K- Máy nén, BĐ- Buồng đốt, T-Tuốc bin khí, M-Động cơ điện, qv- nhiệt dẫn vào chu trình, qr- nhiệt dẫn ra, MPG- Máy phát điện,
Ưu điểm của chu trình này là đơn giản, rẻ tiền trong việc cấp n−ớc làm mát và có hiệu suất cao và biến thiên hiệu suất với độ dốc nhỏ ở những chế độ non tải.
Nh−ợc điểm là công suất riêng nhỏ, trọng l−ợng lớn và tốn nhiều diện tích.
9.1.3.3.Chu trình kín Khờ thaới khọng khờ 1 2 3 4 5 7 6
Chu trình là chu trình phối hợp hơi và khí với quá trình đốt cháy bổ sung. Để nâng cao hiệu suất và công suất riêng ng−ời ta kết hợp chu trình khí có nhiệt độ làm việc cao với chu trình hơi có nhiệt độ làm việc trung bình. Sản phẩm cháy sau khi ra khỏi tuốc bin khí, tiếp cho qua đ−ờng dẫn vào lò hơi, n−ớc trong lò hơi nhận nhiệt và bốc hơi thành hơi quá nhiệt và quay tuốc bin hơi. Ưu điểm của ph−ơng pháp này là tận dụng đ−ợc nhiệt l−ợng và nâng cao hiệu suất của toàn nhà máy, yêu cầu diện tích làm mát ít hơn hệ thống tuốc bin hơi, nh−ng khi vận hành phức tạp hơn.
Hình 9.3. Sơ đồ nguyên lý GT-750- 100.2 công suất 100MW 1.Máy nén cao áp, 2. Buồng đốt, 3. Tuốc bin cao áp, 4. Tuốc bin hạ áp, 5. Máy nén hạ áp, 6. Máy phát, 7. Bộ làm mát KK MP M 7 5 BĐ 3 BT 6 4 2 1
106
Hình 9.4. Chu trình hỗn hợp khí và hơi có đốt bổ sung; M-Độngcơ khởi động; K-Máy nén không khí; T1và T2- Tuốc bin khí;
T3- Tuốc bin hơi; VP- Vòi phun nhiên liệu
9.2. Các phần tử chính của thiết bị tuốc bin khí.
Những phần tử chính của thiết bị tuốc bin khí là máy nén, buồng đốt, tuốc bin khí và bộ trao đổi nhiệt. Cấu tạo chất l−ợng và cách sắp xếp của chúng trong một chu trình làm việc sẽ ảnh h−ởng trực tiếp tới hoạt động của toàn thiết bị tuốc bin khí.
Hình 9.4. Sơ đồ thiết bị tuốc bin khí
TH-bơm nhiên liệu; PM-động cơ khởi động; BK-buồng đốt GT-Máy nén không khí; BK-tuốc bin khí; GET-máy phát điện;
BĐ
VP
107
9.2.1. Máy nén.
Trong thiết bị tuốc bin khí, máy nén đ−ợc dùng để nén môi chất làm việc (th−ờng là không khí) và nhiên liệu khí. Để nén môi chất làm việc ng−ời ta dùng những máy nén loại ly tâm hoặc dọc trục. Để nén các nhiên liệu khí có nhiệt trị 30.106 (Jm-3) phải chọn loại máy nén có thể tích tổn thất khoảng 3% thể tích của môi chất làm việc. Nh− vậy loại máy nén thích hợp chỉ có thể là loại pistông hay loại máy nén ly tâm có số vòng quay rất lớn.
Những yêu cầu kỹ thuật đối với máy nén dùng để nén môi chất làm việc là: 1. Hiệu suất cao (ηk).
2. Độ nén từng cấp cao.
3. Có thể sử dụng tốc độ vòng lớn.
4. Vận hành ổn định trong toàn khoảng làm việc của thiết bị tuốc bin khí 5. Dễ điều khiển về mặt khí động học và cơ học.
Máy nén không khí có những phần tử chính sau:
1. ống hút đảm bảo h−ớng dòng không khí từ một h−ớng nhất định vào h−ớng dọc trục.
2. Rôto dùng để chuyển cơ năng từ trục vào dòng không khí.
3. Stator để chuyển đổi động năng của dòng không khí thành thế năng áp suất. 4. ống thoát sẽ h−ớng dòng không khí ra khỏi máy nén và vào buồng đốt. 5. Các phụ kiện của máy nén (nh− khung đỡ trục, ổ đỡ, bộ phận điều chỉnh chống xoáy dòng, phân phối không khí, dầu...)
9.2.1.1. Máy nén ly tâm
Máy nén ly tâm sử dụng tác nhân của lực ly tâm để nén, khi động năng của dòng này tăng lên nhờ chuyển động qua rôto.
áp suất tĩnh giảm từ P0 xuống P1 tại lối vào rôto sẽ làm tăng tốc độ dòng ở đầu hút. Trong dãy cánh của rôto, không khí đ−ợc nén đến áp suất P12 và nén tiếp theo trong ống lọc tới P2.
