TR ƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
BỘ MÔN KỸ THUẬT HÀNG KHÔNG
CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỘNG CƠ TUABIN KHÍ
(BÀI GIẢNG CHO SINH VIÊN NGÀNH KỸ THUẬT HÀNG KHÔNG)
Biên soạn :
TS. Nguyễn Phú Vịnh
TS. Nguyễn Phú Khánh
Hà nội 2008
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1:
GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ PHẢN LỰC……………………………..………………1
CHƯƠNG 2:
CÁC BỘ PHẬN VÀ CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ TUABIN KHÍ……………..10
CHƯƠNG 3:
TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ TUABIN KHÍ 2 LUỒNG……...21
CHƯƠNG 4
THIẾT KẾ QUẠT – MÁY NÉN DỌC TRỤC……………………………………43
CHƯƠNG 5
THIẾT KẾ TUABIN………………………...……………………………………87
CHƯƠNG 6
ỐNG HÚT – ỐNG ĐẨY – BUỒNG ĐỐT………………………………….…...125
Trang 1
Ch−¬ng I
giíi thiÖu ®éng c¬ ph¶n lùc
?
?
?
C¸c ®éng c¬ ph¶n lùc ngµy nay rÊt phong phó vµ ®a d¹ng nh−ng ®Òu
ho¹t ®éng theo mét nguyªn t¾c chung lµ : N¨ng l−îng ®èt ch¸y nhiªn liÖu
trong ®éng c¬ ®−îc biÕn ®æi ®Ó cung cÊp ®éng n¨ng cho dßng kh«ng khÝ vµ
t¹o ra lùc ®Èy, lùc ®Èy nµy theo nguyªn lý biÕn thiªn ®éng l−îng cña dßng
khÝ. Lùc ®Èy cã thÓ ®ù¬c t¹o ra bëi chÝnh dßng khÝ mµ ®éng c¬ sö dông
( Turbojet ), cã thÓ lµ kh«ng khÝ cã s½n ë xung quanh ( Turboprop ) hoÆc
®−îc dù tr÷ trong th©n nh− Tªn löa( Rocket ) . §éng c¬ ph¶n lùc ®−îc chia
thµnh 2 lo¹i :
♦ §éng c¬ ph¶n lùc Tua bin khÝ ( Air - breathing)
♦ §éng c¬ ph¶n lùc kh«ng Tua bin khÝ ( Non-air - breathing )
§éng c¬ ph¶n lùc Tua bin khÝ nh− : Turbojet , Turbofan , Ramjet ,
Turboprop, Turboshaft engine. Lo¹i kh«ng Tua bin khÝ nh−: Rocket motors ,
Nuclear propulsion systems , Electric propulsion systems .
Mçi lo¹i ®éng c¬ ®Òu cã mét ph¹m vi øng dông riªng phï hîp víi tÝnh
n¨ng cña chóng. Ph¹m vi ho¹t ®éng cña mçi ®éng c¬ phô thuéc vµo sè Mach
(M) vµ ®é cao ®−îc biÓu diÔn trªn s¬ ®å trang sau. Trªn ®å thÞ, ph¹m vi ho¹t
®éng (hµnh lang bay) cña c¸c thiÕt bÞ bay sö dông c¸c lo¹i ®éng c¬ ph¶n lùc
®−îc giíi h¹n bëi ®−êng giíi h¹n lùc n©ng, ®−êng giíi h¹n nhiÖt ®é, ®−êng
giíi h¹n t¶i träng khÝ ®éng. §−êng giíi h¹n lùc n©ng ®−îc x¸c ®Þnh bëi trÇn
bay ë mét vËn tèc nµo ®ã. §−êng giíi h¹n nhiÖt ®é ®−îc x¸c ®Þnh tõ vËt liÖu
Trang 2
chÕ t¹o m¸y bay. Khi m¸y bay ë ®é cao thÊp, vËn tèc nhá th× nhiÖt ®é cña nã
kh«ng ¶nh h−ëng tíi ph¹m vi ho¹t ®éng, lóc nµy nh©n tè ¶nh h−ëng lµ t¶i
träng khÝ ®éng.
H-1.1
Trang 3
I . ®éng c¬ ph¶n lùc tua bin khÝ :
Nguyªn t¾c ho¹t ®éng:
Dßng kh«ng khÝ tõ m«i tr−êng xung quanh ®−îc hót vµo ®éng c¬ qua
èng hót ,sau ®ã kh«ng khÝ sÏ ®−îc dÉn vµo m¸y nÐn. T¹i ®©y kh«ng khÝ ®−îc
nÐn tíi ¸p suÊt phï hîp ®Ó t¹o ®iÒu kiÖn ®èt ch¸y tèt nhÊt trong buång ®èt.
Sau khi qua m¸y nÐn kh«ng khÝ ®−îc cÊp vµo buång ®èt. T¹i ®©y mét phÇn
kh«ng khÝ (dßng s¬ cÊp) ®−îc trén lÉn víi nhiªn liÖu phun vµo buång ®èt tõ
hÖ thèng nhiªn liÖu ®éng c¬ d−íi d¹ng s−¬ng. Hçn hîp kh«ng khÝ nhiªn liÖu
®−îc ®èt ch¸y gi¶i phãng nhiÖt n¨ng . PhÇn khÝ cßn l¹i (dßng thø cÊp )
®−îc trén lÉn víi s¶n phÈm ch¸y ®Ó gi¶m nhiÖt ®é tr−íc khi vµo tuabin vµ
b¶o vÖ buång ®èt . T¹i tuabin nhiÖt n¨ng mµ nhiªn liÖu cung cÊp cho dßng
khÝ sÏ ®−îc truyÒn cho tuabin (sinh c«ng) lµm quay tuabin , tøc lµ n¨ng
l−îng cña dßng khÝ biÕn ®æi thµnh c¬ n¨ng ®Ó tuabin lµm quay m¸y nÐn vµ
qu¹t. Sau khi gi·n në qua tuabin dßng khÝ tiÕp tôc ®i qua èng ®Èy víi vËn tèc
lín ®Ó t¹o lùc ®Èy cho ®éng c¬.
Khi dßng khÝ gi·n në hoµn toµn trªn èng ®Èy th× lùc ®Èy cña ®éng c¬
®−îc tÝnh theo c«ng thøc sau:
F = m0.(V9-V0) + A.(p9 - p0 )
trong ®ã
(1.1)
F
:Lùc ®Èy cña ®éng c¬.
V9
:VËn tèc dßng khÝ ë lèi ra khái ®éng c¬.
V0
:VËn tèc cña dßng khÝ ë lèi vµo ®éng c¬.
m0
: L−u l−îng khèi cña dßng khÝ
A
: DiÖn tÝch tiÕt diÖn èng ®Èy
p0 ,p9 : ¸p suÊt dßng khÝ ë lèi vµo vµ lèi ra ®éng c¬
Trang 4
1.
§éng c¬ tuabin ph¶n lùc mét luång (Turbojet engine) :
S¬ ®å ®¬n gi¶n cña ®éng c¬ tuabin ph¶n lùc mét luång nh− h×nh vÏ 1.2
H-1.2 C¸c bé phËn cña ®éng c¬ ph¶n lùc mét luång
CÊu t¹o cña ®éng c¬ tuabin ph¶n lùc gåm: èng hót, èng ®Èy, m¸y nÐn,
buång ch¸y vµ tuabin. §éng c¬ tuabin ph¶n lùc cã buång ch¸y phô ®−îc
biÓu diÔn ë h×nh vÏ 1.3
H-1.3 S¬ ®å ®éng c¬ ph¶n lùc mét luång cã buång ch¸y phô
Trang 5
Trong qu¸ tr×nh ph¸t triÓn, ®éng c¬ tuabin ph¶n lùc ngµy cµng trë nªn
quan träng vµ cã hiÖu qu¶ , nã ®· ®−îc øng dông thay thÕ cho ®éng c¬
piston. §éng c¬ tuabin ph¶n lùc ®−îc sö dông chñ yÕu cho m¸y bay chiÕn
®Êu bay víi tèc ®é cao kh¶ n¨ng c¬ ®éng vµ t¨ng tèc lín, tiªu thô nhiÒu
nhiªn liÖu. Lùc ®Èy cña ®éng c¬ tuabin ph¶n lùc ®−îc t¹o ra do sù t¨ng tèc
cña dßng khÝ sau khi ra khái èng ®Èy
2. §éng c¬ tuabin c¸nh qu¹t ( Turboprop )
S¬ ®å ®¬n gi¶n cña ®éng c¬ ®−îc biÓu diÔn ë h×nh 1.4:
H-1.4 C¸c bé phËn cña ®éng c¬ c¸nh qu¹t
§éng c¬ nµy sö dông phÇn lín n¨ng l−îng cña nhiªn liÖu cung cÊp cho
dßng khÝ ®Ó lµm quay tuabin vµ dÉn ®éng c¸nh qu¹t “chong chãng” t¹o ra
lùc kÐo m¸y bay chuyÓn ®éng v× thÕ lùc ®Èy do luång trong t¹o ra rÊt bÐ.
N¨ng l−îng lÊy ra tõ tuabin ®Ó dÉn ®éng qu¹t chiÕm tíi 75%-85% n¨ng
l−îng cña khÝ nãng sinh ra. §éng c¬ nµy ®−îc sö dông cho c¸c m¸y bay tÇm
thÊp, Ýt c¬ ®éng, vËn tèc thÊp nh−ng tiªu thô nhiªn liÖu Ýt.
Trang 6
3. §éng c¬ ph¶n lùc hai luång ( Turbofan Engines ):
CÊu t¹o cña ®éng c¬ ph¶n lùc hai luång gåm: èng hót, qu¹t, m¸y nÐn,
buång ch¸y, tuabin vµ èng x¶ (èng ®Èy).
S¬ ®å ®¬n gi¶n cña ®éng c¬ ph¶n lùc hai luång biÓu diÔn ë h×nh1.5:
H-1.5 C¸c bé phËn cña ®éng c¬ tua bin khÝ 2 luång
Trong ®éng c¬ ph¶n lùc hai luång mét phÇn c«ng suÊt cña tuabin dïng
®Ó quay qu¹t cßn l¹i quay m¸y nÐn. Lùc ®Èy do c¶ hai luång nãng vµ l¹nh
t¹o ra. Nãi chung, ®éng c¬ ph¶n lùc hai luång kinh tÕ vµ hiÖu qu¶ h¬n ®éng
c¬ uabin ph¶n lùc mét luång. Nã lµ sù kÕt hîp hµi hoµ c¸c ®Æc ®iÓm cã lîi
cña 2 ®éng c¬ trªn vµ ®−îc sö dông trªn c¸c lo¹i m¸y bay cì võa vµ nhá ®èi
víi nh÷ng lo¹i cã lùc ®Èy kho¶ng 500-5000lb [2224-22240N], víi nh÷ng
lo¹i cã lùc ®Èy 100000lb[444800N] th× ®−îc sö dông trªn c¸c lo¹i m¸y bay
cì lín.
Trang 7
HÇu hÕt c¸c ®éng c¬ ph¶n lùc hai luång ®Òu cã gia tèc, l−u l−îng kh«ng
khÝ vµo lín. DiÖn tÝch mÆt tr−íc cña ®éng c¬ ph¶n lùc hai luång lín h¬n
nhiÒu so víi ®éng c¬ ph¶n lùc, ®ã còng chÝnh lµ lý do mµ ®éng c¬ ph¶n lùc
hai luång cã lùc c¶n vµ träng l−îng lín. §−êng kÝnh qu¹t cña ®éng c¬ ph¶n
lùc hai luång ®−îc giíi h¹n bëi tÝnh bÒn cña vËt liÖu lµm c¸nh.
§éng c¬ ph¶n lùc 2 luång lµ sù tæng hîp c¸c −u ®iÓm cña 2 ®éng c¬
Turbojet vµ Turboprop. §éng c¬ Turbojet cã lùc ®Èy manh nh−ng tiªu thô
nhiÒu nhiªn liÖu th−êng sö dông cho m¸y bay trªn ©m, trong khi ®ã ®éng c¬
Turboprop tiªu thô Ýt nhiªn liÖu, lùc ®Èy nhá h¬n sö dông cho m¸y bay d−íi
©m. §éng c¬ Turbofan sö dông cho c¸c m¸y bay d©n dông cËn ©m, cã hiÖu
qu¶ kinh tÕ cao do tiªu thô Ýt nhiªn liÖu nh−ng lùc ®Èy lín tuú thuéc chñng
lo¹i.
4. §éng c¬ Turbo trôc dÉn (Turboshaft):
§«ng c¬ Turboshaft gièng nh− ®éng c¬ Turbo c¸nh qu¹t, sö dông hÇu
hÕt n¨ng l−îng cña khÝ x¶ ®Ó dÉn ®éng trôc, truyÒn n¨ng l−îng ®Õn c¸c c¸nh
qu¹t. §éng c¬ nµy ®−îc sö dông trong hµng kh«ng chñ yÕu trªn c¸c m¸y bay
trùc th¨ng vµ trªn c¸c bé phËn lùc bæ trî lùc n©ng trªn c¸c m¸y bay vËn t¶i
h¹ng lín.
II. ®éng c¬ kh«ng tua bin khÝ
1. §éng c¬ Ramjet (Ramjet Engines):
§éng c¬ Ramjet bao gåm: èng hót, vïng ch¸y, èng x¶.
S¬ ®å ®¬n gi¶n cña ®éng c¬ ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 1.6 :
Trang 8
Vßng phun nhiªn liÖu
Vïng ch¸y
èng hót
Vïng ch¸y
èng x¶
H - 1.6 S¬ ®å bè trÝ ®éng c¬ Ramjet
§éng c¬ Ramjet kh«ng cã m¸y nÐn vµ tuabin nh− ®éng c¬ tuabin khÝ.
Kh«ng khÝ vµo bÞ nÐn ë èng hót vµ sau ®ã ®i vµo buång ch¸y trén lÉn víi
nhiªn liÖu, ë ®©y hçn hîp kh«ng khÝ vµ nhiªn liÖu ®−îc ®èt ch¸y, khÝ nãng
tho¸t ra ngoµi nhê èng x¶ vµ h×nh thµnh lùc ®Èy. Sù ho¹t ®éng cña ®éng c¬
Ramjet phô thuéc nhiÒu vµo èng hót. èng hót ph¶i h·m dßng khÝ l¹i ®Ó t¨ng
¸p suÊt tr−íc khi vµo vïng ®èt.
Ramjet ®−îc sö dông nhiÒu cho c¸c thiÕt bÞ bay trªn ©m v× víi dßng khÝ
trªn ©m, vËn tèc dßng vµo èng hót lín sÏ lµm t¨ng ¸p suÊt trong èng hót.
ng−îc l¹i víi dßng d−íi ©m, ®éng c¬ nµy ho¹t ®éng kÐm hiÖu qu¶. ChÝnh v×
vËy mµ ®éng c¬ nµy Ýt ®−îc sö dông cho m¸y bay d−íi ©m.
2 . Tªn löa: (Rocket)
CÊu t¹o ®¬n gi¶n cña tªn löa ®−îc chØ ra trªn h×nh 1.7 . Nã bao gåm mét
th©n cã chøa 2 b×nh, mét b×nh nhiªn liÖu vµ mét b×nh «xy, phÝa sau lµ buång
ch¸y, n¬i mµ nhiªn liÖu vµ oxy ®−îc trén lÉn vµ ®èt ch¸y.
Trang 9
oxy
Nhiªn liÖu
Buång ch¸y
Vßi phun
èng x¶
H-1.7 S¬ ®å bè trÝ cña tªn löa
S¶n phÈm ch¸y tho¸t ra ngoµi (vÒ phÝa sau) qua èng x¶ kiÓu Laval, kÕt
qu¶ lµ tªn löa ®−îc ®Èy vÒ phÝa tr−íc. Do vËn tèc ra cña s¶n phÈm ch¸y lµ rÊt
lín nªn tªn löa cã thÓ ®¹t ®−îc vËn tèc rÊt cao.
Trang 10
Ch−¬ng 2
c¸c bé phËn vμ c¸c th«ng sè
®éng c¬ tuabin khÝ
?
?
?
I. c¸c bé phËn cña ®éng c¬
1. èng hót
èng hót cã nhiÖm vô dÉn dßng kh«ng khÝ vµo m¸y nÐn víi vËn tèc phï
hîp. VËn tèc dßng kh«ng khÝ gi¶m dÇn nhê qu¸ tr×nh nÐn ®Ó t¨ng ¸p suÊt
cña nã. Ho¹t ®éng cña èng hót thÓ hiÖn ë hiÖu suÊt qu¸ tr×nh nÐn, lùc c¶n
bªn ngoµi èng hót vµ l−u l−îng dßng vµo èng hót. Sù ho¹t ®éng cña èng hót
phô thuéc dßng khÝ vµo èng hót lµ trªn ©m hay d−íi ©m. NÕu lµ dßng trªn
©m, khi nÐn sÏ b¾t ®Çu xuÊt hiÖn sãng va t¹i vËn tèc M=1 g©y ra tæn thÊt lµm
gi¶m hiÖu suÊt qu¸ tr×nh nÐn. V× thÕ ng−êi ta ph¶i thiÕt kÕ 2 lo¹i èng hót trªn
©m vµ d−íi ©m.
èng hót d−íi ©m ( Subsonic Inlet ) lµ lo¹i èng ph©n kú ( divergent ) ®−îc
sö dông cho dßng khÝ d−íi ©m. Nã tháa m·n cho tíi khi vËn tèc dßng khÝ ®¹t
M=1 th× ë mÐp èng xuÊt hiÖn sãng va, qu¸ tr×nh nÐn lµm gi¶m hiÖu qu¶ cña
qu¸ tr×nh hót. Lo¹i èng hót nµy chØ ho¹t ®éng cã hiÖu qu¶ t¹i mét vËn tèc
nhÊt ®Þnh ( vËn tèc thiÕt kÕ ) , ë c¸c vËn tèc kh¸cqu¸ tr×nh nÐn sÏ kÐm hiÖu
qu¶ vµ lùc c¶n bªn ngoµi èng t¨ng, xem h×nh vÏ 2.1
Trang 11
VËn tèc thÊp
vËn tèc thiÕt kÕ
vËn tèc cao
H- 2.1 C¸c chÕ ®é cña èng hót
èng hót trªn ©m ( Supersonic Inlet ) ®−îc thiÕt kÕ ®Ó gi¶m bít ¶nh
h−ëng cña sãng va. Khi tèc ®é dßng khÝ gi¶m tõ trªn ©m xuèng d−íi ©m th×
sÏ cã mét sãng va nÐn th¼ng g©y tæn thÊt lín. NÕu mét vµi sãng va xiªn suÊt
hiÖn lµm gi¶m vËn tèc dßng khÝ th× qu¸ tr×nh nÐn sÏ cã hiÖu qu¶ h¬n do sãng
va xiªn g©y tæn thÊt Ýt h¬n sãng va th¼ng. èng hót lo¹i nµy cã 2 lo¹i lµ Ramp
vµ Centerbody nh− h×nh vÏ 2.2:
Sãng va
Sãng va
Ramp
Centerbody
H-2.2 Sãng va h×nh thµnh trªn miÖng èng hót
VÞ trÝ cña sãng va thay ®æi tuú thuéc vµo tèc ®é m¸y bay vµ chØ cã mét
tèc ®é tèi −u mµ t¹i ®ã sù xuÊt hiÖn cña sãng va ¶nh h−ëng Ýt nhÊt tíi hiÖu
suÊt qu¸ tr×nh nÐn.
Trang 12
2. M¸y nÐn (Compressor ) :
M¸y nÐn cã nhiÖm vô lµm t¨ng ¸p suÊt cña dßng khÝ ®i vµo buång ch¸y
®Ó cho qu¸ tr×nh ch¸y vµ qu¸ tr×nh trao ®æi n¨ng l−îng sau buång ch¸y ®¹t
hiÖu qu¶ tèt nhÊt. Do t¨ng ¸p suÊt cña dßng khÝ nªn thÓ tÝch cña kh«ng khÝ
gi¶m lµm cho sù ch¸y cña hçn hîp ch¸y gi÷a nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ trong
mét thÓ tÝch nhá h¬n. M¸y nÐn cã 2 lo¹i lµ m¸y nÐn li t©m vµ m¸y nÐn däc
trôc.
a- M¸y nÐn li t©m ( Centrifugal Compressor ) :
M¸y nÐn ®· tõng lµ mét trë ng¹i lín trong sù ph¸t triÓn cña ®éng c¬
ph¶n lùc trong nhiÒu n¨m vµ nã ®· ®−îc gi¶i quyÕt bëi m¸y nÐn li t©m. M¸y
nÐn nµy chØ cã mét tÇng vµ cã 3 bé phËn chÝnh lµ b¸nh c«ng t¸c, c¸c c¸nh
h−íng dßng vµ buång xo¾n (èng gom).
èng gom
B¸nh c«ng t¸c
C¸nh h−íng
H-2.3 C¸c bé phËn cña m¸y nÐn li t©m
Lo¹i m¸y nÐn nµy chØ dïng cho c¸c ®éng c¬ tuabin khÝ cì nhá. Dßng khÝ
vµo M¸y nÐn gÇn trôc cña b¸nh c«ng t¸c vµ ®−îc nÐn bëi chuyÓn ®éng quay
cña b¸nh c«ng t¸c. Dßng kh«ng khÝ ®−îc gom bëi buång xo¾n vµ ®i vµo èng
Trang 13
loe ®Ó lµm t¨ng ¸p suÊt lªn. Dßng kh«ng khÝ sau ®ã ®−îc tËp hîp l¹i ®−a ®Õn
buång ch¸y. M¸y nÐn li t©m cã hiÖu suÊt nÐn thÊp, ti sè nÐn cao nhÊt lµ 4
ho¨c 5 lÇn. M¸y nÐn li t©m nhiÒu tÇng chØ t¨ng tØ sè nÐn lªn mét chót nh−ng
kh«ng hiÖu qu¶ b»ng m¸y nÐn däc trôc.
b- M¸y nÐn däc trôc (Axial Compressor ):
Trong m¸y nÐn däc trôc , dßng kh«ng khÝ chuyÓn ®éng theo h−íng cña
trôc m¸y nÐn, qua nhiÒu tÇng b¸nh c«ng t¸c vµ c¸c tÇng c¸nh c¸nh h−íng
lµm cho dßng khÝ chuyÓn ®éng däc theo h−íng cña trôc quay . Mçi bé c¸nh
quay vµ c¸nh h−íng ®−îc gäi lµ mét tÇng. DiÖn tÝch tiÕt diÖn ngang theo
h−íng dßng chÈy cña dßng kh«ng khÝ gi¶m dÇn lµm t¨ng tØ träng cña kh«ng
khÝ, tøc lµ qu¸ tr×nh nÐn diÔn ra däc theo tõng tÇng. TØ sè nÐn cña mçi tÇng
chØ kho¶ng 1,1 ®Õn 1,2 nh−ng v× sè tÇng ®−îc ghÐp lín nªn m¸y nÐn cã thÓ
t¹o ra mét tØ sè nÐn cao. V× vËy ®Ó cã tØ sè nÐn cao ng−êi ta sö dông m¸y nÐn
nhiÒu tÇng víi c¸c vËn tèc quay kh¸c nhau ®Ó ®¶m b¶o t¶i träng ®ång ®Òu
mçi tÇng m¸y nÐn.
3. Buång ch¸y
Buång ch¸y cã nhiÖm vô ®èt ch¸y hçn hîp nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ ®Ó
dßng khÝ nãng ®Õn tuabin ë mét nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh. NhiÖt ®é nµy ®−îc giíi
h¹n bëi ®é bÒn cña vËt liÖu c¸nh tuabin. S¬ ®å buång ch¸y ®−îc biÓu diÔn
nh− h×nh vÏ 2.4 :
Trang 14
Dßng khÝ thø nhÊt
Dßng khÝ thø 2
C¸nh h−íng
Tuabin
H-2.4 CÊu t¹o buång ®èt
Dßng khÝ ®i vµo buång ®èt ®−îc chia thµnh 2 phÇn. PhÇn khÝ thø nhÊt ®i
vµo buång ®èt hoµ víi nhiªn liÖu t¹o ra hçn hîp ch¸y. Hçn hîp ch¸y ®−îc
®èt ch¸y b»ng nÕn ®¸nh löa (cã ®iÖn ¸p 15 000V ®Õn 25 000V) cung cÊp
.
.
mét nhiÖt l−îng lµ Q = m f .hPR . N¨ng l−äng nµy biÕn thµnh c¬ n¨ng quay
tuabin khi dßng khÝ d·n në ë tua bin, h¬n mét nöa dßng khÝ cßn l¹i sÏ ®−îc
®−a vµo bÒ mÆt xung quanh cña buång ®èt vµ cã nhiÖm vô lµm l¹nh b¶o vÖ
buång ®èt. TØ sè gi÷a l−îng kh«ng khÝ vµ nhiªn liÖu kho¶ng 30% ®Õn 60%
tïy lo¹i ®éng c¬ , th«ng th−êng khi thiÕt kÕ lµ 40% nh−ng chØ kho¶ng 15%
phÇn ®ã ®−îc ®−a vµo Buång ch¸y t¹o hçn hîp ch¸y cã ¸p suÊt hîp lý.
Buång ch¸y cã 3 lo¹i biÓu diÔn trªn h×nh 2.5:
D¹ng ®éc lËp
D¹ng kÕt hîp
H-2.5 C¸c lo¹i buång ®èt
D¹ng h×nh xuyÕn
Trang 15
- Buång ch¸y ®éc lËp (Can) gåm nhiÒu buång ch¸y riªng biÖt ®éc
lËp víi nhau, cã c¸c èng nèi gi÷a c¸c buång ®¶m b¶o nhiÖt ®é, ¸p
suÊt c¸c buång gièng nhau vµ chØ cã mét nÕn ®¸nh löa.
- Buång ch¸y h×nh xuyÕn (Annual) chØ cã mét buång h×nh xuyÕn
®−îc sö dông réng r·i nhÊt
- Buång ch¸y hçn hîp ( Can Annual) lµ sù kÕt hîp cña 2 loai buång
ch¸y trªn. Trong buång ®èt nµy cã nhiÒu buång ®èt con cã chung
mét vá ngoµi, cßn vá trong th× riªng.
4. Tuabin
Tuabin nhËn n¨ng l−îng cña dßng khÝ d·n në sau khi ra khái buång
ch¸y. N¨ng l−îng nµy ®−îc truyÒn qua trôc tuabin ®Ó dÉn ®éng qu¹t , m¸y
nÐn ( gÇn 3/4 tæng n¨ng l−îng dßng khÝ ra khái buång ch¸y) vµ c¸c thiÕt bÞ
kh¸c . Tuabin cã cÊu t¹o gÇn ng−îc víi m¸y nÐn. Nã bao gåm mét rotor cã
g¾n c¸nh vµ mét bé c¸c c¸nh h−íng tÜnh cè ®Þnh. C¸c c¸nh h−íng t¹o thµnh
mét mÆt ph¼ng ®ång t©m víi tuabin. C¸c c¸nh nµy ®−îc ®Æt ë mét gãc t¹o
nªn mét lo¹t khe ®Ó h−íng dßng khÝ chÈy trªn bÒ mÆt c¸nh tuabin cã hiÖu
qu¶ nhÊt, cho phÐp ®éng n¨ng cña dßng khÝ chuyÓn thµnh c¬ n¨ng quay trôc
tuabin. Gièng m¸y nÐn ®ång trôc, tuabin còng ®−îc lµm nhiÒu tÇng nh−ng Ýt
h¬n m¸y nÐn. Tr¸i ng−îc víi m¸y nÐn ,Tua bin nhËn n¨ng l−îng cña dßng
khÝ, ë tuabin ¸p suÊt gi¶m do lµ qu¸ tr×nh gi·n në, c¸nh tuabin còng cã d¹ng
khÝ ®éng ®Ó nhËn n¨ng l−îng cña dßng khÝ tèt nhÊt.
Trang 16
5. èng ®Èy (Exhaust Nozzle)
NhiÖm vô cña èng ®Èy (èng Laval) lµ t¨ng vËn tèc cña dßng khÝ th¶i
tr−íc khi phun ra ngoµi, tËp trung dßng khÝ ra tõ tuabin, t¹o ra h−íng
chuyÓn ®éng cña dßng khÝ tr−íc khi ra ngoµi. Muèn cã lùc ®Èy lín th× ®éng
n¨ng cña dßng khÝ khi ra ngoµi ph¶i lín hay vËn tèc dßng khÝ tho¸t ra lín
tøc lµ ¸p suÊt gi¶m. ¸p suÊt nhá nhÊt khi dßng khÝ ra khái èng ®Èy lµ ¸p suÊt
kh«ng khÝ . Cã 2 d¹ng èng ®Èy ®−îc sö dông trong m¸y bay ph¶n lùc lµ èng
®Èy héi tô (convergent) vµ èng ®Èy héi tô-ph©n kú (convergent-divergent).
Khi tØ sè ¸p suÊt ra cña tuabin vµ tØ sè ¸p suÊt ra cña èng ®Èy thÊp ng−êi
ta sö dông èng ®Èy ph©n kú (nhá h¬n2) , èng ®Èy ph©n kú ®−îc dïng cho
c¸c ®éng c¬ cã lùc ®Èy thÊp cña m¸y bay d−íi ©m. Trªn m¸y bay trªn ©m
ng−êi ta sö dông «ng ®Èy héi tô ph©n kú gåm mét èng ®Èy ph©n kú ®−îc n¾p
tiÕp sau mét èng ®Èy héi tô. VÞ trÝ tiÕt diÖn èng cã diÖn tÝch nhá nhÊt ®−îc
gäi lµ häng cña èng ®Èy. Khi tØ sè ¸p suÊt cao vµ suÊt lùc ®Èy cao ng−êi ta
sö dông èng ®Èy héi tô-ph©n kú.
O
C
Kp
Kp
C
O
H- 2.6 èng ®Èy d¹ng Lavan
Trang 17
II. C¸c th«ng sè lμm viÖc c¬ b¶n cña ®éng c¬
1. Lùc ®Èy
Lùc ®Èy cña ®éng c¬ ®−îc tÝnh theo quy luËt b¶o toµn n¨ng l−îng. Nã
b»ng tæng biÕn thiªn ®éng l−îng vµ chªnh lÖch ¸p suÊt cña dßng khÝ tr−íc vµ
sau ®éng c¬( tr−íc èng hót vµ sau èng ®Èy).§èi víi ®éng c¬ mét luång ta cã:
.
.
.
(m 0 − m f )Ve + m 0 V0
F=
+ ( Pe − P0 ) Ae
gc
(2-1)
Trong ®ã:
.
.
m 0 , m f : L−u l−îng khèi cña kh«ng khÝ vµ nhiªn liÖu
V0 , Ve : VËn tèc cña dßng khÝ khi vµo èng hót vµ ra èng ®Èy
P0 , Pe : ¸p suÊt cña dßng khÝ khi vµo èng hót vµ ra èng ®Èy
Khi dßng khÝ chuyÓn ®éng qua ®éng c¬, sÏ xuÊt hiÖn lùc c¶n cña èng hót
vµ èng ®Èy( DOH vµ DO§ ). Lóc ®ã lùc ®Èy cã Ých cña ®éng c¬ sÏ lµ:
T = F - ( DOH + DO§ )
(2-2)
Ng−êi ta gäi φoh vµ φo® lÇn l−ît lµ hÖ sè tæn thÊt trong èng hót vµ èng ®Èy
vµ ®−îc tÝnh nh− sau:
φoh =
D OH
T
φo® =
DOD
T
(2-3)
VËy lùc ®Èy cã Ých cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc sau:
T = F ( 1 - φoh - φo® )
(2-4)
Trang 18
2. SuÊt tiªu hao nhiªn liÖu
§©y lµ l−îng nhiªn liÖu mµ ®éng c¬ sö dông ®Ó t¹o ra mét ®¬n vÞ lùc ®Èy.
.
m
S= f
F
(2-5)
T−¬ng øng víi lùc ®Èy cã Ých ta cã suÊt tiªu hao nhiªn liÖu cã Ých:
.
m
TSFC =
T
f
(2-6)
Gi÷a hai ®¹i l−îng nµy cã mèi quan hÖ nh− lùc ®Èy vµ lùc ®Èy cã Ých
S = TSFC ( 1 - φoh - φo® )
(2-7)
3. HiÖu suÊt :
a- HiÖu suÊt nhiÖt (ηT):
HiÖu suÊt nhiÖt cña ®éng c¬ ®−îc dÞnh nghÜa b»ng tØ sè gi÷a n¨ng l−îng
mµ dßng khÝ t¹o ra khi ra khái ®éng c¬ víi n¨ng l−îng mµ nhiªn liÖu cña
®éng c¬ cung cÊp cho dßng khÝ ®ã.
.
W
ηT =
.
(2-8)
Q
N¨ng l−îng cña dßng khÝ ra khái ®éng c¬ chÝnh b»ng chªnh lÖch ®éng
n¨ng cña dßng khÝ ë lèi vµo vµ lèi ra cña ®éng c¬:
.
W=
1
gc
.
⎡⎛ .
⎞ 2 .
2⎤
m
0 + m f ⎟.V e − m 0 V0
