Tua bin – Wikipedia tiếng Việt

Một tuabin hơi với phần vỏ được mở .

Tuabin (Tua bin, Tuốc bin hoặc turbine) là một động cơ quay rút năng lượng từ một luồng chất lỏng hoặc một luồng khí và biến đổi nó thành năng lượng có ích.

Các động cơ tuabin đơn thuần nhất có một bộ phận hoạt động, bộ phận rô to thường là trục hoặc trống với những cánh gắn trên đó. Luồng chất khí hoặc lỏng hoạt động tác động ảnh hưởng lên những cánh, hoặc những cánh ảnh hưởng tác động trở lại luồng khí hoặc chất lỏng để chúng vận động và di chuyển và truyền nguồn năng lượng quay cho rô to. Các mẫu tuabin sớm nhất là những cối xay gió và những bánh xe nước .

Các tuabin khi, hơi và nước thường có vỏ bọc xung quanh các cánh tuabin để chứa và điều khiển chất lưu chuyển động. Người ta công nhận phát minh về tuabin hơi do cả kỹ sư người Anh Sir Charles Parsons (1854-1931) và kỹ sư người Thụy Sĩ Gustaf de Laval (1845-1913) thực hiện. Charles Parsons đã phát minh ra tuabin phản lực và Gustaf de Laval phát minh ra tuabin xung lực (tuabin dòng phun tự do). Các tuabin hơi hiện đại thường sử dụng cả hai kiểu tuabin phản lực và xung lực trong cùng một khối, thường thay đổi độ của phản lực và xung lực từ gốc cánh tuabin tới chu vi của nó.

Một thiết bị tương tự như như một tuabin nhưng hoạt động giải trí ngược lại, ví dụ như máy nén hoặc bơm. Máy nén hướng trục trong nhiều động cơ tuabin khí là một ví dụ nổi bật. Ở đây một lần nữa, cả hai loại tuabin xung và phản lực được sử dụng, trong những máy nén hướng trục văn minh, độ của phản lực và xung lực thường sẽ khác nhau từ gốc cánh tuabin tới chu vi của nó .

Claude Burdin đặt ra thuật ngữ turbine từ một từ Latin là turbo, hay gió xoáy, trong một cuộc thi kỹ thuật năm 1828. Benoit Fourneyron, một học trò của Claude Burdin đã chế tạo tuabin nước thực tế đầu tiên.

Lý thuyết hoạt động giải trí[sửa|sửa mã nguồn]

Một chất lưu hoạt động chứa thế năng ( áp suất khởi đầu ) và động năng ( tốc độ bắt đầu ). Chất lưu hoàn toàn có thể nén hoặc không nén. Một vài nguyên tắc vật lý được vận dụng để tạo :

Các tuabin xung lực

Các tuabin kiểu này thay đổi chiều của luồng chất lưu vận tốc lớn hoặc luồng khí phun. Kết quả là xung làm quay tuabin và để lại luồng chất lưu với động năng giảm. Không có thay đổi áp suất của chất lỏng hay khí trong các cánh roto tuabin (các cánh chuyển động), như trường hợp của tuabin hơi hoặc khí, tất cả áp lực giảm diễn ra tại các cánh tuabin tĩnh (miệng phun).

Trước khi tới được tuabin, áp suất ban đầu của lưu chất bị thay đổi thành động năng ban đầu bằng cách đẩy luồng lưu chất vào một miệng phun. Các bánh xe Pelton và tuabin de Laval chỉ sử dụng quá trình này. Các tuabin xung lực không yêu cầu một khung cửa sổ áp suất xung quanh roto một khi tia chất lưu phun ra từ miệng phun trước khi đến cánh tuabin trên roto. Định luật II Newton miêu tả quá trình truyền năng lượng cho tuabin xung lực.

