Giáo trình Tuốc bin nhiệt điện - Phần 1: Quá trình nhiệt

Nội dung text: Giáo trình Tuốc bin nhiệt điện - Phần 1: Quá trình nhiệt

1. PGS. TSKH. PHAN QUANG XÆNG GGIIAAÏOÏÏO TTRRÇÇNNHH TTUUÄÄCÚÚCÚ BBIINN NNHHIIÃÃTÛÛTÛ ÂÂIIÃÃNÛÛNÛ PHÁÖNÖ 1 QUÏA TRÇNH NHIÃÛT ÂAÌ NÀÔNG - 2002
2. - 8 - CHÆÅNG 1 LËCH SÆÍ PHAÏT TRIÃØN CUÍA TUÄÚC BIN Khi noïi vãö tuäúc bin chuïng ta thæåìng gàûp 3 loaûi tuäúc bin: tuäúc bin håi, tuäúc bin khê vaì tuäúc bin næåïc. Ngaìy nay tuäúc bin laì bäü pháûn ráút quan troüng trong caïc nhaì maïy nhiãût âiãûn (tuäúc bin håi, tuäúc bin khê) vaì trong nhaì maïy thuíy âiãûn (tuäúc bin næåïc). Giaïo trçnh naìy chuí yãúu trçnh baìy vãö tuäúc bin håi vaì tuäúc bin khê. 1.1- Tuäúc bin håi: Tuäúc bin håi ra âåìi caïch âáy hån 100 nàm. Trong thãú kyí 19 maïy håi næåïc pit täng laì maïy nhiãût chuí yãúu. Nàm 1883 láön âáöu tiãn tuäúc bin håi âæåüc âæa vaìo thæí nghiãûm vaì âaî nhanh choïng phaït triãøn hån hàón maïy håi næåïc nhåì nhæîng æu âiãøm sau âáy: - Cäng suáút låïn hån nhiãöu do ta sæí duûng âæåüc mäüt læåüng håi låïn - Håi coï thãø giaîn nåí tæì aïp suáút cao xuäúng aïp suáút ráút tháúp vç váûy náng cao âæåüc hiãûu suáút. - Coï thãø thu häöi laûi næåïc ngæng trong mäüt chu trçnh næåïc - håi khê neïn, tàng cháút læåüng næåïc cáúp våïi caïc thäng säú cao. - Chaûy ãm hån maïy håi næåïc, thuáûn tiãûn trong váûn haình Hçnh 1.1: Så âäö màût càõt Tuäúc bin xung læûc mäüt táöng 1- Truûc tuäúc bin 2- Âéa 3- Caïch âäüng 4- Daîy äúng phun 5- Thán Tuäúc bin 6- ÄÚng thoaït
3. - 9 - Hçnh 1.2: Mä hçnh tuäúc bin håi hiãûn âaûi - haîng Siemens Nàm 1883 Gustav de Laval (Thuûy âiãøn) âaî chãú taûo ra tuäúc bin âáöu tiãn. Âáy laì tuäúc bin xung læûc mäüt táöng, cäng suáút 3,7 kW, säú voìng quay ráút låïn, lãn âãún 32.000 voìng/phuït, âæåüc näúi qua häüp giaím täúc våïi maïy phaït âiãûn - håi âi qua äúng phun daìy (äúng phun Laval), tàng täúc, coï âäüng nàng låïn sau âoï âi vaìo caïnh quaût âäüng âæåüc gàõn trãn âènh tuäúc bin. Taûi âáy âäüng nàng biãún thaình cå nàng laìm quay truûc tuäúc bin Nàm 1884 Charles Parsons (Anh quäúc) âaî chãú taûo ra tuäúc bin phaín læûc âáöu tiãn. Tuäúc bin coï cäng suáút 5 kW, säú voìng quay 18.000 voìng/phuït, âæåüc näúi træûc tiãúp våïi maïy phaït âiãûn mäüt chiãöu, aïp suáút håi måïi 0,7 MPa. Âáy laì mäüt tuäúc bin nhiãöu táöng (mäùi táöìng gäöm mäüt daîy äúng phun vaì daîy caïnh âäüng liãön nhau) âæåüc gàõn træûc tiãúp lãn truûc hçnh tang träúng Håi âæåüc giaîn nåí liãn tuûc trong caïc táöng, âäüng nàng ra khoíi táöng træåïc âæåüc sæí duûng mäüt pháön åí táöng sau. Do âoï laìm giaím âæåüc täøn tháút täúc âäü ra, náng cao âæåüc hiãûu suáút cuía tuäúc bin. Trong tuäúc bin loaûi naìy, håi khäng nhæîng giaîn nåí trong äúng phun maì coìn caí trong caïnh quaût âäüng. Nàm 1896 Charles Curtis (Myî) âæa vaìo váûn haình tuäúc bin coï táöng täúc âäü. Trong táöng täúc âäü naìy caïc caïnh quaût âæåüc gàõn lãn cuìng mäüt âènh coï nhiãöu daîy kãö nhau. Nhåì âoï giaím âæåüc säú voìng quay vaì âån giaín trong truyãön âäüng.
4. - 10 - Hçnh 1.3: Tuäúc bin phaín læûc nhiãöu táöng 1- Thán tuäúc bin 2-3 - Caïnh âäüng 4-5 - Caïnh ténh 6 - Thán ngoaìi 7 - Håi vaìo 8 - Thán tuäúc bin 9 - Âæåìng håi måïi 10 - Cæía thoaït Nàm 1900 ra âåìi tuäúc bin xung læûc nhiãöu táöng âáöu tiãn cuía kyî sæ ngæåìi Phaïp Rateau våïi cäng suáút 735 kW. 1903 nhaì baïc hoüc ngæåìi Thuûy syî Aurel Stodola láön âáöu tiãn trçnh baìy vãö lyï thuyãút tuäúc bin håi. 1904 Tuäúc bin xung læûc nhiãöu táöng vaì äúng phun coï miãön càõt vaït cuía Heinrich Zoelly ( Thuûy sé ), cäng suáút 1100 kW. 1907 Haîng BBC ( Thuûy syî ) chãú taûo tuäúc bin håi cäng suáút 5000 kW âáöu tiãn våïi säú voìng quay laì 1000 voìng/phuït, coï táöng täúc âäü vaì táöng phaín læûc. 1912 Tuäúc bin hæåïng truûc âáöu tiãn cuía hai anh em Ljungs Trons ngæåìi Thuûy âiãøn. Loaûi tuäúc bin hæåïng truûc naìy vãö sau êt âæåüc phäø biãún do haûn chãú vãö cäng suáút. Hçnh 1.4: Så âäö Tuäúc bin hæåïng truûc 1,2 - Âéa Tuäúc bin 3 - ÄÚng dáùn håi måïi 4,5 - Truûc Tuäúc bin 6,7 - Caïch quaût táön trung gian 8 - Thán Tuäúc bin
5. - 11 - 1925 Haîng AEG ( Âæïc ) vaì BBC ( Thuûy âiãøn ) náng thäng säú cuía håi lãn âãún P = 3,5 ÷ 5,5 MPa, nhiãût âäü t = 450oC 1930 Tuäúc bin cao aïp âáöu tiãn cuía thãú giåïi ra âåìi do haîng BBC chãú taûo våïi aïp suáút P = 19,5 Mpa , t = 500oC , âáy laì tuäúc bin thæí nghiãûm nãn cäng suáút chè måïi âaût 4 MW. 1930 Tuäúc bin 2 truûc våïi cäng suáút 160 MW BBC vaì 210 MW (GE, Westinghouse) 1931 Tuäúc bin mäüt truûc våïi cäng suáút 160 MW (GE) 1954 Nhaì maïy âiãûn nguyãn tæí âáöu tiãn ra âåìi åí Dbnisk (Liãn xä cuî) våïi tuäúc bin håi áøm. 1956 Tuäúc bin siãu täúc våïi thäng säú håi P = 24 MPa, t = 560oC cuía haîng Siemens (Âæïc) vaì GE (Myî) 1960 Caïc tuäúc bin cäng suáút 500MW âáöu tiãn ra âåìi. ( Myî, Anh, Thuûy sé ). 1970 Täø håüp Tuäúc bin maïy phaït 1000 MW âáöu tiãn vaì 1300 MW - Tuäúc bin hai truûc cuía haìng BBC ra âåìi. Song song våïi viãûc tàng cäng suáút caïc täø maïy, thäng säú håi vaì hiãûu suáút cuía caïc tuäúc bin naìy ngaìy mäüt tàng. Trãn hçnh 1.4 biãøu thë quaï trçnh phaït triãøn cuía thäng säú håi, hiãûu suáút vaì cäng suáút cuía täø håüp tuäúc bin maïy phaït tæì gáön mäüt thãú kyí nay. η o P(MW) TE( C) 1200 0,6 800 P 1000 0,5 700 (MW) η E P 800 0,4 600 40 TE 600 0,3 500 30 P E 400 0,2 400 20 200 0,1 300 10 200 0 0 1900 1925 1950 1975 2000 Hçnh 1.5: Quaï trçnh phaït triãøn thäng säú håi, hiãûu suáút vaì Cäng suáút tuäúc bin håi N
6. - 12 - gaìy nay tuäúc bin laì mäüt trong nhæîng thiãút bë chênh âãø saín xuáút ra âiãûn nàng trãn thãú giåïi. Khäúi tuäúc bin låïn nháút coï cäng suáút 1300 MW, thäng säú håi P = 16 MPa, t = 540oC (dæåïi tåïi haûn). Tuäúc bin trong nhaì maïy âiãûn nguyãn tæí coï cäng suáút lãn âãún 1500 MW. Tuy nhiãn âáy laì tuäúc bin håi áøm våïi P = 3 ÷ 7 MPa, t = 300 ÷ 310oC. Trong tæång lai gáön, thäng säú cuía caïc tuäúc bin håi seî lãn âãún 35 MPa/700oC. Bãn caûnh âoï viãûc tàng âäü tin cáûy vaì khaí nàng váûn haình an toaìn caïc tuäúc bin cuîng âæåüc quan tám. Âãø giaím giaï thaình vaì giaím ä nhiãùm mäi træåìng cáön thiãút phaíi náng cao hiãûu suáút cuía nhaì maïy nhiãût âiãûn. Ngaìy nay hiãûu suáút naìy coï thãø lãn âãún 35 - 45 %. Mäüt trong nhæîng biãûn phaïp thêch håüp nháút âãø náng cao hiãûu suáút laì thæûc hiãûn saín xuáút phäúi håüp âiãûn nhiãût nàng vaì chu trçnh häùn håüp khê - håi. Hiãûn nay caïc haîng chãú taûo tuäúc bin trãn thãú giåïi coï ráút nhiãöu, trong âoï âaïng kãø laì ABB (Thuûy sé), Siemens (Âæïc), GE (Myî), LMZ (Nga), Skoda (Tiãûp) Viãût nam hiãûn naìy chæa chãú taûo âæåüc tuäúc bin. Vaìo âáöu nhæîng nàm 70 âaî coï dæû âënh xáy dæûng nhaì maïy chãú taûo tuäúc bin, âaî cæí ngæåìi âi thæûc táûp åí caïc næåïc XHCN luïc báúy giåì. Tuy váûy , do hoaìn caính chiãún tranh, trçnh âäü kyî thuáût laûc háûu vaì nãön kinh tãú yãúu keïm, dæû aïn naìy khäng thæûc hiãûn âæåüc. Nhæîng tuäúc bin âáöu tiãn åí næåïc ta âæåüc nháûp tæì thåìi Phaïp, cäng suáút tæì 1 - 5 MW, sau nàm 1954 åí miãön Bàõc âaî coï caïc tuäúc bin trung aïp cuía Liãn xä (cuî), Trung quäúc, cäng suáút tæì 6 - 50 MW. Gáön âáy âaî coï caïc täø maïy 66 MW vaì 100 MW åí Thuí Âæïc vaì Phaí Laûi. Noïi chung so våïi thãú giåïi caïc tuäúc bin naìy ráút nhoí beï, laûc háûu. 1.2- Tuäúc bin khê Khaïi niãûm vãö tuäúc bin khê âaî coï caïch âáy khoaíng 200 nàm. Âoï laì mäüt âäüng cå nhiãût, thæûc hiãûn quaï trçnh biãún hoïa nàng cuía nhiãn liãûu trong buäöng âäút åí nhiãût âäü cao thaình cå nàng nhåì nhæîng bäü pháûn maïy quay coï caïnh. Nguyãn lyï laìm viãûc naìy âæåüc thæûc hiãûn chuí yãúu qua hai chu trçnh våïi quaï trçnh chaïy âàóng aïp (chu trçnh Bragton) vaì chu trçnh chaïy âàóng têch (chu trçnh Hunphrey). Tuäúc bin khê våïi chu trçnh chaïy âàóng aïp âáöu tiãn coï cäng suáút 400 kW âæåüc Armangen vaì Laval âæa vaìo sæí duûng nàm 1905. Sau âoï 4 nàm Holzwarth chãú taûo thaình cäng tuäúc bin khê theo chu trçnh chaïy âàóng têch. Trong mäüt thåìi gian daìi caïc tuäúc bin khê naìy laìm viãûc våïi hiãûu suáút ráút tháúp tæì 3 ÷ 15 % . Maîi âãún nàm 1930 Whittle thiãút kãú tuäúc bin khê duìng cho âäüng cå maïy bay. Æu âiãøm låïn cuía loaûi tuäúc bin naìy laì hiãûu suáút nhiãût cao hån caïc âäüng cå âäút trong kiãøu Pistäng thënh haình luïc báúy giåì. Nàm 1937 maïy bay coï âäüng cå laì tuäúc bin khê âáöu tiãn ra âåìi . [GTTB]
7. - 13 - Âãø tàng hiãûu suáút vaì cäng suáút tuäúc bin ngæåìi ta sæí duûng caïc så âäö nhiãût phæïc taûp, laìm maït cuîng nhæ quaï nhiãût trung gian, hoàûc laìm nhiãöu truûc. Nhåì váûy maì cäng suáút, hiãûu suáút cuía tuäúc bin tàng lãn khäng ngæìng η T ( o C) 0,5 1200 P(MW) T 400 0,4 1000 η 300 0,3 800 200 0,2 600 P 100 0,1 400 1930 1950 1970 1990 2000 Hçnh 1.6:Quaï trçnh phaït triãøn caïc thäng säú tuäúc bin khê Hçnh 1.7: Tuäúc bin khê V94.3 cuía haîng Siemens
8. - 14 - Âàûc biãût træåïc vaì trong chiãún tranh thãú giåïi thæï II caïc næåïc tham chiãún luän tçm caïch tàng sæïc maûnh vaì täúc âäü cuía maïy bay chiãún âáúu nhåì caïc tuäúc bin khê coï sæïc keïo låïn. Sau chiãún tranh, tuäúc bin khê caìng âæåüc phaït triãøn nhanh hån, âaî loaûi caïc âäüng cå pit-täng ra khoíi pháön låïn caïc maïy bay chiãún âáúu vaì bàõt âáöu âæåüc sæí duûng räüng raîi âãø phaït âiãûn. Theo [ 1 ] thç nhæîng thaình tæûu âaïng kãø âaût âæåüc trong lénh væûc tuäúc bin khê nhæ sau : 1939 Tuäúc bin khê phaït âiãûn âáöu tiãn do haîng BBC (Thuûy sé) chãú taûo våïi cäng suáút 4 MW vaì hiãûu suáút 17%. 1941 Tuäúc bin khê cho maïy bay âáöu tiãn cuía Junkers vaì BMW (Âæïc) vaì Rolls - Royce (Anh). 1949 Tuäúc bin khê âáöu tiãn cho nhaì maïy âiãûn gaïnh phuû taíi ngoün cuía haîng BBC cäng suáút 27 MW, hai truûc, nhiãût âäü vaìo 650oC. Âáy laì loaûi tuäúc bin chênh cuía nhaì maïy âiãûn trong nhæîng nàm 50. 1960 láön âáöu tiãn âæa vaìo sæí duûng caïc âäüng cå maïy bay âãø phaït âiãûn trong caïc nhaì maïy âiãûn gaïnh phuû taíi ngoün, vaì sau âoï âãø truyãön âäüng cho båm, maïy neïn vaì taìu chiãún (Anh, Âæïc, Myî) 1965 Haîng GE (myî) cho ra âåìi täø håüp tuäúc bin khê mäüt truûc 15 MW, bàõt âáöu mäüt thåìi kyì måïi phaït triãøn caïc tuäúc bin mäüt truûc, kãút cáúu goün nheû, chaûy äøn âënh. Cuìng trong nàm naìy, láön âáöu tiãn chu trçnh häùn håüp âæåüc aïp duûng åí nhaì maïy âiãûn Hohr Wand (AÏo) (Cäng trçnh tuäúc bin khê 10 MW phäúi håüp våïi chu trçnh håi, hiãûu suáút âaût âãún 41,6%) 1974 Tuäúc bin khê mäüt truûc âáöu tiãn våïi cäng suáút lãn âãún 100 MW åí nhaì maïy âiãûn Leopoldau (AÏo). 1980 Tuäúc bin khê mäüt truûc cäng suáút 125 MW (V.94) cuía KWU (Âæïc) âæåüc âæa vaìo sæí duûng. 1982 Nhaì maïy âiãûn chu trçnh häùn håüp våïi cäng suáút mäùi khäúi 375 MW, hiãûu suáút 42,3% âæåüc âæa vaìo váûn haình åí Bank PaKong (Thaïi lan) 1990 Tuäúc bin khê mäüt truûc âaût cäng suáút låïn hån 200 MW, nhiãût âäü vaìo låïn hån 1200oC hiãûu suáút låïn hån 36% âaî âæåüc caïc haîng saín xuáút haìng loaût , cung cáúp cho caïc nhaì maïy âiãûn, âàûc biãût åí caïc næåïc âang phaït triãøn. 1.3- Phán loaûi tuäúc bin håi næåïc. Tuìy thuäüc vaìo tênh cháút cuía quïa trçnh nhiãût coï thãø phán biãût caïc loaûi tuäúc bin håi næåïc chuí yãúu nhæ sau : 1) Tuäúc bin ngæng håi : Trong âoï toaìn bäü læu læåüng håi måïi, træì læåüng håi trêch gia nhiãût, âãöu âi qua pháön chuyãön håi, giaîn nåí âãún aïp suáút beï hån aïp suáút khê
9. - 15 - quyãøn, räöi vaìo bçnh ngæng, trong âoï nhiãût cuía håi thoaït truyãön cho næåïc laìm maït vaì máút âi mäüt caïch vä êch 2) Duìng tuäúc bin âäúi aïp : Håi thoaït trong tuäúc bin naìy âæåüc dáùn vãö häü tiãu thuû nhiãût âãø duìng cho muûc âêch sinh hoaût hoàûc cäng nghiãûp. Tuäúc bin laìm viãûc våïi chán khäng xáúu cuîng âæåüc xãúp vaìo loaûi naìy. Trong loaûi naìy håi giaîn nåí tåïi aïp suáút dæåïi aïp suáút khê quyãøn, coìn nhiãût cuía næåïc laìm maït bçnh ngæng thç âæåüc duìng cho caïc nhu cáöu sinh hoaût, sæåíi, hay laì cho muûc âêch näng nghiãûp. Håi thoaït cuía tuäúc bin âäúi aïp cuîng âæåüc sæí duûng âãø chaûy tuäúc bin håi khaïc . Tuäúc bin nhæ váûy âæåüc goüi laì tuäúc bin âàût chäöng 3) Tuäúc bin ngæng håi coï cæía trêch âiãöu chènh trung gian. Trong tuäúc bin naìy håi trêch tæì táöng trung gian âæåüc dáùn vãö häü tiãu thuû nhiãût, læåüng håi coìn laûi tiãúp tuûc laìm viãûc trong caïc táöng khaïc vaì âi vaìo bçnh gia nhiãût, læåüng håi coìn laûi tiãúp tuûc laìm viãûc trong caïc táöng khaïc vaì âi vaìo bçnh ngæng. AÏp suáút håi trêch âæåüc tæû âäüng duy trç åí mæïc khäng âäøi. Nãúu häü tiãu thuû nhiãût yãu cáöu håi coï aïp suáút khaïc nhau thç trong mäüt tuäúc bin coï thãø thæûc hiãûn hai cæía trêch håi âiãöu chènh trung gian. Säú læåüng cæía trêch låïn hån næîa khäng phaíi laì phäø biãún. 4) Tuäúc bin coï cæía trêch håi âiãöu chènh vaì âäúi aïp Âãø phuûc vuû caïc häü tiãu thuû nhiãût coï nhu cáöu håi våïi aïp suáút khaïc nhau, coï thãø duìng tuäúc bin coï trêch håi âiãöu chènh vaì âäúi aïp, trong âoï mäüt pháön håi våïi aïp suáút khäng âäøi âæåüc trêch tæì táöng trung gian. Pháön håi coìn laûi, sau khi âi qua caïc táöng tiãúp theo, cuîng seî dáùn vãö häü tiãu thuû nhiãût våïi aïp suáút tháúp hån. Tuìy thuäüc vaìo aïp suáút cuía håi dáùn vaìo tuäúc bin maì chia ra : a) Tuäúc bin tháúp aïp, våïi aïp suáút håi måïi 1,2÷2 bar b) Tuäúc bin trung aïp, våïi aïp suáút håi måïi khäng quaï 40 bar. c) Tuäúc bin cao aïp, våïi aïp suáút håi måïi tæì 60 âãún 140 bar. d) Tuäúc bin trãn cao aïp, våïi aïp suáút trãn 140 bar. Tuìy theo cäng duûng cuía tuäúc bin håi cáön phán biãût : 1/ Tuäúc bin âãø truyãön âäüng maïy phaït âiãûn. Nhæîng tuäúc bin naìy thæåìng âæåüc näúi træûc tiãúp våïi maïy phaït âiãûn vaì laìm viãûc våïi säú voìng quay khäng âäøi. Våïi táön säú 50 Hz tuäúc bin âæåüc chãú taûo vaì laìm viãûc åí 3000 v/f âãø keïo maïy phaït âiãûn hai cæûc. Nãúu âãø keïo maïy phaït âiãûn bänú cæûc thç säú voìng quay cuía tuäúc bin seî laì 1500v/f. Tuäúc bin våïi cäng suáút beï (2500 kW vaì tháúp hån) thæåìng âæåüc chãú taûo våïi säú voìng quay cao. (5000v/f vaì trãn næîa) vaì näúi våïi maïy phaït qua häüp giaím täúc. Täúc bin nhæ váûy âæåüc goüi laì tuäúc bin truyãön âäüng coï häüp giaím täúc.
