Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6627-2A:2001 Máy điện quay - Phần 2: Phương pháp thử nghiệm tổn hao và hiệu suất

• Số hiệu: TCVN6627-2A:2001
• Loại văn bản: Tiêu chuẩn Việt Nam
• Nơi ban hành: Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trường
• Người ký: ***
• Ngày ban hành: Năm 2001

Điều	Số lượng	Ảnh hưởng của sai số e là % của Pi
		Mức A		Mức B
4 7 8 9	Cân bằng nhiệt ^1) Nhiệt dung riêng x tỷ trọng nước Lưu lượng theo thể tích Độ tăng nhiệt	≤ 1 ≤ 1 ≤ 1 ≤ 1
5	Ước lượng tổn hao P2 ^2)		≤ 0,5	≤ 3
			≤ 1,5
	Tổn hao Pi: độ tin cậy 95% Giới hạn sai số =	≤ 2,5		≤ 5

1) Nếu không đạt được cân bằng nhiệt, sai số có thể đáng kể.

2) Nhận giá trị nhỏ hơn nếu thực hiện mọi biện pháp dự phòng trong điều 5. Nhận giá trị lớn hơn trong mức A nếu P₂ nhỏ hơn 5% P_i.

Mục 3 – Môi chất làm mát là không khí

Phép đo được thực hiện trong mạch sơ cấp.

11. Ứng dụng và quan hệ cơ bản

Phép đo trong mạch sơ cấp yêu cầu kinh nghiệm khi áp dụng khí động học. Phương pháp đo được sử dụng sẽ thay đổi theo cỡ máy và kiểu thông gió.

Phép đo nhiệt lượng không khí có ưu điểm là có thể áp dụng cho mọi hệ thống thông gió, dù mạch hở hay kín. Không thiết bị đo đặc biệt nào phải đưa vào máy điện khi lắp ráp. Do đó, phép đo nhiệt lượng không khí cũng có thể được tiến hành trên máy điện đã lắp đặt và không phải thiết kế riêng cho kiểu đo này. Tuy nhiên, cũng có những khó khăn nhất định trong phép đo do vận tốc không khí không đồng đều đi qua các phần đo hoặc do nhiệt độ không đồng đều.

Phương pháp đo nhiệt lượng không khí phải sử dụng khi:

- máy điện hở hoàn toàn, mạch làm mát và, do đó, mạch nước thứ cấp không có sẵn;

...

...

...

- không có thiết bị nào lắp được vào mạch nước thứ cấp để đo nhiệt độ và lượng nước, và việc lắp đặt thêm một thiết bị đo như vậy không thực hiện được.

Cũng như phép đo nhiệt lượng nước, phép đo nhiệt lượng không khí cũng cần đạt được cân bằng nhiệt.

Dòng không khí trong mạch sơ cấp giữa không khí lạnh và nóng không làm ảnh hưởng đến phép đo nhiệt lượng nếu việc trao đổi khí diễn ra hoàn toàn bên trong bề mặt chuẩn.

Mục đích của phép đo nhiệt lượng không khí là để đo tổn hao (mục 1).

Để có được tổn hao này, cần xác định:

- lưu lượng khí theo khối lượng r Q;

- độ tăng nhiệt của không khí ∆t;

- nhiệt dung riêng c_p của không khí ở áp suất không đổi.

12. Xác định tốc độ theo khối lượng dòng khí

...

...

...

12.1. Phép đo lưu lượng không khí

Lưu lượng không khí Q có thể được xác định bằng cách đưa vào dòng không khí một vật cản khí động học đã hiệu chuẩn, ví dụ như màn tiết lưu đã hiệu chuẩn (12.1.1), đo vận tốc không khí trong tiết diện mà tổng lưu lượng khí đi qua, hoặc bằng phương pháp so sánh.

