Giáo trình Tuabin hơi và hệ thống thiết bị phụ (Nghề: Vận hành nhà máy nhiệt điện - Trình độ: Trung cấp) - Trường Cao đẳng Dầu khí (năm 2020)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:110

Thêm vào BST

Báo xấu

17
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Tuabin hơi và hệ thống thiết bị phụ được biên soạn với mục tiêu nhằm giúp sinh viên trình bày được cấu tạo, phân loại và nguyên lý làm việc của tua-bin hơi; trình bày được cấu tạo chi tiết của Rotor và Stator; trình bày được phương pháp điều khiển tua-bin hơi. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Tuabin hơi và hệ thống thiết bị phụ (Nghề: Vận hành nhà máy nhiệt điện - Trình độ: Trung cấp) - Trường Cao đẳng Dầu khí (năm 2020)

TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ  GIÁO TRÌNH MÔ HỌC: TUABIN HƠI VÀ HỆ THỐNG THIẾT BỊ PHỤ NGHỀ: VẬN HÀNH NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định số: 195 /QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020 của Trường Cao Đẳng Dầu Khí)) Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2020 (Lưu hành nội bộ)
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
LỜI GIỚI THIỆU Đất nước Việt Nam trong công cuộc công nghiệp hóa - hiện đại hóa, nền kinh tế đang trên đà phát triển. Song song với sự phát triển đó, nhu cầu về năng lượng trong sản xuất cũng như đời sống là rất lớn và ngày càng tăng, trong đó nhiệt năng chiếm chủ yếu. Trước những yêu cầu về năng lượng ngày càng tăng rất nhiều nhà máy điện đã được xây dựng trong đó nhà máy nhiệt điện đóng một vai trò quan trọng. Trong quá trình sản xuất và sử dụng năng lượng dưới dạng nhiệt năng thì việc sinh hơi đóng vai trò vô cùng quan trọng. Với một vai trò vô cùng quan trọng như vậy và xuất phát từ yêu cầu, kế hoạch đào tạo, chương trình môn học nghề Vận hành nhà máy nhiệt điện trình độ Trung cấp nghề của Trường Cao đẳng nghề Dầu khí. Chúng tôi đã biên soạn cuốn giáo trình Tuabin hơi và hệ thống thiết bị phụ gồm 3 chương với những nội dung cơ bản như sau: Chương 1: Tổng quan về Tua-bin hơi Chương 2: Tuabin hơi nước Chương 3: Thiết bị phụ tuabin hơi Do phạm vi hạn chế về khồi lượng cuốn sách, thời gian biên soạn, kiến thức và phạm vi kinh nghiệm của tác giả chắc chắn là chưa thỏa mãn được yêu cầu của bạn đọc và khó tránh khỏi sai sót, nhầm lẫn. Vì thế rất cần có sự đóng góp ý kiến chỉ đạo kịp thời của bạn đọc để cuốn sách được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn Bà Rịa – Vũng Tàu, tháng 03 năm 2020 Tham gia biên soạn 1. Th.S Nguyễn Lê Cương 2. Ninh Trọng Tuấn 3. Nguyễn Thị Lan
MỤC LỤC CHƯƠNG 1 --------------------------------------------------------------------------------------- 9 GIỚI THIỆU CHUNG -------------------------------------------------------------------------9 1.1 Giới thiệu chung ---------------------------------------------------------------------------- 10 1.2 Lý thuyết nhà máy nhiệt điện Tua-bin hơi ---------------------------------------------- 12 1.3 Lý thuyết cơ bản về Tua-bin hơi --------------------------------------------------------- 13 1.4 Chu trình nhiệt động lực học của Tua-bin hơi ------------------------------------------ 17 CHƯƠNG 2 ------------------------------------------------------------------------------------- 21 TUA-BIN HƠI NƯỚC ------------------------------------------------------------------------ 23 2.1 Phân loại, cấu tạo Tua-bin hơi ------------------------------------------------------------ 24 2.2 Nguyên lý làm việc của Tua-bin ngưng hơi thuần tuý -------------------------------- 33 2.3 Thông số vận hành của Tua-bin hơi (Chỉ số định mức, chỉ số cài đặt bảo vệ) ----- 35 2.4 Hệ thống bảo vệ Tua-bin hơi-------------------------------------------------------------- 39 CHƯƠNG 3 ------------------------------------------------------------------------------------- 50 THIẾT BỊ PHỤ TUA-BIN HƠI ------------------------------------------------------------ 50 3.1 Thiết bị ngưng tụ (bình ngưng) ----------------------------------------------------------- 51 3.2 Thiết bị hút chân không (Ejector) -------------------------------------------------------- 55 3.3 Thiết bị khử khí ----------------------------------------------------------------------------- 59 3.4 Các bình gia nhiệt cao áp và hạ áp ------------------------------------------------------- 64 3.5 Hệ thống nước ngưng, nước cấp, nước làm mát --------------------------------------- 72 3.6 Thiết bị trở trục ----------------------------------------------------------------------------- 86 3.7 Bơm nhớt ------------------------------------------------------------------------------------ 89 3.8 Bồn chứa nhớt và các bộ phận khác ----------------------------------------------------- 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO ------------------------------------------------------------------107
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1. 1- Sơ đồ nhiệt nguyên lý của nhà máy điện ngưng hơi đơn giản nhất .............12 Hình 1. 2 - Mặt cắt dọc tuabin xung lực một tầng cánh ................................................14 Hình 1. 3 - Profil và đồ thị thay đổi áp suất dọc theo tầng xung lực .............................16 Hình 1. 4 - Cấu tạo Tua-bin phản lực nhiều tầng cánh..................................................16 Hình 1. 5 - Profil và đồ thị thay đổi áp suất hơi qua tầng phản lực...............................17 Hình 1. 6 (a) - Sơ đồ nhiệt nguyên lý của NMNĐ ngưng hơi đơn giản ........................18 Hình 1. 7 - Đồ thị i-s của chu trình Rankine đơn giản - thực ........................................19 Hình 1. 8 - Sơ đồ nhiệt nguyên lý NMNĐ chu trình Rankine thực tế...........................20 Hình 1. 9 - Sơ đồ nhiệt nguyên lý của tổ máy 300 MW - Phả Lại II ............................21 Hình 2. 1 - Rôto Tua-bin hạ áp đã lắp vào nửa dưới xilanh ..........................................28 Hình 2. 2 - Thân (xilanh) Tua-bin trung áp (NMNĐ Hải Phòng I) ...............................29 Hình 2. 3 - a) Cánh tĩnh, b) cánh động Tua-bin hơi ......................................................31 Hình 2. 4 - Gối đỡ sau Tua-bin trung áp và vành chèn .................................................33 Hình 2. 5 - Sơ đồ nhiệt nguyên lý của nhà máy điện ngưng hơi thuần tuý ...................34 Hình 2. 6 - Đồ thị i-s của chu trình Rankine NMNĐ ngưng hơi thuần tuý ...................34 Hình 2. 7 - Lắp bộ điều tốc sự cố - chốt văng an toàn...................................................41 Hình 2. 8 - (a) Cơ cấu bảo vệ kiểu vòng an toàn và (b) kiểu chốt an toàn ....................47 Hình 3. 1 - Cấu tạo bình ngưng có 1 chặng đường nước ..............................................52 Hình 3. 2 - Cấu tạo bình ngưng có 2 chặng đường nước ..............................................53 Hình 3. 3 - Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của êjêctơ .............................................................56 Hình 3. 4 - Sơ đồ nguyên lý của êjêctơ hai cấp .............................................................57 Hình 3. 5 - Êjêctơ nước KhTGZ ....................................................................................58 Hình 3. 6 - Sơ đồ nguyên lý làm việc của bình khử khí kiểu nhiệt ...............................61 Hình 3. 7 - Cấu tạo bình khử khí có cột khử khí đặt nằm ngang ..................................62 Hình 3. 8 - Cấu tạo bình khử khí có cột khử khí đặt đứng ............................................63 Trang 2
