Tính toán Kiểm nghiệm thông gió làm mát cho trạm phát điện dự phòng cummins 3530 KVA TS. Đỗ việt dũng KS. mai văn thắm Bộ môn Đầu máy Toa xe Trờng Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Khi thiết kế lắp đặt, để đảm bảo cho động cơ diezel nói chung v tổ máy phát điện diezel lm việc bình thờng, cần tính toán, thiết kế các hệ thống phụ trợ: lm mát, bôi trơn, nhiên liệu Một trong những bi toán khi thiết kế hoặc kiểm nghiệm lại thiết kế đã có l tính toán khả năng thông gió lm mát lu thông vo gian động cơ để lm mát các thiết bị động lực. Bi báo giới thiệu phơng pháp tính toán kiểm nghiệm khả năng thông gió lm mát cho hệ thống máy phát điện v đề xuất phơng án cải tạo mặt bằng cho trạm phát điện dự phòng Trung tâm Thơng mại Mê Linh Plaza. Summary: In design and installation, to ensure general diesel engines and electric generating systems to function normally, it is necessary to design and calculate auxiliary systems: cooling, lubricating, fuelling, etc. One of the problems when designing or design testing an available design is calculating ventilating and cooling capacity circulated in engine space to cool down dynamic equipment. This paper presents a calculating method to test ventilating and cooling capacity for electric generating systems and proposes an alternative to improvement of the site for the spare electric generating station at Melinh Plaza Commercial Center. CT 2 I. Đặt vấn đề Các trạm phát điện dự phòng ngày càng đợc các nhà máy, trung tâm công nghiệp, thơng mại đầu t xây dựng với công suất ngày càng lớn để giải quyết tình trạng thiếu hụt năng lợng điện của nớc ta hiện nay. Phần lớn các trạm phát điện dự phòng đều lắp đặt các tổ máy phát diesel công suất lớn đợc nhập tổng thành từ nớc ngoài. Còn lại toàn bộ phần kết cấu xây dựng gian đặt tổ máy hoặc vỏ cách âm do Việt Nam tự thiết kế xây lắp. Vì vậy việc xây dựng phơng pháp tính toán kiểm nghiệm về cách âm, cách nhiệt và thông gió làm mát cho các tổ máy phù hợp với điều kiện vận hành là việc làm cần thiết. Trạm phát điện dự phòng của Trung tâm thơng mại Mê Linh Plaza nhằm cung cấp điện cho toàn bộ Trung tâm khi mất điện lới Quốc gia. Với tổng công suất định mức 3530 KVA, nhà phát điện đợc bố trí 4 máy phát điện Cummins, trong đó có 3 máy phát điện 760 KVA moden 672 DQCB và một máy phát điện 1250KVA moden C1250 D5A. Để hệ thống máy phát điện dự phòng của trung tâm hoạt động đợc tốt, hãng cung cấp máy phát Cummins khuyến cáo (bảng 1): Bảng 1. Diện tích đờng khí lm mát theo khuyến cáo của hãng Cummins TT Diện tích yêu cầu Moden 672 DQCB Moden C1250 D5A 1 Tiết diện đờng khí vào phòng nhỏ nhất 4 m 2 6.3 m 2 2 Tiết diện đờng khí ra phòng nhỏ nhất 2.7 m 2 4.7 m 2 Từ mặt bằng xây lắp trạm phát điện hiện