Nghiên cứu, thiết kế, phục hồi bạc ba bít tua bin cao áp cho nhà máy Nhiệt
điện than có công suất tổ máy 300 MW
Nghiên cứu, thiết kế, phục hồi bạc ba bít tua bin cao áp cho nhà máy Nhiệt
điện than có công suất tổ máy 300 MW
Tác giả:
Vũ Trung Tuyến, Trung tâm Gia công Áp lực,
Lê Xuân Quý, Phòng Kinh tế - Khoa học Công nghệ.
Ngành Công nghiệp sản xuất năng lượng (điện năng) đang ngày càng phát
triển mạnh mẽ nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng điện năng đang ngày một tăng cao,
vì vậy việc phát triển hệ thống các nhà máy nhiệt điện là một thực tế cấp thiết.
Trong những năm qua các nhà máy nhiệt điện ở nước ta đã và đang được phát triển
một cách nhanh chóng.
Trong hai năm 2001-2002 ngành điện lực Việt Nam đã đưa vào vận hành
thêm các dự án nhà máy điện làm tăng thêm 3084MW cho hệ thống điện Quốc gia.
Các dự án mới được xây dựng điển hình bao gồm: Nhiệt điện Phú Mỹ I, Phú Mỹ
II, Nhiệt điện Phả Lại II, Nhiệt điện Bà Rịa đuôi hơi 306-2, Nhà máy Nhiệt điện
Uông Bí Mở rộng I... Nhà máy Nhiệt điện Uông Bí Mở rộng I có công suất
300MW là một trong những dự án được xây dựng trong giai đoạn 2002-2005, sau
khi hoàn thành, hàng năm Nhà máy Nhiệt điện Uông Bí Mở rộng I sẽ cung cấp
khoảng 1,8 tỷ KWh điện, tiêu thụ 876.000 tấn than, góp phần vào mục tiêu đến
năm 2020 khi nước ta cơ bản trở thành nước công nghiệp thì phải cần đến 250 tỷ
kWh điện.
Song song với sự phát triển mạnh mẽ đó, đòi hỏi ngành cơ khí chế tạo phải
hội nhập kịp thời để đáp ứng các nhu cầu cung cấp chi tiết, thiết bị phục vụ ngành
sản xuất điện năng. Cứ sau các chu kỳ làm việc, hệ thống các nhà máy điện phải
tiến hành đại tu, sửa chữa (định kỳ) để đảm bảo tuổi thọ và độ bền tin cậy khi làm
việc, đây là một khối lượng công việc không nhỏ nhưng đòi hỏi phải có ngành
Công nghệ phụ trợ phát triển để cung cấp các sản phẩm và dịch vụ thay thế từ đơn
giản đến phức tạp trong các nhà máy điện.
Hệ thống Tua bin- Máy phát là hệ thống thiết bị chính trong dây truyền sản
xuất điện năng của một tổ hợp Nhà máy điện. Thiết bị các gối đỡ, đỡ- chặn là một
trong những thiết bị quan trọng trong hệ thống Tua bin- máy phát. Các thiết bị này
luôn phải làm việc trong điều kiện khắc nghiệt: Vận tốc lớn, áp lực cao, trong
những trường hợp bị quá tải…, hơn nữa các thiết bị này rất nhạy cảm với các thay
đổi từ tải trọng tác động đến khả năng và tính chất bôi của hệ thống bôi trơn, làm
mát…, nên đòi hỏi phải được chăm sóc đặc biệt.
Các thông số làm việc ổn định của cụm các thiết bị Paliê- Gối đỡ cùng với
các thông số hệ thống khác sẽ quyết định hiệu suất làm việc của Tua bin- Máy
phát, cũng như đảm bảo chế độ làm việc an toàn. Từ đó việc bảo dưỡng, sửa chữa
định kỳ cũng như việc khắc phục các sự cố tức thời các thiết bị trên là rất quan
trọng và luôn phải tuân theo quy trình nghiêm ngặt.