Hình 3. 9 - Bình gia nhiệt hồi nhiệt có mặt sàng (bình gia nhiệt hạ áp) .......................67 Hình 3. 10 - Cấu tạo bình gia nhiệt hồi nhiệt cao áp kiểu ПB ......................................68 Hình 3. 11 - Sơ đồ thiết bị hộp van tự động của bình gia nhiệt cao áp .........................69 Hình 3. 12 - Sơ đồ bảo vệ bình gia nhiệt kiểu điện - thủy lực ......................................70 Hình 3. 13 - Các sơ đồ gia nhiệt hồi nhiệt nguyên lý ....................................................71 Hình 3. 14 - Sơ đồ mắc các bình gia nhiệt cao áp có cấu trúc phức tạp (3 khoang) .....72 Hình 3. 15 - Sơ đồ mắc bơm ngưng ..............................................................................74 Hình 3. 16 - Sơ đồ mắc bơm cấp ...................................................................................77 Hình 3. 17 - Nguyên lý cấu tạo bơm ly tâm ..................................................................78 Hình 3. 18 - Nguyên lý cấu tạo bình ngưng và sơ đồ hệ thống làm mát dùng nước sông .......................................................................................................................................78 Hình 3. 19 - Sơ đồ hệ thống tuần hoàn hở làm mát bằng nước .....................................80 Hình 3. 20 - Sơ đồ nguội dần của Tua-bin ....................................................................86 Hình 3. 21 - Sơ đồ thay đổi nhiệt độ của thân Tua-bin khi nguội dần và sự hình thành độ cong của roto vì nhiệt ....................................................................................................87 Hình 3. 22 - Sơ đồ đo độ cong vì nhiệt và nhiệt độ của roto .........................................87 Hình 3. 23 - Chế độ làm việc của bộ quay trục .............................................................88 Hình 3. 24 - Sơ đồ bộ quay trục với cơ cấu dẫn động từ động cơ điện .........................88 Hình 3. 25 - Bộ quay trục của Tua-bin K-100-90 LMZ ................................................89 Hình 3. 26 - Cấu tạo bơm dầu kiểu ly tâm 1 cấp ...........................................................90 Hình 3. 27 - Cấu tạo bơm ly tâm nhiều cấp ...................................................................92 Hình 3. 28 - Sơ đồ cấu tạo bơm ly tâm ..........................................................................93 Hình 3. 29 - Sơ đồ và đặc tuyến bơm bánh răng ...........................................................95 Hình 3. 30 - Bơm dầu chính (3 bánh răng) ....................................................................96 Hình 3. 31 - Bơm dầu trục vít ΛM3 ..............................................................................97 Hình 3. 32 – Bình bù áp lực chứa khí Ni tơ ..................................................................99 Hình 3. 33 – Mặt cắt bể dầu ........................................................................................100 Trang 3