10. - 16 - 2/ Tuäúc bin âãø truyãön âäüng caïc quaût neïn, maïy neïn vaì båm thæåìng laìm viãûc våïi säú voìng khäng âäøi. ÅÍ âáy phaíi âiãöu chènh âãø duy trç aïp suáút khäng âäøi cuía khäng khê hay laì næåïc hoàûc giæî cho læu læåüng khäng khê khäng âäøi. 3/ Tuäúc bin duìng cho váûn taíi. a) Tuäúc bin håi taìu thuíy âæåüc duìng phäø biãún laìm âäüng cå cho caïc taìu thuíy dán duûng vaì haíi quán. Tuäúc bin taìu thuíy hiãûn âaûi thæåìng âæåüc näúi våïi truûc chán vët qua häüp giaím täúc vaì laìm viãûc våïi säú voìng quay thay âäøi. b) Tuäúc bin cho caïc âáöu maïy cuîng coï häüp giaím täúc âãø truyãön âäüng baïnh chuí cuía âáöu maïy xe læía vaì laìm viãûc våïi täúc âäü voìng thay âäøi. Âãún nay âáöu taìu tuäúc bin chæa âæåüc æïng duûng räüng raîi. Caïc loaûi tuäúc bin thæåìng âæåüc kyï hiãûu theo tiãu chuáøn quäúc gia (åí næåïc ta chæa coï tiãu chuáøn âoï). Vê duû : theo tiãu chuáøn quäúc gia Liãn xä âaî quy âënh caïc kyï hiãûu nhæ sau : chæî caïi âáöu âàûc træng cho chuíng loaûi tuäúc bin : K - Ngæng håi ; T - Ngæng håi coï trêch håi cáúp nhiãût thu häöi ; Π - Coï trêch håi duìng cho häü tiãu thuû cäng nghiãûp ; Π T - Coï trêch håi âiãöu chènh cho cäng nghiãûp vaì cáúp nhiãût thu häöi P - Âäúi aïp Π P - Coï trêch håi cäng nghiãûp vaì âäúi aïp. Sau chæî caïi laì cäng suáút cuía tuäúc bin bàòng MW (nãúu coï phán säú thç åí tæí säú laì cäng suáút âënh mæïc, åí máùu säú laì cäng suáút cæûc âaûi), sau âoï laì aïp suáút ban âáöu træåïc van stäúp cuía tuäúc bin kG/cm2. Sau dáúu gaûch ngang âäúi våïi tuäúc bin Π, Π T, P vaì Π P laì aïp suáút âënh mæïc cuía cæía trêch cäng nghiãûp hay laì âäúi aïp , kG/cm2. Vê duû : K -160 -130, K-100-90 T-50-130 Π T -60-130/13 v.v Tuäúc bin ngæng håi våïi cäng suáút 150 MW laìm viãûc våïi bäü quaï nhiãût trung gian
11. - 17 - CHÆÅNG 2 CHU TRÇNH NHIÃÛT VAÌ HIÃÛU SUÁÚT TUYÃÛT ÂÄÚI CUÍA THIÃÚT BË TUÄÚC BIN HÅI NÆÅÏC. 2.1- Chu trçnh nhiãût: Så âäö nguyãn lyï cuía thiãút bë tuäúc bin håi næåïc (Hçnh 2.1) Mäi cháút laìm viãûc laì håi næåïc. Sæû thay âäøi traûng thaïi håi trong chu trçnh Renkin lyï pο,ti ο, ο, tæåíng âæåüc biãøu thë trãn (Hçnh 3 2.2). Båm næåïc cáúp 1 náng aïp LΤ suáút cuía næåïc tåïi aïp suáút Pa vaì q1 dáùn vaìo loì håi 2. 2 4 6 Cäng tiãu hao cho 1 kg pa, i a, pκ,i κ, næåïc cáúp laì LB. Quaï trçnh neïn âàóng enträpi trong båm âæåüc biãøu 1 thë trãn âäö thë T-s bàòng âæåìng a’a. LΒ q2 Trong loì håi næåïc âæåüc pκ,i' κ, 5 âun lãn dæåïi aïp suáút khäng âäøi âãún nhiãût âäü säi (âæåìng ab) vaì Hçnh.2.1. Så âäö nguyãn lyï cuía thiãút bë nhiãût nàng bäúc håi (âæåìng bc). Sau âoï håi âi 1 - Båm næåïc cáúp 2 - Loì håi vaìo bäü quaï nhiãût 3, åí âoï nhiãût âäü 3 - Bäü quaú nhiãût 4 - Tuäúc bin tàng lãn âãún To. Quaï trçnh cung 5 - Bçnh ngæng 6 - Maïy phaït âiãûn cáúp nhiãût trong bäü quaï nhiãût diãùn T ra dæåïi aïp suáút khäng âäøi Po, cho Tο d nãn læåüng nhiãût cáúp vaìo q1 truyãön cho næåïc vaì håi hoaìn toaìn âæåüc c tiãu phê cho viãûc náng entanpi cuía b håi vaì âäúi våïi 1 kg håi seî laì : q1 = io - ia a Trong âoï : e a' io - Entanpi cuía håi Tκ khi ra khoíi bäü quaï nhiãût, kJ/kg ia - Entanpi cuía 1 2 s næåïc cáúp vaìo loì håi kJ/kg Hçnh.2.2. Chu trçnh Renkin trãn âäö thë T-s Nhiãût truyãön cho håi trong loì håi vaì trong bäü quaï nhiãût âæåüc biãøu thë bàòng diãûn têch 1abcd21.
12. - 18 - Khi ra khoíi bäü quaï nhiãût våïi entanpi io håi âæåüc dáùn vaìo tuäúc bin 4, giaîn nåí vaì sinh cäng LT. Âäúi våïi tuäúc bin laìm viãûc khäng coï täøn tháút vaì khäng coï trao âäøi nhiãût våïi mäi træåìng bãn ngoaìi, quaï trçnh giaîn nåí håi laì quaï trçnh âoaûn nhiãût (âæåìng de). Håi thoaït khoíi tuäúc bin seî âi vaìo bçnh ngæng 5. ÅÍ âáy våïi aïp suáút pk khäng âäøi seî diãùn ra quaï trçnh håi nhaí nhiãût cho næåïc laìm maït tuáön hoaìn, håi âæåüc ngæng tuû laûi thaình næåïc coï entanpi i’k (quaï trçnh ea’) vaì âæåüc båm 1 båm vaìo loì håi. Nhæ váûy chu trçnh cuía håi næåïc trong nhaì maïy nhiãût âiãûn laì mäüt chu trçnh kheïp kên. Nhiãût læåüng nhaí ra tæì 1 kg håi khi aïp suáút trong bçnh ngæng giæî khäng âäøi âæåüc xaïc âënh båíi hiãûu säú cuía entanpi. q2 = i’k - ikt Trong âoï : ikt - Entanpi cuía håi thoaït tæì tuäúc bin sau khi giaîn nåí âàóng enträpi i’k - Entanpi cuía næåïc ngæng Cäng coï êch lyï thuyãút cuía 1 kg håi bàòng : l = q1 - ⏐q2⏐= (io - ia) - (ikt - i’k) = (io- ikt ) - (ia- i’k) = lT - lB (2-1) Trong âoï : lT = io - ikt - Cäng cuía 1 kg håi trong tuäúc bin lyï tæåíng, vaì âæåüc goüi laì cäng lyï thuyãút. lB = ia - i’k - Cäng tiãu hao âãø båm 1 kg næåïc vaìo loì håi. Diãûn têch coï gaûch cheïo trãn âäö thë T-s tæång âæång våïi cäng l (H 2.2) 2.2- Hiãûu suáút tuäúc bin: Hiãûu suáút tuyãût âäúi Tyí säú cuía cäng tuäúc bin lyï tæåíng trãn læåüng nhiãût cáúp vaìo goüi laì hiãûu suáút tuyãût âäúi hay laì hiãûu suáút nhiãût, tæïc laì : l (io − ikt ) − (ia − i'k ) ηt = = (2-2) q1 io − ia Nãúu thãm vaì båït âi âaûi læåüng i’k åí máùu säú, ta coï : (io − ikt ) − (ia − ik ) ηt = (io − i'k ) − (ia − i'k ) Nãúu boí qua cäng duìng âãø keïo båm thç hiãûu suáút tuyãût âäúi cuía chu trçnh lyï tæåíng seî laì : iiokt− ηt = ' (2-3) iiok−
13. - 19 - Trong âoï : ho = io - ikt - Nhiãût giaïng lyï thuyãút cuía tuäúc bin âæåüc xaïc âënh dãù daìng trãn âäö thë i-s (Hçnh 2.3) p i ο T Tο d iο tο a k i c - o b t i k i = i - h o p i κ = o tκ a h iκ a' e e' iκt Tκ ∆ s S - S' s ο κ 1 2 2' s Hçnh.2.3. Quïa trçnh giaîn nåí håi trong tuäúc bin trãn âäö thë i-s Hçnh.2.4. Chu trçnh nhiãût thæûc tãú trãn âäö thë T-s Khi quaï trçnh giaîn nåí håi kãút thuïc åí vuìng håi áøm thç nhiãût giaïng lyï thuyãút cuîng coï thãø tênh theo cäng thæïc : ho = io - i’k - Tk (so - s’k) Caïc kyï hiãûu xem hçnh (H.2.4). ' Tsko()− s k Vaì ηt = 1 - ' (2-4) iiok− Nãúu quaï trçnh giaîn nåí kãút thuïc åí vuìng håi quaï nhiãût thç coï thãø tênh ho theo phæång trçnh cuía khê lyï tæåíng : ⎡ k −1 ⎤ k ⎛ p ⎞ k h = pv ⎢1 − ⎜ k ⎟ ⎥ (2-5) o oo⎢ ⎥ k − 1 ⎝ po ⎠ ⎣⎢ ⎦⎥ Âäúi våïi håi quaï nhiãût k = 1,3 povo - Têch cuía caïc thäng säú håi ban âáöu, âæåüc xaïc âënh theo baíng håi næåïc pk - AÏp suáút cuäúi cuía quaï trçnh giaîn nåí âoaûn nhiãût.
14. - 20 - Hiãûu suáút trong tæång âäúi Trong thæûc tãú quaï trçnh giaîn nåí håi trong tuäúc bin laì quaï trçnh khäng thuáûn nghëch, båíi vç sæû chuyãøn âäüng cuía håi trong pháön chaíy luän keìm theo täøn tháút cäng âaïng kãø. Cho nãn âæåìng quaï trçnh giaîn nåí trãn âäö thë i-s lãûch khoíi âæåìng thàóng enträpi (Hçnh 2.3) vaì trãn âäö thë T-s (Hçnh 2.4) vãö hæåïng tàng enträpi. Do tàng enträpi cuía håi thoaït khi aïp suáút khäng thay âäøi nãn entanpi cuía noï tàng lãn, hiãûu säú cuía entanpi âáöu vaì cuäúi âàûc træng cho cäng thæûc tãú do 1 kg håi trong tuäúc bin sinh ra seî giaím xuäúng vaì bàòng : li = hi = io - ik Cäng thæûc tãú do 1 kg håi trong tuäúc bin sinh ra âæåüc goüi laì nhiãût giaïng sæí duûng cuía tuäúc bin (hi ) Trãn âäö thë T-s quaï trçnh giaîn nåí thæûc âæåüc biãøu thë bàòng âæåìng de’ (Hçnh2.4). Nhiãût cáúp cho loì håi bàòng diãûn têch 1abcd21, nhiãût cáúp cho næåïc laìm maït (næåïc tuáön hoaìn) bçnh ngæng , q2 = 1a’e’2’1, tàng so våïi nhiãût cuía chu trçnh lyï tæåíng, coìn cäng do håi trong tuäúc bin sinh ra seî giaím vaì bàòng hi = q1 - ⏐q2 ⏐hay laì bàòng hiãûu säú cuía caïc diãûn têch : a’abcdea’ - 2e e’2’2 ≡ ho - Tk ∆s (2-6) Diãûn têch sau cuìng laì nhiãût læåüng cáúp cho næåïc tuáön hoaìn, âàûc træng cho caïc täøn tháút khi håi giaîn nåí trong tuäúc bin. Trong træåìng håüp naìy, khi âiãøm cuäúi cuía quaï trçnh giaîn nåí nàòm åí vuìng håi áøm, thç nhiãût læåüng áúy seî bàòng Tk ∆s, trong âoï, ∆s - Gia säú enträpi do täøn tháút khi håi giaîn nåí trong tuäúc bin gáy nãn . Tyí säú cuía nhiãût giaïng sæí duûng hi trãn nhiãût giaïng lyï thuyãút ho goüi laì hiãûu suáút trong tæång âäúi cuía tuäúc bin. hi li ηoi = = (2-7) ho lo Âäúi våïi træåìng håüp giaîn nåí trong vuìng håi áøm Tsk ∆ ηoi = 1 - ho Âäöng thåìi cuîng coï thãø biãøu thë ho ∆s = (1 - ηoi ) Tk Hiãûu suáút trong tæång âäúi cuîng coï thãø tçm âæåüc bàòng caïch so saïnh cäng suáút do håi sinh ra trong tuäúc bin våïi cäng suáút lyï tæåíng cuía maïy. liG Pi ηoi = = loG Po
15. - 21 - Hiãûu suáút trong tuyãût âäúi Tyí säú cuía nhiãût giaïng sæí duûng trãn nhiãût læåüng cung cáúp cho 1 kg mäi cháút trong loì håi q1 goüi laì hiãûu suáút trong tuyãût âäúi cuía tuäúc bin. l h hh η = i = i = io = η η (2-8) i q ii− ' ' oi t i ok hioo()− i k Cuîng coï thãø diãùn âaût theo tyí säú cäng suáút trong cuía tuäúc bin trãn nhiãût læåüng trong mäüt giáy Q cáúp cho mäi cháút trong loì håi : liG Pi Pi ηi = = = (2-8') qiG qiG Q Hiãûu suáút cå khê: Khäng phaíi táút caí cäng suáút do håi sinh ra âãöu âæåüc cung cáúp cho häü tiãu thuû, vç mäüt pháön cäng suáút phaíi chi phê âãø thàõng caïc täøn tháút cå khê ∆Pm. Cäng suáút hiãûu duûng Pe trãn khåïp truûc näúi tuäúc bin våïi maïy âæåüc truyãön âäüng beï hån cäng suáút trong tuäúc bin Pi mäüt âaûi læåüng bàòng giaï trë cuía caïc täøn tháút cå khê ∆Pm. Pe = Pi - ∆Pm Tyí säú cuía cäng suáút hiãûu duûng trãn cäng suáút trong goüi laì hiãûu suáút cå khê : Pe ηm = (2-9) Pi Hiãûu suáút hiãûu duûng tæång âäúi: Cäng suáút lyï thuyãút cuía tuäúc bin lyï tæåíng âæåüc xaïc âënh theo phæång trçnh : Po = G.ho (2-10) Trong âoï : ho - Nhiãût giaïng lyï thuyãút Tyí säú cuía cäng suáút hiãûu duûng trãn cäng suáút lyï thuyãút goüi laì hiãûu suáút hiãûu duûng tæång âäúi. Pe Pi Pe ηoe = = = ηoiηm (2-11) Po Po Pi Hiãûu suáút hiãûu duûng tuyãût âäúi : Tyí säú cäng suáút hiãûu duûng cuía tuäúc bin trãn læåüng nhiãût cung cáúp trong loì håi goüi laì hiãûu suáút hiãûu duûng tuyãût âäúi thiãút bë tuäúc bin :
16. - 22 - Pe Pi Pe ηe = = = ηiηm = ηtηoiηm = ηtηoe (2-12) Q QPi Hiãûu suáút maïy phaït âiãûn: Nãúu trong tuäúc bin duìng âãø truyãön âäüng maïy phaït âiãûn thç cäng suáút PE phaït ra tæì âáöu dáy maïy phaït seî beï hån cäng suáút hiãûu duûng mäüt âaûi læåüng bàòng giaï trë täøn tháút ∆PG cuía maïy phaït : PE = Pe - ∆PG Tyí säú cuía cäng suáút âiãûn åí âáöu dáy maïy phaït trãn cäng suáút hiãûu duûng goüi laì hiãûu suáút maïy phaït âiãûn. PE ηG = (2-13) Pe Hiãûu suáút âiãûn tæång âäúi Tyí säú cuía cäng suáút âiãûn cuía maïy phaït trãn cäng suáút lyï thuyãút cuía tuäúc bin lyï tæåíng goüi laì hiãûu suáút âiãûn tæång âäúi. Pe Pe ηoG = = ηe = ηoeηG = ηoiηmηG (2-14) Po Po Hiãûu suáút âiãûn tuyãût âäúi Tyí säú cuía cäng suáút âiãûn (tênh bàòng âån vë nhiãût) trãn nhiãût læåüng cung cáúp vaìo loì håi goüi laì hiãûu suáút âiãûn tuyãût âäúi PE Pe η E = = ηG = ηeηG = ηtηoiηmηG (2-15) q1G q1G Tæì (2-15) tháúy ràòng : coï hai con âæåìng tàng hiãûu quaí kinh tãú cuía thiãút bë. Con âæåìng thæï nháút laì tàng hiãûu suáút nhiãût cuía chu trçnh bàòng caïch náng cao hiãûu säú nhiãût âäü trung bçnh khi cung cáúp nhiãût vaìo loì håi (nguäön noúng) vaì nhiãût âäü khi thaíi nhiãût trong bçnh ngæng (nguäön laûnh). Con âæåìng thæï hai laì hoaìn thiãûn cáúu taûo cuía tuäúc bin vaì maïy phaït, chuí yãúu laì giaím båït täøn tháút trong pháön chaíy cuía tuäúc bin, cuîng nhæ giaím täøn tháút cå khê vaì täøn tháút trong maïy phaït. Ngæåìi váûn haình coï nhiãûm vuû baío âaím hiãûu suáút täúi âa cuía thiãút bë trong thåìi gian laìm viãûc láu daìi. Muäún váûy phaíi duy trç cacï thäng säú âënh mæïc cuía quaï trçnh nhiãût, träng coi cáøn tháûn vaì âënh kyì sæía chæîa tuäúc bin. Nhæîng hiãûu suáút vaì cäng suáút âaî phán loaûi trãn kia âæåüc ghi trong baíng 1-1
17. - 23 - Baíng 1-1 Cäng suáút vaì hiãûu suáút cuía tuäúc bin Hiãûu suáút Hiãûu suáút Hiãûu suáút Cäng suáút tæång âäúi tuyãût âäúi h Cuía tuäúc bin lyï 1 i Po = G.ho ηt = ' tæåíng iiok− h Trong η = i ηi = ηtηoi Pi = G.hi oi h o =Poηoi Hiãûu duûng ηoe = ηoiηm ηe = ηtηoe Pe = G.hiηm =PoηoE η η η η η η Âiãûn oE = oi m G ηE = ηtηoe PE = G.hi m G =PoηoE Khi âaïnh giaï hiãûu quaí cuía toaìn nhaì maïy âiãûn cáön phaíi tênh thãm täøn tháút nhiãût trong loì håi, tiãu hao nàng læåüng keïo båm cáúp næåïc, täøn tháút aïp suáút vaì täøn tháút nhiãût trong caïc äúng dáùn håi,v.v Trong thæûc tãú tênh toaïn cäng suáút âæåüc do bàòng W(J/s) hay laì bàòng kW vaì kyï hiãûu bàòng chæî P. Sæû liãn kãút giæîa læu læåüng khäúi læåüng cuía håi G, kg/s, cäng cuía 1kg håi vaì cäng suáút (do bàòng kW) nhæ sau : -3 Pi = G.li = G.hi [J/s] = 10 hiG [kW] (2-16) Nãúu nhiãût giaïng hi tênh bàòng kJ/kg thç læu læåüng håi trong mäüt giáy âãø sinh ra cäng suáút trong : P P G = = i [kg/s] (2-17) hi hoiηoi Vaì læu læåüng trong mäüt giåì : D = 3600.G [kg/h] Âäúi våïi tuäúc bin ngæng håi thæåìng hay duìng phäø biãún âaûi læåüng suáút tiãu håi laì læåüng håi âãø saín sinh ra1 KWh trãn âáöu dáy maïy phaït, laì : 3600.G 3600.G de = = [kg/kWh] (2-18) hooE.η hooimG ηηη Hiãûu quaí kinh tãú cuía tuäúc bin ngæng håi âæåüc âaïnh giaï theo suáút tiãu hao nhiãût laì læåüng nhiãût âãø saín sinh ra 1kWh vaì tênh theo cäng thæïc : 3600. qE = dE (io - i’k) = ηE
18. - 24 - Trong âoï : io - Entanpi cuía håi måïi. kJ/kg i’k - Entanpi cuía næåïc ngæng håi thoaït kJ/kg Hay 1 qE = (2-19) ηE laì âaûi læåüng nghëch âaío cuía hiãûu suáút âiãûn tuyãût âäúi. 2-3. Caïc biãûn phaïp náng cao hiãûu suáút nhiãût cuía chu trçnh tuäúc Sæû phuû thuäüc cuía hiãûu suáút nhiãût vaìo caïc thäng säú håi taûi caïc âiãøm khaïc nhau cuía chu trçnh âæåüc trçnh baìy trãn âäö thë T-s (Hçnh.2.4). Âãø tháúy roî hån täút nháút ta thay chu trçnh Renkin bàòng chu trçnh Caïcnä tæång âæång. Trong chu trçnh Renkin, nhiãût âem vaìo khi âun næåïc cáúp âãún nhiãût âäü baîo hoìa (âæåìng ab Hçnh 2.4), khi bäúc håi (âæåìng bc) vaì khi quaï nhiãût håi (âæåìng cd) âæåüc tiãún haình våïi nhiãöu nhiãût âäü khaïc nhau. Coìn sæû thaíi nhiãût trong bçnh ngæng åí vuìng håi áøm trong chu trçnh naìy cuîng nhæ trong chu trçnh Caïcnä diãùn ra våïi nhiãût âäü Tk khäng âäøi (âæåìng ea’). Váûy thç, âãø thay chu trçnh Renkin bàòng chu trçnh Caïcnä tæång âæång chè cáön thay nhiãût âäü thay âäøi T trãn âoaûn cáúp nhiãût bàòng nhiãût âäü tæång âæång khäng âäøi Ttd. ÅÍ âáy diãûn têch cuía chu trçnh tæång âæång seî bàòng diãûn têch âæåüc giåïi haûn båíi âæåìng viãön cuía chu trçnh Renkin. Tæïc laì hiãûu suáút cuía chu trçnh Renkin ηt seî bàòng hiãûu suáút cuía chu trçnh Caïcnä tæång âæång : (TTtd− k ) ηt = ηC = (2-20) Ttd Tæì âáúy : Tk Ttd = (2-21) ()1− ηt 2.3.1. Náng cao aïp suáút ban âáöu po Våïi nhiãût âäü håi thoaït Tk vaì nhiãût âäü håi måïi To khäng âäøi, nãúu tàng aïp suáút håi ban âáöu Po thç nhiãût âäü håi baîo hoaì hoìa seî tàng, do âoï nhiãût âäü tæång âæång cáúp nhiãût seî tàng tæì Ttd âãún Ttd1 (Hçnh 2.5). Theo cäng thæïc (2-20) hiãûu suáút tuyãût âäúi cuía chu trçnh seî tàng lãn. Nhæng caìng tàng aïp suáút ban âáöu, nhiãût âäü tæång âæång cuía chu trçnh Ttd luïc âáöu tàng sau âoï do tàng pháön nhiãût duìng âãø âun næåïc tåïi nhiãût âäü baîo hoaì nãn nhëp âäü tàng áúy cháûm dáön, nãúu tiãúp tuûc tàng aïp lãn næîa thç seî laìm giaím Ttd vaì hiãûu quaí kinh tãú cuía chu trçnh.
