bài giảng trang bị động lực tàu thủy

1

CHƢƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ NĂNG LƢỢNG TÀU
1.1- SƠ LƢỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ NĂNG LƢỢNG TÀU
THUỶ
1- Thuyền buồm – Thuyền chèo
Thuyền chèo đã xuất hiện hàng chục nghìn năm trƣớc công nguyên, thuyền
buồm đã có từ 3.500 năm trƣớc công nguyên.
2- Tàu máy hơi nƣớc
Ý tƣởng chế tạo máy hơi nƣớc đã hình thành từ rất sớm, từ quả cầu Hêrôn 120
năm trƣớc công nguyên, đến phát kiến của Leonard De Vinci ở thế kỷ 15, và Papin
(Pháp) ở cuối thế kỷ 17. Việc nghiên cứu chế tạo máy hơi nƣớc có kết quả từ cuối
thế kỷ 17 sang thế kỷ 18. Điển hình là những máy hơi nƣớc do Severi (Anh) chế tạo
vào năm 1669, Newcomen và Cowli (Anh) vào năm 1712, Polzunov (Nga) năm
1764. Tuy nhiên, các máy hơi nƣớc này còn có nhiều nhƣợc điểm, đặc biệt là hiệu
suất rất thấp.
Năm 1784 đƣợc xem là mốc phát minh ra động cơ nhiệt nhờ việc chế tạo thành
công động cơ hơi nƣớc ngƣng hơi hơn hẳn các động cơ trƣớc đó của James Watt
[mặc dù công suất 20 mã lực, hiệu suất chƣa cao (2,5%)].
Ý tƣởng sử dụng tàu máy hơi nƣớc hình thành năm 1802. Và năm 1807, tàu
máy hơi nƣớc guồng quay đầu tiên thành công trong kinh doanh vận tải thủy (tàu
“Clecmont” do Phuntơn đóng, chạy trên sông Mississipi).
Tàu máy hơi nƣớc đầu tiên vƣợt Đại Tây Dƣơng không dùng buồm là tàu
“Ciuraco”, năm 1827.

Chân vịt “Achimedes” (USA) lần đầu tiên đƣợc sử dụng trên tàu máy hơi nƣớc
vào năm 1840.
Tàu máy hơi nƣớc lớn nhất là tàu Olempic và tàu Titanic, dài 268 m, đóng năm
1912.
3- Tàu tuabin hơi
Tuabin hơi đƣợc chế tạo thành công vào cuối thế kỷ 19. Năm 1883, Laval
(Thuỵ Điển) chế tạo thành công tuabin hơi đầu tiên – tuabin xung kích một cấp
(công suất 5 ML, tốc độ quay 25.000 v/ph). Năm 1884, Parsons chế tạo tuabin hơi
phản kích nhiều cấp, công suất 10 ML, tốc độ quay 17.000 v/ph.
Tuabin hơi do Parsons chế tạo sớm đƣợc dùng làm nguồn động lực cho tàu
thuỷ. Chiếc tàu đầu tiên lắp tuabin hơi là thuyền buồm “Turbinia”, đƣợc đóng ở
Anh năm 1896, đƣa vào khai thác năm 1897, tốc độ đạt đến 34,5 HL/h.
Hiện nay các chiến hạm lớn đều trang bị tuabin hơi nhƣ: tàu sân bay, tuần
dƣơng hạm [dài từ (162243) m, tốc độ 30 HL/h], khu trục hạm [(126136) m, 30
HL/h, (200300) thuỷ thủ].
4- Tàu động cơ đốt trong (chủ yếu là động cơ điêden)
Động cơ đốt trong đƣợc Lenoir (Pháp) chế tạo năm 1860, chạy bằng nhiên liệu
khí. Đó là động cơ hai kỳ không có quá trình nén.
Năm 1877, động cơ đốt trong 4 kỳ ra đời (do Ôttô và Lăngghen chế tạo, chạy
bằng nhiên liệu khí). Năm 1885, Đămle (Áo) chế tạo thành công động cơ đốt trong
2

chạy bằng nhiên liệu lỏng. Ngƣời ta bắt đầu chế tạo động cơ chạy bằng xăng trang
bị trên ôtô, sau đó là máy bay ngay trong năm này.
Sau khi động cơ Điêden đƣợc chế tạo thành công năm 1897, nhân loại bắt đầu
sử dụng chúng trên tàu thuỷ.
Năm 1903, tàu chạy bằng động cơ điêden đầu tiên trên thế giới – tàu “Vandal”
của Nga đƣợc đƣa vào khai thác
Năm 1909, động cơ đốt trong đảo chiều Ruxki Diesel đƣợc trang bị trên tàu.
5- Tàu tuabin khí

Ý tƣởng chế tạo tuabin khí đƣợc Barber (Anh) đề xuất năm 1791 và đã đƣợc
cấp bằng phát minh.
Năm 1908, Karavodin (Nga) chế tạo tuabin khí “thuốc nổ” đầu tiên. Năm 1914,
Golxvart (Đức) chế tạo tuabin khí có hiệu suất không quá 13%.
Năm 1927, tuabin khí chu trình đẳng tích đƣợc chế tạo đạt hiệu suất 13%.
Năm 1940, tuabin khí làm việc tin cậy đầu tiên có công suất 4.000 kW, hiệu
suất 18%.
Năm 1948, lần đầu tiên ngƣời ta trang bị tuabin khí trên tàu thuỷ.
Năm 1958, tàu tuabin khí – pittông tự do đầu tiên ra đời (Pháp).
6- Tàu nguyên tử
Năm 1954, tàu ngầm nguyên tử Nautilus (USA) đƣợc đƣa vào sử dụng.
Tàu phá băng Lênin (USSR) đƣợc hạ thuỷ năm 1957.
Tàu sân bay nguyên tử đầu tiên (USA) đƣợc đƣa vào sử dụng năm 1961.
Tàu hàng nguyên tử đầu tiên là tàu NS Savannah (Đức) dài 182 m, các tuabin
hơi dùng năng lƣợng hạt nhân (1962).
Ngoài ra, còn có tàu năng lƣợng mặt trời, tàu điện siêu dẫn, tàu năng lƣợng pin
nhiên liệu, tàu năng lƣợng ion. Về thiết bị đẩy, chân vịt đƣợc sử dụng lần đầu tiên
năm 1844.
1.2- CÔNG DỤNG, THÀNH PHẦN VÀ PHÂN LOẠI THIẾT BỊ NĂNG
LƢỢNG TÀU THUỶ
1- Công dụng
Thiết bị năng lƣợng (TBNL) là tổ hợp các trang thiết bị (các động cơ nhiệt, các
máy móc, thiết bị, đƣờng ống và hệ thống) đƣợc dùng để biến một dạng năng lƣợng
tự nhiên nào đó (hoá năng của nhiên liệu, năng lƣợng mặt trời, …) thành cơ năng,
điện năng và nhiệt năng và chuyển chúng đến các hộ tiêu dùng nhằm đảm bảo cho
tàu chuyển động với tốc độ cho trƣớc; chạy an toàn và tin cậy; đảm bảo sự làm việc
bình thƣờng của máy móc trong buồng máy, máy móc và trang thiết bị mặt boong;
chiếu sáng bằng điện; đảm bảo sự hoạt động của các phƣơng tiện hàng hải, sự điều
khiển máy móc, hệ thống tín hiệu, thiết bị tự động; đảm bảo các nhu cầu sinh hoạt
của ngƣời đi tàu; đảm bảo việc thực hiện các công đoạn sản xuất trên các tàu chuyên

dùng.
2- Thành phần của TBNL tàu
Thiết bị năng lƣợng tàu thủy bao gồm:
- Thiết bị năng lƣợng chính, hay còn gọi là thiết bị động lực tàu, có nhiệm vụ
cung cấp năng lƣợng để làm hoạt động thiết bị đẩy. Nó gồm có các động cơ chính,
các máy móc thiết bị phụ và hệ thống phục vụ chúng, hệ trục và bộ truyền.
3

- Thiết bị năng lƣợng phụ có nhiệm vụ biến đổi và sử dụng các dạng năng lƣợng
đã nêu trên để đảm bảo sự hoạt động bình thƣờng của các TBNL chính và các máy
móc khác. Nó bao gồm các động cơ phụ, các nồi hơi phụ và trạm ắc qui, các máy
móc phụ, các thiết bị và hệ thống phục vụ chúng.
- Các máy móc và thiết bị của hệ thống chung toàn tàu.
- Các hệ thống điều khiển, kiểm tra và bảo vệ tự động từ xa của TBNL chính và
TBNL phụ, các máy móc và thiết bị của hệ thống chung toàn tàu.
3- Phân loại TBNL tàu
TBNL chính có thể đƣợc phân loại theo các dấu hiệu chủ yếu sau:
+ Theo loại nhiên liệu sử dụng: Thiết bị sử dụng nhiên liệu hữu cơ và hạt nhân.
+ Theo môi chất công tác: Thiết bị năng lƣợng hơi nƣớc và khí.
+ Theo kiểu động cơ chính:
- Các thiết bị sử dụng động cơ đốt trong kiểu pittông và máy hơi nƣớc kiểu
pittông;
- Các thiết bị sử dụng động cơ tuabin: tuabin khí và tuabin hơi, loại hỗn hợp
gồm tuabin khí với máy sinh khí kiểu pittông tự do và tuabin hơi - khí.
+ Theo chu trình công tác: Chu trình kín (hơi nƣớc), chu trình hở (khí cháy).
+ Theo kiểu truyền động chính:
Đó là các thiết bị với các bộ truyền cơ khí, thủy lực, điện và phối hợp.
+ Theo số lƣợng trục chân vịt:
Gồm có thiết bị một trục và thiết bị nhiều trục [Tàu trang bị TBNL điêden có
thể có đến 4 trục chân vịt].

