nước có bộ khử khí kiểu đun sôi.

Nồi hơi ống lửa có khi dùng bộ khử khí đặt trong nồi.

Khử muối cứng

Trên tàu thường dùng các phương pháp khử muối cứng như: phương pháp trao đổi ion dương, phương pháp trao đổi ion âm, phương pháp điện tử, phương pháp điện hóa, phương pháp chưng cất nước.

a. Phương pháp trao đổi ion dương làm mềm nước

Cho nước đi qua các chất trao đổi ion dương như đá bọt, than hoàng hoa, vôphatít, espatit (ký hiệu chung của chúng là NaR), thì ion Na của chúng sẽ trao đổi ion Ca++ và Mg++ của muối cứng trong nước, làm cho các hợp chất khó hòa tan của Ca và Mg (tức muối cứng) trở thành những hợp chất dễ hòa tan của Na (NaHCO3, Na2SO4, NaCl)

Ca(HCO3) + 2NaR = CaR2 + 2NaHCO3

MgSO4 + 2NaR = MgR2 + Na2SO4

CaCl2 + 2NaR = CaR2 + 2NaCl

Kết quả độ cứng giảm (tuy rằng lượng muối chung không đổi vì rằng số lượng ion âm Cl-, SO4-2, HCO3-2 ... trong nước chưa hề thay đổi).

Tương ứng như vậy, có thể dùng các chất trao đổi ion H+.

Ca+2 + 2HR = CaR2 + 2H+

Khi tất cả các ion Na+ sắp trao đổi hết với Ca+2 và Mg+2 cần dùng dung dịch 5 ¸ 10% NaCl tiến hành tái sinh với lưu tốc 7 ¸ 10 m/h.

CaR2 + H2SO4 = 2HR + CaSO4

Năng lượng trao đổi ion dương của đá bọt vào khoảng 100 ¸150 g đương lượng/m3(tức là 1 m3 đá bọt có thể làm mềm 100 ¸ 150 tấn nước có độ thấm ban đầu 1mg đương lượng/1 hoặc 10 ¸15 tấn nước có độ cúng 10 mg đương lượng/l), của than hoàng hóa 280 ¸ 360g đương lượng/l, espatit 400 g đương lượng/l; ôphatit 300 ¸ 600 g đương lượng/l.

Đá bọt (glauconhit thiên nhiên) là alumin silic của Fe và Mg ngậm nước, kí hiệu là (Na2O, Al2O3, SiO2). nH2O.Nó chỉ lọc được nước dưới 350C. Lưu tốc lọc 5 ¸15 m/h. Than hoàng hóa (than đá sunphát hóa) được dùng rộng nhất trên tàu vì rẻ, sẵn. Nó là sản phẩm của than đá tác dụng với H2SO4 đậm đặc (trên 96% H2SO4) với tỷ lệ 1: 4 (theo trọng lượng), nó có mạng hữu cơ phức tạp chứa nhiều nhóm sunfơ HSO3 và các bô xyn COOH. Nó có thể lọc được nước 60 ¸ 700C. Lưu tốc lọc là 20 ¸ 25m/h khi độ cứng của nước 1mg đương lượng/l, 10 ¸15 m/h khi 3 ¸ 6 mg đương lượng/l; 5 ¸ 10 m/h khi trên 6 mg đương lượng/l. Hao hụt hàng năm độ 6 ¸10%.

Trước khi tái sinh, cần cho dòng nước đi ngược chiều trong thời gian 15 ¸ 20 phút với lưu lượng 3 ¸ 5 l/g cho 1m2 mặt cắt bầu lọc để làm xốp vật liệu lọc. Sau khi tái sinh, cần rửa sạch NaCl hoặc H2SO4 bằng nước ngọt: trong 20 ¸ 25 phút đầu cho nước ngọt đi từ dưới lên trên với lưu tốc 4 ¸ 5 m/h, rồi xả ra ngoài tàu trong 25 ¸ 30 phút tiếp đó tăng lưu tốc đến 7 ¸ 8 m/h, phải đưa nước ấy vào két riêng để sau này làm xốp vật liệu lọc. Khi độ cứng của nước sau bầu lọc đạt 0,05 mg đương lượng/l là đã rửa xong.

Thường sau 12 ¸ 24 h lọc, phải tiến hành tái sinh và rửa độ 0,8 ¸ 1,2 h (tuỳ theo độ cứng của nước và dung tích bầu lọc).

Ưu điểm của phương pháp trao đổi ion Na+ làm mềm nước là:

- Một trong những phương pháp tốt nhất làm mềm nước (đạt tới độ cứng 0,01 ¸0,03 mg đương lượng/l).

- Vật liệu lọc có thể dùng lâu năm.

Song thiết bị của nó tương đối to, nặng, phải thường xuyên coi sóc, có trường hợp gây nên độ kiềm quá cao có thể sinh ra giòn kiềm, cần nhiều nước ngọt để rửa.

Các tàu lớn thường trang bị thiết bị lọc mềm này ngay cả một số tàu sông 200 ¸ 300 mã lực cũng áp dụng.

Làm mềm nước bằng cách trao đổi ion dương H+ khử được toàn bộ độ cứng các bon nát (độ kiềm), lượng cặn khô giảm trong nước có tính axit không thể cung cấp cho nồi hơi được.

b. Phương pháp trao đổi ion âm làm mềm nước

Nước có tính axít đi qua chất trao đổi ion âm (ion âm OH-, CO3-2, HCO3-) sẽ tiến hành trao đổi ion âm với a xít.

Trước khi trao đổi ion âm, phải làm cho tất cả các muối trong nước trở thành a xít tức là cho đi qua bộ trao đổi ion dương H+.

Khi trao đổi ion âm, sẽ diễn ra các phản ứng.

2RaOH + H2SO4 ® Ra2SO4 + 2H2O

2RaOH + H2SiO3 ® Ra2SiO3 + 2H2O

RaOH + HCl ® RaCl + H2O

Các chất trao đổi ion âm khác như Ra2CO3, RaHCO3 cũng có phản ứng tương tự.

Khi tái sinh dùng dung dịch kiềm (NaOH, Na2CO3, NaHCO3) để bảo đảm cung cấp nước có độ cứng bằng 0 cho các nồi hơi cao áp hiện đại, cho nước chưng cất đi qua bầu trao đổi ion dương H+ rồi qua bầu trao đổi ion âm.

c. Phương pháp lọc nước bằng từ trường

Cho dòng nước đi thẳng góc với đường sức từ của từ trường mạnh, tuy thành phần hóa học của muối cứng trong nước không hề biến đổi, song lý tính của nước biến đổi (độ nhớt tăng, sức căng bề mặt,... điện của các ion Ca+2, Mg+2 biến đổi).

Do đó các muối cứng lắng thành cáu bùn ở trong nồi hơi, mà không đóng cáu cứng.

Cường độ từ trường nên vào khoảng H = 120000 A/m, lưu tốc nước nên vào khoảng 1 m/s.

Có thể dùng nam châm vĩnh cửu, hoặc nam châm điện.

Bộ lọc từ trường thường bố trí tại giữa bể lọc và bơm cấp nồi.

Lọc nước bằng từ trường thiết bị đơn giản. Nhưng chỉ nên dùng cho nồi hơi ống lửa và nồi hơi liên hiệp ống lửa - ống nước mà độ cứng của nước cấp dưới 4 ¸5 mg đương lượng/l và lượng nước bổ xung dưới 3 ¸ 5% lượng sinh hơi của nồi hơi. Khi lọc nước bằng từ trường, lượng cặn bùn sinh ra nhiều nên phải tăng số lần xả cặn và lượng nước xả.

d. Phương pháp điện hóa làm ngọt nước (khử muối)

Khi có dòng điện đi qua, nước cần khử muối bị ion hóa các ion dương (Na+, Mg+2) đi qua các màng 2 (hình 8.3), các ion âm (Ci-, SO-2,..) đi qua các màng 3. Do đó tạic ác ngăn số chẵn (II, IV, VI...) nồng độ muối tăng lên, còn trong các ngăn số lẻ (I, III, V...) nước được làm ngọt.

Phương pháp điện hóa làm ngọt nước tốn nhiều năng lượng (hơn cả phương pháp chưng cất hồi nhiệt) và còn trong giai đoạn thí nghiệm.

Na+

Cl-

-

+

1

2

3

4

-

+

-

+

-

+

I

II

III

IV

V

Hình 8.2. Sơ đồ thiết bị điện hóa làm ngọt nước.

1- Bể có hàng trăm ngăn; 2- Màng chất dẻo pomime tổng hợp có các nhóm axit H2CO3 cho điện dương đi qua song không thấm nước; 3- Màng chất dẻo polime tổng hợp các nhóm kiềm, cho ion âm đi qua, cũng không thấm nước; 4,5- Điện cực nối với nguồn điện một chiều 100 ¸ 120 V.

e. Phương pháp chưng cất nước ngọt

Khử muối theo phương pháp trao đổi ion, phương pháp từ trường, phương pháp hóa học, cần mang theo trên tàu khá nhiều nước ngọt. Do đó cá tàu đi biển xa thường trang bị thiết bị chưng cất nước biển thành nước ngọt.

Nước biển đi vào bầu chưng cất nhờ hơi thải 1 ¸ 2 kG/cm2 của các máy phụ hoặc hơi trích từ tua bin đun sôi bốc thành hơi qua bầu ngưng đọng thành nước cất. Có khi lợi dụng nhiệt của khói lò để đun sôi trong bộ chưng cất nước kiểu chân không.

Nước chưng cất qua một cấp chỉ đạt được lượng muối chung 20 ¸ 20 mg/l. Muốn có nước tinh khiết hơn (lượng muối chung 1 ¸ 2 mg/l), cần chưng cất lại lần thứ hai, lần thứ ba.

Có khi tiến hành khử muối theo phương pháp liên hợp: Đầu tiên khử muối bằng phương pháp chưng cất, hoặc phương pháp điện hóa, sau cho qua bầu trao đổi ion dương và bầu trao đổi ion âm.

Xả cặn cho nồi hơi

Ngoài việc lọc nước đảm bảo phẩm chất của nước cấp, cần có biện pháp bảo đảm phẩm chất của nước trong nồi (lượng muối chung, độ kiềm, độ clorua). Nước nồi không ngừng bốc hơi, nồng độ các tạp chất tăng lên. Vì vậy cần tiến hành xả cặn nồi và xả cặn đáy bể thay nước sạch vào đảm bảo phẩm chất của nước nồi, do đó hạn chế lượng muối theo hơi nước vào bộ sấy hơi và tua bin.

- Xả cặn nổi (gạn mặt) nhằm xả ra ngoài loại cặn bẩn lơ lửng và dầu. Thường cứ 4 giờ xả cặn nổi 1 lần, xả xong mực nước tại ống thủy hạ xuống không quá mực nước bình thường trong ống thủy.

- Xả cặn đáy nhằm xả cặn bùn đọng dưới đáy nồi ra ngoài. Thường thường cứ 24 giờ xả 1 lần, xả xong mực nước hạ xuống độ mực nước bình thường trong ống thủy.

Nước xả Dx của nồi hơi tàu thủy tuần hoàn tự nhiên chỉ tuỳ thuộc vào lượng muối của nước nồi và của nước cấp.

, kg/h.

Trong đó:

Snc, Sh, Snn- lượng muối của nước cấp, của hơi nước, của nước nồi.

Lượng nước xả Dx thường chiếm 0,5 ¸ 2% lượng sinh hơi của nồi hơi. Khi định kỳ xả cặn, mất khá nhiều nước và nhiệt. Khi liên tục xả cặn, ít mất nhiệt và nước.

Khi xả định kỳ, có thể cho nước xả đi qua ống ruột gà đặt trong bể lọc để giảm bớt tổn thất nhiệt do nước xả mang đi. Khi xả liên tục, nước xả cặn nồi được đưa vào bộ chưng cất nước ngọt.

Xả cặn nồi hơi ống nước nằm:

Khi ấy giảm bớt độ lượng chất đốt, vì rằng khi xả cặn từ bầu góp, cặn ra có thể phá hoại sự tuần hoàn trong cụm khóm ống nước sôi I, làm nứt vỡ ống,...

8.3.2 Xử lý nước trong nồi

Cho trực tiếp thuốc chống cáu vào trong nước nồi hơi là một trong những phương pháp thường dùng cho nồi hơi, nhất là loại vừa và nhỏ.

Khi ta cho thuốc chống cáu như xút, kali các bon nát, natri phốt phát vào trong nước nồi hơi, chúng phản ứng hóa học với các muối cứng trong nước là cho muối cứng lắng thành cáu bùn để xả ra ngoài khi xả cặn.

Khi xút tác dụng với muối cứng tạm thời:

2NaOH + Ca (HCO3)2 -> CaCO3 + Na2CO3 + 2H2O

2NaOH + Mg(HCO3)2 -> Mg(OH)2 + 2NaHCO3.

NaCO3 sinh ra sẽ phản ứng với muối vĩnh cửu.

Khi xút tác dụng với muối vĩnh cửu:

2NaOH + MgCl2 -> Mg(OH)2 + 2NaCl

2NaOH + MgSO4 -> Mg(O)2 + Na2SO4.

Khi Natri các bô nát phản ứng với muối cứng vĩnh cửu:

Na2CO3 + CaSO4 -> CaCO3 + Na2SO4

Na2CO3 + CaCl2 -> CaCO3 + 2NaCl

Khi phốt phát natri tác dụng với muối cứng tạm thời và muối cứng vĩnh cửu.

3Ca(HCO3)2 + 2Na3PO4 -> Ca3(PO4)2 + 6NaHCO3

3Mg(HCO3)2 + 3Na3PO4 -> Mg3(PO4)3 + 6NaHCO3

3MgSO4 + 2Na2PO4 -> Mg3(PO4)2 + 6NaCl

Phương pháp chống cáu này dựa trên nguyên lý chuyển hóa cân bằng hóa học tạo ra điều kiện thuận lợi cho cáu bùn (CaCO3, Ca3(PO4)2, Mg(PO4)2...) lắng xuống tức là tạo ra những điều kiện lý hóa thuận lợi cho các muối các bô nát, các muối phốt phát của canxi và magiê chóng đạt tới giới hạn hòa tan khi nồng độ canxi và magiê vẫn giữ nguyên.

Ví dụ muốn cho CaSO4 không đóng cáu cứng, phải cho Na2CO3 vào nước nồi để tăng nồng độ ion CO3-3 sẽ đạt được giới hạn hòa tan của CaCO3 trong khi nồng độ Ca+2 còn rất nhỏ so với giới hạn hòa tan của CaSO4 kết quả là CaCO3 lắng xuồng (dạng bùn) chứ không phải là CaSO4 (dạng cáu cứng).

