Cấu tạo máy nén ly tâm (Centrifugal Compressor)

CẤU TẠO

Cấu tạo máy nén khí ly tâm

Bánh công tác (impeller): Là chi tiết chính của máy nén ly tâm mà di chuyển khí hướng ra mép ngoài của bánh công tác, làm tăng lên năng lượng của khí, cả áp suất và vận tốc.

Bộ phận khuếch tán của máy sẽ chuyển đổi năng lượng của vận tốc thành áp suất. Do nguyên lý làm việc dựa trên lực ly tâm nên gọi là máy nén khí ly tâm

Các loại bánh công tác

Diffuser (rãnh khuếch tán): Khi khí rời khỏi bánh công tác và bị đẩy vào đường dẫn gọi là diffuser, sẽ chuyển đổi vận tốc thành năng lượng áp suất.

Vỏ kiểu xoắn ốc (volute) và diffuser

Dòng khí nén của máy nén dòng hướng kính

Vỏ máy kiểu xoắn ốc (volute): Tương tự kiểu xoắn ốc mà chuyển đổi vận tốc thành áp suất khi khí đi qua diffuser vào vỏ xoắn ốc.

Máy nén dòng hướng trục (axial flow): Dòng khí nén đi theo chiều dọc trục. Nó có cánh tĩnh và cánh động; cánh động được gắn trên trục và quay cùng với trục; cánh tĩnh gắn trên thân vỏ máy nén. Áp suất sẽ tăng bằng cách sử dụng nhiều bộ cánh tĩnh và động này.

Nguyên lý máy nén dòng hướng trục

Máy nén dòng hướng trục

Tỉ số nén: Là tỉ số giữa áp suất xả và áp suất hút, P_xả/P_hút=R.

Lưu lượng của máy nén (capacity): Là thể tích khí di chuyển trong một khoảng thời gian đã cho (cubic feet/minute-ft³/phút).

VỎ MÁY NÉN KIỂU TÁCH 2 NỬA THEO PHƯƠNG NGANG

Vỏ máy nén MCL (Middle split, impeller closed, free vortex) bao gồm hai nửa ghép chặt lại vào nhau trên mặt phẳng tâm nằm ngang bởi các bulong trên vỏ máy. Hai bề mặt của hai nửa úp lên nhau ăn khớp một cách chính xác nhờ gờ/mộng lắp ghép ở hai bề mặt và giúp làm kín hoàn hảo.

Bốn chân máy nhô ra từ mặt phẳng tâm và nằm trên các trụ đỡ đặc biệt.

Chân ở phía khớp nối được cung cấp các then feather key để định vị trí máy theo chiều dọc.

Máy được định vị theo phương ngang bởi hai feather key mà giữ (neo) lại trong mặt phẳng thẳng đứng chứa trục quay. Các feather key được ăn khớp trong thanh dẫn hướng đặc biệt được hàn trên nền móng. (xem hình dưới)

Điều này cho phép bất cứ sự dịch chuyển của vỏ tốt nhất theo phương dọc và cho sự giãn nở vì nhiệt một cách hoàn toàn.

Trong hai buồng ở hai đầu máy là bộ làm kín, ngăn ngừa khí rò rỉ qua vỏ/trục.

Hai buồng ổ đỡ (ở hai đầu máy) nằm trên hai bệ đỡ. Điều này cho phép kiểm tra ổ đỡ mà không cần tháo máy nén.

feather key ở bích ống cửa hút máy nén

Bốn chân nằm ngang nhô ra từ đường tâm và nằm trên các trụ đỡ đặc biệt để đỡ máy. Chân ở phía có khớp nối có các then dẫn hướng gọi là feather key để định vị trí của máy nén theo chiều dọc. Các feather key này hàn với đường tâm theo chiều dọc vỏ máy nén, giúp dẫn hướng và định vị trí của máy theo phương ngang. Sự bố trí này cho phép sự giãn nở nhiệt mà không làm ảnh hưởng đến độ đồng trục của máy.

MÁY NÉN KIỂU VỎ TÁCH 2 NỬA THEO PHƯƠNG NGANG

KIỂU BARREL (HAY VERTICAL)

RÔ TO

Rô-to bao gồm trục gắn các bánh công tác và các ống cách khoảng (spacer) giữa các bánh công tác. Các ống được lồng quanh trục và định vị trí trên trục của các bánh công tác và bảo vệ phần trục ở giữa các bánh công tác tiếp xúc với khí được nén.

