công tác tuabin
Tuabin xung kích một cấp mặc dù có cấu tạo đơn giản, nhưng trong thực tế ít
được sử dụng vì dù nó có tốc độ quay cao nhưng hiệu suất vẫn thấp { = (0,40,6)} và công suất nhỏ, ngay cả khi có độ giáng nhiệt lớn.
Để hiểu rõ điều này, ta hãy xem xét mức độ biến đổi năng lượng ởđây. Ta biết độ giáng nhiệt: h = iđầu - icuối = Cp(Tđầu - Tcuối).
Xét dòng hơi giãn nở từ mức áp suất p1, thể tích riêng v1 đến mức thông số p2, v2 sinh công l0:
- Công giãn nở do giảm nội năng lgn = u1 – u2, j/kg; - Công ngoại lực lnl = p1v1 – p2v2, j/kg;
Tổng công l0 = lgn + lnl = u1 – u2 + (p1v1 – p2v2) = (u1 + p1v1) – (u2 – p2v2), j/kg (= i1 – i2).
l0 = i1 – i2 =h0: độ giáng nhiệt biến thành động năng rồi sinh công.
Như ta đã biết, khi dòng khí (hoặc hơi) lưu động qua ống tăng tốc (tiết diện nhỏ
dần) thì dC 0 và dp 0 (C.dp = - p.dC), nghĩa là khí (hoặc hơi) giãn nởđến một giá trị xác định nào đó, gọi là mức tới hạn [C = Cth và p = pth] – trạng thái tới hạn, thì tốc độ và áp suất không tiếp tục tăng và giảm nữa. Tỷ số tới hạn được tính theo biểu thức 1 p pth th
- Đối với hơi bão hòa khô: th = 0,577; - Đối với hơi quá nhiệt: th = 0,546; - Đối với không khí: th = 0,528.
Như vậy, ở tuabin xung kích một cấp, hơi chỉ giãn nở một lần, áp suất hơi còn cao, phần lớn năng lượng chưa được sử dụng. Để sử dụng triệt để năng lượng nhiệt của hơi, người ta dùng vòi phun hỗn hợp (ống Lavan) có C0 Cth và p2 pth (xem hình 6.3). Mặt khác, người ta bố trí cho hơi giãn nở nhiều lần.
Đối với dòng hơi có tốc độ cao, nếu chỉ qua một cấp tốc độ thì dòng hơi ra có tốc độ còn dduur lớn (và tuabin có tốc độ cao) và lãng phí. Để sử dụng tốt phần động năng này, người ta chế tạo tuabin nhiều cấp tốc độ.
Hình 6.3- Vòi phun hỗn hợp
Để tránh cho tuabin có tốc độ quay quá cao khi độ giáng nhiệt lớn và có được hiệu suất cao, người ta sử dụng các tuabin nhiều cấp.
6.2.2- Tuabin xung kích nhiều cấp áp lực
Hình 6.4- Cấu tạo của tuabin xung kích 3 cấp áp lực
1. Trục; 2. Bánh công tác (đĩa
công tác) cấp thứ nhất; 3. Bánh
công tác cấp thứ hai; 4. Bánh
công tác cấp thứ ba; 5. Dãy cánh
công tác cấp thứ nhất; 6. Dãy
cánh công tác cấp thứ hai;
7. Dãy cánh công tác cấp thứ ba;
8. Ống phun; 9. Dãy cánh hướng
(ống phun) cấp thứ hai; 10. Dãy
cánh hướng (ống phun) cấp thứ
ba; 11. Cửa xả
Quan niệm ban đầu về cấp áp lực được diễn đạt như sau: Đáng lẽ ra để cho hơi giãn nở từ áp suất ban đầu đến áp suất cuối cùng trong một cấp thì người ta lại bố trí
cho nó giãn nở trong nhiều cấp. Trong mỗi cấp áp lực, độ tụt áp và độ giáng nhiệt không lớn.
Tuabin nhiều cấp áp lực được áp dụng cho cả tuabin xung kích và tuabin phản kích.
