طبقه بندی انواع توربین بخار
طبقه بندی توربین‌های بخار از نظر شرایط ورودی و خروجی بخار ، به پنج دسته زیر تقسیم‌بندی می‌شود. در اینجا منظور از شرایط، کیفیت ، دما و فشار سیال ورودی و خروجی به مراحل مختلف یک توربین بخار است.
1. توربین‌های کندانسی
این توربین‌های بخار معمولا در نیروگاه‌ها یافت می‌شوند. در این توربین‌ها، بخار خروجی در حالت نیمه کندانس است که معمولا کیفیتی نزدیک به 90درصد و فشار زیر اتمسفری دارند که به کندانسور وارد می‌شود.
2. توربین‌های غیر کندانسی
شکل بالا طرح کلی این نوع توربین‌ها را نشان می‌دهد. فشار خروجی آن‌ها با توجه به فشار بخار مورد نیاز فرایند، به وسیله یک شیر تنظیم، کنترل می‌شود . این توربین‌ها معمولا در کارخانههایی که در آن‌ها مقدار زیادی بخار کم فشار مورد نیاز است، مثل صنایع پتروشیمی و پالایشگاه‌ها یافت می‌شوند. از بخارهای کم فشار معمولا برای تولید آب مقطر استفاده می‌شود.
3. توربین‌های با بازگرمایش بخار
این نوع توربین‌ها تقریبا تنها در نیروگاه‌های برق استفاده می‌شوند. در یک توربین با بازگرمایش بخار، جریان بخار از بخش پر فشار توربین بخار خارج می‌شود و به بویلر می‌رود که در آن‌جا مجددا داغ می‌شود. سپس بخار به بخش فشار متوسط توربین باز می‌گردد و به انبساط خود ادامه می‌دهد.
استفاده از بازگرمایش در سیکل، کار خروجی توربین بخار را افزایش می‌دهد. در بیشتر موارد حداکثر از دو بازگرمایش در سیکل استفاده می‌شود، زیرا در غیر این صورت هزینه سوپرهیت کردن بخار از افزایش کار خروجی توربین بیشتر می‌شود. همچنین بخار قبل از آنکه به مرحله کندانس شدن برسد، منبسط می‌شود که این باعث به حداقل رسیدن فرسایش پره‌های ردیف آخر از طریق حذف قطرات آب کندانس شده در بخار می‌شود. شکل زیر طرح کلی یک توربین بخار با بازگرمایش بخار با لوله کشی بخار تا بویلر و خط برگشت به توربین بخار را نشان می‌دهد.
4. توربین‌های نوع زیرکش دار یا استخراجی
این نوع توربین‌ها برای همه چیز کاربرد دارند. در توربین‌های استخراجی، بخار از مراحل مختلف توربین خارج می‌شود و برای مصارف فرایند‌های صنعتی و یا ارسال به گرمکن‌های آب تغذیه بویلر برای بهبود راندمان کلی سیکل به‌کار می‌رود. جریان استخراجی را می‌توان با یک شیر کنترل کرد یا آن را کنترل نشده رها کرد.
5. توربین‌های القایی
در توربین‌های القایی برای تولید توان بیش تر، بخار کم فشار درمرحله‌های میانی به توربین وارد می‌شود.
از نظر آرایش پوسته‌ها یا آرایش محور، می‌توان توربین بخار را به‌صورت زیر دسته‌بندی کرد:
1. توربین‌های بخار تک پوسته‌ای
در این نوع توربین‌ها، توربین تنها دارای یک پوسته است. توربین‌های کوچک و با توان پایین معمولا در این دسته هستند.
2. توربین‌های بخار ترکیبی پشت به پشت
ترکیب‌های پشت به پشت زمانی مورد استفاده قرار می‌گیرند که دو یا چند پوسته به یکدیگر کوپل مستقیم شوند تا یک ژنراتور را راه‌اندازی کنند.
3. توربین‌های بخار ترکیبی متقابل
آرایش ترکیب متقابل توربین به این صورت است که دو یا چند شافت غیر هم خط، دو یا چند ژنراتور را می‌رانند که اغلب با سرعت‌های مختلفی کار می‌کنند. ترکیب متقابل به‌طور معمول برای کاربردهای بسیار بزرگ استفاده می‌شود. شکل بالا توربین بخار دو جریانی است که از نظر جریان ورودی بخار به توربین‌ها در سه دسته تقسیم بندی می‌شوند:
1. توربین‌های تک جریانی
در این نوع توربین‌ها بخار از یک سمت وارد می‌شود و پس از طی مسیری موازی با محور توربین از سمت مخالف خارج می‌شود. شکل بالا این نوع توربین را نمایش می‌دهد.
2. توربین‌های دوجریانی
در این نوع توربین‌ها معمولا بخار از قسمت وسط بدنه وارد می‌شود و پس از تقسیم شدن در توربین تک جریانی جهت مخالف هم و موازی با شافت از ابتدا و انتهای بدنه توربین بیرون می‌رود. شکل بالا طرح کلی یک توربین دو جریانی را نمایش می‌دهد.
3. توربین‌های مرکب
در این توربین‌ها بسته به نحوه طراحی توربین و نیروهای موجود در توربین، یک مسیر ترکیبی جهت بخار طراحی شده است. شکل زیر طرح کلی یک توربین مرکب است.
