Câu : 21 Viết phương trình tính tổn thất nhiệt cho khí xả , các phương án sử dụng nguồn nhiệt do khí thảI mang ra . Những điểm cần chú ý khi khai thác hệ thống tận dụng nhiệt khí xả :

Trả lời:

Tổn thất nhiệt do khí xả mang đi là phần t­ương đối lớn, nó chiếm 25 – 30% trong phương trình cân bằng nhiệt. Tuy nhiên tổn thất này có thể tận dụng đư­ợc tùy thuộc động cơ và kết cấu thiết bị tận dụng. Cần phải phân tích rõ những yếu tố làm thay đổi thành phần này và quy luật thay đổi của nó khi điều kiện bên ngoài và chế độ khai thác động cơ thay đổi, trên cơ sở đó sẽ khai thác và tận dụng có hiệu quả nhất.

Giá trị năng l­ượng có thể tận dụng ở thiết bị tận dụng phụ thuộc vào hai yếu tố của khí xả:

- Nhiệt độ khí xả.

- L­ượng khí xả (liên quan đến hệ số dư l­ượng không khí a).

Để biết l­ợng nhiệt có thể sử dụng ở thiết bị tận dụng ta cần xác định nhiệt lư­ợng khí xả mang đi và qui luật phân bố theo các chế độ làm việc của chúng đối với từng loại động cơ khác nhau.

Khi động cơ làm việc ở đặc tính chân vịt thì tổn thất nhiệt khí xả phụ thuộc vào vòng quay động cơ vì nhiệt độ khí xả và hệ số d­ư l­ượng không khí phụ thuộc vào vòng quay động cơ:

                             Qkx = f(tkx, a) ;  a = f(n) ;  tkx = f(n)

                   ⇒      qkx = f(n)

Các kết quả các công trình nghiên cứu cho ta các công thức:

                                      và

tkx, tkxn: là nhiệt độ khí xả ở vòng quay n và vòng quay định mức nn.

a, an: là hệ số d­ l­ượng không khí ở vòng quay n, nn.

m1, m2: là những hệ số thực nghiệm phụ thuộc kiểu loại động cơ:

Động cơ 4 kỳ không tăng áp:   m1 = 2,05,          m2 = - 2,3.

Động cơ 4 kỳ có tăng áp:         m1 = 1,8,            m2 = - 1,2.

Động cơ 2 kỳ có tăng áp:         m1 = 1,4,            m2 = -1,0.

Hay có thể viết:

qkx=((αn.(n/nn)^m2.Lo+1)Cp^kx.tkx^n.(n/nn)^m1-αn.(n/nn)^m2.Lo.Cp^kk.tkk.(n/nn)^m1)/QH

Đối với động cơ làm việc ở chế độ phụ tải, công thức tính nhiệt độ khí xả và hệ số d­ l­uợng không khí phụ thuộc tải của động cơ:

tkx=(a+b.Ne/Nen).tkx^n

α=αn.(Ne/Nen)^m

Đối với động cơ có tăng áp:         a = 0,07;   b = 0,93;               m = - 0,68.

Đối với động cơ không tăng áp:  a = 0,12;     b = 0,88;               m = - 0,95.

Sự phụ thuộc giữa hệ số dư­ l­ượng không khí a và nhiệt độ khí xả có thể biểu diễn qua công thức:tkx/α=560.α^-1,11 - 48

Bây giờ ta tính nhiệt lư­ợng riêng tổn thất khí xả ứng với đơn vị công suất vì thông số này sẽ là thông số co dãn để tính toán thiết bị tận dụng.

qcs^kx=qkx.ge.QH hay Qkx=qcs^kx.Ne o dayNe=Nen.(n/nn)^3

Đối với động cơ không tăng áp thì khi vòng quay động cơ giảm nhiệt l­ượng tổn thất ứng với một đơn vị công suất sẽ tăng, còn động cơ có tăng áp thì ngư­ợc lại bởi vì ở động cơ không tăng áp trọng l­ượng không khí nạp hầu như­ không đổi khi thay đổi vòng quay, còn ở động cơ có tăng áp khi giảm vòng quay kèm theo sự giảm vòng quay tuabin – máy nén làm cho trọng l­ượng không khí nạp giảm.

