bai giang - phan i - thiet bi tuabin hoi
TRANSCRIPT
BÀI GIẢNG VỀ TUABIN HƠI
CHƯƠNG I - GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Giới thiệu chung
Trước đại cách mạng tháng 10 Nga, việc chế tạo tuabin trong nước Nga phát triển rất
chậm chạp. Tuabin hơi đầu tiên 200 kW đã được sản xuất vào năm 1907, do nhà sản
xuất độc nhất tuabin ở Nga, nhà máy kim khí Pêterbua (nhà máy kim khí Lênin grad
mang tên đại hội XXII Đảng cộng sản Liên Xô hiện nay - ЛMЗ. Sau thời kỳ 1907,
năm 1913 nhà máy này đã sản xuất tất cả 26 tuabin hơi với công suất lớn nhất tổ máy
đơn vị là 1250 kW. Đầu chiển tranh thế giới thứ nhất việc chế tạo tuabin ở Nga thực tế
đã ngừng lại. Việc chế tạo tuabin ở Nga mới phục hồi vào 1923.
Tuabin ЛMЗ: Vào năm 1924, ЛMЗ đã bắt đầu sản xuất với công suất 2000 kW. Sản
xuất tuabin bắt đầu phát triển đặc biệt với tốc độ nhanh trong thời kỳ đầu tiên và đặc
biệt sau 5 năm. Vào năm 1931 ở nhà máy “ con đường đỏ” (nhà máy Kirovxki hiện
nay) ở Lêningad đã bắt đầu chế tạo tuabin công suất nhỏ và trung bình công suất từ
2500 đến 12000 kW, về căn bản của nhiệm vụ vận tải và đặc biệt.
Đến năm 1931 tất cả việc chế tạo tuabin ở Liên Xô đã tập trung ở ЛMЗ. Trong thời
gian 5 năm thứ nhất ЛMЗ đã chế được tuabin công suất đến 50 000 kW.
Đầu tiên với 5 năm lần thứ hai ЛMЗ đã vươn lên chế tạo các tuabin ngưng hơi công
suất 24000, 50000 và 100000 kW tính toán ở thông số hơi 28,5 bar và 400 oC. Cũng
trong thời gian này đã nghiên cứu cấu tạo của tuabin cấp nhiệt công suất 25000 kW
cũng ở thông số hơi và chế tạo mẫu đầu tiên. Ngoài ra ЛMЗ đã chế tạo tuabin có cấp ở
thông số hơi 123 bar và 450 oC. Việc chế tạo tuabin công suất 100000 kW ở 3000
v/ph, duy nhất trong thời gian đó trong nền chế tạo tuabin thế giới, và tuabin cấp nhiệt
nổi tiếng mà ЛMЗ đã đạt lớn nhất.
Năm 1946 - 1947 ЛMЗ khởi xướng sản xuất xeri (thế hệ) tuabin ngưng hơi công suất
từ 25000 đến 100000 kW ở 3000 v/ph với thông số hơi ban đầu 88 bar và 500 oC.
Năm 1952 ЛMЗ đã chế tạo tuabin hơi công suất 150 MW với quá nhiệt hơi trung gian
đến 565 oC, sau đó nhanh chóng vượt lên sản suất seri tuabin công suất 200 và 300
MW, tính với thông số hơi mới 127,5 và 235,5 bar và 565 oC với quá nhiệt hơi trung
gian đến 565 oC được sử dụng rộng rãi trên các nhà máy điện.
Trong 1964-1965 ЛMЗ đã chế tạo tuabin hơi hai trục công suất 800 MW ở thông số
hơi mới 235,5 bar và 560 oC với quá nhiệt trung gian hơi đến 565 oC. Tuabin này được
vận hành ở Claviaxki ΓPЭC. Cũng trên ΓPЭC đã đặt tuabin ЛMЗ một trục công suất
800 MW có thông số hơi mới như tuabin hai trục.
Hiện nay ЛMЗ đang chế tạo tuabin có công suất đơn vị là 1200 MW ở thông số hơi
trên tới hạn.
Tuabin XTΓЗ: Vào năm 1934 nhà máy chế tạo tuabin - máy phát Kharkov mang tên
X.M Kirov (XTΓЗ), đầu tiên chế tạo tuabin một xilanh công suất 50000 kW. Năm
1938, nhà máy này cũng đã sản xuất tuabin công suất 100000 kW ở 1500 v/ph với
thông số hơi 28,5 bar và 400 oC. Những năm sau XTΓЗ cũng đã sản xuất các seri
tuabin hơi công suất 25000 và 100000 kW như tuabin sơ cấp, và kiểu ngưng hơi ở
thông số hơi ban đầu 89 bar và 500 - 535 oC. Ở các nhà máy điện Liên Xô, có các
tuabin hơi XTΓЗ công suất 160, 300 và 500 MW với thông số hơi mới 127,5 bar và
235,5 bar, có quá nhiệt hơi trung gian 565 oC.
Hiện tại XTΓЗ đã phát triển công việc sản xuất tuabin hơi cho nhà máy điện nguyên
tử. Nhà máy đang sản xuất tuabin công suất 75 MW kiểu K-75-30 và 200 MW kiểu K-
220-44 với 3000 v/ph với áp suất hơi mới 29,4 và 43,2 bar, đồng thời tuabin công suất
500 MW, 1500 và 3000 v/ph với áp suất 65 bar kiểu K-500-65 đã hoàn thành đi đến
sản xuất tuabin công suất 1000 MW kiểu K-1000-65 với 1500 v/ph. Các tuabin này dự
định để cho các nhà máy điện nguyên tử Lêningrad, Kolxki, Xmolenxk, Kurk.
Tuabin HЗЛ: Năm 1936 công việc chế tạo tuabin bắt đầu phát triển ở nhà máy chế tạo
máy Nhevxk mang tên Lênin (HЗЛ). Nhà máy ngoài sản xuất tuabin hơi công suất
trung bình để truyền động máy phát điện, còn sản xuất tuabin hơi đặc biệt để truyền
dẫn tàu lửa năng lượng, máy nén và quạt gió, là thiết bị tĩnh tại lớn.
Tuabin YTMЗ: Trước chiến tranh vệ quốc đã bắt đầu xây dựng nhà máy động cơ
tuabin Uranxki (YTMЗ), trong đó chế tạo tuabin cấp nhiệt có cửa trích hơi điều chỉnh
công suất 12000, 25000, 50000 và 100000 MW. Các tuabin YTMЗ được sử dụng rộng
rãi trên các trung tâm nhiệt điện ở Liên Xô và nước ngoài. YTMЗ đã chế tạo các seri
tuabin cấp nhiệt công suất 250 - 300 MW ở áp suất hơi mới 235 bar và nhiệt độ 560 oC
với quá nhiệt trung gian đến 565 oC.
Tuabin KTЗ: Năm 1950 đã bắt đầu xây dựng nhà máy tuabin Kaluzxki (KTЗ), đã sản
xuất tuabin công suất từ 2500 đến 25000 kW, dự tính với thông số hơi 34,5 và 88 bar
và 435 và 535 oC.
Với kế hoạch năm năm phát triển kinh tế quốc dân của Liên Xô 1971 - 1975 dự kiến
đưa vào các nhà máy điện chung có hiệu lực công suất đến 65 - 67 triệu kW, có tính
ưu việt do kết quả của việc xây dựng các nhà máy nhiệt điện với sự thiết lập các khối
năng lượng lớn, trang bị bởi các tuabin ngưng hơi công suất 300, 500, 800 và 1200
MW và tuabin cấp nhiệt công suất 100 và 250 - 300 MW.
Hiện nay, các hãng lớn về thiết bị nhà máy nhiệt điện như Toshiba - Nhật, Misubishi -
Nhật, General Electric (GE) - Mỹ, SIEMENS - Đức, Babcock & Wilcock - Mỹ đã phát
triển rất mạnh và chế tạo những tổ máy công suất rất lớn, tới hàng nghìn MW.
1.2 Lý thuyết cơ bản về tuabin hơi
a) Những khái niệm cơ bản về tuabin hơi
Tuabin hơi còn được gọi là động cơ hơi nước, trong đó thế năng của hơi (có áp suất và
nhiệt độ cao) ban đầu sẽ chuyển hoá thành động năng sau đó truyền cho trục quay làm
quay trục.
Thiết bị tuabin là tổ hợp tất cả trang bị chính và phụ trợ của tuabin, bao gồm: bản thân
tuốc bin, thiết bị bình ngưng, hệ thống gia nhiệt và các đường ống dẫn trong phạm vi
gian tuabin.
Hệ thống thiết bị ngưng hơi là các thiết bị dùng để ngưng hơi thoát ra từ cuối tuabin và
tạo chân không trong bình ngưng. Nó bao gồm bình ngưng, bơm ngưng tụ, bơm tuần
hoàn và ejectơ. Nếu tuabin hơi dùng để kéo máy phát điện thì tất cả các thiết bị bao
gồm tuabin, máy phát, thiết bị ngưng hơi và bộ giảm tốc (nếu có) được gọi là tổ
tuabin máy phát (gọi tắt là tổ máy).
Tuabin dọc trục và hướng kính Nếu cánh động của Tuabin được bố trí thẳng góc với
tâm trục quay tuabin còn dòng hơi lại chuyển động dọc theo trục của nó thì loại tuabin
này được gọi là tuabin dọc trục. Nếu cánh động được bố trí song song với trục quay
còn dòng hơi chuyển động theo hướng kính thì loại tuabin này được gọi là tuabin
hướng kính.
Thông số hơi ban đầu của tuabin (thông số hơi mới) là áp suất po và nhiệt độ to của hơi
ở trước van stop. Thông số cuối (thông số hơi thoát) của hơi là áp suất pk hoặc nhiệt độ
tk của nó ở ngay sau mặt bích của ống thoát tuabin.
Các thông số định mức của tuabin là các thông số tính toán (số vòng quay, áp suất và
nhiệt độ hơi mới, nước, dầu, chân không, v.v) mà nhà chế tạo đã ghi trong lý lịch
tuabin. Với các thông số đó sẽ bảo đảm công suất định mức được bảo hành trong thời
gian vận hành lâu nhất.
Nhiệt độ nước cấp là nhiệt độ của nước tại đầu ra khỏi bình gia nhiệt cuối cùng (theo
chiều chuyển động của nước) trước khi đi vào bộ hâm nước đầu tiên trong lò hơi.
Công suất trong của tuabin là tổng công suất từ các dãy cánh động truyền tới đầu trục
tuabin đã tính đến các tổn thất nhiệt bên trong của tuabin.
Công suất định mức của tổ tuabin là công suất lớn nhất đo được tại đầu cực máy phát
mà tuabin có thể phát huy lâu dài ở các thông số định mức với sự thay đổi trong giới
hạn được nhà máy chế tạo quy định.
Công suất kinh tế của tổ tuabin là công suất ứng với suất tiêu hao hơi bé nhất để sản
xuất ra 1kWh điện năng. Công suất này thường vào khoảng 0,85 ¸ 0,95 công suất
định mức.
Phụ tải của tổ máy là công suất phát ra tại một thời điểm nhất định.
Công suất điện có ích của tổ máy là công suất cấp lên lưới truyền đi khỏi nhà máy.
b) Phân loại tuabin hơi
Có nhiều cơ sở để phân loại tuabin hơi. Căn cứ vào đặc điểm cấu tạo, quá trình nhiệt,
thông số hơi mới, hơi thoát và việc sử dụng các tuabin hơi trong công nghiệp có thể
chia thành các kiểu cơ bản sau:
Phân loại theo tính chất của qúa trình nhiệt: tuabin ngưng hơi, tuabin đối áp,
tuabin ngưng hơi có có trích hơi điều chỉnh.
Phân loại theo số tầng: tuabin một tầng, nhiều tầng. Các tuabin một tầng
(thường công suất không lớn) được dùng chủ yếu để truyền dẫn bơm ly tâm, quạt và
các cơ cấu tương tự khác.
Phân loại theo hướng đi của dòng hơi: tuabin dọc trục, hướng trục (hướng
kính). Tuabin rađian trong đó dòng hơi chuyển động trong mặt trục giao với trục
tim quay của tuabin, đôi khi một hoặc một vài tầng cuối của tuabin nhưng hơi kiểu
rađian lớn được dùng kiểu hướng trục. Tuabin rađian lại được chia loại có cánh
hướng bất động và loại chỉ có cánh làm việc quay.
Phân loại theo số thân máy: một thân, hai thân, ba thân, có thể tới 4 thân với
tuabin công suất lớn trên 800 MW. Các tuabin nhiều xilanh trong đó trục riêng đặt
kéo dài trên xilanh này đến xilanh khác và nối với một máy phát điện, được gọi là
trục đơn; tuabin bố trí các trục song song gọi là nhiều trục. Trong trường hợp sau
cùng là mỗi trục có máy phát điện của nó.
Phân loại theo phương pháp phân phối hơi: phân phối hơi bằng ống phun, phân
phối hơi bằng tiết lưu, phân phối hơi bằng van quá tải, phân phối hơi kết hợp.
Tuabin phân phối hơi tiết lưu, trong đó hơi mới đưa vào qua một hoặc vài van có độ
mở đồng thời (phụ thuộc vào công suất phát) trong thời điểm yêu cầu không bị che
phủ thích ứng. Tuabin với phân phối hơi kiểu ống phun trong đó hơi mới đưa vào
qua hai hoặc một số van điều chỉnh được mở tuần tự. Tuabin với phân phối hơi đi
tắt, trong đó ngoài dẫn hơi mới, còn có hơi mới đi tắt ống phun tầng đầu, còn dẫn
hơi mới đi tắt qua một, hai thậm chí ba tầng trung gian (tuabin cổ xưa).
