PHẦN I. TUABIN HƠI TÀU THỦY
CHƯƠNG 2. CÁC HỆ THỐNG PHỤC VỤ TUA BIN HƠI TÀU THỦY
2.4. Hệ thống điều chỉnh công suất tua bin hơi
Trong trường hợp chân vịt là định bước và điều kiện hàng hải là cố định thì muốn thay đổi vận tốc tàu phải thay đổi vận tốc quay của tua bin. Sự thay đổi này đồng nghĩa với sự thay đổi công suất của tua bin, mà công suất đó tỷ lệ với vận tốc quay.
Trong trường hợp điều kiện hàng hải thay đổi, ví dụ như trong trường hợp bão tố, sẽ có thể xuất hiện sự thay đổi vận tốc quay của tua bin trong khi đó lượng hơi và nhiệt giáng là cố định. Sự thay đổi này không đồng thời với sự thay đổi của tua bin. Mỗi tua bin với sự điều chỉnh chỉ có một điểm duy nhất của đặc tính phụ tải, mà tại đó hiệu suất của tổ hợp là lớn nhất.
Công suất có ích của tua bin được tính theo công thức:
(ml) . H . G 69 , 5 N
(ml) 623 .
H . N G
e a e
e a e
η η
=
=
Để thay đổi công suất tua bin, ta có thể:
- Thay đổi nhiệt giáng của hơi phân bổ trong tua bin (Ha);
31
Hơi thông số thấp
Bình cân bằng
Pa Pn
Po
- Thay đổi lượng tiêu thụ hơi qua tua bin (G).
Trong thực tế có thể điều chỉnh công suất tua bin hơi theo các cách:
- Thay đổi nhiệt giáng hơi bằng tiết lưu hơi;
- Thay đổi lượng hơi tiêu thụ;
- Thay đổi nhiệt giáng của hơi và đồng thời thay đổi lượng hơi tiêu thụ;
- Điều chỉnh lượng hơi bao gồm hai hoặc nhiều phương pháp trên.
2.4.1.1. Hệ thống điều chỉnh công suất tua bin qua tiết lưu.
Đây là phương pháp điều chỉnh về chất lượng, là phương pháp điều chỉnh đơn giản nhất. Bằng các đóng bớt van hơi chính vào tua bin thì sẽ xuất hiện tiết lưu và giảm lượng hơi tức là thay đổi Ha và G.
Hình 2.5 là sơ đồ điều chỉnh tiết
lưu. Trong trường hợp đóng bớt 1 phần van điều chỉnh khi áp suất của hơi đến tua bin sẽ là P'0 < P0, điểm dãn nở đầu tiên là A1 khi ta so sánh với A0 thì nhiệt giáng lý thuyết H'a < Ha và như vậy công suất cũng giảm theo. Nếu tiếp tục đóng bớt van điều chỉnh thì sẽ dịch chuyển sự giãn nở ban đầu đến các điểm A2, A3...
Khi điều chỉnh bằng tiết lưu cùng với sự giảm áp suất ban đầu là sự giảm lượng hơi qua tua bin, đồng thời hiệu suất có ích ηe cũng giảm vì hiệu suất
chỉ thị ηi giảm. Trong phương pháp điều chỉnh này thì công suất giảm nhanh hơn sự giảm dòng hơi, bởi vì khi đóng hơi nhỏ thì tổn thất trong các van của tua bin là lớn.
Khuyết điểm của phương pháp này là làm cho hiệu suất chung giảm. Do đó phương pháp này chỉ được ứng dụng cho các tua bin có công suất không lớn lắm.
Đối với tua bin chính thì được thực hiện tại van ma nơ chính, còn đối với các tua bin phụ đôi khi người ta lắp thêm van tiết lưu đặc biệt.
32
A0 P0 A1 P'0A3 P''A04 P"0
h a h' a h" a h'" a
A'0
A'1 A'3 A'4
Pk
Hình 2.5. Sự giảm nhiệt giáng lý thuyết trong tua bin khi có tiết lưu.
Hình 2.6. Sơ đồ điều chỉnh theo khối lượng.
1- Vỏ tua bin; 2- Van hơi chính 3a, 3b, 3c- Các van điều chỉnh cho các cụm II, III, IV.
2.4.1.2. Điều chỉnh công suất tua bin theo khối lượng
Nguyên lý điều chỉnh này là dựa trên sự phân chia cụm thiết bị dãn nở của cấp thứ nhất thành vài nhóm mà mỗi một nhóm có chức năng như một van chặn riêng biệt và quá trình điều chỉnh được thực hiện qua việc đóng hoặc mở các van đó. Do đóng hoặc mở các van sẽ làm cho lượng hơi đi vào tua bin thay đổi mà không làm thay đổi nhiệt giáng.
