2 Kết cấu buồng đốt tua bin khí.

1- Cánh tạo xoáy lốc; 2 Vòi phun; 3- Thiết bị đánh lửa; 4- Vỏ; 5- Ống lửa; 6Ống hòa trộn; 7- Ống khuếch tán; I- Khoang gió thứ nhất; II- Khoang gió thứ

hai.



Hình 1.8. Mô hình dòng không khí và sự cháy trong buồng đốt.

Không khí cấp vào buồng đốt từ máy nén có tốc độ cao – động cơ hiện nay

khoảng 150m/s. Để giảm tổn thất về áp suất và tăng áp suất thì cần giảm đáng kể vận tốc

của không khí sau máy nén. Vì thế ở tuabin khí sau máy nén luôn bố trí ống khuếch tán 1

( Hình 1.7). Tiếp đó không khí đi vào rãnh vòng giữa vỏ buồng đốt 3 và ống lửa 4. Trong

ống cháy không khí được chia theo các lỗ ở hai vùng – vùng cháy 5 ( vùng thứ nhất) và

vùng hòa trộn 6. Ngoài ra không khí còn đi qua lỗ 7 để làm mát cho thành ống cháy.

Nhiên liệu cấp vào ống cháy qua vòi phun 8. Khi khởi động tuabin, nhiên liệu cháy trong

buồng đốt nhờ thiết bị đánh lửa bằng điện 9.

Tuần hoàn không khí trong vùng thứ nhất tạo điều kiện cho quá trình cháy ổn định

và hiệu quả. Tỉ lệ nhiên liệu và không khí ở vùng thứ nhất là yếu tố quan trọng ảnh hưởng

đến quá trình cháy và đặc tính làm việc của buồng đốt. Để quá trình cháy bền vững ở các

chế độ làm việc của động cơ ở khoang thứ nhất chỉ cấp một phần không khí, phụ thuộc

vào phương thức cháy mà lượng không khí đó có thể thay đổi. Hình 2.1 cho thấy tỉ lệ

phân phối không khí trong một buồng đốt điển hình, ở đó 20% không khí đi vào khoang

thứ nhất, 80% đi vào ống cháy ( 20% vào vùng cháy, 20% vào vùng hòa trộn và 40% làm

mát thành buồng đốt. Có một số trường hợp vùng cháy chia làm hai – vùng tuần hoàn và

vùng cháy hoàn toàn.

Ống khuếch tán – để giảm vận tốc không khí vào buồng đốt từ máy nén giảm

xuống đến khoảng 50-80m/s

Cánh xoáy lốc – để đưa không khí vào vùng cháy thứ nhất và tạo thành dòng

không khí xoáy lốc, giúp cho quá trình hòa trộn với nhiên liệu tốt hơn.

Ống lửa – dùng để ngăn, tạo thành không gian cháy của buồng đốt và chịu nhiệt

Thiết bị phun nhiên liệu – phun nhiên liệu liên tục vào trong ống lửa buồng đốt, vòi

phun dưới dạng một vòi phun với hiệu quả ly tâm làm dòng dầu chuyển động xoáy, đảm

65



bảo độ sương mịn. Để làm mát vòi phun khỏi bị cháy thì trên đầu có mũ chụp và làm mát

bằng không khí.

Thiết bị đánh lửa - để đốt cháy nhiên liệu khi khởi động tua bin khí.

Buồng đốt tua bin khí có thể phân loại theo các cách sau:

• Theo hướng cấp nhiên liệu:

- cấp nhiên liệu cùng chiêu với dòng không khí

- cấp nhiên liệu ngược dòng với dòng không khí

•

•

-



Theo hướng chuyển động của dòng không khí

Theo một hướng

Ngược chiều

Chuyển động xoay

Theo phương pháp phun nhiên liệu

Phun nhiên liệu bằng vòi phun ly tâm với áp lực cao

Phun nhiên liệu bằng khí nén

Phun nhiên nhiệu với áp lực thấp có dùng thiết bị hóa hơi

Phun nhiên liệu qua rãnh vòng.



