Tính toán công suất tổ máy turbine solar taurus 60 để dẫn động hệ thống bơm ép vỉa trên giàn PPD 30000CTK3

Hệ thống thu gom khí đồng hành * Hệ thống thu gom khí áp suất cao Khí áp cao được tách ra các bình tách ba pha V-1-A/B/C và khí từ máy nénkhí K-1 đi qua cụm phân dòng và đo lưu lượng k

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ GIÀN CÔNG NGHỆ TRUNG TÂM SỐ 3 2

1.1 Giới thiệu chung về giàn công nghệ trung tâm số 3 2

1.2 Hệ thống công nghệ trên giàn công nghệ trung tâm số-3 2

1.2.1 Riser block 2

1.2.2 Hệ thống xử lý dầu - khí 4

1.2.3 Hệ thống xử lý nước vỉa 5

1.2.4 Hệ thống đuốc áp suất cao và áp suất thấp áp (HP&LP Flare ) 5

1.2.5 Hệ thống thu gom condensate 5

1.2.6 Hệ thống thu gom dầu thải 5

1.2.7 Hệ thống hóa phẩm 6

1.2.8 Hệ thống tạo hơi nước 6

1.2.9 Hệ thống khí nuôi 6

1.2.10 Hệ thống tạo Nitơ 7

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TUỐC BIN KHÍ 9

2.1 Giới thiệu chung - Nguyên lý hoạt động của tuốc bin khí: 9

2.1.1 Giới thiệu chung 9

2.1.2 Các nguyên lý cho máy công tác thủy lực: 11

2.1.3 Phân loại tuốc bin khí: 12

2.2 Cấu tạo các bộ phận chính của tuốc bin khí 13

2.2.1 Tuốc bin khí loại một trục 13

2.2.1 Tuốc bin khí loại hai trục 15

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của TBK 16

2.3.1 Hiện tượng Stall và Surge trong máy nén 16

2.3.2 Công suất của TBK 16

CHƯƠNG III: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA TUỐC BIN KHÍ SOLAR TAURUS-60 18

3.1 Cấu tạo 20

3.1.1 Các bộ phận chính 20

3.1.2 Các hệ thống hỗ trợ của động cơ tuốc bin khí 26

3.2 Những cải tiến về vấn đề khí thải của Solar turbine 43

3.2.2 Hệ thống sấy nóng khí nạp – giảm CO 46

3.3 Vận hành tuốc bin 47

3.3.1 Kiểm tra, chuẩn bị máy trước khi khởi động 47

3.3.2 Khởi động máy, đưa máy vào làm việc 47

3.3.3 Theo dõi, chăm sóc máy đang làm việc 47

3.3.4 Chuyển đổi nhiên liệu 47

3.3.5 Dừng máy bình thường 48

3.3.6 Dừng máy sự cố 48

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT TỔ HỢP TUỐC BIN KHÍ SOLAR TAURUS-60 – BƠM ÉP VỈA TRÊN GIÀN PPD30000/CTK3 49

4.1 Tính toán công suất tổ hợp tuốc bin khí Solar Taurus-60 dẫn động bơm ép vỉa trên giàn PPD30000/CTK3 49

4.2 Những vấn đề trong khai thác sử dụng Solar Turbines – Nguyên nhân và hướng khắc phục 52

4.2.1 Hiện tượng giảm công suất động cơ 52

4.3.2 Hiện tượng “nghẽn” (surge) trong máy nén turbine 54

4.3.3 Hiện tượng khó khởi động máy và tự ngắt ngang chu trình khởi động 55

4.3.4 Hiện tượng vượt tốc (overspeed) 57

4.3.5 Hiện tượng cháy rớt gây nổ trong ống xả 58

4.3.6 Hiện tượng không đạt số vòng quay yêu cầu khi đóng tải 58

4.3.7 Hiện tượng tốc độ động cơ Ngp ở trạng thái làm việc không ổn định 59

4.3.8 Hiện tượng kẹt các bộ tác động (Actuator) điện - thuỷ lực ở vị trí đóng hoặc mở 60

4.3.9 Vấn đề an toàn của hệ thống bảo vệ hoạt động của động cơ 60

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62

1 Kết luận 62

2 Kiến nghị 62

2 Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ xử lý dầu trên CPP-3 8

4 Hình 2.2 Chu trình nhiệt động trong động cơ diesel 10

5 Hình 2.3 Sơ đồ các bộ phận chính của tuốc bin khí 10

6 Hình 2.4 Sơ đồ mô tả sự làm việc của cánh máy bay 11

7 Hình 2.5 Sơ đồ mô tả sự làm việc của cánh máy nén 12

9 Hình 3.2 Cấu tạo động cơ turbine Solar Taurus-60 19

15 Hình 3.8 Mô tả quá trình khởi động tuốc bin 27

16 Hình 3.9 Sơ đồ dòng chảy không khí trong động cơ tuốc

17 Hình 3.10 Cấu tạo van ngắt nhiên liệu sơ cấp và van điều

18 Hình 3.11 Van điều khiển áp suất nhiên liệu 32

19 Hình 3.12 Cấu tạo bộ tác động (actuator) điện - thuỷ lực 33

22 Hình 3.15 Màn hình hiển thị khi tuốc bin chưa làm việc 39

23 Hình 3.16 Màn hình hiển thị khi tuốc bin làm việc 40

25 Hình 3.18 Cháy thông thường và cháy nghèo (Lean

27 Hình 3.20 Động cơ turbine dùng hệ thống sấy nóng khí

29 Hình 4.2 Đặc tính công suất động cơ ảnh hưởng từ quá

30 Hình 4.3 Đầu dò lửa bằng tia cực tím (UV Flame

ST

và tuốc bin

3 Bảng 3.1 Một số thông số cơ bản của tuốc bin khí

7 Bảng 3.5 Tính chất lý hóa của nhớt Turbo T-46 34

9 Bảng 4.1 Các thông số vận hành của TBK Solar

1 psi = 6,89 kPa = 0,061 at.

1 mH2O = 0,001 kg/m2

1 kg/lit = 10-3 kg/m3

LỜI MỞ ĐẦU

Giàn Công nghệ Trung tâm số 3 được xây dựng và đưa vào vận hành từtháng 2 năm 2004 Đây là một trong những thành quả của sự lao động sáng tạo củatập thể đội ngũ cán bộ công nhân viên Liên doanh Việt Nga - Vietsovpetro và làniềm tự hào của ngành công nghiệp dầu khí Việt Nam Giàn Công nghệ Trung tâm

số 3 là một bộ phận của tổ hợp cụm công nghệ trung tâm CTK-3 bao gồm giànCông nghệ xử lý dầu CPP-3 và giàn bơm ép vỉa PPD-30.000, được đặt ở phía Namcủa mỏ Bạch Hổ với mục đích nhận dầu từ các giàn nhẹ BK và một số giàn cố định mỏBạch Hổ về để xử lý dầu, khí, nước và bơm ép nước để duy trì áp suất vỉa Giàn CPP-3được thiết kế với công suất có thể xử lý tới 18.000 tấn sản phẩm dầu thô/ngày đêm

và lưu lượng khí tách là 15 triệu m3 khí gas/ ngày đêm Tuy nhiên, mỏ Bạch Hổ đãtrải qua quá trình khai thác hơn 30 năm làm cho áp suất vỉa bị suy giảm ảnh hưởngđến quá trình khai thác Một yêu cầu đặt ra là duy trì áp suất vỉa để nâng cao hiệuquả khai thác cũng như nâng cao hệ số thu hồi dầu Nhận thấy vai trò to lớn củacông tác bơm ép vỉa trong quá trình khai thác, trong thời gian thực tập em đã chủđộng tìm hiểu động cơ Turbine Solar Taurus-60 dẫn động bơm ép vỉa ở giàn PPD-30.000/CTK3 mỏ Bạch Hổ

Với sự giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của thầy TS.Hoàng Anh Dũng cùng các thầy cô trong bộ môn Thiết Bị Dầu Khí & Công Trình, em đã hoàn thành đề tài

“Tính toán công suất tổ máy Turbine Solar Taurus-60 để dẫn động hệ thống bơm

ép vỉa trên giàn PPD-30000/CTK3” Mặc dù đã rất cố gắng nhưng do kiến thức

thực tế, kiến thức bản thân, thời gian thực tập và nguồn tài liệu còn hạn chế nên đồ

án của em không thể tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy em rất mong nhận đượcnhững sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cùng các bạn để xây dựng cho bản đồ ánnày được hoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô trong bộ

môn Thiết Bị Dầu Khí & Công Trình, và đặc biệt là thầy TS.Hoàng Anh Dũng

đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành cuốn đồ án này

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ GIÀN CÔNG NGHỆ TRUNG TÂM SỐ 3

1.1 Giới thiệu chung về giàn công nghệ trung tâm số 3

Giàn công nghệ trung tâm số 3 hoàn thiện và được đưa vào sử dụng từ tháng

2 năm 2004 đây là một trong những thành quả của sự lao động sáng tạo của tập thểđội ngũ cán bộ công nhân viên Xí nghiệp LDDK Vietsovpetro và là niềm tự hàocủa nền công nghiệp dầu khí Việt Nam Giàn Công Nghệ Trung Tâm số 3 là một bộphận của tổ hợp công nghệ trung tâm 3 (CTK3) được đặt ở phía Nam của mỏ BạchHổ với mục đích nhận dầu từ các giàn nhẹ (BK) và các giàn cố định mỏ Bạch Hổ về để

xử lý dầu, khí, nước Từ đây dầu thành phẩm được bơm đến các tàu chứa, khí tách rađược đưa về giàn nén khí trung tâm, nước tách ra được xử lý sạch đảm bảo tiêu chuẩn

an toàn và bảo vệ môi trường sau đó xả biển

Giàn công nghệ trung tâm 3 (CPP3) được thiết kế với công suất thiết kế là15.000 tấn dầu/ngày đêm, 4.000 m3 nước/ngày đêm (tối đa có thể xử lý được 12.000

m3 nước/ngày) và lưu lượng khí tách là 3 triệu m3/ngày đêm

Ngoài CPP-3 ra, tổ hợp công nghệ trung tâm 3 còn có:

- Giàn bơm ép nước PPD-30.000

Giàn bơm ép nước PPD-30.000 được thiết kế với 03 tổ máy với tổng côngsuất thiết kế là 30.000 m3/ngày đêm với áp suất đầu ra của nước là 250 bar, hòachung vào hệ thống bơm ép nước vào vỉa của mỏ Bạch Hổ

- Khu nhà ở: Khu nhà ở được đặt ở giữa giàn ép vỉa PPD-30.000 và giàn xử lýdầu trung tâm CPP3 với tổng sức chứa 140 người

1.2 Hệ thống công nghệ trên giàn công nghệ trung tâm số-3

1.2.1 Riser block

Trên Riser block bao gồm các cụm thiết bị công nghệ:

Skid 1: Cụm phân dòng hỗn hợp lưu chất các giàn nhẹ –M1, gồm 3 đường phândòng 12” nối với các ống đứng dầu từ BK-4, BK-5, BK-6, BK-8, BK-9, BK-14,BK-CNV và giàn 2, xem hình 1.1 Trên các tuyến và các ống đứng có lắp đặt cácvan SDV Hóa phẩm chống ăn mòn và hoá phẩm phá nhũ nước trong dầu được bơmvào 3 tuyến khai thác hỗn hợp dầu-nước

Skid 2: Cụm phân dòng khí - M2, ống 8” nhận khí từ BK-9

Hệ thống đường ống vận chuyển dầu đi tàu chứa VSP-01 và tàu chứa Ba Vì

Skid 3: Pig-Lauch trên đường vận chuyển dầu đến tàu chứa Ba Vì

Skid 4: Cụm thiết bị đo dầu đến giàn CNTT-2, gồm 2 bộ đo trái chiều để đo dầubơm sang Giàn CTP-2 và ngược lại

Skid 5: Hệ thống ống phóng (Pig-Laucher) trên đường vận chuyển khí đến giàn nénkhí trung tâm.

Skid 6: Bình dầu thải V-15 và máy bơm P-12-A/B Bình nhận chất lỏng và hơi nước

xả từ PL-1, PL-2, cụm phân dòng M-1 được P-12-A/B bơm về các bình tách thứcấp

Hình 1.1: Cụm phân dòng trên Riser Block.

1.2.2 Hệ thống xử lý dầu - khí

1.2.2.1 Hệ thống xử lý dầu

Hỗn hợp dầu - khí - nước của BK-2, 4, 5, 6, 8, 9, 14, CNV và một phần dầu

đã tách khí của các MSP vòm Bắc được đưa về giàn ống đứng (Riser Block) củaCTK-3 Từ đây hỗn hợp dầu khí nước được đưa đến cụm phân dòng M1 và chia vào

3 đường thu gom chính A/B/C rồi đến các phin lọc F-1-A/B/C tương ứng (phin lọcF-1-D dự phòng khi sửa chữa hoặc sự cố trên các phin F-1-A/B/C) Hỗn hợp dầu từF-1-A/B/C được đưa đến bình tách cấp 1 (V-1-A/B/C) tương ứng Tại đây hỗn hợpđược tách thành 3 pha dầu, khí, nước theo nguyên lý trọng lực

Dầu sau khi tách ra ở giai đoạn này vẫn chứa một hàm lượng 7-20% nước sẽđược đưa đến hệ thống gia nhiệt T-1-A/B/C (T-1-D dự phòng cho T-1-A/B/C khi sự

cố hoặc sửa chữa) sau đó sẽ được đưa đến các bình tách cấp 2 (V-2-A1/B1/C1), tạiđây tách thành 2 pha khí và chất lỏng Chất lỏng chảy xuống bình (V-2-A2/B2/C2)

và tại đây sẽ tách nước trong dầu theo nguyên lý trọng lực cùng với tĩnh điện (hàmlượng nước trong dầu sau khi tách nhỏ hơn 0.5%) sẽ đi qua cụm phân dòng đến V-3-A/B, từ đây dầu được bơm đi các tàu chứa bằng hệ thống máy bơm cao áp (P-1-A/B/C/D/E) hoặc thấp áp (P-2-A/B/C/D/E) Trong trường hợp hàm lượng nướctrong dầu cao hơn giới hạn cho phép, dầu sẽ đưa về bình V-3-C, từ đây dầu sẽ đượcbơm trở lại F-1 hoặc V-2-A1/B1/C1 để xử lý lại

Giàn CPP-3 được thiết kế xử lý tổng cộng 19.000 t/ngđ chất lỏng với hàmlượng nước lớn nhất vào khoảng 60-65 % Sơ đồ công nghệ xử lý dầu trên CPP-3được trình bày trên hình1.2

1.2.2.2 Hệ thống thu gom khí đồng hành

* Hệ thống thu gom khí áp suất cao

Khí áp cao được tách ra các bình tách ba pha V-1-A/B/C và khí từ máy nénkhí K-1 đi qua cụm phân dòng và đo lưu lượng khí (Skid-38), một phần dùng làmkhí nhiên liệu trên giàn, phần lớn được vận chuyển về giàn nén khí trung tâm

* Hệ thống nén khí áp suất thấp

Khí thấp áp từ bình V-3-A/B/C được làm mát bằng quạt AC-1-A, sau đó vàobình V-6 để tách condensate và được nén lên tới áp suất khoảng 3,5 barg, tươngđương áp suất khí tách bậc 2, bằng hệ thống máy nén khí K-1A-A/B/C, sau đó đượclàm mát bằng các quạt AC-2-A/B/C Khí này được hòa chung với khí bậc 2 tách ratừ bìnhV-2-A1/B1/C1 (đã được làm mát bằng quạt AC-1-B) đi vào bình V-8 đểtách thành phần lỏng, rồi đi vào máy nén khí K-1B-A/B/C để nén lên bằng áp suất

V-1-A/B/C, tiếp theo qua quạt làm mát AC-3-A/B/C đi vào bình V-9 táchcondensate, rồi hòa chung với hệ thống khí cao áp ở Skid-38 sang giàn nén khí lớn.

