Dinge, die Sie über Turbinen wissen müssen

Wenn Sie daran denken, wie ein Arbeitsmedium in nützliche mechanische Energie und/oder elektrische Energie umgewandelt wird, sollten Sie an eine Turbine denken. Es ist als Turbomaschine bekannt, die ein bewegliches Teil enthält, das Rotorbaugruppe genannt wird. Die Vorrichtung hat eine breite Anwendung, die Automobile, Luft- und Raumfahrt, elektrische Generatoren, Gasturbinentriebwerke usw. umfasst.

Heute lernen Sie die Definition, Anwendungen, Funktionen, Komponenten, Klassifizierungen, Typen, Funktionsweise sowie Vor- und Nachteile einer Turbine kennen.

Was ist eine Turbine?

Eine Turbine ist eine rotierende mechanische Vorrichtung, die einem Fluidstrom Energie entzieht und sie in nützliche mechanische und elektrische Energie umwandelt. Das bedeutet, dass die von einer Turbine erzeugte Arbeit in Kombination mit einem Generator zur Stromerzeugung genutzt werden kann.

In dem System gibt es einen Satz Blätter, die auf einem Rotor montiert sind, der Energie aus der sich bewegenden Flüssigkeit entzieht. Turbinen können also effizienter und effektiver sein als andere, da es verschiedene Typen gibt. Nun, das Design einer Turbinenschaufel sagt viel über ihre Effizienz aus. Aus diesem Grund benötigen unterschiedliche Anwendungen unterschiedliche Designs.

Darüber hinaus kann eine Turbine auch als Gerät angesehen werden, das die kinetische Energie eines Fluids wie Luft, Wasser, Dampf und sogar Verbrennungsgase nutzt. Die erzeugte Energie wird dann in die Rotationsbewegung des Geräts selbst umgewandelt, die weiter zur Energieerzeugung verwendet wird.

Das Wort Turbine wurde 1822 von dem französischen Bergbauingenieur Claude Burdin eingeführt. In einem griechischen Wort bedeutet es „Wirbel“ oder „Wirbeln“. Die Erfindung der Dampfturbine wird dem anglo-irischen Ingenieur Sir Charles Parsons (1854 – 1931) für die Konstruktion einer Reaktionsturbine zugeschrieben. Von 1845 – 1913 erfand der schwedische Ingenieur Gustaf de Laval die Impulsturbine. Heutzutage ist eine Dampfturbine so konstruiert, dass sie sowohl Reaktion als auch Impuls in derselben Einheit verwendet, wobei typischerweise der Grad der Reaktion und des Impulses von der Schaufelwurzel zu ihrer Peripherie variiert.

Anwendungen der Turbine

Anwendungen von Turbinen sind weit verbreitet in der Stromerzeugung. Tatsächlich wird ein großer Teil der weltweiten elektrischen Energie von Turbogeneratoren erzeugt.

Turbinen werden in Gasturbinentriebwerken zu Lande, zu Wasser und in der Luft verwendet.

Verbrennungsmotoren mit Kolben verwenden Turbolader, um die Effizienz und Geschwindigkeit des Motors zu erhöhen.

Turboexpander werden zur Kühlung in industriellen Prozessen eingesetzt.

Die Haupttriebwerke des Space Shuttles verwendeten Turbopumpen (eine Maschine, die aus einer Pumpe besteht, die von einem Turbinentriebwerk angetrieben wird), um die Treibmittel (flüssiger Sauerstoff und flüssiger Wasserstoff) in die Brennkammer des Triebwerks zu leiten.

Anwendungen von Turbinen sind wegen ihrer hohen Effizienz bei hoher Ausgangsleistung auch in Wärmekraftmaschinen üblich. Gasturbinen werden aufgrund ihrer Flexibilität häufig in Wärmekraftmaschinen eingesetzt.

Eine der spezifischen Anwendungen von Gasturbinen sind Strahltriebwerke.

Windkraftanlagen, die kinetische Energie des Windes in mechanische Energie umwandeln, werden zur Stromerzeugung durch Drehen eines Generators verwendet. Die Turbine kann an Land stehen oder Offshore-Windturbinen sein.

