Tua bin hơi nước (steam turbine) là một loại thiết bị được dùng để chuyển đổi nhiệt năng (dưới dạng hơi nước có áp suất cao) thành cơ năng (chuyển động quay). Hiện nay, tuabin hơi được ứng dụng nhiều trong các nhà máy nhiệt điện, các nhà máy xử lý chất thải, trong công nghiệp hoá chất, vv.
Thiết kế tua bin hơi nước hiện đại được Sir Charles Algernon Parsons, một kỹ sư người Anh- Ireland, phát minh vào năm 1884.
Để hiểu rõ hơn về cấu tạo của một Tuabin hơi, mời các bạn cùng Lò hơi Bách Khoa tìm hiểu qua bài viết sau.
Cấu tạo Tuabin hơi
Cấu tạo Tuabin hơi gồm các bộ phận chính sau: Thân tuabin, rotor, cánh quạt, palie đỡ và palie chắn, bộ chèn trục, nối trục, thiết bị bảo vệ, hệ thống dầu.
Thân tuabin (còn gọi là xilanh)
Thân của tuabin hơi thường có hình dáng phức tạp, kích thước lớn dần lên theo hướng chuyển động của các dòng hơi và có các chỗ lồi lên, các buồng để đưa hơi vào, trích hơi ra; ống dẫn cũng có hình dáng đặc biệt.
Thân của tuabin hơi dọc trục thường có mặt bích ngang và 1- 2 mặt bích đứng để khi đúc, gia công cơ khí hay lắp đặt được dễ dàng. Tuabin hơi hướng trục thường chỉ có mặt bích đứng.
Thân tuabin được chế tạo bằng thép đúc, gang đúc hoặc thép hàn. Gang đúc dùng cho thân và chi tiết làm việc ở áp lực 12- 16 bar và nhiệt độ đến 250 độ C, gang pectit thì nhiệt độ đến 350 độ C. Thân làm bằng thép cacbon hoạt động được ở áp lực 35- 40 bar, nhiệt độ 400- 425 độ C.
Để giảm nhẹ điều kiện làm việc của thân tuabin hơi, thường thiết kế sẽ hạn chế kích thước bề mặt của thân khi chịu nhiệt độ cao. Khi nhiệt độ làm việc cao hơn 550- 575 độ C thì người ta thường thiết kế thân kép (chia thành 2 lớp), và ở giữa sẽ có chứa hơi được lấy từ 1 tầng trung gian đưa vào.
Rotor
Rotor tuabin hơi được chế tạo từ các tấm rèm đơn. Các phần của rotor được nối đồng trục với nhau bởi các khớp nối cứng, trục tuabin được làm đặc. Trên trục bố trí các vị trí để lắp các tầng cánh, gối trục, các gói chèn. Trên rotor cao áp và trung áp có một đĩa cân bằng.
Trục được dựa trên các gối trục (ổ đỡ trục), gối trục phía trước có cấu tạo có thể giữ cố định được ví trí của rotor với thân, và tiếp thu lực dọc trục sinh ra khi dòng hơi chuyển động qua các cánh quạt của rotor.
Vòng chèn: đặt ở chỗ trục chui qua thân hoặc các bánh tĩnh ngăn cho hơi không rò rỉ ra ngoài.
Bộ chuyển đổi bánh răng hoặc bơm dầu chính: đặt ở đầu trục phía trước. Bơm dầu để cung cấp dầu cho hệ thống bôi trơn gối trục và điều khiển, dẫn động các cơ cấu điều chỉnh tự động của tuabin hơi.
Khớp trục nối: ở đầu trục phía sau nối với trục máy phát điện, ở bên cạnh là thiết bị quay trục. Dùng để quay trục một cách chậm chạp trong thời gian khởi động và ngừng tuabin cốt để đảm bảo cho rotor được sấy nóng và nguội một các đồng đều.
Rotor của tuabin phản lực thường được chế tạo dạng cái thùng không có bánh đĩa động.
Răng chèn: gắn trực tiếp vào rotor và thân nhằm ngăn rò rỉ hơi bên trong các tầng vồng qua các dãy ống phun và dãy cánh động.
Cánh quạt tuabin
Các cánh phản lực được lắp trực tiếp trên trục, chiều cao của cánh tăng dần từ đầu đến cuối tuabin. Cánh ở tầng đầu được lắp lên trục bằng mộng chữ T, trên mỗi cánh này có các vấu để lắp đai, 3 tầng cánh cuối của hạ áp không được lắp đai.
Các tầng cánh cuối tuabin có dạng xoắn, chân cánh được lắp mộng cây thông ngược. Trên mép vào của cánh được tôi cứng giúp cho cánh chịu được sự va đập của những hạt hơi ẩm. Những hạt hơi ẩm này nếu không được tách ra sẽ mài mòn cánh động và làm giảm hiệu suất tuabin dẫn đến làm giảm hiệu suất nhà máy.