Điều chỉnh theo khối lượng như ở hình 2.6 thì cụm thiết bị dãn nở được chia thành 4 nhóm I, II, III, IV. Hơi đi vào cụm I được điều chỉnh bằng van ma nơ chính số 2, còn lại các cụm II, III, IV được điều chỉnh bằng các van đặc biệt 3a, 3b, 3c.
Ưu điểm lớn nhất của phương pháp này là mở hết van hơi chính và các van điều chỉnh để đạt được chứng giá trị công suất theo yêu cầu, trong khi đó không hoàn toàn xuất hiện tiết lưu của dòng hơi vào tua bin.
2.4.1.3. Hệ thống điều chỉnh công suất tua bin đồng thời cả khối lượng và chất lượng
Phương pháp điều chỉnh này được thực hiện theo các bước sau: Trong tua bin người ta lắp vài nhóm thiết bị dãn nở (như hình 2.7). Khả năng thay đổi công suất của tổ hợp - Trong các trường hợp điêù chỉnh theo khối lượng- có thể được thực hiện ngắt quãng. Ở những giá trị công suất trung bình của tua bin có thể điều chỉnh bằng tiết lưu toàn bộ lượng hơi qua van ma nơ hoặc trên các van của các cụm thiết bị dãn nở. Phương pháp điều chỉnh hỗn hợp này có ưu điểm là điều chỉnh không lớn lắm.
Đồ thị ở hình 4.7 lấy được trong quá trình thực hiện điều chỉnh ở sơ đồ hình 4.6. Ở giai đoạn đầu khi các van 3a, 3b, 3c đóng hoàn toàn, lượng hơi qua cụm I đạt giá trị lớn nhất là G1. Cũng có thể cho tiét lưu bằng van ma nơ 2 và lúc này quan hệ giữa áp suất dòng hơi trước cụm I với G được biểu thị bằng đoạn GA1. Nếu như chúng ta muốn tăng lưu lượng dùng hơi thì mở hết van 3a để đưa cụm II vào làm việc. Lúc này lưu lượng dòng hơi tăng từ G1 đến G1 + G2 và điều chỉnh được thực hiện bằng tiết lưu quan van 2 - đoạn B1A2. Ở đây chúng ta cần lưu ý một điều là nếu như van 3a được mở hoàn toàn ngay từ ban đầu thì dòng hơi dùng điều chỉnh là từ O đến G1 + G2 như vậy trên đồ thị phải là đoạn OA2. Qua đó thấy rằng về mặt năng lượng được tận dụng hơn (do giảm được tổn thất) nếu điều chỉnh dọc theo đường gấp khúc OA1, B1, A2... Tiếp tục mở các van 3b và 3c thì quá trình xảy ra tương tự.
Tiết lưu không xảy ra tại các điểm say đây của đặc tính điều chỉnh A1, A2, A3, A4 có nghĩa là tất cả các van ma nơ và các van điều chỉnh 3a, 3b, 3c để mở hoàn toàn.
33
Ví dụ: Nếu như lượng hơi tức thời qua tua bin là Gx (kg/s) G1 + G2 < Gx < G1 + G2 + G3 + G4 thì trước cụm I, II, III sẽ có một áp suất là Px. Do kết quả đóng một phần van ma nơ nên áp suất có trong van ma nơ này sẽ giảm đi một giá trị là ∆Pzm, độ giảm áp suất ở cấp điều chỉnh thứ I là ∆Pr, độ giảm áp suất của các cấp còn lại của tua bin là ∆P.
Trong trường hợp điều chỉnh hỗn hợp với tiết lưu tại các van điều chỉnh thì cũng hoàn toàn giống như đã thu được trên hình 2.7. Qua cụm I là G1 và sự điều chỉnh của dòng hơi trong khoảng từ O đến G1 được thực hiện trong van ma nơ. Đặc tính điều chỉnh trước cụm I được thể hiện dọc theo đường gấp khúc OA1A2. Ở đây chúng ta cần lưu ý đối với khoảng O-G1 thì thực hiện trong van ma nơ. Đặc tính điều chỉnh trước cụm I được thể hiện dọc theo đường gấp khúc OA1A2. Ở đây chúng ta cần lưu ý đối với khoảng O-G1 thì đặc tính này hoàn toàn giống đặc tính trên hình 2.6 và quá trình là đoạn thẳng OA1. Nếu chúng ta cần tăng lưu lượng lớn hơn G1 thì mở van điều chỉnh 3a với điều kiện mở hoàn toàn van manơ 2. Trước cụm I vẫn chế ngự một áp suất P0, trước cụm II thì áp suất sẽ thay đổi dọc theo đường đặc tính A'1, A'2, A'4. Tương tự khi mở van 3b (thì đặc tính trước cụm III là A'2A3A4) mở van 3c (thì đặc tính trước cụm IV là đường A'3A4).
