bài giảng tuabin tàu thủy năm 2016

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI BÀI GIẢNG TUA BIN TÀU THỦY TÊN HỌC PHẦN: TUA BIN TÀU THỦY TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO: CAO ĐẲNG NÂNG CAO DÙNG CHO SINH VIÊN NGÀNH KHAI THÁC MÁY TÀU BIỂN HẢI PHÒNG- 2016 MỤC LỤC Trang PHẦN I TUABIN HƠI TÀU THỦY CHƯƠNG KẾT CẤU TUABIN HƠI TÀU THỦY 1.1 Kết cấu phần tĩnh 1.2 Kết cấu phần động 10 1.3 Kết cấu làm kín 18 1.4 Ổ đỡ, ổ chặn trục 22 CHƯƠNG CÁC HỆ THỐNG PHỤC VỤ TUA BIN HƠI TÀU THỦY 25 2.1 Hệ thống bôi trơn tua bin 25 2.2 Hệ thống sấy nóng tua bin 28 2.3 Hệ thống bao hút 29 2.4 Hệ thống điều chỉnh công suất tua bin 31 CHƯƠNG KHAI THÁC VẬN HÀNH TUA BIN HƠI 37 3.1 Chuẩn bị đưa tua bin vào hoạt động 37 3.2 Vận hành tổ hợp tua bin tàu chạy 43 3.3 Duy trì cho tổ hợp tua bin trạng thái sẵn sàng làm việc 46 3.4 Dừng tua bin 48 3.5 Một số hư hỏng, cố tua bin tổ hợp 51 Phần II TUA BIN KHÍ 58 Giới thiệu chung tua bin khí tàu thủy 58 CHƯƠNG KẾT CẤU TUA BIN KHÍ TÀU THỦY .59 1.1 Kết cấu máy nén tua bin khí tàu thủy 59 1.2 Kết cấu buồng đốt tua bin khí .64 1.3 Kết cấu tua bin .69 CHƯƠNG CÁC HỆ THỐNG PHỤC VỤ .72 2.1 Hệ thống nhiên liệu .72 2.2 Hệ thống khởi động .75 2.3 Hệ thống bôi trơn 77 2.4 Hệ thống làm mát 79 2.5 Hệ thống đảo chiều 82 2.6 Hệ thống cung cấp không khí xả khí .84 2.7 Hệ thống tự động điều khiển bảo vệ 85 CHƯƠNG BẢO DƯỠNG TUABIN KHÍ .87 PHẦN I TUABIN HƠI TÀU THỦY CHƯƠNG KẾT CẤU TUABIN HƠI TÀU THỦY 1.1 Kết cấu phần tĩnh 1.1.1 Kết cấu thân tua bin Thân tua bin thuộc phần tĩnh động có dạng hình trụ côn hình dạng định dạng rôto Phía bên có tạo rãnh vòng để bố trí vào dãy cánh hướng (với tua bin phản kích) bánh tĩnh để chia thân tua bin thành ngăn riêng rẽ (với tua bin xung kích) Đối với thân tua bin lớn, chế tạo thành phần riêng theo mặt cắt vuông góc với trục, điều làm đơn giản hóa việc đúc, gia công lắp ráp thân tua bin Thân tua bin phụ thường chế tạo thành nửa hoàn chỉnh chế tạo theo phần riêng tua bin cỡ lớn Mặt bích phần thân rà phẳng Để tránh rò lọt người ta bôi lên lớp matic đặc biệt dày 0,2 ÷ 0,5 mm hai mặt bích ghép lại guzông bu lông Nửa thân tua bin thường bố trí ÷ bu lông chuyên dùng, để tháo nửa khỏi nửa Để đặc xác nửa thân tua bin lắp ráp mặt bích phần ghép bố trí từ ÷ bu lông định vị Thân tua bin cao áp hệ động lực nước minh hoạ hình 1.1 Nửa thân 20 đúc thép ghép lại mặt bích Mỗi nửa thân tua bin lại chế tạo thành hai phần ghép với mặt bích lắp ráp theo phương thẳng đứng Nửa thân dựa lên dọc trục thông qua đế Trong hệ có bố trí hốc nửa hình trụ 12 để đặt đỡ rôto hốc 14 để đặt ổ chặn khu vực thân trên, ổ đỡ chặn có nắp tháo 13, thân phía mũi 17 liên kết với hệ 16 lắp ráp trượt thành đảm bảo đồng tâm thân bệ 16 Khi có biến dạng nhiệt thân tua bin, phần sau thân hàn với bệ 25, bệ mũi đặt trụ đỡ mềm 15, bệ sau ghép cứng với bệ dọc trục Phía thân có chế tạo hốc hình vòng 11 để bố trí hai làm kín phía ngoài, rãnh vòng để đặt bánh tĩnh để đặt cánh hướng tầng điều chỉnh Về phía nạp phần thân hàn với hộp ống phun 19 nhóm ống phun thứ Phần thoát thân đúc dạng xoắn ốc gắn với đoạn ống 23, qua chuyển sang tua bin áp suất thấp Ngoài có đoạn ống 22 để hút từ tua bin cao áp đến bầu ngưng, ống 21 để trích qua ống nhiệt, ống 18 21 để trích tới phận làm kín phía Thân tua bin phải tiếp xúc với có thông số cao chịu rung động lực truyền từ ổ đỡ, ổ chặn tua bin làm việc Nói chung lực tác dụng lên thân tua bin khó xác định sinh ứng suất thay đổi phức tạp - ứng suất tác dụng áp suất có giá trị thay đổi lớn từ cửa nạp đến tầng cuối tua bin, khu vực nạp hơi, tầng đầu, vật liệu thân chịu lực tác dụng từ phía thân thường ngoài, cuối phần thấp áp áp suất bị giảm mạnh, lực tác dụng lại từ phía vào thân Ngoài ứng suất bị thay đổi hốc thân thay đổi chế độ công tác tua bin thay đổi - Ứng suất phát sinh bánh tĩnh truyền lực tới, bánh tĩnh chịu lực tác dụng chênh lệch áp suất phía trước sau nó, ứng suất thay đổi theo suốt chiều dài thân Hình 1.1 Thân tua bin cao áp 1,12 Khoang