81 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 lợng và kích thớc 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 C 1 . 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 w 1 , dới một góc ' 1 lớn hơn 1 đập vào lng 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, dới 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 thờng 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 lợng hơi đi qua tầng đều đi hết qua rãnh ống phun và rãnh cánh động, nhiệt năng của lợng 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 lợng hơi không đi qua rãnh ống phun mà đi qua khe hở giữa bánh tĩnh và trục tuốc bin. Lợng 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 lợng 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 lợng hơi chảy từ trong tuốc bin ra ngoài khí quyển qua lỗ xuyên trục ở phía đầu tuốc bin. Toàn bộ lợng hơi này sẽ không tham gia quá trình biến động năng thành cơ năng, tức là 82 không sinh công trên cánh động, đợc gọi là lợng hơi rò rỉ và tổn thất này gọi là tổn thất rò rỉ hơi. Tổn thất rò rỉ hơi đợc 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 R u và thành phần R a . Thành phần R u theo hớng 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 R a (theo hớng chuyển động của dòng hơi) không tạo nên momen quay mà tạo nên lực đẩy roto dịch chuyển theo hớng dòng hơi, có thể làm cho roto và stato tuốc bin cọ xát vào nhau gây nguy hiểm cho tuốc bin. Lực dọc trục R a có thể tăng lên trong quá trình vận hành do các nguyên nhân sau: - Do chèn bánh tĩnh mòn nên lu lợng hơi rò rỉ qua đó tăng, làm tăng áp suất hơi trớc cánh động. - Do muối bám vào cánh động làm giảm tiết diện hơi đi qua, làm giảm lu lợng hơi qua rãnh cánh động, dẫn đến tăng áp suất trớc 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 phơng pháp cân bằng lực dọc trục bằng cách tạo nên lực có chiều ngợc với chiều lực dọc trục hoặc giảm sự chênh lệch áp suất trớc và sau cánh động theo các hớng sau đây. * Tăng đờng kính của vòng chèn đầu trớc của trục (hình 7.8) * Dùng các đĩa giảm tải gắn phía trớc tầng điều chỉnh (hình 7.8) * Đối với tuốc bin công suất lớn, ngời ta chế tạo tuốc bin nhiều thân và đặt các thân ngợc chiều nhau (hình 7.9) * Tạo các lỗ cân bằng áp lực trên các bánh động để giảm bớt chênh lệch áp suất trớc và sau bánh động (hình 7.10). 83 H×nh 7.9. Th©n tuèc bin ®Æt ng−îc chiÒu H×nh 7.10. Lç c©n b»ng 84 7.3. CáC LOạI tuốc BIN hơi nớc Sản xuất phối hợp điện năng và nhiệt năng đạt đợc 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 đợc 2 chức năng đó, nhà máy nh vậy gọi là trung tâm nhiệt điện. ở trung tâm nhiệt điện thờng có 2 loại hộ dùng nhiệt: - Hộ công nghiệp dùng hơi có áp suất: P n = 10-15 at - Hộ sinh hoạt dùng nớc nóng có nhiệt độ khoảng từ 105 0 C đến 125 0 C, hoặc hơi có áp suất tơng ứng: P sh = 2-3 at. 7.3.1. Tuốc bin ngng hơi thuần túy Tuốc bin ngng hơi thuần túy là tuốc bin trong đó hơi sau khi ra khỏi tuốc bin, đi vào bình ngng nhả nhiệt cho nớc làm mát để ngng tụ thành nớc và đợc bơm nớc ngng bơm trở về lò. Sơ đồ nguyên lý của tuốc bin ngng hơi thuần túy đợc biểu diễn trên hình 7.11. áp suất hơi ra khỏi tuốc bin p k nhỏ hơn áp suất khí quyển, thờng p k vào khoảng 0,004-0,04 tùy thuộc vào nhiệt độ môi trờng của từng vùng. Tuốc bin ngng hơi thuần túy chỉ sản xuất đợc điện năng, lợng điện nó sản xuất ra là: N đ = G.