В этой статье я подробно расскажу о турбине и различных типах гидравлических турбин. Итак, турбина — это механическая машина, которая использует кинетическую энергию или потенциальную энергию определенной жидкости (сгорающий газ, воздух, пар, вода и т.д.) и преобразует ее во вращательное движение самой турбины. Они обычно используются в пропульсивных системах, двигателях и производстве электроэнергии и относятся к типу двигателей. Итак, это устройство, имеющее по крайней мере одну смещающуюся часть, называемую ротором в сборе, который представляет собой барабан или вал, на котором закреплены лопасти. Движущаяся жидкость ударяет по лопасти, что приводит к ее перемещению и передаче энергии вращения ротору. Самыми ранними примерами турбин были водяные колеса и ветряные мельницы.
К ротору турбины прикреплен набор лопастей для извлечения энергии из движущейся жидкости. Лопасти сильно влияют на эффективность.
Конструкция турбины меняется в зависимости от ее применения в различных областях. И проектирование — непростая задача. Они очень важны, так как почти вся электрическая энергия создается с их помощью. Первая практическая турбина была изобретена Бенуа Фурнейроном, бывшим студентом Клода Бурдина.
Типы турбин:
Существует множество типов турбин, которые используются во всем мире. Но здесь мы рассмотрим два основных типа гидравлических турбин.
1) По рабочей жидкости.
2) По позитивному расположению лопастей и сопел.
1) По рабочей жидкости
Итак, существует четыре основных типа турбин в зависимости от рабочей жидкости.
iii) Водяная турбина
Ниже приводится подробное объяснение этих типов турбин.
i) Газовая турбина
Газовая турбина — это тип двигателя, который преобразует химическую энергию топлива в механическую. Они используются в различных отраслях промышленности по всему миру.
Газовая турбина — это тип двигателя внутреннего сгорания. Эти турбины также известны как реактивные двигатели. В них имеется восходящий роторный компрессор, соединенный с нисходящей турбиной, и горелкой между ними.
Газовая турбина имеет тот же принцип работы, что и паровая электростанция, за исключением того, что вместо воды используется воздух. Свежий воздух проходит через компрессор и достигает более высокого давления. Затем в камере сгорания создается горячий поток путем впрыска топлива в поступающий воздух из входного отверстия и воспламенения воздуха для придания ему энергии. Этот газ под высоким давлением и высокой температурой поступает в турбину и расширяется под давлением выхлопных газов внутри турбины, создавая работу вала.
Эта работа коленчатого вала используется для приведения в действие других устройств, которые могут быть соединены с валом, например, электрического генератора и компрессора. Выхлопные газы имеют высокую скорость или высокую температуру, потому что энергия, которая не используется для выполнения работы вала, высвобождается из выхлопных газов.
Целью газовой турбины является определение конструкции для максимизации идеальной формы энергии. Эти типы турбин используются для питания танков, генераторов, кораблей, поездов и самолетов.
Газовые турбины используются в самолетах для создания тяги. Типы газовых турбин приведены ниже.
1. Радиальные газовые турбины
2. Турбовальные двигатели
3. Турбовинтовые двигатели
4. Аэродинамические газовые турбины
6. Турбовентилятор
- Всасывание воздуха
- Сжатие
- Мощность
- Выхлоп
ii) Паровые турбины
Основная статья: Паровая турбина
Это машина, которая получает тепловую энергию от сжатого пара и преобразует ее в механическую энергию. Эта механическая энергия используется для вращения выходного вала. Турбины особенно подходят для привода генераторов. В паровых турбинах в качестве рабочей жидкости используется пар. Когда горячий газообразный пар проходит через вращающиеся лопасти турбины, пар расширяется и охлаждается, высвобождая максимальную часть заключенной в нем энергии.
