Giáo trình Nhiệt điện (Phần 2)

76 trang phuongnguyen 6700

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Nhiệt điện (Phần 2)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_nhiet_dien_phan_2.pdf

Nội dung text: Giáo trình Nhiệt điện (Phần 2)

Phần 3. Tuốc BIN HƠI và khí Ch−ơng 6. NGUYÊN Lý LàM VIệC Tuốc BIN HƠI 6.1. KHáI NIệM Về TuốC BIN hơi Tuốc bin hơi là một loại động cơ nhiệt, th−ờng dùng để dẫn động máy phát điện, bơm n−ớc có công suất lớn, các che ép . . . hoặc làm động cơ tàu thủy. Khi dòng hơi chuyển động qua các rãnh cánh tuốc bin, nhiệt năng của dòng hơi đ−ợc biến thành động năng rồi động năng sẽ biến thành cơ năng (sinh công) trên cánh động của tuốc bin, làm cho tuốc bin quay. Trên hình 6.1. trình bày loại tuốc bin đơn giản nhất, đó là tuốc bin Lavan. ở đây hơi đi vào một hoặc một số ống phun, khi ra khỏi ống phun áp suất hơi giảm xuống, còn tốc độ tăng lên đáng kể. Hơi có tốc độ cao đi vào rãnh cánh động đ−ợc gắn trên bánh động, ở đó động năng của dòng hơi sẽ biến thành cơ năng (sinh công), công dòng hơi sinh ra trên cánh động sẽ làm cho roto tuốc bin quay. Có thể phân tuốc bin hơi thành hai dạng chính: tuốc bin dọc trục và tuốc bin h−ớng trục. - ở tuốc bin h−ớng trục, dòng hơi sẽ chuyển động theo ph−ơng vuông góc với trục của tuốc bin. Hình 6.2. trình bày nguyên lý cấu tạo của tuốc bin h−ớng trục. Hơi đ−ợc dẫn theo ống 3 vào buồng phân phối, từ đó hơi đi vào các dãy cánh 6 và 7 gắn trên các đĩa 1 và 2. Hơi dãn nở sinh công trên các cánh động sẽ làm trục 4 và 5 quay theo hai h−ớng ng−ợc nhau. Hình 6.1. Tuốc bin Lavan Hình 6.2. Tuốc bin h−ớng trục 1- ống phun; 2-Cánh động; 1- Cánh động; 2 và 7-đĩa; 3-Trục; 4 và 3-Bánh động;4-Trục 5-ống dẫn hơi;3 và 6-trục tuốc bin; - Khác với tuốc bin Lavan, ở tuốc bin dọc trục dòng hơi chuyển động trong tuốc bin theo h−ớng dọc trục của tuốc bin và hơi không chỉ dãn nở trong một hoặc một số 61
ống phun mà dãn nở trong nhiều dãy cánh đặt kế tiếp nhau dọc theo trục của tuốc bin. Các dãy ống phun đ−ợc gắn cố định trên thân tuốc bin và một dãy cánh động đ−ợc gắn trên trục tuốc bin hoặc rô to tuốc bin. Một dãy ống phun và một dãy cánh động đ−ợc đặt kế tiếp nhau gọi là một tầng tuốc bin. Rãnh ống phun và rãnh cánh động đ−ợc gọi là phần truyền hơi của tuốc bin. Công suất tuốc bin phụ thuộc vào số tầng tuốc bin. ở tuốc bin h−ớng trục, khi số tầng tăng lên thì đ−ờng kính của tuốc bin cũng tăng lên nghĩa là lực li tâm càng lớn, do đó số tầng tức là công suất sẽ bị hạn chế bởi lực li tâm. Hiện nay tuốc bin dọc trục đ−ợc dùng phổ biến vì có thể chế tạo với công suất rất lớn, công suất lớn nhất của một tổ máy có thể tới 1200MW. ở giáo trình này ta chỉ nghiên cứu về tuốc bin dọc trục. Hình 6.3. Nguyên lý cấu tạo của tuốc bin hơi 1-thân tuốc bin; 2-roto tuốc bin; 3-ổ trục; 4-ống phun; 5-cánh động 6.2. tầNG Tuốc BIN 6.2.1. Khái niệm về tầng tuốc bin Tầng tuốc bin bao gồm một dãy ồng phun gắn trên bánh tĩnh và một dãy cánh động gắn trên bánh động. Sau khi ra khỏi bộ quá nhiệt của lò, hơi đ−ợc đ−a qua van điều chỉnh vào tuốc bin. Để biến nhiệt năng của dòng hơi thành động năng, ng−ời ta cho dòng hơi đi qua các rãnh có hình dáng đặc biệt, gọi là ống phun. Khi đi qua ống phun, áp suất và nhiệt độ dòng hơi giảm xuống, tốc độ dòng hơi tăng lên đến C1, nhiệt năng biến thành động năng. Ra khỏi ống phun, dòng hơi có động năng lớn đi vào vào cánh động, khi dòng hơi ngoặt h−ớng theo các rãnh cong của cánh động, sẽ sinh ra một lực li tâm, lực li tâm tác dụng lên cánh động, biến động năng của dòng hơi thành công đẩy cánh động quay. Vì cánh động đ−ợc gắn trên bánh động và bánh động đ−ợc gắn trên trục tuốc bin, tức là bánh động và trục tuốc bin cùng quay. Hơi ra khỏi cánh động sẽ mất động năng nên tốc độ giảm xuống đến C2 và đ−ợc dẫn ra theo ống thoát hơi. 62
Có hai loại tầng tuốc bin: tầng xung lực và tầng phản lực. Trong quá trình dãn nở, nếu quá trình hơi giảm áp suất (biến nhiệt năng thành động năng) chỉ xẩy ra trong ống phun, còn trong rãnh cánh động áp suất không thay đổi thì tầng tuốc bin đ−ợc gọi là tầng tuốc bin xung lực. Trong quá trình dãn nở, nếu quá trình giảm áp suất (biến nhiệt năng thành động năng) xẩy ra cả trong ống phun lẫn trong rãnh cánh động thì tầng tuốc bin đ−ợc gọi là tầng tuốc bin phản lực. 6.2.1.1. Tầng xung lực Trong tầng tuốc bin xung lực, khi chuyển động qua dãy cánh động, dòng hơi không giảm áp suất nên áp suất tr−ớc và sau cánh động bằng nhau, không có sự chênh lệch suất ở tr−ớc và sau cánh động nên tầng xung lực đ−ợc chế tạo nh− hình 6.4a. ở đây các ống phun đ−ợc gắn trên bánh tĩnh, các bánh tĩnh đ−ợc gắn lên thân tuốc bin (gọi là stato), còn các cánh động đ−ợc gắn trên bánh động, các bánh động đ−ợc lắp chặt trên trục tuốc bin (gọi là Rôto). Hình 6.4a. Tầng xung lực 6.4b. Tầng phản lực 63
6.2.1.2. Tầng phản lực ở tầng tuốc bin phản lực, quá trình giảm áp suất liên tục xẩy ra cả ở trong ống phun và trong rãnh cánh động, do đó nếu cấu tạo của tuốc bin nh− tầng xung lực thì sẽ có lực tác dụng lên bề mặt phía tr−ớc bánh động đẩy bánh động (rôto) dịch chuyển theo h−ớng dòng hơi (gọi là lực di trục) do sự chênh lệch áp suất tr−ớc và sau cánh động. Do đó ở đây không có bánh tĩnh và bánh động mà rô to của tuốc bin đ−ợc chế tạo hình tang trống, các cánh động đ−ợc gắn trực tiếp lên tang trống, còn các ống phun đ−ợc gắn lên stato. Cấu trúc tầng cánh của tuốc bin phản lực đ−ợc biểu diễn trên hình 6.4a 6.2.2. Độ phản lực của tầng tuốc bin Quá trình dãn nở của hơi trong tuốc bin đ−ợc biểu diễn trên đồ thị hình 6.5. Giả sử dòng hơi vào tuốc bin ở trạng thái 0, có entanpi i0 , áp suất P0 , nhiệt độ t0 và tốc độ vào ống phun là C0 . Hơi dãn nở đoạn nhiệt thuận nghịch trong ống phun đến trạng thái 1, có áp suất p1, nhiệt độ t1, t−ơng ứng với entanpi i1 và tốc độ tăng từ C0 lên đến C1. Sau khi ra khỏi ống phun, hơi đi vào rãnh cánh động tiếp tục dãn nở đoạn nhiệt trong rãnh cánh động đến trạng thái 2, áp suất và nhiệt độ giảm xuống đến p2 , t2, có entanpi i2 và tốc độ tăng lên đến C2. Nhiệt dáng lí t−ởng của dòng hơi trong ống phun là h0p: hop = i0 - i1l (6-1) Nhiệt dáng lí t−ởng của dòng hơi trong rãnh cánh động là hođ: h0đ = i1l - i2l (6-2) Nhiệt dáng lí t−ởng của toàn tầng tuốc bin là h0: h0 = hop + hođ (6-3) Độ phản lực của tầng tuốc bin là tỷ số giữa nhiệt dáng của dãy cánh động với nhiệt dáng toàn tầng, nó phản ảnh khả năng dãn nở (giảm áp suất) của dòng hơi trong rãnh cánh động so với độ giảm áp suất trên toàn tầng. h ρ= 0d h0 (6-4) * Nếu độ phản lực ρ = 0, nghĩa là h0đ= 0, trong cánh động không có sự thay đổi áp suất, tầng tuốc bin đ−ọc gọi là tầng xung lực thuần túy. * Nếu độ phản lực 0,05<ρ< 0,15 gọi là tầng tuốc bin xung lực có độ phản lực nhỏ. * Nếu độ phản lực ρ = 0,4-0,6, gọi là tầng tuốc bin phản lực. Hình 6.5. Quá trình dãn nở lý t−ởng của dòng hơi 64
6.2.3. Biến đổi năng l−ợng của dòng hơi trong tầng tuốc bin Để đơn giản cho việc khảo sát quá trình chảy của dòng hơi trong ống phun, ta giả thiết rằng dòng chảy là ổn định và quá trình dãn nở xẩy ra trong điều kiện lý t−ởng, nghĩa là quá trình đó là đoạn nhiệt thuận nghịch, không có tổn thất. 6.2.3.1. Biến đổi năng l−ợng của dòng hơi trong rãnh cánh ống phun Trong rãnh ống phun, nhiệt năng của dòng hơi biến đổi thành động năng, nghĩa là áp suất và nhiệt độ dòng hơi giảm, còn tốc độ dòng hơi tăng. Quá trình tăng tốc độ liên quan trực tiếp đến quá trình dãn nở của dòng hơi trong rãnh ống phun. Gọi p0 là áp suất đầu vào, p1 là áp suất đầu ra, C0 và C1l là tốc độ dòng hơi vào và ra khỏi ống phun. Theo định luật nhiệt động I viết cho dòng hở, với quá trình dãn nở đoạn nhiệt thuận nghịch, biến thiên động năng của dòng hơi bằng tổng công do lực đẩy bên ngoài và công dãn nở sinh ra trong quá trình. C 2 − C 2 Biến thiên động năng của dòng hơi khi chảy qua dãy cánh là: 1l 0 . 2 - Công dãn nở trong quá trình đoạn nhiệt bằng biến thiên nội năng: ldn = u0 - u1. - Công do lực đẩy bên ngoài: Lực đẩy bên ngoài sinh ra do chênh lệch áp suất tr−ớc và sau dãy cánh tác dụng lên dòng hơi tại tiết diện 0-0 là p0f0 , làm cho khối hơi dịch chuyển một đoạn là s0, sinh công ngoài ln0 = p0f0s0 = p0v0. T−ơng tự, tại tiết diện 1-1, ta có công của dãy cánh tác dụng lên dòng hơi là ln1 = p1f1s1 = p1v1. Vởy hiệu số công do lực đẩy bên ngoài tác dụng lên dòng hơi là: p0v0 - p1v1. Vậy định luật nhiệt động I có thể viết cho dòng hơi là: C 2 − C 2 1l 0 = (u - u ) + (p v - p v ) (6-5) 2 0 1 0 0 1 1 mà u + pv = i, do đó (u0 + p0v0) = i0; (u1 + p1v1) = i1 nên: C 2 − C 2 1l 0 = (i - i ) = h (6-6) 2 0 1l 0p Vậy ta có biến thiên động năng của dòng hơi trong quá trình dãn nở đoạn nhiệt thuận nghịch bằng hiệu entanpi đầu và cuối quá trình. Hiệu entanpi (i0 - i1l) đầu và cuối quá trình dãn nở đoạn nhiệt thuận nghịch trong ống phun đ−ợc gọi là nhiệt dáng lý thuyết của ống phun (ch−a kể đến tổn thất), ký hiệu là h0 = i0 - i1l đ−ợc biểu diễn trên đồ thị hình 6.5. Từ (6-6) ta có thể tính tốc độ lí thuyết C1l ra khỏi ống phun: 2 C1l = 2h 0p + C0 (6-7) 65
6.2.3.2. Biến đổi năng l−ợng dòng hơi trong rãnh cánh động - Tam giác tốc độ Khi bỏ qua các tổn thất trên dãy cánh, coi tốc độ của dòng hơi vào và ra khỏi ống phun và cánh động bằng tốc độ lý thuyết, ta có thể mô tả chuyển động của dòng hơi trong tuốc bin nh− sau: Dòng hơi đi vào ống phun với tốc độ là C0 , nhiệt năng dòng hơi biến thành động năng, tốc độ dòng tăng lên và đi ra khỏi ống phun với tốc độ tuyệt đối là C1 tạo với ph−ơng chuyển động của dãy cánh (ph−ơng u) một góc α1, đi vào rãnh cánh động. Tốc độ dòng ở đây có thể phân ra hai thành phần: tốc độ vòng u và tốc độ t−ơng đối w. Khi tác dụng lên cánh động, dòng hơi đã trao một phần động năng cho cánh động, làm cho cánh động và rôto quay với một tốc độ n [vg/s] t−ơng ứng với tốc độ dài u [m/s]. Do cánh động quay vơi tốc độ u nên dòng hơi sẽ đi vào rãnh cánh động với một tốc độ t−ơng đối w1, vectơ w1 hợp với ph−ơng chuyển động u một góc β1. Trên hình 6.7, vectơ C 1 đ−ợc phân tích thành hai thành phần: thành phần vân tốc chuyển động theo u và thành phần vận tốc t−ơng đối của dòng hơi đi vào rãnh cánh động w1 , từ đó ta cũng thấy đ−ợc vectơ wtạo1 với ph−ơng chuyển động của dãy cánh động một góc β1. Hình 6.6. Xây dựng tam giác tốc độ Nh− vậy khi dòng hơi đi vào dãy cánh động, ta có tam giác tốc độ tạo bởi các 1 vectơ tốc độ tuyệt đối C 1 , tốc độ vòng u và tốc độ t−ơng đối w đ−ợc biểu diễn trên hình 6.7 gọi là tam giác tốc độ vào. Sau khi truyền một phần động năng của mình cho dãy cánh động, hơi đi ra khỏi dãy cánh động với tốc độ t−ơng đối w2, vectơ w 2 tạo với ph−ơng chuyển động của dãy cánh một góc β2. Cộng vectơ tốc độ t−ơng đối w 2 với vectơ chuyển động theo u , 66
ta đ−ợc vectơ tốc độ tuyệt đối của dòng hơi đi ra khỏi dãy cánh động là C 2 và tạo với ph−ơng chuyển động của dãy cánh một góc α2. Tam giác tạo bởi ba vectơ: tốc độ ra , t−ơng đối w 2 tốc độ chuyển động theo u và tốc độ ra tuyệt đối C 2 , đ−ợc biểu diễn trên hình 6.7. gọi là tam giác tốc độ ra. T−ơng tự nh− với ống phun, khi bỏ qua tổn thất do ma sát ta có biến thiên động năng của dòng hơi trong quá trình dãn nở đoạn nhiệt thuận nghịch bằng hiệu entanpi đầu và cuối quá trình.: w 2 − w 2 2l 1 = i − i = h (6-8) 2 1 2l od 6.2.4. Tổn thất năng l−ợng khi dòng chảy ngang qua dãy cánh 6.2.4.1. Tổn thất do ma sát, do xoáy khi dòng chảy ngang qua dãy cánh * Tổn thất profin Khi dòng chất lỏng chuyển động qua rãnh cánh, vì cánh có độ nhám và chất lỏng có độ nhớt nên luôn tồn tại một lớp biên thủy lực trên bề mặt rãnh. Phía ngoài lớp biên (giữa dòng) tốc độ tại mọi điểm ở cùng tiết diện đều bằng nhau. Còn trong phạm vi lớp biên thủy lực bắt đầu từ bề mặt lớp biên tốc độ dòng giảm dần và bằng không tại bề mặt cánh, làm cho tốc độ trung bình của dòng giảm. Chính vì có tổn thất tốc độ trong lớp biên nh− vậy nên tốc độ hơi ra khỏi dãy cánh bị giảm đi, gây nên tổn thất năng l−ợng đ−ợc gọi là tổn thất ma sát theo profin cánh. Tổn thất profin đ−ợc biểu diễn trên hình 6.7. Hình 6.7. Tổn thất profin Hình 6.8. Tổn thất gốc và đỉnh cánh Và xoáy ở mép ra 67