ổ đỡ 10 Khoang chứa hộp ống phun 2,13 Nắp ổ đỡ 14 Khoang ổ chặn 3,11 Khoang đặt làm kín 15 Bệ đặt tua bin Khu vực 16 Bệ đỡ cho trượt Khu vực vào 17 Thân tua bin phía mũi Bích lắp ghép 18,24 Trích đến làm kín Khu vực dải phân cách(rãnh vòng) Nửa thân 20 Nửa thân 21 Trích tới bầu hâm 22 Trích tới bầu ngưng Hộp cánh hướng tầng điều chỉnh 23 Cửa tua bin thấp áp -Ứng xuất nhiệt chênh lệch nhiệt độ theo suốt chiều dài thân, phía phía thân Đặc biệt, ứng suất nhiệt lớn cho vào tua bin lúc nguội, công sấy thay đổi công tác - Ngoài ứng suất phát sinh trọng lượng thân, trọng lượng chi tiết gắn với thân ống mặt bích, bích chứa.v.v Thân tua bin tàu thủy đại thường chế tạo cách đúc làm phần từ thép Thân đúc gang sử dụng cho tua bin công tác cao 693 oK thù dùng thép hợp kim, nhiệt độ lớn 7730K dùng thép Crôm – Molipđen mác 20XM 1.1.2 Kết cấu ống phun tầng Ống phun phận biến đổi chất công tác thành động sau động chuyển hóa thành rãnh cánh động Theo hình dạng ống phun người ta chia thành: + Ống phun thu hẹp: có diện tích tiết diện rãnh ống giảm dần từ lối vào đến lối + Ống phun loe rộng: có diện tích tiết diện rãnh ống giảm nhỏ dần đến tiết diện bé sai diện tích tiết diện lại tăng dần Ống phun thu hẹp sử dụng công tác có tốc độ chảy cửa ống nhỏ tốc độ âm thanh, ống phun loe rộng sử dụng để biến đổi tốc độ dòng công tác có tốc độ lớn tốc độ âm cửa ống Lưu ý tốc độ chảy lớn tốc độ âm đạt ống phun thu hẹp cách sử dụng vùng cắt lệch ống phun Vì cánh động bố trí xung quanh bánh động nên ống phun phải bố trí theo chu vi phù hợp bánh tĩnh Khi ống phun bố trí toàn chu vi bánh tĩnh tạo nên vòng ống phun cấp gọi cấp toàn phần, số ống phun chiếm phần chu vi cấp cấp phần hay cục bộ, xác định tỷ số cấp ε= m π Dcp Trong đó; m- chiều dài cung ống phun; Dcp - đường kính trung bình vòng ống phun Hình 1.2 Phân đoạn ống phun đúc nguyên vẹn 1.1.2.1 Ống phun tầng 1- Vách ống phun; 2-Ống phun; 3-Bu lông; 4-Bu lông lắp ghép Ống phun tầng tua bin tổ hợp tua bin gắn trực tiếp vào bên thân tua bin gắn vào hộp ống phun đặc biệt bố trí thân tua bin Vài dạng kết cấu ống phun tầng đầu tiên, hình 3.3 ví dụ phân đoạn ống đúc Phân đoạn ống phun đúc nguyên vẹn, hình 1.2a thành cụm ống phun Phân đoạn có ống phun kiểu rãnh tiết diện tròn lối vào tiết diện chữ nhật lối Phân đoạn gắn với thân mặt bích guzông Hình 1.3 Phân đoạn ống phun lắp ghép 1-Ống phun; 2.3-Thân ống phun; 4-Bu lông lắp ghép; 5-Lỗ ghép ống phun;6-Chốt định vị; 7-Lỗ dây cân Phân đoạn ống phun đúc, chế tạo gang đồng thanh, đơn giản chế tạo nhiên thành rãnh ống phun khó làm bóng nên tổn thất dòng chảy qua lớn nên dùng Hình 3.3b kết cấu phân đoạn ống phun có vách ống phun đúc, vách ống phun dập thép chế tạo phân đoạn ống phun Để liên kết chắn chắn cụm thép vách ống phun gờ cánh người ta chế tạo gờ tròn Phân đoạn ống phun ghép với thân guzông Ưu điểm kết cấu kết cấu hình 1.2 hai bề mặt rãnh ống phun (vách cánh) làm bóng dễ dàng làm giảm tổn thất dòng chảy Phân đoạn ống phun kiểu lắp ghép minh họa hình 1.3 Phân đoạn cấu tạo từ cánh ống phun hai vòng kẹp phía phía 3, cánh có chốt lỗ thông với để liên kết với vòng kẹp nhờ đinh tán Khi lắp ráp thân đoạn ống phun, chốt đặt vào lỗ, lỗ chế tạo sẵn vòng kẹp Các đệm hình tròn 8, ghép với hai vòng kẹp nhờ - đinh tán Phân đoạn ống phun ghép với thân guzông 10 có tám ống phun Tất chi tiết phân đoạn chế tạo từ thép Nhược điểm kết cấu việc lắp ráp điều chỉnh cánh, vách với vòng kẹp phức tạp khó tránh rò lọt qua vị trí không khít chi tiết lắp ráp chế tạo không xác biến dạng nhiệt Ống phun đặt đơn lẻ minh họa hình 1.4 Những ống phun chế tạo phay từ phôi hình vòng cắt Hình 1.4 Ống phun hoàn chỉnh thành mảnh chi tiết có kích thước cần 1-Ống phun; 2-3-Thân ống phun; 4- Thân thiết theo cung tròn Hình 3.5a ống phun tua bin; 5- Tấm đỡ; 6- Gu lắp ghép; 7-Dây chế tạo hoàn chỉnh, hình 3.5b lien kết; 8- Gờ ép kín ống phun cách ghép vào thân tua bin, ống phun chế tạo có cung gờ 3, gờ ghép vào rãnh vòng phù hợp thân tua bin 4, gờ đỡ ốp lại