กังหันปฏิกิริยา

กังหันไอน้ำปฏิกิริยา

กังหันไอน้ำแบบปฏิกิริยา หมายถึง กังหันที่ไอน้ำขยายตัวไม่เพียงแต่ในหัวฉีดเท่านั้น แต่ยังขยายตัวภายในใบพัดที่เคลื่อนที่ด้วย ใบพัดที่เคลื่อนที่ของกังหันแบบปฏิกิริยาจะได้รับแรงไม่เพียงแต่จากแรงกระแทกของกระแสไอน้ำเท่านั้น แต่ยังได้รับแรงที่เกิดจากการขยายตัวและการเร่งความเร็วของไอน้ำภายในใบพัดเองด้วย

ในกังหันไอน้ำแบบปฏิกิริยา ไอน้ำจะขยายตัวและเร่งความเร็วไม่เพียงแต่ในหัวฉีดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงขณะที่ไหลผ่านช่องว่างระหว่างใบพัดที่เคลื่อนที่ด้วย ซึ่งหมายความว่าภายในช่องใบพัดที่เคลื่อนที่ ทิศทางการไหลของไอน้ำจะเปลี่ยนไป และความเร็วสัมพัทธ์ของไอน้ำก็จะเพิ่มขึ้นด้วย ดังนั้น ใบพัดที่เคลื่อนที่จึงได้รับแรงกระทำทั้งจากแรงกระตุ้นจากไอน้ำความเร็วสูงที่พุ่งออกจากหัวฉีด และจากแรงปฏิกิริยาจากไอน้ำที่ออกจากช่องใบพัดที่เคลื่อนที่ กล่าวอีกนัยหนึ่ง กังหันไอน้ำแบบปฏิกิริยาใช้ทั้งหลักการของแรงกระตุ้นและแรงปฏิกิริยาในการทำงาน

กังหันไอน้ำแบบปฏิกิริยาเป็นเครื่องจักรที่ใช้พลังงานไอน้ำชนิดหนึ่ง หลักการทำงานของมันขึ้นอยู่กับการขยายตัวของไอน้ำที่เกิดขึ้นทั้งในใบพัดคงที่ (หัวฉีด) และใบพัดเคลื่อนที่ โดยใช้ทั้งแรงกระตุ้นและแรงปฏิกิริยาของไอน้ำในการขับเคลื่อนการหมุนของโรเตอร์

หลักการทำงานและลักษณะโครงสร้าง: ในกังหันไอน้ำแบบปฏิกิริยา ไอน้ำจะขยายตัวและเร่งความเร็วภายในชุดใบพัดคงที่ก่อน ทำให้ความดันลดลงและความเร็วเพิ่มขึ้น จากนั้นไอน้ำจะเข้าสู่ชุดใบพัดที่เคลื่อนที่ ซึ่งไอน้ำจะขยายตัวต่อไป การขยายตัวนี้ไม่เพียงแต่เปลี่ยนทิศทางการไหล ทำให้เกิดแรงกระตุ้น แต่ยังทำให้เกิดแรงปฏิกิริยาเนื่องจากการเร่งความเร็วที่เกิดจากการขยายตัว แรงทั้งสองนี้ทำงานร่วมกันเพื่อขับเคลื่อนโรเตอร์และทำงาน การออกแบบนี้ส่งผลให้เกิดความแตกต่างของความดันระหว่างสองด้านของใบพัดที่เคลื่อนที่ ดังนั้นโรเตอร์จึงมักใช้โครงสร้างแบบดรัมเพื่อหลีกเลี่ยงแรงผลักตามแนวแกนที่มากเกินไป และมักติดตั้งลูกสูบปรับสมดุลเพื่อต้านแรงผลักนี้ ในด้านโครงสร้าง กังหันไอน้ำแบบปฏิกิริยาสามารถแบ่งออกเป็นแบบไหลตามแนวแกน (ที่ไอน้ำไหลตามแนวแกน และใบพัดติดตั้งอยู่บนดรัม) และแบบไหลตามแนวรัศมี (ที่ไอน้ำไหลตามแนวรัศมี โดยมีโรเตอร์สองตัวหมุนในทิศทางตรงกันข้าม)

