Hiệu suất chu kỳ thực tế và một số đơn vị của tua bin máy nén khí

Hiệu suất chu kỳ đơn giản thực tế

Nếu cho một thiết bị hoạt động giữa cùng áp suất và nhiệt độ giới hạn máy nén khí và tuabin chỉ đạt hiệu suất 80% (nghĩa là công việc của máy nén khí lý tưởng bằng 0,8 lần công việc thực tế, trong khi sản lượng tuabin thực tế là 0,8 lần so với đầu ra lý tưởng) , tình hình thay đổi đáng kể ngay cả khi tất cả các thành phần khác vẫn lý tưởng. Đối với mỗi kilowatt công suất ròng được sản xuất, tuabin phải sản xuất 2,71 kilowatts trong khi công việc nén trở thành 1,71 kilowatts. Hiệu suất nhiệt giảm xuống còn 25,9%. Điều này minh họa tầm quan trọng của máy nén khí và tua-bin hiệu quả cao. Trong lịch sử, khó khăn trong việc thiết kế các máy nén khí hiệu quả, thậm chí nhiều hơn các tuabin hiệu quả, làm chậm sự phát triển của động cơ tuabin khí. Các đơn vị hiện đại có thể có máy nénhiệu quả của 86-88 phần trăm và hiệu suất tuabin của 88-90 phần trăm ở điều kiện thiết kế.

puma-px1090.jpg

Hiệu suất và công suất đầu ra có thể tăng lên bằng cách tăng nhiệt độ đầu vào tuabin. Tuy nhiên, tất cả các vật liệu đều mất sức mạnh ở nhiệt độ rất cao và do các cánh tuabin đi với tốc độ cao và chịu áp lực ly tâm nghiêm trọng, nhiệt độ đầu vào tuabin trên 1.100 ° C yêu cầu làm mát lưỡi đặc biệt. Có thể thấy rằng đối với mỗi nhiệt độ đầu vào tuabin tối đa cũng có tỷ lệ áp suất tối ưu. Các tuabin khí máy nén khí  hiện đại với việc làm mát bằng lưỡi hoạt động ở nhiệt độ đầu vào tuabin trên 1.370 ° C và với tỷ lệ áp suất khoảng 30: 1.

Một số bộ phận khác

Trong máy nén khí tuabin khí động cơ chú ý phải được trả cho trọng lượng và kích thước đường kính. Điều này không cho phép bổ sung thêm thiết bị để cải thiện hiệu suất. Theo đó, các động cơ máy nén khí  thương mại hoạt động trên chu trình Brayton đơn giản được lý tưởng hóa ở trên. Những hạn chế này không áp dụng cho tuabin khí cố định, nơi các thành phần có thể được thêm vào để tăng hiệu quả. Các cải tiến có thể bao gồm (1) giảm công việc nén bằng cách làm mát trung gian, (2) tăng sản lượng tuabin bằng cáchhâm nóng sau khi mở rộng từng phần, hoặc (3) giảm mức tiêu thụ nhiên liệu bằng cách tái sinh.

Cải tiến đầu tiên sẽ liên quan đến việc nén khí ở nhiệt độ gần như không đổi. Mặc dù điều này không thể đạt được trong thực tế, nó có thể xấp xỉ bằng cách làm mát ( ví dụ, bằng cách nén không khí trong hai hoặc nhiều bước và làm mát bằng nước giữa các bước về nhiệt độ ban đầu của nó). Làm mát giảm khối lượng không khí được xử lý và, với nó, công việc nén cần thiết.

Cải tiến thứ hai liên quan đến việc hâm nóng không khí sau khi mở rộng một phần thông qua một tuabin áp suất cao trong một bộ buồng đốt thứ hai trước khi cho nó vào tuabin áp suất thấp để mở rộng cuối cùng. Quá trình này tương tự như quá trình hâm nóng được sử dụng trong tuabin hơi.

Cả hai phương pháp tiếp cận đòi hỏi thiết bị bổ sung đáng kể và được sử dụng ít thường xuyên hơn so với cải tiến thứ ba. Ở đây, khí thải nóng từ tuabin được truyền quabộ trao đổi nhiệt , hoặc bộ tái sinh, để tăng nhiệt độ không khí rời khỏi máy nén trước khi đốt. Điều này làm giảm lượng nhiên liệu cần thiết để đạt được nhiệt độ đầu vào tuabin mong muốn. Tuy nhiên, sự gia tăng hiệu quả là gắn liền với sự gia tăng lớn về chi phí ban đầu và sẽ chỉ tiết kiệm cho các đơn vị hoạt động gần như liên tục.

Bạn có thể tham khảo thêm nhiều bài viết về máy nén khí
tại đây.

Leave a Reply