nhờ guzông có dây liên kết Gờ đảm bảo ép kín ống phun Tùy chọn số ống phun mà thân tua bin có cung ống phun hay vòng ống Ưu điểm loại ống phun cho phép độ bền prôphin cao, bề mặt làm bóng tốt, nhược điểm phức tạp chế tạo, lắp ráp, khó tránh rò lọt qua khe hở mặt lắp ráp 1.1.2.2 ống phun bố trí bánh tĩnh tầng trung gian Kết cấu ống phun bố trí bánh tĩnh xác định kết cấu bánh tĩnh (xem mục 1.1 1.2) Sau dạng ống phun chế tạo (Hình vẽ 1.5).Tuỳ thuộc vào cách ghép với bánh tĩnh mà có kết cấu khác nhau, Hình 1.5là nhóm ống phun bao gồm ống phun phay có phần chuôi đặt vào gờ vòng bánh Hình 1.5 Thiết bị ống phun chế tạo tĩnh gia công đinh 1- Ống phun; 2- Phần lắp ghép; 3- Bánh tĩnh; tán Rãnh cung chế tạo phù 4- Dãy ống phun hợp với gờ lồi phía để liên kết ống phun với cung Các ống phun có gờ 3, cánh hàn vào bánh tĩnh Các gờ hàn với vách bánh tĩnh, ống phun cắt từ dải prophin dài làm giảm giá thành chế tạo sử dụng rộng rãi 1.1.3 Kết cấu bánh tĩnh, cánh hướng Bánh tĩnh dùng tua bin xung kích nhiều tầng để phân chia hốc phía thân tua bin, thành tầng áp suất riêng rẽ, đồng thời bánh tĩnh có bố trí dây ống phun cánh hướng Mỗi bánh tĩnh chế tạo từ hai nửa: nửa phía bố trí ghép với nửa thân trên, nửa phía ghép với nửa thân dưới, loại làm giảm nhẹ việc chế tạo lắp ráp Bánh tĩnh ghép vào rãnh vòng phía nửa thân tua bin với khe hở theo phương hướng kính dọc trục 0,1 ÷ 0,5 mm Vị trí bánh tĩnh đựơc bố trí cánh vòng nhờ chất đặc biệt Đôi nửa bánh tĩnh treo trục Trường hợp bánh tĩnh lỗ theo hướng kính có khe hở ÷ mm điều làm đơn giản hóa việc đinh tâm bánh tĩnh với thân tua bin cho phép dãn nở nhiệt tự bánh tĩnh bị sấy nóng, phần bánh tĩnh có tiện gờ để ghép làm kín phía Bánh tĩnh cấu tạo thành từ phần gờ, đai phía phụ hợp với rãnh thân tua bin Tổ hợp ống phun, vách làm kín đặt vị trí trục rôto qua lỗ tâm bánh tĩnh, kết cấu bánh tĩnh xác định phương pháp ghép nhóm ống phun với phần đai phần vách Các tua bin tàu thủy áp dụng kiểu bánh tĩnh Kết cấu: Hình 1.6.Kết cấu bánh tĩnh - Chế tạo từ thép đúc gang đúc; 1- Đai; 2- Cánh ống phun; - Hàn kết hợp với phay hoàn chỉnh cánh; - Đúc kết hợp với phay hoàn chỉnh cánh; - Hàn lại từ chi tiết cán rèn Hình 1.6 Minh họa nửa bánh tĩnh đúc Toàn nửa bánh tĩnh ghép với gờ đai 1, cánh ống phun có kết cấu gờ chân để ghép với gờ đai vách Người ta dùng vách bánh tĩnh gờ đai, với cánh chế tạo đúc, rót thép (để chế tạo bánh tĩnh từ thép đúc) không tránh khỏi cháy gờ rìa mỏng cánh hướng đa số bố trí bên khuôn đúc khuôn điền đầy kim loại lỏng Nên vật liệu bánh tĩnh tốt gang Hiện bánh tĩnh chế tạo hàn, chi tiết gờ đai, cánh ống phun vách chế tạo cánh cán rèn hàn lại với thành bánh tĩnh sau đem ủ để khử ứng suất dư Bánh tĩnh chịu tác dụng có thông số cao thân tác dụng rung động, biến dạng nhiệt, uốn bánh tĩnh v.v Bánh chịu lực uốn giảm dần từ tầng đầu đến cuối nên vật liệu chế tạo bánh tĩnh cần đảm bảo độ bền học Bánh tĩnh đúc gang C18 ÷ 36; C21 ÷ 40 C22 ÷ 44 với nhiệt độ dòng nhỏ 2500C ÷ 3000C Các cánh ống phun dập từ thép Niken Crôm Niken ống phun chế tạo từ thép đúc bánh tĩnh dùng phương pháp hàn làm việc với nhiệt độ nhỏ 4000C dùng thép bon mác 15 - 30 40 điều kiện công tác nặng nề dùng thép Crômmôlipđen mác 15 XM, 20XM, 15XMA 1.2 Kết cấu phần động 1.2.1 Kết cấu rô to Rôto (phần quay) tua bin bao gồm: Các đĩa trống quay, cánh công tác, trục, gờ chặn, khớp mối liên kết Trên Rôto hai tua bin phản kích bố trí piston giảm tải (hay piston cân bằng) Theo kết cấu, Rôto chia thành Rôto dạng trống liên hợp đĩa - trống Việc lựa chọn kết cấu Rôto phụ thuộc vào kiểu loại Tua bin Trong tua bin xung kích thường dùng Rôto dạng đĩa phản kích - dạng trống Trong tua bin liên hợp xung - phản kích, người ta dùng Rôto liên hợp Theo phương pháp chế tạo, người ta chia Rôto rèn hàn; Theo số vòng quay công tác, Rôto chia thành Rôto "cứng mềm": Rôto "cứng" công tác số vòng quay thấp nhiều so với vòng quay tới hạn Thực tế số vòng quay công tác chế độ quay định mức n cøng = n kp 1,2 ÷1,3 n mÒm = (1,5 − ) n kp 10 Hình 2.2 Các giai đoạn khởi động Khởi động máy nén thường thực bước sau: Đóng khớp nối ly hợp Chạy động khởi động Bật thiết bị đánh lửa Phun nhiên liệu vào buồng đốt Thông thường chạy động khởi động bật thiết bị đánh lửa thực đồng thời Thời điểm phun nhiên liệu vào buồng đốt cần xác định áp suất dầu đảm bảo chất lượng phun, lượng không khí máy nén cấp vào buồng đốt để nhiệt độ khí cháy trước vào tuabin không vượt giới hạn cho phép loại bỏ khả gây ổn định máy nén hướng trục 2.3 Hệ thống bôi trơn Nhiệm vụ hệ thống bôi trơn tuabin khí cấp dầu bôi trơn tới ổ đỡ tuabin máy nén, bánh truyền động làm mát chúng Dầu bôi trơn sử dụng cho tuabin khí tàu thủy cần đảm bảo yêu cầu: - Tính ổn định cao, không lắng cặn, biến chất Nhiệt độ bốc cháy cao ( nhiệt độ ổ đỡ máy nén tuabin làm việc đạt tới 150÷250оС) Mức độ bay thấp( nhiệt độ sôi phải cao nhiệt độ làm việc lớn khoảng 50 оС) Dầu bôi trơn phải bảo vệ hệ thống không hoạt động, không gây ăn mòn hệ thống bôi trơn 77 Sơ đồ hệ thống dầu bôi trơn tuabin khí tàu thủy tàu chiến chia làm hai nhóm: bôi trơn kiểu áp lực bôi trơn kiểu trọng lực - hệ thống bôi trơn kiểu áp lực dầu đưa tới vị trí bôi trơn nhờ áp lực bơm dầu( bơm dầu thường lai tuabin từ trục máy nén ); hệ thống bôi trơn kiểu trọng lực dầu cung cấp từ két trọng lực đặt độ cao 10-12m phía tuabin để tạo cột áp Bơm dầu có tác dụng chuyển dầu từ két dầu hồi lên két trọng lực Sơ đồ bôi trơn thường sử dụng cho tàu hàng, kích thước buồng máy cho phép treo két trọng lực Hệ thống bôi trơn tuabin khí tàu thủy cấu tạo từ thiết bị sau: bơm dầu bơm dự trữ; phin lọc; bầu hâm; bầu sinh hàn; két dầu (trực nhật, dầu dự trữ, dầu bẩn); két lực; máy lọc ly tâm; bơm chuyển dầu; đường ống Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống bôi trơn tuabin khí ( áp lực trọng lực) 1- Két trực nhật; 2- Két trọng lực; 3- Két dầu dự trữ; 4- Két dầu sau sử dụng ( dầu nóng); 5- Bơm dầu chính; 6- Bơm dầu dự phòng; 7- Phin lọc từ; 8- Phin lọc chính; 9Sinh hàn dầu nhờn; 10- Phin lọc bảo vệ; 11- Bơm chuyển dầu; 12 – Máy lọc Hệ thống nhiên liệu định phải đảm bảo áp lực dầu bôi trơn, áp lực dầu giảm phải tự động chạy bơm dự phòng hay hệ thống chuyển sang bôi trơn phương pháp trọng lực Nếu áp suất dầu hệ thống tiếp tục giảm hệ thống đưa tín hiệu đóng van cấp nhiên liệu tới vòi phun Lượng dầu bôi trơn tuần hoàn turbine khí nhỏ động diesel có công suất tương đương, tiêu thụ dần nhờn turbine nhỏ động diesel ( ví dụ Rolls 78 Royce Marine Spey, có tiêu thụ trung bình dầu nhờn 0.1 lít / h) Sự cung cấp hơn, nhiên, cho thấy dầu chịu ứng suất lớn động điesel tiêu thụ dầu có nghĩa việc làm dầu không thường xảy Ở turbine khí loại dùng cho hàng không, tập trung công suất nhiệt đôi với lượng dầu bôi trơn tương ứng tuần hoàn nhỏ làm nhiệt độ dầu khoảng 200 0C Dầu khoáng không phù hợp với loại turbine chúng nhanh chóng bị ô xy hoá nhiệt độ cao vậy: chất keo, axit, cốc muội hình thành độ nhớt dầu nhanh chóng tăng Do dầu nhân tạo ưa dùng khả có tính chất chịu nhiệt độ cao dầu khoáng Có hai loại dầu bôi trơn giới thiệu tồn tại: “ loại tiêu chuẩn “ loại “ có kìm hãm ăn mòn “ Hầu hết người sử dụng turbine nghiêng loại kìm hãm ăn mòn ( C/I theo ký hiệu Mỹ ) có ưu điểm bảo vệ ổ đỡ chi tiết tốt Lượng tạo cặn lắng thấp, đặc tính chống trương nở tốt khả tương thích với loại làm kín BP Marine - theo giới thiệu đặc tính dầu nhân tạo dành cho turbine khí hàng không Cặn cốc muội dàng cứng, có thành phần rắn bon nhiệt độ cao tạo nên gây tắc đường dẫn dầu Khuynh hướng dầu bị hư tạo cốc gia tăng trình hoạt động turbine khí tàu phà tăng tốc nhanh, dừng đột ngột làm dầu tăng nhiệt độ Hiện tượng trương nở tạo seal kín tiếp xúc trực tiếp với dầu nhân tạo hấp thụ dầu Một lượng trương nở nhỏ tốt cho việc làm kín lớn gây nên hỏng seal kín gây rò dầu Để cải thiện đặc tính trương nở, yêu cầu dầu thành phần chất đàn hồi seal tiếp xúc dầu phải tương thích tất phương diện để tránh hư hỏng Dầu BP Marine dành cho turbine khí, sản phẩm kìm hãm ăn