Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong kỹ thuật nhà máy nhiệt điện đốt than, việc tối ưu hóa chu trình nhiệt động học và hoàn thiện kết cấu cơ khí của tuabin hơi đóng vai trò quyết định đến hiệu suất phát điện cũng như độ an toàn vận hành. Đồ án tốt nghiệp tập trung vào việc tính toán nhiệt nguyên lý toàn chu trình và tìm hiểu chi tiết kết cấu của tổ máy tuabin ngưng hơi công suất lớn do Nhà máy Đông Phương sản xuất, được lắp đặt tại Nhà máy Nhiệt điện Mạo Khê (Việt Nam).

Mục tiêu và các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể của đồ án bao gồm:

  1. Xác định các đại lượng ban đầu của dòng hơi chính, dòng hơi tái nhiệt trung gian và xây dựng quá trình giãn nở của dòng hơi trên đồ thị $i-s$.
  2. Tính toán cân bằng nhiệt và cân bằng vật chất cho hệ thống gia nhiệt hồi nhiệt gồm 8 cửa trích (3 bình gia nhiệt cao áp, 1 bình khử khí và 4 bình gia nhiệt hạ áp), kiểm tra cân bằng nút tại bình ngưng.
  3. Tính toán các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của tổ máy tuabin và so sánh hiệu quả kinh tế giữa chu trình có hồi nhiệt/tái nhiệt với chu trình ngưng hơi thuần túy.
  4. Tính toán khí động và nhiệt động chi tiết cho tầng điều chỉnh kiểu xung lực đơn và các tầng cánh không điều chỉnh.
  5. Khảo sát cấu trúc thực tế của tổ máy tuabin ngưng hơi Nhà máy Nhiệt điện Mạo Khê: kết cấu các xi lanh (cao áp, trung áp, hạ áp), hệ thống rotor, hệ thống gối trục - ổ đỡ, hệ thống chốt trượt giãn nở nhiệt và các cụm van điều chỉnh hơi chính.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Tổ máy tuabin hơi kiểu ngưng hơi 3 xi lanh, 1 hệ trục, có 1 cấp quá nhiệt trung gian và 8 cửa trích hơi hồi nhiệt.
  • Phạm vi nghiên cứu: Sơ đồ nhiệt nguyên lý với công suất định mức $N_{dm} = 220\text{ MW}$ (tính toán kiểm tra công suất phát điện $N_e = 540000\text{ kW}$); tính nhiệt tầng điều chỉnh và tầng không điều chỉnh; cấu tạo cơ khí thực tế của tổ máy tuabin Đông Phương tại Nhà máy Nhiệt điện Mạo Khê.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình áp dụng:

  • Lý thuyết nhiệt động học chu trình Rankine ngưng hơi quá nhiệt có tái nhiệt trung gian (QNTG) và hồi nhiệt nước cấp nhiều cấp.
  • Mô hình cân bằng năng lượng và cân bằng vật chất cho các thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt chia làm 3 vùng: phần làm lạnh hơi trích (lạnh hơi), phần ngưng tụ chính (gia nhiệt chính - GNC) và phần làm lạnh nước đọng (lạnh đọng).
  • Lý thuyết khí động học dòng chảy qua dãy cánh tuabin hơi: tam giác vận tốc, tính toán nhiệt giáng đẳng entropi, tổn thất ma sát, tổn thất thông hơi quẩn và tổn thất tốc độ ra.
  • Tài liệu tham khảo tiêu chuẩn: Giáo trình và số liệu tra cứu trong tài liệu Thiết kế nhà máy nhiệt điện của TS. Nguyễn Công Hân.

