Tất tần tật về tua bin hơi nước 

Tua bin hơi nước được ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp và mang lại nhiều lợi ích cho con người. Cấu tạo của tua bin hơi nước như nào? Nguyên lý hoạt động và ứng dụng ra sao? Cùng đọc qua bài viết của chúng tôi để biết thêm thông tin nhé!    

Tua bin hơi nước là gì?

Tua bin hơi nước là một thiết bị sử dụng trong hệ thống lò hơi để chuyển đổi nước thành hơi nước, cung cấp hơi nước nóng hoặc hơi nước áp suất cao cho các quy trình công nghiệp hoặc các ứng dụng khác.
Tua bin hơi nước là một phần quan trọng trong quá trình sản xuất hơi nước. Nó hoạt động bằng cách sử dụng nhiệt độ và áp suất cao để biến nước thành hơi nước. Nước được cấp vào tua bin hơi nước thông qua đường ống nước dẫn, sau đó nước được đun nóng đến nhiệt độ và áp suất đủ để chuyển đổi thành hơi nước. Hơi nước tạo ra được sử dụng để cung cấp nhiệt hoặc năng lượng cho các quy trình công nghiệp, như làm nóng nước, tạo hơi cho hệ thống hơi, làm chạy máy móc, và nhiều ứng dụng khác.

Cấu tạo của tua bin hơi nước

Bộ ống nạp

Bộ ống nạp được tạo thành từ các thành phần như ống, van nạp, mối hàn lắp, ống dạng nón và ống khuỷu. Van nạp có chức năng ngắt dòng chảy trong trường hợp xảy ra các sự cố khẩn cấp hoặc khi cần đại tu. Ống nạp được thiết kế với các bộ phận hàn, đảm bảo áp suất chịu đựng và hiệu suất thuỷ lực tốt.

Bộ phận chính

Bộ phận chính của tua bin hơi nước có cấu trúc hai trụ đỡ và gồm các thành phần như cánh dẫn hướng và nắp cột áp. Vòng đai và đáy của bộ phận chính được làm bằng thép không rỉ.
Bộ phân phối của tua bin có cấu trúc lá trượt đơn giản, giúp dễ dàng lắp đặt và đại tu. Có các chốt trượt bảo vệ được sử dụng giữa thanh chắn dòng và thanh chắn dòng tự động.

Bộ phận quay

Bộ phận quay của tua bin là rôto được lắp đặt trên phần mở rộng của trục và côn rôto. Vỏ rôto được chế tạo từ thép không rỉ, có khả năng chống xâm thực và chịu mài mòn tốt.

Bộ ống hút

Bộ ống hút bao gồm thiết bị nạp khí, ống khuỷu và ống hình nón. Thiết bị nạp khí được lắp đặt giữa vòng đai đáy và ống khuỷu. Mục đích của thiết bị nạp khí là giảm độ rung thuỷ lực và ảnh hưởng của khí xâm thực, đồng thời cung cấp khí bổ sung tự nhiên từ bên ngoài vùng định danh của thiết bị.

Nguyên lý hoạt động của tua bin hơi nước

Nguyên lý hoạt động của tua bin hơi nước dựa trên chuyển động của hơi nước và sự tương tác giữa áp suất hơi và các cánh quay. Quá trình hoạt động chủ yếu được mô tả như sau:

• Hơi nước được đưa vào tua bin thông qua các vòi phun. Áp suất hơi nước từ vòi phun tác động lên các cánh quay đặt trên trục.
• Khi hơi nước chảy qua các vòi phun, vận tốc của nó tăng lên, tạo ra áp lực mạnh hơn lên các cánh quay của tua bin. Sự tác động của áp lực này khiến cho trục rôto quay theo.
• Sự quay của trục rôto chuyển đổi động năng từ hơi nước thành động năng cơ học.
• Động năng cơ học được truyền tải đến các cánh quạt và rôto thông qua kết nối trục. Thiết bị này thường được kết nối với máy phát điện của tua bin hơi nước.

Tua bin hơi nước được thiết kế sao cho cấu trúc hiệu quả, giúp giảm thiểu tiếng ồn phát sinh trong quá trình hoạt động. Tốc độ quay của cánh quay thường tương ứng với tốc độ dòng hơi nước chảy qua. Khi dòng hơi nước gia tăng, lực tác động lên các cánh quay cũng tăng, từ đó tạo ra tốc độ quay cao hơn. 
Vì vậy, trong nhiều trường hợp, tua bin hơi nước được sử dụng như một máy phát điện, có thể bao gồm một tuabin đa tầng và ba tuabin LP (Low-Pressure) hoạt động song song, kết hợp với máy phát chính và hệ thống bơm.

Ưu và nhược điểm của tua bin hơi nước

Ưu điểm

Hiệu suất cao: Tua bin hơi nước có khả năng chuyển đổi năng lượng nhiệt thành năng lượng cơ học với hiệu suất cao. Điều này giúp nó trở thành một công nghệ phát điện hiệu quả và tiết kiệm năng lượng.
Độ tin cậy cao: Tua bin hơi nước được thiết kế để hoạt động ổn định và bền bỉ trong thời gian dài. Với việc sử dụng các vật liệu chịu được áp suất và nhiệt độ cao, nó có thể hoạt động liên tục và đáng tin cậy trong các ứng dụng công nghiệp.
Tiếng ồn thấp: So với một số loại máy phát điện khác, tua bin hơi nước tạo ra tiếng ồn thấp hơn trong quá trình vận hành. Điều này có lợi ích cho môi trường làm việc và giảm ảnh hưởng tiếng ồn đến môi trường xung quanh.
Dễ bảo trì và sửa chữa: Cấu trúc đơn giản của tua bin hơi nước làm cho việc bảo trì và sửa chữa trở nên dễ dàng hơn. Việc thay thế và bảo dưỡng các bộ phận của nó có thể được thực hiện một cách nhanh chóng và tiết kiệm thời gian.

Nhược điểm
Yêu cầu nước làm môi chất làm việc: Tua bin hơi nước yêu cầu sử dụng nước làm môi chất làm việc để tạo ra hơi nước và sinh công suất. Điều này có nghĩa là cần có nguồn nước đủ lớn và chất lượng nước phải đáp ứng các tiêu chuẩn cần thiết.

Khó khắc phục sự cố: Trong trường hợp xảy ra sự cố, như rò rỉ hoặc hỏng hóc các bộ phận quan trọng, việc khắc phục và sửa chữa tua bin hơi nước có thể khó khăn và đòi hỏi kỹ thuật cao.
Không phù hợp cho các ứng dụng nhỏ: Với kích thước và công suất lớn, tua bin hơi nước thường không phù hợp cho các ứng dụng nhỏ hơn hoặc các hệ thống cung cấp điện cá nhân.
Tái cấu trúc đòi hỏi đầu tư lớn: Để nâng cấp hoặc tái cấu trúc một hệ thống tua bin hơi nước, đòi hỏi đầu tư lớn và công sức đáng kể để thực hiện. Việc thay đổi cấu trúc có thể đòi hỏi dừng hoạt động và ảnh hưởng đến khả năng cung cấp điện.

Phân loại tua bin hơi nước

Theo tầng số công tác

Tuabin một tầng

Tua bin chỉ có một tầng cánh quạt trên trục quay. Đây là loại tua bin đơn giản, thường được sử dụng trong các ứng dụng nhỏ hoặc khi yêu cầu áp suất thấp hơn.

Tuabin nhiều tầng

Tua bin có nhiều tầng cánh quạt trên trục quay. Các tầng này thường có kích thước và góc chuyển động khác nhau, giúp gia tăng áp suất và tăng hiệu suất của hệ thống.

Theo hướng chuyển động của dòng hơi

Tuabin dọc trục

Thiết kế để có trục quay song song và vuông góc với hướng chảy của dòng hơi nước. Điều này cho phép dòng hơi nước chạy thẳng qua tua bin theo một hướng song song với trục quay.

Tuabin hướng kính

Thiết kế để có trục quay vuông góc và hướng chuyển động của dòng hơi nước. Điều này có nghĩa là dòng hơi nước chạy vuông góc và từ trung tâm của tua bin ra ngoài theo hướng kính.

Theo nguyên lý tác dụng của dòng hơi

Tuabin xung lực

Tuabin xung lực hoạt động dựa trên việc tăng tốc dòng hơi nước trong ống phun hoặc rãnh cánh tĩnh. Trong quá trình này, nhiệt năng của hơi nước được chuyển đổi thành động năng của dòng hơi. Trong phần cánh tĩnh, chỉ có sự biến đổi động năng thành cơ năng xảy ra. Hiện nay, để tăng hiệu suất, người ta đã chế tạo các tầng xung lực có độ phản lực nhất định.

Tuabin phản lực

Tuabin phản lực có đặc điểm là sự giãn nở của hơi nước xảy ra trong cả rãnh cánh tĩnh và rãnh cánh động, với mức độ gần như nhau. Trong quá trình này, hơi nước cung cấp năng lượng cho cả hai phần cánh, tạo ra lực đẩy tác động lên cánh và làm quay tuabin. Tuabin phản lực thường có hiệu suất cao hơn và phù hợp cho các ứng dụng vận tải nước lớn và có áp suất thấp hơn.

Theo đặc điểm của quá trình nhiệt

Tuabin ngưng hơi

Loại tua bin này được sử dụng để tạo công suất cơ học và sản xuất điện năng. Trong quá trình hoạt động, hơi nước giãn nở và làm quay tuabin. Tại cuối quá trình, hơi nước được làm ngưng trong bình ngưng, và nhiệt năng còn lại của hơi được làm mát và xử lý. Tuy hiệu suất nhiệt của tuabin ngưng hơi tương đối thấp, nhưng chúng có khả năng tạo ra công suất lớn và được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy điện.

Tuabin đối áp

Trong loại tua bin này, hơi nước giãn nở đến áp suất thấp hơn áp suất khí quyển. Nhiệt năng của nước làm mát bình ngưng sau đó được sử dụng cho các mục đích như sinh hoạt, nông nghiệp và ứng dụng công nghiệp khác. Áp suất hơi sau tầng cuối của tuabin đối áp thường cũng cao hơn áp suất khí quyển.

Tuabin ngưng hơi có trích hơi điều chỉnh

Loại tuabin này không chỉ trích hơi gia nhiệt từ quá trình làm nóng nước mà còn có một hoặc hai cửa trích hơi có thể điều chỉnh áp suất theo nhu cầu sử dụng. Các phần hơi được trích này được sử dụng cho các mục đích công nghệ và sưởi ấm. Tuabin này rất phù hợp cho việc kết hợp sản xuất điện và nhiệt năng.

Tuabin ngưng hơi có cửa trích điều chỉnh trung gian

Trong loại tua bin này, hơi được trích từ tầng trung gian và dẫn vào hộp tiêu thụ nhiệt. Lượng hơi còn lại tiếp tục làm việc trong các tầng khác và đi vào bình ngưng. Áp suất hơi trích được duy trì ở mức không đổi thông qua các cửa trích hơi.

Tuabin có cửa trích hơi điều chỉnh và đối áp

Loại tuabin này được sử dụng để phục vụ các hệ thống tiêu thụ nhiệt với yêu cầu áp suất khác nhau. Tuabin có cửa trích hơi điều chỉnh và đối áp trích một phần hơi với áp suất không đổi từ tầng trung gian. Phần hơi còn lại, sau khi đi qua các tầng khác, được dẫn về hệ thống tiêu thụ nhiệt với áp suất thấp hơn.

Ứng dụng của tua bin hơi nước

Các ứng dụng của tua bin hơi nước bao gồm:
Ngành công nghiệp hóa chất: Tua bin hơi nước được sử dụng để cung cấp nhiệt và điện cho các quá trình sản xuất trong ngành công nghiệp hóa chất và dược phẩm.
Xử lý chất thải: Tua bin hơi nước được sử dụng để tạo ra năng lượng từ chất thải và khai thác năng lượng từ quá trình xử lý chất thải.
Ngành dầu khí: Tua bin hơi nước được sử dụng làm máy bơm hoặc máy nén trong ngành dầu khí.
Nhà máy đường: Tua bin hơi nước được sử dụng để sản xuất năng lượng từ bã mía và tạo ra carbon dioxide xanh.
Nhà máy điện chu trình hỗn hợp: Tua bin hơi nước được sử dụng trong các nhà máy điện chu trình hỗn hợp để tạo ra năng lượng điện. Chúng kết hợp sử dụng tuabin khí và tạo ra hơi nước từ nhiệt và khí, từ đó tăng cường hiệu suất phát điện.

Ngoài ra, tua bin hơi nước còn có ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác như sản xuất giấy, chế biến thực phẩm, sản xuất thép, cung cấp nhiệt cho hệ thống tòa nhà và các ứng dụng công nghiệp khác. Tua bin hơi nước được sử dụng trong các quy mô từ nhỏ đến lớn, phục vụ cho nhu cầu năng lượng của nhiều ngành công nghiệp.

Xem thêm :

>>> Tiêu chuẩn cấp nước lò hơi: Bước quan trọng để đảm bảo an toàn hoạt động

>>> 6 cách tối ưu hiệu suất và tuổi thọ lò hơi đơn giản