19. - 25 - Nhiãût giaïng sæí duûng cuía tuäúc bin h T o To' = To dd' seî cuìng tàng våïi Po cho âãún luïc âæåìng tiãúp tuyãún ab våïi âæåìng âàóng nhiãût b c (trãn âäö thë i-s ,to = const song song våïi Ttâ1 âoaûn âàóng aïp Pk = const (Hçnh 2.6). bc' Ttâ2 Nãúu tiãúp tuûc tàng Po nhiãût giaïng seî bàõt âáöu giaím. tæì âäö thë i-s (Hçnh 2.6) roî a e e' raìng laì entanpi io cuía håi måïi våïi to = const seî giaím khi coï tàng Po. Âiãöu âoï cuîng lyï giaíi âæåüc taûi sao laûi âaût âæåüc hiãûu suáút ηt cæûc âaûi khi coï aïp suáút håi 1 2 3 s Po cao hån so våïi luïc coï nhiãût giaïng cæûc Hçnh.2.5. So saïnh caïc chu trçnh lyï tæåíng âaûi. våïi aïp suáút ban âáöu khaïc nhau trãn Tuy váûy khi náng aïp suáút ban âäö thë T-S âáöu Po våïi nhiãût âäü to âaî cho vaì aïp suáút cuäúi Pk khäng âäøi thç seî laìm tàng âäü áøm cuäúi cuía håi xem (Hçnh 2.5) vaì (Hçnh i to 2.6). Nhæ váûy seî laìm giaím hiãûu suáút o p trong tæång âäúi ηoi cuía tuäúc bin. Màût a khaïc âäü áøm tàng laìm cho caïnh quaût bë o h räù, maìi moìn, âäü áøm cuäúi khäng âæåüc x =1 o væåüt quaï 14%. Cho nãn khi tàng aïp suáút h o h ban âáöu cuîng cáön tàng nhiãût âäü ban âáöu (max) (max) o h h hay laì aïp duûng quaï nhiãût trung gian. Vê p k duû : âäúi våïi tuäúc bin ngæng håi khäng coï quaï nhiãût trung gian, våïi aïp suáút håi s måïi Po = 3,5÷4 MPa, nhiãût âäü ban âáöu khäng âæåüc dæåïi 400÷435oC, coìn våïi Hçnh.2.6 Sæû thay âäøi nhiãût giaïng aïp suáút Po = 9MPa - khäng âæåüc dæåïi o lyï thuyãút ho 500 C. Vç váûy âãø nàng cao hiãûu suáút cuía chu trçnh cáön phaíi âäöng thåìi náng cao nhiãût âäü håi måïi. 2.3.2. Náng cao nhiãût âäü håi ban âáöu To AÍnh hæåíng cuía nhiãût âäü håi ban âáöu tåïi hiãûu suáút nhiãût âæåüc tháúy roî âäö thë T- s. Tàng nhiãût âäü håi ban âáöu tæì To tåïi To1 seî laìm tàng nhiãût âäü cáúp nhiãût trung bçnh tæì
20. - 26 - Ttâ âãún Ttâ’ (Hçnh 2.7) khi nhiãût âäü håi thaíi Tk giæî khäng âäøi, tæång æïng, hiãûu suáút cuía chu trçnh seî tàng lãn. Vç trong chu trçnh âáöu d' To' nhiãût âäü cáúp nhiãût trung bçnh Ttâ tháúp hån nhiãût âäü trung To d bçnh Ttâ’ cuía chu trçnh sau, coìn b c nhiãût âäü håi thaíi cuía hai chu Ttâ' trçnh thç bàòng nhau, nãn hiãûu Ttâ suáút cuía chu trçnh sau seî cao a e e' hån hiãûu suáút cuía chu trçnh âáöu. Nãúu quaï trçnh giaîn nåí 1 2 2' s kãút thuïc åí vuìng håi áøm thç khi náng nhiãût âäü ban âáöu lãn âäü Hçnh.2.7. So saïnh caïc chu trçnh nhiãût lyï tæåíng áøm cuía håi trong caïc táöng cuäúi coï nhiãût âäü håi ban âáöu khaïc nhau cuía tuäúc bin seî giaím. Do âoï khi náng cao nhiãût âäü ban âáöu khäng nhæîng tàng hiãûu suáút nhiãût maì hiãûu suáút trong tæång âäúi cuía tuäúc bin cuîng tàng lãn. Nãúu tiãúp tuûc náng nhiãût âäü ban âáöu lãn næîa, quaï trçnh giaîn nåí coï thãø kãút thuïc åí vuìng håi quaï nhiãût. Trong træåìng håüp naìy nhiãût âäü cuía nhiãût thaíi trung bçnh tàng lãn chuït êt. Nhæng vç caïc âæåìng âàóng aïp åí vuìng håi quaï nhiãût phán kyì theo hçnh quaût vãö phaïi trãn vaì phêa phaíi, nãn nhiãût âäü cáúp nhiãût cuía chu trçnh seî tàng lãn. Nhæ váûy laì, khi tàng nhiãût âäü ban âáöu cuía håi seî laìm tàng hiãûu suáút tuyãût âäúi cuía chu trçnh. Nhåì coï âäö thë i-s dãù daìng khàóng âënh ràòng khi tàng nhiãût âäü ban âáöu cuía håi quaï nhiãût, nhiãût giaïng lyï thuyãút bao giåì cuîng tàng theo. Trong caïc thiãút bë nhiãût hiãûn âaûi, ngæåìi ta âaî aïp duûng räüng raîi quaï nhiãût håi tåïi 545÷565oC nhàòm náng cao hiãûu suáút. Nhæng våïi nhiãût âäü cao, giåïi haûn chaíy cuía kim loaûi seî giaím, coìn täúc âäü raîo seî tàng. Cho nãn khi tàng nhiãût âäü ban âáöu cuía håi thç phaíi sæí duûng theïp chëu nhiãût täút cho bäü quaï nhiãût, caïc âæåìng äúng dáùn håi vaì pháön âáöu cuía baín thán tuäúc bin vaì âæång nhiãn, giaï thaình cuía nhaì maïy âiãûn seî phaíi tàng lãn âaïng kãø. 2.3.3. Giaím aïp suáút håi thoaït pk Nãúu giaím aïp suáút håi thoaït Pk khi cacï thäng säú håi ban âáöu Po vaì to khäng âäøi seî laìm giaím nhiãût âäü ngæng tuû cuía håi, tæïc laì nhiãût âäü thaíi Tk. Nhiãût âäü cáúp nhiãût trung bçnh Ttâ seî giaím khäng âaïng kãø. Cho nãn khi giaím aïp suáút cuäúi bao giåì cuîng laìm tàng hiãûu nhiãût âäü trung bçnh cuía nhiãût cáúp vaìo vaì thaíi ra, tàng nhiãût giaïng lyï
21. - 27 - thuyãút vaì tàng hiãûu suáút nhiãût chu trçnh. Âiãöu âoï coï thãø dãù nháûn tháúy âæåüc khi ta nghiãn cæïu hai chu trçnh nhiãût chè coï aïp suáút cuäúi khaïc nhau trãn âäö thë T-s (Hçnh2.8). Diãûn têch abcdea (æïng våïi chu trçnh thæï nháút) låïn hån diãûn têch a’bcde’a’ cuía chu trçnh thæï hai våïi aïp suáút cuäúi cao hån vaì æïng våïi mäüt âaûi læåüng bàòng diãûn têch pháön gaûch cheïo aa’e’ea’. Váûy laì, nhiãût giaïng lyï T d thuyãút trong chu trçnh thæï nháút låïn hån nhiãût giaïng trong chu trçnh thæï hai: ‘ b c ∆ho = (T k - Tk) (so - s’k) a' T'k e' Nhiãût giaïng lyï thuyãút a Tk e tàng khi giaím aïp suáút cuäúi cuîng coï thãø tháúy roî trãn âäö thë i-s. Giåïi haûn giaím aïp suáút 1 1' 2 2' s trong chu trçnh do nhiãût âäü baîo s k s'k s o hoaì (åí aïp suáút pk) xaïc âënh, maì Hçnh.2.8. So saïnh caïc chu trçnh nhiãût lyï tæåíng nhiãût âäü naìy khäng thãø tháúp hån våïi caïc aïp suáút cuäúi khaïc nhau nhiãût âäü caïc mäi træåìng xung quanh. Trong træåìng håüp ngæåüc laûi thç khi håi ngæng tuû khäng coï khaí nàng truyãön nhiãût cho mäi træåìng chung quanh. Nhiãût âäü baîo hoaì cuía håi thoaït âæåüc xaïc âënh tæì âàóng thæïc tk = t1b + ∆t + δt (2-22) Trong âoï : t1b - Nhiãût âäü cuía næåïc laìm maït - næåïc tuáön hoaìn khi vaìo bçnh ngæng. ∆t - Âäü hám næåïc laìm maït trong bçnh ngæng. δt - Hiãûu cuía nhiãût âäü håi baîo hoìa t’k ( åí aïp suáút Pk) vaì nhiãût âäü cuía næåïc ra khoíi bçnh ngæng t2b , coìn âæåüc goüi laì âäü chãnh nhiãût âäü (δt = tk - t2b). Âäü chãnh δt naìy ráút cáön âãø truyãön nhiãût tæì håi cho næåïc qua vaïch äúng bçnh ngæng. Nhiãût âäü cuía næåïc laìm maït t1b phuû thuäüc vaìo daûng cung cáúp næåïc vaì caïc âiãöu o kiãûn khê háûu. Nãúu laì cung cáúp næåïc træûc læu thç cháúp nháûn t1b = 10 ÷15 C, æïng våïi Pk o =0,03÷0,04 bar, nãúu laì cung cáúp næåïc tuáön hoaìn thç t1b = 20÷25 C, æïng våïi P2 = 0,05 ÷0,07 bar. Âäü hám næåïc laìm maït ∆t âæåüc xaïc âënh tæì phæång trçnh cán bàòng nhiãût cuía bçnh ngæng :
22. - 28 - ii− ' ∆t = t - t = kk (2-23) 2b 1b 419, m Trong âoï : m - Bäüi säú laìm laûnh hay coìn goüi laì bäüi säú tuáön hoaìn - Bäüi säú laìm laûnh bàòng tyí säú cuía læu læåüng næåïc laìm maït trãn læu læåüng håi ngæng tuû. ik - i’k - Hiãûu entanpi cuía håi thoaït vaì cuía næåïc ngæng, tæïc laì, nhiãût áøn cuía quaï trçnh sinh håi, âäúi våïi tuäúc bin ngæng håi ik - i’k = 2200÷2300kJ/kg. Tæì (2-23) tháúy ràòng, bäüi säú laìm laûnh m caìng låïn, âäü hám næåïc laìm maït caìng êt, nhiãût âäü ngæng tuû tk caìng tháúp (theo 2-22), tæïc laì aïp suáút trong bçnh ngæng Pk caìng beï. Nhæng khi tàng bäüi säú laìm laûnh m thç phaíi tàng thãm nàng læåüng keïo båm tuáön hoaìn âãø cáúp næåïc vaìo bçnh ngæng. Täúc âäü cuía næåïc tuáön hoaìn cuîng seî tàng lãn, do âoï khaí nàng maìi moìn caïc äúng âäöng cuîng låïn hån. Màût khaïc, khi giaím aïp suáút bàòng caïch nhæ váûy âoìi hoíi phaíi tàng kêch thæåïc cuía caïc tiãút diãûn ra cho caïc táöng cuäúi tuäúc bin. Nhæ thãú thç cáúu taûo thiãút bë seî phæïc taûp hån vaì giaï thaình seî phaíi cao hån. Cho nãn trong thæûc tãú ngæåìi ta thæåìng choün bäüi säú laìm laûnh trong giåïi haûn tæì 50 âãún 90, æïng våïi âäü hám næåïc laìm maït trong bçnh ngæng ∆t tæì 11 âãún 6oC. Trong tuäúc bin låïn hiãûn âaûi aïp suáút trong bçnh ngæng Pk =0,035÷ 0,04 bar, æïng o våïi nhiãût âäü baîo hoìa tk = 26÷29 C. 2.3.4. Quaï nhiãût håi trung gian. Âãø giaím âäü áøm cuía håi åí caïc táöng cuäúi cuía tuäúc bin ngæåìi ta aïp duûng quaï nhiãût trung gian. Tæïc laì håi sau khi ra khoíi fáön cao aïp (PCA) coï nhiãût âäü t1seî âæåüc âæa vaìo loì håi vaì nhåì bäü quaï nhiãût trung gian náng nhiãût âäü lãn âãún to1. Sau khi âaî quaï nhiãût trung gian håi âæåüc dáùn vãö pháön haû aïp (PHA), trong âoï håi tiãúp tuûc giaîn nåí âãún aïp suáút Pk (Hçnh 2.9). Chu trçnh nhiãût våïi quaï nhiãût trung gian trãn âäö thë i-s (Hçnh 2.10) coï thãø âæåüc xem nhæ laì täø håüp cuía hai chu trçnh chênh thæï nháút laì 1abcde21 vaì chu trçnh phuû thæï hai laì 2ee’fg32.
