Գազային տուրբին ընդդեմ գոլորշու տուրբին
Տուրբինները տուրբո մեքենաների դաս են, որոնք օգտագործվում են հոսող հեղուկի էներգիան մեխանիկական էներգիայի վերածելու համար՝ ռոտորային մեխանիզմների կիրառմամբ: Տուրբինները, ընդհանուր առմամբ, վերածում են հեղուկի կամ ջերմային կամ կինետիկ էներգիան աշխատանքի: Գազի տուրբինները և գոլորշու տուրբինները ջերմային տուրբո մեքենաներ են, որտեղ աշխատանքն առաջանում է աշխատանքային հեղուկի էթալպիական փոփոխությունից. այսինքն՝ ճնշման տեսքով հեղուկի պոտենցիալ էներգիան վերածվում է մեխանիկական էներգիայի։
Կախված հեղուկի հոսքի ուղղությունից՝ տուրբինները դասակարգվում են առանցքային հոսքի տուրբինների և ճառագայթային հոսքի տուրբինների:Տուրբինը տեխնիկապես ընդլայնիչ է, որն ապահովում է մեխանիկական աշխատանք ճնշման նվազմամբ, ինչը կոմպրեսորի հակառակ գործողությունն է: Այս հոդվածը կենտրոնանում է առանցքային հոսքի տուրբինի տիպի վրա, որն ավելի տարածված է շատ ինժեներական կիրառություններում:
Սռնու հոսքի տուրբինի հիմնական կառուցվածքը նախագծված է, որպեսզի թույլ տա հեղուկի շարունակական հոսք՝ էներգիան արդյունահանելով: Ջերմային տուրբիններում աշխատանքային հեղուկը բարձր ջերմաստիճանի և ճնշման դեպքում ուղղորդվում է մի շարք ռոտորների միջոցով, որոնք բաղկացած են անկյունային շեղբերից, որոնք տեղադրված են լիսեռին կցված պտտվող սկավառակի վրա: Յուրաքանչյուր ռոտորի սկավառակների միջև տեղադրված են անշարժ սայրեր, որոնք հանդես են գալիս որպես վարդակներ և ուղեցույցներ դեպի հեղուկի հոսքը:
Ավելին Steam Turbine-ի մասին
Թեև մեխանիկական աշխատանք կատարելու համար գոլորշու օգտագործման գաղափարը երկար ժամանակ օգտագործվել է, ժամանակակից գոլորշու տուրբինը նախագծվել է անգլիացի ինժեներ սըր Չարլզ Փարսոնսի կողմից 1884 թվականին:
Գոլորշի տուրբինը որպես աշխատանքային հեղուկ օգտագործում է կաթսայի ճնշման գոլորշին:Տուրբին մտնող գերտաքացած գոլորշին կորցնում է ճնշումը (էնթալպիա)՝ շարժվելով ռոտորների շեղբերով, իսկ ռոտորները շարժում են լիսեռը, որին միացված են։ Գոլորշի տուրբինները էներգիա են մատակարարում սահուն, մշտական արագությամբ, և գոլորշու տուրբինի ջերմային արդյունավետությունն ավելի բարձր է, քան մխոցային շարժիչը: Գոլորշի տուրբինի աշխատանքը օպտիմալ է ավելի բարձր RPM վիճակներում:
Խստորեն, տուրբինը էներգիայի արտադրության համար օգտագործվող ցիկլային գործողության միայն մեկ բաղադրիչն է, որը իդեալականորեն մոդելավորվում է Rankine ցիկլով: Կաթսաները, ջերմափոխանակիչները, պոմպերը և կոնդենսատորները նույնպես շահագործման բաղադրիչներն են, բայց տուրբինի մասեր չեն:
Ժամանակակից օրերում գոլորշու տուրբինների առաջնային օգտագործումը նախատեսված է էլեկտրական էներգիայի արտադրության համար, սակայն 20-րդ դարի սկզբին շոգետուրբիններն օգտագործվում էին որպես նավերի և լոկոմոտիվային շարժիչների էլեկտրակայան: Որպես բացառություն, որոշ ծովային շարժիչ համակարգերում, որտեղ դիզելային շարժիչներն անիրագործելի են, ինչպիսիք են ավիակիրները և սուզանավերը, դեռ օգտագործվում են շոգեշարժիչներ:
Ավելին գազային տուրբինի մասին
Գազային տուրբինային շարժիչը կամ պարզապես գազատուրբինը ներքին այրման շարժիչ է, որն օգտագործում է գազեր, ինչպիսիք են օդը որպես աշխատանքային հեղուկ: Գազի տուրբինի շահագործման թերմոդինամիկական կողմը իդեալականորեն մոդելավորվում է Բրեյտոնի ցիկլով:
Գազային տուրբինային շարժիչը, ի տարբերություն շոգետուրբինի, բաղկացած է մի քանի հիմնական բաղադրիչներից. դրանք են կոմպրեսորը, այրման պալատը և տուրբինը, որոնք հավաքվում են պտտվող լիսեռի երկայնքով՝ ներքին այրման շարժիչի տարբեր առաջադրանքներ կատարելու համար: Մուտքից գազի ընդունումը նախ սեղմվում է առանցքային կոմպրեսորի միջոցով. որն իրականացնում է պարզ տուրբինի ճիշտ հակառակը։ Ճնշված գազն այնուհետև ուղղորդվում է դիֆուզորի (տարբերվող վարդակ) փուլով, որի ժամանակ գազը կորցնում է իր արագությունը, բայց ավելի է մեծացնում ջերմաստիճանը և ճնշումը:
Հաջորդ փուլում գազը մտնում է այրման պալատ, որտեղ վառելիքը խառնվում է գազի հետ և բռնկվում: Այրման արդյունքում գազի ջերմաստիճանն ու ճնշումը բարձրանում են անհավանական բարձր մակարդակի։Այնուհետև այս գազը անցնում է տուրբինի հատվածով և միջով անցնելիս առաջացնում է պտտվող շարժում դեպի լիսեռ: Միջին չափի գազային տուրբինն արտադրում է լիսեռի պտտման արագություն մինչև 10,000 RPM, մինչդեռ փոքր տուրբինները կարող են արտադրել 5 անգամ ավելի շատ:
Գազային տուրբինները կարող են օգտագործվել ոլորող մոմենտ ստեղծելու համար (պտտվող լիսեռով), մղում (բարձր արագությամբ գազի արտանետմամբ) կամ երկուսն էլ միասին: Առաջին դեպքում, ինչպես գոլորշու տուրբինում, լիսեռի կողմից մատուցվող մեխանիկական աշխատանքը զուտ բարձր ջերմաստիճանի և ճնշման գազի էթալպիայի (ճնշման) փոխակերպումն է: Լիսեռի աշխատանքի մի մասն օգտագործվում է կոմպրեսորը ներքին մեխանիզմով քշելու համար: Գազի տուրբինի այս ձևը հիմնականում օգտագործվում է էլեկտրաէներգիայի արտադրության և որպես էլեկտրակայան մեքենաների համար, ինչպիսիք են տանկերը և նույնիսկ մեքենաները: ԱՄՆ M1 Abrams տանկը որպես էլեկտրակայան օգտագործում է գազատուրբինային շարժիչ:
Երկրորդ դեպքում բարձր ճնշման գազը ուղղվում է միաձուլվող վարդակի միջոցով՝ արագությունը մեծացնելու համար, իսկ մղումն առաջանում է արտանետվող գազից:Գազային տուրբինի այս տեսակը հաճախ կոչվում է ռեակտիվ շարժիչ կամ տուրբոռեակտիվ շարժիչ, որը սնուցում է ռազմական կործանիչները: Տուրբոֆոնը վերը նշվածի առաջադեմ տարբերակն է, և ինչպես մղման, այնպես էլ աշխատանքի ստեղծման համադրությունը օգտագործվում է տուրբոշարժիչներում, որտեղ լիսեռի աշխատանքն օգտագործվում է պտուտակ վարելու համար:
Գոյություն ունեն գազային տուրբինների բազմաթիվ տարբերակներ, որոնք նախատեսված են հատուկ առաջադրանքների համար: Դրանք գերադասելի են այլ շարժիչների նկատմամբ (հիմնականում մխոցային շարժիչների) շնորհիվ իրենց բարձր հզորության և քաշի հարաբերակցության, ավելի քիչ թրթռումների, շահագործման բարձր արագությունների և հուսալիության: Թափոնային ջերմությունը գրեթե ամբողջությամբ ցրվում է որպես արտանետում: Էլեկտրաէներգիայի արտադրության մեջ այս թափոնային ջերմային էներգիան օգտագործվում է ջուրը եռացնելու համար գոլորշու տուրբին գործարկելու համար: Գործընթացը հայտնի է որպես համակցված ցիկլի էներգիայի արտադրություն։
Ո՞րն է տարբերությունը գոլորշու տուրբինի և գազային տուրբինի միջև:
• Գոլորշի տուրբինը որպես աշխատանքային հեղուկ օգտագործում է բարձր ճնշման գոլորշին, մինչդեռ գազատուրբինը որպես աշխատանքային հեղուկ օգտագործում է օդ կամ այլ գազ:
• Գոլորշի տուրբինը հիմնականում ընդարձակող է, որն ապահովում է ոլորող մոմենտ որպես աշխատանքի արդյունք, մինչդեռ գազատուրբինը կոմպրեսորի, այրման պալատի և տուրբինի համակցված սարքն է, որն իրականացնում է ցիկլային գործողություն՝ աշխատանքն ապահովելու համար որպես պտտող մոմենտ կամ մղում:
• Գոլորշի տուրբինն ընդամենը բաղադրիչ է, որն իրականացնում է Rankine ցիկլի մեկ քայլը, մինչդեռ գազատուրբինային շարժիչը կատարում է Բրեյտոնի ամբողջ ցիկլը:
• Գազի տուրբինները կարող են ապահովել ոլորող մոմենտ կամ մղում որպես աշխատանքային ելք, մինչդեռ գոլորշու տուրբինները գրեթե միշտ ապահովում են ոլորող մոմենտ որպես աշխատանքային ելք:
• Գազային տուրբինների արդյունավետությունը շատ ավելի բարձր է, քան շոգետուրբինը՝ գազատուրբինների ավելի բարձր աշխատանքային ջերմաստիճանների պատճառով: (Գազային տուրբիններ ~1500 0C և գոլորշու տուրբիններ ~550 0C)
• Գազային տուրբինների համար պահանջվող տարածքը շատ ավելի քիչ է, քան շոգետուրբինի աշխատանքը, քանի որ շոգետուրբինին անհրաժեշտ են կաթսաներ և ջերմափոխանակիչներ, որոնք պետք է արտաքինից միացված լինեն ջերմության ավելացման համար:
• Գազային տուրբիններն ավելի բազմակողմանի են, քանի որ շատ վառելիքներ կարող են օգտագործվել, և աշխատող հեղուկը, որը պետք է անընդհատ սնվի, հասանելի է ամենուր (օդ): Մյուս կողմից, գոլորշու տուրբինները շահագործման համար պահանջում են մեծ քանակությամբ ջուր և հակված են ցածր ջերմաստիճանի հետ կապված խնդիրներ առաջացնել սառույցի պատճառով:
