กังหันอิมพัลส์

กังหันไอน้ำแบบอิมพัลส์

กังหันไอน้ำแบบแรงกระตุ้น หรือที่รู้จักกันในชื่อกังหันแบบแรงกระตุ้น เป็นเครื่องจักรความร้อนชนิดหนึ่งที่อาศัยไอน้ำความเร็วสูงพุ่งชนใบพัดเพื่อขับเคลื่อนการหมุนของโรเตอร์ คุณค่าหลักของมันอยู่ที่การแปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานกลได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้เป็นอุปกรณ์พลังงานที่สำคัญในการผลิตไฟฟ้าพลังความร้อนสมัยใหม่ การผลิตไฟฟ้านิวเคลียร์ การขับเคลื่อนเรือ และสาขาอื่นๆ การใช้งานครอบคลุมความต้องการด้านการจัดหาพลังงานและการขับเคลื่อนกำลังในอุตสาหกรรมต่างๆ มากมาย

หลักการทำงานหลัก

หลักการทำงานของกังหันไอน้ำแบบแรงกระตุ้นนั้นอิงตามกฎแรงกระตุ้นของนิวตัน กระบวนการแปลงพลังงานมีความเข้มข้นและมีประสิทธิภาพ โดยแบ่งขั้นตอนการทำงานหลักออกเป็นสองขั้นตอน: ขั้นแรก ไอน้ำจะไหลเข้าและขยายตัวภายในหัวฉีดคงที่ เร่งความเร็วและแปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานจลน์ความเร็วสูง ก่อให้เกิดเจ็ทไอน้ำที่มีแรงกระแทกเพียงพอ จากนั้น เจ็ทไอน้ำความเร็วสูงนี้จะกระทบกับใบพัดที่เคลื่อนที่ซึ่งติดตั้งอยู่บนโรเตอร์ในมุมที่กำหนด ถ่ายโอนพลังงานจลน์ไปยังใบพัด ทำให้ล้อกังหันและเพลาหลักหมุนและส่งกำลังกลออกมาภายนอก

คุณลักษณะเด่นของมันคือ กระบวนการขยายตัวของไอน้ำและการลดลงของความดันส่วนใหญ่เกิดขึ้นภายในหัวฉีดเป็นหลัก ความดันไอน้ำภายในช่องทางใบพัดที่เคลื่อนที่ยังคงที่โดยพื้นฐาน ใบพัดที่เคลื่อนที่ทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบรับแรงแบบพาสซีฟ โดยรับแรงกระแทกจากไอน้ำเพื่ออำนวยความสะดวกในการถ่ายโอนจากพลังงานจลน์ไปเป็นพลังงานกล

ลักษณะสำคัญ

1. กระบวนการขยายตัวแบบเข้มข้น: การลดลงของความดันไอน้ำและงานการขยายตัวส่วนใหญ่เกิดขึ้นภายในหัวฉีด ใบพัดที่เคลื่อนที่ทำหน้าที่หลักในการถ่ายโอนพลังงานจลน์และไม่ได้มีส่วนร่วมในกระบวนการขยายตัวของไอน้ำหลัก

2. พลังงานที่ได้จากแรงดล: แรงขับเคลื่อนหลักสำหรับการหมุนของโรเตอร์มาจากการกระแทกอย่างฉับพลันของไอน้ำความเร็วสูงต่อใบพัดที่กำลังเคลื่อนที่ วิธีการถ่ายโอนพลังงานนี้คล้ายคลึงกับการถ่ายโอนแรงอย่างฉับพลันในการเตะฟุตบอล ประสิทธิภาพของการกระแทกส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพโดยรวมของเครื่องจักร

3. การออกแบบโครงสร้างที่เรียบง่าย: ใบพัดเคลื่อนที่มักใช้การออกแบบรูปทรงถังหรือแผ่นเรียบ ซึ่งมีรูปทรงปกติที่ผลิตได้ง่าย โครงสร้างโดยรวมค่อนข้างเรียบง่าย ไม่ต้องใช้ปลอกหุ้มที่ซับซ้อน และช่วยเพิ่มความสะดวกในการบำรุงรักษาในภายหลังอย่างมาก

4. ความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับการทำงานความเร็วสูง: ประสิทธิภาพในขั้นตอนเดียวค่อนข้างสูง และการสูญเสียที่เกิดขึ้นค่อนข้างน้อย ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการออกแบบแบบอนุกรมหลายขั้นตอน ประสิทธิภาพโดยรวมของหน่วยสามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพผ่านการซ้อนทับพลังงานหลายขั้นตอน ซึ่งปรับให้เข้ากับความต้องการในการทำงานความเร็วสูงได้

