断熱タービン:何、どのように、いくつかのタイプ、例

この記事では、断熱タービンについて説明します。 断熱という用語は、熱力学の分野でよく使用されます。 これは、熱伝達が発生しないシステムまたは境界を指します。

タービンは、発電を支援する発電所で使用される不可欠なデバイスです。 回転する要素が含まれています。 この回転は、電気を生成する発電機に転送されます。 この記事では、断熱タービンについて詳しく説明します。

断熱システムとは何ですか?

熱の伝達が制限されるシステムは、断熱システムと呼ばれます。 つまり、熱は周囲に伝達できず、熱は周囲からシステムに入ることができません。

正味の熱伝達はゼロです。 これは、システムの壁が断熱的であるためです。 システムから熱を伝達することはできません。 熱の全内容はシステム内にのみ残り、これが 内部エネルギー システムの

タービンとは何ですか?

水力エネルギーを機械エネルギーに変換するために使用される機械装置は、タービンと呼ばれます。 水力エネルギーは、タービンのプロペラに当たる水/蒸気の移動という形で発生します。

流体の運動エネルギーである流体の動きは、タービンのプロペラに伝達されます。 このため、タービンのシャフトが回転し始めます。 このようにして、エネルギーの変換が油圧から機械に行われます。 さらなるセクションでは、タービンについて詳しく説明します。 

タービンの働き

上記のセクションで説明した後、タービンが運動エネルギーを変換することがわかりました。 流体から機械 エネルギー。

発電所では作動油として蒸気が使用され、ダムでは作動油として水が使用されます。 ここでの作動油とは、シャフトの回転に関与する作動油を指します。 作動油がプロペラの表面に当たると、シャフトが回転します。 回転軸は発電機に接続されています。

断熱タービンとは何ですか?

これで、断熱システムとタービンの両方の意味がわかりました。 断熱タービンとは何かを見てみましょう。

断熱タービンは、壁が断熱的であるタービンです。 これらの壁は許可しません 熱伝達 それらを通して。 このようにして、タービンから熱を逃がすことはできません。 したがって、タービンからの正味の伝達はゼロです。 タービンが断熱的である場合、タービンに熱が加えられることはなく、タービンから熱が逃げることもありません。

断熱タービンの作動

私たちは断熱タービンが何であるかを知っています。 通常のタービンと 断熱タービン、それらの間の唯一の違いは、断熱タービンが熱伝達を許可しないということです 行われます。

同様に、断熱タービンの動作も通常のタービンの動作と同じです。 ほとんどすべての場合、タービンの壁は断熱的に保たれています。 したがって、断熱タービンの動作は、上記のセクションで説明した通常のタービンの動作と同じです。

断熱ガスタービン

ダムを使用するタービンについて研究したように、ダムはタービンのプロペラシャフトを回転させる作動油として水を使用します。

使用する作動油がガスの場合、タービンはガスタービンと呼ばれます。 ガスタービンは、主に飛行機の発電所や発電に使用される火力発電所で使用されています。 使用する作動油の種類が異なるため、両方のタービンで使用される材料が異なります。

断熱蒸気タービン

断熱的 蒸気タービン 作動油として蒸気を使用するタービンです。 ご存知のように、蒸気はガス状の水です。

蒸気には、タービンのプロペラに伝達される高い運動エネルギーが含まれています。 高エネルギー蒸気がプロペラの表面に当たると、タービンローターが動き始めます。 プレッシャー ドロップ 蒸気に入るのが高圧である間、タービンの内部で起こります。 この圧力が低下し、タービンを通過した後、蒸気は低圧蒸気になります。 

断熱可逆タービン

リバーシブルという用語は、すべてのプロセスが理想的なタービンを指します。 摩擦またはエネルギー漏れによる損失は、可逆プロセスには存在しません。

断熱可逆タービンについて話すとき、それはタービン内で行われる膨張プロセスがほぼ理想的であることを意味します。 通常、多段タービンはリバーシブルタービンと見なされます。 壁が断熱的である場合、このタービンは断熱的可逆タービンになります。

断熱タービン方程式

断熱タービンで使用される式を以下に示します-

タービンによって行われる仕事はによって与えられます-

Wt = h2-h1

ここで、

h2はポイント2のエンタルピーです

h1はポイント1のエンタルピーです

断熱タービン効率

世界 効率 ある入力を注入した後にシステムまたはデバイスから得られる出力として定義されます。

断熱の効率 タービン として与えられます-

効率=出力/入力=Wt/ Qa

ここで、

Wtはタービンによって行われる仕事です

Qaは、システムに追加される熱量です。

タービンはリバーシブルですか?

タービンの膨張プロセスが理想的である場合、タービンは可逆的であると見なされることは、上記のセクションですでに説明しました。

実際には、理想的なデバイスとは言えませんが、膨張プロセスの段階数を増やすことで、タービンをほぼ理想的なものにすることができます。 このタイプのタービンは、多段タービンと呼ばれます。 複数のタービンを使用するプロセスは、再加熱と呼ばれます。

蒸気タービンは断熱的ですか?

熱の伝達が完全に制限されている場合、蒸気タービンは断熱的であると言えます。

蒸気は復水器を通過した後、その相を液体に変えます。 タービンでは、蒸気の圧力降下のみが発生します。 高圧で入ってくる蒸気は、出口で低エネルギーの蒸気に変換されます。

断熱タービン
画像:ケースを開けた蒸気タービン

画像クレジット:Siemens Pressebild、 ダンプフタービン モンタージュ01CC BY-SA 3.0

タービンが断熱的であるのはなぜですか?

タービンは、全エネルギーがタービンシャフトを駆動するために使用されるため、断熱的です。

熱の形でエネルギーが失われたり、熱の形でタービンにエネルギーが入ったりすることはありません。 エネルギー伝達プロセスに関与する唯一のエネルギーは、流体の運動エネルギーとタービンローターの運動エネルギーです。

断熱タービンエントロピー

断熱タービンのエントロピーについて説明する前に、エントロピーの意味を理解しておく必要があります。 エントロピーの広く受け入れられている定義は、それがシステムのランダム性の尺度であると言っています。

実際のタービンでは、エントロピー値が増加します。 一方、可逆断熱プロセスの場合、生成されるエントロピーの値はゼロです。 これは、エントロピーが状態関数であり、可逆プロセスの場合、エンドポイントが同じであり、プロセスが断熱的であるためです。 熱伝達 エントロピーの変化はゼロです。

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