NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ PHỤC HỒI GỐI ĐỠ BA BÍT CỦA TUA BIN TRONG CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN 300MW

Vũ Trung Tuyến

Đề tài Khoa học, Công nghệ

BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI/DỰ ÁN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
CẤP BỘ NĂM 2011

Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ PHỤC HỒI GỐI ĐỠ BA BÍT CỦA
TUA BIN TRONG CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN
300MW
Ký hiệu: 166.11.RD/HĐ-KHCN

Cơ quan chủ quản:
Cơ quan chủ trì đề tài:
Chủ nhiệm đề tài:

BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ
TH.S. VŨ TRUNG TUYẾN

9098
Hà Nội – Năm 2011

Hà Nội, tháng 12/2011

1

Vũ Trung Tuyến

Đề tài Khoa học, Công nghệ

BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI/DỰ ÁN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
CẤP BỘ NĂM 2011

Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ PHỤC HỒI GỐI ĐỠ BA BÍT CỦA
TUA BIN TRONG CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN
300MW
Ký hiệu: 166.11.RD/HĐ-KHCN

VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ
(Ký tên, đóng dấu)

CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI

Th.S Vũ Trung Tuyến

Hà Nội – Năm 2011

Hà Nội, tháng 12/2011

2


Vũ Trung Tuyến

Đề tài Khoa học, Công nghệ

MỤC LỤC

1.1
1.1.1
1.1.2
1.1.3
1.1.4
1.1.5
1.1.6
1.2
1.2.1
1.2.2
1.3
1.3.1
1.3.2
1.3.3

2.1
2.2.1
2.1.2
2.1.3
2.1.4
2.2

2.2.1
2.2.2
2.2.3
2.2.4

3.1

Trang
5
LỜI NÓI ĐẦU
3
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TUABIN HƠI-KHÍ. TÌM
HIỂU CÁC LOẠI GỐI ĐỠ TUABIN CỦA CÁC TỔ
MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN ĐẾN 300MW
7
Tổng quan về tuabin hơi- khí
Lịch sử phát triển
7
Sơ lược về tuabin hơi nước
8
Tuabin khí
16
Phân loại
18
Một số loại động cơ tuabin khác
20
Động cơ cố định
22
22
Tìm hiểu các loại gối đỡ tua bin của các tổ máy nhiệt

điện đốt than đến 300MW
Khái quát
22
Các loại gối đỡ
23
34
Vị trí lắp đặt các gối đỡ tua bin của tổ máy nhiệt điện đốt
than 300MW và sự bôi trơn các gối.
Vị trí lắp đặt các gối đỡ tua bin K300-170-1P
34
Sự bôi trơn các gối đỡ.
36
Hệ thống dầu nâng thuỷ lực rô to Tua bin – Máy phát.
37
42
Kết luận Chương 1
39
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT BÔI TRƠN THỦY
ĐỘNG. ĐẶC ĐIỂM, ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC VÀ CÁC
YÊU CẦU KỸ THUẬT GỐI ĐỠ BA BÍT CỦA TUABIN
43
Cơ sở lý thuyết bôi trơn thủy động
Quá trình phát triển ma sát học và công nghệ bôi trơn trước thế
43
kỷ 20.
Các dạng bôi trơn
44
Bôi trơn, tính toán ổ đỡ thuỷ động
45
Các ổ đỡ thuỷ động.

47
51
Đặc điểm, điều kiện làm việc và các yêu cầu kỹ thuật gối
đỡ ba bít của tua bin, Nhà máy nhiệt điện đốt than
300MW
Đặc điểm, điều kiện làm việc của gối đỡ Tua bin
51
Các yêu cầu kỹ thuật
52
Yêu cầu về vật liệu lót trong gối đỡ trục
57
Tính ổ trượt
62
66
Kết luận Chương 2
67
Chương 3. LẬP BẢN VẼ THIẾT KẾ HỒI PHỤC GỐI
ĐỠ BA BÍT CỦA TUA BIN
67
Khái niệm
Hà Nội, tháng 12/2011

3


Vũ Trung Tuyến

3.2
3.3
3.4

3.5

4.1
4.2
4.3

Đề tài Khoa học, Công nghệ

Mòn cặp ma sát
Phân loại các dạng mòn của cặp ma sát
Một số hình ảnh về các dạng hư hỏng các loại gối đỡ
được phục hồi thành công tại Viện Nghiên cứu Cơ khí
Lập bản vẽ thiết kế hồi phục gối đỡ ba bít của Tua bin
(Phụ lục 1)
Kết luận Chương 3
Chương 4. LƯU TRÌNH CÔNG NGHỆ PHỤC HỒI
GỐI ĐỠ BA BÍT CỦA TUA BIN CHO NHÀ MÁY
NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN ĐẾN 300MW
Lưu trình Công nghệ Tổng quan phục hồi gối đỡ ba bít
của tuabin.
Lưu trình Công nghệ gia công gối đỡ ba bít của tuabin
cho Nhà máy Nhiệt điện đốt than 300MW
Một số hình ảnh quá trình gia công, phục hồi Gối đỡ Ba
bít của Tuabin
Kết luận Chương 4
Kết luận chung
Lời cảm ơn
Tài liệu tham khảo
Báo cáo tổng kết đề tài

Hà Nội, tháng 12/2011

68
68
69
73
74
71
75
81
86
90
91
92
93
94

4


Vũ Trung Tuyến

Đề tài Khoa học, Công nghệ

LỜI NÓI ĐẦU
Nghành Công nghiệp sản xuất năng lượng (điện năng) đang ngày càng
phát triển mạnh mẽ nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng điện năng đang ngày một
tăng cao, việc phát triển hệ thống các nhà máy nhiệt điện là một thực tế cấp
thiết. Trong những năm qua các nhà máy nhiệt điện ở nước ta đã và đang
được phát triển một cách nhanh chóng.

