توربین واکنشی

توربین بخار واکنشی

توربین بخار واکنشی به توربینی اطلاق می‌شود که در آن بخار نه تنها در نازل‌ها، بلکه در داخل پره‌های متحرک نیز منبسط می‌شود. پره‌های متحرک یک توربین واکنشی نه تنها تحت تأثیر نیروی تولید شده توسط ضربه جریان بخار، بلکه تحت تأثیر نیروی تولید شده توسط انبساط و شتاب بخار درون خود پره‌ها نیز قرار دارند.

در یک توربین بخار واکنشی، بخار نه تنها در نازل‌ها، بلکه با جریان یافتن از میان مجاری پره‌های متحرک نیز منبسط و شتاب می‌گیرد. این بدان معناست که در آبشارهای پره‌های متحرک، جهت جریان بخار تغییر می‌کند و سرعت نسبی آن نیز افزایش می‌یابد. در نتیجه، پره‌های متحرک هم تحت تأثیر نیروی ضربه‌ای ناشی از جت بخار پرسرعت خروجی از نازل‌ها و هم تحت تأثیر نیروی واکنشی ناشی از بخار خروجی از آبشارهای پره‌های متحرک قرار می‌گیرند. به عبارت دیگر، توربین بخار واکنشی از هر دو اصل ضربه‌ای و واکنشی برای انجام کار استفاده می‌کند.

توربین بخار واکنشی نوعی ماشین بخار است. اصل کار آن بر اساس انبساط بخار در پره‌های ثابت (نازل‌ها) و پره‌های متحرک است که از نیروی ضربه و نیروی واکنش بخار برای چرخاندن روتور استفاده می‌کند.

اصول کار و ویژگی‌های ساختاری: در یک توربین بخار واکنشی، بخار ابتدا در آبشارهای پره ثابت منبسط و شتاب می‌گیرد که منجر به افت فشار و افزایش سرعت می‌شود. سپس وارد آبشارهای پره متحرک می‌شود، جایی که بخار همچنان منبسط می‌شود. این انبساط نه تنها جهت جریان را تغییر می‌دهد و نیروی ضربه‌ای ایجاد می‌کند، بلکه به دلیل شتاب ناشی از انبساط، نیروی واکنشی نیز تولید می‌کند. این دو نیرو با هم کار می‌کنند تا روتور را به حرکت درآورند و کار انجام دهند. این طراحی منجر به اختلاف فشار در دو طرف پره‌های متحرک می‌شود. بنابراین، روتور معمولاً از یک ساختار درام مانند برای جلوگیری از رانش محوری بیش از حد استفاده می‌کند و اغلب به یک پیستون متعادل برای مقابله با این رانش مجهز است. از نظر ساختاری، توربین‌های بخار واکنشی را می‌توان به انواع جریان محوری (که در آن بخار به صورت محوری جریان می‌یابد و پره‌ها روی یک درام نصب می‌شوند) و انواع جریان شعاعی (که در آن بخار به صورت شعاعی جریان می‌یابد و دو روتور در جهت مخالف می‌چرخند) تقسیم کرد.

مقایسه با توربین‌های بخار ضربه‌ای: تمایز اصلی بین توربین‌های واکنشی و ضربه‌ای در فرآیند انبساط نهفته است. در توربین‌های ضربه‌ای، انبساط بخار در درجه اول در پره‌های ثابت رخ می‌دهد و تقریباً هیچ انبساطی در پره‌های متحرک وجود ندارد. در مقابل، در توربین‌های واکنشی، انبساط در هر دو پره ثابت و متحرک تقریباً برابر است. در نتیجه، توربین‌های واکنشی راندمان مرحله بالاتری را ارائه می‌دهند. با این حال، آنها نیروی محوری بیشتری تولید می‌کنند، معمولاً نمی‌توانند با ورود جزئی بخار کار کنند و اغلب از یک مرحله ضربه‌ای برای مرحله اول استفاده می‌کنند.

مزایای توربین‌های بخار واکنشی عمدتاً در جنبه‌های زیر منعکس می‌شود:

۱. راندمان بالاتر در هر مرحله: بخار در هر دو پره ثابت و متحرک منبسط می‌شود و از نیروهای ضربه‌ای و واکنشی برای انجام کار استفاده می‌کند. این امر امکان طراحی مثلث سرعت منطقی‌تر را فراهم می‌کند و منجر به تلفات جریان کمتری می‌شود. بنابراین، راندمان تک مرحله‌ای معمولاً حدود ۲ تا ۳ درصد بیشتر از توربین‌های بخار ضربه‌ای است.

۲. ساختار تیغه مشابه، هزینه‌های تولید را کاهش می‌دهد: شکل سطح مقطع تیغه‌های متحرک و ثابت اساساً یکسان است. این تقارن، طراحی و فرآیندهای تولید تیغه را ساده می‌کند، تولید انبوه را تسهیل می‌کند و هزینه‌های قطعات یدکی را کاهش می‌دهد.

۳. عملکرد بهتر در بارهای جزئی: به دلیل توزیع یکنواخت فرآیند انبساط بخار در مراحل مختلف، توربین‌های بخار واکنشی می‌توانند حتی در شرایط غیربار کامل نیز راندمان نسبتاً بالایی را حفظ کنند و سازگاری قوی‌تری با عملکرد بار متغیر نشان دهند.

۴. مناسب برای شرایط فشار متوسط ​​و کم: ویژگی‌های طراحی آنها عملکرد پایدار را در شرایط بخار فشار متوسط ​​و کم تضمین می‌کند. علاوه بر این، ساختار چند مرحله‌ای، استفاده از فناوری‌هایی مانند گرم کردن مجدد را برای افزایش بیشتر راندمان کلی تسهیل می‌کند.

۵. نیروی محوری را می‌توان با پیستون تعادل مدیریت کرد: اگرچه نیروی محوری قابل توجه است، اما می‌توان آن را از طریق طرح‌هایی مانند ساختار درام و پیستون تعادل به طور مؤثر خنثی کرد و پایداری عملیاتی را تضمین نمود.