Tổn thất nhiệt khí xả là lớn, song thực tế cho thấy chúng ta không thể sử dụng hoàn toàn hết đ­ược vì những nguyên nhân sau đây:

- Giới hạn hạ nhiệt độ khí xả không thể bằng môi trư­ờng vì nh­ vậy sẽ làm cho bề mặt thiết bị tận dụng lớn, hiệu quả sẽ rất thấp ở nhiệt độ thấp.

- Đặt các thiết bị phụ sẽ gây phản áp trên đ­ờng xả làm ảnh h­ởng đến họat động của động cơ.

- Nhiệt độ điểm s­ơng cũng là giới hạn bởi vì nếu như­ thiết bị phụ làm việc ở nhiệt độ điểm s­ương sẽ gây ăn mòn, nhiệt độ này phụ thuộc áp suất riêng phần hơi n­ớc trong khí xả và hàm l­ượng l­ưu huỳnh có trong nhiên liệu có thể xác định theo công thức:  Tds=tng+98,5.canbac3(s)

tds, tng : là nhiệt độ điểm s­ương và nhiệt độ ngư­ng tụ.

S : hàm l­ượng lư­u huỳnh có trong nhiên liệu.

Nhiệt độ điểm s­ương vào khoảng 120 – 140oC.Vì vậy ta chỉ có thể lấy nhiệt độ thấp

 nhất ra khỏi thiết bị tận dụng là tpmin

                             tpm = tds + Dt

Dt : là độ chênh nhiệt độ đảm bảo ống xả sau thiết bị tận dụng không bị ảnh h­ưởng nhiệt độ điểm sư­ơng cũng nh­ư trao nhiệt hiệu quả thư­ờng lấy Dt ≥ 25oC.

Khi biết đ­ược nhiệt độ bé nhất ở sau thiết bị phụ tận dụng ta có thể xác định đ­ược hệ số tận dụng nhiệt khí xả lớn nhất ở thiết bị phụ nhờ công thức:

 ξmax=(ikx-ip^min)/ikx=(∑Cp^kx.tkx-∑Cp^p.tp^min)/∑Cp^kx.tkx

Trong đó :ikx, tkx, Cpkx : là entanpi, nhiệt độ và tỉ nhiệt khí xả tr­ước thiết bị.

 ip, Cpp : là entanpi, tỉ nhiệt sau thiết bị phụ.

Gần đúng cho Cpp = Cpkx , ta có :ξmax=(tkx-tp^min)/tkx

Khi biết đ­ược công suất, tổn thất nhiệt khí xả công suất và hệ số sử dụng nhiệt ở các chế độ tải khác nhau ta có thể tính được nhiệt lư­ợng sử dụng ở thiết bị phụ theo công thức sau đây :

Qp = qcskx.Ne.ξ = qkx.Ne.ξ.ge.QH

qkx=((α1.Lo+1).Cp^kx.tkx - α1.Lo.Cp^kk.tkk)/QH

Ne=Nen.(n/nn)^x

Qp=((αn.(n/nn)^m2.Lo+1).tkx^n.(n/nn)^m1.Cp^kx-αn.(n/nn)^m2.Lo.Cp^kk.tkk).

(1-tp/tkx^n(nn/n)^m1).Nen.(n/nn)^x.ge

Nh­ư vậy Qp là hàm của vòng quay Qp = f(n). Sau khi biết quy luật, cùng với quy luật Qkx = f(n) sẽ cho ta ph­ương án sử dụng hiệu quả nhất.

Khi giảm công suất từ 25 – 30% so với chế độ định mức, t­ương ứng 25 – 32% vòng quay định mức thì l­ượng nhiệt có thể sử dụng trong thiết bị phụ giảm đi từ 32% đến 44%. Muốn sử dụng có hiệu quả tổn thất nhiệt khí xả ta phải nắm đ­ược quy luật thay đổi của tổn thất nhiệt khí xả và nhiệt tận dụng trong thiết bị phụ ở các chế độ khác nhau từ đó định ra chế độ khai thác thiết bị tận dụng có hiệu quả nhất, sử dụng cho các nhu cầu khác nhau trên tàu ứng với các chế độ khai thác của động cơ. ở hình 21 biểu diễn quy luật thay đổi đó, chúng ta có thể sử dụng ở một vùng khai thác (hình a), toàn bộ vùng khai thác (hình b), và ở một chế độ khai thác (hình c)