* Tổn thất ma sát ở gốc và đỉnh cánh Các cánh ống phun của tuốc bin đ−ợc gắn trên các bánh tĩnh, bề mặt giới hạn của bánh tĩnh đ−ợc gọi là gốc cánh. Đối với các cánh có chiều dài lớn, để đảm bảo cho cánh khỏi bị dao động, trên đỉnh cánh có đai giữ để nối liên kết các cánh với nhau. Trên bề mặt giới hạn gốc cánh và đai cánh luôn tồn tại một lớp biên thủy lực và do đó cũng gây ra tổn thất năng l−ợng t−ơng tự nh− ở bề mặt cánh. Tổn thất đó đ−ợc gọi là tổn thất gốc và đỉnh cánh. Tổn thất gốc và đỉnh cánh đ−ợc biểu diễn trên hình 6.8. * Tổn thất do xoáy ở mép ra của cánh Vì mép ra của cánh có chiều dày nhất định, do đó khi dòng hơi chảy qua sẽ xuất hiện dòng xoáy ở mép ra và gây nên tốt thất năng l−ợng gọi là tổn thất xoáy ở mép ra của cánh. Tổn thất do xoáy ở mép ra đ−ợc biểu diễn trên hình 6.8. Vì có các tổn thất nói trên nên hiệu suất dòng chảy qua cánh sẽ giảm xuống. 6.2.4.2. Tính toán tổn thất năng l−ợng khi dòng chảy ngang qua dãy cánh *. Tổn thất năng l−ợng trên ống phun Khi khảo sát chuyển động của dòng hơi trong ống phun, ta đã coi quá trình dãn nở của hơi là quá trình đoạn nhiệt thuận nghịch. Nh−ng thực tế, khi chảy qua ống phun, do có ma sát giữa hơi và vách ống phun nên hơi đã bị nóng lên, bởi vậy quá trình dãn nở của hơi không phải là quá trình đoạn nhiệt thuận nghịch. Quá trình ma sát giữa hơi với vách ống phun đã gây nên tổn thất năng l−ợng làm giảm tốc độ của dòng, do đó tốc độ dòng hơi ra khỏi ống phun thực tế là C1 nhỏ hơn tốc độ lý thuyết C1l. Quá trình dãn nở thực tế của hơi đ−ợc biểu thị trên đồ thị i-s hình 6.9. Theo (6-6) thì nhiệt dáng lí t−ởng trong ống phun h0p phụ thuộc vào biến thiên tốc độ C. Nh− vậy trạng thái cuối của hơi trong quá trình dãn nở thực đ−ợc biểu diễn bằng điểm 1, có entanpi i1 (i1 > i1l). Kết qủa là nhiệt dáng thực tế của quá trình dãn nở thực trong ống phun bằng hip = i0 - i1 sẽ nhỏ hơn nhiệt dáng lý thuyết hop và tốc độ chảy thực tế của dòng cũng nhỏ hơn tốc độ lý thuyết. Tỷ số giữa tốc độ thực tế và tốc độ lý thuyết của dòng gọi là hệ số tốc độ, ký hiệu là ϕ: C ϕ = 1 (6-9) Hình 6.9. Quá trình thực C 1l của hơi trên đồ thị i-s từ (6-7) và (6-9) ta có: 68
2 C1 = ϕ C1l = ϕ 2h op + C 0 (6-10) Tổn thất năng l−ợng trong dãy ống phun bằng: ∆hp = hop - hip = (i0 - i1l) - (i0 -i1) = i1 - i1l (6-11) và nh− vậy ta suy ra: C 2 − C 2 ∆h = i - i = 1l 1 (6-12) p 1 1l 2 Từ (6-9) và (6-12) ta có: C 2 − ϕ2C 2 ∆h = 1l 1l p 2 C2 hay ∆h = 1l (1− ϕ2 ) (6-13) p 2 Hoặc từ (6-6) có thể tính theo tốc độ vào: C 2 ∆h = (h + 0 )(1-ϕ2) (6-14) p 0p 2 ∆h suy ra: p = 1 - ϕ2 = ς (6-15) C2 p h + 0 op 2 Đại l−ợng ςop gọi là hệ số tổn thất năng l−ợng trong ống phun. Đối với các ống phun của tuốc bin hiện đại thì trị số của hệ số vận tốc ϕ trong khoảng 0,95 - 0,98 và trị số của hệ số tổn thất ςop trong khoảng 0,05 - 0,1 6.2.6. Tổn thất năng l−ợng trên cánh động T−ơng tự nh− đối với ống phun, ở cánh động quá trình ma sát cũng xẩy ra và gây nên tổn thất t−ơng tự. Quá trình ma sát giữa hơi với vách cánh động đã gây nên tổn thất năng l−ợng làm giảm tốc độ của dòng, do đó tốc độ dòng hơi ra khỏi rãnh cánh động thực tế là w2 nhỏ hơn tốc độ lý thuyết w2l. Quá trình dãn nở thực tế của hơi đ−ợc biểu thị trên đồ thị i-s hình 6.8. Khi tính đến các tổn thất thì: 1 ∆h = i - i = (w2 - w2 ) (6-16) đ 2 2l 2 2l 2 w Gọi ψ = 2 là hệ số tốc độ w 2l 2 1 2 2 w 2l thì ∆hđ = ()1− ψ w = ζ (6-17) 2 2l 2 d 69
6.3. TổN THấT Và HIệU SUấT CủA TầNG Tuốc BIN 6.3.1. Xác định lực tác dụng của dòng hơi lên dãy cánh Dòng hơi chuyển động qua rãnh cánh quạt sẽ thay đổi tốc độ và đổi h−ớng là do chịu tác dụng của các lực sau đây: - Phản lực của cánh động lên dòng hơi. - Hiệu số áp suất tr−ớc và sau cánh. Để xác định lực tác dụng của dòng hơi lên dãy cánh, ta khảo sát một l−ợng hơi δm, có áp suất p1 đi vào dãy cánh với tốc độ là C1 , ra khỏi cánh động với vận tôc C2 , có áp suất p2. Dòng hơi tác dụng lên dãy cánh một lực R, theo nguyên tắc phản lực thì dãy cánh sẽ tác dụng trở lại một phản lực R', về giá trị thì hai lực này bằng nhau, nh−ng ng−ợc chiều: R = -R'. Lực R có thể phân ra hai thành phần: + Thành phần có ích Ru theo ph−ơng u (là ph−ơng vận tốc vòng u), thành phần này tạo nên công suất tuốc bin (làm quay tuốc bin), + Thành phần Ra theo ph−ơng dọc trục tuốc bin, thành phần này có hại, làm cho rôto tuốc bin dịch chuyển dọc trục và có thể gây ra sự cố. Muốn xác định thành phần lực Ru , Ra , tr−ớc hết ta xác định các thành phần phản lực R'u , R'a tác dụng lên dòng hơi làm thay đổi động l−ợng của dòng. Sự thay đổi động l−ợng của dòng hơi theo ph−ơng u chỉ do tác dụng phản lực của cánh, còn sự thay đổi động l−ợng của dòng hơi theo ph−ơng a ngoài tác dụng phản lực của cánh còn có ảnh h−ởng của hiệu số áp suất (p1 - p2) tr−ớc và sau dãy cánh. Hình 6.12 biểu diễn lực tác dụng của dòng hơi lên dãy cánh. Theo ph−ơng trình động l−ợng ta có các thành phần phản lực: δm R' = (C - C ) (6-18) u δτ 2u 1u δm R' = (C - C ) + F(p - p ) (6-19) a δτ 2a 1a 2 1 Trong đó: - δm: là l−ợng hơi khảo sát một - dτ: là thời gian khảo sát, - C1u, C2u là hình chiếu của vectơ vận tốc C1 , C 2 theo ph−ơng u, - C1a, C2a là hình chiếu của vectơ vận tốc C1 , C 2 theo ph−ơng a, - F là diện tích tiết diện các rãnh cánh động (tiết diện hơi chuyển động qua cánh), Dựa vào tam giác tốc độ trên hình 6-13 ta tính đ−ợc các thành phần lực C1u, C2u, C1a, C2a, thay vào (6-18), (6-19) và tiếp tục biến đổi toán học ta đ−ợc: 70
Hình 6.12. lực tác dụng của dòng hơi lên dãy cánh Ru = -R'u = G(C1 cosα1 + C2 cosα2 ) (6-20) Ru = G(w1 cosβ1 + w2 cosβ2 (6-21) Ra = -R'a = G(C1sinα1 - C2sinα2 ) + F(p1 - p2) (6-22) Ra= G(w1sinβ1 - w2sinβ2 ) + F(p1 - p2) (6-23) Thành phần lực Ru sẽ sinh ra công có ích, công suất của lực Ru sinh ra trên dãy cánh động là: P = Ru.u (6-24) Công suất tính cho 1kg hơi là: L = P/G = Ru.u /G (6-25) Trong đó: P là công suất của dòng hơi trên dãy cánh động. δm G = : l−u l−ợng hơi qua dãy cánh tuốc bin, δτ Ru là thành phần lực của dòng hơi sinh ra theo ph−ơng chuyển động, u = π.d.n là tốc độ dài của dòng hơi tính trên cánh tuốc bin, n là tốc độ quay của tuốc bin, (vg/s) d là đ−ờng kính trung bình của dãy cánh, (m) Dựa trên tam giác tốc độ vào và ra, tiếp tục biến đổi l−ợng giác ta đ−ợc công suất do 1kg hơi sinh ra trên cánh động là: 2 2 2 2 L = 1/2.(C1 - w1 + w2 - C2 ), [W] (6-26) Nếu tuốc bin có nhiều tầng thì công suất tổng của tuốc bin sẽ bằng tổng công suất của các tầng. 71
6.3.2. Tổn thất năng l−ợng và hiệu suất trên cánh động của tầng 6.3.2.1. Tổn thất tốc độ ra Tổn thất tốc độ ra là tổn thất động năng do dòng hơi mang ra khỏi tầng. Khi dòng hơi ra khỏi tầng với tốc độ C2 > 0, nghĩa là mang ra khỏi tầng một động năng C2 2 ≠ 0. Động năng này không biến thành cơ năng trên cánh động của tầng khảo sát, 2 C2 nh− vậy tầng bị mất đi một phần năng l−ợng 2 gọi là tổn thất tốc độ ra, ký hiệu là 2 ∆hr, có gía trị: C2 ∆h = 2 (6-27) r 2 6.3.2.2. Hiệu suất trên cánh động của tầng tuốc bin Hiệu suất trên cánh động của tầng tuốc bin là tỉ số giữa công suất trên cánh động với năng l−ợng lý t−ởng của tầng. L ηcđ = (6-28) E 0 L: công suất trên cánh động của tầng, E0: năng l−ợng lý t−ởng của tầng tuốc bin, Giả thiết dòng hơi đi vào tầng với tốc độ C0 , mang vào tầng một động năng là C2 C2 0 , động năng này chỉ đ−ợc sử dụng một phần trong tầng khảo sát là x 0 , trong 2 0 2 đó x0 là hệ số sử dụng động năng của dòng hơi vào tầng khảo sát. Ta nói dòng hơi C2 mang vào tầng một năng l−ợng có ích là x 0 . 0 2 C2 Trong tuốc bin nhiều tầng thì động năng ra khỏi tầng tr−ớc là 2 , sẽ đ−ợc sử 2 C2 dụng vào tầng tiếp theo một phần là x 2 , x là hệ số sử dụng động năng dòng hơi 2 2 2 từ tầng khảo sát vào tầng tiếp sau. Nh− vậy năng l−ợng lý t−ởng của tầng khảo sát sẽ là: C 2 C 2 E = x 0 + h − x 2 (6-29) 0 0 2 0 2 2 72
C 2 Trong đó: x 0 là phần động năng có ích do dòng hơi mang vào đ−ợc sử 0 2 dụng ở tầng khảo sát , h0 = i0 - i2l = hop + hođ là nhiệt dáng lý t−ởng của tầng. C 2 x 2 là phần động năng có ích mà dòng hơi mang ra khỏi tầng khảo sát để 2 2 sử dụng ở tầng tiếp theo. Hệ số sử dụng động năng x0 , x2 dao động trong khoảng từ 0 đến 1. Đối với tầng cuối của tuốc bin, động năng ra khỏi tầng hoàn toàn không đ−ợc sử dụng do đó C2 x = 0 và khi đó ta nói động năng 2 là tổn thất tốc độ ra của tầng. 2 2 Đối với tầng tuốc bin thực tế thì cần kể đến các tổn thất trong ống phun, tổn thất trong dãy cánh động và tổn thất tốc độ ra của tầng, khi đó công mà tầng sinh ra sẽ là: C 2 L = x 0 + h − ∆h − ∆h − ∆h (6-30) 0 2 0 p đ r Trong đó: ∆hp: tổn thất năng l−ợng trên ống phun, C 2 − C 2 ∆h = i − i = 1l 1 p 1 1l 2 ∆hđ : tổn thất năng l−ợng trên cánh động, w 2 − w 2 ∆h = i − i = 2l 2 đ 2 2l 2 ∆hr : tổn thất tốc độ ra, C2 ∆h = 2 r 2 Có thể viết lại (6-30): C 2 C 2 C 2 C 2 L = x 0 + h − x 2 − ∆h − ∆h + x 2 − 2 (6-31) 0 2 0 2 2 p õ 2 2 2 L = E0 -∆hp - ∆hđ - (1-x2) ∆hr (6-32) Do đó hiệu suất trên cánh động của tầng là: L ∆h p ∆h õ ∆h r ηcđ = = 1− − − (1− x 2 ) (6-3) E 0 E 0 E 0 E 0 hay: ηcđ = 1 - ξp - ξđ - (1-x2)ξr (6-34) ∆h i Trong đó: ξi = là các hệ số tổn thất năng l−ợng. E 0 73
Ch−ơng 7. tuốc BIN NHIềU TầNG 7.1. QUá TRìNH LàM VIệC CủA tuốc BIN NHIềU TầNG 7.1.1. Khái niệm Trong các nhà máy điện hoặc các trung tâm nhiệt điện, để kéo những máy phát điện công suất lớn thì phải có tuốc bin công suất lớn, nghĩa là tuốc bin phải làm việc với l−u l−ợng hơi lớn, thông số hơi cao, nhiệt dáng lớn. Tuy nhiên, mỗi một tầng tuốc bin chỉ có thể đạt đ−ợc hiệu suất cao nhất ở một nhiệt dáng nhất định, vì vậy với nhiệt dáng lớn, muốn đạt đ−ợc hiệu suất cao thì phải cho hơi làm việc trong một dãy các tầng đặt liên tiếp nhau, tuốc bin nh− vậy gọi là tuốc bin nhiều tầng. Trong tuốc bin nhiều tầng, tầng đầu tiên gọi tầng tốc độ, các tầng tiếp theo là tầng áp lực, sinh công. Tầng tốc độ th−ờng làm việc theo nguyên tắc xung lực, khi ra khỏi tầng hơi có tốc độ cao, động năng lớn sẽ sinh công trong các tầng tiếp theo. Ngoài ra nó còn làm nhiệm vụ điều chỉnh l−u l−ợng hơi vào tuốc bin khi phụ tải thay đổi nên còn đ−ợc gọi là tầng điều chỉnh. Các tầng áp lực có thể đ−ợc chế tạo theo kiểu tầng xung lực hoặc phản lực. Tầng tốc độ có thể là tầng một cấp tốc độ hoặc có thể là tầng kép có hai cấp tốc độ. Tầng kép hai cấp tốc độ có một dãy ống phun với hai dẫy cánh động, giữa hai dãy cánh động có một dãy cánh h−ớng để chuyển h−ớng dòng hơi khi ra khỏi dãy cánh động thứ nhất. Tuốc bin loại này có −u điểm là cấu tạo đơn giản, chắc chắn, giá thành rẻ, vận hành đơn giản, tuy nhiên hiệu suất thấp và công suất đơn vị nhỏ nên chỉ chế tạo để kéo các thiết bị phụ nh− bơm n−ớc cấp, quạt khói, trục ép mía . . . . Tầng có hai cấp tốc độ đ−ợc ứng dụng rộng rãi để làm tầng điều chỉnh của tuốc bin, đặc biệt là trong các tuốc bin thông số cao. Nó có khả năng tạo ra nhiệt giáng lớn nên có thể giảm bớt đ−ợc số tầng đồng thời giảm đ−ợc yêu cấu về độ bền của kim loại đối với các tầng hạ áp, làm giảm khối l−ợng và giá thành thiết bị. Nếu các tầng của tuốc bin làm việc theo nguyên tắc xung lực thì gọi là tuốc bin xung lực, nếu theo nguyên tắc phản lực thì gọi là tuốc bin phản lực Khi tuốc bin làm việc ở phạm vi nhiệt độ từ 400 0C trở lên thì chọn nhiệt dáng đối với tầng tuốc bin xung lực khoảng từ 42-50 KJ/kg, đối với tầng tuốc bin phản lực khoảng từ 17-25 KJ/kg. Khi làm việc ở phạm vi nhiệt độ thấp hơn thì chọn nhiệt dáng đối với tầng tuốc bin xung lực khoảng từ 179-190 KJ/kg, đối với tầng tuốc bin phản lực khoảng từ 85-105 KJ/kg. Tuốc bin công suất lớn có thể có đến 40 tầng. 7.1.2. Nguyên lý làm việc của tuốc bin nhiều tầng 7.1.2.1. Tuốc bin xung lực nhiều tầng Trên hình 7.1. biểu diễn sơ đồ cấu tạo, sự thay đổi áp suất, thay đổi tốc độ dòng hơi và momen quay trong tuốc bin xung lực nhiều tầng. Đối với tuốc bin xung lực nhiều tầng, bánh tĩnh 2 đ−ợc bố trí xen kẽ giữa hai bánh động 1. Trên bánh tĩnh có gắn ống phun 3, trên bánh động 1 có gắn cánh động 4 và các bánh động 1 này lắp 74
chặt trên trục tuốc bin. Dòng hơi đi qua ống phun 3, suất giảm áp từ p0 đến p1, đồng thời tốc độ dòng hơi tăng từ C0 đến C1. Hơi ra khỏi ống phun, đi vào các rãnh cánh động. Trong dãy cánh động, động năng của dòng hơi biến thành cơ năng, làm quay rôto tuốc bin, nên khi ra khỏi dãy cánh động, tốc độ giảm từ C1 xuống C2. Dòng hơi ra khỏi tầng này sẽ tiếp tục đi vào các tầng tiếp theo và quá trình biến đổi năng l−ợng nh− trên lại xẩy ra cho đến khi áp suất giảm xuống đến trị số áp suất hơi thoát pk ở cuối tuốc bin. ở tuốc bin xung lực nhiều tầng có công suất lớn, các tầng áp lực ở phần cao áp th−ờng đ−ợc chế tạo theo kiểu tầng xung lực có độ phản lực nhỏ, từ ρ = 0,02 - 0,05; còn các tầng ở phần hạ áp có độ phản lực tăng dần, có thể đạt đến ρ = 0,2 - 0,5 (tầng cuối là tầng phản lực). Hình 7.1. Sơ đồ cấu trúc của tuốc bin xung Hình 7.2. Quá trình dãn nở của hơi lực nhiều tầng 1-bánh động; 2-bánh tĩnh trong tuốc bin xung lực nhiều tầng Từ đồ thị trên hình 7.1. ta thấy: Mômen quay M trên trục tuốc bin tăng dần theo chiều chuyển động của dòng hơi và bằng tổng các momen của các tầng tr−ớc nó. Tốc độ C1 của dòng hơi luôn luôn tăng lên trong dãy ống phun do sự biến đổi nhiệt năng thành động năng, còn trong dãy cánh động tốc độ của dòng luôn luôn giảm xuống do biến động năng thành cơ năng làm quay tuốc bin. Quá trình dãn nở của hơi trong tuốc bin xung lực nhiều tầng đ−ợc biểu diễn trên hình 7.2, bao gồm nhiều quá trình dãn nở liên tục xảy ra trong các tầng, trong đó trạng thái cuối của tầng tr−ớc là trạng thái đầu của tầng tiếp theo. Quá trình chuyển động của dòng hơi kèm theo quá trình giảm áp suất, tăng thể tích riêng một cách liên tục, vì vậy để đảm bảo cho dòng hơi chuyển động đ−ợc liên tục, thì các tiết diện của 75