có, khi tiến hành tính toán kiểm nghiệm theo khuyến cáo của hãng, thấy rằng, khi hệ thống máy phát điện dự phòng hoạt động với công suất định mức, tốc độ gió lu thông trong phòng máy lớn (20m/s) gây nguy hiểm cho máy, cho ngời vào vận hành máy; nhiệt độ trong phòng tăng cao do không hút hết các khí nóng trong phòng ra ngoài ảnh hởng đến điều kiện làm việc bình thờng của máy. Từ yêu cầu thực tế đặt ra nhóm tác giả đa ra phơng án cải tạo mặt bằng trạm phát điện hiện có và đi tính toán kiểm nghiệm thông gió làm mát với phơng án cải tạo mới. II. Nội dung 2.1. Các thông số kỹ thuật dùng trong tính toán 2.1.1. Thông số kỹ thuật của các tổ máy phát điện dự phòng Hệ thống máy phát điện dự phòng có các thông số kỹ thuật trên bảng 2. Bảng 2. Thông số kỹ thuật của các tổ máy phát điện TT Các Thông số kỹ thuật Tổ máy C1250 D5A Tổ máy 672 DQCB 1 Điện áp 380 440 V 380 440 V 2 Công suất dài hạn 900 kW 1125 kVA 608 kW 760 kVA 3 Công suất dự phòng 1000 kW 1250 kVA 672 kW 840 kVA 4 Hiệu động cơ Cummins Cummins 5 Số xi lanh 12 6 6 Bộ điều tốc/ Loại Điện tử Điện tử 7 Nạp khí và làm mát Tăng áp và làm mát bằng gió Tăng áp và làm mát bằng gió 8 Công suất ra tại bánh đà - Standby 1089 kW 768 kW 9 áp suất quạt đẩy (cho phép đờng ống) 13 mm H 2 O 13 mm H 2 O 10 Lu lợng gió thổi qua két nớc 18.8 m 3 /giây 14.7 m 3 /giây 11 Lu lợng khí vào động cơ 1309 lít/giây 815 lít/giây 12 Tiết diện đờng khí vào phòng nhỏ nhất 6.3 m 2 4 m 2 13 Tiết diện đờng khí ra phòng nhỏ nhất 4.7 m 2 2.7 m 2 CT 2 2.1.2. Sơ đồ bố trí của các tổ máy phát điện CT 2 Trên hình 1 là mặt bằng bố trí hiện tại của trạm phát điện, mặt bằng gồm 2 gian, gian lắp máy (trục B-C-D) và gian điều khiển (trục A-B). Trong gian lắp máy lắp 04 tổ máy phát theo vị trí nh trên bản vẽ (tổ máy C1250 D5A ở bên trái). 2.2. Các mặt cắt lu thông khí làm mát 2.2.1. Các mặt cắt theo mặt bằng hiện tại Trên hình 2 là mặt cắt thông gió theo trục A - A, có bố trí 2 cửa tôn kín, có kích thớc mỗi cửa (2.35 x 2.35) m làm cửa đi, phía trên lắp 4 cửa chớp nan bê tông kết cấu nh hình 3. LT2LT2LT2LT2 LT1 LT1LT1 LT1 27502750 27502750 2200220022002200 0.000 380038004200 11800 b c d a 12 3 14000 5 31 14000 7000 7000 7000 7000 Mặt cắt B B (hình 4), có bố trí 2 cửa vào bịt kín với kích thớc (2,35 x 2,35) m. Phía trên lắp 4 ống tiêu âm kết cấu nh hình 5. Hình 1. Sơ đồ bố trí các tổ máy phát điện trong trạm phát điện dự phòng 1 2 3 0.000 +4.550 -0.450 220 6740 300 6740 220 14220 220 390 2500 1000 2500 300 10 0 0 2500 390 220 12011809002350100 5003250450 5000 4550450 4550 5000 4050 500 450 450 +4.550 0.000 -0. 