Thuốc chống cáu tốt nhất là Na2PO4 vì cáu bùn phốt phát rất ít hòa tan trong nước và chống đóng cáu silíc có hiệu quả. Song vì Na3PO4 đắt tiền nên chỉ các nồi hơi cao áp (PN > 60 kG/cm2) mới dùng hoặc hòa thuốc phốt phát. Cũng có thể dùng Na4P2O7 nhưng phải thêm NaOH để không sinh ra cáu NaFePO4.

Đối với các nồi hơi áp suất không lớn hơn 80 ¸ 90 kG/cm2 có thể cho thêm NaNO3 làm thành màng bảo vệ, giữ cho mặt nồi hơi không bị mục rỉ. Lượng NaNO3 trong nước nên vào khoảng 35 ¸ 40% độ cứng chung. NaNO3 cũng có thể dùng cho nồi hơi ống nước có PN > 20 kG/cm2.

Các nồi hơi áp suất vừa và thấp còn dùng các hóa chất rẻ tiền như NaOH, Na2Co3 thay cho 1 phần Na3PO4.12H2O như thế giảm được chi phí về thuốc chống cáu vì 1 kg NaOH chống cáu tương đương 3 ¸ 4 kg CaPO4.12H2O song như vậy không thể đạt độ mềm cao nhất, vì cáu lắng và tan nhiều trong nước nhất là CaCO3.

Có nhiều phương pháp đưa thuốc vào nồi.

- Phương pháp 1: Dung dịch thuốc được đưa ngay vào bầu nồi hơi nhờ ống phun hơi ép thuốc vào. Cách này rất tốt, vì không đóng cáu bẩn trên đường ống đưa thuốc vào, nên được dùng khi nước sau bầu hâm trên 800C.

- Phương pháp 2: Thuốc được pha trong nước ngưng nóng và hòa vào bể nước nóng (bể lọc). Cũng có thể đặt bình dung dịch trước đường ống hút nước của bơm cấp, nếu nước có độ cứng cao, sẽ đóng nhiều cáu bẩn trên đường ống.

Tốt nhất nên pha thuốc liên tục vào nồi. Nồi hơi ống lửa thường định kỳ 4 giờ 1 lần cho thuốc vào nồi. Như vậy rất đơn giản song độ kiềm của nước kém ổn định. Muốn pha liên tục cần dùng thiết bị đặc biệt điều chỉnh lượng dung dịch thuốc vào nồi.

Ngoài phương pháp lọc nước trong nồi theo phương pháp trên, còn có thể dùng phương pháp siêu âm chống đóng cáu cho các nồi hơi ống lửa và nồi hơi liên hợp ống lửa ống nước. Sóng siêu âm phá hoại quá trình kết tinh của muối lên mặt hấp nhiệt, làm cho các tinh thể của chúng vỡ nhỏ thành cáu bùn. Sóng siêu âm còn có thể phá vỡ cáu cũ, vì rằng mođun của thép và của cáu khác nhau.

Ưu điểm của phương pháp này là: tốn ít năng lượng, thiết bị nhỏ gọn, rẻ.

T

+

-

C

R

G

Hình 8.3. Nguyên lý siêu âm chống cáu.

Nguyên lý làm việc của thiết bị siêu âm chống cáu như sau: Hình 9.1 khi mở công tắc C, điện từ bộ chính lưu được nạp vào tụ điện T, khi đóng công tắc C, điện từ tụ điện T phóng qua cuộn dây của bộ dao động co giãn điện từ G, làm phát ra sóng siêu âm.

Điện trở R dùng để hạn chế cường độ dòng điện khi đóng công tắc C(1).

Công suất mới mạch xung trên 120W.

Khi chống cáu bằng thiết bị siêu âm, nước nồi cần giữ độ kiềm vào khoảng 50 ¸70 mg/l NaOH. Khi dùng phương pháp này tốn ít thuốc chống cáu.

8.3.3 Kiểm tra chất lượng nước nồi hơi

Để tính được chính xác lượng thuốc cần cho việc lọc nước ngoài nồi và lượng thuốc chống cáu khi lọc nước trong nồi để quyết định thời gian xả cặn và lượng nước xả, cần thường xuyên kiểm tra chất lượng nước.

Cứ 24 giờ 1 lần kiểm tra độ clorua của nước ngọt trong khoang nước, kiểm tra độ clorua và độ kiềm của nước trong nồi hơi ống lửa và nồi hơi liên hiệp ống lửa- ống nước. Cứ 12 giờ 1 lần kiểm tra độ clorua, độ phốt phát, độ nitrat, độ kiềm của nước trong nồi hơi ống nước. Cứ 4 giờ 1 lần kiểm tra độ clorua và lượng muối chung của nước đã lọc mềm hoặc của nước chưng cất.

Nước nồi lấy từ van lấy mẫu nước ra phải đưa vào bầu làm nguội (nước nồi đi trong ống ruột gà, nước làm nguội đi ở bên ngoài ống ruột gà) để khói bốc hơi, đảm bảo thí nghiệm được chính xác.

Câu hỏi ôn tập

23. Trình bày mục đích, quy trình kiểm tra chất lượng nước nồi hơi ?

24. Nêu và giải thích tác hại của tạp chất trong nước nồi hơi gây ra?

25. Trình bày các phương pháp xử lý nước nồi ?

CHƯƠNG 9: KHAI THÁC VẬN HÀNH NỒI HƠI

9.1 Vận hành nồi hơi

9.1.1 Chuẩn bị đốt nồi hơi

Chuẩn bị

trong bên ngoài, không bỏ sót dụng cụ và các đồ vật khác, các cửa đảm bảo không bị rò, trước khi đóng, nắp cửa phải lau chùi sạch và bôi graphit để bảo vệ đệm lót khỏi bị cháy. Kiểm tra bên ngoài: kiểm tra Trước khi nhóm lò với nồi hơi sau kỳ sửa chữa hoặc rửa nồi, cần kiểm tra kỹ nồi hơi và các thiết bị cả bên van dẫn hơi chính, van an toàn, van đồng hồ áp suất, van cấp nước, van xả mặt, xả đáy, van xả khí, Nếu cần đem cân lại van an toàn và kẹp chì lại. Kiểm tra các van ở vị trí sãn sàng làm việc.

Kiểm tra và đưa các hệ thống phục vụ vào hoạt động: Việc cấp nước: kiểmc tra các két, van nước bổ xung, van từ két đén nồi hơi, via các bơm xem có hoạt động tốt không. Sau đó tiến hành khởi động hệ thống cấp nước. Với hệ thống nhiên liệu: kiểm tra các van ống. Nếu dùng dầu FO phải hâm, bật nguồn hâm, các bộ phận như: bầu hâm, rơ le nhiệt độ, bơm tuần hoàn nhĩên lĩệu sẽ hoạt động. Sau khi chuyển giữa 2 chế độ FO và DO phải chú ý các van by-pass. Kiểm tra các đường ống hơi, bình ngưng tụ.

Điểm lửa

Trước khi điểm lửa nhóm lò, cần vặn mở van dò mực nước hoặc van xả nước của ống thủy để kiểm tra xem trong nồi hơi có còn nước không.

Cần thực hiện đúng qui định nhóm lò, bảo đảm thời gian nhóm lò lấy hơi không ngắn hơn mức qui định giữ đúng tốc độ, nâng cao áp suất trong từng giai đoạn của thời gian nhóm lò, thực hiện đầy đủ các khâu kiểm tra và biện pháp an toàn.

Bật công tắc điều khiển ở chế độ bằng tay hoặc tự động (Manual - Auto)

Ở chế độ đốt bằng tay thì trình tự khởi động như sau:

1) Bật quạt gió và bơm nhiên liệu

2) Sau khoảng 30 giây bật thiết bị đánh lửa

3) Đóng van điện từ thì nồi hơi sẽ cháy

Ở chế độ tự động tự động

1) Ấn nút COMBUSTION

2) Quan sát sự cháy

3) Quan sát sự tăng áp suất hơi, sự tăng nhiệt độ

4) Theo dõi các thông số làm việc: Pnc, PN, Pnl, Tnl

5) Khi áp suất hơi bắng 0.2 áp suất định mức thì xả khí cho nồi hơi qua van an toàn

6) Hâm hệ thống đường ống để tránh dòng nước xê dịch trong hệ thống đường ống gây bục gioăng, vỡ ống

7) Khi áp suất nồi hơi bằng 0.5 áp suất định mức thì hé mở van hơi, đồng thời mở các van xả nước.

9.1.2 Đưa nồi hơi vào hoạt động

Sưởi nóng đường ống hơi

Khi đạt tới áp suất định mức PN, trước lúc dẫn hơi từ nồi hơi vào đường ống hơi chính. Cần sưởi nóng đường ống này trong 15 ¸20 phút, xả kỹ nước đọng nhằm tránh gây lên ứng suất nhiệt lớn (nhất là đường ống hơi nước thông số cao cần bọc cách nhiệt tốt, tốc độ tăng nhiệt độ 2 ¸30C và tránh hiện tượng nén nước do hơi nước gặp lạnh ngưng đọng gây lên. Trước khi bắt đầu sưởi đường ống, cần mở các van xả nước của đường ống chính, chờ đến khi được đọng xả hết, rồi hé mở van hơi chính (hoặc chỉ mở van thông ngang). Khi hơi khô bắt đầu ra van xả nước mỏ to van hơi chính và đóng van xả nước.

Ghép các nồi hơi

Trước khi ghép hai hoặc nhiều nồi hơi cùng cung cấp hơi, cần mở van thông ngang hoặc van nồi hơi cho hơi nước từ nồi hơi có áp suất cao đi sang nồi hơi áp suất thấp hơn, chờ đến khi dứt hẳn tiếng hơi lưu động trong ống nước mới được mở hết sức từ từ van hơi chính.

Coi sóc nồi hơi khi làm việc

Để đảm bảo an toàn và hiệu suất phải thường xuyên theo dõi xem xét mực nước và áp suất nhiệt độ hoưi, nhiệt độ nước cấp, tình hình cháy, định kỳ xả cặn, thổi muội kiểm tra phân tích chất lượng nước và khói, kiểm tra và điều chỉnh các máy phụ và thiết bị. Nếu coi sóc không tốt, hiệu suất nồi hơi có thể bị giảm mất 5 ¸10 % cũng có thể gây tai nạn.

Phải cố giữ cho áp suất và nhiệt độ hơi nước, nhiệt độ nước cấp ổn định. Phải cấp nước đều đặn, liên tục. Trường hợp cần bổ sung thêm nước nguội, phải bổ sung từ từ.

Khi sóng to mực nước nồi lên cao hơn mực nước bình thường, song không được quá cao để khỏi trào nước vào bộ sấy hơi và đường ống hơi.

Khi mực nước nồi bị giảm do đột ngột giảm bớt lượng hơi cấp cho máy. Không nên vội vã tăng cường cấp nước, vì có thể dăm ba phút sau sẽ trở lại mực nước cũ. Ngược lại khi mực nước nồi tăng lên do đột ngột tăng lượng hơi cấp cho máy cũng như vậy.

Chú ý rằng mực nước trong ống thủy bao giờ cũng thấp hơn mực nước trong bầu nồi, vì răng nhiệt độ nước trong ống thủy thấp nhiệt nhiệt độ nước trong bầu nồi (có khi tới 100 ¸1200C).

Phải thông rửa ống thủy ít nhất hai lần mỗi ca. Nếu mực nước trong ống thủy không động, ống thủy chắc là bị tắc.

Khi một ống thủy bị hỏng, phải lập tức chữa ngay. Nồi hơi làm việc với ống thủy còn lại không được lâu quá 20 phút. Nếu cả hai ống thủy đều hỏng, phải dừng lò ngay.

Các áp kế phải kiểm nghiệm mỗi năm một lần. Nước nồi phải tiến hành phân tích mỗi ngày đêm ít nhất một lần, xả cặn nồi mỗi ngày đêm ít nhất phải một lần. Trước khi xả cặn tăng mực nước nồi đến mức cao hơn bình thường 20 ¸ 30mm, phải mở van thông trước khi mở van xả cặn nổi, xả cặn nổi cho phép tiến hành ở áp suất cao hoặc thấp. Xả cặn đáy: cứ 2 ¸ 3 ngày một lần tuỳ theo kết quả phân tích nước nồi. Nếu đường ống xả không có vòng nghẽn, chỉ cho phép xẩ ở áp suất 4 ¸ 5KG/cm2 để cho đường ống xả khỏi bị rung và đập nước. Khi xả cặn đáy phải cẩn thận, phải luôn chú ý mực nước nồi, đề phòng tai nạn xả cặn nước nồi. Chỉ dùng tay vặn van xả, cấm không dùng cà lê hoặc đòn quay. Tuyệt đối không xả cặn đáy cho hộp vách ống khi nồi hơi đang làm việc. Trước khi xả cặn đáy, cần tăng mực nước nồi lên đến mép trên của ống thủy.

Thổi muội: Tiến hành định kỳ, số lần thổi muội tuỳ theo chất đốt và lượng muội tro. Không được ngại tốn hơi nước mà giảm số lần thổi muội. Trước khi thổi phải xả hết nước đọng trong đường ống hơi, khi thổi nên quay chậm bộ thổi muội, không được để cố định làm mặt hấp nhiệt bị quá lạnh, thứ tự cho hơi nước vào các bộ phận thổi muội, nên theo hướng khí lò đi, khi thổi muội cần tăng cường thông gió lò để cho khí lò mang muội lên trời.

Khi gặp sóng gió to: Cần chú ý kiểm tra độ chắc chắn về cố định nồi hơi, nên xả thêm nước nồi, giảm nồng độ muối và kiềm trong nước nồi để tránh hiện tượng sôi trào.

9.1.3. Dừng nồi hơi

Trường hợp chỉ cần ngừng cung cấp hơi dưới 1 ¸2 ngày nên ủ lò, như vậy không những đỡ tốn công sức, lại làm tăng thêm tuổi thọ của nồi hơi, tuy tốn thêm một số chất đốt.

Nồi hơi đốt dầu ủ lò bằng cách chỉ giữ lại ống phun ở chính giữa, hoặc giảm lượng dầu phun (trường hợp chỉ có một súng phun).

Trước khi ủ lò, phải cấp nước đến mực cao nhất vì rằng khi ngừng cung cấp hơi sẽ phát sinh hiện tượng sôi bồng, làm sụt mực nước nồi.

Trước khi tắt lò cũng phải cấp thêm nước để xả cặn nồi. Phía theo đúng thời gian tắt lò đã qui định. Phải cho nồi hơi nguội dần, phải đóng kín tất cả các cửa bướm khí và các van (trừ van xả của bộ sấy hơi) đến khi áp suất hơi nước chỉ còn 0,5 ¸1 kG/cm2 tiến hành xả cặn đáy.