rãnh ống phun và rãnh cánh động cho hơi đi qua cũng phải tăng liên tục, có nghĩa là phải tăng đ−ờng kính tầng và chiều cao cánh quạt một cách đều đặn. Vì tuốc bin xung lực nhiều tầng hơi chỉ dãn nở trong ống phun, không dãn nở trong cánh động nên đ−ờng quá trình dãn nở trong các tầng trên đồ thị i-s là đ−ờng gẫy khúc, nhảy bậc. 7.1.2.2. Tuốc bin phản lực nhiều tầng ở tuốc bin phản lực nhiều tầng, tất cả các tầng áp lực đều đ−ợc chế tạo theo kiểu tầng phản lực. Tuốc bin phản lực cũng có thể chế tạo với công suất lớn nh−ng chỉ làm việc với thông số trung bình. Nhiệt giáng mỗi tầng đ−ợc chọn nhỏ hơn ở tầng xung lực từ 1,8-2 lần, do đó với cùng công suất thì số tầng sẽ lớn hơn. Trong tuốc bin phản lực, tổn thất rò rỉ hơi qua khe hở giữa cánh động và thân t−ơng đối lớn do đó làm giảm hiệu suất của các tầng này. Hình 7.3. Sơ đồ cấu trúc của tuốc bin phản lực nhiều tầng Do làm việc theo nguyên tắc phản lực nên chênh lệch áp suất ở tr−ớc và sau cánh động sẽ tạo ra lực dọc trục t−ơng đối lớn. Để giảm lực dọc trục ng−ời ta chế tạo roto 2 theo kiểu tang trống (không có các bánh động và bánh tĩnh), mục đích là giảm đ−ợc lực dọc trục tác động lên rôto, các cánh động đ−ợc gắn trực tiếp trên rôto, các 76
ống phun đ−ợc gắn trực tiếp lên thân tuốc bin. ở phần cao áp, thể tích riêng của hơi từ tầng này qua tầng khác thay đổi chậm, do đó để đơn giản, ng−ời ta chế tạo thành từng cụm tầng có đ−ờng kính trung bình và chiều cao cánh quạt nh− nhau. Nh−ng ở phần hạ áp, thể tích hơi tăng nhanh thì đ−ờng kính trung bình của cánh và chiều cao cánh phải đ−ợc tăng liên tục. Trên hình 7.3. biểu diễn sơ đồ cấu tạo, sự thay đổi áp suất thay đổi tốc độ dòng hơi và momen quay trong tuốc bin phản lực nhiều tầng. Vì quá trình điều chỉnh l−u l−ợng hơi bằng ống phun có tổn thất bé, do đó ng−ời ta th−ờng áp dụng ph−ơng pháp điều chỉnh hơi bằng ống phun trong tuốc bin phản lực nhiều tầng. Tầng điều chỉnh (tầng đầu tiên) của tuốc bin phản lực nhiều tầng đ−ợc chế tạo theo kiểu xung lực có độ phản lực không quá 10%. Nếu nhiệt dáng tầng điều chỉnh nhỏ thì chế tạo tầng đơn, nếu nhiệt dáng lớn thì chế tạo tầng kép. Quá trình dãn nở của hơi trong tuốc bin phản lực nhiều tầng đ−ợc biểu thị trên hình 7.4. ở đây quá trình dãn nở của hơi xẩy ra cả ở trong ống phun và cả trong cánh động, do đó đ−ờng biểu diễn là một đ−ờng cong liên tục t−ơng đối đều đặn, không có nhảy bậc. Hình 7.4. Quá trình dãn nở của hơi trong tuốc bin phản lực nhiều tầng 7.1.3. Ưu, nh−ợc điểm của tuốc bin nhiều tầng 7.1.3.1. Ưu điểm: Tuốc bin nhiều tầng có các −u điểm sau đây: - Có thể chế tạo với nhiệt dáng lớn nên công suất lớn. - Do tuốc bin có nhiều tầng nên nhiệt dáng mỗi từng không lớn lắm, nghĩa là tốc độ ra khỏi ống phun cũng không lớn lắm. Theo điều kiện sức bền, bánh động có thể chế tạo với tôc độ vòng u = 300 m/s phù hợp vơi tỉ số u/c1 tối −u. Vì thế với tốc độ u quay vừa phải vẫn có thể đảm bảo cho trị số xa = ứng với hiệu suất của tầng là C a cực đại. 77
- Vì có nhiều tầng nên giữa các tầng dễ dàng bố trí các cửa trích hơi để gia nhiệt hâm n−ớc cấp, nâng cao hiệu quả kinh tế của chu trình nhiệt của nhà máy. - Sự giảm tốc độ dòng hơi và đ−ờng kính của tầng làm tăng chiều cao của ống phun và cánh động dẫn đến giảm tỉ lệ tổn thất trên các cánh, nâng cao hiệu suất của tầng lên. - Tổn thất nhiệt của tầng tr−ớc làm tăng nhiệt độ tức là tăng entanpi hơi vào tầng tiếp theo, nghĩa là tổn thất của tầng tr−ớc có thể đ−ợc sử dụng một phần vào tầng tiếp theo. Nhờ vậy tổng nhiệt dáng của tất cả các tầng sẽ lớn hơn nhiệt dáng của toàn tuốc bin. - Nếu nh− phần truyền hơi có cấu trúc tốt thì động năng ra khỏi tầng tr−ớc có thể sử dụng một phần hay hoàn toàn vào tầng tiếp theo. Nhờ vậy năng l−ợng phân bố trên các tầng đều tăng lên. 7.1.3.2. Nh−ợc điểm: - Tuốc bin nhiều tầng có tổn thất rò rỉ hơi t−ơng đối lớn: Do áp suất phần đầu tuốc bin lớn hơn áp suất khí quyển, nên hơi rò rỉ qua khe hở đầu trục phía tr−ớc từ trong tuốc bin ra ngoài không khí qua khe hở giữa trục và thân. Ngoài ra còn có rò rỉ giữa các tầng theo khe hở giữa trục và bánh tĩnh, giữa thân và đỉnh cánh động. Những thành phần hơi rò rỉ này đều không tham gia sinh công trên cánh động do đó làm giảm hiệu suất, công suất của tuốc bin. L−ợng hơi rò rỉ tăng dần theo thời gian do đó lực dọc trục cũng tăng dần. - Những tầng sau cùng của tuốc bin nhiều tầng sẽ làm việc trong vùng hơi ẩm do đó gây ra tổn thất bởi hơi ẩm, làm cho hiệu suất tuốc bin giảm. - Tuốc bin nhiều tầng cấu tạo phức tạp. 7.1.4. Hệ số hoàn nhiệt của tuốc bin nhiều tầng Nh− trên đã phân tích, tổn thất của tầng tr−ớc có thể đ−ợc sử dụng một phần vào tầng tiếp theo, mức độ sủ dụng l−ợng nhiệt đó vào tầng tiếp theo đ−ợc gọi là hệ số hoàn nhiệt. Để so sánh tuốc bin một tầng với tuốc bin nhiều tâng, ta xác định hệ số hoàn nhiệt bằng cách phân tích quá trình nhiệt theo 2 ph−ơng án: khi tuốc bin là một tầng và khi tuốc bin là nhiều tầng với cùng thông số đầu và cuối. Quá trình nhiệt của tuốc bin đ−ợc biểu diễn trên đồ thị T-s hình 7.5. Với áp suất đầu p0 và cuối p1, nếu tuốc bin là một tầng và không có tổn thất thì quá trình dãn nở đẳng entropi của hơi trong tuốc bin đ−ợc biểu diễn bằng đ−ờng 44'4''4'''a. Nhiệt dáng lí t−ởng của tuốc bin khi đó đ−ợc biểu diễn trên đồ thị T-s t−ơng đ−ơng với diện tích 12344'4''4'''a1, bằng tổng nhiệt dáng lí t−ởng của các tầng khi làm việc theo quá trình đẳng entropi. H0 = h01 + h02 + h03 + h04 (7-1) Giả sử tuốc bin gồm 4 tầng, quá trình dãn nở thực của hơi trong tuốc bin tiến hành theo đ−ờng 4567b. Nhiệt giáng lí t−ởng của tầng thứ nhất bằng h01, t−ơng đ−ơng với diện tích 2’2 344’2’. Tổn thất nhiệt của tầng đã làm tăng nhiệt độ hơi ra khỏi tầng thứ nhất từ T4' đến T5. Hơi đi vào tầng thứ hai ở trạng thái 5 có nhiệt độ T5, 78
nghĩa là tổn thất nhiệt ở tầng đầu đã làm tăng nhiệt độ hơi vào tầng thứ hai. Tổn thất nhiệt này của tầng đầu đ−ợc sử dụng một phần q2 vào tầng thứ hai. Trên đồ thị hình 7.5, phần tổn thất nhiệt của tầng thứ nhất đ−ợc sử dụng vào tầng thứ 2 là q2, đ−ợc biểu diễn bằng diện tích 4'55'4''4' và nhiệt giáng lí t−ởng của tầng thứ hai bằng * h 02 = h02 + q2. T−ơng tự nh− vậy, phần tổn thất nhiệt của tầng thứ hai đ−ợc sử dụng vào tầng thứ ba là q3, đ−ợc biểu diễn bằng diện tích 4''66'4'''4'' và nhiệt giáng lí t−ởng của tầng thứ ba bằng * h 03 = h03 + q3 . Phần tổn thất nhiệt của tầng thứ ba đ−ợc sử dụng vào tầng thứ t− là q4, đ−ợc biểu diễn bằng diện tích 4'''6'77'a4'' và nhiệt giáng lí t−ởng của tầng * thứ t− bằng h 04 = h04 + q4 . Nhiệt dáng lý t−ởng của các tầng lần l−ợt là: * h 01 = h01 (7-2) * h 02 = h02 + q2 (7-3) * h 03 = h03 + q3 (7-4) Hình 7.5. Quá trình nhiệt của h * = h + q (7-5) 04 04 4 tuốc bin nhiều tầng Tổng nhiệt dáng lý t−ởng của các tầng bằng: * ∑ h 0i = h01 + h02 + q2 + h03 + q3 + h04 + q4 * ∑ h 0i = H0 + Q (7-6) và đ−ợc biểu diễn bằng diện tích 12344'55'66'77’1, trong đó: Q = q2 + q3 + q4 là tổn thất nhiệt của các tầng tr−ớc đ−ợc sử dụng vào các tầng tiếp theo. H0 là nhiệt giáng lí t−ởng của tuốc bin khi làm việc theo quá trình đẳng entropi 44’a, đ−ợc tính theo (7-1). Nh− vậy khi có cùng thông số đầu và cuối thì nhiệt dáng lý t−ởng của tuốc bin nhiều tầng sẽ lớn hơn nhiệt dáng lý t−ởng của tuốc bin một tầng một l−ợng là Q, đây chính là một phần tổn thất nhiệt của các tầng tr−ớc đ−ợc sử dụng lại vào các tầng tiếp theo. Nhiệt dáng thực tế của mỗi tầng là: * t hi = h 0 ηtd (7-7) Nhiệt dáng thực tế của tuốc bin nhiều tầng bằng tổng nhiệt dáng thực tế của các tầng: * t t Hi = ∑hi = ∑ h 0 ηtd = ∑(h0 + q) ηtd (7-8) 79
Nếu ta coi hiệu suất của tất cả các tầng tuốc bin đều bằng nhau thì: t t Hi = η∑td (h0 + q) = ηtd ( H0 + Q) (7-9) Mặt khác hiẹu suất trong t−ơng đối của toàn tuốc bin có thể viết đ−ợc: TB H i ηtd = (7-10) H 0 Trong đó: Q là tổn thất nhiệt các tầng tr−ớc đ−ợc sử dụng vào các tầng sau, H0 là nhiệt dáng lý t−ởng toàn tuốc bin, TB ηtd là hiệu suất trong t−ơng đối của tuốc bin nhiều tầng, t ηtd là hiệu suất trong t−ơng đối của một tầng tuốc bin, Thay (7-9) vào (7-10) ta có hiệu suất của tuốc bin nhiều tầng là: t TB H i ηtd (H 0 + Q) ηtd = = (7-11) H 0 H 0 TB t Q t ηtd = ηtd (1+ ) = ηtd (1 + α) (7-12) H 0 ở đây: α đ−ợc gọi là hệ số hoàn nhiệt Q α= (7-13) H0 Hệ số hoàn nhiệt α là hệ số biểu thị mức độ sử dụng tổn thất nhiệt của tầng tr−ớc vào các tầng tiếp theo. Tuốc bin càng nhiều tầng thì hệ số hoàn nhiệt càng lớn. TB t Vì α > 0, do đó ηtd > ηtd , nghĩa là hiệu suất của tuốc bin nhiều tầng luôn luôn lớn hơn hiệu suất của tuốc bin một tầng. 7.1.5. ảnh h−ởng của độ ẩm đến sự làm việc của tuốc bin Hình 7.6. ảnh h−ởng của các giọt ẩm ở các tầng cuối. 80
Quá trình giãn nở của hơi trong tuốc bin nhiều tầng là quá trình giảm áp suất và nhiệt độ hơi. Càng về cuối tuốc bin, áp suất và nhiệt độ hơi càng giảm còn thể tích riêng và độ ẩm càng tăng, do đó số l−ợng và kích th−ớc các giọt ẩm trong hơi càng lớn. Từ tam giác tốc độ trên hình 7.6 ta thấy, khi ra khỏi ống phun, tốc độ các giọt ẩm C'1 sẽ nhỏ hơn tốc độ dòng hơi C1. Vì tốc độ vòng u của chúng nh− nhau, do đó các giọt ẩm đi vào rãnh cánh động với tốc độ w'1 nhỏ hơn tốc độ của hơi w1 , d−ới một góc β'1 lớn hơn β1 đập vào l−ng cánh động, gây nên lực cản trở chuyển động quay của roto tuốc bin. Do vậy sự có mặt của các giọt ẩm, một mặt làm giảm hiệu suất của tuốc bin, mặt khác đập vào bề mặt cánh động, làm rỗ các bề mặt cánh. Khi roto quay, d−ới tác dụng của lực ly tâm các giọt ẩm tập trung ở phần đỉnh cánh nhiều hơn, do đó bề mặt phần đỉnh cánh bị rỗ nhiều hơn phần gốc cánh. Trong vận hành bình th−ờng cho phép duy trì độ ẩm hơi ở tầng cuối trong khoảng 8 đến 12%. Nếu nhiệt độ hơi mới giảm thì độ ẩm có thể tăng lên và đạt trị số đáng kể, khi đó có thể làm giảm hiệu suất của tầng sau cùng đến 0. 7.1.6. Sự rò rỉ hơi Khi khảo sát chuyển động của dòng hơi trong tầng tuốc bin, ta giả thiết toàn bộ l−ợng hơi đi qua tầng đều đi hết qua rãnh ống phun và rãnh cánh động, nhiệt năng của l−ợng hơi đó đã biến thành động năng và cơ năng trong tuốc bin. Thực tế không phải nh− vậy, khi chuyển động trong phần truyền hơi của tuốc bin, luôn có một l−ợng hơi không đi qua rãnh ống phun mà đi qua khe hở giữa bánh tĩnh và trục tuốc bin. L−ợng hơi này sẽ không tham gia quá trình biến nhiệt năng thành động năng. Hình 7-7. rò rỉ hơi trong tuốc bin Mặt khác có một l−ợng hơi không đi qua rãnh cánh động mà đi qua lỗ cân bằng trên bánh động và qua khe hở giữa thân tuốc bin và đỉnh cánh. Ngoài ra, do áp suất hơi phía đầu của tuốc bin lớn hơn áp suất khí quyển nên sẽ có một l−ợng hơi chảy từ trong tuốc bin ra ngoài khí quyển qua lỗ xuyên trục ở phía đầu tuốc bin. Toàn bộ l−ợng hơi này sẽ không tham gia quá trình biến động năng thành cơ năng, tức là 81
không sinh công trên cánh động, đ−ợc gọi là l−ợng hơi rò rỉ và tổn thất này gọi là tổn thất rò rỉ hơi. Tổn thất rò rỉ hơi đ−ợc biểu diễn trên hình 7.7. 7.2. CÂN BằNG LựC DọC TRụC TRONG tuốc BIN NHIềU TầNG Nh− đã phân tích ở mục 6.3.1, lực của dòng hơi tác dụng lên các dãy cánh có thể phân ra hai thành phần: thành phần Ru và thành phần Ra. Thành phần Ru theo h−ớng vuông góc với trục tuốc bin, sinh công có ích trên cánh động, tạo momen quay làm quay roto và kéo máy phát quay. Thành phần dọc trục Ra (theo h−ớng chuyển động của dòng hơi) không tạo nên momen quay mà tạo nên lực đẩy roto dịch chuyển theo h−ớng dòng hơi, có thể làm cho roto và stato tuốc bin cọ xát vào nhau gây nguy hiểm cho tuốc bin. Lực dọc trục Ra có thể tăng lên trong quá trình vận hành do các nguyên nhân sau: - Do chèn bánh tĩnh mòn nên l−u l−ợng hơi rò rỉ qua đó tăng, làm tăng áp suất hơi tr−ớc cánh động. - Do muối bám vào cánh động làm giảm tiết diện hơi đi qua, làm giảm l−u l−ợng hơi qua rãnh cánh động, dẫn đến tăng áp suất tr−ớc cánh động, làm tăng độ phản lực của tầng. Hình 7.8. Lực tác dụng trong tuốc bin Để giảm tác dụng của lực dọc trục lên các palê chắn, cần phải tìm ph−ơng pháp cân bằng lực dọc trục bằng cách tạo nên lực có chiều ng−ợc với chiều lực dọc trục hoặc giảm sự chênh lệch áp suất tr−ớc và sau cánh động theo các h−ớng sau đây. * Tăng đ−ờng kính của vòng chèn đầu tr−ớc của trục (hình 7.8) * Dùng các đĩa giảm tải gắn phía tr−ớc tầng điều chỉnh (hình 7.8) * Đối với tuốc bin công suất lớn, ng−ời ta chế tạo tuốc bin nhiều thân và đặt các thân ng−ợc chiều nhau (hình 7.9) * Tạo các lỗ cân bằng áp lực trên các bánh động để giảm bớt chênh lệch áp suất tr−ớc và sau bánh động (hình 7.10). 82
