MÁY TÀU THỦY CHƯƠNG 3 TUABIN

b Khi qua rãnh cánh công tác động năng của dòng hơi biến thμnh công cơ học lμm quay cánh cụng tỏc gắn trờn trục... Cứ một bánh tĩnh trên đó gắn các ống phun với một bánh động lμ rô to tr

TÀI LIỆU THAM KHẢO

MÁY TÀU THUỶ CHƯƠNG 3: Tua bin tμu thủ

dụng khớ xả của động cơ diesl gọi là tua

bin khớ xả

Trên tμu thuỷ tua bin hơi vμ tua bin khí

đ−ợc ứng dụng theo chức năng của chúng Nguyên lý hoạt động của chúng nh− nhau nên chúng ta chỉ cần xét đến nguyên lý hoạt động của một loại tua bin hơi

3-1 Nguyên lý cơ bản của

tua bin hơi tμu thuỷ

I Nguyên lý lμm việc của tua bin

1 ống

phun

2 Cánh

tua bin

3 Rô to

4 Trục tuabin

Hình 3-1: Rô to tua bin

1 Cấu tạo: Bao gồm rô to lμ đĩa

quay gắn với trục quay Trờn toàn bộ chu

vi của rụ to cú gắn các cánh cong cụng tỏc là cỏnh động Ống phun cố định lμ

dòng hơi đổi chiều chuyển động cong theo lòng máng của cánh công tỏc nên xuất hiện lực ly tâm

ơ

- Các phần tử h i va đập vμo lòng cánh công tác tạo nên sự chênh lệch áp lực giữa phía bụng vμ phía l−ng cánh công tác lμm cho rô to 2 quay kéo theo trục 1 lắp cố định với rô to sẽ quay

Nh− vậy trong tua bin hơi có 2 quá trình biến hoá năng l−ợng:

a) Khi qua ống phun, thế năng ban đầu của hơi (áp năng + nhiệt năng) biến thμnh động năng của dòng hơi bằng quá trình giãn nở trong ống

b) Khi qua rãnh cánh công tác động năng của dòng hơi biến thμnh công cơ học lμm quay cánh cụng tỏc gắn trờn trục

Cứ một bánh tĩnh (trên đó gắn các ống phun) với một bánh động (lμ rô to trên

đó gắn các cánh công tác) gọi lμ một tầng của tua bin Tua bin có thể có nhiều tầng

II Tác dụng của dòng hơi

1 Nguyên lý tác dụng của dòng hơi

Hình 3-2: Nguyên lý tác dụng của dòng

hơi

* Cho một dòng hơi có động năng lớn thổi vμo một bản phẳng Dòng hơi tác dụng lên bản phẳng có 3 dạng:

- Tác động đẩy vật dịch chuyển theo phương chiều tác dụng của dòng hơi

- Tác động bắn hạt hơi bật trở lại theo mọi phương

- Tác động va đập gây ma sát sinh nhiệt Trong 3 dạng đó, tác dụng đẩy vật dịch chuyển lμ tác dụng có ích của dòng hơi biến động năng của dòng hơi thμnh công cơ học Tác dụng có ích của dòng hơi tăng lên nếu hai dạng tổn thất năng lượng kia giảm đi

* Nếu ta thay đổi hình dáng bản phẳng thμnh mặt cong hợp lý, vμ đặt vị trí thổi của dòng hơi thích hợp ta sẽ giảm được hai dạng tổn thất vμ tác dụng có ích của dòng hơi tăng lên Điều nμy giải thích tại sao các cánh công tác của tua bin có dạng cong thích hợp

2 Nguyên tắc tác dụng xung kích

Xét một tầng tua bin vẽ trong một cặp ống phun - cánh công tác Trong tầng xung kích hơi chỉ giãn nở trong ống phun, còn trong các rãnh cánh hơi không giãn nở do có hình rãnh cánh đ−ợc lμm

đối xứng

Khe hở mép vμo rãnh cánh bằng khe hở mép ra khỏi rãnh cỏnh

Hình 3-3: Nguyên lý tác dụng xung kích

của dòng hơi

Ở cửa vào của ốnh phun hơi có áp suất

lμ po, tốc độ chảy lμ co Trong ống phun

nó giãn nở áp suất giảm đến p1, còn tốc

độ chảy tăng đến c1 Khi vμo rãnh cánh

dòng hơi biến đổi động năng thμnh cơ

năng lμm quay rô to, quá trình nμy có áp

dáng gần nh− ống phun (khe hở mép ra

bé hơn mép vμo) Khi chảy qua ống phun dòng hơi giãn nở lần thứ nhất áp suất giảm từ po đến p1 tốc độ tăng từ co

