tuabin hơi và thiết bị phụ

CHƯƠNG I CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA TUABIN HƠI1.1 Lý thuyết nhà máy điện tuabin hơi a Công nghệ nhà máy nhiệt điện tuabin hơi loại đơn giản Quá trình sản xuất điện dùng tuabin hơ

CHƯƠNG I CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA TUABIN HƠI

1.1 Lý thuyết nhà máy điện tuabin hơi

a) Công nghệ nhà máy nhiệt điện tuabin hơi loại đơn giản

Quá trình sản xuất điện dùng tuabin hơi bao gồm các thiết bị chính cùng với các thiết

bị phụ của chúng, đó là thiết bị tuabin và thiết bị lò hơi nối với nhau bằng hệ thốngđường ống dẫn để vận chuyển môi chất (hình 1.1 là sơ đồ đơn giản của nhà máy nhiệtđiện tuabin hơi)

Hình 1.1 - Sơ đồ nhiệt nguyên lý của nhà máy điện ngưng hơi đơn giản nhất

1 - lò hơi; 2 - bộ quá nhiệt; 3 - tuabin; 4 - máy phát điện; 5 - bình ngưng; 6 - bơm

nước ngưng; 7 - bơm nước cấp cho lò hơi.

Nguyên lí hoạt động: Nước được bơm cấp bơm vào lò hơi Trong lò hơi, nước nhận

nhiệt của ngọn lửa và dòng khói do nhiên liệu cháy sinh ra Hơi bão hoà sinh ra đượcđưa lên bộ quá nhiệt để tiếp tục tăng nhiệt độ thành hơi quá nhiệt Hơi quá nhiệt rakhỏi bộ quá nhiệt được dẫn sang tuabin bằng đường ống Trong tuabin, hơi có nhiệt độ

và áp suất cao giãn nở sinh công rồi thoát vào bình ngưng Hơi thoát vào bình ngưng

sẽ được làm mát bằng nước sông, nước biển hoặc bằng không khí để ngưng tụ lạithành nước ngưng Nước ngưng được bơm ngưng và bơm cấp bơm qua các bình gianhiệt nếu có (trong sơ đồ nhiệt nhà máy nhiệt điện thường có các bình gia nhiệt hồinhiệt nhưng ở các sơ đồ nhiệt của tuabin trong công nghiệp thì thường không có bìnhgia nhiệt hoặc cùng lắm là có 1 bình gia nhiệt hỗn hợp, tuabin là loại ngưng hơi thuầntuý hoặc tuabin đối áp - không có bình ngưng) Nước tiếp tục vào lò hơi nhận nhiệt đểthực hiện chu trình khép kín

21

3

54

Môi chất dùng trong chu trình tuabin hơi nước là nước và hơi nước Nó là chất vậnchuyển năng lượng để chuyển nhiệt năng của phản ứng cháy nhiên liệu hoặc nhiệtnăng của dòng khói nóng tận dụng được thành động năng làm quay máy phát điện.

b) Công nghệ nhà máy nhiệt điện trong thực tế

Để nâng cao hiệu quả quá trình sản xuất điện năng, người ta cải tiến chu trình thiết bịtrên thêm những thiết bị phụ để tận dụng nhiệt tối đa Người ta thường áp dụng tuabin

có các cửa trích hơi gia nhiệt hồi nhiệt cho nước cấp trước khi nước được đưa vào lòhơi Bản chất của cách làm này về mặt nhiệt động chính là việc làm giảm đi lưu lượnghơi thoát vào bình ngưng để giảm lượng nhiệt thải ra ngoài môi trường vô ích Mộtphần hơi sau khi sinh công được một phần trong tuabin, không thoát vào bình ngưng

mà được trích ra để nhường nhiệt hồi lại cho dòng nước cấp, tăng nhiệt độ nước cấpvào lò hơi, giảm mức nhiệt lượng cần cung cấp cho một đơn vị lưu lượng nước vào lò(hiệu số io - inc giảm đi)

Khi có gia nhiệt hồi nhiệt, nhiệt độ nước cấp tăng đáng kể so với trường hợp ngưnghơi thuần tuý nên entanpy của nước cấp trước khi vào lò hơi lớn hơn entanpy của nướcngưng ra khỏi bình ngưng đáng kể Lượng nhiệt mà hơi trích nhả ra cho nước cấp sẽđược nước cấp mang về lò hơi Sau khi nhận thêm nhiệt trong lò hơi để đạt trạng tháiyêu cầu vào tuabin, lượng nhiệt này lại góp phần vào sinh công trong tuabin tới điểmhơi trích mà không bị mất đi ở bình ngưng Vì thế người ta gọi cách làm này là gianhiệt hồi nhiệt

Bằng cách này (gia nhiệt hồi nhiệt), người ta có thể làm giảm lượng nhiệt thải ra môitrường ở bình ngưng từ khoảng 65% lượng nhiệt nhận được ở lò hơi (khi dùng tuabinngưng hơi thuần tuý) xuống chỉ còn khoảng 45% lượng nhiệt nhận được ở lò hơi (khidùng tuabin có cửa trích hồi nhiệt) Tương ứng với nó là hiệu suất nhiệt động của chutrình tăng từ khoảng 0,30 (khi dùng tuabin ngưng hơi thuần tuý) lên đến khoảng 0,50(khi dùng tuabin có gia nhiệt hồi nhiệt)

Về lý thuyết, tuabin càng có nhiều cửa trích hồi nhiệt, lượng hơi trích càng tăng thìhiệu suất nhiệt của thiết bị tuabin càng tăng Tuy nhiên, số bình gia nhiệt bị hạn chế do

độ phức tạp của chu trình và đặc biệt là độ kinh tế đem lại ngày càng giảm khi tăngthêm 1 bình gia nhiệt Chính vì thế mà đa số các tổ máy công suất từ 50 MW trở lênngười ta chỉ áp dụng từ 4 đến 8 bình là vừa

2

Hình 1.2 - Sơ đồ nhiệt nguyên lý NMNĐ chu trình Rankine thực tế

Với những tổ máy công suất lớn, người ta hay dùng quá nhiệt trung gian (tái nhiệt) đểlàm tăng độ khô của những tầng cuối tuabin và để tăng hiệu suất và công suất tổ máy.Thông thường, những tổ máy có công suất trên 300 MW đến 500 MW thường chỉ ápdụng tái nhiệt 1 lần Những tổ máy công suất lớn hơn thường áp dụng 2 lần tái nhiệt.Thông thường, những tổ máy có công suất trên 300 MW đến 500 MW thường chỉ ápdụng tái nhiệt 1 lần Những tổ máy công suất lớn hơn thường áp dụng 2 lần tái nhiệt

sơ đồ nguy ê n l ý t ua bin 270 t 422/3

MSV1 MSV2

CV4 CV2

RHV1

RHV2 NRV-104A

Hỡnh 1.3 - Sơ đồ nhiệt nguyờn lý của tổ mỏy 300 MW - Phả Lại II

Dũng hơi đi vào 4 van điều chỉnh tuabin (ỏp lực hơi mới trước van stop chớnh: po =

169 kG/cm2; Nhiệt độ hơi mới trước van stop chớnh: to = 538 oC), vào vũi phun, tầng

tốc độ, qua cỏc tầng cỏnh của phàn cao ỏp Dũng hơi sau khi qua khỏi cao ỏp cú cỏc

thụng số (ỏp suất p = 43 kG/cm2; t = 350 oC), qua cỏc van tỏi nhiệt lạnh, vào quỏ nhiệt

trung gian Tại đõy hơi được nõng nhiệt độ lờn 535 oC và ỏp suất khụng đổi, hơi được

quay lại tuabin, qua 2 tổ hợp van tỏi nhiệt núng đi vào phần trung ỏp của tuabin Dũng

hơi tiếp tục gión nở sinh cụng và thoỏt khỏi phần trung ỏp với cỏc thụng số (p3 = 7,8

kG/cm2; t3 = 306 oC; D3 = 33,938 t/h), qua ống liờn thụng sang phần xi lanh hạ ỏp Tại

đõy dũng hơi tiếp tục gión nở sinh cụng và thoỏt xuống khoang hơi bỡnh ngưng kết

thỳc quỏ trỡnh

b) Đỏnh giỏ hiệu quả kinh tế nhiệt của nhà mỏy nhiệt điện tuabin hơi

Trong tài liệu giới thiệu về chu trỡnh Rankine và về cỏc thiết bị năng lượng trong

NMNĐ đó chứng minh cụng thức tớnh hiệu suất năng lượng của toàn bộ quỏ trỡnh sản

4

xuất điện năng ở một nhà máy nhiệt điện sử dụng tuabin trích hơi GNHN chu trìnhRankine là:

+ q4 là tỷ lệ tổn thất nhiệt do cháy không hết về mặt cơ học, phụ thuộc chủyếu vào hàm lượng than chưa cháy hết thải ra ở tro xỉ và tro bụi;

+ q5 là tỷ lệ tổn thất nhiệt do bức xạ từ xung quanh lò hơi ra ngoài môitrường, chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ tường xung quanh lò;