Hình 7.9. Thân tuốc bin đặt ng−ợc chiều Hình 7.10. Lỗ cân bằng 83
7.3. CáC LOạI tuốc BIN hơi n−ớc Sản xuất phối hợp điện năng và nhiệt năng đạt đ−ợc hiệu suất cao hơn rất nhiều so với sản xuất riêng lẻ nhiệt và điện. Muốn đảm bảo việc sản xuất phối hợp điện năng và nhiệt năng thì phải dùng các tuốc bin vừa đảm bảo đ−ợc 2 chức năng đó, nhà máy nh− vậy gọi là trung tâm nhiệt điện. ở trung tâm nhiệt điện th−ờng có 2 loại hộ dùng nhiệt: - Hộ công nghiệp dùng hơi có áp suất: Pn= 10-15 at - Hộ sinh hoạt dùng n−ớc nóng có nhiệt độ khoảng từ 1050C đến 1250C, hoặc hơi có áp suất t−ơng ứng: Psh= 2-3 at. 7.3.1. Tuốc bin ng−ng hơi thuần túy Tuốc bin ng−ng hơi thuần túy là tuốc bin trong đó hơi sau khi ra khỏi tuốc bin, đi vào bình ng−ng nhả nhiệt cho n−ớc làm mát để ng−ng tụ thành n−ớc và đ−ợc bơm n−ớc ng−ng bơm trở về lò. Sơ đồ nguyên lý của tuốc bin ng−ng hơi thuần túy đ−ợc biểu diễn trên hình 7.11. áp suất hơi ra khỏi tuốc bin pk nhỏ hơn áp suất khí quyển, th−ờng pk vào khoảng 0,004-0,04 tùy thuộc vào nhiệt độ môi tr−ờng của từng vùng. Tuốc bin ng−ng hơi thuần túy chỉ sản xuất đ−ợc điện năng, l−ợng điện nó sản xuất ra là: T Nđ = G.(i0 - ik).ηtđ . ηco.ηmp (7-13) Trong đó : G là l−u l−ợng hơi vào tuốc bin, i0 , ik là entanpi của hơi vào và ra khỏi tuốc bin ứng vơi áp suất p0 và pk T ηtđ là hiệu suất tuốc bin, ηco là hiệu suất cơ khí, ηmp là hiệu suất máy phát, Hình 7.11. tuốc bin Hình 7.12. tuốc bin đối áp ng−ng hơi thuần túy 84
7.3.2. Tuốc bin đối áp Tuốc bin đối áp là tuốc bin vừa sản xuất nhiệt năng vừa sản xuất điện năng. Tuốc bin đối áp không có bình ng−ng đi kèm, sau khi ra khỏi tuốc bin hơi sẽ đ−ợc dẫn đến hộ tiêu thụ nhiệt để cấp nhiệt. Sơ đồ nguyên lý của tuốc bin đối áp đ−ợc biểu diễn trên hình 7.12. áp suất hơi ra khỏi tuốc bin pn bằng áp suất của hộ tiêu thụ nhiệt, pn đ−ợc gọi là áp suất đối áp, th−ờng lớn hơn áp suất khí quyển. ở tuốc bin đối áp, hơi đi vào tuốc bin dãn nở từ áp suất p0 đến áp suất pn, sinh công trong tuốc bin để kéo máy phát sản xuất điện năng. L−ợng điện máy phát sản xuất ra là: T Nđ = G.(i0 - in).ηtđ . ηco.ηmp (7-14) ở đây: i0 và in là entanpi của hơi vào và ra khỏi tuốc bin ứng vơi áp suất p0 và pn Hơi có áp suất pn đến hộ tiêu thụ nhiệt cấp cho hộ tiêu thụ nhiệt một l−ợng nhiệt là: Qn = G.(in - i'n). ηtđn (7-15) ở đây: i'n là entanpi của n−ớc ra khỏi hộ tiêu thụ nhiệt ứng vơi áp suất pn, ηtđn là hiệu suất thiết bị trao đổi nhiệt, Từ (7-14) ta thấy ở tuốc bin đối áp, công suất điện tuốc bin sản xuất ra phụ thuộc vào l−ợng hơi G đi qua tuốc bin tức là l−ợng hơi mà hộ tiêu thụ nhiệt yêu cầu, nói cách khác l−ợng điện sản xuất ra phụ thuộc l−ợng nhiệt hộ tiêu thụ yêu cầu. Nh− vậy muốn đảm bảo đồng thời đ−ợc yêu cầu của cả phụ tải điện và nhiệt thì phải bổ sung thêm một tuốc bin ng−ng hơi để đảm bảo cung cấp điện khi hộ tiêu thụ nhiệt tạm ngừng dùng hơi (l−ợng hơi qua tuốc bin đối áp bằng không). Bên cạnh đó phải có thiết bị giảm ôn giảm áp để đảm bảo l−ợng nhiệt cho hộ tiêu thụ khi tuốc bin đối áp không làm việc. Tuy nhiên trong trung tâm nhiệt điện độc lập (không nối với mạng điện quốc gia hay khu vực), tuốc bin đối áp cũng không thông dụng vì trong một nhà máy có hai loại tuốc bin thì sơ đồ thiết bị sẽ phức tạp, khó vận hành. 7.3.3. Tuốc bin ng−ng hơi có cửa trích điều chỉnh 7.3.3.1. Tuốc bin ng−ng hơi có một cửa trích điều chỉnh Khi dùng tuốc bin ng−ng hơi có 1 cửa trích điều chỉnh, l−u l−ợng hơi trích có thể điều chỉnh đ−ợc. Loại tuốc bin này đã khắc phục đ−ợc nh−ợc điểm của tuốc bin đối áp, phụ tải điện và nhiệt không phụ thuộc vào nhau. Sơ đồ nguyên lý của tuốc bin ng−ng hơi có một cửa trích điều chỉnh đ−ợc biểu diễn trên hình 7.15. ở tuốc bin ng−ng hơi có 1 cửa trích điều chỉnh, hơi quá nhiệt có thông số p0, v0, l−u l−ợng G1 đi vào phần cao áp 1 giãn nở và sinh công ở trong đó đến áp suất pn, sản xuất ra một l−ợng điện t−ơng ứng là Nđ1. Hơi ra khỏi phần cao áp có áp suất pn đ−ợc trích cho hộ dùng nhiệt một l−ợng là Gn (đi tới hộ dùng nhiệt), l−ợng hơi còn lại G2 tiếp tục đi vào phần hạ áp, giãn nở sinh công trong phần hạ áp đến áp suất pk, sinh ra trong phần hạ áp một l−ợng điện Nđ2, sau đó đi vào bình ng−ng 3. 85
Trục của phần cao áp và hạ áp nối chung với trục máy phát điện, do đó điện năng sản xuất ra bao gồm điện năng phần cao áp và hạ áp sản xuất ra: Nđ = Nđ1 + Nđ2 (7-16) L−ợng điện năng do phần cao áp sản xuất ra: T Nđ1 = G1(i0 - in) ηtđ . ηco.ηmp (7-17) L−ợng điện năng do phần hạ áp sản xuất ra: T Nđ2 = G2.(in - ik) ηtđ . ηco.ηmp (7-18) Hay: T Nđ2 = (G1 - Gn) (in - ik) ηtđ . ηco.ηmp (7-19) và cung cấp cho hộ dùng nhiệt một l−ợng nhiệt là: Qn = Gn.(in - i'n). ηtđn (7-20) trong đó: G1 là l−u l−ợng hơi đi vào phần cao áp, G2 là l−u l−ợng hơi đi vào phần hạ áp, i0 là entanpi của hơi vào tuanbin ứng vơi áp suất p0, in là entanpi của hơi ra khỏi phần cao áp ứng vơi áp suất pn, ik là entanpi của hơi ra khỏi tuanbin ứng vơi áp suất pk, Loại tuốc bin hơi này có thể dùng chạy phụ tải ngọn và điện sản xuất ra đ−ợc nối lên mạng l−ới của vùng hoặc quốc gia. Hình 7.13. tuốc bin ng−ng hơi Hình 7.14. tuốc bin ng−ng hơi có một cửa trich có hai cửa trích 1-phần cao áp của tuốc bin; 2-phần hạ áp của tuốc bin; 3-Bình ng−ng; 4-hộ tiêu thụ nhiệt; 5-Máy phát điện. 86
7.3.3.2. Tuốc bin ng−ng hơi có hai cửa trích điều chỉnh Sơ đồ nguyên lý của tuốc bin ng−ng hơi có hai cửa trích điều chỉnh đ−ợc biểu diễn trên hình 7.14. tuốc bin có ba phần: phần cao áp, phần trung áp và phần hạ áp, tuốc bin cung cấp nhiệt cho 2 loại hộ tiêu thụ: hộ công nghiệp và hộ số sinh hoạt. Nguyên lý làm việc của tuốc bin ng−ng hơi có hai cửa trích điều chỉnh nh− sau: Hơi quá nhiệt có thông số p0, v0, l−u l−ợng G1 đi vào phần cao áp dãn nở và sinh công ở trong đó đến áp suất pn , sản xuất ra một l−ợng điện Nđ1. Hơi ra khỏi phần cao áp có áp suất pn đ−ợc trích cho hộ dùng nhiệt công nghiệp một l−ợng là Gn (đi tới hộ dùng nhiệt), phần còn lại G2 tiếp tục đi vào phần trung áp của tuốc bin dãn nở sinh công ở trong đó đến áp suất pT, sản xuất ra một l−ợng điện Nđ2. khi đi ra khỏi phần trung áp hơi đ−ợc tách làm hai phần, phần GT cung cấp cho hộ dùng nhiệt sinh hoạt, còn phần G3 tiếp tục đi vào phần hạ áp của tuốc bin, giãn nở sinh công ở trong đó đến áp suất pk, sản xuất ra một l−ợng điện N3 và đi vào bình ng−ng 3 ng−ng tụ lại thành n−ớc. Tổng điện năng sản xuất ra trong cả ba phần cao áp, trung áp và hạ áp là: Nđ = Nđ1 + Nđ2 + Nđ3 (7-21) Trong đó: L−ợng điện năng do phần cao áp sản xuất ra: T Nđ1 = G1(i0 - in). ηtđ . ηco.ηmp (7-22) L−ợng điện năng do phần trung áp sản xuất ra: T Nđ2 = G2(in – iT). ηtđ . ηco.ηmp (7-23) L−ợng điện năng do phần hạ áp sản xuất ra: T Nđ3 = G3 (iT – ik). ηtđ . ηco.ηmp (7-24) Nhiệt năng tuốc bin cung cấp cho hộ dùng nhiệt là: Q = Qn + QT (7-25) trong đó cho hộ dùng nhiệt công nghiệp là: Qn = Gn.(in - i'n). ηtđn (7-26) cho hộ dùng nhiệt sinh hoạt là: QT = GT.(iT - i'T). ηtđn (7-27) ở tuốc bin có 1 hay 2 cửa trích điều chỉnh, áp suất hơi cửa trích Pn, PT đ−ợc thiết kế theo yêu cầu của loại hộ tiêu thụ hơi và l−u l−ợng hơi qua các cửa trích này có thể điều chỉnh đ−ợc theo yêu cầu của hộ dùng nhiệt. 7.4. Tuốc bin đối áp có một cửa trích điều chỉnh Tuốc bin đối áp có một của trích điều chỉnh có chức năng giống nh− tuốc bin ng−ng hơi có hai cửa trích điều chỉnh. 87
Ch−ơng 8. CấU TRúC, THIếT Bị PHụ và điều chỉnh Tuốc bin 8.1. CấU TRúC tuốc bin 8.1.1. Thân tuốc bin Để thuận tiện khi chế tạo và lắp ráp, thân tuốc bin dọc trục đ−ợc chế tạo một mặt bích ngang và một hoặc hai mặt bích dọc. Thân có thể chế tạo bằng gang đúc, thép đúc hoặc thép hàn. Thân bằng gang đúc th−ờng dùng cho các tuốc bin làm việc ở nhiệt độ tới 3500C. Khi nhiệt độ làm việc tới 4500C thì thân tuốc bin phải làm bằng thép cacbon. Khi nhiệt độ làm việc cao hơn 4500C thì thân tuốc bin phải làm bằng thép hợp kim. Đặc biệt khi nhiệt độ làm việc cao hơn 5500C thì thân tuốc bin phải làm hai lớp, gọi là thân kép. Giữa hai lớp của thân chứa hơi có thông số trung bình trích từ một tầng trung gian nào đó, vì vậy bề dày của thân sẽ nhỏ hơn nhiều so với thân đơn (1 lớp), đồng thời lớp ngoài làm việc ở điều kiện nhẹ nhàng hơn nên có thể chế tạo bằng thép cácbon. 8.1.2. Rôto tuốc bin Roto của tuốc bin xung lực là trục có gắn các bánh động đ−ợc biểu diễn trên Hình 8.1. Khi roto làm việc trong vùng hơi có nhiệt độ nhỏ hơn 4000C thì bánh động đ−ợc rèn riêng từng bánh và đ−ợc lắp chặt trên trục Hình 8.2. Hình 8.1. Roto tuốc bin xung lực có bánh động lắp chặt trên trục 88
Hình 8.2. Rôto tuốc bin xung lực có trục và bánh động đ−ợc rèn liền Khi roto làm việc trong vùng hơi có nhiệt độ lớn hơn 4000C thì trục và bánh động đ−ợc rèn liền, đ−ợc biểu diễn trên Hình 8.3. ở tuốc bin phản lực, roto có dạng thùng (tang trống). Hiện nay roto kiểu tang trống th−ờng đ−ợc chế tạo gồm những vành riêng biệt hàn lại với nhau, phần đầu và cuối của roto đ−ợc rèn liền với trục. ở tuốc bin này, tầng điều chỉnh vẫn đ−ợc chế tạo kiểu tầng kép xung lực có bánh động lắp chặt trên trục nh− biểu diễn trên Hình 8.3. Hình 8.3. Rôto tuốc bin phản lực 89
Roto tuốc bin có độ dài đáng kể giữa hai ổ đỡ, do đó nó là một hệ thống đàn hồi có tần số dao động riêng xác định. Để đảm bảo cho roto làm việc ổn định và an toàn thì số vòng quay định mức của roto không đ−ợc trùng với số vòng quay tới hạn, tức là tần số dao động ngang của roto không đ−ợc trùng với tần số làm việc của máy phát điện (tần số dòng điện). Phần lớn các nhà chế tạo lấy số vòng quay định mức lớn hơn hoặc bé hơn 30- 40% số vòng quay tới hạn. Những trục có số vòng quay định mức nhỏ hơn số vòng quay tới hạn thì gọi là trục cứng, những trục có số vòng quay định mức lớn hơn số vòng quay tới hạn thì gọi là trục mềm. Để đảm bảo an toàn khi khởi động tuốc bin có trục mềm, cần phải v−ợt qua thật nhanh vùng có số vòng quay tới hạn. 8.1.3. Bộ chèn tuốc bin Khi chuyển động trong phần truyền hơi của tuốc bin, luôn có một l−ợng hơi không đi qua rãnh ống phun mà đi qua khe hở giữa bánh tĩnh và trục tuốc bin. a) b) c) Hình 8.4. Bộ chèn tuốc bin a- Chèn cây thông; b- chèn răng l−ợc; c-chèn đỉnh cánh 90
Mặt khác có một l−ợng hơi không đi qua rãnh cánh động mà đi qua lỗ cân bằng trên bánh động và qua khe hở giữa thân tuốc bin và đỉnh cánh. Ngoài ra, do áp suất hơi phía đầu của tuốc bin lớn hơn áp suất khí quyển nên sẽ có một l−ợng hơi chảy từ trong tuốc bin ra ngoài khí quyển qua lỗ xuyên trục ở phía đầu tuốc bin. L−ợng hơi này sẽ không tham gia quá trình biến nhiệt năng thành động năng và đ−ợc gọi là l−ợng hơi rò rỉ. Ngoài sự rò rỉ hơi nêu trên, vì áp suất hơi phần cuối của tuốc bin nhỏ hơn áp suất khí quyển nên sẽ có một phần không khí lọt vào khoang hơi ở cuối tuốc bin theo khe hở giữa trục và thân. Để giảm bớt l−ợng hơi rò rỉ từ tầng này qua tầng khác, rò rỉ từ tuốc bin ra ngoài hoặc không khí lọt từ ngoài vào trong tuốc bin ng−ời ta đặt bộ chèn. Bộ chèn đ−ợc chỉ ra trên Hình 8.4, đ−ợc đặt vào khe hở cần chèn sẽ làm tăng trở lực của khe do đó giảm đ−ợc l−ợng hơi rò rỉ qua đó. Có 2 loại bộ chèn: chèn răng l−ợc và chèn cây thông, hiện nay dùng phổ biến nhất là chèn răng l−ợc. Bộ chèn răng l−ợc gồm một số răng l−ợc gắn vào thân tạo nên những khe hở hẹp và những buồng dãn nở hơi giữa răng chèn và roto (trục). Khi hơi đi qua khe hẹp, áp suất giảm và tộc độ tăng, khi vào buồng dãn nở động năng dòng hơi bị mất hoàn toàn do tạo nên chuyển động xoáy và biến thành nhiệt năng. Hơi tiếp tục đi qua khe hở tiếp theo, một lần nữa lại tăng tốc độ rồi lại bị mất động năng trong buồng dãn nở tiếp theo đó, quá trình cứ lặp lại liên tiếp do đó l−ợng hơi qua khe hở chèn giảm xuống. Số răng chèn càng lớn thì l−ợng hơi rõ rỉ qua bộ chèn càng nhỏ. 8.2. THIếT Bị PHU 8.2.1. Bình ng−ng Ta biết rằng công suất tuốc bin tăng lên khi tăng thông số đầu hoặc giảm thông số cuối của hơi. Nhiệt độ của hơi ra khỏi tuốc bin bị hạn chế bởi nhiệt độ n−ớc làm mát nó (n−ớc tuần hoàn) và th−ờng cao hơn nhiệt độ của của n−ớc làm mát từ 8 đến 100C. N−ớc làm mát lấy từ ao, hồ, sông, suối, có nhiệt độ khoảng 20-250C tùy thuộc vào mùa và điều kiện địa lý của nhà máy, nghĩa là hơi bão hòa khi ra khỏi tuốc bin chỉ có thể ng−ng tụ ở nhiệt độ khoảng từ 30-350C, t−ơng ống với áp suất cuối tuốc bin từ 0,03-0,04 bar. Để đảm bảo đ−ợc trạng thái này, ng−ời ta nối ống thoát hơi của tuốc bin với bình ng−ng, độ chân không trong bình ng−ng đ−ợc tạo nên nhờ hơi ng−ng tụ thành n−ớc và nhờ các thiết bị đặc biệt nh− êjectơ hoặc bơm chân không. Các thiết bị này sẽ liên tục hút không khí ra khỏi bình ng−ng. Trong nhà máy điện, để đảm bảo chất l−ợng n−ớc ng−ng ng−ời ta chỉ áp dụng bình ng−ng kiểu bề mặt. Sơ đồ cấu tạo bình ng−ng bề mặt đ−ợc biểu diễn trên Hình 8.8. 1-ống n−ớc ra; 2-nắp; 3, 5-thân; 4-Mặt sàng; 6-cổ bình ng−ng; 7-ống đồng; 8-Bồn chứa n−ớc ng−ng; 8-ống n−ớc vàolàm mát. Hơi đi trên xuống bao bọc xung quanh bề mặt ngoài ống đồng, nhả nhiệt cho n−ớc làm mát đi trong ống đồng và ng−ng tụ thành n−ớc. N−ớc chuyển động từ phía d−ới lên trên ng−ợc chiều dòng hơi. Bình ng−ng có sơ đồ chuyển động của n−ớc làm mát thành 2 chặng nh− vậy thì đ−ợc gọi là bình ng−ng 2 chặng. T−ơng tự nh− thế có 91
