Tuabin hơi nước STEAM TURBINE

KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH
MÔN: NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
ĐỀ TÀI:

STEAM TURBINE

GVHD: TS. NGUYỄN THANH HÀO
NHÓM: 12


Nội dung
1. Lịch Sử Hình Thành Và Phát Truyển
2. Phân Loại
2.1 Cung Cấp Hơi Nước Và Điều Kiện Khí Thải
2.2 Vỏ Bọc Hoặc Trục Sắp Xếp
2.3 Cánh Quạt Hai Dòng
3. Nguyên Tắc Hoạt Động Và Thiết Kế
3.1Hiệu Suất Tua Bin
3.1.1 Tua Bin Impulse
3.1.2 Tua-Bin Phản Ứng
3.2 Vận Hành Và Bảo Trì
3.3 Tốc Dộ Quy Dịnh
3.4 Nhiệt Dộng Lực Học Của Tua Bin Hơi Nước
4. Ứng Dụng Tua Bin Hơi Nước
4.3 Đầu Máy Xe Lửa
4.1 Động Cơ Cho Máy Phát Điện
4.2 Động Cơ Tàu Thuỷ Hơi Nước


1 Lịch sử hình thành và phát truyển

Một cánh quạt của tuabin hơi nước hiện đại, được sử dụng trong một nhà máy điện
Tua bin là một thiết bị dùng để chiết xuất năng lượng nhiệt từ áp lực hơi
nước và sử dụng nó để làm công việc cơ khí rên một trục đầu ra quay. Biểu hiện
hiện đại của nó được phát minh bởi Sir Charles Parsons vào năm 1884.
Bởi vì tuabin tạo ra chuyển động quay , nó đặc biệt phù hợp sẽ được sử dụng
để vận hành một máy phát điện - khoảng 90% của tất cả các thế hệ điện ở Hoa Kỳ
(1996) là bằng cách sử dụng tua-bin hơi nước. Các tuabin hơi nước là một hình
thức của động cơ nhiệt có nguồn gốc nhiều cải tiến trong hiệu suất nhiệt động lực
học từ việc sử dụng nhiều giai đoạn trong sự phát triển của hơi nước, kết quả là
một cách tiếp cận gần hơn với quá trình mở rộng hồi phục lý tưởng.
Thiết bị đầu tiên có thể được phân loại như một tuabin hơi nước phản ứng đã
được ví như một món đồ chơi, cổ điển aeolipile , được mô tả trong các thế kỷ thứ 1
của Hy Lạp nhà toán học Anh hùng Alexandria ở Ai Cập La Mã . Trong năm
1551, Taqi al-Din trong Ottoman Ai Cập đã mô tả một tuabin hơi nước với các ứng
dụng thực tế của quay một nhổ . Tua bin hơi nước cũng được mô tả bởi người
Ý Giovanni Branca (1629) vàJohn Wilkins tại Anh (1648). Các thiết bị được mô tả
bởi Taqi al-Din và Wilkins là hôm nay được gọi là jack cắm hơi .


Parsons tuabin từ các tàu khu trục Ba Lan ORPWicher .
Tuabin hơi nước hiện đại được phát minh vào năm 1884 bởi Sir Charles
Parsons , có mô hình đầu tiên được kết nối với một máy phát điện mà tạo ra 7.5
kW (10 mã lực) điện. Việc phát minh ra động cơ hơi nước Parson làm giá điện rẻ
và phong phú nhất có thể và cách mạng hóa biển giao thông vận tải và hải quân
chiến tranh. Bằng sáng chế của ông đã được cấp phép và các tua-bin thu nhỏ lên
ngay sau khi tìm được một người Mỹ, George Westinghouse . Các tua bin Parsons
cũng bật ra được dễ dàng để mở rộng quy mô. Parsons đã hài lòng khi thấy phát
minh của mình áp dụng cho tất cả các nhà máy điện lớn trên thế giới, và kích thước
của máy phát điện đã tăng từ 7,5 kW của ông đầu tiên thiết lập cho các đơn vị công
suất 50.000 kW. Trong cuộc đời Parson, công suất phát điện của một đơn vị đã

được mở rộng lên khoảng 10.000 lần, và tổng sản lượng từ tuabin phát điện được
xây dựng bởi công ty của ông CA Parsons và Công ty và được cấp phép của họ,
cho các mục đích đất một mình, đã vượt quá ba mươi triệu sức ngựa.
Một số biến thể khác của tua-bin đã được phát triển làm việc hiệu quả với
hơi. Các de Laval tuabin (phát minh bởi Gustaf de Laval ) đẩy nhanh tiến độ hơi
tốc độ đầy đủ trước khi chạy nó với một lưỡi tuabin. De Laval tuabin xung là đơn
giản, ít tốn kém và không cần phải chịu áp lực. Nó có thể hoạt động với bất kỳ áp
lực của hơi nước, nhưng được coi là kém hiệu quả hơn.