توربین‌ها از لحاظ حرکت بخار در توربین به‌صورت زیر دسته‌بندی می‌شوند:
1. توربین‌های جریان شعاعی
در این نوع توربین‌ها بخار در جهت شعاع محور توربین حرکت می‌کند که در آن مسیر جریان سیال در داخل حین تبادل انرژی در صفحه، عمود بر محور توربین است.
در این توربین‌ها بخار وارد مرکز توربین می‌شود. شکل بالا توربین جریان شعاعی را نشان می‌دهد که از طریق دو رتور که در خلاف جهت هم می چرخند، منبسط می‌شود و در نهایت از طریق لوله خروجی به طرف بیرون رانده می‌شود. این نوع توربین برای طراحی با ظرفیت زیاد بخاطر جرم تیغه‌هایی که باید روی حاشیه خارجی قرار گیرند، قابل قبول نیست. بزرگ‌ترین ظرفیت توربین با جریان شعاعی واحد 460 مگاوات باراکتورهای آب جوش در سوئد است. شکل بالا روتور یک توربین شعاعی را نشان می‌دهد.
2. توربین‌های جریان محوری
این توربین مسیر جریان سیال هنگام تبادل انرژی را در داخل توربین موازی و در امتداد محور توربین قرار می‌دهد. در این توربین‌ها بخاری که از یک طرف وارد مراحل مختلف توربین می‌شود، به‌صورت محوری از طریق تیغه‌های شعاعی جریان پیدا می‌کند. در این توربین‌ها جهت حرکت بخار موازی با محور توربین است. اغلب توربین‌های مورد استفاده در صنعت از این نوع هستند. در شکل زیر یک نمونه روتور توربین محوری نشان داده شده است.
3. توربین‌های جریان مماسی
در این نوع توربین‌ها، بخار به وسیله نازل‌های زیاد با زاویه‌های معین نسبت به محور، به‌صورت مماسی به پره‌های توربین برخورد می‌کند. این نوع توربین‌های بخاری قدرت خروجی بالایی دارند، ولی بازدهی آن‌ها پایین است. شکل بالا این توربین را نشان می‌دهد. توربین جریان مماسی به‌دلیل بازدهی پایین استفاده چندانی ندارند. توربین‌ها بر اساس میزان فشار بخار ورودی به چهار دسته تقسیم می‌شوند:
- توربین‌های فشار پایین atm (10-2/1)
- توربین‌های فشار متوسط atm (88-10)
- توربین‌های فشار بالا atm (242-88)
- توربین‌های فشار بسیار بالا (بالاتر از 242atm)
توربین‌های بخار از نظر فشار خروجی بخار نیز در دسته‌های طبقه‌بندی می‌شوند:
1. توربین‌های با فشار خروجی بیشتر از فشار جو
در این توربین‌ها، فشارخروجی آن‌ها بالاتر از فشار جو است. در این نوع توربین‌ها بخار پس از به‌حرکت درآوردن توربین با فشار بیشتر از فشار اتمسفر از توربین خارج می‌شود. بخارهای خارج‌شده از توربین، توربین دیگری را به حرکت در می‌آورد یا برای گرم‌کردن دستگاه‌ها و تجهیزات دیگر مصرف می‌شوند یا برای مصرف عملیاتی و تحولات دیگر به خطوط با فشار کمتر منتقل می‌شوند.
فشار خط حتما باید از فشار خروجی توربین کمتر باشد درغیر این صورت باعث افزایش فشار خروجی توربین و در نهایت کاهش قدرت آن می‌شود. بیشتر توربین‌های کوچک و اکثر توربین‌های ضربه‌ای یک مرحله‌ای به این دسته تعلق دارند.
2. توربین‌های با فشارخروجی مساوی فشار جو
همان‌طور که از نام آن‌ها پیداست، فشارخروجی این نوع توربین‌ها با فشار جو برابر است. به‌عبارت دیگر بخار خروجی از این توربین‌ها به طرف اتمسفر منتقل می‌شود و در حقیقت می‌توان گفت که بخار خروجی ازتوربین به هدر می‌رود. از این نوع طراحی در توربین‌های کوچکی که به‌صورت اضطراری در سرویس قرار دارند، استفاده می‌شود.
فشار خروجی این نوع توربین‌ها کمتر از فشار جو است و گاهی به چند اینچ جیوه مطلق می‌رسد. به دلیل زیاد بودن اختلاف فشار بین ورودی و خروجی توربین از تمام انرژی بخار استفاده و به انرژی مکانیکی دورانی تبدیل می‌شود.
راندمان این نوع توربین‌ها نیز به‌مراتب بیشتر از انواع توربین‌های دیگر است و آب حاصل از بخارهای کندانس شده در کندانسور نیز مجددا به سیستم تولید بخار برگشت داده می‌شود و به مصرف بویلرها می‌رسد. در قسمت خروجی این توربین‌ها، سیستم خلاء که شامل کندانسور و دیگر اجزای آن است، خلاء تولید می‌کند.
این توربین‌ها را از لحاظ تعداد طبقه یا مرحله می‌توان تقسیم‌بندی کرد. ترکیب یک ردیف پره‌های ثابت که روی پوسته نصب شده و یک ردیف پره‌های متحرك که روی روتور جایگذاری می‌شود، به‌عنوان یک طبقه یا یک مرحله پره در توربین بخار تعریف می‌شود.