Phân loại theo tác dụng của dòng hơi: tuabin xung lực, tuabin phản lực. Tuabin
xung lực trong đó thế năng của hơi được biến đổi thành động năng trong rãnh giữa
các cánh bất động hoặc trong ống phun, còn trên các cánh làm việc động năng của
hơi được biến thành công cơ học, trong các tuabin xung lực hiện đại dùng một số
quan niệm ước lệ này, vì trên cánh làm việc chúng làm việc với độ phản lực (nhỏ)
tăng lên từ tầng này đến tầng kia theo hướng của dòng chảy của hơi, đặc biệt trong
tuabin ngưng hơi. Tuabin kiểu xung lực chỉ được hoàn thành với tuabin hướng trục.
Tuabin phản lực trong đó sự giãn nở của hơi trong rãnh hướng và cánh làm việc, ở
mỗi tầng diễn ra ước chừng trong các tầng như nhau. Tuabin này có thể là hướng
trục và có thể là rađian, có thể được hoàn thành với các cánh hướng bất động và chỉ
có cánh làm việc quay.
Phân loại theo thông số hơi vào: i) Tuabin thấp áp (1,2 ¸ 2 bar); ii) Tuabin
trung, làm việc bằng hơi mới với áp suất 34,3 bar và nhiệt độ 435 oC; iii) Tuabin
cao áp, làm việc bằng hơi mới với áp suất 127,5 bar và nhiệt độ 565 oC với quá
nhiệt trung gian hơi đến 565 oC; iv) Tuabin trên cao áp (dưới 220 bar); v) Tuabin
trên tới hạn, làm việc bằng hơi mới với áp suất 235,5 bar và nhiệt độ 560 oC với quá
nhiệt trung gian hơi đến nhiệt độ 565 oC.
Phân loại theo mục đích sử dụng trong nền kinh tế quốc dân: tuabin tĩnh tại với
số vòng quay không thay đổi (dùng để kéo máy phát điện), tuabin tĩnh tại với số
vòng quay thay đổi (dùng để kéo bơm, quạt, máy nén, v.v.), tuabin di động với số
vòng quay thay đổi dùng trong tầu thuỷ và vận tải đường sắt.
Theo đặc tính của quá trình nhiệt: i) Tuabin ngưng hơi với hồi nhiệt. Trong các tuabin
này dòng hơi cơ bản khi áp suất thấp dưới áp suất khí quyển được đưa vào bình ngưng.
Vì nhiệt hóa hơi kín, nhiệt bị mất khi ngưng hơi thoát, ở tuabin kiểu này hoàn toàn bị
mất, để giảm mất mát này, từ các tầng trung gian của tuabin thực hiện trích một phần
hơi không điều chỉnh áp suất để gia nhiệt cho nước cấp; số lượng các cửa trích như
vậy khoảng 2-3 đến 8-9; ii) Tuabin ngưng hơi với một hoặc hai cửa trích hơi điều
chỉnh (theo áp suất) từ các tầng trung gian để sản xuất và cấp cho sưởi (cấp nhiệt), khi
đưa một phần hơi vào bình ngưng; iii) Tuabin đối áp, nhiệt hơi thoát (xả) được dùng
để sưởi hoặc mục tiêu sản xuất. Các kiểu tuabin này, cho dù có vài điều kiện khác có
thể coi như chân không thấp, trong đó nhiệt của hơi thoát có thể được dùng để sưởi,
đun nước nóng hoặc các mục tiêu công nghệ; iv) Tuabin sơ cấp (đưa vào phía trước)
Hình 1.2 - Mặt cắt dọc tuabin xung lực
một tầng cánh1- trục; 2- đĩa; 3- cánh làm việc; 4- ống phun; 5- thân; 6- ống thoát.
(tuabin này cũng như tuabin đối áp) nhưng hơi thoát của nó dùng để làm việc trong
tuabin trung áp. Tuabin như vậy thường làm việc với hơi mới thông số cao và được
dùng khi xếp chồng trong nhà máy điện thông số trung bình với mục đích nâng cao
tính kinh tế làm việc của chúng; v) Tuabin đối áp với điều chỉnh áp suất cửa trích hơi
từ các tầng trung gian. Tuabin kiểu này dùng để cung cấp cho hộ tiêu thụ nhiệt với hơi
có thông số khác nhau; vi) Tuabin hơi xả thải, dùng để sản xuất điện năng, của các hơi
thải của búa máy, máy nén, các máy hơi kiểu pittông; vii) Tuabin có hai và ba áp suất
với sự dẫn hơi thải áp suất khác nhau đến các tầng trung gian của tuabin.
c) Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của tuabin hơi
c1) Kiểu xung lực
Loại tuabin xung lực một tầng là đơn giản nhất, gồm các phần cơ bản sau: (hình 1.2)
ống phun 4, trục 1 và đĩa 2 với các cánh làm việc 3, được lắp
ghép trên vành đĩa. Trục 1 cùng với đĩa 2 tạo thành phần quan
trọng của tuabin và gọi là rôto. Rôto đặt trong thân tuabin 5.
Các cổ trục đặt trên các gối trục.
Sự giãn nở cửa hơi từ áp suất đầu đến áp suất cuối xảy ra
trong một ống phun hoặc cụm ống phun, gắn vào thân trước.
đĩa được quay bằng cánh làm việc. Sự giảm áp suất hơi trong
ống phun kèm theo sự giảm entanpi của nó; trong ống phun
có giáng áp phù hợp, giáng áp này vận dụng nên động năng
dòng hơi. Trong quá trình giãn nở, tốc độ hơi trong ống phun
tăng lên từ trị số ban đầu co trước ống phun đến c1 sau ống
phun.
Trong rãnh cánh làm việc xảy ra sự giảm tốc độ tuyệt đối từ
c1 đến c2; động năng của hơi bị giảm. Sự tác động của dòng
hơi trên cánh làm việc, phần động năng của nó được biến
thành công cơ học trên trục của rôto tuabin. Tuabin mà toàn
bộ quá trình giãn nở và vì vậy hơi tăng tốc, chỉ sảy ra trong
ống phun, còn ở trên cánh làm việc chỉ xảy ra biển đổi động
năng thành công, dòng hơi không giãn nở thêm nữa, thì gọi là
xung lực.
Công suất của tuabin xung lực một tầng ngay khi tốc độ vòng đạt tới 350 m/s, không
vượt quá 500 - 800 kW.
Trục
BN
VP
Ống phun
Dòng hơi
Cánh động
Chiều quay
RôtoVỏ
Hơi mới
PC
VL
Hơi thoát
Mặt cắt
P - Áp suất hơi vào tuabin
V - Tốc độ hơi vào tuabin
N - Ống phun
B - Cánh động
PC - Áp suất thoát
VL - Tốc độ hơi thoát
Tuabin hơi đầu tiên của kỹ sư người Thụy Điển Guxtav Lavan làm việc ở 30000 v/ph
để truyền động mômen quay cơ học yêu cầu, cung cấp bởi bộ giảm tốc. Công suất đơn
vị tổ máy nhỏ, tuabin như vậy độ kinh tế nhỏ, trong loại này cần đặt bộ giảm tốc, lĩnh
vực sử dụng tuabin hơi xung lực một tầng rất hạn chế. Để khắc phục nhược điểm trên,
người ta cũng chế tạo loại tuabin xung lực nhiều tầng cánh.
Trên hình 1.3 biểu diễn quá trình thay đổi trạng thái của hơi trong tầng cách tuabin
xung lực.
Hình 1.3 - Profil và đồ thị thay đổi áp suất dọc theo tầng xung lực
1 - trục; 2 - đĩa; 3 - các cánh động; 4 - ống phun; 5 - thân máy; 6 - ống thoát.
Nguyên lý hoạt động: Hơi quá nhiệt có nhiệt độ và áp suất cao (có thế năng cao) sẽ
giãn nở trong ống phun (giảm áp suất và nhiệt độ - giảm thế năng) để biến thành động
năng sau khi ra khỏi ống phun. Dòng hơi có động năng lớn sẽ đi vào cánh động truyền
một phần động năng của mình cho cánh động làm quay trục tuabin. Trong cánh động
hầu như không có sự giãn nở. Phần nhiệt giáng (độ giảm entanpy của hơi) trong ống
phun cũng là phần nhiệt giáng của toàn tầng. Nhiệt giáng này chính là công suất sinh
ra của dòng hơi có lưu lượng 1 kg/s chuyển động trong tầng cánh.
Mặt cắt
Trục
BN
VP
Ống phun
Dòng hơi
Cánh động
RôtoVỏ
Hơi mới
PC
VL
Hơi thoát
P - Áp suất hơi vào tuabin
V - Tốc độ hơi vào tuabin
N - Ống phun
B - Cánh động
PC - Áp suất thoát
VL - Tốc độ hơi thoát
Chuyển động
c2) Kiểu phản lực
Hình 1.4 - Cấu tạo tuabin phản lực nhiều tầng cánh
1 - tang rôto; 2 và 3 - cánh động; 4 và 5 - cánh hướng; 6 - thân máy; 7 - buồng hơi
mới; 8 - píttông giảm tải để giảm bớt áp lực dọc trục; 9 - ống dẫn hơi; 10 - ống thoát.
Hình 1.5 - Profil và đồ thị thay đổi áp suất hơi qua tầng phản lực
Nguyên lý hoạt động: Hơi quá nhiệt vào ống phun giãn nở giảm áp suất và nhiệt độ
(giảm thế năng) biến thành động năng. Ra khỏi miệng ống phun, hơi có tốc độ cao vừa
chuyền động năng của mình cho cánh động vừa tiếp tục giãn nở giảm thế năng trong
cánh động. Nhiệt giáng của tầng cánh bằng tổng nhiệt giáng trong ống phun với nhiệt
giáng trong cánh động. Độ phản lực của tầng là tỷ số giữa nhiệt giáng trong cánh động
so với tổng nhiệt giáng toàn tầng.
d) Mô tả cấu tạo của tuabin hơi 300 MW
Bộ phận cơ bản của tuabin gồm phần tĩnh (xilanh, vỏ, bánh tĩnh, cánh tĩnh, bệ, ổ trục)
và phần động (rôto, bánh động, cánh động).
1) Rôto:
Rôto tuabin cao áp, trung áp và hạ áp được chế tạo từ các tấm rèn đơn. Các phần của
rôto được nối đồng trục với nhau bởi khớp nối cứng. Trục tuabin được làm đặc. Trên
trục bố trí các vị trí để lắp các tầng cánh, gối trục, các gói chèn. Trên rôto cao áp và
trung áp có một đĩa cân bằng.
Trục được dựa trên các gối trục (ổ đỡ trục). Gối trục phía trước có cấu tạo phức tạp
hơn gối trục phía sau bởi vì ngoài việc đỡ trọng lượng của rôto, nó còn có nhiệm vụ
tiếp thu lực dọc trục sinh ra khi dòng hơi chuyển động qua các cánh quạt của rôto. Cấu
tạo của gối trục phía trước có thể giữ cố định vị trí của rôto đối với thân vì thế nó được
gọi là ổ đỡ chắn.
Ở chỗ trục chui qua thân người ta đặt 2 vòng chèn. Vòng chèn phía trước làm việc
trong miền áp lực cao, dùng để ngăn không cho hơi dò dỉ ra bên ngoài. Vòng chèn
phía sau làm việc trong miền có chân không, dùng để bảo vệ không cho không khí từ
bên ngoài lọt vào phần cuối của tuabin làm xấu độ kinh tế của tubin và làm giảm công
suất của tuabin.
Ở chỗ trục chui qua các bánh tĩnh người ta cũng đặt các vòng chèn trung gian để ngăn
không cho hơi dò dỉ từ tầng này sang tầng khác vòng qua (không qua) dãy ống phun.
Ở đầu trục phía trước thường có đặt những bộ chuyển động bánh răng hoặc bơm dầu
chính. Bơm dầu này dùng để cung cấp dầu cho hệ thống bôi trơn gối trục và để điều
khiển, dẫn động các cơ cấu của hệ thống điều chỉnh tự động tuabin. Tuabin còn có bộ
điều chỉnh tốc độ giới hạn dùng để khống chế số vòng quay của trục không cho vượt
quá số vòng quay định mức 10 - 12%.
Ở đầu trục phía sau có khớp trục nối với trục của máy phát điện, ở bên cạnh khớp trục
là thiết bị quay trục (cũng có loại tuabin đặt ở phía trước). Thiết bị quay trục dùng để
quay trục một cách chậm chạp trong thời gian khởi động và ngừng tuabin cốt để đảm
bảo cho rôto được sấy nóng và nguội đi một cách đồng đều, đồng thời các biến dạng
về nhiệt sinh ra khi đó cũng được phân bố đều đặn.
Để biểu thị tốc độ quay của tuabin thì ở đầu trục phía trước còn liên hệ với một đông
hồ chỉ số vòng quay.
Thân tuabin cũng như thân gối trục đều có mặt bích ngang để tháo lắp rôto được dễ
dàng.
Cấu tạo của tuabin phản lực khác hẳn với tuabin xung lực. Rôto của các tuabin phản
lực thường được chế tạo ở dạng cái thùng không có bánh đĩa động, còn thân thì không
có các bánh đĩa tĩnh. Cánh quạt động gắn trực tiếp lên mặt ngoài của rôto, ống phun
gắn trực tiếp vào thân. Cấu tạo như vậy mụch đích là dễ giảm lực dọc trục mà lực này
có xu hướng đẩy rôto theo hướng chuyển động của dòng hơi. Khi làm việc theo
nguyên tắc phản lực thì lực dọc trục rất lớn bởi vì áp lực ở 2 phía cánh động khác
nhau. Vì thế nếu các cánh động mà gắn ở trên đĩa thì áp lực đó có tác dụng trên toàn
bộ diện tích của các đĩa sẽ tạo nên một áp lực rất lớn. Thậm chí ngay cả khi sử dụng
rôto thùng rỗng mà áp lực dọc trục còn lớn hơn nhiều so với tuabin xung lực.
