1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM
--------- oOo --------

LÃNH TRUNG ĐÔNG

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO
HIỆU QUẢ LÀM VIỆC CỦA HỆ ĐỘNG LỰC
TUABIN HƠI PHỤ TÀU “BA VÌ”

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HCM 10-2015


2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM
--------- oOo --------

LÃNH TRUNG ĐÔNG
NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO


2. PGS.TS. BÙI XUÂN LÂM

Ủy viên, phản biện;

3. TS. LÊ VĂN VANG

Ủy viên, phản biện;

4. TS. NGUYỄN SƠN TRÀ

Ủy viên;

5. TS. NGÔ DUY NAM

Ủy viên, thư ký;

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản
lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa.
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA MÁY TÀU THỦY


4

TS. BÙI HỒNG DƯƠNG

TS. LÊ VĂN VANG


kinh nghiệm nghiên cứu quý báu trong suốt thời gian thực hiện đề tài, là
người tận tình hướng dẫn đầy tâm huyết trong quá trình thực hiện công trình
nghiên cứu và hoàn tất luận văn.
Tôi xin cảm ơn đến:
Quý Thầy Cô công tác tại trường Đại học Giao Thông Vận Tải Thành
Phố Hồ Chí Minh, đã truyền đạt cho tôi những kiến thức chuyên môn trong
suốt thời gian học tập tại trường.
Đồng nghiệp, bạn bè và người thân trong gia đình đã giúp đỡ, động
viên, tạo mọi điều kiện về thời gian, vật chất, tinh thần giúp cho tôi học tập,
nghiên cứu và hoàn thành luận văn này.
Tp. Hồ chí Minh, tháng

năm 2015

Lãnh Trung Đông


7


8

MỤC LỤC KÝ HIỆU
Ký hiệu

Ý nghĩa

c

Nhiệt dung riêng khối lượng (kJ/kg.K)


Thông số trạng thái của hơi

i2

Thông số trạng thái của hơi

i3

Thông số trạng thái của hơi

i4

Thông số trạng thái của hơi

ητ

Hiệu suất nhiệt lý thuyết

ηc

Hiệu suất cơ giới

ηe

Hiệu suất có ích

ηο

Hiệu suất chung


Áp suất hơi ra khỏi tuabin (áp suất ngưng tụ)

N

Công suất (kW)

Ne

Công suất có ích


9

Ni

Công suất chỉ thị

n

Vòng quay (vòng/phút)

Hlt

Nhiệt giáng lý thuyết của tuabin (J/kg)

Hi

Nhiệt giáng chỉ thị của tuabin (J/kg)


Tổn thất profin cánh

∆h2

Tổn thất mép cánh

∆h3

Tổn thất do tạo thành xoáy

∆h4

Tổn thất do lệch hướng dòng hơi đến

∆hth

Tổn thất hơi thải

∆hrl

Tổn thất do rò lọt

∆hsc

Tổn thất do sức cản gây nên

∆hcb

Tổn thất do cấp hơi cục bộ gây nên


tàu thủy. Ngày nay, tuy hệ động lực Diesel gần như đã được trang bị cho
toàn bộ đội tàu thế giới, hơi nước vẫn được sử dụng cho nhiều mục đích
cần thiết trên tàu như: sinh công trong các máy phụ, phục vụ sinh hoạt của
thuyền viên, là chất công tác trong các thiết bị trao đổi nhiệt...
Nồi hơi và tuabin hơi là hai thiết bị chính trong hệ động lực hơi nước.
Nếu nồi hơi là thiết bị sinh hơi thì tuabin hơi là thiết bị tiêu thụ hơi để sinh
công. Với hệ động lực hơi nước ở trên bờ, tuabin hơi được sử dụng để lai
máy phát điện. Với hệ động lực hơi nước dưới tàu biển, tuabin hơi được sử
dụng để lai chân vịt tàu thủy, bơm dầu hàng và máy phát.