Phương pháp nghiên cứu:

  • Phương pháp tính toán nhiệt động giải tích: Thiết lập hệ phương trình cân bằng entanpi và lưu lượng tương đối của dòng hơi trích ($\alpha_i$) cho từng bình gia nhiệt cao áp (CA8, CA7, CA6), bình khử khí (BKK) và bình gia nhiệt hạ áp (HA4, HA3, HA2, HA1).
  • Phương pháp kiểm tra cân bằng vật chất: So sánh lưu lượng hơi thoát vào bình ngưng theo đường hơi và đường nước để xác định sai số tính toán ($\Delta\alpha = 0%$).
  • Phương pháp phân tích khí động học dãy cánh: Lập tam giác vận tốc ở lối vào và lối ra của ống phun và cánh động tại các tỷ số tốc độ $u/C_a$, xác định hiệu suất tương đối của tầng cánh ($\eta_{oi}$).
  • Phương pháp khảo cứu kết cấu cơ khí: Phân tích cấu tạo chi tiết, vật liệu chế tạo, cơ cấu chịu lực, gối trục tự định vị và hệ thống chốt trượt định hướng giãn nở nhiệt dựa trên hồ sơ kỹ thuật của tổ máy.

Nguồn dữ liệu tính toán ban đầu:

  • Công suất định mức: $N_{dm} = 220\text{ MW}$ (công suất tính toán $N_e = 540000\text{ kW}$).
  • Thông số hơi mới trước tuabin: $p_0 = 167\text{ bar}$, $t_0 = 538^\circ\text{C}$.
  • Thông số hơi đi và về bộ quá nhiệt trung gian: $p_{đi}/p_{về} = 44,50/41,00\text{ bar}$; $t_{đi}/t_{về} = 345/538^\circ\text{C}$.
  • Áp suất tại bình ngưng: $p_k = 0,08\text{ bar}$ (độ khô $x = 0,955$).
  • Tốc độ quay định mức: $n = 3000\text{ vòng/phút}$.
  • Lưu lượng tương đối cho các nhu cầu phụ: hơi chèn $\alpha_{ch} = 0,005$; ejector $\alpha_{ej} = 0$; rò rỉ $\alpha_{rr} = 0$; xả $\alpha_{xả} = 0$.
  • Các thông số trở lực và độ chênh nhiệt độ: tổn thất qua van stop $P_0' = P_0 \times 0,32\text{ bar}$; tổn thất qua QNTG $\Delta P = 3,5\text{ bar}$; áp suất bao hơi $P_{BH} = 1,7\text{ bar}$; độ chênh nhiệt độ nước cấp $DC = 5^\circ\text{C}$; độ gia nhiệt không tới mức $TD_{CA} = 2^\circ\text{C}$, $TD_{HA} = 3^\circ\text{C}$.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Cấu trúc tổng thể tổ máy tuabin:

  • Dạng kết cấu: Tuabin ngưng hơi, hơi thoát kép 3 xi lanh (xi lanh cao áp, xi lanh trung áp, xi lanh hạ áp), 1 hệ trục chung, 1 bộ tái nhiệt trung gian.
  • Chiều dài tổng thể: Thân máy dài 20 m.
  • Phân bố tầng cánh: Tổng thể gồm 32 cấp áp lực. Xi lanh cao áp gồm 1 cấp điều chỉnh xung lực và 11 cấp áp lực xung lực; xi lanh trung áp gồm 10 cấp áp lực xung lực; xi lanh hạ áp gồm 10 cấp áp lực phân lưu đối xứng ($2 \times 5$ cấp).

Hệ thống trích hơi và đường cấp nhiệt:

  • 8 cửa trích hơi bố trí sau các cấp 9, 12, 15, 18, 20, 22, 28/28, 25/30, tương ứng cấp hơi cho 3 bình gia nhiệt cao áp, 1 bình khử khí và 4 bình gia nhiệt hạ áp.
  • Đường dồn nước đọng: Nước đọng từ BGNCA dồn cấp từ trên xuống dưới rồi đưa vào bình khử khí; nước đọng từ BGNHA dồn cấp về bình hạ áp cuối cùng và xả thẳng vào khoang nước của bình ngưng.
  • Độ gia nhiệt bơm cấp nước: Cột áp đầu hút $P_h = 5,3\text{ bar}$, cột áp đầu đẩy $P_đ = 208,8\text{ bar}$, độ chênh áp $\Delta P = 203,54\text{ bar}$, thể tích riêng trung bình $v_{tb} = 0,001176\text{ m}^3/\text{kg}$, hiệu suất bơm $\eta_{BC} = 0,85$, độ gia nhiệt $\tau = 27,902\text{ kJ/kg}$, entanpi nước cấp sau bơm $i_{ncrBC} = 781,3\text{ kJ/kg}$.