450 m n 800 400 220 6780 220 6780 220 400 15020 b kt-07 mặt cắt A-A 1540 2350 6000 2350 1540 7000 7000 2500 350 350 Hình 2. Mặt cắt A - A 650 220 760 220 650 2500 800 5012012012012012012030 800 800 30120 120 120 120 120 12050 220 trụ gạch xây 220x220 nan chớp bê tông khung bằng th?p l 75x75 lƯới chắn côn trùng 10x10 i=5% Hình 3. Chi tiết cửa chớp trên mặt A - A 2.2.2. Đề xuất phơng án cải tạo mặt cắt lu thông khí lm mát Mở mới 2 cửa 2900 10001000 900 2500 9 3 3 2500 800 2 9 0 0 1 0 0 0 9 0 0 1 0 0 0 Hình 5. Cấu tạo ống tiêu âm 123 s1 s1 s1 s1 3 2 1 400 61 0 2500 1000 2500 1000 2500 1000 2500 610 40 0 1760 1175 1175 6000 1175 1175 1760 1660 2550 5800 2550 1660 7000 7000 14220 4500 2350 900 800 500 450 450 15020 5000 MặT CắT B - B Hình 4. Mặt cắt B - B Căn cứ vào mặt bằng và điều kiện đầu t, đề xuất phơng án cải tạo mặt cắt lu thông khí làm mát theo các trục A - A (hình 6). Cụ thể nh sau: Cải tạo 2 cửa ra vào kín thành cửa nan chớp cho phép gió làm mát thổi qua. Kiến nghị lắp thêm 4 quạt hút gió bố trí nh sơ đồ hình 6 Với mặt cắt B-B (hình 7): - Cải tạo 2 cửa chính, mỗi cửa làm một nửa cửa là ống tiêu âm. - Mở thêm 2 cửa gió ở giữa, kiểu ống tiêu âm. CT 2 Trên cơ sở phơng án cải tạo mặt bằng, sử dụng các phơng trình liên tục Becnuli [1], [4] tiến hành kiểm nghiệm diện tích lu thông và lu lợng khí làm mát trên các mặt cắt của đờng khí lu thông A-A và B-B với điều kiện các tổ máy làm việc ở công suất định mức. Kết quả kiểm nghiệm diện tích và lu lợng khí lu thông làm mát cần bổ sung đợc trình bày trên bảng 3. Bảng 3. Kết quả kiểm nghiệm diện tích v lu lợng lu thông khí lm mát TT Diện tích thông gió yêu cầu và diện tích thiết kế của trạm phát điện Thiết kế ban đầu Cải tạo mới 1 Tổng tiết diện đờng khí vào phòng nhỏ nhất của nhà phát điện yêu cầu 18.3 m 2 18.3 m 2 2 Tổng tiết diện đờng khí ra phòng nhỏ nhất của nhà phát điện yêu cầu 12.8 m 2 12.8 m 2 3 Tổng diện tích thiết kế của đờng khí ra (mặt cắt D D) 13.5 m 2 13.5 m 2 4 Tổng diện tích cha kể tổn thất của mặt cắt A - A 6.6 m 2 12.12 m 2 5 Tổng diện tích thiết kế đờng khí vào của mặt cắt A - A 3.3 m 2 12.65 m 2 6 Tổng diện tích cha kể tổn thất của mặt cắt B - B 8 m 2 17.92 m 2 7 Tổng diện tích thiết kế đờng khí vào của mặt cắt B B 5.3 m 2 12.24 m 2 8 Lu lợng khí làm mát cần bổ sung qua mặt cắt A - A (m 3 /s) 50.15 3.40 9 Lu lợng khí làm mát lu thông mặt cắt B - B (m 3 /s) 40.15 5.45 Từ kết quả tính toán trên bảng 3, ta nhận thấy, về lu lợng không khí làm mát lu thông sau khi cải tạo các mặt cắt trên các trục A - A và B - B đã gần đáp ứng yêu cầu. Do trên đờng khí lu thông có các ống tiêu âm, gây tổn thất áp suất, vì vậy cần tiến hành tính toán tổn thất áp suất trên đờng khí làm mát lu thông theo phơng án cải tạo mới để kiểm nghiệm áp suất của quạt làm mát động cơ diezel theo yêu cầu làm mát cho hệ thống. 