Trong hai năm 2001-2002 ngành điện lực Việt Nam đã đưa vào vận hành
thêm các dự án nhà máy điện làm tăng thêm 3084MW cho hệ thống điện
Quốc gia, các dự án là: Nhiệt điện Phú Mỹ I, Phú Mỹ II, Nhiệt điện Phả Lại
II, Nhiệt điện Bà Rịa đuôi hơi 306-2. Nhà máy Nhiệt điện Uông Bí Mở rộng I
có công suất 300MW là một trong những dự án được xây dựng trong giai
đoạn 2002-2005, sau khi hoàn thành, hàng năm Nhà máy Nhiệt điện Uông Bí
Mở rộng I sẽ cung cấp khoảng 1,8 tỷ KWh điện, tiêu thụ 876.000 tấn than,
góp phần vào mục tiêu đến năm 2020 khi nước ta cơ bản trở thành nước công
nghiệp thì phải cần đến 250 tỷ kWh điện.
Song song với sự phát triển mạnh mẽ đó, đòi hỏi nghành cơ khí chế tạo
phải hội nhập kịp thời để đáp ứng các nhu cầu cung cấp chi tiết, thiết bị phục
vụ ngành sản xuất điện năng. Cứ sau các chu kỳ làm việc, hệ thống các nhà
máy điện phải tiến hành đại tu, sửa chữa (định kỳ) để đảm bảo tuổi thọ và độ
bền tin cậy khi làm việc, đây là một khối lượng công việc không nhỏ nhưng
đòi hỏi phải có ngành Công nghệ phụ trợ phát triển để cung cấp các sản phẩm
và dịch vụ thay thế từ đơn giản đến phức tạp trong các nhà máy điện.
Hệ thống Tua bin- Máy phát là hệ thống thiết bị chính trong dây truyền sản
xuất điện năng của một tổ hợp Nhà máy điện. Thiết bị các gối đỡ, đỡ- chặn là
một trong những thiết bị quan trọng trong hệ thống Tua bin- máy phát. Các
thiết bị này luôn phải làm việc trong điều kiện khắc nghiệt: Vận tốc lớn, áp
lực cao, trong những trường hợp bị quá tải…, hơn nữa các thiết bị này rất

Hà Nội, tháng 12/2011

5


Vũ Trung Tuyến

Đề tài Khoa học, Công nghệ

nhạy cảm với các thay đổi từ tải trọng tác động đến khả năng và tính chất bôi
của hệ thống bôi trơn, làm mát…, nên đòi hỏi phải được chăm sóc đặc biệt.
Các thông số làm việc ổn định của cụm các thiết bị Paliê- Gối đỡ cùng với
các thông số hệ thống khác sẽ quyết định hiệu suất làm việc của Tua bin- Máy
phát, cũng như đảm bảo chế độ làm việc an toàn. Từ đó việc bảo dưỡng, sửa
chữa định kỳ cũng như việc khắc phục các sự cố tức thời các thiết bị trên là
rất quan trọng và luôn phải tuân theo quy trình nghiêm ngặt.
Để đáp ứng kịp thời, chủ động trong sản xuất và cũng là để thực hiện chủ
trương đúng đắn là nâng cao tỷ trọng sản phẩm cơ khí trong nước, phục vụ
chương trình nội địa hoá, dần thay thế giá trị kinh tế nhập ngoại rất cao, được
sự nhất trí, tạo điều kiện giúp đỡ của Chủ đầu tư Công ty Nhiệt điện Uông Bí,
Ban quản lý Dự án Uông Bí Mở rộng I, 300MW (LILAMA), Nhà cung cấp
Thiết bị Tua bin- Máy phát POWER MACHINES, Viện Nghiên cứu Cơ khí
đã tiến hành khảo sát toàn bộ Hệ thống Tua bin- Máy phát và đặc biệt là các
thiết bị Gối đỡ, thu thập dữ liệu, xử lý dữ liệu thống kê và đã có giải pháp
Công nghệ phù hợp (trong điều kiện cơ khí trong nước) để kịp thời khắc phục
sửa chữa các thiết bị Gối đỡ nói trên. Giải pháp Công nghệ đã được nhà cung
cấp POWER MACHINES đánh giá cao về tính khả thi và đã nhất trí cho
nhóm tác giả triển khai dự án “Phục hồi gối đỡ ba bít của Tua bin”.
Tác giả

Hà Nội, tháng 12/2011

6


Vũ Trung Tuyến

Đề tài Khoa học, Công nghệ

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TUABIN HƠI-KHÍ. TÌM HIỂU CÁC
LOẠI GỐI ĐỠ TUABIN CỦA CÁC TỔ MÁY NHIỆT ĐIỆN
ĐỐT THAN ĐẾN 300MW
1.1.