mòn, cho đảm bảo vấn đề có khả ổn định nhiệt, oxy hoá, lẫn nước chống ăn mòn Nó đảm bảo độ nhớt yêu cầu cho hầu hết dầu nhờn nhân tạo dùng cho turbine khí thường cSt 1000C Dầu nhờn tổng hợp nhân tạo cSt Castrol Marin, Castrol 5000, chứng nhận để sử dụng khu vực turbine tàu biển lấy từ ngành hàng không, cam kết có ổn định nhiệt độ chống ôxi hoá cao khả chịu tải lớn Dầu nhân tạo Castrol khác đánh giá có khả bảo vệ chống ăn mòn rỉ tốt Castrol 778 có đặc tính hỗ trợ siêu ổn định mức ô xi hoá Turbine bảo vệ trình khởi động lạnh thời tiết lạnh giai đoạn làm việc nhiệt độ cao lâu dài, cắn lắng bùn tạo nên ngăn lại sau giai đoạn xả cặn lắng kéo dài 2.4 Hệ thống làm mát Làm mát chi tiết tuabin khí làm việc nhiệt độ cao, đảm bảo độ bền cho thiết bị tuabin khí làm việc tất chế độ Hệ thống làm mát tuabin khí gồm: - Hệ thống làm mát nước biển - Hệ thống làm mát băng nước - Hệ thống làm mát không khí 79 Hệ thống làm mát nước biển ( hình 2.4) dùng đển làm mát dầu nhờn, làm mát không khí làm mát nước trường hợp tuabin khí có sử dụng nước làm mát chi tiết Hệ thống làm mát thực cách cấp nước cưỡng bơm ly tâm, bơm hướng trục hay tự chảy Sơ đồ hệ thống làm mát hình thực làm mát phần tĩnh ( thân máy nén, tuabin) Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống nước làm mát tuabin khí 1- Làm mát phần thân tuabin; 2- Làm mát phần thân tuabin; 3- Đường nước làm mát thân ra; 4- Nước làm mát thân ra; 5- Bơm nước làm mát; 6- Bơm dự phòng; 7- Phin lọc; 8- Bơm tuần hoàn nước biển; 9- Phin lọc nước biển; 10- Sinh hàn nước ngọt; 11- Sinh hàn dầu nhờn; 12- Sinh hàn không khí; Làm mát tuabin khí thực nhờ tuần hoàn nước theo rãnh đặc biệt để làm mát nước hay vùng thân tuabin hai lớp Thường hệ thống nước làm mát bao gồm thiết bị sau: két nước ngọt, bơm tuần hoàn bơm dự phòng, sinh hàn nước ngọt, phin lọc Nước sau làm mát làm mát nước biển Hệ thống làm mát không khí dùng để làm mát thân tuabin lưu động thẳng hướng trục ( Hình 2.5) 80 Hình 2.5 Sơ đồ làm mát thân tuabin khí 1- Tuabin; 2- Nồi kinh tế; 3- Đường khí xả; 4- Đường gió làm mát Không khí chuyển động vào khoảng không gian phần vỏ thân tuabin, không khí quét qua thân tuabin theo đường khí xả Không khí sử dụng để làm mát tuabin lấy từ buồng máy, trời hay trích đường gió từ cấp máy nén Làm mát ống phun, cánh động bánh động thường gió trích từ máy nén hệ thống tuabin khí Làm mát chi tiết động có hai dạng phổ biến: làm mát bên làm mát bên Làm mát bên giảm nhiệt độ chi tiết kim loại xuống 50÷70 о С Không khí qua lỗ trục rôto vào khe hở trục rôto cánh hướng, thổi hết đỉnh cánh hướng, chân cánh động hòa trộn với dòng khí tuabin ( Hình 2.6 a) 81 Hình 2.6 Phương pháp làm mát cánh tuabin a- Làm mát bên ngoài; b,c,d- Làm mát bên Ở hệ thống làm mát bên trong, không khí lọt vào cánh động qua lỗ chân cánh Phụ thuộc vào kết cấu làm mát cánh động không khí chuyển động theo rãnh cánh ( hình 2.6 b-c) hay qua khe hở bên vỏ cánh, sau không khí rãnh phía sau hòa vào dòng khí tuabin Sử dụng phương pháp làm mát cánh động cho phép giảm nhiệt độ cánh động kim loại 150÷300 оС Làm mát bánh cánh trục roto tuabin thực không khí theo cách sau: - Phương pháp thổi hướng tâm, không khí cấp qua lỗ trục rô to tới chân bánh cánh chuyển động lên trên; - Làm mát cách phun không khí, không khí phun trực tiếp lên vành đĩa; - Thổi không khí vào khe hở chân cánh động; - Làm mát phương pháp chặn, tạo lớp không khí ngăn cách bề mặt đĩa với dòng khí nóng; - Phương pháp hỗn hợp, kết hợp đồng thời vài phương pháp 2.5 Hệ thống đảo chiều Hệ thống đảo chiều tuabin khí sử dụng để thay đổi chiều qua trục rô to theo hướng ngược lại Thực đảo chiều tuabin hướng trục hay tuabin hướng tâm có khác biệt a) Đảo chiều tuabin hướng trục Để đảo chiều tuabin hướng trục thực theo hai phương án ( hình2.7 ): - Dùng tuabin hành trình lùi riêng, nằm bánh cánh riêng gắn chặt rô to hành trình tiến - Đồng thời bố trí bánh cánh hai tầng cánh động: cánh động hành trình tiến lùi Hình 2.7 Sơ đồ phân bố cánh động tuabin có