Trên cánh tĩnh có xẻ các rãnh so le nhau dọc theo chiều cao cánh và làm những vấu nhỏ trên vỏ trong xi lanh để tách các hạt ẩm.
Các cánh tĩnh có chân dạng chữ T ngược hoặc chữ Lvà lớp bao ngoài được chế tạo cùng loại vật liệu với các cánh động.
Các cánh động cuối cùng đứng tự do hoàn toàn, không có dây đai hay vành bao.
Vỏ tuabin hơi
Tuabin trung áp có kết cấu vỏ vỏ kép và dòng đơn. Vỏ có kết cấu 2 nửa nằm ngang bao gồm vỏ ngoài và vỏ trong, và được lắp với nhau bằng động lực.
Tuabin hạ áp có kết cấu 3 vỏ (vỏ ngoải, vỏ trong 1, vỏ trong 2) để tránh biến dạng nhiệt do chênh lệch nhiệt độ lớn.
Gối đỡ
Gối đỡ chặn có tác dụng đỡ và chặn rotor không dịch chuyển do phản lực của dòng hơi.
Tuabin sử dụng ổ trượt, bề mặt trong của ổ có một pa- tít, trên ở trục có đường dầu cấp của JOP và đường dầu bôi trơn lúc vận hành bình thường.
Bộ quay trục tuabin
Bộ quay trục tuabin- máy phát có tác dụng quay rotor tuabin với tốc độ từ 50- 100 vòng/phút khi tuabin khởi động và ngừng tránh cho rotor bị cong do giãn nở nhiệt không đều.
Khi tuabin ngừng, tốc độ giảm xuống 400 vòng/phút thì trục quay tự động làm việc, khi tuabin khởi động thì bộ quay trục tự động tách ra khi tuabin đạt tốc độ 500 vòng/phút.
Bộ quay trục được làm bằng vật liệu 42CrMnO4, có độ cứng ≥ 600 N/mm2, ứng suất uốn 900- 1100 N/mm2.
Bộ chèn hơi tuabin
Các bộ chèn được bố trí ở đầu trục các phần tuabin, đỉnh ống phun và đỉnh cánh động. Nhiệm vụ của chúng là ngăn chặn hơi rò ra ngoài ở phần cao áp và trung áp, phần hạ áp thì ngăn chặn không cho không khí từ môi trường lọt vào tuabin hạ áp.
Các bộ chèn trung gian cũng có nhiệm vụ ngăn hơi lọt qua đỉnh cánh động hoặc đỉnh ống phun.
Thiết bị của tuabin hơi
Thiết bị tuabin hơi là tổ hợp tất cả các trang thiết bị chính và phụ trợ của tuabin, bao gồm: bản thân tuabin, lò hơi, thiết bị bình ngưng, hệ thống gia nhiệt và các đường ống dẫn trong phạm vi gian tuabin.
- Lò hơi: trong đó nước cấp dưới áp suất tương ứng sẽ chuyển hoá thành hơi bão hoà.
- Hệ thống gia nhiệt: làm tăng nhiệt độ hơi tới giá trị đã cho
- Tuabin: thế năng của hơi nước chuyển thành động năng, động năng chuyển thành cơ năng trên trục.
- Thiết bị bình ngưng: dùng để làm ngưng tụ hơi thoát khỏi tuabin
- Bơm nước ngưng: để bơm nước ngưng vào hệ thống gia nhiệt, hồi nhiệt.
- Bình khử khí: chủ yếu để khử oxy trong nước cấp
- Bơm nước cấp: để bơm nước cấp vào lò hơi
- Máy phát điện: dùng để phát điện.
Nguyên lý làm việc của Tuabin hơi
Nguyên lý làm việc của tuabin hơi đơn giản và nó được hoạt động dựa trên sự chuyển động của hơi nước. Áp suất hơi ra từ các vòi phun chạm vào những cánh quay được đặt trên trục. Với vận tốc trong hơi nước được tăng lên, nó gia tăng áp lực mạnh mẽ lên các cánh của thiết bị. Và cánh chuyển động sẽ làm cho trục rôto quay theo. Và khi tua bin hơi lập năng lượng của trục quay và sau đó thì nó được biến đổi thành động năng. Hơi nước vừa thoát ra được đẩy vào đường ống dẫn qua môi trường có nhiệt độ thấp hơn làm cho nước ngưng tụ lại và sau đó được dẫn trở lại nồi hơi để tiếp tục chuyển hóa thành hơi nước và tạo thành chu trình khép kín.
