Giáo trình Nhiệt điện - Chương 7: Tuốc bin nhiều tầng

ng năng và cơ năng trong tuốc bin. Thực tế không 
phải nh− vậy, khi chuyển động trong phần truyền hơi của tuốc bin, luôn có một l−ợng 
hơi không đi qua rãnh ống phun mà đi qua khe hở giữa bánh tĩnh và trục tuốc bin. 
L−ợng hơi này sẽ không tham gia quá trình biến nhiệt năng thành động năng. 
Hình 7-7. rò rỉ hơi trong tuốc bin 
Mặt khác có một l−ợng hơi không đi qua rãnh cánh động mà đi qua lỗ cân bằng 
trên bánh động và qua khe hở giữa thân tuốc bin và đỉnh cánh. Ngoài ra, do áp suất 
hơi phía đầu của tuốc bin lớn hơn áp suất khí quyển nên sẽ có một l−ợng hơi chảy từ 
trong tuốc bin ra ngoài khí quyển qua lỗ xuyên trục ở phía đầu tuốc bin. Toàn bộ 
l−ợng hơi này sẽ không tham gia quá trình biến động năng thành cơ năng, tức là 
 82
không sinh công trên cánh động, đ−ợc gọi là l−ợng hơi rò rỉ và tổn thất này gọi là tổn 
thất rò rỉ hơi. Tổn thất rò rỉ hơi đ−ợc biểu diễn trên hình 7.7. 
7.2. CÂN BằNG LựC DọC TRụC TRONG tuốc BIN NHIềU TầNG 
 Nh− đã phân tích ở mục 6.3.1, lực của dòng hơi tác dụng lên các dãy cánh có 
thể phân ra hai thành phần: thành phần Ru và thành phần Ra. Thành phần Ru theo 
h−ớng vuông góc với trục tuốc bin, sinh công có ích trên cánh động, tạo momen quay 
làm quay roto và kéo máy phát quay. Thành phần dọc trục Ra (theo h−ớng chuyển 
động của dòng hơi) không tạo nên momen quay mà tạo nên lực đẩy roto dịch chuyển 
theo h−ớng dòng hơi, có thể làm cho roto và stato tuốc bin cọ xát vào nhau gây nguy 
hiểm cho tuốc bin. 
 Lực dọc trục Ra có thể tăng lên trong quá trình vận hành do các nguyên nhân 
sau: 
 - Do chèn bánh tĩnh mòn nên l−u l−ợng hơi rò rỉ qua đó tăng, làm tăng áp suất 
hơi tr−ớc cánh động. 
 - Do muối bám vào cánh động làm giảm tiết diện hơi đi qua, làm giảm l−u 
l−ợng hơi qua rãnh cánh động, dẫn đến tăng áp suất tr−ớc cánh động, làm tăng độ 
phản lực của tầng. 
 Hình 7.8. Lực tác dụng trong tuốc bin 
 Để giảm tác dụng của lực dọc trục lên các palê chắn, cần phải tìm ph−ơng 
pháp cân bằng lực dọc trục bằng cách tạo nên lực có chiều ng−ợc với chiều lực dọc 
trục hoặc giảm sự chênh lệch áp suất tr−ớc và sau cánh động theo các h−ớng sau đây. 
* Tăng đ−ờng kính của vòng chèn đầu tr−ớc của trục (hình 7.8) 
 * Dùng các đĩa giảm tải gắn phía tr−ớc tầng điều chỉnh (hình 7.8) 
* Đối với tuốc bin công suất lớn, ng−ời ta chế tạo tuốc bin nhiều thân và đặt 
các thân ng−ợc chiều nhau (hình 7.9) 
 * Tạo các lỗ cân bằng áp lực trên các bánh động để giảm bớt chênh lệch áp 
suất tr−ớc và sau bánh động (hình 7.10). 