Vật liệu và thông số kết cấu chính:

  • Thân xi lanh cao áp và trung áp: Thép đúc hợp kim $ZG15Cr1Mo1$ (nhiệt độ làm việc cho phép $\le 566^\circ\text{C}$).
  • Bu lông mặt bích: Thép hợp kim $20Cr1Mo1VNbTiB$ (nhiệt độ cho phép $\le 570^\circ\text{C}$) và $25Cr2MoVA$.
  • Rotor cao áp và trung áp: Thép rèn khối không có lỗ trung tâm, mác thép $30Cr1Mo1V$.
  • Rotor hạ áp: Thép rèn nguyên khối không lỗ tâm, mác thép $30Cr2Ni4MoV$, trọng lượng khoảng 36,8 tấn, chiều dài 6955 mm.
  • Bề mặt làm kín van hơi chính: Hàn phủ hợp kim cứng Stellite chống mài mòn.

Nội dung chính theo từng chương

Phần I: Tính nhiệt

Chương 1: Sơ đồ nhiệt nguyên lí

Chương này thực hiện tính toán cân bằng nhiệt và vật chất cho toàn bộ các thiết bị trong chu trình nhiệt của nhà máy:

  • Tính toán chi tiết các bình gia nhiệt cao áp CA8 ($\alpha_1 = 0,07385$), CA7 ($\alpha_2 = 0,10204$), CA6 ($\alpha_3 = 0,03065$).
  • Tính toán bình khử khí với lưu lượng nước đọng dồn về $\alpha_{nđ} = 0,20653$, entanpi hơi trích $i_{trbkk} = 3130,78\text{ kJ/kg}$, hiệu suất $\eta = 0,99$, xác định lưu lượng hơi trích vào khử khí $\alpha_{bkk} = 0,03291$.
  • Tính toán các bình gia nhiệt hạ áp: HA4 ($\alpha_4 = 0,05047$), HA3 ($\alpha_5 = 0,04561$), HA2 ($\alpha_6 = 0,02365$), HA1 ($\alpha_7 = 0,02826$).
  • Kiểm tra cân bằng vật chất bình ngưng: Lưu lượng hơi thoát vào bình ngưng tính theo đường hơi và đường nước đều đạt $\alpha_k = 0,61256$, sai số tính toán tuyệt đối $\Delta\alpha = 0%$.
  • Cân bằng nhiệt bình ngưng: Xác định lưu lượng tương đối nước tuần hoàn làm mát $\alpha_{lm} = 31,77\text{ kg/s}$ với độ hâm nước $\Delta t = 10^\circ\text{C}$.
  • Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật: Tổng công suất trong các cụm tầng $\sum N_i = 550964,19\text{ kW}$, công suất điện đầu cực máy phát $N_e = 540000\text{ kW}$, tổng lưu lượng hơi vào tuabin $D_0 = 464,52\text{ kg/s}$, suất tiêu hao hơi $d_0 = 3,097\text{ kg/kWh}$, suất tiêu hao nhiệt của tuabin $q_{TB} = 7761,6\text{ kJ/kWh}$, hiệu suất thiết bị tuabin $\eta_{TB} = 46,38%$, suất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn $b_{tc} = 0,447\text{ kg/kWh}$.
  • Đánh giá hiệu quả hồi nhiệt: So với chu trình ngưng hơi thuần túy ($q'_{TB} = 9861,4\text{ kJ/kWh}$, $d_0' = 3,05\text{ kg/s}$), chu trình có tái nhiệt và hồi nhiệt giúp nâng cao độ kinh tế thêm $e = 21,3%$.
Cửa trích Thiết bị gia nhiệt tương ứng Lưu lượng hơi trích tương đối ($\alpha_i$)
Cửa trích số 1 Bình cao áp CA8 0,07385
Cửa trích số 2 Bình cao áp CA7 0,10204
Cửa trích số 3 Bình cao áp CA6 0,03065
Cửa trích số 4 Bình khử khí (BKK) 0,03291
Cửa trích số 5 Bình hạ áp HA4 0,05047
Cửa trích số 6 Bình hạ áp HA3 0,04561
Cửa trích số 7 Bình hạ áp HA2 0,02365
Cửa trích số 8 Bình hạ áp HA1 0,02826