Tổng quan về tuabin hơi- khí

Hình 1.1. Tuabin khí loại 25MW
1.1.1. Lịch sử phát triển
Tuabin hơi nước đầu tiên xuất hiện đầu thế kỉ XIX. Những người đầu tiên
chế tạo ra tuabin hơi nước là Gútav Laval (người Thuỵ Sỹ), Charles Parsons
(Anh). Năm 1883 Laval đã chế tạo ra tuabin hơi nước một tầng, năm 1884 kỹ
sư người Anh Charles Parsons đã chể tạo ra tuabin nhiều tầng, mỗi tầng gồm
một dãy ống phun và một dãy cánh động. Năm 1912 tuabin hướng trục đầu
tiên do hai anh em người Thụy Điển Iustre chế tạo. Vào thế kỷ XIX nghành
chế tạo tuabin trên thế giới phát triển mạnh: Những năm 1924 đến 1928 người
ta chế tạo ra những tuabin ngưng hơi với công suất 200MW. Vào thập niên
70-80 cho ra đời loại tuabin sử dụng trong nhà máy điện nguyên tử với công
suất 70MW, 225MW, 500MW, 1030 MW. Hiện nay nhu cầu năng lượng
trong sản xuất cũng như trong sinh hoạt đang ngày càng thiếu hụt trầm trọng,

Hà Nội, tháng 12/2011

7


Vũ Trung Tuyến

Đề tài Khoa học, Công nghệ

vì vậy việc phát triển các hệ thống tuabin cũng như hệ thống các nhà máy
nhiệt điện là việc làm cấp bách qua đó đảm bảo chiến lược an ninh năng
lượng của mỗi quốc gia. Ở nước ta bên cạnh các nhà máy nhiệt điện cỡ vừa và
nhỏ đã được xây dựng, trong những năm gần đây các nhà máy nhiệt điện có
công suất lớn với công nghệ tiên tiến đã và đang được xây dựng như: Nhiệt điện
Phả Lại, Nhiệt điện Uông Bí, Phú Mỹ….
1.1.2. Sơ lược về tuabin hơi nước
Khái niệm:
Tuabin hơi nước hay còn gọi là động cơ hơi nước, trong đó thế năng của
hơi ban đầu sẽ chuyển hóa thành động năng, sau đó chuyển thành cơ năng làm
quay bánh công tác.
Cấu tạo:

Hình 1.2. Sơ đồ cấu tạo một tua bin hơi nước
Đây là một mô hình tuabin trục ngang, lắp cố định. Có thân cao áp, trung
áp, hạ áp riêng lẻ tương ứng với roto cao áp, trung áp và hạ áp.
a) Giới thiệu một số chủng loại Tuabin- Máy phát
Hình 1.2. là một tua bin điển hình- Tuabin ngưng hơi một thân có công
suất 50MW với các thông số hơi ban đầu: Áp suất hơi mới đi vào tuabin cao
áp 88 kG/cm2, nhiệt độ hơi mới trước tua bin cao áp 535oC.
Hơi theo dãy ống phun bất động lắp trong hộp ống phun hay là bánh tĩnh
đi vào tuabin. Ở mỗi dãy ống phun dòng hơi được gia tốc trong các rãnh ống
Hà Nội, tháng 12/2011

8


Vũ Trung Tuyến

Đề tài Khoa học, Công nghệ

phun định hình. Dòng hơi hướng vào các rãnh nằm giữa các cánh động, lực
do dòng hơi tác dụng lên cánh động (gắn trên các đĩa) làm quay các đĩa và
mang trục tuabin quay theo.
Một bộ phận quan trọng là hệ thống van stop và van điều chỉnh nhằm cắt
giảm lưu lượng hơi đi vào tuabin khi tần số quay vượt quá tần số quay cho
phép từ 10-12%.
Cụm Roto được đặt trên hệ thống các gối đỡ trục gồm:
Gối đỡ: Có nhiệm vụ đỡ trục roto, ở vị trí phía sau,
Gối đỡ- chặn: Có nhiệm vụ vừa đỡ trục roto vừa chặn chuyển động dọc
trục do tác dụng của dòng hơi, ở vị trí phía trước.
Hệ thống bơm dầu chính: Để cung cấp dầu vào hệ thống bôi trơn các Gối
đỡ và vào hệ thống điều chỉnh để tự động duy trì tần số quay đã cho của roto
tuabin.
Gới thiệu Tuabin hơi K-300-170-1P (Nhiệt điện Uông Bí)
Tua bin K300-170-1P (do Liên bang Nga chế tạo) là tua bin ngưng hơi,
loại lắp cố định có công suất 300MW, áp suất hơi ban đầu p0= 171kG/cm2,
nhiệt độ ban đầu t0= 5380C, có một bình ngưng hơi và một bộ quá nhiệt trung
gian. Tua bin có sáu cửa trích hơi không điều chỉnh. Tua bin có cấu tạo gồm
ba xi lanh (cao áp, trung áp và hạ áp).
Hơi mới được đưa tới tua bin thông qua hệ thống hai đường ống, trên mỗi
đường ống có lắp đặt các van chặn hơi chính, trước và sau các van là các
đường ống liên thông nhằm cân bằng áp suất hơi.
Xi lanh cao áp có bố trí hơi kiểu vòi phun. Xi lanh cao áp có cấu tạo hai vỏ:
vỏ trong và vỏ ngoài và có 1 tầng điều chỉnh kiểu xung lực và 17 tầng tua bin
phản lực.
Dòng hơi vào xi lanh cao áp qua tầng điều chỉnh và 9 tầng phản lực bên
trái (theo hướng về phía bệ đỡ số 1), rồi thay đổi 1800 đi vào khoang giữa vỏ
trong và vỏ ngoài và tiếp tục qua 8 tầng phản lực bên phải (theo hướng về