Dạng buồng đốt phổ biến nhất của tuabin khí là: buồng đốt dạng ống, dạng ống vòng và dạng vòng.

a) Buồng đốt dạng ống.



Hình 1.9. Buồng đốt dạng ống hãng Rolls- Royce.

1- Thân trong động cơ; 2 – Vỏ; 3- Bích nối với máy nén; 4- Khớp nối; 5- Ống xả

nước; 6- Vách ngăn cháy ngược; 7- Vòi phun; 8,9- Khoang 1 và 2; 10- Ống

khuếch tán; 11- Thiết bị gom không khí.

Ở buồng đốt dạng ống các ống cháy có thân riêng và tạo thành từng buồng đốt

riêng rẽ.Hình 1.9 là buồng đốt dạng ống với 8 buồng đốt riêng biệt phân bố xung quanh

66



thân 1 của động cơ. Các buồng đốt riêng rẽ này nối với máy nén qua bích nối 3. Thân của

từng buồng đốt và ống lửa liên kết với khớp nối 4 để cân bằng áp suất giữa các ống lửa.

Ngoài ra, thân của các buồng đốt nối thống với nhau bằng ống xả 5 để xả dầu trong

trường hợp động cơ khởi động không thành công. Phần tiết diện phía trước buồng đốt có

nhiệt độ thấp được bố trí hệ thống nhiên liệu. Nhiên liệu phun vào trong buồng đốt qua

vòi phun 7. Dầu cấp tới vòi phun qua khoang 8 và 9. Tại cửa vào buồng đốt bố trí ống

khuếch tán 10. Không khí qua cửa nạp 5 cấp vào khoang thứ nhất của ống lửa, không khí

tạo thành dòng xoáy lốc để dễ dàng hòa trộn với nhiên liệu. Sản phẩm cháy ra khỏi ống

lửa được đưa vào ống góp 1 rồi đưa vào cụm ống phun của tua bin.



Hình 1.10. Một buồng đốt dạng ống.

1- Ống lửa; 2- Vòi phun; 3- Bộ xoáy lốc; 4- Thiết bị treo ống lửa; 5- Gió cấp 1; 6 –

Màng; 7- Lỗ vùng thức nhất; 8- Lỗ vùng hòa trộn; 9- Hệ thống làm mát; 10- Vòng

làm kín; 11- Vỏ; 12- Bích nối với máy nén; 13- Ống khếch tán;



67



Hình 1.11. Các ống lửa buồng đốt

b) Buồng đốt dạng ống - vòng.



Hình 1.12. Buồng đốt dạng ống – vòng động cơ PC-90A.

1- Vỏ ngoài buồng đốt; 2- Vỏ trong buồng đốt; 3- Ống lửa; 4- Vòng ngoài ống góp

khí; 5- Vòng trong ống góp khí; 6- Cột chịu lực; 7- Vòng ngoài ống khuếch tán; 8Vòng trong ống khuếch tán; 9- Khoang lọc khí; 10- Bích lọc khí; 11- Vòi phun;

12- Khoang chứa dầu vòng 1; 12- Khoang chứa dầu vòng 2; 14- Đường cấp dầu

tới vòi phun; 15- Nến đánh lửa; 16- Ống; 17- Khớp nối;18- Thiết bị treo ống

lửa;19- Lỗ vùng thứ nhất; 20- Lỗ vùng hòa trộn; 21- Khung đỡ buông

Phụ thuộc vào hướng chuyển động của dòng khí qua buồng đốt ta có thể

chia buồng đốt ra thành cùng chiều và ngược chiều ( dòng khí có sự thay đổi

hướng chuyển động). Hình 1.12 biểu diễn một buồng đốt ngược chiều của hãng

Rolls – Royce. Không khí vào máy nén khí qua ống 1 vào khoảng không gian giữa

vỏ 2 và ống lửa 3, sau đó đi vào qua tấm chắn 4, cánh xoáy lốc 5, ống 6 và lỗ 7 vào