23. - 29 - p01 ,,t01 i01 4 p1 , t1 , i1 PE 8 2 p0 , t0 , i 0 3 5 Hçnh 2.9. Så âäö tuäúc bin nhiãût âiãûn 1 coï quaï nhiãût håi trung gian 1- Loì håi 2- Bäü quaï nhiãût 3- Pháön haû aïp P B 6 4- Bäü quaï nhiãût trung gian 7 5- Pháön cao aïp 6- Bçnh ngæng 7- Båm næåïc cáúp i' k 8- Maïy phaït âiãûn Nãúu nhiãût âäü tæång âæång cuía chu trçnh phuû (T’td), cao hån nhiãût âäü tæång âæång Ttd cuía chu trçnh chênh, thç hiãûu quaí d f TTo o1 kinh tãú cuía chu trçnh phuû seî cao hån hiãûu quaí kinh tãú cuía chu trçnh chênh vaì hiãûu suáút cuía chu trçnh chung seî T'tâ tàng lãn. b c T1 ÆÏng duûng quaï nhiãût trung e' Ttâ gian seî laìm giaím âäü áøm cuía håi trong caïc táöng cuäúi cuía tuäúc bin, do a âoï hiãûu suáút trong tæång âäúi cuía caïc e g Tk táöng áúy tàng lãn vaì hiãûu suáút cuía ∆s s = so - s'k toaìn tuäúc bin cuîng seî tàng lãn. Ngoaìi ra, khi coï quaï nhiãût 1 2 3 s trung gian seî cho pheïp tàng âaïng kãø aïp suáút håi ban âáöu våïi nhiãût âäü ban Hçnh 2.10- Chu trçnh nhiãût lyï tæåíng coï quaï âáöu khäng âäøi vaì baío âaím âæåüc âäü nhiãût håi trung gian áøm cuäúi trung bçnh. Cäng lyï thuyãút cuía 1kg håi trong chu trçnh coï quaï nhiãût trung bçnh bàòng täøng caïc nhiãût giaïng lyï thuyãtú : lo = (io - i1t) + (io1 - ikt)
24. - 30 - Trong âoï : io, io1 - Entanpi cuía håi måïi vaì håi sau quaï trçnh trung gian i1t , ikt - Entanpi cuía håi sau giaîn nåí âàóng enträpi trong thán cao aïp vaì thán haû aïp (Hçnh 2.11). Nhiãût læåüng cung cáúp trong loì håi vaì trong bäü quaï nhiãût trung gian cho 1kg håi laì q1 = (io -i’k) + (io1 - i1t) Trong âoï : i’k - Entanpi cuía næåïc ngæng. Hiãûu suáút tuyãût âäúi cuía chu trçnh lyï tæåíng : lo ()()iiot− 11+ i okt− i ηt = = ' ; (2-25) q1 ()()iiok−+ i o11 − i t Hiãûu suáút trong tuyãût âäúi : ''' ()()iiotoioktoi−+−11ηη i i ηi = ' ()()iiok−+ i o11 − i Trong âoï: ' '' ηoi ,ηoi - Hiãûu suáút trong tæång âäúi cuía pháön cao aïp vaì pháön haû aïp cuía tuäïc bin. i1 - Entanpi cuía håi khi ra khoíi pháön cao aïp, vaì i1 = io - (io - i1t)η’oi Nãn: ' '' (io − i1t )ηoi + (io1 − ikt )ηoi ηi = ' ' (io − ik ) + (io1 − i1t )ηoi Hay laì : '' hi 1+ ' hi ηi = ' (2-26) i01 − ik 1+ ' hi ÅÍ âáy : hi’ = (io - i1t) ηoi’ ; hi” = (io1 - ikt) ηoi’’ Nãúu quaï trçnh giaîn nåí âàóng enträpi kãút thuïc åí vuìng håi áøm thç hiãûu suáút tuyãût âäúi cuía chu trçnh lyï tæåíng âæåüc tênh theo biãøu thæïc : ' Tsko()1 − s k ηt = 1 - ' (2-27) ()()iiok−+ i o11 − i t Trong âoï : so1 = so + ∆s (H 2.10) Täøn tháút aïp læûc ∆Po1 trong tuyãún quaï nhiãût trung gian (trong âæåìng äúng dáùn håi tæì tuäúc bin vaìo loì håi, vaìo bäü quaï nhiãût vaì tæì loì håi âãún tuäúc bin) seî laìm giaím
25. - 31 - hiãûu suáút, cho nãn täøn tháút áúy khäng âæåüc quaï 10% aïp suáút tuyãût âäúi trong tuyãún quïa nhiãût trung gian (Hçnh 2.11) Nhiãût âäü håi sau quaï nhiãût trung gian thæåìng cháúp nháûn bàòng hoàûc gáön bàòng o nhiãût âäü håi måïi : to1 = to ± (10 ÷20) C. Âæång nhiãn, coï quaï nhiãût trung gian seî laìm cho cáúu taûo tuäúc bin phæïc taûp hån, tàng thãm tiãu hao kim loaûi cuía theïp håüp kim cao cáúp vaì tæång æïng laì tuäúc bin seî âàõt thãm 10÷12%. Hiãûu quaí kinh tãú cuía chu trçnh nhiãût lyï tæåíng coï quaï nhiãût trung gian phuû thuäüc vaìo caïc thäng säú håi dáùn vaìo bäü quaï nhiãût trung gian. Nãúu cháúp nháûn nhiãût âäü sau quaï nhiãût trung gian bàòng nhiãût âäü håi måïi To vaì thay âäøi nhiãût âäü håi dáùn vaìo bäü quaï nhiãût trung gian T1 vaì thay âäøi nhiãût âäü håi dáùn vaìo bäü quaï nhiãût trung gian T1, thç khi nhiãût âäü T1 caìng cao, hiãûu suáút cuía chu trçnh phuû caìng låïn, nhæng tyí troüng cuía noï trong chu trçnh chung seî giaím. Trong træåìng håüp riãng , khi T1 = To seî o 1 o1 khäng coï quaï nhiãût trung i p p 0 t i01 to i0 gian Nãúu giaím nhiãût âäü T1 h'i seî laìm giaím nhiãût âäü tæång i1 1 p i1t x âæång(Ttd1 ) tæïc laì giaím hiãûu =1 h"i suáút cuía chu trçnh phuû, cuäúi cuìng laì khäng phaíi náng cao maì laì haû tháúp hiãûu suáút cuía chu trçnh chung. ik tu Nhiãût âäü täúi æu T1 ikt cuía håi dáùn vaìo bäü quaï nhiãût p k s trung gian coï thãø så bäü âaïnh giaï nhæ sau. Træåïc tiãn xaïc âënh nhiãût âäü tæång âæång : T Hçnh 2.11. Quaï trçng baình træåïng cuía håi trãn T = k td 1− η âäö thi i-s t ηt - Hiãûu suáút cuía chu qn trçnh chênh, sau âoï theo (2-25) hay laì (2-17). Tênh hiãûu suáút ηt cuía chu trçnh chung våïi T1 = Tt d räöi tçm : T tu k T1 = qn (2-28) 1− ηt tu Thäng thæåìng T1 = (1,02 ÷1,04)Ttd AÏp suáút håi træåïc quaï nhiãût trung gian thæåìng choün bàòng 0,2÷0,3 aïp suátú håi måïi. 2.3.5 Häöi nhiãût hám næåïc cáúp
26. - 32 - Täøn tháút nhiãût cho næåïc laìm maït trong bçnh ngæng cuía tuäúc bin tyí lãû thuáûn våïi læåüng håi thoaït âi vaìo bçnh ngæng. Læu læåüng håi âi vaìo bçnh ngæng coï thãø giaím nhiãöu (âãún 30-40%) nãúu âem trêch håi tæì mäüt säú táöng tuäúc bin âãø âun næåïc cáúp (sau khi håi âaî sinh cäng åí caïc táöng træåïc). Biãûn phaïp naìy goüi laì häöi nhiãût hám næåïc cáúp. Våïi cuìng mäüt nhiãût âäü thoaït trung bçnh so våïi chu trçnh thæåìng, chu trçnh häöi nhiãût coï nhiãût âäü trung bçnh cáúp nhiãût cao hån, cho nãn hiãûu suáút cuía noï cuîng cao hån. Mæïc tàng hiãûu quaí kinh tãú trong chu trçnh häöi nhiãût tyí lãû våïi cäng suáút sinh ra trãn cå såí tiãu thuû nhiãût, tæïc laì tæång æïng våïi nhiãût læåüng truyãön cho næåïc cáúp trong hãû thäúng gia nhiãût. Âãø gia nhiãût häöi nhiãût næåïc cáúp ngæåìi ta duìng caïc bçnh gia nhiãût häùön håüp hay laì bãö màût. Trãn så âäö (Hçnh 2.12) laì thiãút bë tuäúc bin ngæng håi coï mäüt bçnh gia nhiãût häöi nhiãût kiãøu bãö màût. Næåïc cáúp âæåüc âun noïng tåïi nhiãût âäü gáön våïi nhiãût âäü baîo hoaì cuía håi trêch. 2 i 0 3 1 Hçnh 2.12. Så âäö tuäúc bin nhiãût âiãû 7 coï quaï nhiãût håi trung gian 1- Loì håi i 2 2- Bäü quaï nhiãût i n 3- Tuäúc bin 6 4- Bçnh ngæng 5- Båm i1 6- Bçnh gia nhiãût i'n 7- Maïy phaït âiãûn 4 5 i'k Giaí sæí, hiãûu säú giæîa entanpi næåïc âoüng cuía håi trêch i’n vaì entanpi næåïc cáúp j2 khi ra khoíi bçnh gia nhiãût laì δ = i’n - j2 kJ/kg. (ÅÍ âáy vaì sau naìy ngæåìi ta kyï hiãûu entanpi cuía håi laì i, cuía næåïc âoüng laì i’ vaì cuía næåïc âæåüc âun noïng laì j). Kyï hiãûu . α - Læåüng håi trêch , âæåüc thãø hiãûn bàòng mäüt pháön cuía læu læåüng håi âi vaìo tuäúc bin, cho ràòng j1 = i’k ; ta viãút phæång trçnh cán bàòng nhiãût cuía bçnh gia nhiãût : α (in - i’n) = j2 - i’k = i’n - δ - i’k Tæì âáúy pháön håi âæåüc tênh bàòng :
27. - 33 - '' iink−−δ α = ' (2-29) iinn− Cäng suáút do læu læåüng håi trêch sinh ra bàòng : '' ()()iink−−δ ii on − Lα = α (io - in) = ' (2-30) iinn− Muäún náng cao hiãûu quaí kinh tãú cuía chu trçnh häöi nhiãût thç ngæåìi ta aïp i 0 duûng gia nhiãût nhiãöu cáúp, vê duû, ba cáúp chàóng haûn (Hçnh 2.13). Trong thæûc tãú, xuáút phaït tæì tênh i'1 i n1 toaïn kinh tãú kyî thuáût, säú cæía trêch håi laì hæîu haûn vaì thæåìng khäng quaï chên. i'2 Nãúu quaï nhiãöu cæía trêch seî laìm giaím âäü i n2 bãön cuía thán tuäúc bin. Caïc âiãøm trêch håi cuîng læûa choün sao cho, âäü tàng i k i'3 entanpi cuía næåïc cáúp trong caïc bçnh gia i n3 nhiãût gáön giäúng nhau, tæïc laì nhiãût giaïng giæîa caïc táöng trêch håi gáön bàòng nhau. i'k i'n Bàòng caïch gia nhiãût häöi nhiãût, noïi chung, coï thãø náng nhiãût âäü næåïc cáúp i' k âãún nhiãût âäü, gánö våïi nhiãût âäü baîo hoaì , æïng våïi aïp suáút håi måïi. Nhæng täøn tháút Hçnh 2.13- Så âäö nguyãn lyï cuía tuäúc nhiãût do khoïi loì håi thaíi ra seî tàng bin ngæng håi våïi 3 cáúp gia nhiãût maûnh. häöi nhiãût hám næåïc cáúp Cho nãn theo tiãu chuáøn quäúc tãú âaî quy âënh choün nhiãût âäü cuía næåïc cáúp åí âáöu vaìo loì håi bàòng 0,65÷0,75 nhiãût âäü baîo hoaì, æïng våïi aïp suáút trong loì håi. Vê du:û AÏp suáút håi måïi træåïc tuäúc bin ata 29,0 90 130 240 bar 28,5 88 128 236 MPa 2,85 8,8 12,8 23,6 Nhiãût âäü håi baîo hoaì hoìa oC 230,9 301,9 329,3 - Nhiãût âäü âun næåïc cáúp oC 150 215 235 260 2.3.6. Phäúi håüp saín xuáút nhiãût vaì âiãûn nàng. Trong tuäúc bin ngæng håi thoaït âi vaìo bçnh ngæng, ngæng tuû laûi vaì hoaìn nhiãût áøn sinh håi cho næåïc laìm maït. Nhiãût læåüng áúy gäöm 60÷ 65% nhiãût læåüng cung cáúp
28. - 34 - trong loì håi vaì bë máút âi mäüt caïch vä êch, båíi vç nhiãût âäü cuía næåïc laìm maït åí âáöu ra cuía bçnh ngæng chè cao hån nhiãût âäü khê quyãøn khäng âaïng bao nhiãu (khoaíng 10÷ 15oC). Màût khaïc, âäúi våïi nhu cáöu sinh hoaût vaì cäng nghãû (vê duû : âãø sæåíi áúm, âun noïng vaì sáúy váût liãûu) thç chè cáön nhiãût våïi nhiãût âäü khäng cao làõm (100 ÷110 oC). Nguäön nhiãût áúy coï thãø laì håi âaî âæåüc khai thaïc trong tuäúc bin âãún aïp suáút cáön thiãút cho häü tiãu thuû. Trong træåìng håüp naìy coï thãø sæí duûng hoaìn toaìn nhiãût ngæng tuû cuía håi thoaït trong caïc thiãút bë cäng nghãû âãø hám næåïc hay sáúy caïc váût liãûu, coìn næåïc ngæng thç âæåüc traí vãö chu trçnh cuía thiãút bë tuäúc bin. Nhæ váûy laì âaî saín xuáút i to i0 âäöng thåìi âiãûn nàng vaì nhiãût nàng trong cuîng mäüt thiãút bë nhiãût læûc p 0 vaì roî raìng laì coï låüi hån so våïi saín h'i xuáút riãng biãût. Âiãöu naìy seî tháúy h" i roî nãúu âem so saïnh caïc chu trçnh in p n nhiãût lyï tæåíng cuía tuäúcbin ngæng håi vaì tuäúc bin âäiú aïp trãn âäö thë T-s. Trong tuäúc bin ngæng håi ik nhiãût cuía håi thoaït, tæång âæång våïi diãûn têch 1ae21, bë máút hoaìn p k s toaìn, vç noï truyãön cho næåïc laìm maït. Hçnh 2.15. Quaï trçnh baình træåïng cuía håi i 0 trong tuäúc bin âäúi aïp vaì ngæng håi trãn âäö thë T-s Trong tuäúc bin âäúi aïp coï thãø saín PE1 PE2 xuáút âäöng thåìi âiãûn nàng vaì nhiãût nàng. ÅÍ i n âáy, toaìn bäü nhiãût cuía håi thoaït tæång Qn i k âæång våïi diãûn têch 1’a’e’21’, seî âæåüc sæí i'k duûng âãø thoía maîn nhu cáöu cuía häü tiãu thuû nhiãût. ÅÍ caïc nhaì maïy nhiãût âiãnû sæû phäúi i'k håüp saín xuáút âiãûn nàng vaì nhiãût nàng âãø phuûc vuû caïc nhu cáöu sinh hoaût vaì cäng Hçnh 2.14. Så âäö nguyãn lyï cuía thiãút bë nhiãût nghãû âæåüc tiãún haình bàòng caïch trêch håi vaì læûc âãø phäúi håüp saín xuáút nhiãût vaì âiãûn nàng sæí duûng håi thoaït, trãn cå såí cung cáúp nhiãût tápû trung, vaì âæåüc goüi laì cung cáúp nhiãût thu häöi.
29. - 35 - Cung cáúp nhiãût thu häöi laì mäüt trong nhæîng biãûn phaïp quan troüng nhàòm haû tháúp suáút tiãu hao nhiãn liãûu riãng trong caïc nhaì maïy nhiãût âiãûn. Gèa sæí yãu cáöu phaíi baío âaím cäng suáút âiãûn P E vaì cung cáúp nhiãût læåüng Qn cho häü tiãu thuû. Cho ràòng, caïc quaï trçnh giaîn nåí håi trong tuäúc bin ngæng håi vaì tuäúc bin âäúi aïp âæåüc biãøu thë bàòng âæåìng cong chung trãn âäö thë i-s (Hçnh.2.15), coìn entanpi cuía næåïc cáúp trong caí hai thiãút bë âãöu bàòng nhau vaì bàòng i’k. Kyï hiãûu ; - Nhiãût giaïng sæí duûng cuía tuäúc bin âäúi aïp hi’ = io - in - Nhiãût giaïng sæí duûng cuía tuäúc bin ngæng håi hi” = io - ik (Hçnh 2.15). Âãø cho âån giaín ta seî têïnh theo cäng suáút trong p = PE i ηMηG Læu læåüng håi âãø saín xuáút âiãûn nàng cuía tuäúc bin ngæng håi ; Nhæ váûy, læåüng nhiãût khi saín xuáút riãng leí âiãûn nàng vaì nhiãût nàng seî laì : Pi ' Pi Qriãng = G” (io - i’k) + Qn = " (io − ik ) + Qn = + Qn (2-38) hi ηi Læu læåüng håi âi qua tuäúc bin âäúi aïp âãø baío âaím nhiãût læåüng Qn cho häü tiãu thuû nhiãût khi coï sæû phäúi håüpü saín xuáút nàng læåüng bàòng: Qn G’ = ' iink− Coìn cäng suáút cuía tuäúc bin áúy tæång æïng bàòng iion− Pi‘ = G’(io - in) = Qn ' iink− Pháön cäng suáút coìn thiãúu maì tuäúc bin ngæng håi phaíi saín xuáút ; Pi“ = Pi - Pi‘ Muäún váûy cáön phaíi cho thãm læu læåüng håi: " Pi Pi Qn (io − in ) G” = = − ' io − ik io − ik (io − ik )(in − ik ) Thãú thç, læu læåüng håi täøng khi phäúi håüp saín xuáút nàng læåüng laì : Gphäúi = G’ + G” Vaì nhiãût læåüng tæång æïng seî bàòng ; ' ' ' Pn (io − ik ) Pi (io − ik ) Qn (io − in )(io − ik ) Qph = (G’ + G”) (io - i’k) = ' + − ' in − ik io − ik (io − ik )(in − ik ) Pi Qn (io − in ) iion− = − ' + Qn ( ' +1) ηi ηi (in − ik ) iink− Kyï hiãûu :
30. - 36 - ' iion− hi χ = ' = '' (2-40) iink− ihioik−− Trong âoï : io - in - Cäng âæåüc chuyãøn hoïa trong tuäúc bin âäúi aïp in - i’k - Nhiãût læåüng cuía mäüt kg håi trong tuäúc bin âäúi aïp truyãön cho häü duìng nhiãût. Nhiãût læåüng tiãu hao toaìn bäü khi phäúi håüp saín xuáút nàng læåüng theo (2-39) vaì (2-40) seî laì : Pi χ i Qph = − Qn + Qn (χ +1) ηi ηi Pi 1 = + Qn [1− χ( +1)] ηi ηi Nhiãût læåüng tiãút kiãûm âæåüc cho phäúi håüp saín xuáút nàng læåüng so våïi saín xuáút riãng leí seî bàòng : ∆Q = Qrle- Qn Pi Pi 1 = + Qn −{ + Qn [1− χ( −1]} ηi ηi ηi 1 = Qn χ( −1) ηi Giaï trë tæång âäúi cuía mæïc tiãút kiãûm âoï âæåüc biãøu thë bàòng mäüt pháön cuía læåüng nhiãût trao cho häü tiãu thuû nhiãût vaì bàòng : ∆Q 1 ξph = = χ ()− 1 (2-42) Qn ηi Thãú laì, mæïc saín xuáút âiãûn nàng trãn cå såí tiãu thuû nhiãût χ caìng låïn vaì hiãûu suáút tuyãût âäúi ηi cuía thiãút bë ngæng håi caìng tháúp, thç mæïc saín xuáút tiãút kiãûm tæì saín xuáút phäúi håüp nàng læåüng caìng cao. Så âäö thiãút bë duìng âãø phäúi håüp saín xuáút âiãûn nàng vaì nhiãût nàng (Hçnh.2-23) gäöm coï tuäúc bin ngæng håi vaì tuäúc bin âäúi aïp thæåìng ráút êt gàûp. Ngæåìi ta hay duìng tuäúc bin coï trêch håi âiãöu chènh cáúp nhiãût thu häöi vaì phuûc vuû caïc nhu cáöu cäng nghã.û Qua pháön täøng quan vãö caïc phæång phaïp náng cao hiãûu suáút cuía chu trçnh nhiãût âäüng hoüc cuía håi næåïc ta tháúy ràòng, muäún âaût âæåüc hiãûu quaí kinh tãú cao cho thiãút bë cáön baío âaím hiãûu quaí kinh tãú cao cho chu trçnh, caïc bäü pháûn cuía thiãút bë phaíi âæåüc chãú taûo våïi hiãûu suáút cao (tuäúc bin, loì håi, båm cáúp næåïc ,v.v ) Khi duìng håi næåïc, muäún náng cao hiãûu quaí kinh tãú cao cuía chu trçnh phaíi chuï yï : Náng cao aïp suáút vaì nhiãût âäü ban âáöu, giaím aïp suáút cuäúi cuía håi thoaït (chán
31. - 37 - khäng cao), sæí duûng häöi nhiãût gia nhiãût næåïc cáúp, aïp duûng quaï nhiãût trung gian (trong caïc thiãút bë cao vaì trãn cao aïp), æïng duûng phäúi håüp saín xuáút âiãûn nàng vaì nhiãût nàng. Cuîng coï thãø náng cao thãm hiãûu quaí kinh tãú bàòng caïch aïp duûng chu trçnh gheïp våïi caïc mäi cháút khaïc nhau trong vuìng nhiãût âäü cao vaì tháúp. Cuäúi cuìng laì thåìi gian gáön âáy âaî thiãút kãú caïc thiãút bë phäúi håüp, trong âoï kãút håüp tuäúc bin håi vaì tuäúc bin khê. Âiãöu âoï cuîng cho ta tàng hiãûu suáút chuït êt. 2.3.7- AÏp duûng chu trçnh häùn håüp khê - håi : Cho âãún nay, màûc dáöu caïc næåïc âãöu cäú gàõng khai thaïc caïc nguäön thuyí âiãûn vaì caïc daûng nàng læåüng khaïc âã ø saín xuáút âiãûn, nhæng nhiãût âiãûn váùn chiãúm khoaíng 80% täøng læåüng âiãûn nàng âæåüc saín xuáút ra. Caïc nguäön nhiãn liãûu hæîu cå (than, dáöu khê) khäng phaíi laì vä haûn, täúc âäü khai thaïc ngaìy caìng tàng, bãn caûnh âoï váún âãö ä nhiãùm mäi træåìng vaì nguy cå phaï huyí táöng ä-zän do âäút quaï nhiãöu nhiãn liãûu âaî laìm cho caïc nhaì nàng læåüng phaíi coï nhæîng phæång hæåïng måïi âãø giaíi quyãút váún âãö naìy. Maîi cho âãún âáöu nhæîng nàm 70 váún âãö giaï thaình laì yãúu täú quan troüng nháút trong viãûc náng cao hiãûu suáút caïc nhaì maïy âiãûn, thç ngaìy nay yãúu täú quan troüng hån laì caïc nguäön dæû træî nàng læåüng vaì baío vãû mäi træåìng säúng cuaí con ngæåìi åí goïc âäü toaìn cáöu. Hiãûu suáút cuía caïc nhaì maïy nhiãût âiãûn ngoaìi caïc yãúu täú khaïc ra, âiãøm chuí yãúu váùn âæåüc âaïnh giaï bàòng nhiãût âäü vaìo ra khoíi tuäúc bin håi. Viãûc náng cao thäng säú vaìo (aïp suáút, nhiãût âäü ) do giåïi haûn båíi sæïc chëu âæûng cuía kim loaûi chè âaût âãún 600oC, coìn nhiãût âäü ra cuía næåïc laìm maït phuû thuäüc vaìo nhiãût âäü cuía mäi træåìng cuîng chè âaût tháúp nháút khoaíng 30oC. Trong khi âoï, caïc tuäúc bin khê váûn haình åí nhiãût âäü khoaíng 1200oC vaì nhiãût âäü ra khoaíng 600oC. Âáy laì mäüt læåüng nhiãût ráút låïn, nãúu boí âi thç tháût laì laîng phê, vç váûy caïc tuäúc bin khê hoaût âäüng riãng leí seî khäng coï hiãûu suáút cao âæåüc. Âãø sæí duûng nhiãût læåüng naìy, ngæåìi ta duìng mäüt chu trçnh häùn håüp, goüi tàõt laì chu trçnh khê - håi. Khoïi thaíi ra khoíi tuäúc bin khê seî âæåüc âæa qua mäüt näöi håi âàûc biãût âãø saín xuáút ra håi laìm chaûy mäüt tuäúc bin håi keïo thãm mäüt maïy phaït âiãûn. Hiãûu suáút cuía mäüt chu trçnh nhæ váûy seî cao hån khoaíng 1, 5 láön so våïi hiãûu suáút cuía nhaì maïy âiãûn truyãön thäúng. Trãn hçnh (Hçnh 2.16) thãø hiãûn så âäö nguyãn lyï cuía mäüt nhaì maïy âiãûn chu trçnh häùn håüp khê - håi. Tuäúc bin khê âæåüc cáúu taûo båíi 03 bäü pháûn chênh laì : maïy neïn khê (1), buäöng âäút (2) vaì tuäúc bin khê (3). Khäng khê âæåüc neïn âãún aïp suáút cao vaì âæa vaìo buäöng âäút, nhiãn liãûu (khê hoàûc dáöu) âæåüc phun vaìo buäöng âäút vaì chaïy cuìng våïi khäng khê neïn. Sau khi hoaì träün våïi khäng khê thæï cáúp, doìng khê coï nhiãût âäü vaì aïp suáút cao naìy âæåüc âæa vaìo tuäúc bin, quay truûc tuäúc bin. Mäüt pháön cäng suáút cuía tuäúc bin seî truyãön âäüng cho maïy neïn vaì laûi seî keïo maïy phaït âiãûn (4).