Ngoài ra, ngƣời ta còn phân loại TBNL tàu theo công dụng của tàu (TBNL tàu
không tự hành và TBNL tàu tự hành), theo kiểu loại của TBNL [TBNL hơi nƣớc,
TBNL động cơ đốt trong kiểu pittông-thanh truyền, TBNL tuabin khí, TBNL liên
hợp (máy hơi nƣớc – tuabin hơi thải, điêden – tuabin khí, tuabin khí – tuabin hơi),
TBNL nguyên tử], theo kiểu điều khiển (điều khiển tại buồng máy, điều khiển từ xa,
điều khiển bán tự động và điều khiển tự động) và theo loại chân vịt.
Thành phần và mối quan hệ giữa các phần tử của TBNL tàu đƣợc thể hiện trên
hình 1.1.
1.3- CÁC DẠNG THIẾT BỊ NĂNG LƢỢNG TÀU THUỶ HIỆN ĐẠI
1.3.1- THIẾT BỊ NĂNG LƢỢNG ĐIÊDEN
1- Đặc điểm của TBNL điêden
Thiết bị năng lƣợng điêden là loại TBNL sử dụng động cơ điêden làm máy
chính cho tàu. Đó là động cơ đốt cháy nhiên liệu trong xilanh theo nguyên lý tự bốc
cháy nhờ sự nén hỗn hợp nhiên liệu – không khí đến áp suất và nhiệt độ nhất định.
Trong TBNL điêden, các động cơ phụ thƣờng cũng là các động cơ điêden.
Thiết bị điêden có các đặc điểm sau:
+ Lực quán tính của động cơ điêden có tính chu kỳ.
+ Hoạt động sinh công có tính chu kỳ và động cơ quay không đều.
+ Phải có cơ cấu phân phối khí mới đảm bảo tính chu kỳ của quá trình nạp, xả.
+ Một số chi tiết phải làm việc trong vùng nhiệt độ cao và ma sát lớn.
+ Các chi tiết chịu tải có tính chu kỳ.
+ Chiều quay của trục khuỷu không ảnh hƣởng đến qui luật chuyển động của
pittông;
4

`

BƠM CỦA HỆ THỐNG CHUNG TOÀN TÀU
THÔNG GIÓ
THIẾT BỊ LẠNH
ĐIỀU HÕA KHÔNG KHÍ
MÁY MÓC PHỤC VỤ ĐỘNG CƠ CHÍNH
MÁY MÓC PHỤC VỤ ĐỘNG CƠ PHỤ
MÁY NÉN KHÍ
THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
MÁY PHÁT ĐIỆN DO ĐỘNG CƠ
CHÍNH LAI
TRUYỀN ĐỘNG VÀ HỆ TRỤC
NỒI HƠI TẬN DỤNG
NHU CẦU SINH HOẠT
SẤY NÓNG
PHỤC VỤ ĐỘNG CƠ
CHÍNH
PHỤC VỤ ĐỘNG CƠ PHỤ
THIẾT BỊ ĐẨY
ĐỘNG CƠ CHÍNH

THIẾT BỊ NĂNG
LƢỢNG TÀU
TUYẾN DẪN
(Ống dẫn và dây cáp)
BẢO QUẢN NHIÊN LIỆU, NƢỚC, DẦU NHỜN, KHÔNG KHÍ
KÉT
DỰ
TRỮ
KÉT

CHỨA
BÌNH
CHỨA
NỒI HƠI ĐỘC LẬP
MÁY MÓC VÀ THIẾT BỊ
TRÊN TÀU CHUYÊN DÙNG
ĐỘNG CƠ SỰ CỐ VÀ
ACQUI DỰ PHÕNG
CHIẾU SÁNG DỰ PHÕNG
THÔNG TIN LIÊN LẠC
DỤNG CỤ
KIỂM TRA
VÀ ĐIỀU
KHIỂN TỰ
ĐỘNG
ĐỘNG CƠ ĐIỆN CỦA HỆ
THỐNG TÀU
TRẠM ĐIỆN
ĐỘNG CƠ ĐIỆN CỦA MÁY
MÓC MẶT BOONG
MÁY LÁI
THIẾT BỊ LÁI
MÁY TỜI ĐẶT ĐỨNG
MÁY TỜI NẰM NGANG
MÁY TỜI XẾP DỠ
MÁY TỜI NÂNG HẠ XUỒNG
CỨU SINH
ĐỘNG CƠ ĐIỆN CỦA
MÁY MÓC PHỤ
ĐỘNG CƠ PHỤ

CHIẾU SÁNG
THIẾT BỊ ĐIỆN HÀNG HẢI
THÔNG TIN LIÊN LẠC
NHU CẦU SINH HOẠT
Hình 1.1- Sơ đồ thành phần TBNL tàu và mối quan hệ giữa các phần
tử
5

+ Sản phẩm cháy của nhiên liệu với không khí đƣợc hình thành ngay trong
buồng cháy của động cơ. Hiệu suất cao, thiết bị đơn giản;
+ Áp suất và nhiệt độ tức thời trong xilanh rất cao, do vậy tuổi thọ của động cơ
thấp;
+ Phải có thiết bị khởi động và đảo chiều quay phức tạp;
+ Nhiệt độ khí xả cao, mang theo nhiều nhiệt năng ra ngoài (cho dù có giải
quyết tận dụng nhiệt nhƣng phần nhiệt lƣợng thải ra ngoài vẫn còn lớn);
+ Khi động cơ làm việc theo đặc tính bộ phận thì quá trình cháy diễn ra không
tốt lắm, suất tiêu hao nhiên liệu tăng, động cơ làm việc không ổn định.
Ngày nay, trên các phƣơng tiện thuỷ, TBNL điêden thƣờng chiếm (95

97)% số
lƣợng các tàu đóng mới hàng năm. Dù rằng, TBNL tuabin khí ngày càng chiếm ƣu
thế trên các tàu cỡ lớn, nhƣng trong tƣơng lai, ngƣời ta dự đoán rằng TBNL điêden
sẽ là loại TBNL chủ yếu của tàu sông, tàu biển cỡ nhỏ và tàu pha sông biển vì rằng
chúng có các ƣu điểm hơn hẳn so với các loại TBNL khác.
2- Ƣu nhƣợc điểm của TBNL điêden
- Có dải công suất rộng và có khả năng tạo đƣợc tổ hợp công suất ở phạm vi
lớn;
- Động cơ điêden dễ cƣờng hoá và tăng công suất nhờ việc áp dụng tăng áp;
- Tính kinh tế tƣơng đối cao (đối với thiết bị có tận dụng nhiệt thải từ động cơ);
- Có thể sử dụng các kiểu truyền động khác nhau;

- Tƣơng đối đơn giản trong việc tự động hóa điều khiển;
- Động cơ có thể tự đảo chiều quay khi cần đối chiều chuyển động của tàu;
- Giá thành thấp;
- Độ ồn thấp, kích thƣớc và khối lƣợng tƣơng đối nhỏ.
Nhƣợc điểm cơ bản thuộc về bản chất của TBNL điêden là cơ cấu truyền lực kiểu
tay quay – thanh truyền đƣợc sử dụng trong động cơ điêden sử dụng nên gây ra rung
động động cơ và thân tàu (lực tác dụng, mômen quay của đong cơ không đều); Sự
thay đổi phƣơng, chiều, trị số lực tiếp tuyến (vuông góc với tay quay), tốc độ góc
của động cơ gây ra dao động xoắn trục.
Trên các tàu cỡ vừa và cỡ nhỏ, ngƣời ta sử dụng các động cơ điêden 4 kỳ tăng
áp và không tăng áp, loại trung tốc đảo chiều và không đảo chiều và loại có tốc độ
quay cao, không đảo chiều làm động cơ chính. Công suất nhỏ nhất của động cơ
chính là 4 kW và công suất cực đại của tổ hợp động cơ chính đạt đến 2.200 kW.
Các động cơ thủy có tốc độ quay thấp [
phvn /)170100( 
] loại 2 kỳ tác dụng
đơn có con trƣợt đƣợc dùng phổ biến trên các tàu giao thông cỡ lớn. Chúng chiếm
75% công suất thiết bị của TBNL mới. Loại lớn nhất có công suất tổ hợp đạt đến
26.480 kW. Sở dĩ các động cơ này đƣợc dùng phổ biến trên các tàu giao thông vì
chúng có các ƣu thế sau:
+ Tính kinh tế nhiệt cao và có khả năng làm việc với nhiên liệu nặng (rẻ tiền);
+ Có khả năng truyền công suất trực tiếp đến chân vịt;
+ Tuổi thọ cao.
Trên các tàu cỡ nhỏ, tàu kéo, phà, tàu chuyên dùng, ngƣời ta trang bị các động
cơ điêden 4 kỳ trung và cao tốc làm máy chính.
Các động cơ điêden 4 kỳ cao tốc không tăng áp và tăng áp, công suất nhỏ đƣợc
sử dụng làm động cơ phụ tàu thủy.
6

Trong TBNL điêden, ngƣời ta áp dụng các kiểu truyền động chính: cơ khí, thủy

lực, điện và phối hợp.
Kiểu truyền động phụ thuộc vào kết cấu của động cơ điêden, tốc độ quay của
trục, kiểu loại và công dụng tàu. Thông thƣờng, ngƣời ta sử dụng các kiểu truyền
động thủy lực và truyền động điện trong các trƣờng hợp đòi hỏi tính cơ động của
TBNL tàu cao, động cơ chính sản ra công suất toàn phần ở các chế độ gần với chế
độ buộc tàu hoặc khi cần nhận tốc độ quay tối ƣu của chân vịt ở chế độ hành trình.