Chương 2: Tính nhiệt cho tầng điều chỉnh

Chương này tính toán khí động và nhiệt động cho tầng điều chỉnh đơn kiểu xung lực:

  • Các thông số hình học và khí động: Đường kính tầng $d = 1,0\text{ m}$, tốc độ quay $n = 3000\text{ v/ph}$, tốc độ vòng $u = 157\text{ m/s}$, góc dòng ra ống phun $\alpha_1 = 15^\circ$, độ phản lực $\rho = 0$.
  • Tại tỷ số tốc độ tối ưu $(u/C_a){opt} = 0,38$, tốc độ lý thuyết dòng hơi ra khỏi ống phun $C{1t} = 366,95\text{ m/s}$, tốc độ thực tế $C_1 = 356,68\text{ m/s}$, góc vào cánh động $\beta_1 = 24,1^\circ$, góc ra cánh động $\beta_2 = 21,1^\circ$, tốc độ tương đối ra $W_2 = 211,61\text{ m/s}$, tốc độ tuyệt đối ra $C_2 = 95,88\text{ m/s}$ ($\alpha_2 = 52,52^\circ$).
  • Tổn thất và hiệu suất: Tổn thất ma sát thông gió $N_{tv} = 425,17\text{ kW}$ ($h_{tv} = 0,9152\text{ kJ/kg}$), tổn thất đẩy hơi quẩn $\xi_v = 0,0001461$, tổn thất tốc độ ra $\zeta_s = 0,0683$. Hiệu suất tương đối nội của tầng điều chỉnh đạt $\eta_{oi} = 0,8190$, công suất sinh ra tại tầng điều chỉnh $N_i = 25495,34\text{ kW}$.
  • Kích thước cánh và rò rỉ chèn: Chiều cao ống phun $l_1 = 0,056\text{ m}$, chiều cao cánh động $l_2 = 0,067\text{ m}$, độ phun hơi từng phần $e = 0,784$, lượng hơi rò rỉ qua chèn trục trước $G_{up} = 0,08645\text{ kg/s}$.

Chương 3: Tính nhiệt các tầng không điều chỉnh

Chương này xác định kích thước chuỗi tầng cánh và tính nhiệt cho tầng cánh áp lực:

  • Kích thước giới hạn: Đường kính tầng không điều chỉnh đầu tiên $d_1 = 0,8861\text{ m}$, chiều cao cánh $l_1 \ge 15 \div 20\text{ mm}$, độ phản lực $\rho = 0$. Đường kính tầng cuối cùng $d_z$ xác định theo thể tích riêng sau cánh $v_2 = 18,39\text{ m}^3/\text{kg}$, tỷ số $d_z/l_z = 2,4$, tổn thất tốc độ ra $\xi_{vs} = 0,03$, nhiệt giáng lý tưởng toàn tuabin $H_0 = 1714\text{ kJ/kg}$.
  • Tính toán tầng cánh không điều chỉnh đầu tiên (tầng 2 cụm 1): Đường kính $d = 0,8485\text{ m}$, tỷ số $u/C_a = 0,458$, độ phản lực $\rho = 0,1$, hệ số hoàn nhiệt $\alpha = 0,00483$, nhiệt giáng phân bố trên tầng $h_{oi} = 42,5\text{ kJ/kg}$ ($h_{01} = 38,25\text{ kJ/kg}, h_{02} = 4,25\text{ kJ/kg}$).
  • Thông số khí động: Tốc độ hơi ra khỏi ống phun $C_1 = 268,3\text{ m/s}$ ($\alpha_1 = 12^\circ$), tốc độ tương đối vào cánh động $W_1 = 140,7\text{ m/s}$ ($\beta_1 = 23,35^\circ$), tốc độ tương đối ra cánh động $W_2 = 164,89\text{ m/s}$ ($\beta_2 = 20,35^\circ$), tốc độ tuyệt đối ra $C_2 = 61,2\text{ m/s}$ ($\alpha_2 = 69,55^\circ$), động năng hơi thoát $h_{vcpr} = 1,872\text{ kJ/kg}$.
  • Kích thước bước cánh và số cánh: Bước cánh ống phun $t_1 = 30\text{ mm}$ (dây cung $b = 40\text{ mm}$), số cánh quạt động $z_2 = 89$ cánh.