Паровая турбина состоит из трех частей: низкого давления, среднего давления и высокого давления. Первая часть — это часть высокого давления, которая включает в себя два горизонтально разделенных рукава. Внутреннее пространство расположено внутри, закреплено вдоль оси, а внешний корпус имеет увеличенную площадь во всех направлениях. 2-я часть — это часть среднего и низкого давления, которая состоит из трех секций, разделенных горизонтально и соединенных перпендикулярными фланцами. Выпускной патрубок постоянно соединен с конденсатором, который подпружинен. Средний корпус оснащен втулками, на которых установлены первый и второй нагреватели низкого давления. Корпуса соединены ключами, а точка осевого крепления находится в середине корпуса низкого давления.
iii) Водяная турбина
— Водяная или гидравлическая турбина — это вид вращательного двигателя, который получает энергию из текущей воды. В настоящее время она в основном используется для выработки электроэнергии из воды.
— Тип водяной или гидравлической турбины выбирается в соответствии с расходом воды, напором воды, количеством водного месторождения на участке и требованиями к эффективности. Для разных напоров и скоростей потока используются несколько гидроэлектростанций и различные типы гидротурбин.
— Электрический генератор прикреплен к гидротурбине с помощью вала. Когда гидротурбина поднимает и вращает воду, которая естественным образом движется в лопастях, генератор получает необходимую мощность и вырабатывает электричество.
— Гидроэнергетика на сегодняшний день является самым эффективным методом выработки электроэнергии в больших масштабах. Поскольку процесс преобразования поглощает кинетическую энергию и преобразует ее непосредственно в электрическую, отсутствуют неэффективные химические или термодинамические средние процессы и потери тепла.
— На крупных электростанциях эффективность преобразования больших ГЭС может достигать 95 процентов. На малых электростанциях с выходной мощностью менее 5 МВт эффективность преобразования составляет от 80 до 85 процентов и намного выше, чем у трех предыдущих механизмов.
iv) Ветряные турбины
Основная статья: Ветровая турбина
Эти типы турбин вырабатывают электроэнергию путем приведения в движение генератора, использующего естественный ветер. При производстве электроэнергии этим методом высокоскоростной ветер ударяется о лопасти турбины, которые начинают вращаться. Вращение этих лопастей помогает вращать вал генератора. Этот вал вращает катушку генератора, благодаря чему вырабатывается электричество. Ветер является естественным и чистым источником энергии. Этот процесс производства электроэнергии не производит никаких выбросов и постоянно пополняется солнечной энергией, которая никогда не иссякнет. Ветряные турбины во многом являются естественным развитием традиционных ветряных мельниц, но теперь они обычно имеют 3 лопасти, которые вращаются вокруг горизонтальной или вертикальной оси башни.
Максимальные ветряные турбины вырабатывают электроэнергию при скорости ветра около 3-4 м/с (13 километров в час) и выдают экстремальную «мощность» около 15 м/с (48,2803 километров в час). Скорость разрушения ветрогенератора может достигать 25 м / с и более.
Генератор соединен с лопастями ветряной турбины.
1. Когда ветер дует на лопасти ветряной турбины.
2. Лопасти поворачиваются, и редуктор вращает генератор.
3. Генератор состоит из ротора и статора, которые вырабатывают электрическую энергию.
4. Теперь вы можете распределять электроэнергию по электростанциям или хранилищам.
Более того, новейшие конструкции используют силы удара и реакции для изменения степени, где это возможно. Ветряная турбина использует слой воздуха для создания подъемной реакции работающей жидкости и передачи ее ротору. Она также может извлекать энергию из ветра, отбрасывая его под определенным углом. Многоступенчатые типы могут использовать реактивные лопасти или импульсные лопасти высокого давления.
Традиционно паровые турбины являются более впечатляющими, но они продолжают развиваться в том же направлении, что и реакционные конструкции, используемые в газовых турбинах. При низком давлении объем рабочей среды расширяется, а давление падает. В этих условиях лопатка получает только импульсы, и она строго ориентирована на реакцию. Логика заключается в эффекте скорости каждой лопатки — высота лопатки увеличивается из-за роста объема турбины. Таким образом, нижняя часть лопасти вращается медленнее, чем кончик. Это изменение скорости требует от разработчика переключения с нижнего буста на более реактивный кончик пера.