* Hệ thống khí nhiên liệu

Một phần khí cao áp được trích ra từ cụm đo khí Skid 38 đưa vào bình V-11sau đó đến bộ gia nhiệt (T-3-A/B), khí từ T-3-A/B cung cấp cho bộ nồi hơi BoilerA/B/C

Một phần khí cao áp từ Skid-38 đến bình V-22, tới máy nén khí K-2-A/B/Cđược nén lên 21,5 barg qua bộ trao đổi nhiệt T-2-A/B/C qua hệ thống làm mát AC-4-A/B/C về bình V-23-A/B/C để tách condensate sau đó đi qua bộ trao đổi nhiệt T-2-A/B/C và về bình V-24 Khí từ bình V-24 sẽ cung cấp cho giàn ép vỉa WIP-30.000

1.2.3 Hệ thống xử lý nước vỉa

Nước vỉa được tách ra từ các bình tách ba pha V-1-A/B/C sẽ được đưa đếncác thiết bị tách nước ly tâm hydrocyclone HC-1-A/B/C tương ứng để tách dầu,nước tách ra từ bình tách nước sử dụng điện trường cao V-2-A2/B2/C2 sẽ được đưađến các thiết bị tách nước ly tâm hydrocyclone HC-2-A/B/C để tách dầu hạt Nướcsau khi đi qua hệ thống hydrocyclone HC-1-A/B/C/D và HC-2-A/B/C/D được đưađến bình V-10-A/B để tách khí trong nước và tách phần váng dầu còn lại, sau đóđưa xuống KS-1 (xem hình 1.2) Trên đường nước từ V-10 A/B đến KS-1 có lắp bộ

đo AT-1501 A/B để kiểm soát hàm lượng dầu trong nước (tại đây nước đã đạt tiêuchuẩn an toàn và bảo vệ môi trường) Tại KS-1 lượng váng dầu còn lại được táchlần cuối cùng, nước sau đó được xả xuống biển

1.2.4 Hệ thống đuốc áp suất cao và áp suất thấp áp (HP&LP Flare)

Trong trường hợp giàn nén khí trung tâm không nhận hoặc nhận không hếtkhí cao áp tách ra trên giàn, lượng khí cao áp từ các bình tách bậc 1, từ hệ thống nénkhí nhiên liệu và khí tách ra từ V-4 sẽ đi vào bình V-5, tại đây chất lỏng được tách racòn khí sẽ đi ra fakel cao áp FT-1 để đốt

Tất cả khí tách bậc 2, bình chứa V-3A/B (trong trường hợp máy nén khí 1A-A/B/C, K-1B-A/B/C không làm việc), V-6, V-8, V-10-A/B và các bình dầu thải

K-sẽ đi vào bình V-7, tại đây chất lỏng được tách ra, khí K-sẽ ra đuốc thấp áp FT-2 Khí mồi đốt fakel: khí cao áp đưa vào FS-1-A/B tại đây khí được làm sạchphục vụ việc đánh lửa và duy trì ngọn lửa cho đuốc

1.2.5 Hệ thống thu gom condensate

Lượng dầu tách ra từ hệ thống tách nước ly tâm HC-1 & HC-2 cùng vớicondensate tách ra các bình V-4, V-6, V-8, V-9, V-22, V-23, V-24 sẽ được gom về

bình V-14 và được bơm ngược trở lại F-1-A/B/C hoặc V2 A1 -A-B-C bằng bơm 7-A/B.

P-1.2.6 Hệ thống thu gom dầu thải

Toàn bộ đường xả kín các bình tách và các thiết bị công nghệ trên giàn, đượcchảy về bình xả kín V-12, sau đó được bơm ngược lại hệ thống các bình tách hoặcbình V-21 bằng bơm P-6-A/B

Toàn bộ đường xả hở từ các bình tách và các thiết bị công nghệ trên giànđược chảy về bình xả hở V-13, sau đó được bơm vòng lại hệ thống các bình táchhoặc bình V-21 bằng bơm P-8-A/B

Toàn bộ dầu thải ở Riser Block chảy về bìnhV-15, sau đó được bơm về bìnhV-2 bằng bơm P-12-A/B

Bình V-21 chứa các chất thải dạng bùn Dầu ở đây được tách ra và đượcbơm trở lại bình xả kín V-12 bằng bơm P-4-A/B, còn chất bẩn được xả vào thùngchứa chất thải gửi về bờ xử lý

1.2.7 Hệ thống hóa phẩm

*Hệ thống bơm hoá phẩm trên giàn có 4 hệ thống chính

Hóa phẩm giảm nhiệt độ đông đặc (depressant), các thùng chứa hóa phẩmđược bơm bằng P-11-D đến V-19 từ đây bơm đến V-3-A/B bằng bơm P-16-A/B/C/D/E

Hóa phẩm phá nhũ tương dầu trong nước (deoiler), các thùng chứa hóa phẩmbơm bằng P-11-A đến V-16, từ đây bơm đến đường nước tách ra từ V-1-A/B/C & V-2-A2/B2/C2 và bình hớt váng V-10-A/B bằng bơm P-13-1-A/B &P-13-2-A/B.Hóa phẩm phá nhũ tương nước trong dầu (demulsifier) Các thùng chứa hóa phẩmbơm bằng P-11-B đến V-17, từ đây bơm đến đường hỗn hợp dầu khí nước trướcphin lọc F-1-A/B/C/D bằng bơm P-14-A/B

Hóa phẩm chống ăn mòn (corrosion inhibitor) các thùng chứa hóa phẩm bơmbằng P-11-C đến V-18, từ đây bơm đến đường hỗn hợp dầu khí nước trước phin lọcF-1-A/B/C/D bằng bơm P-15-A/B

1.2.8 Hệ thống tạo hơi nước

Gồm có 3 Boiler A/B/C trong đó Boiler A đun nóng bằng dầu diezen và khínhiên liệu, Boiler B/C đun nóng bằng khí nhiên liệu

Nước biển lấy từ hệ thống cứu hoả đưa vào hệ thống tách muối, sau đó đưavào bình chứa FWT (feed water tank) rồi đến các Boiler bằng bơm WP-3-A/B, nướcđược đun nóng và hoá hơi với áp suất 7 barg, nhiệt độ 1700C dùng để gia nhiệt chodầu ở cụm gia nhiệt T-1-A/B/C/D và các bình chứa dầu thải ở các block

1.2.9 Hệ thống khí nuôi

Hệ thống máy nén và sấy khí cung cấp khí nén cho thiết bị tự động, cụm tạoNitơ và các mục đích khác Hệ thống khí nén gồm 3 máy nén trục vít K-3-A/B/Cnén không khí lên áp suất 8 barg, qua bộ quạt làm mát AC-5-A/B/C tới bình V–25,qua bộ sấy AR-1-A/B đến bình V-28 rồi tới các thiết bị sử dụng khí.

1.2.10 Hệ thống tạo Nitơ

Khí Nitơ dùng để duy trì áp suất dầu làm mát ổ bi cho bơm dầu, bình hoáphẩm V-19, bình V-10 A/B, thổi khí trong các bình, đường ống Không khí đượcnén bởi máy nén trục vít K-4 lên áp suất 10 barg, sau đó được làm mát bởi AC-6, tớibình chứa V-26, bộ sấy AR-2 rồi vào bộ tách khí Nitơ (NSU-A/B) Khí Nitơ đượcchứa trong bình V-27 theo đường ống tới các block

Hình 1.2: Sơ đồ công nghệ xử lý dầu trên CPP-3.

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TUỐC BIN KHÍ

2.1 Giới thiệu chung - Nguyên lý hoạt động của tuốc bin khí

2.1.1 Giới thiệu chung

Tuốc bin khí (TBK) là một loại động cơ nhiệt biến nhiệt năng thành cơ năngtheo ứng dụng của chu trình “ Brayton” (hình 2.1) Chu trình nhiệt động diễn ratrong tuốc bin là chu trình gồm có các giai đoạn sau:

- Nén: (Đoạn 1-2) Không khí được hút và nén tới một áp suất nhất định.