Cấu tạo tuabin xung kích nhiều cấp áp lực được thể hiện trên hình 6.4.
Trên trục 1 người ta gắn các đĩa công tác cấp áp lực 2, 3, và 4, trên đó có bố trí các dãy cánh công tác 5, 6, 7. Thân của tuabin được phân cách bởi các tấm ngăn thành những buồng riêng biệt. Ống phun 8 của cấp thứ nhất được đặt trong thành trước của tuabin, còn ống phun 9 của cấp thứ hai và ống phun 10 của cấp thứ ba được đặt trong các tấm ngăn kế tiếp theo.
Nguyên lý làm việc của tuabin như sau: Hơi tươi dưới áp suất p0, tốc độ C0 đi
đến ống phun của cấp thứ nhất, ở đó nó được giãn nở và áp suất giảm đến giá trị ' 1
p
còn tốc độ được tăng lên đến C1. Sau đó, dòng hơi đi đến các cánh công tác 5 và biến một phần động năng thành cơ năng, khi đó tốc độ của dòng hơi giảm từ C1đến C2, còn áp suất trước và sau dãy cánh không thay đổi. Tiếp đến, dòng hơi đi vào ống phun 9 của cấp thứ hai, ởđó nó được giãn nở, áp suất giảm từ '
1
p đến " 1
p và một lần nữa lại tạo ra động năng tương ứng rồi đi vào cánh công tác 7 và biến một phần động năng thành cơ năng như trước (áp suất trước và sau dãy cánh không thay đổi). Sự giãn nở của hơi
ở các ống phun 10 của cấp thứ ba, theo đó là sự biến đổi động năng thành công cơ học trên các cánh công tác 7 cũng được diến ra như ở các cấp 1 và 2. Cuối cùng, hơi có áp suất p2, tốc độ C2đi ra khỏi tuabin và được dẫn đến bình ngưng. Như vậy, sự giãn nở
của hơi từ p0 đến p2 diễn ra không phải chỉ một lần. Nhờ có sự phân bố độ giáng nhiệt như vậy nên tuabin kiểu này có tính kinh tế cao ở tốc độ quay vừa phải.
6.2.3- Tuabin xung kích nhiều cấp tốc độ
Tuabin nhiều cấp tốc độ là loại tuabin mà ởđó người ta bố trí cho hơi tươi giãn nở một lần, nhưng tổ chức nhiều lần biến động năng thành cơ năng nhằm tận dụng triệt
để phần động năng này.
Cấu tạo tuabin xung kích 2 cấp tốc độđược thể hiện trên hình 6.5.
Nguyên lý làm việc của tuabin này như sau: Hơi tươi dưới áp suất p0, tốc độ C0
đi vào ống phun 4 và được giãn nở, áp suất giảm từ p0đến p1, còn tốc độđước tăng lên
đến C1. Sau đó, dòng hơi đi vào dãy cánh công tác thứ nhất, tại đây một phần động năng được biến thành cơ năng (kể cả phần công dùng để khắc phục các tổn thất cơ khí) nên tốc độ của dòng hơi giảm từ C1đến C2. Với tốc độđó, hơi đi vào dãy cánh hướng 2 (cánh hướng có dạng tương tự như cánh công tác, nhưng được bố trí với độ cong theo chiều ngược lại), do các cánh này cố dịnh nên không sinh công, vì thế khi qua đó, tốc
độ dòng hơi chỉ giảm một ít (từ C2đến ' 1
C ) để sinh công khắc phục sức cản có hại. Trên các cánh công tác cấp thứ hai, phần động năng còn lại một lần nữa được biến thành cơ
năng nên sau khi ra khỏi tuabin tốc độ giảm từ ' 1
C đến '
2
Hình 6.5- Cấu tạo của tuabin xung kích 2 cấp tốc độ
1. Dãy cánh công tác cấp thứ nhất; 2. Dãy
cánh hướng cốđịnh; 3. . Dãy cánh công tác
cấp thứ hai; 4. Ống phun; 5. Bánh công tác;