2 Kết cấu phần động

Với nkp là vòng quay tới hạn. Vòng quay rô to được gọi là vòng quay tới hạn khi mà

tại giá trị vòng quay đó, dao động riêng và dao động cưỡng bức trùng nhau. ở vòng quay

tới hạn, rôto đạt đến vòng cộng hưởng, rung động với biên độ dao động tăng lên và dẫn

tới phá hỏng rôto.

Đa số các tua bin lai chân vịt có rôto dạng "cứng", khi đó ứng suất phát sinh do sự

đồng thời uốn xoắn rô to đều nằm trong giới hạn cho phép. Rôto "mềm"ứng dụng ở các

tua bin lai máy phát điện, công tác với số vòng quay không đổi. Khi sử dụng rôto "mềm",

đường kính trục ở các vị trí đi qua các vị trí bánh tĩnh, ổ đỡ, bộ làm kín phía ngoài nhỏ

hơn nên giảm được trọng lượng rô to, làm giảm rò lọt khi đi qua bộ làm kín cũng như

giảm lượng dầu bôi trơn.

1.2.1.1. Rôto dạng đĩa

Rôto dạng đĩa được chế tạo bằng rèn. Các đĩa được rèn liền với trục hoặc rèn từng chi

tiết (đĩa, trục) riêng rẽ. Người ta thường chế tạo rôto này khi đường kính đĩa nhỏ hơn

1000 mm. Các sơ mi làm kín, vòng kín hơi và vòng giữ dầu bôi trơn, gờ chặn, khớp nối

và các chi tiết khác thường được chế tạo rồi ghép có độ dôi lên trục.

Rôto dạng đĩa chế tạo từng chi tiết riêng rồi ghép lại trên trục quay trơn nhẵn hoặc

bậc bằng cánh ép chặt các đĩa với trục và các đĩa với nhau.

Hình 1.7 là một rôto chế tạo rèn liền của tua bin thấp áp trong một tổ hợp tua bin.

Rôto gồm các đĩa 6 của tua bin tiến và đĩa 7 của tua bin lùi ở phía ngoài gờ đã có

khoan các rãnh 8 để bố trí tải trọng khi cân bằng rôto. Các lỗ 5 trên đĩa làm giảm lực dọc

trục. Trên chu vi các đĩa đều tạo rãnh dạng chữ T để cấy các cánh động.

Ngõng trục 4 của rôto được đặt trong ổ đỡ. Trên trục có gờ chặn 3 để bố trí trong ổ

chặn trục và một phần khớp nối 1 để truyền công suất ra hộp giảm tốc. Lỗ khoan theo

đường tâm 2 để giảm trọng lượng, sản phẩm rèn.Về phía mũi của rôto có gắn trục 10 cùng

với bánh xe 11 của đồng hồ đo tốc độ quay. Các rãnh 12 trên trục để làm kín hơi và không

cho hơi xâm nhập vào dầu bôi trơn.

Trường hợp đường kính của đĩa tua bin lớn hơn 1000 mm thì rôto được chế tạo rời.

Khi được gia nhiệt, đường kính tăng lên chút ít cho phép trượt đĩa vào trục, vì vậy nên có

độ dôi. Để cho đĩa không xoay quanh trục thì phải chêm đặt đối xứng quanh trục vừa đảm

bảo cân bằng rô to tốt hơn.



11



Hình 1.7 Kết cấu rô to kiểu rèn liền

1-Khớp nối với phụ tải; 2- Lỗ xuyên tâm; 3-Vành chặn; 4-Ngõng trục; 5-Lỗ cân bằng; 6Bánh

động đĩa

hành

Việc ghép

cótrình

thể tiến;

thực hiện trực tiếp trên trục rôto hoặc dùng các sơ mi ép hình

côn. Khi ghép trực tiếp thì chế tạo trục bậc, trên đó người ta ghép từ 1 đến 2 đĩa. Trước

khi ghép đĩa lên trục người ta gia nhiệt đĩa lên

tới 150 ÷ 2000C trong dầu nhờ các máy biến áp

chuyên dùng. Các đĩa phía ngoài cũng được ép

lên trục bằng các sơ mi ép chặt.