Các tuabin phản lực

Các tuabin khai thác mô-men quay do phản lực với áp suất hoặc khối lượng của khí hoặc chất lưu. Áp suất của khí hoặc chất lưu thay đổi khi nó đi qua các cánh roto tuabin. Một khung cửa sổ áp suất là cần thiết để chứa chất lưu chuyển động khi nó tác động trong các tầng tuabin hoặc tuabin phải hoàn toàn nhúng chìm trong dòng chất lưu (như với các tuabin gió). Vỏ bọc chứa và định hướng chất lưu làm việc và đối với tuabin nước là duy trì sức hút do ống hút truyền. Tuabin Francis và đa số các tuabin hơi sử dụng khái niệm này. Đối với các chất lưu nén, nhiều tầng tuabin thường được sử dụng để khai thác hiệu quả khí nở ra. Định luật III Newton miêu tả quá trình truyền năng lượng cho các tuabin phản lực.

Trong trường hợp tuabin hơi, ví dụ điển hình như sẽ được sử dụng cho những ứng dụng hàng hải hoặc cho những máy phát điện trên đất liền, một tuabin phản lực kiểu Parsons sẽ cần khoảng chừng gấp đôi số lượng hàng cánh tuabin so với một tuabin xung lực kiểu Laval, so với cùng một mức độ quy đổi nguồn năng lượng nhiệt. Trong khi điều này khiến tuabin Parsons dài hơn và nặng hơn, hiệu suất toàn phần của một tuabin phản lực nhỏ hơn so với tuabin xung lực tương tự cho cùng một quy đổi nhiệt năng .Các tuabin hơi và sau đó, tuabin khí tăng trưởng liên tục trong suốt thế kỷ 20, liên tục đều làm như vậy và trong trong thực tiễn, phong cách thiết kế những tuabin văn minh sẽ sử dụng cả khái niệm phản lực và xung lực để đổi khác mức độ mỗi khi hoàn toàn có thể. Các tuabin gió sử dụng những cánh lớn để tạo lực nâng từ chất lưu hoạt động và truyền nó cho roto ( đây là một hình thức phản lực ). Tuabin gió cũng có lợi về nguồn năng lượng từ xung lực của gió, bằng cách làm lệch cánh ở một góc nhất định. Turbine Crossflow được phong cách thiết kế như một cỗ máy xung lực, với miệng phun, nhưng trong những ứng dụng đầu thấp duy trì một số ít hiệu suất cao thông quan phản lực, giống như bánh xe nước truyền thống cuội nguồn. Các tuabin với nhiều tầng hoàn toàn có thể sử dụng hoặc bộ cánh phản lực hoặc bộ cánh xung lực ở áp suất cao. Tuabin hơi truyền thống cuội nguồn hơn xung lực nhưng liên tục tiến theo hướng phong cách thiết kế phản lực tương tự như như cái sử dụng trong những Tuabin khí. Ở áp suất thấp chất lưu trung bình nở ra trong thể tích nhỏ để giảm áp suất. Dưới những điều kiện kèm theo này ( được gọi là Tuabin Áp suất Thấp ) bộ cánh tuabin trở thành đúng một phong cách thiết kế kiểu phản lực với gốc của cánh chỉ có xung lực. Lý do là bởi tác động ảnh hưởng của vận tốc quay so với mỗi cánh. Với việc tăng thể tích, chiều cao cánh quạt tăng lên, và gốc của cánh quay với vận tốc chậm hơn so với mũi cánh. Sự đổi khác này bắt buộc người phong cách thiết kế phải đổi khác xung lực ở gốc, tới một mũi cánh kiểu phản lực lớn .Các giải pháp phong cách thiết kế tuabin cổ xưa được tăng trưởng vào giữa thế kỷ 19. Các nghiên cứu và phân tích vector tương quan đến dòng chảy chất lưu với hình dạng và việc quay tuabin. Các chiêu thức đo lường và thống kê đồ thị đã được sử dụng lần tiên phong. Công thức cho những kích cỡ cơ bản của những bộ phận tuabin được lấy tài liệu cẩn trọng và một cỗ máy hiệu suất cao cao hoàn toàn có thể đáng tin cậy được phong cách thiết kế cho bất kể điều kiện kèm theo dòng chất lưu nào. Một số đo lường và thống kê dựa trên thực nghiệm hay công thức ‘ quy tắc theo kinh nghiệm tay nghề ‘ ( rule of thumb ), và những người khác dựa trên cơ học cổ xưa. Trong khi với hầu hết những sự giám sát kỹ thuật, việc đơn thuần những giả thiết đã được thực thi .