คุณสมบัติเชิงโครงสร้างและประสิทธิภาพ

(I) ส่วนประกอบโครงสร้างหลัก

หน่วยนี้ประกอบด้วยส่วนประกอบหลักๆ เช่น หัวฉีด แผ่นไดอะแฟรม ใบพัดเคลื่อนที่ ล้อกังหัน และกระบอกสูบ: หัวฉีดมีหน้าที่เร่งความเร็วไอน้ำและแปลงพลังงาน; แผ่นไดอะแฟรมยึดหัวฉีดและแยกพื้นที่การไหลของแต่ละขั้นตอน; ใบพัดเคลื่อนที่และล้อกังหันทำงานร่วมกันเพื่อรับพลังงานจลน์และส่งออกการหมุน; กระบอกสูบให้สภาพแวดล้อมการทำงานแบบปิดสำหรับระบบการไหลทั้งหมด ในบรรดาส่วนประกอบเหล่านี้ ใบพัดเคลื่อนที่มักถูกออกแบบให้มีรูปร่างสมมาตรคล้ายถังหรือถ้วยเพื่อดักจับและเบี่ยงเบนการไหลของไอน้ำอย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพการถ่ายโอนพลังงาน

(II) ข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพหลัก

เมื่อเปรียบเทียบกับกังหันไอน้ำแบบปฏิกิริยา กังหันไอน้ำแบบแรงกระตุ้นมีลักษณะการทำงานและข้อดีที่แตกต่างกันอย่างชัดเจน:

• ประการแรก เครื่องจักรเหล่านี้มีขั้นตอนน้อยกว่าและโครงสร้างที่เรียบง่ายกว่า ส่งผลให้ต้นทุนการผลิตต่ำลง ขั้นตอนการบำรุงรักษาประจำวันง่ายขึ้น และต้นทุนการดำเนินงานสามารถควบคุมได้

• ประการที่สอง เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้มีประสิทธิภาพการแปลงพลังงานที่ยอดเยี่ยม ด้วยเทคโนโลยีไอน้ำแรงดันสูง ประสิทธิภาพเชิงความร้อนสามารถสูงกว่า 40%

• ประการที่สาม เครื่องยนต์เหล่านี้มีอุณหภูมิไอเสียต่ำและลดการปล่อยมลพิษ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพด้านสิ่งแวดล้อมและสอดคล้องกับความต้องการในการดำเนินงานที่ปล่อยคาร์บอนต่ำ

• ประการที่สี่ โครงสร้างมีความสมบูรณ์และน่าเชื่อถือ มีอายุการใช้งานยาวนาน อัตราความเสียหายต่ำ และสามารถปรับตัวให้เข้ากับการใช้งานต่อเนื่องในระยะยาว ทำให้มีความเสถียรสูง

สถานการณ์การใช้งาน

ด้วยข้อดีต่างๆ เช่น การออกแบบที่ลงตัว ประสิทธิภาพที่เสถียร และความสามารถในการปรับตัวได้กว้าง กังหันไอน้ำแบบแรงกระตุ้นจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ รวมถึงการผลิตไฟฟ้า เคมีภัณฑ์ การผลิตกระดาษ สิ่งทอ และเหล็กกล้า โดยสามารถแบ่งการใช้งานหลักๆ ได้เป็น 3 ประเภท:

1. ด้านการผลิตพลังงาน: ทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์กำลังหลักสำหรับชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนขนาดใหญ่และโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ โดยให้กำลังไฟฟ้าที่เสถียรแก่ระบบส่งไฟฟ้า นับเป็นหน่วยแปลงพลังงานที่สำคัญภายในระบบไฟฟ้า

2. อุตสาหกรรมเคมี: ใช้ในการขับเคลื่อนอุปกรณ์สำคัญ เช่น อุปกรณ์อัดอากาศและปั๊มชนิดต่างๆ เพื่อให้พลังงานที่เสถียรสำหรับกระบวนการผลิตทางเคมี สามารถปรับให้เข้ากับสภาวะอุณหภูมิสูงและความดันสูงของกระบวนการได้

3. อุตสาหกรรมอื่นๆ: ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การผลิตกระดาษ สิ่งทอ และเหล็กกล้า มอเตอร์ขับเคลื่อนถูกนำมาใช้ขับเคลื่อนเครื่องจักรการผลิตต่างๆ แทนที่หน่วยกำลังแบบดั้งเดิม เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตและประสิทธิภาพการใช้พลังงาน

โดยสรุปแล้ว กังหันไอน้ำแบบแรงกระตุ้น มีข้อดีหลักๆ คือ ประสิทธิภาพสูง เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เชื่อถือได้ และโครงสร้างไม่ซับซ้อน สามารถแปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานกลได้อย่างมีประสิทธิภาพผ่านกลไกการแปลงพลังงานที่แม่นยำ จึงมีบทบาทสำคัญในระบบจ่ายพลังงานและการแปลงพลังงานในหลายอุตสาหกรรม นับเป็นอุปกรณ์ความร้อนที่สำคัญซึ่งผสมผสานความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจเข้ากับการใช้งานได้จริง