phía máy phát).
Hà Nội, tháng 12/2011

9


Vũ Trung Tuyến

Đề tài Khoa học, Công nghệ

Hơi sau khi giãn nở sinh công trong xi lanh cao áp, theo các đường ống tái
nhiệt lạnh tới bộ quá nhiệt trung gian của lò hơi.
Sau bộ quá nhiệt trung gian, hơi theo các đường hơi tái nhiệt nóng đi vào
xi lanh trung áp.
Xi lanh trung áp là loại có cấu tạo một dòng, nó gồm 15 tầng tua bin xung
lực. Hơi sau khi giãn nở sinh công trong xi lanh trung áp đi tới giữa thân của
xi lanh hạ áp.
Xi lanh hạ áp có cấu tạo hai khoang (cấu tạo kiểu dòng kép đối xứng), mỗi
khoang có cấu tạo 4 tầng tua bin xung lực. Hơi sau khi giãn nở sinh công
trong xi lanh hạ áp theo ống thoát tới bình ngưng của tua bin.

Hà Nội, tháng 12/2011

10


Đề tài Khoa học, Công nghệ

Hình 1.3. Mặt cắt dọc của tua bin K300-170-1P

Vũ Trung Tuyến

Hà Nội, tháng 12/2011

11


Đề tài Khoa học, Công nghệ

Hình 1.3. (tiếp). Mặt cắt dọc của tua bin K300-170-1P

Vũ Trung Tuyến

Hà Nội, tháng 12/2011

12


Vũ Trung Tuyến

Đề tài Khoa học, Công nghệ

b) Sơ đồ nguyên lý hoạt động

Hình 1.9. Sơ đồ nguyên lý đơn giản của thiết bị tuabin hơi
1- Lò hơi,

2- Bộ quá nhiệt,

3- Tuabin hơi,

4- Bình ngưng,

5- Bơm nước ngưng,

6- Máy phát,

7- Bình gia nhiệt hạ áp,

8- Bình khử khí,

9- Bơm nước cấp,

10- Bình gia nhiệt

cao áp.
Thiết bị tuabin hơi gồm có:
1.

Lò hơi 1: Trong đó nước cấp dưới áp suất tương ứng sẽ chuyển
hóa thành hơi bão hòa.

2.

Bộ quá nhiệt 2: Ở đây sẽ làm tăng nhiệt độ hơi tới giá trị đã cho.

3.

Tuabin 3: Trong đó thế năng của hơi nước chuyển hóa thành

động năng, còn động năng chuyển hóa thành cơ năng trên trục.
4.

Bình ngưng 4: Dùng để làm ngưng tụ hơi thoát khỏi tuabin.

5.

Bơm nước ngưng 5: Để bơm nước ngưng vào hệ thống gia nhiệt
hồi nhiệt (7&10).

6.

Bình khử khí 8: Chủ yếu để khử khí oxi trong nước cấp.

7.

Bơm nước cấp 9: Để bơm nước cấp vào lò hơi.

8.

Máy phát điện 6: Để phát điện.

Hà Nội, tháng 12/2011

13


Vũ Trung Tuyến

Đề tài Khoa học, Công nghệ

Quá trình ngưng hơi đẳng áp thực hiện trong bình ngưng 4, hơi sau khi
thoát khỏi đuôi tuabin là hơi bão hoà ẩm, nó được đẩy vào bình ngưng để
nhận nhiệt hoá hơi và chuyển thành nước.
c) Phân loại
Tuỳ thuộc vào tính chất của quá trình nhiệt có thể phân biệt các loại tuabin
hơi nước chủ yếu như sau:
* Theo tầng số công tác
1) Tuabin một tầng: Công suất đạt nhỏ, thường dùng cho máy nén ly tâm,
bơm, quạt….
2) Tuabin nhiều tầng: Có nhiều tầng công tác nối tiếp nhau, công suất lớn.
* Theo hướng chuyển động của dòng hơi
1) Tuabin dọc trục: Dòng hơi chuyển gần như song song với trục.
2) Tuabin hướng kính: Dòng có hướng vuông góc với trục, có thể là ly tâm
hay hướng tâm.
* Theo nguyên lý tác dụng của dòng hơi
1) Tuabin xung lực: Hơi nước chỉ giãn nở để tăng tốc trong ống phun hay
trong rãnh cánh tĩnh, nhiệt năng của hơi chuyển thành động năng của dòng
hơi. Trong dãy cánh tĩnh chỉ xảy ra sự biến đổi động năng thành cơ năng.
Ngày nay người ta chế tạo tầng xinh lực có độ phản lực nhất định để tăng hiệu
suất của nó.
2)Tuabin phản lực: Sự giãn nở của hơi nước xảy ra trong rảnh cánh tĩnh và
rãnh cánh động với mức gần như nhau.
* Theo đặc điểm của quá trình nhiệt
1) Tuabin ngưng hơi:
Trong đó toàn bộ lưu lượng hơi mới, lưu lượng hơi trích gia nhiệt, đều đi
qua phần chuyền hơi, bành trướng đến áp suất bé hơn áp suất khí quyển, rồi
vào bình ngưng, trong đó nhiệt của hơi thoát truyền cho nước làm mát và mất
đi một cách vô ích.
Dùng để kéo máy phát điện và sản xuất điện năng.