32. - 38 - 2 1 3 6 4 9 1- Maïy neïn khê 2- Buäöng âäút 3- Tuäúc bin khê 4- Maïy phaït âiãûn 5- Loì håi 5 6- Tuäúc bin håi 7 7- Bçnh ngæng 8- Båm næåïc cáúp 9 - Maïy phaït âiãûn 8 Hçnh 2.16.Nguyãn lyï cuía chu trçnh häùn håüp khê - håi: Doìng khê thoaït coï nhiãût âäü khoaíng 500-600oC âæåüc âæa vaìo mäüt loì håi (5) âãø saín xuáút ra håi, vaì håi næåïc seî laìm quay tuäúc bin håi (6), keïo maïy phaït âiãûn (9). Nhæ váûy, khê thoaït khoíi tuäúc bin khê åí âáy âaî âæåüc táûn duûng laûi âãø saín xuáút ra håi næåïc vaì tæì håi ra âiãûn. Hiãûu suáút cuía mäüt nhaì maïy âiãûn chè duìng tuäúc bin khê vaìo khoaíng 33%, coìn hiãûu suáút nhaì maïy âiãûn ngæng håi trong khoaíng 35-40%. Mäüt nhaì maïy âiãûn häùn håüp caí hai loaûi chu trçnh trãn seî âaût hiãûu suáút låïn hån 50%.
33. - 39 - CHÆÅNG 3 SÆÛ BIÃÚN ÂÄØI NÀNG LÆÅÜNG TRONG TÁÖNG TUÄÚC BIN 3.1- Nhæîng giaí thiãút vaì caïc phæång trçnh cå baín. Quaï trçnh biãún âäøi nàng læåüng trong tuäúc bin ráút phæïc taûp, phuû thuäüc vaìo ráút nhiãöu yãúu täú nhæ kêch thæåïc cuía táöng tuäúc bin, chãú âäü doìng chaíy v.v Âãø coï thãø tênh toaïn chuïng ta cáön co mäüt säú giaí thiãút vaì sæí duûng mäüt säú phæång trçnh cå baín cuía doìng chaíy. Åí âáy ta seî xeït doìng håi laì äøn âënh mäüt chiãöu, tæïc laì ta cho ràòng caïc thäng säú cuía doìng åí báút kyì âiãøm naìo cuîng âæåüc giæî khäng âäøi theo thåìi gian vaì sæû thay âäøi chè xaíy ra khi chuyãøn tæì tiãút diãûn naìy sang tiãút diãûn khaïc. Thæûc tãú, trong táöng tuäúc bin doìng luän bë cháún âäüng theo chu kyì. Caïnh âäüng âæåüc gàõn lãn vaình âéa vaì cuìng quay troìn, láön læåüt khi thç âi qua pháön trung tám cuía raînh äúng phun, khi thç càõt ngang vãût åí sau meïp ra cuía caïc caïnh quaût åí træåïc âoï. Vç thãú täúc âäü doìng håi bao quanh caïnh quaût thay âäøi theo chu kyì, âãø âån giaín hoïa ta giaí thiãút gáön âuïng ràòng, doìng håi trong caïnh âäüng laì äøn âënh, vaì seî hiãûu chènh sæû sai lãûch do doìng khäng âãöu bàòng hãû säú caïc täøn tháút phaït sinh trong daîy caïnh âäüng. Âiãöu kiãûn äøn âënh cuîng khäng âæåüc tuán thuí trong nhæîng træåìng håüp laìm viãûc âàûc biãût cuía tuäúc bin, vê duû, khi thay âäøi nhanh læu læåüng håi qua tuäúc bin vaì khi caïc thäng säú håi ban âáöu vaì cuäúi bë dao âäüng. Âäúi våïi nhiãöu baìi toaïn thæûc tãú cáön phaíi giaíi khi tênh toaïn tuäúc bin, coï thãø sæí duûng caïc phæång trçnh mäüt chiãöu, cho ràòng sæû thay âäøi caïc thäng säú vaì täúc âäü cuía doìng trong raînh chè xaíy ra theo mäüt chiãöu cuía tám raînh. Trong nhiãöu træåìng håüp cuîng cáön xeït âãún doìng hai hoàûc ba chiãöu næîa.ÅÍ nhæîng chäù maì sæû phán têch bàòng lyï thuyãút chæa âuí âaím baío âäü tin cáûy, khi xaïc âënh caïc âàûc tênh thæûc cuía doìng chaíy, thç phaíi nhåì âãún thæûc nghiãûm. Sæû kãút håüp giæîa thuí thuáût toaïn hoüc âaî âæåüc âån giaín hoïa våïi caïc hãû säú thæûc nghiãûm seî cho ta kãút quaí khaï chênh xaïc. Âãø tênh toaïn doìng chaíy cuía cháút loíng chëu neïn vaì mä taí quaï trçnh biãún âäøi nàng læåüng trong táöng tuäúc bin, ta seî sæí duûng nhæîng phæång trçnh cå baín sau âáy : 1) Phæång trçnh traûng thaïi 2) Phæång trçnh liãn tuûc 3) Phæång trçnh âäüng læåüng 4) Phæång trçnh baío toaìn nàng læåüng. 1- Phæång trçnh traûng thaïi: Phæång trçnh traûng thaïi âån giaín nháút âäúi våïi khê lyï tæåíng laì phæång trçnh Clapeyron: pv = RT (3-1)
34. - 40 - Trong âoï : p - aïp suáút tuyãût âäúi , N/m2 hay Pa 1 v = - thãø têch riãng, m3/kg ρ ρ - máût âäü, kg/ m3 T - nhiãût âäü tuyãût âäúi, oK R - hàìng säú cháút khê, J/âäü 5 3 o Nãúu p = 1,013.10 pa ; vµ = 22,4 Nm /mole ; T = 273 K pv 1,013.105.22,4 R = µ = = 8,314 kJ/âäü Tn 273 Moüi cháút khê thoía maîn phæång trçnh naìy âæåüc goüi laì khê lyï tæåíng. Âäúi våïi håi quaï nhiãût phæång trçnh naìy khäng chênh xaïc, båíi vç hãû säú R phuû thuäüc vaìo aïp suáút vaì nhiãût âäü vaì quan hãû phuû thuäüc chênh xaïc laì : k i = pv + const (3-2) k − 1 Tæïc laì, entanpi cuía håi giæî khäng âäøi khi têch pv laì mäüt hàòng säú. Nãúu håi coï tênh cháút thoía maîn âæåüc phæång trçnh (3-2) thç goüi laì “håi lyï tæåíng”. Nãúu cho ràòng quaï trçnh giaîn nåí håi diãùn ra khäng coï täøn tháút, nhæng nhiãût cung cáúp vaìo khäng thay âäøi, thç sæû thay âäøi traûng thaïi håi lyï tæåíng seî tuán theo phæång trçnh cuía quaï trçnh âa biãún ; pvn = const (3-3) Vaì hiãûu cuía entanpi seî laì : ⎡ n−1 ⎤ n ⎛ p ⎞ n i - i = p v ⎢1− ⎜ 1 ⎟ ⎥ (3-4) o 1 o o ⎢ ⎜ ⎟ ⎥ n −1 ⎝ po ⎠ ⎣⎢ ⎦⎥ Trong âoï n - säú muî cuía quaï trçnh âa biãún. Trong træåìng håüp riãng, khi khäng coï trao âäøi nhiãût våïi mäi træåìng bãn ngoaìi, doìng chaíy laì âoaûn nhiãût vaì khäng coï täøn tháút thç säú muî n seî bàòng säú muî âoaûn nhiãût vaì cuîng bàòng tyí säú caïc nhiãût dung : C n = k = p (3-4a) C V Coìn hiãûu entanpi åí quaï trçnh giaîn nåí âàóng entropi laì : ⎡ k−1 ⎤ k ⎛ p ⎞ k i - i = p v ⎢1 − ⎜ 1 ⎟ ⎥ (3-4b) o 1 o o ⎢ ⎜ ⎟ ⎥ k −1 ⎝ po ⎠ ⎣⎢ ⎦⎥
35. - 41 - Säú muî âoaûn nhiãût k âäúi våïi håi næåïc quaï nhiãût thay âäøi trong phaûm vi k = 1,25 ÷ 1,33, thæåìng ta láúy k = 1,3, âäúi våïi håi baío hoìa khä k = 1,135. Tuy nhiãn viãûc tênh toaïn theo caïc cäng thæïc âaî nãu khäng âaím baío âäü chênh xaïc cao, nháút laì khi quaï trçnh giaîn nåí laûi chuyãøn tæì vuìng håi quaï nhiãût sang vuìng håi áøm. Luïc naìy bàõt buäüc phaíi duìng baíng håi næåïc hay laì giaín âäö i-s 2- Phæång trçnh liãn tuûc Giaí sæí ràòng, trong raînh ( H 3.1) coï doìng håi chuyãøn âäüng äøn âënh, mäüt chiãöu. Ngoaìi ra ta cho ràòng, tám cuía raînh gáön nhæ theo âæåìng thàóng vaì tiãút diãûn ngang hoàûc laì khäng thay âäøi hoàûc laì thay âäøi 0 1 âãöu âàûn. F1 F0 A Sæû phán phäúi täúc âäü trong C 0 tiãút diãûn ngang cuía raînh cuîng âæåüc dFo dF1 thãø hiãûn trãn H 3.1. 0 1 ÅÍ pháön giæîa cuía tiãút diãûn 0 (trong phaûm vi âoaûn b) täúc âäü Låïp biãn 1 C1 tæång âäúi khäng âäøi vaì bàòng C , C0 1 b coìn åí låïp biãn täúc âäü cuía doìng thay âäøi tæì khäng (ngay trãn vaïch) C1m 0 1 âãún C1. Sæû thay âäøi täúc âäü trong Hçnh. 3.1 Så âäö cuía doìng trong raînh phaûm vi låïp biãn do læûc ma saït (âäü vaì sæû phán bäú täúc âäü trong caïc nhåït) cuía cháút loíng xaïc âënh. Màût tiãút diãûn ngang cuía raînh khaïc, bãö daìy cuía låïp biãn cuîng khaïc nhau vaì phuû thuäüc vaìo âäü nhåït, täúc âäü doìng chaíy, kêch thæåïc hçnh hoüc cuía raînh, maì doìng coï thãø tàng täúc hoàûc giaím täúc trãn âoaûn raînh áúy. Ta seî xeït doìng chaíy trong âoaûn raînh trãn Hçnh.3.1. Taûi âiãøm A, trãn tiãút diãûn 0-0, ta taïch mäüt pháön tæí diãûn têch dFo vaì kyï hiãûu Co veïctå täúc âäü thàóng goïc våïi pháön tæí diãûn têch áúy ; vo - thãø têch riãng taûi âiãøm A. Ta coï læu læåüng khäúi læåüng cuía håi trong mäüt giáy âi qua diãûn têch dFo trãn diãûn têch 0-0 bàòng : C o dGo = dFo v o Láúy têch phán trãn toaìn tiãút diãûn 0-0, ta âæåüc læu læåüng toaìn pháön cuía trong mäüt säú giáy chaíy qua tiãút diãûn Fo
36. - 42 - C o G o = dFo ∫(Fo) v o Tæång tæû âäúi våïi læu læåüng håi khi ra khoíi raînh qua tiãút diãûn 1-1 ta coï : C1 G1 = dF1 ∫(F ) 1 v 1 Khi chuyãøn âäüng äøn âënh, læu læåüng håi âi qua âoaûn raînh âang xeït trong mäüt giáy laì khäng âäøi, tæïc laì Go = G1 C o C1 hay laì : dFo = dF1 (3-5) ∫(F ) ∫(F ) 0 v o 1 v1 Têch phán læu læåüng theo tiãút diãûn ngang cuía raînh coï thãø trçnh baìy dæåïi daûng: C1m C1 F1 = ∫ ()F1 dF1 v1m v1 Trong âoï C1m vaì v1m - caïc âaûi læåüng trung bçnh (theo læu læåüng) cuía täúc âäü vaì thãø têch riãng cuía håi. Trong nhiãöu træåìng håüp thæûc tãú ngæåìi ta tênh toaïn theo giaï trë trung bçnh cuía C1m vaì v1m. Trong træåìng håüp täøng quaït ta viãút phæång trçnh liãn tuûc dæåïi daûng : C0 C1 F0 = F1 v0 v1 hay laì C G = F = const (3-6) v Viãút dæåïi daûng lägarit : lnG = lnF + lnC - lnv Viãút dæåïi daûng vi phán dF dC dv + − = 0 (3-7) F C v dF dv dC hay laì = − (3-7’) F v C Phæång trçnh (3-7’) cuîng chè ra ràòng, gia säú diãûn têch tiãút diãûn ngang cuía raînh âæåüc xaïc âënh båíi täøng cuía gia säú täúc âäü doìng chaíy vaì gia säú thãø têch riãng. Gia säú naìy cuîng coï thãø ám hoàûc dæång, nghéa laì äúng phun coï thãø nhoí dáön hoàûc låïn dáön. Tæì cå såí naìy ngæåìi ta chãú taûo ra caïc äúng phun coï täúc âäü låïn hån ám thanh, hay coìn goüi laì äúng phun Laval
37. - 43 - 3- Phæång trçnh âäüng læåüng Ta xeït mäüt âoaûn raînh thàóng 1 δp + dx coï tiãút diãûn ngang thay âäøi tæì tæì pο 2 δx (Hçnh.3.2). Ta taïch raînh äúng doìng våïi tiãút diãûn åí âáöu vaìo laì fo vaì åí S1 fο d f 1 âáöu ra f1 cáön nhåï ràòng, äúng doìng laì C bãö màût âæåüc taïch riãng båíi caïc p ο dx pο + âæåìng doìng, tæïc laì, nhæîng âæåìng maì doüc theo chuïng vectå täúc âäü luän giæî hæåïng tiãúp tuyãún våïi 0 1 p 1 δp ο + d nhæîng âæåìng áúy. 2 δx x Xeït khäúi læåüng håi âiãön âáöy Hçnh 3.2. Pháön tæí âoaûn raînh våïi tiãút diãûn âoaûn äúng doìng âoï dm vaì viãút thay âäøi âãöu âàûn phæång trçnh cuía caïc læûc taïc duûng lãn khäúi læåüng áúy. Kyï hiãûu : po - aïp suáút taûi tiãút diãûn fo ; dx - khoaíng caïch giæîa fo vaì f1 ; Taûi tiãút diãûn f1 aïp suáút seî bàòng δp p + dx o δx Nhæîng læûc do aïp suáút taïc duûng lãn bãö màût ngoaìi cuía äúng doìng seî tæû cán bàòng nhau. Trong doìng thæûc ta cáön phaíi tênh âãún tråí læûc truyãön cho mäi cháút bãn ngoaìi trãn bãö màût cuía äúng doìng vaì hæåïng ngæåüc chiãöu chuyãøn âäüng. Nãúu goüi dS1 - pháön læûc ma saït (tråí læûc). Thç theo phæång trçnh Dalàmbe coï thãø viãút : ⎛ ∂ p ⎞ dC fp−+ f⎜ p dx⎟− dS = dm (3-8) oo11⎝ o ∂τx ⎠ d Trong âoï dC/dr - gia täúc cuía khäúi læåüng håi dm. Vç tiãút diãûn cuía äúng doìng êt thay âäøi, dx caìng beï thç fo → f1 → f vaì âàóng thæïc (3-8) seî laì : δp dC - f dx − ds1 = dm (3-9) δx dτ Âem chia caí hai vãú cho dm vaì âãø yï ràòng dm = ρ .f.dx, ta coï 1 δp dC − − S = (3-10) ρ δx dτ
38. - 44 - ÅÍ âáy, ρ - máût âäü cuía håi ds S = 1 - læûc caín trãn 1 kg troüng khäúi cuía doìng cháút loíng (håi) dm Chuï yï ràòng, âaûo haìm toaìn pháön cuía aïp suáút theo thåìi gian åí báút kyì tiãút diãûn naìo cuía doìng thàóng âæåüc biãøu thë bàòng biãøu thæïc: dp δp δp dx = + dτ δτ δx dτ Trong chuyãøn âäüng äøn âënh sæû thay âäøi aïp suáút cuûc bäü theo thåìi gian laì bàòng δp khäng, tæïc laì = 0 , δτ dp δp dx Do âoï = dτ δx dτ δ p dp Váûy laì = δ x dx Nhæ thãú, phæång trçnh (3.10) coï daûng : dp dx − − Sdx = .dC ρ dτ dx Nhæng C = dτ dp Cho nãn − − Sdx = C.dC (3-11) ρ (3.11) goüi laì phæång trçnh âäüng læåüng cuía doìng chaíy mäüt chiãöu. Nãúu láúy têch phán phæång trçnh (3.11) trãn âoaûn âæåìng di chuyãøn hæîu haûn cuía håi, ta âæåüc træåìng håüp riãng cuía phæång trçnh baío toaìn nàng læåüng. 2 2 C − C Po dp X 1 Po X 1 1 o = − Sdx = vdp − Sdx (3-12) 2 ∫P1 ρ ∫X o ∫P1 ∫X o Gia säú âäüng nàng cuía doìng bàòng hiãûu säú cäng giaîn nåí cuía håi khi chuyãøn P X âäüng ( 0 vdp ) vaì cäng cuía læûc ma saït ( 1 Sdx ) ∫ P ∫X 1 0 Muäún tçm gia säú âäüng nàng cuía doìng phaíi láúy têch phán vãú phaíi cuía phæång trçnh (3.12). Muäún váûy phaíi biãút âënh luáût thay âäøi traûng thaïi v = F(p) vaì âënh luáût thay âäøi cuía læûc ma saït S = F(x). Âàûc biãût laì âån giaín nãúu baìi toaïn âæåüc giaíi cho træåìng håüp doìng chaíy âàóng entropi, tæïc laì doìng chaíy khäng coï täøn tháút vaì khäng coï trao âäøi nhiãût våïi bãn ngoaìi. Luïc naìy læûc ma saït S = 0, vaì phæång trçnh thay âäøi traûng thaïi tuán theo âënh luáût âàóng entropi : k k k p1v 1t = p o v o = pv t = const
39. - 45 - 1 k ⎛ p o ⎞ Tæì âáúy, v = vo ⎜ ⎟ vaì thay vaìo ta coï : ⎝ p ⎠ k−1 2 2 1 1 ⎡ ⎤ p − k C 1 − C o k o k k ⎢ ⎛ p1 ⎞ ⎥ = v o p o p dp = p o v o 1 − ⎜ ⎟ ∫p ⎜ ⎟ 1 ⎢ ⎥ 2 k − 1 ⎝ p o ⎠ ⎣⎢ ⎦⎥ k−1 k k ⎡ ⎛ v ⎞ ⎤ = (p v − p v ) = = p v ⎢1 − ⎜ o ⎟ ⎥ (3.13) k − 1 o o 1 1 k − 1 o o ⎜ v ⎟ ⎣⎢ ⎝ 1 ⎠ ⎦⎥ Nãúu quaï trçnh giaîn nåí âàóng entropi p cuía håi chuyãøn âäüng âæåüc biãøu thë trãn vο âäö thë pv ( Hçnh.3.3) thç trong phæång p ο a trçnh (3.12) têch vdp seî tæång âæång våïi diãûn têch pháön gaûch soüc, coìn säú gia dp u toaìn bäü cuía âäüng nàng seî tæång âæång p 1 b våïi diãûn têch âæåüc giåïi haûn båíi âæåìng u 1 v thàóng entropi, caïc âæåìng thàóng âàóng aïp po vaì p1 vaì truûc tung. Hçnh. 3.3. Cäng baình træåïng cuía Trong træåìng håüp phaíi tênh âãún doìng chaíy læûc ma saït (S ≠ 0) thç chè coï thãø láúy têch phán phæång trçnh (3.12) âaî biãút S = S(x) vaì v = F(p). Chuï yï ràòng, nhæîng phæång trçnh trãn âáy âaî âæåüc chæïng minh cho äúng doìng våïi pháön tæí diãûn têch fo vaì f1 coï thãø måí räüng ra cho toaìn tiãút diãûn cuía raînh. Nhæng trong træåìng håüp âoï, caïc âaûi læåüng c, v, p phaíi láúy theo giaï trë trung bçnh. 4- Phæång trçnh baío toaìn nàng læåüng Ta æïng duûng phæång trçnh baío toaìn nàng læåüng cho doìng håi äøn âënh. Giaí sæí doìng håi chuyãøn âäüng qua hãû thäúng báút kyì (Hçnh.3.4) Læu læåüng troüng læåüng cuía doìng håi trong mäüt giáy laì G,kg/s. Giaí sæí trong phaûm vi cuía hãû thäúng seî cung cáúp cho håi mäüt læåüng nhiãût Q, J/s, âäöng thåìi trao âäøi cho mäi træåìng bãn ngoaìi cäng suáút P,J/s. Phæång trçnh baío toaìn nàng læåüng phaín aïnh sæû cán bàòng cuía täøng caïc daûng nàng læåüng âæa vaìo vaì ra khoíi hãû thäúng. Kyï hiãûu : - Chè säú 0 - Caïc thäng säú trung bçnh cuía håi åí tiãút diãûn vaìo hãû thäúng 0-0 ; - Chè säú 1 - Caïc thäng säú trung bçnh cuía håi åí tiãút diãûn ra khoíi hãû thäúng 1-1.