Hình 1.2- Dạng chung của TBNL điêden
1.3.2- THIẾT BỊ NĂNG LƢỢNG TUABIN HƠI
1- Đặc điểm thiết bị năng lƣợng tuabin hơi
TBNL tuabin hơi là TBNL sử dụng động cơ chính là tuabin hơi (là loại động cơ
nhiệt đốt ngoài kiểu rôto).
Ở thiết bị năng lƣợng tuabin hơi, môi chất công tác tuần hoàn không ngừng theo
vòng kín, trong đó, diễn ra sự thay đổi trạng thái của môi chất công tác (nƣớc nhận
nhiệt, biến thành hơi nƣớc tại nồi hơi; hơi nƣớc trao nhiệt để biến thành công tại
tuabin hơi; hơi nƣớc tiếp tục thải nhiệt để biến thành nƣớc tại bình ngƣng; nƣớc
đƣợc cấp trở lại nồi hơi nhờ bơm cấp).
Ngoài những đặc điểm chung của thiết bị tuabin nhƣ đƣợc giới thiệu ở động cơ
tuabin khí, thiết bị tuabin hơi có các đặc điểm riêng sau:
+ Môi chất công tác là hơi nƣớc nên trong thành phần của thiết bị có nồi hơi,
thiết bị ngƣng tụ;
+ Nhiệt độ của chu trình thấp, do đó hiệu suất nhiệt thấp. Có nhiều tổn thất nhiệt
ở nồi hơi và ống dẫn hơi cùng các tổn thất khác;
+ Muốn tận dụng nhiệt đƣợc tốt cần có thiết bị ngƣng tụ;
+ Sự trao đổi nhiệt giữa khí lò và nƣớc cùng với hơi nƣớc bị hạn chế bởi ứng
suất nhiệt xuất hiện ở vật liệu dùng làm mặt hấp nhiệt (nhiệt độ giới hạn của hơi
nƣớc là
C

0
500
và của khí lò là
C
0
300.1
);
+ Thiết bị động lực cần có thiết bị dự trữ nƣớc, vận chuyển và các thiết bị phụ
khác phức tạp;
+ Kích thƣớc và khối lƣợng lớn;
+ Nồi hơi phải đốt liên tục, hơi nƣớc có áp suất và nhiệt độ cao lƣu động không
ngừng trong các đƣờng ống, rất nguy hiểm cho ngƣời vận hành;
+ Thời gian chuẩn bị khởi động thiết bị dài, do đó tính cơ động của tàu thấp.
7

2- Sơ đồ nguyên lý thiết bị năng lƣợng tuabin hơi
Sơ đồ nguyên lý thiết bị năng lƣợng tuabin hơi đơn giản đƣợc thể hiện trên hình
1.3






Hình 1.3- Sơ đồ nguyên
lý TBNL tuabin hơi
1. Chân vịt; 2. Hộp số;
3. Tuabin hơi; 4. Nồi hơi;
5. Bơm cấp; 6. Thiết bị
ngưng tụ; 7. Mạch nước

làm nguội


Ở thiết bị này, nhiệt năng tỏa ra từ sự đốt cháy nhiên liệu đƣợc cung cấp cho nồi
hơi 4. Nƣớc trong nồi hơi nhận nhiệt này biến thành hơi bão hòa, rồi thành hơi quá
nhiệt trong bộ sấy hơi. Hơi quá nhiệt đƣợc đƣa đến tuabin hơi 3 qua hệ thống miệng
phun. Tại miệng phun, hơi tiến hành giãn nở, biến một phần thế năng thành động
năng rồi đƣợc đƣa vào dãy cánh công tác của tuabin để biến động năng thành cơ
năng, làm quay trục tuabin. Công suất do tuabin sản ra đƣợc truyền qua hộp số 2 và
hệ trục, đến chân vịt 1. Hơi nƣớc sau khi ra khỏi tuabin 3 đƣợc đƣa đến thiết bị
ngƣng tụ 6 để biến thành nƣớc, rồi đƣợc bơm cấp 5 cấp trở lại nồi hơi 4, hoàn thành
chu trình công tác.
TBNL tuabin hơi đƣợc sử dụng trên các tàu hơi nƣớc cỡ lớn của hạm tàu biển
công suất trên 20.000 kW. Nó cho phép tạo ra công suất chung trên trục chân vịt của
tàu đến 220.10
3
kW và lớn hơn nữa.
3- Các bộ phận hợp thành của TBNL tuabin hơi
Thiết bị tuabin hơi bao gồm nồi hơi, tuabin hơi, thiết bị ngƣng tụ, bơm cấp và
các thiết bị phụ khác. Đó là thiết bị động lực hơi nƣớc và việc nghiên cứu nó đƣợc
bắt đầu từ chu trình nhiệt.
(1)- Nồi hơi
Nồi hơi là thiết bị dùng để sản xuất ra hơi nƣớc có các thông số nhất định dùng
cho động cơ hơi nƣớc, sản xuất và nhu cầu sinh hoạt của con ngƣời.
Nguyên lý chung là nhiên liệu trong buồng lửa (buồng đốt) đƣợc đốt cháy, tạo ra
khí lò có nhiệt độ cao và truyền nhiệt cho các mặt hấp nhiệt của nồi hơi. Nƣớc trong
nồi hơi nhận nhiệt từ đây, nâng cao nhiệt độ, sôi và biến thành hơi nƣớc bão hoà rồi
thành hơi quá nhiệt (theo yêu cầu), sau đó, đƣợc cấp cho các hộ tiêu dùng (xem hình
1.4).

1
1
2
3
4
1
5
6
7
8






Hình 1.4- Cấu tạo nồi hơi
a) Cấu tạo; b) Hình dạng chung

Nồi hơi tàu thuỷ đƣợc dùng để cung cấp hơi nƣớc cho các máy động lực (máy
hơi nƣớc và tuabin hơi), cấp cho nhu cầu sƣởi ấm, sấy nóng. Nó đƣợc sử dụng rộng
rãi trên các tàu thuỷ cỡ lớn với chức năng là nồi hơi chính hay phụ để phục vụ cho
các thiết bị động lực, sản xuất hay sinh hoạt trên tàu.
(2)- Tuabin hơi
Tuabin hơi là loại động cơ nhiệt kiểu rôto, môi chất công tác là hơi nƣớc, trong
đó năng lƣợng nhiệt của hơi hoặc khí ở dạng thế năng (áp năng) đƣợc biến thành
động năng, rồi thành cơ năng làm quay trục tuabin.
Sự biến đổi thế năng thành động năng có thể diễn ra trên cả phần cố định và
phần quay (chuyển động) của tuabin hoặc là sự biến đổi thế năng thành động năng
chỉ xảy ra ở phần cố định, còn động năng biến thành cơ năng trên phần quay. Chính

vì thế nên tuabin hơi có 2 loại: tuabin xung kích (xung lực) và tuabin phản kích
(phản lực).
Cấu tạo tuabin hơi đƣợc thể hiện trên hình 1.5.








a)

b)
9










Hình 1.5- Cấu tạo tuabin
hơi
a) Cấu tạo tuabin hơi
b) Tổ hợp tuabin hơi

(3)- Bình ngƣng
Bình ngƣng đƣợc dùng để duy trì sự hạ áp và ngƣng tụ hơi thải. Việc giảm áp
suất từ p
1
đến p
2
trong bình ngƣng cho phép tăng mức giãn nở chung của hơi trong
tuabin. Kết quả là độ giáng nhiệt (độ chênh nhiệt) đƣợc tạo ra trong thiết bị, cho
phép gia tăng đại lƣợng H
a
, tổn thất chu trình q
2
giảm và hiệu suất nhiệt tăng lên.
Bình ngƣng trong TBNL tuabin hơi thƣờng là kiểu ống chùm nằm ngang (nƣớc
tải nhiệt đi bên trong ống).
(4)- Bơm cấp
Bơm cấp nồi đƣợc dùng trong TBNL tuabin hơi thƣờng là bơm ly tâm có cột áp
cao (xem hình 1.6).
4- Các thông số cơ bản của tuabin hơi
Các thông số cơ bản của tuabin hơi gồm có tốc độ quay, công suất, suất tiêu hao
hơi và hiệu suất.
Suất tiêu hao hơi (chi phí hơi riêng) đƣợc tính theo công thức:
D
e
=
ea
h

.

