衝動タービンについて知っておくべきこと
衝動タービンは、最も単純なタービンの 1 つであり、反動タービンと共に水力タービンとして分類されます。これらのタービンは、流体とタービンの間でエネルギーが交換される方法に基づいてグループ化されます。それらは、水の流れの位置エネルギーと運動エネルギーを機械的仕事に変換するために設置されています。水力発電所ではインパルス タービンが広く利用されており、揚水に使用できます。
今日は、衝動タービンの定義、アプリケーション、機能、コンポーネント、図、タイプ、および動作原理を知ることができます。また、さまざまな用途におけるこの衝動タービンの長所と短所についても知ることができます。
衝動タービンとは?
衝動タービンは、流体の運動エネルギーを使用して、ノズルからブレードに衝突する装置です。これらのタービンでは、一連の回転機械が大気圧で動作します。高揚程、低流量に適しています。インパルス タービンは、速度ベクトルの変化に基づいて動作します。つまり、滝の高さに応じた水 (または蒸気などの他の流体源) の位置エネルギーは、1 つまたは複数のノズルによって運動エネルギーに変換されます。
水がタービンブレードに高速で当たると、タービンが回転し、発電機に接続されたシャフトが発電を可能にします。これにより、高揚程および低流量条件からエネルギーを抽出するのに適しています。
インパルスタービンには、ペルトン、ターゴ、クロスフローの 3 種類があります。ペルトン タービンとターゴ タービンの構造はよく似ています。ただし、クロスフロー タービンはインパルス タービンの修正版であり、インパルス タービンとして分類されます。これは、ランナーが大気圧で回転するためであり、水没したタービンとしてではありません。
衝動タービンの応用
衝動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。
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。
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 :衝動タービンの主な機能は、発電と揚水です。
衝動タービンのコンポーネント
以下は、衝動タービンの主要コンポーネントとその機能です:
ランナー:
衝動タービンのこの部分は、多数の湾曲したブレードが取り付けられた円盤のようなものです。中央にはランナーと同様にステンレス製のシリンダーシャフトがあります。フロー ヘッドが少ない場合は、ランナーを鋳鉄で作ることができます。
バケット:
バケットは、流体とタービンの間でエネルギーを交換するためにランナーの周りに取り付けられたスプーン型のカップのセットのようなものです。高速の流体は、ノズルを出た後にこれらのバケットに衝突し、タービンブレードを回転させてバケットの外縁から出ます。タービンの設計は、衝撃の角度と比較して、出口中の流体の方向の変化を決定します。最大の運動量は 180 度の角度で得られます。
ノズル:
衝動タービンのノズルの機能は、流体の流れを調整、修正、噴射してバケットに衝突させることです。圧力変化を引き起こし、フロー ヘッドを運動エネルギーに変換できるのは、このタービンの重要な部分の 1 つです。この装置のスピアと呼ばれる部分で、バケツに到達するウォータージェットの量を調整します。これらのノズルは、非常に硬く、侵食粒子に耐えることができるタングステン カーバイドから設計されています。
ケーシング:
衝動タービンのケーシングは、水が飛び散るのを防ぐためにタービンを覆うシールドとして機能します。また、余剰水がダムの構造的完全性を保護するために存在する余水吐に水を導きます。通常、この部品は鋳鉄で製造されます。
ペンストック:
この部品は、水力発電所で、ダムや貯水池から水をタービンに運ぶパイプや水路として広く使用されています。その中を水が非常に高圧で流れます。ペンストックは通常鋼でできています
衝動タービンの図:
衝動タービンの種類
以下は、水力発電所で使用されるさまざまなタイプの衝動タービンとその働きです:
ペルトン:
ペルトン タービンには、ランナー、ノズル、デフレクターなどの主要コンポーネントがあります。水滴高が高い場合に使用します。 1 つ以上のノズル (最大 6 つ) は、水頭を高速流に変換するのに役立ちます。その結果、水の流れとして、水の流量を調整することでタービンの出力が制御されます。
このシステムは、タービンの円筒形ランナーの周りに対称的に配置された一連のバケットを特徴としています。これらのバケツの設計と形状により、ウォーター ジェットがバケツの中心に当たり、両側から出てきます。この出口は、バケツから出てくる水が次のバケツに当たらない方法で発生し、ブレーキが発生します。タービンホイールの軸は、垂直または水平に取り付けることができます。高出力、高効率、および多数のノズルを実現するために、ホイール シャフトは常に垂直であり、発電機はタービンの上に設置されています。
デフレクターは、ランナーとノズルの間に配置されます。タービンから急に負荷を取り除いたときに、ノズルからバケットに水が噴き出すのを防ぎます。これにより、回転速度が上がります。最後に槍で水の流れを止めます。
ペルトン衝動タービンの図:
ツルゴ:
衝動タービンのターゴ タイプは、ペルトンのものと同様に動作します。主な違いは、ウォーター ジェットがバケツに斜め (約 20 度) から当たることです。これは、バケットの形状が複雑で、製造がより困難であるためです。 Turgo タービンは、Pelton よりも比速度が高くなります。これらのタイプのインパルス タービンの利点の 1 つは、同じ出力のペルトンと比較してジェットが大きく、機械のサイズが小さいことです。小さな水力発電所は、このタービンを利用しています。
Turgo インパルス タービンの図:
クロスフロー:
これらのタイプのタービンは、小規模な水力発電所でよく使用される衝動タービンを改造したものです。衝撃タービンと同様に、ローターは空中で回転し、反動タービンのように完全に水没することはありません。このタービンの利点には、幅広い流量、揚程、および結果としての出力での動作が含まれます。さらに、効率を節約しながら、流れの変化にうまく適応できます。水量に応じてタービンのアクティブ部分を調整できる特別な制御システムがあります。
直交流タービンの図:
衝動タービンの動作原理
衝動タービンにはさまざまなタイプがあるため、その働きは異なります。さて、さまざまなタイプを説明しながら、それらがどのように機能するかについて言及しました。一般に、衝動タービンの発電プロセスでは、次の手順を実行する必要があります。
- 貯蔵された水は上流の水源からペンストックを通って流れ、ノズルに供給されます。
- ノズル内の水の位置エネルギーが運動エネルギーに変換され、ブレードまたはバケットに注入されます。したがって、ランナーは回転します。
- ランナーに注入される水の流れを制御するメカニズムがあります。槍は通常、このプロセスで重要な役割を果たします。
- シャフトに取り付けられた発電機は、機械エネルギーを電気エネルギーに変換します。
衝動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:
衝動タービンの長所と短所
利点:
以下は、さまざまな用途における衝動タービンの利点です。
- メンテナンスが容易。
- シンプルな構造
- 高い作業効率
- 大気圧で動作できる
- 回転速度が速い
短所:
衝動タービンには優れた利点がありますが、それでもいくつかの制限があります。以下は、さまざまな用途における衝動タービンの欠点です。
- サイズが大きいため、多くのスペースを占有します。
- 設置費用が高い
- 時間の経過とともに作業効率が低下します。
- 高流量には適していません。
- 放電量が少ない場合にのみ最適です。
- 扱いにくい高い頭が必要です。
結論
衝動タービンは、発電および揚水用の特殊なタイプのタービンです。ペルトン、ターゴ、クロスフローの 3 種類があります。衝動タービンの定義、アプリケーション、機能、コンポーネント、図、および動作が説明されたこの投稿はすべてです。その長所と短所も述べられました。
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