đến c1 Do cấu tạo của rãnh cánh giống ống phun nên khi dòng chảy vμo cánh sẽ

có sự giãn nở lần thứ hai lμm áp suất giảm tiếp từ p1 đến p2 động năng tăng thêm Sau khi ra khỏi rãnh cánh động năng còn lại ứng với tốc độ c2 rất nhỏ

Hình 3- 4: Nguyên lý

tác dụng phản kích của dòng hơi

Sự giãn nở của dòng hơi trong các rãnh cánh gây ra gia tốc của dòng trong đó, gia tốc nμy tạo nên phản lực tác dụng vμo cánh

Chú ý: Ở tua bin thực tế, các tầng xung kích vμ phản kích không hoμn toμn giống như vậy, ở các tầng xung kích trên các rãnh cánh có hình dáng hoμn toμn không đối xứng Dòng hơi đi qua đó có giãn nở thêm gây ra tác dụng phản kích

ít nhiều trong tầng Nói chung không cấu tạo tầng xung kích hoμn toμn mμ tầng xung kích thực tế có độ phản kích

từ 5 ~15% Ở các tầng phản kích mức độ giãn nở trên cánh rất lớn, từ 40 - 60% thường lμ 50% tức mức giãn nở trên cánh bằng mức giãn nở trong ống phun

Do vậy thay vμo vị trí ống phun bằng

các cánh cùng loại gọi lμ cánh hướng cố

định

3-2 Đặc điểm vμ phân loại

tua bin tμu thuỷ

I Đặc điểm của tua bin tμu thuỷ

so với các loại động lực tμu thuỷ

số hơi rất cao, tốc độ cao Mặt khác có quá trình sinh công liên tục do đó tải

trọng cơ nhiệt đ−ợc giữ ở chế độ ổn định không thay đổi

- Tua bin có tính kinh tế cao các chất công tác có khả năng giãn nở lớn vμ giãn

nở hơi đ−ợc tận dụng triệt để (thế năng ban đầu đ−ợc sử dụng triệt để) Tua bin hiện đại cú thụng số hơi ban đầu: po = 20

ữ 100 atm

to = 600 ữ 650 0C Giãn nở đến áp suất thải 0,05 ữ 0,03 atm

- Các chi tiết của tua bin chỉ có chuyển

động quay tròn đều, không có các chuyển động tịnh tiến song phẳng do vậy động cơ lμm việc êm, chi phí cho ma sát rất hạn chế, giảm tổn thất cơ giới

- Tua bin có phạm vi mở rộng công suất rất lớn (có thể từ vμi chục đến vμi vạn mã lực)

- Trọng l−ợng nhẹ thể tớch nhỏ đặc biệt phự hợp với tầu cần tốc độ cao

- Điều khiển, sử dụng dễ dμng, lμm việc tin cậy, độ sẵn sμng cao Chi phí sửa chữa phục vụ ít

- Có nhiều khả năng để hiện đại hoá

2 Nh−ợc điểm

- Vòng quay của tua bin quá lớn so với vòng quay thích hợp của chân vịt do vậy phải bố trí truyền động giảm tốc

- Không có khả năng đảo chiều trực tiếp (tự đảo chiều)

- Hiệu suất chung còn thấp hơn so với

động cơ diesel, các động cơ diesel hiện

đại: 36 ữ42% Hệ thống tua bin tμu thuỷ:

22 ữ 26%

- Tính cơ động không cao bằng động cơ diesel

II Phân loại tua bin tμu thủy

2 Phân loại theo nguyên lý lμm việc

- Tua bin xung kích: Loại nhiều cấp tốc

độ nhiều cấp áp lực (dùng ở vùng cao

áp)

- Tua bin phản kích: Loại nhiều cấp áp lực (dùng ở vùng thấp áp, trung áp)