632
, kg/MLh hoặc D
e
=
e
N
G 3600.
, kg/MLh (1.1)
Trong đó: h
a
- nhiệt giáng giãn nở đoạn nhiệt, kcal/kg;


e
- hiệu suất có ích của tuabin;
N
e
- công suất có ích (trên bích của trục chân vịt), ML.
Theo đó, công suất có ích đƣợc tính theo công thức:
b)
a)
10

N
e
=
632
3600.
ea
hG


= 5,69.G.h
a
.
e
, ML (1.2)
Nếu đợn vị đo công suất là kW thì công suất và suất tiêu hao hơi của tuabin
đƣợc tính theo các công thức:
D
e
=
ea
h

.
859
, kg/kWh và N
e
= 4,19.G.h
a
.
e
, kW (1.3)

Hình 1.6-
Cấu tạo
bơm ly tâm
a), b) Bơm
có trục độc
lập;
c) Bơm được
lắp trên trục
động cơ điện


Hiệu suất có ích của toàn thiết bị tuabin hơi:

ethb
= 
N
.
e
= 
N
.
t
.
oit
.
ng
(1.4)

Trong đó:

N
- hiệu suất của nồi hơi,

N
= (0,93

0,96);


t
- hiệu suất nhiệt của tuabin,
-

t
= (0,36

0,38) khi tuabin làm việc với hơi có thông số trung bình;
-

t
= (0,42

0,44) đối với tuabin làm việc với hơi có thông số cao có hoàn
nhiệt và quá nhiệt trung gian.
Thông thƣờng 
ethb
= (0,26  0,28), cá biệt có thể đạt đƣợc 
ethb

= (0,32  0,34).
5- Đặc tính của tuabin hơi
Đặc tính tải – tốc độ của tuabin ở các mức chi phí hơi khác nhau đƣợc thể hiện
trên hình 1.7. Sự phụ thuộc N
e
= f(n) đối với tuabin ở mức chi phí hơi D có dạng
gần nhƣ đƣờng parabol bậc hai, xuất phát từ gốc toạ độ và có điểm cực đại khi n =
n
e
, nếu độ chênh nhiệt có đƣợc khi thay đổi tốc độ quay đƣợc coi nhƣ không đổi.
Mômen xoắn và công suất do tuabin sản ra ở tốc độ quay không đổi tỷ lệ với chi phí
a)
b)
c)
11

hơi trên giây. Khả năng tuabin gia tăng mômen cùng với sự giảm tốc độ quay đảm
bảo cho nó có đƣợc chất lƣợng cơ động cao.
Tốc độ quay của tuabin khi vận hành không đƣợc vƣợt quá (10÷15)% so với tốc
độ quay tính toán định mức. Điều này đƣợc đảm bảo bởi bộ điều chỉnh tốc độ và
thiết bị khoá nhanh tự động tác động, ngừng sự cấp hơi đến tuabin, chỉ khi tốc độ
quay đạt đến giá trị giới hạn.
Trong các trƣờng hợp đặc biệt, cần đảm bảo tính kinh tế cao của thiết bị tuabin
hơi chính ở chế độ công suất toàn phần ứng với tốc độ tàu toàn phần, cũng nhƣ ở
chế độ công suất nhỏ trong giai đoạn chuyển tiếp [(20÷25)% công suất định mức và
nhỏ hơn], ngƣời ta trang bị thiết bị “cấp hành trình nhỏ”, đƣợc bố trí ở trong phần
thân chính của tuabin hoặc đƣợc gắn vào thân riêng, tạo nên hành trình kinh tế cho
tuabin. Nó chỉ làm việc ở hành trình thấp và không tải khi chạy hành trình hoặc
đƣợc tách khỏi thiết bị bởi khớp nối tách đƣợc.

Hình 1.7- Đặc tính tải-tốc độ của
tuabin hơi

6- Ƣu nhƣợc điểm của TBNL tuabin hơi
a)- Ƣu điểm
- Công suất lớn, có thể đạt trên 100.000 mã lực
- Có hiệu suất 
e
tăng theo công suất N
e
(Động cơ càng lớn thì tính kinh tế càng
cao);
- Sử dụng đƣợc nhiều loại nhiên liệu rẻ tiền: than đá, dầu nặng, ;
- Có thể tận dụng đƣợc nhiệt khí xả của động cơ điêden (sử dụng nồi hơi tận
dụng).
b)- Nhƣợc điểm
- Hiệu suất 
e
thấp do mất mát nhiệt quá lớn vì gia nhiệt gián tiếp, sự chuyển
trạng trái liên tục của môi chất công tác;
- Tốc độ quay của tuabin lớn nên thiết bị truyền động cồng kềnh (hộp giảm tốc
lớn);
- Tính cơ động thấp (không thể thay đổi nhanh chế độ làm việc, thời gian khởi

động lâu, tuabin không tự đảo chiều);
- Hiệu suất thấp [
e
= (0,170,23)], tính kinh tế thấp ở các động cơ cỡ nhỏ;
12

- Sơ đồ nguyên lý phức tạp, các thiết bị phân tán với nhiều đƣờng ống cao áp ở
nhiệt độ cao;
- Giá thành chế tạo cao;
- Nhân viên vận hành đòi hỏi số lƣợng lớn.
TBNL tuabin hơi đƣợc sử dụng trên các tàu hơi nƣớc cỡ lớn của hạm tàu biển
công suất trên 20.000 kW. Nó cho phép tạo ra công suất chung trên trục chân vịt của
tàu đến 220.10
3
kW và lớn hơn nữa.
Có thể nâng cao tính kinh tế của TBNL tuabin hơi bằng cách:
- Sử dụng các loại nhiên liệu rẻ tiền;
- Cải thiện thông số hơi ban đầu và thay đổi tƣơng ứng sơ đồ động và kết cấu
các thành phần của thiết bị tuabin hơi;
- Hoàn thiện sơ đồ nhiệt, gia tăng hiệu quả bộ sấy nƣớc cấp kiểu hoàn nhiệt;
- Giảm bớt tổn thất nhiệt do nƣớc ngoài mạn mang đi, hạn chế sự rò rỉ nƣớc và
hơi nƣớc;
- Nâng cao hiệu suất các phần tử riêng của thiết bị tuabin hơi.
Tính kinh tế của thiết bị tuabin hơi tỉ lệ thuận với công suất của tổ hợp thiết bị.
7- Các hệ thống của TBNL tuabin hơi
(1)- Hệ thống cấp – ngƣng tụ
Hệ thống ngƣng tụ – cấp đƣợc dùng để tiếp nhận nƣớc ngƣng từ bình ngƣng
chính và phụ và đảm bảo việc cấp nƣớc vào nồi hơi. Chúng là một trong những bộ
phận chủ yếu của sơ đồ nhiệt của thiết bị, nối liền giữa bình ngƣng chính với nồi
hơi.

Trên các tàu hiện đại, ngƣời ta dùng hệ thống cấp nƣớc kín và đảm bảo việc khử
khí cho nó. Nƣớc cấp cho nồi hơi nhận đƣợc từ các bình ngƣng chính và phụ. Mức
hao hụt của nƣớc trong hệ thống ngƣng tụ – cấp đƣợc bổ sung bằng nƣớc ngọt nhận
từ bờ hoặc nƣớc chƣng cất từ nƣớc biển bằng cách tận dụng nhiệt.
(2)- Hệ thống làm mát tuần hoàn
Trong các thiết bị tuabin hơi, hệ thống làm mát đƣợc dùng để đảm bảo việc
ngƣng tụ hơi trong các bình ngƣng chính và phụ và làm mát dầu trong các bình làm
mát dầu.
(3)- Hệ thống bôi trơn
Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ cung cấp dầu bôi trơn đến các gối đỡ trục, các hệ
thống điều chỉnh và bảo vệ của tuabin (dầu bôi trơn đƣợc sử dụng là loại dầu bôi
trơn tuabin). Hiện tại ngƣời ta sử dụng hai kiểu hệ thống bôi trơn: tuần hoàn cƣỡng
bức và tuần hoàn cƣỡng bức kết hợp với tự chảy (hệ thống này có độ tin cậy cao
hơn).
Tổ hợp thiết bị tuabin – truyền động bánh răng chính và dẫn động tuabin - hộp
giảm tốc phụ có hệ thống bôi trơn tuần hoàn cƣỡng bức đảm bảo việc bôi trơn tin
cậy trƣớc lúc khởi động, trong thời gian làm việc và sau khi dừng máy. Ngƣời ta
chia thành hệ thống bôi trơn tự chảy và bôi trơn tuần hoàn có áp. Trong hệ thống bôi
trơn tự chảy, áp suất dầu cần thiết đƣợc tạo ra nhờ thế năng do két đặt trên cao (két
thế năng). Trong hệ thống có áp, áp suất dầu cần thiết đƣợc tạo ra bằng bơm dầu
trực tiếp, chuyển dầu từ các két góp dầu. Khác với các hệ thống có áp, trong hệ
thống tự chảy, các bơm dầu chuyển dầu từ két góp đến két thế năng, thể tích của
13

chúng cần phải đủ để đảm bảo việc cấp dầu bôi trơn bình thƣờng cho tổ hợp tuabin
– truyền động chính trong vòng 5 phút.
Ngƣời ta thƣờng áp dụng hệ thống bôi trơn dầu tự chảy cho tổ hợp tuabin –
truyền động chính của tàu vận tải và hệ thống bôi trơn có áp cho cơ cấu dẫn động
bằng tuabin hộp số phụ và đối với tổ hợp tuabin chính trên các tàu hạng nhẹ.
Các hộ tiêu thụ dầu trong hệ thống bôi trơn tổ hợp tuabin chính là:

- Các gối đỡ của tuabin và hộp giảm tốc chính, vòi phun hệ làm mát và bôi trơn
các hộp giảm tốc kiểu bánh răng;
- Các gối đỡ và bộ truyền bánh răng của các máy móc phụ gắn trên tổ hợp
tuabin chính;
- Gối chặn chính;
- Hệ thống điều chỉnh, điều khiển và bảo vệ.
(4)- Hệ thống nhiên liệu
Đối với thiết bị có nồi hơi dùng nhiên liệu lỏng thì lƣợng dự trữ nhiên liệu
thƣờng đƣợc bảo quản trong các két ở dƣới đáy đôi, hai bên mạn tàu. Nhiên liệu
đƣợc tiếp nhận qua ống nhận ở trên boong theo đƣờng ống đến các két dự trữ.
Đƣờng kính ống nhận đƣợc tính toán từ điều kiện tốc độ nhiên liệu trong ống từ
(1÷1,5) m/s và thời gian tiếp nhận từ (4÷6) giờ.
Để chuyển nhiên liệu từ két này sang két khác, ngƣời ta trang bị các bơm
chuyển. Trong hệ thống ngƣời ta còn trang bị các bộ phận để làm sạch, sấy nóng, …
(5)- Hệ thống cấp không khí cho nồi hơi
Việc đốt cháy nhiên liệu xảy ra trong điều kiện cấp nhiên liệu liên tục vào vùng
cháy ứng với lƣợng không khí cần thiết và thải khí cháy ra ngoài. Việc khắc phục
sức cản thuỷ lực của đƣờng ống dẫn không khí và khí xả trong các nồi hơi tàu thuỷ
hiện đại đƣợc thực hiện nhờ các quạt gió đẩy không khí liên tục vào nồi hơi theo
đƣờng ống dẫn không khí đặc biệt. Để khắc phục sự lọt khí cháy (khói) trong buồng
nồi hơi, các nồi hơi có vỏ bọc hai lớp; lúc này quạt thông gió đẩy không khí vào
buồng đốt qua đƣờng dẫn đƣợc tạo nên bởi thành bên trong và bên ngoài của vỏ
bọc. Phƣơng pháp cấp không khí nhƣ thế đảm bảo sự lọt khí tƣơng đối nhỏ, độ tin
cậy làm việc của thiết bị nồi hơi và các điều kiện thuận tiện cho ngƣời vận hành.
(7)- Hệ thống an toàn và bảo vệ tuabin
Hệ thống này đƣợc trang bị nhằm bảo đảm tính an toàn vận hành cho tổ hợp
thiết bị tuabin hơi. Ngƣời ta trang bị hệ thống báo sự cố và bảo vệ thiết bị theo các
tham số sau:
- Sự giảm áp suất dầu bôi trơn.
- Sự giảm độ chân không trong bình ngƣng chính (xuống đến 550 mmHg).

- Sự tăng độ dịch dọc trục rôto tuabin quá 1 mm.
- Sự tăng tốc độ quay của trục tuabin vƣợt quá giá trị định mức đến (1014)%.
(8)- Hệ thống làm kín và hút hơi
Việc làm kín bên trong tuabin rất quan trọng. Ngƣời ta sử dụng các bộ làm kín
nhờ áp suất hơi theo kiểu chân không và kiểu áp suất thay đổi. Do đó, để đảm bảo
độ kín cần thiết, ngƣời ta trang bị hệ thống cấp hơi và hút hơi để tác động đến bộ
làm kín.
(9)- Hệ thống sấy nóng tuabin
14

Nếu khởi động tuabin từ trạng thái nguội sẽ làm cho các bộ phận của tuabin bị
biến dạng, xuất hiện hiện tƣợng xung kích nƣớc (do hơi nƣớc ngƣng tụ thành những
giọt nƣớc lƣu động cùng với dòng hơi) làm cho tuabin bị hƣ hỏng. Do vậy, trƣớc
khi khởi động, cần phải sấy nóng tuabin đạt đến chế độ nhiệt nhất định. Ngƣời ta
dùng hơi bão hoà để sấy nóng tuabin trong thời gian từ (2060) phút tuỳ theo kết
cấu của nó. Việc sấy nóng đƣợc coi nhƣ kết thúc khi nhiệt độ trên mặt bích nằm
ngang đạt đến (80100)
0
C đối với tuabin cao áp và (7090)
0
C đối với tuabin thấp
áp.
(10)- Hệ thống xả
Hệ thống xả đƣợc trang bị nhằm để xả phần nƣớc đọng do ngƣng tụ trong các
khoang của tuabin. Phần nƣớc đọng này chủ yếu xuất hiện trong giai đoạn sấy nóng
tuabin.
(11)- Hệ thống điều chỉnh tốc độ quay và công suất
Việc thay đổi công suất của tuabin thƣờng đi liền với sự thay đổi tốc độ quay
của nó. Theo công thức tính công suất N
e

= 5,69.G.h
a
.
e
, ML, ta nhận thấy có thể
thay đổi công suất của tuabin bằng cách thay đổi nhiệt giáng của hơi phân bố trong
tuabin (h
a
) hoặc thay đổi lƣợng hơi tiêu thụ (G). Để điều chỉnh tốc độ quay của
tuabin, ngƣời ta trang bị bộ điều tốc.
Trong thực tế có thể điều chỉnh tuabin hơi theo các cách sau:
- Thay đổi nhiệt giáng của hơi bằng cách tiết lƣu (theo chất lƣợng).
- Thay đổi lƣợng hơi tiêu thụ (theo số lƣợng).
- Thay đổi nhiệt giáng của hơi và đồng thời thay đổi lƣợng hơi tiêu thụ (liên hợp).
- Điều chỉnh hỗn hợp bao gồm hai hoặc nhiều phƣơng pháp điều chỉnh nêu trên.
1.3.3- THIẾT BỊ NĂNG LƢỢNG TUABIN KHÍ
1- Đặc điểm của TBNL tuabin khí
Thiết bị năng lƣợng tuabin khí đƣợc chia thành các thiết bị chu trình hở và thiết
bị chu trình kín; theo quá trình cháy có chu trình cháy đẳng tích và chu trình cháy
đẳng áp(các tuabin ngày nay đƣợc chế tạo theo chu trình đẳng áp). Nhiên liệu dùng
trong TBNL tuabin khí chủ yếu ở dạng lỏng, ngoài ra có thể ở dạng khí và dạng rắn
(than đá).
Thiết bị năng lƣợng tuabin khí chu trình hở có các đặc điểm sau:
+ 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, đƣợc hình
thành ngay trong buồng cháy của động cơ. Nhờ đó thiết bị đƣợc đơn giản;
+ Môi chất công tác có thể đi qua tuabin nhiều nên công suất của động cơ lớn;
+ Chiều quay của động cơ đƣợc quyết định bởi hƣớng đi của dòng môi chất
công tác trong động cơ nên theo kết cấu, động cơ chỉ quay một chiều;

+ Do đƣợc 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 khiến
cho kết cấu trở nên cồng kềnh.
Tuy nhiên, do sự hạn chế về tính bền nhiệt của vật liệu chế tạo các chi tiết nên
không thể đạt đƣợc hiệu suất nhiệt cao và tuổi thọ cũng thấp.
15

Mặc dù ra đời muộn, nhƣng ngày nay tuabin đƣợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực
nhƣ năng lƣợng, vận tải, …
2- Sơ đồ nguyên lý của TBNL tuabin khí
A- Thiết bị tuabin khí chu trình hở
Ở thiết bị tuabin khí chu trình hở, môi chất công tác lúc đầu là không khí và sau
đó là hỗn hợp không khí với sản phẩm cháy của nhiên liệu, đi qua các khoang bên
trong của các phần tử thiết bị, trao đổi năng lƣợng trong đó rồi đƣợc thải ra ngoài
khí quyển.
(1)- Chu trình thiết bị tuabin khí cháy đẳng tích
Sơ đồ nguyên lý thiết bị tuabin khí cháy đẳng tích đƣợc thể hiện trên hình 1.8.




Hình 1.8- Sơ đồ nguyên
lý thiết bị tuabin khí
cháy đẳng tích
1. Van nạp không khí; 2.
BCA - Vòi phun; 3. Van
thải khí cháy;
4. Miệng phun; 5. Cánh

công tác của tuabin; 6.
Đoạn ống xả khí thải; 7.
Khớp nối; 8. Máy công
tác; 9. Động cơ điện
khởi động; 10. Tuabin;
11. Máy nén khí

Trong thiết bị tuabin khí cháy đẳng tích, buồng cháy có trang bị van nạp ở cửa
vào và van xả khí cháy ở cửa ra. Khi nhiên liệu đƣợc phun vào thì 2 van này đều
đóng và hỗn hợp nhiên liệu – không khí cháy trong thể tích không đổi của buồng
cháy.
Khi thiết bị làm việc, không khí ở áp suất và nhiệt độ khí quyển p
1
, T
1
đƣợc máy
nén 9 hút và nén đến áp suất và nhiệt độ khí quyển p
2
, T
2
[thƣờng từ (810)
kG/cm
2
] và đƣa đến buồng cháy. Tại đây, nhiên liệu đƣợc phun vào qua vòi phun 2
trong điều kiện các van 1 và 3 đều đóng, hỗn hợp nhiên liệu – không khí bốc cháy
với thể tích không đổi tạo ra khí cháy với thông số p
3
, T
3
, rồi van xả 3 đƣợc mở ra

để cấp cho tuabin khí. Sau đó, van nạp 1 mở và van xả 3 đóng để nạp không khí vào
buồng cháy chuẩn bị cho quá trình làm việc tiếp theo. Trong tuabin, khí cháy hoàn
thành việc biến đổi năng lƣợng (biến một phần nhiệt năng thành cơ năng làm quay
tuabin), sau đó đƣợc thải ra ngoài với thông số p
4
, T
4
.
Công suất do tuabin sản ra đƣợc dùng một phần lớn để lai máy nén, một phần
nhỏ để lai thiết bị phục vụ và phần còn lại cung cấp cho máy công tác.
(2)- Chu trình thiết bị tuabin khí cháy đẳng áp
Sơ đồ nguyên lý thiết bị tuabin khí cháy đẳng áp đƣợc thể hiện trên hình 1.9.
Khi thiết bị làm việc, không khí ở áp suất và nhiệt độ khí quyển p
1
, T
1
đƣợc máy
nén 5 hút và nén đến áp suất và nhiệt độ khí quyển p
2
, T
2
[thƣờng từ (810)
kG/cm
2
] và đƣa đến buồng cháy 9. Tại đây, không khí nén đƣợc tách làm 2 luồng,
một phần không khí nén [(3040)%] hoà trộn với nhiên liệu do vòi phun 8 cung cấp
16

và bốc cháy, tạo ra khí cháy có áp suất và nhiệt độ cao (cao hơn 1.000
0

C) p
3
, T
3
,
phần không khí nén còn lại đƣợc dùng để hoà trộn với khí cháy nhằm hạ thấp nhiệt
độ khí cháy (1.000
0
C ) để đảm bảo độ bền nhiệt của các chi tiết trong tuabin.
Chính vì vậy, hệ số dƣ lƣợng không khí ở thiết bị tuabin khí cháy đẳng áp lớn:  =
(3,84,5) [khi  = (1,051,6) thì nhiệt độ khí cháy đạt đến (1.8002.500)
0
C ]. Sản
phẩm cháy với thông số này đƣợc đƣa vào tuabin 11, tại đây khí cháy giãn nở và
sinh công. Kết quả tạo đƣợc công suất tuabin N
T
, sau khi hoàn thành sự biến đổi
năng lƣợng, khí cháy đƣợc thải ra ngoài với thông số p
4
, T
4
.