12.1.1. Nguyên lý của phép đo bằng vật cản khí động học đã hiệu chuẩn

Để áp dụng nguyên lý này, màn tiết lưu được đặt trong mạch sơ cấp và xác định độ giảm áp suất. Bằng phương pháp hiệu chuẩn, liên hệ lưu lượng không khí theo thể tích với chênh lệch áp suất, số đọc về độ giảm áp suất cho phép xác định lưu lượng. Phép hiệu chuẩn chỉ có hiệu lực ở tỷ trọng không khí đã cho. Do đó, đối với tốc độ lưu lượng đạt được từ phép ngoại suy từ đường cong hiệu chuẩn, cần được hiệu chỉnh và tính toán theo tỷ trọng không khí tại thời điểm đo.

Màn là một tấm đục lỗ được sử dụng như một van tiết lưu để đo (hình 6). Các tấm, có kích thước bằng nhau và được hiệu chuẩn, phải được đặt vuông góc với luồng không khí và sử dụng số lượng đủ lớn sao cho độ giảm áp suất tại lưu lượng không khí danh định có thể đo được (100 N/m^2 = 10,2 kg/m^2 = 10,2 mm H₂O).

Để tránh giảm áp quá mức trong mạch thông gió của máy điện, độ giảm áp không được lớn hơn giá trị đã nêu trên đây.

Phương pháp này đặc biệt phù hợp với máy điện có thông gió mạch hở. Để cho phép tính toán lưu lượng Q đối với các giá trị tỷ trọng không khí khác nhau, phải sử dụng công thức sau:

Q₂ = Q₁

Nguyên tắc đưa vật cản khí động học vào dòng không khí đòi hỏi phải đo độ giảm áp suất. Để làm được điều này, phải sử dụng áp kế có ống nghiêng hoặc áp kế được khắc độ theo N/m^2 với vạch chia đủ rộng (± 1 N/m^2).

...

...

...

12.1.2. Phép đo với ống hút

Đối với máy điện làm mát bằng không khí, cũng có thể đo lưu lượng không khí ở đầu vào bằng một ống hút.

Đối với phép đo này, áp dụng công thức sau:

Q = a.A m^3/s

trong đó:

A = tiết diện ngang của ống hút

r = tỷ trọng không khí cục bộ (kg/m^3)

∆p = chênh lệch giữa áp suất tĩnh trong ống hút và áp suất môi trường (N/m^2)

...

...

...

Mặt cắt của ống hút và số lượng ống hút tiêu chuẩn được yêu cầu phụ thuộc vào độ giảm áp suất đo được, giá trị tối ưu là ở vùng 100 N/m^2.

12.1.3. Phương pháp so sánh

Trong phương pháp này, thiết bị được đặt trong mạch làm mát của máy điện để cho phép đưa vào tổn hao đã biết P (kW) tương ứng với độ tăng nhiệt có thể đo ∆t (^oC) của môi chất làm mát. Khi nhiệt dung riêng c_p (kJ/ kg ^oC) tại vị trí đo đã biết, lưu lượng theo khối lượng có thể có từ công thức:

r . Q = kg/s

12.2. Đo tỷ trọng không khí

Tỷ trọng không khí r là hàm của áp suất áp kế thực b, nhiệt độ t và độ ẩm tương đối của không khí ở vị trí đo lưu lượng theo khối lượng.

Áp suất khí quyển tại vị trí đo lưu lượng theo khối lượng sai khác không đáng kể so với áp suất khí quyển trong vùng lân cận điểm lắp đặt được đo bằng khí áp kế hoặc có được từ trạm khí tượng địa phương. áp suất từ khí áp kế phải là giá trị thực mà không phải giá trị được điều chỉnh theo điều kiện mực nước biển. Nhiệt độ tại vị trí đo lưu lượng theo khối lượng có thể được xác định bằng nhiệt kế là đủ.