(i 0 - i k ). tđ T . co . mp (7-13) Trong đó : G là lu lợng hơi vào tuốc bin, i 0 , i k là entanpi của hơi vào và ra khỏi tuốc bin ứng vơi áp suất p 0 và p k tđ T là hiệu suất tuốc bin, co là hiệu suất cơ khí, mp là hiệu suất máy phát, Hình 7.11. tuốc bin Hình 7.12. tuốc bin đối áp ngng hơi thuần túy 85 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 ngng đi kèm, sau khi ra khỏi tuốc bin hơi sẽ đợc dẫn đến hộ tiêu thụ nhiệt để cấp nhiệt. Sơ đồ nguyên lý của tuốc bin đối áp đợc biểu diễn trên hình 7.12. áp suất hơi ra khỏi tuốc bin p n bằng áp suất của hộ tiêu thụ nhiệt, p n đợc gọi là áp suất đối áp, thờng lớn hơn áp suất khí quyển. ở tuốc bin đối áp, hơi đi vào tuốc bin dãn nở từ áp suất p 0 đến áp suất p n , sinh công trong tuốc bin để kéo máy phát sản xuất điện năng. Lợng điện máy phát sản xuất ra là: N đ = G.(i 0 - i n ). tđ T . co . mp (7-14) ở đây: i 0 và i n là entanpi của hơi vào và ra khỏi tuốc bin ứng vơi áp suất p 0 và p n Hơi có áp suất p n đến hộ tiêu thụ nhiệt cấp cho hộ tiêu thụ nhiệt một lợng nhiệt là: Q n = G.(i n - i' n ). tđn (7-15) ở đây: i' n là entanpi của nớc ra khỏi hộ tiêu thụ nhiệt ứng vơi áp suất p n , tđn 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 lợng hơi G đi qua tuốc bin tức là lợng hơi mà hộ tiêu thụ nhiệt yêu cầu, nói cách khác lợng điện sản xuất ra phụ thuộc lợng nhiệt hộ tiêu thụ yêu cầu. Nh vậy muốn đảm bảo đồng thời đợc yêu cầu của cả phụ tải điện và nhiệt thì phải bổ sung thêm một tuốc bin ngng hơi để đảm bảo cung cấp điện khi hộ tiêu thụ nhiệt tạm ngừng dùng hơi (lợng hơi qua tuốc bin đối áp bằng không). Bên cạnh đó phải có thiết bị giảm ôn giảm áp để đảm bảo lợng 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 ngng hơi có cửa trích điều chỉnh 7.3.3.1. Tuốc bin ngng hơi có một cửa trích điều chỉnh Khi dùng tuốc bin ngng hơi có 1 cửa trích điều chỉnh, lu lợng hơi trích có thể điều chỉnh đợc. Loại tuốc bin này đã khắc phục đợc nhợc điểm của tuốc bin đối áp, phụ tải điện và nhiệt không phụ thuộc vào nhau. Sơ đồ nguyên lý của tuốc bin ngng hơi có một cửa trích điều chỉnh đợc biểu diễn trên hình 7.15. ở tuốc bin ngng hơi có 1 cửa trích điều chỉnh, hơi quá nhiệt có thông số p 0 , v 0 , lu lợng G 1 đi vào phần cao áp 1 giãn nở và sinh công ở trong đó đến áp suất p n , sản xuất ra một lợng điện tơng ứng là N đ1 . Hơi ra khỏi phần cao áp có áp suất p n đợc trích cho hộ dùng nhiệt một lợng là G n (đi tới hộ dùng nhiệt), lợng hơi còn lại G 2 tiếp tục đi vào phần hạ áp, giãn nở sinh công trong phần hạ áp đến áp suất p k , sinh ra trong phần hạ áp một lợng điện N đ2 , sau đó đi vào bình ngng 3. . nớc Sản xuất phối hợp điện năng và nhiệt năng đạt đợc 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. 85 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 ngng đi kèm, sau khi ra khỏi tuốc bin hơi sẽ đợc. hơn áp suất khí quyển. ở tuốc bin đối áp, hơi đi vào tuốc bin dãn nở từ áp suất p 0 đến áp suất p n , sinh công trong tuốc bin để kéo máy phát sản xuất điện năng. Lợng điện máy phát sản xuất