12

Một cách tổng quát thì nồi hơi (boiler) là một thiết bị chịu áp lực có
chức năng biến nước thành hơi nhờ nhiệt năng có được từ việc đốt cháy
nhiên liệu. Trên tàu thủy, nồi hơi được sử dụng như một thiết bị phụ, còn
tuabin hơi thường được sử dụng để lai các máy phụ khác như bơm, máy
phát điện... Nói chung, nồi hơi và tuabin hơi là hai thiết bị quan trọng trên
tàu.(theo tạp chí hàng hải)
Tuabin hơi đang ngày càng được sử dụng rộng rãi trên tàu thủy, nhất là
trên các tàu chở dầu, các tàu quân sự hạt nhân, vì nó có khả năng sinh công
lớn và các thiết bị phụ trên tàu được lai bởi các động cơ hơi nước nên an
toàn trong khai thác. Ngoài ra chu trình thiết bị động lực hơi nước cho
phép sử dụng năng lượng hạt nhân-nguồn năng lượng ưu việt.
Chu trình thiết bị động lực hơi nước là cơ sở sản xuất có công nghệ rất
phức tạp, bao gồm nhiều hệ thống với rất nhiều thiết bị công nghệ khác
nhau nhưng lại liên hệ mật thiết với nhau. Trong mỗi hệ thống, mỗi thiết bị,
mức độ tổn thất năng lượng cũng khác nhau. Vì vậy trước hết cần chú
trọng việc vận hành và quản lý những hệ thống, thiết bị có tỉ lệ tổn thất
năng lượng cao, đồng thời cần tập trung nghiên cứu tìm các giải pháp tiết

6. Kết cấu của của luận văn
Kết cấu luận văn tốt nghiệp gồm 4 chương
Mở đầu
1. Mục đích của đề tài và lý do hình thành đề tài
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
4. Phạm vi và giới hạn của đề tài
5. Phương pháp nghiên cứu cụ thể
6. Kết cấu của luận văn tốt nghiệp


14

Chương 1: Tổng quan về hệ động lực tuabin hơi nước
1.1. Quá trình phát triển và những cải tiến kỹ thuật của hệ động lực
tuabin hơi.
1.2. Ứng dụng của tuabin hơi
1.3. Tống quan về tình hình nghiên cứu đề tài trên thế giới và trong
nước.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết của đề tài
2.1. Cơ sở lý thuyết về hệ động lực tuabin hơi nước
2.2. Các biện pháp nâng cao hiệu suất nhiệt của chu trình
2.3. Tính hiệu suất của tuabin hơi nước và của cả hệ động lực tuabin hơi
nước
2.3. Tính công suất của tuabin hơi nước và của cả hệ động lực tuabin hơi
nước

Chương 3: Các giải pháp tăng hiệu suất và công suất của hệ động
lực tuabin hơi phụ tàu “Ba Vì”
3.1. Giới thiệu hệ động lực tuabin hơi phụ tàu “Ba Vì”

máy điện nguyên tử với công suất 70MW, 225MW, 500MW, 1030 MW.
Tuabin hơi hiện nay cũng đang được sử dụng rộng rãi trên các tàu thuỷ,
nhất là các tàu chở dầu và các tàu có công suất lớn. Tuabin hơi tàu thuỷ
được dùng để lai chân vịt( tàu quân sự năng lượng hạt nhân) hoặc lai các
máy phụ trên tàu thuỷ. Tuabin hơi tàu thuỷ có lịch sử phát triển từ rất lâu.
Năm 150 trước công nguyên Alesander Ghiron đã phát minh ra nguyên
tắc phản lực từ mô hình quả cầu nước.
Năm 1629 Dodeovanhi Bran người Ý đã phát minh ra nguyên lý tuabin
xung kích.
Những năm đầu thế kỳ 19 ở Nga cũng đã chế tạo được những mẫu


16

tuabin hơi đầu tiên.
Năm 1883 Gustavơ Lavan người Thụy Điển đã chế tạo ra tuabin hơi
xung kích đầu tiên. Tuabin của Gustavơ Lavan gồm 1 dãy ống phun và 1
bánh cánh, có công suất 10 mã lực, tốc độ 25.000v/p
Năm 1884 ở Anh đã chế tạo ra tuabin hơi phản kích có nhiều tầng sinh
công, công suất 10 mã lực, tốc độ 17000 v/ph.
Năm 1886 kỹ sư Mỹ Kertix đã chế tạo ra tuabin xung kích có hai và 3
cấp tốc độ.
Năm 1900 Patơ người Pháp đã chế tạo ra tuabin xung kích nhiều tầng .
Năm 1910-1912 hai anh em Unxtơnơ người Thuỵ Điển đã chế tạo ra
kiểu tuabin hướng tâm, không có cánh hướng, có 2 dăy cánh động lắp trên
2 trục có chiều quay khác nhau, dòng hơi được dẫn vào vuông góc với trục
(hướng tâm).
Tàu tuabin hơi (tàu Turbinia) đầu tiên được đóng ở Anh năm 1895.
Hiện nay tuabin hơi tàu thuỷ được sử dụng rộng rãi ở hệ động lực hơi
nước có công suất rất lớn, trên 20.000 kW, thường được lắp trên các tàu

Gối đỡ: Có nhiệm vụ đỡ trục roto, ở vị trí phía sau.

