タービンについて知っておくべきこと
作動流体が有用な機械エネルギーや電気エネルギーにどのように変換されるかを考えると、タービンについて考える必要があります。ローターアセンブリと呼ばれる可動部品を含むターボマシンとして知られています。このデバイスには、自動車、航空宇宙、発電機、ガスタービン エンジンなどを含む幅広い用途があります。
今日は、タービンの定義、用途、機能、コンポーネント、分類、種類、働き、長所と短所を知ることができます。
タービンとは?
タービンは、流体の流れからエネルギーを抽出し、それを有用な機械的および電気的エネルギーに変換する回転機械装置です。これは、発電機と組み合わせると、タービンによって生成された仕事を使用して電力を生成できることを意味します。
システムには、回転する流体からエネルギーを抽出するローターに取り付けられた一連のブレードがあります。そのため、さまざまなタイプのタービンが存在するため、タービンは互いに効率的かつ効果的です。タービンブレードの設計は、その効率について多くのことを述べています。これが、アプリケーションごとに異なる設計が必要な理由です。
さらに、タービンは、空気、水、蒸気、さらには燃焼ガスなどの流体の運動エネルギーを利用するデバイスと見なすこともできます。生成されたエネルギーはデバイス自体の回転運動に変換され、さらにエネルギー生成に使用されます。
タービンという言葉は、1822 年にフランスの鉱山技師クロード・バーダンによって導入されました。ギリシャ語で「渦」や「渦」を意味します。蒸気タービンの発明の功績は、イギリス系アイルランド人の技術者であるチャールズ パーソンズ卿 (1854 年 - 1931 年) が反動タービンを作成したことで認められました。 1845 年から 1913 年にかけて、スウェーデンのエンジニア、グスタフ デ ラバルが衝動タービンを発明しました。現在、蒸気タービンは、同じユニットで反力とインパルスの両方を使用するように設計されており、通常、ブレード ルートからその周辺まで反力とインパルスの程度を変化させています。
タービンの用途
タービンのアプリケーションは、発電に広く使用されています。実際、世界の電力の大部分はターボ発電機によって生成されています。
タービンは、陸、海、空のガスタービン エンジンで使用されます。
内燃ピストン エンジンは、ターボチャージャーを利用してエンジンの効率と速度を向上させます。
ターボエキスパンダーは、産業プロセスの冷凍に使用されます。
スペース シャトルのメイン エンジンは、ターボポンプ (タービン エンジンによって駆動されるポンプで構成される機械) を使用して、推進剤 (液体酸素と液体水素) をエンジンの燃焼室に送り込みました。
タービンのアプリケーションは、高出力での高効率のため、熱機関でも一般的です。ガス タービンは、柔軟性があるため、熱機関でよく使用されます。
ガス タービンの具体的な用途の 1 つは、ジェット エンジンです。
風の運動エネルギーを機械力に変換して作動する風力タービンは、発電機を回転させて発電するために使用されます。タービンは、陸上に設置することも、洋上風力タービンにすることもできます。
水力発電所には水車が使われています。彼らは作動流体として水を使用します。最後に、
蒸気タービンは、原子力発電所や火力発電所で使用されています。水を加熱して蒸気を形成し、タービンに流して発電します。
注意 :タービンの主な機能は発電です。
タービンのコンポーネント
さまざまなタイプのタービンがあるため、それらのコンポーネントも異なります。たとえば、カプラン タービンは、スターター、ローター、シャフト、ウィケット ゲート、およびブレードで構成される発電機を利用します。変形衝動タービンであるクロスフローは、ランナー、ブレード、水流部分、ディストリビューターというコンポーネントを備えています。最後に、ペルトン タービン コンポーネントには、インペラー (ランナー)、ノズル、スピア、スピア ロッド、入口、デフレクター プレート、バケット、および排出が含まれます。これらすべてのタービン部品は、それらの図とともに以下で説明されます。私に固執してください!