9.2. Một số hư hỏng thường gặp

9.2.1 Hiện tượng

Cạn nước nồi chưa nghiêm trọng

Biểu hiện: mức nước rất thấp trong ống thuỷ qua bộ báo động (Low water Level)

Cạn nước nồi nghiêm trọng

Trong ống thuỷ không thấy mức nước: xả đáy ống thuỷ thì thấy hơi ra. Nghiêm cấm không được cho nước vào. Tắt nồi hơi, xả hết hơi và để nguội từ từ.

Mức nước nồi hơi quá cao xảy ra lúc mới đốt

Cháy hỏng các bề mặt trao đổi nhiệt

- Do cáu cặn dày làm cho các bề mặt TĐN quá nhiệt khi nồi hơi hoạt động gây ra giòn, thủng kim loại

- Do ăn mòn và quá nhiệt

Khi các bề mặt trao đổi nhiệt bị cháy thì khói lò trắng, áp suất hơi giảm, tiêu thụ nước nồi tăng lên

Áp suất hơi thấp hoặc cao

Điều chỉnh áp suất: dùng rơ le áp suất để chỉnh. Đối với nồi hơi phụ khí xả, điều chỉnh lượng khí xả vào nồi hơi, hoặc có thể điều chỉnh áp suất hơi bằng van tràn

Nồi hơi không cháy

Do hệ thống nhiên liệu: chất lượng phun sương kém, nhiệt độ hâm dầu thấp, nến đánh lửa bị bẩn, hoặc do lượng không khí cấp vào quá nhiều, độ mở của bướm khí không đảm bảo

Khi đang hoạt động do tín hiệu bảo vệ: mức nước, nhiệt độ dầu Fo, áp suất dầu

9.2.2 Giải quyết các hư hỏng và tai nạn nồi hơi

1. Cạn nước nồi chưa nghiêm trọng (mức nước nồi giảm nhanh song vẫn còn thấy ở ống thủy) kiểm tra ống thủy có bị tắc không, nếu ống thủy không bị tắc thì giảm lượng chất đốt, tăng lượng nước cấp, dùng tay điều chỉnh lượng nước cấp.

2. Cạn nước nồi nghiêm trọng: (không còn nhìn thấy mực nước trong ống thủy) nếu mở van xả dưới của ống thủy thấy có hơi phụt ra, có chỗ kim loại đã bị nóng đỏ thì ngừng cấp chất đốt, tuyệt đối không được tiếp tục cấp nước, tắt quạt gió và quạt hút khói, dùng tay giật van an toàn để hạ thấp áp suất nồi hơi đến 0, đóng kín các cửa buồng đốt, chờ đến khi nhiệt độ nước nồi đến 60 ¸700C thì tiến hành xả nước nồi, sau đó kiểm tra kỹ bên trong nồi.

Nếu phát hiện có chỗ bị quá nóng (như có chỗ kim loại hoặc cáu nước đã bị đổi màu) thì không nên cho nồi hơi tiếp tục làm việc trở lại nếu chưa được đăng kiểm kiểm tra.

3. Nước nồi quá cao: Trước hết phải kiểm tra ống thủy có bị tắc không, rồi mới giảm lượng nước cấp, tạm thời giảm bớt lượng hơi cung cấp cho máy nếu cần thì xả bớt một ít nước nồi. Trường hợp nước sôi trào ra đường ống hơi, để tránh xảy ra nén nước làm vỡ ống và máy cần lập tức xả nước cho đường ống hơi, bộ sấy hơi và máy, ngừng cung cấp hơi vào máy, ngừng đốt.

Nước nồi quá cao có thể là do cấp quá nhiều nước hoặc do hiện tượng sôi trào. Hiện tượng sôi trào phát sinh khi tăng đột ngột tải trọng nồi hơi, làm giảm áp suất nồi hơi, nước nồi hơi bốc hơi mãnh liệt, số lượng bóng hơi trong nước đột nhiên tăng lên, mực nước nồi vụt lên rất cao, hoặc do nồng độ muối trong nước hoặc do nồng độ thuốc chống cáu quá cao, bọt thuốc kiềm và váng dầu nổi trên mặt nước nồi làm giảm độ cao của không gian hơi.

4. Cháy hỏng mặt hấp nhiệt: ống hoặc bầu bị quá nóng, bị võng, bị phù lún, bị nứt, nổ vỡ, khi ống bị vỡ, sẽ nghe tiếng nổ và áp suất hơi nước giảm sút, thấy hơi nước từ ống khói phụt ra, hơi nước và ngọn lửa từ trong buồng đốt phụt ra ngoài.

Trường hợp ống hoặc buồng đốt bị võng hoặc phù lún, lập tức ngừng cấp chất đốt, ngừng cấp nước, tách nồi hơi khỏi ống hơi, cho nguội dần rồi kiểm tra.

Thân nồi hơi ống lửa nếu nhóm lò, tắt lò đột ngột có thể bị cong, rò hở ở mối tán, mối nối. Buồng đốt bị lún cục bộ hay biến dạng toàn bộ có thể là do cạn nước (nếu đỉnh buồng đốt có một vết lún ngắn) hoặc có nơi đọng dầu hoặc do đóng cáu cặn (nếu vết lún ở vùng cách đỉnh 450).

5. Trường hợp ống bị vỡ: Lập tức đóng van của nồi hơi, giật van an toàn ngừng cấp chất đốt tăng cường thông gió và hút khói để đuổi hơi nước lên trời, rồi đóng các cửa thông với buồng đốt cho nồi hơi nguội dần. Chú ý rằng nếu ống bị vỡ do nước nồi quá cạn, cần tiếp tục cấp nước cho đến khi buồng đốt đã tắt ngọn lửa.

Trường hợp vỡ ống ở giữa cụm ống sẽ khó tìm kiếm, khi ấy có thể dùng nút gỗ bịt chặt dưới ống, rót nước vào đầy ống mà xem.

Ống bị hỏng nếu chưa kịp thay,, có thể tháo bộ ống cũ, rồi nút lỗ phía trong bầu bằng cái nút rỗng bằng thiếc hoặc bằng đồng chóp. Nếu nút từ phía ngoài bầu cũng tạm được, song phải nút thêmmột nút bằng thép ít các bon, phía ngoài có bọc cách nhiệt. Cũng có thể từ phía trong bầu vặn nút có ren bằng thép CT5.

Nồi hơi ống lửa có ống lửa bị hỏng, nếu dùng thiết bị nút chuyên dùng bịt cổ ống ấy, vẫn cho nồi hơi tiếp tục làm việc được.

Rò nhiều nước và hơi: phải dừng ngay. Chú ý chỉ được xem chỗ rò sau khi đã hạ thấp áp suất tới 0. Nếu rò ít (chỉ thấy vết muội) thì cho phép tiếp tục làm việc, song phải giảm tải.

6. Vách buồng đốt hư hỏng: Nếu gạch bị đổ sạt phải dừng lò ngay để sửa chữa. Nếu cần có thể tạm thời tiếp tục đốt lò song phải giảm ngọn lửa ở gần chỗ ấy. Nếu vách gạch bị ẩm ướt do ống nứt vỡ, phải sấy khô trước khi nhóm lò.

Nếu tấm dẫn khí bị hỏng nên tranh thủ chữa gấp.

Cháy muội trong bộ sưởi không khí: ngừng đốt ngừng cung cấp không khí đóng kín mọi cửa buồng đốt bướm khí lò liên tục thổi muội bằng hơi nước, hoặc mở cửa ở gần nơi cháy dùng bình bọt chữa cháy.

Để tránh tai nạn cháy muội, phải thổi muội thường xuyên định kỳ.

7. Áp suất hơi quá cao: Nếu van an toàn đã thoát hơi mà áp suất vẫn không giảm, phải ngưng hoạt động quạt gió vào buồng đốt, đóng kín các cửa buồng đốt hoặc bướm khí, tạm thời ngừng cấp chất đốt, tăng cường cấp nước.

8. Áp suất hơi quá thấp: Nếu ngọn lửa vẫn mạnh thì cần kiểm tra mực nước nồi, nếu là do mực nước nồi quá thấp làm giảm diện tích mặt hấp nhiệt, cần giảm bớt lượng hơi nước cung cấp, nếu là nồi hơi ống lửa nên tạm thời dừng lò.

9. Súng phun bị tắt có thể là do nước lọt vào két dầu hoặc bầu hâm dầu hoặc súng phun bị tắc vì cặn, hoặc súng phun bị bịt bởi bóng khí do không khí từ két dầu hoặc buồng đệm không khí của bơm dầu.

Súng phun bị phun lửa ra ngoài: có thể là do áp suất trong khoang nồi hơi thấp hơn áp suất trong buồng đốt hoặc do sự cháy nổ của hỗn hợp khí, lập tức khóa van dầu chính, dừng bơm dầu, tăng áp suất không khí trong khoang nồi hơi.

Phát sinh nạn cháy khoang nồi hơi: Chữa cháy bằng bình bọt, khóa chặn các đường ống dầu thông đến đó, giảm bớt lượng phun dầu, nếu cần ngừng bơm dầu, đóng tất cả các van trước nồi hơi, rút toàn bộ người ra khỏi, đóng kín cửa của khoang nồi hơi và tất cả các lối thông, tắt quạt gió dùng hệ thống hơi nước hoặc CO2 mà dập lửa.

9.3. Bảo dưỡng nồi hơi tàu thủy

9.3.1 Thử thủy lực nồi hơi

Mục đích

- Xác định tình trạng kỹ thuật sau thời gian khai thác

- Kiểm tra độ bền sau khi sự cố, tai nạn, hoán cải

Chu kỳ thử

- Định kỳ

- Sau khi sửa chữa lớn

- Sau sự cố, hư hỏng

- Sau khi hoán cải

Hội đồng thử

- Chủ tàu

- Đăng kiểm viên

- Máy trưởng

Quy trình thử

- Áp suất thử : pthử = 1,5 pN

- Tháo các van, thay bằng các mặt bích, để lại một van cấp nước

- Bơm đầy nước

- Lắp vào hệ thống bơm thử thủy lực có áp suất cao, lưu lượng nhỏ

- Tăng dần áp suất, đồng thời kiểm tra độ bền, độ kín

- Giữ ở áp suất thử 12 tiếng để kiểm tra

- Lập biên bản, xác định thông số công tác của nồi hơi

9.3.2. Tẩy rửa cáu

Nồi hơi tàu thủy định kỳ rửa nồi để tẩy cạo cáu nước, chu kỳ rửa nồi tuỳ thuộc vào phẩm chất nước cấp và nước nồi, kiểu nồi hơi. Nồi hơi ống lửa cần rửa nồi với chu kỳ 1500 ¸ 2000 giờ nếu nước xấu có thể chưa tới 1000 giờ, nồi hơi ống nước 1000 ¸ 1500 giờ nếu nước xấu có thể chưa tới 700 giờ, nếu nước tốt có thể tới 8000 ¸ 10000 giờ. Giờ tính ở đây là giờ tính suy ra lúc tàu chạy hết tốc độ tính theo 100% thời gian, lúc chạy chậm hoặc xếp dỡ hàng tính theo 60%, lúc giữ hơi 30% thời gian không đốt lò không tính.

Việc cạo cáu cần phải làm liên tục gấp rút trong khoảng 10 ¸ 12 giờ và tiến hành ngay sau khi xả nước nồi (lúc ấy nhiệt độ nước nồi là 50 ¸ 600C) không nên để cho cáu khô cứng lại. Cạo rửa xong cần kiểm tra bằng cách soi ánh sáng hoặc thả viên bi xuống có đường kính bằng 0,9 đường kính trong của ống. Xong bôi một lớp graphít bảo vệ, đốt nhỏ ngọn lửa hong khô trong vòng 2 ¸6 giờ.

Tẩy rửa cáu có thể tiến hành theo 3 cách: Phương pháp rửa bằng a xít , phương pháp rửa bằng kiềm và phương pháp cơ học. Phương pháp rửa bằng a xít nhanh chóng phá được cáu dày đặc song không thể dùng cho nồi hơi có chỗ nứt rạn, mục rỉ, không kín. Những nồi hơi như vậy cần áp dụng phương pháp rửa kiềm và phương pháp cơ học.

Tẩy rửa bằng axít

Trước khi rửa axít phải bịt tất cả các van, chỉ trừ van xả nếu có vết dầu trong cáu nước phải tiến hành khử dầu bằng cách đun nước trong nồi trong 24 giờ ở áp suất 0,5 ¸ 0,8 kG/cm2 sau khi đã pha 10kg Ca(OH)2 và 25 kg keo thủy tinh cho 1m3 nước nồi, rửa bằng axit crômic hoặc: H2SO4 (3% rất tốt) song đắt tiền. Khi là cáu CaCO3 hoặc MgCO3, cần đun nước nồi đến 20 ¸ 400C, cáu silicát hoặc cáu sun phát cần đun đến 700C.

Có thể tẩy rửa bằng a xít HCl với nồng độ HCl không dưới 2% và không được trên 10%. Cứ 0,5mm chiều dày cáu cặn tăng nồng độ HCl thêm 2 ¸3%. Cáu silicát hoặc cáu sun phát cần nấu nồi với nồng độ 5 ¸7% HCl.

Cáu sun phát nếu thử đun nóng trong dung dịch 10% HCl mà không tan ra, nếu pha thêm NaF hoặc NH4F (20 ¸30 kg/tấn nước) trong dung dịch 2% HCl.

Rửa a xít nên dùng bơm tiến hành tuần hoàn cưỡng bách để cho nồng độ dung dịch ở các nơi được đều nhau. Dung dịch được đun nóng nhờ hơi nước của nồi hơi khác hoặc đun nhỏ lửa.

Thời gian nấu a xít từ 6 ¸20 giờ tuỳ theo độ dày lớp cáu và đặc tính của cáu. Trong thời gian nấu phải bổ sung thêm axít để khôi phục nồng độ a xít. Khi nồng độ a xít giữ nguyên không giảm, tức là cáu đã tan hết. Sau khi xả dung dịch a xít, cần nấu kiềm (2 ¸3% NaOH hoặc Na2CO3) trong 6 ¸8 giờ để trung hòa a xít, rồi dùng nước nóng rửa lại, bộ sấy hơi nên xối rửa bằng nước ngưng nóng hoặc nước chưng cất.

Tẩy rửa bằng kiềm

Trường hợp cáu dày đặc và không cho phép rửa bằng a xít cần nấu kiềm rồi cạo cáu, trước khi nấu kiềm cần tháo tất cả các van bằng đồng rồi bịt chặt bằng bích hoặc thay bằng van cũ. Nếu không các chi tiết bằng đồng sẽ bị kiềm ăn mòn.