⎜
⎢
⎥
⎠
⎣⎝
⎦
(2- 9)
N¨ng l−îng mµ nhiªn liÖu cung cÊp cho dßng khÝ chÝnh lµ n¨ng l−îng mµ
nhiªn liÖu gi¶i phãng khi bÞ ®èt ch¸y.
.
.
Q = m f .h PR
hPR lµ nhiÖt l−îng riªng cña nhiªn liÖu.
(2-10)
Trang 19
b- HiÖu suÊt lùc ®Èy (ηP )
HiÖu suÊt lùc ®Èy cña ®éng c¬ ®−îc biÓu thÞ bëi tØ sè gi÷a tæng c«ng suÊt
do ®éng c¬ t¹o ra vµ c«ng suÊt cã Ých cho chuyÓn ®éng cña m¸y bay:
T .V0
ηP =
(2- 11)
.
W
T : lùc ®Èy cã Ých cña ®éng c¬
V0: VËn tèc cña m¸y bay
Víi ®éng c¬ mét luång cã mét èng hót ta cã:
.
ηP =
.
.
2.(1 − φ OH − φ OD ).[(m 0 + m f ).Ve − m 0 V0 ].V0
.
.
.
(m 0 + m f ).Ve − m 0 V0
2
(2- 12)
2
Khi l−u l−îng khèi cña h¬i nhiªn liÖu nhá h¬n cña kh«ng khÝ rÊt nhiÒu vµ
tæn thÊt trong èng hót vµ èng ®Èy cã thÓ bá qua th× ta cã c«ng thøc tÝnh hiÖu
suÊt lùc ®Èy ®¬n gi¶n nh− sau:
ηP =
2
(2- 13)
Ve
+1
V0
VËy hiÖu suÊt lùc ®Èy phô thuéc vµo tØ sè gi÷a vËn tèc cña dßng khÝ ra
khái èng ®Èy vµ khèi khÝ vµo èng hót, cho nªn muèn t¨ng hiÖu suÊt nµy th× tØ
sè nµy ph¶i bÐ. Víi ®éng c¬ ph¶n lùc mét luång tØ sè nµy cao nªn hiÖu suÊt
thÊp. Cßn ®éng c¬ ph¶n lùc hai luång th× tØ sè nµy thÊp nªn hiÖu suÊt lùc
®−îc n©ng cao h¬n.
c- HiÖu suÊt toµn phÇn (ηO )
HiÖu suÊt toµn phÇn biÓu hiÖn kh¶ n¨ng cña ®éng c¬ biÕn n¨ng l−îng do
nhiªn liÖu cung cÊp thµnh c«ng suÊt cã Ých cña ®éng c¬. Nã chÝnh lµ tÝch cña
hiÖu suÊt nhiÖt vµ hiÖu suÊt lùc ®Èy.
ηO = ηT .ηP = ηP =
T .V0
.
Q
(2- 14)
Trang 20
.
.
.
Do Q = m f .hPR
m
vµ TSFC = f thay vµo c«ng thøc tÝnh hiÖu suÊt chung
T
ta cã:
ηO =
4. TØ sè
F
.
V0
TSFC.hPR
vµ TSFC =
V0
η P .ηT .hPR
(2- 15)
(lùc ®Èy cña ®éng c¬ / l−u l−îng khÝ vµo)
m0
§©y lµ tØ sè mµ ng−êi ta quan t©m ®Õn nhiÒu trong thiÕt kÕ ®éng c¬. Víi
®éng c¬ mét luång l−u l−îng khèi cña nhiªn liÖu rÊt nhá so víi kh«ng khÝ,
cã mét èng hót vµ bá qua c¸c tæn thÊt ë èng hót vµ èng ®Èy theo ®Þnh luËt
b¶o toµn ®éng l−îng th× tØ sè nµy cã d¹ng ®¬n gi¶n nh− sau:
F
.
V E − V0
gc
=
m0
(2- 16)
C«ng thøc tÝnh hiÖu suÊt lùc ®Èy (1- 13) sÏ lµ:
ηP =
2
F .g c
.
(2-17)
+2
m 0 .V0
NÕu coi gÇn ®óng TSFC = S , theo c«ng thøc (2-15) ta cã
F .g c
S=
+ 2.V0
.
m0
2.ηT .hPR
(2-18)
Mét m¸y bay cã tÝnh n¨ng ký thuËt vµ kinh tÕ cao khi nã ®¹t hÖ sè
F
.
m0
cao vµ suÊt tiªu hao nhiªn liÖu thÊp.
Trang 21
Ch−¬ng 3
TÝ nh to¸n chu tr×nh nhiÖt
®éng c¬ tuabin khÝ hai luång
?
?
?
I. môc ®Ých tÝnh to¸n
§éng c¬ ho¹t ®éng nh− sau: Sau khi ®−îc khëi ®éng, m¸y nÐn cao ¸p vµ
thÊp ¸p sÏ nÐn dßng khÝ vµ dÉn vµo vµo buång ch¸y ®Ó t¹o ®iÒu kiÖn ch¸y tèt
nhÊt cña hçn hîp khÝ vµ nhiªn liÖu trong buång ch¸y. Dßng khÝ sau khi ch¸y
sÏ gi·n në trªn tuabin vµ sinh c«ng lµm quay tuabin, råi phun ra ngoµi t¹o ra
lùc ®Èy. Trôc tuabin sÏ dÉn ®éng m¸y nÐn vµ qu¹t. Tuabin cao ¸p dÉn ®éng
m¸y nÐn cao ¸p, cßn tuabin thÊp ¸p sÏ dÉn ®éng m¸y nÐn thÊp ¸p vµ qu¹t.
Luång khÝ qua qu¹t quay sÏ t¹o ra lùc ®Èy, lùc ®Èy nµy lín h¬n lùc ®Èy do
luång khÝ qua ®éng c¬ sinh ra .
TÝnh to¸n chu tr×nh nhiÖt nh»m môc ®Ých x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè lµm viÖc
c¬ b¶n cña ®éng c¬ nh− lùc ®Èy , suÊt tiªu hao nhiªn liÖu, hiÖu suÊt , nhiÖt
®é ¸p suÊt t¹i c¸c mÆt c¾t . . . phôc vô cho viÖc thiÕt kÕ s¬ bé. Th«ng qua c¸c
th«ng sè nµy mµ ta chän ®−îc c¸c th«ng sè lµm viÖc, x¸c ®Þnh ®−îc chñng
lo¹i ®éng c¬ vµ lµ c¬ së ban ®Çu cho viÖc thiÕt kÕ ®éng c¬. VËy ®©y lµ b−íc
®Çu tiªn kh«ng thÓ thiÕu ®−îc cña qu¸ tr×nh thiÕt kÕ ®éng c¬ ph¶n lùc.
Trang 22
1. C¸c th«ng sè tÝnh to¸n cña ®éng c¬ ph¶n lùc 2 luång:
- TØ sè nÐn:
T¹i mét bé phËn a nµo ®ã, tØ sè nÐn ®−îc ®Þnh nghÜa nh− sau:
⎛ PTra
⎝ PTvao
πa = ⎜⎜
⎞
⎟⎟
⎠a
(3.1)
trong ®ã ¸p suÊt h·m PT b»ng :
γ
γ − 1 2 ⎞ γ −1
.M ⎟
PT = P. ⎛⎜1 +
2
⎝
⎠
- TØ sè nhiÖt ®é h·m:
⎛ TTra
⎝ TTvao
τa = ⎜⎜
víi nhiÖt ®é h·m TT :
⎛
TT = T. ⎜⎜1 +
⎝
⎞
⎟⎟
⎠a
(3.2)
γ −1 2 ⎞
.M ⎟⎟
γ
⎠
víi nhiÖt ®é th−êng cña kh«ng khÝ dßng bªn ngoµi ta cã πr vµ τr
- TØ sè entanpi vïng ch¸y:
τλ =
(hTra )b
(3.3)
h0
(hTra)b : entanpi h·m khi ra khái buång ch¸y
: entanpi cña dßng kh«ng khÝ bªn ngoµi
h0
0
2
13
19
3
4
5
9
H×nh-1.1 s¬ ®å vÞ trÝ tÝnh to¸n chu tr×nh nhiÖt
Trang 23
HÖ sè ph©n luång(α): lµ tØ sè gi÷a l−u l−îng khèi cña dßng vµo
qu¹t vµ vµo ®éng c¬ chÝnh. Tæng l−u l−îng khèi cña dßng vµo ®éng c¬
.
lµ m 0 th× :
.
α=
mF
.
;
.
.
.
m0 = mC + m F
(3.4)
mC
Víi tõng bé phËn cña ®éng c¬ ta cã b¶ng gi¸ trÞ c¸c th«ng sè nh− sau:
Dßng kh«ng khÝ bªn ngoµI
Vïng ch¸y
γ
T
⎛ γ −1 2 ⎞
.M 0 ⎟⎟
τr = T 0 = ⎜⎜1 +
T0 ⎝
γ
⎠
P
γ − 1 2 ⎞ λ −1
.M ⎟
πr = T 0 = ⎛⎜1 +
P0
2
⎠
⎝
Luång qua ®éng c¬
Luång qua qu¹t
τλ =
èng hót
τd =
M¸y nÐn
τc =
Buång ch¸y
τb =
Tuabin
τt =
èng ®Èy
τn =
C Pt . .TT 4
C Pc .T0
TT 2
TT 0
TT 3
TT 2
TT 4
TT 3
TT 5
TT 4
TT 9
TT 5
Qu¹t:
πd =
πd =
πd =
πd =
πd =
PT 2
PT 0
PT 3
PT 2
PT 4
PT 3
PT 5
PT 4
PT 9
PT 5
TT 13
TT 5
P
πf = T 13
PT 2
τf =
èng ®Èy:
TT 19
TT 17
P
πfn = T 19
PT 17
τfn =
Khi tÝnh to¸n chu tr×nh nhiÖt thùc cña ®éng c¬ ng−êi ta ph¶i chó ý ®Õn
c¸c tæn thÊt ë c¸c bé phËn cña ®éng c¬, ®èi víi khÝ thùc th× entanpy (h) ,hÖ
sè ®o¹n nhiÖt (γ) , nhiÖt dung riªng ®¼ng ¸p (CP) ®Òu lµ hµm cña nhiÖt ®é
(T), nÕu trong buång ®èt th× chóng cßn phô thuéc vµo hÖ sè nhiªn liÖu f. Khi
nhiÖt ®é t¨ng th× entanpy vµ hÖ sè ®o¹n nhiÖt t¨ng cßn nhiÖt dung riªng ®¼ng
Trang 24
¸p gi¶m. §Ó ®¬n gi¶n cho tÝnh to¸n ng−êi ta coi CP vµ γ lµ nh÷ng h»ng sè.
T¹i buång ch¸y chóng cã gi¸ trÞ ë tr−íc vµ sau buång ch¸y t−¬ng
øng lµ (C P c ,CPt ) vµ (γC , γT)
- T¹i èng hót
Tæn thÊt ë ®©y do ma s¸t g©y ra hoÆc do sãng va nÕu dßng vµo
èng hót lµ dßng trªn ©m. Tæn thÊt lµm cho ¸p suÊt h·m gi¶m lµm gi¶m
tØ sè πd . Do lµ qu¸ tr×ng ®o¹n nhÖt nªn τd = 1. Ta cã:
πd = ηR .πd.max
(3.5)
- T¹i M¸y nÐn:
Tæn thÊt do ma s¸t (líp biªn cña c¸nh) vµ xo¸y ®u«i(tæn thÊt do
va ®Ëp) nhÊt lµ víi c¸nh ®éng vµ nhiÒu tÇng cña m¸y nÐn. HiÖu suÊt
cña m¸y nÐn lµ tØ sè gi÷a c«ng cña qu¸ tr×nh lý t−ëng vµ qu¸ tr×nh
thùc ®Ó t¹o ra tØ sè nÐn πC cña m¸y nÐn:
γ −1
w
h −h
τ − 1 (π c ) γ − 1
ηC = ci = T 3i T 2 = ci
=
wc
hT 3 − hT 2 τ c − 1
τc −1
Trong ®ã τci lµ tØ sè nhiÖt ®é h·m cña qu¸ tr×nh lý t−ëng nªn:
γ −1
γ −1
τci = (π ci ) γ = (π c ) γ
(do tØ sè nÐn c¸c tÇng nh− nhau)
HiÖu suÊt tõng tÇng lµ tØ sè gi÷a c«ng lý t−ëng vµ c«ng trong qu¸
tr×nh thùc t¹i c¸c tØ sè ¸p suÊt (πC ) kh¸c nhau.
eC =
dwi dhTi dTTi
=
=
dw dhT
dTT
Do ®¼ng Entr«pi nªn:
TTi = (PTi )
γ −1
γ
=>
dTTi γ − 1 dPTi
=
TT
γ PT
Trang 25
vËy ta cã:
dTTi
dPTi
dTTi
TT γ − 1
PT
eC =
=
=
dTT
dTT
γ dTTi
TT
TT
=>
dTTi γ − 1 dPTi
=
TT
γ .eC PT
vËy t¹i m¸y nÐn ta cã:
ln
TT 3 γ − 1 PT 3
ln
=
TT 2 γ .eC
PT 2
γ −1
τ C = (π C ) γ .e
=>
C
VËy hiÖu suÊt m¸y nÐn lµ:
γ −1
(π ) γ − 1
ηC = C γ −1
(π C ) γ .e − 1
(3.6)
C
- T¹i tuabin:
T−¬ng tù trªn ta cã hiÖu suÊt lµ ηT øng víi πT vµ eT nh− trªn.
HiÖu suÊt Tua bin ng−îc víi m¸y nÐn, nã lµ tØ sè gi÷a c«ng thùc
vµ c«ng lý t−ëng ®Ó t¹o ra m«t tØ sè nÐn πT. Ta dÔ dµng nhËn ®−îc
c«ng thøc sau:
ηT =
1−τT
1 − (π
γ −1
γ
T
)
=
1−τT
1 − (τ T )
1
et
(3.7)
γ
do πT = [τ T ](γ −1).e
T
- Trong buång ch¸y:
thùc tÕ kh«ng ph¶i ch¸y ®¼ng ¸p nªn πb <1 vµ nhiªn liÖu kh«ng
ch¸y hÕt hoµn toµn nªn nhiÖt l−îng táa ra thùc tÕ lµ:
.
Q = η b . m f .hPR
- Trong èng ®Èy:
do ®o¹n nhiÖt nªn τn = 1 nh−ng πn ≠1 do P9 ≠ P0
Trang 26
2. Ph©n tÝch chu tr×nh:
Khi ph©n tÝch chu tr×nh nhiÖt (®Ó tÝnh to¸n) cho ®éng c¬ tuabin khÝ 2
luång, cã tæn thÊt, ng−êi ta ®−a ra c¸c gi¶ thiÕt sau ®©y ®Ó dÔ thiÕt kÕ:
• KhÝ lý t−ëng tr−íc buång ch¸y cã c¸c h»ng sè kh«ng ®æi: γc, Rc, Cpc...
• KhÝ lý t−ëng sau buång ch¸y cã c¸c h»ng sè kh«ng ®æi: γt, Rt, Cpt...
• TÊt c¶ c¸c qu¸ tr×nh lµ ®o¹n nhiÖt ( kh«ng lµm l¹nh tuabin).
• HiÖu qu¶ cña m¸y nÐn, qu¹t vµ tua bin ®−îc biÓu diÔn th«ng qua viÖc
sö dông c¸c hÖ sè ®a biÕn (hiÖu suÊt tõng tÇng) t−¬ng øng lµ: ec, ef, et
TÝnh to¸n chu tr×nh nhiÖt cña ®éng c¬ tuabin khÝ 2 luång ®−îc chia ra 2
phÇn, mçi phÇn t−¬ng øng víi mét luång vµ gåm nhiÒu b−íc nhá nh− sau:
a- §èi víi dßng qua qu¹t (Fan Stream):
• B−íc 1:
Lùc ®Èy cña dßng qua qu¹t
.
mF
FF =
(V − V0 ) + A19 ( P19 − P0 )
gc 19
do: a2 = γ.R.T.gc ; P = ρ.R.T vµ
.
m = ρ .V . A
(3.8)
sau mét sè
biÕn ®æi ®¬n gi¶n ta ®−îc biÓu thøc sau:
FF
.
mF
=
a0
gc
⎛ V19
T T 1 − P0 P19 ⎞
⎜⎜
⎟⎟
− M 0 + 19 0 .
V19 a 0
γc
⎝ a0
⎠
• B−íc 2:
⎛ V19
⎜⎜
⎝ a0
2
⎞
T
⎟⎟ = 19 M 2 19
T0
⎠
(3.9)
Trang 27
• B−íc 3:
M
Víi
2
19
⎡
2 ⎢⎛ PT 19
⎜
=
γ c − 1 ⎢⎜⎝ P19
⎢⎣
⎞
⎟⎟
⎠
γ c −1
γc
⎤
− 1⎥ .
⎥
⎥⎦
(3.10)
PT 19 P0
=
π r .π d .π f .π fn
P19
P19
• B−íc 4:
T19
=
T0
TT 19 T0
(PT 19
⎛ γ c −1 ⎞
⎜
⎟
⎜ γ ⎟
19 ⎝ c ⎠
P
)
. ë ®ã:
TT 19
= τ r ..τ f
T0
(3.11)
b- Dßng qua ®éng c¬ (Core Stream)
• B−íc 1:
Lùc ®Èy: (tÝnh t−¬ng tù trªn)
Fc =
Fc
.
mc
=
.
1 ⎛.
⎞
⎜ m 9 V9 − m c V0 ⎟ + A9 (P9 − P0 )
gc ⎝
⎠
a0 ⎡
V9
Rt T9 T0 1 − P0 P9 ⎤
⎢(1 + f ) − M 0 + (1 + f )
⎥
gc ⎣
a0
R c V9 a 0
γc
⎦
víi tû sè nhiªn liÖu/ kh«ng khÝ dïng cho buång ch¸y ®−îc x¸c
®Þnh nh− sau:
.
f =
mf
.
(3.12)
mc
• B−íc 2:
⎛ V9
⎜⎜
⎝ a0
2
⎞
γ .R .T
⎟⎟ = t t 9 .M 92
γ c .Rc .T0
⎠
(3.13)
Trang 28
• B−íc 3:
⎡
2 ⎢⎛ PT 9
2
M 9 = γ t − 1 ⎢⎜⎜⎝ P0
⎢⎣
⎞
⎟⎟
⎠
γ t −1
γt
⎤
− 1⎥
⎥
⎥⎦
(3.14)
PT 9 P0
= π r .π d .π c π b .π t .π n
P0
P9
trong ®ã:
• B−íc 4:
T9
=
T0
TT 9 T0
(Pt 9
(3.15)
γ t −1
γt
9
P
)
C pc
TT 9
= τ r .τ d .τ c .τ b .τ t .τ n =
τ λ .τ t
T0
C pt
trong ®ã:
• B−íc 5:
¸p dông ®Þnh luËt nhiÖt ®éng häc 1 vµo buång ch¸y ta cã ph−¬ng
tr×nh c©n b»ng n¨ng l−îng t¹i buång ch¸y nh− sau:
.
.
.
mc . C pc TT 3 + η b m f .h pR = m 4 C pt TT 4
(3.16)
.
Chia 2 vÕ ph−¬ng tr×nh trªn víi m 0 .C pt .TT 0 råi biÕn ®æi ®¬n gi¶n
ta cã:
τ rτ c + f
ηb h pR
C pc T0
= (1 + f )τ λ ⇒ f =
τ λ − τ rτ c
ηb
hPR
−τλ
C pc .T0
• B−íc 6:
Tõ sù c©n b»ng c«ng suÊt gi÷a tuabin, m¸y nÐn vµ qu¹t víi hiÖu
suÊt c¬ khÝ ηm cña tuabin, ta cã:
Trang 29
mc C pc (TT 3 − TT 2 ) + m F C pc (TT 13 − TT 2 ) = η m m 4 C pt (TT 4 − TT 5 )
.
.
C«ng suÊt m¸y nÐn +
.
C«ng suÊt qu¹t = C«ng suÊt tuabin
.
Chia ph−¬ng tr×nh trªn theo mc C pc Tt 2 vµ viÖc sö dông c¸c ®Þnh nghÜa
cña tû sè nhiÖt, tû sè nhiªn liÖu/ kh«ng khÝ vµ hÖ sè ph©n luång α ta
nhËn ®−îc:
(
)
τ c − 1 + α τ f − 1 = ηm (1 + f )
τλ
(1 − τ t )
τr
trong ®ã tû sè nhiÖt cña tuabin:
τt =1−
τr
1
τ c − 1 + α (τ f − 1)
η m (1 + f ) τ λ
[
]
§èi víi qu¹t, ta ¸p dông c¸c ph−¬ng tr×nh:
(γ c −1) γ c e f
τ f =π f
π γf −1 γ − 1
ηf =
τ f −1
c
c
• B−íc 7:
KÕt hîp ph−¬ng tr×nh lùc ®Èy cña dßng qua qu¹t vµ dßng qua ®éng
c¬ ta ®−îc:
Trang 30
F
.
V9
Rt (T9 T0 ) ⎛ 1 − P0 P9 ⎞⎤
1 a0 ⎡
⎜
⎟⎟⎥ +
⎢(1 + f ) − M 0 + (1 + f ).
1 + α g c ⎣⎢
a0
Rc (V9 a 0 ) ⎜⎝ γ c
⎠⎥⎦
=
m0
a 0 ⎡V19
T T ⎛ 1 − P0 P19 ⎞⎤
⎟⎟⎥
− M 0 + 19 0 ⎜⎜
⎢
1 + α g c ⎣⎢ a 0
V19 a o ⎝
γc
⎠⎥⎦
α
• B−íc 8: HÖ sè tiªu hao nhiªn liÖu:
.
S=
mf
F
.
=
.
mf mc
⎛⎜ m. m. ⎞⎟ F m
0
⎝ 0 c⎠
.
hay S =
f
.
(1 + α ) F m0
• B−íc 9: BiÓu thøc hiÖu suÊt lùc ®Èy ηp vµ hiÖu suÊt nhiÖt ηT
( tr−êng hîp P9 = P19 = P0 )
ηP =
ηT =
2 M 0 [(1 + f )V9 a 0 + α V19 a 0 − (1 + α )M 0 ]
(1 + f )(V9
a 0 ) + α (V19 a 0 ) − (1 + α )M 02
[
2
2
a 02 (1 + f )(V9 a 0 ) + α (V19 a 0 ) − (1 + α )M 02
2
2
]
2 g c . f .h pR
II. C¸c th«ng sè ban ®Çu ( ChÕ ®é bay b»ng )
1. Sè Mach vµo èng hót
2. NhiÖt ®é vµo èng hót
3. HÖ sè ®a biÕn ë m¸y nÐn
M0 = 0,8
T0 = 3900R
γc
= 1.4
4. HÖ sè ®a biÕn ë tuabin
γt
= 1.33
5. NhiÖt dung ®¼ng ¸p (m¸y nÐn)
6. NhiÖt dung ®¼ng ¸p (tuabin)
7. NhiÖt l−îng riªng nhiªn liÖu
Cpc = 0.240(Btu/ lbm0R)
Cpt = 0.276(Btu/ lbm0R)
hpR = 18 400(Btu/ lbm0R)
Trang 31
8. TØ sè ¸p suÊt cùc ®¹i cña èng hót
πdmax = 0.99
9. TØ sè ¸p suÊt cña uång ch¸y
πb
= 0.96
10. TØ sè ¸p suÊt cña èng ®Èy luång qua ®éng c¬ πn
= 0.99
11. TØ sè ¸p suÊt t¹i èng ®Èy luång qua qu¹t
πfn = 0.99
12. HiÖu suÊt mçi tÇng m¸y nÐn
13. HiÖu suÊt mçi tÇng tuabin
13. HiÖu suÊt cña qu¹t
14. HiÖu suÊt buång ®èt
ec
et
ef
= 0.9
= 0,89
= 0.89
ηb
= 0.99
15. HiÖu suÊt c¬ khÝ
ηm
= 0.99
16. TØ sè ¸p suÊt cuèi luång qua ®éng c¬
17. TØ sè ¸p suÊt cuèi luång qua qu¹t
18. NhiÖt ®é dßng khÝ vµo c¸nh tuabin
19. TØ sè nÐn cña ®éng c¬
P0/P9 = 0.95
P0/P19 = 0.95
Tt4
= 2800 0R
πc
= 32,6
20. TØ sè nÐn cña qu¹t
πf
= 1.7
21. HÖ sè ph©n luång
α
= 5.7
22. L−u l−îng khèi dßng kh«ng khÝ vµo ®éng c¬ m0
= 420 (lbm/s)
iii. C¸c b−íc tÝnh to¸n:
1/. TÝnh c¸c hÖ sè:
Rc =
γ c −1
0.4
(0.24 * 778,16) = 53,36
C pc =
γc
1.4
Rt =
⎛ ft.lbf ⎞
⎜
⎟
o
⎝ lbm. R ⎠
γ t −1
0.33
(0.276 * 778,16) = 53,29
C pt =
γt
1.33
⎛ ft.lbf ⎞
⎟
⎜
o
⎝ lbm. R ⎠
2/. VËn tèc ©m t¹i ®Çu vµo (mÆt c¾t 0)
a 0 = γ c .Rc .g c .T0 =
1,4 . 53,36 . 32,174 . 390 = 968
( ft / sec)
Trang 32
VËn tèc dßng khÝ vµo èng hót:
( ft / sec )
V0 = a 0 . M 0 = 968 . 0,8 = 774,5
3/. Tû sè nhiÖt dßng ngoµi:
τ r = 1+
γ c −1
2
M 02 = 1 +
1,4 − 1
* 0,8 2 = 1,128
2
4/.TØ sè nÐn dßng ngoµi:
γc
π r = (τ r )γ
c −1
= (1,128)1.4−1 = 1,524
1.4
5/. Tû sè nÐn cña èng hót:
Do M 0 ⟨ 1 ⇒ η r = 1 nªn π d = π d max .η r = 0,99 . 1 = 0,99
6/. Tû sè Entanpi buång ch¸y:
τλ =
C pt TT 4
C pc T0
=
0,276 . 2800
0,240 . 390
= 8,256
7/. Tû sè nhiÖt cña m¸y nÐn:
τ c = π c(γ,
c
−1) γ c .ec
⎛ 32,6 ⎞
= ⎜
⎟
⎝ 1,7 ⎠
1, 4 −1
1, 4.0 , 9
8/. HiÖu suÊt cña m¸y nÐn:
= 19,2 0,32 = 2,56
Trang 33
π (γ −1) γ
ηc = c
τc −1
c
(1, 4 −1)
1, 4
19,2
−1
=
= 0,85
2,56 − 1
c
⇒ η c = 85% .
9/. Tû sè nhiÖt cña qu¹t:
(γ c −1) γ c .e f
τf = πf
= 1,7 (1, 4 −1) 1, 4.0,89 = 1,1857
10/. HiÖu suÊt cña qu¹t:
ηf
π (fγ −1) γ − 1
1,7 1, 4 − 1
=
= 0,882
=
τ f −1
1,1857 − 1
c
0.4
c
⇒ η f = 88,2%
11/. Tû sè nhiªn liÖu/ kh«ng khÝ:
f
=
τ λ − τ r .τ c
hPR .η b
−τλ
=
C p .T0
8,256 − 1,128 . 2,56
= 0,029
18400.0,99
− 8,256
0,24.390
12/. Tû sè nhiÖt ®é cña tuabin:
τt = 1 −
= 1 −
τr
1
τ c − 1 + α (τ f − 1)
η m (1 + f ) τ λ
[
1,128
0,99(1 + 0,029 ).8,256
13/. Tû sè nÐn cña tuabin:
]
[2,56 − 1 + 5,7.(1,1857 − 1)]
= 0,648
Trang 34
π t = τ tγ
t
(γ t −1)et
= 0,6481,33 / 0,33.0,89 = 0,14
14/. HiÖu suÊt cña tuabin:
ηt =
1−τt
1
1−τ
=
et
t
1 − 0,648
1 − 0,6481 / 0,89
= 0,9123
η t = 91,23%
⇒
15/. Tû sè ¸p suÊt Pt 9 / P9 :
PT 9
P9
=
P0
π r π d π cπ bπ t π n = 0,95 . 1,524 . 0,99 . 19,2 . 0,96 . 0,14 . 0,99 = 3,662
P9
16/. Sè Mach t¹i ®Çu ra cña èng ®Èy:
⎡
2 ⎢⎛ pT 9
⎜
M9 =
γ t − 1 ⎢⎜⎝ p 9
⎣⎢
⎞
⎟⎟
⎠
(γ t −1)
γt
⎤
− 1⎥ =
⎥
⎥⎦
[
]
2
(3,662 )0,33 / 1,33 − 1
0,33
= 1,517
17/.Tû sè nhiÖt ®é tÜnh ra khái ®éng c¬/ nhiÖt ®é vµo:
T9
=
T0
τ λτ t
⎛ PT 9
⎜⎜
⎝ P9
⎞
⎟⎟
⎠
.
γ T −1
γT
C pc
C pt
=
8,256 . 0,648 . 0,24
3,662 0,33 / 1,33
. 0,276
= 3,37
18/. Tû sè vËn tèc V9/a0:
V9
a0
= M9
γ t Rt T9
γ c Rc T0
= 1,72
1,33 . 53,29 . 3,37
1,4 . 53,36
= 2,01
Trang 35
19/.Tû sè ¸p suÊt PT19/P19:
PT 19
P
= 0 π r .π d .π f .π fn = 0,95 . 1,524 . 0,99 . 1,7 . 0,99 = 2,41
P19
P19
20/. Sè Mach ra cña luång ngoµi:
⎡
2 ⎢⎛ PT 19
⎜
γ t − 1 ⎢⎜⎝ P19
⎢⎣
M 19 =
⎞
⎟⎟
⎠
γ t −1
γt
⎤
− 1⎥ =
⎥
⎥⎦
[
]
2
(2,41)0, 4 / 1, 4 − 1
0,4
= 1,196
21/.Tû sè nhiÖt ®é tÜnh T19/T0:
T19
T0
=
τ rτ f
γ c −1
γc
19
(PT 19 / P )
=
1,128 . 1,1857
2,410, 4 / 1, 4
= 1,04
22/. Tû sè vËn tèc V19/a0:
V19
T
= M 19 19 = 1,196. 1,04 = 1,22
a0
T0
23/. Lùc ®Èy cña ®éng c¬ trªn mét ®¬n vÞ khèi l−îng:
F
.
m0
=
V9
Rt T9 T0 1 − P0 P9 ⎤
1 a0 ⎡
+
⎢(1 + f ) − M 0 + (1 + f )
1 + α gc ⎣
a0
Rc V9 a0
γ c ⎥⎦
T T 1 − P0 P19 ⎞
α a 0 ⎛ V19
⎜⎜
⎟⎟
− M 0 + 19 0
1 + α g c ⎝ a0
V19 ao
γc
⎠
Trang 36
F
.
=
m0
a0 ⎡
V9
R t T 9 T 0 1 − P0 P9 ⎤
− M 0 + (1 + f )
⎢(1 + f )
⎥+
a0
Rc V9 a 0
γc
1 + α g c ⎣⎢
⎥⎦
1
a 0 ⎛ V 19
T 19 T 0 1 − P0 P19 ⎞
⎟
⎜
−M0 +
⎟
V 19 a o
γc
1 + α g c ⎜⎝ a 0
⎠
α
=
53,29 . 3,37 0,05 ⎤
968 ⎡
.
⎢1,029 . 2,71 − 0,8 + 1,029.
⎥+
1 + 5,7 32,174 ⎢⎣
53,36 . 2,71 1,4 ⎥⎦
1
+
=
1,04 0,05 ⎤
⎡
⎢1,22 − 0,8 +
⎥
1 + 5,7 32,174 ⎣
1,22 1,4 ⎦
5,7
20,7
968
⎛ lbf ⎞
⎟
⎜
⎜ lbm / sec ⎟
⎠
⎝
=> F = 20,7 . 420 = 8694 (lbf / (lbm/sec) )
24/. SuÊt tiªu hao nhiªn liÖu:
S =
f
(1 + α ) F
.
=
m0
26/. HiÖu suÊt nhiÖt:
0,029 . 3600
6,7 . 20,7
= 0,75
⎛ lbm / hr ⎞
⎜⎜
⎟⎟
⎝ lbf ⎠
Trang 37
2
2
⎡
⎤
V
V
a 02 ⎢(1 + f )⎛⎜ 9 ⎞⎟ + α ⎛⎜ 19 ⎞⎟ − (1 + α )M 02 ⎥
⎝ a0 ⎠
⎝ a0 ⎠
⎦
ηt = ⎣
2 g c f hpR
=
[
968,2 2 1,029 . 2,712 + 5,7 . 1,22 2 − 6,7 . 0,8 2
]
2 * 32,174 * 0,029 *18400 * 778,16
= 41,22%
27/. HiÖu suÊt lùc ®Èy:
ηP =
=
2M 0 [(1 + f )V9 a 0 + α V19 a 0 − (1 + α )M 0 ]
(1 + f )(V9
a 0 ) + α (V19 a 0 ) − (1 + α )M 02
2
2
[
]
2 . 0,8 1,029 . 2,71 + 5,7 . 1,22 − 6,7 . 0,8
1,029 . 2,71 + 5,7 . 1,22 − 6,7 . 0,8
2
2
2
= 59,7%
28/.HiÖu suÊt ®éng c¬:
η 0 = η tη p = 0,412 * 0,597 = 24,6%
29/. NhiÖt ®é t¹i c¸c mÆt c¾t c¬ b¶n:
a- NhiÖt ®é t¹i qu¹t
T¹i èng hót τd = 1 nªn TT0 = TT2
NhiÖt ®é tæng vµo qu¹t:
⎛ γ −1 2 ⎞
⎛ 0,4 2 ⎞
TT 2 = T0 ⎜1 + c
M 0 ⎟ = 390.⎜1 +
0.8 ⎟
2
2
⎝
⎠
⎝
⎠
NhiÖt ®é tæng sau qu¹t:
TT 13 = TT 2τ f = 440.1,1857 = 522
b- NhiÖt ®é tæng sau m¸y nÐn
( R)
0
= 440 0 R
Trang 38
TT 3 = TT 13 .τ c = 522.2,56 = 1336
( R)
0
c- NhiÖt ®é tuabin
NhiÖt ®é tæng tr−íc tuabin: Tt4=2800 0R
NhiÖt ®é tæng sau Tuabin:
Tt 5 = Tt 4τ t = 2800.0,648 = 1814
( R)
0
d- NhiÖt ®é tæng ra khái ®éng c¬
Tt 9 = T9 ( 1 +
γ c −1 2
M9
γc
) = 390.3,37.(1 + 0,2 *1,517 2 )
= 1919
( R)
0
e- NhiÖt ®é tæng ra cña luång ngoµi
Tt19 = T19 ( 1 +
γ c −1 2
M 19
γc
) = 390.1,04.(1 + 0,2 *1,196 2 ) = 522
( R)
0
30/. TÝnh ¸p suÊt t¹i c¸c mÆt c¾t c¬ b¶n:
a- Luång qua qu¹t:
¸p suÊt tÜnh vµo qu¹t: víi chÕ ®é bay b»ng , nhiÖt ®é T0 =
= 390 °R th× ¸p suÊt tÜnh :
P0= 3,3 (psi)
¸p suÊt tæng dßng bªn ngoµi lµ:
PT0 = P0 . πr = 3,3 . 1,524 = 5,03 (psi)
¸p suÊt tæng tr−íc qu¹t lµ:
PT2 = PT0 . πd = 5,03 . 0,99 = 4,98 (psi)
Trang 39
¸p suÊt tæng sau qu¹t lµ:
PT13 = PT2 . πf = 4,98 . 1,7 = 8,47 (psi)
¸p suÊt tæng ra khái èng ®Èy cña luång qua qu¹t:
γc
PT 19
3,3
⎡ γ − 1 2 ⎤ γ c −1
= P19 ⎢1 + c
M 19 ⎥
=
1 + 0,2.1,196 2
2
0,95
⎣
⎦
[
]
3, 5
= 8,381 ( psi ).
b- Luång qua ®éng c¬
¸p suÊt tæng sau m¸y nÐn:
PT3 = πc. PT2= 32,6 . 4,98 = 162,35 (psi).
¸p suÊt tæng sau buång ch¸y:
PT4 = πb.PT3 = 0,96.162,35 = 155,86 (psi).
¸p suÊt tæng sau tuabin:
PT5 = PT4. πT = 155,86 . 0,14 = 21,82 (psi).
¸p suÊt tæng ra khái ®éng c¬:
γc
Pt 9
3,3
⎡ γ − 1 2 ⎤ γ c −1
= P9 ⎢1 + c
M9 ⎥
=
1 + 0,2.1,517 2
2
0
,
95
⎣
⎦
[
]
3, 5
= 5,07 ( psi ).
PhÇn tÝnh to¸n chu tr×nh nhiÖt ®−îc tÝnh to¸n trªn m¸y tÝnh vµ
cho kÕt qu¶ t−¬ng tù nh− trªn vµ ®−îc minh häa ë trang sau:
Trang 40
Trang 41
Trang 42
Trang 43
Ch­¬ng 4
thiÕt kÕ Qu¹t - m¸y nÐn däc trôc