đảo chiều a- Hành trình lùi lắp bánh cánh riêng; b- Hành trình lùi lắp tầng hai bánh cánh 82 1- Máy nén; 2- Tuabin hành trình tiến; 3- Tuabin hành trình lùi; 4- Cơ cấu phân phối khí; 5- Tầng cánh động thức hai hành trình lùi Thiết bị quan trọng hệ thống đảo chiều tuabin khí hướng trục cấu phân phối khí, nhờ mà dòng khí sau máy nén tuabin dẫn tới tuabin hành trình tiến hay tầng cánh tuabin hành trình lùi Khi bắt đầu thực đảo chiều ta tiến hành phanh hãm hành trình tiến cách dẫn khí tới cánh động tuabin hành trình lùi Khi trục rô to tuabin dừng hẳn cấu phân phối khí hướng toàn dòng khí vào tuabin hành trình lùi Cơ cấu phân phối khí phải có tác động đến lượng nhiên liệu cấp tới vòi phun Trong thực đảo chiều tuabin khí cần thực thao tác sau: Giảm lượng nhiên liệu cấp tới vòi phun tới chế độ không tải; Thực đồng thời cấp khí tới tuabin hành trình lùi giảm từ từ tới không lượng khí cấp tới tuabin hành trình tiến; Tăng lượng nhiên liệu tới vòi phun cấp cho vòi phun tới giá trị tương đương với chế độ hành trình tiến ban đầu Hạn chế phương pháp đảo chiều gây tổn thất quạt gió lớn phải lai thêm tầng cánh không tải Tổn thất chiếm 3÷4% công suất tuabin Ngoài quay không tải tầng cánh bị nóng lên phải tốn thêm chi phí làm mát cho tầng cánh Khi sử dụng cánh hai tầng xuất thêm vấn đề đảm bảo độ bền cho cánh công tác b) Đảo chiều tuabin hướng tâm Hình 2.8 Sơ đồ đảo chiều tuabin hướng tâm 1-Cánh ống phun; 2- Cánh công tác hướng tâm; 3- Cánh hướng hành trình tiến; 4- Cánh hướng hành trình lùi Phương pháp đảo chiều không gây tổn thất quạt gió sử dụng chung cánh công tác cho hành trình tiến lùi Việc đảo chiều thực nhờ thao tác xoay hướng cánh ống phun ( Hình 2.8) 83 2.6 Hệ thống cung cấp không khí xả khí Thiết bị tiếp nhận không khí có tác dụng cung cấp không khí cho động cơ, bảo vệ tuabin khí khỏi vật lạ từ bên ngoài, khí thải,nước biển…phòng ngừa khả bị đóng băng đường không khí vào máy nén Ống tiếp nhận, để nhân không khí từ môi trường, tạo thành dòng không khí Ống tiếp nhận không khí bố trí nơi khả bị lẫn bụi nước biển, khí thải hay loại bụi khác vào đườn không khí Phin lọc để làm không khí trước cấp vào máy nén Thiết bị tiêu âm giảm độ ồn để giảm tiếng ồn dòng không khí; nguyên nhân gây tiếng ồn lớn cửa hút máy nén va đập dòng không khí với dẫn hướng không khí cố định Sinh hàn thiết bị sưởi không khí: làm mát không khí nạp vào máy nén làm tằn hiệu suất hệ thống tuabin khí Không khí làm mát cách qua sinh hàn phun vào không khí hạt nước Khi không khí từ môi trường có nhiệt độ gần оС cộng với độ ẩm cao phải sưởi không khí cách trích đường gió sau máy nén tới khí xả Thiết bị xả khí hệ thống tuabin khí tàu thủy dùng đển đưa khí xả khỏi động với tổn thất nhỏ , có thể: - Giảm tiếng ồn đường khí xả - Cuốn theo phần không khí làm mát - Giảm nhiệt độ khí xả sau tuabin đến giá trị yêu cầu - Dẫn khí xả đến nồi kinh tế 84 Hình 2.9 Sơ đồ thiết bị gom không khí kiểu đứng 1- Ống tiếp nhận; 2- Phin lọc; 3-7-Ống đứng; 4- Sinh hàn; 5- Thiết bị sưởi; 6Thiết bị tiêu âm; 8- Tới máy nén; 9-Thiết bị giảm tiếng ồn 2.7 Hệ thống tự động điều khiển bảo vệ Trong trình khai thác tua bin khí tàu thủy phải thường xuyên thay đổi vận tốc tàu Khi tua bin khí làm việc chế độ khác cần đảm bảo: - Tính kinh tế hệ thống - Nhiệt độ dòng khí trước tuabin không phép vượt khẳ chịu nhiệt phần có dòng khí chảy qua; - Quá trình cháy ổn định, không bị gián đoạn - Máy nén hướng trục không bị rung động mạnh Công suất tua bin khí phụ thuộc vào lượng nhiên liệu phun vào buồng đốt hệ thống điều khiển thường tác động thông qua hệ thống nhiên liệu Thay đổi công suất tua bin khí thực cách vào thiết bị cấp nhiên liệu, tính chất điều khiển phụ thuộc vào dạng vòi phun ( điều chỉnh hay điều chỉnh) phương pháp thay đổi suất vòi phun có điều chỉnh 85 Phụ thuộc vào yếu tố trình điều chỉnh công suất tua bin khí thực theo hai phương pháp chính: điều chỉnh chất lượng khối lượng Điều chỉnh theo chất lượng thực thay đổi nhiệt độ dòng khí trước tua bin thay