Để xác định tỷ trọng không khí khi bộ làm mát được sử dụng cho phép đo lưu lượng, cần lấy giá trị trung bình số học giữa nhiệt độ đầu vào và đầu ra của bộ làm mát.

Nên sử dụng một ẩm kế riêng để đo độ ẩm.

...

...

...

Ảnh hưởng của áp suất khí áp kế có thể tính từ công thức sau:

r_b =

trong đó:

b₀ = 1 013 x 10^5 N/m^2

13. Đo độ tăng nhiệt của không khí

Đo nhiệt độ có thể thực hiện bằng đầu đo kiểu điện (nhiệt kế điện trở, nhiệt ngẫu hoặc nhiệt trở bán dẫn). Nếu chênh lệch nhiệt độ trong khoảng 10^oC, dùng nhiệt kế thủy ngân được khắc độ 1/10 ^oC là đủ.

13.1. Đo với thông gió mạch hở

Đối với máy điện làm mát bằng không khí môi trường, phải đo nhiệt độ không khí đầu vào và đầu ra. Phân bố nhiệt độ có thể thay đổi lớn. Để đạt được độ chính xác cao hơn, lối ra phải được chia nhỏ bằng, ví dụ, mắt lưới có mặt cắt bên trong xấp xỉ 0,1 m x 0,1 m. Phải đo nhiệt độ ở mỗi mắt lưới theo cách được chỉ ra trong điều 13.

Chú ý đảm bảo cho vận tốc không khí trong mỗi phần là bằng nhau. Khi vận tốc không khí không bằng nhau, phải đặt một màn chắn vào để cân bằng vận tốc; sau đó tiến hành đo và xác định giá trị trung bình. Màn chắn này có thể được coi là màn giá trị trung bình nhiệt và phải cố định bằng giá đỡ cách nhiệt.

...

...

...

Với máy điện có thông gió mạch kín, tổn hao trên bộ làm mát được xác định bằng chênh lệch giữa nhiệt độ của không khí nóng và nhiệt độ của không khí lạnh tại đầu ra của bộ trao đổi nhiệt.

Nếu phía không khí nóng của bộ làm mát dễ tiếp cận, nhiệt độ có thể đo bằng nhiệt kế thủy ngân. Nhiệt độ đầu ra nên đo ở một số điểm vì nhiệt độ không khí có thể thay đổi tại các phần khác nhau do tăng nhiệt độ của nước.

Nếu phía không khí nóng của bộ làm mát không dễ tiếp cận, nhiệt độ không khí nóng phải được đo bằng đầu đo nhiệt kiểu điện được đặt giữa các cánh tản nhiệt của bộ trao đổi nhiệt nhưng không tiếp xúc với các cánh tản nhiệt.

14. Xác định nhiệt dung riêng của không khí

Nhiệt dung riêng của không khí c_p ở áp suất không đổi gần như không đổi đối với áp suất và dải nhiệt độ liên quan (7^oC đến 70^oC), và đối với không khí khô thì c_p có giá trị sau:

c_p = 1,01 kJ/ (kg ^oC)

Với không khí ẩm, giá trị c_p sẽ cao hơn (xem hình 8).

15. Độ chính xác đo

Độ chính xác khi xác định tổn hao bằng phương pháp nhiệt lượng phụ thuộc vào phương pháp được sử dụng. Sai số đo đối với mỗi loại phương pháp đo, phụ thuộc vào phương pháp được sử dụng và giá trị chênh lệch nhiệt độ, được cho trong bảng sau.

...

...

...

Số lượng và phương pháp đo

Sai số tính theo phần trăm

Nhiệt dung riêng c_p

± 0,5

Tỷ trọng không khí r

± 0,5

Lưu lượng không khí

− màn tiết lưu

− thiết bị điện hoặc phong tốc kế

...

...

...

− ống hút

± 2,5

± 3,0

± 3,0

± 1,5

Bảng 2 – Sai số đo theo phương pháp nhiệt lượng qua không khí (kết thúc)

Số lượng và phương pháp đo

Sai số tính theo phần trăm

...

...

...

nằm trong dải:

bằng nhiệt kế thủy ngân hoặc điện

5^oC < ∆t < 10^oC

± 2,0

...

...

...

± 1,0

20^oC < ∆t

± 0,8

Nếu không có qui định nào khác, phương pháp đo được chọn cho mục đích thử nghiệm phải cho phép độ chính xác phép đo trong khoảng 2,5% đối với mức A và đến 5% đối với mức B (xem điều 10).

Mục 4 – Xem xét thực tế

16. Chuẩn bị đo nhiệt lượng với chất làm mát là chất lỏng

Phép đo nhiệt lượng phải được thực hiện riêng trên tất cả các mạch làm mát. Với môi chất làm mát đơn chất, cần một hoặc nhiều thiết bị đo nhiệt lượng dầu ổ đỡ, và một thiết bị đo nhiệt lượng cho nước làm mát của các bộ làm mát bằng không khí hoặc bộ làm mát bằng khí (xem hình 2). Sử dụng hai chất làm mát sơ cấp, ví dụ, hydrô và nước tinh khiết, yêu cầu một hoặc một số thiết bị đo nhiệt lượng tùy thuộc vào cách nối các bộ làm mát và phạm vi của phép đo (xem hình 3).

Khi lập phương án bố trí ống, nên thiết lập các tuyến đo cho các phép đo lưu lượng nước và dầu, cũng như các điểm đo nhiệt độ, vì việc bổ sung hoặc thay đổi hệ thống sau đó không những chỉ tốn kém mà còn có thể gây nhiễm bẩn dầu ổ đỡ và nhiễm bẩn nước tinh khiết.

Vì các cơ cấu đo lưu lượng, ví dụ, thiết bị đo tuabin hoặc van tiết lưu trong mạch cấp nước, nhanh chóng làm giảm độ chính xác do chất bẩn lắng đọng hoặc do ăn mòn, nên chúng chỉ được lắp trong thời gian đo. Để cho phép lắp đặt và tháo rời mà không làm gián đoạn hoạt động, sử dụng hai ống song song như hình 9 để có thể ngắt cả hai đầu. Điều này cho phép chiều dài tự do l giữa van trượt và thiết bị đo lưu lượng có giá trị nhỏ nhất như sau:

...

...

...

- ở đầu ra S2: l ≥ 5 lần chiều rộng danh nghĩa.

Van nhỏ S5 được sử dụng để kiểm tra không có nước làm mát đi qua thiết bị đo lưu lượng (Q), tức là van trượt S3 và S4 đóng hoàn toàn.

Đối với thiết bị đo lưu lượng, kể cả việc lắp đặt xung quanh làm ảnh hưởng đến lưu lượng và các máy phát xung, máy khuếch đại và các thiết bị đo, nếu có, cần được hiệu chuẩn thiết bị đo lưu lượng trước khi thử nghiệm. Chiều dài ống giữa các điểm đo nhiệt độ để xác định độ tăng nhiệt của chất làm mát phải được cách nhiệt. Chất cách nhiệt không thích hợp có thể gây ra sai số theo cả hai hướng.

Nếu các bộ làm mát nằm ngoài vỏ máy điện, phép đo nhiệt lượng chất làm mát sơ cấp phải được thực hiện nếu các ống dẫn không khí cho phép điều tiết các thiết bị đo để đo đúng.

Do đó, phải có cách nhiệt tốt cho ống dẫn không khí giữa máy điện và bộ làm mát để đạt được phép đo có ích trong mạch làm mát thứ cấp. ống dẫn không khí và vỏ phải được gắn cẩn thận chống rò rỉ khí.