Các bánh công tác là chi tiết của máy nén ly tâm sẽ gia tốc cho dòng khí. Bánh công tác là loại đóng kín hai mặt với các cánh dẫn (vane) bố trí ngược chiều quay bánh công tác (backward); bánh công tác ép chặt lên trục và được định vị trên trục nhờ then.

Trước khi gắn lên trục, các bánh công tác đều phải được kiểm tra cân bằng động ở tốc độ cao hơn 15% tốc độ tối đa của nó.

Trong suốt quá trình vận hành, rô to chịu một lực đẩy dọc trục hướng về phía đầu hút, lực này tạo ra do sự chênh áp ở hai phía của bánh công tác.

Trong các máy nén li tâm hai đoạn (section) các bánh công tác được bố trí kiểu lưng đối lưng back-to-back sẽ giảm lực dọc trục trên. Lực dọc trục này được cân bằng một phần nhờ trống cân bằng (balancing drum) và một phần nhờ ổ đỡ chặn hướng trục (thrust bearing).

Cách bố trí cánh công tác của máy nén nhiều cấp

VÁCH NGĂN (DIAPHRAGMS)

Vách ngăn

Các vách ngăn được hình thành xung quanh trục và tạo nên các phần tĩnh của các cấp của máy nén. Các đường hình vòng xuyến đi qua các vách ngăn tạo nên các đường khuếch tán, nơi mà động năng của khí ở đầu ra bánh công tác chuyển đổi thành áp suất. Các đường này cũng tạo nên các đường dẫn (channel) để vận chuyển khí một cách hiệu quả vào mắt hút của các bánh công tác.

Tất cả các vách ngăn này được chia nửa theo đường tâm nằm ngang. Các nửa này được lắp trong phần vỏ cũng được chia nửa theo đường tâm nằm ngang. Các nửa vách ngăn ở phần nửa trên được giữ bởi các các vít định vị theo phương dọc trục. Vì vậy, cho phép nhấc nửa vỏ trên mà không gây nguy hiểm do vách ngăn này bị rơi xuống.

Bộ phận làm kín kiểu mê cung (labyrinth seal) được gắn trên vách ngăn, gần mắt hút của bánh công tác để tối thiểu hóa sự rò rỉ khí từ phần xả tới phần hút của bánh công tác. Bộ phận làm kín kiểu vòng xuyến (ring) được gắn trên các rãnh bao quanh phần nửa vỏ máy và các vách ngăn trung gian để ngăn ngừa sự rò rỉ khí áp suất cao tới vùng áp suất thấp hơn.

Nguyên lý làm việc của balancing drum

TRỐNG CÂN BẰNG (BALANCING DRUM)

Rôto máy nén ly tâm chịu một lực dọc trục hướng về cửa hút do sự chênh áp của áp suất tác động lên hai phía của bánh công tác.

Trong máy nén ly tâm hai đoạn với kiểu bố trí đối lưng back-to-back của các bánh công tác, lực dọc trục được cân bằng một phần nhờ 2 trống cân bằng. Một được gắn ở giữa các đầu xả của hai đoạn; tiết diện của nó không có sự kết nối với bên ngoài. Cái còn lại được gắn ở đầu trục gần kề đầu hút đoạn thứ hai; nó cùng với bộ phận làm kín kiểu mê cung ở đầu trục được gọi chung là buồng cân bằng. Một đường khí cân bằng được nối từ đầu hút đoạn một tới phía sau balance drum, vì vậy tạo ra vùng áp suất thấp phía sau balance drum nên có một sự chênh áp suất chiều theo ngược lại các bánh công tác. Các balance drum này không làm cân bằng hoàn toàn lực dọc trục, phần còn lại được loại bỏ nhờ ổ đỡ chặn thrust bearing. Các balance drum này được gia nhiệt khi lắp chặt lên trục.

Các balance drum này không làm cân bằng hoàn toàn lực dọc trục, phần còn lại được loại bỏ nhờ ổ đỡ chặn thrust bearing.