+ q6 là tỷ lệ tổn thất nhiệt vật lý của lượng xỉ thải ra ngoài

- ηtt là hiệu suất truyền tải môi chất (hơi và nước) trên toàn bộ sơ đồ đường ốngcủa nhà máy được quy về tổn thất nhiệt trên đường hơi mới từ lò hơi sang tuabin.Hiệu suất này phụ thuộc vào lượng rò rỉ môi chất khỏi sơ đồ, nhiệt độ môi chất

rò rỉ và nhiệt độ bảo ôn đường ống

- ηTB = ηoi.ηt là hiệu suất của thiết bị tuabin (bao gồm hiệu suất của riêng tuabin:

ηoi và hiệu suất của chu trình nhiệt (bình ngưng): ηt)

- ηm là hiệu suất cơ khí của tổ tuabin - máy phát

- ηg là hiệu suất của máy phát điện

Rõ ràng là hiệu quả kinh tế vận hành của một nhà máy nhiệt điện phụ thuộc chủ yếuvào sáu thành phần hiệu suất kể trên (phản ảnh sáu giai đoạn chính trong toàn quátrình sản xuất điện), trong đó giá trị về hiệu suất nhiệt ηt là nhỏ nhất nên nó ảnh hưởngmạnh nhất đến hiệu quả chung của toàn nhà máy

1.2 Chu trình nhiệt động lực học của tuabin hơi

a) Chu trình Rankine đơn giản - lý tưởng

Hình 1.4 (a) - Sơ đồ nhiệt nguyên lý của NMNĐ ngưng hơi đơn giản

(b) - Đồ thị i-s của chu trình Rankine đơn giản - lý tưởng

I - lò hơi; II - bộ quá nhiệt; III - tuabin; IV - máy phát điện; V - bình ngưng; VI - bơm

nước ngưng; VII - bơm nước cấp cho lò hơi.

Chu trình Rankine đơn giản - lý tưởng là chu trình có 4 quá trình chính diễn ra trong 4thiết bị chính là bơm, lò hơi, tuabin và bình ngưng với quá trình nén và giãn nở được

lý tưởng hoá:

- Quá trình 1-2' là quá trình nén đoạn nhiệt thuận nghịch (đẳng entropy) diễn ra trongbơm ngưng và bơm cấp Môi chất ở trạng thái nước chưa sôi Quá trình này làm tăngentanpy nhưng không đáng kể (i2'≈ i1), công cung cấp cho bơm chủ yếu dùng để nénmôi chất lên áp suất cao hơn

- Các quá trình 2'-3-4-0 là quá trình cấp nhiệt đẳng áp (trên đường đẳng áp với áp suất

po) diễn ra trong lò hơi Nước chưa sôi được đưa vào lò hơi nhận nhiệt của nhiên liệucháy trong lò hơi đến trạng thái sôi (quá trình 2'-3), vừa sôi vừa bốc hơi trong bao hơi

và giàn ống lò hơi (quá trình 3-4) và tiếp tục nhận nhiệt trong bộ quá nhiệt (quá trình4-0) chuyển thành hơi quá nhiệt trước khi được dẫn sang tuabin

- Quá trình 0-K' là quá trình giãn nở đoạn nhiệt thuận nghịch (đoạn nhiệt lý tưởng)diễn ra trong tuabin Hơi quá nhiệt giãn nở, giảm áp suất và sinh công làm quay tuabinnối với máy phát điện

K' 1

- Quá trình K'-1 là quá trình nhả nhiệt đẳng áp diễn ra trong bình ngưng ở áp suất pk.Hơi bão hoà ẩm nhả nhiệt ra môi trường cho nước (hoặc không khí) làm mát.

Nguyên lí hoạt động: Nước chưa sôi được bơm vào lò hơi Trong lò hơi, nước nhận

nhiệt của ngọn lửa cháy nhiên liệu và của dòng khói để sôi và bay hơi Hơi bão hoàsinh ra được đưa lên bộ quá nhiệt tiếp tục nhận nhiệt và tăng nhiệt độ trở thành hơi quánhiệt Hơi quá nhiệt ra khỏi bộ quá nhiệt được dẫn sang tuabin bằng đường ống Trongtuabin, hơi có nhiệt độ và áp suất cao (có thế năng cao) giãn nở sinh công (giảm thếnăng) rồi thoát vào bình ngưng Hơi thoát vào bình ngưng sẽ được làm mát bằng nướcsông, nước biển hoặc bằng không khí để ngưng tụ lại thành nước ngưng Nước ngưnglại được bơm ngưng và bơm cấp bơm qua các bình gia nhiệt nếu có (trong sơ đồ nhiệtnhà máy nhiệt điện thường có các bình gia nhiệt hồi nhiệt nhưng ở các sơ đồ nhiệt củatuabin trong công nghiệp thì thường không có bình gia nhiệt hoặc cùng lắm là có 1bình gia nhiệt hỗn hợp, tuabin đó là loại ngưng hơi thuần tuý hoặc tuabin đối áp -không có bình ngưng Trong sơ đồ bên trên không có bình gia nhiệt, tuabin là ngưnghơi thuần tuý: Do = Dk) Sau đó, nước tiếp tục vào lò hơi nhận nhiệt để thực hiện chutrình khép kín

b) Chu trình Rankine đơn giản - thực (có quá trình nén và giãn nở thực)

Hình 1.5 - Đồ thị i-s của chu trình Rankine đơn giản - thựcChu trình Rankine đơn giản - thực là chu trình Rankine đơn giản có quá trình néntrong bơm và quá trình giãn nở trong tuabin là những quá trình thực, diễn ra theo chiềutăng entropy Lý do là vì trong quá trình bơm, môi chất có ma sát nên vẫn sinh nhiệt vàkhông phải là quá trình lý tưởng, công cần thiết phải cấp cho bơm lớn hơn công lýthuyết (i2 - i1 > i2' - i1) Tuy nhiên độ chênh lệch này khá nhỏ nên trong tính toán kỹthuật, để đơn giản mã vẫn không mắc sai số đáng kể thì có thể coi i2 = i2' = i1 vì đạilượng i1 dễ được xác định khi biết áp suất bình ngưng Còn với quá trình giãn nở, dotrong tuabin, hơi nước sinh công có toả nhiệt ra môi trường và có ma sát với bề mặt

K' 1

cánh nên quá trình giãn nở thực tế cũng diễn ra theo chiều tăng entropy Công mà hơinước thực hiện được bé hơn công tương ứng của quá trình lý tưởng: io - iK < io - iK' Độchênh lệch này không thể bỏ qua được như trong bơm.

c) Chu trình Rankine thực tế trong NMNĐ

Để nâng cao hiệu suất nhiệt động của chu trình Rankine trong NMNĐ, ngày nay người

ta thường áp dụng tuabin có các cửa trích hơi gia nhiệt hồi nhiệt cho nước cấp trướckhi nước được đưa vào lò hơi Bản chất của cách làm này về mặt nhiệt động chính làviệc làm giảm đi lưu lượng hơi thoát vào bình ngưng để giảm lượng nhiệt thải ra ngoàimôi trường vô ích Một phần hơi sau khi sinh công được một phần trong tuabin, khôngthoát vào bình ngưng mà được trích ra để nhường nhiệt hồi lại cho dòng nước cấp,tăng nhiệt độ nước cấp vào lò hơi, giảm mức nhiệt lượng cần cung cấp cho một đơn vịlưu lượng nước vào lò (hiệu số io - inc giảm đi) Khi có gia nhiệt hồi nhiệt, nhiệt độnước cấp tăng đáng kể so với trường hợp ngưng hơi thuần tuý nên entanpy của nướccấp trước khi vào lò hơi lớn hơn entanpy của nước ngưng ra khỏi bình ngưng đáng kể.Lượng nhiệt mà hơi trích nhả ra cho nước cấp sẽ được nước cấp mang về lò hơi Saukhi nhận thêm nhiệt trong lò hơi để đạt trạng thái yêu cầu vào tuabin, lượng nhiệt nàylại góp phần vào sinh công trong tuabin tới điểm hơi trích mà không bị mất đi ở bìnhngưng Vì thế người ta gọi cách làm này là gia nhiệt hồi nhiệt Bằng cách này, người ta

có thể làm giảm lượng nhiệt thải ra môi trường ở bình ngưng từ khoảng 65% lượngnhiệt nhận được ở lò hơi (khi dùng tuabin ngưng hơi thuần tuý) xuống chỉ còn khoảng45% lượng nhiệt nhận được ở lò hơi (khi dùng tuabin có cửa trích hồi nhiệt) Tươngứng với nó là hiệu suất nhiệt động của chu trình tăng từ khoảng 0,30 (khi dùng tuabinngưng hơi thuần tuý) lên đến khoảng 0,50 (khi dùng tuabin có gia nhiệt hồi nhiệt) Về

lý thuyết, tuabin càng có nhiều cửa trích hồi nhiệt, lượng hơi gtrích càng tăng thì hiệusuất nhiệt của thiết bị tuabin càng tăng

Thông thường, những tổ máy có công suất trên 300 MW đến 500 MW thường chỉ ápdụng tái nhiệt 1 lần Những tổ máy công suất lớn hơn thường áp dụng 2 lần tái nhiệt.Thông thường, những tổ máy có công suất trên 300 MW đến 500 MW thường chỉ ápdụng tái nhiệt 1 lần Những tổ máy công suất lớn hơn thường áp dụng 2 lần tái nhiệt

