Các dạng thiết bị năng lượng tàu thủy hiện đại

Các dạng thiết bị năng lượng tàu thủy

1.3- CÁC DẠNG THIẾT BỊ NĂNG LƯỢNG TÀU THUỶ HIỆN ĐẠI

1.3.1- THIẾT BỊ NĂNG LƯỢNG ĐIÊDEN

1- Đặc điểm của TBNL điêden

Thiết bị năng lượng điêden là loại TBNL sử dụng động cơ điêden làm máy chính

cho tàu Đó là động cơ đốt cháy nhiên liệu trong xilanh theo nguyên lý tự bốc cháy

nhờ sự nén hỗn hợp nhiên liệu – không khí đến áp suất và nhiệt độ nhất định Trong

TBNL điêden, các động cơ phụ thường cũng là các động cơ điêden

Thiết bị điêden có các đặc điểm sau:

+ Lực quán tính của động cơ điêden có tính chu kỳ

+ Hoạt động sinh công có tính chu kỳ và động cơ quay không đều

+ Phải có cơ cấu phân phối khí mới đảm bảo tính chu kỳ của quá trình nạp, xả

+ Một số chi tiết phải làm việc trong vùng nhiệt độ cao và ma sát lớn

+ Các chi tiết chịu tải có tính chu kỳ

+ Chiều quay của trục khuỷu không ảnh hưởng đến qui luật chuyển động của

pittông;

+ Sản phẩm cháy của nhiên liệu với không khí được hình thành ngay trong buồng

cháy của động cơ Hiệu suất cao, thiết bị đơn giản;

+ Áp suất và nhiệt độ tức thời trong xilanh rất cao, do vậy tuổi thọ của động cơ

thấp;

+ Phải có thiết bị khởi động và đảo chiều quay phức tạp;

+ Nhiệt độ khí xả cao, mang theo nhiều nhiệt năng ra ngoài (cho dù có giải quyết

tận dụng nhiệt nhưng phần nhiệt lượng thải ra ngoài vẫn còn lớn);

+ Khi động cơ làm việc theo đặc tính bộ phận thì quá trình cháy diễn ra không tốt

lắm, suất tiêu hao nhiên liệu tăng, động cơ làm việc không ổn định

Ngày nay, trên các phương tiện thuỷ, TBNL điêden thường chiếm (9597)% số

lượng các tàu đóng mới hàng năm Dù rằng, TBNL tuabin khí ngày càng chiếm ưu thế

trên các tàu cỡ lớn, nhưng trong tương lai, người ta dự đoán rằng TBNL điêden sẽ là

loại TBNL chủ yếu của tàu sông, tàu biển cỡ nhỏ và tàu pha sông biển vì rằng chúng

có các ưu điểm hơn hẳn so với các loại TBNL khác

2- Ưu nhược điểm của TBNL điêden

- Có dải công suất rộng và có khả năng tạo được tổ hợp công suất ở phạm vi lớn;

- Động cơ điêden dễ cường hoá và tăng công suất nhờ việc áp dụng tăng áp;

- Tính kinh tế tương đối cao (đối với thiết bị có tận dụng nhiệt thải từ động cơ);

- Có thể sử dụng các kiểu truyền động khác nhau;

- Tương đối đơn giản trong việc tự động hóa điều khiển;

- Động cơ có thể tự đảo chiều quay khi cần đối chiều chuyển động của tàu;

MÁY TỜI NÂNG HẠ XUỒNG CỨU SINH

Hình 1.1- Sơ đồ thành phần TBNL tàu và mối quan hệ giữa các phần

Nhược điểm cơ bản thuộc về bản chất của TBNL điêden là cơ cấu truyền lực kiểu

tay quay – thanh truyền được sử dụng trong động cơ điêden sử dụng nên gây ra rungđộng động cơ và thân tàu (lực tác dụng, mômen quay của đong cơ không đều); Sựthay đổi phương, chiều, trị số lực tiếp tuyến (vuông góc với tay quay), tốc độ góc củađộng cơ gây ra dao động xoắn trục