- Tua bin hçn hîp xung kÝch - ph¶n kÝch

3 Ph©n lo¹i theo th«ng sè h¬i

- Tua bin cao ¸p: P0 >35 kG /cm2

5 Ph©n theo cấu t¹o

- Tua bin nhiÒu th©n: Th«ng th−êng lo¹i

2 th©n

- Tua bin một thân: Có buồng điều áp trung gian

6 Phân theo ngưng tụ vμ đối áp

- Tua bin ngưng tụ: Hơi nước được giãn

7 Phân theo kiểu giãn hơi

- Tua bin hướng trục: (phổ biến)

- Tua bin hướng tâm

8 Phân theo sự truyền động trung

- Truyền động trực tiếp: Dùng để lai máy phát điện, máy phụ

- Truyền động cơ giới: Thường lμ bánh răng hai cấp

- Truyền động điện

- Truyền động thuỷ lực

3-3 Một số loại tua bin chủ

yếu của tμu thuỷ

I Tua bin xung kích một tầng một dãy cánh

1 Sơ đồ kết cấu

1 Trục tua bin 4 ống phun

2 Rô to 5 Vỏ tua bin

3 Cánh động 6 ống thoát hơi

Hình 3-5: Tua bin xung

kích một tầng một dãy cánh

Phía trên hình biểu diễn các đường biến thiên áp suất vμ tốc độ dòng hơi khi qua tầng tua bin

Trên chu vi của rôto (đĩa) 2 có gắn các cánh động 3 Rôto được lắp với trục 1 bằng then Hơi vμo tua bin qua ống phun

4 gắn trên vỏ 5 của tua bin Hơi sau khi lμm việc thoát ra ngoμi theo ống thoát 6

2 Nguyờn lý làm việc

Hơi chỉ giãn nở trong ống phun từ P0(áp suất trước ống phun) đến P1 (sau ống phun trước cánh ) Còn trong rãnh công tác hơi không giãn nở tức lμ p1 = p2 , trong đó p2 lμ áp suất sau cánh công tác Trong ống phun tốc độ của dũng hơi tăng từ co tới c1 ,vào cỏnh động tốc độ giảm từ c1 xuống c2 Động năng của dũng hơi biến thành cơ năng

hiệu suất thấp

lμm việc chắc chắn, giá thμnh rẻ nên nó thường dùng để lai các máy móc phụ như bơm, quạt

II Tua bin xung kích nhiều cấp tốc

độ (2 dãy cánh công tác hoặc có 3 dãy cánh)

Ở tua bin một tầng, hơi từ ống phun thổi vμo cánh biến đổi thμnh cơ năng trong một vμnh không triệt để vì khi ra khỏi tầng dòng hơi mang động năng ứng với tốc độ c2 còn lớn Do đó tổn thất hơi thải tăng lên lμm hiệu suất của tầng giảm

đi Để khắc phục điều nμy, Kertic đó thiết kế vμnh cánh sau đảm nhận biến

đổi phần động năng không dùng hết ở vμnh cánh trước Nó sinh công lần thứ hai mμ không có sự giãn nở trung gian

Để hướng dòng hơi vμo vμnh cánh kế tiếp, người ta lắp một vμnh cánh dẫn

hướng (cố định) giữa hai vμnh cánh công tác gọi là cỏnh hướng

lμ áp suất sau dãy cỏnh công tác) vμ tốc

độ tăng đến c1, với tốc độ c1 hơi đi vμo dãy cánh thứ nhất 3 gắn trên rôto 2 lắp cứng với trục 1 Ở đây hơi truyền một phần động năng để sinh công trên dãy cánh thứ nhất vμ đi ra với tốc c2 Sau đó vμo dãy cánh hướng 5 gắn cố định với thân 6 của tua bin khi qua 5 dũng hơi đổi chiều chuyển động không biến đổi năng

lượng Do có mất mát năng lượng nên khi ra khỏi 5 tốc độ c,1 < c2 Ra khỏi cánh hướng hơi đi vμo dãy cánh động thứ hai gắn trên đĩa 2 Ở đây dòng hơi giảm tốc độ từ c,1 đến c,2 để truyền động năng cho dãy cánh sinh công Nếu tốc