Tam giác vận tốc có thể được sử dụng để tính toán hiệu suất cơ bản của một tầng tuabin. Khí ra khỏi cánh dẫn miệng phun tuanbin tĩnh ở vận tốc tuyệt đối Va1. Roto quay tại vận tốc U. Quan hệ với roto, vận tốc của khí khi nó tác động đến lối vào roto là Vr1. Khí được quay bởi roto và đi ra với vận tốc Vr2. Tuy nhiên, trong điều kiện tuyệt đối vận tốc ra roto là Va2. Tam giác vận tốc được xây dựng bằng cách sử dụng các vector vận tốc khác nhau. Tam giác vận tốc có thể được xây dựng tại bất kỳ phần nào thông qua bộ cánh tuabin (ví dụ: trục, đầu, đoạn giữa…) nhưng thường được chỉ ra ở bán kính tầng giữa. Hiệu suất trung bình cho tầng có thể được tính từ tam giác vận tốc, ở bán kính này, sử dụng phương trình Euler:

Tập tin:Turbinengvrotor.gif Tam giác tốc độ tiêu biểu vượt trội cho một tầng tuabin đơn

Δ

h

=

u

⋅

Δ

v

w

{displaystyle Delta ;h=ucdot Delta ;v_{w}}

Do :

( Δ h T ) = ( u T ) ⋅ ( Δ v w T ) { displaystyle left ( { frac { Delta ; h } { T } } right ) = left ( { frac { u } { sqrt { T } } } right ) cdot left ( { frac { Delta ; v_ { w } } { sqrt { T } } } right ) }

Ở đây :

Δ h = { displaystyle Delta ; h = , }

T = { displaystyle T = , }

u = { displaystyle u = , }

Δ v w = { displaystyle Delta ; v_ { w } = , }

Tỷ số áp suất tuabin là hàm của

(

Δ

H

T

)

{displaystyle left({frac {Delta ;H}{T}}right)}

và hiệu suất tuabin.

Thiết kế tuabin tân tiến có thêm những đo lường và thống kê khác. Tính toán động lực học chất lưu sử dụng máy tính giảm được nhiều điều kiện kèm theo đơn giản hóa được sử dụng trong những công thức cổ xưa và ứng dụng máy tính tạo điều kiện kèm theo tối ưu. Những công cụ này đã dẫn đến những nâng cấp cải tiến đều đặn trong phong cách thiết kế tuabin trong hơn 40 năm qua .

Việc phân loại số chủ yếu của tuabin là vận tốc riêng. Số này miêu tả tốc độ của tuabin tại hiệu suất cực đại của nó với công suất và tốc độ dòng chảy. Vận tốc riêng không liên quan đến kích thước tuabin. Khi đưa các điều kiện dòng chảy và mong muốn tốc độ trục ra, vận tốc riêng có thể được tính toán và thiết kế tuabin thích hợp sẽ được chọn.

Vận tốc riêng cùng với một số ít công thức cơ bản hoàn toàn có thể được sử dụng để sắp xếp một cách an toàn và đáng tin cậy về hiệu suất phong cách thiết kế hiện tại được biết tới một kích cỡ mới với hiệu suất tương ứng .Hiệu suất ngoài phong cách thiết kế trình diễn thường thì như một map tuabin hoặc đặc thù .