•

Gối đỡ- chặn: Có nhiệm vụ vừa đỡ trục roto vừa chặn chuyển động
dọc trục do tác dụng của dòng hơi, ở vị trí phía trước.


18

Hệ thống bơm dầu chính: Để cung cấp dầu vào hệ thống bôi trơn các gối
đỡ và vào hệ thống điều chỉnh để tự động duy trì tốc độ đã cho của roto.


19

1.2.3.Nguyên lý hoạt động của tuabin hơi nước

hình 1. 2. Sơ đồ nguyên lý đơn giản của hệ động lực tuabin hơi
1- Bơm nước ngưng

2- Nồi hơi

3- Tuabin hơi,

4- Bình ngưng

Hệ động lực tuabin hơi gồm có:
1.


làm cho vận tốc hơi nước tăng lên. Cũng giống như dòng sông, khi đến
những đoạn sông hẹp thì nước chảy rất xiết. Do đó khi luồng hơi nước đi
qua dãy cánh cố định thì vận tốc sẽ tăng lên rất cao, lúc này nhiệt năng của
hơi nước bắt đầu chuyển thành động năng. Sau khi qua các cánh cố định thì
hơi nước sẽ di chuyển thẳng đến các cánh động. Những cánh động cong
theo một hướng để làm thay đổi luồng hơi nước và di chuyển liên tục. Các
cánh này được gắn vào rotor và khi quay làm rotor quay theo. Đến lúc này
thì động năng đã chuyển hóa thành cơ năng. Cơ năng được hình thành bởi
rotor của tuabin và làm quay trục (máy phát điện). Khi hơi nước đi qua
những chiếc cánh ở hàng


21

cuối cùng thì sẽ được làm lạnh và ngưng tụ lại thành nước. Sau đó nước
vừa
ngưng tụ này sẽ tiếp tục được đốt nóng để tạo ra một quá trình mới.
1.2.4.Giới thiệu một số chủng loại Tuabin- Máy phát lắp trên tàu thủy

hình 1. 4. Tuabin- Máy phát 3.5 MW( Peter Brotherhood) lắp trên hãng
tàu Danish shipyard

hình 1. 5.Tuabin- Máy phát 550 kW( Peter Brotherhood) lắp trên hãng


22

tàu Europan shipyard

Tuabin hơi chu trình kín (lắp đặt trên tàu ngầm)

làm quay tuabin, sau đó theo đường thoát trở về lò thu hồi nhiệt để gia
nhiệt trở lại và nhập cùng đường hơi siêu nhiệt trung áp đi tiếp đến tuabin
trung áp.
Tương tự, hơi siêu nhiệt IP qua 2 bộ van (Stop & Control) theo đường
ống hơi vào tuabin trung áp, dòng hơi đi qua các tầng cánh phản lực sinh
công làm quay tuabin sau đó theo đường thoát (corossover pipe) đi vào
tuabin hạ áp.
Hơi siêu nhiệt LP cũng qua 2 bộ van (Stop & Control) theo đường ống
hơi nhập cùng với hơi thoát tuabin trung áp qua corossover pipe đi vào
giữa tuabin hạ áp, dòng hơi tỏa ra 2 hướng đi qua các tầng cánh phản lực
sinh công và thoát xuống bình ngưng.
Sử dụng nhiệt năng thải ra từ tuabin khí để gia nhiệt nước ở Lò thu hồi
nhiệt đến trạng thái hơi siêu nhiệt đưa vào tuabin hơi sinh công, làm quay
tuabin kéo theo máy phát ở tốc độ định mức 3.000 vòng/phút để sản sinh
ra điện năng mà không phải tốn chi phí nhiên liệu đầu vào đã chứng minh
lợi ích kinh tế kỹ thuật mang lại khi đầu tư xây dựng Nhà máy điện CTHH
Phú Mỹ 1.

1.2.5.Phân loại
Tuỳ thuộc vào tính chất của quá trình nhiệt có thể phân biệt các loại
tuabin hơi nước chủ yếu như sau:
1.2.5.1.Theo số tầng công tác
Tuabin một tầng: Công suất đạt nhỏ, thường dùng cho máy nén ly
tâm, bơm, quạt….


24

Tuabin nhiều tầng: Có nhiều tầng công tác nối tiếp nhau, công suất
lớn.

đi qua phần chuyền hơi, giãn nở đến áp suất bé hơn áp suất khí quyển, rồi
vào bình ngưng, trong đó nhiệt của hơi thoát truyền cho nước làm mát và
mất đi một cách vô ích.
Dùng để kéo máy phát điện và sản xuất điện năng. Hiệu suất nhiệt
tương đối thấp.
Tuabin đối áp: