turbine hơi
TURBIBNE HƠI TURBIBNE HƠI I/ GIỚI THIỆU : I.1. Giới thiệu: - Nhà máy điện là một nơi có nhiều thiết bị đồ sộ và phức tạp chúng phối hợp hoạt động để tạo ra điện năng. Trong đó, có thể nói tua bin - máy phát là một cụm thiết bị quan trọng nhất trong các thiết bị, một phần do kích thước của nó, không giống như những thiết bị khác có thể lớn hơn, nó thường được lắp trong nhà tua bin ngay trên chân đế của nó. Trong nhiều nhà máy, kích thước của tua bin này dài hơn 30m. Có thể cho rằng tua bin là thiết bị quan trọng nhất đối với nhà máy điện. - Cụm tua bin- máy phát là thiết bị quan trọng nhất trong nhà máy điện. Trong phần này, nội dung chỉ nói về tua bin, nên không đề cập đến những thiết bị còn lại. Nó quan trọng, tuy nhiên phải hiểu rằng nó không thể tự làm việc độc lập được. Nó chỉ là một bộ phận hoặc là một hệ thống phụ của toàn bộ hệ thống phát điện. Khi vận hành tuabin có nghĩa là phải hiểu rằng đang vận hành toàn bộ nhà máy điện. - Việc vận hành tua bin thường được xem như là một nghệ thuật. Nhiều người chỉ có ý nghĩ mơ hồ rằng làm thế nào mà tua bin chuyển đổi năng lượng từ hơi để quay máy phát điện. Thật khó mà vận hành tua bin tốt trong mọi điều kiện nếu như không có sự hiểu biết về nguyên lý làm việc bên trong của nó. - Mục đích của phần này là giới thiệu về nhà máy điện để đánh giá đúng về tua bin. Đồng thời cũng giới thiệu nguyên lý cơ bản để turbine sản xuất điện. I.2 Lý thuyết nhà máy điện. - Nhà máy nhiệt điện là một nhà máy chuyển đổi năng lượng. Toàn bộ quá trình chuyển đổi năng lượng là một sự chuyển đổi của năng lượng từ nhiên liệu sang điện năng. Sự chuyển đổi này cần một số giai đoạn trung gian. Những giai đoạn trung gian này xảy ra được gọi là chu trình nhà máy điện. Nó được gọi là chu trình vì có "lưu chất làm việc" được tái sử dụng và tái sử dụng trong một chu trình để chuyển năng lượng từ dạng này sang dạng khác. Môi chất làm việc này là nước. (Hình 1-1) trình bày về nguyên lý của một chu trình nhà máy điện chạy chất đốt từ những sản phẩm hoá thạch (fossil) trong dạng sơ đồ cân bằng nhiệt dùng để mô tả sự biến đổi năng lượng trong nhà máy. + Bước đầu tiên trong quá trình chuyển đổi là từ nhiên liệu sang nhiệt hoặc năng lượng nhiệt dạng hơi. Quá trình này xảy ra trong lò hơi. Bộ phận tạo hơi là một lò hơi trong một nhà máy điện chạy bằng than, dầu hoặc gas. Trong nhà máy điện hạt nhân thì lò hơi này chính là lò phản ứng hạt nhân. Điều quan trọng phải hiểu là mặc dù chu trình của nhà máy nhiệt điện và nhà máy điện hạt nhân rất giống nhau nhưng nguồn hơi của hai loại nhà máy điện này rất khác nhau. Sau đây sẽ mô tả về nhà máy nhiệt điện, còn những khác biệt so với nhà máy điện hạt nhân sẽ nói sau. Lò hơi trong các nhà máy nhiệt điện và lò phản ứng trong các nhà máy điện hạt nhân đều được gọi là lò hơi, chức năng của chúng thì giống nhau là chuyển đổi năng lượng từ nhiên liệu sang nhiệt năng dạng hơi. Nhiệt năng được giải phóng từ nhiên liệu sang dạng hơi được hấp thu bởi nước (đôi khi