- Đốt cháy: (Đoạn 2-3) Nhiên liệu được phun vào, hòa trộn với khí nén thành hỗn

hợp nhiên liệu-khí và được đốt cháy

- Giãn nở-sinh công: (Đoạn 3-5-7) Khí cháy giãn nở và chuyển hóa năng lượng.

- Xả: (Đoạn 7-1) Khí thải được xả ra ngoài khí quyển.

Hình 2.1: Chu trình nhiệt động Brayton.

* So sánh TBK với động cơ diesel:

Bảng 2.1: So sánh TBK với động cơ diesel.

Đặc tính của tuốc bin khí Đặc tính của động cơ diesel

+ Chu trình làm việc có 4 giai đoạn + Chu trình làm việc có 4 giai đoạn – 4 kì+ Quá trình hút và nén chung + Quá trình hút và nén riêng rẽ

+ Quá trình đốt cháy và giãn nở sinh công

Hình 2.2: Chu trình nhiệt động trong động cơ diesel.

Ưu điểm và nhược điểm của TBK với động cơ diesel:

* Ưu điểm:

+ Máy gọn, nhỏ, có công suất lớn

+ Không có cơ cấu biến chuyển động thẳng thành chuyển động quay

+ Số vòng quay đạt được lớn, mô-men quay đều, liên tục

+ Điều khiển đơn giản

* Nhược điểm:

+ Phải có máy nén với công suất lớn

+ Chỉ làm việc được với nhiên liệu lỏng hoặc khí

* Các bộ phận cơ bản của TBK: gồm có 3 bộ phận chính

Hình 2.3: Sơ đồ các bộ phận chính của tuốc bin khí.

- Máy nén: hút không khí vào và nén lên tới một áp suất nhất định Khí nén sau đóđược đẩy vào buồng đốt

- Buồng đốt: Nhiên liệu được phun vào buồng đốt, hòa trộn cùng với khí nén để tạo

ra hỗn hợp cháy Trong buồng đốt xảy ra quá trình đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu-khí,nhiệt độ tăng cao, trong khi áp suất hầu như không đổi Khí nóng sau đó được đưaqua tuốc bin

- Tuốc bin: trong tuốc bin dòng khí nóng sẽ giãn nở sinh công, nghĩa là truyền nănglượng nhiệt thành cơ năng làm quay trục Dòng khí sau tuốc bin được xả ra ngoàikhí quyển

2.1.2 Các nguyên lý cho máy công tác thủy lực

* Có 4 nguyên lý cho máy công tác thủy lực:

- Nguyên lý thể tích: áp dụng trong các máy bơm, máy nén piston, động cơ diesel

- Nguyên lý ly tâm: áp dụng trong các máy bơm, máy nén, tuốc bin ly tâm

- Nguyên lý phun tia: áp dụng trong các máy bơm phun tia

- Nguyên lý cánh nâng: áp dụng trong các loại quạt, máy bơm cánh nâng, hướngtrục, máy nén, tuốc-bin hướng trục, cánh máy bay

* Máy nén và tuốc bin hoạt động dựa theo nguyên lý cánh nâng Ta xét hai trườnghợp áp dụng nguyên lý này:

2.1.2.1 Sơ đồ cánh máy bay:

Hình 2.4: Sơ đồ mô tả sự làm việc của cánh máy bay.

Dòng khí chuyển động từ xa với tốc độ W8 đến trùm lên cánh Do cánh đặtnghiêng so với dòng khí một góc d, nên phía trên lưng cánh tạo ra các “dòng xoáy”.Nếu ta xét đến sự phân bố áp suất của dòng khí xung quanh cánh: áp suất tại mặtbụng sẽ lớn hơn trên mặt lưng Chính vì vậy mà dòng khí tác động lên cánh một lực

R – là tổng lực của tất cả những lực nhỏ tác dụng lên mỗi điểm trên bề mặt cánh Ta

có thể phân tích lực R thành Ry - lực nâng (theo hướng thẳng đứng) và Rx - lực cản(theo hướng nằm ngang) Do đó, chỉ cần gắn động cơ có lực đẩy lớn hơn Rx là máybay bay được Lực R tỉ lệ thuận với diện tích bề mặt cánh S và bình phương của tốc

độ W8

2.1.2.2 Cánh máy nén:

Hình 2.5: Sơ đồ mô tả sự làm việc của cánh máy nén.

Tương tự như trên, khi dòng khí chuyển động với tốc độ W8 đến trùm lêncánh máy nén Dòng khí sẽ tác động lên đĩa rotor một lực R, bao gồm: Rz - tác dụnglên bạc chặn (theo hướng dọc trục), và Rx - lực tạo mô-men cản (hướng theophương tiếp tuyến với chuyển động của cánh máy nén) có xu hướng bắt đĩa rotorquay ngược lại Theo định luật Niu-tơn III, đĩa rotor tác dụng lên dòng chất lỏngmột phản lực R’= R, nhưng ngược chiều Nhưng vì đĩa rotor quay là do ngoại lựctác dụng lên trục, nên cánh máy nén truyền động năng của mình cho dòng khí, đẩydòng khí di chuyển dọc theo trục máy nén

Hai quá trình xảy ra trong các tầng cánh máy nén và tuốc bin về bản chất đềudựa theo nguyên lý cánh nâng, nhưng chúng xảy ra ngược nhau:

- Trong máy nén: cơ năng của các cánh quay truyền cho dòng khí, chuyển thành ápnăng, động năng và nhiệt năng của dòng khí (cơ năng  áp năng + động năng +nhiệt năng)

- Trong tuốc bin: nhiệt năng (tăng cao sau khi dòng khí đi qua buồng đốt), áp năng

và động năng của dòng khí truyền cho các cánh tuốc-bin, chuyển thành cơ năng làmquay cánh (nhiệt năng + áp năng + động năng  cơ năng)

2.1.3 Phân loại tuốc bin khí

*Phân loại theo môi chất công tác:

- Tuốc bin hơi nước: Sử dụng năng lượng của hơi nước để làm quay trục tuốc bin

- Tuốc bin khí: Môi chất công tác là khí cháy

*Phân loại theo chu trình làm việc

- Đơn giản, dạng hở

- Phức hợp: có chu trình hoàn nhiệt; cấu trúc nhiều tầng; hỗn hợp hơi nước

*Phân loại theo ứng dụng:

- Dẫn động máy phát điện.

- Dẫn động máy nén khí, bơm các loại

- Động cơ phản lực cho máy bay

*Phân loại theo chức năng phát điện:

- Máy phát chính

- Máy phát dự phòng

*Phân loại theo công suất:

- Công suất nhỏ (các ứng dụng công nghiệp)

- Công suất trung bình (các trạm điện địa phương)

- Công suất lớn (các nhà máy nhiệt điện lớn)

*Phân loại theo cấu tạo rotor:

- Loại một trục

- Loại hai hoặc nhiều trục

*Phân loại theo nhiên liệu sử dụng:

- Dẫn động máy nén khí, loại hai trục, nhiên liệu khí: Mars-100 trên giàn CKP

- Dẫn động bơm ép vỉa, loại hai trục: Taurus-60 Pump Set trên giàn PPD-40000,(nhiên liệu khí), TB-5000 trên giàn MSP-8 và 9 (hai nhiên liệu)

2.2 Cấu tạo các bộ phận chính của tuốc bin khí

2.2.1 Tuốc bin khí loại một trục

*Sơ đồ nguyên lý TBK loại 1 trục:

Bảng 2.2: So sánh đặc điểm cấu tạo của máy nén khí và tuốc bin.