đổi nhỏ lượng không khí cấp vào buồng đốt Trong trường hợp để giảm tải giảm lượng nhiên liệu phun vào buồng đốt Khi hệ số không khí thừa tăng nhiệt độ dòng khí trước tua bin giảm dẫn tới giảm chênh lệch nhiệt độ dòng khí tua bin giảm công suất hệ thống Điều chỉnh theo chất lượng thực đơn giản làm giảm đáng kể hiệu suất hệ thống có chênh lệch chế độ làm việc động so với tính toán Điều chỉnh theo khối lượng tiến hành thay đổi tần số quay máy nén để tiếp thay đổi lượng không khí cấp tỉ số nén Sử dụng phương pháp làm nhiệt độ dòng khí trước tua bin thay đổi đột ngột dẫn đến ứng suất nhiệt làm ảnh hưởng đến độ bền thiết bị Trên thực tế tua bin khí sử dụng phương pháp điểu chỉnh kết hợp hai phương pháp nhằm tránh thay đổi đột ngột Khi sử dụng vòi phun khả điều chỉnh việc điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp vào buồng đốt nhờ sử dụng bơm nhiên liệu có thay đổi sản lượng thay đổi lượng dầu hồi két trực nhật Ở tua bin khí tàu thủy thường điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp vào buồng đốt thực nhờ vòi phun nhiều cấp nhiểu rãnh Sử dụng vòi phun có nhiều rãnh phun cho phép khoảng thay đổi lớn lượng nhiên liệu cấp giới hạn thay đổi áp suất dầu sau bơm Thiết bị điều chỉnh hệ thống van tiết lưu ( Hình 2.10) Hình 2.10 Sơ đồ điều khiển cấp dầu sử dụng vòi phin nhiều cấp 1- Đường dầu vào; 2- Đường dầu ra; 3- Đường dầu hồi két; 4- Ngăn phân phối dầu; 5- Van tiết lưu; 6- Vòi phun ; 7- Bơm dầu; 8- Tay điều khiển van tiết lưu ( tay ga) 86 Lượng nhiên liệu cấp vào buồng đốt động xác định áp lực dầu ngăn phân phối Khi mở hoàn toàn van tiết lưu lực đẩy lò xo piston nằm phía bên trái đóng đường dầu đến rãnh vòi phun 1K 2K Lúc toàn dầu qua ngăn phân phối đưa trở lại két trực nhật Theo mức độ đóng van tiết lưu áp suất ngăn phân phối tăng lên từ từ piston chuyển động từ trái qua phải, ban đầu mở đường dầu 1K tới rãnh vòi phun ( hình vẽ), nhánh thứ đóng Trong trường hợp điều khiển tua bin điều khiển độ mở van tiết lưu Thông thường việc điều chỉnh tua bin khí làm thay đổi thông số sau: - Lượng nhiên liệu cấp vào buồng đốt; - Nhiệt độ dòng khí trước tua bin; - Tần số quay trục rô to máy nén; - Tỉ số lượng nhiên liệu không khí; Hệ thống bảo vệ tua bin khí để giới hạn công suất động dừng cưỡng tua bin khí xảy cố Thiết bị bảo vệ theo mức độ ảnh hưởng đến khả làm việc động chia ra: hạn chế tới hạn Thiết bị bảo vệ hạn chế làm việc trường hợp tua bin khí vi phạm chế độ làm việc bình thường thời gian ngắn tình trạng làm việc bình thường khôi phục nhờ tác động thiết bị chuyên dụng khắc phục nguyên nhân gây cố Thiết bị bảo vệ giới hạn có: bảo vệ tua bin khí khỏi bin rung máy nén, rung trục rô to tuabin cách tác động làm cho tần số quay trục rô to không tăng thêm nữa, cách giảm lượng nhiên liệu cấp vào buồng đốt tua bin khí Thiết bị bảo vệ sử dụng để hạn chế tần số quay tua bin khí khoảng 100÷110% so với chế độ định mức Khi tần số quay tuabin vượt xa giới hạn cho phép hệ thống bảo vệ tác động ngừng cấp hoàn toàn nhiên liệu vào buồng đốt động Thiết bị bảo vệ tới hạn sử dụng trường hợp vi phạm điều kiện làm việc bình thường tua bin khí mang tính lâu dài việc vi pham dẫn đến cố hệ thống Giới hạn bảo vệ thường : - Bảo vệ theo tần số quay trục rô to tua bin; - Bảo vệ theo tần số quay rô to máy nén - Bảo vệ theo giảm áp suất dầu bôi trơn hệ thống bôi trơn tuabin khí Tất thiết bị bảo vệ giới hạn đưa tín hiệu tới van chặn hệ thống nhiên liệu, ngắt tức thời việc cấp dầu tới vòi phun động CHƯƠNG BẢO DƯỠNG TUABIN KHÍ Trong trình khai thác tua bin khí để tăng khoảng thời gian hai lần sửa chữa tua bin khí phương pháp sau: 87 - Định kỳ làm đường ống cấp gió đường ống khí xả - Nghiêm chỉnh tuân thủ thao tác chuẩn bị nhiên liệu, kiểm tra chất lượng nhiên liệu tình trạng làm việc vòi phun, trì ổn định nhiệt độ cháy tần số quay tua bin - Kiểm tra chất lượng dầu bôi trơn trì khe hở ổ đỡ - Khi khởi động tua bin cần cho tua bin chạy không tải không 10 phút theo hành trình tiến hành trình lùi - Khi