Trước khi nấu kiềm, giảm áp suất nồi hơi đến áp suất làm việc, dùng hệ thống cấp nước đưa dung dịch thuốc kiềm vào nồi, qua hai giờ giảm áp suất đến 0 rồi lại tăng đến áp suất làm việc, cứ lặp đi lặp lại như vậy để làm bong cáu, cứ cách hai giờ lúc áp suất 1 kG/cm2 lại xả cặn nồi và bổ sung nước, cứ cách 1/2 giờ hoặc 1 giờ thử độ phốt pháp và độ kiềm của nước nồi cho đến khi nồng độ kiềm không giảm nữa là xong. Cho nồi hơi nguội dần, xả cặn đáy ở 0,5 ¸ 1 kG/cm2 kiểm tra cáu và lập tức cạo ngay để tránh hóa cứng. Lượng thuốc kiềm pha là: nếu là cáu sun phát cần 1,5 ¸2 kg Na3PO4 cho 1m3 nước nồi, về sau pha thêm 0,75 ¸ 1 kg cho 1m3 nước, nếu cáu cứng dày cần 8 ¸12 kg Na2CO3 và 0,4 ¸0,6 kgNaOH (số lớn dùng cho trường hợp cáu dày trên 5mm) hoặc 15 ¸20 kg thuốc chống cáu.

Thời gian nấu kiềm như sau:

Độ dày cáu mm

0,5

0,5 ¸0,75

0,75 ¸1

1 ¸3

3 ¸5

5

Thời gian nấu kiềm (giờ)

6

8

13

36

40

60

Phương pháp cơ học cạo cáu

Dùng cho trường hợp cáu mỏng hoặc cáu dày nhưng đã nấu kiềm.

Phương pháp thủ công cạo cáu là dùng dây cáp nhỏ buộc vào bàn chải thép, luồn vào ống mà kéo lui tới.

Phương pháp cơ giới cạo cáu dùng dao phay cáu bằng thép ít các bon thấm than. Lúc đầu cạo bằng dao có đường kính bé để dễ luồn vào trong ống

Về sau thay bằng dao có đường kính lớn hơn, dao phay nối với trục mềm và được truyền động bằng điện dưới 12V, nếu ống rất cong có thể lấy thêm khớp các dạng. Dao phay cũng có thể được truyền động bằng khí nén, hoặc truyền động bằng thủy lực nhờ bơm chữa cháy hoặc bơm nước dằn có cột áp độ 7 kG/cm2. Dao phay truyền động thủy lực rất tốt, vì nước xả ra có tác dụng làm nguội và chống bụi.

Chú ý dao phay chỉ được cho quay lúc đã và đang ở trong ống.

Cạo muội

Dùng khí nén thổi mạnh, nếu cần dùng dao cạo, búa đục... muội dầu bám rất chặt, nên sau khi thổi sơ qua bằng không khí nén, dùng nước nóng xối sạch ngay khi ống còn nóng.

9.3.3. Niêm phong nồi hơi

Nồi hơi ngừng đốt lâu ngày cần niêm phong để giảm bớt mục rỉ. Có thể dùng cách niêm phong khô, niêm phong ướt, niêm phong nửa ướt nửa khô.

Phương pháp niêm phong khô: Dùng cho nồi hơi ngừng đốt trên 1 tháng, trước hết cần tẩy sạch mặt trong và mặt ngoài của bề mặt hấp nhiệt, xả hết nước, hong khô bằng phương pháp tự nhiên (mở cửa bầu nồi ngay khi trong buồng đốt chưa nguội hẳn) hoặc bằng phương pháp đốt lửa, đặt các chậu đựng chất hút ẩm như (CaCl2 khô 0,3 kg/m3) hoặc keo silicát (3kg/m3) đã được nung ở 170 ¸1800C trong 3 ¸4 giờ, xong bịt kín tất cả các cửa van để không cho ô xy lọt vào, sau 1 tháng kiểm tra, tiếp theo cứ 2 ¸3 tháng kiểm tra lại 1 lần nếu thấy chất chống ẩm đã ướt phải sấy khô hoặc thay mới. Riêng đối với bộ sấy khô và bộ hâm nước tiết kiệm, nên dùng nước nóng làm tan muội, rồi dùng không khí nén thổi khô hoặc đun nhỏ lửa.

Nếu ngừng đốt trên ba tháng, các phụ tùng nên tháo rời niêm phong riêng.

Câu hỏi ôn tập

26. Trình bày qui trình vận hành nồi hơi tàu thuỷ ?

27. Trình bày các quy trình tẩy rửa cáu cặn nồi hơi tàu thuỷ ?

28. Trình bày các sự cố thường gặp khi khai thác nồi hơi tàu thủy ( Hiện tượng, nguyên nhân, biện pháp khắc phục )?

PHẦN II: TUA BIN HƠI TÀU THỦY

CHƯƠNG I: NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA TUA BIN HƠI

1.1. Nguyên lý chung của dòng hơi, hoạt động của tầng tua bin

1.1.1 Nguyên lý tác dụng xung kích, đặc tính xung kích

Hình 1.1. Tác dụng xung kích biến đổi động năng thành cơ năng

Cho một dòng hơi có động năng lớn thổi vào một bản phẳng, dòng hơi tác dụng lên bản phẳng với ba dạng: Đẩy vật dịch chuyển theo phương chiều dịch chuyển của dòng hơi; ma sát sinh nhiệt tại chỗ của dòng hơi và bản phẳng; bắn hạt hơi bật trở lại theo mọi phương. Trong ba dạng, tác dụng đảy bản phẳng là tác dụng xung kích của dòng hơi biến động năng của dòng hơi thành công cơ học. Nếu bản phẳng được gắn bánh xe thì nó sẽ chuyển động làm công có ích của dòng hơi tăng lên, nếu hai dạng tổn thất năng lượng kia giảm. Nếu ta thay đổi bề mặt phằng thành mặt cong và vị trí thổi hợp lý, ta sẽ giảm được hai dạng tổn thất đó và tác dụng của dòng hơi tăng lên.

Khảo sát dòng hơi chảy trong cánh bán nguyệt:

Khi dòng chảy dọc theo bề mặt cánh các hạt hơi ở a, b, c hay bất kỳ điêm nào trên cánh đều xuất hiện lực ly tâm P tác dụng lên cánh. Trong đó, thành phần Pa vuông góc với phương của dòng chảy, chúng đối xứng và triệt tiêu lẫn nhau nên không ảnh hưởng tới chuyển động của cánh, thành phần Pu tổng hợp thành lực làm dịch chuyển cánh. Trên thực tế, các prôphin của cánh tua bin không hình thành bán nguyệt, phương của dòng hơi trùng với phương chuyển động của cánh.

1. Ống phun 3. Bánh động

2. Cánh động 4. Trục rôto

Hình1.2. Nguyên lý tác dụng xung kích của hạt hơi có khối lượng chuyển động lên cánh

Động năng của dòng hơi càng lớn thì công cơ học dòng hơi càng lơn. Để tạo ra động năng cho dòng hơi, người ta bố trí phía trước dây cánh một bộ phận phun hơi là ống phun. Trong ống phun dòng hơi có thế năng ban đầu giãn nở áp suất, tốc độ lưu động tăng. Thế năng của dòng hơi được biến đổi thành động năng khi ra khỏi ống phun được thổi vào rãnh của cánh. Khi lưu động dòng hơi từ cửa vào của ống phun đến mép ra của rãnh cánh đã thực hiện một dòng hoàn chỉnh. Một cụm bao gồm ống phun và rãnh cánh như vậy gọi là một tầng xung kích của tua bin. Trong tần xung kích, hơi chỉ giãn nở trong ống phun, trên rãnh cánh hơi không giãn nở do hình rãnh cánh được làm đối xứng.

1. Ống phun

2. Cánh động

3. Bánh động

4. Trục

5. Đường hơi ra

6. Vỏ tua bin

Hình 1.3. Sơ đồ tầng xung kích

1.1.2 Nguyên lý tác dụng phản kích, đặc tính tầng phản kích

Khác với tầng xung kích, rôto của tần phản kích quay điện không chỉ dựa vào tác dụng xung kích của dòng hơi mà còn nhờ vào tác dụng phản lực của dòng hơi trên cánh. Tác dụng phản lực sinh ra khi hơi giãn nở trên rãnh cánh do biến dạng của cánh là không đối xứng.

Khi chảy qua ống phun.

P : Po P1

C : Co C1

Do các cánh có prôphin đặc biệt (gần giống ống phun) cho nên khi dòng chảy vào cánh sẽ xảy ra sự giãn nở lần thứ hai làm áp suất tiệp tục giảm P2, động năng tăng, C2 nhỏ. Sự giãn nở của dòng hơi trong các rãnh cánh gây ra gia tốc cảu dòng trong đó, gia tốc tạo lên phản lực tác dụng lên prôphin cánh.

Với tầng phản kích, lực tổng hợp tác dụng lên cánh sẽ gồm :

- Lực xung kích Px

- Lục dọc trục Pa = P1 - P2 (chênh áp lực)

- Lực phản kích Pp

Lực tổng hợp

Hình 1.4. Sơ đồ tầng phản kích

Mức độ phản kích được tính bằng tỷ số của nhiệt giáng lý thuyết do giãn nở trên cánh và nhiệt giáng lý thuyết do giãn nở trên toàn tầng (%), mức độ phản kích bằng 40 - 60 %, thực tế là 50 %

1.1.3 Tua bin nhiều tầng

Khi dùng tua bin một tầng thì năng lượng thải còn tương đối lớn và không tận dụng được hết. Vì vậy người ta dùng tua bin nhiều tầng, do các kiểu liên hợp khác nhau giữa các tầng xung kích và phản xung kích cấu tạo nên.

Tua bin xung kích nhiều cấp độ (Tua bin xung kích vành đôi Kertic)

Hơi vào ống phun có áp suất là Po, tốc độ chảy Co. Trong ống phun, hơi giãn nở làm giảm áp suất xuống P1, tốc độ tăng lên C1 và được thổi vào cánh động thứ nhất. Trong rãnh cánh này, động năng được chuyển thành cơ năng lần thứ nhất và quá trình xảy ra dưới áp suất không đổi do rãnh cánh xung kích không giãn nở.

Trên rãnh cánh P1 = P2, tốc độ giảm từ C1 xuống C2. Ra khỏi rãnh cánh động thứ nhất dòng hơi được dẫn vào cánh hướng. Trong cánh hướng, dòng hơi không biến đổi năng lượng mà chỉ thay đổi hướng chảy để vào cánh động hai sao cho cùng chiều với CH1. Vị trí của cánh hướng như cấp tầng ống phun nhưng chức năng khác hẳn nhau. áp suất qua cánh hướng là không đổi còn vận tốc có giảm chút ít (gần như không thay đổi). Ra khỏi CH, dòng hơi chảy vào rãnh CĐ2 thực hiện quá trình biến đổi năng lượng, động năng của dòng hơi biến đổi thành cơ năng lần 2. Khi chảy qua CĐ2, áp suất không đổi P1 = P2 = P4, tốc độ giảm xuống từ C3 đến C4. Hơi thải chỉ mang động năng rất nhỏ ứng với tốc độ C4 nhỏ hơn C3. Tổn thất hơi thải giảm, hiệu suất tua bin tăng lên.

Tua bin xung kích nhiều tầng áp suất

Trong tầng xung kích thứ hai, nếu ta thay ống phun vào vị trí của rãnh cánh hướng thì dòng hơi sẽ diễn lại quá trình biến đổi năng lượng như ở tầng trước làm thành quá trình sinh công hoàn chỉnh. Trạng thái hơi áp suất P2, tốc độ C2 la trạng thái hơi ban đầu của tầng thứ hai. Trong tầng thứ hai, ở ống phung áp suất giảm từ P2 xuống P3, tốc độ tăng từ C2 lên C3. Trong rãnh cánh động áp suất không đổi P3 = P4, tốc độ giảm từ C3 xuống C4. Sau tầng thứ hai, nếu ta lắp thêm các tầng thứ 3, thứ 4 .... thì qúa trình sin công diễn ra hoàn toàn tương tự. Trên trục tua bin bố trí bao nhiêu tầng sẽ có ngần ấy quá trình giãn nở áp suất hơi giảm, ngần ấy lần sinh công.

Tua bin phản kích nhiều tầng

d.Tua bin xung kích hỗn hợp, tua bin hỗn hợp xung kích và phản kích

Các tua bin chính tàu thủy ứng dụng rộng rãi kiểu tua bin xung kích hỗn hợp nhiều cấp tốc độ với nhiều cấp áp lực, tua bin hỗn hợp xung kích và phản kích. trong các tua bin kiểu hỗn hợp này dòng hơi thực hiện quá trình sinh công liên tục trong các tầng, thứ tự theo chiều chảy dọc của dòng. Quá trình biến đổi năng lượng trên mỗi tầng tuân theo đặc tính xung kích hay phản kích của tầng đó như đã trình bày ở phần trên.

Các hình vẽ giới thiệu các kiểu tua bin thông dụng trên tàu.

Hình 1.7. Các kiểu tua bin xung kích hỗn hợp

Hình 1.8. Tua bin hỗn hợp xung kích - phản kích

1.2. Đặc điểm, phân loại tua bin tàu thủy

1.2.1 Đặc điểm của tua bin tàu thủy với các loại động lực tàu thủy

Động cơ tua bin tàu thủy có một loạt các ưu điểm mà các động lực khác không thể có:

1. Tua bin có quá trình sinh công liên tục là quá trình sinh công có lợi nhất cho các cơ nhiệt. Điều này các động cơ tàu thủy khác không có nhờ đó mà tua bin có thể sử dụng tốc độ cao cho chất công tác và các bộ phận máy, làm tăng công suất, hiệu suất, giảm khối lượng và kích thước. Các tua bin hiện đại có tốc độ từ 3500V/p đến 15000V/p và cao hơn nữa. Cũng do quá trình sinh động liên tục nên tải trọng cơ, nhiệt trong các bộ phận máy được giữ ở chế độ ổn định không thay đổi. Nhờ vậy độ bền các chi tiết máy tăng lên, động cơ có tuổi thọ cao việc chế tạo động cơ đơn giản, gọn nhẹ.

2. Tua bin có tính kinh tế cao, các chất công tác có khả năng giãn nở lớn. Thế năng ban đầu được sử dụng triệt để. Các tua bin hiện đại đã dùng hơi có thông số ban đầu P = 20 ¸ 100 kG/cm2 nhiệt độ 600 ¸ 650oC giãn nở đến áp suất thải 0,05 ¸ 0,03kG/cm2.

3. Tất cả các bộ phận chuyển động của tuabin được gắn vào một khối (rôtô) và chỉ chuyển động quay tròn theo một chiều cùng một tốc độ. Không có chi tiết chuyển động lui tới, các chi tiết chuyển động song phẳng điều này giảm được nhiều tổn thất cơ giới, loại trừ tác động theo chu kỳ này chấn động máy. Máy làm việc êm, độ bền cao hiệu suất cao, kết cấu đơn giản gọn nhẹ sử dụng an toàn và làm việc tin cậy.