Trên các tàu cỡ vừa và cỡ nhỏ, người ta sử dụng các động cơ điêden 4 kỳ tăng áp

và không tăng áp, loại trung tốc đảo chiều và không đảo chiều và loại có tốc độ quaycao, không đảo chiều làm động cơ chính Công suất nhỏ nhất của động cơ chính là 4

kW và công suất cực đại của tổ hợp động cơ chính đạt đến 2.200 kW

Các động cơ thủy có tốc độ quay thấp [n(100170) v/ph] loại 2 kỳ tác dụng

đơn có con trượt được dùng phổ biến trên các tàu giao thông cỡ lớn Chúng chiếm75% công suất thiết bị của TBNL mới Loại lớn nhất có công suất tổ hợp đạt đến26.480 kW Sở dĩ các động cơ này được dùng phổ biến trên các tàu giao thông vìchúng có các ưu thế sau:

+ Tính kinh tế nhiệt cao và có khả năng làm việc với nhiên liệu nặng (rẻ tiền);+ Có khả năng truyền công suất trực tiếp đến chân vịt;

Hình 1.2- Dạng chung của TBNL điêden

1.3.2- THIẾT BỊ NĂNG LƯỢNG TUABIN HƠI

1- Đặc điểm thiết bị năng lượng tuabin hơi

TBNL tuabin hơi là TBNL sử dụng động cơ chính là tuabin hơi (là loại động cơnhiệt đốt ngoài kiểu rôto)

Ở thiết bị năng lượng tuabin hơi, môi chất công tác tuần hoàn không ngừng theovòng kín, trong đó, diễn ra sự thay đổi trạng thái của môi chất công tác (nước nhậnnhiệt, biến thành hơi nước tại nồi hơi; hơi nước trao nhiệt để biến thành công tại

tuabin hơi; hơi nước tiếp tục thải nhiệt để biến thành nước tại bình ngưng; nước đượccấp trở lại nồi hơi nhờ bơm cấp).

Ngoài những đặc điểm chung của thiết bị tuabin như được giới thiệu ở động cơtuabin khí, thiết bị tuabin hơi có các đặc điểm riêng sau:

+ Môi chất công tác là hơi nước nên trong thành phần của thiết bị có nồi hơi, thiết

bị ngưng tụ;

+ Nhiệt độ của chu trình thấp, do đó hiệu suất nhiệt thấp Có nhiều tổn thất nhiệt

ở nồi hơi và ống dẫn hơi cùng các tổn thất khác;

+ Muốn tận dụng nhiệt được tốt cần có thiết bị ngưng tụ;

+ Sự trao đổi nhiệt giữa khí lò và nước cùng với hơi nước bị hạn chế bởi ứng suấtnhiệt xuất hiện ở vật liệu dùng làm mặt hấp nhiệt (nhiệt độ giới hạn của hơi nước là

+ Kích thước và khối lượng lớn;

+ Nồi hơi phải đốt liên tục, hơi nước có áp suất và nhiệt độ cao lưu động khôngngừng trong các đường ống, rất nguy hiểm cho người vận hành;

+ Thời gian chuẩn bị khởi động thiết bị dài, do đó tính cơ động của tàu thấp

2- Sơ đồ nguyên lý thiết bị năng lượng tuabin hơi

Sơ đồ nguyên lý thiết bị năng lượng tuabin hơi đơn giản được thể hiện trên hình1.3

Hình 1.3- Sơ đồ nguyên lý TBNL tuabin hơi

1 Chân vịt; 2 Hộp số; 3 Tuabin hơi; 4 Nồi hơi; 5 Bơm cấp;

6 Thiết bị ngưng tụ;

7 Mạch nước làm nguội

Ở thiết bị này, nhiệt năng tỏa ra nhờ đốt cháy nhiên liệu được cung cấp cho nồihơi 4 Nước trong nồi hơi nhận nhiệt này biến thành hơi bão hòa, rồi thành hơi quánhiệt trong bộ sấy hơi Hơi quá nhiệt được đưa đến tuabin hơi 3 qua hệ thống miệngphun Tại miệng phun, hơi tiến hành giãn nở, biến một phần thế năng thành độngnăng rồi được đưa vào dãy cánh công tác của tuabin để biến động năng thành cơ năng,làm quay trục tuabin Công suất do tuabin sản ra được truyền qua hộp số 2 và hệ trục,đến chân vịt 1 Hơi nước sau khi ra khỏi tuabin 3 được đưa đến thiết bị ngưng tụ 6 đểbiến thành nước, rồi được bơm cấp 5 cấp trở lại nồi hơi 4, hoàn thành chu trình côngtác