Mặt cắt của một tuabin hơi AEG biển vào khoảng năm 1905
Một trong những người sáng lập ra lý thuyết hiện đại của tua bin hơi nước và
khí đốt cũng là Aurel Stodola , một nhà vật lý Slovak và kỹ sư và giáo sư tại Viện
Bách khoa Thụy Sĩ (tại ETH ) ở Zurich. Công việc trưởng thành của mình là Die
Dampfturbinen und Ihre Aussichten als Wärmekraftmaschinen (tiếng Anh: Các tua
bin hơi nước và quan điểm của mình như một máy năng lượng nhiệt) đã được xuất
bản tại Berlin năm 1903. Trong năm 1922, tại Berlin, được xuất bản một cuốn sách
quan trọng Dampf und khí Turbinen (tiếng Anh: Tua bin hơi nước và khí).
Các tua bin Brown-Curtis mà đã được phát triển và cấp bằng sáng chế ban
đầu của công ty Công ty Turbine biển quốc tế Hoa Kỳ Curtis đã được phát triển
trong những năm 1900 cùng với John Brown & Company . Nó được sử dụng trong
tàu buôn và tàu chiến của John Brown, bao gồm tàu và Royal tàu chiến của Hải
quân.


2 Phân loại

Hoạt động sơ đồ của một hệ thống máy phát điện tuabin hơi nước
Tua bin hơi nước được thực hiện trong một loạt các kích cỡ khác nhau, từ nhỏ
<0,75 kW (1

nén khí và thiết bị điều khiển trục khác, đến 1.500.000 kW (2.000.000 mã lực) tuabin sử dụng để tạo ra điện . Có một số phân loại cho tua bin hơi nước hiện đại.
2.1 Cung cấp hơi nước và điều kiện khí thải
Các loại bao gồm ngưng tụ, không ngưng tụ, hâm nóng, khai thác và cảm
ứng. Tua-bin ngưng tụ được thường được tìm thấy trong các nhà máy điện. Các tua
bin xả hơi trong tình trạng một phần cô đặc, thường của một chất lượng gần 90%,
ở áp suất khí quyển thấp hơn để một bình ngưng.Không ngưng tụ hoặc quay trở lại
tuabin áp lực được sử dụng rộng rãi nhất cho các ứng dụng hơi quá trình.
Áp lực xả được điều khiển bởi một van điều chỉnh cho phù hợp với nhu cầu
của áp suất hơi quá trình. Đây thường được tìm thấy tại nhà máy lọc dầu, các đơn
vị sưởi ấm, giấy và bột giấy nhà máy, và khử muối cơ sở nơi mà một lượng lớn hơi
quá trình áp suất thấp có sẵn.
Gia nhiệt tua-bin cũng được sử dụng gần như độc quyền trong các nhà máy
điện. Trong một quá trình gia nhiệt động cơ tua-bin, thoát hơi nước từ dòng chảy


một phần áp lực cao của tuabin và được trả lại cho nồi hơi quá nhiệt mà bổ sung
được thêm. Hơi nước sau đó đi trở lại vào một phần áp lực trung gian của tuabin và
tiếp tục mở rộng của nó. Sử dụng gia nhiệt trong một chu kỳ tăng sản lượng công
việc từ tuabin và cũng là mở rộng đạt kết luận trước khi hơi nước ngưng tụ, có
bằng cách giảm thiểu sự xói mòn của lưỡi trong hàng cuối cùng. Trong hầu hết các
trường hợp, số lượng tối đa reheats sử dụng trong một chu kỳ là 2 như chi phí siêu
nóng hơi nước phủ nhận sự gia tăng trong sản lượng công việc từ tuabin.
Chiết xuất tuabin loại là phổ biến trong tất cả các ứng dụng. Trong một loại
tuabin nén, hơi nước được phát hành từ giai đoạn khác nhau của tuabin, và sử dụng
cho các nhu cầu của quá trình công nghiệp hoặc gửi cho nồi hơi đun nước nóng để
nâng cao hiệu quả chu trình tổng thể. Dòng khai thác có thể được kiểm soát với
một van, hoặc để lại không kiểm soát được.
Tuabin cảm ứng có hơi áp suất thấp ở giai đoạn trung gian để sản xuất năng lượng
bổ sung.