thể có bình ng−ng 3 chặng, 4 chặng. Sau khi nhả nhiệt cho n−ớc làm mát, hơi đ−ợc ng−ng tụ lại rơi chảy xuống bình chứa ở d−ới đáy bình ng−ng và từ đó đ−ợc bơm đi bằng bơm n−ớc ng−ng, còn n−ớc làm mát đi trong hệ thống ống đồng gọi là n−ớc tuần hoàn đ−ợc lấy từ sông, hồ và đ−ợc cung cấp bởi bơm tuần hoàn. Hình 8.8. Bình ng−ng kiểu bề mặt Bình ng−ng phải đảm bảo thật kín, nếu không kín, không khí bên ngoài lọt vào sẽ làm giảm độ chân không, nghĩa là làm tăng áp suất cuối tuốc bin và có thể làm giảm một cách đột ngột khả năng truyền nhiệt trên các bề mặt ống làm mát, làm giảm công suất tuốc bin. Mặt khác các ống đồng trong bình ng−ng cũng phải thật kín để tránh sự rò rỉ của ng−ớc tuần hoàn vào n−ớc ng−ng, làm giảm chất l−ợng n−ớc ng−ng. Để bảo đảm độ chân không sâu, ng−ời ta tìm cách giảm trở lực của bình ng−ng đối với hơi và tổ chức việc rút không khí ra khỏi bình ng−ng một cách liên tục. Nhiệt l−ợng hơi nhả ra khi ng−ng tụ thành n−ớc trong bình ng−ng: Qbn = Gh(i''bn - i'bn), (KW) (8-1) Nếu coi hiệu suất bình ng−ng bằng 1 thì nhiệt l−ợng đó chính bằng nhiệt l−ợng n−ớc tuần hoàn nhận đ−ợc: Qbn = GnCn(t''th -t'th), (KW) (8-2) Trong đó: Gh, Gn (kg/s) là l−u l−ợng hơi và n−ớc tuần hoàn vào bình ng−ng, i''bn , i'bn (KJ/kg) là entanpi của hơi vào và ra khỏi bình ng−ng, 0 t''bn , t'bn ( C) là nhiệt độ n−ớc tuần hoàn vào và ra khỏi bình ng−ng, Từ (8-1) và (8-2) ta có: Qbn = Gh(i''bn - i'bn) = GnCn(t''th -t'th), (8-3) G n Hay: (i''bn - i'bn) = Cn(t''th -t'th), (8-4) G h G n = m gọi là bội số tuần hoàn (kg n−ớc/kg hơi) G h Từ (8-4) ta thấy nhiệt độ của n−ớc trong bình ng−ng tức là áp suất trong bình ng−ng phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ ban đầu của n−ớc tuần hoàn và bội số tuần hoàn. 92
8.2.2. Êjectơ Để duy trì độ chân không cần thiết trong bình ng−ng cần hút liên tục không khí ra khỏi bình ng−ng, muốn vậy ng−ời ta dùng các thiết bị thải không khí đặc biệt, phổ biến nhất là các êjectơ hơi. Êjectơ gồm ống phun hơi A đặt trong buồng thu nhận B, buồng này đ−ợc nối với ống khuếch tán C. Nguyên lý cấu tạo của Êjectơ đ−ợc biểu diễn trên Hình 8.8. Hỗn hợp bị nén không khí - hơi B 1 2 3 Hơi Hình 8-8: Sơ đồ A nguyên lý êjectơ 2 3 C Hơi đ−ợc dãn nở trong ống phun đến áp suất bằng với áp suất trong buồng thu nhận. áp suất này gần bằng (nhỏ hơn) áp suất ở điểm rút hỗn hợp không khí-hơi n−ớc. Khi ra khỏi ống phun A, hơi cótốcđộ lớn và cuốn theo hỗn hợp không khí-hơi n−ớc từ buồng B vào ống khuếch tán. Vì thế buồng B (giữa tiết diện 1-1 và 2-2) đ−ợc gọi là buồng hỗn hợp. ở ống khuếch tán, hỗn hợp hơi và không khí bị nén đến 1 áp suất đủ để thải nó ra khỏi êjectơ. áp lực hơi vào ống phun của êjectơ th−ờng là 6 hoặc 12 at. Hơi vào 6 ejectơ ejectơ cấp 1 cấp 2 1 3 5 4 2 7 7 Hình 8-9: Sơ đồ ejectơ hai cấp 1, 3-ống khếch tán; 2, 4-bình làm lạnh; 5đ−ờng xả; 6-khí không ng−ng+hơi; 7-n−ớc ng−ng 93
Trong nhà máy điện, theo nhiệm vụ êjectơ đ−ợc chia thành thành 2 loại: ejectơ khởi động và ejectơ chính. ejectơ khởi động dùng để tăng tốc độ tạo chân không khi khởi động tuốc bin và trong thời gian khởi động tuốc bin thì nó làm việc song song với êjectơ chính. Khi khởi động xong thì êjectơ này ngừng hoạt động, còn ejectơ chính vẫn liên tục làm việc liên tục từ khi khởi động cho đến khi dừng tuốc bin. Vì ejectơ một cấp th−ờng không thể tạo thành độ chân không sâu, nên ejectơ chính đ−ợc chế tạo hai cấp hoặc ba cấp. Ngoài ra để nâng cao độ kinh tế, ng−ời ta th−ờng làm thêm bình làm lạnh để làm lạnh hỗn hợp không khí hơi do ejectơ thải ra nhằm giữ lại l−ợng n−ớc ng−ng đọng từ hơi qua ejectơ. Hơi thoát 1 3 II I 2 4 Hình 8-10: Sơ đồ nối ejectơ với bình ng−ng 1-bình ng−ng; 2-bơm n−ớc ng−ng; 3-ejjectơ; 4-đ−ờng tái tuần hoàn 94
8.3. điều chỉnh tuốc bin 8.3.1. Khái niệm về điều chỉnh tuốc bin hơi Tuốc bin hơi trong nhà máy điện dùng để kéo máy phát điện sản xuất điện năng. Chất l−ợng dòng điện càng cao khi tần số dòng điện càng ổn định, nghĩa là tốc độ quay của máy phát càng ổn định, vì vậy tuốc bin-máy phát phải làm việc với số vòng quay không đổi để đảm bảo cho tần số của dòng điện luôn luôn ổn định. Mô mem quay của roto tuốc bin do công của dòng hơi sinh ra, còn mô men cản của máy phát do phụ tải điện sinh ra trên các cực của máy phát. Công suất của tuốc bin đ−ợc tính theo công thức: Ni = GHi , [kw] (8-5) Hoặc: Ni = GH0ηtd (8-6 ở đây: H0 nhiệt dáng lý thuyết của tuốc bin (không kể đến tổn thất) (kJ/kg) Hi là nhiệt giáng thực tế của tuốc bin ηtd là hiệu suất trong t−ơng đối của tuốc bin. Từ (8-5) ta thấy công suất tuốc bin tỉ lệ thuận với l−u l−ợng hơi và nhiệt dáng. Sự cân bằng giữa công suất hiệu dụng trên khớp trục tuốc bin với phụ tải điện đ−ợc biểu diển bằng ph−ơng trình: dω N = N + N + (I + I )ω (8-7) hd d tt t mf dτ It, Img là momen quán tính của rô to tuốc bin và máy phát, Nhd là công suất hiệu dụng trên khớp trục tuốc bin, Nđ là công suất điện trên các cực của máy phát (phụ thuộc vào phụ tải của hộ tiêu thụ bên ngoài), Ntt là tổn thất công suất trên các ổ trục và tổn thất nhiệt trong máy phát. Từ (8-7) ta thấy: Phụ tải trên các cực của máy phát điện Nđ phải luôn luôn cân bằng với công Nhd trên trục tuốc bin. Nghĩa là sự thay đổi phụ tải trên các cực của máy phát phải phù hợp với sự thay đổi công suất trên trục tuốc bin. Mỗi giá trị phụ tải xác định trên cực của máy phát t−ơng ứng với một giá trị mômen quay trên trục tuốc bin, nghĩa là t−ơng ứng với một l−u l−ợng hơi qua tuốc bin. Khi phụ tải thay đổi sẽ tạo ra sự mất cân bằng giữa mô men cản và mômen quay, do đó dẫn đến số vòng quay của rô to thay đổi. Khi đang ở trạng thái cân bằng, nếu phụ tải Nđ của máy phát thay đổi trong khi momen quay của tuốc bin ch−a thay đổi (tức Nhd ch−a thay đổi) sẽ tạo ra sự mất cân bằng giữa công suất của tuốc bin và công suất của máy phát, theo (8-5) thì tốc độ ω tuốc bin-máy phát sẽ thay đổi . Rõ ràng khi Nđ tăng thì số vòng quay ω giảm đi. Để duy trì ω =const, cần phải tăng l−ợng hơi vào tuốc bin để tăng công suất Nhd của tuốc bin lên t−ơng ứng. Tóm lại, bất kỳ một sự thay đổi nào của phụ tải điện cũng sẽ kéo theo sự thay đổi số vòng quay của tuốc bin (tốc độ quay của rô to tuốc bin-máy phát). Số vòng quay sẽ thay đổi đến chừng nào mà cơ cấu phân phối hơi ch−a làm thay đổi l−u l−ợng hơi vaò tuốc 95
bin, nghĩa là ch−a thiết lập đ−ợc sự cân bằng mới giữa mô men cản của phụ tải điện và mômen quay, tức là giữa công suất của tuốc bin và công suất của máy phát. Việc phục hồi lại sự cân bằng của ph−ơng trình (8-7) với bất kỳ sự thay đổi nào của phụ tải Nđ là nhiệm vụ của bộ điều chỉnh tốc độ (tức là điều chỉnh số vòng quay). Bộ điều chỉnh tốc độ đ−ợc nối liên động với cơ cấu tự động điều chỉnh van phân phối hơi của tuốc bin để điều chỉnh l−ợng hơi vào tuốc bin phù hợp với phụ tải điện. Khi phụ tải điện thay đổi, cần phải thay đổi l−u l−ợng hơi vào tuốc bin để thay đổi công suất tuốc bin cho phù hợp với sự thay đổi phụ tải điện. L−u l−ợng hơi đ−ợc thay đổi nhờ hệ thống phân phối hơi và hệ thống điều chỉnh của tuốc bin. Hệ thống phân phối hơi gồm có các van và các ống dẫn hơi vào tuốc bin Hệ thống điều chỉnh gồm có bộ phận điều chỉnh và các cơ cấu để truyền tác động đến các van phân phối hơi (nh−: cam, tay đòn ) 8.3.2. Các ph−ơng pháp điều chỉnh l−u l−ợng hơi vào tuốc bin Khi phụ tải điện thay đổi, muốn tốc độ quay của tổ tuốc bin-máy phát không đổi thì cần phải điều chỉnh l−u l−ợng hơi vào tuốc bin thay đổi phù hợp với phụ tải. Để điểu chỉnh l−u l−ợng hơi vào tuốc bin, ng−ời ta th−ờng áp dụng 3 ph−ơng pháp phân phối hơi vào tuốc bin: - Phân phối hơi bằng tiết l−u (h 8.9a), - Phân phối hơi bằng ống phun (h 8.9b), - Phân phối hơi đi tắt (h 8.9c), Khi phân phối bằng tiết l−u, toàn bộ hơi đ−ợc đ−a vào tầng đầu của tuốc bin qua một van đặc biệt, van này thực hiện việc điều chỉnh l−u l−ợng hơi đi qua nó, đồng thời làm cho dòng hơi bị tiết l−u hơi, nghĩa là áp suất hơi qua đó sẽ giảm đi nh−ng entanpi không thay đổi (h 8.9a). Khi phân phối bằng ống phun thì hơi đi qua một số van điều chỉnh đặt song song, những van này sẽ lần l−ợt mở hoặc đóng để điều chỉnh l−u l−ợng hơi vào các ống phun của tuốc bin (h 8.9b) Khi phân phối bằng đi tắt thì hơi không những đ−ợc đ−a vào tầng đầu mà còn đ−a vào một (hoặc một số) tầng trung gian qua các van tiết l−u (h 8.9c) 8.3.2.1. Phân phối hơi bằng tiết l−u Khi phân phối hơi bằng tiết l−u, hơi mới đ−ợc đ−a vào tuốc bin qua một van điều chỉnh tiết l−u chung, sau đó đi vào toàn bộ ống phun của tầng thứ nhất (e =1). Với các tuốc bin công suất lớn thì l−u l−ợng hơi lớn, ng−ời ta cho hơi qua đồng thời hai van đặt song song theo hai đ−ờng dẫn hơi riêng biệt. ứng với công suất kinh tế của tuốc bin thì van điều chỉnh tiết l−u sẽ mở hoàn toàn và quá trình dãn nở của hơi có thể biểu diễn bằng đ−ờng a- b trên hình 8.10. Nhiệt dáng thực tế của tầng sẽ bằng Hi. Khi cần giảm công suất của tuốc bin, tức là giảm l−u l−ợng hơi vào tuốc bin, ng−ời ta thay đổi độ mở của van điều chỉnh, khi đó xảy ra quá trình tiết l−u với i = const. Nh− vậy, sự thay đổi l−u l−ợng hơi qua van điều chỉnh bằng ph−ơng pháp tiết 96
l−u có liên quan đến sự thay đổi áp suất của hơi ở sau van, nghĩa là áp suất hơi giảm đi và do đó nhiệt giáng cũng giảm đi, quá trình đ−ợc biểu diễn bằng đoạn cd, nhiệt dáng của tầng sẽ là H'i. Hiệu suất của quá trình cũng sẽ giảm đi a) b) Hình 8.10. Phân phối bằng tiết l−u a- So đồ nguyên lý; b- Quá trình tiết l−u hơi 1- Van Stop; 2-Van tiết l−u, 3-Tuốc bin Khi phụ tải của tuốc bin càng giảm thì l−u l−ợng hơi vào càng giảm, nghĩa là tổn thất tiết l−u càng tăng. Nh− vậy, nếu tuốc bin làm việc ở chế độ non tải mà thực hiện việc điều chỉnh bằng ph−ơng pháp tiết l−u là không kinh tế. Vì thế việc phân phối hơi bằng tiết l−u chỉ áp dụng cho những tuốc bin th−ờng vận hành ở chế định mức và ít thay đổi phụ tải (tuốc bin mang phụ tải gốc). 8.3.2.2. Phân phối hơi bằng ống phun Khi phân phối hơi bằng ống phun thì hơi đi vào các ống phun của tầng đầu qua một số (từ 4 đến 10) van gọi là van điều chỉnh (còn gọi là xupáp điều chỉnh). Mỗi van điều chỉnh đ−ợc nối với một cụm ống phun. ứng với phụ tải định mức (công suất định mức) thì tất cả các van điều chỉnh mở hoàn toàn, độ phun hơi có thể bằng hoặc nhỏ hơn 1 (e ≤ 1). Khi thay đổi phụ tải thì các van điều chỉnh sẽ lần l−ợt đ−ợc đóng bớt hoặc mở thêm (tuỳ theo phụ tải giảm đi hoặc tăng lên). Ví dụ khi bắt đầu khởi động tuốc bin thì van 1 mở tr−ớc, khi van 1 đã mở hoàn toàn đến l−ợt van 2, cứ thế cho đến khi tất cả các van đã mở hoàn toàn thì công suất sẽ đạt giá trị định mức, lúc cần giảm công suất thì các van sẽ lần l−ợt đóng bớt lại để giảm l−ợng hơi vào tuốc bin cho phù hợp với công suất yêu cầu. Vì vậy độ phun hơi của của tầng điều chỉnh thay đổi tuỳ theo số van mở. Trong giới hạn mở (độ mở) của một van sẽ xảy ra quá trình tiết l−u, do đó sinh ra tổn thất. Nh−ng không phải toàn bộ l−u l−ợng hơi qua tuốc bin đều bị tiết l−u mà chỉ có một phần hơi đi qua van nào không mở hoàn toàn mới bị tiết l−u, còn các van đã mở hoàn toàn thì không bị tiết l−u, do đó tổn thất tiết l−u trong tr−ờng hợp phân phối hơi bằng ống phun nhỏ hơn khi phân phối hơi bằng tiết l−u. Hiệu suất của tuốc bin khi thay đổi phụ tải cũng ổn định hơn. 97