i.
C¬ së lý thuyÕt

:
M¸y nÐn däc trôc nhiÒu tÇng lµ kiÓu m¸y nÐn chÝnh trong c¸c ®éng c¬ tua
bin khÝ hµng kh«ng. Qu¸ tr×nh nÐn kh«ng khÝ trong m¸y nÐn nhiÒu tÇng ®­îc
t¹o bëi mét lo¹t c¸c qu¸ tr×nh nÐn x¶y ra liªn tiÕp nhau trong c¸c tÇng riªng
lÎ cña nã. Qu¸ tr×nh lµm viÖc vµ c¸c th«ng sè cña qu¹t nãi chung lµ t­¬ng tù
qu¸ tr×nh vµ c¸c th«ng sè cña c¸c m¸y nÐn hµng kh«ng. Do ®ã cã thÓ coi
qu¹t lµ mét tÇng m¸y nÐn.
1. S¬ ®å vµ nguyªn lÝ ho¹t ®éng tÇng cña m¸y nÐn
M¸y nÐn däc trôc cã mét sè d·y c¸c c¸nh l¾p trªn c¸c ®Üa liªn kÕt víi
nhau, chóng t¹o ra rotor cña m¸y nÐn. Mét d·y c¸c c¸nh cña rotor ®­îc gäi
lµ c¸c b¸nh c«ng t¸c vµ dïng ®Ó truyÒn n¨ng l­îng cho dßng khÝ. Trong vá
cña m¸y nÐn( stator) còng ®­îc cè ®Þnh mét sè d·y c¸c c¸nh cè ®Þnh. C«ng
dông cña c¸c c¸nh stator lµ :
- H­íng dßng kh«ng khÝ tíi c¸c c¸nh cña b¸nh c«ng t¸c l¾p sau nã d­íi
gãc cÇn thiÕt.
- N¾n l¹i dßng bÞ b¸nh c«ng t¸c g©y xo¸y ®ång thêi chuyÓn ho¸ ®éng
n¨ng cña dßng thµnh c«ng t¨ng ¸p suÊt.
Bé gåm cã rotor vµ stato ®­îc gäi lµ tÇng m¸y nÐn. Tr­íc rotor ®Çu tiªn
cña m¸y nÐn cã thÓ l¾p c¸nh h­íng ®Ó thay ®æi gãc cña dßng khÝ vµo.
Trang 44
M¸y nÐn lµm viÖc theo nh÷ng nguyªn t¾c c¬ b¶n cña m¸y c¸nh dÉn.
Mét trong nh÷ng ®Æc ®iÓm quan träng trong qu¸ tr×nh lµm viÖc cña lo¹i
m¸y nµy lµ dßng chÊt khÝ lu«n liªn tôc ( kh¸c víi dßng gi¸n ®o¹n trong
m¸y thÓ tÝch )
TiÕp theo chóng ta xÐt m« h×nh ta m gi¸c vËn tèc cña tÇng m¸y nÐn däc
trôc:
V
VR
V

v
U
VR

U
H-2.1 s¬ ®å tam gi¸c vËn tèc
ChuyÓn ®éng chÊt láng qua m¸y nÐn lµ chuyÓn ®éng phøc hîp:
  
V  U  VR
Víi
V : vËn tèc tuyÖt ®èi
U : vËn tèc theo
VR: vËn tèc t­¬ng ®èi
 : gãc vµo cña dßng khÝ
 : gãc ra cña dßng khÝ
2. Ph­¬ng tr×nh c¬ b¶n cña m¸y nÐn( ph­¬ng tr×nh Euler)
Ph­¬ng tr×nh c¬ b¶n Euler cña m¸y nÐn lµ ph­¬ng tr×nh ®Ó x¸c ®Þnh c¬
n¨ng ®¬n vÞ ( t­¬ng ®­¬ng víi viÖc x¸c ®Þnh cét ¸p lý t­ëng).
Ta x¸c ®Þnh 2 d¹ng cña ph­¬ng tr×nh nµy:
a- D¹ng1:
Víi gi¶ thiÕt sè c¸nh z= ®Ó chuyÓn ®éng cña dßng khÝ trªn c¸c c¸nh
lµ chuyÓn ®éng ®Òu vµ kh«ng cã xo¸y
Trang 45
1
1
H l    ( U.v)   ( U 2 v 2  U1v1 )
g
g
DÊu (+) lµ v× ¸p dông ph­¬ng tr×nh nµy cho qu¹t vµ m¸y nÐn.
NhËn xÐt:
§Ó Hl lín nhÊt th× v = 0 =900
V
 H=U2.v2/g
VR
U
b. D¹ng 2
Tõ tam gi¸c vËn tèc  V2R = U2 + V2 - 2U.v
H l 
u 22  u12 v 2R1  v 2R 2 v 22  v12


2g
2g
2g
u 22  u12

2g
R2
 w rdr  H
2
lt ( tinh )
R1
v 2R1  v 2R 2
 H loe
2g
v 22  v12
 Hd
2g
VËy:
Víi:
H l = (Hloe + Hlt )+ H®
Hl =
HP
+ H®
H P : cét ¸p thÕ
H® : cét ¸p ®éng
§é ph¶n lùc R ®­îc tÝnh theo c«ng thøc
R= HP / Hl
ý nghÜa : qua c¸c ph­¬ng tr×nh trªn cã thÓ thÊy chÝnh nhê cã cét ¸p thÕ
nªn dßng khÝ ®· t¹o ®­îc n¨ng luîng. Do ®ã xu h­íng hiÖn nay
lµ dïng cét ¸p thÕ ®Ó t¹o n¨ng l­îng lín ( do tæn thÊt Ýt). Bëi v×
tæn thÊt tØ lÖ víi cét ¸p ®éng .
Trang 46
c- D¹ng xo¸y Cã 2 d¹ng ph­¬ng tr×nh
 Ph­¬ng tr×nh Stock: C­êng ®é xo¸y  ®­îc tÝnh theo c«ng thøc
Víi v: vËn tèc
   v.dL
L
L: chu tuyÕn bao quanh mÆt xo¸y
 Ph­¬ng tr×nh Tomson
  2. .dS
S
Víi : vËn tèc gãc cña xo¸y
S : mÆt xo¸y
III. Tam gi¸c vËn tèc cña tÇng m¸y nÐn ¸p dông trong tÝnh to¸n
V2R
U
V2
V1
U
v
V1R
V3R
V4
V3
v
V4R
Do dïng ph­¬ng ph¸p lÆp ®Ó tÝnh to¸n qu¹t vµ m¸y nÐn nhiÒu tÇng, nªn ta
sö dông gi¶n ®å vËn tèc ë trªn víi c¸c ký hiÖu t¹i 3 tiÕt diÖn:
V: vËn tèc tuyÖt ®èi
V R: vËn tèc t­¬ng ®èi U: vËn tèc gãc
§Æc biÖt V 3R vµ V4R lµ ký hiÖu vËn tèc t­¬ng ®èi cña Rotor tÇng m¸y
nÐn sau . Víi c¸ch ký hiªô nh­ trªn, cho phÐp ta cã thÓ lÊy th«ng sè ra cña
tÇng tr­íc lµ th«ng sè vµo cña tÇng sau.
Trang 47
IGV
Rotor
Stator
Rotor
Stato r
V0
r
TÇng 1
TÇng 2
H-2.2 S¬ ®å 2 tÇng ®Çu M¸y nÐn
Bé phËn h­íng dßng IGV cã t ¸c dông thay ®æi h­íng cña vËn tèc
vµo tÇng thø nhÊt sao cho vËn tèc t­¬ng ®èi V 1R cã ph­¬ng tiÕp tuyÕn
víi c¸nh Rotor ®Ó gi¶m tæn thÊt, nã lµm t¨ng vËn tèc , gi¶m ¸p suÊt tÜnh
nhiÖt ®é tÜnh nh­ng ¸p suÊt tæng vµ nhiÖt ®é tæng kh«ng thay ®æi. Trong
Rotor, vËn tèc t­¬ng ®èi gi¶m tõ V 1R xuèng V 2R , V2R kÕt hîp víi vËn
tèc quay .r cña rotor t¹o ra vËn tèc ra tuyÖt ®èi V 2 vµo Stator, vËy ta
lËp ®­îc gi¶n ®å vËn tèc tÇng 1. Stator t¹o ra cho vËn tèc V 3 vµ tÇng tiÕp
theo cã ph­¬ng ,chiÒu, ®é lín nh­ vÐc t¬ vËn tèc V1 t¹o ra sù lÆp tÇng.
Sù thay ®æi c¸c th«ng sè cña dßng khÝ ®­îc tæng hîp ë b¶ng d­íi ®©y:
Th«ng sè
VËn tèc tuyÖt ®èi
VËn tèc t­¬ng ®èi
¸p suÊt tÜnh
¸p suÊt tæng tuyÖt ®èi
¸p suÊt tæng t­¬ng ®èi
NhiÖt ®é tÜnh
NhiÖt ®é tæng tuyÖt ®èi
NhiÖt ®é tæng t­¬ng ®èi
IGV
T¨ng
Gi¶m
Kh«ng ®æi
Gi¶m
Kh«ng ®æi
Rotor
T¨ng
Gi¶m
T¨ng
T¨ng
Kh«ng ®æi
T¨ng
T¨ng
Kh«ng ®æi
Stator
Gi¶m
T¨ng
Kh«ng ®æi
T¨ng
Kh«ng ®æi
Trang 48
C¸c gãc cña dßng vµ c¸nh:
i - e : Gãc vÆn
i - i
: Gãc tíi
e -  e
: Gãc lÖch
 = c/s : §é dµy
c
: ChiÒu dµi cung c¸nh
s
: Kho¶ng c¸ch gi÷a
2 c¸nh
H-2.3 Profil c¸nh M¸y nÐn vµ c¸c gãc cña nã
a- TiÕt diÖn l­u th«ng
TiÕt diÖn l­u th«ng ®­îc tÝnh theo c«ng thøc sau:
.
m TTi
Ai 
(2.9)
PTi cos  i MPF M i 
i lµ gãc mµ vËn tèc V i t¹o víi trôc qua t©m tiÕt diÖn l­u th«ng (trôc
m¸y nÐn). MFP(M i) lµ mét th«ng sè l­u l­îng khèi phô thuéc M i ®­îc
thèng kª trong c¸c b¶ng tra hoÆc tÝnh to¸n trùc tiÕp.
.
MFP ( M )
R
gc
R
gc

m. TT
PT . A
 1.28758
.
R
gc
M. 

(1  0.5.(  1) M )
lbf . sec/(lbm.
2
0
R)
 1
2.( 1)
Trang 49
b- §é ph¶n lùc
§é ph¶n lùc lµ tØ sè gi÷a ®é t¨ng entanpy tÜnh cña Rotor vµ cña tÇng.
NÕu lµ khÝ lý t­ëng nã sÏ ®¬n gi¶n lµ tØ sè cña sù t¨ng nhiÖt ®é
0
Rc 
h2  h1 T2  T1

h3  h1 T3  T1
(2.10)
Th«ng th­êng ®é ph¶n øng b»ng 0,5 ®Ó rotor vµ stator ph©n phèi ®Òu
sù t¨ng entanpy khi lÆp tÇng
0
Rc 
T2  T1
T3  T1
 1
T3  T2
T3  T1
 1
V
2
2

 V12 / 2 g c C P 
TT 3  TT 1
c- HÖ sè tæn thÊt ¸p suÊt tæng
c 
PTi  PTe
(2.11)
 .Vi 2 /( 2 g c )
víi PTi vµ VTe lÇn l­ît lµ vËn tèc vµo vµ ra mét d·y c¸nh (rotor hoÆc
stator)
d- HÖ sè më réng
MÆt trªn cña c¸nh, vËn tèc ph©n bè kh«ng ®ång ®Òu, cã sù thay ®ái
vËn tèc tõ V max ®Õn Ve . HÖ sè më réng D ®­îc tÝnh gÇn ®óng nh­ sau:
D
Vmax  Ve
Vi
; V max  Vi 
v
2
(2.12)
D 1
Ve v i  v e

Vi
2Vi
Rotor vµ Stator cã D R vµ DS t­¬ng øng. Do cã sù lÆp tÇng nªn chóng
b»ng nhau
D 1
cos  2 tan  2  tan  1

cos  2
cos  1
2
Trang 50
vµ ta cã:
cos  2 
2 1  D    2  1  4 2 1  D 
2 1
2
(2.13)
trong ®ã

2  sin  1
cos  1
e- HÖ sè t¶i träng tÇng
TØ sè gi÷a c«ng cña mét tÇng m¸y nÐn cung cÊp cho dßng khÝ vµ
b×nh ph­¬ng vËn tèc cña Rotor gäi lµ hÖ sè t¶i träng tÇng vµ ®­îc tÝnh
cho khÝ lý t­ëng nh­ sau:

g c .hT
 .r 
2

g c .C P .TT
U2
(2.14)
f- HÖ sè dßng
Ng­êi ta gäi tØ sè gi÷a vËn tèc däc trôc vµ tèc ®é cña Rotor lµ hÖ sè
dßng. Víi c¸c M¸y nÐn ngµy nay th× nã n»m trong ph¹m vi tõ 0,45 ®Õn
0,55 t¹i b¸n kÝnh trung b×nh.

u1
1

 .r u1 tan  1  tan  1
(2.15)
g- TØ sè ¸p suÊt tÇng
TØ sè ¸p suÊt tÇng cã thÓ ®­îc tÝnh theo hai c¸ch lµ theo hiÖu suÊt
tÇng (S , ec) hoÆc theo c¸c hÖ sè tæn thÊt ¸p suÊt tæng ( ) ë rotor vµ
stator.
- Theo hiÖu suÊt tÇng
Trang 51
HiÖu suÊt cña m¸y nÐn lµ tØ sè gi÷a c«ng cña qu¸ tr×nhlý t­ëng vµ
qu¸ tr×nh thùc t¹i mét tØ sè nÐn C nµo ®ã
 1
S =
hT 3 S  hT 1
hT 3  hT 1

TT 3 S  TT 1
TT 3  TT 1
 PT 3  

  1
 PT 1 

TT 3
1
TT 1
(2.16)
HiÖu suÊt tõng tÇng lµ tØ sè gi÷a c«ng lý t­ëng vµ c«ng trong qu¸
tr×nh thùc t¹i c¸c tØ sè ¸p suÊt ( C ) kh¸c nhau.
eC =
dwi dhTi dTTi


dw dhT
dTT
Do ®¼ng entr«pi nªn:
TTi  PTi 
 1

dTTi   1 dPTi

TT
 PT
=>
vËy ta cã:
dTTi
dPTi
dTTi
TT   1
PT
eC =


dTT
dTT
 dTTi
TT
TT
=>
vËy t¹i m¸y nÐn ta cã:
ln
TT 3   1 PT 3

ln
TT 1  .eC
PT 1
VËy hiÖu suÊt tÇng cña m¸y nÐn lµ:
 1
 PT 3  

 1
PT 1 

S =
 1
 PT 3   .eC


1
 PT 1 
dTTi   1 dPTi

TT
 .eC PT
Trang 52
Tõ c¸c c«ng thøc tÝnh S ta cã thÓ tÝnh ®­îc tØ sè ¸p suÊt tÇng nh­
sau:
P
S = T 3
PT 1

