PHẦN II: TUA BIN HƠI TÀU THỦY CHƯƠNG I: NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA TUA BIN HƠI 1.1 Nguyên lý chung dòng hơi, hoạt động tầng tua bin 1.1.1 Nguyên lý tác dụng xung kích, đặc tính xung kích Hình 1.1 Tác dụng xung kích biến đổi động thành Cho dòng có động lớn thổi vào phẳng (hình 1.1a), dòng tác dụng lên phẳng với ba thành phần: Đẩy vật dịch chuyển theo phương chiều dịch chuyển dòng hơi; ma sát sinh nhiệt chỗ dòng phẳng; bắn hạt bật trở lại theo phương Trong ba thành phần, tác dụng đảy phẳng tác dụng xung kích dòng biến động dòng thành công học Nếu phẳng gắn bánh xe chuyển động làm công có ích dòng tăng lên, hai thành phần tổn thất lượng giảm thành phần xung kích tăng Nếu ta thay đổi bề mặt phằng thành mặt cong vị trí thổi hợp lý, ta giảm hai tổn thất tác dụng dòng tăng lên (hình 1.1b) Khảo sát dòng chảy cánh bán nguyệt (hình 1.2): Khi dòng chảy dọc theo bề mặt cánh hạt a, b, c hay điêm cánh xuất lực ly tâm P tác dụng lên cánh Trong đó, thành phần Pa vuông góc với phương dòng chảy, chúng đối xứng triệt tiêu lẫn nên không ảnh hưởng tới chuyển động cánh, thành phần Pu tổng hợp thành lực làm dịch chuyển cánh Trên thực tế, prôphin cánh tua bin không hình thành bán nguyệt, phương dòng trùng với phương chuyển động cánh Ống phun Cánh động Bánh động Trục rôto Hình 1.2 Nguyên lý tác dụng xung kích hạt có khối lượng chuyển động lên cánh Động dòng lớn công học dòng lớn Để tạo động cho dòng hơi, người ta bố trí phía trước dãy cánh phận phun ống phun Trong ống phun dòng ban đầu po giãn nở áp suất, tốc độ lưu động tăng Thế dòng biến đổi thành động 93 khỏi ống phun thổi vào rãnh cánh Khi dòng lưu động từ cửa vào ống phun đến mép rãnh cánh thực dòng hoàn chỉnh Một cụm bao gồm ống phun rãnh cánh gọi tầng xung kích tua bin Trong tầng xung kích, giãn nở ống phun, rãnh cánh không giãn nở rãnh cánh làm đối xứng Ống phun Cánh động Bánh động Trục Đường Vỏ tua bin Hình 1.3 Sơ đồ tầng xung kích 1.1.2 Nguyên lý tác dụng phản kích, đặc tính tầng phản kích Khác với tầng xung kích, rôto tần phản kích quay không dựa vào tác dụng xung kích dòng mà nhờ vào tác dụng phản lực dòng cánh Tác dụng phản lực sinh giãn nở rãnh cánh biên dạng cánh không đối xứng Khi chảy qua ống phun Áp suất Po giảm xuống P1 ; Tốc độ dòng Co tăng lên thành C1 nhờ giãn nở dòng hơi, biến áp thành động Do cánh có prôphin đặc biệt (gần giống ống phun) dòng chảy vào cánh xảy giãn nở lần thứ hai làm áp suất tiệp tục giảm P2, động tăng, C2 nhỏ Sự giãn nở dòng rãnh cánh gây gia tốc dòng đó, gia tốc tạo lên phản lực tác dụng lên prôphin cánh Với tầng phản kích, lực tổng hợp tác dụng lên cánh gồm : - Lực xung kích Px - Lục dọc trục Pa = P1 – P2 (chênh áp lực) - Lực phản kích Pp Lực tổng hợp Pu = P + Pa = Px + Pp + P1 − P2 94 Hình 1.4 Sơ đồ tầng phản kích Mức độ phản kích tính tỷ số nhiệt giáng lý thuyết giãn nở cánh nhiệt giáng lý thuyết giãn nở toàn tầng (%), mức độ phản kích 40 – 60 %, thực tế 50 % 1.1.3 Tua bin nhiều tầng Khi dùng tua bin tầng lượng thải tương đối