Hiệu suất nhiệt tương đối thấp.
2) Tuabin đối áp:
Hà Nội, tháng 12/2011

14


Vũ Trung Tuyến

Đề tài Khoa học, Công nghệ

Trong loại tuabin này hơi bành trướng tới áp suất dưới áp suất khí quyển,
còn nhiệt của nước làm mát bình ngưng thì được dùng cho các nhu cầu sinh
hoạt, cho ngành nông nghiệp,…
Trong loại tuabin này, áp suất hơi sau tấng cuối cũng thường lớn hơn áp
suất khí quyển.
3) Tuabin ngưng hơi có trích hơi điều chỉnh:
Loại tuabin này ngoài việc trích hơi gia nhiệt hồi nhiệt (không điều chỉnh)
còn bố trí một hoặc hai cửa trích hơi có điều chỉnh áp suất theo nhu cầu để
dùng cho mục đích công nghệ và sưởi ấm.
Hơi trích được điều chỉnh có lưu lượng lớn hơn so với loại chỉ có trích hơi
gia nhiệt và không phụ thuộc vào phụ tải của tuabin, còn áp suất trong cửa
trích hơi thì giữ không đổi. Lưu lượng hơi còn lại sẽ đi vào phần hạ áp rồi
thoát về bình ngưng hơi. Hiệu suất tại gian máy có thể đạt tới 42 – 45 %.
Tuabin hơi có trích hơi điều chỉnh rất phù hợp với việc phối hợp sản suất điện
năng và nhiệt năng.
4) Tuabin ngưng hơi có cửa trích điều chỉnh trung gian:
Trong tuabin này hơi trích từ tầng trung gian được dẫn về hộp tiêu thụ
nhiệt, lượng hơi còn lại tiếp tục làm việc trong các tầng khác và đi vào bình
ngưng. Áp suất hơi trích được tự động duy trí ở mức không đổi.

5) Tuabin có cửa trích hơi điều chỉnh và đối áp:
Để phục vụ các hộ tiêu thụ nhiệt có nhu cầu với áp suất khác nhau, có thể
dùng tuabin có cửa trích hơi điều chỉnh và đối áp, trong đó một phần hơi với
áp suất không đổi được trích từ tầng trung gian. Phần hơi còn lại, sau khi đi
qua các tầng tiếp theo sẽ dẫn về hộ tiêu thụ nhiệt với áp suất thấp hơn.
Tuỳ thuộc vào áp suất của hơi dẫn vào tua bin mà chia ra:
• Tuabin thấp áp, với áp suất hơi mới từ 1,2 đến 2 bar.
• Tuabin trung áp, với áp suất hơi mới không quá 40 bar.
• Tuabin cao áp với áp suất hơi mới từ 60 đến 140 bar.
• Tuabin trên cao áp, với áp suất trên 140 bar.

Hà Nội, tháng 12/2011

15


Vũ Trung Tuyến

Đề tài Khoa học, Công nghệ

1.1.3. Tuabin khí
Khái niệm
Là loại động cơ nhiệt, dạng rotor trong đó chất giãn nở sinh công là không
khí. Động cơ gồm ba bộ phận chính là khối máy nén khí dạng rotor (chuyển
động quay); buồng đốt đẳng áp loại hở; và khối tuốc bin khí rotor. Khối máy
nén và khối tuốc bin có trục được nối với nhau để tuốc bin làm quay máy nén.

Hình 1.10. Tuabin khí
Khí nén đưa vào buồng đốt, trộn với khí nhiên liệu và đốt, không khí nén
nhận được nhiệt từ khí đốt và giãn nở, không khí giãn nở sẽ làm quay trục

tuabin.
Máy phát điện tuabin khí có thể có công suất tới 480 MW.
Nguyên lý hoạt động

Hình 1.11. Sơ đồ nguyên lý hoạt động một Tua bin khí
Hà Nội, tháng 12/2011

16


Vũ Trung Tuyến

Đề tài Khoa học, Công nghệ

Máy nén khí quay làm không khí từ cửa hút của máy nén được nén lại để
tăng áp suất, trong quá trình đó không chỉ áp suất tăng mà nhiệt độ cũng tăng.
Đây là quá trình tăng nội năng không khí trong máy nén. Sau đó không khí
chảy qua buồng đốt tại đây nhiên liệu (dầu) được đưa vào để trộn và đốt một
phần không khí, quá trình cháy là quá trình gia nhiệt đẳng áp trong đó không
khí bị gia nhiệt tăng nhiệt độ và thể tích mà không tăng áp suất. Thể tích
không khí được tăng lên rất nhiều và có nhiệt độ cao được thổi về phía tuốc
bin với vận tốc rất cao. Tuốc bin là khối sinh công tại đây không khí tiến hành
giãn nở sinh công: Nội năng biến thành cơ năng, áp suất, nhiệt độ và vận tốc
không khí giảm xuống biến thành năng lượng cơ học dưới dạng mô men tạo
chuyển động quay cho trục tuabin. Tuabin quay sẽ truyền mô men quay máy
nén cho động cơ tiếp tục làm việc. Phần năng lượng còn lại của dòng khí
nóng chuyển động với vận tốc cao tiếp tục sinh công có ích tuỳ thuộc theo
thiết kế của từng dạng động cơ: phụt thẳng ra tạo phản lực nếu là động cơ
phản lực của máy bay; hoặc quay tuốc bin tự do (không nối với máy nén khí)
để sinh công năng hữu dụng đối với các loại động cơ tuốc bin khí khác.