Để ngăn ngừa sự dò dỉ của hơi bên trong các tầng vòng qua dãy ống phun và dãy cánh
động người ta đặt những răng chèn gắn trực tiếp vào rôto (đối với ống phun) và thân
(đối với cánh động).
Cũng vì trong các tuabin phản lực, lực dọc trục lớn hơn nhiều so với tuabin xung lực,
cho nên để triệt tiêu nó người ta áp dụng một bộ phận đặc biệt gọi là piston giảm tải.
Piston này chịu áp lực của tầng điều chỉnh (thường là tầng xung lực) và được chế tạo
với đường kính lớn hơn các tầng phản lực ở sau tầng điều chỉnh. Vì thế cho nên áp lực
hơi trong buồng điều chỉnh tác dụng lên diện tích mà xác định bằng các hiệu các
đường kính đó sẽ tạo lên một áp lực hướng ngược chiều với lực dọc trục sinh ra khi
tuabin làm việc. Hiện đường kính của piston và các tầng phải được tính toán thế nào
để cân bằng tất cả các lực tác dụng dọc theo trục rôto của tuabin.
Còn tất cả các bọ phận khác của tuabin phản lực cũng có cấu tạo giống như tuabin
xung lực.
Hình 2.1 - Rôto tuabin hạ áp đã lắp vào nửa dưới xilanh
2) Thân tuabin:
Thân (đôi khi còn gọi là xilanh) của tuabin hơi thường có hình dáng phức tạp, kích
thước lớn dần theo hướng chuyển động của dòng hơi và có các chỗ lồi lên, các buồng
để đưa hơi vào, trích hơi ra, ống thoát cũng có hình dáng đặc biệt.
Thân của tuabin dọc trục thường có mặt bích ngang (ở chỗ cắt rời) và 1 hoặc 2 mặt
bích đứng để khi đúc, khi gia công cơ khí và khi lắp rắp được dễ dàng. Tuabin hướng
trục thường chỉ có mặt bích đứng.
Hình 2.2 - Thân (xilanh) tuabin trung áp (NMNĐ Hải Phòng I)
Thân tuabin được chế tạo bằng thép đúc, gang đúc hoặc thép hàn.
Gang đúc dùng cho những thân và những chi tiết làm việc ở áp lực 12 - 16 bar và nhiệt
độ tới 250 °C. Khi dùng loại gang pectit thì có thể làm việc ở nhiệt độ tới 350 °C.
Thân làm bằng thép cácbon dùng cho những thông số hơi 35 - 40 bar, 400 - 425 °C.
Đối với áp lực và nhiệt độ hơi rất cao thì thân được chế tạo bằng các loại thép hợp kim
đặt biệt có cấu trúc ôtstenit pha thêm crôm, niken, môlipden, vanađi và vonfram.
Để giảm nhẹ điều kiện làm việc cho vật liệu của thân, người ta cố gắng hạn chế kích
thước bề mặt của thân khi chịu tác dụng của nhiệt độ cao (cao hơn 425 - 450 °C). Khi
nhiệt độ hơi lớn hơn 550 - 575 °C người ta làm thành hai lớp hoặc gọi là thân kép, ở
giữa thân trong và thân ngoài có chứa hơi với thông số trung bình được lấy từ 1 tầng
trung gian nào đó đưa vào. Vì vậy, các bề dầy của tường thân và các mặt bích nối của
thân trong cũng ngư thân ngoài có kích thước nhỏ hơn nhiều so với thân đơn (1 lớp).
Do những điều kiện làm việc nhẹ nhàng của ngoài cho nên có thể cho phép chế tạo
bằng thép cacbon.
3) Cánh tuabin:
Các cánh phản lực được lắp trực tiếp trên trục, chiều cao của cánh tăng dần từ “đầu”
đến “cuối” tuabin. Cánh ở những tầng đầu được lắp trên trục bằng mộng chữ T. Trên
mỗi cánh này có các vấu để lắp đai. 3 tầng cánh cuối của hạ áp không được lắp đai.
Các tầng cánh cuối tuabin dạng cánh "xoắn", chân cánh được lắp mộng “cây thông
ngược”. Trên mép vào của các cánh được tôi cứng giúp cho cánh chịu được sự va đập
của những hạt hơi ẩm. Lớp tôi cứng này có chiều dài xấp xỉ 1/3 chiều cao cánh và
chiều rộng xấp xỉ 25mm. Những hạt ẩm nếu không được tách ra nó sẽ mài mòn cánh
động và làm giảm hiệu suất tuabin do đó làm giảm hiệu suất của Nhà máy. Để tách
những hạt ẩm, trên cánh tĩnh có xẻ những rãnh so le nhau dọc theo chiều cao cánh, và
làm những vấu trên vỏ trong của xi lanh. Màng ẩm dần dần dịch chuyển ra xa tâm
rôto và gom lại trên các rãnh sau đó chảy về các cửa trích hoặc bình ngưng.
Do khe hướng trục giữa các cánh động và cánh tĩnh lớn, nên quá trình vận hành sẽ
không bị ảnh hưởng bởi độ chênh giãn nở kể cả khi khởi động và ngừng tuabin.
Các cánh tĩnh có chân dạng chữ T ngược hoặc chữ L và lớp bao ngoài được chế tạo
cùng loại vật liệu với các cánh động.
Các cánh động cuối cùng đứng tự do hoàn toàn, không có dây đai hay vành bao. Vì
không có cụm cánh liên kết bằng dây đai, nên sẽ không tạo ra độ rung do kết nối cụm,
mà chỉ tạo thành độ rung đơn và nhỏ. Các hàng cánh tĩnh của tầng cuối cùng vỏ hạ áp
được chế tạo bằng thép tấm.
a) Cánh động tuabin hạ áp đã lắp trên rôto (NMNĐ Hải Phòng I)
b) Cánh tĩnh lắp vào vỏ tuabin
Hình 2.4 - a) Cánh tĩnh, b) cánh động tuabin hơi
4) Vỏ tuabin:
Tuabin cao áp
Tuabin cao áp gồm vỏ ngoài loại thùng, vỏ trong có bích đứng và cụm răng chèn. Vỏ
ngoài phân bố dòng hơi chính đối xứng ở hai bên. Đặc biệt vỏ ngoài có khả năng đỡ
cho vỏ trong dịch chuyển và quay tự do khi ứng suất nhiệt vượt quá giá trị cho phép,
do đó có thể linh hoạt trong vận hành, cho phép khởi động nhanh và thay đổi tải
nhanh.
Vỏ trong, nằm trong vùng áp suất cao, có rãnh trượt theo chiều thẳng đứng và có thể
xoay đối xứng.
Trên vỏ của tuabin cao áp có lắp 4 van điều chỉnh để đưa hơi từ hai van Stop vào
tuabin.
Tuabin trung áp
Tuabin trung áp có kết cấu vỏ kép và dòng đơn. Tuabin trung áp có lắp 2 tổ hợp van
điều chỉnh, mỗi tổ hợp gồm: 1 van chặn và 1 van điều chỉnh để điều khiển dòng hơi từ
bộ quá nhiệt trung gian vào tuabin trung áp.
Vỏ trung áp có kết cấu 2 nửa nằm ngang bao gồm vỏ ngoài và vỏ trong. Vỏ trong và
vỏ ngoài được lắp với nhau bằng động lực.
Tuabin hạ áp
Tuabin hạ áp có kết cấu 3 vỏ. Cụ thể tuabin hạ áp gồm vỏ ngoài, vỏ trong 1 và vỏ trong 2.
Kết cấu 3 vỏ này để tránh biến dạng nhiệt do độ chênh nhiệt độ lớn.
5) Gối đỡ:
Ví dụ với tuabin của Nhà máy Nhiệt điện Hải Phòng (300 MW) có 4 gối trục, gối số 1,
3 và 4 là gối đỡ đơn; gối số 2 là gối đỡ chặn. Gối đỡ chặn có tác dụng đỡ và chặn rôto
không dịch chuyển do lực phản lực của dòng hơi. Khi tuabin khởi động và ngừng, dầu
từ bể dầu bôi trơn được bơm để nâng trục tuabin nhờ bơm nâng trục (JOP). Trong quá
trình vận hành bình thường, dầu bôi trơn được cấp vào gối trục nhờ bơm dầu chính
(MOP) hoặc bơm dầu khẩn cấp (EOP) trong trường hợp hai bơm dầu chính không làm
việc được.
Tuabin sử dụng ổ trượt, bề mặt trong của ổ có một lớp ba-bít. Trên ổ trục có các đường
dầu cấp của JOP (từ phía dưới ổ trục) và đường dầu bôi trơn lúc vận hành bình thường.
Hình 2.5 - Gối đỡ sau tuabin trung áp và vành chèn
6) Bộ quay trục tuabin:
Bộ quay trục tuabin - máy phát có tác dụng quay rôto tuabin với tốc độ từ 50 đến 100
vòng/phút khi tuabin khởi động và ngừng tránh cho rôto bị cong do giãn nở nhiệt
không đều. Bộ quay trục được đặt ở phần đầu tuabin, nó gồm một động cơ quay trục
và bộ ly hợp kiểu thuỷ lực.
Khi tuabin ngừng, tốc độ giảm xuống 400 v/ph quay trục tự động vào làm việc; khi
tuabin khởi động bộ quay trục tự động tách ra khi tốc độ tuabin đạt 500 v/ph.
Bộ quay trục được làm bằng vật liệu 42CrMo4, nó có độ cứng ≥ 650 N/mm2, ứng suất
uốn 900 ÷ 1100 N/mm2.
7) Bộ chèn hơi tuabin:
Các bộ chèn được bố trí ở đầu trục các phần của tuabin, đỉnh ống phun và đỉnh cánh
động. Nhiệm vụ của bộ chèn phần cao áp và trung áp là ngăn chặn hơi rò ra ngoài và
bộ chèn phần hạ áp ngăn chặn không khí từ môi trường lọt vào tuabin hạ áp. Các bộ
chèn phần trung gian cũng có nhiệm vụ ngăn hơi lọt qua đỉnh cánh động hoặc đỉnh ống
phun.
Lượng hơi sau khi chèn được đưa về bình ngưng hơi chèn nhờ quạt hút hơi chèn. Khi
tuabin mới khởi động dùng nguồn hơi tự dùng để chèn trục tuabin, sau khi tuabin hoạt
động ổn định nguồn hơi tự dùng làm việc ở chế độ dự phòng, nguồn hơi chính để chèn
là hơi rò từ các bộ chèn phần cao áp, trung áp. Các bộ chèn ở đỉnh cánh của các phần
cao và hạ áp có cấu tạo khác nhau.
p
CHƯƠNG 2 - QUÁ TRÌNH DÒNG HƠI TRONG TẦNG CÁNH TUABIN
2.1 - Quá trình giãn nở của dòng hơi trong tầng cánh tuabin trên đồ thị i-s
Xem sách tuabin hơi của Thầy Tuệ + Bài giảng viết tay của P.V.Tân
2.2 - Tam giác tốc độ của tầng cánh tuabin
Xem sách tuabin hơi của Thầy Tuệ + Bài giảng viết tay của P.V.Tân
2.3 - Công và công suất của tầng cánh tuabin hơi
Xem sách tuabin hơi của Thầy Tuệ + Bài giảng viết tay của P.V.Tân
2.4 - Tuabin hơi nhiều tầng cánh
Xem sách tuabin hơi của Thầy Tuệ + Bài giảng viết tay của P.V.Tân
2.5 - Các loại tổn thất năng lượng trong tuabin hơi
Xem sách tuabin hơi của Thầy Tuệ + Bài giảng viết tay của P.V.Tân
CHƯƠNG 3 - ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ TUABIN HƠI
3.1 - Vận tốc tuabin
Khi tuabin quay, nó kéo máy phát điện quay theo và sinh công suất điện. Khi công
suất điện yêu cầu thay đổi sẽ làm thay đổi mômen hãm rotor của máy phát, gây ra mất
cân bằng giữa mômen cung (mômen trên trục tuabin) với mômen cầu (mômen hãm
của máy phát). Kết quả gây ra thay đổi tốc độ vòng quay tuabin dẫn đến thay đổi tần
số dòng diện máy phát.
Phương trình cân bằng mômen của hệ tuabin-máy phát:
MT = ME + Mms + (IT + IMP). [N.m]
Trong đó:
MT: Là mômen quay trên đầu trục tuabin, do dòng hơi giãn nở sinh công.
ME: Là mômen quay cần thiết để sinh công suất điện của máy phát.
Mms: Là mômen cản của các loại ma sát của hệ thống.
IT và IMP: Là mômen quán tính của rôto tuabin và máy phát.
: Là tốc độ góc của chuyển động quay hệ rôto tổ máy.
Khi hệ thống (tổ máy: tuabin-máy phát) làm việc ổn định thì tốc độ của nó không đổi,
ta có: = 0 MT = ME + Mms.
Khi hệ thống mất cân bằng, giả sử do nhu cầu tăng công suất điện (ME tăng), khi đó
nếu MT chưa kịp thay đổi thì phải là số âm (tốc độ quay giảm dần). Muốn tốc độ
quay tuabin không thay đổi, tương ứng với tần số dòng điện máy phát không đổi ( =
2..f), bộ điều tốc tuabin phải làm nhiệm vụ xác lập lại cân bằng cho hệ thống ổn định
ở chế độ công suất mới.
Bộ điều tốc phải điều chỉnh để tăng công suất do dòng hơi sinh ra làm công suất trên
trục tuabin tăng, lập lại cân bằng cho tổ máy ở chế độ công suất mới với số vòng quay
không đổi n = 60f = 60 x 50 = 3000 v/ph.