2.3. Tính toán tổn thất áp suất khí làm mát lu thông trong các đờng ống tiêu âm : Tại mặt cắt A - A, các cửa thông gió chỉ là cửa chớp, tốc độ khí lu thông không cao, tổn thất áp suất trên đờng thông gió là không đáng kể. Vì vậy chỉ cần xác định tổn thất áp suất trên mặt cắt B - B và trên cửa gió ra từ két làm mát (mặt cắt D - D), chủ yếu do các ống tiêu âm Cửa chớp ximăng Cửa chớp x imăng Cửa chớp sắt, tôn sơn tĩnh điện 2mm Mặt đứng trục a 15020 14220 70007000 16602550580025501660 1760 11751175 6000 11751175 1760 4006102500100025001000250010002500610400 1 2 3 321 Cửa chớp sắt, tôn sơn tĩnh điện 2mm Hình 6. Mặt cắt A A theo phơng án cải tạo 1 2 3 3 2 1 400 610 2500 1000 2500 1000 2500 1000 2500 610 400 1760 1175 1175 6000 1175 1175 1760 1660 2550 5800 2550 1660 7000 7000 14220 15020 950 950 Cửa tiêu âm đầu vào dày 300mm Cửa tiêu âm đầu vào Cửa tiêu âm đầu vào Cửa tiêu âm đầu vào dày 3000 Cửa tiêu âm đầu vào dày 3000 Cải tạo hai cửa Mở mới 2 cửa Mặt đứng trục b Hình 7. Mặt cắt B B theo thiết kế mới (hình 5, hình 8). Tổn thất áp suất trên ống tiêu âm gồm tổn thất áp suất do ma sát và tổn thất áp suất cục bộ. 2.3.1. Tổn thất áp suất do ma sát gây ra Để tính toán đợc tổn thất áp suất do ma sát, từ tiết diện hình chữ nhật của ống, ta phải quy đổi về tiết diện ống tròn, sau đó nhân hệ số lên sẽ đợc tổn thất áp suất ma sát trong tiết diện hình chữ nhật (hình 8). Tổn thất áp suất ma sát trong ống tròn tơng đơng đợc xác định theo công thức: = . g.2 V . d l .P 2 tron ms [KG/m 2 ] (1) trong đó: - hệ số ma sát; l - chiều dài ống thông gió [m]; d - đờng kính ống thông gió [m]; V - vận tốc qua tiết diện [m/s]; g - gia tốc trọng trờng [m/s 2 ]; - mật độ của không khí. CT 2 Hệ số ma sát phụ thuộc vào chế độ chảy hay số Reynon Re và độ nhám tơng đối của thành ống. Từ các tham số kết cấu cụ thể của hệ thống tiêu âm và sử dụng các biểu thức [1], [3], [4] tính toán xác định đờng kính đờng tròn tơng đơng, tỉ số giữa tổn thất áp suất ma sát trong ống tiết diện chữ nhật và ống tiết diện tròn, hệ số Reynon, hệ số ma sát . Đa vào biểu thức (1), ta xác định đợc tổn thất áp suất do ma sát gây ra cho các đờng ống tiêu âm trên các mặt cắt lu thông khí làm mát B - B và D - D. 700 195 15 o 10001000 900 15 o 600600 600 1700 2 00 15 o 600600 600 15 o 600600 600 15 o 600600 600 1700 2 00 1700 2 00 a, b, Hình 8. Kích thớc một ống tiêu âm a. Cửa gió vo; b. Cửa gió ra 2.3.2. Tính toán tổn thất cục bộ Tổn thất cục bộ đợc xác định theo công thức: = . g.2 V .P 2 cb [KG/m 2 ] (2) trong đó: - hệ số cản cục bộ; V - vận tốc qua tiết diện [m/s]; g - gia tốc trọng trờng [m/s 2 ]; - mật độ của không khí = 1,205 [kg/m 3 ] Tổn thất cục bộ của ống tiêu âm bao gồm tổn thất cục bộ do đầu ống ngàm vào tờng và tổn thất cục bộ do ống ngoặt hình chữ Z (hình 8 và hình 9) [4]. - Tra bảng chọn hệ số cản