Các đặc điểm của động cơ tuabin khí:
- Động cơ rotor: Trong động cơ này các khối công năng chính là máy nén
và tuabin chỉ có chuyển động quay một chiều, khác với động cơ piston có
khối công năng chính là piston của xi lanh chuyển động tịnh tiến.
- Động cơ loại hở (tuyến khí hở): Không khí từ lối vào của máy nén qua
buồng đốt và ra khỏi tuabin đều chảy qua khoảng không gian hở không có
vùng không gian bị đóng kín (ví dụ như ở động cơ piston: không khí sinh công
trong xi lanh là vùng không gian kín ngăn cách với bên ngoài bằng các van xu
páp). Vì tính chất hở như vậy đảm bảo cho quá trình cháy trong buồng đốt là
quá trình cháy đẳng áp (áp suất giữ nguyên) nếu cháy trong không gian kín quá
trình cháy sẽ làm tăng áp suất không khí làm áp suất trong buồng đốt cao hơn
áp suất tại máy nén, không khí bị gia nhiệt có thể thổi ngược lại máy nén.
- Động cơ quá trình liên tục: Chu trình nhiệt động lực học của động cơ tuabin
khí là chu trình Brayton. Về cơ bản, nó giống với chu trình của động cơ piston
Hà Nội, tháng 12/2011

17


Vũ Trung Tuyến

Đề tài Khoa học, Công nghệ

cũng có các chu trình hút – nén – gia nhiệt (đốt) – giãn nở. Nhưng ở động cơ
piston tất cả các giai đoạn đó diễn ra tại cùng một bộ phận (tại xi lanh động
cơ) nhưng ở các thời điểm khác nhau, luân phiên theo quá trình hút, nén, nổ,
xả, quá trình như vậy là quá trình gián đoạn. Còn tại động cơ tuốc bin khí các
quá trình này diễn ra liên tục nhưng tại các bộ phận khác nhau: Tại máy nén
quá trình nén liên tục, tại buồng đốt liên tục quá trình gia nhiệt, và tại tuabin
liên tục quá trình giãn nở sinh công, chính yếu tố này quyết định tính công

suất cao của loại động cơ này.
1.1.4. Phân loại
Động cơ tuabin khí là động cơ có số lượng lớn và là động cơ chính của
ngành hàng không cho máy bay, ngoài ra nó còn được nghiên cứu, phát triển
để phục vụ sản xuất của con người như hệ thống tuabin máy phát điện trong
các nhà máy điện khí, hoặc cho tàu biển cao tốc, tàu hoả, thậm chí một số loại
xe tăng.
a) Động cơ hàng không.
Động cơ tuốc bin khí cho ngành hàng không vì tính năng khối lượng –
kích thước có tầm quan trọng rất lớn nên đa số là loại động cơ có máy nén
dọc trục và có hai khối cao áp, thấp áp. Đối với động cơ phản lực thì động cơ
có thêm các bộ phận cực kỳ quan trọng là phễu phụt và buồng đốt tăng lực.
b) Động cơ tuabin cánh quạt.

Hình 1.12. Sơ đồ động cơ tuốc bin cánh quạt.
1- Cánh quạt đẩy chính.

2- Hộp số giảm tốc .

3- động cơ tuốc bin

khí.
Hà Nội, tháng 12/2011

18


Vũ Trung Tuyến

Đề tài Khoa học, Công nghệ

Đây là loại động cơ tuabin khí để lai cánh quạt tạo lực đẩy cho máy bay.
Động cơ loại này có hiệu suất cao nhất nên tính kinh tế cao nhất trong các loại
động cơ tuốc bin của hàng không, nhưng vì đặc điểm lực đẩy cánh quạt nên
loại động cơ này cho vận tốc thấp nhất do đó loại này chuyên để lắp cho các
máy bay vận tải khỏe, cần tính kinh tế cao nhưng không cần vận tốc lớn, điển
hình như loại máy bay vận tải Lockheed C-130 Hercules của Mỹ. Cánh quạt
được nối vào trục máy nén khí áp thấp qua hộp số giảm tốc. Đặc điểm của
loại động cơ này là tuabin của động cơ vừa lai máy nén vừa lai tải chính là
cánh quạt nên phải thiết kế tuabin sao cho sử dụng được hết năng lượng của
dòng khí nóng sau buồng đốt. Với loại động cơ này, dòng khí sau khi ra khỏi
tuốc bin có vận tốc còn rất thấp, nhiệt độ, áp suất gần cân bằng với môi
trường. Vì cánh quạt nối thẳng với máy nén khí nên khi thay đổi tốc độ sẽ ảnh
hưởng nhiều đến chế độ làm việc của máy nén và toàn bộ động cơ nên tính
linh hoạt của loại động cơ này không tốt (hiệu suất giảm khi giảm công suất,
tốc độ). Loại này cũng để trang bị cho trực thăng mô men quay được truyền
qua hộp số và chuyển hướng để quay cánh quạt nâng nằm ngang.
c) Động cơ tuabin phản lực.