lớn không tận dụng hết Vì người ta dùng tua bin nhiều tầng, kiểu liên hợp khác tầng xung kích phản xung kích cấu tạo nên a Tua bin xung kích nhiều cấp độ - Tua bin xung kích vành đôi Kertic (hình1.5) Hơi vào ống phun có áp suất Po, tốc độ chảy Co Trong ống phun, giãn nở làm giảm áp suất xuống P1, tốc độ tăng lên C1 thổi vào cánh động thứ Trong rãnh cánh này, động 95 chuyển thành lần thứ trình xảy áp suất không đổi rãnh cánh xung kích không giãn nở Trên rãnh cánh P1 = P2, tốc độ giảm từ C1 xuống C2 Ra khỏi rãnh cánh động thứ dòng dẫn vào cánh hướng Trong cánh hướng, dòng không biến đổi lượng mà thay đổi hướng chảy để vào cánh động hai cho chiều với CH Vị trí cánh hướng cấp tầng ống phun chức khác hẳn áp suất qua cánh hướng không đổi vận tốc có giảm chút (gần không thay đổi) Ra khỏi CH, dòng chảy vào rãnh CĐ thực trình biến đổi lượng, động dòng biến đổi thành lần Khi chảy qua CĐ 2, áp suất không đổi P1 = P2 = P4, tốc độ giảm xuống từ C3 đến C4 Hơi thải mang động nhỏ ứng với tốc độ C nhỏ C3 Tổn thất thải giảm, hiệu suất tua bin tăng lên b Tua bin xung kích nhiều tầng áp suất (hình1.6) Trong tầng xung kích thứ hai, ta thay ống phun vào vị trí rãnh cánh hướng dòng diễn lại trình biến đổi lượng tầng trước làm thành trình sinh công hoàn chỉnh Trạng thái áp suất P2, tốc độ C2 la trạng thái ban đầu tầng thứ hai Trong tầng thứ hai, ống phung áp suất giảm từ P2 xuống P3, tốc độ tăng từ C2 lên C3 Trong rãnh cánh động áp suất không đổi P = P4, tốc độ giảm từ C3 xuống C4 Sau tầng thứ hai, ta lắp thêm tầng thứ 3, thứ qúa trình sin công diễn hoàn toàn tương tự Trên trục tua bin bố trí tầng có ngần trình giãn nở áp suất giảm, ngần lần sinh công c.Tua bin xung kích hỗn hợp, tua bin hỗn hợp xung kích phản kích Các tua bin tàu thủy ứng dụng rộng rãi kiểu tua bin xung kích hỗn hợp nhiều cấp tốc độ với nhiều cấp áp lực, tua bin hỗn hợp xung kích phản kích tua bin kiểu hỗn hợp dòng thực trình sinh công liên tục tầng, thứ tự theo chiều chảy dọc dòng Quá trình biến đổi lượng tầng tuân theo đặc tính xung kích hay phản kích tầng trình bày phần Các hình vẽ (hình 1.7,1.8) giới thiệu kiểu tua bin thông dụng tàu 96 Hình 1.7 Các kiểu tua bin xung kích hỗn hợp Hình 1.8 Tua bin hỗn hợp xung kích - phản kích 1.2 Đặc điểm, phân loại tua bin tàu thủy 1.2.1 Đặc điểm tua bin tàu thủy với loại động lực tàu thủy Động tua bin tàu thủy có loạt ưu điểm mà động lực khác có: Tua bin có trình sinh công liên tục trình sinh công có lợi cho nhiệt Điều động tàu thủy khác nhờ mà tua bin sử dụng tốc độ cao cho chất công tác phận máy, làm tăng công suất, hiệu suất, giảm khối lượng kích thước Các tua bin đại có tốc độ từ 3500V/p đến 15000V/p cao Cũng trình sinh động liên tục nên tải trọng cơ, nhiệt phận máy giữ chế độ ổn định không thay đổi Nhờ độ bền chi tiết máy tăng lên, động có tuổi thọ cao việc chế tạo động đơn giản, gọn nhẹ Tua bin có tính kinh tế cao, chất công tác có khả giãn nở lớn Thế ban đầu sử dụng triệt để Các tua bin đại dùng có thông số ban đầu P = 20 ÷ 100 kG/cm2 nhiệt