Lắp đặt một tua-bin hơi nước được sản xuất bởi Siemens


2.2 Vỏ bọc hoặc trục sắp xếp:
Các thỏa thuận này bao gồm vỏ duy nhất, hợp chất song song và tua-bin hợp
chất chéo. Đơn vị vỏ duy nhất là phong cách cơ bản nhất mà một vỏ bọc đơn và
trục được kết hợp với một máy phát điện. Hợp chất song song được sử dụng khi
hai hoặc nhiều vỏ bọc được trực tiếp cùng với nhau để lái xe một máy phát điện
duy nhất. Một sự sắp xếp tuabin hợp chất chéo có hai hoặc nhiều trục không phù
lái xe hai hoặc nhiều máy phát điện thường hoạt động ở tốc độ khác nhau. Một
tuabin hợp chất ngang thường được sử dụng cho nhiều ứng dụng lớn.
2.3 Cánh quạt hai dòng:

Một cánh quạt tua bin hai dòng. Hơi nước đi vào ở giữa của trục, và lối ra ở
mỗi đầu, cân bằng lực lượng trục.Hơi nước di chuyển truyền đạt cả một lực đẩy
tiếp tuyến và trục trên trục tua bin, nhưng lực đẩy dọc trục trong một tua-bin đơn
giản là một kháng cự. Để duy trì vị trí rotor chính xác và cân bằng, lực lượng này
phải được chống lại bởi một lực lượng đối lập. Hoặc vòng bi lực đẩy có thể được
sử dụng cho các vòng bi trục, hoặc cánh quạt có thể được thiết kế sao cho hơi nước
đi vào ở giữa của trục và lối thoát hiểm ở cả hai đầu.
Các cánh trong mỗi một nửa cách đối diện khuôn mặt, để các lực lượng trục
phủ nhận nhau nhưng các lực tiếp tuyến cùng nhau hành động. Thiết kế này của
cánh quạt được gọi là hai dòng hoặc hai ống xả . Sắp xếp này là phổ biến trong vỏ
bọc áp suất thấp của một tua-bin kép.


3. Nguyên tắc hoạt động và thiết kế:
Một tuabin hơi nước lý tưởng được coi là một quá trình đẳng entropy , hoặc
quá trình dữ liệu ngẫu nhiên liên tục, trong đó entropy của hơi vào tuabin bằng
entropy của hơi rời khỏi tuabin. Không tuabin hơi nước là thực sự đẳng entropy,

tuy nhiên, với hiệu suất đẳng entropy điển hình khác nhau, từ 20-90% dựa trên ứng
dụng của tuabin. Nội thất của một tua-bin bao gồm một số bộ lưỡi, hoặc xô như
chúng thường được gọi. Một bộ cánh văn phòng được kết nối với vỏ và một bộ
lưỡi dao quay được kết nối với các trục. Các thiết intermesh với thanh thải tối thiểu
nhất định, với kích thước và cấu hình của các bộ khác nhau để khai thác hiệu quả
việc mở rộng hơi ở từng giai đoạn.
3.1 Hiệu suất tuabin:

Sơ đồ phác thảo sự khác biệt giữa một xung và một tua-bin phản ứng 50%
Để tối đa hóa hiệu quả tua bin hơi nước được mở rộng, làm việc, trong một số
giai đoạn. Giai đoạn này được đặc trưng bởi cách năng lượng được chiết xuất từ họ
và được biết đến như một trong hai xung hoặc phản ứng tuabin. Hầu hết các tuabin hơi sử dụng một hỗn hợp của các phản ứng và thiết kế xung: mỗi giai đoạn
hoạt động như hoặc là một hay khác, nhưng tuabin tổng thể sử dụng cả hai. Thông
thường, phần áp lực cao hơn là loại phản ứng và giai đoạn áp suất thấp hơn là loại
xung.
Một tuabin xung đã cố định vòi định hướng dòng chảy hơi vào máy bay phản
lực tốc độ cao. Những tia này có động năng đáng kể, được chuyển đổi thành trục
quay của thùng giống như cánh quạt hình, như hơi nước máy bay phản lực thay đổi
hướng. Sự sụt giảm áp lực trên xảy ra chỉ dao văn phòng phẩm, với mức tăng ròng


trong tốc độ hơi trên sân khấu. Như hơi nước chảy qua vòi phun áp lực của nó rơi
từ áp lực đầu vào với áp lực xuất cảnh (áp suất khí quyển, hoặc thường hơn, chân
không ngưng tụ). Do tỷ lệ cao này mở rộng của hơi nước, hơi nước rời khỏi vòi
phun với vận tốc rất cao. Hơi rời khỏi lưỡi di chuyển có một phần lớn của vận tốc
tối đa của hơi khi rời khỏi vòi phun. Mất năng lượng do này tốc độ thoát ra cao hơn
thường được gọi là mang hơn vận tốc hoặc để lại mất mát.