Но, на основе лопастей и сопла, существует два основных типа турбин.
1) Реакционные турбины
2) Импульсные турбины.
Разница между импульсными и реактивными турбинами приведена ниже на схеме.
1) Импульсные турбины:
Основная статья: Импульсная турбина
Это самый известный тип турбин. Она перенаправляет поток газовых или жидких струй на высокой скорости. В гидравлических турбинах этого типа высокоскоростная жидкость распыляется из тонких сопел на лопасти для вращения лопастей. Лопасти обычно имеют ковшеобразную форму. В них жидкость сталкивается с турбиной на очень высокой скорости. Эти типы турбин вращаются только тогда, когда жидкость проходит через лопасть.
- Турбины с колесом Пельтона: В них направление струи направлено по касательной к турбинному колесу. Они лучше всего подходят для высокого напора и низких скоростей потока. Они имеют очень высокий КПД.
- Турбины поперечного потока: Они лучше всего подходят для небольших гидроэлектростанций, где требуется высокий расход воды. Они также имеют более низкую цену, чем турбины с колесом Пельтона.
2) Реактивная турбина:
Основная статья: Реактивные турбины
Это еще один любимый тип гидравлических турбин. Она генерирует крутящий момент, реагируя на давление или массу газа или жидкости. Давление жидкости или газа изменяется по мере того, как она проходит через лопасти. В них лопасти помещаются в большое количество жидкости и вращаются, когда жидкость проходит через лопасти. Она не так сильно меняет направление потока, как импульсные турбины.
Если импульсная турбина похожа на футбол, то реактивная турбина, наоборот, похожа на плавание. Сейчас я вам объясню! Представьте, что вы выполняете вольный стиль (кроль спереди): опускаете руки под воду, вытягиваете их вперед как можно дальше, заканчиваете «следом» и отводите руки назад. Цель, которую вы хотите достичь, — держать руки и предплечья у воды как можно дольше, чтобы вы могли передать как можно больше энергии при каждом гребке.
Реактивные турбины используют ту же идею, но в обратном направлении: представьте, как быстрая струя воды обтекает вас, двигая ваши руки и ноги, обеспечивая энергией ваше тело! Для этих видов необходимо, чтобы вода как можно дольше находилась в мягком контакте с лопастями и использовала как можно больше энергии. Вода не ударяется о лопасти и не подпрыгивает, как в импульсной турбине. Вместо этого лопасти движутся более плавно «вместе с приливом».
Она может извлекать больше энергии, чем импульсные турбины того же размера, поскольку поглощает энергию только в месте контакта с жидкостью (так как обычно только одна или две лопасти могут одновременно попасть в поток жидкости).
- Пропеллерные турбины.
- Гравитационные турбины.
- Турбины Каплана.
- Турбины Френсиса.
- Колбовые турбины.
i) Пропеллерные гидравлические турбины
Основная статья: Турбина Каплана
Пропеллерные турбины очень похожи на турбины Каплана. Но пропеллерные турбины имеют фиксированные лопасти, в то время как турбины Каплана не имеют фиксированных лопастей. Пропеллерные турбины лучше всего подходят для низкого напора и высокой скорости потока. Они преобразуют энергию пара, ветра или ржавой воды в механическую энергию для привода генератора для производства электроэнергии. Эти турбины широко используются на гидроэлектростанциях для выработки электроэнергии.
Представьте себе гребной винт лодки, работающий на трубе. Давление в трубе постоянно; в противном случае движитель потеряет равновесие. Шаг лопастей может быть фиксированным или гибким. Движущимся компонентом (бегуном) пропеллерной турбины является гребной винт, подобный винтам, которые приводят в движение подводные лодки и корабли под водой. Помимо бегунка, основными компонентами являются тяговая труба, шибер и спираль. Эти типы реактивных турбин лучше всего подходят для работы речных электростанций. В них несколько лопастей одновременно контактируют с жидкостью.