độ 600 ÷ 650oC giãn nở đến áp suất thải 0,05 ÷ 0,03kG/cm2 Tất phận chuyển động tuabin gắn vào khối (rôtô) chuyển động quay tròn theo chiều tốc độ Không có chi tiết chuyển động lui tới, chi tiết chuyển động song phẳng điều giảm nhiều tổn thất giới, loại trừ tác động theo chu kỳ chấn động máy Máy làm việc êm, độ bền cao hiệu suất cao, kết cấu đơn giản gọn nhẹ sử dụng an toàn làm việc tin cậy Tua bin động có khả sinh công lớn phạm vị sử dụng công suất rộng mà động khác Các tua bin tàu thủy làm việc với công suất từ vài chục đến vài vạn mã lực Công suất lớn hiệu suất cao, suất trọng lượng, suất thể tích nhỏ Trọng lượng nhẹ thể tích nhỏ đặc biệt có lợi tàu cần độ nhanh thể tích trọng tải có tích lớn Công suất tua bin lớn ưu điểm rõ So sánh trọng lượng máy đơn vị công suất, thể 97 tích tua bin đơn vị công suất, bảng sau liệt kê loại động nhiệt phạm vi công suất thường dùng tàu biển Chỉ số kinh tế trọng lượng động tàu thủy đại với dạng khác tàu buôn công suất bình thường Dạng thiết bị Tua bin nước, thông số ban đầu cao, công suất đến 12000ml Tua bin khí với hoàn nhiệt công suất 6000ml Máy nước, thông số ban đầu cao, công suất 2000ml Động đốt thấp tốc công suất 1000ml tăng áp tuabin khí xả, truyền động trực tiếp chân vịt Động đốt cao tốc công suất 4000ml Truyền động gián tiếp Hiệu suất nhiệt (%) (đ/c + truyền động) Tiêu thụ nhiên liệu kg/ml.h Trọng lượng kg/ml (đ/c) ~ 22,5 ~ 0,29 ~ 60,0 ~ 25,5 ~ 0,25 ~ 30,0 ~ 19,5 ~ 0,168 ~ 80,0 ~ 37 ~ 0,168 ~ 110 ~ 28 ~ 0,220 ~ 100 Điều khiển, sử dụng dễ dàng, làm việc tin cậy độ sẵn sàng cao Chi phí sửa chữa phục vụ điều kiện làm việc nhẹ nhàng Có nhiều khả để đại hóa Có thể sử dụng với lượng nguyên tử Sử dụng tua bin tàu thủy có nhiều triển vọng lớn Nhược điểm: Tua bin quay chiều không tự đảo chiều bố trí riêng tua bin khác cho tàu chạy lùi Việc làm tăng tổn thất công suất hệ thống phải kéo phận làm việc hành trình làm tăng trọng lượng kích thước máy Trên tàu thủy dùng chân vịt biến bước hay truyền động nhược điểm khắc phục Vòng quay tua bin lớn nhiều so với vòng quay thích hợp chân vịt Công suất tua bin lớn mâu thuẫn tăng Vì hệ động lực tua bin phải bố trí truyền động giảm tốc trung gian chân vịt Điều làm tăng kích thước trọng lượng giảm hiệu suất hệ thống Các tua bin có công suất bé việc bố trí truyền động giảm tốc giảm tính ưu việt tua bin Thực tế tàu nhỏ người ta không bố trí hệ động lực tua bin Hiệu suất chung toàn hệ thống thấp với động diesel Các động diesel đại có công suất từ 36 ÷ 42 hệ thống tua bin tàu thủy có 22 ÷ 26% Hệ thống tua bin khí thủy đạt 22 ÷ 28% Nhược điểm quan tâm hàng đầu việc đại hóa tua bin tàu thủy để phổ biến cho tàu thủy đại phạm vi công suất trọng tải rộng rãi 1.2.2 Phân loại tua bin tàu thủy Phân theo chức - Tua bin chính: quay trục chân vịt bao gồm hành trình tiến tua bin lùi - Tua bin phụ: để lai máy phụ máy phát điện phục vụ, bơm loại thiết bị phục vụ nồi hệ thống Phân theo cấu tạo 98 - Tua bin nhiều thân: thông thường loại hai thân, thân cao áp đặt tua bin cao