Hình 1.8 là dạng rô to kiểu đĩa và cách ghép

chặt các đĩa lên trục nhờ các sơ mi hình côn, độ

căng (chặt) có được nhờ ép sơ mi 1 tới một độ

sâu xác định, vòng định vị 2 đảm bảo khe hở

giữa hai đĩa liền nhau trong giới hạn 0,10 ÷ 0,15

mm

1.2.1.2 Rôto dạng tang trống

Rô to dạng tang trống theo kết cấu được

chia làm 3 loại:

* Rèn liền và có lỗ xuyên tâm, ứng dụng cơ

bản cho tua bin phản kích, vòng quay cao,

đường kính trống không lớn;



Hình 1.8. Rô to kiểu ghép đĩa

1- Sơ mi ép; 2-Vòng định vị; 3-Bánh

đĩa; 4- cánh động



* Chế tạo từng chi tiết bằng cách rèn riêng rẽ một hoặc hai ngõng trục;

* Chế tạo từng chi tiết rồi ghép lên trục hoặc hàn lại từ các đĩa chế tạo rời.

12



Hình 1.9 là một rô to tang trống được hàn lại từ các đĩa ngõng trục chế tạo rời.

Phần trục phía lái 1 được rèn liền với một piston giảm tải 2, còn trục phía mũi 5 được

rèn liền với đĩa 4. Vành cánh điều chỉnh kiểu đĩa có vành đôi 3 được chế tạo bằng cách

rèn riêng rồi hàn với tang trống.

Đối với rôto dạng tang trống tốc độ vòng cho phép nhỏ hơn 150 m/s. Loại rô to được

hàn lại từ các đĩa có thể tốc độ vòng cho phép đạt tới 250 m/s.

3.2.1.2. Rôto dạng liên hợp

Được sử dụng cho các tua bin công suất lớn. Phần chịu tải lớn nhất của rôto được chế

tạo theo kiểu đĩa, phần chịu tải nhỏ hơn theo kiểu trống. Các rôto liên hợp thường gặp,

trục về hướng áp suất cao được rèn liền với đĩa, về phía áp suất thấp là các đĩa chế tạo rời

rồi ghép lên trục.

Trục tua bin được chế tạo từ thép Các bon, bằng cách rèn liền cho các tua bin phụ

công tác với ứng suất không lớn lắm. Đối với trục của các tua bin lai chân vịt được chế

tạo từ thép hợp kim có phụ gia Niken, Crôm, Molipđen,Vanađi.

ứng suất cho phép do tác

dụng đồng thời của mô men

uốn và xoắn đối với trục

dùng thép Các bon là 350 ÷

400 kG/cm2, thép hợp kim là

650 kG/cm2.

Các chi tiết riêng rẽ của

rôto (đĩa, khớp nối, gờ chặn

Hình 1.9 Rô to kiểu tang trống

v.v...) phải được tiến hành

cân bằng tĩnh, còn toàn bộ

1-Phần trục lái; 2-Piston giảm tải; 3-Vành điều chỉnh; 4rôto phải tiến hành cân bằng

Bánh động

động.

Kết cấu bánh động

Bánh động hay còn gọi là đĩa công tác, đĩa động của các tua bin xung kích là bộ phận

chính truyền mô men xoắn từ cánh công tác tới trục còn cánh được gắn chặt trên bánh

động. Các bánh động chịu ứng suất cao, lực ly tâm khi công tác, ngoài ra bánh động còn

chịu tác động của hơi có thông số cao.

Đĩa công tác tạo nên từ 3 phần chính: Phần vành ngoài nơi có ghép chân cánh động,

phần may ơ. ở đây đĩa được gắn vào trục và phần vách đĩa nối vành ngoài với phần may

13



ơ. Dạng vành ngoài đĩa được xác định bởi dạng chân cánh động. Dạng may ơ và dạng

phần vách đĩa phụ thuộc vào phụ tải khi công tác. Hình 1.10 minh hoạ về các dạng đĩa

tua bin.



Hình 1.10. Các dạng bánh động

Hình 1.10 đưa ra các dạng cơ bản của bánh động tua bin. Theo hình dạng prophin

vách đĩa chúng được chia ra thành loại có chiều dày không đổi (hình 1.10a), loại có chiều

dày không đổi về vành ngoài và dạng côn ở phía còn lại (hình 1.10b) loại côn (hình 1.10c)

và loại hypecbol (hình 1.10d). Cuối cùng là loại có sức chịu lực đồng đều (hình 1.10e).