TT
 1   S
TT 1


  1

T

 1  T
TT 1


 .ec
  1


(2.17)
- Theo hÖ sè tæn thÊt ¸p su©t tæng:
T¹i rotor ta cã:
c 
PT 1R  PT 2 R
 .ViR2 /( 2 g c )
PT 2 R
 .V 2
 .M 12R .P1
 1   CR . 1 1R  1   CR
PT 1R
2.g c .PT 1R
2 PT 1R
PT 2 R
 1   CR
PT 1R
 .M 12R / 2

 1
1    1 / 2M .
2
1R
T­¬ng tù ta cã ®èi víi stator
PT 3
 1   CS
PT 1R
 .M 22 / 2

 1
1    1 / 2M .
2
2
Cuèi cïng ta cã:
PT 3  PT 3

PT `1  PT `2
  PT 2
  
  P`2
  P2
  
  PT 2 R
  PT 2 R
  
  PT 1R
  PT 1R
  
  P1
  P1 
  

P
  T1 
C¸c sè h¹ng cña vÕ ph¶i lµ hµm cña CS , M2 , M2R , CR , M1R , M1
®· ®­îc x¸c ®Þnh.
Trang 53
h- TØ sè nhiÖt ®é tÇng
Tõ ph­¬ng tr×nh Euleur ta cã:
C P TT 3  TT 1  
 .r
v 2  v1 
gc
(2.18)
.r = v1 + v2
vµ quan hÖ
nªn:
C P TT 3  TT 1  
S 
v 22  v12 V 22  V12

gc
gc
TT 3
  1M 12

TT 1 1    1 / 2M 12
 S   S 

TT 3
V 2  V12
1 2
TT 1
C P .g c .TT 1
 cos  1


 1  1
 cos  2

 .ec /  1
(2.19)
(2.20)
Trang 54
II. tÝnh qu¹t vµ m¸y nÐn
Tr×nh tù thiÕt kÕ:
 Chän tèc ®é quay vµ c¸c kÝch th­íc l­u th«ng
 Chän sè tÇng
 TÝnh to¸n c¸c gãc cña c¸nh cho mçi tÇng t¹i tiÕt diÖn trung b×nh
 TÝnh to¸n sù thay ®æi gãc cña c¸nh tõ ch©n vµ ®Ønh c¸nh
 Chän profil c¸nh
 KiÓm tra hiÖu suÊt m¸y nÐn
1. TÝnh qu¹t
Qu¹t ®­îc tÝnh to¸n gièng nh­ mét tÇng cña m¸y nÐn, dùa vµo c¸c
th«ng sè khi tÝnh to¸n chu tr×nh nhiÖt ta tiÕn hµnh tÝnh to¸n thiÕt kÕ
Qu¹t theo c¸c buøc sau :
C¸c th«ng sè cña Qu¹t:
- NhiÖt ®é vµo Qu¹t
T1 = 440 oR
- ¸p suÊt vµo Qu¹t
P1 = 4,98 psi
- NhiÖt ®é sau Qu¹t:
T3 = 522 oR
- TØ sè nÐn cña Qu¹t
f = 1,7
- Sè Mach vµo qu¹t
M = 0,78
NhiÖt ®é tÜnh vµ ¸p suÊt tÜnh vµo qu¹t.
T1  TT 1 (1 
 c  1 2 1
M1 )
 440.(1  0,2.0,78 2 ) 1  392,3 (  R )
2
c
  1 2   c 1
P1  PT 1 .(1  c
M1 )
 4,98.(1  0,2.0,78 2 ) 3,5  3,33 ( psia )
2
Trang 55
VËn tèc ©m tr­íc qu¹t lµ.
a1   c .Rc .g c .T1

 1,4.53,36.32,174.392,3  971  ft
sec


VËn tèc dßng khÝ tr­íc qu¹t “ t¹i mÆt c¾t 1 ”
V1= M1.a1 = 0.78 . 971 =757 (ft/sec)
Chän vËn tèc theo cña dßng khÝ t¹i ®Ønh qu¹t U t
Ut = 1300 (ft/sec)
Ta cã vËn tèc däc trôc t¹i mÆt c¾t 1 víi  = 0
u1 = V1 = 757 (ft/sec)
DiÖn tÝch tiÕt diÖn l­u th«ng ë mÆt c¾t 1 :
MPF(0,78) = 0,653961 / 1,28758 =0,51
.
A1 
m1 . TT 1
cos  1 .PT 1 .MFP ( M 1 ) 1

420. 440
 3469 (in 2 )
1.4,98.0,51
B¸n kÝnh ®Ønh qu¹t lµ :
rt


A1
 1  rh rt
2


3469
 1  0,35 2


 35,5 (in)
rh /rt ®­îc chän, víi qu¹t ta chän r h /rt =0,35
B¸n kÝnh ch©n qu¹t (r h ) vµ b¸n kÝnh trung b×nh (r m) lµ:
rh = rt .( rh / rt ) =35,5 . 0,35 = 12,355 (in)
rm = 0,5.( rt + rh ) = 23,93 (in)
h = rt – rh = 35,5 – 12,355 = 23,15 (in)
Trang 56
Sè c¸nh cña qu¹t ë tiÕt diÖn trung b×nh lµ:
Z
2 .rm
s
trong ®ã , s lµ kho¶ng c¸ch gi÷a 2 c¸nh kÒ nhau, gi¸ trÞ cña s ®­îc
tÝnh to¸n th«ng qua 2 trÞ sè mµ ta ph¶i chän lµ:
- c/s : trÞ sè nµy b»ng 1 ®èi víi c¸nh m¸y nÐn vµ tua bin nh­ng
víi c¸nh cña qu¹t ta chän nã b»ng 1,3 t¹i b¸n kÝnh trung b×nh
- c/h víi h lµ chiÒu cao c¸nh biÕt ®­îc tõ c ¸c b¸n kÝnh ch©n vµ
®Ønh cßn c lµ chiÒu dµi cung c¸nh. Gi¸ trÞ nµy dao ®éng trong
kho¶ng 0,2 ®Õn 0,8 ta chän 0,234 (gièng ®éng c¬ CFM56 -5B).
Thay sè ta ®­îc sè c¸nh lµm ch½n lµ 36 c¸nh
VËn tèc gãc() vµ sè vßng quay (N) cña qu¹t:
 
N
Ut
rt

30.


1300
.12  439,4
35,5
30.439,4


4196
(1 / s )
(v / p )
Chän vËn tèc däc trôc t¹i mÆt c¾t 2:
u2 = 1,1.u1 = 1,1 . 757 = 833 (ft/sec)
T¹i tiÕt diÖn ®Ønh c¸nh ta cã:
Ut = .rt = 439,4 . 35,5 / 12 = 1300 (ft/sec)
H×nh chiÕu cña vËn tèc t­¬ng ®èi trªn ph­¬ng vËn tèc U:
v1R  U T  v1  1300  0

 1300  ft
 sec 
Gãc gi÷a vËn tèc t­¬ng ®èi víi ®­êng t©m n¸y nÐn:
 1  tg 1
v1R
1300
 tg 1
 59,8 0
u1
757
VËn tèc t­¬ng ®èi cña dßng khÝ víi qu¹t ( t¹i mÆt c¾t 1 )
V1R 
u 12  v 12R

757
2
 1300
2

1504
 ft

sec


Trang 57
Sè Mach t­¬ng ®èi:
M1R = V1R / a1 = 1504 / 971 = 1,55
NhiÖt ®é h·m vµ ¸p suÊt h·m t­¬ng ®èi:
  1 2 
TT 1R  T1 1 
M 1R   392,3. 1  0,2.1,55 2
2



c
PT 1R
   1 2   c 1
 P1 1 
M 1R 
 3,33. 1  0,2.1,55 2
2





3, 5
 581 ( 0 R )

13,15
( psia )
Trong Rotor nhiÖt ®é h·m t­¬ng ®èi lµ h»ng sè nªn ¸p suÊt h·m
t­¬ng ®èi vµ nhiÖt ®é h·m t­¬ng ®èi lµ:
TT1R = TT2R = 581 (R)
PT 2 R
T
 PT 1 . T 2 R
 TT 1
 c .ec
  c 1
 581 

 4,98..

 440 

3,115
 11,84 ( psi )
Gãc gi÷a vËn tèc t­¬ng ®èi vµ trôc M¸y nÐn ( t¹i mÆt c¾t 2 )
tan(  2 ) 

g c .C p

u1 
TT 2  TT 1 
. tan(  1 ) 
u2 
 .rh .u1

757 
32,174.0,24.778,16

tan(59,8 0 ) 
.522  440 

833 
1300.757

 1,106

2

48 0
VËn tèc t­¬ng ®èi chiÕu trªn U t¹i mÆt c¾t 2 :v 2R
v2R = u2 .tg2 = 925 (ft/s)
VËn tèc t­¬ng ®èi t¹i mÆt c¾t 2 :V 2R
V2 R 
u 22  v 22R

833 2  925 2
 1245
 ft

 sec 
H×nh chiÕu cña vËn tèc tuyÖt ®èi trªn ph­¬ng U t¹i mÆt c¾t 2 :v 2
Trang 58
v 2  U h  v 2 R  1300  925 
 ft

 sec 
375
Gãc cña vËn tèc tuyÖt ®èi ra khái Roto:
 2  tan 1
v2
u2
375
 24,24 0
833
 tan 1
VËn tèc tuyÖt ®èi t¹i mÆt c¾t 2 :V 2
V2 
u 22  v 22

833 2  375 2

914
 ft

 sec 
NhiÖt ®é h·m ë mÆt c¾t 2 vµ 3 nh­ nhau
TT2 = TT3 = TT1 + T = 522
Trong ®ã T lµ ®é chªnh nhiÖt ®é cña tÇng ®­îc tÝnh to¸n tr­íc.
NhiÖt ®é tÜnh sau c¸nh ®éng ( t¹i mÆt c¾t 2 ) :T 2.5
T2  TT 2
V22

2 g c C Pc
 522 
914 2
2.32,174.0,24.778,16

452
 R
0
VËn tèc ©m sau canh ®éng qu¹t ( t¹i mÆt c¾t 2 ) : a 2.5
a 2  Rc g c T2


1,4.53.36.32,174.452
1042
 ft

 sec 
Sè Mach sau c¸nh ®éng qu¹t :M 2
M2 
V2
a2

914
 0,877
1042
¸p suÊt tÜnh vµ ¸p suÊt h·m sau c¸ nh ®éng qu¹t ( t¹i mÆt c¾t 2 ) :
T
PT 2  PT 2 R . T 2
 TT 2 R



T
P2  PT 2  2
 TT 2





 1
 1
 522 
 11,84.

 581 
 452 
 8,14.

 522 
TiÕt diÖn l­u th«ng ë mÆt c¾t 2:
3, 5

8,14
3, 5

4,92
 psia 
 psia 
Trang 59
.
A2 
m 2 . TT 2
cos  2 .PT 2 .MFP ( M 2 )
rt 2 
A2

 1  rh rt
2

420. 522
 2462 (in 2 )
cos( 24,24).8,14.0,525


2462
 1  0,35 2


 30 (in)
T¹i mÆt c¾t thø 3 (tiÕt diÖn ra cña Stato)
Sö dông ®iÒu kiÖn lÆp tÇng cho tÝnh to¸n ta cã V 3 = V1 , 1 = 3
mÆt kh¸c T T3 vµ PT3 ®· biÕt ta cã:
u1 = u3 = 757
T3  TT 3 
757 2
V32
 522 
2.g c .C p
2.32,174.0,24.778,16

474
 R
0

 1,4.53,36.32,174.474  1067  ft
sec


a 3   c .Rc .g c .T3
M3 = V3 / a3 = 757 / 1067 = 0,71
 c .ec
 T   c 1
 522 
PT 3  PT 1 . T 3 
 4,98..

 440 
 TT 1 
c
 T   c 1
 474 
P3  PT 3 . 3 
 8,48.

 522 
 TT 3 
3,115
 8,48 ( psi )
3, 5
 6,05 ( psi )
.
A3 
m 3 . TT 3

cos  3 .PT 3 .MFP ( M 3 )
357. 522
 2066 (in 2 )
0
cos(0 ).8,48.0,489
T¹i Stato ta chän tØ sè r h/rt =0,67 vËy b¸n kÝnh ®Ønh vµ ch©n Stato lµ:
rt 3 