Sơ đồ công nghệ của chu trình thực tế này đã nói trong mục 1.1 ở trên

8

1.3 Phân loại, cấu tạo tuabin hơi

a) Phân loại tuabin hơi

Có nhiều cơ sở để phân loại tuabin hơi Căn cứ vào đặc điểm cấu tạo, quá trình nhiệt,thông số hơi mới, hơi thoát và việc sử dụng các tuabin hơi trong công nghiệp có thểchia thành các kiểu cơ bản sau:

• Phân loại theo tính chất của qúa trình nhiệt: tuabin ngưng hơi, tuabin đối áp,

tuabin ngưng hơi có có trích hơi điều chỉnh

• Phân loại theo số tầng: tuabin một tầng, nhiều tầng Các tuabin một tầng

(thường công suất không lớn) được dùng chủ yếu để truyền dẫn bơm ly tâm, quạt vàcác cơ cấu tương tự khác

• Phân loại theo hướng đi của dòng hơi: tuabin dọc trục, hướng trục (hướng

kính) Tuabin rađian trong đó dòng hơi chuyển động trong mặt trục giao với trục timquay của tuabin, đôi khi một hoặc một vài tầng cuối của tuabin nhưng hơi kiểurađian lớn được dùng kiểu hướng trục Tuabin rađian lại được chia loại có cánhhướng bất động và loại chỉ có cánh làm việc quay

• Phân loại theo số thân máy: một thân, hai thân, ba thân, có thể tới 4 thân với

tuabin công suất lớn trên 800 MW Các tuabin nhiều xilanh trong đó trục riêng đặtkéo dài trên xilanh này đến xilanh khác và nối với một máy phát điện, được gọi làtrục đơn; tuabin bố trí các trục song song gọi là nhiều trục Trong trường hợp saucùng là mỗi trục có máy phát điện của nó

• Phân loại theo phương pháp phân phối hơi: phân phối hơi bằng ống phun, phân

phối hơi bằng tiết lưu, phân phối hơi bằng van quá tải, phân phối hơi kết hợp.Tuabin phân phối hơi tiết lưu, trong đó hơi mới đưa vào qua một hoặc vài van có độ

mở đồng thời (phụ thuộc vào công suất phát) trong thời điểm yêu cầu không bị chephủ thích ứng Tuabin với phân phối hơi kiểu ống phun trong đó hơi mới đưa vàoqua hai hoặc một số van điều chỉnh được mở tuần tự Tuabin với phân phối hơi đitắt, trong đó ngoài dẫn hơi mới, còn có hơi mới đi tắt ống phun tầng đầu, còn dẫnhơi mới đi tắt qua một, hai thậm chí ba tầng trung gian (tuabin cổ xưa)

• Phân loại theo tác dụng của dòng hơi: tuabin xung lực, tuabin phản lực Tuabin

xung lực trong đó thế năng của hơi được biến đổi thành động năng trong rãnh giữacác cánh bất động hoặc trong ống phun, còn trên các cánh làm việc động năng củahơi được biến thành công cơ học, trong các tuabin xung lực hiện đại dùng một sốquan niệm ước lệ này, vì trên cánh làm việc chúng làm việc với độ phản lực (nhỏ)tăng lên từ tầng này đến tầng kia theo hướng của dòng chảy của hơi, đặc biệt trong

tuabin ngưng hơi Tuabin kiểu xung lực chỉ được hoàn thành với tuabin hướng trục.Tuabin phản lực trong đó sự giãn nở của hơi trong rãnh hướng và cánh làm việc, ởmỗi tầng diễn ra ước chừng trong các tầng như nhau Tuabin này có thể là hướngtrục và có thể là rađian, có thể được hoàn thành với các cánh hướng bất động và chỉ

• Phân loại theo mục đích sử dụng trong nền kinh tế quốc dân: tuabin tĩnh tại với

số vòng quay không thay đổi (dùng để kéo máy phát điện), tuabin tĩnh tại với sốvòng quay thay đổi (dùng để kéo bơm, quạt, máy nén, v.v.), tuabin di động với sốvòng quay thay đổi dùng trong tầu thuỷ và vận tải đường sắt

• Theo đặc tính của quá trình nhiệt: i) Tuabin ngưng hơi với hồi nhiệt Trong các

tuabin này dòng hơi cơ bản khi áp suất thấp dưới áp suất khí quyển được đưa vàobình ngưng Vì nhiệt hóa hơi kín, nhiệt bị mất khi ngưng hơi thoát, ở tuabin kiểunày hoàn toàn bị mất, để giảm mất mát này, từ các tầng trung gian của tuabin thựchiện trích một phần hơi không điều chỉnh áp suất để gia nhiệt cho nước cấp; sốlượng các cửa trích như vậy khoảng 2-3 đến 8-9; ii) Tuabin ngưng hơi với một hoặchai cửa trích hơi điều chỉnh (theo áp suất) từ các tầng trung gian để sản xuất và cấpcho sưởi (cấp nhiệt), khi đưa một phần hơi vào bình ngưng; iii) Tuabin đối áp, nhiệthơi thoát (xả) được dùng để sưởi hoặc mục tiêu sản xuất Các kiểu tuabin này, cho

dù có vài điều kiện khác có thể coi như chân không thấp, trong đó nhiệt của hơithoát có thể được dùng để sưởi, đun nước nóng hoặc các mục tiêu công nghệ; iv)Tuabin sơ cấp (đưa vào phía trước) (tuabin này cũng như tuabin đối áp) nhưng hơithoát của nó dùng để làm việc trong tuabin trung áp Tuabin như vậy thường làmviệc với hơi mới thông số cao và được dùng khi xếp chồng trong nhà máy điệnthông số trung bình với mục đích nâng cao tính kinh tế làm việc của chúng; v)Tuabin đối áp với điều chỉnh áp suất cửa trích hơi từ các tầng trung gian Tuabinkiểu này dùng để cung cấp cho hộ tiêu thụ nhiệt với hơi có thông số khác nhau; vi)Tuabin hơi xả thải, dùng để sản xuất điện năng, của các hơi thải của búa máy, máynén, các máy hơi kiểu pittông; vii) Tuabin có hai và ba áp suất với sự dẫn hơi thải

áp suất khác nhau đến các tầng trung gian của tuabin

10

Hình 1.6 - Mặt cắtdọc tuabin xung lựcmột tầng cánh

1- trục; 2- đĩa; 3- cánh làm việc; 4- ống phun; 5- thân; 6- ống thoát.

b) Cấu tạo của tuabin hơi

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tuabin hơi kiểu xung lực:

Loại tuabin xung lực một tầng là đơn giản nhất, gồm các phần cơ bản sau: (hình 2.1)ống phun 4, trục 1 và đĩa 2 với các cánh làm việc 3, được lắp ghép trên vành đĩa Trục

1 cùng với đĩa 2 tạo thành phần quan trọng của tuabin và gọi là rôto Rôto đặt trongthân tuabin 5 Các cổ trục đặt trên các gối trục

Sự giãn nở cửa hơi từ áp suất đầu đến áp suất cuối xảy ra

trong một ống phun hoặc cụm ống phun, gắn vào thân trước

đĩa được quay bằng cánh làm việc Sự giảm áp suất hơi trong

ống phun kèm theo sự giảm entanpi của nó; trong ống phun

có giáng áp phù hợp, giáng áp này vận dụng nên động năng

dòng hơi Trong quá trình giãn nở, tốc độ hơi trong ống phun

tăng lên từ trị số ban đầu co trước ống phun đến c1 sau ống

phun

Trong rãnh cánh làm việc xảy ra sự giảm tốc độ tuyệt đối từ

c1 đến c2; động năng của hơi bị giảm Sự tác động của dòng

hơi trên cánh làm việc, phần động năng của nó được biến

thành công cơ học trên trục của rôto tuabin Tuabin mà toàn

bộ quá trình giãn nở và vì vậy hơi tăng tốc, chỉ sảy ra trong

ống phun, còn ở trên cánh làm việc chỉ xảy ra biển đổi động

năng thành công, dòng hơi không giãn nở thêm nữa, thì gọi

là xung lực

Công suất của tuabin xung lực một tầng ngay khi tốc độ

vòng đạt tới 350 m/s, không vượt quá 500 - 800 kW

Tuabin hơi đầu tiên của kỹ sư người Thụy Điển Guxtav

Lavan làm việc ở 30000 v/ph để truyền động mômen quay cơ học yêu cầu, cung cấpbởi bộ giảm tốc Công suất đơn vị tổ máy nhỏ, tuabin như vậy độ kinh tế nhỏ, trongloại này cần đặt bộ giảm tốc, lĩnh vực sử dụng tuabin hơi xung lực một tầng rất hạnchế Để khắc phục nhược điểm trên, người ta cũng chế tạo loại tuabin xung lực nhiềutầng cánh