 83
Hình 7.9. Thân tuốc bin đặt ng−ợc chiều Hình 7.10. Lỗ cân bằng 
 84
7.3. CáC LOạI tuốc BIN hơi n−ớc 
 Sản xuất phối hợp điện năng và nhiệt năng đạt đ−ợc hiệu suất cao hơn rất 
nhiều so với sản xuất riêng lẻ nhiệt và điện. Muốn đảm bảo việc sản xuất phối hợp 
điện năng và nhiệt năng thì phải dùng các tuốc bin vừa đảm bảo đ−ợc 2 chức năng đó, 
nhà máy nh− vậy gọi là trung tâm nhiệt điện. ở trung tâm nhiệt điện th−ờng có 2 loại 
hộ dùng nhiệt: 
 - Hộ công nghiệp dùng hơi có áp suất: Pn= 10-15 at 
 - Hộ sinh hoạt dùng n−ớc nóng có nhiệt độ khoảng từ 1050C đến 1250C, hoặc 
hơi có áp suất t−ơng ứng: Psh= 2-3 at. 
7.3.1. Tuốc bin ng−ng hơi thuần túy 
 Tuốc bin ng−ng hơi thuần túy là tuốc bin trong đó hơi sau khi ra khỏi tuốc 
bin, đi vào bình ng−ng nhả nhiệt cho n−ớc làm mát để ng−ng tụ thành n−ớc và đ−ợc 
bơm n−ớc ng−ng bơm trở về lò. Sơ đồ nguyên lý của tuốc bin ng−ng hơi thuần túy 
đ−ợc biểu diễn trên hình 7.11. áp suất hơi ra khỏi tuốc bin pk nhỏ hơn áp suất khí 
quyển, th−ờng pk vào khoảng 0,004-0,04 tùy thuộc vào nhiệt độ môi tr−ờng của từng 
vùng. Tuốc bin ng−ng hơi thuần túy chỉ sản xuất đ−ợc điện năng, l−ợng điện nó sản 
xuất ra là: 
 Nđ = G.(i0 - ik).ηtđT. ηco.ηmp (7-13) 
Trong đó : G là l−u l−ợng hơi vào tuốc bin, 
 i0 , ik là entanpi của hơi vào và ra khỏi tuốc bin ứng vơi áp suất p0 và pk 
 ηtđT là hiệu suất tuốc bin, 
 ηco là hiệu suất cơ khí, 
 ηmp là hiệu suất máy phát, 
Hình 7.11. tuốc bin Hình 7.12. tuốc bin đối áp 
ng−ng hơi thuần túy 
 85
7.3.2. Tuốc bin đối áp 
 Tuốc bin đối áp là tuốc bin vừa sản xuất nhiệt năng vừa sản xuất điện năng. 
Tuốc bin đối áp không có bình ng−ng đi kèm, sau khi ra khỏi tuốc bin hơi sẽ đ−ợc 
dẫn đến hộ tiêu thụ nhiệt để cấp nhiệt. Sơ đồ nguyên lý của tuốc bin đối áp đ−ợc biểu 
diễn trên hình 7.12. áp suất hơi ra khỏi tuốc bin pn bằng áp suất của hộ tiêu thụ nhiệt, 
pn đ−ợc gọi là áp suất đối áp, th−ờng lớn hơn áp suất khí quyển. 
 ở tuốc bin đối áp, hơi đi vào tuốc bin dãn nở từ áp suất p0 đến áp suất pn, sinh 
công trong tuốc bin để kéo máy phát sản xuất điện năng. L−ợng điện máy phát sản 
xuất ra là: 
 Nđ = G.(i0 - in).ηtđT. ηco.ηmp (7-14) 
ở đây: 
 i0 và in là entanpi của hơi vào và ra khỏi tuốc bin ứng vơi áp suất p0 và pn 
 Hơi có áp suất pn đến hộ tiêu thụ nhiệt cấp cho hộ tiêu thụ nhiệt một l−ợng 
nhiệt là: 
 Qn = G.(in - i'n). ηtđn (7-15) 
ở đây: 
 i'n là entanpi của n−ớc ra khỏi hộ tiêu thụ nhiệt ứng vơi áp suất pn, 
 ηtđn là hiệu suất thiết bị trao đổi nhiệt, 
 Từ (7-14) ta thấy ở tuốc bin đối áp, công suất điện tuốc bin sản xuất ra phụ 
thuộc vào l−ợng hơi G đi qua tuốc bin tức là l−ợng hơi mà hộ tiêu thụ nhiệt yêu cầu, 
nói cách khác l−ợng điện sản xuất ra phụ thuộc l−ợng nhiệt hộ tiêu thụ yêu cầu. 
