Tuabin hơi (steam turbine) là một loại thiết bị được dùng để chuyển đổi nhiệt năng sinh ra từ hơi có áp suất cao thành cơ năng làm trục quay (chuyển động quay). Trục này được kết nối với một máy phát điện để sản xuất điện.
Tua bin hơi có các đặc tính cơ bản của động cơ nhiệt cộng với việc được cải thiện về hiệu suất nhiệt động lực học từ quá trình dãn nở của hơi nước, để dần đạt tới ý tưởng về quá trình dãn nở thuận nghịch. Do tuabin hơi nước sinh ra chuyển động quay nên nó thường được sử dụng như một nguồn cung cấp năng lượng để quay rotor của máy phát điện trong các nhà máy điện (nhiệt điện hay điện hạt nhân) hay sử dụng như động cơ, cung cấp năng lượng quay chân vịt của các tàu chiến và một số tàu dân sự.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tuabin hơi
Cấu tạo của tuabin hơi
Tuabin hơi có cấu tạo gồm các bộ phận chính sau:
- Bộ ống nạp: Bộ ống nạp gồm có ống, van nạp, mối hàn lắp, ống dạng nón, và ống khuỷu, … Đó là phần đầu tiên của tua bin. Van nạp ngắt dòng chảy khi tua bin xảy ra các sự cố khẩn cấp hoặc ngừng đại tu. Ống nạp có bộ phận hàn, với áp suất chịu đựng và hiệu suất thuỷ lực thuận lợi.
- Bộ phận chính: Cánh dẫn hướng, làm bằng thép không rỉ, là một kết cấu có hai trụ đỡ. Nắp cột áp và vòng đai, đáy có vỏ bằng thép. Bộ phân phối có cấu trúc lá trượt đơn giản, để tiện lắp đặt và đại tu. Có các chốt trượt bảo vệ giữa thanh chắn dòng và thanh chắn dòng tự động.
- Bộ phận quay: Rôto được lắp đặt trên phần mở rộng của trục, và côn rôto. Vỏ rôto làm bằng thép không gỉ, chống xâm thực tốt và có đặc tính mài mòn.
- Bộ ống hút: Bộ ống hút gồm có một thiết bị nạp khí, một ống khuỷu, và một ống hình nón. Thiết bị nạp khí được lắp giữa vòng đai đáy và ống khuỷu. Để giảm độ rung thuỷ lực và ảnh hưởng đến khí xâm thực, cần phải có thiết bị nạp khí và khí bổ sung tự nhiên ở ngoài vùng định danh của thiết bị.
Nguyên lý hoạt động của tuabin hơi
Tuabin hơi hoạt động dựa trên chuyển động của hơi nước. Áp suất hơi ra từ các vòi phun chạm vào các cánh quay đang được đặt trên trục. Do vận tốc trong hơi nước tăng lên, nó gia tăng áp lực mạnh mẽ lên các cánh của thiết bị, cánh chuyển động làm cho trục rôto quay theo. Nói chung, tuabin hơi cô lập năng lượng của trục quay và sau đó biến nó thành động năng.
Sự biến đổi của động năng thực hiện tác động cơ học đến các cánh quạt và rôto này có kết nối với máy phát tua bin hơi nước. Do cấu trúc của thiết bị rất hợp lý, nó tạo ra tiếng ồn tối thiểu khi so sánh với các loại thiết bị quay khác.
Trong hầu hết các tuabin, tốc độ cánh quay đều tuyến tính với tốc độ hơi nước chảy qua. Khi hơi được gia tăng thì lực tác động cánh quay tăng, do đó vận tốc quay cũng tăng theo. Ví dụ, tuabin chính được sử dụng trong các nhà máy hạt nhân có tốc độ giãn nở hơi nước là gần 6 MPa đến 0,0008 MPa có tốc độ ở 3000 vòng quay trên tần số 50 Hz và 1800 vòng quay ở tần số 60 Hz.
