Tài liệu Chuyên đề Thiết bị năng lượng tuabin khí với máy sinh khí kiểu pittông tự do pdf

Chuyên đề
Thiết bị năng lượng
tuabin khí với máy sinh
khí kiểu pittông tự do.
I> Đặt vấn đề:
Ngày nay tuabin khí được sử dụng khá rộng rãi. Nó
đang chèn ép những động cơ kiểu piston trong
phạm vi công suất cao nhất và thiết bị hơi nước
trong phạm vi công suất thấp (như các trạm phát
điện bù tải ngọn hoặc dự trữ). Còn đối với ở Việt
Nam nói riêng tuabin khí được sử dụng nhiều nhất
trong nhà máy điện. sẽ có nhiều dự án về tuabin
khí như Bộ Công nghiệp đã kiến nghị Chính phủ
cho phép Tổng Công ty Điện lực Việt Nam (EVN)
đầu tư xây dựng nhà máy chu trình hỗn hợp với
công nghệ tua bin khí chạy dầu FO và khí tại Trung
tâm điện lực Ô Môn. Nhà máy sử dụng công nghệ
tua bin khí chu trình hỗn hợp với mức tiêu thụ 850
triệu m3 khí/năm đang hoạt động ở tỉnh Bà Rịa -
Vũng Tàu… trong quá trình sinh khí của TBNL
tuabin khí thì máy nén thích hợp chỉ có thể là máy
nén pittông hay máy nén ly tâm có tốc độ quay rất
lớn. Ở Việt Nam được sử dụng nhiều là máy nén
pittông nên việc nghiên cứu sẽ sát thực hơn.
II> Giải quyết vấn đề:
2.1> lịch sử phát triển của tuabin khí:
Năm 1922 Pescara phát minh tổ hợp động
cơ piston đốt trong không cần cơ cấu thanh truyền
với tuabin khí được dùng làm nguồn công suất hữu
ích.
Bằng cách bố trí này có thể đạt được hiệu suất cao

hơn trong các máy phát năng lượng với nhiệt độ
tương đối thấp và nguyên liệu lại rẻ hơn.
Nhà phát minh nổi tiếng Whittle năm 1930 đã thiết
kế một thiết bị tua bin khí cho động cơ máy bay.
Ưu điểm nổi bật của thiết bị này khi dùng cho máy
bay so với các động cơ đốt trong kiểu piston là hiệu
suất nhiệt cao hơn. Năm 1973 dưới sự lãnh đạo của
nhà phát minh đã đưa vào vận hành động cơ máy
bay kiểu tua bin đầu tiên.
Năm 1938 hãng BBC đưa vào vận hành thiết bị tua
bin khí chạy máy phát điện với công suất 4000KW,
trong nhà máy điện ngầm dự trữ của Thụy Sĩ.
Nhịp điệu phát triển của tua bin khí đặc biệt tăng
nhanh trong chiến tranh thế giới thứ hai, các nước
tham chiến đều tìm kiếm những phương tiện đặc
biệt mạnh và các loại động cơ có sức kéo trội hơn
để dùng cho các máy bay chiến đấu với tốc độ cao.
Điều này thúc đẩy tốc độ phát triển tua bin khí.
Sự phát triển của tua bin khí sau chiến tranh càng
sâu và mạnh hơn theo những hướng chủ yếu trong
chiến tranh thế giới đã tới mức chỉ trong thời gian
rất ngắn, tua bin khí dùng cho máy bay đã loại
động cơ piston ra khỏi lĩnh vực quốc phòng và sau
đó là các máy bay dân dụng, rồi tới những máy
móc nhỏ đặc biệt có công suất thấp.
Sự phát triển của tua bin máy bay đặc biệt đẩy
nhanh sự phát triển khí động học phần truyền dòng
khí (các dãy cánh) của máy nén và của tua bin, của
thiết bị đốt và vật liệu chế tạo. Tất cả những vấn đề
trên đã thúc đẩy và tập hợp nhiều ngành, khoa học

kỹ thuật khác như lĩnh vực của các máy quay có
cánh quạt trong công nghiệp, giao thông vận tải
ngày càng phát triển và xích lại gần nhau hơn.
Sự phát triển thiết bị tua bin khí trong công nghiệp
lúc đầu một mặt do ảnh hưởng của kinh nghiệm từ
tua bin máy bay yêu cầu gọn, nhẹ và dễ thiết kế
( như của hãng General Electric). Hướng khác do
ảnh hưởng của cấu tạo thiết bị tua bin hơi trong nhà
máy nhiệt điện với cách phân chia thành từng phần
tử cấu thành riêng trong từ tổ hợp. Thực tế thường
phải thiết kế theo hai hướng trên do yêu cầu sử
dụng trong công nghiệp những nguồn năng lượng
cố định hay di chuyển được.
Ngày nay thiết bị tua bin khí được sử dụng rộng
rãi. Nó đang chèn ép những động cơ kiểu piston
trong phạm vi công suất cao nhất và thiết bị hơi
nước trong phạm vi công suất thấp (như các trạm
phát điện bù tải ngọn hoặc dự trữ).