3.2 Bộ điều tốc bằng cơ khí
Hệ thống điều chỉnh tốc độ vòng quay và bảo vệ vượt tốc tuabin có sơ đồ nguyên lý
như sau:
Hình 3.1 - Sơ đồ điều chỉnh có cần liên hệ tác động trực tiếp
Trong sơ đồ điều chỉnh trực tiếp trên, khâu trượt 4 của điều chỉnh ly tâm 3 nhờ cần 2
liên hệ trực tiếp với van điều chỉnh 1. Từ rôto tuabin nhờ vít truyền 6 truyền chuyển
động quay cho trục đứng 5 và trên đó bơm dầu 7 và bộ điều chỉnh ly tâm 3.
Khảo sát tác động của hệ điều chỉnh khi thay đổi phụ tải của tổ tuabin máy phát. Khi
giảm phụ tải sô vòng quay của rôto tăng lên, do đó đối trọng của bộ điều chỉnh văng ra
nâng khâu trượt 4 lên. Khâu trượt chuyển dịch gây sự chuyển dịch điểm б của cần 2 đi
xuống dưới., làm van điều chỉnh khép lại. Giảm hơi vào tuabin và tạo lập chế độ làm
việc mới của tuabin máy phát. Khi phụ tải tăng lên tác động của hệ thống xảy ra trình
tự ngược lại.
Vì rằng lực truyền động của bộ điều chỉnh không lớn, nên điều chỉnh trực tiếp có thể
chỉ dùng trong tuabin có công suất không lớn (không lớn hơn 50-60 kW) chúng có các
van điều chỉnh không lớn.
Đối với tuabin công suất trung bình và lớn, sự chuyển dịch của các van điều chỉnh với
các lực hơi lớn tác động lên van, mà với bộ điều chỉnh trực tiếp không thể thực hiện
được, trong trường hợp này trong sơ đồ điều chỉnh giữa bộ điều chỉnh tốc độ và van
điều chỉnh được đưa vào cơ cấu phụ trợ - bộ khuếch đại.
Cấu tạo của bộ khuếch đại cần đáp ứng yêu cầu sau:
1. Tạo lực đủ để tức thì chuyển các van điều chỉnh.
2. Khi khâu trượt của bộ điều chỉnh bất động bộ khuếch đại cần bất động và đảm bảo
giữ ở trạng thái ổn định và tĩnh tại.
3. Khi khâu trượt của bộ điều chỉnh chuyển dịch chính xác của bộ khuếch đại cần được
chuyển dịch tức thì và tương ứng chính xác với sự chuyển dịch của khâu trượt.
Trong ngành chế tạo máy tuabin được dùng bộ khuếch đại thủy lực với bơm, bơm
được truyền động trực tiếp từ rôto tuabin chất lỏng làm việc có chất lượng đối với bộ
khuếch đại là dầu, dầu cũng dùng trong thiết bị tuabin để bôi trơn các gối trục. Khẳng
định phẩm chất của dầu là không gây han gỉ kim loại và không phải yêu cầu bôi trơn
thêm nữa cho bộ khuếch đại. Nhược điểm chủ yếu của dầu là mất an toàn do bị cháy.
3.3 Bộ điều tốc bằng thuỷ lực
Hình 3.2 - Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ quay của tuabin kiểu gián tiếp (thuỷ lực)
Trên hình thể hiện: 1 - cơ cấu cảm nhận tốc độ kiểu quả văng; 2 - khớp trượt; 3 - bánh
răng côn chuyển hướng trục quay; 4 - bơm dầu áp lực điều chỉnh; 5 - vỏ ngăn kéo; 6 -
píttông của ngăn kéo; 7 - khoang dầu sécvô; 8 - vỏ sécvô; 9 - van điều chỉnh lưu lượng
hơi vào tuabin; abc - cần điều chỉnh và phản hồi; K0 - ngăn kéo; K và K1 các cửa dầu
của ngăn kéo.
Nguyên lý hoạt động: Khi nhu cầu phụ tải điện giảm, mô men yêu cầu của máy phát và
do đó công suất đầu trục tuabin sinh ra cũng cần giảm. Tuy nhiên, ngay tức khắc chưa
thể giảm do lưu lượng hơi vào tuabin vẫn chưa thay đổi. Khi đó tốc độ quay của tuabin
tăng lên do mô men sinh ra lớn hơn mô men cần cung cấp. Bộ cảm nhận tốc độ bằng
quả văng nhận được tín hiệu này sẽ nâng cao độ văng, kéo điểm a lên làm kéo theo
khớp trượt 2 đi lên. Do quán tính và áp suất dầu trong sécvô lớn hơn nhiều so với
trong ngăn kéo nên tạm thời điểm c đứng yên. Vì thanh abc cứng nên kết quả là điểm b
chuyển động lên trên một chút. Ngăn kéo K và K1 được cân chỉnh vị trí trước sao cho
khi điểm b chuyển động lên, dầu áp lực sẽ tràn qua ngăn kéo K phía trên đi sang
khoang trên của sécvô. Dầu có áp lực sẽ đẩy píttông trong sécvô đi xuống đóng bớt
van hơi làm giảm lưu lượng hơi vào tuabin. Dầu bên dưới píttông sẽ bị ép qua khe
dưới của píttông trong ngăn kéo K1 xả ra ngoài hệ thống theo đường xả dưới. Trong
khi lưu lượng hơi giảm dần, điểm c chuyển động xuống dưới và tốc độ quay dần dần
giảm sẽ dẫn đến triệt tiêu xu hướng chuyển động lên của điểm a. Kết quả cuối cùng sẽ
dẫn đến cân bằng ở một giá trị tốc độ quay không đổi ứng với một giá trị xác lập về
lưu lượng hơi vào tuabin đủ cân bằng mô men sinh ra của nó so với mô men cần cung
cấp cho máy phát điện. Do đó, tốc độ quay của tuabin được điều khiển ổn định.
Nguyên lý trên đúng cho đa số tuabin hơi hiện nay trên thị trường chỉ có khác nhau về
cơ cấp cảm nhận tốc độ và cấu trúc lập trình tự động trong phần van điều khiển.
Sơ đồ điều chỉnh gián tiếp với liên hệ thủy lực, với bộ khuếch đại đưa dầu vào một
phía và tiết lưu bằng pittông, trình bày trên hình 4.3a, b.
Hình 3.3 - Sơ đồ điều chỉnh gián tiếp với liên hệ thủy lực với bộ khuếch đại có dẫn dầu
vào 1 phía và với pittông lưu thông
Khâu trượt của bộ điều chỉnh tốc độ 4 (hình 31 a) liên hệ trực tiếp pittông 3, nó điều
chỉnh hé mở cửa prôfil (cửa có dạng đặc biệt) trong ống bạc 1. Ống bạc là cơ cấu điều
khiển (bộ đồng bộ) của sơ đồ điều chỉnh, nó có thể chuyển dịch theo hướng dọc trục
bằng cách quay bằng tay hoặc bằng môtơ bằng hệ răng vít trong thân ống bạc. Trục
đứng nối với bơm 7 và bộ điều chỉnh tốc độ 4, trục này nhận truyền động từ rôto
tuabin nhờ có cặp bánh răng - trục vít 5.
Dầu đưa vào bơm 7 từ bể chứa 8 qua ống dẫn có đặt lưới lọc 9 và sau đó vào hệ thống
điều chỉnh quan van kim 6 và vào hệ thống bôi trơn qua bộ tiết lưu 10. Trước bộ tiết
lưu đặt van an toàn 11, tác động xả dầu về bể khi áp suất dầu cao quá quy định. Dầu
đưa vào hệ thống điều chỉnh, được đưa vào khoang của bộ khuếch đại (xecvômôtơ) và
đồng thời được xả qua van kim thứ hai 6, cửa xả prôfil trong ống bạc 1 và ống xả 2.
Pittông của xecvômôtơ 13 tỳ 1 phía vào lò xo 14, còn phía kia là áp suất dầu. Lò xo 14
của các van điều chỉnh 12 ở vào trạng thái bị nén và luôn luôn có xu hướng đóng
chúng. Mở van 12 thực hiện bằng áp suất dầu, bằng khắc phục lực nén của lò xo.
Nghiên cứu sự làm việc của sơ đồ điều chỉnh khi thay đổi phụ tải của tuabin – máy
phát. Khi phụ tải giảm số vòng của rôto tăng lên, khâu trượt của bộ điều chỉnh tốc độ
và pittông phân phối 3 sẽ chuyển dịch xuống dưới. Tiết diện của cửa xả trong ống bạc
1 tăng lên; áp suất dầu trong ống dẫn dầu, nối xecvômôtơ của van điều chỉnh 12 giảm
xuống và van 12 khép lại. Lưu lượng hơi và phụ tải giảm tương ứng, các van điều
chỉnh khép lại cho tới khi khôi phục sự cân bằng của lực lò xo và áp suất của dầu mới
ngừng lại.
Trong trường hợp này lò xo là “liên hệ ngược” ngăn cản sự chuyển dịch của pittông
của xecvômôtơ.
Trong sơ đồ trên, pittông của bộ khuếch đại và khâu trượt của bộ điều chỉnh tốc độ
không có liên hệ cứng vì vậy sự thay đổi thông số hơi, lực ma sát trong bộ điều chỉnh
tốc độ, trong bộ khuếch đại, trong các van điều chỉnh, áp suất dầu trên đầu ra của
bơm .v.v..gây nên sự chuyển dịch của pittông của bộ khuếch đại, không phụ thuộc vào
vị trí của khâu trượt của bộ điều chỉnh.
3.4 Bộ điều tốc điện tử
Hệ thống điều chỉnh tuabin nhà máy nhiệt điện hiện nay thường là hệ điều chỉnh EH
(điện - thuỷ lực, điện tử - thuỷ lực). Hệ thống điều chỉnh các cơ cấu chấp hành của các
van Stop và van điều chỉnh bằng xung dầu thông qua tín hiệu điện từ DEH (Digital
Electrical Hydraulical) gửi tới. Trong hệ thống này, việc cảm nhận tốc độ quay tuabin
được thực hiện bằng các đầu đo tốc độ dạng quang --> điện tử. Dầu áp lực cao cung
cấp cho hệ thông điều chỉnh và bảo vệ tuabin được lấy từ đầu ra của bơm dầu chính
(trong chế độ vận hành bình thường) và từ đầu đẩy bơm dầu khởi động cao áp (trong
chế độ khởi động và dừng). Xung dầu dùng để điều chỉnh cơ cấu chấp hành của van
điều chỉnh được lấy từ bộ biến đổi điện - thuỷ lực (EH) MOOGDDV634. Bộ biến đổi
EH nhận tín hiệu điều khiển điện từ DEH (Digital Electrical Hydraulical) để thực hiện
điều chỉnh xung dầu tác động vào ngăn dưới cùng của van phân phối của cơ cấu chấp
hành van điều chỉnh. Từ đó điều chỉnh độ mở cửa dầu vào hoặc ra secvormotor của cơ
cấu chấp hành của van điều chỉnh. Để đảm bảo chất lượng dầu cho bộ biến đổi điện -
thuỷ lực MOOGDDV634 thì trong hệ thống dầu phải trang bị các bộ lọc trên đường
dầu vào.
Thực hiện mở van “Stop”cũng được điều khiển bởi bộ điều chỉnh DEH thông qua van
phân phối khởi động (starting pilot valve) còn việc đóng van Stop thì được điều khiển
bởi DEH thông qua cụm van điện từ của AST (Automatic Start Up System) để xả bớt
dầu trong hệ thống bảo vệ, từ đó xung dầu sẽ tác động vào cơ cấu chấp hành của van
Stop để thực hiện đóng nó lại.
CHƯƠNG 4 - THIẾT BỊ BẢO VỀ TUABIN HƠI
4.1 - Các chỉ số cài đặt bảo vệ tuabin
Mỗi tuabin khác nhau, của nhà chế tạo khác nhau, được xây dựng với sơ đồ khác nhau
sẽ có những giá trị cụ thể của thông số cài đặt bảo vệ khác nhau. Những chỉ số sau đây
thông thường phải được cài đặt bảo vệ cho một tuabin:
- Tốc độ tuabin-máy phát: 103%nđm; 110%nđm; 115%nđm.
- Nhiệt độ hơi vào từng phần tuabin cao.
- Áp suất hơi vào tuabin:
- Áp suất hơi thoát (tương ứng với nhiệt độ hơi thoát) cao.
- Áp suất dầu bôi trơn thấp: 0,034÷0,048MPa (liên động bơm dầu bảo vệ là: 0,068 ÷
0,075MPa).
- Áp suất dầu bảo vệ thấp.
- Áp suất dầu điều chỉnh thấp: 9,31 MPa.
- Độ di trục tăng.
- Độ chênh lệch giãn nở nhiệt của rôto với vỏ và của vỏ giữa phần trên với phần dưới
tăng.
- Độ rung đo ở các gối trục tăng.
- Độ lệch tâm trục tăng.
- Độ đảo trục tăng.
- Nhiệt độ các gối trục và nhiệt đồ dầu bôi trơn các gối trục tăng.
- Mức dầu các bể dầu thấp.
- Chất lượng dầu (thể hiện qua chênh áp các bộ phin lọc) kém.
- Chất lượng hơi kém.
Ngoài ra, khi có 1 trong các tín hiệu sau cũng sẽ dẫn đến ngừng tua bin:
- Tín hiệu ngừng từ chức năng ngắt nhiên liệu chính (main fuel trip) của hệ thống bảo
vệ lò hơi (xem quy trình vận hành lò hơi);
- Tín hiệu lỗi hệ thống điều chỉnh Tua bin Máy phát TGR/EHG;
- Nếu có một trong các tín hiệu dưới đây thì hệ thống TGR/EHG được coi là bị lỗi, cần
ngừng tuabin:
+ Cả hai bộ CPU đều ngừng;
+ Hai trong ba đầu đo tốc độ Tua bin bị lỗi;
+ Cả hai bộ giám sát vị trí của van MCV (L-1) đều hỏng;
+ Cả hai bộ giám sát vị trí của van MCV (R-1) đều hỏng;
+ Cả hai bộ giám sát vị trí của van ICV (L) đều hỏng;
+ Cả hai bộ giám sát vị trí của van ICV (R) đều hỏng.
- Tín hiệu bảo vệ máy phát 86G.
4.2 Hệ thống bảo vệ tuabin hơi
Tuabin hơi là thiết bị cơ khí chính xác, làm việc trong điều kiện có phần tĩnh và phần
động chịu nhiệt độ cao, áp suất lớn. Nó cần được bảo vệ an toàn bằng nhiều cấp.
Cấp bảo vệ trước hết là thông qua hệ thống thuỷ lực, đó là bảo vệ ngừng tuabin bằng
cách tác động tới đóng van điều chỉnh hoặc/và van Stop. Van stop và các van điều
chỉnh có thể bị đóng bằng các tín hiệu vượt tốc mất an toàn do bộ điều khiển điện -
thuỷ lực đưa ra hoặc cũng có thể do cơ cấu cảm nhận cơ học đưa ra (chốt văng) hoặc
cũng có thể do người vận hành đưa ra chủ động bằng tay.
4.2.1 - Cấu trúc hệ thống bảo vệ tuabin
Hệ thống bảo vệ tuabin bao gồm: Cơ cấu chấp hành của van Stop hơi vào tuabin, bộ
điều tốc sự cố, các tay đòn, các van phân phối (các ngăn kéo), hộp thử nghiệm an toàn,
bộ Van điện từ của OPC, bộ Van điện từ của AST, Van phân phối của OPC và các
chốt an toàn cùng với hệ thống đo lường cảnh báo, giám sát.
a) Cơ cấu chấp hành của van Stop hơi vào tuabin
Cơ cấu chấp hành của van stop được sử dụng để đóng / mở nhanh van Stop. Nó được
gắn với cơ cấu đóng của van (ti van). Cần píttông của cơ cấu chấp hành thì được nối
với ty van Stop. Ngăn phía dưới của van phân phối của cơ cấu chấp hành van stop
chứa dầu hệ thống bảo vệ. Van stop sẽ được mở hoàn toàn khi áp suất dầu bảo vệ
trong ngăn kéo đó đạt lớn hơn 1,5 MPa, và đóng hoàn toàn khi áp lực nhỏ hơn 1,5
MPa. Trong quá trình vận hành bình thường của thiết bị tuabin thì áp suất dầu của hệ
thống bảo vệ luôn đạt giá trị ổn định 1,96 MPa. Cơ cấu chấp hành của van Stop có
trang bị van thử nghiệm tác động cho van Stop. Van này dùng để thử tình trạng làm
việc của van Stop, tránh trường hợp van stop bị kẹt do nó ở trạng thái mở hoàn toàn
trong khoảng thời gian dài vận hành bình thường của tuabin. Van thử nghiệm cho van
Stop có hai cửa xả dầu. Khi cửa xả thứ nhất mở thì ti của van Stop sẽ dịch chuyển
xuống dưới một khoảng 15mm, và khi cửa xả thứ 2 mở thì van Stop sẽ được đóng
hoàn toàn.
b) Bộ điều tốc sự cố, tay đòn và van phân phối của nó
Bộ điều tốc sự cố được lắp ở đầu trục của tuabin và gồm 2 chốt an toàn văng. Khi tốc
độ của tuabin đạt từ 3330 ~ 3360 v/p thì chốt an toàn văng sẽ văng ra và đẩy một đầu
đòn bẩy đi lên, và đầu kia của đòn bẩy sẽ đi xuống tì vào chốt rơle của bộ điều tốc sự
cố, tức là đẩy pitông trong rơle của bộ điều tốc sự cố đi xuống, dầu sẽ tràn lên ngăn
kéo trên của rơle bộ điều tốc sự cố, khi đó bề mặt trên của pitông đó chịu tác dụng của
áp lực dầu bảo vệ và dịch chuyển xuống dưới.
Hình 4.1 - Lắp bộ điều tốc sự cố - chốt văng an toàn
Lúc này áp suất của dầu bảo vệ được điều chỉnh bởi van phân phối của bộ điều tốc sự
cố và dầu xung của sẽ được xả hết để đóng hoàn toàn van Stop và van điều chỉnh hơi.
Tốc độ của chốt an toàn tác động văng có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi lực
kéo của lò xo gắn dưới đế của các chốt an toàn. Tốc độ của chốt an toàn tác động văng
có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi lực kéo của lò xo gắn dưới đế của các chốt
an toàn. Tốc độ tác động chốt an toàn văng ra sẽ tăng khoảng 105 v/p khi quay bước
ren nút đuều chỉnh độ cứng lò xo gắn dưới chân của các chốt an toàn theo chiều kim
đồng hồ một góc 30o. Ngăn kéo phía dưới píttông rơle của bộ điều tốc sự cố dưới tác
dụng của áp lực dầu bảo vệ (áp lực của dầu bảo vệ trong chế độ khởi động và vận hành
bình thường của thiết bị tuabin là 1,96 MPa). Khi bộ (AST) của van điện từ tác động
hoặc mở bằng tay, thì dầu bảo vệ sẽ được xả và pittông của rơle của bộ điều tốc sự cố
dich chuyển xuống dưới dưới tác dụng của dầu áp lực ở bên trên lớn hơn dầu bảo vệ
bên dưới pittông, sẽ làm tăng lượng dầu bảo vệ vào phía dưới của van phân phối của
cơ cấu chấp hành van stop và 4 van điều chỉnh và khi đó van Stop và 4 van điều chỉnh
sẽ được đóng hoàn toàn, ngắt nguồn hơi mới vào tuabin.
c) Hộp thử nghiệm hệ thống bảo vệ tuabin
Hộp thử nghiệm bảo vệ tuabin gồm: nút dừng sự cố tuabin, hai van thử nghiệm chốt
văng an toàn 1 & 2 và một van vận hành. Van dầu thử nghiệm được sử dụng để thử
nghiệm chốt an toàn văng của bộ điều tốc sự cố trong quá trình vận hành bình thường,
hai chốt an toàn được thử nghiệm độc lập với nhau.
Thử nghiệm chốt số 1: Trước hết xoay van vân hành (operating valve) về vị trí 1, lúc
đó dầu sẽ được cấp vào ngăn 1 của cơ cấu đòn bẩy chốt an toàn, đẩy pít tông trong cơ
cấu đòn bẩy sang phải và khi đó dầu sẽ được cấp vào van thử chốt vang an toàn 1.
Thực hiện thử nghiệm như sau: Ấn van thử nghiệm số 1, píttông trong van sẽ dịch
chuyển xuống dưới, dầu sẽ được phun vào dưới chân chốt an toàn 1, dưới tác dụng của
áp lực dầu chốt an toàn 1 sẽ vang ra. Khi chốt văng an toàn 1 tác động thì đèn hiển thị
của bộ điều tốc sự cố sẽ sáng, nghĩa là chốt an toàn 1 đã tác động văng.
Thử nghiệm chốt an toàn số 2: Qui trình thử nghiệm chốt an toàn 2 tương tự qui trình
thử nghiệm chốt an toàn 1 nhưng được tiến hành độc lập nhau để coi như tuabin được
bảo vệ 2 cấp hoặc nếu vẫn ở cùng tốc độ tác động thì vẫn có 2 cơ cấu cảm nhận tốc độ,
giảm xác suất rủi ro. Thử nghiệm chốt số 2 như sau: Xoay van vận hành (operating
valve) về vị trí 2, lúc đó dầu áp lực đầu ra của bơm dầu khởi động cao áp hoặc bơm
dầu chính sẽ được cấp vào ngăn 2 của cơ cấu đòn bẩy chốt an toàn, đẩy pít tông trong
cơ cấu đòn bẩy sang trái và khi đó dầu sẽ được cấp tới van thử chốt vang an toàn 2.
Thực hiện thử nghiệm như sau: Ấn van thử nghiệm số 2, píttông trong van sẽ dịch
chuyển xuống dưới, dầu sẽ được phun vào dưới chân chốt an toàn 2, dưới tác dụng của
áp lực dầu, chốt an toàn 2 sẽ vang ra và tác động dừng tuabin. Khi chốt văng an toàn 2
tác động thì đèn hiển thị của bộ điều tốc sự cố sẽ sáng, nghĩa là chốt an toàn 2 đã tác
động văng.
d) Van phân phối của OPC và cụm van điện từ của OPC
Van phân phối của OPC (pilot valve) và van điện từ của OPC được sử dụng để bảo vệ
vượt tốc tuabin. Van phân phối của OPC được lắp trong hộp trục trước. Ngăn phía trên
và dưới cùng của van phân phối OPC được nối với đường dầu áp suất cao đầu ra bơm
dầu chính hoặc bơm dầu khởi động cao áp. Trên đường dầu áp lực cao nối với ngăn
dưới cùng của van phân phối OPC có lắp 1 tiết lưu và cụm van điện từ của OPC. Van
phân phối của OPC được điều khiển bởi cụm van điện từ của OPC. Trong chế độ vận
hành bình thường van điện từ của OPC phải luôn đóng để duy trì áp suất của dòng dầu
tác dụng vào ngăn dưới cùng của van phân phối OPC. Do áp suất dầu trong ngăn trên
và ngăn dưới của van phân phối bằng nhau và bằng 1,96 Mpa nhưng tiết diện bề mặt
dưới của píttông trong van phân phối của OPC lớn hơn bề mặt trên của nó, nên chịu
tác dụng của áp suất dầu lớn hơn bề mặt trên. Vì vậy píttông trong van phân phối của
OPC được đẩy lên vị trí cân bằng. Khi đó các thành của pitông sẽ bịt kín cửa xả đường
xung dầu vào van điều chỉnh về bình dầu. Vì vậy mà píttông trong van phân phối của
OPC luôn ở vị trí cân bằng.
Khi do một nguyên nhân nào đó gây tăng tốc độ của tuabin vượt quá giới hạn điều
chỉnh và nhỏ hơn giá trị tác động của chốt văng và cụm van điện từ của AST, thì DEH
sẽ gửi tín hiệu tới mở van điện từ của OPC. Khi đó dầu trong ngăn dưới của van phân
phối của OPC sẽ được xả về hố dầu, làm giảm áp suất dầu tác dụng lên bề mặt píttông
trong ngăn dưới cùng của van phân phối của OPC và vì vậy píttông trong van phân
phối của OPC sẽ dịch chuyển xuống phía dưới tới giá trị giới hạn nhỏ nhất, mở thông
cửa xả đường xung dầu của van điều chỉnh với bể dầu.Vì vậy xung dầu ở dưới van
phân phối của van điều chỉnh sẽ giảm, làm cho píttông trong van phân phối của van
điều chỉnh dịch chuyển xuống dưới mở thông cửa dầu của ngăn dưới cơ cấu chấp hành
van điều chỉnh với bể dầu, và cơ cấu chấp hành của van điều chỉnh sẽ dịch chuyển
xuống dưới do mất áp lực trong ngăn kéo phía dưới của cơ cấu chấp hành van điều
chỉnh. Do vậy mà độ mở của van điều chỉnh được khép bớt lại, giảm lưu lượng hơi
mới vào tuabin, giảm tốc độ tuabin xuống tốc độ định mức. Van điện từ của OPC sẽ
được đặt lại sau khi tốc độ tuabin đã được điều chỉnh trở lại đạt yêu cầu.
Cụm van điện từ của OPC có cấu trúc giống như cấu trúc cụm van điện từ của AST và
nó cũng được lắp ở trong hộp trục trước tuabin.
e) Cụm van điện từ của AST
Cụm van điện từ của AST được sử dụng để bảo vệ vượt tốc tuabin. Cụm van điện từ
của AST được lắp trong hộp trục trước tuabin và nó được lắp trên đường xung dầu vào
ngăn kéo dưới cùng của rơle bộ điều tốc sự cố. Trong chế độ vận hành bình thường
cụm van điện từ của AST phải luôn đóng để duy trì áp suất của đường xung dầu tác
dụng vào ngăn dưới cùng của rơle bộ điều tốc sự cố.
Khi do một nguyên nhân nào đó gây tăng tốc độ của tuabin vượt quá 3330 ~ 3360 v/p,
thì DEH sẽ gửi tín hiệu tới mở van điện từ của AST để xả xung dầu về hố dầu. Khi đó
áp suất xung dầu trong ngăn dưới của của rơle bộ điều tốc sự cố sẽ bị mất, và đồng
thời khi đó chốt văng an toàn gắn trên trục tuabin cũng văng ra ấn píttông trong rơle
của bộ điều tốc sự cố dịch chuyển xuống phía dưới tới giá trị giới hạn nhỏ nhất, mở
thông cửa xả đường dầu áp lực cao tác động vào ngăn kéo dưới cùng của van phân
phối cơ cấu chấp hành của van Stop và đường xung dầu tác đụng vào ngăn kéo dưới
cùng van phân phối của van điều chỉnh đi đến bể dầu. Vì vậy van Stop và van điều
chỉnh sẽ đóng lại, cắt hơi vào tuabin.
Khi cụm van điện từ của AST tác động thì van Stop và van điều chỉnh của tuabin sẽ
đóng lại và dừng tuabin.
f) Nút dừng sự cố
Nút dừng sự cố được sử dụng để dừng tuabin sự cố, trong quá trình vận hành của
tuabin vì một sự cố nghiêm trọng nào đó mà phải dừng tuabin ngay lập tức, thì người
vận hành phải ấn vào nút ngừng sự cố tuabin. Khi ấn nút dừng tuabin sự cố thì đường
xung dầu tác dụng vào ngăn kéo dưới cùng của rơle bộ điều tốc sự cố sẽ được nối
thông với bể dầu, do vậy áp lực xung dầu trong ngăn kéo dưới cùng rơle của bộ điều
tốc sự cố sẽ bị mất và píttông trong rơle của bộ điều tốc sự cố sẽ dịch chuyển xuống
dưới, mở thông cửa xả đường dầu áp lực cao tác động vào ngăn kéo đưới cùng của van
phân phối cơ cấu chấp hành của van Stop và đường xung dầu tác đụng vào ngăn kéo
dưới cùng van phân phối của van điều chỉnh tới bể dầu. Vì vậy van Stop và van điều
chỉnh cũng sẽ đóng lại, cắt hơi vào tuabin.
g) Van dầu khởi động (Staring Valve)
Van dầu khởi động (Staring Valve) (1MAX10 AE003) được sử dụng để bật chốt rơle
của bộ điều tốc sự cố và dùng để mở “van Stop” trước khi khởi động tuabin. Nó được
lắp trong hộp trục trước tuabin và nó có cấu trúc gồm: một động cơ điện một chiều,
van phân phối bạc trục, các bánh răng, bộ li hợp cơ khí và vỏ. Trong chế độ khởi động
lại sau khi dừng tuabin, có thể dùng tay quay hoặc động cơ quay theo chiều kim đồng
hồ để dịch chuyển píttông trong van dịch sang trái tới vị trí giới hạn còn trong chế độ
khởi động bình thường của tuabin thì píttông của van khởi động được di chuyển thay
đổi bằng tay quay theo chiều ngược chiều quay của kim đồng hồ hoặc bằng động cơ.
Động cơ điện được điều chỉnh bởi bộ chuyển đổi DEH.
Đầu ra của van dầu khởi động gồm 2 đường dầu, chúng nối với ngăn kéo trên và giữa
của rơle bộ điều tốc sự cố, ngăn kéo dưới cùng và giữa của van phân phối cơ cấu chấp
hành van Stop và nút thử van Stop. Nó có nhiệm vụ:
+ Đưa rơle của bộ điều tốc sự cố vào làm việc.
+ Cung cấp dầu áp lực để mở van Stop.
4.2.2 - Các cấp bảo vệ tuabin
Như đã nói ở trên, các cấp bảo vệ tuabin gồm có:
Cấp bảo vệ thứ 1: Đóng bớt van điều chỉnh khi tốc độ tuabin tăng vượt quá giới hạn
tác động làm việc của van DDV. Cấp này được thực hiện bởi của cụm van điện từ của
OPC. Cụm van điện từ của OPC sẽ làm việc khi có tín hiệu điện từ DEH gửi tới để mở
cụm van điện từ. Khi tuabin vượt tốc 3300v/ph thì bộ điều chỉnh DEH sẽ gửi tín
hiệu để mở van điện từ của OPC. Khi đó dầu trong ngăn dưới của van phân phối OPC
sẽ được xả và van phân phối của OPC dịch chuyển xuống phía dươí tớigiá trị giới hạn
nhỏ nhất. Khi đó cửa xả xung dầu sẽ mở, làm cho áp lực dầu trong ngăn kéo dưới cùng
van phân phối của cơ cấu chấp hành van điều chỉnh giảm xuống và khi đó dầu trong
ngăn kéo phía dưới của cơ cấu chấp hành van điều chỉnh sẽ được xả về bình dầu, cơ
cấu chấp hành của van điều chỉnh dịch chuyển xuống dưới để đóng bớt van điều chỉnh,
giảm lưu lượng hơi vào tuabin để từ đó giảm tốc độ quay của tuabin. Sau khi đã điều
chỉnh tốc độ quay trở lại trạng thái 3000v/ph ta sẽ khôi phục lại quá trình hoạt động
của OPC.
Khi cấp bảo vệ này tác động thì chưa dừng tuabin mà chỉ giảm độ mở của van điều
chỉnh, từ đó giảm tốc độ tuabin vào trong giải làm việc của bộ điều chỉnh tốc độ tuabin
(dải làm việc của van DDV). Sau khi OPC của cụm van điện từ đã tác động để giảm
độ mở của van điều chỉnh nhưng vẫn không giảm được tốc độ của tuabin. Khi tốc độ
tuabin vượt quá 3360 v/p thì cấp bảo vệ thứ 2 sẽ tác động đóng van Stop và van điều
chỉnh để dừng tuabin sự cố.
Cấp bảo vệ sự cố tuabin thứ 2: Sau khi OPC của cụm van điện từ đã tác động để giảm
độ mở của van điều chỉnh nhưng vẫn không giảm được tốc độ của tuabin. Khi tốc độ
tuabin vượt quá 3360 v/p thì AST của cụm van điện từ sẽ tác động để mở xả dầu và
đồng thời lúc này chốt văng cũng tác động để đóng van Stop và van điều chỉnh để
dừng tuabin sự cố.
Khi bộ (AST) của van điện từ tác động mở nhờ tín hiệu vượt tốc từ DEH gửi tới hoặc
mở bằng tay, thì dầu bảo vệ sẽ được xả và pittông của rơle của bộ điều tốc sự cố dich
chuyển xuống dưới nhờ tác dụng của dầu áp lực ở bên trên lớn hơn dầu bảo vệ bên
dưới pittông, sẽ làm tăng lượng dầu bảo vệ vào phía dưới của van phân phối của cơ
cấu chấp hành van stop và 4 van điều chỉnh. Khi đó van Stop và 4 van điều chỉnh sẽ
được đóng hoàn toàn, ngắt nguồn hơi mới vào tuabin.
Cấp bảo vệ thứ 3: Thường tác động ở cùng tốc độ với cấp 2, đó là cấp bảo vệ cao nhất
và chắc chắn nhất vì nó hoạt động dựa trên nguyên lý cơ học rất căn bản là sự mất cân
bằng giữa lực ly tâm với lực lò xo sẽ dẫn đến dịch chuyển cơ học (chốt an toàn gắn
trên trục tuabin). Trong cấp này, người ta bố trí thường là 2 chốt văng để tăng độ tin
cậy cảm nhận tốc độ hoặc để đặt ở 2 cấp tốc độ tác động khác nhau. Thường thì khi tốc
độ của tuabin đạt 3360 v/p trở lên thì chốt văng an toàn sẽ văng ra và đẩy một đầu đòn
bẩy đi lên, đầu kia của đòn bẩy sẽ đi xuống tì vào chốt rơle của bộ điều tốc sự cố, tức
là đẩy pitông trong rơle của bộ điều tốc sự cố đi xuống, dầu sẽ tràn lên ngăn kéo trên
của rơle bộ điều tốc sự cố, khi đó bề mặt trên của pitông đó chịu tác dụng của áp lực
dầu bảo vệ và dịch chuyển xuống dưới. Lúc này áp suất của dầu bảo vệ được điều
chỉnh bởi van phân phối của bộ điều tốc sự cố và dầu xung của nó sẽ được xả hết để
đóng hoàn toàn van Stop và van điều chỉnh hơi. Tốc độ của chốt an toàn tác động văng
có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi lực kéo của lò xo gắn dưới đế của các chốt
an toàn. Tốc độ tác động chốt an toàn văng ra sẽ tăng khoảng 105 v/p khi quay bước
ren nút điều chỉnh độ cứng lò xo gắn dưới chân của các chốt an toàn theo chiều kim
đồng hồ một góc 30o. Ngăn kéo phía dưới píttông rơle của bộ điều tốc sự cố dưới tác
dụng của áp lực dầu bảo vệ (áp lực của dầu bảo vệ trong chế độ khởi động và vận hành
bình thường của thiết bị tuabin là 1,96 MPa) cũng dẫn đến AST của cụm van điện từ
sẽ tác động để mở xả dầu. Khi đó, tương tự như cấp bảo vệ thứ 2, khi bộ (AST) của
van điện từ tác động mở thì dầu bảo vệ sẽ được xả và pittông của rơle của bộ điều tốc
sự cố dich chuyển xuống dưới nhờ tác dụng của dầu áp lực ở bên trên lớn hơn dầu bảo
vệ bên dưới pittông, sẽ làm tăng lượng dầu bảo vệ vào phía dưới của van phân phối
của cơ cấu chấp hành van stop và 4 van điều chỉnh. Khi đó van Stop và 4 van điều
chỉnh sẽ được đóng hoàn toàn, ngắt nguồn hơi mới vào tuabin.
Nguyên lý cấu tạo của chốt an toàn (chốt văng) như trên hình bên dưới đây:
(a) (b)
Hình 4.2 - (a) Cơ cấu bảo vệ kiểu vòng an toàn và (b) kiểu chốt an toàn
Khi sa thải phụ tải toàn phần số vòng quay của rôto tổ máy tăng rất nhanh. Sự điều
chỉnh cần đảm bảo cắt hơi đưa vào tuabin với trù tính sao cho để số vòng quay không
vượt quá 105 ÷ 108% định mức.
Trong trường hợp khi mà giảm đáng kể hoặc sa thải phụ tải, vì nguyên nhân nào đó mà
việc điều chỉnh không đảm bảo đóng kín các bộ phân phối hơi, số vòng có thể tăng tới
trị số nguy hiểm và dẫn tới sự cố. Vì vậy mỗi tổ máy, không phụ thuộc vào việc điều
chỉnh bằng tay hay tự động, cần phải trang bị hai bộ điều chỉnh giới hạn tốc độ (bộ an
toàn tự động), khi mà đạt tới số vòng nguy hiểm, nó cần phải tác động cắt hơi vào
tuabin. Số vòng quay cần thiết khi tác động bộ an toàn tự động chọn trong giới hạn
109 ÷ 110%, có loại sau khi bộ an toàn tác động khi sa thải phụ tải số vòng có thể tăng
lên chút ít vì kết quả hơi tồn dư trong các ống dẫn từ hộp van đến các cụm ống phun,
cũng như bộ phận trích hơi gia nhiệt tiếp tục giãn nở.
Bộ an toàn tự động gồm có hai kiểu: kiểu con văng và kiểu vòng khuyên.
Hình 4.3 - Bộ an toàn tự động ЛМЗ kiểu con văng
Việc truyền động (từ bộ an toàn tự động) đến van stôp và van an điều chỉnh được thực
hiện qua tay đòn hoặc liên hệ thủy lực. Thời gian tác động cơ cấu truyền dẫn cần
khoảng 0,2 ÷ 0,3s. Nạp lại bộ phận bộ an toàn tự động cần tiến hành khi số vòng quay
khoảng 103 ÷ 104% số vòng định mức.
Bộ an toàn tự động kiểu con văng: Trên hình trình bày cấu tạo bộ an toàn tự động
ЛM3 kiểu con văng. Nó thường được chuyển dịch trong lỗ hướng tâm của trục tuabin
6 (hoặc trong đoạn trục nối thêm 5). Bộ tự động gồm con văng 1, lò xo 2, êcu 3 và bạc
hướng 4. Trọng tâm của con văng nằm ở một khoảng cách nhất định so với trục tâm
của rôto. Do lực ly tâm con văng, văng ra và nhô ra khỏi lỗ bạc hướng của nó, tác
dụng trong hướng ngược với tác dụng của lò xo. Độ chuyển dịch lớn nhất a của con
văng được giới hạn bởi gờ chặn đặc biệt trong lỗ khoang của trục. Khi đầu cuối của
con văng văng ra, thúc vào cơ cấu truyền động và gây ra đóng nhanh van stop và van
điều chỉnh.
Để thử bộ an toàn tự động mà không nâng số vòng quay của rôto người ta dùng thiết bị
được làm như sau: Trong nắp cuối, bố trí hai đường vành khuyên a1 và б1. Trong mỗi
buồng này, nhờ có pittông phân phối có thể lần lượt hướng dầu từ bơm dầu chính, vào
buồng này hoặc buồng kia, bằng cách xoay chuyển pittông khi ở vị trí giữa (trung
gian). Trong trục nối thêm có các buồng hình khuyên tương tự a2 và б2, nhờ có các
rãnh a3 và б3 nối không gian dưới và trên phần phình ra của các con văng.
Nếu pittông phân phối chia ra từ vị trí giữa và dầu đi về từ phía buồng a1, nó qua vòng
khe hở đi vào buồng a2, sau đó theo rãnh a3 vào buồng dưới của con văng và tác động
vào con văng theo hướng ngược với lực lò xo, con văng bị đẩy ra và không tăng số
vòng quay. Để phục hồi con văng về vị trí khởi thủy, cần phải chuyển pittông phân
phối để cho dầu đi vào buồng б1, sau đó qua buồng б2 và rãnh б3 vào khoang trên của
con văng. Áp lực dầu và lực lò xo phục hồi con văng về vị trí khởi thủy. Sau khi thử
xong các con văng, pittông phân phối được đưa về vị trí giữa và chốt lại ở vị trí này
bằng cái chốt.
Bộ an toàn tự động kiểu chốt văng ưu việt là đơn giản, giá chế tạo rẻ và kích thước
nhỏ. Nhược điểm của nó là lực điều chỉnh tương đối không lớn, không thể dùng ở
tuabin có số vòng lớn hơn 3000 v/ph.
Bộ an toàn tự động kiểu vòng khuyên:
Hình 4.4 - Bộ an toàn tự động XTΓ3 kiểu vòng khuyên.
Trên hình trình bày bộ an toàn tự động XTΓ3 kiểu vòng khuyên. Bộ này gồm vòng 1,
lò xo 6, êcu 3, bạc hướng 5, đĩa 4, thân 7, tải trọng 2 và trục 8. Với mục đích làm tăng
lực đặt của bộ phận tự động người ta dùng vòng để tăng trọng lượng của các bộ phận
quay.
Hiệu chỉnh bộ phận tự động được tiến hành bằng cách thay đổi vị trí của êcu 3, chuyển
dịch theo đường then trong thân; hiệu chỉnh tinh bằng đối trọng 2, được chuyển dịch
theo đường ren của trục 8. Trọng tâm của bộ an toàn tự động đặt trên khoảng cách ε nM
so với đường tìm trục. Lực lò xo trước thời điểm văng ra của vòng tự động cân bằng
với lực ly tâm, vòng nén sát vào thân bộ tự động.
Khi số vòng quay tiếp tục tăng lực ly tâm của vòng lớn hơn lực căng của lò xo, vòng
chuyển dịch một đại lượng a, cắt cơ cấu truyền động và đóng các van stôp và các van
điều chỉnh.
Để thử bộ an toàn tự động không phải nâng số vòng quay, người ta dùng cách nạp đầy
dầu vào khoang vòng 2. Khi số vòng đạt khoảng 50% định mức, van (dầu) được mở
đưa dầu đến bộ an toàn tự động. Dầu từ bơm chính được hướng theo ống phun B1 tới
bộ an toàn tự động phải, hoặc theo ông phun B2 tới bộ trái. Khi số vòng quay khoảng
75 ÷ 90% định mức, các bộ an toàn tự động thường được tác động, sau khi tác động
các chốt an toàn tự động van dầu được đóng, và dầu dưới tác dụng của lực ly tâm
“văng ra” từ khoang 2 của vòng qua lỗ đặc biệt б, sau đó vòng được xoay vào vị trí
khởi thủy.
Số vòng mà gây tác động bộ an toàn tự động được xác định. Khi kiểm tra lại lần sau,
xác định số vòng quay mà bộ tự động tác động so sánh với số vòng xác định trước.
Khi các kết quả đo trùng hợp, có thể tin chắc vào sự làm việc tin cậy của bộ an toàn tự
động.
Bộ an toàn tự động kiểu vòng khuyên đã được áp dụng phổ biến rộng rãi, vì nó được
lắp cho tuabin có bất kỳ số vòng quay của rôto nào. Ngoài ra, nó có khả năng nhận lực
điều chỉnh đáng kể, cho phép dùng bộ an toàn tự động kiểu vòng khuyên ở bất kỳ hệ
thống điều chỉnh nào.
Nhược điểm của bộ an toàn tự động này so với bộ an toàn tự động kiểu con văng là
phức tạp một chút trong chế tạo, kích thước lớn hơn, chiều dài trục rôto tuabin cần
phải tăng lên chút ít.
Cấp bảo vệ thứ 4: Tác động dừng tuabin khẩn cấp bằng tay trực tiếp vào NÚT DỪNG
SỰ CỐ (đập chốt an toàn ở van Stop).
Hệ thống bảo vệ tuabin nói trên được tác động kết hợp với các thiết bị đo lường và
giám sát được lắp đặt cho tuabin sau đây tạo thành hệ thống bảo vệ tuabin rất nghiêm
ngặt và chắc chắn, đó là những tín hiệu đo và giám sát.
Mục đích của hệ thống bảo vệ là để phát hiện tình trạng vận hành nguy hiểm hoặc
ngoài ý muốn của tuabin- máy phát, để đưa ra các tác động ngừng thích hợp và cung
cấp thông tin cho người vận hành về những tình trạng đã được phát hiện và hậu quả
xảy ra. Hệ thống bảo vệ bao gồm các bộ cảm biến, các mô đun đầu vào, xử lý tín hiệu,
logic phần mềm, các mô đun đầu ra, các đầu ra của rơle, thiết bị ngắt bằng điện (ETD)
trong hệ thống dầu thuỷ lực. Các bộ phận này có thể thử nghiệm trực tuyến hoặc ngoại
tuyến.
Tác động ngừng được thực hiện bằng việc ngắt dòng điện tới ETDs mà nó sẽ xả dầu từ
các cơ cấu thừa hành của van STOP làm chúng đóng lại. Tác động điều khiển được
đưa ra để đóng các van điều khiển và tất cả các điểm đặt được đặt lại về 0. Tác động
ngắt sẽ thông báo nguyên nhân của việc ngắt tại mô đun giao diện vận hành.
Những tín hiệu đầu vào được kết hợp với những chức năng bảo vệ và điều khiển tới
hạn được dẫn tới các đầu nối vào/ ra (I/O). Những tín hiệu này được xử lý đối với giá
trị analog hoặc logic hoặc cả hai, đầu ra tới các rơ le, và cuối cùng điều khiển các rơle
mà các rơle này ngắt dòng điện tới ETDs. Sự vượt tốc khẩn cấp bản thân nó được dành
riêng mạch xử lý tín hiệu. Khi bị ngắt, hệ thống vẫn trong trạng thái được ngắt cho đến
khi hệ thống được đặt lại bởi người vận hành.
Đầu ra được xử lý qua rơle logic để thực hiện tác động ngắt của kênh vượt tốc khẩn
cấp để ngắt tuabin. Rơle đi tắt được dùng cho việc kiểm tra trực tuyến để cho phép thử
các kênh vượt tốc và các rơle ngắt khẩn cấp và những rơle ngắt chính. Các công tắc
phụ được dùng để xác định sự hoạt động chính xác của các rơle này và bảo đảm rằng
những rơle đi tắt đã được xoá cho phép vận hành bình thường hệ thống bảo vệ.
Dưới đây giới thiệu một vài thông số giới hạn thông thường đối với việc vận hành
tuabin:
- Giới hạn về độ rung cho phép của rôto tuabin thông thường:
Tốc độ(v/p)
Ngừng sau khi độ rung cổ trục vượt quá
Ngừng ngay lập tức khi độ rung cổ
trục vượt quá
Độ rung cho phép vận hành
liên tục< 800 0,125 mm
800 - 2000 0,175 mm trong 2 phút 0,25 mm 0,08 mm2000 - 3000 0,175 mm trong 15 phút 0,25 mm 0,075 mm
- Giới hạn về thời gian cho phép làm việc ở những tần số tuabin nhất định:
Giới hạn thời gian Dải tần sốKhông hạn chế 47,5 ¸ 52,5 Hz90 phút 46,5 ¸ 47,5 Hz hoặc 52,5 ¸ 53 Hz12 phút 46 ¸ 46,5 Hz hoặc 53 ¸ 53,5 Hz1 phút 45 ¸ 46 Hz hoặc 53,5 ¸ 55 Hz
- Các trị số giãn nở của tuabin không được vượt quá:
+ Chênh giãn nở dài rôto: 10,24 mm
+ Chênh giãn nở ngắn rôto: -6,99 mm
+ Giãn nở dài của rôto: 16,76 mm
+ Giãn nở ngắn của rôto: -7,62 mm
- Độ di trục rôto tuabin không được vượt quá giá trị cho phép: 0,91 mm.
- Độ đảo trục rôto tuabin không được vượt quá: 0,05 mm.
- Nhiệt độ dầu xả ra khỏi các gối trục:
+ Gối đỡ số 1, 2, 4, 5 & 6: < 79 oC
+ Gối đỡ số 3 và gối chặn: < 74 oC
- Nhiệt độ kim loại các gối trục:
+ Gối đỡ số 1 & 2: < 127 oC
+ Gối đỡ số 3, 4, 5, & 6: < 121 oC
+ Gối chặn (Active & Inactive): < 93 oC
CHƯƠNG 5 - HỆ THỐNG THIẾT BỊ PHỤ CỦA TUABIN HƠI
5.1 - Hệ thống làm mát bình ngưng
a) Hệ thồng tuần hoàn hở và bình ngưng làm mát bằng nước
Nếu nhà máy đặt ở khu vực sông hồ có đủ lưu lượng nước tự nhiên để làm mát thì áp
dụng hệ thống làm mát kiểu hở. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống làm mát hở như sau:
Hình 5.1 - Nguyên lý cấu tạo bình ngưng và sơ đồ hệ thống làm mát dùng nước sông
Hệ thống này có khả năng duy trì được độ chân không cao nhất và vận hành kinh tế
nhất.
Là hệ thống tuần hoàn mà bình ngưng sử dụng nước được bơm từ sông hồ (có thể là
nước ngọt hoặc nước mặn) vào bình ngưng, tại đó nước nhận nhiệt từ hơi và được đưa
trở về sông, hồ.
Hơi vào bình ngưng
Nước ngưng ra
Hình 5.2 - Sơ đồ hệ thống tuần hoàn hở làm mát bằng nước
Hơi bão hoà từ lò hơi 1 được đưa qua bộ quá nhiệt 2 trở thành hơi quá nhiệt, sau đó
được phun vào tuabin qua các cụm ống phun. Hơi sau khi sinh công trong tuabin sẽ
được dẫn thoát xuống bình ngưng 7. Tại đây hơi thoát sẽ nhả nhiệt cho nước làm mát
để ngưng tụ lại thành nước ngưng. Nước làm mát được bơm tuần hoàn bơm từ sông
vào. Nước làm mát sau khi nhận nhiệt của hơi sẽ được thải ra kênh thải ra sông. Hệ
thống tuần hoàn như vậy gọi là hệ thống tuần hoàn hở làm mát bằng nước sông. Nước
ngưng sau đó được bơm ngưng bơm qua các bình GNHA vào bình khử khí. Sau đó
được bơm cấp bơm qua các bình GNCA cấp vào lò hơi.
Ngoài nhiệm vụ cấp nước làm mát bình ngưng, bơm tuần hoàn còn cấp nước cho các
nhu cầu khác của nhà máy: nước để xử lý hoá học bổ sung cho chu trình, nước để làm
mát khí làm mát máy phát điện, làm mát không khí làm mát động cơ bơm cấp, nước để
làm mát các ổ trục máy nghiền, bơm, nước để làm mát dầu bôi trơn của tuabin và của
các máy khác như của bơm cấp, quạt khói, quạt gió, bộ sấy không khí kiểu quay, nước
để sinh hoạt cho công nhận viên và các mục đích khác.
Nguyên lý cấu tạo và làm việc của bình ngưng làm mát bằng nước:
Một trong những phương pháp nâng cao hiệu suất của thiết bị tuabin là giảm nhiệt độ
hơi thoát ra khỏi tuabin. Những tuabin hiên đại thì ở tầng sau cùng thường có độ chân
không cao, nghĩa là áp suất tuyệt đối tại đó thấp. Độ chân không ở sau tuabin được tạo
thành là do sự ngưng tụ hơi trong thiết bị đặc biệt gọi là bình ngưng. Thiết bị bình
ngưng trong sơ đồ nhà máy nhiệt điện là một trong bốn thiết bị chính của chu trình.
Thường trong nhà máy nhiệt điện gặp 2 loại bình ngưng: bình ngưng làm mát bằng
nước và bằng không khí. Hiệu quả làm mát chịu ảnh hưởng quyết định bởi nhiệt độ
môi trường nước và không khí đầu vào cũng như vào độ sạch của hệ thống trao đổi
nhiệt trong bình ngưng và độ lọt khí không ngưng trong hệ thống chân không.
Hệ thống làm mát bằng nước có hiệu quả cao hơn rõ ràng so với hệ thống làm mát
bằng không khí và thường được ứng dụng trong nhà my nhiệt điện tuabin hơi kiểu đốt
than. Chi phí đầu tư và chi phí vận hành của hệ thống làm mát bằng nước cũng nhỏ
hơn rõ rệt so với hệ thống làm mát bằng không khí.
Hình 5.3 - Cấu tạo bình ngưng có 1 chặng đường nước
Nguyên lý làm việc: Trên đây là sơ đồ nguyên lý cấu tạo của bình ngưng đơn giản. Hơi
sau khi sinh công trong tuabin làm quay máy phát điện sẽ đi xuống cuối tuabin hạ áp
và thoát vào khoang hơi của bình ngưng qua cửa số 1. Nước làm mát (nước tuần hoàn)
được bơm tuần hoàn bơm vào bình ngưng qua cửa 5. Nước sẽ nhận nhiệt nhả ra của
hơi (nước đi trong các ống đồng trao đổi nhiệt) để ngưng tụ hơi. Nước nhận nhiệt nóng
lên và ra khỏi bình ngưng ở cửa 6. Hơi ngưng tụ thành nước ngưng sẽ rơi xuống
khoang nước số 2 của bình ngưng và được bơm ngưng bơm đi vào các bình gia nhiệt
hồi nhiệt.
Trong nhà máy nhiệt điện với công suất tổ máy lớn, bình ngưng của tuabin thường là
loại có hai hoặc ba, bốn chặng đường nước. Số chăng đường nước z được hiểu là số
lần dòng nước làm mát đi trong cụm ống bình ngưng từ đầu này sang đầu kia, dọc theo
chiều dài ống bình ngưng mà không đổi hướng đi của nó. Sơ đồ cầu tạo của nó như
bên dưới:
Hình 5.3 - Cấu tạo bình ngưng có 2 chặng đường nước
Trong thiết bị tuabin hơi hầu hết áp dụng bình ngưng kiểu bề mặt. Thân bình ngưng
được nối với mặt sàng ống bằng các bulông hoặc bằng các mối hàn. Mặt sàng ống có
khoan lỗ dùng để lắp các ống đồng. Tổng diện tích bề mặt các ống tạo nên bề mặt làm
lạnh của bình ngưng. Trong bình ngưng người ta áp dụng nhiều cách bố trí ống: theo
hình ô cờ, hình tam giác, hình quả trám hoặc hình tia. Một cụm ống bình ngưng là tập
hợp nhiều ống làm lạnh. Người ta phân chia các ống bình ngưng thành các cụm ống
của từng chặng đường nước và cụm ống của bộ phận làm lạnh không khí. Trong cụm
ống có thể áp dụng theo nhiều phương pháp bố trí ống khác nhau. Khoảng cách giữa 2
trục của 2 ống gần nhau gọi là bước ống. Người ta phải chọn bước ống sao cho kích
thước bình ngưng có thể là nhỏ nhất. Các ống có thể là ống thẳng hoặc ống hình chữ U
được gắn vào mặt sàng bằng phương pháp hàn hoặc núc ống. Hơi thoát ra khỏi tầng
cuối tuabin thì đi vào bình ngưng qua cổ bình ngưng. Hơi đi vào trong không gian giữa
chùm ống và chuyển động dọc theo các ống nếu không có tấm chắn hoặc có thể
chuyển động cắt ngang và dọc theo các ống nhờ có các tấm chắn để tăng cường quá
trình trao đổi nhiệt và chống rung động cho ống. Hơi truyền cho nước làm lạnh lượng
nhiệt ẩn hoá hơi của mình và sau đó được ngưng tụ lại. Nước chảy vào ống góp nước
ngưng rồi được bơm nước ngưng hút đi. Nước làm lạnh được cho đi trong các ống
nhỏ. Với dòng môi chất chảy trong ống, khi gọi quãng đường đi của môi chất từ đầu
này đến đầu kia của thiết bị là hành trình thì thiết bị có thể có 1 hành trình, 2 hành
trình, hoặc 4, 6, 8 hành trình. Số hành trình tăng lên sẽ làm tăng tốc độ của dòng môi
chất chảy trong ống khi lưu lượng không đổi để tăng hệ số trao đổi nhiệt.