40. - 46 - Sau thåìi gian dτ täøng caïc daûng nàng læåüng âæa vaìo seî laì C 2 U Gdτ + o Gdτ + p F dx + Qdτ o 2 o o o ÅÍ âáy Q b b' Uo - näüi nàng a a' cuía 1 kg troüng læåüng G G håi âæa vaìo ; 2 C0 c ο c 1 - âäüng uο , pο u 1, p1 2 t , , i dxο t , , i ο νο ο 1 ν1 1 nàng cuía 1 kg troüng a a' P dx1 b b' læåüng âæa vaìo, chuyãøn âäüng våïi täúc âäü Co ; Hçnh. 3.4. Doìng håi chuyãøn âäüng trong hãû thäúng báút kyì poFodxo - cäng cuía håi khi dëch chuyãøn trãn âoaûn âæåìng dxo Qdτ - læåüng nhiãût âæa vaìo hãû thäúng sau thåìi gian dτ. Cuîng bàòng caïch nhæ váûy, ta viãút täøng caïc daûng nàng læåüng ra khoíi hãû thäúng: C 2 U Gdτ + 1 Gdτ + p F dx + Pdτ 1 2 1 1 1 Trong âoï : P - cäng cuía doìng håi sinh ra trong mäüt âån vë thåìi gian. Cán bàòng hai phæång trçnh trãn vaì chia cho Gdτ, ta coï : C 2 p F dx Q C 2 p F dx P U + o + o o o + = U + 1 + 1 1 1 + (3-14) o 2 Gdτ G 1 2 Gdτ G Âãø yï ràòng, theo phæång trçnh liãn tuûc F.C/v = G vaì dxo /dτ = Co , dx1/dτ = C1; Kyï hiãûu Q/G = qo - læåüng nhiãût cung cáúp cho 1 kg håi, P/G = l - cäng do 1 kg håi sinh ra, ta viãút phæång trçnh (3.15) dæåïi daûng : C 2 C 2 U + p v o + q = U + p v 1 + l (3-15) o o o 2 o 1 1 1 2 1 hay laì , vç U + pv = i - entanpi cuía håi, ta coï : 2 2 Co C1 io + + qo = i1 + + l1 (3-16) 2 2 Biãøu thæïc naìy âæåüc goüi laì Phæång trçnh baío toaìn nàng læåüng cho sæû chuyãøn âäüng äøn âënh cuía håi. Phæång trçnh naìy âuïng cho caí doìng håi coï täøn tháút (S ≠ 0) hay khäng coï täøn tháút (S = 0) Phæång trçnh (3.16) coï thãø viãút dæåïi daûng vi phán:
41. - 47 - di + CdC - dp - dl = 0 (3-17) Nhæîng phæång trçnh trãn âáy cho ta giaíi âæåüc nhiãöu baìi toaïn thæûc tãú trong viãûc tênh toaïn caïc raînh, caïc äúng phun håi, v.v 3.2- Nhæîng âàûc tênh vaì caïc thäng säú håi chuí yãúu cuía doìng trong raînh Doìng chaíy mäüt chiãöu trong raînh âæåüc chia ra doìng tàng täúc vaì doìng tàng aïp (giaím täúc) Doìng tàng täúc laì doìng trong raînh våïi täúc âäü cuía mäi cháút tàng lãn theo hæåïng doìng. Trong pháön chuyãøn håi cuía maïy tuäúc bin (tuäúc bin håi vaì khê, maïy neïn) doìng tàng täúc laì doìng chaíy trong raînh äúng phun vaì caïnh âäüng tuäúc bin, trong äúng vaìo cuía chuïng v.v doìng tàng aïp laì doìng chaíy trong raînh hæåïng vaì caïnh âäüng cuía maïy neïn, trong caïc äúng thoaït cuía tuäúc bin håi, tuäúc bin khê vaì maïy neïn, trong caïc bäü pháûn khuãúch taïn cuía van stop vaì van âiãöu chènh. Chuï yï ràòng, trong raînh caïnh âäüng nhæîng táöng âàûc biãût doìng chaíy cuía håi hay khê coï thãø laì tàng aïp (giaím täúc). Nhæîng phæång trçnh cå baín cuía doìng mäüt chiãöu âaî trçnh baìy trong muûc 3.1 cho ta tênh toaïn doìng chaíy trong caïc raînh tuäúc bin. Tæì phæång trçnh (3.16) tháúy ràòng, våïi doìng tàng täúc, vê duû, trong caïc äúng phun tuäúc bin, doüc theo doìng chaíy, cuìng våïi sæû tàng täúc âäü cuía mäi cháút, entanpi tàng, båíi vç täúc âäü giaím. Trong caïc raînh äúng phun, khi entanpi giaím, aïp suáút doüc theo raînh cuîng giaím, tæïc laì mäi cháút (håi) giaîn nåí vaì ngæåüc laûi, trong caïc raînh tàng aïp, aïp suáút tàng lãn theo hæåïng doìng, tæïc laì mäi cháút bë neïn. Giaí thiãút ràòng, håi chuyãøn âäüng trong raînh khäng trao âäøi nhiãût våïi mäi træåìng bãn ngoaìi. Tæì phæång trçnh (3.16) ta coï säú gia âäüng nàng khi giaîn nåí seî laì : C 2 − C 2 1t 0 = i − i (3-18) 2 o 1t Âäúi våïi quaï trçnh thæûc : C 2 − C 2 1 0 = i − i (3-18’) 2 o 1t Trong âoï : [i] = [J/kg] ; [C] = [m/s] Nhæ váûy laì sæû thay âäøi âäüng nàng cuía doìng håi do sæû thay âäøi entanpi quyãút âënh. Nãúu âäúi våïi “håi lyï tæåíng”, coï thãø viãút cäng thæïc (3.18a) nhæ sau :
42. - 48 - C 2 − C 2 k 1t 0 = (p v − p v ) (3-19) 2 k −1 o o 1 1t Âäúi våïi doìng thæûc C 2 − C 2 k 1 0 = ( p v − p v ) (3-19’) 2 k −1 o o 1 1 Nhæ váûy, khi khäng coï trao âäøi nhiãût våïi mäi træåìng bãn ngoaìi (doìng chaíy âoaûn nhiãût) säú gia âäüng nàng chè do traûng thaïi âáöu vaì cuäúi cuía håi xaïc âënh vaì khäng phuû thuäüc vaìo âënh luáût thay âäøi caïc täøn tháút (trong quaï trçnh giaîn nåí). Ta seî xeït nhæîng træåìng håüp æïng duûng C khaïc nhau cuía caïc phæång trçnh âaî tçm âæåüc âãø tênh toaïn äúng phun theo så âäö trãn hçnh p Ο C1 p Hçnh.3.5. Giaíi phæång trçnh (3.18b) ta tçm CΟ p1 âæåüc. 2 C1 = 2(io − i1 ) + C o m/s (3-20) CΟ C1 Trong âoï i tênh theo âån vë J/kg ; pΟ p1 C - tênh theo âån vë m/s Nãúu i tênh theo âån vë kJ/kg thç: Hçnh 3.5. Âäö thë thay âäøi aïp suáút vaì 3 2 C1 = 2.10 (io − i1 ) + C o m/s (3-20’) täúc âäü doüc theo tám äúng phun Entanpi io cuía håi âæa vaìo tçm âæåüc ngay trãn âäö thë i-s (Hçnh 3.6). Nãúu entanpi i1 åí cuäúi quaï trçnh giaîn nåí cuîng âaî cho, thç cäng thæïc (3-20a) cho ta tçm âæåüc täúc i âäü chuyãøn âäüng cuía håi. Giaí sæí chuyãøn p ο âäüng khäng coï täøn tháút vaì khäng coï trao a t i ο ο âäøi nhiãût våïi mäi træåìng bãn ngoaìi, quaï px x trçnh giaîn nåí cuía håi trong äúng phun laì h ο p âàóng enträpi. Biãút âæåüc aïp suáút p1 cuía håi h h 1 v1 t khi ra khoíi äúng phun, veî âæåìng thàóng i1 enträpi a-a trãn âä thë i-s (Hçnh 3.6), ta tçm i1 t i1t , vaì tênh âæåüc täúc âäü C1t , (3.20). s Nãúu cáön tênh tiãút diãûn ra cuía äúng phun thç theo traûng thaïi håi åí âiãøm a, tçm Hçnh.3.6. Quaï trçnh giaín nåí cuía håi âæåüc thãø têch riãng v1t åí cuäúi quaï trçnh giaîn trãn âäö thi i-s nåí, aïp duûng phæång trçnh liãn tuûc, ta coï :
43. - 49 - v 1t F1 = G. C1t Trong âoï, G laì læu læåüng håi trong 1 giáy âaî cho træåïc Våïi doìng chaíy âàóng nhiãût tiãút diãûn beï nháút cuía äúng phun, cuîng nhæ caïc thäng säú håi æïng våïi tiãút diãûn áúy, âãöu truìng våïi caïc giaï trë tåïi haûn, tæïc laì, täúc âäü cuía doìng håi C1 taûi tiãút diãûn beï nháút cuía äúng phun âaût tåïi täúc âäü truyãön ám thanh a. *Thäng säú haîm Âãø tênh toaïn doìng mäüt chiãöu trong caïc raînh ngæåìi ta âæa ra khaïi niãûm vãö caïc thäng säú haîm hoaìn toaìn cuía doìng taûi tiãút diãûn âang xeït. Ta biãút ràòng, säú gia âäüng nàng cuía doìng cháút loíng chëu neïn coï daûng : C 2 − C 2 k 1 0 = (p v − p v ) 2 k −1 o o 1 1 Do âoï , C 2 k C 2 1 = (p v − p v ) + o (3-21) 2 k −1 o o 1 1 2 Ta tháúy ràòng, âäüng nàng cuía doìng håi khi ra khoíi äúng phun do sæû thay âäøi caïc thäng säú nhiãût âäüng xaïc âënh vaì phuû thuäüc vaìo âäüng nàng ban âáöu. 2 Nãúu âäüng nàng ban âáöu Co /2 beï vaì coï thãø boí qua âæåüc, thç täúc âäü doìng chaíy chè laì haìm säú cuía caïc thäng säú nhiãût âäüng maì thäi. C 2 k 1 = ( p v − p v ) (3-21’) 2 k −1 o o 1 1 Nãúu khäng thãø boí qua âäüng nàng ban âáöu, thç coï thãø coi ràòng, âäüng nàng áúy laì kãút quaí giaîn nåí âàóng enträpi cuía håi tæì caïc thäng säú aío po , v o naìo âoï våïi täúc âäü ban âáöu bàòng khäng (Co = 0) tåïi thäng säú cuía doìng po, vo åí træåïc äúng phun våïi täúc âäü bàòng Co. Noïi mäüt caïch khaïc, seî âaût âæåüc thäng säú po , v o nãúu âem haîm hoaìn toaìn doìng âang chuyãøn âäüng våïi täúc âäü Co theo quaï trçnh âàóng enträpi cho âãún khi coï täúc âäü bàòng khäng ( Co = 0). Tæì âáúy, caïc thäng säú po , v o , io âæåüc goüi laì thäng säú haîm âàóng enträpi cuía doìng, hay goüi tàõt laì caïc thäng säú haîm. Ta seî biãøu thë âäüng nàng ban âáöu cuía doìng qua caïc thäng säú haîm : 2 C o k = (p v o − p v ) (3-22) 2 k − 1 o o o Thay vaìo phæång trçnh (3.21), ta coï : 2 C1 k = (p v o − p v ) (3-23) 2 k −1 o 1 1 hay laì
44. - 50 - 2 ⎛ k−1 ⎞ C1 k k = p v o ⎜1 − ε ⎟ (3-24) o ⎜ ⎟ 2 k −1 ⎝ ⎠ Trong âoï : p1 ε = - Tyí säú aïp suáút ténh p1 trãn aïp suáút haîm cuía doìng p o po AÏp suáút po vaì p1 âæåüc goüi laì aïp suáút ténh, khaïc våïi aïp suáút haîm (aïp suáút toaìn pháön). i Coï thãø tçm thäng säú haîm bàòng nhiãöu caïch; pο Nãúu duìng giaín âäö i-s (Hçnh 3.8) thç âàût 2 A t ο âoaûn thàóng enträpi AA’ = Co /2 tæì âiãøm A’ , æïng våïi thäng säú ban âáöu po vaì to , ta tçm âæåüc åí 2 âiãøm A caïc thäng säú cuía doìng bë haîm po , v o ,t o Cο p 2 ο Nãúu tênh toaïn bàòng phæång phaïp giaíi t A' ο têch, âäúi våïi håi quaï nhiãût, âãø xaïc âënh p , v o phaíi thãm vaìo phæång trçnh (3.22) s o k phæång trçnh âàóng enträpi pv = const, tæïc laì po k p v o Hçnh.3.8. Xaïc âënh thäng säú haîm vo = o = const. bàòng âäö thë i-s Sau khi biãún âäøi ta coï : k p ⎛ k − 1 C 2 ⎞ k−1 o ⎜ o ⎟ = ⎜1 + ⎟ (3-25) p o ⎝ 2 kp o v o ⎠ k 2 k−1 v o ⎛ k −1 C ⎞ ⎜ o ⎟ Vaì = ⎜1 + ⎟ v o ⎝ 2 kp o v o ⎠ Nãúu täúc âäü Co khäng låïn làõm vaì khäng væåüt quaï 100 ÷ 150m/s, thç coï thãø duìng cäng thæïc gáön âuïng âãø xaïc âënh caïc thäng säú haîm : 2 C o p o = po + 2v o 2 C o v o = v o + (3-26) 2kp o Täúc âäü ám thanh, täúc âäü giåïi haûn. Âäúi våïi caïc âàûc tênh cuía doìng täúc âäü ám thanh vaì täúc âäü tåïi haûn coï yï nghéa quan troüng. Täúc âäü ám thanh laì täúc âäü truyãön ám âæåüc xaïc âënh theo caïc thäng säú ténh cuía doìng :
45. - 51 - a = kpv = kRT (3-27) Coï thãø biãún âäøi cäng thæïc (3.24) dæåïi daûng : 2 C1 k k + p v = p v 0 (3-28) 2 k −1 1 1 k −1 o 2 2 2 C a a o hay laì : 1 + 1 = 2 k −1 k − 1 ÅÍ âáy, a1 - täúc âäü ám thanh våïi caïc thäng säú håi p1, v1 ; a o - täúc âäü ám thanh våïi caïc thäng säú haîm po , v o , p v Nãúu âem chia phæång trçnh (3.28) cho k 1 1 ta coï : k −1 2 k −1 p o v o M1 + 1 = (3-29) 2 p1v 1 Trong âoï : M1 = C1/a1 - täúc âäü ám thanh cuûc bäü tæång âäúi cuía doìng. Tyí säú täúc âäü naìy âæåüc goüi laì säú Max. Træåìng håüp coï giaîn nåí âàóng enträpi, coï thãø viãút : 1−k p v o o = ε k p1v1 vaì phæång trçnh (3.29) coï daûng : k −1 1−k M2 + 1 = ε k (3-29’) 1 2 Giaíi âàóng thæïc naìy, ta tçm âæåüc : 2 1−k M = ()ε −1 k 1 k −1 Nãúu trong quaï trçnh giaîn nåí, täúc âäü cuía doìng âaût âæåüc täúc âäü ám thanh C1 = a1 = a* thç täúc âäü áúy âæåüc goüi laì täúc âäü tåïi haûn, vaì caïc thäng säú tæång æïng - thäng säú tåïi haûn. Roî raìng laì våïi täúc âäü tåïi haûn M1t = 1. Thay giaï trë M1t vaìo phæång trçnh (3.29), ta tçm âæåüc tyí säú aïp suáút tåïi haûn. k ⎛ 2 ⎞ k−1 ε∗ = ⎜ ⎟ (3-30) ⎝ k + 1⎠ Âäöng thåìi tæì phæång trçnh (3.28) ta tçm täúc âäü tåïi haûn cuía doìng 2 2 2 a a a o * + * = 2 k −1 k −1