TBNL tuabin hơi được sử dụng trên các tàu hơi nước cỡ lớn của hạm tàu biểncông suất trên 20.000 kW Nó cho phép tạo ra công suất chung trên trục chân vịt củatàu đến 220.103 kW và lớn hơn nữa

41

567

3- Các bộ phận hợp thành của TBNL tuabin hơi

Thiết bị tuabin hơi bao gồm nồi hơi, tuabin hơi, thiết bị ngưng tụ, bơm cấp và cácthiết bị phụ khác Đó là thiết bị động lực hơi nước và việc nghiên cứu nó được bắt đầu

Hình 1.4- Cấu tạo nồi hơi

a) Cấu tạo; b) Hình dạng chung

Nồi hơi tàu thuỷ được dùng để cung cấp hơi nước cho các máy động lực (máy hơinước và tuabin hơi), cấp cho nhu cầu sưởi ấm, sấy nóng Nó được sử dụng rộng rãitrên các tàu thuỷ cỡ lớn với chức năng là nồi hơi chính hay phụ để phục vụ cho cácthiết bị động lực, sản xuất hay sinh hoạt trên tàu

(2)- Tuabin hơi

Tuabin là loại động cơ nhiệt kiểu rôto, trong đó năng lượng nhiệt của hơi hoặc khí

ở dạng thế năng (áp năng) được biến thành động năng, rồi thành cơ năng làm quaytrục tuabin Môi chất công tác là hơi nước (dùng cho tuabin hơi) hoặc là chất khí(dùng cho tuabin khí)

Sự biến đổi thế năng thành động năng có thể diễn ra trên cả phần cố định và phầnquay (chuyển động) của tuabin hoặc là sự biến đổi thế năng thành động năng chỉ xảy

ra ở phần cố định, còn động năng biến thành cơ năng trên phần quay Chính vì thế nên

có 2 loại tuabin: tuabin xung kích (xung lực) và tuabin phản kích (phản lực)

Cấu tạo tuabin hơi được thể hiện trên hình 1.5

Hình 1.5- Cấu tạo tuabin hơi

a) Cấu tạo tuabin hơi b) Tổ hợp tuabin hơi

(3)- Bình ngưng

Bình ngưng được dùng để duy trì sự hạ áp và ngưng tụ hơi thải Việc giảm áp suất

từ p1 đến p2 trong bình ngưng cho phép tăng mức giãn nở chung của hơi trong tuabin.Kết quả là độ giáng nhiệt (độ chênh nhiệt) được tạo ra trong thiết bị, cho phép giatăng đại lượng Ha, tổn thất chu trình q2 giảm và hiệu suất nhiệt tăng lên

Bình ngưng trong TBNL tuabin hơi thường là kiểu ống chùm nằm ngang (nước tảinhiệt đi bên trong ống)

(4)- Bơm cấp

Bơm cấp nồi được dùng trong TBNL tuabin hơi thường là bơm ly tâm có cột ápcao (xem hình 1.6)

4- Các thông số cơ bản của tuabin hơi

Các thông số cơ bản của tuabin hơi gồm có tốc độ quay, công suất, suất tiêu haohơi và hiệu suất

Suất tiêu hao hơi (chi phí hơi riêng) được tính theo công thức:

De =

e a

h 

632, kg/MLh hoặc De =

e

N

G 3600

Trong đó: h a - nhiệt giáng giãn nở đoạn nhiệt, kcal/kg;

e - hiệu suất có ích của tuabin;

b)

a)

N e - công suất có ích (trên bích của trục chân vịt), ML.

Theo đó, công suất có ích được tính theo công thức:

Ne =

632

3600

h 

859 , kg/kWh và Ne = 4,19.G.ha.e , kW (1.3)

Hình 1.6- Cấu tạo bơm ly tâm

a), b) Bơm có trục độc lập; c) Bơm được lắp trên trục động

cơ điện

Hiệu suất có ích của toàn thiết bị tuabin hơi:

ethb = N.e = N.t.oit.ng (1.4)

Trong đó: N - hiệu suất của nồi hơi, N = (0,93  0,96);

t - hiệu suất nhiệt của tuabin,

- t = (0,36  0,38) khi tuabin làm việc với hơi có thông số trung bình;

- t = (0,42  0,44) đối với tuabin làm việc với hơi có thông số cao có hoàn nhiệt và quá nhiệt trung gian.

Thông thường ethb = (0,26  0,28), cá biệt có thể đạt được ethb = (0,32  0,34)

5- Đặc tính của tuabin hơi

Đặc tính tải – tốc độ của tuabin ở các mức chi phí hơi khác nhau được thể hiệntrên hình 1.7 Sự phụ thuộc Ne = f(n) đối với tuabin ở mức chi phí hơi D có dạng gầnnhư đường parabol bậc hai, xuất phát từ gốc toạ độ và có điểm cực đại khi n = ne, nếu

độ chênh nhiệt có được khi thay đổi tốc độ quay được coi như không đổi Mômenxoắn và công suất do tuabin sản ra ở tốc độ quay không đổi tỷ lệ với chi phí hơi trêngiây Khả năng tuabin gia tăng mômen cùng với sự giảm tốc độ quay đảm bảo cho nó

có được chất lượng cơ động cao

c)

Tốc độ quay của tuabin khi vận hành không được vượt quá (10÷15)% so với tốc

độ quay tính toán định mức Điều này được đảm bảo bởi bộ điều chỉnh tốc độ và thiết

bị khoá nhanh tự động tác động, ngừng sự cấp hơi đến tuabin, chỉ khi tốc độ quay đạtđến giá trị giới hạn

Trong các trường hợp đặc biệt, cần đảm bảo tính kinh tế cao của thiết bị tuabinhơi chính ở chế độ công suất toàn phần ứng với tốc độ tàu toàn phần, cũng như ở chế

độ công suất nhỏ trong giai đoạn chuyển tiếp [(20÷25)% công suất định mức và nhỏhơn], người ta trang bị thiết bị “cấp hành trình nhỏ”, được bố trí ở trong phần thânchính của tuabin hoặc được gắn vào thân riêng, tạo nên hành trình kinh tế cho tuabin

Nó chỉ làm việc ở hành trình thấp và không tải khi chạy hành trình hoặc được táchkhỏi thiết bị bởi khớp nối tách được

Hình 1.7- Đặc tính tải-tốc độ của

tuabin hơi

6- Ưu nhược điểm của TBNL tuabin hơi

a)- Ưu điểm

- Công suất lớn, có thể đạt trên 100.000 mã lực

- Có hiệu suất e tăng theo công suất Ne (Động cơ càng lớn thì tính kinh tế càng cao);

- Sử dụng được nhiều loại nhiên liệu rẻ tiền: than đá, dầu nặng, ;

- Có thể tận dụng được nhiệt khí xả của động cơ điêden (sử dụng nồi hơi tận

dụng)

b)- Nhược điểm

- Hiệu suất e thấp do mất mát nhiệt quá lớn do gia nhiệt gián tiếp, sự chuyển

trạng trái liên tục của môi chất công tác;

- Tốc độ quay của tuabin lớn nên thiết bị truyền động cồng kềnh (hộp giảm tốc

lớn);

- Tính cơ động thấp (không thể thay đổi nhanh chế độ làm việc, thời gian khởi

động lâu, tuabin không tự đảo chiều);

- Hiệu suất thấp [e = (0,170,23)], tính kinh tế thấp ở các động cơ cỡ nhỏ;

- Sơ đồ nguyên lý phức tạp, các thiết bị phân tán với nhiều đường ống cao áp ở

nhiệt độ cao;

- Giá thành chế tạo cao;

- Nhân viên vận hành đòi hỏi số lượng lớn

TBNL tuabin hơi được sử dụng trên các tàu hơi nước cỡ lớn của hạm tàu biểncông suất trên 20.000 kW Nó cho phép tạo ra công suất chung trên trục chân vịt củatàu đến 220.103 kW và lớn hơn nữa.

Có thể nâng cao tính kinh tế của TBNL tuabin hơi bằng cách:

- Sử dụng các loại nhiên liệu rẻ tiền;

- Cải thiện thông số hơi ban đầu và thay đổi tương ứng sơ đồ động và kết cấu cácthành phần của thiết bị tuabin hơi;

- Hoàn thiện sơ đồ nhiệt, gia tăng hiệu quả bộ sấy nước cấp kiểu hoàn nhiệt;

- Giảm bớt tổn thất nhiệt do nước ngoài mạn mang đi, hạn chế sự rò rỉ nước vàhơi nước;

- Nâng cao hiệu suất các phần tử riêng của thiết bị tuabin hơi

Tính kinh tế của thiết bị tuabin hơi tỉ lệ thuận với công suất của tổ hợp thiết bị

7- Các hệ thống của TBNL tuabin hơi

(1)- Hệ thống cấp – ngưng tụ

Hệ thống ngưng tụ – cấp được dùng để tiếp nhận nước ngưng từ bình ngưng chính

và phụ và đảm bảo việc cấp nước vào nồi hơi Chúng là một trong những bộ phận chủyếu của sơ đồ nhiệt của thiết bị, nối liền giữa bình ngưng chính với nồi hơi

Trên các tàu hiện đại, người ta dùng hệ thống cấp nước kín và đảm bảo việc khửkhí cho nó Nước cấp cho nồi hơi nhận được từ các bình ngưng chính và phụ Mứchao hụt của nước trong hệ thống ngưng tụ – cấp được bổ sung bằng nước ngọt nhận từ

bờ hoặc nước chưng cất bằng cách tận dụng nhiệt

(2)- Hệ thống làm mát tuần hoàn

Trong các thiết bị tuabin hơi, hệ thống làm mát được dùng để đảm bảo việcngưng tụ hơi trong các bình ngưng chính và phụ và làm mát dầu trong các bình làmmát dầu

(3)- Hệ thống bôi trơn

Tổ hợp thiết bị tuabin – truyền động bánh răng chính và dẫn động tuabin - hộpgiảm tốc phụ có hệ thống bôi trơn tuần hoàn cưỡng bức đảm bảo việc bôi trơn tin cậytrước lúc khởi động, trong thời gian làm việc và sau khi dừng máy Người ta chiathành hệ thống bôi trơn tự chảy và bôi trơn tuần hoàn có áp Trong hệ thống bôi trơn

tự chảy, áp suất dầu cần thiết được tạo ra nhờ thế năng do két đặt trên cao (két thếnăng) Trong hệ thống có áp, áp suất dầu cần thiết được tạo ra bằng bơm dầu trựctiếp, chuyển dầu từ các két góp dầu Khác với các hệ thống có áp, trong hệ thống tựchảy, các bơm dầu chuyển dầu từ két góp đến két thế năng, thể tích của chúng cầnphải đủ để đảm bảo việc cấp dầu bôi trơn bình thường cho tổ hợp tuabin – truyềnđộng chính trong vòng 5 phút

Người ta thường áp dụng hệ thống bôi trơn dầu tự chảy cho tổ hợp tua bin –truyền động chính của tàu vận tải và hệ thống bôi trơn có áp cho cơ cấu dẫn độngbằng tuabin hộp số phụ và đối với tổ hợp tuabin chính trên các tàu hạng nhẹ

Các hộ tiêu thụ dầu trong hệ thống bôi trơn tổ hợp tua bin chính là:

- Các gối đỡ của tuabin và hộp giảm tốc chính, vòi phun hệ làm mát và bôi trơncác hộp giảm tốc kiểu bánh răng;

