توربین بخار

توربین بخار موتور اصلی مورد علاقه در نیروگاه‌های تولید برق با بخار است. ظرفیت توربین بخار ممکن است از ۵ مگاوات تا ۲۰۰۰ مگاوات متغیر باشد.

مزایای توربین بخار نسبت به موتور دیزل به شرح زیر است.

1. حجم توربین بخار بسیار کوچکتر از حجم یک موتور دیزل معادل است. حجم یک توربین بخار ۳۰ مگاوات مشابه یک موتور دیزل ۵ مگاوات است.

2. از نظر ساختاری، توربین بخار بسیار ساده‌تر از یک موتور دیزل است. محور چرخان، پره‌ها و شیر کنترل بخار سه مؤلفه ضروری یک توربین بخار هستند.

3. یک توربین بخار نسبت به یک موتور دیزل از لرزش کمتری برخوردار است، اگر قطعات چرخان سیستم به درستی نصب و هم‌خط شوند.

4. سرعت یک توربین بخار می‌تواند بسیار بالاتر از یک موتور دیزل باشد. سرعت استاندارد یک توربین بخار استفاده شده در یک ایستگاه تولید برق در آمریکا ۳۶۰۰ دور در دقیقه و در بریتانیا ۳۰۰۰ دور در دقیقه است، در حالی که بالاترین سرعت استاندارد یک موتور دیزل استفاده شده برای همان منظور ۲۰۰ دور در دقیقه است.

5. کنترل یک توربین بخار بسیار ساده‌تر از یک موتور دیزل است. برای این منظور از یک شیر کنترل استفاده می‌شود. این شیر در خط ورودی بخار نصب شده است. شیر کنترل جریان بخار را به توربین تنظیم می‌کند. قبل از شیر کنترل یک شیر توقف نصب شده است. وظیفه شیر توقف این است که در صورت بروز هر گونه ناهماهنگی، جریان کامل بخار به توربین را مسدود کند. شیر توقف یک شیر اضطراری است.

بخار با فشار و دمای بالا وارد توربین می‌شود. پس از انجام کار مورد نظر چرخاندن محور چرخان، بخار با فشار و دمای بسیار کمتر خارج می‌شود. بخار ممکن است با فشار ۱۸۰۰ پاسکال و دمای ۱۰۰۰ درجه فارنهایت وارد توربین شود و فشار و دمای بخار خروجی ممکن است به ترتیب ۱ پاسکال و ۱۰۰ درجه فارنهایت باشد.

اصل عملکرد توربین بخار

در یک موتور بخار بازگشتی، بخار تحت فشار بر روی پیستون تأثیر می‌گذارد و حرکت مکانیکی پیستون را ایجاد می‌کند. ایده‌آل‌آرا، در یک سیستم بازگشتی از عملکرد پویای بخار استفاده نمی‌شود. اما در مورد یک توربین بخار، از عملکرد پویای بخار که به طور ناگهانی گسترش یافته است، برای انجام کار مکانیکی استفاده می‌شود.

در یک توربین بخار، بخار در نوزل‌ها گسترش می‌یابد و بنابراین انرژی جنبشی به دست می‌آورد و فشار خود را از دست می‌دهد. بخار در طول گسترش از انرژی داخلی خود انرژی جنبشی به دست می‌آورد. پره‌های توربین حرکت بخار را مسدود می‌کنند و بنابراین بخار را مجبور می‌کنند جهت جریان خود را تغییر دهد. به عبارت دیگر، حرکت بخار یک نیرویی بر روی پره‌های توربین وارد می‌کند. می‌توان گفت حرکت گسترش یافته بخار نیروی محرک یک توربین بخار است.

گسترش بخار و تغییر جهت حرکت ممکن است یک بار در یک مرحله واحد یا چندین بار در مراحل مختلف اتفاق بیفتد، بسته به نوع توربین.

وقتی فقط یک فرصت برای گسترش بخار در یک توربین وجود دارد و فشار بخار در طول فرآیند پس از گسترش از طریق نوزل‌ها یکنواخت باقی می‌ماند، توربین را توربین ضربه‌ای تک مرحله‌ای می‌نامند. در توربین ضربه‌ای، بخار با فشار و دمای بالا که از سر نوزل خارج می‌شود گسترش می‌یابد و یک جت بخار ایجاد می‌کند که مستقیماً به پره‌های متحرک برخورد می‌کند و چرخش محور چرخان توربین را ایجاد می‌کند.

نوع دیگری از توربین وجود دارد که بخار در طول فرآیند گسترش می‌یابد. در اینجا، گسترش بخار زمانی اتفاق می‌افتد که از طریق پره‌های توربین عبور می‌کند. در طول گسترش، انرژی داخلی بخار به انرژی جنبشی تبدیل می‌شود و بنابراین چرخش محور چرخان توربین با عملکرد پروانه‌ای انجام می‌شود.

این نوع توربین به عنوان توربین واکنشی شناخته می‌شود. در این نوع توربین‌ها، دو مجموعه پره وجود دارد. یک مجموعه پره‌های ثابت به بخش‌های ثابت توربین متصل شده و مجموعه دیگر پره‌های متحرک به روتور توربین متصل شده است. گسترش بخار در فضا تشکیل شده توسط پره‌های ثابت و متحرک اتفاق می‌افتد.

معمولاً یک توربین عملی دو مؤلفه مهم دارد: نوزل‌ها و پره‌ها. نوزل یک دستگاه است که در ورودی بخار یک توربین نصب شده است. بخار با دمای و فشار بالا و انرژی جنبشی ناچیز با کمک نوزل‌ها گسترش می‌یابد، فشار خود را از دست می‌دهد و بنابراین انرژی جنبشی کافی برای انجام کار مکانیکی به دست می‌آورد.

پره‌های توربین‌ها نیز به عنوان جابجای‌کننده شناخته می‌شوند. این امر به این دلیل است که بخار پویا زمانی که بر پره‌ها برخورد می‌کند جهت خود را تغییر می‌دهد. انرژی مکانیکی گسترش یافته بخار در پره‌های توربین استخراج می‌شود.

Statement: احترام به اصل، مقالات خوبی که ارزش به اشتراک گذاری دارند، اگر نقض حق نشر وجود داشته باشد لطفا تماس بگیرید تا حذف شود.