Để đáp ứng kịp thời, chủ động trong sản xuất và cũng là để thực hiện chủ
trương đúng đắn là nâng cao tỷ trọng sản phẩm cơ khí trong nước, phục vụ chương
trình nội địa hoá, dần thay thế giá trị kinh tế nhập ngoại rất cao, được sự nhất trí,
tạo điều kiện giúp đỡ của Chủ đầu tư Công ty Nhiệt điện Uông Bí, Ban quản lý Dự
án Uông Bí Mở rộng I, 300MW (LILAMA), Nhà cung cấp Thiết bị Tua bin- Máy
phát POWER MACHINES, Viện Nghiên cứu Cơ khí đã tiến hành khảo sát toàn bộ
Hệ thống Tua bin- Máy phát và đặc biệt là các thiết bị Gối đỡ, thu thập dữ liệu, xử
lý dữ liệu thống kê và đã có giải pháp Công nghệ phù hợp (trong điều kiện cơ khí
trong nước) để kịp thời khắc phục sửa chữa các thiết bị Gối đỡ nói trên. Giải pháp
Công nghệ đã được nhà cung cấp POWER MACHINES đánh giá cao về tính khả
thi và đã nhất trí cho nhóm tác giả triển khai dự án “Phục hồi gối đỡ ba bít của Tua
bin”.
1. Tổng quan về hệ thống tua bin hơi và điều kiện làm việc của gối đỡ ba
bít
Tua bin K300-170-1P (do Liên bang Nga chế tạo như trên hình 1) là tua bin
ngưng hơi, loại lắp cố định có công suất 300MW, áp suất hơi ban đầu p0=
171kG/cm2, nhiệt độ ban đầu t0= 5380C, có một bình ngưng hơi và một bộ quá
nhiệt trung gian. Tua bin có sáu cửa trích hơi không điều chỉnh. Tua bin có cấu tạo
gồm ba xi lanh (cao áp, trung áp và hạ áp).
Hơi mới được đưa tới tua bin thông qua hệ thống hai đường ống, trên mỗi
đường ống có lắp đặt các van chặn hơi chính, trước và sau các van là các đường
ống liên thông nhằm cân bằng áp suất hơi.
Xi lanh cao áp có bố trí hơi kiểu vòi phun. Xi lanh cao áp có cấu tạo hai vỏ:
vỏ trong và vỏ ngoài và có 1 tầng điều chỉnh kiểu xung lực và 17 tầng tua bin phản
lực. Dòng hơi vào xi lanh cao áp qua tầng điều chỉnh và 9 tầng phản lực bên trái
(theo hướng về phía bệ đỡ số 1), rồi thay đổi 1800 đi vào khoang giữa vỏ trong và
vỏ ngoài và tiếp tục qua 8 tầng phản lực bên phải (theo hướng về phía máy phát).
Hơi sau khi giãn nở sinh công trong xi lanh cao áp, theo các đường ống tái nhiệt
lạnh tới bộ quá nhiệt trung gian của lò hơi. Sau bộ quá nhiệt trung gian, hơi theo
các đường hơi tái nhiệt nóng đi vào xi lanh trung áp. Xi lanh trung áp là loại có cấu
tạo một dòng, nó gồm 15 tầng tua bin xung lực. Hơi sau khi giãn nở sinh công
trong xi lanh trung áp đi tới giữa thân của xi lanh hạ áp. Xi lanh hạ áp có cấu tạo
hai khoang (cấu tạo kiểu dòng kép đối xứng), mỗi khoang có cấu tạo 4 tầng tua bin
xung lực. Hơi sau khi giãn nở sinh công trong xi lanh hạ áp theo ống thoát tới bình
ngưng của tua bin.
Hình 1. Sơ đồ hệ thống tua bin K300-170-1P.
Về bạc ba bít, bạc ba bít có vị trí bên trong các gối đỡ tua bin, bằng vật liệu
ba bít. Bạc phải được chế tạo sao cho phù hợp với các điều kiện làm việc của các
gối đỡ. Gối đỡ mà đề tài thực hiện được thể hiện trên hình 2 sau:
Hình 2. Gối đỡ trụ của tua bin K300-170-1P;thông số:300MW, 3.000v/ph,
đường kính 436mm).