Hình 1.13. Sơ đồ động cơ tuốc bin phản lực
1- Cửa thu khí. 2- Máy nén.
3- Buồng đốt.
4- Tuốc bin.
5- Phễu phụt
Động cơ tuabin phản lực là động cơ tuabin khí dùng động năng của dòng
khí nóng phụt thẳng về phía sau tạo phản lực đẩy máy bay về phía trước. Đây
là loại động cơ để trang bị cho máy bay phản lực nhất là các máy bay chiến
đấu siêu âm. Loại động cơ này cho vận tốc cao nhất trong các loại động cơ
tuabin của hàng không nhưng tính kinh tế thấp nhất.
Hà Nội, tháng 12/2011

19


Vũ Trung Tuyến

Đề tài Khoa học, Công nghệ

Tuabin của loại động cơ này chỉ khai thác một phần năng lượng dòng khí
nóng sau buồng đốt chỉ đủ để lai máy nén khí, còn phần năng lượng còn lại
dùng để phụt thẳng vào môi trường tạo phản lực (chính vì vậy hiệu suất của
loại động cơ này thấp)
Các loại động cơ phản lực phải có thêm một thiết bị là phễu phụt lắp phía
sau tuabin để tăng tốc độ dòng khí. Nếu là động cơ cho máy bay dưới tốc độ
âm thanh thì phễu phụt có hình hội tụ còn đối với máy bay siêu âm thì áp
dụng phễu phụt siêu âm (hội tụ – nở rộng hay còn gọi là phễu phụt De Laval
theo tên nhà kỹ thuật người Hà Lan)
Động cơ tuabin phản lực có buồng đốt tăng lực là một loại của động cơ
tuabin phản lực dùng cho các máy bay chiến đấu cao tốc nhất, là các máy bay
tiêm kích cần phát triển tốc độ chiến đấu nhất thời thật cao. Về cấu tạo động
cơ này rất giống các động cơ tuốc bin phản lực thông thường nhưng có thêm
buồng đốt thứ cấp phía sau tuabin và phía trước phễu phụt, buồng đốt này còn
gọi là buồng đốt tăng lực, tại buồng đốt này có các vòi phun nhiên liệu khi
cần tăng tốc phun thêm nhiên liệu vào buồng tăng lực để đốt thêm tạo thêm
lực đẩy phản lực. Khi tăng lực hiệu suất rất thấp và tốn rất nhiều nhiên liệu
nên máy bay chỉ tăng lực trong thời gian ngắn như khi công kích, bỏ chạy
hoặc cơ động tránh tên lửa.
1.1.5. Một số loại động cơ tuabin khác
- Động cơ tuabin hai viền khí: Đây là loại động cơ mà các cánh quạt tầng
ngoài cùng của máy nén áp thấp có cấu tạo và kích thước đặc biệt lùa không

khí làm hai dòng: Một dòng đi qua động cơ dòng số 1 và một dòng đi vòng
qua động cơ tạo lực đẩy trực tiếp dòng số 2 và hai dòng này hòa vào nhau tại
phễu phụt vì vậy động cơ được gọi là động cơ hai viền khí. Đối với loại động
cơ này có một chỉ số rất quan trọng đó là hệ số hai viền khí m là tỷ lệ thể tích
của khối khí chạy bên ngoài so với khối khí chạy bên trong động cơ, (đối với
động tuốc bin phản lực thuần túy m = 0) chỉ số càng lớn thì động cơ có hiệu
suất càng tốt và càng giống động cơ tuốc bin cánh quạt và vận tốc càng thấp,
Hà Nội, tháng 12/2011

20


Vũ Trung Tuyến

Đề tài Khoa học, Công nghệ

hệ số này lớn hơn 2 thì không thể phát triển được vận tốc siêu âm. Còn các
động cơ siêu âm có hệ số m thấp hơn hoặc bằng 2.

Hình 1.14. Sơ đồ động cơ tuốc bin hai viền
- Động cơ tuabin phản lực cánh quạt:

Hình 1.15. Sơ đồ động cơ tuốc bin phản lực cánh quạt
1- Cánh quạt.

2- Vỏ ngoài. 3- Động cơ tuốc bin khí

4- Luồng khí phản lực qua bên trong động cơ.
5- Luồng khí tạo lực đẩy từ cánh quạt không qua lõi động cơ.
Động cơ tuabin phản lực cánh quạt là một phiên bản nhánh của động cơ

hai viền khí trong đó cánh quạt ngoài nằm hẳn ra ngoài được bao bằng vỏ
ngoài, vỏ này ngăn hai dòng khí bên ngoài và bên trong động cơ không hòa
vào nhau. Đây là động cơ có hệ số m cao thường từ 6-10 và nghiêng về tính
chất động cơ cánh quạt. Loại động cơ này thường ở các máy bay hành khách
và vận tải dân dụng cần tốc độ và tính kinh tế hợp lý. Các máy bay hành
khách dân dụng nổi tiếng Boeing và Airbus trang bị các động cơ này.