Một lựa chọn của cánh tuabin
Khoa học của thời điểm đã nói rằng tổng của những khoảnh khắc của các

ngoại lực tác động lên một chất lỏng được tạm chiếm điều khiển âm lượng bằng
với thời gian thay đổi ròng góc lực thông qua các điều khiển âm lượng.
3.1.1 Tuabin Impulse
Chất lỏng xoáy vào khối lượng kiểm soát ở bán kính
tuyến
và lá tại bán kính
với vận tốc tiếp tuyến
.

Vận tốc tam giác

với vận tốc tiếp


Một tam giác vận tốc mở đường cho một sự hiểu biết tốt hơn về các mối
quan hệ giữa vận tốc khác nhau. Trong hình bên cạnh chúng ta có:
và là vận tốc tuyệt đối ở đầu vào và đầu ra tương ứng.
và
là vận tốc dòng chảy ở đầu vào và đầu ra tương ứng.
và
là vận tốc xoáy ở đầu vào và đầu ra tương ứng.
và
là vận tốc tương đối ở đầu vào và đầu ra tương ứng.
và
là vận tốc của lưỡi dao ở đầu vào và đầu ra tương ứng.
là góc cánh dẫn và

là góc lưỡi.

Sau đó, theo luật pháp của thời điểm động lực, mô-men xoắn trên các chất

lỏng được cho bởi:
Cho tuabin hơi xung:

.

Do đó, các lực tiếp tuyến trên lưỡi là

.

Thực hiện công việc trên một đơn vị thời gian hay năng lượng phát
triển:
Khi ω là vận tốc góc của tuabin, sau đó tốc độ lưỡi
=

.

Thực hiện công việc trên một đơn vị thời gian hay năng lượng phát triển
.

Hiệu suất lưỡi
Hiệu quả lưỡi ( ) có thể được định nghĩa là tỷ số giữa công việc thực hiện
trên các cánh để động năng cung cấp cho các chất lỏng, và được cho bởi
=

=

Hiệu suất giai đoạn
Một giai đoạn của một tuabin xung bao gồm một tập hợp vòi phun và một
bánh xe di chuyển. Hiệu quả giai đoạn định nghĩa một mối quan hệ giữa giảm
entanpy trong các vòi phun và công việc thực hiện trong các giai đoạn.

=


Vòi phun hội tụ-khác nhau
Nơi

=

là sự sụt giảm entanpy cụ thể của hơi nước trong các vòi

phun của quyluật đầu tiên của nhiệt động lực học :
Giả sử

+

=

+

là nhỏ hơn

Chúng ta nhận được

≈

Hơn nữa, hiệu quả giai đoạn là sản phẩm hiệu quả lưỡi và hiệu quả vòi phun,
hoặc

Hiệu quả vòi phun được cho bởi
=

nơi entanpy (trong J / kg)
của hơi ở lối vào của vòi phun là và entanpy của hơi ở đầu ra của vòi phun là .

=
=
Tỷ lệ của cosines của các góc lưỡi tại đầu ra và đầu vào có thể được thực hiện
và ký hiệu
=

.

Tỷ lệ vận tốc hơi liên quan đến tốc độ rotor tại các cửa hàng để đầu vào của
lưỡi dao được xác định bởi hệ số ma sát


=

.

và mô tả sự mất mát trong vận tốc tương đối do ma sát như hơi
nước chảy quanh lưỡi.
cho lưỡi trơn tru.

=

=

Tỷ lệ tốc độ lưỡi với vận tốc hơi tuyệt đối ở đầu vào được gọi là tỷ lệ tốc độ
lưỡi
=

là tối đa khi

hoặc
,
Điều này có nghĩa

và herefore
=
Bây giờ

.
(cho một tua bin xung giai đoạn duy nhất)


Đồ thị mô tả hiệu quả của động cơ tuốc bin Impulse
Do đó giá trị tối đa hiệu quả giai đoạn thu được bằng cách đặt giá trị
=

trong sự biểu hiện của

Chúng ta có:

Cho lưỡi đẳng giác
=
Đưa

, do đó

chúng ta có

Nếu ma sát do bề mặt lưỡi bị bỏ qua sau đó
Và
Kết luận về suất quả tối đa
1. Đối với một công việc hơi Vận tốc cho thực hiện mỗi kg hơi sẽ là tối đa
khi
hay
.
2. Như tăng lên, công việc thực hiện trên lưỡi làm giảm, nhưng tại khu vực
bề mặt đồng thời của lưỡi dao giảm, do đó có thiệt hại ít ma sát.