Bánh chịu lực đồng dạng chịu lực đồng đều, để chế tạo làm việc đạt tới tốc độ 400 ÷ 430

m/s ứng dụng rộng rãi trong các rôto chịu tải nặng nề của tua bin lai chân vịt.

Đường kính ngoài của đĩa trong khoảng 400 ÷ 1200 mm. Đường kính lỗ may ơ dao

động trong giới hạn 200 ÷ 450 mm, chiều dày may ơ theo hướng trục từ 70 ÷ 250 mm,

chiều dày vành ngoài theo hướng dọc trục từ 30 ÷180 mm.

Ứng suất cho phép trong đĩa công tác phụ thuộc vào thông số hơi. Nếu đĩa chế tạo

bằng thép các bon ứng suất cho phép không quá 200 MN/m 2, thép hợp kim không quá

300 MN/m2.

1.1.2. Kết cấu cánh động tua bin

Cánh động gắn ở phần vành ngoài bánh động hoặc ở trên mặt rôto đối với tua bin

phản kích.

Phần công tác: Gồm hai phía, phần lồi, phần lõm, bề mặt lồi được gọi là lưng cánh,

bề mặt lõm gọi là bụng cánh hay bề mặt công tác. Chiều dài công tác của cánh được xác

định bởi kích thước hướng kính được làm ướt bởi hơi (phần hơi quét qua).

- Phần đầu mút: (đỉnh) cánh.

- Phần chuôi cánh - nơi ghép cánh với rô to hoặc thân tua bin.

14



Chiều dài cánh ở các tua bin thuỷ hiện đại dao động trong khoảng rộng: từ 10mm ở

tầng đầu tiên đối với tua bin công suất nhỏ tới 500 mm ở các tầng cuối. Đối với tua bin

trên bộ công suất lớn chiều dài cánh tầng cuối có thể đạt tới 1016 mm.

Đặc điểm kết cấu của cánh tua bin phụ thuộc vào chức năng của cánh và tải công tác.

Cánh là chi tiết quan trọng của tua bin. Nó quyết định đáng kể tới hiệu suất công tác

của tầng tua bin và giá thành chế tạo một động cơ. Bộ cánh tua bin là một trong các chi

tiết ảnh hưởng nhiều tới tính an toàn, tin cậy. Vật liệu chế tạo cánh đắt tiền, giá chế tạo

cao, sự lựa chọn prôphin cánh động cánh hướng bay hay ống phun hợp lý sẽ xác định chất

lượng công tác của cả động cơ hay tính kinh tế còn kết cấu của cánh động cánh hướng và ống

phun quyết định tin cậy, tuổi thọ và giá thành chế tạo.

Khi làm việc cánh động, cánh hướng chịu các lực tác dụng sau:

* Lực uốn do áp suất thuỷ động của dòng hơi chảy qua rãnh cánh;

* Lực uốn do độ chênh lệch áp suất trước và sau cánh;

* Lực kéo do lực ly tâm của bản thân khối khi rô to quay.

Lực thứ nhất thì đối với tất cả các cánh động và cánh hướng đều phải chịu dù là cánh

ở tầng xung kích hay phản kích.

Lực thứ hai có đối với tất cả các cánh động của tầng phản kích và cả tầng xung kích

có mức độ nào đó.

Lực thứ ba chỉ tác động vào cánh động.

Phụ tải của lực ly tâm tác dụng do khối lượng bản thân của cánh lớn hơn rất nhiều so

với áp suất động của dòng hơi và do hiệu số áp suất hơi tác dụng lên cánh, vì thế, trong

điều kiện khai thác cánh động chịu tải lớn hơn nhiều so với cánh hướng hoặc ống phun.

Phụ tải lớn nhất tác dụng vào chân cánh.

Theo công nghệ chế tạo cánh có thể chia ra các nhóm:

1. Cánh chế tạo theo phương pháp kéo hoàn chỉnh

2. Phương pháp chế tạo bằng cách phay bán hoàn chỉnh Mặt cánh phía lõm (bụng)

được chế tạo bằng cán tinh còn phía lưng và chuôi cánh được chế tạo bằng cách phay.