4. Tua bin là động cơ có khả năng sinh công lớn phạm vị sử dụng công suất rộng mà các động cơ khác không có. Các tua bin tàu thủy có thể làm việc với các công suất từ vài chục đến vài vạn mã lực. Công suất càng lớn thì hiệu suất càng cao, suất trọng lượng, suất thể tích nhỏ.

5. Trọng lượng nhẹ thể tích nhỏ đặc biệt có lợi đối với tàu cần độ nhanh thể tích và trọng tải có tích lớn. Công suất tua bin càng lớn thì ưu điểm này càng rõ. So sánh trọng lượng máy trên 1 đơn vị công suất, thể tích tua bin trên một đơn vị công suất, bảng sau đây liệt kê của các loại động cơ nhiệt đối với phạm vi công suất thường dùng trên tàu biển.

Chỉ số kinh tế và trọng lượng của các động cơ tàu thủy hiện đại với các dạng khác nhau đối với tàu buôn công suất bình thường.

Dạng thiết bị

Hiệu suất nhiệt (%) (đ/c + bộ truyền động)

Tiêu thụ nhiên liệu kg/ml.h

Trọng lượng kg/ml (đ/c)

Tua bin hơi nước, thông số ban đầu cao, công suất đến 12000ml

~ 22,5

~ 0,29

~ 60,0

Tua bin khí với hoàn nhiệt công suất 6000ml

~ 25,5

~ 0,25

~ 30,0

Máy hơi nước, thông số hơi ban đầu cao, công suất 2000ml

~ 19,5

~ 0,168

~ 80,0

Động cơ đốt trong thấp tốc công suất 1000ml tăng áp bằng tuabin khí xả, truyền động trực tiếp chân vịt

~ 37

~ 0,168

~ 110

Động cơ đốt trong cao tốc công suất 4000ml. Truyền động gián tiếp

~ 28

~ 0,220

~ 100

6. Điều khiển, sử dụng dễ dàng, làm việc tin cậy độ sẵn sàng cao. Chi phí sửa chữa phục vụ ít điều kiện làm việc nhẹ nhàng.

7. Có nhiều khả năng để hiện đại hóa. Có thể sử dụng với năng lượng nguyên tử. Sử dụng tua bin tàu thủy có nhiều triển vọng lớn.

Nhược điểm:

1. Tua bin chỉ quay một chiều không tự đảo chiều được vì vậy bố trí riêng một tua bin khác cho tàu chạy lùi. Việc này làm tăng tổn thất công suất của hệ thống do phải kéo cả những bộ phận làm việc trong hành trình làm tăng trọng lượng và kích thước máy. Trên tàu thủy dùng chân vịt biến bước hay truyền động thì nhược điểm này được khắc phục.

2. Vòng quay của tua bin lớn hơn rất nhiều so với vòng quay thích hợp của chân vịt. Công suất tua bin càng lớn mâu thuẫn này càng tăng. Vì vậy trong hệ động lực tua bin phải bố trí truyền động giảm tốc trung gian và chân vịt. Điều đó làm tăng kích thước trọng lượng và giảm hiệu suất của hệ thống. Các tua bin có công suất bé việc bố trí truyền động giảm tốc càng giảm tính ưu việt của tua bin. Thực tế trên các tàu nhỏ người ta không bố trí hệ động lực tua bin hơi.

3. Hiệu suất chung của toàn hệ thống còn thấp với động cơ diesel. Các động cơ diesel hiện đại có công suất từ 36 ¸ 42 hệ thống tua bin tàu thủy mới chỉ có 22 ¸ 26%.

Hệ thống tua bin khí thủy mới chỉ đạt 22 ¸ 28%. Nhược điểm này đang được quan tâm hàng đầu trong việc hiện đại hóa tua bin hơi tàu thủy để có thể phổ biến cho các tàu thủy hiện đại và phạm vi công suất và trọng tải rộng rãi.

1.2.2 Phân loại tua bin hơi tàu thủy

1. Phân theo chức năng.

- Tua bin chính: quay trục chân vịt bao gồm hành trình tiến và tua bin lùi.

- Tua bin phụ: để lai các máy phụ như máy phát điện phục vụ, bơm các loại thiết bị phục vụ nồi hơi và hệ thống.

2. Phân theo cấu tạo.

- Tua bin nhiều thân: thông thường loại hai thân, thân cao áp đặt tua bin cao áp, thân thấp đặt tua bin thấp áp và tua bin lùi. Loại này đi cùng với bộ truyền động bánh răng hay thủy lực.

- Tua bin một thân: toàn bộ các tầng chỉ cấu tạo một trục phần cao áp là tua bin cao áp, phần thấp áp là tua bin thấp áp giữa hai phần có buồng điều áp trung gian tua bin này thường dùng với truyền động điện.

3. Phân theo đặc tính quá trình làm việc.

- Tua bin xung kích: Bao gồm các kiểu xung kích hỗn hợp nhiều cấp áp lực, nhiều cấp tốc độ. Tua bin xung kích được ứng dụng ở vùng cao áp.

- Tua bin phản kích nhiều tầng thường dùng ở vùng trung áp hay thấp áp.

- Tua bin hỗn hợp xung kích, phản kích.

4. Phân loại theo thông số hơi.

- Tua bin cao áp: làm việc với hơi có thông số ban đầu P > 35 kG/cm2 ; t > 400oC

- Tua bin trung áp: làm việc với hơi có thông số ban đầu 6 > P £ 35kG/cm2; t < 400oc

- Tua bin thấp áp: làm việc với hơi có thông số ban đầu P < 6kg/cm2.

5. Theo đối đáp và ngưng tụ:

- Tua bin ngưng tụ: hơi nước được giãn nỡ từ áp suất ban đầu đến trạng thái hơi có áp suất 0,06 ¸ 0,04kG/cm2 được làm ngưng thành nước tuần hoàn trở lại nồi hơi. Tuabin chính của tàu thủy chỉ cấu tạo ngưng tụ.

- Tua bin đối áp: hơi thải có áp suất lớn hơn áp suất khí quyển 1,5 ¸ 3 kG/cm2 không thải vào bầu ngưng tụ mà đưa vào các thiết bị tận dụng nhiệt, hâm nước và nhu cầu sinh hoạt trên tàu, các tua bin tàu thủy thường ứng dụng đối áp.

6. Theo sự truyền động trung gian

- Truyền động trực tiếp: dùng để lai máy phát, máy phụ. Trong một vài trường hợp đơn giản công suất nhỏ có thể trực tiếp cho chân vịt quay nhanh.

- Truyền động cơ giới: thông dụng là truyền động bánh răng hai cấp loại này có hiệu suất cao kết cấu nặng nề, kích thước lớn. Thường dùng cho tua bin công suất lớn loại hai thân vòng quay lớn.

- Truyền động điện: điều khiển nhạy, đảo chiều nhanh chỉ cần tua bin chính quay một chiều. Thường dùng dùng tua bin một thân công suất trung bình. Hiệu suất thấp hơn kiểu cơ giới.

- Truyền động thủy lực: điều khiển nhạy, làm việc đảm bảo có thể dùng với mọi công suất mọi tốc độ khác nhau. Hiệu suất cao nhưng chế tạo đắt sử dụng cần có kỹ thuật cao. Truyền động thủy lực đi với chân vịt biến bước rất có lợi hiệu quả kinh tế cao. Là kiểu tiên tiến đang được phát triển cho các tua bin hiện đại.

7. Theo kiểu giãn hơi.

- Tua bin hướng trục: phổ biến thông dụng cho tàu thủy, sửa chữa dễ nhưng kích thước trọng lượng lớn.

- Tua bin hướng tâm: hiệu suất cao, gọn nhẹ nhưng công suất không lớn chế tạo sửa chữa phức tạp

Câu hỏi ôn tập

29. Trình bày nguyên tắc tác dụng xung kích của dòng hơi. Đặc tính tầng xung kích ?

30. Trình bày nguyên tắc tác dụng phản kích của dòng hơi. Đặc tính tầng phản kích ?

31. Trình bày tua bin xung kích nhiều cấp áp lực và nhiều cấp tốc độ ?

32. Trình bày đặc điểm và phân loại tua bin hơi tàu thủy ?

CHƯƠNG 2

QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG CỦA DÒNG HƠI

TRÊN ỐNG PHUN VÀ CÁNH ĐỘNG

2.1 Quá trình biến dổi năng lượng của dòng hơi trên ống phun

2.1.1 Quá trình biến dổi năng lượng của dòng hơi trên ống phun

a. Các phương trình cơ bản về dòng chảy

Để nghiên cứu quá trình nhiệt của dòng chảy trong tua bin được đơn giản, ta giả thiết dòng chảy trong tua bin theo những điều kiện sau:

- Quá trình lưu động của dòng hơi, trong các ống phun, các rãnh cánh động là ổn định, nghĩa là mọi thông số của hơi tại một điểm bất kỳ không thay đổi theo thời gian, mà chỉ thay đổi khi dòng chảy từ tiết diện này đến tiết diện khác.

- Giả thiết dòng chảy liên tục và một chiều, nghĩa là sự thay đổi của các thông số hơi chỉ diễn ra theo một chiều, cùng chiều lưu động của dòng hơi.

Thực tế những thông số trong quá trình chảy diễn ra theo cả hai và ba chiều, để hiệu chỉnh độ sai lệnh do giả thiết trên, khi nghiên cứu chính xác người ta kết hợp hai phương pháp giải trình và thực nghiệm rồi hiệu chỉnh cho phù hợp. Cơ sở lý thuyết về dòng chảy bao gồm 5 phương trình cơ bản, các phương đó được thiết lập cho dòng hơi lưu động trong tua bin như sau:

1- Phương trình trạng thái

P.v = R.T (2.1)

Trong đó:

P- áp suất tuyệt đối, N/m2

v- thể tích riêng chất khí, m3/kg

R- hằng số khi J/Kg độ

T- nhiệt độ tuyệt đối,oK

2- Phương trình đoạn nhiệt

P.vk = const (2.2)

3- Phương trình liên tục

(2.3)

Trong đó:

G : Lưu lượng hơi đi qua tiết diện trong một đơn vị thời gian, kg/s;

F: Diện tích tiết diện, m2 ;

c: Tốc độ lưu động dòng hơi, m/s;

v: Thể tích riêng của hơi, m3/kg.

4- Phương trình động lượng

(2.4)

Trong đó:

Co, C1: Tốc độ dòng hơi bắt đầu và kết thúc của quá trình, m/s;

Po,v0: Thông số trạng thái hơi ban đầu kG/m2; m3/kg;

P1: Thông số trạng thái hơi kết thúc quá trình giãn nở, kG/m2;

K: Chỉ số đoạn nhiệt hơi.

5- Phương trình bảo toàn năng lượng

(2.5)

Trong đó:

A- đương lượng nhiệt công

C0,C1: Tốc độ dòng hơi bắt đầu và kết thúc qua quá trình, m/s;

i0, i1 : Entanpi dòng hơi bắt đầu và kết thúc của quá trình, kcal/kg.

Theo nhiệt động

Ta có:

(2.5b)

b. Quá trình chảy lý thuyết của dòng hơi trong ống phun

Nghiên cứu quá trình lý thuyết của dòng chảy trong ống phun, ta xem quá trình là của đoạn nhiệt và thuận nghịch bỏ qua các tổn thất ra ngoài và sức cản ma sát. Khi đó, như đã nêu ở trên quá trình trong ống phun được viết theo (2-5) và (2-5b).

(2.6)

Sau quá trình giãn nở, động năng tăng lên dòng hơi ra khỏi ống phun với tốc độ C1 lớn hơn C0. Tốc độ C1 trong quá trình giãn nở lý thuyết xác định theo công thức (2-6).

, m/s

, m/s (2.7)

Nếu tốc độ C0 nhỏ, trị số trong căn rất bé, có thể bỏ qua, khi đó ta có:

, m/s (2.8)

Trong đó:

hp = i0 - i1 (nhiệt giáng đoạn nhiệt trong ống phun, Kcal/kg)

Nếu biểu diễn tốc độ C1 qua tỷ số áp suất trong quá trình giãn nở ta có:

, m/s (2.9)

, m/s (2.10)

Nếu biết diện tích F của mặt cắt ngang rãnh ống phun, thì ta có thể có phương trình liên tục viết cho tiết diện F là:

G.v = F.C (2.11)

Do đó xác định lưu lượng hơi qua F là:

, kg/s (2.12)

Thay trị số của tốc độ C ở phương trình (2-10), trong đó bỏ qua C0 thay theo quan hệ đã biết trong nhiệt động học và được:

, kg (2.13)

Ngược lại nếu như lưu lượng G đã biết, ta xác định được diện tích tiết diện của rãnh phun như sau:

, m2

(2.14)

2.1.2 Sự giãn nở của dòng hơi trong vùng cắt lệch

a. Tỷ số áp suất tới hạn

Từ công thức (2.14) ta thấy khi tỷ số giảm, lúc đầu F giảm. Đến 1 giá trị = m nào đó thì F giảm đến giá trị số nhỏ nhất là F = Fmin. Nếu tiếp tục giảm thì F tăng dần lên và tăng mãi, nếu ống phun kéo dài thì F sẽ tăng đến vô cùng.

Như vậy là các hình dáng tiết diện của ống phun thay đổi không thuận chiều trong quá trình giãn nở.

Hệ số MaKhơ (M) và hình dáng tiết diện ống phun.

Từ công thức 2.3 của phương trình liên tục lập cho dòng chảy trong rãnh ống.

Ta có: (2.15)

Tỷ số được tìm từ phương trình nhiệt pvk = const

Do đó: P.k.dv.vk-1 + vk. dP = 0

giải ra được:

(2.16)

Tỷ số được tính từ công thức xác định công của dòng chảy

suy ra c.dc = - g.v.dP

Do đó: (2.17)

Cuối cùng ta được:

(2.18)

Trong đó:

a = là tốc độ âm thanh tại trạng thái có các thông số P,v, hay tốc độ âm thanh cục bộ.

lưu ý rằng:

ta được:

(2.19)

- hệ số Makhơ.

Biện luận công thức (2.19) có các trường hợp sau đây:

a) Khi M < 1 --> c < a: vận tốc biến thiên dF và dc ngược chiều nhau, hay là dF.dc < 0, khi đó lại có:

+ Nếu dòng chảy trong ống dF < 0 thì dc > 0,dP <0 tăng tốc, giảm áp.

+ Nếu dòng chảy trong ống dF > 0 thì dc < 0, dP < ống tăng áp hãm dòng chảy.

b) Khi M > 1 tức là c > a tốc độ siêu âm, thì biến thiên dF và dc cùng chiều, hay là đF.dc > 0, khi đó lại có:

+ Nếu dòng chảy trong ống nhỏ dần dF < 0 thì dc < 0, dP > 0 - Tăng áp, giảm tốc.