3.1.2 Tua-bin phản ứng
Trong các tua-bin phản ứng , các cánh quạt lưỡi mình được sắp xếp để tạo
thành hội tụ vòi phun . Đây là loại động cơ tuốc bin sử dụng các lực lượng phản
ứng sản xuất là hơi tăng tốc thông qua các đầu phun hình thành bởi các cánh
quạt. Hơi nước được hướng vào các cánh quạt của cánh quạt cố định
của stator . Nó rời khỏi stato như một máy bay phản lực lấp đầy toàn bộ chu vi của
rôto. Hơi nước sau đó thay đổi hướng và gia tăng tốc độ của nó tương đối với tốc
độ của dao cắt ra. Sự sụt giảm áp lực xảy ra trên cả stator và rotor, với hơi nước
đẩy mạnh thông qua các stato và giảm tốc thông qua các cánh quạt, không có thay
đổi ròng trong tốc độ hơi trên sân khấu nhưng với sự sụt giảm trong cả áp lực và
nhiệt độ, phản ánh công việc thực hiện trong lái xe của các cánh quạt.
Hiệu suất lưỡi
Đầu vào năng lượng cho cánh trong một giai đoạn:
bằng động năng cung cấp cho các cánh cố định (f) + động năng
cung cấp cho các cánh quạt chuyển động (m).
Hoặc,
di chuyển,

= giảm entanpy trên các cánh cố định,

.

+ giảm entanpy trên lưỡi

Hiệu quả của việc mở rộng hơi trên lưỡi di chuyển là để tăng vận tốc tương
đối ở lối ra. Do đó, vận tốc tương đối ở lối ra
là luôn luôn lớn hơn vận tốc tương
đối ở đầu vào .
Về vận tốc, sự sụt giảm entanpy trên lưỡi di chuyển được tính bằng:
=
(Nó góp phần làm thay đổi áp suất tĩnh)
Sự sụt giảm entanpy trong các cánh cố định, với giả định rằng vận tốc của hơi
vào lưỡi cố định bằng với vận tốc của hơi rời khỏi lưỡi trước chuyển động được
cho bởi:


Sơ đồ vận tốc
=
trong đó V 0 là vận tốc đầu vào của hơi nước trong vòi phun
là rất nhỏ và do đó có thể được bỏ qua
Do đó,

=

+
Một thiết kế được sử dụng rất rộng rãi có một nửa mức độ phản ứng hoặc
phản ứng 50% và điều này được gọi là tua bin Parson . Điều này bao gồm cánh
quạt đối xứng và cánh stato. Cho tua bin này tam giác vận tốc tương tự và chúng ta
có:
=

=

,
,

=
=

Giả sử tuabin Parson và thu thập tất cả các biểu thức chúng ta có được


Từ đầu vào tốc độ tam giác chúng ta có

=
=
Thực hiện công việc (đối với lưu lượng đơn vị mỗi giây):
=

=

Do đó hiệu quả lưỡi được cho bởi
=
Điều kiện tối đa hiệu suất lưỡi

So sánh hiệu quả của xung và phản ứng tuabin
Nếu
=
sau đó
=
Cho hiệu suất tối đa

,


,
Chúng ta có
và điều này cuối cùng cho

Do đó
được tìm thấy bằng cách đặt giá trị
hiện của hiệu suất lưỡi

=

rong sự biểu

=
3.2 Vận hành và bảo trì

Một cài đặt máy phát điện tuabin hơi nước hiện đại
Vì những áp lực cao được sử dụng trong các mạch hơi và các vật liệu sử
dụng, tua bin hơi nước và vỏ bọc của họ có cao quán tính nhiệt . Khi nóng lên một
tua-bin hơi nước để sử dụng, hơi dừng van chính (sau khi lò hơi) có một dòng bỏ
qua để cho phép hơi quá nhiệt để từ từ bỏ qua các van và tiếp tục nóng lên các
dòng trong hệ thống cùng với các tua bin hơi. Ngoài ra, một thiết bị quay được
tham gia khi không có hơi từ từ xoay tua để đảm bảo thậm chí nóng để ngăn
chặn việc mở rộng không đồng đều . Sau khi đã quay tuabin của các thiết bị quay,
cho phép thời gian cho các cánh quạt để giả định một mặt phẳng thẳng (không cúi