 Nh− vậy muốn đảm bảo đồng thời đ−ợc yêu cầu của cả phụ tải điện và nhiệt 
thì phải bổ sung thêm một tuốc bin ng−ng hơi để đảm bảo cung cấp điện khi hộ tiêu 
thụ nhiệt tạm ngừng dùng hơi (l−ợng hơi qua tuốc bin đối áp bằng không). Bên cạnh 
đó phải có thiết bị giảm ôn giảm áp để đảm bảo l−ợng nhiệt cho hộ tiêu thụ khi tuốc 
bin đối áp không làm việc. Tuy nhiên trong trung tâm nhiệt điện độc lập (không nối 
với mạng điện quốc gia hay khu vực), tuốc bin đối áp cũng không thông dụng vì 
trong một nhà máy có hai loại tuốc bin thì sơ đồ thiết bị sẽ phức tạp, khó vận hành. 
7.3.3. Tuốc bin ng−ng hơi có cửa trích điều chỉnh 
7.3.3.1. Tuốc bin ng−ng hơi có một cửa trích điều chỉnh 
 Khi dùng tuốc bin ng−ng hơi có 1 cửa trích điều chỉnh, l−u l−ợng hơi trích có 
thể điều chỉnh đ−ợc. Loại tuốc bin này đã khắc phục đ−ợc nh−ợc điểm của tuốc bin 
đối áp, phụ tải điện và nhiệt không phụ thuộc vào nhau. Sơ đồ nguyên lý của tuốc bin 
ng−ng hơi có một cửa trích điều chỉnh đ−ợc biểu diễn trên hình 7.15. 
 ở tuốc bin ng−ng hơi có 1 cửa trích điều chỉnh, hơi quá nhiệt có thông số p0, 
v0, l−u l−ợng G1 đi vào phần cao áp 1 giãn nở và sinh công ở trong đó đến áp suất pn, 
sản xuất ra một l−ợng điện t−ơng ứng là Nđ1. Hơi ra khỏi phần cao áp có áp suất pn 
đ−ợc trích cho hộ dùng nhiệt một l−ợng là Gn (đi tới hộ dùng nhiệt), l−ợng hơi còn lại 
G2 tiếp tục đi vào phần hạ áp, giãn nở sinh công trong phần hạ áp đến áp suất pk, sinh 
ra trong phần hạ áp một l−ợng điện Nđ2, sau đó đi vào bình ng−ng 3. 
 86
 Trục của phần cao áp và hạ áp nối chung với trục máy phát điện, do đó điện 
năng sản xuất ra bao gồm điện năng phần cao áp và hạ áp sản xuất ra: 
 Nđ = Nđ1 + Nđ2 (7-16) 
 L−ợng điện năng do phần cao áp sản xuất ra: 
 Nđ1 = G1(i0 - in) ηtđT. ηco.ηmp (7-17) 
 L−ợng điện năng do phần hạ áp sản xuất ra: 
 Nđ2 = G2.(in - ik) ηtđT. ηco.ηmp (7-18) 
Hay: 
 Nđ2 = (G1 - Gn) (in - ik) ηtđT. ηco.ηmp (7-19) 
và cung cấp cho hộ dùng nhiệt một l−ợng nhiệt là: 
 Qn = Gn.(in - i'n). ηtđn (7-20) 
trong đó: 
 G1 là l−u l−ợng hơi đi vào phần cao áp, 
 G2 là l−u l−ợng hơi đi vào phần hạ áp, 
 i0 là entanpi của hơi vào tuanbin ứng vơi áp suất p0, 
 in là entanpi của hơi ra khỏi phần cao áp ứng vơi áp suất pn, 
 ik là entanpi của hơi ra khỏi tuanbin ứng vơi áp suất pk, 
 Loại tuốc bin hơi này có thể dùng chạy phụ tải ngọn và điện sản xuất ra đ−ợc 
nối lên mạng l−ới của vùng hoặc quốc gia. 