trong ống lửa. Nhiên liệu phun vào buồng đốt qua vòi phun 8. Quá trình cháy diễn

ra trong buồng đốt và phần khí cháy qua đường ống 9 dẫn vào tuabin. Ở buồng đốt

ngược dòng xảy ra sự đổi hướng của dòng khí sẽ làm tăng tổn thất áp suất và

thường sử dụng cho những động cơ bị giới hạn về chiều dài.



68



Hình 1.13. Buồng đốt ngược dòng.

1- Không khí từ máy nén; 2- Vỏ buồng đốt; 3- Ống lửa; 4- Tấm chặn; 5- Thiết bị

xoáy lốc; 6- Ống nối; 7- Lỗ vùng hòa trộn; 8- Vòi phun; 9- Ống dẫn sản phẩm

cháy.



1.3. Kết cấu tua bin.

Ngày ngay tuabin chính thường là những tuabin hướng trục với một, hai hay nhiều

tầng, có làm mát và không làm mát cánh động.

Kết cấu các phần của tuabin khí phụ thuộc vào điều kiện làm việc đặc biệt:

-



-



Nhiệt độ của khí bắt đầu vào phần tuabin cao nên tại cửa vào sử dụng vật liệu chịu

nhiệt và các phương pháp làm mát cánh động và bánh động tua bin;

Áp suất dòng khí qua các tầng cánh ít thay đổi, tăng không đáng kể trong khi giãn

nở dẫn đến các chiều cao của các tầng cánh công tác ít thay đổi từ tầng đầu tiên

đến tầng cuối cùng;

Tổn thất do truyền nhiệt không đáng kể ( nhỏ hơn 3÷5 lần so với tuabin hơi) do số

tầng cánh ít, chiều dài tuabin rút ngắn.

Để tăng hiệu suất của tuabin khí thì trong quá trình khai thác cần phải thận trọng

hơn so với tuabin hơi;

Tuabin hơi gồm các bộ phận chính sau: roto, cánh động, cánh hướng, thân, bộ

phận làm kín và ở đỡ.



69



Hình 1.14. Trục roto của tua bin khí

a- Roto với đĩa chìa ra ngoài

b- Roto dạng tang trống

c- Roto đĩa chìa có đĩa gắn trên trục

d- Roto dạng đĩa.

Trục roto của tuabin khí có thế làm dạng đĩa, tang trống hay kết hợp giữa

hai dạng trên. Roto dạng đĩa phổ biến hơn, cấu tạo từ các đĩa gắn trên trục và trên

các đĩa đó cố định cánh động. ( Hình 1.14)

Khi tuabin làm việc các chi tiết của trục roto đều chịu các ứng suất nhiệt và

cơ đáng kể, xuất hiện lực ly tâm do khối lượng phần bánh động và cánh động, lực

tác dụng của dòng khí theo hướng dọc trục roto, phân bố nhiệt không đều theo bán

kính và bề dày bánh động. Ứng suất cơ lớn nhất khi tuabin làm việc ở chế độ định

mức. Ứng suất nhiệt lớn nhất khi khởi động, dừng hay khởi động không thành

công tuabin hay khi chuyển chế độ làm việc.

Cánh động tuabin cấu tạo từ hai phần: chân cánh và cánh. Với mục đích

tăng sức bền rung thường sử dụng đai đỉnh cánh, phía trên có bố trí phần làm kín

kiểu khuất khúc. Làm kín kiểu khuất khúc làm giảm lượng khí chảy qua các tầng

cánh làm tăng hiệu suất của tuabin. Để đảm bảo tính cân bằng độ dày cánh động

giảm từ chân cánh đến đỉnh cánh.