đầu), sau đó các thiết bị quay được thảnh thơi và hơi nước được nhận vào tua bin,
đầu tiên lưỡi lùi sau đó để lưỡi phía trước từ từ quay tua bin ở 10-15 RPM (0,170,25 Hz) để từ từ ấm tuabin. Các thủ tục khởi động cho tua bin hơi nước lớn có thể
vượt quá mười giờ.
Trong quá trình hoạt động bình thường, sự mất cân bằng cánh quạt có thể dẫn
đến rung động, trong đó, vì vận tốc quay cao, có thể dẫn đến một lưỡi phá vỡ đi từ
các cánh quạt và thông qua vỏ. Để giảm nguy cơ này, những nỗ lực đáng kể được
chi tiêu để cân bằng tuốc-bin. Ngoài ra, các turbine chạy bằng hơi nước cao chất
lượng: hoặc quá nhiệt (khô) hơi , hoặc hơi nước bão hòa với một phần nhỏ khô
cao. Điều này ngăn cản sự tác động nhanh và xói mòn của lưỡi xảy ra khi nước
ngưng tụ được thổi vào lưỡi (độ ẩm mang hơn). Ngoài ra, nước ở dạng lỏng vào
lưỡi có thể làm hỏng vòng bi lực đẩy cho các trục tuabin. Để ngăn chặn điều này,
cùng với các điều khiển và các vách ngăn trong các nồi hơi để đảm bảo hơi nước
chất lượng cao, ngưng cống được cài đặt trong hệ thống đường ống hơi nước dẫn
đến tuabin.
Yêu cầu bảo dưỡng của tua bin hơi nước hiện đại đơn giản và phải chịu chi
phí thấp (thường là khoảng $ 0,005 cho mỗi kWh); tuổi thọ không quá 50 năm.
3.3 Tốc độ quy định:
Sự kiểm soát của một tua-bin với một tốc đốc là điều cần thiết, như tua-bin
cần phải được chạy lên từ từ để tránh thiệt hại và một số ứng dụng (chẳng hạn như
các thế hệ của điện luân phiên hiện nay) yêu cầu kiểm soát tốc độ chính
xác. [ 13 ] không kiểm soát được khả năng tăng tốc của các cánh quạt tua-bin có thể
dẫn đến một chuyến đi quá tốc độ, gây ra các van vòi phun để kiểm soát dòng chảy
của hơi cho tuabin phải đóng cửa. Nếu thất bại thì các tuabin có thể tiếp tục tăng
tốc cho đến khi nó phá vỡ ngoài, thường hư hại. Tua-bin rất tốn kém để thực hiện,
đòi hỏi độ chính xác và sản xuất vật liệu chất lượng đặc biệt.
Trong quá trình hoạt động bình thường trong sự đồng bộ với mạng lưới điện,
các nhà máy điện được điều chỉnh với tỷ lệ năm kiểm soát tốc độ sụp xuống . Điều
này có nghĩa là tốc độ đầy tải là 100% và tốc độ không tải là 105%. Điều này là
cần thiết cho hoạt động ổn định của mạng mà không săn bắn và bỏ học của các nhà
máy điện. Thông thường những thay đổi trong tốc độ không đáng kể. Điều chỉnh

sản lượng điện được thực hiện bằng cách từ từ nâng cao đường cong rũ xuống
bằng cách tăng áp lực mùa xuân trên một thống đốc ly tâm . Nói chung đây là một
yêu cầu hệ thống cơ bản cho tất cả các nhà máy điện do các nhà máy mới và cũ
phải tương thích để đáp ứng với những thay đổi tức thời trong tần số không phụ
thuộc vào thông tin liên lạc bên ngoài.