Phần II: Tìm hiểu cấu trúc và hoạt động của tuabin ngưng hơi

Phần này phân tích kết cấu thực tế của tổ máy tuabin ngưng hơi Nhà máy Nhiệt điện Mạo Khê:

  • Kết cấu bộ phận tĩnh:
    • Xi lanh cao áp: Kết cấu 2 tầng vỏ, có vòng cách nhiệt tại cấp thứ 5 để giảm sai lệch nhiệt độ vách; gá trên bệ ổ trục bằng 4 móc vuốt mèo mặt trong; liên kết kéo đẩy dạng xà hình chữ "H".
    • Xi lanh trung áp: Kết cấu vách ngăn trục nón chỉnh thể, vách dày, bích cao hẹp chống biến dạng nhiệt; sử dụng bu lông thông lỗ hình nón ngược mác thép $20Cr1Mo1VNbTiB$ và $25Cr2MoVA$.
    • Xi lanh hạ áp: Kết cấu 3 tầng hàn, kích thước bao $8372\text{ mm} \times 7272\text{ mm}$, chiều cao nửa trên $3230\text{ mm}$ (nặng ~47 tấn), chiều cao nửa dưới $3000\text{ mm}$ (nặng ~125 tấn). Trang bị tấm chắn nhiệt, vòng dẫn lưu khuếch áp và vòng khử ẩm chống xói mòn lá cánh cấp cuối. Diện tích miệng thoát khí $37,7\text{ m}^2$ ($6,5\text{ m} \times 5,8\text{ m}$).
    • Thiết bị an toàn xi lanh hạ áp: Bố trí 4 van an toàn đĩa nổ đường kính $\phi 500\text{ mm}$, sử dụng màng cao su amiăng dày $1\text{ mm}$ tự vỡ khi áp suất tăng tới biểu áp $0,137\text{ MPa}$.
    • Ống liên thông trung - hạ áp: Đường kính trong $\phi 1100\text{ mm}$, tích hợp ống gợn sóng và buồng cân bằng ống xoắn để hấp thụ độ giãn nở nhiệt và triệt tiêu lực đẩy hướng trục.
    • Hệ thống phun giảm ôn hạ áp: Tự động kích hoạt qua hệ thống điều khiển DCS; mở van phun nước ngưng qua $2 \times 6$ vòi phun sương khi nhiệt độ hơi thoát đạt $80^\circ\text{C}$ và đóng lại khi nhiệt độ giảm xuống $65^\circ\text{C}$.
  • Kết cấu bộ phận chuyển động (Rotor):
    • Rotor cao áp: Chiều dài $5045\text{ mm}$, gồm 1 cấp điều tiết và 11 cấp bánh quạt; từ cấp 2 đến cấp 12 có 5 lỗ cân bằng $\phi 22$ trên vòng $\phi 625$.
    • Rotor trung áp: Chiều dài $5957\text{ mm}$, gồm 10 tầng cánh (cấp 1-5 rãnh chữ T ngược, cấp 6-10 hình nấm); cấp 2-10 có 7 lỗ cân bằng $\phi 27$ trên vành $\phi 872$. Nhiệt độ chuyển biến tính giòn của vật liệu rotor là $121^\circ\text{C}$ (bắt buộc sấy ấm trên $121^\circ\text{C}$ khi khởi động lạnh).
    • Rotor hạ áp: Chiều dài $6955\text{ mm}$, nặng ~36,8 tấn, gồm $2 \times 5$ cấp cánh (cấp 1-2 tiết diện đều, cấp 3-5 tiết diện thon nhọn, gốc cánh cấp 1-4 hình khuẩn, cấp cuối hình chạc).
  • Hệ trục và gối trục:
    • Gồm 8 ổ đỡ: 6 ổ đỡ cho tuabin hơi và 2 ổ đỡ cho máy phát điện. Các ổ 1 đến 4 là ổ đỡ bạc nghiêng tự lựa; ổ 5 và 6 là ổ đỡ hình elip.
    • Gối trục đẩy độc lập: Đặt giữa rotor cao áp và trung áp, sử dụng 11 miếng bạc đẩy làm việc và 11 miếng bạc đẩy định vị trên mặt cầu tự lựa. Lực đẩy hướng trục ở chế độ định mức là $89440\text{ N}$, chế độ cực đại là $91650\text{ N}$.
  • Hệ thống chốt trượt và chênh giãn nở nhiệt:
    • Bố trí điểm chết tuyệt đối tại stato (cách $205\text{ mm}$ sau tâm gối trục số 4 và $260\text{ mm}$ trước tâm vào hơi hạ áp) và điểm chết tương đối tại ổ hướng giữa cao áp - trung áp.
    • Cảm biến chênh giãn nở nhiệt đặt tại đầu trước rotor cao áp, đầu sau rotor trung áp và đầu sau rotor hạ áp, truyền tín hiệu về phòng điều khiển trung tâm DCS.
  • Hệ thống van điều chỉnh:
    • Cụm van cao áp: Gồm 2 van hơi chính ($\phi 252\text{ mm}$) và 4 van điều chỉnh ($\phi 130\text{ mm}$) dùng chung một vỏ van, điều khiển bằng các động cơ dầu độc lập.
    • Cụm van liên hợp trung áp: 2 cụm van bố trí hai bên xi lanh, tích hợp van hơi chính ($\phi 567,8\text{ mm}$) và van điều chỉnh ($\phi 510\text{ mm}$) dùng chung vỏ van và đế van.