Không khí và các khí không ngưng tụ khác lọt vào bình ngưng được tách ra khỏi hỗn
hợp, được hút ra ngoài bằng bơm chân không (ejector) qua lỗ hút không khí. Trong
bình ngưng tạo nên một luồng chuyển động của hỗn hơp hơi - không khí từ cổ bình
ngưng đến lỗ rút không khí. Hỗn hợp hơi không khí trong không gian giữa các ống
đồng chuyển động theo một quỹ đạo cong, đặc tính của quỹ đạo này phụ thuộc vào
cách bố trí cụm ống trong bình ngưng. Quá trình ngưng tụ hơi được xảy ra dần dần
trên các quỹ đạo chuyển động này.
Nhiệm vụ của thiết bị ngưng tụ:
Nhiêm vụ của thiết bị bình ngưng trong sơ đồ nhiệt nhà máy nhiệt điện đã rõ ràng: là
để tạo ra áp suất thấp sau tầng cuối cùng của tuabin và để ngưng đọng lượng hơi thoát
tạo ra nước ngưng sạch cấp cho lò hơi. Ngoài ra trong bình ngưng còn xảy ra quá trình
khử khí bằng nhiệt cho nước ngưng. Bình ngưng giúp thu được lượng nước khi ngừng
khối, khi khởi động và để chứa nước bổ sung hoặc nước ngưng sạch vào bình ngưng.
b) Hệ thống làm mát hở dùng không khí
Đối với những nơi không có hoặc có rất ít nguồn nước tự nhiên để làm mát người ta có
thể thiết kế bình ngưng làm mát bằng không khí. Hệ thống này có năng suất làm mát
thấp và rất cồng kềnh, vận hành những quạt gió lưu lượng cực lớn sẽ tiêu thụ điện
năng lớn. Hơn nữa, do hệ số trao đổi nhiệt của không khí kém rất nhiều so với của
nước nên bề mặt trao đổi nhiệt (hệ thống ống thép trao đổi nhiệt) rất lớn. Sơ đồ nguyên
lý của hệ thống này như sau:
Tuabin
Bơm ngưng
Hơi thoát
Máy phát điệnỐng góp hơi
Nước ngưng về
Quạt
Không khí lạnh
Không khí nóng
Không khí nóng
Hơi vào tuabin
Hình 5.4 - Sơ đồ nguyên lý hệ thống làm mát dùng không khí
c) Hệ thống làm mát kín dùng tháp giải nhiệt
Tuy nhiên, ở khu vực sông hồ không đủ nước làm mát hoặc đối với nhà máy điện
nguyên tử (có nhu cầu nước làm mát lớn), người ta hay dùng bình ngưng có hệ thống
tháp làm mát tuần hoàn nước (hệ làm mát kín có tuần hoàn nước làm mát). Phần tổn
thất nước ở tháp làm mát sẽ được bổ sung liên tục bằng bơm bổ sung. Sơ đồ nguyên lý
của hệ thống này như sau:
Hình 5.5 - Nhà máy nhiệt điện có hệ thống làm mát kín dùng tháp làm mát
Hệ thống làm mát kín dùng tháp làm mát sẽ không thể duy trì áp suất bình ngưng thấp
được so với hệ thống làm mát kiểu hở bởi vì nhiệt độ nước lạnh vào bình ngưng của hệ
thống làm mát dùng tháp sẽ lớn hơn nhiệt độ môi trường từ 5 đến 10 oC tuỳ theo hiệu
suất của tháp.
5.2 Thiết bị hút chân không (Ejector)
Thiết bị rút không khí dùng để thải hỗn hợp không khí - hơi ra khỏi bình ngưng và hệ
thống tuần hoàn, cũng như để duy trì chân không cần thiết và tạo chân không ban đầu
Tuabin hạ ápTuabin cao áp
Hơi quá nhiệt (hơi mới)
Không khí ẩm Qk
Tháp làm mát
Khôngkhí
Bể chứa nước
Nước nóng
Hơi thoát
Qk
Tái nhiệt
Lò hơi
Qnhiên liệu
Wbơm
Bơm tuần hoàn
Bơm nước ngưng
Bình gia nhiệt
Nước cấp
Hơi trích
Hơi sau tái nhiệt
Hơi đi tái nhiệt
Bơm nước bổ sung
Sông
Nước lạnh
Nước bổ sung
khi khởi động tổ máy. Trong thiết bị tuabin hơi thường hay dùng loại êjêctơ hơi và
nước.
a) Êjectơ hơi
Hình 5.6. - Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của êjêctơ
1- hộp thu; 2- ống phun nhỏ dần; 3- hộp pha trộn; 4- phần thu nhỏ của ống thoát hỗn
hợp không khí-hơi; 5-ống khuếch tán
Nguyên lý làm việc của êjêctơ như sau:
Chất sinh công (hơi trong êjêctơ hơi, nước trong êjêctơ nước) dưới áp lực được đem
vào hộp thu 1, từ đấy qua ống phun 2 với tốc độ lớn được dẫn về hộp pha trộn 3. Hộp
pha trộn được nối với khoang hơi của bình ngưng.
Với động năng lớn dòng chất sinh công sẽ cuốn hút hỗn hợp khí –hơi từ hộp 3 vào
phần thu nhỏ của ống thoát 4 với tiết diện thay đổi, sau đó đi vào ống khuếch tán 5,
trong đó động năng sẽ chuyển thành thế năng. Nhờ vậy áp suất ở đầu ra ống khuếch
tán sẽ lớn hơn áp suất khí quyển và thải được hỗn hợp không khí-hơi ra khỏi bình
ngưng.
Trong nhà máy nhiệt điện êjêctơ hơi được sử dụng rộng rãi nhất. Êjêctơ hơi có thể có
Khí không ngưng
Ống khuếch tán
Xả hỗn hợp hơi và khí
Ống phun
Buồng hoà trộn
Hơi cao áp(Hơi công tác)
một cấp, hai hoặc 3 cấp. Êjêctơ một cấp có thể tạo được áp suất âm tới 0,073 ÷ 0,080
Mpa và thường dùng cho lúc khởi động (để hút nhanh không khí ra khỏi bình ngưng
lúc khởi động tuabin).
Êjêctơ hai, ba cấp tạo được áp suất âm sâu hơn và dùng làm êjêctơ chính, bảo đảm cho
tuabin làm việc ổn định và tin cậy với độ chân không cao. Trong cấu trúc êjêctơ hơi
gần đây có đặt thêm dụng cụ đo lượng không khí rút ra. Điều đó cho phép kiểm tra độ
kín của bình ngưng được dẽ dàng.
Sơ đồ êjêctơ hơi hai cấp được thể hiện trên hình vẽ bên dưới. Từ bình ngưng, hỗn hợp
không khí - hơi được rút vào hộp thu 1 của êjêctơ cấp I, qua ống khuếch tán đi về bình
làm mát 4 và hơi sẽ ngưng tụ lại. Nước đọng theo 10 được dẫn về bình ngưng, còn
phần khí không ngưng có lẫn hơi sẽ đi vào cấp II của êjêctơ. Từ bình làm mát của
êjêctơ cấp II, không khí (có lẫn hơi, ít hơn ở sau cấp 1 vì đã được ngưng tụ một phần)
qua ống xả 6 sẽ thoát ra ngoài trời, còn nước đọng thì di chuyển về bình làm mát cấp I
(đường 9) sau đó cũng được rút về bình ngưng (đường 10).
Như vậy, chất sinh công (môi chất làm việc) trong êjêctơ hai cấp, được thể hiện trong
bình 4, thực chất không bị tổn hao.
Hình 5.7 - Sơ đồ nguyên lý của êjêctơ hai cấp
I, II - cấp thứ nhất và cấp thứ hai; 1- hộp thu; 2- ống phun; 3- ống khuếch tán; 4- bình
làm mát cấp I và II; 5- miệng hút hỗn hợp không khí - hơi; 6- ống xả của êjêctơ; 7-
đường dẫn hơi sinh công (môi chất); 8- đường dẫn nước làm mát; 9-đường xả nước
đọng; 10- đường dẫn nước đọng về bình ngưng
Làm nguội sơ bộ hỗn hợp hơi - không khí trong bình làm mát hơi êjêctơ 4 sẽ giảm
được trọng lượng và thể tích của hỗn hợp đi vào êjêctơ cấp thứ II, như vậy sẽ giảm
được công nén của cấp thứ II và giảm lưu lượng hơi vào êjêctơ cấp II. Ngoài ra, nhiệt
lượng của hơi vào êjêctơ cũng được dùng để hâm nước ngưng chính của tuabin.
Sơ đồ xả nước đọng của hơi tăng áp (hơi làm việc) khỏi các bình làm mát êjêctơ được
thể hiện trên hình vẽ.
Xả nước đọng của hơi tăng áp khỏi hộp các bình làm mát êjêctơ qua những lỗ ở phần
dưới của từng bình, thực hiện xả theo sơ đồ dồn cấp là hợp lý nhất, đó là dồn từ hộp
bình làm mát êjêctơ cấp thứ III xả nước đọng qua van 1 vào hộp hơi làm mát cấp thứ
II, rồi từ hộp của cấp thứ II qua van 2 về hộp của cấp thứ I.
Hình 5.8 - Sơ đồ xả nước ngưng của hơi tăng áp (hơi làm việc) khỏi các bình làm mát
êjêctơ ba cấp I, II, III
1, 2, 3 - các van; 4- bình gom nước ngưng; 5- ống dẫn nước xả; 6- ống xả phụ; 7-
phễu hở; 8- mức nước ngưng thấp nhất
Từ đó nước đọng của hơi vào êjêctơ được xả qua van 3 về bình gom nước ngưng 4.
Ống dẫn nước xả 5 về bình gom nước ngưng càng ngắn càng tốt và không vòng vèo để
ngăn ngừa hiện tượng bốc hơi, ống dẫn nước xả 5 phải được nối với bình gom nước
ngưng tại điểm nằm dưới mức nước ngưng trong bình gom khoảng 500 ÷ 600 mm. Từ
bình làm mát của cấp cuối êjêctơ có đặt thêm ống xả nước đọng 6 và ống xả 7 qua van
thủy lực nằm ở độ cao khoảng 250 mm. Cần có xả phụ qua van thủy lực là để kiểm tra
độ kín của hệ thống về sự làm việc hoàn hảo của bộ phận xả. Khi xuất hiện độ không
kín trong hệ thống ống của các bình làm mát hoặc là khi mất khả năng xả đọng bình
thường thì sẽ có hiện tượng tháo nước và không khí qua hệ thống xả hoặc chảy nước
liên tục qua van thủy lực 6.
b) Ejector nước
Trong thời gian gần đây êjêctơ nước được ứng dụng nhiều hơn trước. Môi chất trong
êjêctơ này là nước lấy từ đầu đẩy ống dẫn nước tuần hoàn khoảng 5 ÷ 7 %. Êjêctơ
nước có thể giúp tạo chân không lớn hơn so với êjêctơ hơi. Tuy nhiên hơi thoát và
nhiệt lượng của nó mất đi một cách vô ích.
Cần lưu ý rằng nguyên lý làm việc của êjêctơ nước cũng giống như êjêctơ hơi, nhưng
trong êjêctơ hơi thì môi chất phụ và bị hút đều ở trạng thái 1 pha (thể khí). Trong khi
đó, trong êjêctơ nước là thiết bị hai pha, trong đó có sự hỗn hợp tạo thành nhũ tương
nước - không khí.
Khi êjêctơ nước - không khí làm việc, khối lượng của không khí được hút (hay là hỗn
hợp hơi - không khí từ bình ngưng) ít hơn khối lượng nước có áp hàng nghìn lần và
không thể ảnh hưởng nhiều đến sự thay đổi tốc độ của tia dòng phun vào.
Êjêctơ nước của nhà máy KhTGZ (khác cốp) được trình bày trên hình bên dưới.
“Nước làm việc” (nước có áp lực) do bơm nước ly tâm đem vào buồng 1 với cột áp
khoảng 40 ÷ 60 mH2O qua các khe 2 “nước làm việc” đi vào 4 ống phun 3. Ống không
khí được nối vào buồng hỗn hợp do có hiệu áp trước và sau ống phun dòng tia nước
chảy ra khỏi ống phun với tốc độ lớn vào buồng hỗn hợp. Tia nước được trộn lẫn với
hỗn hợp khí hơi được hút vào và tạo thành nhũ tương nước - không khí màu sữa trắng,
hỗn hợp nước có áp và hơi không khí bị hút vào sẽ đi vào ống tăng áp 5, trong đó động
năng của nước có áp chuyển thành thế năng (áp lực).
Hình 5.9 - Êjêctơ nước KhTGZ
Trong ống tăng áp của êjêctơ nước áp suất phải tăng từ áp suất tại buồng 5 đến áp suất
cao hơn áp suất khí quyển chút ít ở đầu ra. Như vậy, trong ống tăng áp 5 động năng
của “nước làm việc” được tiêu hao để nén hỗn hợp nước - không khí, áp suất sẽ tăng
còn tốc độ thì giảm.