Bài giảng Nhiệt động học kỹ thuật CHƯƠNG 12: TUABIN KHÍ VÀ ĐỘNG CƠ PHẢN LỰC CBGD: TS. NGUYỄN MINH PHÚ -1- CHƯƠNG 12 T T U U A A B B I I N N K K H H Í Í V V À À Đ Đ Ộ Ộ N N G G C C Ơ Ơ P P H H Ả Ả N N L L Ự Ự C C 1. TUABIN KHÍ 1.1 Khái qt Động cơ tuabine khí là một trong các loại động cơ nhiệt hiện đại. Động cơ tuabin khí dùng nhiều trong lĩnh vực hàng khơng và các nhà máy điện cơng suất lớn. Cơng sinh ra trong tuabin khí là do động năng của dòng khí chuyển động với vận tốc cao chuyển biến thành cơ năng. Bài giảng Nhiệt động học kỹ thuật CHƯƠNG 12: TUABIN KHÍ VÀ ĐỘNG CƠ PHẢN LỰC CBGD: TS. NGUYỄN MINH PHÚ -2- Động cơ khởi động Máy nén Không khí Nhiên liệu Buồng đốt Sản phẩm cháy 1 2 3 4 Tuabin khí Cấu tạo động cơ tuabin khí gồm 3 bộ phận chính: - Máy nén khí: dùng để tạo dòng không khí có áp suất cao, đồng thời cung cấp oxy cho quá trình cháy nhiên liệu trong buồng đốt. - Buồng đốt: dùng để đốt cháy nhiên liệu tạo nên sản phẩm cháy (chất môi giới) có áp suất và nhiệt độ cao. - Tuabin khí: dòng sản phẩm cháy phun lên các cánh động của tuabin làm tuabin quay tạo ra cơ năng. Một phần cơ năng được dùng để cung cấp công cho máy nén. Nguyên lý hoạt động: không khí được máy nén hướng trục nén từ áp suất p 1 đến p 2 theo quá trình đoạn nhiệt, sau đó được thổi vào buồng đốt, nhiên liệu được vòi phun phun vào, quá trình cáu trong buồng đốt cung cấp nhiệt lượng cho chu trình, sản phẩm cháy được đưa vào ống tăng tốc của tuabin (cánh tónh gắn trên thân tuabin), qua ống tăng tốc nhiệt độ và áp suất dòng khí giảm xuống, tốc độ và động năng của dòng khí tăng lên, sau đó dòng khí được thổi vào hệ thống cánh gắn trên đóa quay của tuabin (cánh động), ở đây động năng của dòng khí biến đổi thành cơ năng làm quay trục tuabin. Ưu điểm của tuabin khí so với động cơ đốt trong: - Ma sát nhỏ nên hiệu suất cao. Bài giảng Nhiệt động học kỹ thuật CHƯƠNG 12: TUABIN KHÍ VÀ ĐỘNG CƠ PHẢN LỰC CBGD: TS. NGUYỄN MINH PHÚ -3- - Độ rung động nhỏ, quay ổn đònh. Vận tốc từ 3000vòng/phút trở lên. - Kích thước máy nhỏ phát công suất lớn. Nhược điểm: Yêu cầu vật liệu chế tạo chòu được nhiệt độ cao trong thời gian dài, công nghệ chế tạo cao. Hiệu suất chưa thật cao so với động cơ đốt trong. 