 Hình 7.13. tuốc bin ng−ng hơi Hình 7.14. tuốc bin ng−ng hơi 
 có một cửa trich có hai cửa trích 
1-phần cao áp của tuốc bin; 2-phần hạ áp của tuốc bin; 
3-Bình ng−ng; 4-hộ tiêu thụ nhiệt; 5-Máy phát điện. 
 87
7.3.3.2. Tuốc bin ng−ng hơi có hai cửa trích điều chỉnh 
 Sơ đồ nguyên lý của tuốc bin ng−ng hơi có hai cửa trích điều chỉnh đ−ợc biểu 
diễn trên hình 7.14. tuốc bin có ba phần: phần cao áp, phần trung áp và phần hạ áp, 
tuốc bin cung cấp nhiệt cho 2 loại hộ tiêu thụ: hộ công nghiệp và hộ số sinh hoạt. 
 Nguyên lý làm việc của tuốc bin ng−ng hơi có hai cửa trích điều chỉnh nh− 
sau: 
 Hơi quá nhiệt có thông số p0, v0, l−u l−ợng G1 đi vào phần cao áp dãn nở và 
sinh công ở trong đó đến áp suất pn , sản xuất ra một l−ợng điện Nđ1. Hơi ra khỏi phần 
cao áp có áp suất pn đ−ợc trích cho hộ dùng nhiệt công nghiệp một l−ợng là Gn (đi tới 
hộ dùng nhiệt), phần còn lại G2 tiếp tục đi vào phần trung áp của tuốc bin dãn nở sinh 
công ở trong đó đến áp suất pT, sản xuất ra một l−ợng điện Nđ2. khi đi ra khỏi phần 
trung áp hơi đ−ợc tách làm hai phần, phần GT cung cấp cho hộ dùng nhiệt sinh hoạt, 
còn phần G3 tiếp tục đi vào phần hạ áp của tuốc bin, giãn nở sinh công ở trong đó đến 
áp suất pk, sản xuất ra một l−ợng điện N3 và đi vào bình ng−ng 3 ng−ng tụ lại thành 
n−ớc. 
 Tổng điện năng sản xuất ra trong cả ba phần cao áp, trung áp và hạ áp là: 
 Nđ = Nđ1 + Nđ2 + Nđ3 (7-21) 
Trong đó: 
 L−ợng điện năng do phần cao áp sản xuất ra: 
 Nđ1 = G1(i0 - in). ηtđT. ηco.ηmp (7-22) 
 L−ợng điện năng do phần trung áp sản xuất ra: 
 Nđ2 = G2(in – iT). ηtđT. ηco.ηmp (7-23) 
 L−ợng điện năng do phần hạ áp sản xuất ra: 
 Nđ3 = G3 (iT – ik). ηtđT. ηco.ηmp (7-24) 
 Nhiệt năng tuốc bin cung cấp cho hộ dùng nhiệt là: 
 Q = Qn + QT (7-25) 
trong đó cho hộ dùng nhiệt công nghiệp là: 
 Qn = Gn.(in - i'n). ηtđn (7-26) 
cho hộ dùng nhiệt sinh hoạt là: 
 QT = GT.(iT - i'T). ηtđn (7-27) 
 ở tuốc bin có 1 hay 2 cửa trích điều chỉnh, áp suất hơi cửa trích Pn, PT đ−ợc 
thiết kế theo yêu cầu của loại hộ tiêu thụ hơi và l−u l−ợng hơi qua các cửa trích này 
có thể điều chỉnh đ−ợc theo yêu cầu của hộ dùng nhiệt. 
7.4. Tuốc bin đối áp có một cửa trích điều chỉnh 
 Tuốc bin đối áp có một của trích điều chỉnh có chức năng giống nh− tuốc bin 
ng−ng hơi có hai cửa trích điều chỉnh.