còn gọi là "môi chất") bởi nó được sử dụng để vận chuyển nhiệt năng trong suốt chu trình. Nước sẽ chuyển sang dạng hơi, khi hấp thu nhiệt năng trong lò hơi và hơi này sẽ theo đường ống đến tuabin. Trong những nhà máy nhiệt điện hiện đại thì nhiệt độ hơi này thường từ 482 °C đến 565 °C và áp suất từ 1800 psig đến 3600 psig. + Bước thứ hai trong quá trình chuyển đổi năng lượng này xảy ra khi hơi đi qua tua bin và nhiệt năng này biến thành cơ năng để quay máy phát. Hầu hết trong các nhà máy nhiệt điện lượng hơi này sẽ quay về lò hơi để được làm nóng lại (bổ sung thêm nhiệt năng vào hơi) sau khi đi qua tua bin. + Bước thứ ba trong quá trình chuyển đổi năng lượng xảy ra tại máy phát nơi cơ năng chuyển thành điện năng. Không phải toàn bộ năng lượng hơi đều chuyển sang cơ năng vì không phải toàn bộ hơi đều đi qua tua bin. Một ít hơi được phép trích (còn gọi là hơi trích) từ tua bin theo đường ống đến các bộ trao đổi nhiệt gọi là các bộ gia nhiệt nước cấp. Thông thường một lượng hơi trích này sử dụng cho các tua bin nhỏ để chạy bơm nước cấp cho các hệ thống phụ khác của nhà máy . Hình 1-1: Sơ đồ đơn giản về chuyển đổi năng lượng của một nhà máy điện. Tuy nhiên, phần lớn hơi thoát ra từ tua bin sẽ được gom vào bình ngưng (condenser). Bình ngưng này cho phép áp suất hơi thoát được duy trì gần như chân không (thông thường khoảng 1 psig, so với áp suất môi trường là 14,7 psig). Việc duy trì áp suất thấp này sẽ làm cho tua bin nhận được năng lượng càng nhiều từ hơi. Đồng thời bình ngưng cũng ngưng hơi thoát thành nước vì vậy nước đó có thể tái sử dụng trong chu trình. Việc ngưng hơi này cần phải tách nhiệt khỏi hơi. Bình ngưng đơn giản chỉ là một bộ trao đổi nhiệt lớn làm cho nhiệt này chuyển sang nước tuần hoàn. Khoảng 1/3 nhiệt năng hơi từ lò đưa vào sẽ bị loại trong bình ngưng. [...]...Hình 1.3a: hệ thống thiết bị phụ Turbine hơi Hơi sau khi được ngưng gọi là nước ngưng (condensate) sẽ gom vào bồn bình ngưng Nước từ hotwell sẽ được bơm bồn nước ngưng và từ đây nước được bơm vào hệ thống nước cấp lò để tái sử dụng trong lò hơi Những bơm này đồng thời cũng bơm nước ngưng qua các bộ trao đổi nhiệt (như bộ hơi chèn tua bin, các bộ làm mát nhớt tua bin, các bộ làm... của một tua bin hơi a) Nozzles (ống phun) Nozzle là một bộ phận chuyển đổi nhiệt năng của lưu chất (khí hoặc chất lỏng) sang động năng do giản nở của lưu chất đó Loại nozzle hội tụ điển hình (xem hình 1-4a) Giả sử hơi ở nhiệt độ T1 và áp suất P1 đi vào nozzle hội tụ Đối với hơi thì áp suất và nhiệt độ càng cao thì nhiệt năng càng cao Hơi chuyển động với tốc độ V1 trước khi vào nozzle Hơi ra khỏi nozzle... lực (impulse tuabine) (Hình 1-5a) mô tả nguyên lý vận hành của tuabin xung lực Hơi đi vào tuabin xung lực đi qua một nozzle tĩnh (stationary nozzle) sau đó giãn nở và tạo ra tia hơi, tia hơi này đập vào các cánh rotor Trong một tua bin xung lực lý tưởng, hơi giãn nở khi qua nozzle tĩnh, và các cánh chỉ làm thay đổi tốc độ hơi Sau này chúng ta sẽ thấy các tua bin