a) b) Hình 8.9. Sơ đồ nguyên lý phân phối hơi trong tuốc bin a. Phân phối bằng ống phun; b. Phân phối tắt 8.3.2.3. Phân phối hơi đi tắt ở các tuốc bin thực hiện phân phối hơi bằng tiết l−u, th−ờng áp dụng ph−ơng pháp phân phối đi tắt bên ngoài và đặc biệt th−ờng áp dụng cho các tuốc bin phản lực. Van tiết l−u chính đ−a hơi vào toàn bộ ống phun của tầng đầu (e =1). Khi van tiết l−u chính mở hoàn toàn thì tuốc bin đạt công suất kinh tế, khi đó áp suất hơi tr−ớc ống phun của tầng đầu đạt tới trị số giới hạn. Việc tăng công suất tuốc bin tới giá trị định mức đ−ợc thực hiện bằng cách đ−a hơi mới vào các tầng trung gian qua các buồng A gọi là các buồng quá tải. Khi đ−a hơi mới vào buồng A thì áp suất ở đó tăng lên do đó l−u l−ợng hơi qua các tầng sau sẽ tăng lên bởi vì tiết diện truyền hơi của tầng quá tải (tầng ở ngay sau buồng A) lớn hơn so với tầng đầu, khi đó công suất của tuốc bin tăng lên, mặc dù l−u l−ợng hơi qua các tầng ở phía tr−ớc buồng quá tải có giảm đi chút ít. Nếu tuốc bin chỉ có một van đi tắt 2 thì khi nó mở hoàn toàn, áp suất ở buồng A sẽ đạt giá trị giới hạn và công suất của tuốc bin đạt tới định mức. Nếu trên tuốc bin đặt 2 van tắt thì việc tăng công suất đến định mức sẽ đ−ợc thực hiện bằng cách đ−a hơi vào buồng quá tải thứ hai A1. L−u l−ợng hơi qua tất cả các tầng ở sau buồng A1 sẽ tăng lên, còn qua các tầng ở tr−ớc buồng A1 giảm. Tuy nhiên sự tăng công suất ở các tầng sau buồng A1 xảy ra nhanh hơn là sự giảm công suất ở các tầng tr−ớc buồng A1, do đó vẫn bảo đảm tăng công suất của tuốc bin tới định mức ở công suất định mức, áp suất hơi trong buồng A phải nhỏ hơn áp suất ở tr−ớc ống phun của tầng đầu, còn áp suất ở buồng A1 thì phải nhỏ hơn ở buồng A. Có nh− vậy mới đảm bảo có đ−ợc một l−ợng hơi vừa đủ l−u thông qua những tầng đầu để làm mát những tầng này khi chúng làm việc không tải. Khi điều chỉnh tắt thì hiệu suất cao nhất của tuốc bin đạt đ−ợc ở chế độ phụ tải kinh tế, bởi vì khi đó hơi không bị tiết l−u. ở những tuốc bin hiện đại, điều chỉnh bằng tiết l−u th−ờng chỉ có một tầng quá tải, ít khi ng−ời ta làm 2 và 3 tầng quá tải. 98
8.4. Các sơ đồ điều chỉnh tuốc bin hơi 8.4.1. Sơ đồ điều chỉnh trực tiếp Nh− đã phân tích ở trên, bất kỳ một sự thay đổi nào của phụ tải điện đều kèm theo sự thay đổi số vòng quay của tổ tuốc bin-máy phát do sự mất cân bằng giữa mô men quay của rô to và mô men cản của máy phát. Để hồi phục lại sự cân bằng giữa lực cản và mô men quay cuat tuốc bin, thì cần có bộ điều chỉnh tốc độ để điều chỉnh số vòng quay của tổ tuốc bin-máy phát. Bộ điều chỉnh tốc độ đ−ợc nối liên động với cơ cấu điều chỉnh tự động phân phối hơi vào tuốc bin. Hiện nay bộ điều chỉnh tốc độ kiểu li tâm đ−ợc dùng nhiều trong điều chỉnh tuốc bin hơi. ở đây lực li tâm của bộ điều chỉnh tốc độ sẽ tác động lên cơ cấu phân phối hơi (van điều chỉnh l−u l−ợng hơi) để thay đổi l−u l−ợng hơi vào tuốc bin nhằm thay đổi công suất của tuốc bin và do đó thay đổi số vòng quay. Sơ đồ nguyên lý của bộ điều chỉnh trực tiếp vẽ ở hình 8.11 Hình 8.11. Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh trực tiếp 1. van hơi 2. quả văng 3. cánh tay đòn 4. bộ truyền động 5. trục tuốc bin Ta thấy khớp tr−ợt C của bộ điều tốc ly tâm có tay đòn liên hệ trực tiếp với van điều chỉnh 1. Khi phụ tải điện của máy phát tăng lên, sự cân bằng giữa phụ tải và công suất bị phá vỡ do đó số vòng quay giảm đi. Trục tuốc bin liên hệ với bộ điều tốc ly tâm bằng bánh răng truyền động, khi số vòng quay tuốc bin giảm thì tốc độ quay của trục bộ điều tốc cũng giảm, các quả tạ của bộ điều tốc ly tâm cụp xuống, đẩy khớp tr−ợt C di chuyển xuống d−ới làm cho điểm A dịch chuyển lên phía trên. Khi ấy van điều chỉnh 1 sẽ đ−ợc mở, l−u l−ợng hơi vào tuốc bin tăng lên, công suất của tuốc bin tăng lên, đồng thời tuốc bin sẽ làm việc với số vòng quay mới cao hơn. Khi phụ tải giảm thì các tác động xẩy ra ng−ợc lại, số vòng quay tăng lên van điều chỉnh sẽ đóng bớt lại làm giảm l−u l−ợng hơi vào tuốc bin. Sơ đồ này có −u điểm là đơn giản nh−ng lực di chuyển của bộ điều tốc ly tâm nhỏ nên lực đóng mở van điều chỉnh l−u l−ợng hơi 1 nhỏ, do đó chỉ áp dụng đối với tuốc bin công suất nhỏ (50-60 KW), có van điều chỉnh nhỏ, nhẹ, không đòi hỏi lực di 99
chuyển lớn. Đối với tuốc bin công suất trung bình và lớn thì đòi hỏi lực di chuyển phải đủ lớn để nâng van do đó phải sử dụng sơ đồ điều chỉnh gián tiếp. 8.4.2. Sơ đồ điều chỉnh gián tiếp Hình 8.12. trình bày nguyên lý sơ đồ điều chỉnh gián tiếp có xecvômôtơ kiểu piston. Hình 8.124. Sơ đồ điều chỉnh gián tiếp. 1- Van điều chỉnh. 2-Piston 3- Xecvômotơ 4- Ngăn kéo phân phối dầu 5- Bơm dầu. 6- Đ−ờng dầu. 7- Piston của ngăn kéo 8- Thanh truyền. 9- Bộ điều chỉnh ly tâm Khi tuốc bin làm việc ở một chế độ ổn định, piston 7 của ngăn kéo phân phối dầu 4 và xecvômôtơ 3 ở vị trí trung bình, đồng thời đóng kín các đ−ờng dẫn dầu nối giữa thân ngăn kéo phân phối dầu 4 với xecvômotơ 3. Van điều chỉnh 1 khi ấy ở một vị trí xác định. Sự di chuyển của khớp tr−ợt sẽ gây nên sự chuyển dời của piston 7. Tuỳ theo h−ớng di chuyển của piston 7 mà dầu d−ới áp lực của bơm dầu 5 sẽ theo đ−ờng phía trên (K1) hoặc đ−ờng phía d−ới (K2) đi vào xecvômôtơ 3. Nếu phụ tải điện giảm, tốc độ tuốc bin tăng, các quả tạ văng ra xa hơn, kéo điểm tr−ợt C dịch lên trên làm cho điểm B chuyển động lên phía trên, dầu đi theo đ−ờng K1 vào phía trên piston 2 của xecvomotơ 3 đẩy piston đi xuống, đóng bớt van 1 lại, giảm l−u l−ợng hơi vào tuốc bin làm giảm công suất tuốc bin, đồng thời dầu từ xecvômôtơ 3 theo đ−ờng K2 sẽ chảy qua thân ngăn kéo phân phối dầu 4 xả đi. Nếu dầu đi theo h−ớng K2 vào xecvômôtơ 3 thì van 1 sẽ mở ra đồng thời dầu từ xecvômtơ 3 lại theo đ−ờng K1 chảy qua thân ngăn kéo phân phối dầu 4 xả đi. ở sơ đồ này chỉ cần 1 lực không lớn lắm để di chuyển piston 7, bởi vì ngoài lực di chuyển của bộ điều tốc nh− ở sơ đồ điều chỉnh trực tiếp, còn có thêm lực do áp suất dầu tạo nên. Lực tác động để mở van 1 chỉ phụ thuộc vào kích th−ớc của pistons 2 và áp lực dầu tạo bởi bơm 5. áp lực dầu trong hệ thống điều chỉnh th−ờng từ 3 đến 7 bar. Trong các tuốc bin hiện đại, ng−ời ta dùng áp lực cao hơn, vào khoảng 12 - 20 bar. 100
8.5. Hệ THôNG DầU tuốc BIN HơI Việc điều khiển các cơ cấu điều chỉnh công suất tuốc bin nh− đã trình bày đ−ợc thực hiện bằng áp lực dầu, khi đó hệ thống điều chỉnh đ−ợc nối với hệ thống bôi trơn. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống cung cấp dầu cho tuốc bin đ−ợc trình bày trên hình 8.13. 6 5 7 11 4 4 10 4 8 1 2 3 9 Hình 8.13. Sơ đồ nguyên lý cung cấp dầu cho tuốc bin. 1-Bơm dầu chính; 2-bơm dầu phụ; 3-bơm điện; 4-van một chiều; 5-Van giảm áp; 6-dầu đến cơ cấu điều chỉnh; 7-dầu từ cơ cấu điều chỉnh về 8-các ổ đỡ; 9-bể dầu; 10-vVan an toàn ; 11-bình làm mát dầu. Trục tuốc bin truyền động cho bộ điều chỉnh ly tâm qua bộ truyền động trục vít. Bơm dầu chính hút dầu từ bể dầu rồi bơm vào hệ thống dầu với áp lực 10-20 bar. Dầu đi vào ngăn kéo phân phối dầu 4 và xecvômôtơ 3 của hệ thống điều chỉnh, đồng thời qua van giảm áp để giảm áp suất dầu xuống 1,4 - 1,8 bar cung cấp cho hệ thống bôi trơn các ổ trục. Để đề phòng tr−ờng hợp dầu đi bôi trơn có áp lực quá lớn, ng−ời ta đặt van an toàn, khi áp suất dầu v−ợt quá trị số qui định, van an toàn mở để xả dầu về lại bể chứa. Tr−ớc khi đi bôi trơn các ổ trục, dầu đ−ợc qua bình làm mát dầu và đ−ợc làm mát bằng n−ớc tuần hoàn đến nhiệt độ không v−ợt quá 400C. L−ợng dầu đi bôi trơn cho mỗi ổ trục phụ thuộc vào đ−ờng kính của các vòng chắn phân phối. Sau khi bôi trơn các ổ trục, dầu lại chảy vào bể chứa. Bơm dầu chính đ−ợc gắn trực tiếp trên trục tuốc bin nên chỉ đảm bảo đ−ợc áp suất và sản l−ợng dầu cần thiết khi số vòng quay của tuốc bin không nhỏ hơn một nửa số vòng quay định mức. Vì vậy khi khởi động hoặc ngừng tuốc bin, tốc độ quay còn thấp, ch−a đảm bảo đ−ợc áp lực dầu thì bơm dầu phụ sẽ hoạt động để cung cấp dầu cho toàn hệ thống, bơm này đ−ợc dẫn động bằng một tuốc bin phụ và đ−ợc đặt trên bể dầu. Sau khi tuốc bin đạt đ−ợc số vòng quay đủ để bơm dầu chính đảm bảo cung cấp dầu cho toàn hệ thống theo thông số định mức, d−ới tác dụng của áp suất do bơm dầu chính tạo ra, van một chiều của bơm dầu phụ sẽ tự động đóng lại, đồng thời tuốc bin phụ cũng tự động cắt ra, bơm dầu phụ ngừng làm việc. Khi ngừng tuốc bin, tốc độ 101
giảm xuống d−ới 50% tốc độ định mức thì bơm dầu phục tự động khởi động làm việc lại, trừ tr−ờng hợp nếu bơm dầu phụ bị sự cố thì bơm dầu dự phòng chạy bằng điện sẽ khởi động và làm việc để cung cấp dầu cho hệ thống bôi trơn. Ngoài các van điều chỉnh để điều chỉnh l−u l−ợng hơi vào tuốc bin của hệ thống phân phối hơi, ng−ời ta còn đặt một van tự động trên đ−ờng dẫn hơi vào tuốc bin gọi là van stop. Nhiệm vụ của van stop là cắt hơi khi tuốc bin sự cố, nghĩa là dừng hoàn toàn việc đ−a hơi vào tuốc bin. Van stop chịu tác động trực tiếp của các cơ cấu trong hệ thống bảo vệ tuốc bin. Hệ thống bảo vệ tuốc bin gồm có : - Bảo vệ v−ợt tốc: Bộ bảo vệ v−ợt tốc có nhiệm vụ bảo vệ tuốc bin khi tốc độ tuốc bin v−ợt quá 11-12% tốc độ định mức. Khi tốc độ tuốc bin tăng lên thì lực li tâm cũng tăng lên, d−ới tác dụng của lực li tâm, các chi tiết của roto có thể bị rung hoặc gãy, khi đó cần thiết phải cắt hơi vào để ngừngtuốc bin. Bộ bảo vệ v−ợt tốc sẽ tác động lên cơ cấu bảo vệ để đóng van stop, cắt hơi vào tuốc bin. - Bảo vệ áp lực dầu: Bộ bảo vệ áp lực dầu có nhiệm vụ bảo vệ tuốc bin khi áp lực dầu trong hệ thống điều chỉnh giảm xuống còn 5 bar. Khi áp lực dầu trong hệ thống điều chỉnh giảm xuống còn 5 bar thì cơ cấu điều chỉnh sẽ không hoạt động do đó không thể điều chỉnh đ−ợc công suất tuốc bin cho phù hợp với phụ tải điện, do đó bộ bảo vệ áp lực dầu sẽ tác động lên cơ cấu bảo vệ để đóng van stop, cắt hơi vào tuốc bin. - Bảo vệ di trục: Bộ bảo vệ v−ợt tốc có nhiệm vụ bảo vệ tuốc bin khi độ di trục của tuốc bin v−ợt quá trị số cho phép. Khi roto của tuốc bin dịch chuyển dọc trục quá trị số cho phép có thể làm cho rôto và stato cọ sát với nhau gây sự cố. Khi đó bộ bảo vệ sẽ tác động lên cơ cấu bảo vệ để đóng van stop, cắt hơi vào tuốc bin. 102
Ch−ơng 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 đ−ợc biến đổi thành nhiệt năng rồi thành cơ năng. Quá trình chuyển đổi năng l−ợng trong động cơ này có thể thực hiện bằng những chu trình nhiệt động khác nhau. Ngày nay thiết bị tuốc bin khí đ−ợc sử dụng rộng rãi trong vận tải (ngành hàng không, đ−ờng sắt và đ−ờng thuỷ); ngành năng l−ợng; ngành vận chuyển dầu và khí đốt; ngành công nghiệp hoá học và luyện kim; trong các lĩnh vực mới nh− năng l−ợng hạt nhân; kỹ thuật tên lửa; thiên văn và vũ trụ học. Thiết bị tuốc bin có những −u, nh−ợc 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 n−ớc hay yêu cầu cần n−ớc rất ít - Thời gian xây dựng nhanh Nh−ợc điểm: - Công suất giới hạn nhỏ hơn so với thiết bị hơi n−ớc - 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 phí cho sự thay đổi phụ tải, theo loại nhiên liệu đốt . . . 1. Thiết bị tuốc bin dùng cho máy bay: trong đó theo cách truyền công suất lại phân chia thành loại dùng năng l−ợng dòng khí và loại tuốc bin quay cánh quạt. 2. Thiết bị tuốc bin công nghiệp: đ−ợc phân thành tuốc bin có số vòng quay không đổi (tuốc bin sản xuất điện năng mang phụ tải gốc, trong trạm cấp nhiệt sấy, s−ởi, làm việc trong các quá trình công nghệ nhất định ) và tuốc bin có số vòng quay thay đổi (dùng trong tàu hoả, tàu thuỷ, máy nén bơm, quạt ) 3. Theo loại nhiên liệu đ−ợc sử dụng có thể chia thành tuốc bin khí dùng nhiên liệu khí, nhiên kiệu lỏng nhẹ, nhiên liệu lỏng nặng và tuốc bin dùng nhiên liệu rắn. 9.1.3. Những chu trình nhiệt thiết bị Tuốc bin khí th−ờng dùng 9.1.3.1. Chu trình hở không dùng bộ trao đổi nhiệt 103
ở chu trình này, quá trình cháy nhiên liệu là quá trình cháy đẳng áp, máy nén K hút không khí từ ngoài vào và nén đến áp suất yêu cầu rồi đ−a vào buồng đốt BĐ. Tại đây nhiên liệu đ−ợc bơm nhiên liệu bơm vào buồng đốt qua vòi phun. Sau đó nhiên liệu hỗn hợp cùng với không khí và bốc cháy, sản phẩm cháy đ−ợc đ−a vào Tuốc bin khí dãn nở sinh công. i 3 4 qv BĐ 2 44 3 5 k T 2 6 M 7 1 5 MP 1 qr s 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, qv- nhiệt dẫn vào chu trình, qr- 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 đ−ợc giữ ở mức 1800-20000K, vì vậy ở chu trình này chỉ có 20-40% l−ợng không khí cần thiết đ−ợc máy nén nén đến áp suất cao đ−a vào buồng đôt để tham gia vào quá trình cháy chủ động của nhiên liệu ở tropng buồng đốt BD, l−ợng không khí này gọi là không khí sơ cấp. Còn phần không khí còn lại (60-80%) đ−ợc đ−a 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 tr−ớc 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 14000K, 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 l−ợng 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 đ−ợc 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 tốt. Nh−ợc điểm là hiệu suất t−ơng đối thấp, công suất nhỏ 25 MW - 50 MW 9.1.3.2. Chu trình hở có trao đổi nhiệt Một ph−ơng pháp nổi bật để nâng cao hiệu suất là dùng bộ trao đổi nhiệt, trong đó một phần nhiệt của khí thải đ−ợc truyền cho không khí nén tr−ớc khi vào buồng đốt. Sơ 104