- Các gối đỡ và bộ truyền bánh răng của các máy móc phụ gắn trên tổ hợp tuabinchính;

- Gối chặn chính;

- Hệ thống điều chỉnh, điều khiển và bảo vệ

Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ cung cấp dầu bôi trơn đến các gối đỡ trục, các hệthống điều chỉnh và bảo vệ của tuabin (dầu bôi trơn được sử dụng loại dầu bôi trơntuabin) Hiện tại người ta sử dụng hai loại hệ thống bôi trơn: tuần hoàn cưỡng bức vàtuần hoàn cưỡng bức kết hợp với tự chảy (hệ thống này có độ tin cậy cao hơn)

(4)- Hệ thống nhiên liệu

Đối với thiết bị có nồi hơi dùng nhiên liệu lỏng thì lượng dự trữ nhiên liệu thườngđược bảo quản trong các két ở dưới đáy đôi, hai bên mạn tàu Nhiên liệu được tiếpnhận qua ống nhận ở trên boong theo đường ống đến các két dự trữ Đường kính ốngnhận được tính toán từ điều kiện tốc độ nhiên liệu trong ống từ (1÷1,5) m/s và thờigian tiếp nhận từ (4÷6) giờ.

Để chuyển nhiên liệu từ két này sang két khác, người ta trang bị các bơm chuyển.Trong hệ thống người ta còn trang bị các bộ phận để làm sạch, sấy nóng, …

(5)- Hệ thống cấp không khí cho nồi hơi

Việc đốt cháy nhiên liệu xảy ra trong điều kiện cấp nhiên liệu liên tục vào vùngcháy ứng với lượng không khí cần thiết và thải khí cháy ra ngoài Việc khắc phục sứccản thuỷ lực của đường ống dẫn không khí và khí xả trong các nồi hơi tàu thuỷ hiệnđại được thực hiện nhờ các quạt gió đẩy không khí liên tục vào nồi hơi theo đườngống dẫn không khí đặc biệt Để khắc phục sự lọt khí cháy (khói) trong buồng nồi hơi,các nồi hơi có vỏ bọc hai lớp; lúc này quạt thông gió đẩy không khí vào buồng đốtqua đường dẫn được tạo nên bởi thành bên trong và bên ngoài của vỏ bọc Phươngpháp cấp không khí như thế đảm bảo sự lọt khí tương đối nhỏ, độ tin cậy làm việc củathiết bị nồi hơi và các điều kiện thuận tiện cho người vận hành

(7)- Hệ thống an toàn và bảo vệ tuabin

Hệ thống này được trang bị nhằm bảo đảm tính an toàn vận hành cho tổ hợp thiết

bị tuabin hơi Người ta trang bị hệ thống báo sự cố và bảo vệ thiết bị theo các tham sốsau:

- Sự giảm áp suất dầu bôi trơn

- Sự giảm độ chân không trong bình ngưng chính (xuống đến 550 mmHg)

- Sự tăng độ dịch dọc trục rôto tuabin quá 1 mm

- Sự tăng tốc độ quay của trục tuabin vượt quá giá trị định mức đến (1014)%

(8)- Hệ thống làm kín và hút hơi

Việc làm kín bên trong tuabin rất quan trọng Người ta sử dụng các bộ làm kínnhờ áp suất hơi theo kiểu chân không và kiểu áp suất thay đổi Do đó, để đảm bảo độkín cần thiết, người ta trang bị hệ thống cấp hơi và hút hơi để tác động đến bộ làmkín

(9)- Hệ thống sấy nóng tuabin

Nếu khởi động tuabin từ trạng thái nguội sẽ làm cho các bộ phận của tuabin bịbiến dạng, xuất hiện hiện tượng xung kích nước (do hơi nước ngưng tụ thành nhữnggiọt nước lưu động cùng với dòng hơi) làm cho tuabin bị hư hỏng Do vậy, trước khikhởi động, cần phải sấy nóng tuabin đạt đến chế độ nhiệt nhất định Người ta dùnghơi bão hoà để sấy nóng tuabin trong thời gian từ (2060) phút tuỳ theo kết cấu của

nó Việc sấy nóng được coi như kết thúc khi nhiệt độ trên mặt bích nằm ngang đạt đến(80100) 0C đối với tuabin cao áp và (7090) 0C đối với tuabin thấp áp