Nguyên lý làm việc của labyrinth seal

LABYRINTH SEAL- bịt kín kiểu mê cung hay khuất khúc hay răng lược

Được sử dụng giữa các bộ phận tĩnh và động của máy nén để giảm sự rò rỉ giữa các cấp nén, vùng có áp suất khác nhau. Labyrinth seal là một vòng với các cánh mỏng (fin) bao quanh chu vi vòng tròn và các cánh này chừa khe hở nhỏ với rô to.

Vòng được chia ra hai phần, hoặc chia làm bốn phần. Vòng làm bằng thép hợp kim mềm, để chống mài mòn và phá hủy trục nếu có sự tiếp xúc ngẫu nhiên với trục. Nửa trên của vòng được gắn chặt với vách ngăn diaphragm. Phần dưới có thể lấy ra dễ dàng nhờ trượt theo các rãnh trên diaphragm. Các vị trí gắn labyrinth seal là bánh công tác, ống bọc trục (shaft sleeve) cách khoảng giữa các bánh công tác và các balance drum. Khe hở giữa labyrinth seal và rôto cho thấy trong data sheet.

Xem thêm:

LABYRINTH SEAL, BỘ LÀM KÍN KHUẤT KHÚC (HAY KIỂU RĂNG LƯỢC)

Ổ đỡ tilting pad journal bearing

JOURNAL BEARING (Ổ đỡ trục)

Dùng loại tilting pad, bôi trơn cưỡng bức. Dầu cao áp chảy thành tia hướng tâm xuyên qua các lỗ tới các miếng bạc (pad) và tấm chặn (block) và xả ra một bên. Theo hình vẽ: các tấm pad bằng thép, lớp tiếp xúc với trục làm bằng babitt (white metal) là loại hợp kim kẽm. Tấm chặn bằng thép đặt trong lớp vành của vỏ và hai o-ring dầu bảo vệ. Các tấm pad có thể nhún theo cả hai chiều hướng kính, hướng trục nên sẽ làm giảm rung động hướng kính của rô to. Vít có tác dụng ngăn sự quay của các tấm pad. Vỏ được làm bằng thép, được chia làm hai nửa (đều chứa các tấm pad và tấm chặn (block), hai nửa ghép lại với nhau nhờ bulông. Chốt nhô ra từ nửa trên ngăn ngừa ổ đỡ quay theo trục.

Hình vẽ đơn giản hóa THRUST BEARING.

THRUST BEARING (ổ đỡ chặn)

Được gắn trên một đầu của máy, là loại tác động kép với hai phần được đặt ở hai phía đĩa chặn (thrust collar).

Nó được thiết kế để hấp thụ lực dọc trục còn lại từ sự cân bằng không hoàn toàn nhờ hai balance drum và nhờ các đầu hút đối xứng.

Nó có một vòng kiểm soát dầu (oil control ring-O.C.R) để làm tối thiểu sự mất mát năng lượng vì sự khuấy tung của dầu bên trong bearing khi vận hành với tốc độ cao.

Khe hở giữa các tấm pad và cổ trục thrust collar được cho thấy trong data sheet.

Xem thêm:

các thành phần chính của bồn dầu

Hệ thống dầu bôi trơn: 1. Bồn dầu 2. Bơm dầu (1 chạy, 1 dự phòng) 3. Bộ làm mát dầu 4. Bộ lọc dầu kép

BỒN DẦU CHÍNH (MAIN RESERVOIR)

Bồn dầu được cung cấp các đường kết nối cần thiết cho việc điền dầu vào, xả cặn, xả khí và kiểm tra.

Một đầu đốt bằng điện trở được điều khiển đóng mở bởi công tắc nhiệt độ đặt trong bồn dầu. Dầu cấp tới bồn dầu chính được hút từ thiết bị tách dầu.

Một nguồn cung cấp khí trơ tới bồn dầu, khí trơ được đưa vào trong không gian giữa nắp bồn dầu và bề mặt dầu trong bồn dầu. Khí trơ này tránh sự tiếp xúc trực tiếp dầu trong bồn với không khí, tránh xảy ra sự ôxi hóa và sự nổ bên trong bồn.

Xem thêm:

Hệ thống dầu bôi trơn cho máy quay (Lubrication Systems for Turbomachinery)

BÌNH TÍCH ÁP THỦY KHÍ ( HYDROPNEUMATIC ACCUNULATOR)

Bên trong bình tích áp thủy khí có một túi 50 lít khí đã được bơm vào. Khí dược bơm vào là N₂, ở áp suất 4,4 bar tương ứng với 9/10 áp suất vận hành tối thiểu. Bình tích áp này nằm trên đường dầu tới bộ phận điều tốc của tuabin. Bình này cung cấp dầu cho hệ thống điều tốc khi có yêu cầu bổ sung dầu, tránh cho thiết bị ngắt (oil stop device) hoạt động.

CHÚ Ý

TRONG SUỐT QUÁ TRÌNH VẬN HÀNH CỦA NHÀ MÁY, ĐỂ KIỂM TRA ÁP SUẤT BÊN TRONG TÚI KHÍ, ĐÓNG VAN CÁCH LI VỚI ĐƯỜNG DẦU VÀ MỞ VAN XẢ HẾT DẦU TRONG BÌNH TÍCH, DÙNG ĐỒNG HỒ ĐO ÁP SUẤT TÚI KHÍ BÊN TRONG. SAU KHI HOÀN THÀNH VIỆC KIỂM TRA, MỞ LẠI VAN THÔNG VỚI ĐƯỜNG DẦU.

HỆ THỐNG DẦU KHẨN CẤP (EMERGENCY LUBE OIL SYSTEM)

Bồn dầu Rundown tank

BỒN DẦU TRÊN CAO (RUNDOWN TANK)

Bồn cấp dầu bôi trơn được đặt trên cao, gọi là rundown tank, sẽ cung cấp dầu tới đường phân phối (header) dầu bôi trơn bearing, trong thời gian shutdown khẩn cấp do việc hư hỏng của bơm dầu chính và phụ. Kích thước của bồn sao cho đủ dầu bôi trơn các bearing cho đến khi cụm máy nén ngừng hoàn toàn. Trên đường dầu cung cấp, có chia ra các nhánh, một nhánh lắp một van một chiều (check valve), một nhánh lắp thiết bị tiết lưu (orifice). Bồn này sẽ được nạp trong suốt quá trình vận hành bình thường của hệ thống dầu bôi trơn. Khi bơm dầu chính hoạt động một lượng dầu nhỏ chảy qua orifice đi vào bồn. Khi bồn đầy sẽ chảy theo đường tràn trở về bồn dầu chính. Khi áp suất tĩnh trong bồn vượt quá áp suấp đường phân phối thì dầu bôi trơn sẽ chảy xuống qua van một chiều tới bôi trơn các bearing.

BƠM DẦU KHẨN CẤP (EMERGENCY OIL PUMP)

Sau khi shutdown,cần thiết đưa một lượng dầu tới các bearing của tua bin mà làm việc ở nhiệt độ cao, lúc đó ta cần bơm dầu khẩn cấp này. Bơm sẽ chạy sau khi có tín hiệu shutdown cụm máy nén. Bơm dẫn động bởi động cơ điện xoay chiều, sẽ đưa dầu từ bồn dầu theo đường dầu riêng đi tới các bearing. Đầu hút của bơm cũng cung cấp thiết bị lọc dầu; và đường xả cũng có đồng hồ áp suất, công tắc áp suất, bộ lọc đơn, đồng hồ đo chênh áp, van an toàn, van một chiều và van chặn.

ĐƯỜNG DẦU BÔI TRƠN

Dầu ở nhiệt độ thích hợp và đã được lọc cấp tới các đường phân phối (header) và theo các đường ống tỏa đi bôi trơn các bearing. Áp suất đường header được duy trì ở 2 bar. Trên mỗi đường dầu đều có một orifice điều chỉnh, orifice có kích thước sao cho duy trì được áp suất thích hợp. Giá trị áp suất cho thấy trên các đồng hồ áp suất gắn trên đường ống. Trên đường dầu hồi về từ các điểm bôi trơn có gắn các nhiệt kế RTD (thermometer) và thị kính dòng (flow glass).

Các cảm biến nhiệt được gắn trong mỗi bearing để kiểm tra nhiệt độ của babit (white metal) lớp kim loại chống mài mòn trên tấm bạc pad trong bearing.

Tất cả đường dầu ra sau bôi trơn được hồi về bồn dầu chính của hệ thống.

ÁP SUẤT DẦU BÔI TRƠN BEARING

Sẽ được kiểm soát bởi các lỗ tiết lưu orifice hiệu chỉnh gắn trên đường dầu tới các bearing sao cho áp suất tới journal bearing từ 0,9 tới1,3 bar và tới thrust bearing từ 0,3 đến 0,9.

Kiểm tra thường xuyên lưu lượng dòng dầu tới các bearing nhờ thị kính dòng flow glass.

Bộ lọc dầu 2 ngả duplex

BỘ LỌC kép (duplex FILTER)

Bộ lọc dầu ghép đôi được bố trí trên đường cấp dầu bôi trơn chính. Mỗi bộ lọc ghép đôi này được bố trí trên hai đường ống song song và có thêm một van chuyển dòng giữa hai đường ống song song, van này cho phép tách một filter ra đường ống cho kiểm tra hay bảo dưỡng mà không làm gián đoạn dòng dầu cấp tới máy.

Bộ lọc này là loại có thể thay thế khi áp suất chênh giữa hai đầu bộ lọc tăng quá giá trị cài đặt. Sẽ có một đường cân bằng kết nối hai filter (đi qua một van tiết lưu orifice ), cho phép điền đầy dầu trong filter dự phòng, giúp dễ dàng cho việc mở van ba cửa để chuyển đổi filter khi cần.

Bộ lọc là loại có thể thay thế rọ lọc ở bên trong.

Bộ lọc dầu kép theo API 614

Các bước chuyển đổi filter trong khi hệ thống dầu bôi trơn đang làm việc:

Kiểm tra van xả drain valve của filter dự phòng đã đóng hay chưa.

Mở van cách ly isolating valve của filter dự phòng.

Mở van trên đường cân bằng nối hai filter.

Mở van xả để xả hoàn toàn air trong filter dự phòng, đảm bảo là trong filter đã đầy dầu, sau đó đóng van xả lại.

Mở van ba cửa để chuyển dòng dầu chạy qua filter dự phòng.

Đóng van trên đường cân bằng, mở hoàn toàn các van xả ở filter ngừng sử dụng.

Đóng van cách ly của filter ngừng sử dụng.

Tiến hành kiểm tra và làm sạch bên trong bình lọc và thay lọc mới.

Đóng các van xả của filter này lại.

THIẾT BỊ LÀM MÁT (COOLER)

Dầu được làm mát nhờ hai thiết bị trao đổi nhiệt shell-tube làm mát bằng nước (dầu đi ngoài ống, nước làm mát đi trong ống), một cho stand-by. Mỗi thiết bị làm mát được thiết kế để làm mát toàn bộ lưu lượng dầu cần thiết cho cụm máy nén. Đường ống được bố trí song song. Một van chuyển đổi dòng liên tục được lắp giữa các thiết bị làm mát để dầu luôn luôn chảy trực tiếp qua thiết bị làm mát vào đường phân phối dầu. Điều này cho phép sửa chữa, kiểm tra một trong hai thiết bị làm mát mà không làm ngắt dòng dầu tới máy nén.

Thiết bị làm mát dầu (shell and tube oil cooler), dầu đi ngoài ống, nước làm mát đi trong ống.

Bộ làm mát dầu (1 chạy, 1 dự phòng standby), có van chuyển đổi

Một đường dầu cân bằng có gắn một van tiết lưu orifice, kết nối với hai thiết bị làm mát sẽ điền dầu vào thiết bị làm mát phụ trợ sẵn sàng cho hoạt động khi thiết bị chính dừng.

Trên các thiết bị làm mát có một đường by-pass có gắn một van được điều khiển tự động với tín hiệu điều khiển bởi bộ điều khiền nhiệt độ mà cảm biến nhiệt từ dòng ra của thiết bị làm mát.

Qui trình làm sạch thiết bị làm mát trong lúc hệ thống dầu đang làm việc:

Kiểm tra van trên đường cân bằng kết nối hai thiết bị làm mát là đang mở để dầu điền đầy vào thiết bị không sử dụng (stand-by) để khí bên trong đi ra hết, sau đó đóng van xả khí.

Mở van chuyển đổi dòng dầu đưa thiết bị làm mát phụ trợ này vào vận hành.

Đóng van trên đường cân bằng, mở van xả hết dầu (cả van xả khí) trong thiết bị muốn làm sạch và tiến hành làm sạch, kiểm tra.

Đóng van xả dầu

SEAL LÀM KÍN Ở PHÍA ĐẦU TRỤC

Được lắp ở hai đầu trục của máy nén để ngăn ngừa gas rò rỉ ra ngoài máy nén.