đồ của chu trình Hình 15-2- Sơ đồ chu trình hở với Tuốc bin dùng bộ trao đổi nhiệt. 7 BT 3 BĐ 2 4 6 M MP 1 5 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, qv- nhiệt dẫn vào chu trình, qr- nhiệt dẫn ra, MPG- Máy phát điện, Ưu điểm của chu trình này là đơn giản, rẻ tiền trong việc cấp n−ớc làm mát và có hiệu suất cao và biến thiên hiệu suất với độ dốc nhỏ ở những chế độ non tải. Nh−ợc điểm là công suất riêng nhỏ, trọng l−ợng lớn và tốn nhiều diện tích. 9.1.3.3.Chu trình kín Hình 9.3. Sơ đồ 2 nguyên lý GT-750- 100.2 công suất 100MW 1 3 4 5 6 1.Máy nén cao áp, 2. Buồng đốt, 3. Tuốc bin cao áp, 4. Tuốc bin hạ áp, 5. Máy nén hạ áp, 7 Khờ thaới khọng khờ 6. Máy phát, 7. Bộ làm mát KK Chu trình là chu trình phối hợp hơi và khí với quá trình đốt cháy bổ sung. Để nâng cao hiệu suất và công suất riêng ng−ời ta kết hợp chu trình khí có nhiệt độ làm việc cao với chu trình hơi có nhiệt độ làm việc trung bình. Sản phẩm cháy sau khi ra khỏi tuốc bin khí, tiếp cho qua đ−ờng dẫn vào lò hơi, n−ớc trong lò hơi nhận nhiệt và bốc hơi thành hơi quá nhiệt và quay tuốc bin hơi. Ưu điểm của ph−ơng pháp này là tận dụng đ−ợc nhiệt l−ợng và nâng cao hiệu suất của toàn nhà máy, yêu cầu diện tích làm mát ít hơn hệ thống tuốc bin hơi, nh−ng khi vận hành phức tạp hơn. 105
BĐ M MP VP Hình 9.4. Chu trình hỗn hợp khí và hơi có đốt bổ sung; M-Độngcơ khởi động; K-Máy nén không khí; T1và T2- Tuốc bin khí; T3- Tuốc bin hơi; VP- Vòi phun nhiên liệu 9.2. Các phần tử chính của thiết bị tuốc bin khí. Những phần tử chính của thiết bị tuốc bin khí là máy nén, buồng đốt, tuốc bin khí và bộ trao đổi nhiệt. Cấu tạo chất l−ợng và cách sắp xếp của chúng trong một chu trình làm việc sẽ ảnh h−ởng trực tiếp tới hoạt động của toàn thiết bị tuốc bin khí. Hình 9.4. Sơ đồ thiết bị tuốc bin khí TH-bơm nhiên liệu; PM-động cơ khởi động; BK-buồng đốt GT-Máy nén không khí; BK-tuốc bin khí; GET-máy phát điện; 106
9.2.1. Máy nén. Trong thiết bị tuốc bin khí, máy nén đ−ợc dùng để nén môi chất làm việc (th−ờng là không khí) và nhiên liệu khí. Để nén môi chất làm việc ng−ời ta dùng những máy nén loại ly tâm hoặc dọc trục. Để nén các nhiên liệu khí có nhiệt trị 30.106 (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 (ηk). 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. ống hút đảm bảo h−ớng dòng không khí từ một h−ớng nhất định vào h−ớng 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. ống thoát sẽ h−ớng 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 Máy nén ly tâm sử dụng tác nhân của lực ly tâm để nén, khi động năng của dòng này tăng lên nhờ chuyển động qua rôto. áp suất tĩnh giảm từ P0 xuống P1 tại lối vào rôto sẽ làm tăng tốc độ dòng ở đầu hút. Trong dãy cánh của rôto, không khí đ−ợc nén đến áp suất P12 và nén tiếp theo trong ống lọc tới P2. −u điểm của loại này là cấu trúc đơn giản và t−ơng đối nhẹ do độ nén ở mỗi tầng cao và có thể làm việc với số vòng quay cao. Nh−ợc điểm là diện tích phía tr−ớc lớn; công suất giới hạn của máy nén nhỏ; rôto đ−ợc sản suất từ thỏi thép hay hợp kim có giá thành cao. 9.2.1.2. Máy nén dọc trục Nguyên lý nén không khí trong máy nén dọc trục đ−ợc xây dựng dựa trên sự chuyển đổi động năng thành áp suất hoặc trong các dãy cánh tĩnh (stator) hoặc trong các dãy cánh động (rotor) hay trong cả hai dãy cánh của tầng, trong đó ở dãy cánh động năng l−ợng toàn phần tăng lên nhờ cơ công đ−ợc dẫn vào từ rôto. Độ nén của mỗi tầng cánh nhỏ hơn so với độ nén của máy nén ly tâm, nh− vậy ở thiết bị tuốc bin khí cần dùng máy nén nhiều tầng. Rôto của máy nén dọc trục có thể là loại tang trống giống dạng tang trống ở tuốc bin hơi loại phản lực hay loại trục có lắp đĩa ở tuốc bin dùng trong máy bay công nghiệp. 107
−u điểm của máy nén dọc trọc là công suất giới hạn lớn, có thể đạt đến hiệu suất cao hơn tới 0,9. Máy nén dọc trọc có diện tích mặt tr−ớc nhỏ nên lực cản phía tr−ớc và theo h−ớng ra của dòng nhỏ, vì vậy th−ờng đ−ợc dùng trong thiết bị tuốc bin máy bay. Nh−ợc điểm của máy nén dọc trục là giá thành cao và so với loại ly tâm thì loại này có trọng l−ợng lớn hơn. Tầng của máy nén theo nguyên lý khí động học có thể xét nh− tầng cánh ng−ợc với tầng cánh của tuốc bin, nhờ đó dòng không khí nhận đ−ợc cơ năng của rôto tuốc bin, làm động năng của nó tăng lên và sau đó chuyển động dần thành thế năng áp suất của dòng không khí. Dòng không khí nén sau khi ra khỏi tầng cuối, đi vào thiết bị cánh h−ớng, ở đó dòng khí có h−ớng dọc trục tr−ớc khi vào ống loe. Trong ống loe không khí còn tiếp tục đ−ợc nén một phần nhờ chuyển động năng của dòng thành áp suất, sau đó không khí ra ống ra 8 và đi vào ống dẫn khí tới buồng đốt. 9.2.2. Buồng đốt Trong buồng đốt, năng l−ợng liên kết hoá học trong nhiên liệu đuợc giải phóng vào không khí đ−ợc trộn đều đi vào tuốc bin khí nh− dòng khí truyền động (sinh công). Sơ đồ chức năng của buồng đốt đ−ợc vẽ trên hình. Dòng không khí sơ cấp đi vào không gian buồng đốt qua bộ tạo xoáy của ống phun, trong đó năng l−ợng áp suất đ−ợc biến thành động năng. Dòng không khí sơ cấp trong buồng đốt có thành phần tốc độ vòng quay này tạo nên trong buồng một dòng chảy phức tạp với sự giẩm áp suất ở những đ−ờng kính phía trong. Nhờ vòi phun, nhiên liệu lỏng đ−ợc phun mịn thành những giọt rất nhỏ và có tốc độ t−ơng đối lớn so với không khí. Nhờ hiệu số nhiệt độ lớn mà nhiên liệu bốc hơi mạnh và sau khi hỗn hợp này đạt đ−ợc nhiệt độ bốc cháy thì hỗn hợp bùng cháy. Do sự chênh lập áp suất giữa các vùng, sẽ có một phần sản phẩm cháy quay trở lại những chỗ áp suất thấp và sấy nóng hỗn hợp ch−a cahý, làm cho nhiệt độ của môi chất làm việc tăng lên. Khi phản ứng xảy ra ở nhiệt độ càng cao thì quấ trình cháy sẽ trở nên ổn định hơn. Để tăng nhanh quá trình cháy thì cần thiết phải tạo ra các dòng rối bằng cách đ−a thêm một bộ phận không khí vào phía tr−ớc buồng đốt. Quá trình cháy có hiệu suất cao nhất với hệ số không khí trong khoảng từ α1=1,3 đến 2,2. * Quá trình làm việc của buồng đốt Quá trình làm việc của buồng đốt đ−ợc xác định bởi cấu trúc của buồng đốt và bởi những tình trạng vận hành. Quá trình làm việc của buồng đốt bao gồm quá trình cháy đốt cháy nhiên liệu; quá trình hỗn hợp sản phẩm cháy với không khí; các điều kiện làm mát ống lửa; các điều kiện khi phụ tải thay đổi và khi mở máy. A. Quá trình cháy đốt cháy nhiên liệu Quá trình cháy đốt cháy nhiên liệu đ−ợc xác định bởi quá trình phun nhỏ nhiên liệu, trạng thái không khí vào buồng đốt, trạng thái sản phẩm cháy, tỉ lệ dòng nhiệt khí đốt nhiên liệu và dạng hình học của buồng đốt. Đối với chu trình đơn giản không có bộ trao đổi nhiệt, độ nén của máy nén th−ờng nằm trong khoảng từ 4 đến 8 và nhiệt độ không khí vào buồng đốt th−ờng từ 2000C đến 3200C. 108
Đối với chu trình đơn giản có bộ trao đổi nhiệt độ nén th−ờng trong vòng 5, nhiệt độ không khí từ 3000 đến 4000C. Đối với những chu trình có độ nén nhiều cấp và qúa trình đốt nhiều lần th−ờng có độ nén là 12 tới 20. Buồng đốt cao áp làm việc với nhiệt độ không khí vào khoảng 2000C khi không có bộ trao đổi nhiệt và với nhiệt độ 3000C đến 3500C khi dùng bộ trao đổi nhiệt. Buồng đốt hạ áp làm việc với áp suất khoảng 5 bar và nhiệt độ vào buồng đốt tới 6000C. Đối với những buồng đốt phụ của những chu trình hơi, khi làm việc ở áp suất trong vòng 11 bar với nhiệt độ của sản phâm cháy từ 4000C tới 5000C. Nhiệt độ ra của các sản phẩm cháy từ các buồng đốt của thiết bị tuốc bin công nghiệp đạt tới 8500C ở máy bay tới 11000C. Những tính chất vật lý của các loại nhiên liệu có ảnh h−ởng mạnh tới qúa trình cháy. ảnh h−ởng này đ−ợc thể hiện rõ khi phun nhỏ nhiên liệu, khi tạo hỗn hợp. B. Những điều kiện làm việc của hỗn hợp các sản phẩm cháy và không khí Điều kiện hỗn hợp đ−ợc xác định bởi trạng thái các sản phẩm cháy sơ cấp, từ giải đốt ở nhiệt độ gần 20000C và bởi trạng thấi không khí thứ cấp với nhiệt độ thấp hơn nhiều (khoảng từ 2000 đến 6000C) và bởi trạng thái nhiệt độ của các sản phẩm cháy và của không khí tại điểm đầu tiên của hỗn hợp, bởi tr−ờng tốc độ tại điểm ra khỏi không gian đốt của buồng đốt và bởi dạng hình học của không gian hỗn hợp. Không khí hỗn hợp (thứ cấp) vào không gian hỗn hợp với áp suất d− vừa phải qua các lỗ đ−ợc bố trí phù hợp để có thể đạt đ−ợc tr−ờng nhiệt độ đều nhất của sản phẩm cháy tại cửa ra khỏi buồng đốt. Quá trình hỗn hợp xảy ra trong nhiều hàng lỗ, mà tại đó không khí hỗn hợp chảy qua với động năng cao và có h−ớng vuông góc với dòng chính của sản phẩm này. Quá trình hỗn hợp của hai dòng đ−ợc thực hiện nhờ dòng rối xuất hiện tại bề mặt các dòng không khí làm mát. Để đạt đ−ợc tr−ờng nhiệt độ đồng đều nhất với tổn thất áp suất thấp nhất, ng−ời ta dùng các bộ phận làm lệch dòng nhằm có thể rút ngắn chiều dài của không gian đốt. Độ không đều của tr−ờng nhiệt độ tại cửa ra buồng đốt th−ờng có thể là ±(5 đến 20)% giá trị nhiệt độ tuyệt đối trung bình của sản phẩm cháy. C. Các điều kiện làm mát ống lửa Điều kiện làm mát ống lửa đ−ợc xác định bởi dòng nhiệt qua phần ống lửa, bởi trạng thái không khí đóng vai trò là chất làm mát và bởi trạng thái sản phẩm cháy là chất truyền nhiệt và bởi dạng hình học buồng đốt. Trong không gian đốt của buồng đốt, nhiệt độ cao do đó có dòng nhiệt bức xạ với c−ờng độ rất lớn, còn trong phần hỗn hợp do nhiệt độ thấp hơn nên dòng nhiệt nhỏ hơn nhiều. Mặt ngoài của ống lửa có các cánh tản nhiệt và đ−ợc làm mát nhờ đối l−u của không khí, mặt trong của ống lửa có một dòng không khí hay sản phẩm cháy ở các buồng áp suất hoặc từ buồng đốt phụ đi vào làm mát. Nhờ làm mát nh− vậy nên ở phía trong bộ phận ống lửa dòng nhiệt sẽ giảm đáng kể, đồng thời không khí đi vào sẽ đ−ợc gia nhiệt mạnh bởi dòng sản phẩm cháy. Nhiệt độ ống lửa phụ thuộc nhiều vào các ph−ơng pháp dẫn không khí lạnh. ở những buồng đốt ng−ợc dòng, không khí đ−ợc dần theo các cánh tản nhiệt của ống lửa với tốc độ lớn. Để ngăn ngừa sự tạo thành xỉ hoặc những chất cáu trong buồng đốt, phải đảm bảo để nhiệt độ thành ống lửa trong các các chế độ tải lớn nằm trong khoảng 5000 đến 6000C. Nhiệt độ cho phép của các ống lửa làm việc với ứng suất thấp ở những thiết bị tuốc bin khí trong công nghiệp khoảng từ 10000 đến 11000C. 109
9.2.3. Tuốc bin khí Năng l−ợng nhiệt của sản phẩm cháy đ−ợc biến đổi thành cơ năng trong tuốc bin khí. Một phần lớn hơn của công suất tuốc bin đ−ợc dùng để truyền động máy nén không khí, một phần nhỏ hơn còn lại của công suất là công suất hữu ích cung cấp cho các máy móc hoạt động (nh− máy phát điện, bơm, quạt thổi khí). Công suất tuốc bin gấp khoảng 2,5 đến 3,5 lần công suất hữu ích. 9.2.3.1. Những yêu cầu kỹ thuật đối với tuốc bin Công suất cũng nh− các đặc tính của tuốc bin có ảnh h−ởng quyết định đến các đặc tính của toàn tổ máy. Để toàn bộ tổ máy tuốc bin khí làm việc đạt hiệu suất cao thì cần thiết phải đáp ứng d−ợc một số yêu cầu kỹ thuật quan trọng sau đây đối với tuốc bin là: 1. Hiệu suất của chuyển đổi năng l−ợng trong tuốc bin phải cao. 2. Cánh quạt của tuốc bin làm việc với nhiệt giáng lớn ở tốc độ vòng cao. 3. Phải đảm bảo các yêu cầu về khí động học và cơ học khi gia công các chi tiết bằng hợp kim chịu nhiệt khó gia công. Khi so sánh tuốc bin khí và tuốc bin hơi, có thể rút ra một số điểm khác nhau giữa chúng nh− sau: 1. Tỷ lệ giãn nở giữa áp suất vào và ra của chu trình tuốc bin ng−ng hơi th−ờng trong khoảng 2000 đến 6000, còn ở tuốc bin khí là 4 đến 16. 2.Tỷ số của nhiệt độ tuyệt đối vào và ra ở tuốc bin hơi là 2 đến 4, còn ở tuốc bin khí khoảng 1,4. 3. Tỷ số thể tích vào và ra ở chu trình tuốc bin hơi khoảng 1000, còn tuốc bin khí từ 3 đến 9. 4. Nhiệt giáng đẳng entropi của tuốc bin hơi có thể tới 1600KJ/kg, ở tuốc bin khí 300 đến 620 KJ/kg. 5. Nhiệt thế thể tích dòng ở tuốc bin hơi là 0,035 m3/KJ, ở tuốc bin khí là 0,011 tới 0,022 m3/KJ. 9.2.3.2. Những phần tử chính và phân loại tuốc bin khí Tuốc bin khí có những phần chính sau đây: 1. Cổ ống vào dẫn các sản phẩm cháy từ buồng đốt vào dãy cách tuốc bin. 2. Dãy cánh tĩnh (đứng yên) để chuyển nhiệt năng thành động năng. 3. Rôto (bộ phận quay) để nhận công suất (cơ công) từ động năng của dòng sản phẩm cháy. 4. Cổ ống ra dùng chuyển đổi một phần động năng thành thế năng áp suất và dẫn sản phẩm cháy vào ống thoát. 5. Các chi tiết làm mát phần vỏ tuốc bin. 6. Các phụ kiện của tuốc bin (t−ơng tự nh− ở máy nén). Theo cách bố trí kết cấu có thể chia tuốc bin thành: a) Theo hình dạng của rôto tuốc bin khí có thể chia thành loại rôto có đĩa và loại rôto tang trống. 110