Phần chân cánh là bộ phận chịu tải lớn nhất ở tuabin khí và thường chế tạo

dạng cây thông như hình vẽ. Ở chu trình nhiệt động với nhiệt độ khí cháy cao sử

dụng cánh động có làm mát bằng khí.



70



Hình 1.15. Cánh động tuabin khí

a,b – Cánh động có làm mát bằng khí; c- cánh động có đai đỉnh cánh; d- Cố định

cánh động lên bánh cánh tuabin khí.

Chân cánh; 2- Thân cánh; 3- Đai đỉnh cách có làm kín.

Cánh ống phun và thân tuabin tạo thành cấu trúc dạng hình trụ hay hình nón

cụt . Phần phía trước thân tuabin có mặt bích nối với thân buồng đốt hay tuabin

trước, phần phía sau nối với tuabin tiếp theo hoặc ống khuếch tán của bộ phận xả

khí.

Mặt trong của thân tuabin cố định các ống phun. Cánh ống phun rộng và số

lượng bằng hay là bội số của số cánh động để hạn chế khả năng xảy ra hiện tượng

cộng hưởng trên cánh động tuabin.

Thân tuabin kết cấu hình trụ hay hình nón và có các gờ chịu lực để tăng độ

cứng khi nhiệt phân bố không đều dọc thân và tránh rung động. Khi làm việc phần

thân trong tuabin khí có nhiệt độ lên đến 700÷800 оС còn phần vỏ ngoài được làm

mát bằng không khí, vì thế trên thân tuabin xuất hiện ứng suất nhiệt rất lớn.

Bộ phần làm kín trong tuabin dùng để làm giảm sự thất thoát khí qua khe hở

hướng tâm giữa cánh hướng và cánh động và đồng thời giảm hao hụt khí cháy

sang phần không khí làm mát . Thông thường trong tuabin khí người ta sử dụng bộ

làm kín kiểu khuất khúc và kiểu tổ ong. Bộ làm kín kiểu khuất khúc có cấu tạo và

nguyên lý hoạt động tương tự bộ làm kín ở tuabin hơi và bộ làm kín ở máy nén.



71



Hình 3. Bộ làm kín kiểu tổ ong.

1-Cánh hướng; 2- Cánh động; 3- Bộ làm kín kiểu tổ ong; 4- Làm kín với trục roto.

Bộ làm kín kiểu tổ ong có kết cấu giống như tổ ong cấu tạo từ những tấm

mỏng. Kết cấu bộ làm kín này có hiệu quả làm kín cao và cho phép lắp giáp tuabin

không còn khe hở. Nhờ các tấm mỏng kết câu ô mạng, khi cánh động quay dễ dàng

bám sát vào bộ làm kín. Khi làm việc khoảng cánh giữa bộ làm kín và cánh công

tác là 0,2 mm. Thông thường để tăng khả năng làm kín người ta cấp thêm gió làm

kín từ máy nén và trích đường khí từ hộp góp sau tuabin.

Ổ đỡ tuabin khí làm việc trong điều kiện nhiệt độ lên tới 250 оС, vì thế cần

phải cấp một lượng lớn dầu bôi trơn tới để làm mát ổ đỡ. Theo quy định thì tuabin

khí sử dụng ổ đỡ con lăn hay cầu và ổ đỡ chặn. Để bảo vệ khoang dầu bôi trơn và

ổ đỡ khỏi khí cháy ta sử dụng một vài dãy làm kín kiểu khuất khúc.



CHƯƠNG 2. CÁC HỆ THỐNG PHỤC VỤ

Tuabin khí hoạt động nhờ phục vụ của các hệ thống sau:

-



Hệ thống nhiên liệu

Hệ thống khởi động

Hệ thống bôi trơn

Hệ thống đảo chiều

Hệ thống làm mát

Hệ thống cấp không khí và xả khí.