Hình 1.9- Sơ đồ
nguyên lý TBNL
tuabin khí cháy
đẳng áp, chu trình
hở
a) Thiết bị cùng trục
1. Chân vịt; 2. Hộp
số;
3. Bơm phun nhiên
liệu;
4. Ống hút không
khí;
5. Máy nén khí; 6. Ly
hợp;
7. Động cơ điện khởi
động; 8. Vòi phun;
9. Buồng đốt; 10.
Ống khí xả; 11.
Tuabin khí
b) Thiết bị không
cùng trục



Công suất do tuabin sản ra đƣợc dùng một phần lớn để lai máy nén [(6075)%],
một phần nhỏ dùng để lai thiết bị phục vụ, [(45)%], và phần còn lại cung cấp cho

máy công tác [(2035)%]. Khi khởi động, ngƣời ta dùng động cơ điện khởi động 7.
Việc điều khiển tách nối trục động cơ điện khởi động đƣợc thực hiện nhờ ly hợp 6.
b)
a)
17

B- Thiết bị tuabin khí chu trình kín
Ở TBNL tuabin khí chu trình kín (Hình 1.10) chỉ có một môi chất công tác.
Chúng hoạt động theo chu trình kín, cách ly với khí quyển.


Hình 1.10- Sơ đồ nguyên lý TBNL tuabin khí chu trình kín
1.Chân vịt; 2 Hộp số; 3. Tuabin khí; 4. Thiết bị nung; 5. Máy nén khí; 6. Thiết bị làm mát

Môi chất công tác (có thể là không khí hay một khí trơ nào đó) đƣợc máy nén 5
nén và đƣa đến thiết bị nung 4 để nâng nhiệt độ của nó lên đến khoảng chừng
C
0
)750650( 
với áp suất không đổi, rồi đƣợc đƣa vào tuabin 3. Tại tuabin, môi
chất công tác tiến hành giãn nở sinh công, áp suất giảm đến gần với giá trị áp suất
trƣớc máy nén. Sau đó, môi chất công tác đƣợc làm mát trong thiết bị làm mát 6,
nhờ nƣớc ngoài mạn, đến nhiệt độ ban đầu của chu trình. Công suất do tuabin sản ra
đƣợc dùng một phần để lai máy nén, thiết bị phụ và phần còn lại đƣợc truyền đến
chân vịt qua hộp số 2 và hệ trục.
3- Các bộ phận hợp thành của TBNL tuabin khí
Thiết bị tuabin khí bao gồm máy nén khí, buồng cháy, tuabin và thiết bị phục vụ.
Máy nén đƣợc dùng với tuabin khí là loại hƣớng trục hay ly tâm.
(1)- Máy nén
Trong thiết bị tuabin khí, máy nén đƣợc dùng để nén không khí và nhiên liệu

khí. Máy nén đƣợc sử dụng là máy nén ly tâm hoặc hƣớng trục. Để nén nhiên liệu
khí có nhiệt trị trên 30.10
6
J/m
3
, phải chọn loại máy nén có tổn thất thể tích khoảng
3% thể tích của môi chất. Nhƣ vậy, loại máy nén thích hợp chỉ có thể là loại máy
nén pittông hay loại máy nén ly tâm có tốc độ quay rất lớn.
Máy nén dùng trong thiết bị tuabin khí cần thoả mãn các yêu cầu sau:
- Hiệu suất cao.
- Độ nén (tỷ số tăng áp) ở từng cấp nén cao.
- Có thể làm việc ở tốc độ quay lớn.
1
2
3
4
5
6
18

- Độ sử dụng vật liệu và không gian cao.
- Làm việc ổn định trong phạm vi tải và tốc độ của thiết bị tuabin.
- Việc điều khiển dễ dàng.
Máy nén ly tâm (Xem hình 1.11) làm việc theo nguyên lý ly tâm, nó có cấu tạo
đơn giản, hoạt động tin cậy, có thể làm việc ở tốc độ quay cao. Nhƣợc điểm của nó
là rôto khó chế tạo và đắt tiền, công suất giới hạn nhỏ. Máy nén ly tâm đƣợc dùng
trong thiết bị tuabin khí có công suất đến (300400) kW.
Máy nén hƣớng trục (Xem hình 1.12) thực hiện sự nén theo nguyên tắc biến
động năng thành áp năng trong các dãy cánh công tác và cánh hƣớng. Do tỷ số nén
của mỗi tầng cánh nhỏ hơn so với máy nén ly tâm nên máy nén hƣớng trục đƣợc

dùng cho thiết bị tuabin khí là loại máy nén hƣớng trục nhiều cấp (ở máy nén hƣớng
trục không thể áp dụng làm mát trung gian cho không khí nén).
Ƣu điểm của máy nén hƣớng trục là công suất giới hạn lớn, hiệu suất cao. Nó có
nhƣợc điểm lớn là kích thƣớc và khối lƣợng lớn, giá thành cao.




Hình 1.11- Máy nén ly tâm
Hình 1.12- Máy nén hƣớng trục

(2)- Buồng cháy
Buồng cháy là nơi nhiên liệu đƣợc phun vào hoà trộn đều với không khí nóng và
tự bốc cháy. Buồng cháy cần có kết cấu tạo xoáy để tạo điều kiện cho sự hình thành
hỗn hợp nhiên liệu – không khí đƣợc tốt. Để sự cháy đạt hiệu quả cao, cần sử dụng
hệ số dƣ lƣợng không khí  = (1,32,2). Ngoài ra, để đảm bảo nhiệt độ sản phẩm
cháy không quá cao, kết cấu buồng cháy còn phải có lối dẫn không khí nén bọc
ngoài đến hoà trộn với sản phẩm cháy sau khi ra khỏi khu vực cháy.
Buồng cháy của tuabin khí có các loại: buồng cháy hình trụ đơn, buồng cháy
ghép (đƣợc ghép từ nhiều hình trụ đơn), buồng cháy hình vành khăn.
(3)- Tuabin khí
Tuabin khí là một loại động cơ nhiệt (có thể gọi là động cơ đốt trong) kiểu rôto,
trong đó hoá năng của nhiên liệu (chủ yếu là nhiên liệu lỏng) đƣợc biến đổi thành cơ
năng nhờ thiết bị quay (rôto) có cánh.
Khác với TBNL tuabin hơi, trong TBNL tuabin khí không có nồi hơi, bộ khử
khí, bình ngƣng tụ và một số bộ phận khác nên TBNL tuabin khí có kích thƣớc và
khối lƣợng nhỏ, trong khi công suất tổ hợp lớn.
19

Kết cấu của tuabin khí đơn giản hơn một ít so với tuabin hơi (số tầng áp lực ít

hơn), không có van điều chỉnh. Việc điều chỉnh công suất đƣợc thực hiện bằng cách
thay đổi lƣợng nhiên liệu cấp vào buồng đốt.
Tuabin làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao nên cần đƣợc làm mát. Ngƣời ta
dùng không khí để làm mát cho tuabin.



Hình1.13- Buồng cháy và các tầng cánh của tuabin khí

4- Ƣu nhƣợc điểm của TBNL tuabin khí
So với các kiểu TBNL khác, TBNL tuabin khí có các ƣu điểm sau:
- Công suất tổ hợp thiết bị lớn;
- Nguyên lý làm việc đơn giản, độ tin cậy cao (nhờ nguyên tắc tác động quay và
sự đơn giản của sơ đồ động);
- Vận hành thuận tiện, đơn giản trong việc bảo dƣỡng, có khả năng khởi động
nhanh và tính năng tăng tốc cao;
- Chi phí vận hành thấp;
- Hiệu suất tƣơng đối lớn [ = (0,32

0.34)];
- Kích thƣớc và khối lƣợng nhỏ, diện tích chiếm chỗ và thể tích buồng máy nhỏ;
- Có khả năng nghiên cứu hoàn thiện chu trình nhiệt và kết cấu nhằm nâng cao
hiệu suất và giảm chi phí nhiên liệu;
- Thích nghi tốt với việc tự động hóa và điều khiển từ xa do đơn giản đƣợc việc
khởi động và điều khiển.
Các thiết bị tuabin khí tàu thủy sử dụng nhiên liệu hữu cơ thuộc các thiết bị chu
trình hở. Thiết bị tuabin khí chu trình kín đƣợc dùng với TBNL nguyên tử.
Việc đảo chiều ở thiết bị tuabin khí có thể đƣợc thực hiện bằng: tuabin đảo
chiều có cấp hành trình lùi; tuabin hành trình lùi độc lập; bộ truyền giảm tốc đảo
chiều; bộ truyền đảo chiều thủy lực và điện; chân vịt biến bƣớc; thiết bị đẩy kiểu

phụt nƣớc với thiết bị lái đảo chiều.
Nhƣợc điểm chung của TBNL tuabin khí là:
- Công suất giới hạn nhỏ hơn so với thiết bị tuabin hơi.
- Vật liệu chế tạo có giá thành cao.
- Tính kinh tế tƣơng đối thấp vì nhiệt độ ban đầu của khí cháy bị giới hạn;
- 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 trƣờng ngoài;
20