dừng hệ thống phải giảm tải từ từ khoảng thời gian 10-20 phút, chuyển sang sử dụng dầu nhẹ Đóng máy via tuần hoàn nước làm mát, dầu bôi trơn khoảng tiếng sau dừng tua bin Turbine khí có công suất định mức thiết lập cho mục đích marketing sản phẩm Công suất điều kiện môi trường định nhiệt độ động ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ chi tiết động Những chi tiết thuộc phần nóng bao gồm buồng đốt cánh hướng turbine áp suất cao Tuổi đời chi tiết vùng nóng định khoảng thời gian lần bảo dưỡng lớn, từ đưa dự trù chi phí bảo dưỡng trung bình Quan hệ thông thường tuổi thọ chi tiết bên nhiệt độ turbine khí tương ứng trường hờp nhiệt độ turbine khí vào turbine biểu diễn hình 3.1 Ở nhiệt bên cao hơn, tuổi thọ chi tiết định nứt giới hạn tuổi thọ giảm nhanh chóng với tăng nhiệt độ; nhiệt độ thấp tuổi thọ chi tiết quýêt định ăn mòn tuổi thọ chi tiết không thay đổi nhanh (Cánh động tua bin hoạt động nhiệt độ cao quay với tốc độ lớn Vật liệu cánh có tuổi thọ giới hạn toàn tỉ lệ với thời gian làm việc mức tải cho trước) Hình 3.1 Quan hệ tuổi thọ chi tiết với nhiệt độ khí vào tua bin Bản chất đường cong hình mô tả cho lựa chọn vùng công suất trình khai thác Khai thác lâu mức công suất chế độ nứt giới hạn giới hạn lớn tuổi thọ chi tiết tuabin khí tăng giá thành bảo dưỡng trung bình thiết bị Do thíêt lập chế độ công suất quanh điểm uốn đường cong có khuynh hướng tạo điểm khởi đầu tốt tương ứng trình khai thác nằm công suất tối ưu chi phí bảo dưỡng hợp lý 88 Hoạt động tàu liên quan tới số đặc tính tiêu biểu với thay đổi công suất cao tới thấp, khoảng nhiệt độ làm việc môi trường Công suất tua bin khí tối ưu giúp tạo công suất tốt động chế độ khai thác, đảm bảo chi phí bảo dưỡng kết hợp với chi phí khai thác khác trình khai thác nhỏ Yếu tố thứ hai ảnh hưởng chi phí bảo dưỡng số chu trình hoạt động khoảng thời gian Do số thiết bị bên làm việc liên tục khoảng thời gian dài, hoạt động với thời gian làm việc ngắn gây tăng giá thành bảo dưỡng trung bình.Khi tăng thời gian hoạt động làm nhiệm vụ, yêu cầu bảo dưỡng tiến định mức công suất điều kiện môi trường đến tuổi thọ thiết bị hệ thống làm việc Tuy nhiên, nhiệm vụ ngắn hạn, thay chi tiết nằm chu kỳ - giới hạn ảnh hưởng lớn tới chi phí bảo dưỡng trung bình Hình 3.2 Bảo dưỡng hàng ngày Turbine khí MT30 Rolls-Royce Bảo dưỡng hàng ngày tàu chủ yếu vào ban ngày, tập trung vào kiểm tra mắt hoạt động động cơ.Việc rửa nước bên thực sau số hoạt động cố định để tẩy rửa cáu cặn muối máy nén mà không làm gây hậu tất yếu làm giảm đặc tính động Chế độ bảo dưỡng xác định thông qua công suất làm việc trực tiếp nhà chế tạo turbine khí.Lịch bảo dưỡng thường yêu cầu người sử dụng, bao gồm lịch tháo kiểm tra toàn động thay thiết bị phục vụ theo lịch trình Sự tính toán thay đổi lớn phụ thuộc vào yếu tố sau, Rolls-Royce nhấn mạnh: -Đặc tính khai thác tàu -Số lần khởi động, dừng giai đoạn chạy không tải chuyến -Nhiệt độ môi trường hoạt động -Yêu cầu động mặt công suất max 89 Các yếu tố sở việc định tuổi thọ định đến chi phí bảo dưỡng động Các tính toán cuối dựa đặc tính chu kỳ đặc tính giới hạn Thực tế tuyến hành trình dài với hoạt động công suất làm việc nhiệt độ cao dẫn đến tuổi thọ động bị rút ngắn Rửa máy nén turbine khí công tác bảo dưỡng hàng ngày quan trọng để trì công suất động Vì máy nén tiêu thụ hai phần ba tổng công suất động chí bẩn cánh nhẹ làm giảm mạnh công suất bên giảm công suất lai tăng chi phí nhiên liệu Việc rửa dừng máy giải pháp hiệu nhằm phục hồi đặc tính khắc phục sụt giảm hiệu suất gây bẩn máy nén Loại rửa làm việc áp dụng động không dễ ngừng để tiến hành phương pháp rửa ngừng máy ( trường hợp tàu khách chuyến dài ) Tài liệu tham khảo 90 PGS TS Nguyễn Hồng Phúc, TS Nguyễn Đại An Hệ động lực nước Trường Đại học Hàng hải 2000 Болдырев О.Н Судовые энергетические установкию Часть I Дизельные и газотурбиные установки Учебное пособие Северодвинск: Севмашвтуз, 2003 А.А Иноземцев, В.Л Сандрацкий Газотурбинные двигатели Авиадвигатель 2006 91