+ Nếu dòng chảy trong ống lớn dần dF > 0 thì dc > 0, dP < 0 - tăng tốc giảm áp.

Tổng quát, ta có các trường hợp như sau:

Trị số M

Sự thay đổi tốc độ và áp suất

M < 1

Tăng tốc, giảm áp

Giảm tốc, tăng áp

M > 1

Giảm tốc, tăng áp

Tăng tốc, giảm áp

ống phun trong tua bin là thiết bị tăng động năng, vì vậy chỉ ứng dụng chế độ chảy sao cho trong ống luôn luôn tăng tốc, giảm áp. Khi M < 1 tốc độ chảy dưới âm tốc, thì ống phun phải có thể tiết diện giảm dần đuổi theo tốc độ âm thanh lúc này áp suất lại giảm đi, dP < 0. Còn từ chế độ M > 1 tức là chế độ chảy siêu âm c > a, ống phun phải có tiết diện lớn dần, tốc độ chảy ngày càng lớn hơn tốc độ âm thanh, áp suất càng giảm đi.Nếu ống phun nào đó làm việc ở chế hỗn hợp, tốc độ chảy tầng từ vùng dưới âm tốc (M < 1) đến vùng siêu âm và tăng mãi thì ống có tiết diện thay đổi hai lần, nhỏ dần đến một trị số nhỏ nhất nào đó, sau đó tăng dần lên, ống phun này gọi là La Van.

b.. Hình dạng tiết diện và các thông số tới hạn của ống phun

Nếu quá trình giãn nở diễn ra trong ống phun một cách liên tục, khi áp suất giảm đến một trị số Pk nào đó ứng với , tốc độ dòng chảy sẽ đạt tới tốc độ âm thanh (hình 2.2). Cũng tại vị trí đó ống phun có diện tích tiết diện nhỏ nhất, sau đó diện tích tiết diện ống phun lớn dần lên. Tiết diện đó là tiết diện tới hạn, ứng với nó, các thông số của dòng hơi đạt đến trị số tới hạn. Ký hiệu các thông số tới hạn bằng chỉ số K, ta được: Tiết diện tới hạn là Fk = Fmin, m2 .

F0

C0

P0

F1

C2

P2

Ck =a

Hình 2.2. Quan hệ P, c theo

P/P0 → 0áp suất tới hạn là PK kG/cm2

Tỷ số áp suất tới hạn là:

b. Tiết diện tới hạn và các thống số tới hạn trong các ống phun

Tốc độ tới hạn là:

, m/s (2.20)

Quan hệ giữa các thông số c, v, G, F theo tỷ số P/P0 được biểu diễn trên hình (2-2).

2.1.3 Các chế độ làm việc của ống phun

a. Các tổn thất lưu động của dòng hơi trong ống phun

Khi nghiên cứu quá trình chảy lý thuyết của dòng hơi, ta giả thiết quá trình là đoạn nhiệt, bỏ qua lực cản ma sát và các dạng tổn thất khác nhau, thực tế các dòng chảy của hơi trong ống phun luôn có ma sát giữa dòng hơi và thành ống và giữa các dòng hơi với nhau, đồng thời trong chế độ của dòng chảy. Những cản trở có hại đó làm giảm tốc độ và động năng của dòng hơi. Động năng tổn thất được biến thành nhiệt năng làm tăng entrôpi và nhiệt độ hơi. Một phần nhiệt lượng ma sát còn trong ống biến trở lại thành động năng cho dòng hơi.

Tổn thất động năng do ma sát xảy ra trong suốt một chiều dài dòng chảy ở vùng tiếp giáp với thành ống, dòng hơi chảy thành tầng lớp gọi là lớp biên.Thực nghiệm cho biết các tổn thất tập trung ở lớp biên, còn ở vùng trung tâm dòng, quá trình cháy gần như đẳng entrôpi.

Tổn thất trong các ống phun (và các rãnh cánh) phụ thuộc vào prôphin của rãnh ống, trạng thái bề mặt của thành ống, chiều cao của rãnh ống trạng thái của hơi.....

Các tổn thất trong ống phun có thể chia làm hai nhóm.

Tổn thất prôphin bao gồm các tổn thất ma sát trong lớp biên, các tổn thất do lớp biên bị tách ra khỏi prôphin.

Các tổn thất tại mép thoát hơi.

B

A

Hình 2.3 Sự thay đổi dòng trong rãnh

Vùng xoáyTrong tổn thất này bao gồm: các tổn thất ma sát trong lớp biên ở thành mép thoát, các tổn thất do dòng thứ cấp.

+ Các tổn thất ma sát trong lớp biên ở thành mép thoát chỉ đáng kể nếu các rãnh có chiều cao nhỏ. ở các tầng trung gian và tầng sau các tổn thất này có thể bỏ qua.

+ Các tổn thất do dòng thứ cấp là chủ yếu, việc xuất hiện các tổn thất này như sau: bắt nguồn từ dòng chảy ngoặt nên vùng bụng cánh có dòng xô vào, áp suất vùng A lớn hơn vùng B, làm xuất hiện dòng thứ cấp có xu hướng xô từ A đến B gây cản trở dòng chính. Từng dòng xoáy được tạo nên ở phía trên và phía dưới của rãnh ống tạo nên dòng xoáy kép trong rãnh ống, hình 2.3.

Trong tất cả các tổn thất đã kể trên những tổn thất ma sát prôphin và tổn thất do vết xoáy tại mép thoát có thể tính toán bằng lý thuyết, dựa trên lý thuyết về các lớp biên của dòng chảy. Những tổn thất còn lại chỉ có thể xác định được bằng thực nghiệm.

b. Quá trình chảy thực tế trong ống phun

Do các tổn thất kể trên, quá trình giãn nở thực tế của dòng hơi trong ống phun không đoạn nhiệt: theo A0A1 mà đã biến theo AA1 (hình 2.5).

Gọi tốc độ ban đầu của dòng hơi c = 0, ta viết biểu thức động năng thu được trong quá trình đoạn nhiệt và thực tế như sau:

, kG m/kg (2.21)

, kG m/kg (2.22)

Trong đó:

C1l, C1- tốc độ chảy của dòng hơi sau ống phun trong quá trình đoạn nhiệt và thực tế, m/s;

lr - công ma sát do một kg hơi sinh ra kG. m/kg;

v1l,v1 - thể tích riêng của hơi sau ống phun trong quá trình đoạn nhiệt và thực tế m3/kg.

Trừ từng về hai phương trình (2.21) và (2.22) ta thu được:

, kG.m/kg

Từ đó ta xác định được công ma sát biểu thị bằng đơn vị nhiệt lượng kcal/kg là:

(2.24)

= qP + (2.25)

Trong đó:

, Kcal/kg

qp - là phần động năng bị tổn thất trong ống phun, biểu thị bằng đơn vị nhiệt lượng. Rõ ràng lượng động năng tổn thất nhỏ hơn công ma sát, phần còn lại của công ma sát là:

được biến thành động năng do dòng hơi. Phần nhiệt lượng này gọi là nhiệt hoàn lại. Tốc độ C1 thu được sau ống phu nhỏ hơn tốc độ C1l quan hệ giữa C1 và C1l như sau.

C1 = j .C1l (2.26)

Do đó ta có:

(2.27)

Trong đó:

xc = (1 - j2) hệ số tổn thất năng lượng trong ống phun

Theo công thức (2.6) ta đã có:

(bỏ qua Co)

Do đó:

qP = (1-j2). ha = xC.ha (2.28)

Tổn thất qP còn có thể tính theo tốc độ thực tế C1là :

' (2.29)

Trong đó:

c. Biểu diễn quá trình trong ống phun trên đồ thị

Quá trình lưu động của hơi trong ống phun biểu diễn ra với sự thay đổi liên tục trạng thái của hơi. Sự thay đổi đó có thể xác định trên đồ thị i- s của hơi nước, trên đồ thị i-s quá trình giãn nở lý thuyết (đoạn nhiệt) - biểu diễn bằng đường thẳng đứng entrôpi không đổi, còn quá trình đa biến biểu thị bằng đường xiên, giảm áp suất và có entrôpi tăng lên.

Trên hình 2.5 từ điểm đầu của trạng thái hơi (Po,To) điểm A0 kẻ đường thẳng đứng xuống đường đẳng áp P1,là áp suất cuối cùng quá trình giãn nở trong ống phun, chúng ta xác định được điểm A1l biểu thị trạng thái của hơi sau ống phun trong quá trình đoạn nhiệt.Đoạn A0A1l biểu thị quá trình giãn nở lý thuyết của dòng hơi trong ống phun do đó ta có i0 - i1c = ha.

Quá trình thực tế cũng bắt đầu từ điểm Ao đến điểm A1 trên đường đẳng áp P1.Điểm A1 trên đường thẳng áp P1.Điểm A1 nằm cao hơn A1l vì theo định luật nhiệt động thứ 2, quá trình thực tế có DS > 0 do đó S1 > S1l = S0 mà các đường áp đẳng dốc lên về phía tăng entrôpi,nên i1 >i1l ta có thể xác định điểm A1 chính xác theo tổn thất qp đã nghiên cứu ở phần trên.Trong quá trình thực tế phần công ma sát bị tổn thất dưới dạng nhiệt lượng là qp lượng nhiệt làm tổn thất này làm tăng nhiệt độ và entrôpi của hơi. Do đó i1- i1l= qp.

Từ điểm A1l lấy về phía trên một đoạn bằng qp ta được trị số entanpi i1 của trạng thái hơi, thực tế sau ống phun, giao điểm của đường i1 không đổi với đường thẳng áp ,đẳng áp P1 xác định điểm A1 (hình 2.5).

P0

T0

A0

A1

A1l

i

s0 =s1l

s1

s

i1

i1l

qp

Hình 2.5 Biểu diễn quá trình giãn nở trên đồ thị i-sSự thay đổi trạng thái của hơi trong quá trình thực tế. Được biểu thị trên đồ thị I-S bằng đường đa biến A0 - 0 - A1.Trong tính toán thường dùng, ta chỉ cần căn cứ vào trạng thái đầu và cuối của quá trình nên có thể biểu thị gần đúng quá trình bằng đường thẳng nối từ điểm A0 đến điểm A1, thay cho đường đa biến.

Hiệu số entanpi i0 - i1 tương ứng với độ hạ entanpi thực tế trong ống phun khi đã kể đến tổn thất lưu động, tương ứng với phần động năng biến thành cơ năng làm quay bánh động của tầng.Do đó ta đặt:

hu = i0 - i1, Kcal/kg (2.30)

= ha - qp (kcal/kg) (2.31)

Trong đó: hu được gọi là nhiệt giáng để quay

2.2 Qúa trình biến đổi năng lượng của dòng hơi trên ống phun

2.2.1 Tam giác tốc độ trên cánh, độ phản kích

Hơi ra khỏi ống phun có động năng lớn ứng với tốc độ tuyệt đối C1,với tốc độ này,dòng hơi đi qua khe hở giữa dãy ống phun và dẫy cánh động, vào các rãnh cánh.Tại đây nó tác dụng xung kích hoặc cả xung kích và phản kích lên cánh, thực hiện sự biến đổi động năng ra cơ năng. Sự biến đổi này dẫn đến sự thay đổi các tốc độ trong rãnh cánh, vì vậy trước khi xác định tác dụng của dòng hơi lên cánh, ta hãy quan sát sự thay đổi tốc độ đó. Quá trình biến đổi năng lượng trên cánh diễn ra trong mọi tầng của tua bin, nên dưới đây ta chỉ cần nghiên cứu trong một tầng trung gian nào đó.

a.Các tốc độ của dòng hơi trong rãnh cánh.

Hơi vào dãy cánh động với tốc độ tuyệt đối C1, theo hướng lệch khỏi phương quay một góc a1.Vì cánh quay cùng với bánh động, nên ở cánh có tốc độ vòng là U,trong đó;

, m/s (2.35)

n-tốc độ quay của bánh động và rôto, vòng /phút;

D- đường kính trung bình của tầng cánh, m.

Khi đó tốc độ chảy của dòng hơi trong rãnh cánh là tốc độ tương đối: Ta ký hiệu tốc độ này là W (m/s).

Ở cửa vào của rãnh cánh, dòng hơi có tốc độ C1, gây nên chuyển động cho cánh theo tốc độ U, dòng hơi chạy qua rãnh cánh theo tốc độ W1,do đó phương trình Vectơ của tốc độ tại cửa vào là:

(2.36)

Tốc độ W1 lệch với phương quay một góc b1

Chú ý rằng, do tốc độ U xác định theo đường kính trung bình, nên các trị số thu được theo quan hệ (2.35) cũng là các trị số trung bình chạy qua các rãnh cánh, từ cửa vào đến cửa ra,dòng hơi thay đổi hướng chảy theo prophin cánh, ra khỏi cánh với tốc độ tương đối .Dòng hơi chảy qua rãnh cánh trong thời gian rất ngắn, nên ta có thể coi dạng chuyển động của dòng trong đó là chuyển động song phẳng. Khi đó ta lập được quan hệ của các vectơ tốc độ tại cửa ra là:

(2.37)

Tốc độ lệch khỏi phương quay, lấy theo chiều hướng tốc độ vòng với góc b2 (hình 2.7)

Để xác định trị số và hướng tác dụng của các tốc độ trong 2.35 và 2.36 ta lập biểu đồ của các Vectơ tốc độ theo quan hệ đã biết ở trên. Các biểu đồ đó gọi là "Tam giác tốc độ".Tại cửa vào của rãnh cánh, tại cửa ra theo 2.37 ta lập tam giác tốc độ ra - cách lập như sau:

Lấy một điểm bất kỳ làm gốc gọi là cực 0, qua đó kẻ hai trục vuông góc, theo phương tác dụng (trục U) và theo chiều (trục a). Từ 0 theo tỷ xích tự chọn đặt véctơ C1 với góc a1 đã biết (xem hình 2.7). Từ ngọn của C1 đặt đối đầu vectơ U theo từng tỷ lệ xích đã chọn. Nối gốc 0 với chân vectơ W1.Nhân W1 trên biểu đồ với tỷ lệ xích đã chọn ta được tốc độ tương đối W1

W2

U

C2

C1

W1

U

a1

b1

a2

b2

Hình 2.7. Các tốc độ dòng trong rãnh cánh động

C1

u

w1

a1

C2

u

w2

b1

b2

a2

a

0

U

Hình 2.8 Tam giác tốc độ

Góc lệch giữa vectơ W1 với phương tác dụng (trục U) là b1.