A3
 1  rh rt
2


2066
 1  0,4 2


 34,5 (in)
C¸c b¸n kÝnh kh¸c còng nh­ sè c¸nh cña c¸nh h­íng ®­îc tÝnh to¸n
nh­ ë tiÕt diÖn 1
Trang 60
ViÖc tÝnh to¸n Qu¹t còng nh­ M¸y nÐn ®Òu ®­îc tiÕn hµnh theo c¸c
b­íc gièng nhau nh­ trªn vµ ®­îc tÝnh to¸n nhanh chãng nhê ch­¬ng
tr×nh tin häc ®· ®­îc lËp ra.
Theo sè liÖu cña chu tr×nh nhiÖt ta cã c¸c th«ng sè cña Qu¹t nh­ sau:
- NhiÖt ®é tæng tr­íc qu¹t : T T1 = 440 (R )
- ¸p suÊt tæng tr­íc qu¹t
: P T1 = 4,98 (psi)
- NhiÖt ®é tæng sau qu¹t
: T T3 = 522 (R)
- Sè m¹ch tr­íc qu¹t
: M 1 = 0,78
- Tû sè nhiÖt ®é cña qu¹t: : f = 1,1857
- Tû sè nÐn cña qu¹t
: f = 1,7
- Tû sè s/h cña Qu¹t
: s/h = 1,3
- Tû sè c/h cña Qu¹t
: c/h = 0,234
- VËn tèc ®Ønh Qu¹t
: U T = 1300
Trang 61
Trang 62
Trang 63
2. TÝnh m¸y nÐn :
TÝnh to¸n m¸y nÐn còng t­¬ng tù nh­ tÝnh qu¹t. L­u l­îng cña
dßng khÝ vµo m¸y nÐn lµ 62,7 (lbm/sec) . §Ó thuËn tiÖn cho tÝnh to¸ n
chóng ta sÏ tÝnh to¸n cho tr­êng hîp vËn tèc däc trôc cña dßng khÝ khi
qua c¸c mÆt c¾t kh«ng thay ®æi. Qu¸ tr×nh dßng khÝ chuyÓn ®éng trong
m¸y nÐn lµ qu¸ tr×nh ®o¹n nhiÖt. C¸c th«ng sè ban ®Çu ®Ó tÝnh to¸n lµ:
- NhiÖt ®é h·m tr­íc M¸y nÐn (sau Qu¹t) lµ :
- NhiÖt ®é h·m sau m¸y nÐn lµ :
522 (R)
1332 ( R)
- Sè tÇng thÊp ¸p lµ :
4 (tÇng)
- Sè tÇng cao ¸p lµ :
9 (tÇng)
- §é chªnh nhiÖt ®é gi­a c¸c tÇng
62,3 (R)
- ¸p suÊt h·m tr­íc M¸y nÐn (sau Qu¹t) lµ:
8,46 (psi)
- ¸p suÊt h·m sau m¸y nÐn lµ:
162,3 (psi)
- TØ sè nÐn cña m¸y nÐn lµ
19,2
- Sè Mac vµo m¸y nÐn lµ
0,78
1. M¸y nÐn thÊp ¸p : (4 tÇng)
M¸y nÐn thÊp ¸p quay cïng tèc dé vßng víi qu¹t vµ tua bin thÊp ¸p
nªn cã cïng tèc ®é quay. Theo tÝnh to¸n phÇn Qu¹t nªn ta cã sè vßng
quay cña trôc thÊp ¸p lµ 4196 (v/p). TÝnh to¸n c ¸c tÇng cña m¸y nÐn
còng t­¬ng tù Qu¹t. C¸c sè liÖu tÝnh to¸n vµ kÕt qu¶ tõng tÇng ®­îc
thèng kª trong c¸c b¶ng sau:
Trang 64
Trang 65
Trang 66
Trang 67
Trang 68
Trang 69
Trang 70
Trang 71
Trang 72
Trang 73
Trang 74
Trang 75
Trang 76
Trang 77
Trang 78
Trang 79
Trang 80
Trang 81
Trang 82
Trang 83
Trang 84
Trang 85
Trang 86
Trang 87
Ch−¬ng 5
ThiÕt kÕ tuabin
?
?
?
I. S¬ ®å vμ nguyªn lý lμm viÖc cña tÇng tua bin
Ngµy nay , c¸c ®éng c¬ tua bin khÝ sö dông chñ yÕu tua bin däc trôc ®Ó
®¶m b¶o c¸c tÝnh n¨ng cña ®éng c¬ hiÖn ®¹i nh− tØ sè nÐn cao , gän nhÑ , lùc
®Èy lín . . . Mét tÇng cña Tua bin gåm 2 bé phËn chÝnh lµ c¸c c¸nh h−íng cè
®Þnh (stator) vµ b¸nh c«ng t¸c quay phÝa sau nã (rotor). S¬ ®å tÇng cña tua
bin vµ mÆt c¾t cña nã trªn tiÕt diÖn trung b×nh biÓu diÔn trªn h×nh 3.1
H-3.1 S¬ ®å mét tÇng tua bin vµ
c¸c th«ng sè chÝnh cña khÝ ch¸y
ChÊt khÝ sau khi ch¸y trong buång ®èt vµ ®Õn tiÕt diÖn vµo cña Stator cã
c¸c th«ng sè sau : ¸p suÊt p0 , nhiÖt ®é T0 , tèc ®é V0 .
Trong Stator, xÈy ra sù t¨ng tèc ®é cña dßng khÝ ch¸y ®Õn V1 ®ång thêi
víi sù gi¶m cña ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é xuèng p1 vµ T1 tøc lµ mét phÇn Entanpy
Trang 88
cña dßng khÝ ch¸y ®· chuyÓn thµnh ®éng n¨ng. V× vËn tèc dßng khÝ t¹i tiÕt
diÖn vµo cña Stator d−íi ©m nªn qu¸ tr×nh t¨ng tèc cña nã chØ cã thÓ x¶y ra
trong kªnh thu hÑp dÇn gi÷a c¸c l¸ tua bin mµ h×nh d¹ng cña kªnh ®−îc x¸c
®Þnh bëi profin cña c¸c l¸ tua bin trong stator.
H−íng cña tèc ®é tuyÖt ®èi cña dßng khÝ ra khái stator ®−îc x¸c ®Þnh bëi
h−íng c¸c mÐp tho¸t cña c¸c l¸ trong stator vµ nã t¹o ra víi mÆt ph¼ng quay
cña b¸nh c«ng t¸c mét gãc nhá h¬n 90° rÊt nhiÒu. Tam gi¸c vËn tèc t¹i tiÕt
diÖn vµo cña rotor ®−îc x¸c ®Þnh víi 3 thµnh phÇn vËn tèc lµ vËn tèc tuyÖt
®èi (V1 ) , vËn tèc t−¬ng ®èi (V1R) vµ vËn tèc quay (U1) nh− sau:
→
→
→
V 1 = V1R + U 1
C¸c mÐp vµo cña c¸c l¸ Rotor ®−îc ®Þnh h−íng theo h−íng V1R ®Ó ng¨n
ngõa sù t¸ch dßng trªn c¸c l¸ vµ gi¶m c¸c tæn thÊt do va ®Ëp. Trong Rotor ,
tuú theo ®Æc ®iÓm dßng ch¶y cña khÝ ch¸y mµ c¸c tÇng cña Tua bin ®−îc
chia thµnh kiÓu ph¶n lùc hoÆc kiÓu xung lùc.
Trong c¸c tÇng ph¶n lùc , c¸c l¸ tua bin còng t¹o ra c¸c kªnh thu hÑp
dÇn. Trong c¸c kªnh ®ã , khÝ ch¸y vÉn ®−îc gi·n në nªn tèc ®é t−¬ng ®èi
t¨ng lªn (V2R >V1R ) ®ång thêi ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é gi¶m xuèng p2 vµ T2 . Tèc
®é tuyÖt ®èi ë tiÕt diÖn ra cña Rotor ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau:
→
→
→
V 2 = V2 R + U 2
H−ãng cña dßng khÝ t¹i tiÕt diÖn ra cña rotor th−êng gÇn víi h−íng trôc.
Do ®ã khi chÊt khÝ thùc hiÖn c«ng th× tèc ®é tuyÖt ®èi V2 sÏ nhá h¬n V1 rÊt
nhiÒu vµ entanpy cña khÝ ch¸y gi¶m xuèng.
Trong tÇng xung lùc , diÖn tÝch kªnh ch¶y gi÷a c¸c l¸ rotor hÇu nh− kh«ng
®æi tõ cña vµo ®Õn cöa ra víi môc ®Ých ®Ó ¸p suÊt cña khÝ ch¸y trong rotor lµ
kh«ng ®æi (p2 =p1), lóc ®ã tèc ®é t−¬ng ®èi vµ nhiÖt ®é khÝ ch¸y còng hÇu
Trang 89
nh− kh«ng ®æi (gi¸ trÞ V2R sÏ nhá h¬n V1R do cã tæn thÊt). Dßng khÝ trong
Rotor cña tÇng xung lùc còng nh− ph¶n lùc sÏ bÞ xoay ®i do ®ã mµ trÞ tuyÖt
®èi vµ h−íng cña thµnh phÇn quay cña tèc ®é t−¬ng ®èi vµ tuyÖt ®èi bÞ biÕn
®æi t¹o ra lùc kÐo quay (m« men quay) trªn rotor. Nguyªn nh©n vËt lý xuÊt
hiÖn lùc kÐo quay lµ sù kh¸c biÖt cña ¸p suÊt khÝ ch¸y trªn hai mÆt trªn vµ
d−íi cña c¸c l¸ rotor. D−íi t¸c dông cña c¸c lùc ly t©m cña khÝ ch¸y chuyÓn
®éng theo quü ®¹o cong nªn trªn mÆt bông ¸p suÊt khÝ sÏ lín h¬n trªn mÆt
l−ng. Lùc tæng hîp t¸c ®éng lªn toµn bé bÒ mÆt l¸ ®−îc ph©n ra thµnh:
thµnh phÇn quay vµ thµnh phÇn däc trôc. D−íi t¸c dông cña thµnh phÇn quay
nµy , rotor sÏ quay vµ c«ng ®−îc truyÒn sang trôc tua bin cßn thµnh phÇn thø
hai ®−îc truyÒn sang c¸c æ ®ì.
II. C¸c th«ng sè chÝnh cña tÇng tua bin
1. C¸c th«ng sè h×nh häc x¸c ®Þnh c¸c kÝch th−íc chÝnh cña Tua bin :
- C¸c ®−êng kÝnh ch©n (dc ), ®Ønh (d®) ®−îc x¸c ®Þnh tõ ch©n vµ ®Ønh
cña l¸ Tua bin vµ trung b×nh (dTB) cña tÇng ®−îc x¸c ®Þnh b»ng trung
b×nh céng hai ®−êng kÝnh nµy.
- §−êng kÝnh t−¬ng ®èi lµ tØ sè gi÷a ®−êng kÝnh ch©n vµ ®−êng kÝnh
®Ønh. Gi¸ trÞ cña nã b»ng 0,8 ®Õn 0,85 ®èi víi c¸c tÇng ®Çu vµ gi¶m
xuèng 0,6 ®Õn 0,55 ®èi víi c¸c tÇng sau.
- D©y cung (c) ; ®é cao cña l¸ Tua bin ( h = 0,5.( d® -dc ) ; ®é dµi t−¬ng
®èi (h/c) vµ ®é cao t−¬ng ®èi (h/dTB )
2. C¸c th«ng sè ®éng häc vµ khÝ ®éng lùc häc
C¸c th«ng sè nµy ®Æc tr−ng cho ®éng häc cña dßng khÝ trªn b¸n kÝnh
trung b×nh cña tÇng. Trong ®ã c¸c th«ng sè sau lµ quan träng nhÊt :
Trang 90
- Tèc ®é quay trªn b¸n kÝnh trung b×nh U , ®èi víi c¸c Tua bin hiÖn ®¹i
, trong tÝnh to¸n nã cã gi¸ trÞ tõ 270 ®Õn 500 m/s
- Tèc ®é khÝ ch¸y ë tiÕt diÖn ra cña tÇng Tua bin (V2) th−êng biÓu thÞ
qua sè Mach (M2). KÝch th−íc cña Tua bin ë tiÕt diÖn 2-2 nµy phô
thuéc vµo gi¸ trÞ nµy. §èi víi c¸c Tua bin hiÖn ®¹i , cña ®éng c¬ Tua
bin ph¶n lùc th× M2 th−êng trong kho¶ng 0,45 ®Õn 0,55. Trong c¸c
tÇng sau cïng cña tua bin ®Ó rót ng¾n kÝch th−íc cña chóng , M2 cã
thÓ t¨ng lªn ®Õn 0,7.
- Th«ng sè ®Æc biÖt cña Tua bin cã ý nghÜa quan träng lµ U/V1 , nã ®Æc
tr−ng cho ®éng häc dßng ch¶y tr−íc b¸nh c«ng t¸c. Víi c¸c gi¸ trÞ cña
U/V1 vµ gãc cña dßng khÝ vµo Rotor ®· biÕt tr−íc th× h×nh d¹ng tam
gi¸c tèc ®é ë cöa vµo Rotor hoµn toµn ®−îc x¸c ®Þnh. §èi víi ®éng c¬
Tua bin khÝ hµng kh«ng th× gi¸ trÞ U/V1 trong kho¶ng tõ 0,6 ®Õn 0,75
3. C¸c th«ng sè ®Æc tr−ng cho t¶i träng tÇng cña Tua bin:
Chóng ®−îc sö dông ®Ó x¸c ®Þnh c«ng trªn trôc cña Tua bin vµ x¸c ®Þnh
sù biÕn ®æi c¸c th«ng sè cña dßng khÝ ch¸y trong tÇng cña Tua bin
- TØ sè nÐn lµ tØ sè gi÷a ¸p suÊt tr−íc vµ sau tÇng ë tr¹ng th¸i h·m,
th«ng sè nµy ®Æc tr−ng cho møc ®é gi¶m ¸p suÊt trong tÇng cña Tua
bin. Th«ng sè nµy cã gi¸ trÞ tõ 1,6 ®Õn 2 cho tõng tÇng. Trong mét sè
tr−êng hîp ë c¸c tua bin mét tÇng th× gi¸ trÞ cña nã cã thÓ cao h¬n , tõ
2,5 ®Õn 2,8
- §é chªnh entanpy h·m tr−íc vµ sau tÇng khi gi·n në ®o¹n nhiÖt. §©y
chÝnh lµ c«ng lý thuyÕt (®o¹n nhiÖt) cã thÓ cã khi 1kg khÝ ch¸y gi·n
në kh«ng cã tæn thÊt . Gi¸ trÞ cña th«ng sè nµy phô thuéc vµo hiÖu
nhiÖt ®é h·m tøc lµ phô thuéc vµo tû sè nÐn.
Trang 91
- HÖ sè t¶i träng tÇng ®−îc x¸c ®Þnh b»ng tØ sè gi÷a c«ng trªn trôc Tua
bin vµ b×nh ph−¬ng vËn tèc quay trªn b¸n kÝnh trung b×nh. Gi¸ trÞ cña
hÖ sè t¶i träng n»m trong kho¶ng 1,3 ®Õn 1,8 vµ dïng ®Ó ®¸nh gi¸
c«ng cã thÓ thu ®−îc trong tÇng Tua bin ë gi¸ trÞ tèc ®é quay quy ®Þnh
- §é ph¶n lùc lµ tØ sè gi÷a ®é chªnh entanpy h·m trong Rotor vµ ®é
chªnh entanpy h·m cña tÇng. §èi víi Tua bin xung lùc do kh«ng cã
®é chªnh entanpy h·m nªn ®é ph¶n lùc b»ng 0 . C¸c tua bin hµng
kh«ng th«ng th−êng th× ®é ph¶n lùc trªn b¸n kÝnh trung b×nh vµo
kho¶ng 0,3 ®Õn 0,4.
4. C¸c hiÖu suÊt
C¸c hiÖu suÊt cña tua bin ®Æc tr−ng cho sù hoµn thiÖn cña tÇng Tua bin
nh− c¸c lo¹i m¸y cã c¸nh chuyÓn ho¸ n¨ng l−îng cña khÝ ch¸y bÞ nÐn thµnh
c«ng c¬ häc trªn trôc
HiÖu suÊt ®o¹n nhiÖt cña tÇng tua bin lµ tØ sè gi÷a c«ng cã Ých cña dßng
khÝ ch¸y trong tÇng víi ®é chªnh entanpy ( C«ng trong qu¸ tr×nh gi·n në
®o¹n nhiÖt). C«ng h÷u Ých b»ng tæng c«ng trªn trôc vµ ®éng n¨ng cña khÝ
ch¸y ë tiÕt diÖn ra cña tÇng tøc lµ ®é chªnh entanpy thùc.
HiÖu suÊt tÇng lµ tû sè cña c«ng trªn trôc cña tÇng víi ®é chªnh entanpy
h·m cña dßng khÝ ch¸y vµ th−êng trong kho¶ng 0,9 ®Õn 0,92
HiÖu suÊt hiÖu dông tÇng lµ tØ sè cña c«ng trªn trôc Tua bin vµ ®é chªnh
entanpy . Ta thÊy hiÖu suÊt hiÖu dông kh«ng tÝnh ®Õn ®éng n¨ng cña khÝ
ch¸y khi ra khái tua bin ( 0,5V22 ) . §éng n¨ng cña dßng khÝ ë tÇng sau
cïng cña tua bin thùc chÊt lµ n¨ng l−îng mÊt m¸t vµ kh«ng tham gia vµo
viÖc t¹o c«ng cã Ých cho ®éng c¬. Trong lý thuyÕt Tua bin ®¹i l−îng nµy
®−îc gäi lµ c¸c tæn thÊt theo tèc ®é tho¸t. HiÖu suÊt hiÖu dông vµo kho¶ng
0,65 ®Õn 0,75
Trang 92
III. C¸c tæn thÊt trong tÇng tua bin khÝ
Sau ®©y ta nghiªn cøu c¸c tæn th¸t cña Tua bin khÝ kh«ng ®−îc lµm
nguéi. VÒ b¶n chÊt chóng t−¬ng tù nh− c¸c tæn thÊt trong m¸y nÐn .Bao
gåm : tæn thÊt profin , tæn thÊt ®u«i l¸ , tæn thÊt phô, tæn thÊt l−u l−îng...
C¸c tæn thÊt profin g¾n liÒn víi sù t¹o ra líp biªn vµ vïng t¸ch dßng trªn
bÒ mÆt l¸ tua bin vµ trong mét sè chÕ ®é cã thÓ suÊt hiÖn va trong dßng khÝ
ch¸y ch¶y bao quanh c¸c l¸. Kh¸c víi m¸y nÐn ,vËn tèc cña dßng khÝ ch¸y
ch¶y trong tÇng tua bin t¨ng lªn vµ ¸p suÊt gi¶m xuèng v× vËy líp biªn trªn
bÒ mÆt c¸c l¸ tua bin máng h¬n vµ æn ®Þnh h¬n so víi m¸y nÐn nªn ®¶m b¶o
tæn thÊt thuû lùc gi¶m xuèng ®¸ng kÓ vµ thùc tÕ kh«ng dÉn ®Õn sù ph¸t triÓn
cña c¸c dßng ch¶y t¸ch dßng cã thÓ g©y nªn ho¹t ®éng mÊt æn ®Þnh cña Tua
bin. Vïng t¸ch dßng côc bé kh«ng lín l¾m vµ tån t¹i ë mÐp sau cña l¸ cïng
víi sù t¹o xo¸y g©y nªn tæn thÊt bæ xung ë mÐp l¸ nh−ng kh«ng ¶nh h−ëng
tíi tÝnh æn ®Þnh cña dßng khÝ ch¸y ch¶y trong tÇng Tua bin nãi chung.
Nh÷ng tæn thÊt ®u«i l¸ g¾n liÒn víi sù tån t¹i cña líp biªn trªn c¸c bÒ mÆt
vá vµ lâi tua bin , víi sù ch¶y trµn cña khÝ ch¸y trong khe hë h−íng kÝnh cña
®Ønh l¸ Rotor vµ khung Stator. Tæn thÊt do khÝ ch¸y trµn trong khe hë h−íng
kÝnh lµ do mét phÇn khÝ ch¸y ch¶y qua khe hë sÏ kh«ng thùc hiÖn c«ng quay
tua bin . Ngoµi ra , khÝ ch¸y ch¶y trµn sÏ lµm gi¶m ®é chªnh ¸p trªn phÇn
®−êng kÝnh ®Ønh cña l¸. ViÖc øng dông c¸c l¸ Rotor cã c¸c ®Õ ngoµi kÕt hîp
víi c¸c bé bÞt kÝn khÝ hÇu nh− lo¹i trõ hoµn toµn c¸c tæn thÊt trong khe hë
h−íng kÝnh.
Nh÷ng tæn thÊt phô g¾n liÒn víi sù t¹o ra c¸c xo¸y ®u«i vµ th−êng ®−îc
nghiªn cøu víi c¸c tæn thÊt ®u«i l¸. Trong lý thuyÕt c¸c Tua bin khÝ ng−êi ta
xem xÐt c¸c tæn thÊt theo tèc ®é tho¸t còng lµ mét phÇn hîp thµnh cña c¸c
tæn thÊt trong Tua bin.
Trang 93
Ngoµi nh÷ng tæn thÊt ®· nªu , trong tÇng Tua bin , mét phÇn n¨ng l−îng
bÞ tæn hao do sù ma s¸t cña khÝ ch¸y víi c¸c mÆt c¹nh ®Üa vµ víi c¸c bÒ mÆt
ngoµi cña vµnh ®Õ ®Ønh l¸ , do ma s¸t trong æ ®ì vµ do sù trµn khÝ ch¸y qua
c¸c bé phËn bÞt kÝn .
IV. Sù biÕn ®æi c¸c th«ng sè cña dßng ch¶y theo b¸n kÝnh tua bin
Sù biÕn thiªn c¸c th«ng sè cña dßng khÝ ch¸y vµ cña tèc ®é quay U theo
®é cao l¸ sÏ lµm cho tam gi¸c vËn tèc biÕn ®æi vÒ c¬ b¶n däc theo b¸n kÝnh
cña tÇng tua bin. §Ó ®¹t ®−îc gi¸ trÞ hiÖu suÊt cña tÇng cao , c¸c l¸ Tua bin
ph¶i ®−îc ®Þnh h×nh ®Æc biÖt , lµm cho h×nh d¹ng cña chóng phï hîp víi
h×nh d¹ng cña tam gi¸c vËn tèc theo tÝnh to¸n. D¹ng l¸ cña tua bin th−êng
®−îc t¹o ra theo quy luËt l−u tèc kh«ng ®æi hoÆc α1 = const (gãc dßng khÝ
vµo Rotor). VËn tèc cña dßng khÝ ®−îc ph©n ra thµnh 2 thµnh phÇn lµ thµnh
phÇn vËn tèc däc trôc Va vµ thµnh phÇn vËn tèc quay Vu .
Theo quy luËt l−u tèc kh«ng ®æi nghÜa lµ r.Vu = const , c¸c th«ng sè cña
dßng biÕn thiªn theo ®é cao l¸ còng nh− trong tÇng m¸y nÐn t¹o d¹ng l¸ theo
quy luËt t−¬ng tù : thµnh phÇn tèc ®é däc trôc cña khÝ ch¸y gi÷ kh«ng ®æi ,
¸p suÊt kh«ng khÝ t¨ng theo b¸n kÝnh khi Vu ≠ 0 , p1 t¨ng tõ ch©n tíi ®Ønh l¸
lµm gi¶m entanpy ë Stator vµ lµm t¨ng ®é ph¶n lùc theo ®é cao l¸. V1u gi¶m
xuèng theo chiÒu t¨ng cña r khi V1a = const dÉn ®Õn lµm t¨ng gãc α1 tøc lµ
c¸c l¸ cña Stator ph¶i cã ®é vÆn nµo ®ã. C¸c l¸ Rotor còng ph¶i cã ®é vÆn
t−¬ng øng víi sù biÕn thiªn cña tam gi¸c vËn tèc theo b¸n kÝnh. C¸c l¸ Stator
t¹o d¸ng theo quy luËt α1 = const cã profin kh«ng ®æi theo ®é cao vµ chÕ t¹o
rÊt dÔ dµng. Víi c¸c l¸ t−¬ng ®èi ng¾n th× sù biÕn ®æi cña thµnh phÇn vËn tèc
quay theo ®é cao l¸ kh«ng lín , ®iÒu nµy cho phÐp dùng toµn bé profin l¸
theo c¸c th«ng sè cña dßng khÝ ch¸y vµ theo c¸c tam gi¸c tèc ®é theo b¸n
kÝnh trung b×nh.
Trang 94
V. c¸c s¬ ®å phÇn ch¶y vμ sù ph©n phèi c«ng cña khÝ ch¶y gi÷a
c¸c tÇng
S¬ ®å phÇn ch¶y cña Tua bin nhiÒu tÇng ®−îc x¸c ®Þnh chñ yÕu tõ c¸c lý
do c«ng nghÖ vµ bè côc - kÕt cÊu. §Æc ®iÓm chung víi tÊt c¶ c¸c tua bin lµ
sù t¨ng diÖn tÝch phÇn ch¶y tõ phÇn nä sang phÇn kia , ®iÒu nµy cã liªn quan
tíi sù gi¶m mËt ®é khÝ ch¸y khi nã gi·n në trong tua bin vµ víi sù h¹n chÕ
®é lín vËn tèc ë cöa ra tua bin .
C¸c s¬ ®å ch¸y sau ®©y ®−îc ¸p dông réng r·i nhÊt trong nh÷ng kÕt cÊu
hiÖn cã : ®−êng kÝnh ®Ønh kh«ng ®æi (h×nh 2-a) , ®−êng kÝnh trung b×nh
kh«ng ®æi (h×nh 2-b) , ®−êng kÝnh ch©n kh«ng ®æi (h×nh 2-c) , ®−êng kÝnh
trong t¨ng dÇn (h×nh 2-d).
a
b
c
D®=const
Dtb=const
d
Dc=const
c
H-3.2 : C¸c s¬ ®å ch¶y
C¸c s¬ ®å ®−êng kÝnh ngoµi vµ ®−êng kÝnh trung b×nh kh«ng ®æi cã −u
®iÓm lµ c«ng nghÖ chÕ t¹o dÔ dµng . VÝ dô víi s¬ ®å ®−êng kÝnh trung b×nh
kh«ng ®æi th× c¸c ®Üa ë tÊt c¶ c¸c tÇng tua bin cã thÓ gièng nhau. Trong s¬
®å ®−êng kÝnh trong kh«ng ®æi cã c¸c ®iÒu kiÖn thuËn lîi h¬n cho dßng khÝ
ch¶y kh«ng bÞ t¸ch dßng ë ®−êng kÝnh trong vµ ë vá ngoµi (gãc nghiªng so
víi trôc tua bin nhá). S¬ ®å cuèi cïng lµ s¬ ®å phï hîp khi sè vßng quay c¸c
tÇng sau cïng cña tua bin bÞ h¹n chÕ. C¸c ®éng c¬ Tua bin khÝ 2 hoÆc 3 trôc
th−êng ¸p dông c¸c s¬ ®å hçn hîp phÇn ch¶y cña tua bin. D¹ng cña phÇn
Trang 95
ch¶y ®−îc x¸c ®Þnh khi xÐt ®Õn sù ph©n phèi chªnh nhiÖt (c«ng) gi÷a c¸c
tÇng. Sù ph©n phèi c«ng gi÷a c¸c tÇng lµ mét trong nh÷ng vÊn ®Ò chÝnh trong
thiÕt kÕ Tua bin vµ gi¶i quyÕt nã phô thuéc vµo ®Æc ®iÓm cña s¬ ®å khÝ ®éng
®éng c¬. NÕu ®éng c¬ lµ mét trôc tøc lµ tÊt c¶ c¸c tÇng cña tua bin ®−îc g¾n
trªn mét trôc th× râ rµng tèc ®é quay trung b×nh tØ lÖ víi ®−êng kÝnh trung
b×nh U1 = const .D1 . Ta lÊy gÇn ®óng th«ng sè U/V1 ®èi víi tÊt c¶ c¸c tÇng
lµ nh− nhau vµ gÇn víi gi¸ trÞ tèi −u th× khi cã cïng gi¸ trÞ cña ®é ph¶n lùc sÏ
®¶m b¶o gi¸ trÞ cho ®¹i l−îng hiÖu suÊt cao trong tÊt c¶ c¸c tÇng. Khi ®ã
V1i..=..const . Di , nÕu coi tæn thÊt trong tÊt c¶ c¸c tÇng l¸ nhau th× chªnh
nhiÖt ®é ph¶i gi¶m tõ tÇng nä ®Õn tÇng kia øng víi s¬ ®å H2-a ; chªnh nhiÖt
gi÷ kh«ng ®æi ®èi víi s¬ ®å H2-b vµ t¨ng lªn ®èi víi 2 s¬ ®å H2-c vµ H2-d.
Trong thùc tÕ ë c¸c tÇng ®Çu th−êng thÊy ®é chªnh nhiÖt (c«ng ) cao h¬n v×
trªn tiÕt diÖn ra cña c¸c tÇng ®Çu cã thÓ cho phÐp ®é vÆn dßng lín cña dßng
khÝ ch¸y , nã cho phÐp t¨ng hÖ sè t¶i träng khi tØ sè U/V1 h¬i gi¶m do V1
t¨ng. Ngoµi ra chªnh nhiÖt trong tÇng ®Çu t¨ng (tÇng nµy lµm viÖc trong ®iÒu
kiÖn ngÆt nghÌo nhÊt) sÏ ®¶m b¶o nhiÖt ®é khÝ ch¸y sau nã vµ cho phÐp ®¬n
gi¶n ho¸ vÊn ®Ò lµm nguéi c¸c tÇng phÝa sau. §ång thêi viÖc t¨ng V1 dÉn ®Õn
viÖc lµm gi¶m nhiÖt ®é khÝ ch¸y thæi qua c¸c l¸ lµm viÖc tÇng ®Çu nªn lµm
nguéi chóng ®−îc dÔ dµng .
Chªnh nhiÖt trong c¸c tÇng cuèi h¬i gi¶m lµ hîp lý . T¹i ®©y , c¸c gi¸ trÞ
®−êng kÝnh ch©n t−¬ng ®èi nhá th× ®é ph¶n lùc ©m. §Ó tr¸nh ®iÒu nµy ,
ng−êi ta chän gi¸ trÞ mËt ®é khÝ ch¸y cao h¬n vµ t−¬ng øng lµ tØ sè U/ V1 cao
h¬n nªn ë gi¸ trÞ U ®· cho cÇn ph¶i gi¶m V1 tøc lµ gi¶m møc chªnh nhiÖt
tiªu thô.
Trong tr−êng hîp sö dông Tua bin nhiÒu tÇng , ®èi víi c¸c trôc n»m trªn
c¸c tÇng kh¸c nhau th× sù tØ lÖ cña U vµ D bÞ ph¸ vì vµ sù ph©n phèi chªnh
nhiÖt gi÷a c¸c nhãm tÇng x¶y ra t−¬ng øng víi gi¸ trÞ c«ng cÇn thiÕt ®Ó lµm
Trang 96
quay c¸c tÇng m¸y nÐn vµ qu¹t. Sù ph©n phèi chªnh nhiÖt cuèi cïng gi÷a c¸c
tÇng tua bin ®−îc tiÕn hµnh trªn c¬ së tÝnh to¸n khÝ ®éng chi tiÕt cho tÊt c¶
c¸c tÇng.
VI. Lμm nguéi c¸c l¸ tua bin khÝ
N©ng cao nhiÖt ®é ch¸y tr−íc tua bin lµ mét trong nh÷ng ph−¬ng ph¸p c¬