1.2 Chu trình tuabin khí cấp nhiệt đẳng áp (như hình trên) Xem chất môi giới là khí lý tưởng. v p S T 1 1 2 2 3 3 4 q 1 q 2 4 q 1 q 2 q = 0 q = 0 q = 0 q = 0 w T w C w T w C Quá trình thải khí ra môi trường (4-1) xem là đẳng áp vì liên tục (khác với ĐCĐT) Công cấp vào máy nén: w c = c p (T 2 – T 1 ), kJ/kg Nhiệt lượng cấp vào chu trình: q 1 = c p (T 3 – T 2 ), kJ/kg Công sinh ra của tuabin: w T = c p (T 3 – T 4 ), kJ/kg Công sinh ra của chu trình: w = w T - w C Hiệu suất nhiệt của chu trình: Bài giảng Nhiệt động học kỹ thuật CHƯƠNG 12: TUABIN KHÍ VÀ ĐỘNG CƠ PHẢN LỰC CBGD: TS. NGUYỄN MINH PHÚ -4- 1 q w t  Hệ số tự dùng bwr (back work ratio): bwr = T C w w , % 2. ĐỘNG CƠ PHẢN LỰC Động cơ phản lực là loại động cơ biến hoá năng của nhiên liệu thành động năng và đẩy động cơ về phía trước theo nguyên tắc phản lực. Máy nén Nhiên liệu Buồng đốt 1 2 3 4 Tuabin khí a Ống tăng áp b Ống tăng tốc S T 1 2 3 4 q 1 q 2 w T w C a b Nguyên lý làm việc: - Không khí được nén sơ bộ qua ống tăng áp; (quá trình 1-a) - Sau đó không khí được nén tiếp tục nhờ máy nén; (quá trình a-2) Bài giảng Nhiệt động học kỹ thuật CHƯƠNG 12: TUABIN KHÍ VÀ ĐỘNG CƠ PHẢN LỰC CBGD: TS. NGUYỄN MINH PHÚ -5- - Quá trình cháy xảy ra trong buồng đốt; (quá trình 2-3) - Quá trình giãn nở trong tuabin khí; (quá trình 3-b) - Quá trình giãn nở qua ống tăng tốc để phun ra ngoài; (quá trình b-4). Một số giả thiết để tính toán: - Công sinh ra của tuabin khí bằng công cấp vào máy nén: w c = c p (T 2 – T a ) w T = c p (T 3 – T b ) w c = w T - Lưu lượng khối lượng của môi chất lưu động trong ĐCPL tại mổi vò trí là như nhau. - Vận tốc không khí vào ĐCPL bằng vận tốc máy bay. - ; a 1  4  b Dùng công thức trong phần 1.2 chương Lưu động và tiết lưu ta có các quan hệ sau: )TT(c ap 1 2 1 2   )TT(c bp   4 2 4 2 Lực đẩy F = G( 14  ) Công suất đẩy W p = F mb  = G( ;) mb  14 ( 1  mb ) Hiệu suất đẩy 1 Q W p p  3. BÀI TẬP Một máy bay phản lực bay với vận tốc 260m/s trong không trung có áp suất 0,35bar và nhiệt độ -40 o C. Tỷ số nén của máy nén là 10, nhiệt độ khí vào tuabin là 1100 o C, lưu lượng không khí qua máy nén là 45kg/s. Lấy c p =1kJ/kg.K Xác đònh: Bài giảng Nhiệt động học kỹ thuật CHƯƠNG 12: TUABIN KHÍ VÀ ĐỘNG CƠ PHẢN LỰC CBGD: TS. NGUYỄN MINH PHÚ -6- - Nhiệt độ và áp suất khí sau tuabin - Vận tốc khí ra khỏi ống tăng tốc - Hiệu suất đẩy của chu trình. . C C Ơ Ơ P P H H Ả Ả N N L L Ự Ự C C 1. TUABIN KHÍ 1.1 Khái qt Động cơ tuabine khí là một trong các loại động cơ nhiệt hiện đại. Động cơ tuabin khí dùng nhiều trong lĩnh vực hàng khơng. sản phẩm cháy (chất môi giới) có áp suất và nhiệt độ cao. - Tuabin khí: dòng sản phẩm cháy phun lên các cánh động của tuabin làm tuabin quay tạo ra cơ năng. Một phần cơ năng được dùng để cung. vào hệ thống cánh gắn trên đóa quay của tuabin (cánh động), ở đây động năng của dòng khí biến đổi thành cơ năng làm quay trục tuabin. Ưu điểm của tuabin khí so với động cơ đốt trong: - Ma