Các loại tuabin hơi phổ biển trên thị trường
Về cơ bản, hiện nay trên thị trường phổ biến nhất là 2 loại tuabin hơi nước hoạt động dựa trên dòng hơi là tuabin phản kích và tuabin xung kích.
Tuabin phản kích: áp suất hơi nước giảm dần khi nó giãn nở khi đi qua các cặp cánh tĩnh (cố định trên vỏ máy) - cánh động (trên rôto). Không có vòi phun nào trong tuabin phản kích vì bản thân cánh tĩnh hoạt động như vòi phun.
Các tuabin phản kích không thể thiết kế tổ hợp nhiều tầng cánh. Được sử dụng chủ yếu để phát điện.
Tuabin xung kích: được cấu tạo bởi các cánh chuyển động xen kẽ với các vòi phun cố định. Trong Tuabin xung kích, hơi nước được giãn nở trong các vòi phun cố định và duy trì ở áp suất không đổi khi đi qua các cánh quạt.
Tuabin xung kích đuợc sử dụng để đẩy hơi nước của tàu thủy và tàu ngầm, phát điện và vận chuyển hàng hóa trên tàu và các nhà máy lọc dầu.
Hầu hết các Tuabin hơi đang sử dụng có sự kết hợp của cả 2 thiết kế (xung kích và phản kích) trong các cấp khác nhau của 1 Tuabin hơi. Các vùng áp suất thấp hơn sẽ có thiết kế phản kích và các vùng áp suất cao hơn sẽ có thiết kế phản kích.
- Ứng dụng của tuabin hơi
Tuabin hơi là một phần của các ngành công nghiệp khác nhau. Từ quy mô trung bình đến lớn, và bao gồm hàng chục ứng dụng khác nhau.
- Ứng dụng trong công nghiệp hóa chất: Cung cấp nhiệt và điện để thúc đẩy các quá trình khác nhau trong các ngành công nghiệp hóa chất và dược phẩm, tuabin hơi được tích hợp trong quá trình sản xuất điện.
- Nhà máy xử lý chất thải: Tuabin hơi giúp tạo ra năng lượng cần thiết để khai thác năng lượng từ chất thải.
- Trong dầu khí: Được sử dụng làm máy bơm hoặc máy nén, tuabin hơi hỗ trợ hàng chục hoạt động trong ngành dầu khí.
- Trong nhà máy đường: Tuabin hơi được sử dụng để sản xuất năng lượng carbon dioxide xanh từ bã mía.
- Nhà máy điện chu trình hỗn hợp: Tuabin hơi cho phép các nhà máy điện tạo ra năng lượng điện. Bằng cách sử dụng tuabin khí và sử dụng khí và nhiệt được tạo ra trong quá trình để tạo ra hơi nước, từ đó tạo ra năng lượng bổ sung. Các nhà máy điện chu trình hỗn hợp được hỗ trợ bởi các tuabin hơi nước có khả năng tạo ra, hoặc đạt được hiệu suất phát điện vượt ra ngoài mốc 50% và được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp lớn.
- Ưu điểm, nhược điểm của Tuabin hơi
Ưu điểm:
- Thiết kế nhỏ gọn nên việc bố trí cần rất ít không gian,
- Hoạt động hợp lý và hệ thống đáng tin cậy,
- Yêu cầu ít chi phí hoạt động,
- Nâng cao hiệu quả trong đường dẫn hơi, tận dụng triệt để hơi sinh ra.
Nhược điểm:
- Vì vận tốc tăng, sẽ có tổn thất ma sát tăng cường,
- Khó tối ưu giữa tỉ lệ cánh quay với tố độ hơi nước,
- Nước lỏng vào cánh quạt có thể làm hỏng các bộ phận bên trong tua bin.
Qua bài viết này, Lò hơi Bách Khoa đã cung cấp tới bạn những thông tin cơ bản chi tiết về Tuabin hơi- loại thiết bị cơ bản quan trọng của nguồn phát điện, sản xuất điện. Nếu có nhu cầu về thiết bị này, hãy liên hệ với chúng tôi qua holine nhé.