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán nhiệt động và thông số vận hành chính của tổ máy:

Thông số kỹ thuật Ký hiệu Giá trị tính toán Đơn vị
Công suất điện phát ra tại đầu cực máy phát $N_e$ 540000 $\text{kW}$
Tổng lưu lượng hơi mới vào tuabin $D_0$ 464,52 $\text{kg/s}$
Suất tiêu hao hơi của tuabin $d_0$ 3,097 $\text{kg/kWh}$
Suất tiêu hao nhiệt của tuabin $q_{TB}$ 7761,6 $\text{kJ/kWh}$
Hiệu suất nhiệt của thiết bị tuabin $\eta_{TB}$ 46,38 $%$
Suất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn $b_{tc}$ 0,447 $\text{kg/kWh}$
Mức tăng độ kinh tế nhờ tái nhiệt và hồi nhiệt $e$ 21,3 $%$
Sai số cân bằng vật chất tại nút bình ngưng $\Delta\alpha$ 0 $%$
Công suất sinh ra tại tầng điều chỉnh $N_i$ 25495,34 $\text{kW}$
Hiệu suất tương đối nội của tầng điều chỉnh $\eta_{oi}$ 81,90 $%$
Lực đẩy hướng trục định mức lên gối trục đẩy $F_{đm}$ 89440 $\text{N}$

Các giải pháp kỹ thuật và quy định vận hành đề xuất:

  • Quy định chế độ khởi động trạng thái lạnh: Bắt buộc sấy ấm chậm rotor trung áp để đảm bảo tâm rotor đạt nhiệt độ trên $121^\circ\text{C}$ (vượt ngưỡng chuyển biến tính giòn của mác thép $30Cr1Mo1V$) trước khi hòa đồng bộ và tăng tốc lên $3000\text{ v/ph}$.
  • Tự động hóa hệ thống giảm ôn hạ áp: Sử dụng tín hiệu tiếp điểm điện nhiệt độ kim loại từ DCS để điều khiển phun sương giảm ôn tự động khi nhiệt độ hơi thoát vượt $80^\circ\text{C}$, tránh biến dạng nhiệt gây rung tổ máy khi chạy không tải hoặc phụ tải thấp.
  • An toàn hệ thống chân không: Thiết lập cụm 4 màng nổ amiăng $\phi 500\text{ mm}$ xả tự do ra khí quyển ở ngưỡng $0,137\text{ MPa}$ nhằm bảo vệ an toàn cho cánh cấp cuối và thiết bị ngưng tụ khi mất nước tuần hoàn đột ngột.

Đóng góp của đồ án:

  • Thiết lập chu trình tính toán nhiệt hoàn chỉnh, chi tiết cho sơ đồ nhiệt 8 cửa trích với sai số cân bằng vật chất tuyệt đối bằng $0%$.
  • Cung cấp tập hợp số liệu khí động học chi tiết của tầng điều chỉnh và tầng áp lực không điều chỉnh.
  • Hệ thống hóa toàn bộ tài liệu cấu tạo cơ khí, quy luật giãn nở nhiệt, hệ thống chốt trượt và cơ chế làm việc của các van điều chỉnh tổ máy tuabin hơi Đông Phương tại Nhà máy Nhiệt điện Mạo Khê.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của tài liệu:

  • Báo cáo thuyết minh văn bản chỉ trình bày các bước giải tích chi tiết cho tầng điều chỉnh và tầng không điều chỉnh đầu tiên (tầng 2 cụm 1); các tầng cánh áp lực còn lại và các trường hợp khảo sát tỷ số $u/C_a$ khác ($0,34; 0,36$) được dẫn chiếu sang bảng tính Excel đính kèm chứ không trình bày từng bước trong văn bản.
  • Chưa khảo sát diễn biến nhiệt động học của tuabin dưới các chế độ phụ tải thay đổi phi định mức.

Hướng nghiên cứu tiếp:

  • Mở rộng tính toán khí động học giải tích chi tiết cho toàn bộ 32 cấp áp lực của 3 thân xi lanh.
  • Nghiên cứu mô phỏng số 3D dòng hơi ẩm tại các tầng cánh cuối của xi lanh hạ áp để đánh giá chính xác mức độ xói mòn cánh do giọt ẩm.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo cho:

  • Sinh viên, học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt, Năng lượng Nhiệt điện, Kỹ thuật Cơ khí Động lực thực hiện đồ án tốt nghiệp thiết kế hoặc tính toán nhiệt tuabin hơi.
  • Kỹ sư vận hành, bảo dưỡng tổ máy tại các nhà máy nhiệt điện đốt than sử dụng tuabin ngưng hơi 3 xi lanh có tái nhiệt trung gian.

Các nội dung có giá trị tham khảo cao nhất:

  • Trình tự lập phương trình cân bằng năng lượng và cân bằng vật chất cho hệ thống gia nhiệt hồi nhiệt nhiều cấp có tính đến độ gia nhiệt của bơm cấp nước.
  • Phương pháp tính toán tam giác vận tốc và xác định các tổn thất ma sát thông gió cho tầng điều chỉnh tuabin xung lực.
  • Bản mô tả cấu tạo cơ học của hệ thống chốt trượt định vị điểm chết giãn nở nhiệt và gối trục đẩy tự lựa.

Câu hỏi thường gặp

Sơ đồ nhiệt hồi nhiệt của tổ máy mang lại hiệu quả kinh tế như thế nào so với chu trình ngưng hơi thuần túy?