Hình 3. 34- Bình làm mát dầu bôi trơn........................................................................101 Hình 3. 35- Van ba ngã ................................................................................................101 Hình 3. 36- Van tiết lưu điều chỉnh áp lực ..................................................................102 Hình 3. 37 – Phin lọc ...................................................................................................102 Hình 3. 38-Van điều chỉnh lưu lượng ..........................................................................103 Hình 3. 39 – Bộ làm sạch dầu......................................................................................104 Hình 3. 40 – Quạt hút khí bể dầu.................................................................................105 Trang 4
CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC: TUABIN HƠI VÀ HỆ THỐNG THIẾT BỊ PHỤ 1. Tên môn học: TUABIN HƠI VÀ HỆ THỐNG THIẾT BỊ PHỤ Mã môn học: KTĐ19MH59 2. Thời gian thực hiện môn học: 75 giờ; (Lý thuyết: 42 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập: 29 giờ; Kiểm tra 4 giờ) Số tín chỉ: 04 3. Vị trí, tính chất của môn học: - Vị trí: Môn học tua-bin hơi và hệ thống thiết bị phụ là môn học chuyên môn nghề trong danh mục các môn học/mô đun đào tạo bắt buộc của nghề vận hành nhà máy nhiệt điện. - Tính chất: Môn học tua-bin hơi và hệ thống thiết bị phụ là một môn học chuyên môn nghề để hình thành cho người học các kiến thức cơ bản như cấu tạo, nguyên lý hoạt động của tua-bin hơi và hệ thống thiết bị phụ. 4. Mục tiêu môn học: - Về kiến thức: + Trình bày được cấu tạo, phân loại và nguyên lý làm việc của tua-bin hơi + Trình bày được cấu tạo chi tiết của Rotor và Stator. + Trình bày được phương pháp điều khiển tua-bin hơi + Trình bày được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống thiết bị phụ tua-bin hơi - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Ngăn nắp, thận trọng, tỉ mỷ, chính xác trong công việc. + Rèn luyện được tính kiên trì, tự lập, tự chủ, phát huy tính sáng tạo trong công việc. 5. Nội dung môn học: 5.1 Chương trình khung Thời gian đào tạo (giờ) Thực Kiểm Tín hành tra TT Mã MH/MĐ Tên môn học, mô đun Tổng Lý chỉ thí nghiệm số thuyết thảo luận, bài tập LT TH Các môn học chung/đại I 12 255 94 148 8 5 cương 1 MHCB19MH01 Giáo dục chính trị 2 30 15 13 2 0 2 MHCB19MH03 Pháp luật 1 15 9 5 1 0 Trang 5
3 MHCB19MH05 Giáo dục thể chất 1 30 4 24 0 2 Giáo dục quốc phòng và An 4 MHCB19MH07 2 45 21 21 1 2 ninh 5 MHCB19MH09 Tin học 2 45 15 29 0 1 6 TA19MH01 Tiếng Anh 4 90 30 56 4 0 Các môn học, mô đun II 48 1140 349 737 24 30 chuyên môn ngành, nghề II.1 Môn học, mô đun cơ sở 16 315 152 147 11 5 7 ATMT19MH01 An toàn vệ sinh lao động 2 30 26 2 2 0 8 KTĐ19MH33 Mạch điện cơ bản 4 90 28 58 2 2 9 KTĐ19MH1 An toàn điện 2 30 28 0 2 0 10 KTĐ19MH11 Điện kỹ thuật cơ bản 3 45 42 0 3 0 11 KTĐ19MĐ14 Đo lường điện 3 75 14 58 1 2 12 KTĐ19MĐ15 Khí cụ điện 2 45 14 29 1 1 Môn học, mô đun chuyên II.2 32 825 197 590 13 25 môn ngành, nghề 13 KTĐ19MĐ49 Thực tập điện cơ bản 3 75 14 58 1 2 Tổng quan về nhà máy nhiệt 14 KTĐ19MH56 2 30 28 0 2 0 điện Phần điện nhà máy điện và 15 KTĐ19MĐ37 2 45 14 29 1 1 trạm biến áp Lò hơi và hệ thống thiết bị 16 KTĐ19MH30 4 75 42 29 3 1 phụ Tua-bin hơi và hệ thống 17 KTĐ19MH59 4 75 42 29 3 1 thiết bị phụ Vận hành lò hơi và hệ thống 18 KTĐ19MĐ60 5 135 14 116 1 4 thiết bị phụ 1 Vận hành Tua-bin hơi và hệ 19 KTĐ19MĐ62 5 135 14 116 1 4 thống thiết bị phụ 1 20 KTĐ19MĐ40 Thí nghiệm điện cơ bản 3 75 14 58 1 2 21 KTĐ19MĐ53 Thực tập sản xuất 4 180 15 155 0 10 Tổng cộng 60 1395 443 885 32 35 Trang 6