3.4 Nhiệt động lực học của tua bin hơi nước :

Chu trình Rankine với hơi quá nhiệt
Quá trình 1-2: Chất lỏng hoạt động được bơm từ thấp đến áp lực cao.
Quy trình 2-3: Các chất lỏng áp lực cao vào một nồi hơi, nơi nó được gia nhiệt ở áp
suất không đổi bởi một nguồn nhiệt bên ngoài để trở thành một hơi bão hòa khô .
Quy trình 3-3 ': Hơi được quá nhiệt.
Quy trình 3-4 và 3'-4 ': Hơi bão hòa khô mở rộng thông qua một tuabin, tạo ra năng
lượng. Điều này làm giảm nhiệt độ và áp suất của hơi nước, và một số ngưng tụ có
thể xảy ra.
Quy trình 4-1: Hơi ẩm ướt sau đó đi vào một tụ nơi nó được cô đặc ở áp suất
không đổi để trở thành một chất lỏng bão hòa.
Tuabin hơi nước hoạt động trên nguyên tắc cơ bản của nhiệt động lực
học bằng cách sử dụng một phần 3-4 của chu trình Rankine thể hiện trong sơ đồ
liền kề. quá nhiệt hơi nước (hoặc hơi bão hòa khô, tùy thuộc vào ứng dụng) đi vào
tua bin, sau khi nó đã thoát lò hơi, tại cao nhiệt độ và áp suất cao. Nhiệt độ / áp
suất hơi cao được chuyển đổi thành năng lượng động học sử dụng một vòi phun
(một vòi phun cố định trong một loại tuabin xung hoặc lưỡi cố định trong một loại
động cơ tuốc bin phản ứng). Một khi hơi đã thoát các vòi phun nó đang chuyển
động với vận tốc cao và được gửi đến các cánh của tuabin. Một lực lượng được tạo
ra trên các cánh do áp lực của hơi trên cánh khiến chúng di chuyển. Một máy phát
điện hoặc thiết bị khác có thể được đặt trên các trục, và năng lượng mà là trong hơi

bây giờ có thể được lưu trữ và sử dụng. Thoát khí tuabin như một hơi bão hòa
(hoặc hỗn hợp chất lỏng hơi tùy thuộc vào ứng dụng) ở nhiệt độ thấp và áp lực hơn
nó vào với và được gửi đến thiết bị ngưng tụ được làm lạnh. Nếu chúng ta nhìn
vào quy luật đầu tiên chúng ta có thể tìm thấy một phương trình so sánh tốc độ làm
việc được phát triển trên một đơn vị khối lượng. Giả sử không có truyền nhiệt cho
môi trường xung quanh và sự thay đổi năng lượng động lực và tiềm năng là không
đáng kể khi so sánh với sự thay đổi cụ thể entanpy chúng tôi đến với các phương
trình sau

Trong đó:
•
•

W là tốc độ mà công việc được phát triển cho mỗi đơn vị thời gian
m là tỷ lệ lưu lượng qua tuabin
Hiệu suất tuabin đẳng entropy
Để đo lường như thế nào một tua-bin được thực hiện chúng ta có thể nhìn vào
nó đẳng entropy hiệu quả. Này so sánh hiệu suất thực tế của tuabin với hiệu suất
hoạt động được thực hiện bằng một lý tưởng, đẳng entropy, tua bin. Khi tính toán
hiệu quả này, nhiệt bị mất vào môi trường xung quanh được giả định là không. Áp
lực và nhiệt độ bắt đầu là như nhau cho cả hai thực tế và các tua bin lý tưởng,
nhưng tại tuabin thoát khỏi hàm lượng năng lượng ('entanpy cụ thể') cho các tuabin
thực tế lớn hơn so với các tuabin lý tưởng vì không thể đảo ngược trong tuabin
thực tế. Entanpy cụ thể được đánh giá ở cùng một áp lực cho các tuabin thực tế và
lý tưởng để cung cấp cho một so sánh tốt giữa hai người.
Hiệu quả đẳng entropy được tìm thấy bằng cách chia công việc thực tế của
công việc lý tưởng.

Trong đó:

•

h 3 là entanpy cụ thể ở trạng thái ba

•

h 4 là entanpy cụ thể ở trạng thái bốn cho tuabin thực tế

•

h 4s là entanpy cụ thể ở trạng thái bốn cho tuabin đẳng entropy


4. Ứng Dụng:
4.1 Động Cơ Cho Máy Phát Điện

Một tua bin hơi công nghiệp nhỏ (bên phải) nối trực tiếp đến một máy phát điện
(bên trái). Máy phát điện tua-bin này thiết lập năm 1910 sản xuất 250 kW điện.
Trạm năng lượng điện sử dụng tuabin hơi lớn lái xe máy phát điện để sản xuất
hầu hết (khoảng 80%) của điện của thế giới. Sự ra đời của tua bin hơi nước lớn làm
trung tâm, trạm phát điện thực tế, kể từ khi động cơ hơi nước qua lại xếp hạng lớn
đã trở nên rất cồng kềnh, và hoạt động ở tốc độ chậm. Các trạm trung tâm nhất
là các nhà máy điện nhiên liệu hóa thạch và các nhà máy điện hạt nhân , một số cài
đặt sử dụng địa nhiệt hơi nước, hoặc sử dụng năng lượng mặt trời tập trung (CSP)
để tạo ra hơi nước. Tua bin hơi nước cũng có thể được sử dụng trực tiếp lái xe
lớn máy bơm ly tâm , chẳng hạn như máy bơm nước cấp tại một nhà máy nhiệt
điện .
Các tua bin sử dụng để phát điện thường được nối trực tiếp với máy phát điện
của họ. Như các máy phát điện phải quay ở tốc độ đồng bộ liên tục theo tần số của
hệ thống điện, tốc độ phổ biến nhất là 3.000 RPM cho hệ thống 50 Hz, và 3600