cục bộ 1 do đầu ống ngàm vào tờng. - Tổn thất cục bộ do ống ngoặt hình chữ Z với góc 150, tra bảng ta đợc hệ số cản cục bộ 2 c d b V Vậy tổng hệ số cản cục bộ trong cả đoạn ống là: = 1 + 2 . Tổng tổn thất áp suất toàn phần trên cả đoạn ống là: P tp = + P CN ms P cb [KG/m 2 ] (3) 2.3.3. Tổn thất áp suất ton phần ở mặt cắt B - B v D - D Hình 9. Kết cấu ngm ống tiêu âm vo tờng Theo cách tính toán tổn thất trên, với các số liệu theo thiết kế cải tạo, tính đợc tổn thất áp suất khí làm mát trong các đoạn ống tiêu âm và tổng tổn thất áp suất toàn phần của khí làm mát lu thông qua các loại ống tiêu âm trên các mặt cắt theo bảng 4: Bảng 4. Tổn thất áp suất trong các ống ở mặt cắt B - B v D - D TT Tổn thất áp suất toàn phần trong các ống P tp Trị số 1 Tổn thất áp suất của ống tiêu âm phía trên (mặt cắt B - B) 2,43 [KG/m 2 ] 2 Tổn thất áp suất ống tiêu âm phía dới (cửa cải tạo từ cửa chính trên mặt cắt B B) 0,641[KG/m 2 ] 3 Tổn thất áp suất ống tiêu âm phía dới (cửa mở thêm trên mặt cắt B - B) 0,472 [KG/m 2 ] 4 Tổn thất áp suất ống tiêu âm cửa ra gió làm mát (trên mặt cắt D - D) 4,57 [KG/m 2 ] Tổng tổn thất áp suất trên đờng ống thông khí làm mát 7,00 [KG/m 2 ] Từ bảng 4, chọn tổn thất áp suất khí làm mát trong các đoạn ống tiêu âm trên mặt cắt B-B bằng tổn thất áp suất trên đờng ống có tổn thất lớn nhất, hay: CT 2 PB - B = 2.43 KG/m 2 = P BB max 2.4. Tính toán tổn thất áp suất khí làm mát lu thông qua két làm mát động cơ diezel Tổn thất áp suất qua két làm mát đợc xác định bằng công thức sau: [2] P két = E.v 1,75 [KG/m 2 ] (4) trong đó: E - hệ số đặc trng ngăn làm mát, khi các cánh tản nhiệt trong két có dập gân, lấy E = 0,456 V- vận tốc trọng lợng của không khí qua két làm mát [kg/m 2 .s] Chọn tốc độ trọng lợng không khí qua két làm mát V = 7,5 kg/m 2 .s [2]. Hay P két = E.V 1,75 = 0,456 x 7,5 1,75 = 15,5 [KG/m 2 ] 2.5. Tính toán kiểm nghiệm quạt làm mát và chọn quạt hút tại mặt cắt A - A 2.5.1. Điều kiện quạt lm mát của động cơ diesel lm việc có hiệu quả: P quạt PP Vào + P + P D - D két P (5) trong đó: P quạt - áp suất của quạt làm mát động cơ diesel [KG/m 2 ] PP D - D Tổn thất áp suất trên đờng gió ra khỏi két làm mát [KG/m 2 ] P két - Tổng tổn thất áp suất qua két làm mát động cơ [KG/m 2 ] P Vào - Tổng tổn thất áp suất trên toàn bộ đờng thông gió từ ngoài vào trớc quạt làm mát động cơ [KG/m 2 ] PP Vào = P B - B P + P Vào (6) Nếu gọi P Vào là các tổn thất phụ trợ trên đờng dẫn khí làm mát trong không gian của trạm, giữa các trục A B - D ( dòng khí va đập với các tủ điện, tủ cắt và các thiết bị khác). Lấy theo kinh nghiệm từ (0.2 - 0.4) áp suất tổn thất đầu miệng vào [2], chọn P Vào = 0.3 x PP B B . Nếu điều kiện (5) đợc đảm bảo thì quạt làm mát động cơ hoạt động mới có hiệu