Кіріспе
Сұйықтық ағынынан энергия алатын айналымдық механикалық құрылғы. Турбина (грекше τύρβη, tyrbē немесе латынша turbo, «бұрқасын» деген мағынаны білдіреді) – сұйықтық ағынынан энергияны алып, оны пайдалы жұмысқа айналдыратын айналымдық механикалық құрылғы. Шығарылған жұмыс генератормен біріктірілген кезде электр қуатын өндіруге қолданылуы мүмкін. Турбина – кемінде бір қозғалатын бөлігі бар, ротор жинағы деп аталатын турбомашина, ол біліктен немесе барабаннан және жалғанған қақпақтардан тұрады. Қозғалатын сұйықтық қақпақтарға әсер етеді, осылайша олар қозғалып, роторға айналу энергиясын береді. Турбинаның ертедегі мысалдары – жел және су доңғалақтары. Газ, бу және су турбиналары жұмыс сұйықтығын қамтитын және басқаратын корпуспен жабдықталған. Бу турбинасын ойлап табу еңбегі ағылшын-ирланд инженері сэр Чарльз Парсонсқа (1854–1931) – реакциялық турбинаны, ал швед инженері Густаф де Лавальға (1845–1913) – импульстік турбинаны ойлап табу үшін беріледі. Қазіргі заманғы бу турбиналары көбінесе реакция мен импульстің екеуін де бір құрылымда қолданады, әдетте қақпақтың түбірінен шетіне дейін реакция және импульс дәрежесін өзгертеді. Александриялық Герон бірінші ғасырда эолипиледе турбина принципін көрсетті, ал Витрувий оларды шамамен 70 ж. б.з. дейін айтқан. «Турбина» сөзі 1822 жылы француз тау-кен инженері Клод Бурден грекше τύρβη, tyrbē сөзінен, яғни «воронка» немесе «айналу» деген мағынаны білдіретін сөзден шығарылған. Ол «Des turbines hydrauliques ou machines rotatoires à grande vitesse» атты ескертпесін Париждегі Корольдік ғылым академиясына ұсынған. Клод Бурденнің бұрынғы шәкірті Бенуа Фурнейрон алғашқы су турбинасын жасады.
A turbine (/'//t//ɜːr//b//aɪ//n/ or /'//t//ɜːr//b//ɪ//n/) (from the Greek τύρβη, tyrbē, or Latin turbo, meaning vortex) is a rotary mechanical device that extracts energy from a fluid flow and converts it into useful work. The work produced can be used for generating electrical power when combined with a generator. A turbine is a turbomachine with at least one moving part called a rotor assembly, which is a shaft or drum with blades attached. Moving fluid acts on the blades so that they move and impart rotational energy to the rotor. Early turbine examples are windmills and waterwheels. Gas, steam, and water turbines have a casing around the blades that contains and controls the working fluid. Credit for invention of the steam turbine is given both to Anglo Irish engineer Sir Charles Parsons (1854–1931) for invention of the reaction turbine, and to Swedish engineer Gustaf de Laval (1845–1913) for invention of the impulse turbine. Modern steam turbines frequently employ both reaction and impulse in the same unit, typically varying the degree of reaction and impulse from the blade root to its periphery. Hero of Alexandria demonstrated the turbine principle in an aeolipile in the first century AD and Vitruvius mentioned them around 70 BC. The word "turbine" was coined in 1822 by the French mining engineer Claude Burdin from the Greek τύρβη, tyrbē, meaning "vortex" or "whirling", in a memo, "Des turbines hydrauliques ou machines rotatoires à grande vitesse", which he submitted to the Académie royale des sciences in Paris. Benoit Fourneyron, a former student of Claude Burdin, built the first practical water turbine.
Операция теориясы
Жұмыс сұйықтығы потенциалдық энергияны (қысым басы) және кинетикалық энергияны (жылдамдық басы) қамтиды. Сұйықтық сығымдалатын немесе сығымдалмайтын болуы мүмкін. Турбиналар осы энергияны жинау үшін бірнеше физикалық принциптерді пайдаланады: Импульстік турбиналар жоғары жылдамдықты сұйық немесе газ ағынының бағытын өзгертеді. Нәтижесінде туындаған импульс турбинаны айналдырады және сұйық ағынының кинетикалық энергиясын азайтады. Бу немесе газ турбинасындағыдай, турбина қалақтарында (қозғалмалы қалақтар) сұйық немесе газдың қысымы өзгереді, ал барлық қысым төмендеуі тұрақты қалақтарда (соплодарда) жүзеге асады. Турбинаға жеткенге дейін сұйықтың қысым басы сопло арқылы сұйықты жылдамдату арқылы жылдамдық басына айналдырылады. Пелтон дөңгелектері мен де Лаваль турбиналары осы процесті ғана қолданады. Импульстік турбиналарға ротордың айналасында қысым корпусы қажет емес, өйткені сұйық ағыны ротор қалақтарына жеткенге дейін сопломен жасалады. Импульстік турбиналар үшін энергияның берілуін Ньютонның екінші заңы сипаттайды. Импульстік турбиналар ағынның төмен және кіреберіс қысымының жоғары болған жағдайларда тиімдірек қолданылады.
Impulse turbines change the direction of flow of a high velocity fluid or gas jet. The resulting impulse spins the turbine and leaves the fluid flow with diminished kinetic energy. There is no pressure change of the fluid or gas in the turbine blades (the moving blades), as in the case of a steam or gas turbine, all the pressure drop takes place in the stationary blades (the nozzles). Before reaching the turbine, the fluid's pressure head is changed to velocity head by accelerating the fluid with a nozzle. Pelton wheels and de Laval turbines use this process exclusively. Impulse turbines do not require a pressure casement around the rotor since the fluid jet is created by the nozzle prior to reaching the blades on the rotor. Newton's second law describes the transfer of energy for impulse turbines. Impulse turbines are most efficient for use in cases where the flow is low and the inlet pressure is high.
Қолданылуы
Әлемдегі электр қуатының үлкен бөлігі турбогенераторлар арқылы өндіріледі. Турбиналар құрлықта, теңізде және әуедегі газ турбиналық қозғалтқыштарда қолданылады. Турбокомпрессорлар поршенді қозғалтқыштарда пайдаланылады. Газ турбиналарының қуат тығыздығы өте жоғары (яғни қуаттың массаға немесе көлемге қатынасы), себебі олар өте жоғары жылдамдықпен жұмыс істейді. Ғарыш шаттлының негізгі қозғалтқыштары жанар майды (сұйық оттегі және сұйық сутегі) қозғалтқыштың жану камерасына беру үшін турбопомпаларды (турбиналық қозғалтқышпен қоздырылатын сорғыдан тұратын машиналар) қолданды. Сұйық сутегі турбопомпасы автомобиль қозғалтқышынан сәл үлкен (салмағы шамамен 700 фунт) және турбинасы шамамен 70 000 ат күші (52,2 МВт) қуат өндіреді. Турбоэкспандерлер өнеркәсіптік процестерде салқындату үшін қолданылады.