ii) Гравитационные турбины
Это самый известный тип реакционных турбин. Гравитационные турбины способны обеспечить бесплатной электроэнергией весь мир. Эти реакционные турбины производят электричество путем преобразования кинетической энергии гравитации. Периодами она использовалась в качестве насоса, но сегодня во всем мире она используется в качестве турбины. Принцип ее работы очень похож на турбину водяного колеса. Тем не менее, уникальная форма спирали позволяет гравитационной турбине вращаться быстрее, чем водяному колесу, что приводит к более высокой эффективности преобразования энергии (80% и более). Несмотря на это, реактивные турбины такого типа все еще движутся медленно и требуют многоступенчатой передачи для привода стандартного генератора. Основное преимущество реакционных турбин этого типа заключается в том, что большая часть остатков может аккуратно проходить через турбины, поэтому не требуются сита тонкой очистки или автоматические очистители сит. Гравитационные турбины оказались «дружественными» для рыб.
Итак, эта технология все еще находится на ранней стадии. Она делает большие успехи благодаря новым технологиям и патентам. С помощью этой технологии мы можем обеспечить чистую и бесплатную энергию для удовлетворения растущих энергетических потребностей. Поскольку не требуется ни топлива, ни электричества, это может стать жизнеспособным ресурсоемким решением. Предлагаемая конструкция включает в себя систему водоснабжения и сложную турбину, которая использует силу притяжения земли для перемещения воды, чтобы турбина могла работать. Турбина соединяется с генератором, и вал этой турбины вращает катушку генератора и вырабатывает электричество.
Если эта технология окажется успешной, многие энергетические компании, такие как Hitachi и Mitsubishi, будут вкладывать в нее значительные средства. Таким образом, технология гравитационных турбин способна обеспечить бесплатную энергию и имеет потенциал оказать значительное влияние на мир.
iii) Турбины KAPLAN
Основная статья: Турбина Каплана
Турбина Каплана используется при низком напоре и высокой скорости потока воды. В этих типах реактивных турбин калитки и лопасти регулируются для выполнения различных операций. Эти типы реактивных турбин в основном используются на гидроэлектростанциях для выработки электроэнергии. Ее лопасти могут изменять свой угол в соответствии с требованиями эффективности.
Лопасти на турбине Каплана не плоские, но важно отметить, что внешняя часть лопасти движется быстрее, чем внутренняя. Во время движения турбины они закручиваются очень незначительно.
iv) Кинетическая турбина
Турбина кинетической энергии, также известная как турбина свободного потока, производит электрическую энергию из К.Э. текущей воды вместо П.Э. напора. Такие турбины используются на гидроэлектростанциях. Итак, кинетическая турбина работает в реках, океанских течениях, приливах и отливах или искусственных каналах. Динамические системы используют естественный путь течения воды. Эти типы реакционных турбин могут использоваться в таких трубах, но не обязательно пропускать воду через каналы, русла или искусственные трубы.
В этой статье описаны типы реакционных турбин. Реакционные турбины наиболее широко используются во всем мире.
Области применения гидравлической турбины:
- Она используется для выработки электроэнергии на многих гидроэлектростанциях по всему миру.
- Турбокомпрессор автомобиля использует энергию давления выхлопных газов от импульсной турбины. Высокотемпературный и высоконапорный газ из выхлопных газов преобразуется в высокоскоростную струю после прохождения через сопло.
- Он также используется в качестве системы рекуперации энергии. Он также работает в установке обратного осмоса, которая приводит в движение турбину со скоростью струи сточных вод.
- Она используется для выработки электроэнергии в ветроэнергетических установках.
- Так, реакционные турбины наиболее широко используют в гидроэлектростанциях для выработки электроэнергии.
- В дополнение к низкому КПД турбин поперечного потока, только он может получить максимальную мощность при низком напоре и высокой скорости.
В этой статье я подробно рассказываю о турбине и различных типах гидравлических турбин. Поэтому я надеюсь, что после прочтения статьи вам будет понятно все, что связано с этой темой. Если у вас возникнут вопросы, то не стесняйтесь и дайте мне знать в поле для комментариев. Я постараюсь сделать все возможное, чтобы дать четкий ответ на ваш вопрос.