B N

V P

P - Áp suất hơi vào tuabin

V - Tốc độ hơi vào tuabin

N - Ống phun

B - Cánh động

PC - Áp suất thoát

VL - Tốc độ hơi thoát

Hình 1.7 - Profil và đồ thị thay đổi áp suất dọc theo tầng xung lực

1 - trục; 2 - đĩa; 3 - các cánh động; 4 - ống phun; 5 - thân máy; 6 - ống thoát Nguyên lý hoạt động: Hơi quá nhiệt có nhiệt độ và áp suất cao (có thế năng cao) sẽ

giãn nở trong ống phun (giảm áp suất và nhiệt độ - giảm thế năng) để biến thành độngnăng sau khi ra khỏi ống phun Dòng hơi có động năng lớn sẽ đi vào cánh động truyềnmột phần động năng của mình cho cánh động làm quay trục tuabin Trong cánh độnghầu như không có sự giãn nở Phần nhiệt giáng (độ giảm entanpy của hơi) trong ốngphun cũng là phần nhiệt giáng của toàn tầng

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tuabin phản lực:

Hình 1.9 - Cấu tạo tuabin phản lực nhiều tầng cánh

12

Mặt cắt

Trục

B N

V P

Ống phun

Dòng hơi

Cánh động

Rôto Vỏ

Hơi mới

PC

VL

Hơi thoát

P - Áp suất hơi vào tuabin

V - Tốc độ hơi vào tuabin

Hình 1.9 - Profil và đồ thị thay đổi áp suất hơi qua tầng phản lực

Nguyên lý hoạt động: Hơi quá nhiệt vào ống phun giãn nở giảm áp suất và nhiệt độ

(giảm thế năng) biến thành động năng Ra khỏi miệng ống phun, hơi có tốc độ cao vừachuyền động năng của mình cho cánh động vừa tiếp tục giãn nở giảm thế năng trongcánh động Nhiệt giáng của tầng cánh bằng tổng nhiệt giáng trong ống phun với nhiệtgiáng trong cánh động Độ phản lực của tầng là tỷ số giữa nhiệt giáng trong cánh động

so với tổng nhiệt giáng toàn tầng

Mô tả cấu tạo tuabin hơi:

Bộ phận cơ bản của một tuabin gồm phần tĩnh (xilanh, vỏ, bánh tĩnh, cánh tĩnh, bệ, ổtrục) và phần động (rôto, bánh động, cánh động)

1) Rôto:

Rôto tuabin cao áp, trung áp và hạ áp được chế tạo từ các tấm rèn đơn Các phần củarôto được nối đồng trục với nhau bởi khớp nối cứng Trục tuabin được làm đặc Trêntrục bố trí các vị trí để lắp các tầng cánh, gối trục, các gói chèn Trên rôto cao áp vàtrung áp có một đĩa cân bằng

Trục được dựa trên các gối trục (ổ đỡ trục) Gối trục phía trước có cấu tạo phức tạphơn gối trục phía sau bởi vì ngoài việc đỡ trọng lượng của rôto, nó còn có nhiệm vụtiếp thu lực dọc trục sinh ra khi dòng hơi chuyển động qua các cánh quạt của rôto Cấutạo của gối trục phía trước có thể giữ cố định vị trí của rôto đối với thân vì thế nó đượcgọi là ổ đỡ chắn.

Ở chỗ trục chui qua thân người ta đặt 2 vòng chèn Vòng chèn phía trước làm việctrong miền áp lực cao, dùng để ngăn không cho hơi dò dỉ ra bên ngoài Vòng chèn phíasau làm việc trong miền có chân không, dùng để bảo vệ không cho không khí từ bênngoài lọt vào phần cuối của tuabin làm xấu độ kinh tế của tubin và làm giảm công suấtcủa tuabin

Ở chỗ trục chui qua các bánh tĩnh người ta cũng đặt các vòng chèn trung gian để ngănkhông cho hơi dò dỉ từ tầng này sang tầng khác vòng qua (không qua) dãy ống phun

Ở đầu trục phía trước thường có đặt những bộ chuyển động bánh răng hoặc bơm dầuchính Bơm dầu này dùng để cung cấp dầu cho hệ thống bôi trơn gối trục và để điềukhiển, dẫn động các cơ cấu của hệ thống điều chỉnh tự động tuabin Tuabin còn có bộđiều chỉnh tốc độ giới hạn dùng để khống chế số vòng quay của trục không cho vượtquá số vòng quay định mức 10 - 12%

Ở đầu trục phía sau có khớp trục nối với trục của máy phát điện, ở bên cạnh khớp trục

là thiết bị quay trục (cũng có loại tuabin đặt ở phía trước) Thiết bị quay trục dùng đểquay trục một cách chậm chạp trong thời gian khởi động và ngừng tuabin cốt để đảmbảo cho rôto được sấy nóng và nguội đi một cách đồng đều, đồng thời các biến dạng

về nhiệt sinh ra khi đó cũng được phân bố đều đặn

Để biểu thị tốc độ quay của tuabin thì ở đầu trục phía trước còn liên hệ với một đông

14

bộ diện tích của các đĩa sẽ tạo nên một áp lực rất lớn Thậm chí ngay cả khi sử dụngrôto thùng rỗng mà áp lực dọc trục còn lớn hơn nhiều so với tuabin xung lực.

Để ngăn ngừa sự dò dỉ của hơi bên trong các tầng vòng qua dãy ống phun và dãy cánhđộng người ta đặt những răng chèn gắn trực tiếp vào rôto (đối với ống phun) và thân(đối với cánh động)

Cũng vì trong các tuabin phản lực, lực dọc trục lớn hơn nhiều so với tuabin xung lực,cho nên để triệt tiêu nó người ta áp dụng một bộ phận đặc biệt gọi là piston giảm tải.Piston này chịu áp lực của tầng điều chỉnh (thường là tầng xung lực) và được chế tạovới đường kính lớn hơn các tầng phản lực ở sau tầng điều chỉnh Vì thế cho nên áp lựchơi trong buồng điều chỉnh tác dụng lên diện tích mà xác định bằng các hiệu cácđường kính đó sẽ tạo lên một áp lực hướng ngược chiều với lực dọc trục sinh ra khituabin làm việc Hiện đường kính của piston và các tầng phải được tính toán thế nào

để cân bằng tất cả các lực tác dụng dọc theo trục rôto của tuabin

Còn tất cả các bọ phận khác của tuabin phản lực cũng có cấu tạo giống như tuabinxung lực

2) Thân tuabin:

Thân (đôi khi còn gọi là xilanh) của tuabin hơi thường có hình dáng phức tạp, kíchthước lớn dần theo hướng chuyển động của dòng hơi và có các chỗ lồi lên, các buồng

để đưa hơi vào, trích hơi ra, ống thoát cũng có hình dáng đặc biệt

Thân của tuabin dọc trục thường có mặt bích ngang (ở chỗ cắt rời) và 1 hoặc 2 mặtbích đứng để khi đúc, khi gia công cơ khí và khi lắp rắp được dễ dàng Tuabin hướngtrục thường chỉ có mặt bích đứng

Thân tuabin được chế tạo bằng thép đúc, gang đúc hoặc thép hàn

Gang đúc dùng cho những thân và những chi tiết làm việc ở áp lực 12 - 16 bar và nhiệt

độ tới 250 °C Khi dùng loại gang pectit thì có thể làm việc ở nhiệt độ tới 350 °C.Thân làm bằng thép cácbon dùng cho những thông số hơi 35 - 40 bar, 400 - 425 °C.Đối với áp lực và nhiệt độ hơi rất cao thì thân được chế tạo bằng các loại thép hợp kimđặt biệt có cấu trúc ôtstenit pha thêm crôm, niken, môlipden, vanađi và vonfram

Để giảm nhẹ điều kiện làm việc cho vật liệu của thân, người ta cố gắng hạn chế kíchthước bề mặt của thân khi chịu tác dụng của nhiệt độ cao (cao hơn 425 - 450 °C) Khinhiệt độ hơi lớn hơn 550 - 575 °C người ta làm thành hai lớp hoặc gọi là thân kép, ởgiữa thân trong và thân ngoài có chứa hơi với thông số trung bình được lấy từ 1 tầngtrung gian nào đó đưa vào Vì vậy, các bề dầy của tường thân và các mặt bích nối của

thân trong cũng ngư thân ngoài có kích thước nhỏ hơn nhiều so với thân đơn (1 lớp).

Do những điều kiện làm việc nhẹ nhàng của ngoài cho nên có thể cho phép chế tạobằng thép cacbon

Việc nối mặt bích cua thân tuabin bằng gu-giông có lợi hơn là nối bằng bulông, bởi vìkhi chịu nhiệt thì các gu-giông có thể có nhiệt độ bằng nhiệt độ của mặt bích, còn bulông thì luôn khác với mặt bích một vài độ Điều đó rất quan trọng bởi vì sự chậm trễnhiệt độ của các bu lông so với mặt bích sẽ làm tăng ứng suất trong bulông

Việc dùng ống thoát hàn thay cho ống thoát đúc đã làm giảm trọng lượng của nó tới 25

- 30 % Để tăng thêm độ bền của ống thoát thì ở bên trong người ta gia cường thêmnhững gờ Những gờ này có tác dụng hướng cho dòng hơi đi vào bình ngưng, đồngthời giảm được trợ lực của ống do đó giảm được tổn thất nhiệt của hơi thoát

3) Cánh tuabin:

Các cánh phản lực được lắp trực tiếp trên trục, chiều cao của cánh tăng dần từ “đầu”đến “cuối” tuabin Cánh ở những tầng đầu được lắp trên trục bằng mộng chữ T Trênmỗi cánh này có các vấu để lắp đai 3 tầng cánh cuối của hạ áp không được lắp đai.Các tầng cánh cuối tuabin dạng cánh "xoắn", chân cánh được lắp mộng “cây thôngngược” Trên mép vào của các cánh được tôi cứng giúp cho cánh chịu được sự va đậpcủa những hạt hơi ẩm Lớp tôi cứng này có chiều dài xấp xỉ 1/3 chiều cao cánh vàchiều rộng xấp xỉ 25mm Những hạt ẩm nếu không được tách ra nó sẽ mài mòn cánhđộng và làm giảm hiệu suất tuabin do đó làm giảm hiệu suất của Nhà máy Để táchnhững hạt ẩm, trên cánh tĩnh có xẻ những rãnh so le nhau dọc theo chiều cao cánh, vàlàm những vấu trên vỏ trong của xi lanh Màng ẩm dần dần dịch chuyển ra xa tâmrôto và gom lại trên các rãnh sau đó chảy về các cửa trích hoặc bình ngưng

Do khe hướng trục giữa các cánh động và cánh tĩnh lớn, nên quá trình vận hành sẽkhông bị ảnh hưởng bởi độ chênh giãn nở kể cả khi khởi động và ngừng tuabin

Các cánh tĩnh có chân dạng chữ T ngược hoặc chữ L và lớp bao ngoài được chế tạocùng loại vật liệu với các cánh động

Các cánh động cuối cùng đứng tự do hoàn toàn, không có dây đai hay vành bao Vìkhông có cụm cánh liên kết bằng dây đai, nên sẽ không tạo ra độ rung do kết nối cụm,

mà chỉ tạo thành độ rung đơn và nhỏ Các hàng cánh tĩnh của tầng cuối cùng vỏ hạ ápđược chế tạo bằng thép tấm

4) Vỏ tuabin:

Tuabin cao áp

16

Tuabin cao áp gồm vỏ ngoài loại thùng, vỏ trong có bích đứng và cụm răng chèn Vỏngoài phân bố dòng hơi chính đối xứng ở hai bên Đặc biệt vỏ ngoài có khả năng đỡcho vỏ trong dịch chuyển và quay tự do khi ứng suất nhiệt vượt quá giá trị cho phép,

do đó có thể linh hoạt trong vận hành, cho phép khởi động nhanh và thay đổi tảinhanh

Vỏ trong, nằm trong vùng áp suất cao, có rãnh trượt theo chiều thẳng đứng và có thểxoay đối xứng

Trên vỏ của tuabin cao áp có lắp 4 van điều chỉnh để đưa hơi từ hai van Stop vàotuabin

Tuabin trung áp

Tuabin trung áp có kết cấu vỏ kép và dòng đơn Tuabin trung áp có lắp 2 tổ hợp vanđiều chỉnh, mỗi tổ hợp gồm: 1 van chặn và 1 van điều chỉnh để điều khiển dòng hơi từ

bộ quá nhiệt trung gian vào tuabin trung áp

Vỏ trung áp có kết cấu 2 nửa nằm ngang bao gồm vỏ ngoài và vỏ trong Vỏ trong và

vỏ ngoài được lắp với nhau bằng động lực

Tuabin hạ áp

Tuabin hạ áp có kết cấu 3 vỏ Cụ thể tuabin hạ áp gồm vỏ ngoài, vỏ trong 1 và vỏ trong 2.Kết cấu 3 vỏ này để tránh biến dạng nhiệt do độ chênh nhiệt độ lớn

5) Gối đỡ:

Ví dụ với tuabin của Nhà máy Nhiệt điện Hải Phòng (300 MW) có 4 gối trục, gối số 1,

3 và 4 là gối đỡ đơn; gối số 2 là gối đỡ chặn Gối đỡ chặn có tác dụng đỡ và chặn rôtokhông dịch chuyển do lực phản lực của dòng hơi Khi tuabin khởi động và ngừng, dầu

từ bể dầu bôi trơn được bơm để nâng trục tuabin nhờ bơm nâng trục (JOP) Trong quátrình vận hành bình thường, dầu bôi trơn được cấp vào gối trục nhờ bơm dầu chính(MOP) hoặc bơm dầu khẩn cấp (EOP) trong trường hợp hai bơm dầu chính không làmviệc được

Tuabin sử dụng ổ trượt, bề mặt trong của ổ có một lớp ba-bít Trên ổ trục có các đườngdầu cấp của JOP (từ phía dưới ổ trục) và đường dầu bôi trơn lúc vận hành bình thường

6) Bộ quay trục tuabin:

Bộ quay trục tuabin - máy phát có tác dụng quay rôto tuabin với tốc độ từ 50 đến 100vòng/phút khi tuabin khởi động và ngừng tránh cho rôto bị cong do giãn nở nhiệt

không đều Bộ quay trục được đặt ở phần đầu tuabin, nó gồm một động cơ quay trục

Lượng hơi sau khi chèn được đưa về bình ngưng hơi chèn nhờ quạt hút hơi chèn Khituabin mới khởi động dùng nguồn hơi tự dùng để chèn trục tuabin, sau khi tuabin hoạtđộng ổn định nguồn hơi tự dùng làm việc ở chế độ dự phòng, nguồn hơi chính để chèn

là hơi rò từ các bộ chèn phần cao áp, trung áp Các bộ chèn ở đỉnh cánh của các phầncao và hạ áp có cấu tạo khác nhau

Dưới đây mô tả cấu tạo của tuabin 270T - 422/423 của Nhà máy nhiệt điện Phả Lại II:+ Tuabin - máy phát là một tổ máy hợp bộ có quá nhiệt trung gian với phần hạ áp dòngchảy kép, được đặt trên cùng một trục do hãng GE của Mỹ chế tạo

+ Tuabin hơi nước kiểu 270T 422/423 với công suất định mức 300 MW dùng để trựctiếp quay máy phát điện kiểu 290T 422/423 được làm mát bằng hydro với thiết bị kíchthích tĩnh

+ Cấu tạo tuabin gồm 3 phần: cao áp, trung áp và hạ áp Phần cao áp gồm 8 tầng cánh,trung áp: 7 tầng cánh và hạ áp: 12 tầng cánh đối xứng về 2 phía (mỗi phía 6 tầng).Phần cao áp và trung áp được chế tạo chung một thân, rôto cao áp và trung áp đượcthiết kế chung một trục Rôto và thân tuabin phần hạ áp được chế tạo riêng Rôto phầntrung áp và hạ áp được nối với nhau bằng khớp nối cứng

+ Các tầng cao áp được đặt ở vùng có kết cấu thân kép mà ứng lực và ứng suất nhiệttrong vùng này là nhỏ nhất Phần thân bên ngoài tuabin cao - trung áp được đúc liềnkhối bằng thép hợp kim chịu nhiệt Thân tuabin được đỡ tại đường tâm nằm ngang của

nó để tránh sự lệch tâm giữa thân và rôto khi thân tuabin được sấy nóng và giãn nở.Thân tuabin được chốt tại 2 đầu theo đường tâm thẳng đứng để định tâm theo phương

18

hướng kính.

+ Thân phía trong phần cao - trung áp được đỡ trong phần thân ngoài trên 4 tấm đệm

và được định vị dọc trục bằng cách lắp mộng Các nêm chèn được sử dụng trên cáctấm đệm đỡ để đảm bảo sự căn chỉnh chính xác theo phương thẳng đứng và có bề mặtcứng để loại trừ sự mài mòn gây ra do sự di chuyển tương đối của thân bên trong khi

nó giãn nở hoặc co lại Thân bên trong được chốt với thân bên ngoài theo các đườngtâm thẳng đứng phía trên và phía dưới để định vị nó theo phương hướng kính

+ Vỏ bọc hơi thoát phần hạ áp được chế tạo bằng thép kết cấu dùng phương pháp hàn

Vỏ hơi thoát bên trong tách riêng với vỏ bên ngoài và được đỡ trong vỏ bọc bên ngoàibằng 4 tấm đệm đỡ Vỏ bên trong được chốt với vỏ bọc bên ngoài để định vị hướngtrục và hướng tâm Tuy nhiên nó có thể giãn nở tự do khi có sự thay đổi nhiệt Vỏ bọcphần hơi thoát được định vị với nền gần tâm cửa thoát để tránh di chuyển dọc trục vàhướng kính

+ Vỏ bọc phần hơi thoát gồm gối đỡ 2, 3, 4, nối giữa rôto cao và hạ áp, nối giữa rôto

hạ áp và máy phát có kèm theo thiết bị quay trục Ống liên thông giữa phần trung áp

và hạ áp gồm các mối nối giãn nở để hấp thụ sự giãn nở nhiệt của đường ống, tránhgây ra các ứng lực trên các bộ phận của tuabin

+ Tuabin có 2 rôto (cao-trung áp và hạ áp), mỗi rôto được đỡ bởi 2 ổ đỡ cổ trục riêng.Hai rôto được nối với nhau bằng khớp nối cứng bắt bằng bu lông và được định vị dọctrục bởi ổ đỡ chặn đặt ở bệ đỡ trước của tuabin (gối 1)

+ Bệ đỡ trước được dẫn hướng theo đường tâm trên tấm bệ của nó sao cho nó được cốđịnh theo phương hướng kính nhưng có thể trượt tự do theo hướng dọc trục

+ Các cánh động tuabin được chế tạo từ thép cán (hợp kim sắt-crôm) để chống lại sự

ăn mòn và mài mòn của dòng hơi Các cánh động được lắp chặt bằng mộng đuôi énđược gia công trên đĩa động Đai bảo vệ bằng kim loại được sử dụng để nối giằng cácđầu cánh với nhau bằng cách ghép mộng trên đỉnh cánh

+ Trên các cánh tầng cuối cùng, các cánh động được trang bị lớp bảo vệ cứng để chốngmài mòn do hơi ẩm Các vách ngăn vòi phun được chế tạo từ thép hợp kim sắt - crôm

và được lắp ráp thành cánh tĩnh bằng cách hàn hoặc đúc

+ Tuabin có hệ thống phân phối hơi gồm 4 cụm vòi phun, 4 van điều khiển phần cao

áp Hai van đặt ở nửa trên và hai van đặt ở nửa dưới thân ngoài tuabin cao áp Cách bốtrí này tạo ra việc sấy thân tuabin được đồng đều hơn và giảm thiểu sự biến dạng nhiệt.+ Đầu vào van điều khiển được trang bị các mối nối giãn nở kiểu vòng trượt để chophép chuyển động tương đối theo bất kỳ hướng nào mà vẫn duy trì được độ kín khít

Đầu vào phần trung áp có 2 van tái nhiệt kết hợp được đặt ở phần thân phía dướituabin trung áp (van stop và van chặn chung một thân van).

+ Hơi áp suất cao từ lò đi qua 2 van stop chính và 4 van điều khiển vào tuabin cao áp

và chảy dọc về phía đầu tuabin của tổ máy Sau khi sinh công ở phần cáo áp, dòng hơiđược đưa qua hệ thống tái nhiệt lạnh tới bộ quá nhiệt trung gian của lò hơi Hơi đượcquá nhiệt trung gian qua hệ thống tái nhiệt nóng và 2 van tái nhiệt kết hợp đi vào phầntuabin trung áp và chảy dọc hướng về phía máy phát Sau khi qua tuabin trung áp,dòng hơi đi qua ống chuyển tiếp đơn tới tuabin hạ áp, ở đây dòng hơi được chia làmhai phần: một nửa chảy dọc về phía máy phát và nửa còn lại chảy dọc về phía đầutuabin của tổ máy, sau đó đi vào bình ngưng kiểu bề mặt được đặt ở ngay dưới tuabin

hạ áp Việc bố trí hướng của dòng hơi trong tuabin đi ngược chiều nhau mục đích là đểkhử lực dọc trục rôto do dòng hơi gây ra

+ Tuabin được tính toán để làm việc với các thông số định mức sau:

- Áp lực hơi mới trước van stop chính: 169 kg/cm2

- Nhiệt độ hơi mới trước van stop chính: 538 oC

- Lưu lượng hơi mới: 921.763 kg/h

- Áp lực hơi trước van stop tái nhiệt: 43 kg/cm2

- Nhiệt độ hơi trước van stop tái nhiệt: 538 oC

- Lưu lượng hơi tái nhiệt: 817.543 kg/h

- Chân không bình ngưng: 51 mmHg

+ Mỗi tổ máy có một hệ thống hơi chính tương tự như nhau để cung cấp hơi chotuabin Hệ thống hơi chính đưa hơi quá nhiệt từ lò hơi tới 2 van stop chính, sau đó quacác van điều chỉnh vào tuabin cao áp

+ Hệ thống hơi chính còn cho phép đi tắt tới 60% lưu lượng hơi chính (hệ thống đi tắtcao áp có kèm theo thiết bị giảm ôn) tới hệ thống tái nhiệt lạnh ở điều kiện mở hết cácvan tuabin (van stop và van điều chỉnh) khi sa thải phụ tải, ngừng sự cố tuabin hoặckhởi động và dừng tổ máy

+ Ngoài ra, hệ thống hơi chính còn cung cấp hơi dự phòng cho hệ thống hơi tự dùng.Các thông số của hệ thống hơi chính:

- Áp lực: 169 kg/cm2

- Nhiệt độ: 538 oC

20

- Cửa trích số 3 từ tầng 15 tuabin trung áp cấp hơi cho bình khử khí.

- Cửa trích số 4 từ tầng 16 tuabin hạ áp (cửa trích kép) cấp hơi cho bình gia nhiệt hạ 3

- Cửa trích số 5 từ tầng 18 tuabin hạ áp (cửa trích kép) cấp hơi cho bình gia nhiệt hạ 2

- Cửa trích số 6 từ tầng 19 tuabin hạ áp (gồm 4 cửa trích riêng rẽ không có van chặn)cấp hơi cho bình gia nhiệt hạ 1

Các thông số cửa trích tuabin:

- Cửa trích số 1: 48,7 kg/cm2, 349 oC

- Cửa trích số 2: 22,7 kg/cm2, 438 oC, 71.952 kg/h

+ Rôto của tuabin quay theo chiều ngược kim đồng hồ nếu nhìn từ phía bệ đỡ trước(gối 1).

+ Tuabin được trang bị thiết bị quay trục dùng để quay chậm rôto tuabin 3-4 vòng/phútkhi sấy hoặc làm nguội tuabin trong quá trình khởi động hoặc ngừng máy, để tránhcong trục rôto tuabin

+ Thiết bị quay trục được bố trí tại gối 4 của tuabin, bao gồm hộp giảm tốc, cơ cấu càikhớp điện- khí nén, một mô tơ dẫn động chính đặt thẳng đứng và một mô tơ cài khớpđặt trên đỉnh mô tơ chính và được nối đồng trục Dầu bôi trơn cho thiết bị quay trụcđược cấp từ hệ thống dầu bôi trơn tuabin

+ Thiết bị quay trục có thể được cài khớp bằng tay hoặc thông qua cơ cấu cài khớp từ

xa bằng điện- khí nén Thiết bị quay trục luôn vận hành ở chế độ được cài khớp hoàntoàn trước khi mô tơ chính làm việc (mô tơ cài khớp chạy trước, sau 10 giây mô tơchính sẽ chạy và ngừng mô tơ cài khớp)

+ Tuabin được thiết kế các hộp hơi chèn trục rôto với vỏ tuabin Mục đích của nó là đểhạn chế dòng hơi lọt qua khe hở giữa trục và vỏ tuabin, và để chèn các khe hở nàyngăn ngừa sự rò rỉ hơi từ phần cao áp ra khí quyển và tránh không khí lọt vào phần hạ

áp tuabin

+ Hộp chèn là thiết bị tiết lưu hơi bao gồm các răng tĩnh và động được bố trí đồng tâmvới các khe hở hướng kính nhỏ Hộp chèn làm việc bằng nguồn hơi chèn lấy từ hệthống hơi tự dùng của tổ máy Các thông số của hơi chèn như sau: áp suất 0,25 kg/cm2,nhiệt độ:150-260 oC Hơi sau khi chèn trục được đưa về hệ thống hút hơi chèn nhờ cácquạt hút Hệ thống chèn trục tuabin được thiết kế có khả năng tự chèn ở tải 50%

+ Phía dưới tuabin hạ áp có bố trí bình ngưng hơi kiểu bề mặt Mục đích chính của nó

là để tạo áp suất thấp tầng cuối tuabin, làm tăng hiệu suất chu trình nhiệt và ngưng

22

đọng lượng hơi thoát tạo ra nước ngưng sạch cung cấp cho lò hơi, tạo thành chu trìnhkín.

+ Ngoài ra, để phục vụ cho vận hành tuabin còn có các hệ thống thiết bị phụ khác màkhông đề cập ở đây (tham khảo các quy trình về thiết bị phụ tuabin)

1.4 Nguyên lý làm việc của tuabin ngưng hơi thuần tuý

Quá trình sản xuất điện dùng tuabin ngưng hơi thuần tuý (ngưng hơi thuần tuý là baonhiêu hơi vào tuabin thì bấy nhiêu hơi vào bình ngưng: tuabin không có bất kỳ cửatrích nào) bao gồm các thiết bị chính cùng với các thiết bị phụ của chúng, đó là thiết bịtuabin và thiết bị lò hơi nối với nhau bằng hệ thống đường ống dẫn để vận chuyển môichất

Hình 1.10 - Sơ đồ nhiệt nguyên lý của nhà máy điện ngưng hơi thuần tuý

1 - lò hơi; 2 - bộ quá nhiệt; 3 - tuabin; 4 - máy phát điện; 5 - bình ngưng; 6 - bơm

nước ngưng; 7 - bơm nước cấp cho lò hơi.

Nguyên lí hoạt động: Nước được bơm cấp bơm vào lò hơi Trong lò hơi, nước nhận

nhiệt của ngọn lửa và dòng khói do nhiên liệu cháy sinh ra Hơi bão hoà sinh ra đượcđưa lên bộ quá nhiệt để tiếp tục tăng nhiệt độ thành hơi quá nhiệt Hơi quá nhiệt rakhỏi bộ quá nhiệt được dẫn sang tuabin bằng đường ống Trong tuabin, hơi có nhiệt độ

và áp suất cao giãn nở sinh công rồi thoát toàn bộ vào bình ngưng Hơi thoát vào bìnhngưng sẽ được làm mát bằng nước sông, nước biển hoặc bằng không khí để ngưng tụlại thành nước ngưng Nước ngưng được bơm ngưng và bơm cấp bơm thẳng lên lò hơi(không có các bình gia nhiệt) Nước tiếp tục vào lò hơi nhận nhiệt để thực hiện chutrình khép kín

Môi chất dùng trong chu trình tuabin hơi nước là nước và hơi nước Nó là chất vậnchuyển năng lượng để chuyển nhiệt năng của phản ứng cháy nhiên liệu hoặc nhiệtnăng của dòng khói nóng tận dụng được thành động năng làm quay máy phát điện

Dk, tk

21

3

54

Ngoài tuabin hơi, để sản xuất điện bằng nhiên liệu hữu cơ người ta cũng sử dụngtuabin khí Khói thải của tuabin khí có nhiệt độ cao (≈ 600 oC) được tận dụng để sinhhơi chạy chu trình tuabin hơi hoặc trực tiếp sử dụng nhiệt của dòng khói cho dâychuyền công nghệ.

Chu trình tuabin ngưng hơi thuần tuý và các đặc tính kỹ thuật của nó như sau:

Hơi quá nhiệt có nhiệt độ và áp suất cao (thế năng cao) vào tuabin ở điểm O vớientanpy là io sẽ thực hiện quá trình giãn nở để giảm nhiệt độ và áp suất (giảm thếnăng) Phần thế năng giảm đi này chuyển thành động năng của rôto tuabin Rôtotuabin nhận được động năng của dòng hơi truyền sang máy phát nối với nó làm quaymáy phát sinh ra dòng điện Quá trình giãn nở sẽ kết thúc ở cuối tuabin tại điểm trạngthái K' khi mà toàn bộ các tầng cánh trong tuabin là không có ma sát và không bị tổnthất nhiệt ra môi trường Khi đó quá trình giãn nở được gọi là quá trình giãn nở lýtưởng, trên đồ thị i-s quá trình này là quá trình đẳng entropy (đường thẳng đứng).Trong thực tế, bề mặt các cánh tuabin có ma sát với dòng hơi chuyển động và có tổnthất nhiệt ra môi trường nên quá trình giãn nở kết thúc ở cuối tuabin tại điểm trạng thái

K có entropy lớn hơn entropy của điểm K'

Hơi thoát khỏi tuabin được dẫn vào bình ngưng để nhả nhiệt ra môi trường (thườngthông qua nước hoặc không khí làm mát) và ngưng tụ lại thành nước ngưng ở điểmtrạng thái 1 Nước ngưng được bơm ngưng (kể cả bơm cấp) bơm vào lò hơi ở điểmtrạng thái 2 Trong lò hơi, nước nhận nhiệt để bốc hơi và quá nhiệt tới điểm trạng thái

O khép kín chu trình

24

K K'

Tuabin ngưng hơi sử dụng trong nhà máy nhiệt điện không phải loại ngưng hơi thuầntuý mà là có cửa trích cấp hơi cho các bình gia nhiệt Sơ đồ công nghệ và thiết bị loạinày đã trình bầy trên mục 1.1 ở trên.

1.5 Thông số vận hành tuabin hơi (Chỉ số vận hành định mức, chỉ số cài đặt bảo vệ)

a) Chỉ số vận hành định mức của tuabin

Mỗi tuabin với công suất khác nhau, của hãng chế tạo khác nhau sẽ có những thông sốvận hành khác nhau Dưới đây ví dụ một số thông số thiết kế chính và thông số vậnhành cơ bản của một tổ máy tuabin công suất 300 MW

Áp suất hơi tái nhiệt đầu vào van Stop tái nhiệt (tại 100% RO): 40,60 barANhiệt độ hơi tái nhiệt đầu vào van Stop tái nhiệt (tại 100% RO): 538 oC

kg/h

kg/h

Áp suất, nhiệt độ hơi trích (tại đầu ra tuabin ở 100% RO)

Áp suất hơi thoát hạ áp 0,0569 barA 90,68% (độ khô)

Chiều quay Theo chiều kim đồng hồ (nhìn từ phía máy phát)

Số tầng của cánh tuabin cao áp: 21

Lưu lượng (ở áp suất đầu đẩy bình thường): 125 m3/h

Bơm dầu nâng trục:

Lưu lượng (ở áp suất đầu đẩy bình thường): 12,58 m3/h

Lưu lượng (ở áp suất đầu đẩy bình thường): 75 m3/h

Quạt hút hơi dầu:

Bình dầu điều khiển:

Dung tích (tại mức vận hành bình thường): 310 lít

Bơm dầu điều khiển:

26

Quạt làm mát dầu điều khiển:

Năng suất (tại áp suất thiết kế): 15,7 m3/p

b) Chỉ số cài đặt bảo vệ tuabin

Mỗi tuabin khác nhau, của nhà chế tạo khác nhau, được xây dựng với sơ đồ khác nhau

sẽ có những giá trị cụ thể của thông số cài đặt bảo vệ khác nhau Những chỉ số sau đâythông thường phải được cài đặt bảo vệ cho một tuabin:

- Tốc độ tuabin-máy phát: 103%nđm; 110%nđm; 115%nđm

- Nhiệt độ hơi vào từng phần tuabin cao

- Áp suất hơi vào tuabin:

- Áp suất hơi thoát (tương ứng với nhiệt độ hơi thoát) cao

- Áp suất dầu bôi trơn thấp: 0,034÷0,048MPa (liên động bơm dầu bảo vệ là: 0,068 ÷0,075MPa)

- Áp suất dầu bảo vệ thấp

- Áp suất dầu điều chỉnh thấp: 9,31 MPa

- Độ di trục tăng

- Độ chênh lệch giãn nở nhiệt của rôto với vỏ và của vỏ giữa phần trên với phần dưới

SE-HH ≥3300 (110%)v/p O O Tín hiệu 2/3Dải đo 2040 ±30v/p Tốc độ cho phép sấy

MAA01CS030

SE-MAA01CS031

ZE-Dải đo 2850～3090v/p

(95%～103%) Tốc độ cho phép vận hànhDải đo 400～2010v/p Không được giữDải đo 2070～2850v/p Không được giữ

≤ 60v/p Van cấp dầu quay trục không bình thường

trong khi quay trục

≤ 1500v/p Cho phép mở van phá

hoại chân không

≥ 500v/p

Bảo vệ ngừng tuabin khi nhiệt độ hơi mới thấp

Độ di trục

MAA01CG01～013

ZE-HH ≥ ± 1,0mm O O Tín hiệu 2/3

28

Thông số Thiết bị đo

B Đ

dải 0 - 600v/pChênh giãn nở Rotor và Vỏ

Tuabin cao

áp HP (Gối

đỡ 1)

MAA10CG051～053

*: Ngừng bằng tay-3,0 mm

*: Ngừng bằng tay-2,0 mm

*: Ngừng bằng tay-6,5mm

Tham khảo phần "Sự thay đổi cho phép của

áp suất hơi chính và nhiệt độ hơi chính & hơi tái nhiệt" trong tài liệu O&M

Tham khảo phần "Sự thay đổi cho phép của

áp suất hơi chính và nhiệt độ hơi chính & hơi tái nhiệt" trong tài liệu O&M

VH 566 °C O *O *: Ngừng bằng tay

Thông số Thiết bị đo

B Đ

B

L ≤ (Đường cong) O Tín hiệu 2/3Tham

khảo phần “Đường cong giới hạn thấp nhiệt độ hơi chính" trong tài liệu O&M

Tham khảo phần

"Đường cong giới hạnthấp nhiệt độ hơi chính" trong tài liệu O&M

Tham khảo phần "Áp lực vỏ tuabin cao áp cho phép lớn nhất (quá tải)" trong tài liệuO&M

Áp suất vỏ

tuabin HP

(khi quá tải)

MAA10CP033

Tham khảo phần

"Đường cong giới hạnthấp nhiệt độ hơi chính" trong tài liệu O&M

DPT-L ≤0,0049 Bar O Đóng van 1 chiều cửa

Nước phun vỏ LP tự động phun (Nhiệt độ cánh tĩnh tuabin LP

<100°C và nhiệt độ hơi thoát tuabin LP

<60°C: Tự động Ngừng phun vỏ LP.)

30

Thông số Thiết bị đo

B Đ

Nước phun vỏ LP tự động phun (Nhiệt độ cánh tĩnh tuabin LP

<100°C và nhiệt độ hơi thoát tuabin LP

<60°C: Tự động Ngừng phun vỏ LP.)