độ c,2 còn lớn, có thể gắn thêm một dãy cánh công tác thứ ba nữa

Ư

3 u điểm : Loại tua bin nμy đơn giản,

gọn nhẹ, lμm việc bảo đảm, vận hμnh dễ

4 Khuyết điểm: Lμ hiệu suất thấp loại

nμy cũng dễ dùng để lai các máy phụ: bơm, quạt, máy nén

III Tua bin phản kích

1 Kết cấu

Hình 3-6: Tua bin phản kích nhiều tầng

Tua bin kiểu phản kích chỉ chế tạo nhiều tầng Sự kết hợp các tầng trong tua bin nμy tương tự sự kết hợp các tầng trong tua bin xung kích nhiều cấp áp lực Trên các tầng phản kích không cấu tạo các cụm ống phun mμ lắp vμo các vị trí

đó các vμnh cánh được cố định trên thân tua bin gọi là cỏnh hướng

1 Rô to hình trống 6 Khoang hơi thải

2 Cánh động 7

Bộ lμm kín

3 Cánh hướng

8 Đường hơi vμo

4 Vỏ tua bin 9 Piston cân

bằng

5 ống nối cân bằng 10 Lỗ cân

bằng

Hình 3-7: Sơ đồ tua bin phản kích nhiều tầng

2 Nguyờn lý làm việc

Do liên hợp nhiều tầng nên lμm tăng lực dọc trục tác dụng lên rôto gây

chuyển động dọc trục theo chiều tác dụng của dòng hơi, để giảm bớt tác dụng của lực nμy các bánh động vμ trục được lμm thμnh khối hình tang trống Để cân bằng lực dọc trục ở đầu rôto có cấu tạo piston cân bằng 9 Không gian giữa piston vμ thân máy được thông với khoang hơi thải 6 bằng các lỗ cân bằng

10 khoét trên thμnh tang trống của rôto đồng thời nhờ ống nối cõn bằng 5 mà áp suất ở khoang vào vμ ra cân bằng nhau Trên đầu piston 8 lμm một vòng gờ lồi lên phía trên Hơi được dẫn vμo tua bin nén lên piston một lực ứng với áp suất polμm rôto cũng bị đẩy trái ngược với chiều lưu động của dòng hơi lμm rôto cũng bị đẩy sang trái nên cân bằng với lực dọc trục Bộ lμm kín 7 chống rò lọt hơi

Dũng hơi ban đầu cú ỏp suất po khi qua mỗi tầng cỏnh động và cỏnh hướng

ỏp suất lại giảm dần khi ra khỏi tua bin cũn ỏp suất pn

Dũng hơi ban đầu cú tốc độ co khi qua mỗi tầng cỏnh động tốc độ giảm ,khi vào cỏnh hướng thỡ tốc độ lại tăng lờn khi ra khỏi tua bin cũn tốc độ cn

IV Tua bin hỗn hợp

Thực tế trờn tầu thủy cũn sử dụng cỏc loại tua bin hỗn hợp sau

1 ống góp hơi 5 Đường hơi thải

2 Bộ lμm kín 6 Trục rô to

3 Cánh tĩnh 7 Bệ đỡ

4 Cánh động

7

1 2 3 4 5 6

Hình 3-8: Tua bin hỗn hợp phản kích nhiều tầng

1 Kiểu xung kích hỗn hợp nhiều cấp tốc độ với nhiều cấp áp lực

2 Kiểu hỗn hợp xung kích vμ phản kích

3- 4 Các hệ thống phục vụ

tua bin tμu thuỷ

I Hệ thống an toμn và bảo vệ tua bin chính

Dùng để đảm bảo tính an toμn công tác cho tổ hợp tua bin - bánh răng của hệ

Có 2 loại hệ thống dầu nhờn:

1 Hệ thống tuần hoμn dầu bôi trơn do các bơm dầu

2 Hệ thống tuần hoμn dầu bôi trơn do các bơm dầu vμ kột các cột áp

III Hệ thống bao vμ hút hơi (HT lμm kín)

Có nhiệm vụ lμm kín bằng cách dựng một nguồn hơi có thông số thấp cấp tới

bộ lμm kín để bao bộ lμm kín

IV Hệ thống sấy nóng tua bin

Dùng để sấy nóng đồng đều tua bin trước khi khởi động để tránh sự chênh lệch nhiệt độ quá lớn làm cong vờnh ro

to

V Hệ thống xả nước đọng của TB

Dùng để xả phần hơi ngưng tụ trong thõn tua bin khi sấy tua bin cũng như ở một số chế độ công tác

VI Hệ thống điều chỉnh công suất tua bin

Dùng để tăng giảm công suất dẫn đến tăng giảm vận tốc quay tua bin do vậy tăng giảm vận tốc tμu