- Yêu cầu nghiêm ngặt về chất lƣợng nhiên liệu sử dụng trong thiết bị tuabin khí
chu trình hở và chi phí cho nó lớn;
- Khó thực hiện việc đảo chiều ở các thiết bị cỡ lớn;
- Phải trang bị thiết bị thay đổi tốc độ (hộp số có kích thƣớc lớn, cồng kềnh).
- Kích thƣớc ống không khí và khí cháy lớn nên gây phức tạp cho việc ghép bộ
thiết bị tuabin khí trên tàu.
TBNL tuabin khí đƣợc sử dụng trên các tàu cánh ngầm, tàu đệm khí và tàu
chuyên dùng.
5- Các hệ thống của TBNL tuabin khí
(1)- Hệ thống bôi trơn
Hệ thống bôi trơn của thiết bị tuabin khí tàu vận tải có thể là loại có áp và loại
trọng lực (tự chảy). Đôi khi để bôi trơn các gối đỡ và hộp giảm tốc bánh răng, ngƣời
ta sử dụng hệ thống bôi trơn tự chảy, còn để bôi trơn các gối đỡ của tuabin máy nén
và thiết bị điều khiển, điều chỉnh và bảo vệ, ngƣời ta dùng hệ thống bôi trơn tăng áp.
Thực ra, hệ thống này không khác biệt về sơ đồ nguyên lý và các phần tử hợp thành
với hệ thống bôi trơn của thiết bị tuabin hơi tàu thuỷ.
Trong thiết bị tuabin khí có máy sinh khí kiểu pittông tự do có hai hệ thống bôi
trơn độc lập, một là hệ thống có áp dùng cho tổ hợp tuabin và hộp số với năng suất
riêng của bơm dầu từ (10÷12) l/MLh, còn hệ thống kia dùng để làm mát cho pittông
và các chi tiết chuyển động của máy sinh khí kiểu pittông tự do.
(2)- Hệ thống nhiên liệu

Hệ thống nhiên liệu đƣợc dùng để cấp vào buồng đốt với số lƣợng yêu cầu và
chất lƣợng thoả đáng.
Đối với các thiết bị tuabin khí tàu giao thông hợp lí là sử dụng nhiên liệu có
chất lƣợng thấp – đó là mazut, nó rẻ hơn nhiều so với nhiên liệu điêden, đƣợc áp
dụng rộng rãi trong các thiết bị sử dụng động cơ đốt trong. Tuy nhiên việc áp dụng
loại nhiên liệu nặng trong thiết bị tuabin khí gắn liền với một loạt khó khăn cần phải
giải quyết. Mazut có khối lƣợng riêng lớn và độ nhớt cao, làm phức tạp cho việc
thực hiện phun nó có chất lƣợng cao, do đó việc đốt cháy có hiệu suất cao là khó.
Ngoài ra, hàm lƣợng lớn vanađi, natri, canxi, lƣu huỳnh trong mazut làm tích tụ tro
và gây ăn mòn trong các phần nó đi qua của tuabin và thiết bị hoàn nhiệt. Khi sử
dụng nhiên liệu nặng trong hệ thống nhiên liệu của thiết bị tuabin khí, ngƣời trang
bị thiết bị bổ sung để đảm bảo việc lọc sạch sơ bộ và sấy nóng nhiên liệu trƣớc khi
cấp nó vào buồng đốt.
(3)- Hệ thống làm mát
Hệ thống làm mát đƣợc dùng để làm mát các phần rôto và stato của tuabin khí.
Ngƣời ta dùng không khí và nƣớc làm môi chất làm mát. Việc làm mát bằng không
khí đƣợc áp dụng rộng rãi để làm mát các đĩa tuabin, còn nƣớc dùng để làm mát
phần không chuyển động của tuabin và vỏ. Chính vì vành đĩa có nhiệt độ cao hơn so
với phần tâm [độ chênh nhiệt độ có thể đạt đến (350÷450)
0
C] nên vật liệu của đĩa
phải chịu ứng suất nhiệt lớn. Nhằm làm đều nhiệt độ đĩa theo hƣớng kính từ hai
phía, ngƣời ta dùng không khí trích từ các cấp của máy nén hoặc từ bộ hoàn nhiệt để
làm mát đĩa tuabin.
(4)- Hệ thống điều khiển, điều chỉnh và bảo vệ
21

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 (tập

trung) hoặc từ đài chỉ huy, còn trong trƣờng hợp cần thiết thì có thể điều khiển thiết
bị bằng tay. Trong trƣờng hợp chung hệ thống này đảm bảo:
- Khởi động thiết bị từ trạng thái nguội và nóng với sự ngắt tải chuyển về chế độ
chạy không.
- Chuyển đổi từ chế độ này sang chế độ khác trong khoảng thời gian đã cho.
- Duy trì các thông số đã định của môi chất công tác đảm bảo phát ra công suất
yêu cầu (hoặc chi phí nhiên liệu) ở tất cả các mức tải tính toán.
- Bảo vệ thiết bị không bị sự cố, đảm bảo các thông số làm việc không vƣợt quá
giá trị cho phép [nhiệt độ khí vƣợt quá từ (20÷40)
o
C, tốc độ quay vƣợt quá giới hạn
(10÷12)%, …].
- Đảo chiều thiết bị tuabin khí chính.
I.3.4- THIẾT BỊ NĂNG LƢỢNG NGUYÊN TỬ
Thiết bị năng lƣợng nguyên tử đƣợc dùng trên các tàu nguyên tử: tàu ngầm
nguyên tử, tàu phá băng nguyên tử, tàu hàng nguyên tử.
Ở TBNL nguyên tử, nhiên liệu đƣợc sử dụng là Uranium U
235
, chính là đồng vị
của U
238
(trong Uranium tự nhiên U
238
thì hàm lƣợng đồng vị U
235
chiếm 0,712%).
Phản ứng phân rã hạt nhân (phân hạch) U
235
đƣợc điều khiển xảy ra trong lò phản
ứng nhờ sự bắn phá của các nơtron nhiệt và chất kìm hãm tốc độ phản ứng. Nhiệt

lƣợng do phản ứng phân hạch U
235
tỏa ra rất lớn, 1 kg U
235
khi bị phân hạch tỏa ra
một nhiệt lƣợng lớn hơn 1,5.10
6
lần khi đốt cháy 1 kg nhiên liệu hữu cơ. Do vậy, tàu
trang bị thiết bị năng lƣợng nguyên tử cần lƣợng dự trữ nhiên liệu ở mức thấp nhất,
đảm bảo khả năng hoạt động độc lập lớn và vùng hoạt động không hạn chế.
1- Nguyên lý của lò phản ứng hạt nhân
Lò phản ứng hạt nhân là thiết bị có thể điều khiển và kiểm soát phản ứng phân
hạch để thu đƣợc năng lƣợng nhiệt do phản ứng phân hạch tạo ra.
Cấu tạo của lò gồm các bộ phận chủ yếu sau:
1) Bộ phận cấp nhiên liệu hạt nhân để tạo ra sự phân hạch và sinh nhiệt.
2) Bộ phận cung cấp chất làm chậm với chức năng làm giảm tốc độ của các
nơtron sinh ra từ phản ứng phân hạch để tạo điều kiện cho phản ứng dây chuyền xảy
ra.
3) Bộ phận tải nhiệt với chức năng thu nhiệt sinh ra do phân hạch hạt nhân từ
tâm lò phản ứng để chuyển ra bộ phận ngoài.
4) Bộ phận điều khiển để điều chỉnh quá trình phân hạch của nhiên liệu hạt nhân.
Nguyên lý của lò phản ứng hạt nhân đƣợc thể hiện trên hình 1.14.