17. Ghép nối và thiết bị để đo nhiệt lượng với chất làm mát là chất lỏng

Hình 2 chỉ ra bốn bộ làm mát khí – nước nối song song ở phía nước. Tổn hao công suất tổng bị tiêu tán do nước làm mát có thể có được từ phép đo lưu lượng theo thể tích Q của nước và độ tăng nhiệt ∆t.

Kết quả không phụ thuộc vào phân bố nước trong các bộ làm mát song song, vào phân bố khí, và phân bố tổn hao trong các luồng khí của các bộ làm mát từ 1 đến 4. Cần có cách nhiệt cho các ống nước giữa các điểm đo nhiệt (xem thêm 9.1).

Hình 3 nêu cách ghép nối tiếp các bộ làm mát để làm mát bằng hai môi trường. Tổng tổn hao tiêu thụ có thể được xác định từ phép đo lưu lượng theo thể tích của nước làm mát và tổng độ tăng nhiệt. Cần có cách nhiệt cho ống nước.

...

...

...

Để tăng độ chính xác của phép đo độ tăng nhiệt chất làm mát, thử nghiệm phải tiến hành với độ tăng nhiệt càng cao càng tốt. Vì vậy, lưu lượng chất làm mát có thể giảm nhanh mà không làm vượt quá giới hạn nhiệt cho phép. Điều này thực hiện với việc dùng nước lạnh làm mát dễ hơn dùng nước ngưng tụ làm chất làm mát.

Khi độ tăng nhiệt của môi chất làm mát quá thấp và không cho phép thay đổi lưu lượng theo thể tích (ví dụ dầu của ổ đỡ), khi đo, tốt nhất nên tách tổn hao nằm trong mạch vòng đi qua một phần của dòng chất lỏng tuần hoàn theo hình 10, rồi nhập lại vào chất làm mát lưu lượng từng phần đã được làm mát xuống nhiệt độ tu thấp hơn. Đây được coi là nhiệt độ đủ thấp của chất làm mát thứ cấp.

Nhiệt lượng mạch vòng này có thể làm cho chênh lệch nhiệt độ lớn hơn Dt và tăng độ chính xác phép đo. Một cơ cấu điều tiết cho phép phân bố lưu lượng thuận lợi trên các nhánh song song.

Ghép nối đúng qui luật tự nhiên, như hình 2, là không thể thực hiện được do cách nhiệt và do việc bố trí ống cục bộ, nhiệt lượng kết hợp có thể được sử dụng trong đó lưu lượng tổng đo được nhân với giá trị trung bình của độ tăng nhiệt riêng đo được của từng bộ làm mát (xem hình 11). Trong trường hợp này, cần thiết phải điều chỉnh các lưu lượng thành phần trước khi đo, bằng các van ở đầu dòng chảy sao cho độ tăng nhiệt ∆t₁ và ∆t4 gần bằng nhau. Độ chính xác của phép đo độ tăng nhiệt càng lớn, sai số đánh giá tổn hao bằng độ tăng nhiệt trung bình càng nhỏ. Chênh lệch lớn nhất cho phép giữa các giá trị ∆t phải được thỏa thuận. Có thể bỏ qua đường ống phía sau.

Hình 1 – Bề mặt chuẩn

Hình 2 – Bộ làm mát song song

...

...

...

Hình 4 – Giá trị đặc trưng của nước tinh khiết là hàm của nhiệt độ

Hình 5 – Vị trí các bầu chứa nhiệt kế trong ống dẫn nước

Hình 6 – Các thiết bị tiết lưu đặt trong mạch làm mát

Hình 7 – Tỷ trọng không khí phụ thuộc nhiệt độ và độ ẩm

...

...

...

Hình 9

Q = thiết bị đo lưu lượng

t_w = nhiệt độ chất làm mát nóng

t_u = nhiệt độ mà chất làm mát từng phần dự trữ được làm mát

t_k = nhiệt độ hỗn hợp của tu và t_w.

Hình 10

...

...

...