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

Chuyên đề Thiết bị năng lượng tuabin khí với máy sinh khí kiểu pittông tự do. Đặt vấn đề: Ngày nay tuabin khí được sử dụng khá rộng rãi. Nó đang chèn ép những động cơ kiểu piston trong phạm vi công suất cao nhất và thiết bị hơi nước trong phạm vi công suất thấp (như các trạm phát điện bù tải ngọn hoặc dự trữ). Còn đối với ở Việt Nam nói riêng tuabin khí được sử dụng nhiều nhất trong nhà máy điện. sẽ có nhiều dự án về tuabin khí như Bộ Công nghiệp đã kiến nghị Chính phủ cho phép Tổng Công ty Điện lực Việt Nam (EVN) đầu tư xây dựng nhà máy chu trình hỗn hợp với công nghệ tua bin khí chạy dầu FO và khí tại Trung tâm điện lực Ô Môn. Nhà máy sử dụng công nghệ tua bin khí chu trình hỗn hợp với mức tiêu thụ 850 triệu m3 khí/năm đang hoạt động ở tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu… trong quá trình sinh khí của TBNL tuabin khí thì máy nén thích hợp chỉ có thể là máy nén pittông hay máy nén ly tâm có tốc độ quay rất lớn. Ở Việt Nam được sử dụng nhiều là máy nén pittông nên việc nghiên cứu sẽ sát thực hơn. Giải quyết vấn đề: lịch sử phát triển của tuabin khí: Năm 1922 Pescara phát minh tổ hợp động cơ piston đốt trong không cần cơ cấu thanh truyền với tuabin khí được dùng làm nguồn công suất hữu ích.Bằng cách bố trí này có thể đạt được hiệu suất cao hơn trong các máy phát năng lượng với nhiệt độ tương đối thấp và nguyên liệu lại rẻ hơn.Nhà phát minh nổi tiếng Whittle năm 1930 đã thiết kế một thiết bị tua bin khí cho động cơ máy bay. Ưu điểm nổi bật của thiết bị này khi dùng cho máy bay so với các động cơ đốt trong kiểu piston là hiệu suất nhiệt cao hơn. Năm 1973 dưới sự lãnh đạo của nhà phát minh đã đưa vào vận hành động cơ máy bay kiểu tua bin đầu tiên.Năm 1938 hãng BBC đưa vào vận hành thiết bị tua bin khí chạy máy phát điện với công suất 4000KW, trong nhà máy điện ngầm dự trữ của Thụy Sĩ.Nhịp điệu phát triển của tua bin khí đặc biệt tăng nhanh trong chiến tranh thế giới thứ hai, các nước tham chiến đều tìm kiếm những phương tiện đặc biệt mạnh và các loại động cơ có sức kéo trội hơn để dùng cho các máy bay chiến đấu với tốc độ cao. Điều này thúc đẩy tốc độ phát triển tua bin khí.Sự phát triển của tua bin khí sau chiến tranh càng sâu và mạnh hơn theo những hướng chủ yếu trong chiến tranh thế giới đã tới mức chỉ trong thời gian rất ngắn, tua bin khí dùng cho máy bay đã loại động cơ piston ra khỏi lĩnh vực quốc phòng và sau đó là các máy bay dân dụng, rồi tới những máy móc nhỏ đặc biệt có công suất thấp.Sự phát triển của tua bin máy bay đặc biệt đẩy nhanh sự phát triển khí động học phần truyền dòng khí (các dãy cánh) của máy nén và của tua bin, của thiết bị đốt và vật liệu chế tạo. Tất cả những vấn đề trên đã thúc đẩy và tập hợp nhiều ngành, khoa học kỹ thuật khác như lĩnh vực của các máy quay có cánh quạt trong công nghiệp, giao thông vận tải ngày càng phát triển và xích lại gần nhau hơn.Sự phát triển thiết bị tua bin khí trong công nghiệp lúc đầu một mặt do ảnh hưởng của kinh nghiệm từ tua bin máy bay yêu cầu gọn, nhẹ và dễ thiết kế ( như của hãng General Electric). Hướng khác do ảnh hưởng của cấu tạo thiết bị tua bin hơi trong nhà máy nhiệt điện với cách phân chia thành từng phần tử cấu thành riêng trong từ tổ hợp. Thực tế thường phải thiết kế theo hai hướng trên do yêu cầu sử dụng trong công nghiệp những nguồn năng lượng cố định hay di chuyển được.Ngày nay thiết bị tua bin khí được sử dụng rộng rãi. Nó đang chèn ép những động cơ kiểu piston trong phạm vi công suất cao nhất và thiết bị hơi nước trong phạm vi công suất thấp (như các trạm phát điện bù tải ngọn hoặc dự trữ). 