1

CHƢƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ NĂNG LƢỢNG TÀU
1.1- SƠ LƢỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ NĂNG LƢỢNG TÀU
THUỶ
1- Thuyền buồm – Thuyền chèo
Thuyền chèo đã xuất hiện hàng chục nghìn năm trƣớc công nguyên, thuyền
buồm đã có từ 3.500 năm trƣớc công nguyên.
2- Tàu máy hơi nƣớc
Ý tƣởng chế tạo máy hơi nƣớc đã hình thành từ rất sớm, từ quả cầu Hêrôn 120
năm trƣớc công nguyên, đến phát kiến của Leonard De Vinci ở thế kỷ 15, và Papin
(Pháp) ở cuối thế kỷ 17. Việc nghiên cứu chế tạo máy hơi nƣớc có kết quả từ cuối
thế kỷ 17 sang thế kỷ 18. Điển hình là những máy hơi nƣớc do Severi (Anh) chế tạo
vào năm 1669, Newcomen và Cowli (Anh) vào năm 1712, Polzunov (Nga) năm
1764. Tuy nhiên, các máy hơi nƣớc này còn có nhiều nhƣợc điểm, đặc biệt là hiệu
suất rất thấp.
Năm 1784 đƣợc xem là mốc phát minh ra động cơ nhiệt nhờ việc chế tạo thành
công động cơ hơi nƣớc ngƣng hơi hơn hẳn các động cơ trƣớc đó của James Watt
[mặc dù công suất 20 mã lực, hiệu suất chƣa cao (2,5%)].
Ý tƣởng sử dụng tàu máy hơi nƣớc hình thành năm 1802. Và năm 1807, tàu
máy hơi nƣớc guồng quay đầu tiên thành công trong kinh doanh vận tải thủy (tàu
“Clecmont” do Phuntơn đóng, chạy trên sông Mississipi).
Tàu máy hơi nƣớc đầu tiên vƣợt Đại Tây Dƣơng không dùng buồm là tàu
“Ciuraco”, năm 1827.

Ý tƣởng chế tạo tuabin khí đƣợc Barber (Anh) đề xuất năm 1791 và đã đƣợc
cấp bằng phát minh.
Năm 1908, Karavodin (Nga) chế tạo tuabin khí “thuốc nổ” đầu tiên. Năm 1914,
Golxvart (Đức) chế tạo tuabin khí có hiệu suất không quá 13%.
Năm 1927, tuabin khí chu trình đẳng tích đƣợc chế tạo đạt hiệu suất 13%.
Năm 1940, tuabin khí làm việc tin cậy đầu tiên có công suất 4.000 kW, hiệu
suất 18%.
Năm 1948, lần đầu tiên ngƣời ta trang bị tuabin khí trên tàu thuỷ.
Năm 1958, tàu tuabin khí – pittông tự do đầu tiên ra đời (Pháp).
6- Tàu nguyên tử
Năm 1954, tàu ngầm nguyên tử Nautilus (USA) đƣợc đƣa vào sử dụng.
Tàu phá băng Lênin (USSR) đƣợc hạ thuỷ năm 1957.
Tàu sân bay nguyên tử đầu tiên (USA) đƣợc đƣa vào sử dụng năm 1961.
Tàu hàng nguyên tử đầu tiên là tàu NS Savannah (Đức) dài 182 m, các tuabin
hơi dùng năng lƣợng hạt nhân (1962).
Ngoài ra, còn có tàu năng lƣợng mặt trời, tàu điện siêu dẫn, tàu năng lƣợng pin
nhiên liệu, tàu năng lƣợng ion. Về thiết bị đẩy, chân vịt đƣợc sử dụng lần đầu tiên
năm 1844.
1.2- CÔNG DỤNG, THÀNH PHẦN VÀ PHÂN LOẠI THIẾT BỊ NĂNG
LƢỢNG TÀU THUỶ
1- Công dụng
Thiết bị năng lƣợng (TBNL) là tổ hợp các trang thiết bị (các động cơ nhiệt, các
máy móc, thiết bị, đƣờng ống và hệ thống) đƣợc dùng để biến một dạng năng lƣợng
tự nhiên nào đó (hoá năng của nhiên liệu, năng lƣợng mặt trời, …) thành cơ năng,
điện năng và nhiệt năng và chuyển chúng đến các hộ tiêu dùng nhằm đảm bảo cho
tàu chuyển động với tốc độ cho trƣớc; chạy an toàn và tin cậy; đảm bảo sự làm việc
bình thƣờng của máy móc trong buồng máy, máy móc và trang thiết bị mặt boong;
chiếu sáng bằng điện; đảm bảo sự hoạt động của các phƣơng tiện hàng hải, sự điều
khiển máy móc, hệ thống tín hiệu, thiết bị tự động; đảm bảo các nhu cầu sinh hoạt
của ngƣời đi tàu; đảm bảo việc thực hiện các công đoạn sản xuất trên các tàu chuyên