Hà Nội, tháng 12/2011

21


Vũ Trung Tuyến

Đề tài Khoa học, Công nghệ

1.1.6. Động cơ cố định
Ngoài ngành Hàng không động cơ tuốc bin khí còn được trang bị cho một
số loại mục tiêu khác ví dụ cho hệ động lực của tàu biển cao tốc, ngoài ra nó
còn được nghiên cứu, phát triển để phục vụ sản xuất của con người như hệ
thống tua bin máy phát điện trong các nhà máy điện khí.
Hiện nay để nâng cao hiệu suất người ta thường sử dụng kết hợp tuabin khí
và hơi (chu trình hỗn hợp). Nhiệt lượng thoát ra từ tuabin khí được đưa đến lò
thu nhiệt để sản xuất hơi nước chạy tuabin hơi nước . Hiệu suất của chu trình
hỗn hợp đạt 60% cao hơn hiệu suất của tuabin hơi nước chỉ khoảng 36%.

Hình 1.16. Sơ đồ kết hợp tuabin hơi- khí
1.2. Tìm hiểu các loại gối đỡ tua bin của các tổ máy nhiệt điện đốt than
đến 300MW
1.2.1. Khái quát

Mọi tua bin đều có phần động và phần tĩnh. Tổ hợp tất cả các phần bất
động được gọi là Stato của tua bin, còn phần quay là Roto.
Phần bất động của tua bin bao gồm cả các hộp (còn gọi là các hộp catte).
Paliê đỡ trục mang các gối đỡ trục (các cútxinê) nằm trong hộp catte. Trong
hộp catte trước có bố trí paliê đỡ- chặn, trong hộp catte sau có chứa paliê đỡ,
đồng nghĩa ta có các gối đỡ- chặn và gối đỡ. Hệ thống bao gồm nhiều gối đỡ,
tuỳ theo kết cấu về công suất.

Hà Nội, tháng 12/2011

22


Vũ Trung Tuyến

Đề tài Khoa học, Công nghệ

Cụm Roto được đặt trên hệ thống các gối đỡ trục gồm:
- Gối đỡ: Có nhiệm vụ đỡ trục Roto, mang toàn bộ trọng lượng của Roto,
kể cả tác dụng của lực ly tâm do mất cân bằng gây nên.
- Gối đỡ- chặn: Có nhiệm vụ vừa đỡ trục roto vừa chặn chuyển động dọc
trục do tác dụng của dòng hơi và tác dụng không cân bằng gây nên.
- Hệ thống bơm dầu chính: Để cung cấp dầu vào hệ thống bôi trơn các gối
đỡ và vào hệ thống điều chỉnh để tự động duy trì tần số quay đã cho của roto
tuabin.
Hộp catte trước được đặt trên tấm trượt, khi có dãn nở nhiệt của thân máy
nó có thể tự do dịch chuyển.
1.2.2. Các loại gối đỡ
Toàn bộ hệ thống roto tua bin và máy phát được đặt trên các Paliê đỡ và
Paliê đỡ- chặn thông qua các gối đỡ.

Paliê đỡ mang toàn bộ trọng lượng của roto (kể cả tác dụng của lực ly tâm)
và phải đảm bảo định tâm roto so với thân tua bin
Paliê đỡ- chặn ngoài việc mang toàn bộ trọng lượng roto, còn tiếp nhận lực
dọc trục.
Do tải trọng đặt lên các gối đỡ (tức lên các paliê) và số vòng quay cao, vì
vậy Paliê đỡ và Paliê đỡ- chặn cũng như hệ thống các gối đỡ là những bộ
phận rất quan trọng của tua bin, đòi hỏi chế độ giám sát cũng như chăm sóc
và bảo dưỡng đặc biệt.
a) Paliê đỡ (Gối đỡ)
Yêu cầu đối với Paliê đỡ là rất cao về độ bền và tuổi thọ, bởi vì nó tiếp
nhận tất cả các lực hướng kính xuất hiện trong quá trình làm việc cũng như
mang tải rất lớn (tĩnh và động) do roto có trọng lượng nặng và quay tốc độ
lớn.
Trong quá trình vận hành, các Paliê đỡ (gối đỡ) phải đảm bảo chắc chắn,
độ chính xác cao về lắp đặt roto với thân máy và tổn thất ma sát phải thấp
nhất.
Hà Nội, tháng 12/2011

23


Vũ Trung Tuyến

Đề tài Khoa học, Công nghệ

Nếu khi lắp ráp tâm các roto không trùng với tâm thân máy hoặc không lắp
ráp đúng, khi đó các chỉ số rung, cũng như nhiệt phát sinh vượt quá giá trị cho
phép thì không chỉ phải tạm thời phải dừng máy để sửa chữa, mà còn có thể
gây nên các sự cố nghiêm trọng.
Các Paliê đỡ mang các gối đỡ có thể là loại cứng (hình trụ) và loại tự lựa

(gối hình cầu).
Gối đỡ hình trụ

Hình 2.1. Gối đỡ trụ của tua bin K300-170-1P;
các thông số: 300MW, 3.000v/ph, d 475mm

Hà Nội, tháng 12/2011

24


Vũ Trung Tuyến

Đề tài Khoa học, Công nghệ

Hình 2.2. Gối đỡ trụ của tua bin K300-170-1P;
các thông số: 300MW, 3.000v/ph, d 436mm)

Hình 2.3. Gối đỡ trụ của tua bin K300-170-1P;
các thông số: 300MW, 3.000v/ph, d 452mm)
Hà Nội, tháng 12/2011

25