b) Theo h−ớng dòng chia thành tuốc bin khí dọc trục và tuốc bin khí h−ớng trục (th−ờng là loại máy nhỏ hay quạt khí). c) Theo cách làm mát chia thành loại tuốc bin khí có làm mát (đối với các sản phẩm cháy nhiệt độ cao) và loại không làm mát (đối với sản phẩm cháy nhiệt dộ thấp) A. Cổ ống vào Hình dạng của nó đ−ợc xác định bởi ph−ơng án thiết kế tuốc bin. Có thể bố trí dòng sản phẩm cháy theo h−ớng dọc trục từ buồng đốt vào các cánh tĩnh của tầng tuốc bin đầu tiên (tuốc bin máy bay hay tuốc bin chạy tải ngọn) hay dẫn các sản phẩm cháy từ h−ớng vuông góc với trục quay sang h−ớng dọc trục. Về mặt khí động phải, cần đảm bảo cho dòng khí trong các rãnh có tổn thất thuỷ lực cực tiểu, có độ đồng đều cao về tr−ờng nhiệt độ và tốc độ và có sự biến đổi góc của dòng vào cánh tĩnh đầu tiên phù hợp. Về độ bền, cần đảm bảo tạo hình dạng thích hợp sao cho ngoại lực và lực áp suất trong ở các trạng thái chuyển tiếp, hoặc khi phụ tải biến đổi và khi mở máy không làm biến dạng hoặc phá vỡ hình dạng của chi tiết máy. Hình 9.5. Tuốc bin khí; 1-bộ phận an toàn; 2-bơm dầu của hệ thống điều khiển; 3-bơm dầu của hệ thống bôi trơn; 4-ổ đỡ; 5-chèn tr−ớc; 6-rôto; 7-thân; 8-ống ra; 9-chèn sau; 10-nối trục Đề tăng c−ờng độ cứng của cổ ống dẫn vào ng−ời ta dùng lớp cách nhiệt bên trong, do có nhiệt trở lớn nên nhiệt độ của t−ờng ngoài thấp đồng thời làm giảm độ không đều của nhiệt độ trong thân tuốc bin. Đôi khi ng−ời ta thiết kế khe rỗng để thổi gió vào giữa làm tách dòng sản phẩm cháy với thân thay cho lớp cách nhiệt. Để hạn chế các vết nứt bên trong thân thì yêu cầu tại cổ ống dẫn phải có phân bố nhiệt độ đều và tr−ờng nhiệt độ đối xứng qua trục với các lực cân bằng. 111
B. Stator Bộ phận này gồm thân và những bánh tĩnh. Thân tuốc bin khí phần lớn đ−ợc bảo vệ để chống tác dụng trực tiếp của sản phẩm cháy nhờ lớp vật liệu ngăn cách giữa bộ phận đặt các bánh tĩnh, thân trung gian và các vòng chèn phía trên dãy cánh động. Mục đích dùng thân trung gian là nhằm tạo đ−ợc sự phân bố nhiệt đồng đều quanh chu vi để giảm tác dụng của ứng suất nhiệt ở các chế độ chuyển tiếp khi vận hành. Thân trung gian cũng có tác dụng phân chia stato thành các phần chức năng nh− chịu lửa, giới hạn dòng sản phẩm cháy và phần áp suất với nhiệt độ thấp hơn dùng chuyển đổi những ngoại lực và nội lực áp suất nhằm tạo ra khả năng thích hợp cho quá trình biến đổi dòng nhiệt trong tuốc bin và cũng để thuận lợi khi mở máy. Đối với thiết kế máy bay để thay thế lớp ngăn bên trong nặng hơn của thân ng−ời ta dùng cánh thổi không khí áp suất thấp qua không gian giữa hai lớp lót bên trong và thân. ở bánh tĩnh, do nhiệt độ thay đổi nhiều nên đ−ợc chế tạo đảm bảo cho phép các cánh tĩnh hoặc các cụm cánh tĩnh có thể dãn nở đ−ợc. Ngoài ra để đạt đ−ợc hiệu suất cao, trên vành các cánh động có lắp vòng chèn h−ớng kính. C. Rôto của tuốc bin khí Cấu trúc của roto khác nhau tùy thuộc vào nhiệt độ của sản phẩm cháy vào tuốc bin. Khi sản phẩm cháy có nhiệt độ cao hơn, dùng rôto có đĩa thích hợp hơn, vì loại này làm mát dễ hơn. Rôto dạng tang trống có −u điểm hơn về mặt công nghệ nh−ng tất nhiên chỉ phù hợp đối với nhiệt độ sản phẩm cháy thấp. Rôto có đĩa đ−ợc làm nhờ bulông lắp ghép gắn đĩa vào các bích hay nhờ bulông siết ở tâm hay bằng vài bulông đặt theo chu vi. Đề các bánh động có thể biến dạng theo h−ớng kính một cách độc lập th−ờng nối trục với đĩa nhờ răng khía dọc trục. Rôto của tuốc bin nhiều tầng th−ờng đ−ợc đặt trong hai ổ đỡ, còn đối với loại có một đến hai tầng thì có thể lắp đĩa lên trục có một đầu tự do. ở các tuốc bin làm việc với tốc độ vòng cao, cánh đ−ợc gắn trên đĩa nhờ chân cánh dạng cây thông. Cánh quạt động luôn là loại xoắn đ−ợc hiệu chỉnh thích hợp với tiết diện nhỏ dần từ gốc đến đỉnh vừa làm giảm trọng l−ợng cánh vừa ít nguy hiểm khi đầu cánh chạm phải thân không gây tích tụ nhiệt cục bộ lớn, tạo hiệu quả vận hành tốt. D. Cổ ống ra Cách bố trí của từng loại thiết bị tuốc bin sẽ quyết định Hình dạng cổ ống ra. Cổ ống ra th−ờng h−ớng sản phẩm cháy từ h−ớng dọc trục thành h−ớng vuông góc với trục quay. Trong cổ ống ra là ống loe vành khăn dọc trục hay hình côn để chuyển đổi phần động năng của sản phẩm cháy thành áp suất ở lối ra từ tuốc bin. E. Làm mát tuốc bin khí Một ảnh h−ởng đáng kể đến hiệu suất và công suất riêng của tuốc bin khí là nhiệt độ sản phẩm cháy tr−ớc tuốc bin. Mức độ ảnh h−ởng của nó hiển nhiên bị giới hạn do sức bền của vật liệu giảm khi nhiệt độ tăng. Để vật liệu có thể chịu đ−ợc sản phẩm cháy có nhiệt độ cao thì cần làm mát các bộ phận bên ngoài của tuốc bin khí bẵng cách thổi không khí nén hay hơi hoặc n−ớc qua. Những yêu cầu làm mát là: 1. Giữ nhiệt độ kim loại các phần ngoài ở giá trị cho phép. 112
2. Do ảnh h−ởng của l−ợng không khí đ−ợc trích ra để làm mát nên yêu cầu làm mát không v−ợt qui định. 3. Để giới hạn sức căng do biến dạng nhiệt gây nên, cần phải làm đồng đều tr−ờng nhiệt độ của kim loại ở những chỗ không thể dãn nở đ−ợc. 4. Hệ thống làm mát cần làm đơn giản, bền vững về hình dạng ở tất cả trạng thái vận hành và phải giữ đ−ợc độ tin cậy vận hành. 5. Cần phải đảm bảo đ−ợc quá trình công nghệ cho phép. Làm mát cần tập trung vào những bộ phận chính nh− cánh quạt động, rôto, các cánh tĩnh và thân tuốc bin. 113
Phần 3. Nhà máy nhiệt điện Ch−ơng 10. Hiệu quả kinh tế trong sản xuất điện năng và nhiệt năng 10.1. Hiệu quả kinh tế của nhà máy nhiệt điện ng−ng hơi Nh− đã trình bày ở mục 1.2. nhà máy điện ng−ng hơi thuần túy làm việctheo chu trình Renkin đ−ợc biểu diễn trên hình 10.1. T P Q 1 q N 1 đ 5 T Ncơ 4 Qv P2 Q c T 3 Ni , 2 2 s Hình 10.1. Sơ đồ thiết bị nhà máy điện Hình 10.2. Đồ thị T-s của chu trình NMĐ Hiệu quả kinh tế nhiệt của nhà máy điện đ−ợc biểu thị bằng hiệu suất nhiệt ηnm -là tỉ số giữa năng l−ợng điện nhận đ−ợc và l−ợng nhiệt tiêu hao: th Nd Nd ηnm = = lv (10-1) Qcc Btt Q t Nđ - Công suất điện của nhà máy, KW Btt - l−ợng nhiên liệu tiêu hao trong một giây, (kg/s) lv Qt - Nhiệt trị nhiên liệu (kj/kg), th η nm - Hiệu suất thô của nhà máy điện (khi ch−a kể đến l−ợng điện tự dùng), Mức độ kinh tế của của nhà máy phụ thuộc vào hiệu suất của chu trình nhiệt, hiệu suất các thiết bị trong nhà máy nh−: lò hơi, tuốc bin, bình ng−ng và một số thiết bị phụ. Trong quá trình biến đổi từ nhiệt năng thành điện năng luôn có các tổn thất sau: - Tổn thất nhiệt ở lò hơi - Tổn thất nhiệt trong tuốc bin, - Tổn thất nhiệt trong bình ng−ng, - Tổn thất cơ của tuốc bin-máy phát do ma sát, - Tổn thất nhiệt dọc các đ−ờng ống, gọi là tổn thất truyền tải nhiệt. Biến đổi công thức (10-1) ta có: T T th N d N d N co N i Q v Qqn ηnm = lv = T T (10-2) Btt Q t N co N i Q v Qqn Qcc 114
Trong đó: Nđ - Công suất điện của nhà máy, Ncơ - Công suất cơ trên trục máy phát, T Ni - Công suất trong thực tế của tuốc bin, T Qv - L−ợng nhiệt cung cấp cho tuốc bin, Qqn = Gqn (iqn - inc)-nhiệt l−ợng hơi quá nhiệt, lv Qc = BttQt - l−ợng nhiệt do nhiên liệu mang vào, Gqn - l−ợng hơi tiêu hao trong một giây, Từ (10-2) ta thấy: Nd ηmp = là hiệu suất của máy phát, Nco N co ηco = T là hiệu suất cơ khí, Ni T TB N i ηtd = T là hiệu suất trong t−ơng đối của tuốc bin, Q v T Q v ηtt = là hiệu suất của quá trình truyền tải nhiệt năng, Qqn Qqn ηlo = là hiệu suất của lò hơi, Q cc Hiệu suất thô của nhà máy có thể viêt: tho N d TB ηnm = = ηmp ηco η tđ ηtt ηlo (10-3) Qqn Công suất điện sinh ra trên các cực của máy phát là: TB Nđ = GH0 ηtd ηco ηmp (10-4) ở đây: G là l−u l−ợng hơi vào tuốc bin, (kg/s), H0 là nhiệt dáng lý thuyết của tuốc bin, Suất tiêu hao hơi của tuốc bin là l−ợng hơi tiêu hao để sản xuất ra 1Kwh điện, bằng: G 1 dd = = TB , (kg/Kj); (10-5) N d H 0ηtd ηco ηmp G 3600 dd = = TB , (kg/Kwh); (10-6) N d H 0ηtd ηcoηmp Suất tiêu hao nhiệt của tuốc bin là l−ợng nhiệt tiêu hao để sản xuất ra 1Kwh điện, bằng: G i i Qd ( 1 − 2 ) qd = = = d d (i1 − i 2 ) , (kj/Kwh) (10-7) N d N d Suất tiêu hao nhiệt của nhà máy là l−ợng nhiệt tiêu hao để sản xuất ra 1Kwh điện có kể đến tổn thất trong lò và tổn thất truyền dẫn hơi đi, bằng: 115
Q qn Q d q d qnm = = = , (kj/Kwh) (10-8a) N d N d ηlo ηtt ηlo ηtt d i i i i d ( 1 − 2 ) ( 1 − 2 ) qnm = = TB = , (kj/Kwh) (10-8b) ηloηtt H 0ηloηtt ηtd ηcoηmp 1 qnm = TB = , (kj/Kwh) (10-8c) ηloηtt ηtd ηcoηmp Suất tiêu hao nhiên liệu của nhà máy là l−ợng nhiên liệu tiêu hao để sản xuất ra 1Kwh điện, bằng: B Q qn q 1 b = = = nm = , (kg/Kwh) (10-9) lv lv lv N d N d Q th Q th ηnm Q th Suất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn: 1 0.123 b = = , (kg/Kwh) (10-10) 29330ηnm ηnm 10.2. Hiệu quả kinh tế của trung tâm nhiệt điện 10.2.1. Sơ đồ sản xuất phối hợp điện năng và nhiệt năng Trong trung tâm nhiệt điện có nhiều ph−ơng án bố trí để sản xuất phối hợp điện năng và nhiệt năng. Khi cung cấp nhiệt cho một loại hộ tiêu thụ nhiệt (các hộ tiêu thụ nhiệt có cùng một áp suất hơi) có thể dùng tuốc bin đối áp và tuốc bin ng−ng hơi thuần túy nh− ở hình 10.3. hoặc tuốc bin ng−ng hơi có một cửa trích điều chỉnh nh− ở hình 10.4. Khi cung cấp nhiệt cho hai loại hộ tiêu thụ nhiệt, có thể dùng tuốc bin đối áp có một cửa trích điều chỉnh và tuốc bin ng−ng hơi thuần túy nh− ở hình 10.5a. hoặc tuốc bin ng−ng hơi có hai cửa trích điều chỉnh nh− ở hình 10.5b. 116
Hình 10.3. Dùng tuốc bin đối áp Hình 10.4. Dùng tuốc bin và tuôc bin ng−ng hơi thuần túy ng−ng hơi có một cửa trích Hình 10.5a. Dùng tuốc bin đối áp có Hình 10.5b. Dùng tuốc bin một cửa trích và tuốc bin ng−ng hơi ng−ng hơi có hai của trích 10.2.2. Hiệu quả của việc sản xuất phối hợp điện năng và nhiệt năng Hình 10.6. trình bày các ph−ơng án sản xuất điện năng và nhiệt năng. Để có thể so sánh hiệu quả của quá trình sản xuất điện năng và nhiệt năng theo hai ph−ơng án riêng rẽ và phối hợp ta cần tính toán l−ợng hơi tiêu thụ cho hai ph−ơng án đó khi cung cấp cho hộ tiêu thụ một l−ợng điện Nđ và l−ợng nhiệt Q nh− nhau. Khi sản xuất riêng rẽ điện năng và nhiệt năng, điện năng sẽ đ−ợc đảm bảo bằng tuốc bin ng−ng hơi, còn nhiệt năng cấp cho hộ tiêu thụ đ−ợc đảm bảo bằng lò hơi riêng hoặc cùng một lò hơi nh−ng phải qua bộ giảm ôn giảm áp nh− trình bày trên hình 10.6a. Để đảm bảo cấp cho hộ tiêu thụ đ−ợc l−ợng điện Nđ cần phải tiêu tốn một l−ợng hơi là Gđ và cấp cho hộ tiêu thụ l−ợng nhiệt Q cần phải tiêu tốn một l−ợng hơi là Gn, tổng l−ợng hơi tiêu tốn khi sản xuất riêng rẽ là: Gr = Gđ + Gn (10-11) 117
Khi sản xuất phối hợp điện năng và nhiệt năng thì cả điện năng và nhiệt năng đ−ợc cung cấp bằng tuốc bin ng−ng hơi có một cửa trích điều chỉnh nh− trình bày trên hình 10.6b. Để đảm bảo đồng thời đ−ợc l−ợng điện Nđ và l−ợng nhiệt Q cho hộ tiêu thụ cần phải tiêu tốn một l−ợng hơi là Gph. Để tính toán l−ợng hơi tiêu hao trong tr−ờng hợp này ta giả sử tuốc bin làm việc nh− một tuốc bin ng−ng hơi thuần túy, nghĩa là l−ợng hơi trích Gn = 0. Khi đó muốn sản xuất ra l−ợng điện Nđ thì theo (10-3) cần tiêu hao một l−ợng hơi là: N d Gõ = TB (10-12) (i 0 − i k )ηtd ηcoηmp Nếu trích đi một l−ợng hơi Gn cấp cho hộ dùng nhiệt nghĩa là l−ợng hơi Gn này không vào phần hạ áp, không tham gia sinh công để sản xuất điện năng trong phần hạ áp, vì vậy l−ợng điện sản xuất ra sẽ giảm đi một l−ợng là: TB ∆Nõ = Gn(in - ik) ηtd ηcoηmp (10-13) Để bù lại l−ợng điện đã giảm đi, cần phải tăng thêm vào tuốc bin một l−ợng hơi có thể sản xuất ra l−ợng điện đã bị thiếu ∆Nõ là: ∆N d ∆G = TB (10-14) (i 0 − i k )ηtd ηcoηmp Thay ∆Nõ từ (10-13) vào (10-14) ta đ−ợc: TB G n (i n − i k )ηtd ηcoηmp ∆G = TB (10-15) (i 0 − i k )ηtd ηcoηmp hay: (i n − i k ) ∆G = Gn = y Gn, (11-16) (i 0 − i k ) (i − i ) trong đó: n k = y đ−ợc gọi là hệ số năng l−ợng của dòng hơi trích. (i 0 − i k ) Nh− vậy l−ợng hơi tiêu tốn trong quá trình sản xuất phối hợp điện năng và nhiệt năng là: Gph = Gđ + ∆G (10-17) Gph = Gđ + yGn (10-18) (i n − i k ) Rõ ràng (in - ik) < (i0 - ik), do đó : = y < 1 (i 0 − i k ) So sánh (10-17) với (10-18) và l−u ý (y < 1) ta thấy sản sản xuất phối hợp điện năng và nhiệt năng tốn ít hơi hơn sản xuất riêng rẽ một l−ợng là: ∆Gtk = Gr - Gph = (Gđ + Gn) - (Gđ + yGn) ∆Gtk = (1 - y)Gn (10-19) L−ợng hơi đi vào bình ng−ng khi sản xuất phối hợp là: G'k = Gph - Gn = Gđ + yGn - Gn = Gđ - (1 - y)Gn (10-20) L−ợng hơi đi vào bình ng−ng khi sản xuất phối hợp nhỏ hơn khi sản xuất riêng rẽ một l−ợng là: 118