Wasserturbinen werden in Wasserkraftwerken eingesetzt. Sie verwenden Wasser als Arbeitsflüssigkeit. Schließlich,

Dampfturbinen werden in Kern- und Wärmekraftwerken eingesetzt. Wasser wird zu Dampf erhitzt und dann durch Turbinen geleitet, um Strom zu erzeugen.

Hinweis :Die primäre Funktion einer Turbine ist die Stromerzeugung.

Komponenten der Turbine

Da es verschiedene Arten von Turbinen gibt, variieren ihre Komponenten. Beispielsweise verwendet eine Kaplan-Turbine einen Generator, der aus Starter, Rotor, Welle, Leitgitter und Schaufeln besteht. Eine Querströmung, die eine modifizierte Impulsturbine ist, hat ihre Komponenten als Laufrad, Schaufeln, Wasserströmungsteil und Verteiler. Zu den Komponenten der Pelton-Turbine schließlich gehören Laufrad (Läufer), Düse, Speer, Speerstange, Einlass, Ablenkplatte, Schaufeln und Auslass. Alle diese Turbinenteile werden unten zusammen mit ihrem Diagramm erklärt. Bleib einfach bei mir!

Diagramm der Wasserkraftturbine:

Klassifizierungen und Typen von Turbinen

Nachfolgend sind die Klassifizierungen der Turbinen aufgeführt, die zur Bestimmung ihrer Typen verwendet werden.

Klassifizierungen basierend auf dem Energieaustausch zwischen Wasser und Maschine.

So reagiert der Flüssigkeitsstrom auf die Turbinenschaufeln, wodurch Wasserturbinen entstehen. Es kann in zwei eingeteilt werden; Impuls- und Reaktionsturbinen.

Impulsturbinen:

Eine Impulsturbine ist dadurch bekannt, dass ihr Rad durch die kinetische Energie eines Fluids angetrieben wird, das durch eine Düse oder auf andere Weise auf die Turbinenschaufeln trifft. Bei diesen Turbinentypen wird ein Satz rotierender Maschinen durch atmosphärischen Druck betrieben. Impulsturbinen eignen sich für hohe Fallhöhen und niedrige Durchflussraten.

Die drei Arten von Impulsturbinen sind Pelton, Turgo und Cross-Flow. Obwohl Pelton- und Turgo-Turbinen ähnlich aufgebaut sind. Die Querstromturbine ist jedoch ein modifizierter Typ einer Impulsturbine, wird jedoch nur als Impulsturbine klassifiziert. Dies liegt an der Rotation des Läufers bei atmosphärischem Druck.

Reaktionsturbinen:

Reaktionstypen von Turbinen arbeiten aufgrund der Summe von potentieller Energie und kinetischer Energie von Wasser. Dies wird durch den Druck bzw. die Geschwindigkeit bewirkt, dass sich die Turbinenschaufeln drehen. Bei diesen Turbinentypen wird die gesamte Turbine in Wasser getaucht. Der Wasserdruck ändert sich zusammen mit der kinetischen Energie des Wassers, wodurch Energie ausgetauscht wird. Anwendungen dieser Turbinen liegen normalerweise bei niedrigeren Fallhöhen und höheren Durchflussraten als Impulsturbinen. Die gängigen Typen von Reaktionsturbinen sind Francis, Kaplan und Deriaz.

Basierend auf der Flüssigkeit direkt durch die Maschine

Klassifizierungen von Turbinentypen basierend auf dem Fluid direkt durch die Maschine sind der Wasserdurchgang durch die Turbine. Es ist in vier Kategorien unterteilt:

Radialströmungsturbine:

Bei Turbinen mit radialer Strömung bewegt sich die Strömung im Laufrad radial. Diese Turbine ist in zwei Typen unterteilt:nach innen gerichtete radiale Strömung und nach außen gerichtete radiale Strömung. Francis-Turbinen sind gute Beispiele für Radialströmungsturbinen.

Turbine mit radialer Strömung nach innen – Wasser tritt durch eine Druckrohrleitung in das Turbinengehäuse ein und gelangt durch die feststehenden Leitschaufeln zum Rotor und tritt dort aus. Daher entsprechen der Innen- und der Außendurchmesser dem Auslass bzw. dem Einlass.

Tangential- oder Peripheralströmungsturbine:

Bei diesen Turbinentypen strömt Wasser in tangentialer Richtung zum Laufrad. Peltonturbinen fallen in diese Kategorie.

Axialströmungsturbine:

Bei diesen Turbinen strömt das Fluid parallel zur Turbinenwelle (Turbinenachse). Kaplan ist ein Typ.

Mischströmungsturbinen:

Bei dieser Turbine tritt die Strömung radial ein und axial aus. Moderne Francis-Turbinen sind dafür bekannt.

Unterschiedliche Turbinentypen basieren auf dem hydraulischen Betriebsbereich.

Diese Wasserturbinenarten gehören zu drei Kategorien:

Low-Head-Turbine:

Wenn eine hydraulische Turbine im Fallhöhenbereich von weniger als 45 Metern arbeitet, wird sie als Niedrigfallhöhe eingestuft. Kaplan-Turbine ist einer dieser Typen. Wenn die Fallhöhe weniger als 3 Meter beträgt, wird dies als ultraniedrige Fallhöhe betrachtet.

Turbine mit mittlerer Fallhöhe:

Bei diesem Typ gilt der Arbeitsbereich für Fallhöhen von 45 bis 250 Metern als mittlere Fallhöhe. Francis-Turbinen arbeiten unter solchen Bedingungen.

Hochdruckturbinen:

Diese Turbinen haben eine Höhe von mehr als 250 Metern erreicht. Die Peltonturbine ist ein gutes Beispiel.

Klassifizierungen und Typen von Turbinen basierend auf der spezifischen Drehzahl

Die spezifische Drehzahl einer Turbine wird mit N s bezeichnet. sie ist definiert als die Drehzahl einer Turbine mit geometrischer Ähnlichkeit, die eine Leistungseinheit unter einer Kopfeinheit erzeugt. Basierend auf diesem Parameter werden Wasserturbinen in drei Klassen eingeteilt:

Turbine mit niedriger spezifischer Drehzahl:

Eine Turbine mit niedriger spezifischer Drehzahl hat einen Wert zwischen 1 und 10. Impulsturbinen arbeiten in diesem Bereich. Beispielsweise arbeitet die Pelton-Turbine normalerweise mit einer bestimmten Drehzahl von 4.

Turbine mit mittlerer spezifischer Geschwindigkeit:

Diese Turbinentypen arbeiten in einem bestimmten Drehzahlbereich von 10 bis 100. Der Francis-Typ arbeitet in diesem Verhältnis.

Turbine mit hoher spezifischer Drehzahl:

Die hohen spezifischen Drehzahlen liegen über 100, so funktioniert die Kaplan-Turbine.

Funktion einer Turbine

Die Funktionsweise einer Turbine ist recht einfach und leicht verständlich. Obwohl ihre Funktionsweise je nach Turbinentyp unterschiedlich sein kann. In diesem Artikel werde ich Gasturbinen erklären.

In einer Gasturbine wird komprimierte Luft erhitzt und mit etwas Brennstoff vermischt. Das Gemisch entzündet sich und dehnt sich schnell aus. Diese sich ausdehnende Luft tritt in die Turbine ein und bewirkt, dass sie sich dreht. Aufgrund der komprimierten Luft haben große Höhen keinen Einfluss auf die Effizienz der Turbinen. Deshalb sind sie perfekt für Flugzeuge. Siehe Diagramm unten:

Sehen Sie sich das folgende Video an, um mehr über die Funktionsweise von Gasturbinen zu erfahren:

Schlussfolgerung

Turbinen wurden als rotierende mechanische Vorrichtung erklärt, die einem Arbeitsfluid Energie entzieht, die in nutzbare Energie umgewandelt wird. Das ist alles für einen Beitrag, in dem wir Definition, Anwendungen, Funktion, Komponenten, Diagramm, Typen und Funktionsweise einer Turbine angeben.

Ich hoffe, Sie können viel von diesem Beitrag mitnehmen, wenn ja, teilen Sie ihn bitte mit anderen Schülern. Danke fürs Lesen. Bis zum nächsten Mal!