+ Tầng cánh máy nén gồm một tầng cánh

động được nối tiếp bởi một tầng cánh tĩnh

+ Tầng cánh tuốc bin gồm một tầng cánh tĩnh được nối tiếp bởi một tầng cánh động.+ Cánh động: tiết diện ngang lớn dần dọc

theo trục (gọi là ống tăng tốc), có tác dụng

tăng vận tốc và áp suất của dòng khí

+ Cánh động: tiết diện ngang giảm dần dọc theo trục, có tác dụng chuyển đổi năng lượng của dòng khí thành cơ năng quay trục

+ Cánh tĩnh: tiết diện ngang giảm dần, biến

động năng của dòng khí thành áp suất và

hướng dòng khí vào cánh động với một

góc tối ưu

+ Cánh tĩnh: tiết diện ngang giảm dần, biến động năng của dòng khí thành áp suất và hướng dòng khí vào cánh động với một góc tối ưu

Quá trình nén trong máy nén:

+ Áp suất P tăng dần

+Tốc độ dòng khí  tăng khi đi qua cánh

động; giảm - khi đi qua cánh tĩnh

Quá trình giãn nở trong tuốc-bin:

+ Áp suất P giảm dần

+Tốc độ dòng khí  tăng khi đi qua cánh tĩnh; giảm - khi đi qua cánh động

*Nguyên lý hoạt động TBK loại một trục:

Không khí được hút, nén qua các tầng cánh của máy nén (1) và tới buồng đốt(2) Tại buồng đốt, nhiên liệu (nhiên liệu gas hoặc diesel) sẽ được phun vào qua cácvòi phun để hòa trộn với khí nén tạo ra một hỗn hợp nhiên liệu/không khí theo một

tỷ lệ nhất định Hỗn hợp nhiên liệu/không khí cháy, làm cho nhiệt độ tăng nhanh,kéo theo thể tích và tốc độ lưu thông của khí cháy cũng tăng lên Lượng không khínén từ máy nén tới buồng đốt được phân chia như sau:

- 1/4 lượng khí nén sẽ hòa trộn với nhiên liệu để tạo ra sự cháy

- 3/4 lượng khí nén còn lại để làm mát buồng đốt và các tầng cánh của tuốc bin Sau

đó lượng khí này sẽ hoà chung với khí cháy để đi vào tuốc bin

Khí cháy giãn nở qua các tầng cánh của tuốc bin (3), nhiệt năng và áp năngchuyển thành động năng làm quay rotor tuốc bin Năng lượng của khí cháy quaphần tuốc bin được phân bổ như sau:

- 2/3 năng lượng để dẫn động máy nén và các thiết bị phụ trợ của tuốc bin

- 1/3 năng lượng còn lại dùng để dẫn động máy công tác

Trong chu trình khởi động, rotor của máy nén tuốc bin được quay nhờ hệthống khởi động và nhờ đó không khí được hút vào máy nén tuốc bin (1) Mộtđường nhiên liệu riêng rẽ được cấp tới bộ mồi lắp trên buồng đốt Tại một tốc độnhất định trong chu trình khởi động, bugi ở bộ mồi được đánh lửa để tạo ra sự cháyban đầu và hệ thống điều khiển sẽ tăng lượng nhiên liệu để tỷ số nhiên liệu/ không

khí đạt tới giá trị thuận lợi nhất để sự cháy được lan tràn toàn bộ buồng đốt Nhiệt

độ khí cháy tăng và bugi mồi ngừng đánh lửa khi thời gian đánh lửa đã hết (thôngthường thời gian đánh lửa từ 10-15s tùy loại nhiên liệu) hoặc sự cháy trong buồngđốt đã ổn định

Do phần tuốc bin cùng trục với phần máy nén tuốc bin nên khi tuốc bin quayphần máy nén (1) có cùng tốc độ với rotor tuốc bin Người ta quy ước tốc độ này làNgp (N - Gas Producer) Hệ thống điều khiển tiếp tục điều khiển để tăng lượngnhiên liệu cho Ngp đạt tới tốc độ vận hành đã đặt trước Hệ thống khởi động đượcdừng lại khi Ngp đạt tới một giá trị nhất định

Trong quá trình tăng tốc hoặc giảm tốc, lượng khí nén dư ở các tầng cánhcuối cùng của phần máy nén có thể gây ra sự xung động làm hỏng các cánh máynén hoặc cả tuốc bin (hiện tượng SURGE) Để tránh hiện tựơng này, cơ cấu cáccánh hướng gió stato đầu hút (VIGV) lắp ở các tầng đầu máy nén và van xả khí nén(Bleed Valve) lắp trên phần máy nén hoặc buồng đốt để xả bớt lượng khí nén dưthừa này IGV đóng (góc mở nhỏ) khi tốc độ tuốc bin thấp và mở (góc mở lớn) khiNgp > 90% Bleed Valve mở (xả khí nén thẳng ra ống xả) khi tuốc bin ở tải thấp vàđóng lại khi tuốc bin ở trạng thái họat động bình thường

2.2.1 Tuốc bin khí loại hai trục

*Sơ đồ nguyên lý TBK loại hai trục:

*Nguyên lý hoạt động TBK loại hai trục:

Nguyên lý hoạt động của tuốc bin khí loại 2 trục tương tự như nguyên lýhọat động của tuốc bin khí loại 1 trục, nhưng có khác ở phần tuốc bin Phần tuốc binđược chia làm 2 phần riêng biệt

Phần tuốc bin máy nén (3) được nối cùng trục với phần máy nén (1) Tốc độcủa trục này ký hiệu là Ngp (N - Gas Producer) Phần tuốc bin lực (4) được nối vớihộp giảm tốc để dẫn động máy công tác Tốc độ trục này ký hiệu là Npt ( N-PowerTurbine)

Khí cháy từ buồng đốt giãn nở qua các tầng cánh của tuốc bin máy nén đểdẫn động máy nén và các thiết bị phụ trợ cho tuốc bin Phần năng lượng còn lại sẽgiãn nở tiếp qua các tầng cánh của tuốc bin lực (4) để dẫn động máy công tác Sựphân bố năng lượng tương tự như TBK loại 1 trục:

- 2/3 dùng dẫn động máy nén và thiết bị phụ trợ

- 1/3 dùng cho tuốc bin lực để dẫn động máy công tác

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của TBK

2.3.1 Hiện tượng Stall và Surge trong máy nén

Máy nén được thiết kế để đạt chế độ làm việc tối ưu Trong quá trình khởiđộng (hoặc dừng máy), tức là khi tốc độ của máy nén nhỏ hơn tốc độ tối ưu, cáctầng cánh đầu hút làm việc hiệu quả hơn các tầng cánh đầu đẩy Do đó, lưu lượngqua các tầng cánh đầu hút nhiều hơn trong khi các tầng cuối lại không có khả năngcho qua Từ đó gây ra hiện tượng STALL tại mỗi cánh và hiện tượng SURGE chungcho cả máy nén - chế độ làm việc mất ổn định

Để khắc phục các hiện tượng trên, người ta thiết kế các tầng cánh dẫn hướng

đầu hút là loại biến thiên (gọi tắt là IGV - Variable Inlet Guide Vanes) và lắp thêm các van xả khí (Bleed Valves hoặc Blow-Off Valves) Nhiệm vụ của IGV: thay đổi

góc tới của dòng khí đến các tầng cánh động để đạt chế độ làm việc tối ưu ứng vớimỗi tốc độ Nhiệm vụ của Bleed Valves: xả bớt khí thừa từ các tầng cánh đầu, bảo

vệ cho các tầng cánh sau và cả máy nén

2.3.2 Công suất của TBK

* Các ký hiệu:

+ Ne - công suất phát ra + hs - hiệu suất của hộp số

+ N - công suất lý thuyết +  = (P2 / P1) - tỉ số nén của quá trình nhiệt trong

TBK+ nh - hiệu suất nhiệt + P1 – Ap suất đầu hút; P2 – áp suất đầu đẩy

+ ch - hiệu suất cơ học + k - hệ số đặc trưng cho khí công tác trong TBK

* Các công thức liên hệ:

nh = 1 - ( 1 / (k-1)/k )

Ne = N nh ch hs

* Công suất lý thuyết N: phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như các thông số của quá trình

nhiệt (áp suất, nhiệt độ cao nhất), lưu lượng môi chất công tác, tốc độ quay, kíchthước của TBK, đặc tính của môi chất công tác

* Hiệu suất nhiệt nh : đối với một môi chất nhất định, phụ thuộc vào hệ số nén - tỉ

số giữa áp suất đầu ra máy nén và áp suất nạp Hệ số nén càng cao, hiệu suất càngcao

* Công suất thực tế N e : theo công thức trên.

CHƯƠNG III: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA TUỐC BIN

Hình 3.1: Cấu tạo động cơ Solar turbines.

Động cơ TBK Taurus-60 dẫn động bơm là máy động lực tự hoạt động, đượctrang bị hoàn chỉnh các hệ thống phụ trợ, là loại 2 trục và có dòng chảy hướng trục.Động cơ bao gồm những bộ phận chính sau:

 Hộp giảm tốc

 Khoang hút gió

 Máy nén khí hướng trục

 Buồng đốt hình vành khuyên có gắn các vòi phun

 Tuốc bin máy nén được nối với MNK, tuốc bin lực được nối với hộpgiảm tốc để dẫn động máy công tác

 Ống xả và ống giảm chấn

Bảng 3.1: Một số thông số cơ bản của tuốc bin khí dẫn động bơm ép.

Số lượng nhớt bôi trơn trong hệ thống, (lít) 2400

Các bộ phận chính của động cơ được định vị đồng tâm chính xác với nhaunhờ các mặt bích lắp ghép có bề mặt dẫn hướng phụ và bắt chặt với nhau bằng bulông để tạo thành một khối cứng vững

Động cơ phát ra công suất bằng cách chuyển năng lượng của khí cháy giãn

nở thành năng lượng quay cơ khí của trục Năng lượng của khí cháy giãn nở làmquay các tầng cánh và trục tuốc bin Trục tuốc bin quay trục máy nén và trục cụmdẫn động phụ Cụm dẫn động phụ lắp ráp với khoang hút gió, gồm có trục ra dẫnđộng chính, bánh răng dẫn động bơm nhớt và truyền động bánh răng từ động cơkhởi động Máy bơm được nối với trục ra dẫn động chính thông qua khớp nối Bơmnhớt chính và động cơ khởi động được lắp trực tiếp với bộ truyền động của chúng.Trong quá trình khởi động, cụm dẫn động phụ sẽ được quay bởi hệ thống khởiđộng Đặc tính kỹ thuật của động cơ TBK trong bảng 3.1

3.1 Cấu tạo

3.1.1 Các bộ phận chính

Hình 3.2: Cấu tạo động cơ tuốc bin Solar Taurus-60.

3.1.1.1 Hộp giảm tốc

Hộp giảm tốc nằm giữa động cơ tuốc bin và bơm Nó được bắt trực tiếp vớikhoang hút gió và thùng nhớt, nên được đỡ chắc chắn Vì vậy, không cần phải cănchỉnh đồng tâm giữa hộp giảm tốc và tuốc bin Thân hộp giảm tốc bắt xuống khung

bệ làm giá đỡ vững chắc cho đầu động cơ tuốc bin Thân hộp giảm tốc bao gồm 1thân lớn gắn với khoang hút gió và thân nhỏ hơn đỡ trục ra

Đầu đo tốc độ loại nam châm được gắn trên hộp giảm tốc sẽ đếm tốc độ quaycủa bánh răng và truyền tín hiệu về hộp kiểm soát tốc độ ở tủ điều khiển Một đầu

đo tốc độ nam châm khác truyền tín hiệu về bộ điều tốc để điều khiển tốc độ tuốcbin

Dãy bánh răng của hộp giảm tốc có dạng hành tinh với 3 bánh răng bố trícách đều xung quanh trục bánh răng trung tâm Công suất được truyền từ bánh răngchủ động (bánh răng “mặt trời”) sang 3 bánh răng tầng I (bánh răng “hành tinh”),qua 3 bánh răng chủ động tầng II đến vành răng tầng II gắn trên trục ra

Trục – bánh răng chủ động được đỡ một đầu bởi ổ bạc (ramp bearing) gắn

trong bệ mang bánh răng; đầu kia được đỡ bởi 3 bánh răng “hành tinh” Các lực dọc

trục của bánh răng chủ động được triệt tiêu bằng ổ bi chặn dạng côn (taperdland

thrust bearing) Các bánh răng “hành tinh” có 2 ống lót lắp trong lỗ của chúng Bạc

đỡ đứng yên và lắp trong bệ mang để đỡ các bánh răng “hành tinh”

Vành răng tầng II lắp trên 1 moay-ơ có mối ghép then hoa lỏng cho phépvành răng tự lựa đồng tâm với trục ra

Khớp khởi động một chiều lắp trên trục của bánh răng khởi động Động cơkhởi động quay trục tuốc bin thông qua khớp 1 chiều Khi động cơ khởi động ngắt

điện, các bi chêm (sprags) nhả trục ra và khớp 1 chiều chạy trơn.

Các mối ăn khớp bánh răng tầng I trong dãy truyền động bánh răng được làmmát và bôi trơn nhờ 3 bộ (mỗi bộ 2 cái) đầu phun nhớt hướng về bánh răng chủđộng (“mặt trời”) giữa mỗi cặp răng ăn khớp Mỗi bánh răng dẫn động tầng II đượclàm mát và bôi trơn bằng 2 đầu phun nhớt ở phía trong Lực ly tâm sẽ dẫn nhớt nàyđến bôi trơn các răng của vành răng Nhớt sau đó trào ra ở đầu hở của vành răng vàqua các lỗ của đầu phía trong Các đầu phun nhớt phụ làm mát và bôi trơn cụm bánhrăng phụ trợ, ổ bi đầu ra và khớp một chiều trên trục khởi động Tất cả các bánhrăng phụ và ổ bi khác được bôi trơn bằng bụi nhớt – không khí tạo ra bên trong thânhộp giảm tốc bởi các bánh răng tốc độ cao

Ổ bi và ổ chặn (hydrodynamic ramp bearing and thrust bearing) trên trục

bánh răng chủ động và các bạc trượt trên các trục ăn khớp ngược chiều (bánh răng

“hành tinh”) được cấp nhớt từ bơm nhớt chính

Họng hút dạng vành khuyên của khoang hút gió chuyển dòng khí hướng tâmthành hướng trục Họng hút được bảo vệ bằng lưới chắn để ngăn ngừa vật rắn lạ rơivào khoang hút của máy nén Lưới chắn này không phải là phin lọc khí Khoang hútgió còn có các bát chống hướng tâm để đỡ cụm ổ bạc phía trước gồm ổ bạc dạngguốc trượt và các bộ làm kín dích dắc

3.1.1.3 Cụm máy nén của tuốc bin

Máy nén là loại hướng trục, có 12 tầng cánh, tích hợp cánh hướng gió, cụmthân máy nén, cụm tăng áp, thân đỡ ổ bạc máy nén và cụm rotor

Mỗi tầng cánh được phân bố kết hợp gồm nhiều cánh được gắn trên đĩa (hub)

và lắp chặt với trục được gọi là phần động (rotor) Các cánh của stato gọi là phầntĩnh Cả hai phần có cấu tạo như hình 3.3

Hình 3.3: Cấu tạo máy nén của tuốc bin.

Tầng cánh cuối cùng được gắn các cánh nắn dòng có tác dụng làm giảmdòng xoáy và giảm tổn thất đầu ra Ở máy nén tuốc bin nói trên sau tầng cánh cuối

có bộ khuếch tán (diffuser) làm nhiệm vụ tăng áp suất khí nén trước khi vào buồngđốt và dẫn khí đi làm mát Các cánh của cánh rotor có hình dạng như các cánh máybay Khi rotor máy nén bắt đầu quay do được khởi động và sau đó tự quay, hoạtđộng của cánh sinh ra vùng thấp áp tại họng hút Độ chênh áp tạo nên giữa áp suấtđầu vào và áp suất khí quyển làm cho khí được hút vào qua hệ thống bầu lọc và bộdẫn hướng đầu vào Để thay đổi lưu lượng khí vào máy nén, năm tầng cánh đầu tiênđược bố trí các cánh dẫn hướng được điều khiển với góc nghiêng phù hợp cho việcdẫn khí vào rotor máy nén Cánh rotor quay cung cấp năng lượng cho dòng khí làmtăng vận tốc dòng khí đến stato, ở đó động năng được chuyển thành áp năng Cáckhoảng trống giữa các cánh kế tiếp và các lối dẫn stato làm cho vận tốc dòng khí

giảm và như vậy là áp suất được tăng lên Cứ như thế áp suất khí được tăng dần đếntầng cuối cùng.