5.2 Nội dung chi tiết môn học: Thời gian (giờ) Thực Số hành, thí Kiểm tra Nội dung tổng quát Tổng Lý TT nghiệm, số thuyết thảo luận, LT TH bài tập Chương 1: Tổng quan về Tua- 1 10 6 4 1 0 bin hơi 2 Chương 2: Tuabin hơi nước 20 12 7 1 0 Chương 3: Thiết bị phụ tuabin 3 45 24 19 1 1 hơi Cộng 75 42 29 3 1 6. Điều kiện thực hiện môn học: 6.1. Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học lý thuyết 6.2. Trang thiết bị máy móc: - Máy tính, máy chiếu - Các bản vẽ, tranh ảnh cần thiết 6.3. Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: - Giáo trình, giáo án - Phiếu học tập - Video mô phỏng hoạt động 7. Nội dung và phương pháp, đánh giá: 7.1 Kiểm tra thưởng xuyên: - Số lượng bài: 02. - Cách thức thực hiện: Do giáo viên giảng dạy môn học/mô đun thực hiện tại thời điểm bất kỳ trong quá trình học thông qua việc kiểm tra vấn đáp trong giờ học, kiểm tra viết với thời gian làm bài bằng hoặc dưới 30 phút, kiểm tra một số nội dung thực hành, thực tập, chấm điểm bài tập. 7.2 Kiểm tra định kỳ: - Số lượng bài: 04 bài kiểm tra - Cách thức thực hiện: Do giáo viên giảng dạy môn học/mô đun thực hiện theo theo số giờ kiểm tra được quy định trong chương trình môn học ở mục III có thể bằng hình thức kiểm tra viết từ 45 đến 60 phút, chấm điểm bài tập lớn, tiểu luận, làm bài Trang 7
thực hành, thực tập. Giáo viên biên soạn đề kiểm tra lý thuyết kèm đáp án và đề kiểm tra thực hành kèm biểu mẫu đánh giá thực hành theo đúng biểu mẫu qui định, trong đó: Stt Bài kiểm tra Hình thức kiểm tra Nội dung Thời gian 1. Bài kiểm tra số 1 Lý thuyết Bài 1 45÷60 phút 2. Bài kiểm tra số 2 Lý thuyết Bài 2 45÷60 phút 3. Bài kiểm tra số 3 Lý thuyết Bài 3 45÷60 phút 4. Bài kiểm tra số 4 Thực hành bài tập Bài 3 45÷60 phút 7.3 Thi kết thúc môn học: Thi lý thuyết - Hình thức thi: Thi lý thuyết - Thời giant thi: 45÷60 phút. 8. Hướng dẫn thực hiện môn học: 8.1. Phạm vi áp dụng môn học: Chương trình mô học này được áp dụng cho nghề Vận hành nhà máy nhiệt điện hệ Cao đẳng, Trung cấp 8.2. Hướng dẫn về phương pháp giảng dạy, học tập môn học: - Đối với giáo viên, giảng viên: + Thiết kế giáo án theo thể loại lý thuyết với bài học. Giáo án được soạn theo bài hoặc buổi dạy. + Tổ chức giảng dạy: theo lớp. + Thiết kế các phiếu học tập - Đối với người học: + Tài liệu, dụng cụ học tập, vở ghi đầy đủ + Hoàn thành các bài tập + Tổ chức làm việc nhóm, làm việc độc lập. + Tuân thủ qui định giờ giấc. 8.3. Những trọng tâm cần chú ý: 8.4. Tài liệu tham khảo: [1]. Tuabin hơi nước – lý thuyết và cấu tạo, NXB KHKT, 2005 [2]. Nguyễn Sỹ Mão, Thiết bị lò hơi, NXB KHKT, 2006 Trang 8
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TUA-BIN HƠI ❖ GIỚI THIỆU VỀ CHƯƠNG 1: Chương 1 là bài giới thiệu tổng thể lý thuyết cơ bản về tuabin nhà máy nhiệt điện, nguyên lý làm việc và các thông số vận hành của tuabin hơi để người học có được kiến thức nền tảng, dễ dàng tiếp cận nội dung môn học ở các bài tiếp theo. ❖ MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG 1 LÀ: Sau khi học xong bài học này, học sinh có khả năng - Trình bày được vị trí, vai trò của tua bin hơi trong nhà máy nhiệt điện; - Trình bày được lý thuyết cơ bản về tua bin hơi; - Giải thích được các chu trình nhiệt động lực học của tua bin hơi. - Phát huy tính tự giác, sáng tạo và nghiêm túc trong học tập, làm việc ❖ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP CHƯƠNG 1: - Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận và bài tập (cá nhân hoặc nhóm). - Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học; hoàn