توربین بخار چیست؟

توربین بخار و کاربردهای آن

اکثر برق تولیدی در سرتاسر ایالات متحده با کمک موتورهای توربین بخار حاصل می شود. طبق گفته وزارت انرژی ایالات متحده، بیش از 88 درصد انرژی در ایالات متحده از طریق ژنراتورهای توربین بخار تولید می شود. توربین های بخار با ارائه راندمان بالاتر و هزینه های پایین به بخشی جدایی ناپذیر از بسیاری از صنایع تولید برق جهان تبدیل شده اند.در ادامه با ما در آداک، شرکت سازنده تابلو برق در ایران همراه باشید تا در این باره بیشتر بدانید.

اولین توربین بخار

اولین توربین مدرن توسط Sir Charles A. Parsons در سال 1884 ساخته شد. این سیستم برای روشنایی نمایشگاهی در نیوکاسل انگلستان استفاده شد و تنها 7.5 کیلووات انرژی تولید کرد. در حال حاضر، ژنراتورهای بخار می توانند بیش از 1000 مگاوات انرژی در نیروگاه های مقیاس بزرگ تولید کنند. در حالی که ظرفیت تولید از زمان پارسونز به شدت افزایش یافته است، ولی اصول طراحی آن دست نخورده باقی مانده است. حرکت بخار روی تیغه ها بر اساس قانون دوم ترمودینامیک و قضیه کارنو است که ادعا می کند با دمای بخار بیشتر، راندمان نیروگاه بیشتر می شود. بیایید در این مقاله از وبلاگ آداک، بهترین سازنده تابلو برق در ایران بررسی کنیم که چگونه بخار به تولید انرژی در نیروگاه های برق کشور کمک می کند.

چگونه انرژی زیادی از بخار گرفته می شود؟

برگردیم به فیزیک دبیرستان، آب در 100 درجه سانتیگراد می جوشد. در آن نقطه، مولکول‌ها منبسط می‌شوند و ما آب تبخیر شده بخار را دریافت می‌کنیم. بخار با استفاده از انرژی موجود در مولکول های به سرعت در حال انبساط، کارایی قابل توجهی را برای خروجی انرژی فراهم می کند. با توجه به دما و فشار بالای بخار، تعجبی ندارد که مواردی وجود داشته باشد که حوادث به دلیل استفاده یا اجرای نامناسب شیرهای ایمنی رخ داده است. یکی از قابل توجه ترین حوادث در نیروگاه هسته ای “تری مایل آیلند” رخ داد. این رویداد همه به افزایش فشار ناشی از بخار منجر شد، زمانی که پمپ‌هایی که آب را به ژنراتورهای بخار تغذیه می‌کردند از کار افتادند.

مزایای توربین بخار نسبت به موتور دیزل

• اندازه یک توربین بخار بسیار کوچکتر از یک موتور دیزلی معادل است. اندازه یک توربین بخار 30 مگاواتی مانند یک موتور دیزلی 5 مگاواتی است.
• ساخت و ساز سیستم بخار بسیار ساده تر از یک موتور دیزلی است. شفت روتور، تیغه ها، شیر کنترل بخار سه جزء ضروری یک توربین بخار هستند.
• یک موتور بخار در صورتی که قطعات چرخان سیستم به درستی نصب و تراز شوند از لرزش کمتری نسبت به موتور دیزل رنج می برد.
• سرعت موتور بخار می تواند بسیار بیشتر از سرعت موتور دیزل باشد. سرعت استاندارد یک موتور بخار مورد استفاده در یک ایستگاه تولید برق 3600 RPM در ایالات متحده آمریکا و 3000 RPM در انگلستان است در حالی که بالاترین سرعت استاندارد موتور دیزلی که برای همین منظور استفاده می شود 200 RPM است.
• کنترل موتور بخار بسیار ساده تر از موتورهای دیزلی است. برای این منظور از یک شیر کنترل استفاده می شود. دریچه در خط ورودی بخار نصب می شود. این شیر کنترل جریان بخار به توربین را کنترل می کند. یک شیر توقف قبل از شیر کنترل نصب شده است. عملکرد شیر توقف این است که در صورت بروز هر گونه ناهنجاری، کل جریان بخار به توربین را مسدود کند. شیر توقف یک شیر اضطراری است.

فشار و دمان بخار ورودی و خروجی

بخار در فشار و دمای بالا وارد سیستم می شود. پس از انجام کار مورد نظر برای چرخاندن روتور، بخار در فشار و دمای بسیار پایین‌تری تخلیه می‌شود. بخار ممکن است به ترتیب در فشار و دمای 1800 Pa و 1000 درجه فارنهایت وارد توربین شود و فشار و دمای بخار خروجی ممکن است به ترتیب 1 Pa و 100oF باشد.