Với máy nén hướng trục loại này thường gặp những vấn đề với việc điềukhiển cánh hướng dòng phù hợp với các chế độ hoạt động động cơ Hiện tượng mấtổn định lưu lượng không khí gây tổn thất đến hiệu suất và làm ảnh hưởng xấu đếnquá trình cháy

* Tỉ lệ khí nén (Compression Ratio): Sau khi qua 12 tầng cánh (Rotor và Stato), khíđược nén có áp suất gấp 12 lần áp suất khí đầu vào Thực tế là 11.5 lần (ở điều kiện

lý tưởng và không thất thoát)

Hình 3.4: Hộp khuếch tán.

3.1.1.4 Cụm buồng trộn và tuốc bin máy nén

Phần buồng đốt và tuốc bin máy nén bao gồm cụm buồng đốt, các ống gópnhiên liệu, các vòi phun nhiên liệu, cụm van trích khí, các đầu đo T5 và cụm tuốcbin máy nén

Cụm buồng đốt gồm có thân ngoài được lắp với phía sau của cụm tăng ápmáy nén Ống lửa dạng vành khuyên được đỡ trong thân buồng đốt bằng 6 chốtđịnh vị nằm giữa 12 vòi phun Bộ mồi có đường nhiên liệu riêng biệt cấp đến, có bu

gi, đường xả đáy Van trích khí lắp với mặt bích trên thân buồng đốt Thân buồngđốt được cách nhiệt bằng các vỏ bọc chịu nhiệt nằm phía sau các vòi phun

Có 6 lỗ nội soi nằm gần phần đầu thân buồng đốt dùng để khám nghiệm cácvòi phun, ống lửa và phần tuốc bin 1 lỗ nội soi gần phần sau của buồng đốt dẫn vàovành thổi tầng 2 và có tác dụng khám nghiệm rotor tuốc bin tầng 1 và tầng 2, vànhthổi tầng 2 Các lỗ lắp đầu đo T5 dùng để khám nghiệm cánh tuốc bin tầng 2 vàtầng 3 và vành thổi tầng 3

Các ống góp nhiên liệu gồm có các vòi phun, ống góp nhiên liệu lỏng và gas,khí phụ trợ, và các đoạn nối Vòi phun lắp có đầu bên trong buồng đốt nằm hướngtrục, các đầu vòi phun áp vào các họng của ống lửa.

* Buồng đốt (Combuster)

Mục đích của buồng đốt là thêm nhiệt cho các phần tử khí nén sau cho chúng

nở ra, di chuyển thật nhanh về phía các cánh tuốc bin làm quay các cánh tuốc Tất

cả các khí (hỗn hộp nhiên liệu) đưa vào trong máy, khoảng 25% dùng để đốt cháy,75% còn lại dùng để quay và làm mát các cánh tuốc bin

- 25% khí được gọi là “Primary Air”, chúng đi vào qua những lỗ phần trước củabuồng đốt hoặc qua những van hổn hợp ở 12 vòi phun nhiên liệu Khí này có nhiệm

vụ trộn với nhiên liệu và cháy

- 75% khí còn lại gọi là “Secondary Air” có nhiệm vụ làm mát thành của buồng đốt

và cánh tuốc bin và trộn (kết hợp) với khí cháy có tốc độ cao làm quay tuốc bin, sảnsinh năng lượng

Buồng đốt có nhiều lỗ có thể thay đổi vị trí dọc theo thành ống trong vàngoài Những lỗ có kỹ thuật đặc biệt này rất hữu ích cho những mái hắt làm thayđổi hướng bên trong không cho lửa tác động trực tiếp vào thành buồng đốt, bảo vệthành ống khỏi nguy hiểm từ nhiệt

*Vòi phun (injectors)

Gồm có 12 vòi phun lắp xung quanh buồng đốt với khoảng cách bằng nhau Nhiên liệu gas sau khi qua van điều khiển EGF344 tới ống góp gas (Manifold) Tạiđây nhiên liệu được chia đều cho 12 vòi phun Qua các lỗ tia phun, và bộ tạo xoáynhiên liệu được xé tơi hoà trộn với áp suất khí đã được nén với áp suất xác địnhtrong buồng đốt

Hình 3.5: Cụm vòi phun nhiên liệu Hình 3.6: Vòi phun.

Cấu tạo của đầu vòi phun gồm: Bộ tạo xoáy bên trong và các lỗ tia phun Bộtạo xoáy có kết cấu dạng cánh nghiêng, các lỗ tia phun được bố trí quanh đầu vòiphun, các lỗ này có góc nghiêng xác định, kết hợp với bộ tạo xoáy xé tơi nhiên liệu.

3.1.1.5 Phần tuốc bin lực và trục công suất

Là phần chính cung cấp năng lượng cho thiết bị được dẫn động, cũng nhưcho máy nén tuốc bin hoạt động sau khi nhiệt năng của khí cháy được chuyển thành

cơ năng Là loại tuốc bin phản lực có bốn tầng cánh, hai tầng cánh cho máy néntuốc bin và hai tầng cánh cho tải (máy nén ly tâm, máy phát điện…) Hai tầng cánhphía gần buồng đốt gắn trên trục cùng với máy nén có tốc độ (Ngp) lớn hơn tốc độcủa trục công suất

Trục công suất gắn với hai tầng cánh phía ống xả nằm trên hai ổ đỡ và một ổchặn có nhiệm vụ truyền công suất đến tải bằng khớp nối (hình 3.1)

Các cánh hướng dòng (nozzle) làm nhiệm vụ trung gian cho quá trìnhchuyển đổi năng lượng Dòng khí được hướng thẳng góc vào cánh rotor tuốc bin lựctạo mô men quay trục rotor (xem hình 3.7)

Hình 3.7: Hoạt động của tuốc bin.

* Ống xả (Exhaust section): Ống góp khí xả của máy hướng khí đã sử dụng sau các

tầng tuốc bin lực ra ngoài không khí Ống góp ống xả hình vành khăn lắp bằng đaukẹp với mặt bích sau của ống khuếch tán và được cách nhiệt bằng tấm phủ làm bằngthép không gỉ

* Chân đỡ sau: Động cơ tuốc bin được căn chỉnh nhờ đầu phía trước lắp bu lông

với hộp giảm tốc chính, còn phía sau là bệ đỡ bằng thép gắn với mặt bích sau củabuồng đốt Mặt dưới của bệ nằm trên một chân chống rung động gắn với kết cấuthép của sàn máy

Chân chống rung động có các lò xo nén, các bu lông điều chỉnh và thanh nối.Ngoài chức năng chống rung, nó còn cho phép điều chỉnh tuốc bin theo chiều ngang

và đứng để căn chỉnh đồng tâm

3.1.2 Các hệ thống hỗ trợ của động cơ tuốc bin khí

3.1.2.1 Hệ thống khởi động

Hệ thống khởi động động cơ Solar turbines các loại gồm: Khởi động điện thuỷ lực, khởi động bằng môtơ điện xoay chiều, khởi động bằng khí nén, Khởi độngbằng động cơ diesel - thuỷ lực Đối với động cơ turbine Taurus-60 cũng như cácđộng cơ Solar turbines ở Việt Nam và các nước châu Á hiện nay sử dụng loại khởiđộng điện - thuỷ lực

Hệ thống khởi động điện - thuỷ lực sử dụng motor điện truyền động chobơm thể tích Bơm cung cấp áp suất dầu thuỷ lực đến motor khởi động gắn ở cụmkhí đầu vào Khi tốc độ động cơ đạt 65% tốc độ trục quay phần máy nén (Ngp), nhờvào khớp một chiều mà hệ thống khởi động được dừng còn động cơ tiếp tục tăngtốc đến tốc độ không tải