3-5 Khai thác vận hμnh tua

bin hơi Việc khai thác vμ bảo dưỡng phải theo đúng các quy tắc kỹ thuật, theo tμi liệu hướng dẫn cụ thể

Khai thác hệ động lực tua bin có thể chia thμnh các giai đoạn chính sau:

- Chuẩn bị cho các tua bin vμo hoạt

động

- Vận hμnh tua bin khi tμu chạy

- Dừng tua bin vμ lμm khô tua bin

1 Chuẩn bị chung cho hệ động lực TB:

Gồm chuẩn bị buồng nồi hơi, đường ống dẫn hơi sấy vμ các hệ thống phục vụ

- Chuẩn bị các thiết bị chỉ báo, độ giãn

nở dọc trục vμ hướng kính của rôto, các

- Chuẩn bị thiết bị ngưng hơi

- Kiểm tra các van ma nơ - van đóng nhanh (vẫn ở trạng thái đóng chặt) van ống phun

- Chuẩn bị hệ đường ống dẫn hơi vμ hệ thống điều khiển

- Sấy nóng đường ống dẫn hơi

- Sấy nóng đều đặn tua bin trước khi khởi động

2 Khởi động tua bin

Sau giai đoạn chuẩn bị, kiểm tra, sấy nóng tua bin thì tiến hμnh khởi động tua bin

- Việc khởi động được tiến hμnh bằng cách mở từ từ van manơ, dần dần tăng vòng quay đến giá trị cần thiết

Khi tăng số vòng quay cần theo dõi:

- Tiếng ồn công tác của tua bin vμ hộp

số

- Độ rung động

- Áp suất dầu trong hệ thống bôi trơn

- Nhiệt độ các ổ đỡ

- Nhiệt độ hơi vμo bầu ngưng

- Độ dón nở về nhiệt của rụ to và thõn tua bin

- Nếu khi khởi động có rung động phải giảm vòng quay

3 Vận hμnh tổ hợp tua bin khi tμu chạy

Khi tμu chạy việc vận hμnh phải đảm bảo được hμnh trình đặt ra của con tμu vμ tính ma nơ của nó, đảm bảo công suất yêu cầu ở suất tiêu hao nhỏ nhất Cần biết được số ống phun đang mở ra vμ các

giảm vũng quay của tua bin

- Khi xuất hiện sôi trμo từ nồi hơi phải xả nước và giảm vũng quay của tua bin

- Kiểm tra sự lμm việc bình thường của bầu ngưng, chất lượng nước ngưng,hàm lượng khớ trong nước,độ chõn khụng trong bầu ngưng

- Theo dõi độ rung - tiếng ồn khỏc lạ phải khắc phục ngay

4 Vận hμnh tổ hợp tua bin khi ma nơ

- Lệch ma nơ phải có trước 30 phút trước khi bắt đầu vận hμnh tua bin

- Mọi thao tác chuyển chế độ phải tiến hμnh từ từ đúng quy tắc

5 Dừng tổ hợp tua bin

- Sau khi nhận lệnh dừng tua bin tiến hành giảm dần cụng suất và vũng quay của tua bin theo đỳng hướng dẫn của nhà chế tạo

- Sau khi ngừng cấp hơi vμ vòng quay tua bin giảm 50% thì tiến hμnh giảm độ chân không trong bầu ngưng Khi rôto ngừng quay thì via rôto bằng máy via để tua bin nguội từ từ trỏnh bị cong trục, lμm khô rôto tua bin, kiểm tra lại ổ đỡ, ổ chặn, mở hơi xả

* Lập đường cong đμ quay khi bắt đầu ngừng cấp hơi

Tua bin tiếp tục quay theo quỏn tớnh từ lỳc ngừng cấp hơi cho tới lỳc rụto ngừng

hẳn gọi là đà quay.Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa vòng quay và thời gian kể

từ lúc ngừng cấp hơi gọi là đồ thị đường cong đà quay Khi lập đồ thị đường cong

đà quay ta so sánh với các lần trước để biết được tình trạng kỹ thuật của tua bin

H×nh 3-9: §å thÞ ®−êng cong ®μ

quay

Đường 1: Tua bin có tổn thất quạt gió cao

Đ ư ờng 2: Tua bin có tổn thất c ơ gi ới cao