水力タービンの図:
タービンの分類と種類
以下は、タービンのタイプを決定するために使用されるタービンの分類です。
水と機械の間のエネルギー交換に基づく分類。
これは、水力タービンを引き起こすタービンブレードに流体の流れがどのように反応するかです。それは2つに分類できます。衝動タービンと反動タービン。
衝動タービン:
インパルス タービンは、ノズルなどを通じてタービン ブレードに衝突する流体の運動エネルギーによってホイールが駆動されることで知られています。これらのタイプのタービンでは、一連の回転機械が大気圧で作動します。衝動タービンは、高落差と低流量に適しています。
衝動タービンには、ペルトン、ターゴ、クロスフローの 3 種類があります。ただし、ペルトンとターゴのタービンは構造が似ています。ただし、クロスフロータービンはインパルスタービンの改良型ですが、単にインパルスとして分類されます。これは、大気圧でのランナーの回転によるものです。
反動タービン:
反応型のタービンは、位置エネルギーと水の運動エネルギーの和によって作動します。これは、タービン ブレードを回転させる圧力と速度によるものです。これらのタイプのタービンでは、タービン全体が水に浸されます。水の運動エネルギーとともに水圧が変化し、電力を交換します。これらのタービンのアプリケーションは、通常、インパルス タービンよりも低い落差と高い流量で行われます。反動タービンの一般的なタイプは、Francis、Kaplan、および Deriaz です。
機械を直接通過する液体に基づく
機械を直接通過する流体に基づくタービンのタイプの分類は、タービンを通過する水の通路です。次の 4 つのカテゴリに分類されます。
ラジアル フロー タービン:
ラジアル フロー タイプのタービンでは、ランナー内の流れはラジアル方向に移動します。このタービンは、半径方向内向き流れと半径方向外向き流れの 2 つのタイプに分けられます。フランシス タービンは、ラジアル フロー タービンの良い例です。
内向きラジアル フロー タービン – 水は水圧管を通ってタービンケーシングに入り、固定ガイドベーンを通ってローターに移動し、そこから出ます。したがって、内径と外径はそれぞれ出口と入口となります。
接線または周辺流タービン:
これらのタイプのタービンでは、水はランナーに対して接線方向に流れます。ペルトン タービンはこのカテゴリに分類されます。
軸流タービン:
これらのタイプのタービンでは、流体はタービン シャフト (タービン軸) と平行に流れます。カプランはタイプです。
混流タービン:
このタービンでは、流れは半径方向に入り、軸方向に流れます。現代のフランシス水車は、この機能で知られています。
異なるタイプのタービンは、油圧作動範囲に基づいています。
これらの水タービンのタイプは、次の 3 つのカテゴリに分類されます。
低落差タービン:
45 メートル未満の落差範囲で動作する水車が低落差に分類される場合。カプラン タービンは、これらのタイプの 1 つです。落差が 3 メートル未満の場合、超低落差と見なされます。
ミディアム ヘッド タービン:
このタイプでは、45 ～ 250 メートルのヘッドの作業範囲が中ヘッドと見なされます。フランシス水車はそのような状況で作動します。
高落差タービン:
これらのタービンは、250 メートル以上の高さに向かっています。ペルトン タービンはその良い例です。
特定の速度に基づくタービンの分類と種類
タービンの比速度はＮ ｓ で表される。 これは、ヘッド ユニットの下で電力の単位を生成する幾何学的な類似性を持つタービンの速度として定義されます。このパラメータに基づいて、水力タービンは次の 3 つのクラスに分類されます。
低比速度タービン:
低比速度タービンの値は 1 ～ 10 です。インパルス タイプのタービンは、この範囲で動作します。たとえば、ペルトン タービンは通常、特定の速度 4 で動作します。
中速タービン:
これらのタイプのタービンは、10 から 100 の特定の速度範囲で動作します。フランシス タイプはこの比率で動作します。
高比速度タービン:
高比速度は 100 を超えており、これがカプラン タービンの仕組みです。
タービンの働き
タービンの動作は非常にシンプルで理解しやすいものです。それらの働きはタービンの種類によって異なりますが。この記事では、ガスタービンについて説明します。
ガスタービンでは、圧縮空気が加熱され、燃料と混合されます。混合物は発火し、急速に膨張します。この膨張する空気がタービンに入り、タービンを回転させます。圧縮空気のため、高度が高くてもタービンの効率に影響しません。これが飛行機に最適な理由です。以下の図を参照してください:
ガス タービンの動作について詳しくは、以下のビデオをご覧ください。
結論
タービンは、有効なエネルギーに変換される作動流体からエネルギーを抽出する回転機械装置として説明されてきました。以上で、タービンの定義、アプリケーション、機能、コンポーネント、図、型、動作を説明する投稿は終わりです。
この投稿から多くのことを得ることができれば幸いです。もしそうなら、親切に他の学生と共有してください。読んでくれてありがとう。それではまた！
製造プロセス