b¶n ®Ó c¶i thiÖn c¸c th«ng sè chÝnh cña ®éng c¬. Nh÷ng vËt liÖu chÞu nhiÖt
hiÖn nay ®¶m b¶o ®é bÒn cÇn thiÕt cho c¸c l¸ tua bin kh«ng ®−îc lµm nguéi
ë nhiÖt ®é kh«ng qu¸ 1150 ®Õn 1200 K. trong ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é cao h¬n ,
c¸c l¸ ph¶i ®−îc lµm nguéi. Trong c¸c tua bin chÕ t¹o cho ®éng c¬ hµng
kh«ng , c¸c l¸ ®−îc sö dông réng r·i s¬ ®å lµm nguéi b»ng kh«ng khÝ.
Kh«ng khÝ ®−îc trÝch tõ m¸y nÐn sau khi lµm nguéi c¸c l¸ th× ch¶y vµo phÇn
ch¶y cña Tua bin. Ngoµi ra ng−êi ta cã thÓ cho l−u th«ng chÊt lµm nguéi ë
thÓ láng hay thÓ khÝ theo mét s¬ ®å khÐp kÝn.
Trong s¬ ®å lµm nguéi b»ng kh«ng khÝ theo kiÓu hë , nhiÖt ®é cña c¸c l¸
®−îc duy tr× ë møc ®é quy ®Þnh b»ng c¸c c¸ch kh¸c nhau. Lµm nguéi kiÓu
®èi l−u trong vµ ®èi l−u mµng hiÖn nay ®−îc øng dông nhiÒu vµ trong t−¬ng
lai lµ lµm nguéi kiÓu thÈm thÊu
Trong kiÓu lµm nguéi ®èi l−u bªn trong , kh«ng khÝ lµm nguéi ch¶y theo
c¸c r·nh ®Æc biÖt lµm bªn trong c¸c l¸ vµ ®−îc x¶ vµo phÇn ch¶y. H×nh d¹ng
sè l−îng c¸c r·nh vµ ®−êng chuyÓn ®éng cña kh«ng khÝ trong chóng cã thÓ
kh¸c nhau nh− trªn h×nh 3-3 trang sau:
Trang 97
H-3.3
C¸c s¬ ®å lµm nguéi c¸nh tua bin
a, b, c : lµm nguéi b»ng ®èi l−u bªn trong
d
: lµm nguéi b»ng ®èi l−u mµng
e
: lµm nguéi b»ng thÈm thÊu
Trong c¸c l¸ lµm theo s¬ ®å a vµ b , kh«ng khÝ thæi vµo ë ch©n l¸ , ch¶y
theo c¸c r·nh däc h−íng kÝnh cã tiÕt diÖn trßn hay elip hay gÇn gièng d¹ng
profin ngoµi vµ tho¸t ra qua c¸c lç ë mÆt mót trªn vµo khe hë h−íng kÝnh.
HiÖu qu¶ cña c¸ch lµm nguéi kiÓu ®èi l−u ®−îc n©ng cao b»ng c¸ch t¨ng
diÖn tÝch trong cña c¸c l¸ nhê c¸c g©n hay ®Æt trong nã sè l−îng c¸c mÊu lâi
ng¾n h×nh trô. Ph−¬ng ph¸p kh¸c ®Ó t¨ng c−êng ®é lµm nguéi lµ cho vµo bªn
trong l¸ mµng ch¾n ®−îc dËp ®Æc biÖt tõ thÐp máng(h×nh 3-b)
Khe hë gi÷a mµng ch¾n vµ thµnh vá lµ 0,5 ®Õn 1,5 mm. Trong l¸ nµy ,
kh«ng khÝ lµm m¸t ban ®Çu ®−îc ch¶y vµo trong mµng ch¾n sau ®ã qua c¸c
lç trong mµng tiÕn vÒ phi¸ mÐp tr−íc (phÇn l¸ nãng nhÊt) , chuyÓn ®éng
trong khe hë däc thµnh vµ x¶ vµo phÇn ch¶y qua khe n»m ë mÐp sau hay gÇn
mÐp sau. Nhê mµng ch¾n mµ tèc ®é cña khÝ lµn nguéi trong l¸ t¨ng lªn vµ hÖ
sè truyÒn nhiÖt tõ thµnh l¸ vaß khÝ còng t¨ng lªn.
Trang 98
Khi lµm nguéi theo kiÓu ®èi l−u h×nh 3-d , kh«ng khÝ chuyÓn ®éng theo
c¸c r·nh bªn trong thæi ra ngoµi qua c¸c lç ®Æc biÖt trµn trªn mÆt l¸ t¹o ra
líp mµng b¶o vÖ ®Ó gi¶m sù truyÒn nhiÖt tõ khÝ nãng sang bÒ mÆt l¸ , phÇn
cßn l¹i ®−îc tæ chøc lµm nguéi t−¬ng tù nh− ®· tr×nh bµy ë trªn.
Lµm nguéi kiÓu thÊm (h×nh 3-e) lµ hiÖu qu¶ nhÊt , l¸ ®−îc cÊu t¹o tõ mét
th©n chÞu lùc cã g©n bªn trong vµ thµnh ngoµi xèp. Kh«ng khÝ thæi qua c¸c
lç li ti trªn thµnh hÊp thô nhiÖt vµ t¹o trªn bÒ mÆt ngoµi mét líp b¶o vÖ. CÇn
l−u ý r»ng , lµm nguéi kiÓu thÊm hiÖn ch−a ®−îc sö dông réng r·i v× ch−a cã
®−îc vËt liÖu chÞu nhiÖt dïng ®Ó chÕ t¹o thµnh l¸ vµ ®é «xy ho¸ mµ ®é xèp
gi¶m dÇn theo thêi gian.
Lµm nguéi kiÓu ®èi l−u vµ ®èi l−u mµng ë c¸c l¸ g©y ¶nh h−ëng nhiÒu
mÆt tíi hiÖu suÊt tua bin. Do sù truyÒn nhiÖt rÊt m¹nh tõ bÒ mÆt l¸ vµ mËt ®é
khÝ ch¸y t¨ng trong líp biªn mµ c¸c tæn thÊt profin ®Æc biÖt lµ tæn thÊt phô
trong m¹ng profin t¨ng nhanh. Nh÷ng tæn thÊt bæ xung do tèn c«ng ®Èy
kh«ng khÝ lµm nguéi chuyÓn ®éng trong c¸c r·nh vµ trén nã víi dßng khÝ
ch¸y khi nã tho¸t ra qua c¸c lç trong c¸c l¸. Tuy nhiªn viÖc x¶ khÝ qua ®Çu
mót c¸c l¸ Rotor lµm gi¶m tæn thÊt do ch¶y trµn trong khe hë h−íng kÝnh ,
cßn viÖc x¶ khÝ qua c¸c khe hë ë mÐp sau sÏ c¶i thiÖn sù ch¶y vµ gi¶m tæn
thÊt mÐp l¸. Ngoµi ra kh«ng khÝ ch¶y vµo tõ c¸c r·nh lµm nguéi cña Stator sÏ
thùc hiÖn c«ng cã Ých trong Rotor phÇn nµo ®ã bï l¹i c¸c tæn thÊt nªu trªn.
V× vËy nãi chung sù kh¸c biÖt vÒ hiÖu suÊt cña c¸c tÇng lµm nguéi vµ
kh«ng lµm nguéi lµ kh«ng lín l¾m.
Mét trong nh÷ng bµi to¸n c¬ b¶n trong chÕ t¹o tÇng tua bin ®−îc lµm
nguéi lµ x¸c ®Þnh l−u l−îng kh«ng khÝ cÇn thiÕt ®Ó lµ nguéi c¸c l¸ xuèng
nhiÖt ®é yªu cÇu. Trong s¬ ®å lµm nguéi b»ng kh«ng khÝ theo kiÓu hë th× l−u
l−îng nµy t¨ng sÏ lµm gi¶m ®¸ng kÓ hiÖu øng cã lîi do t¨ng nhiÖt ®é khÝ
ch¸y tr−íc Tua bin . C−êng ®é lµm nguéi ®−îc ®Æc tr−ng bëi hÖ sè θ - nã lµ
Trang 99
tØ sè gi÷a hiÖu nhiÖt ®é khÝ (TKC) vµ nhiÖt ®é T1 víi hiÖu nhiÖt ®é khÝ ch¸y
víi nhiÖt ®é kh«ng khÝ lµm nguéi .
θ=
TKC − T1
TKC − T1m
§èi víi c¸c l¸ tua bin cña Rotor , nhiÖt ®é khÝ ch¸y ®−îc x¸c ®Þnh theo
th«ng sè dßng ch¶y trong chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi. Sù hoµn thiÖn cña tæ chøc
lµm nguéi l¸ Tua bin ®−îc ®¸nh gi¸ b»ng sù phô thuéc cña hÖ sè θ vµo l−u
l−îng t−¬ng ®èi cña kh«ng khÝ lµm nguéi (GLM / GKC). NÕu tØ sè nÐn vµ tèc
®é bay t¨ng th× nhiÖt ®é kh«ng khÝ lµm nguéi lÊy sau m¸y nÐn sÏ t¨ng vµ
lµm xÊu ®i ®iÒu kiÖn lµm nguéi lµ tua bin. §Ó gi÷ ®−îc nhiÖt ®é cho phÐp
cña l¸ , nhiÖt ®é kh«ng khÝ lµm nguéi t¨ng ®ßi hái ph¶i t¨ng l−u l−îng t−¬ng
®èi cña kh«ng khÝ lµm nguéi hay gi¶m nhiÖt ®é cho phÐp tr−íc Tua bin dÉn
®Õn lµm gi¶m lùc ®Èy lín nhÊt cña ®éng c¬.
ViÖc ®¶m b¶o lµm nguéi tin cËy c¸c l¸ Tua bin khi duy tr× c¸c th«ng sè
cña ®éng c¬ cao chØ cã thÓ thùc hiÖn ®−îc b»ng c¸ch gi¶m nhiÖt ®é khÝ lµm
nguéi. Gi¶m nhiÖt ®é kh«ng khÝ lµm nguéi ®−a ®Õn c¸c l¸ Rotor cã thÓ thùc
hiÖn ®−îc b»ng c¸ch g©y xo¸y theo chiÒu quay Rotor. §iÒu nµy thùc hiÖn
®−îc nhê kh«ng khÝ gi·n trong m¹ng profin t−¬ng tù ë Stator cña tua bin.
Kh¶ n¨ng gi¶m nhiÖt ®é lµm nguéi khÝ lµm m¸t b»ng c¸ch lµm nguéi s¬ bé
kh«ng khÝ trÝch tõ sau maý nÐn ®ùoc nghiªn cøu trong bé t¶n nhiÖt kh«ng
khÝ. Trong chÕ ®é ho¹t ®éng thÊp cña ®éng c¬ , viÖc cung cÊp khÝ lµm nguéi
®Õn c¸c l¸ cã thÓ gi¶m ®i hay ngõng h¼n ®Ó c¶i thiÖn tÝnh kinh tÕ cña ®éng
c¬.
Trang 100
VII. C¸c ®Æc tÝnh cña tua bin khÝ
Trong ®éng c¬ tua bin khÝ hµng kh«ng , ®iÒu kiÖn ho¹t ®«ng cña Tua bin
biÕn ®æi theo ®é cao , tèc ®é bay , sè vßng quay Rotor . . . Khi ho¹t ®éng
trong c¸c chÕ ®é kh«ng tÝnh to¸n , ®Æc ®iÓm cña dßng qua c¸c l¸ Rotor vµ
Stator , chªnh nhiÖt trong c¸c tÇng kh¸c nhau cña tua bin biÕn ®æi , vµ t−¬ng
−ng víi c¸c th«ng sè cña dßng khÝ däc theo dßng ch¶y còng lÖch ®i so víi
c¸c gi¸ trÞ tÝnh to¸n , l−u l−îng khÝ ch¸y , hiÖu suÊt , c«ng trªn trôc tua bin
còng biÕn ®æi.
§Æc tÝnh cña Tua bin lµ nh÷ng sù phô thuéc vµo c¸c th«ng sè chÝnh cña
Tua bin vµo c¸c th«ng sè x¸c ®Þnh chÕ ®é lµm viÖc cña nã. C¸c th«ng sè
quan träng nhÊt cña Tua bin lµ : l−u l−îng khÝ ch¸y GKC ; C«ng trªn trôc tua
bin LT vµ hiÖu suÊt ηT. ChÕ ®é lµm viÖc cña tua bin ®−îc x¸c ®Þnh bëi sè
vßng quay n ; nhiÖt ®é h·m (TT) vµ ¸p suÊt h·m (PT) cña khÝ ë cöa vµo , tØ sè
nÐn π.
Còng nh− m¸y nÐn , ®Æc tÝnh cña tua bin cã thÓ thu ®−îc b»ng thùc
nghiÖm hoÆc tÝnh to¸n. C¸c ®Æc tÝnh thùc nghiÖm lµ tin cËy nhÊt. Tuy nhiªn
®Ó thu ®−îc ®Æc tÝnh cÇn ph¶i t¹o ®−îc c¸c thiÕt bÞ n¨ng l−îng lín , ®¾t tiÒn
vµ phøc t¹p.
Cã c¸c ph−¬ng ph¸p kh¸c nhau ®Ó biÓu diÔn ®Æc tÝnh cña Tua bin. XuÊt
ph¸t tõ lý thuyÕt ®ång d¹ng chung . khi dùng ®Æc tÝnh tua bin ng−êi ta dïng
c¸c th«ng sè tiªu chuÈn nh− (KC : khÝ ch¸y ; h :h·m ) :
- Th«ng sè l−u l−îng :
- Th«ng sè vßng quay :
G KC . Th.KC
PtKC
n
ThKC
- Th«ng sè c«ng LT/ ThKC còng nh− tØ sè nÐn
Trang 101
- HiÖu suÊt tua bin (3 lo¹i hiÖu suÊt)
C¸c ®Æc tÝnh Tua bin nh− th«ng sè l−u l−îng , th«ng sè c«ng , hiÖu suÊt
th−êng lµ hµm cña th«ng sè vßng quay vµ tØ sè nÐn vµ ®−îc lËp thµnh c¸c ®å
thÞ. Sù biÕn ®æi hiÖu suÊt cña tua bin mét tÇng khi tØ sè nÐn thay ®æi g¾n liÒn
víi sù biÕn ®æi cña th«ng sè U/V1 . Th«ng sè nµy ¶nh h−ëng tíi h×nh d¹ng
cña tan gi¸c vËn tèc , tíi gãc tÊn t¹i tiÕt diÖn vµo cña c¸c l¸ Rotor vµ t−¬ng
øng víi møc tæn thÊt thuû lùc trong tÇng. T¹i mét gi¸ trÞ U/V1 gãc tÊn b»ng
gi¸ trÞ lµm hiÖu suÊt cùc ®¹i. Khi t¨ng tû sè nÐn lµm t¨ng møc chªnh ¸p
trong Stator , t¨ng V1 lµm cho tØ sè U/V1 gi¶m lµm gi¶m gãc β1 tøc lµ lµm
t¨ng gãc tÊn dÉn ®Õn t¨ng tæn thÊt lµm gi¶m hiÖu suÊt tua bin. Ng−îc l¹i
gi¶m gãc tÊn sÏ lµ gãc tÊn ©m g©y gi¶m hiÖu suÊt nh−ng víi tèc ®é thÊp h¬n.
C¸c yÕu tè sö dông nh− sù kh«ng ®ång ®Òu vµ kh«ng dõng cña dßng ë
cöa vµo tua bin ¶nh h−ëng kh«ng ®¸ng kÓ tíi ®Æc tÝnh cña nã . §iÒu nµy
®−îc gi¶i thÝch bëi ®Æc ®iÓm cña dßng khÝ chÈy trong tua bin trong ®ã cã sù
t¨ng tèc vµ gÜn khÝ mµ kh«ng cã ®IÒu kiÖn t¹o ra c¸c vïng t¸ch dßng ph¸t
triÓn vµ c¸c vïng ch¶y ng−îc. Sù ¨n mßn l¸ do gØ , do t¸c dông bµo mßn cña
c¸c h¹t nhá dÉn ®Õn lµm gi¶m hiÖu suÊt còng nh− th«ng sè C«ng cã thÓ dÉn
®Õn lµm t−ng nhiÖt ®é ch¸y tr−íc tua bin . viÖc gi¶m Re < ReTH còng lµm
gi¶m hiÖu suÊt vµ hÖ sè c«ng nh−ng muèn ®¸nh gi¸ chÝnh x¸c ph¶I cã sè liÖu
thùc nghiÖm.
§èi víi tua bin nhiÒu tÇng , do cã sù kh«ng ®ång bé trong c¸c chÕ ®é
ho¹t ®éng cña tõng tÇng do khi tØ sè nÐn biÕn ®æi , diÖn tÝch c¸c tiÕt diÖn
ch¶y däc theo c¸c tÇng kh«ng t−¬ng øng víi sù biÕn ®æi cña mËt ®é khÝ ch¸y
lµm sù ph©n bè vËn tèc còng nh− hÖ sè vËn tèc lÖch ®I so víi chÕ ®é tÝnh
to¸n.
Trang 102
ViII . TÝnh to¸n thiÕt kÕ Tua bin
Dßng khÝ ch¸y tõ buång ch¸y tíi Tua bin ®i qua c¸nh h−íng Stator råi
vµo Rotor. S¬ ®å kÕt cÊu vµ gi¶n ®å tam gi¸c vËn tèc cña mét tÇng Tua bin
®−îc thÓ hiÖn ®¬n gi¶ theo s¬ ®å d−íi ®©y:
H-3.4 Gi¶n ®å vËn tèc vµ m« h×nh cña Tua bin
Ph−¬ng tr×nh Euleur viÕt cho mét ®¬n vÞ l−u l−îng khèi t¹i Rotor vµ b¸n
kÝnh vµo vµ ra Rotor kh«ng ®æi cã d¹ng nh− sau:
hT 2 − hT 3 = C P .(TT 2 − TT 3 ) =
ω .r
gc
(v 2 + v 3 )
(3.1)
Do gãc α2 lín t¹i tiÕt diÖn ra cña Stator vµ c¸nh Rotor cã ®é vÆn lín lªn
vËn tèc v3 lu«n d−¬ng (do α3 lu«n d−¬ng). VËy hai thµnh phÇn vËn tèc tiÕp
lu«n ®−îc céng víi nhau kh¸c víi ë M¸y nÐn.
Trang 103
1. C¸c th«ng sè cña tua bin:
a- HiÖu suÊt ®o¹n nhiÖt
HiÖu suÊt ®o¹n nhiÖt lµ tØ sè gi÷a c«ng thùc tÕ vµ c«ng suÊt lý thuyÕt
(qu¸ tr×nh ®¼ng Entropi )
h −h
C (T − T )
ηt = T 1 T 3 = P T 1 T 3 =
hT 1 − hT 3S C P (TT 1 − TT 3S )
1−
TT 3
TT 1
P
⎞
1 − ⎛⎜ T 3
⎟
P
T1 ⎠
⎝
γ c −1
γc
(3.2)
b- HÖ sè t¶i träng tÇng:
§©y lµ tØ sè gi÷a c«ng cña mét ®¬n vÞ l−u l−îng khèi víi b×nh ph−¬ng
vËn tèc ®Ønh c¸nh. HÖ sè nµy n»m trong kho¶ng 1,3 ®Õn 2,2.
ψ=
g c .ΔhT g c .C P .ΔTT
=
(ω .r ) 2
(U ) 2
(3.3)
c- HÖ sè dßng:
lµ tØ sè gi÷a vËn tèc däc trôc vµo Rotor vµ vËn tèc quay.
Φ=
u2
u
= 22
2
(ω .r )
(U )
(3.4)
d- §é ph¶n lùc:
lµ tØ sè gi÷a entanpy tÜnh cña Rotor vµ entanpy tæng cña tÇng
0
R=
h2 − h3
T − T3
= 2
hT 1 − hT 3 TT 1 − TT 3
(3.5)
NÕu u3 = u2 th× :
0
Rt =
tan β 3 − tan β 2
u 2 tan β 3 − tan β 2
=Φ
ω .r
2
2
(3.6)
Dùa vµo ®é ph¶n lùc ng−êi ta ph©n ra tua bin cã ®é ph¶n lùc b»ng
kh«ng vµ tua bin cã ®é ph¶n lùc 50%.
Trang 104
Víi Tua bin cã ®é ph¶n lùc b»ng kh«ng th× entanpy tÜnh trong Rotor
lµ mét h»ng sè : h3 = h2 vµ tg(β3 ) = tg (β2)
¸p suÊt däc theo Rotor kh«ng thay ®æi vµ ng−êi ta gäi ®©y lµ tua bin
xung lùc. Ta cã:
v2 = u2.tgα2
v3 = u2 .tgα3 =u2 .tgα2 - 2ω.r
ψ=
g c .Δh T g c .C P .ΔTT ω.r.Δv
=
=
= 2.(Φ.tgα 2 − 1) = 2.Φ.tgβ 2
(ω.r ) 2
(ω.r ) 2
(ω.r ) 2
khi α3 = 0 th× HÖ sè t¶i träng b»ng 2.
Tua bin cã ®é ph¶n lùc 50% th× tam gi¸c vËn tèc sÏ ®èi xøng do . Gi¶i
ph−¬ng tr×nh (3.6) ta sÏ ®−îc α2 = β3 vµ α3 = β2 vµ
tgβ3 − tgβ 2 = tgα 2 − tgα 3 =
ψ=
ω.r 1
=
Φ
u
.Δv
= 2.Φ.tgα 2 − 1 = 2.Φ.tgβ3 − 1
ω.r
(nÕu β3 = 0 th× hÖ sè t¶i träng tÇng sÏ b»ng 1 )
Dßng khÝ ra khái Tua bin h−íng trôc :
α3 = 0 , v3 =0 => tgβ3 = 2.ω.r / u2
Theo c«ng thøc (3.6) ta cã ®é ph¶n øng lµ:
0
u ⎛ ω.r
1 u.tgβ2
⎞
− tgβ2 ⎟ =
−
⎜
2.ω.r ⎝ u
2 2.ω.r
⎠
v
ψ
= 1−
= 1−
⇒ ψ = 2.(1 − 0 R t )
2.ω.r
2
Rt =
e- C¸c th«ng sè cña profin c¸nh Tua bin :
(3.7)
Trang 105
H×nh d¹ng c¸nh Tua bin ®ù¬c thÓ hiÖn trªn h×nh vÏ d−íi ®©y. VÒ c¬ b¶n nã
t−¬ng tù c¸nh m¸y nÐn nh−ng gãc lÖch δt nhá h¬n do chiÒu dÇy líp biªn
nhá h¬n trong c¸nh m¸y nÐn vµ nã ®−îc tÝnh theo c«ng thøc d−íi ®©y:
δt =
γi +γe
8 σ
(3.8)
αi - γe : Gãc tíi
αi + αe : Gãc vÆn
αe - γe : Gãc lÖch
γi + γe
: Gãc cung c¸nh
σ = c/s : §é dµy
θ
: Gãc ®Æt c¸nh
f- TØ sè nhiÖt ®é tÇng vµ tØ sè ¸p suÊt tÇng
TØ sè nhiÖt ®é tÇng ®−îc biÓu diÔn qua hÖ sè t¶i träng tÇng theo c«ng
thøc sau:
τs =
TT 3
TT 1
= 1 −ψ .
(ω .r ) 2
g c .C P .TT 1
(3.10)
TØ sè ¸p suÊt tÇng ®−îc tÝnh to¸n th«ng qua tØ sè nhiÖt ®é tÇng vµ hiÖu
suÊt tÇng et nh− sau:
πs =
PT 3
PT 1
⎛T ⎞
= ⎜⎜ T 3 ⎟⎟
⎝ TT 1 ⎠
γt
(γ t −1).et
γt
= (τ s ) (γ t −1).et
(3.11)
Trang 106
TÝnh to¸n thiÕt kÕ Tua bin víi gi¶ thiÕt lµ qu¸ tr×nh ®o¹n nhiÖt víi c¸c
th«ng sè d· biÕt lµ: Sè Mach vµo Rotor ( M2 ) ; nhiÖt ®é tæng vµo vµ ra
Tua bin ( TT1 , TT3 ) ; vËn tèc t¹i quay cña c¸nh (ω.r) ; gãc cña dßng khÝ
ra khái Tua bin (α3 ) ; nhiÖt dung riªng ®¼ng ¸p t¹i Tua bin (CPt ) ; hÖ sè
®o¹n nhiÖt (γt ) ; tØ sè vËn tèc däc trôc trong Rotor vµ Stator (u3 /u2 ).
Tr−íc tiªn ta tÝnh gãc cña dßng khÝ ra khái Stator (α2 ) , theo ph−¬ng
tr×nh Euler ¸p dông cho Tua bin víi TT1 = TT2 ta cã:
C P .(TT 2 − TT1 ) =
⇒ sin α 2
ω..r
( v 2 + v3 )
gc
v2
C P .g c .ΔT v3
=
=
−
V2
ω..r.V2
V2
(3.12)
MÆt kh¸c:
u
u u
v3
u
= 3 .tgα 3 = 3 . 2 .tgα 3 = 3 . cos α 2 .tgα 3
u2
u 2 V2
V2 V2
sin α 2 =
v2
CP .g c .ΔT u 3
=
− . cos α 2 .tgα 3
V2
ω..r.V2
u2
NÕu thÕ cosα2 b»ng biÓu thøc cña sinα2 th× ta sÏ cã c«ng thøc tÝnh
sinα2 nh− sau :
2
sin α 2 =
⎛ ω.r ⎞ ⎛ u 3
⎞
⎛u
⎞ ⎛ ω.r ⎞
⎜⎜ ψ. ⎟⎟ − ⎜⎜ .tgα 3 ⎟⎟. 1 + ⎜⎜ 3 .tgα 3 ⎟⎟ − ⎜⎜ ψ. ⎟⎟
⎝ V2 ⎠ ⎝ u 2
⎠
⎝ u2
⎠ ⎝ V2 ⎠
⎛u
⎞
1 + ⎜⎜ 3 .tgα 3 ⎟⎟
⎝ u2
⎠
2
2
(3.13)
TiÕp ®Õn ta sÏ tÝnh ®−îc vËn tèc t¹i tiÕt diÖn ra cña Rotor :
V3 =
u 3 cos α 2
.V2
u 2 cos α 3
§é ph¶n lùc sÏ ®−îc tÝnh to¸n nh− sau:
(3.14)
Trang 107
0
Rt =
T2 − T3
TT 2 − TT 3
= 1−
=
TT 2 − TT 3 − (TT 2 − T2 ) + TT 3 − T3
TT 2 − TT 3
V22 − V32
V 2 − V32
= 1− 2
2.g c .C P .(TT 2 − TT 3 )
2.ψ .(ω .r ) 2
1
= 1−
2.ψ .(ω .r ) 2
⎛ u 22
⎞
u 32
⎜⎜
⎟⎟
−
2
2
cos
(
α
)
cos
(
α
)
2
3 ⎠
⎝
VËy ®é ph¶n lùc lµ:
0
1 ⎛ V2 ⎞
Rt = 1 −
.⎜
⎟
2.ψ . ⎝ ω .r ⎠
2
⎛ ⎛ u . cos α
2
.⎜1 − ⎜⎜ 3
⎜ ⎝ u 2 . cos α 3
⎝
⎞
⎟⎟
⎠
2
⎞
⎟
⎟
⎠
(3.15)
Sè Mach t¹i tiÕt diÖn ra Rotor lµ :
M3 = M 2.
V3
V2
T2
T3
(3.16)
ë ®©y:
T3
T2
= 1 − 0 Rt .
ΔTT ⎛ γ − 1 2 ⎞
M2 ⎟
⎜1 +
2
TT 2 ⎝
⎠
Sè Mach , nhiÖt ®é tæng t−¬ng ®èi ë tiÕt diÖn ra cña Stator vµ Rotor :
M 2R = M 2 .
⎛
ω .r ⎞
⎟
cos α 2 + ⎜⎜ sin α 2 −
V2 ⎟⎠
⎝
V2 R = u + (v 2 − ω .r ) = V2
2
2
2
M 2R = M 2
2
2
⎛
ω .r ⎞
⎟
cos α 2 + ⎜⎜ sin α 2 −
V2 ⎟⎠
⎝
2
2
M 3R = M 3 .
2
(3.17)
V3 R
V3
V3 R = u + (v3 + ω .r ) = V3
2
3
V2 R
V2
⎛
ω .r ⎞
⎟⎟
cos α 3 + ⎜⎜ sin α 3 +
V
3 ⎠
⎝
2
2
Trang 108
M 3R = M 3
⎛
ω .r ⎞
⎟
cos α 3 + ⎜⎜ sin α 3 +
V3 ⎟⎠
⎝
T3 = TT 3 −
V32
V32R
= TT 3 R −
2.g c .C P
2.g c .C P
2
2
(3.18)
VËy ta cã :
TT 3 R = TT 3 +
V32R − V32
2.g c .C P
2
⎤
⎡
⎛
V
ω .r ⎞
2
⎟⎟ − 1⎥
⎢cos α 3 + ⎜⎜ sin α 3 +
= TT 3 +
2.g c .C P ⎢
V3 ⎠
⎥⎦
⎝
⎣
(3.19)
2
3
ViÖc tÝnh to¸n Tua bin còng ®−îc lËp tr×nh vµ thuËt to¸n dùa theo
tr×nh tù c¸c b−íc sau ®©y:
1. Th«ng sè ®Çu vµo
NhiÖt ®é tæng tr−íc stato
: Tt1
NhiÖt ®é tæng sau rotor
: Tt3
Tèc ®é trôc cao ¸p
: N2
Tèc ®é trôc thÊp ¸p
: N1
Sè mach vµo stator
: M1
Sè mach vµo rotor
: M2
Gãc dßng khÝ vµo stator
: α1
Gãc dßng khÝ ra khái rotor
: α3
NhiÖt dung riªng ®¼ng ¸p
: Cp
HÖ sè ®o¹n ®o¹n nhiÖt
: γ
TØ sè vËn tèc däc trôc
: u3/u2
HiÖu suÊt tÇng
: et
Trang 109
2. Th«ng sè ®Çu ra
Gãc dßng khÝ vµo Rotor
: α2
VËn tèc dßng khÝ vµo Rotor
: V2
VËn tèc däc trôc
: u2
NhiÖt ®é tÜnh ë tiÕt diÖn 2
: T2
¸p suÊt h·m ë tiÕt diÖn 2
: Pt2
Sè Mach t−¬ng ®èi tr−íc Rotor
: M2R
VËn tèc dßng khÝ ë tiÕt diÖn 3
: V3
VËn tèc däc trôc
: u3
Thµnh phÇn V3 vu«ng gãc víi trôc
: v3
NhiÖt ®é tÜnh t¹i tiÕt diÖn 3
: T3
¸p suÊt h·m ë tiÕt diÖn 3
: Pt3
¸p suÊt tÜnh
: P3
Sè mach ë tiÕt diÖn 3
: M3
Sè mach t−¬ng ®ãi ë tiÕt diÖn 3
: M3R
HÖ sè t¶i trong tÇng
:ψ
TØ sè vËn tèc
: VR
§é ph¶n lùc
: ºRt
TØ sè nÐn tÇng
: πS
HiÖu suÊt tÇng
: ηS
Trang 110
Tr×nh tù tÝnh to¸n:
1. nhiÖt ®é tÜnh tr−íc Stator :
T1=
Tt1
1 + [(γ − 1) / 2]. M12
2. VËn tèc dßng khÝ vµo Stator :
V1 =
2 gc c p Tt 1
[
1 + 2 / ( γ − 1) M 12
]
3. VËn t«c däc trôc vµo Stator (tiÕt diÖn 1)
u1 = V1.cosα1
4. NhiÖt ®é h·m t¹i tiÕt diÖn 2 ( sau Stator)
Tt2 = Tt1
5. NhiÖt ®é tÜnh t¹i tiÕt diÖn 2 ( sau Stator)
T2 =
Tt 2
1 + [(γ − 1) / 2] M 22
6. VËn tèc dßng khÝ ra khái Stator:
V2=
7. HÖ sè t¶i träng tÇng
2 gc c p Tt 2
[
1 + 2 / (γ − 1) M 22
]
Trang 111
ψ=
gc c p (Tt 1 − Tt 3 )
(ωr ) 2
8. TØ sè vËn tèc
VR =
1
2ψ
9. Gãc cña dßng khÝ vµo Rotor (so víi trôc quay)
2
ωr
α2 = sin
⎛u
⎞
⎛ ωr ⎞
u
ψ
− 3 tan α 3 1 + ⎜ 3 tan α 3 ⎟ − ⎜ψ ⎟
V2 u2
⎠
⎝ V2 ⎠
⎝ u2
-1
⎛u
⎞
1 + ⎜ 3 tan α 3 ⎟
⎝ u2
⎠
10. VËn tèc däc trôc t¹i tiÕt diÖn vµo Rotor
u2 = V2cosα2
11. Thµnh phÇn vËn tèc vu«ng gãc trôc cña V2
v2 = V2sinα2
12. VËn tèc cña dßng khÝ ra Rotor
V3 =
u3 cosα 2
.
V2
u2 cosα 3
13. VËn tèc däc trôc t¹i tiÕt diÖn ra cña Rotor
2
2
Trang 112
u3 = V3cosα3
14. Thµnh phÇn vËn tèc vu«ng gãc trôc cña V3
v3 = V3sinα3
15. §é ph¶n øng:
1
0
Rt = 1 2ψ
2
2
⎛ V2 ⎞ ⎡ ⎛ u3 cosα 2 ⎞ ⎤
⎜ ⎟ ⎢1 − ⎜ .
⎟ ⎥
⎝ ωr ⎠ ⎢ ⎝ u2 cosα 3 ⎠ ⎥
⎣
⎦
16. nhiÖt ®é tÜnh sau Rotor :
T3 = T2 - 0Rt(Tt1 - T3)
17. Sè Mach cña dßng khÝ sau Rotor
M3 = M2
V3
V2
T2
T3
18. Sè Mach M2R
M2R = M2
19. Sè Mach M3R
⎛
ωr ⎞
cos α 2 + ⎜ sin α 2 − ⎟
V2 ⎠