Gối đỡ gồm có hai phần nửa trên 2 và nửa dưới 3, cả hai nửa được tráng
lớp ba bít ở mặt trong. Theo vòng tròn gối có những miếng đệm tỳ 23 được bắt
bằng các vít 33. Những miếng đệm tỳ đó cho phép thay đổi vị trí giữa trục roto
và tâm tua bin khi định tâm bằng cách thay đổi độ dày các tấm căn đặt dưới các
miếng đệm tỳ. Dầu cấp vào máng trục qua lỗ 4, thành lỗ cũng được tráng ba bít
để tránh dầu có áp suất cao làm bong tách lớp ba bít với bề mặt gối. Lượng dầu
vào được điều chỉnh bằng tiết lưu 7. Để ngăn dầu thoát ra ngoài qua khe hở mặt
bên, có đặt vòng chắn dầu 1 được bắt bằng các bu lông 30/38. Hai nửa trên và
dưới được bắt với nhau thông qua gu dông 24/35.
2. Các vấn đề kỹ thuật chủ yếu
Qua việc nghiên cứu các đặc điểm, điều kiện làm việc của các gối đỡ ba bít
ta có thể nêu lên một số các vấn đề về yêu cầu kỹ thuật sau đây:
- Trong lúc làm việc bình thường giữa cổ trục và máng trục luôn phải có khe hở
được điền đầy dầu để loại trừ khả năng tiếp xúc kim loại với kim loại.
- Điều kiện này sẽ được thực hiện tốt nhất nếu giữa cổ trục và máng trục có khẻ hở
nhở dần theo chiều quay trục- mà người ta đã gọi nó là khe hở hình nêm (hay nêm
dầu bôi trơn). Khe hở bé nhất phải nằm phía dưới cổ trục, không cách xa vị trí có
áp suất cao nhất trong máng trục. Với dạng khe hở như vậy, dầu sẽ ôm cổ trục và
dồn vào phần khe hở bé nhất, nơi có áp suất tăng cao.
Với điều kiện làm việc như vậy giữa cổ trục của Roto- Máy phát và máng
trục (các gối, gối đỡ-chặn) ta có cặp bôi trơn ma sát giới hạn bằng màng dầu. Hay
bôi trơn giới hạn xảy ra khi các bề mặt ma sát bị phân cách bởi một lớp chất bôi
trơn rất mỏng có chiều dày cỡ phân tử đến trên 10m. Hình 3 đã giải thích sự làm
việc của màng dầu trong các paliê.
Hình 3. Sơ đồ sự hình thành và làm việc của màng dầu.
Ở trạng thái đứng yên cổ trục nằm ở vị trí được thể hiện trên hình 3 a, trong
đó cổ trục tiếp xúc trực tiếp với bề mặt (lớp ba bít) của phần dưới gối đỡ.
Nếu có cho dầu vào (ta chưa xét đến việc bơm dầu vào với áp suất cao nâng
trục- bôi trơn thuỷ tĩnh) thì kim loại vẫn tiếp xúc với nhau vì dầu bị ép ở vị trí có
áp suất lớn nhất của cổ trục đè lên máng trục.
Lúc trục bắt đầu quay thì hình ảnh sẽ thay đổi, hình 3 b ứng với trường hợp
trục quay. Dầu được đưa vào theo hướng mũi tên, thoạt đầu trục lăn trên máng
trục, nhờ cớ độ nhớt dầu bám vào cổ trục và dồn về khe hở hình nêm giữa cổ trục
và máng trục.
Khe hở ấy sẽ thu hẹp lại xuống phía dưới, còn áp suất dầu ở đó thì tăng lên
và đạt giá trị cực đại ở vị trí nằm trước khe hở bé nhất.
Do hiệu áp của dầu, tại các điểm khác nhau trong khe hở trục sẽ nổi lên trên
màng dầu. Áp suất phía bên trái cổ trục thấp hơn nên trục dịch chuyển sang trái và
tâm trục cũng dịch chuyển sang trái và lên trên và trùng với tâm thân máy. Số vòng
quay của trục Roto càng lớn, độ nhớt càng cao thì bề dày màng dầu càng lớn.