Hệ thống điều khiển, bảo vệ.



2.1. Hệ thống nhiên liệu

Hệ thống nhiên liệu tuabin khí nhằm cung cấp lượng nhiên liệu tới vòi phun ở

buồng đốt tuabin phù hợp với công suất xác định của động cơ, đồng thời chuẩn bị sơ bộ

72



nhiên liệu để tuabin khí có thể làm việc với các loại dầu nặng. Tuabin khí tàu thủy sử

dụng các loại nhiên liệu tương tự với hệ động lực Diesel.

Hệ thống nhiên liệu tuabin khí cần đảm bảo các yêu cầu sau để động cơ có thể làm

việc:

-



Đủ áp lực dầu để đảm bảo chất lượng phun của vòi phun trong buồng đốt;

Độ nhớt của nhiên liệu trước vòi phun không vướt quá 1,2 ÷ 1.5 оЕ ;

Nhiên liệu không lẫn nước, không làm giảm nhiệt lượng sinh ra khi nhiên liệu

cháy, không chứa các chất gây ăn mòn, có thể phá hỏng vòi phun trong buồng đốt;

Nhiên liệu không lẫn tạp chất cơ khí, làm bẩn và mài mòn vòi phun, bơm nhiên

liệu, phin lọc…;

Có két dầu dự trữ để nhận dầu từ bờ hay trạm tiếp dầu nổi.



Riêng đối với hệ thống nhiên liệu tuabin khí làm việc với nhiên liệu nặng cần đảm

bảo các yêu cầu kể ra sau đây:

-



Có thể thực hiện xử lý sơ bộ dầu dưới tàu;

Hâm dầu sơ bộ tới nhiệt độ 120 ÷ 130 оС để giảm độ nhớt của nhiên liệu;

Lọc dầu cẩn thận nhiều lần và bơm nhiên liệu chính phải đảm bảo tin cậy;

Có thể sử dụng dầu nhẹ để khởi động động cơ cho dễ dàng

Rửa vòi phun bằng dầu nhẹ khi có kế hoạch dừng tuabin hay sử dụng gió nén khi

cần dừng khẩn cấp



73



Hình 2.1. Hệ thống nhiên liệu tuabin khí làm việc với dầu nặng.

1-Két khử nhũ tương; 2- Két hòa trộn; 3- Bơm định lượng nhiên liệu; 4- Bơm

nước rửa; 5- Két dầu dự trữ; 6- Bơm chuyển dầu; 7- Bầu hâm dầu; 8- Bầu

hâm dung dịch tẩy rửa; 9- Két MgSO4; 10- Thiết bị trộn; 11- Két lắng; 12Máy phân ly; 13- Phin lọc khe; 14- Phin lọc lưới; 15- Két trực nhật dầu

nặng; 16- Két trực nhật dầu nhẹ; 17- Bơm dầu nhẹ; 18-Bình khí nén ; 19Vòi phun chính; 20- Vòi phun khởi động; 21- Bơm cấp dầu; 22- Bơm dầu

chính; 23- Van by-pass; 24- Van chặn; 25- Thiết bị tự động phân phối dầu;

26- Van tiết lưu.

Sơ đồ hệ thống nhiên liệu tuabin khí làm việc với dầu nặng thể hiện trên hình 2.1

có hai đường dầu song song: đường dầu khởi động và đường dầu chính.