(10)- Hệ thống xả

Hệ thống xả được trang bị nhằm để xả phần nước đọng do ngưng tụ trong cáckhoang của tuabin Phần nước đọng này chủ yếu xuất hiện trong giai đoạn sấy nóngtuabin

(11)- Hệ thống điều chỉnh tốc độ quay và công suất

Việc thay đổi công suất của tuabin thường đi liền với sự thay đổi tốc độ quay của

nó Theo công thức tính công suất Ne = 5,69.G.ha.e, ML, ta nhận thấy có thể thay đổicông suất của tuabin bằng cách thay đổi nhiệt giáng của hơi phân bố trong tuabin (ha)hoặc thay đổi lượng hơi tiêu thụ (G) Để điều chỉnh tốc độ quay của tuabin, người tatrang bị bộ điều tốc

Trong thực tế có thể điều chỉnh tuabin hơi theo các cách sau:

- Thay đổi nhiệt giáng của hơi bằng cách tiết lưu (theo chất lượng)

- Thay đổi lượng hơi tiêu thụ (theo số lượng)

- Thay đổi nhiệt giáng của hơi và đồng thời thay đổi lượng hơi tiêu thụ (liên hợp).

- Điều chỉnh hỗn hợp bao gồm hai hoặc nhiều phương pháp điều chỉnh nêu trên

1.3.3- THIẾT BỊ NĂNG LƯỢNG TUABIN KHÍ

1- Đặc điểm của TBNL tuabin khí

Thiết bị năng lượng tuabin khí được chia thành các thiết bị chu trình hở và thiết

bị chu trình kín; theo quá trình cháy có chu trình cháy đẳng tích và chu trình cháyđẳng áp(các tuabin ngày nay được chế tạo theo chu trình đẳng áp) Nhiên liệu dùngtrong TBNL tuabin khí chủ yếu ở dạng lỏng, ngoài ra có thể ở dạng khí và dạng rắn(than đá)

Thiết bị năng lượng tuabin khí chu trình hở có các đặc điểm sau:

+ Quá trình sinh công ở động cơ tuabin là quá trình liên tục nên tạo ra mômenquay đều;

+ Môi chất công tác là sản phẩm cháy của nhiên liệu với không khí, được hìnhthành ngay trong buồng cháy của động cơ Nhờ đó thiết bị được đơn giản;

+ Môi chất công tác có thể đi qua tuabin nhiều nên công suất của động cơ lớn;+ Chiều quay của động cơ được quyết định bởi hướng đi của dòng môi chất côngtác trong động cơ nên theo kết cấu, động cơ chỉ quay một chiều;

+ Do được cân bằng tốt nên khi động cơ làm việc ổn định không sinh ra lực quántính, không gây rung động;

+ Khi động cơ làm việc ở tốc độ quay thấp, tính kinh tế không cao Vì vậy, cầnnâng cao tốc độ quay để nâng cao tính kinh tế và buộc phải dùng bộ giảm tốc khiếncho kết cấu trở nên cồng kềnh

Tuy nhiên, do sự hạn chế về tính bền nhiệt của vật liệu chế tạo các chi tiết nênkhông thể đạt được hiệu suất nhiệt cao và tuổi thọ cũng thấp

Mặc dù ra đời muộn, nhưng ngày nay tuabin được sử dụng trong nhiều lĩnh vựcnhư năng lượng, vận tải, …

2- Sơ đồ nguyên lý của TBNL tuabin khí

A- Thiết bị tuabin khí chu trình hở

Ở thiết bị tuabin khí chu trình hở, môi chất công tác lúc đầu là không khí và sau

đó là hỗn hợp không khí với sản phẩm cháy của nhiên liệu, đi qua các khoang bêntrong của các phần tử thiết bị, trao đổi năng lượng trong đó rồi được thải ra ngoài khíquyển