thành đầy đủ câu hỏi thảo luận và bài tập tình huống bài theo cá nhân hoặc nhóm và nộp lại cho người dạy đúng thời gian quy định. ❖ ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN CHƯƠNG 1: - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học lý thuyết theo tiêu chuẩn - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan. - Các điều kiện khác: Không có ❖ KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG 1: - Nội dung: ✓ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức ✓ Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng. ✓ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. Chương 1: Tổng quan về tuabin hơi Trang 9
+ Nghiêm túc trong quá trình học tập. - Phương pháp: ✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: 01 bài ✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: 01 bài lý thuyết NỘI DUNG CHƯƠNG 1: 1.1 Giới thiệu chung Trước đại cách mạng tháng 10 Nga, việc chế tạo Tua-bin trong nước Nga phát triển rất chậm chạp. Tua-bin hơi đầu tiên 200 kW đã được sản xuất vào năm 1907, do nhà sản xuất độc nhất Tua-bin 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 Tua-bin hơi với công suất lớn nhất tổ máy đơn vị là 1250 kW. Đầu chiển tranh thế giới thứ nhất việc chế tạo Tua-bin ở Nga thực tế đã ngừng lại. Việc chế tạo Tua-bin ở Nga mới phục hồi vào 1923. Tua-bin ЛMЗ: Vào năm 1924, ЛMЗ đã bắt đầu sản xuất với công suất 2000 kW. Sản xuất Tua-bin 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 Tua-bin 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 Tua-bin ở Liên Xô đã tập trung ở ЛMЗ. Trong thời gian 5 năm thứ nhất ЛMЗ đã chế được Tua-bin công suất đến 50 000 kW. Đầu tiên với 5 năm lần thứ hai ЛMЗ đã vươn lên chế tạo các Tua-bin 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 Tua-bin cấp nhiệt công suất 25000 kW cũng ở thông số hơi và chế tạo mẫu đầu tiên. Ngoài ra ЛMЗ đã chế tạo Tua-bin có cấp ở thông số hơi 123 bar và 450 oC. Việc chế tạo Tua-bin công suất 100000 kW ở 3000 v/ph, duy nhất trong thời gian đó trong nền chế tạo Tua-bin thế giới, và Tua-bin cấp nhiệt nổi tiếng mà ЛMЗ đã đạt lớn nhất. Năm 1946 - 1947 ЛMЗ khởi xướng sản xuất xeri (thế hệ) Tua-bin 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 Tua-bin hơi công suất 150 MW với quá nhiệt hơi trung gian đến 565 oC, sau đó nhanh chóng vượt lên sản suất seri Tua-bin 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. Chương 1: Tổng quan về tuabin hơi Trang 10
Trong 1964-1965 ЛMЗ đã chế tạo Tua-bin 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. Tua-bin này được vận hành ở Claviaxki ΓPЭC. Cũng trên ΓPЭC đã đặt Tua-bin ЛMЗ một trục công suất 800 MW có thông số hơi mới như Tua-bin hai trục. Hiện nay ЛMЗ đang chế tạo Tua-bin có công suất đơn vị là 1200 MW ở thông số hơi trên tới hạn. Tua-bin XTΓЗ: Vào năm 1934 nhà máy chế tạo Tua-bin - máy phát Kharkov mang tên X.M Kirov (XTΓЗ), đầu tiên chế tạo Tua-bin một xilanh công suất 50000 kW. Năm 1938, nhà máy này cũng đã sản xuất Tua-bin 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 Tua- bin hơi công suất 25000 và 100000 kW như Tua-bin 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 Tua-bin 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 Tua-bin hơi cho nhà máy điện nguyên tử. Nhà máy đang sản xuất Tua-bin 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 Tua-bin 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 Tua-bin công suất 1000 MW kiểu K-1000-65 với 1500 v/ph. Các Tua-bin này dự