22

Hình 1.14- Nguyên lý
lò phản ứng hạt nhân

Để có phản ứng dây chuyền tự duy trì, ta phải làm thế nào để có ít nhất một
nơtron trong số gần 2,5 nơtron ( = 2,5) do một phân hạch cho trƣớc sinh ra có thể
tạo ra một phân hạch khác. Cho nên nguyên tắc thiết kế lò là phải làm giảm các quá
trình tiêu phí các nơtron không phân hạch sao cho điều kiện nêu trên có thể thỏa
mãn. Các quá trình tiêu phí nơtron một cách vô ích có 3 dạng nhƣ sau:
- Nhiên liệu bắt nơtron mà không phân hạch.
- Các vật liệu khác trong lò bắt nơtron.
- Các nơtron rò ra khỏi hệ thống lò, không gây đƣợc một hiệu ứng nào cả.
Ba quá trình này có ảnh hƣởng đến sự hoạt động của lò và có thể bị thay đổi
đáng kể do thiết kế. Có thể thay đổi sự bắt nơtron không phân hạch của nhiên liệu
bằng kích thƣớc và hình dáng của nhiên liệu, bằng năng lƣợng trung bình của
nơtron trong lò hoặc bằng độ làm giàu của nhiên liệu. Mức độ bắt nơtron trong các
vật liệu khác phụ thuộc vào số lƣợng và loại vật liệu đƣợc dùng để xây dựng lò. Có
thể giảm sự rò các nơtron ra khỏi lò bằng cách tăng kích thƣớc vỏ bọc lò, dùng chất
phản xạ làm nhiệm vụ phản xạ các nơtron buộc chúng trở lại lò. Lò thiết kế phải có
hệ thống lấy nhiệt trong lò đƣa ra ngoài sao cho kinh tế nhất và an toàn nhất. Nhƣ
vậy là ngƣời thiết kế phải lựa chọn các kích thƣớc, các tham số vật lý sao cho lò là
tối ƣu theo nghĩa tiết kiệm nhiên liệu nhất mà hiệu quả lại lớn nhất.
Để làm nhiên liệu có thể lấy urani thiên nhiên trong đó có chứa 0,712% U
235
,
urani làm giàu (có hàm lƣợng U
235
lớn hơn 0,73%), plutoni Pu

239
, thori Th
233
.
Chất làm chậm [trong các lò phản ứng chạy bằng nơtron chậm hay trung gian
(các nơtron đã đƣợc làm chậm một phần trƣớc khi bị hấp thụ để phân hạch tiếp)] có
thể là graphit, nƣớc nặng D
2
O, nƣớc thƣờng H
2
O, berili và berili oxit BeO, các hất
hữu cơ, kim loại lỏng, … Chất phản xạ là bất kỳ chất làm chậm nào nhƣ graphit,
berili, …
Ngoài ra còn phải chú ý đến một số yếu tố có tính chất kỹ thuật. Tất cả các lò
phản ứng hạt nhân hoạt động ở những mức công suất cao, ngoài nhiệt năng, trong lò
còn sản sinh ra một lƣợng lớn nơtron, các tia , tia . Ngay cả khi lò đã bị dập tắt,
cƣờng độ phóng xạ của các tia , tia  vẫn còn lớn do có một lƣợng lớn sản phẩm
phóng xạ trong quá trình phân hạch sinh ra gây ảnh hƣởng xấu đến hoạt động sống.
23

Cho nên phần lớn các lò phản ứng đều bọc kín nhiên liệu trong một “vỏ” vật liệu.
Vật liệu thƣờng dùng để làm vỏ là: nhôm, thép không gỉ, zicorini. Thứ nữa, để đảm
bảo an toàn cho những ngƣời làm việc quanh lò phản ứng, ta phải có thêm những
vật chắn để tránh các nơtron nhanh cũng nhƣ các tia  vì chúng là các bức xạ có khả
năng xuyên thấu mạnh, do đó có tác dụng phá hủy mô tế bào mạnh.
Nhƣ ta đã thấy ở trên, để làm chậm các nơtron nhanh để chúng dễ dàng bị U
235

bắt, ta phải dùng loại vật liệu có nguyên tử nhỏ, trong khi để chắn có hiệu quả nhất
đối với các tia  lại phải có vật liệu có số khối Z lớn. Do đó, ngƣời ta thƣờng dùng

một hợp chất gồm chất có Z nhỏ và chất có Z lớn làm vật chắn.
Trong một số trƣờng hợp, ngƣời ta dùng nhiều lớp chì (Pb) và polyetylen để làm
vật chắn, còn trong đa số trƣờng hợp ngƣời ta dùng bêtông cho tiết kiệm. Ngƣời ta
còn dùng loại bêtông đặc biệt là bêtông thông thƣờng có thêm cốt sắt hoặc pha thêm
quặng sắt để tăng tỷ trọng và hiệu quả trong việc chắn các tia  (với bề dày trên dƣới
1 m).
Vì Urani tự nhiên chỉ chứa 0,712% U
235
phân hạch nên chỉ sử dụng cho các lò
phản ứng hấp thụ nơtron và sử dụng chúng một cách hiệu quả nhƣ lò nƣớc nặng
hoặc lò phản ứng làm nguội bằng khí và dùng chất làm chậm là than chì. Nƣớc nhẹ
có thể dễ điều chế và rẻ tiền nhƣng khả năng bắt nơtron lớn nên không thể dùng
urani tự nhiên làm nhiên liệu cho lò phản ứng nƣớc nhẹ. Lò phản ứng nƣớc nhẹ
dùng nhiên liệu urani đƣợc làm giàu lên trên dƣới 4% ở dạng oxit urani. Còn Pu thì
thích hợp làm nhiên liệu cho lò phản ứng tái sinh nhanh.
Để dễ dàng tạo ra phản ứng phân hạch hạt nhân dây chuyền, cần phải hãm bớt
nơtron tốc độ cao thành nơtron nhiệt. Nhƣ vậy, vật liệu làm chậm nơtron đƣợc gọi là
chất làm chậm. Chất làm chậm có hai tính chất nhƣ sau:
+ Hấp thụ nơtron hiệu quả.
+ Giảm tốc độ của nơtron với hiệu suất cao.
Vì vậy, vật liệu thích hợp cho chất làm chậm thƣờng là những nguyên tố có số
nguyên tử nhỏ. Nƣớc nhẹ (nƣớc thông thƣờng) có hiệu suất làm chậm rất tốt, giá
thành rẻ nhƣng có nhƣợc điểm là hấp thụ nơtron một cách lãng phí. Nƣớc nặng cũng
có hiệu suất làm chậm tốt nhƣng không hấp thụ nơtron một cách lãng phí nên có thể
nói đây là chất giảm tốc lý tƣởng nhƣng giá thành cao và khó điều chế. Than chì tuy
hiệu suất làm chậm thấp nhƣng lại hấp thụ ít nơtron và giá thành tƣơng đối rẻ.
Chất thu nhiệt sinh ra trong lò phản ứng và chuyển ra bên ngoài đƣợc gọi là chất
tải nhiệt. Lò phản ứng nƣớc nhẹ dùng làm chất tải nhiệt là nƣớc nhẹ; lò phản ứng
nƣớc nặng dùng chất tải nhiệt là nƣớc nặng; còn lò khí thì sử dụng chất tải nhiệt là
khí CO

2
hoặc Heli và lò tái sinh nhanh thì dùng chất tải nhiệt là Natri.
Chất điều khiển của lò phản ứng có tác dụng điều chỉnh công suất của lò phản
ứng (tốc độ phản ứng phân hạch) và có khả năng hấp thụ nơtron. Chất điều khiển
đƣợc sử dụng phổ biến là boron hoặc cadimi.
Bình sinh hơi là thiết bị trao đổi nhiệt đƣợc sử dụng để chuyển đổi nƣớc thành
hơi nƣớc dƣới sức nóng đƣợc phát ra từ trung tâm lò phản ứng hạt nhân. Tùy thuộc
vào công suất lò phản ứng mà ngƣời ta có thể lắp đặt hai, ba hoặc bốn bình sinh hơi.
Và cùng với tâm lò phản ứng, bình sinh hơi đƣợc gắn kín trong khối lò phản ứng hạt
nhân với lớp bảo vệ hai tầng.

24

2- Sơ đồ nguyên lý và đặc điểm của TBNL hạt nhân
(1)- Sơ đồ nguyên lý của TBNL hạt nhân
TBNL nguyên tử có lò phản ứng hạt nhân là một thiết bị sinh nhiệt. Sơ đồ
nguyên lý TBNL nguyên tử đƣợc thể hiện trên hình 1.15.
Nhƣ đã đề cập, bản chất của phản ứng dây chuyền là hạt nhân U
235
khi đƣợc
phân rã tạo thành (23) nơtron nhanh thứ cấp mới, chúng có nội năng đến 2 MeV và
tốc độ trên
skm/000.20
. Trong các điều kiện xác định, các nơtron thứ cấp này tạo
nên phản ứng phân rã các hạt nhân U
235
khác.
Để nâng cao xác suất phân rã hạt nhân nguyên tử U
235
, ngƣời ta giảm năng

lƣợng các nơtron nhanh trong lò phản ứng đến mức nơtron nhiệt (0,025 MeV) bằng
cách làm chậm tốc độ của chúng nhờ chất hãm (chất làm chậm). Để đạt đƣợc điều
này, ngƣời ta tiến hành bao quanh chất đốt bằng chất hãm. Trong TBNL nguyên tử
tàu thủy, ngƣời ta sử dụng nƣớc nặng làm chất hãm. Cũng có thể dùng graphit và
các chất hữu cơ làm chất hãm.




Hình 1.15- Sơ đồ nguyên lý thiết bị năng lƣợng nguyên tử
1. Vỏ; 2. Thanh kìm hãm phản ứng; 3. Lò phản ứng; 4. Thiết bị trao đổi nhiệt (thiết bị sinh hơi);
5. Tuabin hơi; 6. Hộp số; 7. Chân vịt; 8. Bình ngưng; 9, 10. Bơm; 11. Buồng sinh học

Phần thể tích của lò phản ứng, trong đó chứa chất đốt cùng với chất hãm và
phản ứng phân rã hạt nhân xảy ra đƣợc gọi là vùng hoạt tính. Các lò phản ứng đƣợc
phân thành:
- Loại đồng nhất: chất đốt hạt nhân và chất hãm tạo thành hỗn hợp (dung dịch,
hợp kim, huyền phù) đồng nhất;
- Loại nhiều pha (dị thể): chất hãm bao quanh khối nhiên liệu hạt nhân.
Các lò phản ứng tàu thủy, sử dụng các nơtron nhiệt, có cấu trúc vùng hoạt tính
dị thể, có kính phản xạ bao quanh nhằm giảm sự tán xạ các nơtron khỏi vùng hoạt
tính. Ngƣời ta cũng sử dụng cả các chất vừa làm kính phản xạ, vừa làm chất hãm.
1
2
2
3
1
4
5
6

7
8
9
10
11