Ngoài ra, ngƣời ta còn phân loại TBNL tàu theo công dụng của tàu (TBNL tàu
không tự hành và TBNL tàu tự hành), theo kiểu loại của TBNL [TBNL hơi nƣớc,
TBNL động cơ đốt trong kiểu pittông-thanh truyền, TBNL tuabin khí, TBNL liên
hợp (máy hơi nƣớc – tuabin hơi thải, điêden – tuabin khí, tuabin khí – tuabin hơi),
TBNL nguyên tử], theo kiểu điều khiển (điều khiển tại buồng máy, điều khiển từ xa,
điều khiển bán tự động và điều khiển tự động) và theo loại chân vịt.
Thành phần và mối quan hệ giữa các phần tử của TBNL tàu đƣợc thể hiện trên
hình 1.1.
1.3- CÁC DẠNG THIẾT BỊ NĂNG LƢỢNG TÀU THUỶ HIỆN ĐẠI
1.3.1- THIẾT BỊ NĂNG LƢỢNG ĐIÊDEN
1- Đặc điểm của TBNL điêden
Thiết bị năng lƣợng điêden là loại TBNL sử dụng động cơ điêden làm máy
chính cho tàu. Đó là động cơ đốt cháy nhiên liệu trong xilanh theo nguyên lý tự bốc
cháy nhờ sự nén hỗn hợp nhiên liệu – không khí đến áp suất và nhiệt độ nhất định.
Trong TBNL điêden, các động cơ phụ thƣờng cũng là các động cơ điêden.
Thiết bị điêden có các đặc điểm sau:
+ Lực quán tính của động cơ điêden có tính chu kỳ.
+ Hoạt động sinh công có tính chu kỳ và động cơ quay không đều.
+ Phải có cơ cấu phân phối khí mới đảm bảo tính chu kỳ của quá trình nạp, xả.
+ Một số chi tiết phải làm việc trong vùng nhiệt độ cao và ma sát lớn.
+ Các chi tiết chịu tải có tính chu kỳ.
+ Chiều quay của trục khuỷu không ảnh hƣởng đến qui luật chuyển động của
pittông;
4

`


CHỨA
BÌNH
CHỨA
NỒI HƠI ĐỘC LẬP
MÁY MÓC VÀ THIẾT BỊ
TRÊN TÀU CHUYÊN DÙNG
ĐỘNG CƠ SỰ CỐ VÀ
ACQUI DỰ PHÕNG
CHIẾU SÁNG DỰ PHÕNG
THÔNG TIN LIÊN LẠC
DỤNG CỤ
KIỂM TRA
VÀ ĐIỀU
KHIỂN TỰ
ĐỘNG
ĐỘNG CƠ ĐIỆN CỦA HỆ
THỐNG TÀU
TRẠM ĐIỆN
ĐỘNG CƠ ĐIỆN CỦA MÁY
MÓC MẶT BOONG
MÁY LÁI
THIẾT BỊ LÁI
MÁY TỜI ĐẶT ĐỨNG
MÁY TỜI NẰM NGANG
MÁY TỜI XẾP DỠ
MÁY TỜI NÂNG HẠ XUỒNG
CỨU SINH
ĐỘNG CƠ ĐIỆN CỦA
MÁY MÓC PHỤ
ĐỘNG CƠ PHỤ

- Tƣơng đối đơn giản trong việc tự động hóa điều khiển;
- Động cơ có thể tự đảo chiều quay khi cần đối chiều chuyển động của tàu;
- Giá thành thấp;
- Độ ồn thấp, kích thƣớc và khối lƣợng tƣơng đối nhỏ.
Nhƣợc điểm cơ bản thuộc về bản chất của TBNL điêden là cơ cấu truyền lực kiểu
tay quay – thanh truyền đƣợc sử dụng trong động cơ điêden sử dụng nên gây ra rung
động động cơ và thân tàu (lực tác dụng, mômen quay của đong cơ không đều); Sự
thay đổi phƣơng, chiều, trị số lực tiếp tuyến (vuông góc với tay quay), tốc độ góc
của động cơ gây ra dao động xoắn trục.
Trên các tàu cỡ vừa và cỡ nhỏ, ngƣời ta sử dụng các động cơ điêden 4 kỳ tăng
áp và không tăng áp, loại trung tốc đảo chiều và không đảo chiều và loại có tốc độ
quay cao, không đảo chiều làm động cơ chính. Công suất nhỏ nhất của động cơ
chính là 4 kW và công suất cực đại của tổ hợp động cơ chính đạt đến 2.200 kW.
Các động cơ thủy có tốc độ quay thấp [
phvn /)170100( 
] loại 2 kỳ tác dụng
đơn có con trƣợt đƣợc dùng phổ biến trên các tàu giao thông cỡ lớn. Chúng chiếm
75% công suất thiết bị của TBNL mới. Loại lớn nhất có công suất tổ hợp đạt đến
26.480 kW. Sở dĩ các động cơ này đƣợc dùng phổ biến trên các tàu giao thông vì
chúng có các ƣu thế sau:
+ Tính kinh tế nhiệt cao và có khả năng làm việc với nhiên liệu nặng (rẻ tiền);
+ Có khả năng truyền công suất trực tiếp đến chân vịt;
+ Tuổi thọ cao.
Trên các tàu cỡ nhỏ, tàu kéo, phà, tàu chuyên dùng, ngƣời ta trang bị các động
cơ điêden 4 kỳ trung và cao tốc làm máy chính.
Các động cơ điêden 4 kỳ cao tốc không tăng áp và tăng áp, công suất nhỏ đƣợc
sử dụng làm động cơ phụ tàu thủy.
6

Trong TBNL điêden, ngƣời ta áp dụng các kiểu truyền động chính: cơ khí, thủy

0
500
và của khí lò là
C
0
300.1
);
+ Thiết bị động lực cần có thiết bị dự trữ nƣớc, vận chuyển và các thiết bị phụ
khác phức tạp;
+ Kích thƣớc và khối lƣợng lớn;
+ Nồi hơi phải đốt liên tục, hơi nƣớc có áp suất và nhiệt độ cao lƣu động không
ngừng trong các đƣờng ống, rất nguy hiểm cho ngƣời vận hành;
+ Thời gian chuẩn bị khởi động thiết bị dài, do đó tính cơ động của tàu thấp.
7

2- Sơ đồ nguyên lý thiết bị năng lƣợng tuabin hơi
Sơ đồ nguyên lý thiết bị năng lƣợng tuabin hơi đơn giản đƣợc thể hiện trên hình
1.3
Hình 1.3- Sơ đồ nguyên
lý TBNL tuabin hơi
1. Chân vịt; 2. Hộp số;
3. Tuabin hơi; 4. Nồi hơi;
5. Bơm cấp; 6. Thiết bị
ngưng tụ; 7. Mạch nước

1
1
2
3
4
1
5
6
7
8
Hình 1.4- Cấu tạo nồi hơi
a) Cấu tạo; b) Hình dạng chung

Nồi hơi tàu thuỷ đƣợc dùng để cung cấp hơi nƣớc cho các máy động lực (máy
hơi nƣớc và tuabin hơi), cấp cho nhu cầu sƣởi ấm, sấy nóng. Nó đƣợc sử dụng rộng
rãi trên các tàu thuỷ cỡ lớn với chức năng là nồi hơi chính hay phụ để phục vụ cho
các thiết bị động lực, sản xuất hay sinh hoạt trên tàu.
(2)- Tuabin hơi
Tuabin hơi là loại động cơ nhiệt kiểu rôto, môi chất công tác là hơi nƣớc, trong
đó năng lƣợng nhiệt của hơi hoặc khí ở dạng thế năng (áp năng) đƣợc biến thành
động năng, rồi thành cơ năng làm quay trục tuabin.
Sự biến đổi thế năng thành động năng có thể diễn ra trên cả phần cố định và
phần quay (chuyển động) của tuabin hoặc là sự biến đổi thế năng thành động năng
chỉ xảy ra ở phần cố định, còn động năng biến thành cơ năng trên phần quay. Chính


(3)- Bình ngƣng
Bình ngƣng đƣợc dùng để duy trì sự hạ áp và ngƣng tụ hơi thải. Việc giảm áp
suất từ p
1
đến p
2
trong bình ngƣng cho phép tăng mức giãn nở chung của hơi trong
tuabin. Kết quả là độ giáng nhiệt (độ chênh nhiệt) đƣợc tạo ra trong thiết bị, cho
phép gia tăng đại lƣợng H
a
, tổn thất chu trình q
2
giảm và hiệu suất nhiệt tăng lên.
Bình ngƣng trong TBNL tuabin hơi thƣờng là kiểu ống chùm nằm ngang (nƣớc
tải nhiệt đi bên trong ống).
(4)- Bơm cấp
Bơm cấp nồi đƣợc dùng trong TBNL tuabin hơi thƣờng là bơm ly tâm có cột áp
cao (xem hình 1.6).
4- Các thông số cơ bản của tuabin hơi
Các thông số cơ bản của tuabin hơi gồm có tốc độ quay, công suất, suất tiêu hao
hơi và hiệu suất.
Suất tiêu hao hơi (chi phí hơi riêng) đƣợc tính theo công thức:
D
e
=
ea
h

.