Để lập tam giác tốc độ ra, ta cần xác định tốc độ tương đối W2.Trong các tầng xung kích r = 0, trị số của W2 bằng hoặc nhỏ hơn W1, lấy giá trị W2 = W1 khi bỏ qua các tổn thất trong rãnh,trong quá trình nghiên cứu lý thuyết. Thực tế quá trình chảy của dòng trong rãnh có ma sát, xoáy lốc.... nên W2 < W1 khi đó ta lấy:

W2 = yc.W1 (2.38)

yc- hệ số tổn thất tốc độ trong rãnh cánh.Trị số yc < 1(xem 2.37). Từ cực 0, theo phương lệch khỏi phương tác dụng (nhưng theo chiều ngược lại) góc b2,ta đặt vectơ W2 với tỷ lệ xích đã chọn. Từ mút của W2 đặt theo phương tác dụng của vectơ . Nối từ cực 0 đến mút của , được vectơ tốc độ tuyệt đối C2 theo quan hệ(2.37), nhân độ dài của C2 trên biểu đồ xích vẽ, ta được trị số thực của tốc độ tuyệt đối của dòng ra khỏi rãnh cánh. Góc lệch của C2 với phương tác dụng (theo chiều ngược lại) là góc a2(hình 2.8).Trong tam giác tốc độ ra, góc lệch b2 của W2 là góc tiếp tuyến với prophin của rãnh cánh ở cửa ra góc này do kết cấu cánh tạo nên, trị số của nó thường dùng trong các phạm vi:

Trong các tua bin phản kích:

Cho các tầng cao áp: b2 = b1- (3 ¸150)

Cho các tầng thấp áp: b2 = b1- (7 ¸250)

Trị số trung bình của b2 nằm trong phạm vi 30 ¸ 400 (cho các tua bin công suất nhỏ); 40 ¸450 (cho các tua bin công suất lớn); giá trị lớn nhất của b2 không vượt quá 450 tức là b2max > 450.

Trong các tầng xung kích thuần túy (r = 0) rãnh cánh làm đối xứng có thể lấy gần đúng b2 = b1.

Từ tam giác tốc độ vào và ra, nếu chiếu các tốc độ lên hai trục, ta có được các trị số của hình chiếu tốc độ lên hai trục như sau:

Chiếu lên trục U:

C1U = C1. cosa1; W1U = W1. cosb1 (2.39)

C1U = C2.cosa2; W2U = W2.cosb2

Chiếu lên trục a:

C1a = C1.sina1 = W1a= W1U =W1.sinb1

C2a = C2.sina2 = W2a= W2U =W2.sinb2

b. Độ phản kích trên cánh, tam giác tốc độ trên cánh phản kích

Trên các cánh xung kích không thuần túy và cánh phản kích, dòng hơi chảy qua đó có giãn nở làm giảm áp suất hơi, gây lên chênh lệch giữa P1,P2 và P1 - P2 = DP. Nếu ta xem quá trình giãn nở trên rãnh cánh là không có tổn thất năng lượng, thì quá trình đó cũng được đặc trưng bằng nhiệt giáng lý thuyết ký hiệu là hc do bằng hiệu số entanpi của hơi khi vào vào ra khỏi rãnh cánh.

hc= i1-i2l (Kcal/kg) (2.40)

Trong đó:

i1- entanpi của hơi vào cánh, Kcal/kg

i2l entanpi của hơi sau cánh, trong quá trình lý thuyết (Kcal/kg) (không thể kể đến các tổn thất năng lượng trên cánh).

Khi đó nhiệt giảng lý thuyết của toàn tầng sẽ là:

hc= hr + h (Kcal/kg) (2.41)

ở đây:

hp - nhiệt giảng lý thuyết trong ống phun (Kcal/kg)

Trị số của nhiệt giáng lý thuyết trên cánh hc càng lớn thì tác dụng phản lực của dòng hơi lên cánh càng tăng.Vì vậy để đánh giá mức độ phản lực trên cánh động, ta dùng tỷ số giữa nhiệt giáng lý thuyết trên cánh và nhiệt giáng lý thuyết của toàn tầng. Tỷ số này gọi là phản kích, ký hiệu r:

(2.42)

Suy ra: hc = r . ha ; hr = (1- r) ha (2.43)

Trong tầng xung kích thuần túy r = 0

Trong tầng xung kích không thuần túy r = 0,05 ¸ 0,4

Trong tầng phản kích r = hoặc lớn hơn 0,4 ¸ 0,6

Nguyên tắc xây dựng tam giác tốc độ cho tầng phản kích tương tự như cho phần xung kích, chỉ khác nhau ở chỉ số và hướng tốc độ W2.Trong tầng phản kích do có giãn nở hơi xảy ta đồng thời biến đổi toàn bộ động năng thành cơ bản, nên động năng của dòng ra khỏi cánh còn do nhiệt giáng hc tạo ra, do đó:

, Kcal/kg (2.44)

Trong đó:

W2l- tốc độ tương đối của dòng ra khỏi cánh trong quá trình lý thuyết (bỏ qua các tổn thất). Công thức (14.10) sẽ được chứng minh ở hình vẽ.Từ (2.44) ta xác định được tốc độ W2l

, m/s

(2.42)

Nếu biết hệ số tốc độ cánh yc ta xác định được tốc độ thực tế W2

(m/s) (2.43)

Các công thức (2.42) và (2.43) dùng chung cho các tầng có độ phản kích bất kỳ.Biết được tốc độ W2, ta sẽ xây dựng tam giác tốc độ cho tầng, tương tự như cách xây dựng tam giác tốc độ cho tầng xung kích thuần túy đã trình bày ở trên.

Trong các tua bin phản kích các cánh động được chế tạo có độ phản kích r = 0,5 và bộ phận ống phun cũng được lắp thay bằng một dãy cánh cùng kiểu,việc đó đã đơn giản công việc chế tạo đó đã đơn giản công việc chế tạo đi rất nhiều. Do đặc điểm về cấu tạo như vậy, nên ở các tầng này có:

j = yc ; a1= b2; a2= b1;C1= W2;W1 = C2 (2.44)

Khi đó tam giác tốc độ vào và ra của tầng phản kích sẽ bằng nhau, nếu ta xây dựng về cùng một phía, chúng sẽ trùng lên nhau (hình 2.4).

2.2.2. Lực của dòng hơi tác dụng lên cánh động, công suất vòng trên cánh

2.2.2.1. Lực của dòng hơi tác dụng lên cánh động

Khi chảy qua rãnh cánh, dòng hơi tác dụng lên cánh một lực bằng phản lực của cánh tác dụng vào dòng hơi.Do đó ta có thể xác định lực tác dụng của dòng hơi lên cánh từ việc nghiên cứu tác dụng của cánh vào dòng chảy qua nó.

Dòng hơi chảy qua rãnh cánh bị đổi hướng và tăng gia tốc do chịu những tác dụng của cánh lên nó.Tác dụng này gồm có: Lực phản lực của thành rãnh cánh lên dòng chảy khi dòng tiếp xúc với thành rãnh, hiệu số áp lực phía trước và phía sau cánh đẩy vào lượng hơi chứa đầy trong rãnh.Ta ký hiệu lực phản lực là p' hiệu số áp lực DP = P1- P2.Những tác dụng này biểu thị dưới hai thành phần:

1. Thành phần hướng lực vòng:

Ký hiệu là P'u và DPu, là thành phần gây nên tốc độ vòng, gọi là lực vòng (hay lực quay).Do hiệu áp DP = P1 - P2 có hướng trục nên thành phần DPu của nó bằng không, do đó lực vòng chỉ do thành phần P'u của phản lực gây nên. Để xác định lực P'u ta dùng định luật động lượng.Giả thiết có một vi phân khối lượng hơi dm chảy qua rãnh cánh trong thời gian dt, đã biến thiên tốc độ từ cửa vào là C1 đến cửa ra C2.Phương trình thiết lập được là:

(2.45)

Do đó:

C1uC2u- là thành phần chiếu trên phương tác dụng của C1,C2. Biểu thị lực vòng qua lưu lượng hơi chảy toàn dãy cánh trong một đơn vị thời gian ta được:

(2.46)

Theo nguyên tắc phản lực, lực của dòng hơi tác dụng lên cánh bằng trị số và ngược dấu với lực của cánh tác dụng lên hơi. Ký hiệu lực vòng của dòng hơi là Pu, ta có:

(2.47)

Lực của 1kg hơi tác dụng lên cánh là:

(2.48)

Dấu (+) dùng khi C1,C2 ngược chiều, hay a2 < 900

Dấu (-) dùng khi C1,C2 cùng chiều, hay a2 > 900

2. Thành phần hướng trục:

Là thành phần gây nên lực theo chiều trục. áp dụng định luật động lượng trong rãnh cánh, đang xét ở hình 2.5, theo phương chiều trục,sự thay đổi động lượng của khối lượng hơi dm do tác dụng đồng thời của thành phần lực phản .Và hiệu số áp lực (P1- P2), do đó phương trình động lượng có dạng:

(2.49)

- thành phần hướng trục của phần phản lực P;

f1- diện tích thiết diện cửa vào của rãnh cánh;

C1aC2a- thành phần chiếu trên phương chiều trục của tốc độ C1,C2.

Biểu thị của hướng trục lưu lượng hơi chảy qua toàn dãy cánh trong một đơn vị thời gian ta có được:

(2.50)

F1 - tổng diện tích tiết diện của tất cả các rãnh cánh trên dãy.

F1 = p .D .Lr (Lr -chiều dài rãnh cánh động)

P1

P2

cm

c2u

c2

cu

c

u

c1u

c1

u1

w1

w2

c2

u2

Hình 2.5. Lực của dòng tác động lên Prophin cánh

Theo nguyên tắc phản lực, ta xác định được thành phần hướng trục của lực tác dụng của dòng hơi là:

và

Công thức tính Pu và Pa (2.47 và 2.50) do viện hàn lâm Nga Leona Dole tìm ra năm 1845 nên được gọi là công thức Ole.

Biến đổi (2.47) và (2.50) thay thế các hình chiếu của tốc độ tuyệt đối bằng hình chiếu các tốc độ tương đối theo quan hệ đã biết ở (14.5) ta được:

Khi <900

Khi >900

nên

và

Do đó ta có:

(2.52)

(2.53)

Nếu tầng xung kích thuần tuý, thì P1 = P2 và 1 = 2, W1 = W2 nên lực hướng trục P = 0. Trong thực tế có tổn thất nên trị số Pa ¹ 0 nhưng rất nhỏ. Độ phản lực trên cánh càng thấp, hiệu suất làm việc của các cánh càng cao thì trị số Pa càng bé. Đó là ưu điểm nổi bật của những tầng xung kích, có đặc điểm đã nêu ở trên nên W1a= W2a, do đó: Pa = Fa (P1-P2); do P1¹P2 nên luôn có Pa ¹ 0. Mặt khác trong tầng phản kích có W2 > W1 nên b2<b1 khi xây dựng tam giác tốc độ ta cũng có thể xác định theo quan hệ sau:

(2.54)

Các thành phần của lực dòng hơi tác dụng lên cánh được biểu diễn trên hình (2.55)

Từ các thành phần Pu và Pa ta xác định được trị số lực dòng hơi tác dụng lên cánh P như sau:

(2.55)

Công nhận được trên cánh động, chỉ do tác dụng của Pu của dòng hơi các cánh sinh ra, nên theo (2.54) ta thấy rõ trị số của thành phần Pa càng giảm càng tốt, để trị số Pu tăng lên.

3. Công suất vòng trên cánh:

Công suất do dòng hơi phát ra trên cánh động, do tác dụng thành phần của P''ucủa lực dòng hơi sinh ra. Công suất này được gọi là công suất vòng, ký hiệu Nu, ta có:

, kG.m/s

Lu: Công do toàn lưu lượng hơi sinh ra trên dãy cánh (kG.m/s)

lu: Công do một kg hơi sinh ra trên dãy cánh.

Do đó: , Mã lực (2.56)

, Mã lực/kg

2.2.3. Quá trình chảy của dòng hơi trên cánh động

a. Tổn thất năng lượng trên cánh

Các tổn thất năng lượng trong rãnh cánh, có thể hợp vào hai dạng chính là: các tổn thất do prophin cánh và các tổn thất ở đầu mút cánh.

- Các tổn thất do prophin.

Hình ảnh và bản chất vật lý của các tổn thất do prophin cánh, cơ bản giống như tổn thất cùng dạng đã nghiên cứu trong ống phun. Song ở các cánh, sự phân bố áp suất trên prophin cánh có ảnh hưởng trực tiếp đến trị số của tổn thất prrophin.Nhưng nghiên cứu bằng thực nghiệm đã xác định chính xác sự phân bố áp suất trên phần lưng, phần bụng cánh, trị số của áp suất phân bố thay đổi từ mép vào đến mép ra, nhưng ở phần lưng cánh về phía mép thoát có trị số âm, còn ở phần bụng cánh luôn có trị số dương. Sự khác nhau của trị số đó làm ra hiệu áp DP ở hai phía prophin cánh, tạo ra lực vòng phụ lên cánh. Lực này luôn hướng từ mặt lõm sang phía mặt lồi. Trong sự tạo ra hiệu số áp suất ở hai phía mặt prophin cánh, áp suất âm trên mặt lồi đóng vai trò chủ yếu.Đặc điểm này chỉ rõ, cần phải chế tạo mặt prophin lưng cánh thật chính xác. Khi trị số hiệu áp D ở hai mặt cánh ổn định, phù hợp với dạng prophin cánh thì cánh sẽ làm việc với hiệu suất cao, các trị số y, j có giá trị lớn. Trong trường hợp ngược lại,với áp suất phân bố ở phía trên lưng cánh tăng lên và có giá trị dương, lớp biên của dòng chảy sẽ bị phồng lên và gián đoạn, làm cho dòng chảy không bám theo hướng của prophin.Hiện tượng này nếu xảy ra trên các cánh của tầng xung kích sẽ nguy hiểm hơn vì các rãnh cánh này có tiết diện ngang gần như không đổi.

Tốc độ dòng hơi khi vào rãnh cánh động lớn hơn rất nhiều tốc độ của nó khi vào các ống phun hay dãy cánh hướng. Để giảm nhỏ các tổn thất, khi dòng chảy có tốc độ dưới âm tốc, các gờ của mép vào của cánh cần làm dày lên và lượn góc bán kính lớn, khi dòng chảy có tốc độ siêu âm, các gờ và bề dày cánh tạo mép vào cần làm nhọn để tránh hiện tượng nhảy vọt nén của dòng. Mép thoát các cánh cần làm mỏng. Độ mỏng của các mép cánh thường được làm đến giới hạn cho phép theo độ bền cần thiết.

- Các tổn thất ngoài mút cánh.