3. Cách chế tạo bằng cách phay hoàn chỉnh



15



Hình 1.11. Cánh động tua bin

Để chế tạo người ta chỉ dùng phương pháp phay. Cả hai phương pháp kể trên ứng

dụng cho cánh động chịu tải lớn, ví dụ như tầng đầu của tua bin nhiều tầng. Nhưng cánh

chế tạo bằng phương pháp phay hoàn chỉnh không kinh tế vì kim loại phế thải nhiều còn

phương pháp phay bán hoàn chỉnh tiết kiệm hơn.

Ngày nay cánh tua bin được đúc nên rẻ tiền, tiết kiệm kim loại, (kim loại phế thải

không quá 10% khi gia công). Sau khi đúc các cánh được gia công cơ khí, đánh bóng bề

mặt.... Nên cánh đúc được sử dụng rộng rãi.

Kết cấu phần chuôi cánh rất đa dạng, tuy nhiên dựa trên cánh ghép chân cánh vào đĩa

hay rô to người ta chia làm hai kiểu sau:

* Kiểu ghép chân chìm

Ghép kiểu này chuôi (chân) cánh nằm hoàn toàn trong rãnh trên đĩa hay trên mặt rôto.

* Kiểu ghép chân nổi

Kiểu ghép này này phần chuôi cánh lộ ra phía ngoài gờ trên mặt đĩa và được gia

cường cẩn thận phần chuôi với gờ đĩa.

Các kiểu 1, 2, 3 ở hình 1.12 thường dùng cho cánh hướng hoặc cánh động tầng công

tác nhẹ tải có tốc độ vòng không quá 200 m/s.

16



Hình 1.12. Các kiểu chân cánh

Trong các tầng điều chỉnh của tổ hợp tua bin cánh phải làm việc với hơi có thông số cao,

chịu tải lớn người ta gia cường cánh vào rôto bằng cách hàn

Dưới tác dụng của dòng hơi thổi ra từ ống phun cánh động tua bin có thể có các dao

động sau đây:

- Dao động theo mặt quay của bánh động tức là sự rung động theo phương pháp tiếp

tuyến;

- Dao động theo mặt vuông góc với phương quay của bánh động, tức rung động dọc

trục;

- Dao động xoắn.

Rung động dọc trục của các cánh có liên quan tới rung động của bánh động. Dao

động xoắn của các cánh được đặc trưng bằng sự dao động rất mạnh phần đỉnh cánh của

nó.

Độ tin cậy công tác của cánh tua bin phụ thuộc vào độ lớn và tính chất rung động phát

sinh trong cánh cũng như bánh động (bánh mà cánh công tác được ghép vào). Ngoài ra

cánh là chi tiết đàn hồi (có chể uốn được) nên nó có thể rung động theo tần số riêng. Nếu

tần số dao động riêng của cánh bằng với tần số dao động của các ngoại lực gây ra dao

động đó thì có khả năng xuất hiện dao động cộng hưởng. Dao động cộng hưởng này sẽ

tồn tại đến khi thôi tác dụng bên ngoài gây ra cộng hưởng hoặc khi thay đổi tần số của

ngoại lực ấy. Dao động cộng hưởng làm phá hỏng cánh công tác và bánh động. Để tránh



17



sự cộng hưởng, các bánh động có gắn cánh động ở các tua bin thuỷ cỡ lớn, trước lúc lắp

đặt lên trục đều phải thay đổi tần số dao động riêng của chúng.

- Để chống lại sự rung động cánh, người ta có kết cấu các cụm dải dài hoặc dây kim

loại

Các dây đai kim loại bố trí theo chu vi thành từng cụm dài từ 20 ÷ 400 mm giữa các

cụm dây đai có khe hở nhiệt, đường kính dây đai phụ thuộc vào chiều rộng cánh và

thường từ 4 ÷ 9 mm.

Để làm giảm dao động giữa các cụm cánh bố trí các dây đai người ta đặt ống dây dao

động 2 một đầu dây này được liên kết với 2 ÷ 3 cánh của cụm, còn đầu kia của dây đi tự

do qua một vài lỗ khoét ở cụm cánh đối diện. Lực ma sát của dây 2 phát sinh khi đi cọ sát

vào các lỗ trên cánh (lúc các cụm cánh dao động) sẽ làm giảm biên độ dao động này. Nhờ

có các lỗ 5 nên đặt dây 2 rất đơn giản.

