Tua bin khí (Gas Turbine)

Thiết bị tuabin khí là động cơ nhiệt trong đó hóa năng (năng lượng liên kết hóa học) của nhiên liệu được biến đổi thành cơ năng nhờ những bộ phận của máy quay có cánh. Quá trình chuyển đổi năng lượng trong động cơ này có thể thực hiện bằng những chu trình nhiệt động khác nhau, trong đó có hai loại chu trình cơ bản thực sự có ý nghĩa là: - Chu trình với quá trình cháy đẳng áp, đó là chu trình Bragton. - Chu trình với quá trình cháy đẳng tích, đó là chu trình...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tua bin khí (Gas Turbine) Tua bin khí (Gas Turbine) -Phần 01Thiết bị tuabin khí là động cơ nhiệt trong đó hóa năng (năng lượngliên kết hóa học) của nhiên liệu được biến đổi thành cơ năng nhờnhững bộ phận của máy quay có cánh. Quá trình chuyển đổi nănglượng trong động cơ này có thể thực hiện bằng những chu trìnhnhiệt động khác nhau, trong đó có hai loại chu trình cơ bản thực sựcó ý nghĩa là:- Chu trình với quá trình cháy đẳng áp, đó là chu trình Bragton.- Chu trình với quá trình cháy đẳng tích, đó là chu trìnhHunphrey. Tuabin khí 3 trụcLịch sử phát triển thiết bị tuabin khí ở những thời kỳ đầu có liênquan đến việc tìm kiếm chu trình thích hợp và trong phạm vi giớihạn của vật liệu chế tạo cũng như mức phát triển thấp của khí độnghọc.Nếu như dự thảo thiết kế thiết bị tuabin khí có từ trước thế kỷ 20thì cách thiết kế thích hợp với thực tế phải đến đầu thế kỷ 20 mớithực hiện được: năm 1902 Moss đã chế tạo tuabin khí dùng đểquay quạt nạp không khí cho động cơ đốt trong kiểu piston. Trongnăm 1905 Armangen và Laval đưa vào vận hành thiết bị tuabin khívới công suất 400KW có nhiệt độ vào 5600C làm việc theo chutrình đẳng áp.Năm 1909 Holzwarth cho vận hành thiết bị tuabin khí với côngsuất 150KW với chu trình đẳng tích.Những tuabin đốt đẳng áp đầu tiên có hiệu suất khoảng 3%, dohiệu suất thấp của quá trình nén và nhiệt độ thấp của sản phẩmcháy. Những thiết bị tua bin khí với quá trình cháy đẳng tích lúcđầu có hiệu suất tốt hơn nhưng không vượt 14% với điều kiện vậnhành khó hơn.Sự hoàn thiện tua bin khí về mặt vật liệu chế tạo cũng như mẫuthiết kế thích hợp càng rõ ràng sau nhiều năm vận hành và nhữnglần thử có ý nghĩa.Năm 1922 Pescara phát minh tổ hợp động cơ piston đốt trongkhông cần cơ cấu thanh truyền với tuabin khí được dùng làmnguồn công suất hữu ích.Bằng cách bố trí này có thể đạt được hiệu suất cao hơn trong cácmáy phát năng lượng với nhiệt độ tương đối thấp và nguyên liệulại rẻ hơn.Nhà phát minh nổi tiếng Whittle năm 1930 đã thiết kế một thiết bịtua bin khí cho động cơ máy bay. Ưu điểm nổi bật của thiết bị nàykhi dùng cho máy bay so với các động cơ đốt trong kiểu piston làhiệu suất nhiệt cao hơn. Năm 1973 dưới sự lãnh đạo của nhà phátminh đã đưa vào vận hành động cơ máy bay kiểu tua bin đầu tiên.Năm 1938 hãng BBC đưa vào vận hành thiết bị tua bin khí chạymáy phát điện với công suất 4000KW, trong nhà máy điện ngầmdự trữ của Thụy Sĩ.Nhịp điệu phát triển của tua bin khí đặc biệt tăng nhanh trongchiến tranh thế giới thứ hai, các nước tham chiến đều tìm kiếmnhững phương tiện đặc biệt mạnh và các loại động cơ có sức kéotrội hơn để dùng cho các máy bay chiến đấu với tốc độ cao. Điềunày thúc đẩy tốc độ phát triển tua bin khí.Sự phát triển của tua bin khí sau chiến tranh càng sâu và mạnh hơntheo những hướng chủ yếu trong chiến tranh thế giới đã tới mứcchỉ trong thời gian rất ngắn, tua bin khí dùng cho máy bay đã loạiđộng cơ piston ra khỏi lĩnh vực quốc phòng và sau đó là các máybay dân dụng, rồi tới những máy móc nhỏ đặc biệt có công suấtthấp.Sự phát triển của tua bin máy bay đặc biệt đẩy nhanh sự phát triểnkhí động học phần truyền dòng khí (các dãy cánh) của máy nén vàcủa tua bin, của thiết bị đốt và vật liệu chế tạo. Tất cả những vấnđề trên đã thúc đẩy và tập hợp nhiều ngành, khoa học kỹ thuật khácnhư lĩnh vực của các máy quay có cánh quạt trong công nghiệp,giao thông vận tải ngày càng phát triển và xích lại gần nhau hơn.Sự phát triển thiết bị tua bin khí trong công nghiệp lúc đầu một mặtdo ảnh hưởng của kinh nghiệm từ tua bin máy bay yêu cầu gọn,nhẹ và dễ thiết kế ( như của hãng General Electric). Hướng khácdo ảnh hưởng của cấu tạo thiết bị tua bin hơi trong nhà máy nhiệtđiện với cách phân chia thành từng phần tử cấu thành riêng trongtừ tổ hợp. Thực tế thường phải thiết kế theo hai hướng trên do yêucầu sử dụng trong công nghiệp những nguồn năng lượng cố địnhhay di chuyển được.Ngày nay thiết bị tua bin khí được sử dụng rộng rãi. Nó đang chènép những động cơ kiểu piston trong phạm vi công suất cao nhất vàthiết bị hơi nước trong phạm vi công suất thấp (như các trạm phátđiện bù tải ngọn hoặc dự trữ).Những lĩnh vực sử dụng thiết bị tua bin khí:1. Trong vận tải, cụ thể là ngành hàng không, đường sắt vàđường thủy (hiện đang bắt đầu với động cơ ô tô).2. Ngành năng lượng – Các nhà máy nhiệt điện…3. Ngành vận chuyển dầu và khí trong khoảng cách lớn.4. Ngành công nghiệp hóa học và luyện kim.5. Các tổ hợp thiết bị phụ để bơm, truyền động hay vận chuyển…6. Các quạt nạp khí của các động cơ nhiệt kiểu piston.7. Trong các lĩnh vực mới như năng lượng hạt nhân kỹ thuật tênlửa, thiên văn và vũ trụ học.Thiết bị tua bin khí là động cơ nhiệt chạy bằng sản phẩm cháy vớitủ số đặc biệt của công nén trên công hữu ích có những đặc điểmlà:- Ưu điểm:1. Bố cục gọn, sử dụng không gian và diện tích phía trước cao,yêu cầu nguyên vật liệu nhỏ.2. Tính cơ động vận hành cao, như mở máy n ...