xung lực thuần túy, lý tưởng thỉnh thoảng... những hàng cánh động Một bộ nozzles và các cánh cấu tạo nên một tầng, khi hơi từ nozzle đi qua một bộ cánh, tốc độ hơi sẽ giảm do đã tác động vào các cánh Sau đó hơi sẽ qua một hàng cánh tĩnh và thay đổi chiều mà không đổi áp suất và tốc độ Chiều mới của hơi này gần như song song với chiều ban đầu khi ra khỏi nozzles Sau đó hơi sẽ đẩy vào hàng cánh thứ hai (đồng trục với hàng thứ nhất) Quá trình này... giản về một quá trình thực sự xảy ra trong một nhà máy điện Khi hơi vào tua bin có một nhiệt năng lớn do có nhiệt độ và áp suất cao Sự chuyển đổi năng lượng trong tua bin thực sự xảy ra ở hai bước Bước một, nhiệt năng chuyển sang động năng của tia hơi bởi các nozzles (ống phun) Các tia hơi này sẽ thổi vào các cánh trên rotor Lực của các tia hơi này sẽ đập vào các cánh tua bin tạo ra cơ năng để quay rotor... nozzles Hơi giãn nở ra sẽ đập vào các cánh làm cho cánh rotor quay đồng thời tốc độ hơi bị giảm Lực của hơi trên các cánh sẽ tạo ra cơ năng cần thiết để quay máy phát Năng lượng này có từ hơi, mà trong đó có một số nhiệt năng bị mất đi do áp suất, nhiệt độ và tốc độ đã bị giảm Trong những nhà máy điện hiện đại có công suất lớn, hơi có nhiệt năng lớn cung cấp vào tua bin Sẽ không thực tế và giảm hiệu suất... để chuyển toàn bộ năng lượng hơi sang năng lượng hữu dụng Vì vậy, các loại tua bin hiện đại có công suất lớn thường thiết kế nhiều tầng cánh, mỗi tầng cánh chuyển đổi một phần nhiệt năng của hơi sang cơ năng Trong một tua bin nhiều tầng cánh cơ bản, hơi đi vào tầng cánh rotor thứ nhất, sau đó vào tầng thứ hai Sau đó một số nhiệt năng còn lại sẽ chuyển sang động năng Luồng hơi khi thoát khỏi nozzle tầng... đường ống giữa phần cao áp và hạ áp của tua bin Lưu ý rằng do không có tua bin trung áp, nên hơi không trở về lò phản ứng và được gia nhiệt như các lò hơi nhà máy nhiệt điện thuần tuý Một số nhà máy điện hạt nhân có bộ gia nhiệt, tuy nhiên nó hoàn toàn khác so với của nhiệt điện thuần tuý Hơi từ lò phản ứng hoặc hơi trích từ tua bin được sử dụng trong bộ trao đổi nhiệt loại vỏ (shell) hoặc loại ống Thông... d)Tua bin phản lực (reaction turbine) (Hình 1-11) trình bày nguyên lý vận hành cơ bản của một tua bin phản lực lý tưởng Lực làm cho rotor quay là phản lực của hơi thoát khỏi nozzle Đối với một tua bin phản lực lý tưởng, các cánh động chỉ là các nozzles Vì vậy, tất cả việc hơi giãn nở xảy ra tại các cánh động Điều này không thể áp dụng được đối với các tua bin lớn vì khó nhận hơi vào các nozzles động Cho... hình là khoảng 960 psig và 285 0C Trên thực tế áp suất và nhiệt độ còn thấp hơn, nhiệt độ hơi chỉ bằng hoặc cao hơn điểm sôi chút ít đối với áp suất mà lò phản ứng hoạt động Điều này có nghĩa là hơi trong tua bin của nhà máy điện hạt nhân được ngưng tụ ngay khi vào tua bin Đối với tua bin của các nhà máy nhiệt điện, hơi khô hiện hữu trong hầu hết khắp mọi ngõ ngách tua bin vì nhiệt độ cao hơn nhiều Điều . nhiệt năng hơi từ lò đưa vào sẽ bị loại trong bình ngưng.