34
Áp suất hơi trước các cụm II, III, IV thay đổi dọc theo đường đặc tính A1'' A2A4, A2''A3A4, A3''A4.
Ví dụ: Lưu lượng dòng hơi tức thời qua tua bin là Gx (kg/s)
G1 + G2 < Gx < G1 + G2 + G3 + G4
Áp suất hơi trước cụm I và cụm II là P0 và trước cụm II là Px, đến tua bin với dòng hơi không tiết lưu là G1 + G2 (kg/s) còn tiết lưu trong van 3b là Gx - (G1 + G2), (kg/s). Sự giảm áp suất trong cấp điều chỉnh 3b là
∆Pz'r. Sự giảm áp suất trong các cấp còn lại của tua bin với Gx là ∆P.
Quá trình tiết lưu hơi trong các van điều chỉnh được tận dụng hơn trong van ma nơ 2, bởi vì các van
điều chỉnh này thực hiện bằng tay dễ dàng hơn so với van 2.
Điều chỉnh công suất bằng phương pháp chất lượng cùng với số lượng rất được ứng dụng cho các tua bin chính của tàu hàng.
2.4.1.4. Điều chỉnh công suất tua bin theo phương pháp nối tiếp
Với mục đích cần tăng công suất của tua bin thì một phần hơi mới chúng ta không dẫn vào cấp thứ nhất mà dẫn vào các cấp tiếp theo đó.
Khi mở van điều chỉnh 1 (hình 2.8) hơi sẽ đi đến tầng điều chỉnh sau đó đi qua toàn bộ tua bin, với mục
đích cần tăng công suất tua bin thì ta mở tiếp van số 2, lượng hơi đến tua bin được tăng lên (tầng thứ 2 sau tầng kectic). Tiếp tục mở van 3 thì thêm một lượng hơi tức khắc đến tầng thứ 4. Trong trường hợp dẫn hơi mới qua các van phụ (van nối tiếp) trước tầng thứ 4
35
Hình 2.7. Đồ thị (lý thuyết) sự thay đổi áp suất của hơi nước và sau cấp
điều chỉnh hỗn hợp.
Hình 2.8. Sơ đồ điều chỉnh nối tiếp.
1- Van điều chỉnh; 2,3- Các van nối tiếp.
A1 A2 A3 A4 Po I
+II+II+IV
B2
B1 P1
G1 G2 G3 G4
Gx
0 G
(Kg/s) Px
P (at) ÄP rÄP zmÄP
I C
I+II I+II+III
1 3 2
thì áp suất sẽ tăng từ giá trị P1 đến P'1 , cùng với sự tăng dòng hơi qua tầng tiếp theo ở tỷ số P'1/P1 là sự giảm nhiệt trên các tầng nhất định.
Ở tầng thứ nhất sẽ giảm một phần dòng hơi và giảm sự tổn thất nhiệt, nhưng khi có lượng hơi phụ qua van 2 hoặc van 3 thì toàn bộ công suất tăng lên.
Trên các tàu đặc biệt (tàu chiến chẳng hạn) yêu cầu tua bin làm việc với thời gian dài ở dải công suất thấp. Để đảm bảo an toàn ở vận tốc kinh tế và để chắc chắn đạt hiệu suất tốt ở dải công suất thấp thì kết cấu trong tua bin cao áp phải có các tầng đặc biệt, mà ta gọi là các tầng của dải công suất thấp.
Trong hành trình với vận tốc kinh tế hoặc trong thời gian làm việc ở chế độ toàn bộ hay một phần công suất thì hơi phải qua các tầng đặc biệt.
Phương pháp điều chỉnh này gọi là phương pháp điều chỉnh nối tiếp cùng với các tầng của công suất thấp.
Hiện nay tồn tại hai loại kết cấu khác nhau đó là điều chỉnh nối tiếp ở bên trong và điều chỉnh nối tiếp ở bên ngoài.
2.4.1.5. Điều chỉnh công suất của tua bin theo phương pháp hỗn hợp
Trong thực tế điều chỉnh công suất của tua bin thỉnh thoảng chúng ta gặp các hệ thống điều chỉnh hỗn hợp bao gồm hai hoặc nhiều các phương pháp trên.
Các phương pháp điều chỉnh phụ thuộc vào các loại tàu và mục đích sử dụng của tàu.
Trong trường hợp các tàu khách, ngoài công suất khai thác để đạt được một công suất khai thác, có lúc cần công suất để ma nơ, để đạt được công suất này chúng ta có thể ứng dụng phương pháp điều chỉnh số lượng đồng thời với điều chỉnh chất lượng. Còn khi cần công suất cực đại thì điều chỉnh theo phương pháp nối tiếp.
36