−u điểm của loại này là cấu trúc đơn giản và t−ơng đối nhẹ do độ nén ở mỗi tầng cao và có thể làm việc với số vòng quay cao. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nh−ợc điểm là diện tích phía tr−ớc lớn; công suất giới hạn của máy nén nhỏ; rôto đ−ợc sản suất từ thỏi thép hay hợp kim có giá thành cao.
9.2.1.2. Máy nén dọc trục
Nguyên lý nén không khí trong máy nén dọc trục đ−ợc xây dựng dựa trên sự chuyển đổi động năng thành áp suất hoặc trong các dãy cánh tĩnh (stator) hoặc trong các dãy cánh động (rotor) hay trong cả hai dãy cánh của tầng, trong đó ở dãy cánh động năng l−ợng toàn phần tăng lên nhờ cơ công đ−ợc dẫn vào từ rôto. Độ nén của mỗi tầng cánh nhỏ hơn so với độ nén của máy nén ly tâm, nh− vậy ở thiết bị tuốc bin khí cần dùng máy nén nhiều tầng.
Rôto của máy nén dọc trục có thể là loại tang trống giống dạng tang trống ở tuốc bin hơi loại phản lực hay loại trục có lắp đĩa ở tuốc bin dùng trong máy bay công nghiệp.
108
−u điểm của máy nén dọc trọc là công suất giới hạn lớn, có thể đạt đến hiệu suất cao hơn tới 0,9. Máy nén dọc trọc có diện tích mặt tr−ớc nhỏ nên lực cản phía tr−ớc và theo h−ớng ra của dòng nhỏ, vì vậy th−ờng đ−ợc dùng trong thiết bị tuốc bin máy bay. Nh−ợc điểm của máy nén dọc trục là giá thành cao và so với loại ly tâm thì loại này có trọng l−ợng lớn hơn.
Tầng của máy nén theo nguyên lý khí động học có thể xét nh− tầng cánh ng−ợc với tầng cánh của tuốc bin, nhờ đó dòng không khí nhận đ−ợc cơ năng của rôto tuốc bin, làm động năng của nó tăng lên và sau đó chuyển động dần thành thế năng áp suất của dòng không khí. Dòng không khí nén sau khi ra khỏi tầng cuối, đi vào thiết bị cánh h−ớng, ở đó dòng khí có h−ớng dọc trục tr−ớc khi vào ống loe. Trong ống loe không khí còn tiếp tục đ−ợc nén một phần nhờ chuyển động năng của dòng thành áp suất, sau đó không khí ra ống ra 8 và đi vào ống dẫn khí tới buồng đốt.
9.2.2. Buồng đốt
Trong buồng đốt, năng l−ợng liên kết hoá học trong nhiên liệu đuợc giải phóng vào không khí đ−ợc trộn đều đi vào tuốc bin khí nh− dòng khí truyền động (sinh công). Sơ đồ chức năng của buồng đốt đ−ợc vẽ trên hình.
Dòng không khí sơ cấp đi vào không gian buồng đốt qua bộ tạo xoáy của ống phun, trong đó năng l−ợng áp suất đ−ợc biến thành động năng. Dòng không khí sơ cấp trong buồng đốt có thành phần tốc độ vòng quay này tạo nên trong buồng một dòng chảy phức tạp với sự giẩm áp suất ở những đ−ờng kính phía trong. Nhờ vòi phun, nhiên liệu lỏng đ−ợc phun mịn thành những giọt rất nhỏ và có tốc độ t−ơng đối lớn so với không khí. Nhờ hiệu số nhiệt độ lớn mà nhiên liệu bốc hơi mạnh và sau khi hỗn hợp này đạt đ−ợc nhiệt độ bốc cháy thì hỗn hợp bùng cháy. Do sự chênh lập áp suất giữa các vùng, sẽ có một phần sản phẩm cháy quay trở lại những chỗ áp suất thấp và sấy nóng hỗn hợp ch−a cahý, làm cho nhiệt độ của môi chất làm việc tăng lên. Khi phản ứng xảy ra ở nhiệt độ càng cao thì quấ trình cháy sẽ trở nên ổn định hơn. Để tăng nhanh quá trình cháy thì cần thiết phải tạo ra các dòng rối bằng cách đ−a thêm một bộ phận không khí vào phía tr−ớc buồng đốt. Quá trình cháy có hiệu suất cao nhất với hệ số không khí trong khoảng từ α1=1,3 đến 2,2.
* Quá trình làm việc của buồng đốt
Quá trình làm việc của buồng đốt đ−ợc xác định bởi cấu trúc của buồng đốt và bởi những tình trạng vận hành. Quá trình làm việc của buồng đốt bao gồm quá trình cháy đốt cháy nhiên liệu; quá trình hỗn hợp sản phẩm cháy với không khí; các điều kiện làm mát ống lửa; các điều kiện khi phụ tải thay đổi và khi mở máy.