PT-H ≥ (Đường cong) O

Tham khảo phần

"Đường cong giới hạncao áp suất hơi thoát tuabin LP"

HH ≥ (Đường cong) O O

Tham khảo phần

"Đường cong giới hạncao áp suất hơi thoát tuabin LP"

Tín hiệu 2/3

Màng phòng nổ VH 0,5BarG

Phá thủng màng phòng nổ bình ngưng

Áp suất hơi

tự dùng

LBG10CP001

Van chặn hơi tự dùng

và van chặn nguồn cấp hơi chèn đóng.(Giải trừ tại HH-5°C)

Van xả đọng ống cấp hơi chèn mở (Giải trừtại L+10°C)

Van chặn hơi tự dùng

và van chăn nguồn cấp hơi chèn đóng.(Giải trừ tại LL+10°C)

Áp suất hơi

chèn tuabin

MAW20CP01

Thông số Thiết bị đo

B Đ

Bơm dự phòng MOP

và EOP tự động khởi động

(*: Giá trị đặt tương ứng là 4,2 BarG ở tâmT/G)

Áp suất dầu ổ

đỡ tuabin

MAV44CP2

EOP khởi động tự động

(*: Giá trị đặt tương ứng là 1,0 BarG ở tâmT/G)

MAV44CP201÷203

2 /3 tín hiệu(*: Giá trị đặt tương ứng là 1,0 BarG ở tâmT/G)

Độ chênh áp

suất phin lọc

dầu bôi trơn

MAV43CP2

Khởi động tự động JOP dự phòng (khi yêu cầu)

32

Thông số Thiết bị đo

B Đ

MAD02CT071

MAD03CT071

MAD04CT071

Thông số Thiết bị đo

B Đ

MAX12CP501

MAX22CP201

Mức bể dầu

thuỷ lực

MAX10CL

Bơm gia nhiệt dầu thuỷ lực tắt

NFL: mức dầu làm việc bình thường

Nhiệt độ bể

dầu thuỷ lực

MAX10CT001

H ≥ 48°C Tự động chạy quạt làm mát dầu thuỷ lực

NH ≥ 46°C Tự động ngừng quạt làm mát dầu thuỷ lực

NL ≥ 35°C Tự động ngừng bơm gia nhiệt dầu thuỷ lực

L ≥ 30°C Tự động chạy bơm gianhiệt dầu thuỷ lực

34

Thông số Thiết bị đo

B Đ

Min ≥ 75,54kg/sLưu lượng

hơi thoát Max ≤167,11kg/s Cho phép vận hành liên tục

Thông số Thiết bị đo

B Đ

Số giờ vận hành phải dưới 2 giờ (nhỏ hơn

60 phút theo quy định)Đảm bảo rằng áp suất hơi thoát dưới 0,0490 BarA trong khi vận hành ở tải tự dùng

CHƯƠNG 2 BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA TUABIN HƠI 2.1 Bảo dưỡng, sửa chữa tuabin hơi

2.1.1 Sửa chữa thân (vỏ) tuabin

a) Công việc chuẩn bị

Tuabin đang làm việc sau khi ngừng, xilanh còn nóng trong 1 thời gian và nguội dần.Khi nhiệt độ của xilanh thấp dưới 70-80 oC thì có thể tiến hành mở được xilanh Vớiphần xilanh hạ áp (của tuabin công suất lớn) có thể mở ngay sau khi dừng máy Đốivới các phần xilanh cao áp có thể mở trong khoảng thời gian sau khi ngừng máykhoảng 24 - 35 giờ

Công việc chuẩn bị gồm:

+ Tháo tất cả các dụng cụ đo lường bắt vào thân máy và các paliê

+ Tháo vỏ bọc ngoài và những chỗ bảo ôn cần tháo để có thể tiến hành mở được cácgudông bắt mặt nối của xilanh, các bulông bắt mặt bích vào vỏ tuabin

+ Tháo các đường ống có liên quan đến nắp trên, tháo các van hơi (van điều chỉnh) nốivào nắp trên

+ Tháo các bulông bắt mặt bích Trước khi tháo vài giờ, nếu đai ốc có lỗ tra dầu thìnhỏ dầu hoả hoặc dầu madút hoặc xịt RP7 để cho dễ mở Với những bulông có lỗ gianhiệt thì lắp cặp nhiệt để gia nhiệt Thời gian gia nhiệt bulông khoảng 20-30 phút Cáccây thép khi đã xám lại thì thay ngay cây khác

Công việc mở nắp:

+ Tiến hành tháo các gudông bắt mặt bích, trước tháo vài giờ nếu êcu có lỗ tra dầu thìnhỏ dầu hoả hoặc madút cho dễ mở Đối với gudông có lỗ để gia nhiệt thì tiến hànhcho gia nhiệt bằng dụng cụ đặc biệt nều không có thì có thể gia nhiệt bằng cách đưanhững cây thép có đường kính xấp xỉ lỗ để gia nhiệt Cây thép này được nung đỏ từbếp lò hoặc mỏ hàn axêtilen thời gian gia nhiệt gudông khoảng 20-30phút Các câythép dùng để gia nhiệt khi đã bị sám lại thì thay ngay cây khác

+ Tháo chốt định vị, việc tháo có thể dùng cần trục nhổ nếu nhổ không được thì hànthêm đoạn ren vào công lên

+ Trước khi nhấc nắp cần phải dùng bulông tăng để tách mặt bích và nâng nắp lên 1khoảng 2-3mm (nâng đều) Lắp 4 cột hướng

+ Dùng móc cầu trục nhỏ tháo chốt định vị, nếu nhổ không được thì hàn thêm đoạn ren

và dùng công để công lên

+ Mắc bộ cáp chuyên dùng để nâng nắp xilanh, dùng móc lớn của cần trục nâng nhíchnắp lên và chỉnh cáp cho thăng bằng (khe hở giữa 2 mặt trên và dưới đồng đều) Khicáp đã cân nắp thăng bằng, từ từ đưa nắp lên

+ Bật nắp có nhiều phương pháp dưới đây giới thiệu một phương pháp vẽ ở hình: dùng

2 móc của cần trục để tiến hành lật Móc lớn nâng phần đầu, dùng 2 vòng cáp (1) trongvào 2 vấu (2) ở hai bên, vòng cáp (1) có thể xoay tự do quanh (2) Dùng 1 sợi cáp dàiluồn qua 2 lỗ của thân sau, 2 đầu sợi cáp được nối bằng bộ nối cáp (3) Lần lượt nâng

2 móc đưa nắp đến độ cao thích hợp (lớn hơn chiều dài của nắp 1 chút) Hạ móc nhỏcho tới khi nắp được treo trên 1 móc lớn rồi tháo dây treo ở móc nhỏ, kéo dây cáp treosang phía kia và móc vào móc nhỏ Nâng dần móc nhỏ và có thể hạ dần móc lớn rồi hạnắp xuống chỗ đặt

38

4

(b)(a)

(e)(d)

(c)

HJ58 HJ60 HJ62 HJ64

HJ52 HJ54 HJ56

Th¸ o x i l anh c ao-t r ung ¸ p

9 10 11 12

13 14 15 16 17

18 19 20

21 22

9 10

1112

13 14 15 16

17

21 22

7 6 5 3 2 1 2 3 5 6

20 19 18

22 23 24 2

7

8

8

Hình - Mặt bằng xilanh cao - trung áp tuabin GE 270T-422/423 (Phả Lại II)

Kiểm tra độ thăng bằng của vỏ tuabin:

- Trong các lần đại tu tuabin cần kiểm tra độ thăng bằng của xilanh, để có số liệu sosánh với lần đại tu trước đó mà xác định sự thay đổi vị trí của xilanh theo mặt phẳngngang Số liệu đầu tiên được đo khi tiến hành lắp tuabin Khi lắp, người ta đánh dấuchỗ đặt livô để đo như hình vẽ Cần kiểm tra độ thăng bằng của vỏ tuabin để có số liệu

so sánh với lần sửa chữa lớn trước

- Thường khi lắp người ta đánh dấu chỗ đặt livô để đo

- Đo độ thăng bằng của vỏ tuabin bằng livô Ở mỗi chỗ đo cần quay đầu livô đo hai lầnrồi lấy kết quả trung bình (tránh sai số)

Chỗ đặt livô

Hình - Vị trí đặt livô

Nguyên nhân vênh hở vỏ tuabin:

Phần lớn các trường hợp gây vênh hở mặt bích của vỏ tuabin là do biến dạng nhiệt.Khi dừng tuabin, hơi ngưng lại thành nước đọng ở nửa dưới của vỏ tuabin, nước này bịbay hơi làm nửa dưới của vỏ tuabin bị nguội nhanh, trong khi đó vỏ tuabin trên nhiệt

độ vẫn cao

b) Công việc sửa chữa

Vệ sinh mặt bích:

- Dùng mũi cạo, cạo sạch lớp matít và cáu bám

- Nếu có gờ sước thì giũa hoặc mài cho phẳng sau đó đánh bằng giấy ráp và lau sạchbằng giẻ

- Khi làm vệ sinh tránh tạo thành các vết sước mới

Kiểm tra xác định độ vênh hở:

- Trước khi kiểm tra cần tháo rôto, các bánh tĩnh, các vành chèn ra khỏi vỏ tuabin

- Đậy vỏ tuabin trên, đo khe hở giữa 2 mặt vỏ tuabin trên và vỏ tuabin dưới:

+ Khi không siết bulông khe hở trong khoảng 0,8 - 1 mm

+ Khi siết bulông bắt hai mặt bích mà khe hở nhỏ hơn 0,05 mm thì vỏ tuabinđược coi là kín không hở

c) Những trường hợp sửa chữa cụ thể

c1) Xì hở cục bộ

- Với vỏ tuabin bằng thép có thể hàn đắp toàn bộ hoặc hàn 2,3 đường sau đó gia côngcho phẳng (mài)

c2) Mặt bích bị vênh hở:

- Phải giũa hoặc mài bằng máy sau đó cạo rà

- Dùng thước thẳng dài hơn đường chéo của vỏ tuabin để xác định chỗ lõm để màigiũa

40Thước thẳng