46. - 52 - 2 2k Vaì a = a o = p v o (3-31) * k + 1 k + 1 o * Læu læåüng tåïi haûn : Ta seî aïp duûng phæång trçnh liãn tuûc FC1 = Gv1 vaì thay thãú bàòng caïc thäúng säú tåïi haûn ⎛ G ⎞ a ⎜ ⎟ = * ⎝ F ⎠* v * Chuï yï ràòng, våïi quaï trçnh âàóng enträpi 1 v ⎛ p ⎞ k 1 * = ⎜ o ⎟ = ε k ⎜ ⎟ * v o ⎝ p * ⎠ Ta tçm âæåüc : k+1 1 ⎛ G ⎞ a a o ⎛ 2 ⎞ 2(k−1) ⎜ ⎟ = * ε k = ⎜ ⎟ ⎝ F ⎠* v * v o ⎝ k + 1⎠ Sau khi biãún âäøi phæång trçnh naìy, ta coï : k+1 ⎛ G ⎞ kp ⎛ 2 ⎞ k−1 ⎜ ⎟ = o ⎜ ⎟ (3.32) ⎝ F ⎠* v o ⎝ k + 1⎠ Nãúu thay caïc giaï trë bàòng säú cuía säú muî k vaìo cäng (3.30) vaì (3.32) caïc thäng säú tåïi haûn seî coï daûng nhæ trong baíng 3-1. Baíng 3-1 : Caïc thäng säú tåïi haûn cuía doìng khi giaîn nåí âàóng enträpi. Säú muî Tyí säú Mäi cháút âàóng aïp suáút Täúc âäü tåïi haûn., C* m/s Læu læåüng tåïi haûn 2 enträpi tåïi haûn (G/F)* , kg/s.m k ε* 1,4 0,5283 (G/F) = 0,57 a o v Khäng khê C* = 0,913 a o = 1,08 p o v o * o = 0,685 po / v o Håi quaï nhiãût 1,3 0,5457 (G/F) = 0,585 a o v C*=0,932 a o = 1,064 p o v o * o = 0,667 p o / v o Håi baío hoìa 1,135 0,5774 (G/F) = 0,598 a o v C*= ,967 a o = 1,032 p o v o * o khä = 0,635 p o / v o
47. - 53 - Caïc thæï nguyãn duìng åí âáy nhæ sau : 2 5 2 3 2 po - N/m ( 1bar = 10 N/m ) ; v o - m /kg ; a o - m/s ; F - m vaì G - kg ; * Sæû thay âäøi caïc thäng säú vaì tiãút diãûn ngang cuía raînh. Ta seî xem xeït caïc thäng säú vaì tiãút diãûn ngang cuía raînh thay âäøi nhæ thãú naìo. Cháúp nháûn biãún säú åí âáy laì âäü giaîn nåí, tæïc laì ε = p1/ p o Biãún âäøi phæång trçnh (3.24) theo daûng sau âáy : k−1 k −1 2 k k +1 k C1t = a o (1 − ε ) = a* . ()1−ε (3-33) k −1 k −1 Nãúu chia 2 vãú cuía âàóng thæïc trãn cho täúc âäü tåïi haûn a*, ta âæåüc biãøu thæïc : C k +1 ⎛ k −1 ⎞ 1t ⎜ k ⎟ λ = = ⎜1−ε ⎟ (3.34) a* k −1 ⎝ ⎠ Âoï laì sæû phuû thuäüc cuía täúc âäü khäng thæï nguyãn λ (tênh theo mäüt pháön cuía täúc âäü tåïi haûn) vaìo âäü giaîn nåí ε. Nãúu håi giaîn nåí tåïi chán khäng tuyãût âäúi (ε = 0), täúc âäü cæûc âaûi seî bàòng: k + 1 λ = max k − 1 Âäúi våïi håi quaï nhiãût k = 1,3 , λmax = 2,77 aïp duûng phæång trçnh liãn tuûc âäúi våïi báút kyì ε naìo ta coï thãø tçm âæåüc biãøu thæïc : 1 2 k+1 G C C a o 2 ⎛ ⎞ = 1 = 1 ε k = ⎜ε k − ε k ⎟ ⎜ ⎟ F v 1 v o v o k −1 ⎝ ⎠ 2k p ⎛ 2 k+1 ⎞ = o ⎜ε k − ε k ⎟ ⎜ ⎟ (3-35) k −1 v o ⎝ ⎠ Mäüt thäng säú khäng thæï nguyãn quan troüng næîa laì læu læåüng quy dáùn. Læu læåüng quy dáùn hay læu læåüng tæång âäúi laì tyí säú cuía læu læåüng troüng læåüng âi qua âån vë diãûn têch G/F cuía tiãút diãûn âang xeït trãn læu læåüng troüng læåüng âi qua âån vë diãûn têch G*/F cuía tiãút diãûn áúy våïi caïc thäng säú tåïi haûn, tæïc laì G F G q = . = F G* G* G G Hay laì, sau khi thay thãú giaï trë cuía vaì * F F 1+k 2 k+1 G ⎛ 2 ⎞ 1−k 2 ⎛ ⎞ = ⎜ε k − ε k ⎟ Ta coï q = ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ (3-36) G * ⎝ k + 1⎠ k −1 ⎝ ⎠
48. - 54 - Våïi læu læåüng âaî cho, quan saït sæû thay âäøi diãûn têch cuía tiãút diãûn ngang âæåüc biãøu thë bàòng mäüt pháön cuía diãûn têch tåïi haûn F* , tæïc laì f = F/F* thç tháúy ràòng f laì âaûi * læåüng nghëch âaío cuía læu læåüng quy dáùn q vaì bàòng : 1+k F ⎛ 2 ⎞ 1−k k −1 f = = ⎜ ⎟ (3-37) 2 k−1 F* ⎝ k + 1⎠ ⎛ ⎞ 2⎜ε k − ε k ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ Caïc quan hãû phuû thuäüc trãn âæåüc diãùn âaût trãn âäö thë hçnh Hçnh 3.9. Âäö thë naìy cho ta tháúy ràòng, âàûc tênh a 2,8 λ f cuía doìng cháút loíng chëu neïn âæåüc chia ra a* 2,6 laìm hai vuìng : vuìng doìng chaíy dæåïi ám 2,4 trong phaûm vi thay âäøi ε tæì 1 âãún ε , vuìng 2,2 * trãn ám trong phaûm vi thay âäøi ε tæì ε âãún 2,0 * 1,8 0. Trong vuìng dæåïi ám tiãút diãûn cuía raînh seî 1,6 f giaím khi håi giaîn nåí. 1,4 Trong vuìng trãn ám khi doìng håi 1,2 tàng täúc âoìi hoíi phaíi måí räüng dáùn tiãút diãûn a 1,0 a cuía raînh. 0,8 * λ Våïi chuyãøn âäüng âàóng enträpi tiãút 0,6 diãûn beï nháút cuía raînh æïng våïi traûng thaïi tåïi 0,4 haûn, tæïc laì khi täúc âäü cuía doìng chaíy C1 = a 0,2 ε ε hay laì λ = 1. 0 * 1 0,90,80,70,60,50,40,30,20,1 0 Âãø dãù tháúy nguyãn nhán phaíi giaím tiãút diãûn ngang f åí vuìng dæåïi ám vaì phaíi Hçnh 3.9 Sæû thay âäøi caïc thäng säú håi, tàng åí vuìng trãn ám, ta duìng phæång trçnh täúc âäü cuía doìng vaì tiãút diãûn tæång âäúi liãn tuûc dæåïi daûng vi phán (3.7) cuía äúng phun theo âäü giaîn nåî (k=1,3) dF dv dC = − F v C dC dv dF ÅÍ vuìng dæåïi ám > do âoï vaì > 0 nghéa laì gia säú cuía thãø têch håi trong quaï C v F trçnh giaîn nåí bàõt âáöu träüi hån gia säú täúc âäü vaì tiãút diãûn ngang cuía doìng tàng lãn (raînh to dáön). Cäng thæïc (3.35) cuîng coï thãø duìng âãø tçm quan hãû phuû thuäüc vaìo aïp suáút sau äúng phun cuía læu læåüng håi âi qua äúng phun nhoí dáön våïi tiãút diãûn ra F khäng âäøi.
49. - 55 - Âæåìng cung tæång æïng Oab G âæåüc thãø hiãûn trãn âäö thë hçnh a Hçnh.3.10. Nhaïnh âæåìng cong ab âaî âæåüc thæûc nghiãûm kiãøm chæïng. Nhæng bàõt âáöu tæì tyí säú aïp suáút ε≤ ε thæûc tãú laì læu læåüng håi giæî G ∗ ε = 0,546 * * khäng âäøi vaì bàòng læu læåüng tåïi haûn ( G = G*). Sæû khaïc nhau giæîa b 0 læu læåüng håi thæûc vaì læu læåüng p ε = 1,0 ε = 1 tênh theo cäng thæïc (3.35) cho ta po tháúy ràòng trong vuìng ε = 0,546 * âãún ε = 0 khäng thãø æïng duûng Hçnh 3.10 Âäö thë vãö sæû thay âäøi læu læåüng phæång trçnh liãn tuûc âæåüc, trong håi tuìy thuäüc vaìo tyí säú aïp suáút khi váùn coi tiãút diãûn åí âáöu ra cuía äúng phun laì khäng âäøi. Quaí váûy, trãn cå såí cuía phæång trçnh liãn tuûc cäng thæïc (3.35) seî âuïng, nãúu våïi caïc thäng säú ban âáöu âaî cho, aïp suáút åí tiãút diãûn ra cuía äúng phun bàòng aïp suáút p1, tæång æïng våïi tyí säú aïp suáút ε1. Ta seî xem trong tçnh huäúng naìo thç coï thãø thæûc hiãûn âæåüc âiãöu kiãûn áúy. Biãút ràòng, sæû lan truyãön aïp suáút trong mäi cháút âaìn häöi diãùn ra våïi täúc âäü ám thanh a. Nãúu doìng håi thoaït ra khoíi miãûng äúng phun våïi täúc âäü C1 thç täúc âäü lan truyãön aïp suáút theo hæåïng ngæåüc chiãöu våïi doìng håi seî laì a1 - C1. Cho nãn sæû lan truyãön aïp suáút ngæåüc doìng chè coï thãø xaíy ra trong træåìng håüp C1 < a1 . Tæì luïc, khi C1 âaût âæåüc täúc âäü ám thanh, tæïc laì C1 = a*, traûng thaïi håi åí tiãút diãûn báút kyì cuía äúng phun nhoí dáön seî khäng coìn phuû thuäüc vaìo traûng thaïi håi sau äúng phun næîa. Sæû giaîn nåí cuía håi tæì aïp suáút tåïi haûn p* âãún aïp suáút p1 < p* seî xaíy ra sau äúng phun, âäöng thåìi våïi moüi giaï trë cuía p1 < p* taûi tiãút diãûn cuía äúng phun aïp suáút p* vaì læu læåüng håi giæî khäng âäøi vaì bàòng læu læåüng tåïi haûn G*. Nhæ váûy, khi xaïc âënh læu læåüng håi âi qua äúng phun nhoí dáön chè coï thãø duìng cäng thæïc (3.35) trong phaûm vi thay âäøi ε tæì âãún ε*. Coï thãø thay âäøi cäng thæïc (3.36) bàòng cäng thæïc gáön âuïng trãn cå såí cho ràòng âæåìng ab (H 3.10) laì cung enlip. Ta coï 2 G ⎛ p − p ⎞ 1 1 ⎜ 1 * ⎟ 1 2 (1 ) 2 q = = − ⎜ ⎟ = − ε * − ε − ε (3.38) G* ⎝ p o − p * ⎠ 1 − ε *
50. - 56 - Trong ráút nhiãöu træåìng håüp tênh toaïn thæûc tãú cäng thæïc (3.38) âaî cho ta kãút quaí khaï chênh xaïc. Trong thæûc tãú, nhæ thê nghiãûm âaî chæïng minh, læu læåüng håi tåïi haûn khäng bàòng læu læåüng håi tênh toaïn theo quaï trçnh lyï tæåíng, âàóng entropi. Tyí säú cuía læu læåüng thæûc tãú trãn læu læåüng lyï thuyãút goüi la ì hãû säú læu læåüng µ G µ = * G*t k+1 k−1 ⎛ 2 ⎞ p o Vaì G* = µG*t = µG* k⎜ ⎟ (3-39) ⎝ k + 1⎠ v o Âäúi våïi håi quaï nhiãût µ = 0,97 ÷ 0,95, tæïc laì beï hån 3 ÷5% so våïi khi tênh toaïn theo cäng thæïc po G = 0,667F*q v o Trong chuyãøn âäüng cuía håi baío hoìa nãúu traûng thaïi håi ban âáöu gáön våïi âæåìng cong giåïi haûn trãn, theo kãút quaí cuía nhiãöu thê nghiãûm, læu læåüng håi tåïi haûn qua äúng phun seî låïn hån læu læåüng håi tênh toaïn theo cäng thæïc po G = 0,635F*q v o Mæïc tàng áúy coï thãø âaût tåïi gáön 2 ÷ 5 % vaì Stodola âaî giaíi thêch ràòng âoï laì do sæû quaï laûnh cuía håi khi giaîn nåí trong äúng phun. Quaí váûy, khi håi chuyãøn âäüng våïi traûng thaïi quaï nhiãût nheû vaì baîo hoìa, quaï trçnh taûo thaình gioüt næåïc vaì trao âäøi nhiãût trong häùn håüp håi khä vaì phán tæí næåïc chæa âæåüc hoaìn thiãûn, vç thåìi gian maì doìng âi qua âoaûn nhoí dáön cuía äúng phun laì quaï ngàõn. Cho nãn, thæûc cháút åí miãûng ra cuía äúng phun coï âäü áøm beï hån so våïi quaï trçnh chaíy lyï thuyãút. Nhiãöu thê nghiãûm âaî chæïng minh ràòng, sæû taûo thaình gioüt næåïc khi håi baîo hoìa giaîn nåí thæåìng xaíy ra sau giåïi haûn äúng phun vaì phán phäúi khäng âãöu theo tiãút diãûn doìng chaíy, cho nãn læu læåüng håi baîo hoìa thæûc tãú låïn hån håi âæåüc tênh theo cäng thæïc åí trãn âäúi våïi håi baîo hoìa. Hãû säú læu læåüng trong chuyãøn âäüng cuía håi baîo hoìa coï thãø láúy gáön bàòng µ=1,02 ÷ 1,05. 3.3- Caïc täøn tháút nàng læåüng trong doìng chaíy thæûc Trong doìng thæûc bao giåì cuîng coï täøn tháút. Nhæng täøn tháút naìy phuû thuäüc vaìo hçnh daïng cuía raînh hoàûc daîy caïnh, vaìo caïc thäng säú mäi cháút vaì mäüt säú yãúu täú khaïc.
