CHƯƠNG 1. KẾT CẤU TUA BIN KHÍ TÀU THỦY
1.1. Kết cấu máy nén tua bin khí tàu thủy
1.1.1. Máy nén hướng trục.
Máy nén hướng trục cấu tạo gồm phần thiết bị hướng gió vào máy nén 5 và cánh công tác hướng trục 2 bố trí trên trục roto 1, cánh hướng 3 cố định trên thân của máy nén 4 (Hình 1.2). Ở máy nén hướng trục chuyển động của không khí chủ yếu theo hướng trục roto trong rãnh cánh công tác.
Hình 1.2 – Máy nén hướng trục động cơ Rolls –Royce Trent 700
1- Roto; 2 – Cánh công tác; 3 – Cánh hướng; 4 – Thân máy nén; 5- Thiết bị hướng gió vào máy nén.
Ở đó không khí được cơ năng từ tuabin, kết quả là áp suất và tốc độ của không khí tăng lên.Sau cánh công tác người ta bố trí các cánh hướng làm cho động năng của không khí chuyển thành thế năng bởi vì tại đây tốc độ của dòng không khí giảm còn áp suất thì tăng. Cánh hướng có tác dụng hướng dòng không khí vào cấp nén tiếp theo.
Nguyên lý hoạt động của máy nén hướng trục nhiều cấp có thể xem xét riêng từng cấp vì các cấp nén làm việc tương tự nhau.
59
Hình 1.3. Sơ đồ 1 cấp nén và sự thay đổi thông số trạng thái không khí qua 1 cấp nén của máy nén hướng trục.
1- Cánh hướng không khí vào máy nén; 2- Cánh công tác; 3- Cánh hướng 1.1.2. Máy nén ly tâm.
Ở máy nén ly tâm, tăng áp suất cho không khí sử dụng hiệu quả ly tâm, bằng cách này áp suất không khí tăng gấp nhiều lần so với máy nén hướng trục. Máy nén ly tâm có ưu điểm kết cấu đơn giản, số lượng chi tiết nhỏ, mức độ nhạy cảm khi thay đổi điều kiện làm việc nhỏ hơn so với máy nén hướng trục.
60
Hình 1.3. Máy nén ly tâm hai cấp của động cơ Rolls – Royce Dart
1- Cánh hướng không khí vào máy nén; 2- Cánh công tác; 3- Ống khuếch tán không có cánh; 4- Đĩa khuếch tán; 5- Ống xả
Một cấp nén của máy nén ly tâm cấu tạo từ cánh hướng không khí vào 1, cánh công tác 2 và cửa ra gồm ông khuếch tán không có cánh 3, đĩa khuếch tán 4, ống xả 5. Cánh công tác quay được dẫn động từ tuabin, năng lượng cơ học chuyển thành thế năng và động năng của dòng không khí. Sự biến đổi năng lượng thực hiện trên cánh công tác nhờ tác động khí động lực học giữa dòng khí với chuyển động quay của cánh công tác. Dòng không khí bị cuốn theo chuyển động xoay.
Mặc dù vậy để giảm các tổn thất của dòng không khí cần có tác động làm giảm tốc độ tương đối của dòng không khí, dòng khí tại lớp biên có thể gần tới vận tốc âm thanh, thậm chí lớn hơn tốc độ âm thanh.
Theo kết cấu của bánh cánh công tác có thể chia ra các dạng sau:
- Kiểu hở ( Hình 1.4a) - Kiểu kín ( Hình 1.4b) - Kiểu nửa hở ( Hình 1.4c)
Bánh cánh công tác dạng hở cấu tạo từ phần ống lót 1 và trên đó cố định các cánh công tác 2 để tạo ra những rãnh cánh ở cả hai phía của cánh công tác và được giới hạn bằng chính phần vỏ cố định của máy nén. Bánh cánh dạng hở là một dạng bánh cánh có ít tính kinh tế do tổn thất lớn, không khí tràn qua đầu mút cánh công tác do khe hở lớn giữa cánh công tác và vỏ máy nén. Dạng cánh này chủ yếu ứng dụng cho một số loại quạt gió hay thiết bị hút khói.
61
Hình 1.4. Dạng cánh công tác a- Dạng hở; b- Dạng kín; c- Dạng nửa hở
1- Ống lót; 2- Cánh công tác; 3- Đĩa bao.
Ở bánh cánh công tác dạng kín, cánh công tác 1 với hai đầu mút được gắn cố định lên đĩa 2 và 3, một trong hai đĩa là đĩa bao. Ở bánh cánh kín cả hai đầu mút của cánh công tác đều kín để không khí không thể tràn qua phần đầu mút cánh.
62
Dòng khí trong cánh cách ly hoàn toàn với tác động của phần khí nằm ở khe hở giữa cánh công tác và vỏ. Vì thế dạng bánh cánh kín có tính kinh tế cao nhất và được ứng dụng trong hầu hết các máy nén ly tâm cố định. Cánh công tác kín thường bố trí đồng tâm với đĩa chính còn đĩa bao gắn cố định bằng bulong hoặc hàn.
Ở bánh cánh nửa hở, cánh công tác một đâu gắn cố định với đĩa còn đầu còn lại giống như bánh cánh hở. Thông thường phần cánh công tác nửa hở cũng được bố trí đồng tâm với đĩa. Dạng bánh cánh nửa hở nếu xét về tính kinh tế thì nằm giữa so với hai dạng bánh cánh trên, nhưng xét trên quan điểm độ bền cơ học thì cánh công tác dạng nửa hở bền nhất bởi vì việc bố trí thêm đĩa bao làm tắng ứng suất lên toàn bộ các phần đĩa chính.
Máy nén ly tâm có thể một hướng và cũng có thể cả hai hướng. Ở máy nén một hướng không khí vào cánh công tác qua thiết bị cánh hướng cố định dạng hướng trục. Còn với máy nén hai hướng thì cánh hướng không khí vào dạng vòng, trên đó có gắn các mặt phẳng hình xuyến.
Nhược điểm của máy nén ly tâm là hiệu suất thấp do tiết diện đường không khí vào nhỏ, gặp khó khăn khi chế tạo máy nén nhiều cấp vì sau khi ra khỏi cấp nén trước muốn hướng vào cấp nén tiếp theo cần có ống ngược hình vòng phức tạp.
1.1.3. Máy nén hỗn hợp hướng trục – ly tâm.
Máy nén hướng trục – ly tâm là dạng máy nén hỗn hợp hiệu suất vào khoảng 83%, phần hướng trục bố trí trong 5÷7 cấp nén đầu và cấp nén cuối là cấp nén ly tâm ( Hình 1.5). Dạng máy nén hỗn hợp này có thể làm giảm hiệu suất chung so với máy nén hướng trục có cùng hệ số nén nhưng không đáng kể, ưu thế của dạng máy nén này là giảm chiều dài và khối lượng.
Hình 1.5. Máy nén hỗn hợp hướng trục – ly tâm động cơ Honeywell T53 63
1- Cấp nén hướng trục; 2- Cấp nén ly tâm.