⎝
2
2
Trang 113
M3R = M3
⎛
ωr ⎞
cos α 3 + ⎜ sin α 3 + ⎟
V3 ⎠
⎝
2
2
20. NhiÖt ®é h·m TT3R vµ TT2R
2
⎤
⎛
V32 ⎡ 2
ωr ⎞
⎢cos α 3 + ⎜ sin α 3 + ⎟ − 1⎥
Tt3R = Tt3 +
2 gc c p ⎢
V3 ⎠
⎝
⎥⎦
⎣
Tt2R = Tt3R
21. ¸p suÊt tÜnh t¹i tiÕt diÖn 2
⎛T ⎞
P2 = Pt1 ⎜ 1 ⎟
⎝ Tt 1 ⎠
γ / ( γ −1)
22. TØ sè nhiÖt ®é h·m cña tÇng :
τs =
Tt 3
Tt 1
23. Ph−¬ng tr×nh
⎛
⎞⎛ u ⎞
Z s cx
u
= 2 cos2 α 2 ⎜ tan α1 + 2 tan α 2⎟ ⎜ 1 ⎟
s
u1
⎝
⎠ ⎝ u2 ⎠
(
)
2
24. Gãc gi÷a vËn tèc t−¬ng ®èi víi trôc quay ë sau Stator
Trang 114
β2 = tan −1
v2 − ωr
u2
25. Gãc gi÷a vËn tèc t−¬ng ®èi víi trôc quay ë sau Rotor
β3 = tan −1
v3 + ωr
u3
26. Ph−¬ng tr×nh
(
Zr cx
= 2 cos2 β3
s
⎛
⎞⎛ u ⎞
u
⎜ tan β3 + 2 tan β3 ⎟ ⎜ 2 ⎟
u1
⎝
⎠ ⎝ u3 ⎠
)
27. ¸p suÊt h·m cña dßng khÝ t¹i tiÕt diÖn 3
⎛T ⎞
Pt3 = Pt1 ⎜ t 3 ⎟
⎝ Tt 1 ⎠
γ /[ (γ −1) c1 ]
28. TØ sè nÐn tÇng:
πs =
Pt 3
Pt 1
29. HiÖu suÊt tÇng:
ηS=
1−τ
γ −1
γ
1−π s
2
Trang 115
30. ¸p suÊt tÜnh cña dßng khÝ t¹i tiÕt diÖn 3
⎛T ⎞
P3 = Pt3 ⎜ 3 ⎟
⎝ Tt 3 ⎠
γ / (γ −1)
31. ¸p suÊt h·m t−¬ng ®èi cña dßng khÝ t¹i tiÕt diÖn 3
Pt 3 R
⎛T ⎞
= P3 ⎜ t 3 R ⎟
⎝ T3 ⎠
γ /( γ −1)
C¸c th«ng sè kh¸c nh− tiÕt diÖn l−u th«ng , sè c¸nh , ¸p suÊt , nhiÖt
®é , c¸c b¸n kÝnh , gãc ®Æt c¸nh . . . ®−îc tÝnh to¸n chi tiÕt nh− trong
phÇn M¸y nÐn. KÕt qu¶ tÝnh to¸n Tua bin ®−îc thÓ hiÖn trªn nh÷ng b¶ng
th«ng sè d−íi ®©y:
TBCA
Rotor
Stator
Tua bin thÊp ¸p
TÇng 1
TÇng 1
TÇng 2
TÇng 3
c/h
1,7
0,79
0,7
0,52
0,45
R c / R®
0,96
0,96
0,953
0,94
0,925
c/h
1,3
0,82
0,8
0,4
0,35
0,955
0,952
0,942
0,923
0,9
R c / R®
TÇng 4
Trang 116
Trang 117
Trang 118
Trang 119
Trang 120
Trang 121
Trang 122
Trang 123
Trang 124
Trang 125
Ch−¬ng 6
èng hót - èng ®Èy - buång ®èt
?
?
?
I. èng hót
1. Giíi thiÖu chung:
èng hót lµ mét thµnh phÇn kh«ng thÓ t¸ch rêi ®−îc cña ®éng c¬ tuabin
khÝ nh»m ®−a kh«ng khÝ vµo ®éng c¬ vµ dïng nã ®Ó lµm chÊt c«ng t¸c.
Khi m¸y bay cÊt c¸nh còng nh− khi bay víi vËn tèc nhá d−íi ©m, kh«ng
khÝ ®i vµo èng hót tõ m«i tr−êng bªn ngoµi d−íi t¸c dông cña sù h¹ ¸p sinh
ra tr−íc m¸y nÐn ®éng c¬.
Trong ®iÒu kiÖn bay víi tèc ®é gÇn ©m, ®Æc biÖt víi vËn tèc trªn ©m, vai
trß cña èng hót t¨ng lªm mét c¸ch râ rÖt. NhiÖm vô chÝnh cña nã lµ sö dông
mét c¸ch cã hiÖu qu¶ ¸p suÊt ®éng cña dßng khÝ chuyÓn vµo ®éng c¬ ®Ó t¨ng
¸p suÊt kh«ng khÝ tr−íc ®éng c¬.
2. C¸c tham sè chÝnh cña qu¸ tr×nh lµm viÖc cña èng hót
TÝnh hiÖu qu¶ vµ tÝnh æn ®Þnh qu¸ tr×nh lµm viÖc cña èng hót ®−îc ®Æc
tr−ng b»ng hµng lo¹t c¸c tham sè. C¸c tham sè quan träng lµ:
• HÖ sè b¶o toµn ¸p suÊt toµn phÇn σoh
• HÖ sè lùc c¶n ngoµi Cx
• HÖ sè l−u l−îng ϕ
• §é dù tr÷ lµm viÖc æn ®Þnh
Trang 126
• Nh÷ng tham sè ®¸nh gi¸ møc ®ång ®Òu vµ tÝnh æn ®Þnh cña dßng
ch¶y ë èng ®Èy
Yªu cÇu ®Çu tiªn ®èi víi èng hót lµ: tæn thÊt ¸p suÊt toµn phÇn trong èng
hót ph¶i lµ nhá nhÊt.
Tïy thuéc vµo ®iÒu kiÖn bay vµ chÕ ®é lµm viÖc cña ®éng c¬, l−u l−îng
kh«ng khÝ chuyÓn qua èng hót sÏ thay ®æi trong nh÷ng ph¹m vi réng. L−u
l−îng kh«ng khÝ lín nhÊt cã thÓ ®−îc tÝnh theo c«ng thøc:
GMAX = PH.V.F
Trong ®ã :
G
: l−u l−îng kh«ng khÝ
PH : mËt ®é kh«ng khÝ
V
: vËn tèc
F
: diÖn tÝch cña vµo
Trong nh÷ng ®iÒu kiÖn nµy, l−u l−îng kh«ng khÝ thùc tÕ GB cã thÓ kh¸c
B
c¬ b¶n so víi GMAX do diÖn tÝch thiÕt diÖn thu hÑp dßng ch¶y F bÞ gi¶m
m¹nh.ViÖc gi¶m nµy lµ do sù táa dßng ch¶y kh«ng khÝ tr−íc cöa vµo kªnh
bªn trong cña èng hót sÏ lµm gi¶m l−u l−îng thùc tÕ.
HÖ sè l−u l−îng ϕ dïng ®Ó ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng th«ng qua cña èng hót:
ϕ=
F
G
= H
G MAX
FV
HÖ sè l−u l−îng ®−îc sö dông réng r·i ®Ó ph©n tÝch ®iÒu kiÖn lµm viÖc
phèi hîp cña èng hót vµ ®éng c¬.
Ngoµi tæn thÊt bªn trong dßng ch¶y kh«ng khÝ vµo ®éng c¬, qu¸ tr×nh lµm
viÖc cña èng hót diÔn ra víi nh÷ng tæn thÊt lùc ®Èy do dïng ®Ó th¾ng lùc c¶n
bªn ngoµi Xoh. Sù xuÊt hiÖn lùc c¶n bªn ngoµi Xoh g©y nªn bëi sù nhiÔu ®éng
Trang 127
dßng kh«ng khÝ vµo èng hót do hËu qu¶ cña sù t¸c dông lùc ¸p d− vµ lùc ma
s¸t cã h−íng chèng l¹i lùc ®Èy cña ®éng c¬.
Lùc c¶n ngoµi t¹o bëi èng hót cã thÓ dÉn ®Õn sù gi¶m rÊt lín lùc ®Èy hiÖu
dông cña ®éng c¬. V× vËy viÖc ®¶m b¶o gi¸ trÞ tèi thiÓu Xoh ph¶i coi nh− yªu
cÇu c¬ b¶n thø hai trong viÖc tæ chøc qu¸ tr×nh lµm viÖc cña èng hót.
Dßng ch¶y cña kh«ng khÝ vµo èng hót ®−îc ®Æc tr−ng b»ng møc kh«ng
®ång ®Òu vµ kh«ng æn ®Þnh (xung) nµo ®ã, mµ nguån gèc c¬ b¶n cña nã lµ
sù ®øt dßng cña líp biªn t¹i nh÷ng chç t¸c dông t−¬ng hç cña nã víi sãng
kÝch hay dßng ch¶y ngoÆt lín khi ë kªnh bªn trong, sù nhiÔu ®éng cña c¸c
chi tiÕt kÕt cÊu hay c¸c thiÕt bÞ ®o ¸p suÊt toµn phÇn ...
§Ó ®¸nh gi¸ vÒ mÆt sè l−îng møc kh«ng ®ång ®Òu vµ møc kh«ng æn ®Þnh
ë lèi vµo cña èng hót, ng−êi ta sö dông c¸c tham sè thÝch hîp, ®−îc nghiªn
cøu trong lý thuyÕt m¸y nÐn, ®ã lµ møc kh«ng ®ång ®Òu cña tr−êng ¸p suÊt
hay tr−êng tèc ®é vµ so víi biªn ®é xung ¸p suÊt. §¹i l−îng nµy ®−îc ®Þnh
møc tõ ®iÒu kiÖn ®¶m b¶o sù lµm viÖc æn ®Þnh cña ®éng c¬
§Ó gi¶m møc kh«ng ®ång ®Òu vµ xung trong dßng ch¶y ng−êi ta th−êng
dïng c¸c biÖn ph¸p ®Æc biÖt :
• Profile hãa kªnh bªn trong ®−îc thùc hiÖn ®Ó kh«ng cã sù thay ®æi
lín trong diÖn tÝch c¸c tiÕt diªn luång ch¶y
• Sö dông c¸ch hót líp biªn.
3. ThiÕtkÕ èng hót d−íi ©m
PhÇn lín c¸c m¸y bay d−íi ©m ®Òu cã ®éng c¬ ®Æt trong vá ®éng c¬, bëi
vËy trong phÇn nµy, chóng ta kh«ng nãi tíi èng hót nh− mét bé phËn riªng
lÎ, mµ g¾n nã víi vá ®éng c¬ ë c¸c sè Mach d−íi ©m. MÆt c¾t cña mét èng
hót n»m trong vá ®éng c¬ vµ c¸c kÝch th−íc h×nh häc cña nã ®−îc thÓ hiÖn
trªn h×nh vÏ.
Trang 128
Vïng èng hót A1 ®−îc x¸c ®Þnh trªn c¬ së mÆt c¾t t¹i phÇn miÖng vá ®éng
c¬. V× èng hót d−íi ©m cã thÓ hót c¸c luång kh«ng khÝ tõ vïng kh«ng khÝ A0
réng h¬n bªn ngoµi, h×nh d¹ng èng hót biÕn ®æi lµ kh«ng cÇn thiÕt (trõ tr−êng
hîp miÖng hót ®−îc sö dông ®Ó gi¶m lùc c¶n trong qu¸ tr×nh cÊt c¸nh).
A1 dhl d1
A1 = π d
2
/4
dq
dmax
L
H-4.1 èng hót d−íi ©m
Mét danh s¸ch c¸c th«ng sè thiÕt kÕ chñ yÕu cho èng hót vµ vá ®éng c¬
®−îc liÖt kª d−íi ®©y:
• Tû sè ¸p suÊt toµn phÇn èng hót vµ ®é kÐo lóc l¨n b¸nh.
• VÞ trÝ cña ®éng c¬ trªn c¸nh hoÆc th©n m¸y bay.
• H×nh d¸ng m¸y bay (gãc tíi , gãc lÖch)
• Tû sè ¸p suÊt toµn phÇn èng hót vµ sù biÕn d¹ng cÇn thiÕt cho ho¹t
®éng cña ®éng c¬.
• Luång khÝ bªn ngoµi c¸nh qu¹t ®éng c¬ vµ ®é kÐo (vá ®éng c¬ vµ
®éng c¬).
• Sù liªn kÕt cña èng miÖng phun vµ ®é cong cña luång khÝ.
Trang 129
• Sù liªn kÕt cña ®é cong vá ®éng c¬ vµ hÖ thèng thæi ng−îc m¸y
bay vµ hép g¶m tèc.
• MiÒn t−¬ng t¸c khÝ gi÷a vá ®éng c¬, kÕt cÊu khung treo m¸y bay vµ c¸nh.
• Yªu cÇu nÐn ©m.
4. KÝch th−íc èng hót
KÝch th−íc ®−êng kÝnh ë cæ èng hót d−íi ©m ®−îc x¸c ®Þnh b»ng sè Mach
ë vÞ trÝ ®ã (dùa trªn luång khÝ mét chiÒu) kh«ng ®−îc v−ît qu¸ 0,8. §©y lµ
møc ng−ìng cho sù t¨ng sè Mach mét chiÒu t¹i cæ èng hót t−¬ng øng víi
van ®iÒu tiÕt èng hót lµ kho¶ng 0,9. Dßng khÝ ®éng c¬ tèi ®a ®· ®−îc ®iÒu
chØnh mµ cæ èng hót ph¶i chÞu sÏ t−¬ng øng víi sè Mach giíi h¹n nµy.
VËy ®−êng kÝnh nµy ®−îc tÝnh to¸n dÔ dµng theo c«ng thøc:
dt =
4
π
Ath max =
4 ⎛⎜ m0 Tt 0
π ⎜⎝ Pt 0
⎞
1
⎟
⎟
⎠ max MFP @ M = 0,8
C«ng thøc nµy cã thÓ diÔn ®¹t theo luång khÝ ®· ®−îc ®iÒu chØnh lµ:
dt =
mc 0 max
518,7
π 2116 MFP @ M = 0,8
4
Vµ gi¶m xuèng :
d t = 1,105 A0*max
hoÆc
d t = 0,1636 mc 0 max
Khi mc0max cã ®¬n vÞ ®o lµ pound/gi©y, d cã ®¬n vÞ ®o lµ feet, vµ A0*max cã
®¬n vÞ ®o lµ feet vu«ng. C¸c sè liÖu nh− thÕ nµy cã thÓ ®−îc dïng ®Ó lùa
chän ®iÓm cña dßng khÝ ®éng c¬ tèi ®a ®· ®−îc ®iÒu chØnh, trªn c¬ së ®ã x¸c
®Þnh ®−êng kÝnh cæ èng hót.
Trang 130
II èng ®Èy
1. Giíi thiÖu chung
Trªn thiÕt bÞ ®éng lùc cña c¸c m¸y bay hiÖn ®¹i sö dông c¸c d¹ng thiÕt
bÞ ra kh¸c nhau. ViÖc chän s¬ ®å thiÕt bÞ ra phô thuéc vµo d¹ng ®éng c¬,
c«ng dông cña m¸y bay, c¸c chÕ ®é bay c¬ b¶n vµ c¸c yÕu tè kh¸c.
Phô thuéc vµo d¹ng vµ c«ng dông thiÕt bÞ ra cã thÓ cã c¸c phÇn tö sau:
èng ®Èy, èng kÐo dµi, hÖ thèng cung cÊp kh«ng khÝ lµm nguéi c¸c phÇn tö
kÕt cÊu vµ gi¶m tæn thÊt lùc ®Èy trong èng ®Èy, thiÕt bÞ ®¶o chiÒu lùc ®Èy...
PhÇn tö c¬ b¶n cña thiÕt bÞ ra lµ èng ®Èy ph¶n lùc, v× vËy thiÕt bÞ ra cßn
gäi ®−îc gäi lµ èng ®Èy. Trong èng ®Èy møc chªnh nhiÖt s½n cã cña dßng
khÝ ®−îc biÕn ®æi thµnh ®éng nÆng. §ång thêi èng ®Èy cßn sö dông c¸c chÕ
®é lµm viÖc cña c¸c phÇn tö cña hÖ tuabin- m¸y nÐn b»ng c¸ch ®iÒu chØnh
diÖn tÝch tíi h¹n( diÖn tÝch nhá nhÊt) cña èng phun. ViÖc ®iÒu chØnh diÖn
tÝch tíi h¹n nh− vËy cho phÐp t¨ng lùc ®Èy, t¨ng tÝnh kinh tÕ, c¶i thiÖn tÝnh
t¨ng tèc, më m¸y dÔ dµng, bËt vµ ®iÒu chØnh t¨ng lùc ... ë c¸c chÕ ®é lµm
viÖc x¸c ®Þnh cña ®éng c¬.
ë nh÷ng m¸y bay sö dông nhiÒu chÕ ®é, cã ®Æc tÝnh bay cao c¶ ë tèc ®é
v−ît ©m vµ tèc ®é d−íi ©m th× vai trß cña èng ®Èy cµng rÊt quan träng. Nh÷ng
yªu cÇu c¬ b¶n ®èi víi èng ®Èy cña c¸c lo¹i m¸y bay nµy lµ:
• ®¶m b¶o lùc ®Èy hiªu dông lín nhÊt.
• TÝnh kinh tÕ cao cña thiÕt bÞ ®éng lùc ë tÊt c¶ c¸c chÕ ®é bay c¬
b¶n.
• CÇn cã kÕt cÊu t−¬ng ®èi ®¬n gi¶n vµ khèi l−îng nhá.
ViÖc chän d¹ng vµ chÕ ®é lµm viÖc cña èng ®Èy phô thuéc rÊt lín vµo møc
gi¶m ¸p s½n cã (møc gi¶m ¸p toµn phÇn) cña dßng khÝ Πtp.. §©y lµ tû sè gi÷a
¸p suÊt toµn phÇn cña khÝ ch¸y tr−íc èng ®Èy P0* víi ¸p suÊt tÜnh cña khÝ
quyÓn PH :
Trang 131
∏ tp =
P0*
PH
Gi¸ trÞ vµ ph¹m vi thay ®æi cña Πtp phô thuéc vµo d¹ng vµ chÕ ®é lµm viÖc
cña ®éng c¬, phô thuéc vµo tèc ®é bay ë c¸c ®é cao H ≥ 11km vµ H=0 ®èi
víi ®éng c¬ tua bin ph¶n lùc tÆng lùc cã T3= 1400K vµ 1600K khi ®éng c¬
lµm viÖc ë chÕ ®é t¨ng lùc toµn phÇn.
2. Ph©n lo¹i c¸c d¹ng èng ®Èy
Phô thuéc vµo tèc ®é dßng khÝ khi ra khái miÖng èng ®Èy mµ ng−êi ta
chia lµm hai lo¹i : èng ®Èy d−íi ©m vµ v−ît ©m.
a- èng ®Èy d−íi ©m:
èng ®Èy d−íi ©m cã d¹ng thu hÑp víi tiÕt diÖn ra cè ®Þnh hay tiÕt diÖn ra
®−îc ®iÒu chØnh. èng ®Èy nµy cã kÕt cÊu ®¬n gi¶n vµ träng l−îng nhá, ®−îc
sö dông trªn c¸c thiÕt bÞ ®éng lùc cña c¸c m¸y bay cã tèc ®é bay d−íi ©m
hay tèc ®é v−ît ©m nh−ng kh«nglín.
O
C
C
O
H-4.2 èng ®Èy thu hÑp
C¸c tiÕt diÖn ®Æc tr−ng cña èng ®Èy d−íi ©m lµ tiÕt diÖn 0-0 t¹i cöa vµo, vµ
tiÕt diÖn C-C t¹i cöa ra. TiÕt diÖn cöa ra còng chÝnh lµ tiÕt diÖn tíi h¹n cña
èng ®Èy.
Trang 132
b- èng ®Èy v−ît ©m:
ThiÕt bÞ èng ®Èy v−ît ©m th−êng dïng hiÖn nay cã d¹ng èng phun Lavan.
Lo¹i èng Lavan nµy gåm cã hai phÇn:
• phÇn d−íi ©m (0-KP)
• phÇn v−ît ©m (KP-C)
O
C
Kp
Kp
C
O
H-4.3 èng ®Èy d¹ng Lavan
§¹i l−îng Φc = Fc/ FKD ®−îc gäi lµ diÖn tÝch t−¬ng ®èi cña tiÕt diÖn ra. §¹i
l−îng nµy cã mèi quan hÖ ®¬n trÞ víi møc gi·n në cña khÝ ch¸y trong vßi
phun Πc.
3. Tæn thÊt trong èng ®Èy cña ®éng c¬
Qu¸ tr×nh chuyÓn ®éng cña khÝ ch¸y trong èng ®Èy lu«n lu«n cã tæn thÊt
khÝ ®éng, c¸c tæn thÊt nµy lµm gi¶m lùc ®Èy hiÖu dông cña thiÕt bÞ ®éng c¬.
Theo b¶n chÊt vËt lý cã thÓ chia c¸c tæn thÊt nµy lµm 3 d¹ng: tæn thÊt bªn
trong; tæn thÊt do gi·n në kh«ng tÝnh to¸n cña khÝ ch¸y trong èng ®Èy; tæn
thÊt bªn ngoµi.
Trang 133
a- Tæn thÊt bªn trong:
Bao gåm tæn thÊt do tÝnh dÝnh cña dßng khÝ (tæn thÊt thñy lùc), tæn thÊt
sãng kÝch cña phÇn v−ît ©m kªnh bªn trong cña èng phun, tæn thÊt do kh«ng
®ång trôc vµ do sù kh«ng ®ång ®Òu cña dßng khÝ t¹i cöa ra cña èng phun.
Tæn thÊt tÝnh dÝnh lµ tæn thÊt do ma s¸t trong líp biªn.Tæn thÊt nµy tån t¹i
ë tÊt c¶ c¸c d¹ng èng ®Èy.
Sãng kÝch xuÊt hiÖn ë nh÷ng ®iÓm g·y hay t¹i nh÷ng chç kh«ng ®Òu trªn
bÒ mÆt trong cña phÇn v−ît ©m cña èng ®Èy.
Sù kh«ng ®ång trôc vµ kh«ng ®ång ®Òu cña c¸c th«ng sè t¹i cöa ra chñ
yÕu xuÊt hiÖn ë èng ®Èy thu hÑp, vµ èng Lavan kh«ng ®−îc t¹o d¸ng ®Æc
biÖt.
Tæn thÊt bªn trong lµm gi¶m ¸p suÊt toµn phÇn cña khÝ ch¸y vµ thµnh
phÇn tèc ®é däc trôc t¹i cöa ra cña èng ®Èy. Trong èng ®Èy thu hÑp vµ èng
®Èy Lavan tæn thÊt nµy ®−îc ®¸nh gi¸ b»ng hÖ sè tèc ®é:
ϕc =
Cc
θ
= c
C clt θ clt
b- Tæn thÊt do lùc c¶n ngoµi
Lùc c¶n ngoµi cña èng ®Èy cã thÓ chiÕm 40%-60% tæng tæn thÊt lùc ®Èy
hiÖu dông cña èng ®Èy.
BÒ mÆt ngoµi cña èng ®Èy th−êng liªn kÕt víi phÇn ®u«i khoang ®éng c¬
hay phÇn ®u«i th©n m¸y bay. V× vËy x¸c ®Þnh lùc c¶n ngoµi cña èng ®Èy
trong tæng lùc c¶n ®u«i cña thiÕt bÞ ®éng lùc lµ viÖc rÊt khã kh¨n. Do ®ã ®Ó
®¸nh gi¸ vÒ mÆt ®Þnh l−îng lùc c¶n ngoµi cña thiÕt bÞ ra th−êng sö dông kh¸i
niÖm lùc c¶n ®u«i X®. Trong lùc c¶n ®u«i bao gåm lùc c¶n ¸p suÊt, lùc c¶n
®¸y vµ lùc c¶n ma s¸t.
Lùc c¶n ®u«i phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè. Trong ®ã c¬ b¶n lµ: tèc ®é bay;
h×nh d¹ng phÇn ®u«i , d¹ng vµ chÕ ®é lµm viÖc cña èng ®Èy.
Nguyªn nh©n c¬ b¶n g©y nªn lùc c¶n ngoµi lµ sù ph©n bè ¸p suÊt tÜnh trªn
bÒ mÆt ngoµi kh«ng nh− mong muèn.
Trang 134
III buång ®èt
1. C¸c yªu cÇu ®èi víi buång ®èt.
Buång ®èt ®éng c¬ tua bin khÝ (TBK) bao gåm buång ®èt chÝnh vµ buång
®èt t¨ng lùc lµ n¬i ®èt ch¸y nhiªn liÖu vµ dÉn nhiÖt l−îng gi¶i phãng tíi
buång hçn hîp ch¸y (hçn hîp kh«ng khÝ vµ c¸c s¶n phÈm ch¸y). Nã cã chøc
n¨ng biÕn ®æi n¨ng l−îng ho¸ n¨ng cña nhiªn liÖu ph©n r· thµnh nhiÖt n¨ng
®èt nãng kh«ng khÝ ch¶y qua. C¸c qu¸ tr×nh x¶y ra trong c¸c ®iÒu kiÖn t¶i:
• nhiÖt ®é,
• ¸p suÊt
• tèc ®é chuyÓn ®éng cao cña hçn hîp khÝ ch¸y
• nhiÖt l−îng lín gi¶i phãng trong mét ®¬n vÞ thêi gian trong mét thÓ
tÝch kh«ng lín.
§Ó hoµn thiÖn vµ æn ®Þnh qu¸ tr×nh lµm viÖc cÇn xem xÐt ®é tin cËy sö
dông cña ®éng c¬ vµ tÝnh kinh tÕ. HiÖu qu¶ cao cña qu¸ tr×nh lµm viÖc trong
buång ®èt chÝnh vµ t¨ng lùc ®−îc ®¶m b¶o b»ng nh÷ng yªu cÇu:
• Sù ®èt ch¸y hoµn toµn nhiªn liÖu ®¶m b¶o tèt, tæn hao nhiÖt l−îng nhá
qua vá buång ®èt.
• Tæn thÊt ¸p suÊt toµn phÇn nhá.
• æn ®Þnh ch¸y trong tÊt c¶ c¸c chÕ ®é lµm viÖc cña ®éng c¬ còng nh−
trong qu¸ tr×nh chuyÓn tiÕp tõ chÕ ®é nµy sang chÕ ®é kh¸c.
• æn ®Þnh tr−êng nhiÖt ®é hèn hîp khÝ ch¸y ë cöa ra buång ®èt trong mét
quy luËt ®Þnh tr−íc cña sù ph©n bè theo b¸n kÝnh, víi møc ®é kh«ng
®ång ®Òu nhiÖt ®é theo h−íng tiÕp tuyÕn lµ nhá nhÊt.
• Më m¸y tin cËy vµ dÔ dµng ë mÆt ®Êt vµ trªn kh«ng
• L−îng khãi vµ c¸c s¶n phÈm ®éc h¹i nhá nhÊt trong buång hçn hîp tho¸t
khái buång ®èt, kh«ng cã sù b¸m dÝnh trong c¸c èng ®èt.
Trang 135
• KÝch th−íc, träng l−îng nhá (chiÒu dµi vµ thiÕt diÖn ngang nhá)
• Ngoµi ra cßn cã c¸c yªu cÇu nh− ®é tin cËy lµm viÖc cao ®¬n gi¶n trong
kÕt cÊu, c«ng nghÖ sö dông vµ söa ch÷a...
Kinh nghiÖm chÕ t¹o buång ®èt chØ ra r»ng kh«ng thÓ ®¹t ®−îc toµn bé c¸c
yªu cÇu trªn trong khi cã nh÷ng yªu cÇu tr¸i ng−îc nhau, vÝ dô gi¶m kÝch
th−íc buång ®èt dÉn ®Õn sù t¨ng tèc ®é hçn hîp, lµm gi¶m sù ®èt ch¸y hoµn
toµn vµ lµm t¨ng thuû ®éng. MÆt kh¸c trong tæ chøc qu¸ tr×nh ch¸y vµ hoµn
thiÖn kÕt cÊu buång ®èt cã thÓ lùa chän phÇn lín c¸c yªu cÇu kÓ trªn.
2. Nh÷ng quy luËt c¬ b¶n cña qu¸ tr×nh ®èt ch¸y nhiªn liÖu
Trong c¸c ®éng c¬ TBPL hiÖn nay nhiªn liÖu chñ yÕu lµ x¨ng dÇu cã
(84+86)% C; (14+16)% H2 vµ mét l−îng nhá c¸c chÊt phô gia kh¸c.
L−îng kh«ng khÝ lý thuyÕt Lo lµ l−îng tèi thiÓu cÇn cho sù ®èt ch¸y hoµn
toµn 1kg nhiªn liÖu. Víi dÇu Lo = 14,8.
L−îng kh«ng khÝ thùc tÕ ®−a vµo nhiªn liÖu trong ®éng c¬ trong tr−êng
hîp tæng qu¸t kh¸c biÖt víi l−îng lý thuyÕt.
Tû lÖ gi÷a l−îng thùc tÕ ®Ó «xy ho¸ 1kg nhiªn liÖu víi l−îng lý thuyÕt gäi
lµ hÖ sè d− kh«ng khÝ
Gkk
l
α = ----------- = -----------GnlLo
GnlLo
Víi:
∗ α = 1 gäi lµ hçn hîp chuÈn (hîp thøc)
∗ α < 1 gäi lµ hçn hîp chuyªn giµu nhiªn liÖu
∗ α > 1 gäi lµ hçn hîp chuyªn nghÌo nhiªn liÖu
Sù ®èt ch¸y hoµn toµn vÒ mÆt nguyªn t¾c chØ khi α >= 1
Trang 136
H-4.4 Buång ch¸y ®éng c¬
NhiÖt ®é lín nhÊt cña c¸c s¶n phÈm ch¸y nhiªn liÖu trong kh«ng khÝ ®¹t
®−îc khi thµnh phÇn hçn hîp gÇn gi¸ trÞ cùc ®¹i (α= 0,95). Sù dÞch gi¸ trÞ
Max sang bªn tr¸i ®iÓm =1 x¶y ra do sù hÊp thô nhiÖt trong sù ph©n ly c¸c
s¶n phÈm ch¸y, xuÊt hiÖn khi T*kc >2000 K. Víi sù giµu ho¸ cña hçn hîp,
Tkc gi¶m do tæn thÊt nhiÖt ®Ó lµm bay h¬i vµ ®èt nãng nhiªn liÖu thõa kh«ng
tham gia vµo qu¸ tr×nh ch¸y. Víi sù nghÌo ho¸ cña hçn hîp (nghÌo nhiªn
liÖu) Tkc gi¶m do sù hao phÝ nhiÖt l−îng ®èt nãng kh«ng khÝ thõa.
Sù ch¸y cña nhiªn liÖu lµ mét qu¸ tr×nh lý - ho¸ phøc t¹p trong ®ã gåm
ph¶n øng ho¸ häc b¾t ch¸y vµ ch¸y kÐo theo hµng chuçi c¸c ph¶n øng vËt lý:
phun xÐ vµ hãa h¬i nhiªn liÖu, trén c¸c h¬i nhiªn liÖu víi kh«ng khÝ vµ cuèi
cïng h×nh thµnh hçn hîp khÝ - nhiªn liÖu. Hçn hîp nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ
gäi lµ ®ång tÝnh nÕu nhiªn liÖu bèc h¬i hoµn toµn, lµ dÞ tÝnh nÕu trong ®ã tån
t¹i c¸c h¹t nhiªn liÖu ch−a ho¸ h¬i, lµ ®¬n tÝnh nÕu gi¸ trÞ trong toµn bé thÓ
tÝch nh− nhau, lµ kh«ng ®¬n tÝnh nÕu nh− ®iÒu kiÖn nµy kh«ng ®¶m b¶o.
Trang 137
XÐt c¸c qu¸ tr×nh trªn:
a-Phun xÐ:
Lµ qu¸ tr×nh xÐ nhiªn liÖu ra c¸c h¹t nhá trong dßng ch¶y cña nã tõ vßi
phun d−íi ¸p suÊt. §iÒu nµy lµm t¨ng diÖn tÝch tiÕp xóc cña nhiªn liÖu vµ
kh«ng khÝ, gia tèc sù ®èt nãng vµ ho¸ h¬i nhiªn liÖu. KÝch th−íc c¸c h¹t phô
thuéc t¸c ®éng ngo¹i lùc vµo dßng nhiªn liÖu vµ néi lùc do sù cuéc dßng cña
b¶n th©n dßng ch¶y tõ vßi phun. Møc phun xÐ ®−îc hoµn thiÖn khi t¨ng ¸p