Hiện tượng và bản chất cũng tương tự như tổn thất ở ống phun. Do các rãnh. Cánh có độ cong lớn làm cho dòng chảy qua đó bị đổi hướng mạnh và tốc độ dòng lại lớn tổn thất ở mép tại cả hai đầu cánh lớn, ngoài các tổn thất tại mép cánh đi kèm với sự lưu động của dòng trong ống phun và cánh luôn có thất tại mép cánh đi kèm với sự lưu động của dòng trong ống phun và cánh luôn có hiện tượng tác động lẫn nhau giữa dòng hơi với lượng hơi"chết" đang chứa trong các khe hở (hình 2.6a).Do chênh lệch chiều cao giữa cánh và ống phun dòng hơi ra khỏi ống phun không nạp đầy được toàn chiều dài rãnh cánh, tạo nên những khoảng trống gọi là không gian chết. Hơi nằm trong các khe hở sẽ tràn vào các không gian đó (hình 2.6a) gây lên sự xâm nhập có hại với dòng hơi mang động năng. Để giảm tổn thất năng lượng do sự xâm nhập đó, ta cần ngăn cản sự xâm nhập của hơi chết vào rãnh cánh bằng cách làm kín các khe hở hướng trục và làm chiều dài rãnh cánh thay đổi (hình 2.6b)

S'a

a

S'a

Sa

S

Hình 2.6. Tổn thất do hơi chứa trong khe hở của cánh

b. Các tổn thất trong tầng ngoài các tổn thất lưu động đã kể qua hệ số.

1. Tổn thất năng lượng dòng ra

Ta đã thấy trên các tam giác tốc độ, dòng hơi sau khi đã làm công trên cánh đi ra khỏi tầng với tốc độ tuyệt đối C2 ¹ 0. Động năng tương ứng với tốc độ này là phần năng lượng không được làm công trong tầng đang xét và là tổn thất đối với tầng, làm tăng thêm tổn thất của tầng. Tổn thất này được gọi là tổn thất năng lượng ra, cũng thường biểu thị ra dạng nhiệt năng, ký hiệu là qa và xác định là:

, Kcal/kg (2.57)

2. Tổn thất va đập do góc tấn d ¹ 0.

Trong điều kiện thiết kế, dòng hơi chảy vào cánh theo đường song song với trục prophin cánh, như vậy tại cửa vào dòng va vào mép cánh theo góc lệch b1, tại cửa ra là góc b2.Khi làm việc không theo chế độ đã cho, gọi là góc va đập (gọi tắt là góc đạp hoặc góc tấn), ký hiệu d, khi trị số góc tấn d ¹ 0 (dương hoặc âm)sẽ phát sinh tổn thất do va đập với prophin cánh. Gọi góc lệch của đường trục prophin cánh tại cánh mép vào là b10 nếu góc lệch của dòng hơi vào cánh là b1 thì dòng hơi với b1 < b10 (d > 0) sẽ va đạp vào phần bụng cánh (hình 2.7a. khi dòng vào với b1 > b10 (d < 0) thì dòng vào với va đập vào bề mặt lưng cánh (hình 2.7b). Trong cả hai trường hợp cả hai dòng hơi đều gây ra tổn thất động năng, giảm trị số tốc độ tương đối W1 xuống W'1.Tổn thất va đập được biểu thị bằng hệ số va đập, ký hiệu xd là tỷ số giữa động năng trước khi va đập ứng với trường hợp d ¹ 0 với trường hợp d = 0

(2.58)

Khi có xd ¹ 0 thì tốc độ đối của dòng ra khỏi cánh động W2 sẽ xác định là:

(2.59)

3. Tổn thất do cấp hơi cục bộ (e <1)

ở các tầng xung kích có chế độ cấp hơi cục bộ (e <1) mà tổng số cung rãnh ống phun chỉ chiếm một phần vòng tròn.Vì mỗi rãnh cánh động trong vòng quay nhận tác dụng của dòng hơi từ ống phun ra không liên tục.Khi rãnh qua phần không làm việc của vành bánh tĩnh, hơi đã nạp vào rãnh cánh mất liên lạc với dòng hơi và mất động năng.Khi rãnh này vào đúng một cửa phun tiếp sau, cần một lượng hơi để đẩy phần hơi đang nằm sâu trong rãnh. Quá trình này làm mất một phần động năng làm công của dòng hơi, gây nên tổn thất động năng.Tổn thất này còn gọi là tổn thất xô đẩy và thường được xác định qua hệ số xô đẩy, ký hiệu là xB. Hệ số xô đẩy được tính theo công thức kinh nghiệm sau đây:

(2.59)

trong đó:

Bc - chiều rộng của cánh động , cm;

Lc - chiều dài (cao) của cánh động, cm;

Fc - diện tích thiết diện cửa ra của ống phun, cm2.

- tỷ số tốc độ

hu- hiệu suất vòng (quay) của tầng.

Nếu cánh động mang nhiều vòng cánh (cấp tốc độ vành đôi,vành ba) được cấp hơi cục bộ, thì thay Lc bằng åLc là tổng chiều dài các vành cánh vào công thức trên.

Hệ số xô đẩy cũng được tính theo dạng thứ hai sau đây:

(2.60)

ở đây:

tc - bước của rãnh cánh động;

Dcd - đường kính trung bình của vành cánh động;

e - độ cấp hơi;

m- hệ số kinh nghiệm, thường lấy m = 0,5.

Dựa vào hệ số xô đẩy ta xác định được trị số tuyệt đối của tổn thất xô đẩy,do cấp hơi cục bộ trong tầng, ký hiệu qB là:

qB = xB . ha , Kcal/kg (2.61)

4. Tổn thất do việc lắp ráp, chế tạo các phần hơi đi qua.

Những sai sót khi chế tạo và lắp ráp, làm ảnh hưởng tới trạng thái công tác bình thường của hơi khi chảy qua các rãnh cánh, gây nên những tổn thất năng lượng. Những tổn thất này chưa được kể đến trong các tính toán ở trên. Để bổ sung nó, khi thiết kế cánh cần xét đến bằng một phần dự trữ.

5. Tổn thất do độ dài của cánh

Trong các tính toán cho dẫy cánh động thông thường, ta xác định tốc độ vòng và chọn bước cánh theo hướng đường kính trung bình của bánh động. Do chiều lắp hướng tâm nên bước của cánh ở phía đỉnh tăng lên và phía chân giảm đi với bước cánh đo trên đường kính trung bình. Do đó tốc độ cũng biến đổi, tăng dần theo phần xa trục tua bin.

Như vậy nếu góc tấn ở đường kính trung bình bằng khong, thì tại phần chân cánh nó sẽ có giá trị cực đại dương, còn ở đỉnh cánh sẽ có giá trị cực đại âm, dòng vào cánh sẽ va đập gây ra tổn thất phụ.

Khi độ dài của cánh không lớn lắm, tổn thất này có thể bỏ qua. Khi độ dài cánh lớn, tổn thất này không bỏ qua được.Trong các tầng cánh có tỷ lệ:

thì xem là tầng cánh dài

Để giảm tổn thất do độ dài cánh lớn, trong tầng này, người ta làm cánh có prophin biến đổi theo chiều dài ứng với sự biến đổi của góc vào của dòng hơi, việc đó sẽ làm tănng hiệu suất tầng và tránh cho cánh gặp ứng suất cao quá trị số cho phép.

6. Tổn thất do quy đạo của dòng hơi.

Dòng hơi khi ra khỏi ống phun có xu hướng chuyển động thẳng theo hướng tiếp tuyến với vòng trên vành ống phun. Vì vậy trong quá trình chuyển động dòng hơi sẽ tách ra đầu trục tuabin.Song do bị giới hạn bởi mặt trong thành mép nên sự chuyển động đó bị nén tại đỉnh cánh, gây ra tổn thất phụ để khắc phục tổn thất này, ta lập đường kính trung bình của vành bánh động lớn hơn của vành ống phun một chút và trên ống phun đặt hơi nghiêng đi so với trục tua bin.

Để xác định tất cả các tổn thất năng lượng trong rãnh cánh động, ta áp dụng phương trình bảo toàn năng lượng dạng tổng quát (hình2.6) vào sự chảy của dòng trong cánh.Trong trường hợp này dòng chảy qua rãnh không trao đổi nhiệt (hấp thụ) mà lại sản ra công trên cánh.Do đó phương trình (14.10) lập cho 1 kg hơi chảy qua rãnh cánh là:

(2.62)

lc - Công do 1kg sinh ra trên vành cánh động

Theo (2.52) ta đã có:

Theo hệ thức lượng của tam giác thường, từ tam giác tốc độ vào ta có:

Suy ra: (2.63)

Từ tam giác tốc độ ta có:

Suy ra:

và (2.64)

Thay (2.63),(2.64) vào 2.24 ta được:

(2.65)

Do đó (2.62) có dạng:

Rút gọn lại:

(2.66)

Công thức (2.67) cho thấy: Biểu thức động năng của dòng hơi trong chuyển động tương đối trong rãnh cánh luông ngược dấu biến thiên entanpi của nó. Nếu trong quá trình mà entanpi của hơi giảm đi, động năng của chuyển động tương đối của nó sẽ tăng lên. Nếu hiệu số (i1- i2) do sự giãn nở hơi từ áp suất vào P1 giảm đến áp suất ra P2 sinh ra, tức là: i1 - i2 = hc.

Thì công thức (2.66) trở về dạng (2.38).

Khi có các tổn thất năng lượng trong rãnh cánh, tốc độ tương đối của dòng hơi sau rãnh trong quá trình thực tế giảm đi, tức là:

W2 < W1 trong các tầng xung kích

W2 < W21 trong các tầng phản kích

Việc đó sẽ giảm động năng của dòng và làm tăng entanpi của hơi, tức là:

i2 > i1 trong các tầng xung kích

i2 > i21 trong các tầng phản kích

Ta gọi là tổn thất năng lượng trong cánh, tính cho mỗi kg hơi là qc (Kcal/kg) thì ta có:

Cho cánh xung kích:

(2.67)

Cho cánh phản kích:

(2.68)

Trong đó:

i2- entanpi của hơi sau rãnh cánh trong quá trình thực tế, có tổn thất;

i21 - entanpi của hơi sau rãnh cánh trong quá trình lý thuyết..

c. Biểu diễn quá trình năng lượng trên cánh đồ thị:

1.Tầng xung kích thuần túy (p = 0) hình 2.11

Trong tầng xung kích thuần túy không có giãn nở hơi trong cánh nên P1 = P2, quá trình trên cánh diễn ra trên đường đẳng áp P1.

Từ điểm A1 biểu thị trạng thái thực tế của hơi sau ống phun (xem hình 2.11) cũng là điểm trạng thái hơi sau cánh động nếu bỏ qua các tổn thất trong cánh, ta xác định được điểm trạng thái của hơi sau khi kể đến các tổn thất như sau:

Tại điển A1, tương ứng có i1, ta đặt theo chiều tăng entanpi đoạn qc.Khi đó ta có:

i2 = i1 + qc (Kcal/kg)

i2 - là entanpi của hơi ở trạng thái sau cánh thực tế, trong cùng điều kiện áp suất P1.Vậy điểm biểu thị trạng thái là điểm tọa độ (i2 , P1) ký hiệu là A2 (i2,P2). Do đó quá trình trên cánh xung kích biểu diễn trên đồ thị là đoạn A1 - A2.

Qua điểm A2 ta xác định được các thông số trạng thái cần tìm (t2,v2....).

2. Tầng có độ phản kích trên cánh.

Trong tầng này do có giãn nở trong cánh nên P1¹ P2, hc ¹ 0. Do đó ta biểu thị được quá trình trong tầng sau như: (hình 14.12)

Từ điểm A1 biểu thị trạng thái của hơi trong ống phun, ta hạ đoạn thẳng trên đường đẳng entropi (S1 không đổi). Gặp đường đẳng áp P2 tại điểm A21(S1,P) đoạn A1 - A21 = Dh nhiệt giáng lý thuyết trong cánh.

Do đó: hc = i1 - i21 , Kcal/kg.

Do có tổn thất trên cánh, quá trình giãn nở trên cánh là đa biến, có entropi tại điểm trạng thái thực tế sau cánh S2 > S21 theo (14.40) ta có:

i2 = i21 + qc

to

i

s

Ao

po

qa

i1e

A1e

A1

ha

hu

A3

A2

qp

qc

p1

s

i

po

to

qc

qa

qp

ha

hp

A1e

Ao

A'2

A2e

A1

A3

p1

p2

Hình 2.11. Tầng xung kích thuần túy

Hình 2.12. Tầng có độ phản kích trên cánh

Do đó quá trình thực tế là A1 - A2 trên đường có dS ¹ 0 và điểm A2 có entanpi lớn hơn A21 do sự giảm động năng do các tổn thất trong cánh qc, điểm A2 có tạo độ (i2,P2).

Các đường đẳng áp P1,P2 trong đoạn biến thiên DS nhỏ gần như song song với nhau nên ta có thể xem gần đúng:

hc = i1 - i21 = i1l - i2

Do đó ta có:

ha = h0 = hj + hc= (io- i1l) + (i1l - i2)

ha = i0 - i2 (2.69)

Khi tính toán năng lượng toàn phần, ta có thể áp dụng theo công thức 2.69. Hình 2-14 và quá trình biểu diễn đã nêu trên là biểu thị chung cho một tầng phản kích r bất kỳ, khi trong tầng có r = 0,5 (tầng phản kích) trên đồ thị ta có hc= 0,5; ha = hr, đường đẳng áp P1 chia đôi khoảng cách từ đường đẳng áp Po trước tầng đến đường đẳng áp P2 sau tầng, lấy trên đường entropi hạ từ điểm Ao (Po, to).

Sau cánh nếu tốc độ dòng C2 ¹ 0, dòng đem theo động năng không được sử dụng hết ra khỏi tầng. Phần năng lượng này cũng là tổn thất đối với tầng đang xét, ký hiệu là qa .Tổn thất này biểu thị bằng sự tăng entanpi sau tầng. Do đó trạng thái của hơi sau tầng tương ứng với điểm A3 đã kể trên tổn thất ra qa, tại đó có i3 = i2 + qq.Năng lượng thực tế còn lại trong tầng ký hiệu là hu (Kcal/kg).

Cho tầng xung kích:

hu = io = i3 = ho - (qc + qp + qa). (2.70)

Cho tầng phản kích:

hu = hp + hc - (qp + qc + qa) (2.71)

Nếu tốc độ ban đầu Co đáng kể, trong các công thức2.42 và 2s.43 cần cộng thêm năng lượng của dòng hãm cấp cho tầng là .

Câu hỏi ôn tập

33. Trình bày các tổn thất năng lượng trong ống phun?

34. Biểu diễn quá trình biến đổi năng lượng trên ống phun ?

35. Trình bày các tổn thất năng lượng trong cánh động ?

36. Biểu diễn quá trình biến đổi năng lượng trên cánh động?

37. Trình bày các tốc độ của dòng hơi trên rãnh cánh .Tam giác tốc độ của tầng xung kích ?

38. Trình bày về độ phản kích trên cánh và tam giác tốc độ trên cánh phản kích ?

Bạn đang đọc truyện trên: AzTruyen.Top

Trước Sau

Tags: #hhhhhhh