Nhiên liệu từ két khử nhũ tương 1 được dẫn tới két hòa trộn 2, ở đó được cấp thêm

nước sạch. Ở két hòa trộn hỗn hợp trên được hòa trộn với polyglycol este của phenol

( nồng độ 50%), bơm định lượng nhiên liệu 3 cấp dung dịch đến bầu hâm dung dịch tẩy

rửa 7 với lượng bằng 0,4÷05 khối lượng nhiên liệu. Sau khi hâm nước rửa ở bầu hâm 8

74



với lượng nước chiếm khoảng 5÷8 % về khối lượng so với nhiên liệu, hỗn hợp này được

đưa vào thiết bị hòa trộn 10, ở đó được hòa trộn với dầu nặng đưa từ két dầu dự trữ 5 tới

qua bầu hâm dầu. Còn phần nước dẫn tới thùng chứa tinh thể MgSO4 . Thêm dung dịch

MgSO4 vào nhiên liệu làm tăng nhiệt độ nóng chảy của Vanadi oxit V2O5 đến khoảng

1100 оС(V2O5 chứa nhiều trong dầu nặng là nguyên nhân dẫn đến ăn mòn thiết bị buồng

đốt). Dầu từ két MgSO4 được bơm định lượng chuyển tới két dầu FO. Hỗn hợp tẩy rửa từ

két hòa trộn được đưa tới két lắng 11, ở đó sẽ xảy ra sự phân tách dầu làm sạch khỏi

nước. Từ két lắng dầu đưa vào máy lọc, ở đó dầu tiếp tục được tách nước.

Dầu ở két trực nhật 15 chứa dầu đủ cung cấp cho hệ thống tuabin làm việc trong

khoảng 8 tiếng ( 2 ca) . Dầu từ két trực nhật được bơm chuyển dầu qua các phin phọc

rãnh và phin lọc lưới và dẫn tới bầu hâm, nhiệt độ dầu hâm có thể điều chỉnh nhờ van bypass 23. Lượng nhiên liệu tới vòi phun điều chỉnh bằng van tiết lưu 26, đưa lượng dầu hồi

về két trực nhật nhiều hay ít. Dầu sau khi hâm được đưa tới thiết bị tự động phân phối dầu

25, điều khiển việc cấp dầu tới các vòi phun 19.

Khi có kế hoạch dừng hệ thống ta dùng dầu nhẹ ( DO ) để rửa đường ống và vòi

phun bằng cách chạy bơm dầu nhẹ cấp dầu từ két dầu 16 qua phin lọc qua van K2 tới vòi

phun. Để rửa hệ thống nhiên liệu tua bin sẽ chạy không tải 3-5 phút sau đó thì dừng cấp

nhiên liệu. Việc làm này giúp cho những lần khởi động sau sẽ dễ dàng hơn.

Hệ thống dầu nhẹ thường sử dụng khi khởi động tuabin, dầu được bơm dầu hút từ

két DO qua phin lọc tới vòi phun đốt mồi. Để chuẩn bị khởi động thì nhiên liệu nặng cần

được hâm, bơm và bầu hâm hoạt động, van tiết lưu đóng hoàn toàn, van chặn 24 mở cho

dầu tuần hoàn về két dầu nặng.

Nếu hệ thống tuabin khí chỉ sử dụng dầu nhẹ thì hệ thống nhiên liệu rút gọn đi rất

nhiều, phần dùng để rửa và thêm phụ gia hoàn toàn lược bỏ. Lúc đó hệ thống nhiên liệu

chỉ cần: két dầu nhẹ , phin lọc, bơm, van chặn, thiết bị điều chỉnh lưu lượng và vòi phun.

2.2. Hệ thống khởi động.

Hệ thống khởi động tuabin khí nhằm mục đích đưa hêh thống vào hoạt động. Thao

tác đó yêu cầu phải có nguồn năng lượng từ bên ngoài( động cơ khởi động) đóng vai trò

là thiết bị chính trong hệ thống khởi động.

Một hệ thống khởi động thường gồm các thiết bị sau:

- Động cơ khởi động

- Thiết bị đánh lửa

- Khớp nối ly hợp

Động cơ khởi động dùng để lai trục roto của máy nén ở thời điểm khởi động, trục

roto của máy nén quay làm không khí được cấp vào buồng đốt động cơ. Động cơ khởi

động có thể sử dụng:

-



Động cơ điện một chiều hay xoay chiều

75