áp, thân thấp đặt tua bin thấp áp tua bin lùi Loại với truyền động bánh hay thủy lực - Tua bin thân: toàn tầng cấu tạo trục phần cao áp tua bin cao áp, phần thấp áp tua bin thấp áp hai phần có buồng điều áp trung gian tua bin thường dùng với truyền động điện Phân theo đặc tính trình làm việc - Tua bin xung kích: Bao gồm kiểu xung kích hỗn hợp nhiều cấp áp lực, nhiều cấp tốc độ Tua bin xung kích ứng dụng vùng cao áp - Tua bin phản kích nhiều tầng thường dùng vùng trung áp hay thấp áp - Tua bin hỗn hợp xung kích, phản kích Phân loại theo thông số - Tua bin cao áp: làm việc với có thông số ban đầu P > 35 kG/cm2 ; t > 400oC - Tua bin trung áp: làm việc với có thông số ban đầu > P ≤ 35kG/cm2; t < 400oc - Tua bin thấp áp: làm việc với có thông số ban đầu P < 6kg/cm2 Theo đối đáp ngưng tụ: - Tua bin ngưng tụ: nước giãn nỡ từ áp suất ban đầu đến trạng thái có áp suất 0,06 ÷ 0,04kG/cm2 làm ngưng thành nước tuần hoàn trở lại nồi Tuabin tàu thủy cấu tạo ngưng tụ - Tua bin đối áp: thải có áp suất lớn áp suất khí 1,5 ÷ kG/cm2 không thải vào bầu ngưng tụ mà đưa vào thiết bị tận dụng nhiệt, hâm nước nhu cầu sinh hoạt tàu, tua bin tàu thủy thường ứng dụng đối áp Theo truyền động trung gian - Truyền động trực tiếp: dùng để lai máy phát, máy phụ Trong vài trường hợp đơn giản công suất nhỏ trực tiếp cho chân vịt quay nhanh - Truyền động giới: thông dụng truyền động bánh hai cấp loại có hiệu suất cao kết cấu nặng nề, kích thước lớn Thường dùng cho tua bin công suất lớn loại hai thân vòng quay lớn - Truyền động điện: điều khiển nhạy, đảo chiều nhanh cần tua bin quay chiều Thường dùng dùng tua bin thân công suất trung bình Hiệu suất thấp kiểu giới - Truyền động thủy lực: điều khiển nhạy, làm việc đảm bảo dùng với công suất tốc độ khác Hiệu suất cao chế tạo đắt sử dụng cần có kỹ thuật cao Truyền động thủy lực với chân vịt biến bước có lợi hiệu kinh tế cao Là kiểu tiên tiến phát triển cho tua bin đại Theo kiểu giãn - Tua bin hướng trục: phổ biến thông dụng cho tàu thủy, sửa chữa dễ kích thước trọng lượng lớn - Tua bin hướng tâm: hiệu suất cao, gọn nhẹ công suất không lớn chế tạo sửa chữa phức tạp Câu hỏi ôn tập Trình bày nguyên tắc tác dụng xung kích dòng Đặc tính tầng xung kích ? Trình bày nguyên tắc tác dụng phản kích dòng Đặc tính tầng phản kích ? Trình bày tua bin xung kích nhiều cấp áp lực nhiều cấp tốc độ ? Trình bày đặc điểm phân loại tua bin tàu thủy ? 99 ... trục tua bin bố trí tầng có ngần trình giãn nở áp suất giảm, ngần lần sinh công c .Tua bin xung kích hỗn hợp, tua bin hỗn hợp xung kích phản kích Các tua bin tàu thủy ứng dụng rộng rãi kiểu tua bin. .. thiệu kiểu tua bin thông dụng tàu 96 Hình 1.7 Các kiểu tua bin xung kích hỗn hợp Hình 1.8 Tua bin hỗn hợp xung kích - phản kích 1.2 Đặc điểm, phân loại tua bin tàu thủy 1.2.1 Đặc điểm tua bin tàu... cấu tạo 98 - Tua bin nhiều thân: thông thường loại hai thân, thân cao áp đặt tua bin cao áp, thân thấp đặt tua bin thấp áp tua bin lùi Loại với truyền động bánh hay thủy lực - Tua bin thân: toàn