اصول کار توربین بخار

در یک موتور بخار رفت و برگشتی، بخار تحت فشار روی پیستون عمل می کند و باعث حرکت مکانیکی پیستون می شود. در حالت ایده آل، هیچ عمل دینامیکی بخار در یک سیستم رفت و برگشتی استفاده نمی شود. اما در مورد یک توربین بخار، عمل دینامیکی بخار منبسط شده ناگهانی عمدتاً برای انجام کارهای مکانیکی استفاده می شود.

همچنین ببینید: ترانسفورماتور جریان چیست؟

در یک موتور بخار، بخار موجود در نازل ها منبسط می شود و از این رو انرژی جنبشی به دست می آورد و فشار خود را از دست می دهد. بخار در طول انبساط خود از آنتالپی داخلی خود انرژی جنبشی دریافت می کند. پره های توربین مانع حرکت بخار می شوند و در نتیجه جریان را مجبور می کنند تا جهت جریان خود را تغییر دهد. به عبارت دیگر، تکانه بخار باعث ایجاد نیرو بر روی پره های توربین می شود. می توان گفت که تکانه انبساط بخار نیروی محرکه یک موتور بخار است. انبساط بخار و تغییر جهت حرکت ممکن است یک بار در یک مرحله یا چندین بار در مراحل مختلف بسته به نوع موتور اتفاق بیفتد.

توربین بخار تک مرحله ای

هنگامی که تنها یک شرط انبساط بخار در یک نیروگاه وجود دارد و فشار بخار پس از انبساط از طریق نازل ها در طول فرآیند یکنواخت باقی می ماند، توربین را توربین تک مرحله ای تک مرحله ای می نامند. در توربین ضربه ای، بخار با فشار بالا و دمای بالا که از سر نازل خارج می شود، منبسط می شود و یک جت بخار تشکیل می دهد که مستقیماً به پره های متحرک برخورد می کند و باعث چرخش روتور توربین می شود.

توربین بخار واکنشی

نوع دیگری از موتور وجود دارد که در آن بخار در طول فرآیند منبسط می شود. در اینجا، انبساط بخار هنگام عبور از پره های توربین صورت می گیرد. در حین انبساط، آنتالپی بخار به انرژی جنبشی تبدیل می شود و در نتیجه روتور با عمل پروانه می چرخد. این نوع سیستم به عنوان توربین واکنش شناخته می شود. در این نوع توربین ها دو مجموعه پره وجود دارد. یک مجموعه از پره های ثابت متصل به قسمت های ثابت توربین و مجموعه دیگر از پره های متحرک متصل به روتور است. انبساط بخار در فضای تشکیل شده توسط تیغه های ثابت و متحرک صورت می گیرد.

همچنین ببینید: تابلو کنترل توزیع شده چیست؟

اجزای اصلی توربین بخار

معمولاً یک توربین کاربردی دارای دو جزء مهم نازل و پره است. نازل وسیله ای است که در ورودی بخار یک توربین نصب می شود. بخار با دمای بالا و فشار بالا با انرژی جنبشی ناچیز منبسط می شود، فشار را از دست می دهد و بنابراین انرژی جنبشی کافی برای انجام کارهای مکانیکی با کمک نازل ها به دست می آورد. تیغه های آن به عنوان منحرف کننده نیز شناخته می شوند. این به این دلیل است که بخار دینامیک با برخورد به تیغه ها منحرف می شود. انرژی مکانیکی بخار منبسط شده در پره های توربین استخراج می شود.

ساخت و تولید انواع تابلو برق با فناوری روز دنیا 

آیا می دانید آداک در راستای ارائه جدیدترین فناوری ها در صنعت تابلو برق، طیف وسیعی از محصولات را طراحی و تولید می کند؟ برای آشنایی بیشتر با راهکارهای حرفه ای آداک در این زمینه و دریافت مشاوره جهت طراحی و ساخت تابلو برق فشار ضعیف و تابلو برق فشار متوسط برای پروژه صنعتی یا مسکونی خود، هم اکنون با کارشناسان ما تماس بگیرید.

دفتر مرکزی: کرج، عظیمیه. بلوار 45 متری کاج، پلاک 199، واحد 1 و 3

تلفن: 02634156000

ایمیل: info@adakbn-co.com

دفتر تهران: بزرگراه اشرفی اصفهانی، خیابان مخبری، پلاک 10 واحد 6

تلفن: 02144491255

ایمیل: sales@adakbn-co.com

کارخانه: شهرک صنعتی صفادشت، بلوار فروردین، خیابان فروردین نهم غربی، پلاک 104

تلفن: 02634156000