quả, nếu không đảm bảo điều kiện trên thì phải bù một lợng áp suất cho quạt làm mát. Từ bảng 2, ta có P = 13 mm H O = 13 KG/m quạt 2 2 < Tổng tổn thất đờng lu thông khí làm mát theo yêu cầu (24.6 KG/m 2 ). Vậy áp suất tối thiểu phải bù cho quạt làm mát: P bù = 11.6 KG/m 2 Từ lu lợng cần bù cho mặt cắt B-B là 5,45m 3 /s (bảng 3) và áp suất bù 11.6KG/m 2 , xác định công suất quạt hút: = .102 P.Q N quatquat quat [KW] (7) trong đó: N quạt - Công suất quạt cần bù [KW] Q quạt - Lu lợng không khí bù [m 3 /s] P quạt - áp suất của quạt bù [KG/m 2 ] - Hiệu suất của quạt, với quạt cánh phẳng = 65%. Ta tính đợc tổng công suất quạt hút đặt ở mặt cắt A - A là N quạt = 0.95 KW 1 KW. 2.5.2. Chọn quạt cho gian máy ở mặt cắt A - A chọn 4 quạt hút thông dụng để bổ sung đều lu lợng và áp suất tại các cửa chớp nan bê tông (hình 6) với thông số kỹ thuật của mỗi quạt nh sau : CT 2 - Công suất quạt N 1 quạt hút = 0.3 kW - Lu lợng Q 1 quạt hút = 6000 m 3 /giờ - Cột áp P quạt hút = 12 KG/m 2 III. Kết luận Từ yêu cầu về thông gió làm mát cho các tổ máy phát điện của hãng Cummins cùng với điều kiện thực tế của mặt bằng trạm phát điện dự phòng tại Trung tâm thơng mại Mê Linh Plaza đã xây dựng đợc phơng án thiết kế cải tạo với chi phí sửa chữa hợp lý và đã kiểm nghiệm điều kiện về lu lợng thông gió làm mát cho các tổ máy, kiểm nghiệm tổn thất áp suất quạt làm mát động cơ. Từ đó đã chọn quạt bù lu lợng và áp suất không khí làm mát cho trạm. Trên cơ sở thiết kế cải tạo và tính toán kiểm nghiệm, trạm phát điện dự phòng đã đảm bảo cung cấp đủ lu lợng, áp suất, tốc độ của dòng không khí làm mát cho các tổ máy hoạt động, duy trì nhiệt độ làm việc cho hệ thống máy phát điện dự phòng hoạt động có hiệu quả. Tài liệu tham khảo [1]. Trần Ngọc Chấn (1998). Kỹ thuật thông gió. Nhà xuất bản xây dựng. [2]. Nguyễn Hữu Dũng (2005). Kết cấu tính toán đầu máy diesel. Nhà xuất bản Giao thông Vận tải. [3]. Hong Thị Hiền, Bùi Sỹ Lý (2004). Thông gió. Nhà xuất bản Xây dựng [4]. Đỗ Việt Dũng, Mai Văn Thắm (2006). Báo cáo tính toán kiểm nghiệm năng lực thông gió làm mát cho Trạm phát điện dự phòng Trung tâm thơng mại Mê Linh Plaza. Báo cáo đề tài NCKH chuyển giao công nghệĂ . Tính toán Kiểm nghiệm thông gió làm mát cho trạm phát điện dự phòng cummins 3530 KVA TS. Đỗ việt dũng KS. mai văn thắm Bộ môn Đầu máy Toa xe Trờng Đại học Giao thông Vận tải. việc xây dựng phơng pháp tính toán kiểm nghiệm về cách âm, cách nhiệt và thông gió làm mát cho các tổ máy phù hợp với điều kiện vận hành là việc làm cần thiết. Trạm phát điện dự phòng của. và đã kiểm nghiệm điều kiện về lu lợng thông gió làm mát cho các tổ máy, kiểm nghiệm tổn thất áp suất quạt làm mát động cơ. Từ đó đã chọn quạt bù lu lợng và áp suất không khí làm mát cho trạm.