2.2> Đặc điểm của tuabin khí với máy sinh khí
kiểu pittông tự do:
+ Quá trình sinh công ở động cơ tuabin là quá
trình liên tục nên tạo ra mômen quay đều;
+ Môi chất công tác là sản phẩm cháy của nhiên
liệu với không khí, được hình thành ngay trong
buồng cháy của động cơ;
+ Môi chất công tác có thể đi qua tuabin nhiều
nên công suất của động cơ lớn;
+ Chiều quay của động cơ được quyết định bởi
hướng đi của dòng môi chất công tác nên động cơ

chỉ quay một chiều;
+ Do được cân bằng tốt nên khi động cơ làm việc
ổn định không sinh ra lực quán tính, không gây
rung động;
+ Khi động cơ làm việc ở tốc độ quay thấp, tính
kinh tế không cao. Vì vậy, cần nâng cao tốc độ
quay để nâng cao tính kinh tế và buộc phải dùng bộ
giảm tốc nên kết cấu trở nên cồng kềnh.
Do sự hạn chế về tính bền nhiệt của vật liệu
chế tạo các chi tiết nên không thể đạt được hiệu
suất nhiệt cao và tuổi thọ cũng thấp.
Mặc dù ra đời muộn, nhưng ngày nay tuabin
được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như năng lượng,
vận tải, …
2.3> Sơ đồ nguyên lý của TBNL tuabin khí :
2.4> Các bộ phận hợp thành của TBNL tuabin
khí
Thiết bị tuabin khí gồm: máy nén khí, buồng cháy,
tuabin và thiết bị phục vụ:
- máy nén: Sử dụng máy nén pittông tự do:

- Buồng cháy
- Tuabin khí:

2.5> Ưu nhược điểm của TBNL tuabin khí:
- Công suất tổ hợp thiết bị lớn;
- Nguyên lý làm việc đơn giản, độ tin cậy cao;
- Vận hành thuận tiện, đơn giản trong việc bảo
dưỡng, có khả năng khởi động nhanh và tính năng
tăng tốc cao;

- Chi phí vận hành thấp;
- Hiệu suất tương đối cao [η = (0,32÷0.34)];
- Kích thước và khối lượng nhỏ;
- Có khả năng nghiên cứu nâng cao tính kinh tế;
- Thích nghi tốt với việc tự động hóa và điều
khiển từ xa.
+ Công suất giới hạn nhỏ hơn so với thiết bị
tuabin hơi.
+ Vật liệu chế tạo có giá thành cao.
+ Tính kinh tế thấp do giới hạn nhiệt độ ban đầu
của khí cháy;
+ Sự phụ thuộc của độ tin cậy và tính kinh tế của
thiết bị tuabin khí chu trình hở vào tác dụng ăn
mòn của môi trường ngoài;
+ Yêu cầu nghiêm ngặt về chất lượng nhiên liệu
sử dụng;
+ Khó thực hiện việc đảo chiều ở các thiết bị cỡ
lớn;
+ Phải trang bị thiết bị thay đổi tốc độ.
+ Kích thước ống không khí và khí cháy lớn, lắp
đặt phức tạp.
2.6> Các hệ thống của TBNL tuabin khí:
(1)- Hệ thống bôi trơn
Hệ thống bôi trơn của thiết bị tuabin khí có
thể là loại có áp và loại trọng lực.
(2)- Hệ thống nhiên liệu
Hệ thống nhiên liệu được dùng để cấp vào
buồng đốt với số lượng yêu cầu và chất lượng thoả
đáng.
(3)- Hệ thống làm mát

Hệ thống làm mát được dùng để làm mát các
phần rôto và stato của tuabin khí. Người ta dùng
không khí và nước làm môi chất làm mát.
(4)- Hệ thống điều khiển, điều chỉnh và bảo vệ
Hệ thống điều khiển, điều chỉnh và bảo vệ hợp
nhất thành một tổ hợp thống nhất với hệ thống bôi
trơn nhiên liệu và làm mát, tạo khả năng thực hiện
việc điều khiển và điều chỉnh tự động thiết bị
tuabin khí từ trạm điều khiển trung tâm hoặc từ đài
chỉ huy, còn trong trường hợp cần thiết thì có thể
điều khiển thiết bị bằng tay.
Sơ đồ nguyên lý hệ thống bôi trơn TBNL tuabin
khí
III> Tài liệu tham khảo:
+> />nganh/10164-tua-bin-khi-gas-turbine.html
+> www.hiendaihoa.com
+>
+>
+> Trang bị động lực tàu thủy/Nuyễn Đình
Long/Đại Học Nha Trang.