định để cho các nhà máy điện nguyên tử Lêningrad, Kolxki, Xmolenxk, Kurk. Tua-bin HЗЛ: Năm 1936 công việc chế tạo Tua-bin bắt đầu phát triển ở nhà máy chế tạo máy Nhevxk mang tên Lênin (HЗЛ). Nhà máy ngoài sản xuất Tua-bin hơi công suất trung bình để truyền động máy phát điện, còn sản xuất Tua-bin hơi đặc biệt để truyền dẫn tàu lửa năng lượng, máy nén và quạt gió, là thiết bị tĩnh tại lớn. Tua-bin YTMЗ: Trước chiến tranh vệ quốc đã bắt đầu xây dựng nhà máy động cơ Tua- bin Uranxki (YTMЗ), trong đó chế tạo Tua-bin cấp nhiệt có cửa trích hơi điều chỉnh công suất 12000, 25000, 50000 và 100000 MW. Các Tua-bin YTMЗ được sử dụng rộng rãi trên các trung tâm nhiệt điện ở Liên Xô và nước ngoài. YTMЗ đã chế tạo các seri Tua-bin 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. Tua-bin KTЗ: Năm 1950 đã bắt đầu xây dựng nhà máy Tua-bin Kaluzxki (KTЗ), đã sản xuất Tua-bin 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 Chương 1: Tổng quan về tuabin hơi Trang 11
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 Tua-bin ngưng hơi công suất 300, 500, 800 và 1200 MW và Tua-bin 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, v.v. đã phát triển rất mạnh và chế tạo những tổ máy công suất rất lớn, tới hàng nghìn MW. 1.2 Lý thuyết nhà máy nhiệt điện 1.2.1 Sơ đồ công nghệ nhà máy nhiệt điện Tua-bin hơi: Quá trình sản xuất điện dùng Tua-bin hơi bao gồm các thiết bị chính cùng với các thiết bị phụ của chúng, đó là thiết bị Tua-bin và thiết bị lò hơi nối với nhau bằng hệ thống đường ống dẫn để vận chuyển môi chất (hình 1.1 là sơ đồ đơn giản của nhà máy nhiệt điện Tua-bin hơi). Do, po, to, io 2 4 3  1 Dk, pk, ik 5 7 Dk, tk 6 Hình 1. 1- Sơ đồ nhiệt nguyên lý của nhà máy điện ngưng hơi đơn giản nhất 1 - lò hơi; 2 - bộ quá nhiệt; 3 - Tua-bin; 4 - máy phát điện; 5 - bình ngưng; 6- bơm nước ngưng; 7 - bơm nước cấp cho lò hơi. 1.2.2 Nguyên lí hoạt động: Nước được bơm cấp bơm vào lò hơi. Trong lò hơi, nước nhận nhiệt của ngọn lửa và dòng khói do nhiên liệu cháy sinh ra. Hơi bão hoà sinh ra được đưa lên bộ quá nhiệt để tiếp tục tăng nhiệt độ thành hơi quá nhiệt. Hơi quá nhiệt ra khỏi bộ quá nhiệt được dẫn sang Tua-bin bằng đường ống. Trong Tua-bin, hơi có nhiệt độ và áp suất cao giãn nở sinh công rồi thoát vào bình ngưng. Hơi thoát vào bình ngưng sẽ được làm mát bằng nước sông, nước biển hoặc bằng không khí để ngưng tụ lại thành nước ngưng. Nước ngưng được bơm ngưng và bơm cấp bơm qua các bình gia nhiệt nếu có (trong sơ đồ nhiệt nhà máy nhiệt điện thường có các bình gia nhiệt hồi nhiệt nhưng ở các sơ đồ nhiệt Chương 1: Tổng quan về tuabin hơi Trang 12
của Tua-bin trong công nghiệp thì thường không có bình gia nhiệt hoặc cùng lắm là có 1 bình gia nhiệt hỗn hợp, Tua-bin là loại ngưng hơi thuần tuý hoặc Tua-bin đối áp - không có bình ngưng). Nước tiếp tục vào lò hơi nhận nhiệt để thực hiện chu trình khép kín. Môi chất dùng trong chu trình Tua-bin hơi nước là nước và hơi nước. Nó là chất vận chuyển năng lượng để chuyển nhiệt năng của phản ứng cháy nhiên liệu hoặc nhiệt năng của dòng khói nóng tận dụng được thành động năng làm quay máy phát điện. Để nâng cao hiệu quả quá trình sản xuất điện năng, người ta cải tiến chu trình thiết bị trên thêm những thiết bị phụ để tận dụng nhiệt tối đa. Sơ đồ nhà máy nhiệt điện thực tế sẽ trình bầy trong phần sau. 1.3 Lý thuyết cơ bản về Tua-bin hơi 1.3.1 Những khái niệm cơ bản về Tua-bin hơi Tua-bin 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 Tua-bin là tổ hợp tất cả trang bị chính và phụ trợ của Tua-bin, bao gồm: bản thân tuốc bin, thiết bị bình ngưng, hệ thống gia nhiệt và các đường ống dẫn trong phạm vi gian Tua-bin. Hệ thống thiết bị ngưng hơi là các thiết bị dùng để ngưng hơi thoát ra từ cuối Tua-bin và tạo chân không trong bình ngưng. Nó bao gồm bình ngưng, bơm ngưng tụ, bơm tuần hoàn và ejectơ. Nếu Tua-bin hơi dùng để kéo máy phát điện thì tất cả các thiết bị bao gồm Tua-bin, máy phát, thiết bị ngưng hơi và bộ giảm tốc (nếu có) được gọi là tổ Tua- bin máy phát (gọi tắt là tổ máy). Tua-bin dọc trục và hướng kính Nếu cánh động của Tua-bin được bố trí thẳng góc với tâm trục quay Tua-bin còn dòng hơi lại chuyển động dọc theo trục của nó thì loại Tua- bin này được gọi là Tua-bin dọc trục. Nếu cánh động được bố trí song song với trục quay còn dòng hơi chuyển động theo hướng kính thì loại Tua-bin này được gọi là Tua- bin hướng kính. Thông số hơi ban đầu của Tua-bin (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 Tua-bin. Các thông số định mức của Tua-bin 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 Tua- Chương 1: Tổng quan về tuabin hơi Trang 13
bin. 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 Tua-bin là tổng công suất từ các dãy cánh động truyền tới đầu trục Tua-bin đã tính đến các tổn thất nhiệt bên trong của Tua-bin. Công suất định mức của tổ Tua-bin là công suất lớn nhất đo được tại đầu cực máy phát mà Tua-bin 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 Tua-bin 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. 1.3.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Tua-bin hơi kiểu xung lực 1- Trục 2- đĩa 3- Các cánh làm việc được lắp ghép trên vành đĩa 4- Ống phun Hình 1. 2 - Mặt cắt dọc tuabin xung lực một tầng cánh Trục 1 cùng với đĩa 2 tạo thành phần quan trọng của Tua-bin và gọi là rôto. Rôto đặt trong thân Tua-bin 5. Các cổ trục đặt trên các gối trục. Chương 1: Tổng quan về tuabin hơi Trang 14
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 Tua-bin. Tua-bin 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 Tua-bin xung lực một tầng ngay khi tốc độ vòng đạt tới 350 m/s, không vượt quá 500 - 800 kW. Tua-bin 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, Tua-bin như vậy độ kinh tế nhỏ, trong loại này cần đặt bộ giảm tốc, lĩnh vực sử dụng Tua-bin hơi xung lực một tầng rất hạn chế. Để khắc phục nhược điểm trên, người ta cũng chế tạo loại Tua-bin xung lực nhiều tầng cánh. Ở hình dưới biểu diễn quá trình thay đổi trạng thái của hơi trong tầng cách Tua-bin xung lực. Hơi mới Hơi thoát Ống phun Vỏ Rôto Trục Cánh động Chiều quay Dòng hơi Mặt cắt N B P V VL PC Chương 1: Tổng quan về tuabin hơi Trang 15
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. 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 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 Tua-bin. 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. 1.3.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Tua-bin phản lực Hình 1. 4 - Cấu tạo Tua-bin phản lực nhiều tầng cánh Chương 1: Tổng quan về tuabin hơi Trang 16
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. Hơi mới Hơi thoát Ống phun Vỏ Rôto Trục Cánh động Chuyển động Dòng hơi Mặt cắt N B P V VL PC Hình 1. 5 - Profil và đồ thị thay đổi áp suất hơi qua tầng phản lực 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 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. 1.4 Chu trình nhiệt động lực học của Tua-bin hơi 1.4.1 Chu trình Rankine đơn giản - lý tưởng Chương 1: Tổng quan về tuabin hơi Trang 17