Nghiên cứu thiết kế, chế tạo cánh quạt gió có đường kính cánh lớn (9,15m) của hệ thống quạt làm mát tháp trao đổi nhiệt nhà máy nhiệt điện

Quạt gió được ứng dụng rất rộng rãi trong đời sống, trong các ngành sản xuất công nghiệp, như điện năng, công nghiệp dận dụng... Có nhiều loại quạt được nghiên cứu cho các ứng dụng khác nhau: quạt đảm bảo áp suất cao (tăng áp); quạt để đảm bảo có lưu lượng lớn, hay mỗi loại quạt phục vụ các mục tiêu khác nhau. Phụ thuộc vào các điều kiện làm việc mà có các kết cấu và các giải pháp về công nghệ vật liệu khác nhau.

Quạt gió trong một nhà máy sản xuất điện năng được được lắp đặt tại nhiều vị trí, để hoàn thành các nhiệm vụ khác nhau. Tại vị trí tháp trao đổi nhiệt trong một nhà máy sản xuất điện năng, quạt gió (và nhiều quạt được kết nối thành hệ thống) có vai trò làm mát môi chất nước, với mục đích nước làm mát tiếp tục quay lại làm mát các thiết nhiệt. Quạt gió không phải là chi tiết có tính đặc thù, nên cùng một vị trí, cùng một nhiệm vụ, nó cũng có thể có những giải pháp chế tạo khác nhau (ở đây ta đang nói tới các giải pháp về vật liệu). Có những giải pháp được coi là “hoàn thiện” về mặt kỹ thuật, nhưng đôi khi không khả thi vì chi phí tốn kém hoặc do điều kiện sản xuất, chế tạo tại cơ sở là rất khó khăn.

Quạt gió tháp trao đổi nhiệt trong dây truyền sản xuất điện năng Nhà máy Nhiệt điện Bà Rịa-Vũng Tàu, là thiết bị do nước ngoài cung cấp từ trước đây, sau nhiều năm hoạt động, đã bị mòn, hỏng (gãy) do mỏi, cần được thay mới. Các quạt này có cánh chế tạo bằng nhôm hợp kim biến dạng, với các gân tăng cứng phía trong, và với các thanh đỡ phụ tăng cứng khi lắp. Kết cấu vật liệu như vậy cho hệ cánh này là rất tốt, điều đó đã được kiểm chứng qua thời gian hoạt động của nó. Một vấn đề đặt ra là cần cung cấp sản phẩm (cánh quạt mới) để thay thế các cánh đã làm việc lâu ngày đó, nếu vẫn là các giải pháp như đã nói: cánh bằng nhôm hợp kim biến dạng, thì rất khó khăn trong điều kiện cơ khí tại Việt Nam. Cần phải có thiết bị chuyên ngành gia công áp lực đủ lớn để biến dạng cánh, cần phải có các cơ sở lý thuyết để tính toán, tối ưu các thông số công nghệ đầu vào quá trình biến dạng... mới có hiệu quả kinh tế. Hay nói cách khác, phải tìm ra hướng giải quyết mới về vấn đề vật liệu chế tạo cánh phù hợp nhất trong điều kiện kỹ thuật tại Việt Nam, tức sản phẩm vẫn đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật, mà còn khả thi như sản xuất được, hay đảm bảo các yếu tố kinh tế nhất tại Việt Nam.

Qua phân tích, đánh giá tính khả thi, tính kinh tế-kỹ thuật, phương án đã được đưa ra, đó là: cánh là một kết cấu không gian, bên trong là khung, xương được hàn với nhau; bề mặt ngoài cánh được chế tạo bằng vật liệu tổ hợp đa lớp: có phía trong là bằng thép CT3, bề mặt làm việc phía ngoài được phủ một lớp vật liệu tổ hợp compozit. Như vậy cánh có khung và các gân tăng cứng bên trong là thép kết cấu không gian hàn, bề mặt làm việc là vật liệu 2 lớp có lớp trong là thép và lớp bề mặt ngoài là phủ compozit.

Đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo cánh quạt gió có đường kính cánh lớn (9,15m) của hệ thống quạt làm mát tháp trao đổi nhiệt nhà máy nhiệt điện”, được triển khai do Cơ quan chủ trì Viện Nghiên cứu Cơ khí phối hợp với Chủ nhiệm đề tài Võ Văn Hòa với mục tiêu: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo sản phẩm mẫu đạt yêu cầu về chất lượng được đơn vị sản xuất đưa vào vận hành khảo nghiệm đạt yêu cầu.

Qua việc triển khai các nội dung đã đăng ký của đề tài, thu được những kết quả như sau:

- Quạt gió tại Nhà máy Nhiệt điện Bà rịa, sau nhiều năm hoạt động chúng cần được thay thế, các chế tạo bằng nhôm hợp kim biến dạng. Để phù hợp với điều kiện kỹ thuật tại Việt Nam, đề tài chọn phương án: cánh quạt có kết cấu không gian, bên trong là khung, xương; bề mặt ngoài cánh được chế tạo bằng vật liệu tổ hợp hai lớp: có phía trong là bằng thép CT3, bề mặt làm việc phía ngoài phủ lớp vật liệu compozit.

- Đề tài đã tiến hành chế tạo lớp vật liệu compozit và thực nghiệm độ bền lớp vật liệu compozit. Sau khi tiến hành phủ lớp vật liệu compozit lên trên bề mặt thép, đã tiến hành thực nghiệm kiểm tra độ bền bám dính giữa các lớp. Các số liệu thí nghiệm đảm bảo độ bền cần thiết.

- Đề tài đã sử dụng phần mềm CATIA và phần mềm ANSYS để mô phỏng độ bền kết cấu và độ ổn định khi làm việc. Các kết quả mô phỏng nhận thấy phương án tính toán, thiết kế cánh quạt gió trong tháp trao đổi nhiệt là hoàn toàn phù hợp.

- Cánh quạt gió tháp trao đổi nhiệt sau khi chế tạo thành công, đã được nghiệm thu xuất xưởng và nghiệm thu lắp đặt tại hiện trường.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 15868/2018) tại Cục Thông tin KHCNQG.

Đ.T.V (NASATI)