Vật liệu chế tạo cánh cần có độ bền ở nhiệt độ cao, có khả năng gia công cơ khí dễ

dàng, chịu ăn mòn và xói mòn. Cánh công tác ở nhiệt độ hơi dưới 125oC chế tạo bằng

thép không gỉ Crôm mác 1X13 và 2X13 với hàm lượng Crôm 12,5 ÷ 14,5% ở nhiệt độ

hơi cao hơn (480 ÷ 500oC) sử dụng thép không gỉ Crôm Niken có hàm lượng Niken 14%,

cánh công tác ở nhiệt độ hơi 500 ÷ 5500C chế tạo từ thép Austenit ∋U 123 và ∋U405 có

hàm lượng Niken từ 12 ÷ 14, Crôm 14 ÷ 16%. Cánh đúc chế tạo từ thép 2X13. Vật liệu

cho các tấm đệm để tạo rãnh giữa hai cánh chế tạo từ thép Các bon mác 15; 25 và 35, với

các dây đai, dây chống dao động, các chốt tán gia cường chân cánh v.v... dùng thép không

rỉ 1X13.

Để hàn các dây đai và dây chống dao động người ta dùng que hàn bạc mác ΠCP45 và

ΠCP 65. Có hàm lượng bạc lớn nhất là 15% và 65%.

1.3 Kết cấu bộ làm kín

Trong tua bin hơi các vị trí trục rôto đi qua bánh tĩnh, đầu trục lối ra khỏi thân tua bin

đều có bố trí các bộ làm kín ở khu vực piston giảm lực chiều trục.

Bộ là kín ở các đầu trục tua bin gọi là các bộ làm kín phía ngoài, còn làm kín ở các vị

trí trục đi qua bánh tĩnh, ở piston cân bằng gọi là bộ phận làm kín phía trong.

Bộ làm kín phía ngoài có nhiệm vụ ngăn sự rò rỉ hơi ra khỏi thân tua bin ở khu vực áp

suất hơi cao hơn áp suất khí quyển và ngăn không cho xâm nhập khí trời vào bên trong

thân tua bin ở khu vực áp suất nhỏ hơn áp suất khí trời (tại khu vực tầng cuối của tua bin

thấp áp).

18



Các bộ phận làm kín phía trong ngăn không cho rò rỉ hơi từ khu vực áp suất cao sang

khu vực áp suất thấp.

Theo đặc điểm kết cấu các bộ làm kín ngoài được chia làm hai nhóm.

- Làm kín kiểu khuất khúc;

- Làm kín dùng than

chì (graphit).

Trong các tua bin

chính ứng dụng rộng rãi

các bộ làm kín khuất

khúc, các bộ làm kín

dùng than chì ít dùng và

chỉ ứng dụng trong tua

bin công suất nhỏ khi

tốc độ vòng của trục

dưới 30 m/s.

Nguyên tắc làm kín

của bộ phận làm kín kiểu

khuất khúc xem hình

1.13.



Hình 1.13. Bộ làm kín kiểu khuất khúc

1-Thân tua bin; 2-Trục tua bin;

3- Gờ làm kín trên thân; 4- Gờ làm kín trên trục



Ở trên trục nơi đi qua phần tua bin người ta bố trí các gờ tròn quanh trục, các gờ này

được chế tạo rời và ép chặt lên trục, đồng thời ở phần thân tua bin người ta cũng bố trí các

gờ như hình 1.13. Do kết cấu của các vòng gờ trên trục và trên thân như vậy tạo nên

đường đi khuất khúc cho dòng hơi những khe hẹp và những buồng liên tiếp nhau.

Hơi tới bộ làm kín khi qua khe hẹp đầu tiên hơi sụt áp suất do tiết diện qua khe, giảm

sụt entanpi do đó có được tốc độ nào đó. Sau khi ra khỏi khe hở đi vào buồng tốc độ ấy

mất đi, chuyển hóa thành năng lượng nhiệt, dòng hơi lại được phục hồi entanpi. Tới khe

hẹp tiếp sau cũng như các buồng, quá trình diễn ra giống như trên, càng về phía các khe

thì áp suất hơi và năng lượng dòng hơi giảm đi, thể tích riêng hơi tăng lên do sự dãn nở ở

các khe và chuyển hóa động năng thành nhiệt năng ở các buồng. Như vậy do kết cấu của

các vòng gờ gây khuất khúc, dòng hơi đã phải thực hiện quá trình chảy phức tạp như trên,

kết quả là bản thân dòng hơi tạo được khả năng tự làm kín cho vị trí cần làm kín.



19