RPM cho 60 hệ thống Hz. Từ các lò phản ứng hạt nhân có giới hạn nhiệt độ thấp
hơn so với các nhà máy hóa thạch đốt, với hơi thấp hơn chất lượng , các bộ máy
phát điện tua bin có thể được sắp xếp để hoạt động ở một nửa tốc độ này, nhưng
với máy phát điện bốn cực, giảm sự xói mòn của cánh tuabin.


4.2 Động Cơ Tàu Thuỷ Hơi Nước:

Các Turbinia , năm 1894, con tàu hơi nước đầu tiên chạy bằng tuabin
Trong tàu, lợi thế của tua bin hơi nước trên động cơ pittông là kích thước nhỏ
hơn, bảo dưỡng thấp hơn, trọng lượng nhẹ hơn, và rung động thấp hơn. Một tuabin
hơi nước chỉ hiệu quả khi hoạt động trong hàng ngàn RPM, trong khi thiết kế cánh
quạt hiệu quả nhất là cho tốc độ dưới 100 RPM, do đó, chính xác (do đó tốn kém)
giảm tốc thường được yêu cầu, mặc dù một số tàu, chẳng hạn như Turbinia , có ổ
đĩa trực tiếp từ các tua-bin hơi nước để các trục chân vịt. Một lựa chọn khác
là truyền turbo-điện , trong đó một máy phát điện chạy bằng tuabin tốc độ cao
được sử dụng để chạy một hoặc nhiều động cơ điện có tốc độ chậm kết nối với các
trục chân vịt, cắt bánh răng có độ chính xác có thể là một nút cổ chai sản xuất trong
thời chiến. Chi phí mua được bù đắp bởi nhiên liệu thấp hơn nhiều và yêu cầu bảo
dưỡng và kích thước nhỏ của một tua-bin khi so sánh với một động cơ pittông có
một sức mạnh tương đương. Tuy nhiên, động cơ diesel có khả năng hiệu quả cao
hơn:. Động cơ đẩy tuabin hơi nước hiệu quả chu kỳ vẫn chưa phá vỡ 50%, nhưng
động cơ diesel thường xuyên vượt quá 50%, đặc biệt là trong các ứng dụng hàng
hải.
Tàu năng lượng hạt nhân và tàu ngầm sử dụng một lò phản ứng hạt nhân để
tạo ra hơi nước. Điện hạt nhân thường chọn nơi sức mạnh động cơ diesel sẽ là
không thực tế (như trong tàu ngầm ứng dụng) hoặc các dịch vụ hậu cần tiếp nhiên
liệu gây ra vấn đề nghiêm trọng (ví dụ, tàu phá băng ). Người ta ước tính rằng
nhiên liệu lò phản ứng cho Hải quân Hoàng gia là tàu ngầm lớp Vanguard là đủ để
kéo 40 circumnavigations trên thế giới - có khả năng đủ cho toàn bộ tuổi thọ của

tàu. Động cơ đẩy hạt nhân chỉ được áp dụng cho một số rất ít các tàu thương mại
do chi phí bảo trì và kiểm soát quy định cần thiết về chu kỳ nhiên liệu hạt nhân.


4.3 Đầu Máy Xe Lửa:

Một động cơ tua-bin hơi nước đầu máy là một đầu máy hơi nước điều khiển bằng
tuabin hơi.
Ưu điểm chính của một đầu máy tuabin hơi nước là cân bằng quay tốt hơn và
giảm đòn búa trên đường đua. Tuy nhiên, một bất lợi là ít linh hoạt sức mạnh sản
lượng điện để đầu máy turbine được phù hợp nhất cho các hoạt động đường dài ở
mức năng lượng đầu ra không đổi.
Các tua-bin hơi nước đầu tiên đường sắt đầu máy được xây dựng vào năm
1908 cho Officine Meccaniche Miani Silvestri Grodona Comi, Milan, Italy. Năm
1924 Krupp xây dựng các tua-bin đầu máy hơi nước T18 001, hoạt động trong năm
1929, cho Deutsche Reichsbahn .