(1)- Chu trình thiết bị tuabin khí cháy đẳng tích

Sơ đồ nguyên lý thiết bị tuabin khí cháy đẳng tích được thể hiện trên hình 1.8

Hình 1.8- Sơ đồ nguyên lý thiết bị tuabin khí cháy đẳng tích

1 Van nạp không khí; 2 BCA - Vòi phun; 3 Van thải khí cháy;

4 Miệng phun; 5 Cánh công tác của tuabin; 6 Đoạn ống xả khí thải; 7 Khớp nối; 8 Máy công tác; 9 Động

cơ điện khởi động;

10 Tuabin; 11 Máy nén khí

Trong thiết bị tuabin khí cháy đẳng tích, buồng cháy có trang bị van nạp ở cửa vào

và van xả khí cháy ở cửa ra Khi nhiên liệu được phun vào thì 2 van này đều đóng vàhỗn hợp nhiên liệu – không khí cháy trong thể tích không đổi của buồng cháy

Khi thiết bị làm việc, không khí ở áp suất và nhiệt độ khí quyển p1, T1 được máynén 9 hút và nén đến áp suất và nhiệt độ khí quyển p2, T2 [thường từ (810) kG/cm2]

và đưa đến buồng cháy Tại đây, nhiên liệu được phun vào qua vòi phun 2 trong điềukiện các van 1 và 3 đều đóng, hỗn hợp nhiên liệu – không khí bốc cháy với thể tíchkhông đổi tạo ra khí cháy với thông số p3, T3, rồi van xả 3 được mở ra để cấp chotuabin khí Sau đó, van nạp 1 mở và van xả 3 đóng để nạp không khí vào buồng cháychuẩn bị cho quá trình làm việc tiếp theo Trong tuabin, khí cháy hoàn thành việc biếnđổi năng lượng (biến một phần nhiệt năng thành cơ năng làm quay tuabin), sau đóđược thải ra ngoài với thông số p4, T4

Công suất do tuabin sản ra được dùng một phần lớn để lai máy nén, một phần nhỏ

để lai thiết bị phục vụ và phần còn lại cung cấp cho máy công tác

(2)- Chu trình thiết bị tuabin khí cháy đẳng áp

Sơ đồ nguyên lý thiết bị tuabin khí cháy đẳng áp được thể hiện trên hình 1.9.Khi thiết bị làm việc, không khí ở áp suất và nhiệt độ khí quyển p1, T1 được máynén 5 hút và nén đến áp suất và nhiệt độ khí quyển p2, T2 [thường từ (810) kG/cm2]

và đưa đến buồng cháy 9 Tại đây, không khí nén được tách làm 2 luồng, một phầnkhông khí nén [(3040)%] hoà trộn với nhiên liệu do vòi phun 8 cung cấp và bốccháy, tạo ra khí cháy có áp suất và nhiệt độ cao (cao hơn 1.000 0C) p3, T3, phần khôngkhí nén còn lại được dùng để hoà trộn với khí cháy nhằm hạ thấp nhiệt độ khí cháy(1.000 0C ) để đảm bảo độ bền nhiệt của các chi tiết trong tuabin Chính vì vậy, hệ

số dư lượng không khí ở thiết bị tuabin khí cháy đẳng áp lớn:  = (3,84,5) [khi  =(1,051,6) thì nhiệt độ khí cháy đạt đến (1.8002.500) 0C ] Sản phẩm cháy vớithông số này được đưa vào tuabin 11, tại đây khí cháy giãn nở và sinh công Kết quảtạo được công suất tuabin NT, sau khi hoàn thành sự biến đổi năng lượng, khí cháyđược thải ra ngoài với thông số p4, T4

Hình 1.9- Sơ đồ nguyên lý TBNL tuabin khí cháy đẳng

áp, chu trình hở

a) Thiết bị cùng trục

1 Chân vịt; 2 Hộp số;

3 Bơm phun nhiên liệu;

4 Ống hút không khí;

5 Máy nén khí;

6 Ly hợp;

7 Động cơ điện khởi động;

a)