Chu trình nhiệt có tái nhiệt và 8 cấp trích hơi hồi nhiệt giúp giảm suất tiêu hao nhiệt từ $9861,4\text{ kJ/kWh}$ xuống còn $7761,6\text{ kJ/kWh}$, qua đó nâng cao độ kinh tế nhiệt của thiết bị tuabin lên $21,3%$.

Hiệu suất tương đối nội và công suất sinh ra của tầng điều chỉnh đạt giá trị bao nhiêu?

Tầng điều chỉnh kiểu xung lực đơn với đường kính $1,0\text{ m}$ tại tỷ số tốc độ tối ưu $(u/C_a){opt} = 0,38$ đạt hiệu suất tương đối nội $\eta{oi} = 81,90%$ (sau khi trừ tổn thất ma sát thông gió $425,17\text{ kW}$, tổn thất đẩy hơi quẩn và tổn thất tốc độ ra), sinh ra công suất $N_i = 25495,34\text{ kW}$.

Rotor tuabin trung áp làm bằng vật liệu gì và cần lưu ý điều kiện gì khi khởi động lạnh?

Rotor trung áp làm bằng thép rèn hợp kim không lõi $30Cr1Mo1V$, có chiều dài $5957\text{ mm}$. Vật liệu này có nhiệt độ chuyển biến tính giòn là $121^\circ\text{C}$, do đó khi khởi động từ trạng thái lạnh phải tiến hành sấy ấm cẩn thận để vị trí trung tâm rotor đạt nhiệt độ trên $121^\circ\text{C}$ trước khi tăng tốc đến tốc độ định mức $3000\text{ v/ph}$.

Hệ thống gối trục đỡ và gối trục đẩy của tổ máy tuabin được bố trí như thế nào?

Tổ máy có tổng cộng 8 gối trục đỡ (6 ổ của tuabin và 2 ổ của máy phát điện), trong đó ổ 1 đến 4 là loại bạc nghiêng tự lựa, ổ 5 và 6 là hình elip. Gối trục đẩy có kết cấu độc lập dạng mặt cầu tự định vị với 11 miếng bạc làm việc và 11 miếng bạc định vị, chịu lực đẩy hướng trục định mức $89440\text{ N}$ và cực đại $91650\text{ N}$.

Hệ thống phun giảm ôn và bảo vệ chân không của xi lanh hạ áp hoạt động theo nguyên lý nào?

Hệ thống giảm ôn sử dụng nước ngưng qua $2 \times 6$ vòi phun sương tự động kích hoạt bởi DCS khi nhiệt độ hơi thoát đạt $80^\circ\text{C}$ và ngắt khi nhiệt độ giảm về $65^\circ\text{C}$. Về bảo vệ chân không, xi lanh hạ áp trang bị 4 van an toàn màng cao su amiăng đường kính $\phi 500\text{ mm}$ dày $1\text{ mm}$, sẽ tự động nổ vỡ để xả hơi ra ngoài khi áp suất trong xi lanh tăng tới biểu áp $0,137\text{ MPa}$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp đã hoàn thành tính toán nhiệt nguyên lý cho chu trình tuabin ngưng hơi có tái nhiệt và 8 cấp trích hơi hồi nhiệt, chứng minh hiệu quả nâng cao độ kinh tế nhiệt $21,3%$ với sai số cân bằng vật chất tại nút bình ngưng đạt $0%$. Nghiên cứu đã xác định đầy đủ các thông số khí động học, tổn thất năng lượng và kích thước hình học cho tầng điều chỉnh xung lực cũng như các tầng cánh không điều chỉnh. Đồng thời, đồ án cung cấp mô tả kỹ thuật chi tiết về kết cấu cơ khí 3 xi lanh, đặc tính vật liệu rotor, hệ thống gối trục tự lựa và cơ chế chốt trượt giãn nở nhiệt của tổ máy tuabin hơi tại Nhà máy Nhiệt điện Mạo Khê.