Khi bắt đầu khởi động máy, hệ thống nhiên liệu được kiểm tra và sau khi chutrình bôi trơn ban đầu kết thúc và tất cả các tín hiệu cho phép khởi động đã sẵnsàng, một tín hiệu được gửi từ hệ thống điều khiển tới VFD để bắt đầu test crank.Ban đầu VFD cung cấp dòng điện cao nhưng có tần số và điện áp thấp để khởi độngđộng cơ đề Khi động cơ bắt đầu quay, khớp nối tự động gài và khoá động cơ vớituốc bin

Khi motor và tuốc bin liên tục quay, VFD tăng đều đặn điện áp và tần số chođến khi tuốc bin đạt tốc độ 20% Ở tốc độ này VFD ổn định nguồn tới động cơ đểduy trì nó để chu kỳ thổi khí làm sạch buồng đốt và ống xả bắt đầu Việc thổi sạchkhí tích tụ trong máy tuốc bin là một phần rất quan trong của chu trình khởi độngmáy Nếu khí gas còn tích tụ trong các ống, bugi đánh lửa có thể làm cháy gas và cóthể gây ra nổ Chu kỳ thổi đảm bảo rằng gas thừa trong các ống đã hoàn toàn bị thổisạch trước khi đánh lửa Thời gian thổi được xác định tuỳ thuộc vào thể tích của ống

xả Thời gian thổi có thể lập trình và thay đổi nếu cần thiết Hệ thống điều khiểntiếp tục ra lệnh cho hệ thống nhiên liệu đưa thêm lượng nhiên liệu phù hợp và đánhlửa Khi PLC cảm nhận nhiệt độ tăng và nhiên liệu đã được cháy, nó gửi tín hiệu tớiVFD tiếp tục chu kỳ khởi động và hàm ram của VFD tăng điện áp và tần số tớiđộng cơ

Khi tuốc bin ở tốc độ thấp, nhiên liệu được đưa vào nhưng không đủ nănglượng để máy tách rời động cơ khởi động Do đó tuốc bin và động cơ đề làm việcvới nhau liên tục, tốc độ máy giai đoạn này chủ yếu dựa vào động cơ đề

Máy tiếp tục tăng tốc độ, hệ thống nhiên liệu cung cấp nhiều nhiên liệu hơn.Một lượng nhiên được điều khiển bởi PLC sau cho nhiệt độ máy vẫn ở mức caonhất cho phép được gọi là nhiệt độ đỉnh Sau vài giây, nhiên liệu tiếp tục tăng, lúcnày năng lượng (do nhiên liệu tạo ra) của tuốc bin bắt đầu thay thế động cơ khởiđộng Sau khi tiếp tục tăng tốc và gia tăng nhiên liệu, tuốc bin bắt đầu tách rời khởiđộng cơ khởi động, khớp nối bắt đầu nới lỏng Tuốc bin tiếp tục chạy và khớp nối tựđộng nhả ra Ở thời điểm tốc độ tuốc bin lên đến 60%, động cơ đề tách tốc độ, máy

tự vận hành Hệ thống điều khiển ra lệnh cho VFD cắt nguồn và dừng động cơ khởiđộng Sau khi đạt được tốc độ ổn định, máy sẵn sàng mang tải

Hình 3.8: Mô tả quá trình khởi động tuốc bin.

Hệ thống nhiên liệu chịu trách nhiệm cho những chức năng quan trọng đểđảm bảo cho tuốc bin vận hành đúng Năng lượng được hình thành từ nhiên liệuđưa vào trong máy đòi hỏi phải chuyển thành nhiệt tạo ra khí có tốc độ cao làmquay các cánh tuốc bin Nhiên liệu phải được điều khiển nghiêm ngặt (chặt chẽ)trong khi máy khởi động, tăng tốc, vận hành và dừng

3.1.2.2 Hệ thống khí nén tuốc bin

Nhiệm vụ chính của hệ thống không khí là cung cấp oxy cho quá trình cháy.Ngoài ra còn dùng cho các chức năng khác như khí chèn trục (làm kín chống sựxâm nhập của dầu bôi trơn vào động cơ), khí làm mát, khí điều khiển, khí cân bằng

Không khí cung cấp vào buồng đốt được bắt đầu từ lúc quay trục động cơ,tức là khi máy nén làm việc, không khí được nén và phân chia cho các nhánh Quátrình cháy bắt đầu khi bugi mồi lửa hoạt động, nhiên liệu hoà trộn với không khí tạibuồng đốt và tiến hành quá trình cháy theo sự kiểm soát của hệ thống điều khiển.Lượng không khí của máy nén dùng cho quá trình cháy chiếm khoảng 25% thể tích

Áp lực không khí cung cấp cho hệ thống làm kín được trích từ các vị trí khác nhautuỳ vào các ổ đỡ trục Khí chèn đến các vòng làm kín giữa ổ đỡ và động cơ, máynén, các vòng làm kín quay cùng trục động cơ tạo áp lực đệm ngăn không cho dầubôi trơn xâm nhập vào bên trong Lượng khí này có xu hướng cùng với dầu sau khi

bôi trơn đổ về thùng, vì vậy cần giữ áp lực nhỏ nhất có thể cho khí chèn để chốngtổn hao dầu trong quá trình bay hơi và ngưng tụ.

Không khí dùng làm mát cho động cơ chiếm 75% lượng khí nén từ máy nén.Khí nén trực tiếp đi dọc theo động cơ qua làm mát các cấu thành của buồng đốt,tuốc bin và sau đó thoát ra cùng khí cháy ở ống xả Nó sẽ đốt nốt phần khí nhiênliệu chưa cháy kịp và vì vậy động cơ turbine có khí xả ít độc hại Khí nén sau 12tầng cánh qua bộ khuếch tán (Pcd) được dùng điều khiển van nhiên liệu, là một quátrình điều khiển có hồi tiếp

Hình 3.9: Sơ đồ dòng chảy không khí trong động cơ tuốc bin.

Trong quá trình động cơ hoạt động ở tốc độ thấp hoặc khi quá tốc hệ thốngkhông khí nén được thoát ra ống xả qua van điều khiển (Bleed valve-BV) gắn ởphần buồng đốt và cụm xả

Quá trình điều khiển van xả (BV) kiểm soát được lưu lượng khí xả ra hệthống thải không qua buồng đốt turbine Lượng khí này được điều chỉnh bởi vị tríđóng mở của van xả (BV) Cơ cấu chấp hành (actuator) điện - thuỷ lực, với áp suấtdầu của hệ thống bơm phụ trợ thực hiện việc điều chỉnh van này Việc điều khiểnđóng mở van xả khí nén có tác dụng tránh gây áp suất ngược cho máy nén trong quátrình khởi động và tăng tốc, chống turbine lực vượt tốc (overspeed) khi mất tải vàtránh được hiện tượng mất lửa cho động cơ lúc giảm tốc nhanh

3.1.2.3 Hệ thống cung cấp nhiên liệu

* Yêu cầu về nhiên liệu cho tuốc bin:

Nhiên liệu khí được cung cấp trong trạng thái sạch với áp suất và lưu lượngphù hợp tới các vòi phun rồi phun đều vào buồng đốt của tuốc bin để hòa trộn vớikhông khí với tỷ lệ thích hợp cho việc thực hiện quá trình cháy.

Thông thường hệ thống cung cấp khí nhiên liệu của turbine khí gồm có cácthiết bị chính sau: Van ngắt nhiên liệu sơ cấp (Primary), van ngắt nhiên liệu thứ cấp(Secondary), van tải (Loader), van tiết lưu (Throttle) Bộ tác động điện - thủy lực(hay cơ cấu chấp hành - Actuator), Bu-gi mồi (Torch Ignitor), vòi phun nhiên liệu(Injector) Các van điện từ, van điều khiển khí nén

Bảng 3.2: Yêu cầu về nhiên liệu gas

m3 8460-18800

- Tổng số tạp chất, cặn không quá ppm 30

- Kích thước hạt cặn không quá m 10

- Lượng lưu huỳnh (S) kể cả

Bảng 3.3:Yêu cầu về nhiên liệu diesel

Bảng 3.4: Yêu cầu về nhiên liệu diesel

- Tổng số tạp chất, cặn theo trọng

- Lượng lưu huỳnh (S) kể cả