103
Chơng 9.
THIếT Bị Tuốc bin KHí

9.1. chu trình nhiệt của thiết bị tuốc bin khí

9.1.1. Khái niệm về thiết bị tuốc bin khí

Thiết bị tuốc bin khí là động cơ nhiệt trong đó hoá năng của nhiên liệu đợc biến
đổi thành nhiệt năng rồi thành cơ năng. Quá trình chuyển đổi năng lợng trong động cơ
này có thể thực hiện bằng những chu trình nhiệt động khác nhau.
Ngày nay thiết bị tuốc bin khí đợc sử dụng rộng rãi trong vận tải (ngành hàng
không, đờng sắt và đờng thuỷ); ngành năng lợng; ngành vận chuyển dầu và khí đốt;
ngành công nghiệp hoá học và luyện kim; trong các lĩnh vực mới nh năng lợng hạt
nhân; kỹ thuật tên lửa; thiên văn và vũ trụ học.
Thiết bị tuốc bin có những u, nhợc điểm sau:
Ưu điểm:
- Bố cục gọn,
- Tính cơ động vận hành cao, nh khả năng mở máy nhanh, thay đổi tải lớn,
- Vận hành không cần có nớc hay yêu cầu cần nớc rất ít
- Thời gian xây dựng nhanh
Nhợc điểm:
-
Công suất giới hạn nhỏ hơn so với thiết bị hơi nớc
- Giá thành nhiên liệu cao
- Giá thành vật liệu chi phí sản xuất cao hơn
- Khó sữa chữa

9.1.2. Phân loại các thiết bị tuốc bin khí

Có nhiều cách phân loại tuốc bin, có thể phân chia theo lĩnh vực sử dụng, theo chi

Hình 9.1- Sơ đồ khối và chu trình nhiệt không có bộ trao đổi nhiệt
K- Máy nén, BĐ- Buồng đốt, T-Tuốc bin khí, M-Động cơ điện,
q
v
- nhiệt dẫn vào chu trình, q
r
- nhiệt dẫn ra, MP- Máy phát điện,
1-2-3-4-5-1: chu trình nhiệt biễu diễn trên đồ thị i-s. Để đảm bảo đốt cháy nhiên liệu hoàn toàn và quá trình cháy xẩy ra mạnh nhất thì
nhiệt độ trong buồng đốt phải đợc giữ ở mức 1800-2000
0
K, vì vậy ở chu trình này chỉ
có 20-40% lợng không khí cần thiết đợc máy nén nén đến áp suất cao đa vào buồng
đôt để tham gia vào quá trình cháy chủ động của nhiên liệu ở tropng buồng đốt BD,
lợng không khí này gọi là không khí sơ cấp. Còn phần không khí còn lại (60-80%)
đợc đa bổ sung thêm vào sau vùng cháy chủ động gọi là không khí thứ cấp hay không
khí làm mát. Bộ phận không khí này sau khi pha trộn với sản phẩm cháy sẽ làm giảm
nhiệt độ của hỗn hợp chất khí trớc Tuốc bin tới giá trị cần thiết. Khi đó nhiệt độ cho
phép của hỗn hợp khí vào Tuốc bin nằm trong khoảng từ 900 đến 1400
0
K, tuỳ thuộc vào
điều kiện của độ tin cậy, tuổi thọ của các dãy cánh và loại nhiên liệu sử dụng.
Công suất sinh ra của Tuốc bin một phần dùng để truyền động cho máy nén, phần
còn lại cấp cho hộ tiêu dùng nh chuyển thành năng lợng điện trong máy phát điện.
Khi khởi động thiết bị tuốc bin khí cần dùng động cơ điện khởi động, việc đốt
cháy nhiên liệu đợc thực hiện nhờ bộ đánh lửa bằng điện đặt trong buồng đốt và chỉ
thực hiện khi khởi động thiết bị.
Ưu điểm của chu trình này là đơn giản, tính cơ động trong vận hành cao, độ tin cậy

r

MP
105
đồ của chu trình Hình 15-2- Sơ đồ chu trình hở với Tuốc bin dùng bộ trao đổi nhiệt.

Hình 9.2. Sơ đồ chu trình hở có bộ trao đổi nhiệt
K- Máy nén, BĐ- Buồng đốt, T-Tuốc bin khí, M-Động cơ điện,
q
v
- nhiệt dẫn vào chu trình, q
r
- nhiệt dẫn ra, MPG- Máy phát điện,

Ưu điểm của chu trình này là đơn giản, rẻ tiền trong việc cấp nớc làm mát và có
hiệu suất cao và biến thiên hiệu suất với độ dốc nhỏ ở những chế độ non tải.
Nhợc điểm là công suất riêng nhỏ, trọng lợng lớn và tốn nhiều diện tích.


6. Máy phát,
7. Bộ làm mát KK
MP
M
7
5
BĐ
3
BT
6
4
2
1
106 Hình 9.4. Chu trình hỗn hợp khí và hơi có đốt bổ sung;
M-Độngcơ khởi động; K-Máy nén không khí; T

6
(Jm
-3
) phải chọn
loại máy nén có thể tích tổn thất khoảng 3% thể tích của môi chất làm việc. Nh vậy loại
máy nén thích hợp chỉ có thể là loại pistông hay loại máy nén ly tâm có số vòng quay
rất lớn.
Những yêu cầu kỹ thuật đối với máy nén dùng để nén môi chất làm việc là:
1. Hiệu suất cao (
k
).
2. Độ nén từng cấp cao.
3. Có thể sử dụng tốc độ vòng lớn.
4. Vận hành ổn định trong toàn khoảng làm việc của thiết bị tuốc bin khí
5. Dễ điều khiển về mặt khí động học và cơ học.
Máy nén không khí có những phần tử chính sau:
1.
ố
ng hút đảm bảo hớng dòng không khí từ một hớng nhất định vào hớng dọc
trục.
2. Rôto dùng để chuyển cơ năng từ trục vào dòng không khí.
3. Stator để chuyển đổi động năng của dòng không khí thành thế năng áp suất.
4.
ố
ng thoát sẽ hớng dòng không khí ra khỏi máy nén và vào buồng đốt.
5. Các phụ kiện của máy nén (nh khung đỡ trục, ổ đỡ, bộ phận điều chỉnh chống
xoáy dòng, phân phối không khí, dầu...)

9.2.1.1. Máy nén ly tâm