= 5,69.G.h
a
.
e
, ML (1.2)
Nếu đợn vị đo công suất là kW thì công suất và suất tiêu hao hơi của tuabin
đƣợc tính theo các công thức:
D
e
=
ea
h

.
859
, kg/kWh và N
e
= 4,19.G.h
a
.
e
, kW (1.3)


Trong đó:

N
- hiệu suất của nồi hơi,

N
= (0,93

0,96);


t
- hiệu suất nhiệt của tuabin,
-

t
= (0,36

0,38) khi tuabin làm việc với hơi có thông số trung bình;
-

t
= (0,42

0,44) đối với tuabin làm việc với hơi có thông số cao có hoàn
nhiệt và quá nhiệt trung gian.
Thông thƣờng 
ethb
= (0,26  0,28), cá biệt có thể đạt đƣợc 
ethb


Hình 1.7- Đặc tính tải-tốc độ của
tuabin hơi

6- Ƣu nhƣợc điểm của TBNL tuabin hơi
a)- Ƣu điểm
- Công suất lớn, có thể đạt trên 100.000 mã lực
- Có hiệu suất 
e
tăng theo công suất N
e
(Động cơ càng lớn thì tính kinh tế càng
cao);
- Sử dụng đƣợc nhiều loại nhiên liệu rẻ tiền: than đá, dầu nặng, ;
- Có thể tận dụng đƣợc nhiệt khí xả của động cơ điêden (sử dụng nồi hơi tận
dụng).
b)- Nhƣợc điểm
- Hiệu suất 
e
thấp do mất mát nhiệt quá lớn vì gia nhiệt gián tiếp, sự chuyển
trạng trái liên tục của môi chất công tác;
- Tốc độ quay của tuabin lớn nên thiết bị truyền động cồng kềnh (hộp giảm tốc
lớn);
- Tính cơ động thấp (không thể thay đổi nhanh chế độ làm việc, thời gian khởi

Trên các tàu hiện đại, ngƣời ta dùng hệ thống cấp nƣớc kín và đảm bảo việc khử
khí cho nó. Nƣớc cấp cho nồi hơi nhận đƣợc từ các bình ngƣng chính và phụ. Mức
hao hụt của nƣớc trong hệ thống ngƣng tụ – cấp đƣợc bổ sung bằng nƣớc ngọt nhận
từ bờ hoặc nƣớc chƣng cất từ nƣớc biển bằng cách tận dụng nhiệt.
(2)- Hệ thống làm mát tuần hoàn
Trong các thiết bị tuabin hơi, hệ thống làm mát đƣợc dùng để đảm bảo việc
ngƣng tụ hơi trong các bình ngƣng chính và phụ và làm mát dầu trong các bình làm
mát dầu.
(3)- Hệ thống bôi trơn
Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ cung cấp dầu bôi trơn đến các gối đỡ trục, các hệ
thống điều chỉnh và bảo vệ của tuabin (dầu bôi trơn đƣợc sử dụng là loại dầu bôi
trơn tuabin). Hiện tại ngƣời ta sử dụng hai kiểu hệ thống bôi trơn: tuần hoàn cƣỡng
bức và tuần hoàn cƣỡng bức kết hợp với tự chảy (hệ thống này có độ tin cậy cao
hơn).
Tổ hợp thiết bị tuabin – truyền động bánh răng chính và dẫn động tuabin - hộp
giảm tốc phụ có hệ thống bôi trơn tuần hoàn cƣỡng bức đảm bảo việc bôi trơn tin
cậy trƣớc lúc khởi động, trong thời gian làm việc và sau khi dừng máy. Ngƣời ta
chia thành hệ thống bôi trơn tự chảy và bôi trơn tuần hoàn có áp. Trong hệ thống bôi
trơn tự chảy, áp suất dầu cần thiết đƣợc tạo ra nhờ thế năng do két đặt trên cao (két
thế năng). Trong hệ thống có áp, áp suất dầu cần thiết đƣợc tạo ra bằng bơm dầu
trực tiếp, chuyển dầu từ các két góp dầu. Khác với các hệ thống có áp, trong hệ
thống tự chảy, các bơm dầu chuyển dầu từ két góp đến két thế năng, thể tích của
13

chúng cần phải đủ để đảm bảo việc cấp dầu bôi trơn bình thƣờng cho tổ hợp tuabin
– truyền động chính trong vòng 5 phút.
Ngƣời ta thƣờng áp dụng hệ thống bôi trơn dầu tự chảy cho tổ hợp tuabin –
truyền động chính của tàu vận tải và hệ thống bôi trơn có áp cho cơ cấu dẫn động
bằng tuabin hộp số phụ và đối với tổ hợp tuabin chính trên các tàu hạng nhẹ.
Các hộ tiêu thụ dầu trong hệ thống bôi trơn tổ hợp tuabin chính là:

- Sự tăng độ dịch dọc trục rôto tuabin quá 1 mm.
- Sự tăng tốc độ quay của trục tuabin vƣợt quá giá trị định mức đến (1014)%.
(8)- Hệ thống làm kín và hút hơi
Việc làm kín bên trong tuabin rất quan trọng. Ngƣời ta sử dụng các bộ làm kín
nhờ áp suất hơi theo kiểu chân không và kiểu áp suất thay đổi. Do đó, để đảm bảo
độ kín cần thiết, ngƣời ta trang bị hệ thống cấp hơi và hút hơi để tác động đến bộ
làm kín.
(9)- Hệ thống sấy nóng tuabin
14

Nếu khởi động tuabin từ trạng thái nguội sẽ làm cho các bộ phận của tuabin bị
biến dạng, xuất hiện hiện tƣợng xung kích nƣớc (do hơi nƣớc ngƣng tụ thành những
giọt nƣớc lƣu động cùng với dòng hơi) làm cho tuabin bị hƣ hỏng. Do vậy, trƣớc
khi khởi động, cần phải sấy nóng tuabin đạt đến chế độ nhiệt nhất định. Ngƣời ta
dùng hơi bão hoà để sấy nóng tuabin trong thời gian từ (2060) phút tuỳ theo kết
cấu của nó. Việc sấy nóng đƣợc coi nhƣ kết thúc khi nhiệt độ trên mặt bích nằm
ngang đạt đến (80100)
0
C đối với tuabin cao áp và (7090)
0
C đối với tuabin thấp
áp.
(10)- Hệ thống xả
Hệ thống xả đƣợc trang bị nhằm để xả phần nƣớc đọng do ngƣng tụ trong các
khoang của tuabin. Phần nƣớc đọng này chủ yếu xuất hiện trong giai đoạn sấy nóng
tuabin.
(11)- Hệ thống điều chỉnh tốc độ quay và công suất
Việc thay đổi công suất của tuabin thƣờng đi liền với sự thay đổi tốc độ quay
của nó. Theo công thức tính công suất N
e

+ Do đƣợc cân bằng tốt nên khi động cơ làm việc ổn định không sinh ra lực
quán tính, không gây rung động;
+ Khi động cơ làm việc ở tốc độ quay thấp, tính kinh tế không cao. Vì vậy, cần
nâng cao tốc độ quay để nâng cao tính kinh tế và buộc phải dùng bộ giảm tốc khiến
cho kết cấu trở nên cồng kềnh.
Tuy nhiên, do sự hạn chế về tính bền nhiệt của vật liệu chế tạo các chi tiết nên
không thể đạt đƣợc hiệu suất nhiệt cao và tuổi thọ cũng thấp.
15

Mặc dù ra đời muộn, nhƣng ngày nay tuabin đƣợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực
nhƣ năng lƣợng, vận tải, …
2- Sơ đồ nguyên lý của TBNL tuabin khí
A- Thiết bị tuabin khí chu trình hở
Ở thiết bị tuabin khí chu trình hở, môi chất công tác lúc đầu là không khí và sau
đó là hỗn hợp không khí với sản phẩm cháy của nhiên liệu, đi qua các khoang bên
trong của các phần tử thiết bị, trao đổi năng lƣợng trong đó rồi đƣợc thải ra ngoài
khí quyển.
(1)- Chu trình thiết bị tuabin khí cháy đẳng tích
Sơ đồ nguyên lý thiết bị tuabin khí cháy đẳng tích đƣợc thể hiện trên hình 1.8.

Hình 1.8- Sơ đồ nguyên
lý thiết bị tuabin khí
cháy đẳng tích
1. Van nạp không khí; 2.
BCA - Vòi phun; 3. Van
thải khí cháy;
4. Miệng phun; 5. Cánh

để cấp cho tuabin khí. Sau đó, van nạp 1 mở và van xả 3 đóng để nạp không khí vào
buồng cháy chuẩn bị cho quá trình làm việc tiếp theo. Trong tuabin, khí cháy hoàn
thành việc biến đổi năng lƣợng (biến một phần nhiệt năng thành cơ năng làm quay
tuabin), sau đó đƣợc thải ra ngoài với thông số p
4
, T
4
.
Công suất do tuabin sản ra đƣợc dùng một phần lớn để lai máy nén, một phần
nhỏ để lai thiết bị phục vụ và phần còn lại cung cấp cho máy công tác.
(2)- Chu trình thiết bị tuabin khí cháy đẳng áp
Sơ đồ nguyên lý thiết bị tuabin khí cháy đẳng áp đƣợc thể hiện trên hình 1.9.
Khi thiết bị làm việc, không khí ở áp suất và nhiệt độ khí quyển p
1
, T
1
đƣợc máy
nén 5 hút và nén đến áp suất và nhiệt độ khí quyển p
2
, T
2
[thƣờng từ (810)
kG/cm
2
] và đƣa đến buồng cháy 9. Tại đây, không khí nén đƣợc tách làm 2 luồng,
một phần không khí nén [(3040)%] hoà trộn với nhiên liệu do vòi phun 8 cung cấp
16

và bốc cháy, tạo ra khí cháy có áp suất và nhiệt độ cao (cao hơn 1.000
0Hình 1.9- Sơ đồ
nguyên lý TBNL
tuabin khí cháy
đẳng áp, chu trình
hở
a) Thiết bị cùng trục
1. Chân vịt; 2. Hộp
số;
3. Bơm phun nhiên
liệu;
4. Ống hút không
khí;
5. Máy nén khí; 6. Ly
hợp;
7. Động cơ điện khởi
động; 8. Vòi phun;
9. Buồng đốt; 10.
Ống khí xả; 11.
Tuabin khí
b) Thiết bị không
cùng trục
Công suất do tuabin sản ra đƣợc dùng một phần lớn để lai máy nén [(6075)%],
một phần nhỏ dùng để lai thiết bị phục vụ, [(45)%], và phần còn lại cung cấp cho

khí. Máy nén đƣợc sử dụng là máy nén ly tâm hoặc hƣớng trục. Để nén nhiên liệu
khí có nhiệt trị trên 30.10
6
J/m
3
, phải chọn loại máy nén có tổn thất thể tích khoảng
3% thể tích của môi chất. Nhƣ vậy, loại máy nén thích hợp chỉ có thể là loại máy
nén pittông hay loại máy nén ly tâm có tốc độ quay rất lớn.
Máy nén dùng trong thiết bị tuabin khí cần thoả mãn các yêu cầu sau:
- Hiệu suất cao.
- Độ nén (tỷ số tăng áp) ở từng cấp nén cao.
- Có thể làm việc ở tốc độ quay lớn.
1
2
3
4
5
6
18

- Độ sử dụng vật liệu và không gian cao.
- Làm việc ổn định trong phạm vi tải và tốc độ của thiết bị tuabin.
- Việc điều khiển dễ dàng.
Máy nén ly tâm (Xem hình 1.11) làm việc theo nguyên lý ly tâm, nó có cấu tạo
đơn giản, hoạt động tin cậy, có thể làm việc ở tốc độ quay cao. Nhƣợc điểm của nó
là rôto khó chế tạo và đắt tiền, công suất giới hạn nhỏ. Máy nén ly tâm đƣợc dùng
trong thiết bị tuabin khí có công suất đến (300400) kW.
Máy nén hƣớng trục (Xem hình 1.12) thực hiện sự nén theo nguyên tắc biến
động năng thành áp năng trong các dãy cánh công tác và cánh hƣớng. Do tỷ số nén
của mỗi tầng cánh nhỏ hơn so với máy nén ly tâm nên máy nén hƣớng trục đƣợc

hơn), không có van điều chỉnh. Việc điều chỉnh công suất đƣợc thực hiện bằng cách
thay đổi lƣợng nhiên liệu cấp vào buồng đốt.
Tuabin làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao nên cần đƣợc làm mát. Ngƣời ta
dùng không khí để làm mát cho tuabin.
Hình1.13- Buồng cháy và các tầng cánh của tuabin khí

4- Ƣu nhƣợc điểm của TBNL tuabin khí
So với các kiểu TBNL khác, TBNL tuabin khí có các ƣu điểm sau:
- Công suất tổ hợp thiết bị lớn;
- Nguyên lý làm việc đơn giản, độ tin cậy cao (nhờ nguyên tắc tác động quay và
sự đơn giản của sơ đồ động);
- Vận hành thuận tiện, đơn giản trong việc bảo dƣỡng, có khả năng khởi động
nhanh và tính năng tăng tốc cao;
- Chi phí vận hành thấp;
- Hiệu suất tƣơng đối lớn [ = (0,32

0.34)];
- Kích thƣớc và khối lƣợng nhỏ, diện tích chiếm chỗ và thể tích buồng máy nhỏ;
- Có khả năng nghiên cứu hoàn thiện chu trình nhiệt và kết cấu nhằm nâng cao
hiệu suất và giảm chi phí nhiên liệu;
- Thích nghi tốt với việc tự động hóa và điều khiển từ xa do đơn giản đƣợc việc
khởi động và điều khiển.
Các thiết bị tuabin khí tàu thủy sử dụng nhiên liệu hữu cơ thuộc các thiết bị chu
trình hở. Thiết bị tuabin khí chu trình kín đƣợc dùng với TBNL nguyên tử.
Việc đảo chiều ở thiết bị tuabin khí có thể đƣợc thực hiện bằng: tuabin đảo
chiều có cấp hành trình lùi; tuabin hành trình lùi độc lập; bộ truyền giảm tốc đảo
chiều; bộ truyền đảo chiều thủy lực và điện; chân vịt biến bƣớc; thiết bị đẩy kiểu

Hệ thống nhiên liệu đƣợc dùng để cấp vào buồng đốt với số lƣợng yêu cầu và
chất lƣợng thoả đáng.
Đối với các thiết bị tuabin khí tàu giao thông hợp lí là sử dụng nhiên liệu có
chất lƣợng thấp – đó là mazut, nó rẻ hơn nhiều so với nhiên liệu điêden, đƣợc áp
dụng rộng rãi trong các thiết bị sử dụng động cơ đốt trong. Tuy nhiên việc áp dụng
loại nhiên liệu nặng trong thiết bị tuabin khí gắn liền với một loạt khó khăn cần phải
giải quyết. Mazut có khối lƣợng riêng lớn và độ nhớt cao, làm phức tạp cho việc
thực hiện phun nó có chất lƣợng cao, do đó việc đốt cháy có hiệu suất cao là khó.
Ngoài ra, hàm lƣợng lớn vanađi, natri, canxi, lƣu huỳnh trong mazut làm tích tụ tro
và gây ăn mòn trong các phần nó đi qua của tuabin và thiết bị hoàn nhiệt. Khi sử
dụng nhiên liệu nặng trong hệ thống nhiên liệu của thiết bị tuabin khí, ngƣời trang
bị thiết bị bổ sung để đảm bảo việc lọc sạch sơ bộ và sấy nóng nhiên liệu trƣớc khi
cấp nó vào buồng đốt.
(3)- Hệ thống làm mát
Hệ thống làm mát đƣợc dùng để làm mát các phần rôto và stato của tuabin khí.
Ngƣời ta dùng không khí và nƣớc làm môi chất làm mát. Việc làm mát bằng không
khí đƣợc áp dụng rộng rãi để làm mát các đĩa tuabin, còn nƣớc dùng để làm mát
phần không chuyển động của tuabin và vỏ. Chính vì vành đĩa có nhiệt độ cao hơn so
với phần tâm [độ chênh nhiệt độ có thể đạt đến (350÷450)
0
C] nên vật liệu của đĩa
phải chịu ứng suất nhiệt lớn. Nhằm làm đều nhiệt độ đĩa theo hƣớng kính từ hai
phía, ngƣời ta dùng không khí trích từ các cấp của máy nén hoặc từ bộ hoàn nhiệt để
làm mát đĩa tuabin.
(4)- Hệ thống điều khiển, điều chỉnh và bảo vệ
21

Hệ thống điều khiển, điều chỉnh và bảo vệ hợp nhất thành một tổ hợp thống
nhất với hệ thống bôi trơn nhiên liệu và làm mát, tạo khả năng thực hiện việc điều
khiển và điều chỉnh tự động thiết bị tuabin khí từ trạm điều khiển trung tâm (tập

lƣợng do phản ứng phân hạch U
235
tỏa ra rất lớn, 1 kg U
235
khi bị phân hạch tỏa ra
một nhiệt lƣợng lớn hơn 1,5.10
6
lần khi đốt cháy 1 kg nhiên liệu hữu cơ. Do vậy, tàu
trang bị thiết bị năng lƣợng nguyên tử cần lƣợng dự trữ nhiên liệu ở mức thấp nhất,
đảm bảo khả năng hoạt động độc lập lớn và vùng hoạt động không hạn chế.
1- Nguyên lý của lò phản ứng hạt nhân
Lò phản ứng hạt nhân là thiết bị có thể điều khiển và kiểm soát phản ứng phân
hạch để thu đƣợc năng lƣợng nhiệt do phản ứng phân hạch tạo ra.
Cấu tạo của lò gồm các bộ phận chủ yếu sau:
1) Bộ phận cấp nhiên liệu hạt nhân để tạo ra sự phân hạch và sinh nhiệt.
2) Bộ phận cung cấp chất làm chậm với chức năng làm giảm tốc độ của các
nơtron sinh ra từ phản ứng phân hạch để tạo điều kiện cho phản ứng dây chuyền xảy
ra.
3) Bộ phận tải nhiệt với chức năng thu nhiệt sinh ra do phân hạch hạt nhân từ
tâm lò phản ứng để chuyển ra bộ phận ngoài.
4) Bộ phận điều khiển để điều chỉnh quá trình phân hạch của nhiên liệu hạt nhân.
Nguyên lý của lò phản ứng hạt nhân đƣợc thể hiện trên hình 1.14.

22

239
, thori Th
233
.
Chất làm chậm [trong các lò phản ứng chạy bằng nơtron chậm hay trung gian
(các nơtron đã đƣợc làm chậm một phần trƣớc khi bị hấp thụ để phân hạch tiếp)] có
thể là graphit, nƣớc nặng D
2
O, nƣớc thƣờng H
2
O, berili và berili oxit BeO, các hất
hữu cơ, kim loại lỏng, … Chất phản xạ là bất kỳ chất làm chậm nào nhƣ graphit,
berili, …
Ngoài ra còn phải chú ý đến một số yếu tố có tính chất kỹ thuật. Tất cả các lò
phản ứng hạt nhân hoạt động ở những mức công suất cao, ngoài nhiệt năng, trong lò
còn sản sinh ra một lƣợng lớn nơtron, các tia , tia . Ngay cả khi lò đã bị dập tắt,
cƣờng độ phóng xạ của các tia , tia  vẫn còn lớn do có một lƣợng lớn sản phẩm
phóng xạ trong quá trình phân hạch sinh ra gây ảnh hƣởng xấu đến hoạt động sống.
23

Cho nên phần lớn các lò phản ứng đều bọc kín nhiên liệu trong một “vỏ” vật liệu.
Vật liệu thƣờng dùng để làm vỏ là: nhôm, thép không gỉ, zicorini. Thứ nữa, để đảm
bảo an toàn cho những ngƣời làm việc quanh lò phản ứng, ta phải có thêm những
vật chắn để tránh các nơtron nhanh cũng nhƣ các tia  vì chúng là các bức xạ có khả
năng xuyên thấu mạnh, do đó có tác dụng phá hủy mô tế bào mạnh.
Nhƣ ta đã thấy ở trên, để làm chậm các nơtron nhanh để chúng dễ dàng bị U
235

bắt, ta phải dùng loại vật liệu có nguyên tử nhỏ, trong khi để chắn có hiệu quả nhất
đối với các tia  lại phải có vật liệu có số khối Z lớn. Do đó, ngƣời ta thƣờng dùng

2
hoặc Heli và lò tái sinh nhanh thì dùng chất tải nhiệt là Natri.
Chất điều khiển của lò phản ứng có tác dụng điều chỉnh công suất của lò phản
ứng (tốc độ phản ứng phân hạch) và có khả năng hấp thụ nơtron. Chất điều khiển
đƣợc sử dụng phổ biến là boron hoặc cadimi.
Bình sinh hơi là thiết bị trao đổi nhiệt đƣợc sử dụng để chuyển đổi nƣớc thành
hơi nƣớc dƣới sức nóng đƣợc phát ra từ trung tâm lò phản ứng hạt nhân. Tùy thuộc
vào công suất lò phản ứng mà ngƣời ta có thể lắp đặt hai, ba hoặc bốn bình sinh hơi.
Và cùng với tâm lò phản ứng, bình sinh hơi đƣợc gắn kín trong khối lò phản ứng hạt
nhân với lớp bảo vệ hai tầng.

24

2- Sơ đồ nguyên lý và đặc điểm của TBNL hạt nhân
(1)- Sơ đồ nguyên lý của TBNL hạt nhân
TBNL nguyên tử có lò phản ứng hạt nhân là một thiết bị sinh nhiệt. Sơ đồ
nguyên lý TBNL nguyên tử đƣợc thể hiện trên hình 1.15.
Nhƣ đã đề cập, bản chất của phản ứng dây chuyền là hạt nhân U
235
khi đƣợc
phân rã tạo thành (23) nơtron nhanh thứ cấp mới, chúng có nội năng đến 2 MeV và
tốc độ trên
skm/000.20
. Trong các điều kiện xác định, các nơtron thứ cấp này tạo
nên phản ứng phân rã các hạt nhân U
235
khác.
Để nâng cao xác suất phân rã hạt nhân nguyên tử U
235
, ngƣời ta giảm năng

7
8
9
10
11