การเปรียบเทียบกับกังหันไอน้ำแบบอิมพัลส์: ความแตกต่างหลักระหว่างกังหันไอน้ำแบบปฏิกิริยาและแบบอิมพัลส์อยู่ที่กระบวนการขยายตัว ในกังหันไอน้ำแบบอิมพัลส์ การขยายตัวของไอน้ำเกิดขึ้นเป็นหลักในใบพัดที่อยู่กับที่ โดยแทบไม่มีการขยายตัวในใบพัดที่เคลื่อนที่ ในทางตรงกันข้าม ในกังหันไอน้ำแบบปฏิกิริยา การขยายตัวเกือบเท่ากันทั้งในใบพัดที่อยู่กับที่และใบพัดที่เคลื่อนที่ ดังนั้น กังหันไอน้ำแบบปฏิกิริยาจึงมีประสิทธิภาพในแต่ละขั้นสูงกว่า อย่างไรก็ตาม กังหันไอน้ำแบบปฏิกิริยาสร้างแรงผลักตามแนวแกนที่มากกว่า มักไม่สามารถทำงานได้เมื่อมีการป้อนไอน้ำเพียงบางส่วน และมักใช้ขั้นตอนอิมพัลส์สำหรับขั้นแรก

ข้อดีของกังหันไอน้ำแบบปฏิกิริยาส่วนใหญ่สะท้อนให้เห็นในด้านต่อไปนี้:

1. ประสิทธิภาพการทำงานที่สูงขึ้น: ไอน้ำขยายตัวทั้งในใบพัดที่อยู่กับที่และใบพัดที่เคลื่อนที่ โดยใช้ทั้งแรงกระตุ้นและแรงปฏิกิริยาในการทำงาน ซึ่งช่วยให้การออกแบบสามเหลี่ยมความเร็วมีความเหมาะสมมากขึ้น และส่งผลให้การสูญเสียการไหลลดลง ดังนั้น ประสิทธิภาพของกังหันไอน้ำแบบขั้นเดียวจึงสูงกว่ากังหันไอน้ำแบบแรงกระตุ้นประมาณ 2%-3%

2. โครงสร้างใบพัดที่คล้ายคลึงกันช่วยลดต้นทุนการผลิต: รูปทรงหน้าตัดของใบพัดที่เคลื่อนที่และใบพัดที่อยู่กับที่นั้นเหมือนกันโดยพื้นฐาน ความสมมาตรนี้ช่วยลดความซับซ้อนของกระบวนการออกแบบและการผลิตใบพัด ทำให้สามารถผลิตจำนวนมากได้ และลดต้นทุนชิ้นส่วนอะไหล่

3. ประสิทธิภาพที่ดีขึ้นที่โหลดบางส่วน: เนื่องจากการกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอของกระบวนการขยายตัวของไอน้ำในแต่ละขั้นตอน กังหันไอน้ำแบบปฏิกิริยาสามารถรักษาประสิทธิภาพที่ค่อนข้างสูงได้แม้ในสภาวะที่ไม่โหลดเต็มที่ แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการปรับตัวที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้นต่อการทำงานที่โหลดแปรผัน

4. เหมาะสำหรับสภาวะความดันปานกลางและต่ำ: คุณลักษณะการออกแบบช่วยให้การทำงานมีเสถียรภาพภายใต้สภาวะไอน้ำความดันปานกลางและต่ำ นอกจากนี้ โครงสร้างหลายขั้นตอนยังช่วยให้สามารถใช้เทคโนโลยีต่างๆ เช่น การทำความร้อนซ้ำ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมให้ดียิ่งขึ้น

5. แรงผลักตามแนวแกนสามารถควบคุมได้ด้วยลูกสูบปรับสมดุล: แม้ว่าแรงผลักตามแนวแกนจะมีมาก แต่ก็สามารถลดทอนได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยการออกแบบต่างๆ เช่น โครงสร้างดรัมและลูกสูบปรับสมดุล ซึ่งช่วยให้การทำงานมีเสถียรภาพ