suÊt vµ t−¬ng øng víi nã lµ mËt ®é h¬i trong buång ®èt còng nh− t¨ng chªnh
¸p nhiªn liÖu vµ tèc ®é dßng nhiªn liÖu tõ vßi phun. Trong c¸c ®éng c¬
TBPL sö dông 2 lo¹i vßi phun: Vßi phun dßng (tia) vµ kiÓu ly t©m. Gi¸ trÞ
gãc ®Ønh chãp vµ chiÒu dµi phÔu nhiªu liÖu phô thuéc ®Æc tr−ng kÕt cÊu cña
vßi phun vµ ¸p suÊt nhiªn liÖu.
b-Ho¸ h¬i:
X¸c ®Þnh b»ng c−êng ®é truyÒn nhiÖt tõ kh«ng khÝ tíi c¸c h¹t vµ tèc ®é
truyÒn dÉn nhiÖt tõ chóng h×nh thµnh h¬i tøc lµ x¸c ®Þnh b»ng nhiÖt ®é
kh«ng khÝ, tèc ®é chuyÓn dÞch t−¬ng ®èi cña c¸c h¹t, chÊt l−îng xÐ nhiªn
liÖu - nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt ban ®Çu cña h¬i b·o hoµ.
c-Trén h¬i nhiªn liÖu víi kh«ng khÝ:
X¶y ra chñ yÕu b»ng sù chuyÓn dÞch cña dßng cuén (xo¸y) vµ mét phÇn
khuyÕch t¸n. Tèc ®é qu¸ tr×nh trén vµ møc ®é ®¬n tÝnh cña hçn hîp x¸c ®Þnh
b»ng møc ®é ®ång ®Òu cña sù phun nhiªn liÖu ban ®Çu, møc ph©n bè cña c¸c
h¹t hiªn liÖu trong dßng kh«ng khÝ vµ c−êng ®é cuén dßng (xo¸y).
d-B¾t ch¸y hçn hîp nhiªn liÖu:
X¶y ra trong bé ®iÓm löa (bé ®iÓm löa, buång ®iÓm löa - hay èng löa...).
Mét phÇn hçn hîp nhiªn liÖu b¾t ch¸y tõ phÔu nhiªn liÖu c¬ b¶n cña buång
Trang 138
®èt. C¬ chÕ b¾t löa lµ rÊt phøc t¹p. HiÖn t−îng trùc tiÕp lµ nhiªn liÖu ®−îc
®èt nãngTkc ®Õn mét nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh vµ x¶y ra c¸c ph¶n øng to¶ nhiÖt
tiÒn ngän löa trong mét thêi gian nhÊt ®Þnh gäi lµ chu kú t¹o ngän löa. Chu
kú nµy phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn buång ®èt vµ thµnh phÇn hçn hîp.
Sù h×nh thµnh l−ìi löa ban ®Çu kh«ng ph¶i bao giê còng dÉn ®Õn b¾t ch¸y
toµn bé hçn hîp. Trong thµnh phÇn hçn hîp giµu (α < αmin) vµ nghÌo (α >
αmax) nhÊt ®Þnh nµo ®ã cña nhiªn liÖu nhiÖt l−îng gi¶i phãng khi ®èt 1 phÇn
hçn hîp kh«ng ®ñ ®èt nãng c¸c líp l©n cËn ®Õn nhiÖt ®é bèc ch¸y. Giíi h¹n
b¾t ch¸y αmin vµ αmax cña hçn hîp ®¬n ®ång tÝnh ®Çu hµng kh«ng víi
kh«ng khÝ t¹o thµnh c¸c ®iÒu kiÖn chuÈn lµ:
αmin = 0,5 + 0,6
αmax = 1,5 + 1,7
C¸c gi¸ trÞ nµy cã thÓ kh¸c khi sö dông nhiªn liÖu kh¸c, møc ®¬n tÝnh hçn
hîp vµ ¸p suÊt nhiÖt ®é cña nã. Sù giµu ho¸ «xy cña hçn hîp më réng giíi
h¹n b¾t ch¸y.
e- Qu¸ tr×nh ch¸y hçn hîp khÝ - nhiªn liÖu:
• Sù ch¸y hçn hîp kÌm theo sù gi¶i phãng nhiÖt l−îng lín t¹o nªn ngän
löa nh×n thÊy. Sù ch¸y lµ mét ph¶n øng ho¸ häc kiÓu «xy ho¸ x¶y ra víi
mét tèc ®é nhÊt ®Þnh phô thuéc chñ yÕu thµnh phÇn vµ nhiÖt ®é hçn hîp.
• Tèc ®é ch¸y ®Æc tr−ng b»ng tèc ®é lan truyÒn (Ult) ngän löa trong
nhiªn liÖu - cã thÓ ®o b»ng thùc nghiÖm. Tèc ®é lan truyÒn ngän löa ®èi
víi hçn hîp khÝ nhiªn liÖu ®ång tÝnh kh«ng chuyÓn dÞch gäi lµ tèc ®é
ch¸y ®Þnh møc . Nã phô thuéc vµo lo¹i nhiªn liÖu, møc ®¬n tÝnh, thµnh
phÇn vµ nhiÖt ®é hçn hîp.
Trang 139
• C¸c gi¸ trÞ α giíi h¹n - ë ®ã cã thÓ ph¸t triÓn ngän löa ®ång tÝnh n»m
gÇn giíi h¹n b¾t ch¸y (αmin=0,5, αmax=1,7). Khi t¨ng nhiÖt ®é ban ®Çu cña
hçn hîp th× Ult t¨ng ®¸ng kÓ.
Khi nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ t¹o thµnh hçn hîp chuyÓn ®éng, tèc ®é
ph¸t triÓn cña ngän löa ®èi víi hçn hîp thùc tiÔn b»ng Ult. Tèc ®é ph¸t
triÓn ngän löa trong dßng ch¶y cuén Ucc lín h¬n Ult nhiÒu lÇn do møc
cuén dßng t¨ng ®¸ng kÓ, sù truyÒn nhiÖt tõ ngän löa ®Õn hçn hîp ch−a
ch¸y. Ngoµi ra xung cuén dßng lµm cong hoÆc ®øt d¶i ngän löa, t¨ng
nhanh bÒ mÆt tiÕp xóc.
• Sù ch¸y trong mét thÓ tÝch nhÊt ®Þnh gäi lµ vïng ch¸y. Tèc ®é Ucc
phô thuéc c¬ b¶n møc cuén dßng vµ c¸c yÕu tè ¶nh h−ëng kh¸c. ¶nh
h−ëng nhiÖt ®é ban ®Çu cña hçn hîp tíi Ucc Ýt h¬n so víi Ult. §¨c tr−ng
quan hÖ Ucc víi α t−¬ng tù nh− Ult.
• Trong c¸c buång ®èt ®éng c¬ tua bin khÝ (TBK) hçn hîp khÝ nhiªn
liÖu lµ kh«ng ®ång tÝnh - trong ®ã chøa c¸c h¹t nhiªn liÖu kh«ng kÞp ho¸
h¬i.
• NhiÒu nghiªn cøu chØ ra r»ng tèc ®é ph¸t triÓn ngän löa trong hçn hîp
dÞ tÝnh cã cïng 1 tr×nh tù nh− trong hçn hîp ®¬n tÝnh nh−ng gi¶i gi¸ trÞ α
(trung b×nh trong toµn bé thÓ tÝch) trong ®ã cã thÓ ch¸y, lµ réng h¬n lµ do
trong khi bay h¬i c¸c h¹t xung quanh nã t¹o nªn c¸c nång ®é côc bé cña
hçn hîp thÝch hîp cho sù b¾t ch¸y vµ ch¸y tèt h¬n so víi gi¸ trÞ α trung
b×nh trong hçn hîp ®ång tÝnh.
Trang 140
3. Nguyªn t¾c vµ tæ chøc qu¸ tr×nh ch¸y trong buång ®èt chÝnh ®éng c¬
tuabin bin khÝ
a- Nguyªn t¾c tæ chøc
a1.Ph©n chia buång ®èt ra 2 vïng:
Trong c¸c ®iÒu kiÖn ch¸y ë buång ®èt hiÖn nay nhiÖt ®é hçn hîp khÝ
ch¸y sau buång ®èt T= (100+1200) °C kh«ng tån t¹i c¸c lo¹i nhiªn liÖu cã
thÓ ch¸y hÕt víi hiÖu suÊt cao. MÆt kh¸c do giíi h¹n ®é bÒn vµ tuæi thä vËt
liÖu trong t¶i nhiÖt cao vµ biÕn ®æi ng−êi ta chia kh«ng khÝ vµo buång ®èt
lµm 2 phÇn:
• S¬ cÊp: §−îc dÉn trùc tiÕp vµo buång ®èt víi αmin= 1 thÝch hîp cho sù
ch¸y víi hiÖu suÊt cao.
Trang 141
• Thø cÊp: Kh«ng khÝ lµm m¸t vá trong vµ vá ngoµi èng ®èt - hoµ víi
hçn hîp ®· ch¸y t¹o nhiÖt ®é t3 cÇn thiÕt tr−íc tua bin.
a2.TuÇn tù dÉn dßng s¬ cÊp vµo vïng ch¸y:
§©y lµ yªu cÇu cña b¶n th©n qu¸ tr×nh ch¸y: Lóc ®Çu phÔu nhiªn liÖu chØ
cÇn mét l−îng nhá kh«ng khÝ (®Ó ch¸y c¸c h¹t nhiªn liÖu ho¸ h¬i nhanh).
Sau ®ã theo møc ®é chuÈn bÞ cña nhiªn liÖu cÇn mét l−îng khÝ s¬ cÊp lín
h¬n ®¹t gi¸ trÞ α lý thuyÕt cÇn thiÕt (vµ thùc tÕ lµ lín h¬n) khi α t¨ng tõ 1
®Õn 2,2 th× kÕt thóc qu¸ tr×nh ch¸y.
L−îng kh«ng khÝ d− ra vÒ phÝa sau cÇn cho sù ch¸y hoµn thiÖn, ®· gi¶m
tæn thÊt nhiÖt do bøc x¹ nhiÖt ë nhiÖt ®é cao. Quy luËt dÉn kh«ng khÝ cã thÓ
x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm. §èi víi thiÕt kÕ s¬ bé cã thÓ chän quy luËt
tuyÕn tÝnh cÊp khÝ cho vïng ch¸y. NhiÖt ®é ch¸y tèi −u trong buång ®èt
1600+1900°C.
a3.T¹o xo¸y (cuén dßng) trong vïng ch¸y
T¹o xo¸y cÇn thiÕt ®Ó t¨ng c−êng sù ch¸y vµ t¹o sù chuyÓn tiÕp ch¸y tÇng
sang ch¸y cuén (sÏ ®Ò cËp ë ngän löa tÇng, ngän löa cuén ë phÇn sau). Sù
cuén dßng cã thÓ t¹o b»ng c¸c bé æn ®Þnh kh¸c nhau nh− bé xo¸y ë cöa vµo,
èng ®ôc lç vµ b»ng dßng qua lç tõ ngoµi vµo, tÊm c¶n, vËt ch¾n ...
a4.æn ®Þnh ngän löa trong vïng ch¸y
Tèc ®é trung b×nh cña kh«ng khÝ th−êng lín h¬n tèc ®é truyÒn ngän
löa. V× thÕ ®Ó æn ®Þnh ngän löa trong vïng ch¸y ng−êi ta t¹o ra dßng ng−îc
b»ng c¸c l¸ xo¸y tiÕp tuyÕn víi thµnh phÇn tèc ®é kh«ng khÝ vµ b»ng hiÖu
qu¶ ly t©m ph©n bè l¹i ¸p suÊt theo b¸n kÝnh èng ®èt. Sù gi¶m ¸p trong
vïng t©m èng ®èt t¹o dßng ng−îc æn ®Þnh ®Ønh ngän löa trong vïng ch¸y.
Trang 142
Propin tèc ®é däc trôc vïng ch¸y t−¬ng ®èi phøc t¹p. C¸c thµnh phÇn
h−íng kÝnh vµ däc trôc phô thuéc gãc c¸c l¸ xo¸y bªn trong vá èng ®èt
a5.Ph©n bè tèi −u nhiªn liÖu ®· phun theo thiÕt diÖn buång ®èt
Phun nhiªn liÖu qua vßi phun kh«ng ®−îc phÐp g©y sù tiÕp xóc cña
c¸c h¹t nhiªn liÖu ch−a ®−îc mï ho¸ víi thµnh èng ®èt gãc ph©n r· nhiªn
liÖu ph¶it t¹o ra lâi (t©m) dßng nhiªn liÖu vµ ®−îc ®Þnh vÞ trong vïng dßng
ch¸y víi gradien tèc ®é lín nhÊt, cuén dßng m¹nh nhÊt.
a6.Bè trÝ lµm m¸t vá èng ®èt
ChÊt lµm m¸t lµ kh«ng khÝ - vïng chÞu t¶i nhiÖt lín nhÊt lµ vßi phun vµ
vá èng ®èt. Vßi phun ph¶i lµm m¸t ®Ó giíi h¹n sù b¸m dÝnh s¶n phÈm ch¸y
ë miÖng phun cña vßi phun. Vá èng ®èt lµm m¸t b»ng dßng s¬ cÊp b»ng hÖ
c¸c lç trªn vá. Khi lµm m¸t cÇn quan t©m ®Õn vÊn ®Ò tèi −u ho¸ c¸c tham
sè. Tõ gãc ®é lµm m¸t, tèc ®é thÝch hîp cña dßng ch¸y g©y hËu qu¶ t¨ng
tæn thÊt ¸p suÊt trong buång ®èt.
b-Tæ chøc qu¸ tr×nh ch¸y trong buång ®èt chÝnh
Tæ chøc qu¸ tr×nh ch¸y thùc hiÖn trong c¸c d¹ng kh¸c nhau cña buång ®èt
• Buång ®èt èng (hay riªng biÖt): thuËn tiÖn trong khai th¸c sö dông nh−
®¬n gi¶n trong kiÓm tra, söa ch÷a thay thÕ, ®¬n gi¶n trong s¶n xuÊt, thö
nghiÖm vµ hiÖu chØnh... Nh÷ng nh−îc ®iÓm cña chóng lµ khèi l−îng tæng
thÓ víi cïng mét thÓ tÝch rÊt lín, kÝch th−íc lín.
• Buång ®èt vßng kh¸c biÖt víi trªn b»ng sù ®ång bé tèt, khèi l−îng nhá,
tæn thÊt thuû lùc nhá nhÊt, tr−êng tèc ®é, nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt ®Òu ë cöa ra.
Vá cña buång ®èt vßng th«ng th−êng lµ thµnh phÇn chÞu lùc cña ®éng c¬.
Nh−îc ®iÓm cña lo¹i nµy lµ kh«ng thuËn tiÖn trong kiÓm tra, söa ch÷a vµ
thay thÕ, phøc t¹p trong s¶n xuÊt thö nghiÖm vµ hiÖu chØnh, ®é cøng nhá
(dÔ bÞ mãp mÐo cong vªnh).
Trang 143
• Buång ®èt kÕt hîp bao gåm c¸c buång ®èt riªng biÖt ®−îc tËp hîp vµo
trong 1 vá chung. Buång ®èt nµy kÕt hîp nh÷ng −u ®iÓm vµ nh−îc ®iÓm
cña c¸c lo¹i buång ®èt nãi trªn.
Theo dÆc tr−ng kÕt cÊu vµ h×nh d¹ng dßng ch¶y c¸c buång ®èt cã thÓ lµ
buång ®èt thuËn hoÆc nghÞch, däc trôc hoÆc h−íng kÝnh.
Tõ nguyªn lý s¾p ®Æt qu¸ tr×nh ch¸y. Víi c¸c d¹ng buång ®èt kh¸c nhau
c¸c vÊn ®Ò quan träng trong tæ chøc qu¸ tr×nh ch¸y lµ t¹o chuyÓn ®éng xo¸y
(cuén dßng), rót ng¾n chiÒu dµi buång ®èt vµ gi¶m sù t¹o khãi trong ®ã 2
vÊn ®Ò trªn ®−îc ®Æc biÖt quan t©m.
b1.Tæ chøc chuyÓn ®éng cña dßng cuén (xo¸y)
Cã 2 h×nh thøc: Dïng c¸c l¸ t¹o xo¸y ®Æt xung quanh vßi phun hoÆc c¬ cÊu
®Æc biÖt cña thiÕt bÞ mÆt tiÒn buång ®èt .
• Tr−êng hîp1: Lùc ly t©m xuÊt hiÖn do vÆn dßng s¬ cÊp sau xo¸y t¹o
nªn sù t¨ng ¸p suÊt ë thµnh èng ®èt vµ gi¶m ¸p ë gÇn trôc cña vßi phun.
Luång khÝ nãng ®Þnh h−íng vµo vïng gi¶m ¸p n»m gÇn thiÕt bÞ mÆt tiÒn
buång ®èt. §−êng kh«ng liªn tôc biÓu diÔn ranh giíi dßng ng−îc (bªn
trong nã thµnh phÇn däc trôc cã h−íng ng−îc víi dßng c¬ b¶n).
Vai trß dßng ng−îc rÊt lín: Dßng ng−îc mang hçn hîp khÝ nãng ®Õn vßi
phun, cã t¸c dông nh− nguån nhiÖt gióp sù bèc h¬i vµ b¾t ch¸y m«t c¸ch
tin cËy l−îng hçn hîp khÝ - nhiªn liÖu ch−a ch¸y. Dßng xo¸y t¨ng thªm
sù cuén dßng cã t¸c dông t¨ng tèc ®é ch¸y. Tèc ®é nhá vïng gÇn ranh
giíi dßng ng−îc t¹o ®iÒu kiÖn thÝch hîp ®Ó æn ®Þnh ngän löa.
• Tr−êng hîp 2: t¹o dßng xo¸y chuyÓn dÞch vµ vïng dßng ng−îc b»ng
hÖ lç mÆt tiÒn buång ®èt (cßn gäi lµ thiÕt bÞ mÆt tiÒn) n»m kh«ng xa vßi
phun. C¸c tia ch¶y qua c¸c lç nµy do ®é nhít vµ hiÖu øng tua bin kÐo c¸c
Trang 144
h¹t kh«ng khÝ n»m ë phÇn ®Çu buång ®èt vµo chuyÓn ®éng vµ h×nh thµnh
dßng ch¶y tuÇn hoµn. Qu¸ tr×nh nµy thùc tÕ kh«ng kh¸c xa qu¸ tr×nh cã
bé t¹o xo¸y. ¦u ®iÓm cña nã lµ tæn thÊt thuû ®éng nhá h¬n.
b2-§¶m b¶o sù ®èt ch¸y hoµn toµn cao vµ tr−êng nhiÖt ®Òu ë cöa ra
Tû lÖ chiÒu dµi vµ ®−êng kÝnh 1/D >= 3+4. §iÒu nµy lµm cho kÝch th−íc
buång ®èt dµi. Sù ®èt ch¸y hoµn toµn cµng cao th× kh¶ n¨ng t¹o khãi cµng Ýt
®i. Khãi ®−îc t¹o thµnh do sù ph©n r· nhiÖt cña h¬i vµ nhiªn liÖu láng khi
kh«ng ®ñ «xy.Vïng ch¸y kiÖt lín ë gÇn vßi phun (α=0,3+0,5).
Sù t¹o khãi thùc tÕ kh«ng lµm kÐm nhiÒu sù ®èt ch¸y nhiªn liÖu trong
buång ®èt song lµm ®éc h¹i m«i tr−êng vµ kÐm ®i kh¶ n¨ng lµm m¸t cña èng
do sù b¸m dÝnh muéi trªn vá vµ t¨ng c¸c tia nhiÖt cña dßng, t¨ng bøc x¹
hång ngo¹i cña khÝ tho¸t. Cã thÓ cã kh¶ n¨ng ®Ó gi¶m chiÒu dµi vµ sù t¹o
khãi b»ng sù t¨ng c−êng bay h¬i vµ trén nhiªn liÖu víi kh«ng khÝ g©y sù
ph©n bè ®ång ®Òu nhiªn liÖu theo thiÕt diÖn buång ®èt.
Nhiªn liÖu vµo qua thiÕt bÞ ho¸ h¬i d¹ng ⎡ hoÆc T n»m ë vïng dßng
ng−îc: khi ®i qua thiÕt bÞ nµy (70+75)% nhiªn liÖu ë thÓ h¬i. Sù b¾t ch¸y
x¶y ra lËp tøc khi h¬i nhiªn liÖu ra khái thiÕt bÞ vµ r¬i vµo vïng ch¸y.
ThiÕt bÞ mÆt tiÒn víi vßi phun cung cÊp nhiªn liÖu theo c¸c kªnh däc trôc
víibuång phôt h×nh trô ®Æt ë phÝa tr−íc - nã trén 1 phÇn dßng s¬ cÊp vµ ho¸
h¬i kh«ng khÝ 1 phÇn ë cöa vµo vïng nhiÖt ®é cao. §iÒu nµy t¨ng sù trén vµ
chuÈn bÞ nhiªn liÖu cho sù b¾t ch¸y nhanh; c¶i thiÖn sù ph©n bè ®Òu nhiªn
liÖu theo thiÕt diÖn cßn ®¹t ®−îc b»ng viÖc t¨ng sè l−îng vßi phun ®ång thêi
víi sù gi¶m kÝch th−íc cña chóng, n¨ng suÊt tõng vßi phun. C¸c vßi phun
nh− vËy ®−îc ®Æt trong thiÕt bÞ mÆt tiÒn trong 1d·y.
Trang 145
Trong tõng vßi phun tiÕn hµnh sù trén s¬ bé nhiªn liÖu . §iÒu nµy thÓ hiÖn
ë h×nh C. Thùc hiÖn c¸c ph−¬ng ph¸p trªn cã thÓ rót ng¾n tû lÖ 1/D= 2,0 +
2,5
c- Tæ chøc trong buång ®èt t¨ng lùc (BDTL)
§iÒu kiÖn h×nh thµnh hçn hîp vµ ch¸y nhiªn liÖu trong buång ®èt t¨ng lùc
cã mét sè nÐt kh¸c biÖt:
• NhiÖt ®é cöa ra buång ®èt t¨ng lùc (BDTL) ®¹t 1800 + 2100 K. Trong
®ã gi¸ trÞ αi = 1,1+1,8 tøc lµ n»m trong giíi h¹n b¾t ch¸y vµ ch¸y æn ®Þnh
cña hçn hîp khÝ - dÇu. Bëi vËy BDTL kh«ng chia ra c¸c vïng ch¸y vµ
trén.
• MÆt kh¸c ®Ó b¶o ®¶m sù ch¸y hoµn toµn lín nhÊt ng−êi ta t¨ng sù chó
ý ®Õn sù phun ®ång ®Òu nhiªn liÖu trong BDTL. Sù ch¸y æn ®Þnh x¶y ra
trong c¸c vïng dßng ng−îc kh«ng lín t¹o thµnh c¸c bé æn ®Þnh ®¸nh löa
d¹ng ch÷ V,U...
• C¸c vßi phun n»m tr−íc bé æn ®Þnh löa phun trùc tiÕp nhiªn liÖu vµo
dßng ng−îc hoÆc d−íi 1 gãc nµo ®ã. ¶nh h−ëng ®éng häc cña dßng cã t¸c
dông xÐ c¸c nhiªn liÖu ra c¸c h¹t nhá. Mét sè h¹t nhiªn liÖu r¬i trªn bÒ
mÆt bé æn ®Þnh löa h×nh thµnh mµng chÊt láng b¶o vÖ nã khái t¸c ®éng
cña luång kh«ng khÝ nãng. Sau khi bay h¬i vµ bay qua mÐp bé æn ®Þnh c¸c h¹t nhiªn liÖu r¬i vµo vïng dßng ng−îc t¹o thµnh hçn hîp giµu cu¶
dÇu - kh«ng khÝ thÝch hîp cho sù ch¸y. sù ch¸y b¾t ®Çu sau bé æn ®Þnh vµ
gÇn ranh giíi dßng ng−îc.
• C¸c vïng ch¸y sau tõng bé æn ®Þnh giao nhau vµ t¹o nªn vïng ch¸y
chung, trong ®ã diÔn ra ch¸y hoµn thiÖn. Víi tèc ®é C=(150+200)m/s cña
dßng - ®é dµi vïng ch¸y cã thÓ ®¹t tíi 2,5 m. C¸c buång ®èt t¨ng lùc thùc
Trang 146
tÕ ng−êi ta lµm ng¾n, lµm kÐm ®i sù ch¸y song gi¶m ®−îc kÝch thuíc vµ
träng l−îng. Sù ch¸y æn ®Þnh cßn phô thuéc thµnh phÇn hçn hîp.
• Sù b¾t ch¸y x¶y ra gÇn bé æn ®Þnh n¬i hçn hîp giµu nhiªn liÖu.
• Khi hçn hîp nghÌo ranh giíi b¾t ch¸y lïi xa bé æn ®Þnh ®Õn sau vïng
dßng ng−îc dÉn ®Õn sù gi¶m nhiÖt ®é hçn hîp. Khi nhiÖt l−îng kh«ng ®ñ
®èt nãng hçn hîp ch−a ch¸y (t−¬i) ®Õn nhiÖt ®é b¾t ch¸y sÏ diÔn ra sù ®øt
ngän löa (t¨ng lùc kh«ng thµnh c«ng).
§Ó më réng vïng lµm viÖc æn ®Þnh, c¸c vßi phun theo l−u l−îng ®−îc
ph©n ra c¸c nhãm vµ hîp víi nhau trong c¸c vßng dÇu ®éc lËp. B»ng sù ph©n
nhãm vµ thay ®æi thµnh phÇn trung b×nh cña hçn hîp cã thÓ ®¶m b¶o sù biÕn
®æi α nhá xung quanh 1 bé æn ®Þnh nµo ®ã - ®iÒu ®ã còng chÝnh lµ ®¶m b¶o
ch¸y æn ®Þnh.
Tèc ®é lín cña dßng khã kh¨n cho sù b¾t ch¸y bëi vËy phÇn më ®Çu BDTL
chØ râ bé ®iÓm löa t¨ng lùc cã c«ng suÊt lín - ®−îc cung cÊp khÝ s¹ch tõ sau
m¸y nÐn vµ ®¸nh löa thùc hiÖn b»ng nÕn ®iÖn: ngän löa lín æn ®Þnh tõ cöa ra
cña bé ®iÓm löa dïng ®Ó ®èt hçn hîp khÝ - dÇn trong thêi ®iÓm ®Çu hoÆc
trong nh÷ng tr−êng hîp ®Æc biÖt t¾t c¸c ngän löa chÝnh trong BDTL trong
c¸c chÕ ®é bay kh¸c nhau.
§Ó b¶o vÖ vá BDTL khái t¶i nhiÖt ng−êi ta t¹o líp mµn b¶o vÖ. Trong khe
hÑp gi÷a vá ngoµi vµ mµn chuyÓn dÞch luång khÝ lµm m¸t ®i ra khái tõ tua
bin vµ kh«ng trén víi nhiªn liÖu. Mét phÇn hçn hîp nµy ®i qua c¸c lç trªn
mµn t¹o thµnh líp vá khÝ b¶o vÖ bªn trong.
Mét hiÖn t−îng nguy hiÓm cña BDTL lµ sù ch¸y rung: lµ hiÖn t−îng ®Æc
biÖt cña sù lµm viÖc kh«ng æn ®Þnh BDTL xuÊt hiÖn b»ng dao ®éng cao tÇn
cña ¸p suÊt ph¸ huû kÕt cÊu c¸c phÇn tö. C¸c dao ®éng nµy cã thÓ cã c¸c
Trang 147
d¹ng kh¸c nhau: cã thÓ däc trôc, h−íng kÝnh hoÆc kÕt hîp. Cã 2 ®iÒu kiÖn
h×nh thµnh vµ ph¸t triÓn: tõ bªn ngoµi ph¶i cung 1 l−îng n¨ng l−îng ®ñ lín
v−ît qua sù c¶n rung (®é nhít, c¸n thuû ®éng) vµ dung hoµ tæn thÊt lµm dao
®éng l−îng hçn hîp ch−a ch¸y vµo BDTL thay thÕ l−îng ®i ra. Nguån n¨ng
l−îng nh− vËy do dao ®éng gi¶i phãng nhiÖt x¶y ra trong vïng ch¸y.
§Ó kÝch thÝch dao ®éng tù kÝch nµy trong hÖ ph¶i cã ph¶n håi d−¬ng tøc
lµ dao ®éng gi¶i phãng nhiÖt ph¶i thô thuéc dao ®éng ¸p suÊt vµ ph¶i cã t¸c
®éng lµm t¨ng dao ®éng ¸p suÊt. C¸c nghiªn cøu chØ ra r»ng c¬ chÕ ph¶n håi
trong ch¸y rung x¸c ®Þnh b»ng quan hÖ cña qu¸ tr×nh ch¸y víi dao ®éng ¸p
suÊt vµ tèc ®é cña dßng. Quan hÖ nµy cã thÓ kh¸c nhau vµ cã thÓ xuÊt hiÖn
trong dßng cã xung ¸p suÊt vµ tèc ®é yÕu, t¸c ®éng lªn ngän löa thay ®æi ®é
lín bÒ mÆt ch¸y còng nh− gi¶i phãng nhiÖt trong mét ®¬n vÞ thêi gian.
Trong nh÷ng ®iÒu kiÖn nhÊt ®Þnh dao ®éng cña c−êng ®é gi¶i phãng
nhiÖt sÏ cã t¸c ®éng dao ®éng ¸p suÊt vµ t¨ng c−êng nã. Sù ph¸t triÓn cña
dao ®éng tù kÝch nµy g©y ra ch¸y rung. ThÝ nghiÖm cho thÊy víi α= 1,1+1,2
vµ ¸p suÊt nhiªn liÖu Pt nhá - sù khuyÕch t¸n n¨ng l−îng dao ®éng do ®é
nhít vµ c¸c tæn thÊt kh¸c nhá h¬n n¨ng l−îng gi¶i phãng nhiÖt - lóc ®ã
kh«ng x¶y ra sù ch¸y rung. Nh−ng khi gi¶m α vµ t¨ng Pt sù truyÒn n¨ng
l−îng t¨ng lªn khi nã lín h¬n sù khuyÕch t¸n xuÊt hiÖn dao ®éng lín ¸p suÊt
vµ tèc ®é trong d¹ng sãng ®øng.
C¸c ph−¬ng ph¸p chèng ch¸y rung lµ:
• T¹o c¸c vßng chèng rung d¹ng sãng hoÆc lç dÉn ®Õn khuyÕch t¸n sãng
¸p suÊt do sù ph¶n x¹ kh«ng ®Òu tõ bÒ mÆt vßng chèng rung tõ ®ã sÏ
tr¸nh ®−îc dao ®éng.
• DÞch chuyÓn c¸c bé æn ®Þnh löa gÇn c¸c t©m sãng ¸p suÊt (sãng ®øng) vµ
tèc ®é n¬i ¶nh h−ëng dao ®éng ®Õn qu¸ tr×nh ch¸y lµ nhá nhÊt.
Trang 148
• T¨ng sè l−îng c¸c bé æn ®Þnh vµ xÎ r·nh theo chiÒu dµi buång ®èt ®Ó
tr¸nh c¸c cùc céng h−ëng dao ®éng.
CÇn l−u ý r»ng trong sù ch¸y rung cña BDTL ta ch−a ®Ó ý ®Õn dao ®éng
cña l−u l−îng nhiªn liÖu. Trong khai th¸c sö dông cã thÓ xuÊt hiÖn c¸c dao
®éng tÇn sè thÊp cña BDTL. D¹ng dao ®éng nµy xuÊt hiÖn khi gi¶m l−îng
dÇu t¨ng lùc, ë c¸c ®é cao lín khi mï ho¸ nhiªn liÖu kÐm vµ chªnh lÖch ¸p
trªn vßi phun nhá.