Đo lại áp suất tại các điểm khác nhau theo mặt cắt vuông góc với trục ta xây
dựng được biểu đồ áp suất theo hình 3 c. Từ đường cong đó ta thấy rằng áp suất
trong khe hở hình nên tăng dần khi khe hở thu hẹp lại, nhưng đạt giá trị cực đại
không phải ở chỗ có khe hở hẹp nhất mà ở phía trước đó, ở phần khe hở to dần là
áp suất khí quyển.
Với các điều kiện như trên, khi trục quay tới giá trị vận tốc tới hạn, sẽ xuất
hiện màng bôi trơn, khi chiều dày của nó lớn hơn độ cao tổng của các nhấp nhô
của hai bề mặt ma sát, khi đó ma sát ngoài của cặp ma sát sẽ trở thành ma sát trong
của các lớp dầu. Phương pháp tạo màng dầu này gọi là phương pháp bôi trơn thuỷ
động.
Hệ số ma sát khi bôi trơn giới hạn so với không bôi trơn giảm từ 2 đến 10
lần, cường độ mòn giảm đến hàng trăm lần.
3. Nghiên cứu phục hồi bạc ba bít
Trên cơ sở nghiên cứu các đặc tính kỹ thuật và điều kiện làm việc của gối đỡ
bạc ba bít, nhóm đề tài đã nghiên cứu lập quy trình công nghệ chế tạo, phục hồi
bạc. Quy trình công nghệ tóm tắt như sau:
- Bước 1: Phân tích thành phần vật liệu bạc ba bít gốc, từ đó lập quy trình
công nghệ phương pháp đúc, đúc đạt các thành phần như bạc gốc;
- Bước 2: Kiểm tra các tính chất cơ lý tính, tổ chức tế vi, thành phần pha của
vật liệu đúc so sánh với vật liệu gốc;
- Bước 3: Tiến hành đúc vật liệu theo quy trình đã nghiên cứu;
- Bước 4: Gia công cơ hai nửa bạc và thực hiện ghép nối;
- Bước 5: Kiểm tra lần cuối bằng phương pháp không phá hủy hiện đại về
thành phần vật liệu, độ cứng, tổ chức tế vi và pha vật liệu.
4. Kết quả và kết luận
Sau một năm nghiên cứu và thử nghiệm, nhóm đề tài đã thực hiện thành
công việc phục hồi một số gối đỡ tua bin cho nhà máy nhiệt điện Uông Bí mở rộng
1 công suất 300 MW. Các gỗi đỡ được phục hồi hiện tại đang hoạt động rất tốt và
được sự đánh giá cao của Công ty Nhiệt điện Uông Bí lẫn các chuyên gia nước
ngoài thuộc công ty Power Machine – những người luôn theo dõi, giám sát quá
trình phục hồi sản phẩm.
Hình 4. Quá trình kiểm tra, nghiệm thu tại công trường cùng các chuyên gia
nước ngoài
Từ kết quả thực hiện đề tài, chúng tôi rút ra một số kết luận sau:
Thứ nhất, việc nắm bắt và làm chủ được Công nghệ phụ trợ trong đó có
công việc phục hồi các loại Gối đỡ ba bít trong các nhà máy điện nói chung cũng
như trong các nhà máy nhiệt điện nói riêng là một việc làm cần thiết, mang nhiều ý
nghĩa quan trọng: Đáp ứng kịp thời, chủ động trong sản xuất; góp phần thực hiện
chủ trương nâng cao tỷ trọng sản phẩm cơ khí trong nước, phục vụ chương trình
nội địa hoá, dần thay thế giá trị kinh tế nhập ngoại.
Thứ hai, chúng ta đã xây dựng được các Lưu trình Công nghệ phục hồi các
loại Gối đỡ ba bít trong các nhà máy điện nói chung cũng như trong các nhà máy
nhiệt điện đốt than đến 300MW.
Thứ ba, nghiên cứu này là cơ sở Khoa học, góp phần không nhỏ cho việc
định hướng phát triển trong chiến lược năng lượng nói chung: Định hướng phát
triển Nghành Công nghiệp phụ trợ không chỉ dừng ở việc đại tu, sửa chữa mà còn
làm chủ được Công nghệ chế tạo chọn bộ các loại gối đỡ ba bít trong điều kiện
Việt Nam mà vẫn đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật.
- Xem thêm -