51. - 57 - Trong træåìng håüp naìy coï thãø sæí duûng phæång trçnh âäüng læåüng (3.13), nãúu biãút læûc caín doìng S. Phæång trçnh baío toaìn nàng læåüng (3.16) thç coï thãø sæí duûng cho træåìng håüp coï vaì khäng coï täøn tháút. Âäúi våïi doìng lyï tæåíng, khi khäng coï trao âäøi nhiãût våïi mäi træåìng bãn ngoaìi, nàng læåüng cuía håi giaîn nåí åí âáöu ra khoíi äúng phun seî laì : C 2 C 2 1t = o + i − i (3-40) 2 2 o 1t (kyï hiãûu caïc entanpi âaî dáùn trãn hçnh Hçnh 3.6. Trong quaï trçnh thæûc mäüt pháön âäüng nàng bë taín âi vaì truyãön cho mäi cháút dæåïi daûng nhiãût. C 2 C 2 Âäüng nàng thæûc tãú 1 i1t). Âãø so saïnh doìng thæûc våïi doìng lyï thuyãút ta duìng khaïi niãûm vãö hãû säú täúc âäü ϕ. Täúc âäü trung bçnh cuía doìng thæûc coï thãø biãøu thë bàòng : C1 = ϕ C1t (3.43) Trong âoï ϕ < 1 Thay caïc âaûi læåüng vaìo (3.42), ta coï biãøu thæïc sau âáy cho caïc täøn tháút trong daîy äúng phun : C 2 ⎛ 1 ⎞ C 2 ⎛ C 2 ⎞ ∆h = 1 ⎜ −1⎟ = 1t (1 − ϕ2 ) = ⎜h + o ⎟(1 − ϕ2 ) (3.44) C ⎜ 2 ⎟ ⎜ o ⎟ 2 ⎝ ϕ ⎠ 2 ⎝ 2 ⎠ Cuîng coï thãø duìng täøn tháút nàng læåüng : 2 ∆h ⎛ C ⎞ ζ = C = 1 − ⎜ 1 ⎟ (3.45) C 2 ⎜ ⎟ C1t ⎝ C1t ⎠ 2 ⎛ C 2 ⎞ ∆h = ζ ⎜h + o ⎟ hay laì : C C ⎜ o ⎟ (3.46) ⎝ 2 ⎠ Sæû liãn hãû giæîa hãû säú täúc âäü vaì hãû säú täøn tháút nhæ sau : 2 ζC = 1 - ϕ (3.47) ϕ = 1 − ζ C (3.48)
52. - 58 - Hiãûu säú ηC = 1 - ζC (3.49) laì hiãûu suáút cuía doìng. Nhæîng hãû säú âaî liãût kã thæåìng âæåüc aïp duûng cho sæû thay âäøi cuäúi cuìng cuía traûng thaïi vaì âãø âaïnh giaï täøn tháút täøng. Âäúi våïi caïc daîy äúng phun hiãûn âaûi, våïi chiãöu cao væìa phaíi vaì âæåüc gia cäng cáøn tháûn thç täøn tháút khäng låïn làõm. Hãû säú täúc âäü thæåìng åí mæïc ϕ = 0,96 ÷ 0,98 vaì tæång æïng hãû säú täøn tháút ζC = 8 ÷ 4%. Do coï täøn tháút maì quaï trçnh giaîn nåí seî chãûch khoíi âæåìng thàóng entropi vaì nghiãng vãö phêa tàng entropi (xem Hçnh 3.6). Sæû chãnh lãûch áúy caìng låïn khi täøn tháút trong doìng caìng cao. Trong træåìng håüp giåïi haûn coï thãø coi ràòng âäüng nàng hoaìn toaìn máút âi vaì biãún thaình nhiãût. Luïc naìy hiãûu säú entanpi åí âáöu vaì cuäúi quaï trçnh giaîn nåí seî bàòng khäng. io - i1 = 0 (3-50) Quaï trçnh nhæ váûy goüi laì qui trçnh tiãút læu. Nãúu boí qua hiãûu säú âäüng nàng åí âáöu vaìo ra âáöu ra (cäng thæïc 3.50), thç âiãøm âáöu vaì cuäúi quaï trçnh seî nàòm trãn âæåìng âàónh entanpi (âæåìng thàóng gaûch trãn hçnh Hçnh 3.11) i Khi xeït caïc quaï trçnh cuía doìng chaíy p ο coï täøn tháút (Hçnh 3.11), ta tháúy ràòng, khäng t ο lãû thuäüc vaìo tênh cháút caïc täøn tháút, trong i ο caïc quaï trçnh doìng chaíy khaïc nhau, bao giåì px cuîng âaût âæåüc mäüt täúc âäü tåïi haûn nhæ nhau, ∗ h h p' vaì noï chè phuû thuäüc vaìo caïc thäng säú haîm 1 p' a âàóng entropi maì thäi. const a = Tháût váûy, täúc âäü ám thanh âæåüc xaïc i* p∗ âënh båíi âàóng thæïc a = kpv vaì giæî khäng s âäøi khi têch pv khäng âäøi. Vç thãú, vë trê hçnh Hçnh 3.11 Âæåìng täúc âäü tåïi haûn hoüc cuía caïc âiãøm täúc âäü ám thanh trãn giaìn khäng âäøi trãn âäö thë i-s âäö i-s laì âæåìng entanpi khäng âäøi i* = const. Âiãöu naìy thoía maîn phæång trçnh (3.2) Nhiãût giaïng tæång âæång cuía täúc âäü tåïi haûn : a 2 kpv h = = * 2 2 cuîng giæî khäng âäøi âäúi våïi træåìng håüp täúc âäü dæåïi ám, æïng våïi i* = const Váûy laì, våïi traûng thaïi ban âáöu cuía doìng bë haîm täúc âäü tåïi haûn seî âaût âæåüc khi trong quaï trçnh giaîn nåí entanpi seî giaím xuäúng âãún i* = iO - h*
53. - 59 - Chuï yï ràòng, tyí säú aïp suáút tåïi haûn ε* khäng phaíi laì âaûi læåüng cäú âënh, maì phuû thuäüc vaìo sæû diãùn biãún cuía quaï trçnh, tæïc laì phuû thuäüc vaìo caïc täøn tháút trong âoï. Quaí váûy, tæì hçnh H 3.11, täúc âäü tåïi haûn seî âaût âæåüc våïi p1 khaïc nhau, tuìy thuäüc vaìo âæåìng thay âäøi traûng thaïi. Âäúi våïi træåìng håüp lyï tæåíng. k ⎛ 2 ⎞ k−1 ε* = ⎜ ⎟ ⎝ k + 1⎠ Coìn tyí säú aïp suáút thæûc ε*r < ε* , trong âoï täúc âäü cuía doìng bàòng täúc âäü tåïi haûn coï thãø tçm tæì (3.24) vaì (3.31): k ⎛ k −1 1 ⎞ k −1 ε*r = ⎜1− . ⎟ ⎝ k +1 1−ζ ⎠ Âäöng thåìi, tyí säú aïp suáút p11 trãn aïp suáút haìm p 11 âæåüc tênh theo täúc âäü C1 (Hçnh.3.11) khäng lãû thuäüc vaìo hãû säú täøn tháút, váùn giæî âæåüc tåïi haûn : p11 / p 11 = ε*. Hãû säú täøn tháút caìng låïn thç tyí säú ε*r caìng tháúp va ì tyí säú p11 / p o caìng beï. 3.4.Daîy äúng phun khi chãú âäü laìm viãûc thay âäøi. ÄÚng phun nhoí dáön Khi aïp suáút ban âáöu po khäng âäøi vaì âäúi aïp p1 thay âäøi thç læu læåüng håi âi qua äúng phun nhoí dáön thay âäøi theo âënh luáût âaî trçnh baìy trãn hçnh Hçnh 3.10. Báy giåì ta xeït læu læåüng håi âi qua äúng phun nhoí dáön seî thay âäøi nhæ thãú naìo, nãúu âäöng thåìi thay âäøi aïp suáút cuía håi âæa vaìo pon vaì aïp suáút p1 sau äúng phun. Giaí sæí trãn âæåìng äúng dáùn håi ta âàût äúng phun nhoí dáön ( Hçnh. 3.12) Tiãút diãûn cuía âæåìng äúng A B ráút låïn, nãn coï thãø boí qua täúc âäü Co cuía håi dáùn vaìo äúng phun. p p p ο on 1 Læu læåüng håi âi qua äúng phun âæåüc âiãöu chènh bàòng caïc van A vaì B âàût trãn äúng dáùn håi. Giaí Hçnh 3.12 Så âäö âàût äúng phun trãn âæåìng äúng thiãút aïp suáút po vaì nhiãût âäü to dáùn håi cuía håi dáùn vãö van A giæî khäng âäøi. Khi âi qua van B håi âæåüc dáùn vãö bçnh ngæng. AÏp suáút tuyãût âäúi trong bçnh ngæng coï thãø coi gáön bàòng khäng (p1 ≈ 0). Nãúu måí hoaìn toaìn van B vaì måí dáön van A, thç læu læåüng håi âi qua äúng phun seî tàng lãn vaì aïp suáút pon træåïc äúng phun cuîng tàng theo. Vç âaî giaí thiãút ràòng, khi måí van B aïp suáút sau äúng phun bàòng aïp suáút trong bçnh ngæng, tæïc laì gáön bàòng khäng,
54. - 60 - doìng chaíy trong äúng phun laìm viãûc våïi tyí säú aïp suáút ε = p1/pon ≈ 0, nghéa laì, trong äúng phun coï læu læåüng tåïi haûn vaì bàòng : Pon G* = 0,667µF v on Khi måí hoaìn toaìn van A aïp suáút træåïc äúng phun âaût âãún giaï trë po , æïng våïi læu læåüng tåïi haûn cæûc âaûi Go . Tyí säú cuía læu læåüng håi tåïi haûn (æïng våïi aïp suáút pon), trãn læu læåüng tåïi haûn cæûc âaûi bàòng ; G P v * = on o (3-51) Go von po Trong vê duû âang xeït håi træåïc äúng phun coï entanpi io = const , vaì våïi âäü chênh xaïc cao coï thãø viãút : pon von = po vo, p v hay laì : on = o p o v on Thay thãú quan hãû naìy vaìo phæång trçnh (3.51), ta tçm âæåüc G * p on = = ε * (3.52) G o p o tæïc laì , læu læåüng tåïi haûn tyí lãû thuáûn våïi aïp suáút træåïc äúng phun. Kãút quaí naìy chè âuïng trong træåìng håüp entanpi io giæî khäng âäøi åí moüi chãú âäü. Trong træåìng håüp ngæåüc laûi, tyí säú caïc thãø têch riãng khäng chè phuû thuäüc vaìo tyí säú aïp suáút maì coìn phuû thuäüc vaìo nhiãût âäü. Cho nãn læu læåüng håi tæång âäúi phaíi âæåüc xaïc âënh træûc tiãúp theo (3.51) vaì âäúi våïi håi quaï nhiãût : G p T * = on = o (3.53) G o p o Ton Trong âoï, To vaì Ton - nhiãût âäü tuyãût âäúi cuía håi. Nãúu giæî aïp suáút pon = const, thay âäøi aïp suáút åí âáöu ra cuía âoaûn äúng dáùn håi ( vê duû, âoïng båït van B), thç quaï trçnh thay âäøi læu læåüng håi âæåüc thãø hiãûn bàòng âæåìng ABC ( Hçnh.3.13), thãm vaìo âoï tyí säú aïp suáút tåïi haûn seî âaût âæåüc khi. p1 p1 = 0,546 hay laì khi = 0,546 εo , pon po
55. - 61 - Coìn læu læåüng seî bàòng 0 khi: p p p 1 = 1 tæïc laì khi 1 = on = ε Gο o pon p o p o G * A B Nhæ váûy laì , ba âiãøm chênh cuía G âæåìng ABC A - âiãøm æïng våïi læu læåüng tåïi haûn G* , p1 p C p=p B - âiãøm æïng våïi aïp suáút tåïi haûn ε* , ο 1 ο ε* po n C - âiãøm æïng våïi læu læåüng bàòng G = 0 p= p 1 on Khi thay âäøi aïp suáút træåïc äúng phun seî dëch chuyãøn tyí lãû våïi aïp suáút áúy. Hçnh 3.13 Âäö thë vãö sæû thay âäøi Kyï hiãûu caïc âaûi læåüng tæång âäúi : læu læåüng håi G - Læu læåüng håi : = q o → Go - læu læåüng håi tåïi haûn täúi âa G o p on - AÏp suáút ban âáöu tæång âäúi : = ε o p o p1 - AÏp suáút cuäúi tæång âäúi : = ε1 p o G * Ngoaìi ra , chuï yï ràòng = ε o ; ε* = 0,546 εo G o Sæí duûng phæång trçnh (3.38) ( trçnh baìy sæû liãn hãû giæîa læu læåüng vaì aïp suáút trong vuìng dæåïi tåïi haûn ); 2 2 ⎛ G ⎞ ⎛ p1 − p * ⎞ ⎜ ⎟ + ⎜ ⎟ = 1 ⎝ G* ⎠ ⎝ p on − p * ⎠ Vaì biãún âäøi ta coï : 2 ⎛ p1 p * p on ⎞ 2 ⎜ − ⎟ ⎛ GG ⎞ p p p ⎜ o ⎟ + ⎜ o on o ⎟ = 1 ⎜ ⎟ ⎜ p p p ⎟ ⎝ G o G* ⎠ on * on ⎜ − ⎟ ⎝ p o p on p o ⎠ Thay caïc kyï hiãûu åí trãn vaìo, ta âæåüc : 2 ⎛ p ⎞ (ε − ε ε )2 ⎜ o ⎟ + 1 * o = 1 ⎜ ⎟ 2 2 ⎝ ε * ⎠ ε o (1 − ε * ) 2 (ε1 − ε *εo ) 2 2 Hay laì : 2 + q o = εo (3-54) (1 − ε* )
56. - 62 - Phæång trçnh naìy liãn hãû chàût cheî læu læåüng håi âi qua äúng phun nhoí dáön våïi aïp suáút tæång âäúi ban âáöu εo vaì cuäúi ε1 . Trãn âäö thë hçnh Hçnh 3.14 laì læåïi læu læåüng phaín aïnh quan hãû áúy. Phæång trçnh (3.54) chè âuïng trong vuìng thay âäøi ε1 tæì ε1 = εoε* âãún ε1 = εo. εo = 0,1 1,0 G 0,9 0,9 q o= Go 0,8 0,8 0,7 0,7 0,6 0,6 0,5 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0,2 0,2 εo = 0,1 0,1 ε , ε 0 1 o 0 0,1 0,20,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Hçnh 3.14 Læåïi læu læåüng tæång âäúi cuía håi âi qua äúng phun nhoí dáön Nãúu choün âæåüc tyí qo lãû thêch håüp cho cung 1,0 enlip (3.54), thç ta coï thãø 0,8 thay thãú bàòng cung voìng 0,6 troìn. Trong vuìng tåïi haûn ( 0,4 ε o ε1 = εoε*) læu læåüng håi 0,2 ε 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1 giæî khäng âäøi vaì bàòng q 1,0 = εo. 0,8 Khi biãút âæåüc hai 0,6 trong ba âaûi læåüng tæång 0,4 0,2 âäúi εo ,ε1 , qo coï thãø xaïc 0 âënh âaûi læåüng thæï ba. Hçnh 3.15 Bãö màût cän cuía caïc læu læång håi Âäö thë hçnh Hçnh.3.14 Âi qua äúng phun nhoí dáön cuîng coï thãø dæûng trong toüa âäü khäng gian. Theo
57. - 63 - ba truûc toüa âäü ghi caïc giaï trë tæång âäúi cuía εo , q , ε1 ta âæåüc hçnh Hçnh.3.15. bãö màût coìn biãøu thë sæû thay âäøi læu læåüng håi tæång âäúi âi qua äúng phun nhoí dáön khi thay âäøi aïp suáút âáöu vaì cuäúi, nhæng våïi entanpi ban âáöu khäng âäøi. Tam giaïc phàóng tiãúp tuyãún våïi bãö màût cäng æïng våïi vuìng læu læåüng tåïi haûn. ÄÚng phun to dáön. Sæû laìm viãûc cuía äúng phun to dáön khi chãú âäü laìm viãûc khaïc nhiãöu våïi sæû laìm viãûc cuía äúng phun nhoí dáön. Thäng thæåìng khi tênh toaïn ngæåìi ta xaïc âënh kêch thæåïc cuía tiãút diãûn beï nháút vaì tiãút diãûn ra cuía äúng phun {xem (3.35) vaì (3.37)} Caïc tiãút diãûn trung gian seî thæûc hiãûn, sao cho diãûn têch ngang cuía äúng phun thay âäøi âãöu âàûn doüc tám äúng phun vaì dãù gia cäng. Thæåìng hay gàûp äúng phun coï tám cán xæïng hoàûc äúng phun coï vaïch phàóng song song åí phêa trãn vaì dæåïi. Âãø phán têch sæû laìm viãûc cuía äúng phun to dáön khi chãú âäü laìm viãûc thay âäøi, ta seî xeït mäüt säú hiãûn tæåüng âàûc træng cho doìng væåüt ám cuía cháút loíng chëu neïn. Giaí sæí doìng håi âang chuyãøn âäüng våïi täúc âäü C1 vaì trãn âæåìng âi gàûp váût caín taûi âiãøm A (Hçnh 3.16) Váût caín áúy seî gáy nãn chàõn âäüng vaì seî lan truyãön trong doìng chuyãøn âäüng våïi täúc âäü ám thanh a. Trong mäi træåìng cháút loíng ténh soïng cháún âäüng seî lan truyãön theo voìng troìn âäöng tám våïi baïn kênh r sau thåìi gian cháún âäüng τ. Trong doìng chuyãøn âäüng hiãûn tæåüng áúy cuîng τ xaíy ra tæång tæû, nhæng soïng τ a θ. a A c1 A c1 bë doìng cuäún âi vaì tám cuía c c 1 τ 1 τ soïng voìng sau thåìi gian τ seî dëch âi mäüt âoaûn Cτ. Nãúu c1 a C1 < a thç soïng voìng seî truyãön âi theo hæåïng chuyãøn âäüng cuîng nhæ theo Hçnh 3.16 Sæû phán bäú soïng cháún âäüng trong hæåïng ngæåüc chiãöu. Doìng chaíy dæåïi ám vaì trãn ám Nãúu C1 = a thç tám cháún âäüng seî dëch âi mäüt âoaûn bàòng C1τ = a τ vaì táút caí soïng voìng seî coï chung mäüt âæåìng tiãúp tuyãún thàóng âæïng taûi âiãøm cháún âäüng A.
58. - 64 - Nãúu C1 > a soïng chè lan 0,6 ε truyãön theo hæåïng doìng håi, trong âoï 0,9 ε a 0,8 vuìng lan truyãön soïng voìng (âäúi våïi 0,8 ε 0,9 b doìng phàóng) âæåüc giåïi haûn båíi hai 0,7 εb 0,6 âæåìng nghiãng dæåïi goïc θ so våïi ε* hæåïng cuía doìng. Goïc naìy phuû thuäüc 0,5 ε 0,4 vaìo tyí säú täúc âäü ám thanh trãn täúc âäü ε' 0,3 cuía doìng âæåüc xaïc âënh bàòng quan 0,2 hãû âån giaín: f 0,1 a 1 ε 0 1 sin θ = = C1 M ÅÍ âáy, M - säú Max. b Xeït doìng chaíy cuía håi trong äúng phun phàóng to dáön (Hçnh 3.17). Trong âiãöu kiãûn tênh toaïn khi a b c håi giaîn nåí âàóng entropi âæåìng cong ε biãøu thë sæû giaím dáön aïp suáút doüc tám äúng phun vaì coï thãø tênh âæåüc tæì H 3.17 Âäö thë quaï trçnh giaín nåí phæång trçnh (3.35). Âaûi læåüng ε1 trong äúng phun to dáön æïng våïi aïp suáút tênh toaïn åí âáöu ra äúng phun. Giaí sæí aïp suáút sau äúng phun giaím xuäúng tháúp hån aïp suáút tênh toaïn (ε11 < ε1). Vç doìng chuyãøn âäüng våïi täúc âäü trãn ám nãn âënh luáût thay âäøi aïp suáút bãn trong äúng phun váùn giæî khäng âäøi. Taûi caïc âiãøm A vaì A1 xuáút hiãûn sæû cháún âäüng cuía doìng (Hçnh.3.18,a) do aïp suáút giaím âäüt ngäüt tæì aïp suáút tênh toaïn ε1 xuäúng aïp suáút tháúp hån ε11. Âæåìng âàóng aïp trong doìng (âæåìng âàûc tênh) âæåüc biãøu thë bàòng âæåìng thàóng xuáút phaït tæì tám A vaì A1 ; trong âoï âäü nghiãng seî phuû thuäüc vaìo tyí säú täúc cuía doìng trãn täúc âäü ám thanh tæïc laì vaìo säú Max. Âæåìng AC vaì A1C æïng våïi aïp suáút åí miãûng äúng phun, âæåìng AD vaì A1D1 laì âæåìng âàûc tênh æïng våïi aïp suáút trong mäi træåìng maì doìng chaíy ra. Nhæ váûy laì trong vuìng ACA1 aïp suáút giæî khäng âäøi vaì bàòng ε1, trong vuìng 2 laì aïp suáút cuía mäi træåìng xung quanh.
59. - 65 - ABE Khi tåïi giåïi haûn ngoaìi cuía L ε 11 2 22 doìng caïc âæåìng âàóng aïp BD, C1E 1 D p1 p2 4 5 C trãn âæåüc láûp laûi nhæ åí âoaûn âáöu. ε1 3 2 2 B1 Nhæ váûy laì trong doìng væåüt ám, khi A1 b) giaím âäúi aïp xuäúng dæåïi giaï trë thç seî A B xuáút hiãûn sæû tàng aïp theo daûng C soïng. Træåìng håüp âäúi aïp åí âáöu ra äúng phun to dáön væåüt quaï giaï trë B1 A1 c) tênh toaïn khäng nhiãöu làõm (ε11 > ε A A 1). ( H 3.18b), trong doìng trãn ám, aïp suáút taûi caïc tiãút diãûn trung gian giæî khäng âäøi, tæïc laì læu læåüng tåïi A1 A1 d) e) haûn giæî khäng âäøi. taûi caïc âiãøm A Hçnh.3.18 Så âäö caïc phäø cuía doìng vaì A1 aïp suáút tàng âäüt ngäüt tåïi ε1 trong äúng phun to dáön våïi màût càõt thàóng cuía mäi træåìng bãn ngoaìi. ÅÍ âáy xuáút hiãûn màût tàng nhaíy voüt âãø âaût tåïi âäúi aïp ε11 trãn caïc âæåìng AC vaì AC1. AÏp suáút náng lãn seî laìm cho doìng bë neïn laûi vaì tiãút diãûn BB1 tråí nãn beï hån AA1. Caïc màût tàng nhaíy voüt A1B vaì AB1 sau khi giao nhau taûi âiãøm C coï bë lãûch thãm ; khi tåïi giåïi haûn ngoaìi seî phaín xaû dæåïi daûng soïng giaîn nåí. Tênh cháút tiãúp theo cuía doìng tæû do tæång tæû nhæ trãn træåìng håüp trãn kia. Caìng tàng âäúi aïp hçnh aính cuía doìng væåüt ám seî thay âäøi daûng (Hçnh 3.18c). ÅÍ âáy ngoaìi hai màût tàng nhaíy voüt xiãn coìn thãm màût tàng voüt thàóng CD. Cuäúi cuìng, åí âáöu ra cuía äúng phun to dáön âaût tåïi aïp suáút ε11 , maì våïi aïp suáút naìy seî xuáút hiãûn màût tàng nhaíy voüt cong (Hçnh 3.18d). Nãúu tiãúp tuûc náng aïp suáút åí âáöu ra lãn næîa, thç seî laìm tàng aïp suáút âäüt ngäüt bãn trong pháön loe cuía äúng phun (Hçnh 3.18e). Træåìng håüp naìy, do coï màût tàng nhaíy voüt, doìng væåüt ám seî chuyãøn sang doìng chaíy dæåïi ám, trong nhiãöu træåìng håüp doìng bë taïch khoíi vaïch vaì taûo thaình nhæîng vuìng xoaïy. Caìng náng cao âäúi aïp, màût tàng nhaíy voüt caìng tiãún sáu vaìo cäø äúng phun. Trãn âäö thë (Hçnh 3.17) âæåìng cháúm cháúm laì âæåìng màût tàng nhaíy voüt âaî xuáút hiãûn khi tàng âäúi aïp trong pháön loe cuía äúng phun to dáön. Âæåìng cong áúy âæåüc xaïc âënh bàòng lyï thuyãút våïi giaí thuyãút màût nhaíy voüt thàóng. Trong màût tàng nhaíy voüt täúc