عیدی ویژه سال نو مهندس یار: یک محصول رایگان برای شما !! (فقط تا ساعت 24 امروز وقت دارید عیدی خود را بگیرید) کلیک کنید
عیدی ویژه سال نو مهندس یار: یک محصول رایگان برای شما !! (فقط تا ساعت 24 امروز وقت دارید عیدی خود را بگیرید)
کلیک کنید
0
0

توربین بخار چیست و چه کاربرد هایی دارد؟

3966 بازدید

بیش از 5 سال است که در تلاش هستیم در بخش وبلاگ مهندس یار به بررسی مهم ترین نکات و اطلاعاتی بپردازیم که دانشجویان رشته های مختلف مهندسی به آن ها احتیاج دارند. مبحث تولید انرژی یکی از مواردی است که موضوعی میان رشته ای به شمار می رود. هر رو رشته مهندسی مکانیک و مهندسی برق به در مبحث تولید انرژی دخیل هستند و در نتیجه این موضوع همواره برای دانشجویان و مهندسان این دو رشته موضوع جذابی به شمار می رود. از آنجا که یکی از روش های تولید انرژی استفاده از نیروی توربین بخار است، در این نوشته از بخش وبلاگ مهندس یار نگاهی داریم به این روش و کاربردهای مختلف آن در صنعت روز دنیا.

چرا انرژی بخار مهم است؟

ما برای درست کردن چای یا قهوه نیاز به آب جوشیده داریم. بخار آب می تواند کمک زیادی به تولید توان مورد نیاز در نیروگاه ها بکند. اما شما نمی توانید برای شارژ گوشی از بخار آب استفاده کنید بلکه نیاز به جریان الکتریسیته دارید. در صورتی که از منابع انرژی تجدید پذیر استفاده کنید نیازی به حرارت دهی به آب ندارید. اما سوال مهم اینجاست که چگونه بخار آب این میزان از توان را تولید می کند. جواب به این سوال بسیار ساده است. کافیست زمانی که دست شما با آب داغ برخورد دارد را با زمانی که با بخار داغ برخورد می کند مقایسه کنید.

دست شما زمانی که با بخار آب داغ تماس پیدا می کند به شدت بسیار بیشتری نسبت به حالت آب داغ می سوزد. دلیل آن این است که زمانی که بخار آب به پوست شما برخورد می کند ابتدا بخار تبدیل به مایع می شود که این گرمای بیشتری را به پوست شما منتقل کرده و در نتیجه شدت سوختگی آن نیز افزایش می یابد. در واقع میزان گرمای بخار پنهان است که موجب افزایش بیشتر گرمای بخار آب شده و این موضوع می تواند برای تولید انرژی بسیار کاربردی باشد. در این مقاله در مورد نحوه عملکرد توربین های بخار و اجزای آن صحبت می شود.

 

توربین بخار

 

همچنین بخوانید: دانلود جزوه ترمودینامیک 2

 

 

تولید انرژی توسط توربین بخار

فراهم کردن انرژی توسط توربین های بخار امری ساده و پر بازده است. به عنوان مثال قطارهای قدیمی و حتی امروزی در بیشتر اوقات از این سیکل برای تولید توان استفاده می کنند. نحوه عملکرد آن ها به این صورت است که ابتدا زغال سنگ به عنوان سوخت در کوره می سوزد و دیگ آب را می جوشاند. بخار آب ایجاد شده توسط حرارت کوره موجب حرکت پیستون در سیلندر موتور می شود. در حالت توربین این بخار آب موجب حرکت پره های توربین می شود که حرکت این پره ها موجب حرکت شفت اصلی توربین و در نهایت تولید توان می شود.

بین قرن های 18 تا 20 میلادی بسیاری از ماشین ها و وسایل مکانیکی توسط سیکل بخار آب توان تولید می کردند. البته با توجه به ایراداتی که در حرکت سیلندر و پیستون ایجاد می شود معمولا استفاده از مکانیزم بخار آب در این نوع از موتورها پیشنهاد نمی شود. به جای آن استفاده از این سیکل در محورهای دوار رونق پیدا کرد.

توربین یکی از تجهیزات دوار مکانیکی است که توانایی استخراج کار را از سیال محرک درون خود دارد. توربین یک چرخ محرک است که بر روی آن پره های توربین قرار گرفته است. جریان گاز یا مایع با سرعت و فشار بالا به تک تک این پره ها برخورد کرده و موجب چرخش توربین با سرعت دلخواه می شود. توربین می تواند با توجه به سایز و سرعت چرخش توان مورد نیاز را تولید کند. عملکرد توربین بخار دقیقاً بر اساس قانون پایستگی انرژی می باشد که براساس آن گرمای سیال عبوری از توربین به کار تبدیل می شود و تنها ساختار و شکل انرژی تغییر پیدا می کند.