2.2> Đặc điểm của tuabin khí với máy sinh khí kiểu pittông tự do: + Quá trình sinh công ở động cơ tuabin là quá trình liên tục nên tạo ra mômen quay đều; + Môi chất công tác là sản phẩm cháy của nhiên liệu với không khí, được hình thành ngay trong buồng cháy của động cơ; + Môi chất công tác có thể đi qua tuabin nhiều nên công suất của động cơ lớn; + Chiều quay của động cơ được quyết định bởi hướng đi của dòng môi chất công tác nên động cơ chỉ quay một chiều; + Do được cân bằng tốt nên khi động cơ làm việc ổn định không sinh ra lực quán tính, không gây rung động; + Khi động cơ làm việc ở tốc độ quay thấp, tính kinh tế không cao. Vì vậy, cần nâng cao tốc độ quay để nâng cao tính kinh tế và buộc phải dùng bộ giảm tốc nên kết cấu trở nên cồng kềnh. Do sự hạn chế về tính bền nhiệt của vật liệu chế tạo các chi tiết nên không thể đạt được hiệu suất nhiệt cao và tuổi thọ cũng thấp. Mặc dù ra đời muộn, nhưng ngày nay tuabin được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như năng lượng, vận tải, … 2.3> Sơ đồ nguyên lý của TBNL tuabin khí : 2.4> Các bộ phận hợp thành của TBNL tuabin khí Thiết bị tuabin khí gồm: máy nén khí, buồng cháy, tuabin và thiết bị phục vụ: máy nén: Sử dụng máy nén pittông tự do: Buồng cháy - Tuabin khí: 2.5> Ưu nhược điểm của TBNL tuabin khí: - Công suất tổ hợp thiết bị lớn; - Nguyên lý làm việc đơn giản, độ tin cậy cao; - Vận hành thuận tiện, đơn giản trong việc bảo dưỡng, có khả năng khởi động nhanh và tính năng tăng tốc cao; - Chi phí vận hành thấp; - Hiệu suất tương đối cao [h = (0,32¸0.34)]; - Kích thước và khối lượng nhỏ; - Có khả năng nghiên cứu nâng cao tính kinh tế; - Thích nghi tốt với việc tự động hóa và điều khiển từ xa. + Công suất giới hạn nhỏ hơn so với thiết bị tuabin hơi. + Vật liệu chế tạo có giá thành cao. + Tính kinh tế thấp do giới hạn nhiệt độ ban đầu của khí cháy; + Sự phụ thuộc của độ tin cậy và tính kinh tế của thiết bị tuabin khí chu trình hở vào tác dụng ăn mòn của môi trường ngoài; + Yêu cầu nghiêm ngặt về chất lượng nhiên liệu sử dụng; + Khó thực hiện việc đảo chiều ở các thiết bị cỡ lớn; + Phải trang bị thiết bị thay đổi tốc độ. + Kích thước ống không khí và khí cháy lớn, lắp đặt phức tạp. 2.6> Các hệ thống của TBNL tuabin khí: (1)- Hệ thống bôi trơn Hệ thống bôi trơn của thiết bị tuabin khí có thể là loại có áp và loại trọng lực. (2)- Hệ thống nhiên liệu Hệ thống nhiên liệu được dùng để cấp vào buồng đốt với số lượng yêu cầu và chất lượng thoả đáng. (3)- Hệ thống làm mát Hệ thống làm mát được dùng để làm mát các phần rôto và stato của tuabin khí. Người ta dùng không khí và nước làm môi chất làm mát. (4)- Hệ thống điều khiển, điều chỉnh và bảo vệ Hệ thống điều khiển, điều chỉnh và bảo vệ hợp nhất thành một tổ hợp thống nhất với hệ thống bôi trơn nhiên liệu và làm mát, tạo khả năng thực hiện việc điều khiển và điều chỉnh tự động thiết bị tuabin khí từ trạm điều khiển trung tâm hoặc từ đài chỉ huy, còn trong trường hợp cần thiết thì có thể điều khiển thiết bị bằng tay. Sơ đồ nguyên lý hệ thống bôi trơn TBNL tuabin khí Tài liệu tham khảo: +> +> www.hiendaihoa.com +> +> +> Trang bị động lực tàu thủy/Nuyễn Đình Long/Đại Học Nha Trang.