تئوری توربین های بخار

همانطور که گفته شد توری عملکرد توربین های بخار براساس برخورد گازهای داغ به پره های توربین است. توربین ها معمولاً در مدل های مختلف مانند توربین باد یا توربین آب طبقه بندی می شوند. سرعت چرخش توربین های بخار بسیار بیشتر از توربین های آب و باد است. بخار آب با فشار و دمای بالایی به پره های توربین برخورد می کند و این برخورد به هیچ عنوان متوقف نمی شود. در موتورهای سیلندری این موضوع یک امر محدود کننده بود که در توربین ها این مشکل وجود ندارد.

در همین رابطه بخوانید »   مقاله ای با عنوان ایمنی راه

شفت توربین ها به یک ژنراتور متصل است که بلافاصله کار تولید شده توسط توربین را به جریان الکتریسیته تبدیل می کند. توربین ها معمولا به یک گیربکس متصل هستند تا سرعت و قدرت خروجی از توربین را کنترل کنند.

تمامی توربین های بخار براساس دو مدل توربین روتور و پره یا ضربه و عکس العمل تولید توان می کنند. توربین های روتور و پره از یک محور چرخشی قدرتمند به نام روتور تشکیل شده اند که پره های توربین در اطراف آن قرار می گیرند. مهمترین قسمت استخراج انرژی از سیال، طراحی پره توربین می باشد. پره ها باید طوری طراحی شوند که در صورت برخورد سیال با پره بتواند بیشترین انرژی را از سیال بگیرد و همچنین توانایی مقاومت در برابر دمای بالای بخار آب را داشته باشد. پره ها و روتور توربین از جنس آلیاژ های خاصی هستند که به استحکام و تولید توان بهینه توربین کمک می کنند.

 

موضوع مرتبط: مبدل حرارتی چیست و چه کاربردهایی دارد؟

توربین ضربه ای

توربین های ضربه ای و عکس العملی مدل های دیگر توربین هستند. توربین های ضربه ای از یکسری پره که به شکل یک سطل در کنار یکدیگر قرار گرفته شده اند تشکیل شده است. بخار آب با سرعت بسیار بالا از نازل خارج شده و به پره ها برخورد می کند. بخار آب باعث چرخش روتور شده و فشار آن کاهش می یابد و از قیمت خروجی پره خارج می شود. این مدل از توربین ها برای بخار با فشار بالا مناسب هستند.

نوع دیگر توربین ها، توربین های عکس العملی هستند. در این توربین که براساس قانون عکس العمل نیوتون عمل می کند سیال با سرعت مناسب به پره برخورد کرده و پره در راستا و با سرعت متناسب حرکت می کند که باعث تولید توان می شود. اگر چه در دنیای تئوری تمامی انرژی موجود در بخار آب تبدیل به توان می شود اما در دنیای واقعی معمولا تلفات مختلفی وجود دارد که موجب کاهش بازدهی توربین ها می شود.

کاربرد توربین بخار

توربین های بخار توانایی تولید توان در مراحل مختلف را دارا هستند. هر توربین می تواند در چند مرحله انرژی سیال را استخراج کند که متناسب با شرایط هر مرحله می توان از پره های عکس العملی یا ضربه ای استفاده کند. این ایده در توربین ها کمک می کند تا حداکثر توان لازم از بخار آب گرفته شود. ایده توربین های چند مرحله توسط چارلز پیرسون ارائه گردید.

توربین های بخار همچنین برای سرد کردن بخار آب خروجی دارای روش های مختلفی هستند. توربین های چگالشی توانایی چرخش بخار آب در کندانسور و برج خنک کن را دارند که بر این اساس بخار آب توسط این تجهیزات خنک می شوند. به همین دلیل برخی از توربین های بخار را در نزدیکی رود می سازند. توربین های غیر چگالشی معمولا از گرمای بخار آب خروجی استفاده کرده تا آب سرد را دوباره گرم کنند. توربین های ساخته شده امروزی قادر به تولید یک تا دو مگاوات توان را دارند که این مقدار می تواند تا چند هزار مگاوات افزایش پیدا کرده که بستگی به سایز توربین دارد.

برای مثال در نیروگاه های آبی از انرژی بخار جهت به حرکت در آوردن توربین بخار و در ادامه تولید انرژی الکتریکی استفاده می شود. همچنین در صنایع تولید مواد شیمیایی و دارویی از توربین بخار برای تولید انرژی پاک استفاده می گردد.

برچسب ها:

نظرات

0 نظر در مورد توربین بخار چیست و چه کاربرد هایی دارد؟

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

هیچ دیدگاهی نوشته نشده است.