กังหันไอน้ำ มีกี่ประเภท นะ ?

ประเภทของกังหันไอน้ำ

                กังหันไอน้ำแบ่งออกเป็น 2 ประเภทใหญ่

1. กังหันแรงผลักหรือกังหันความดันคงที่     มีส่วนประกอบที่สำคัญอยู่ 2 ส่วน คือ

-          หัวฉีด      ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานความร้อนจากไอน้ำให้เป็นพลังงานจลน์

-          ล้อหรือโรเตอร์      ประกอบด้วยปีกใบพัดซึ่งวางอยู่รอบๆ ล้อ ทำหน้าที่รับพลังงานจลน์ และเปลี่ยนพลังงานจลน์ให้เป็นพลังงานกลโดยการหมุนรอบแกนล้อ 

                        การทำงานของกังหันแรงผลัก มีขั้นตอนดังนี้

• 1.       มีการลดความดันในหัวฉีด เกิดการเปลี่ยนแปลงพลังงานจลน์หรือเปลี่ยนแปลงความเร็วในหัวฉีด
• 2.       ความดันไอน้ำในกังหันจะคงที่เมื่อมีความดันน้อย คือเป็นความดันหม้อดับไอ
• 3.       ความเร็วไอน้ำขณะไหลผ่านกังหันลดลง จะเปลี่ยนพลังงานจลน์เป็นพลังงานกล
• 4.       เปลี่ยนแปลงความดันไอน้ำจากความดันหม้อไอน้ำเป็นความดันหม้อดับไอในช่วงที่ผ่านปีกกังหันเพียงอย่างเดียว

กังหันแรงผลักแบ่งออกเป็น 4 ชนิด

1.    กังหันเดอลาวาล De Laval Turbine  เป็นกังหันไอน้ำแบบธรรมดาที่สร้างง่ายที่สุด จัดเป็นกังหันต้นแบบก็ว่าได้ ส่วนประกอบของกังหันชนิดนี้ จะมีชุดใบพัด 1 ชุด และมีชุดหัวฉีด 1 ชุด หัวฉีดจะติดอยู่กับที่ ส่วนของใบพัดกังหันจะเป็นแบบแถวเดียว มีหลักการทำงาน คือ เมื่อไอน้ำที่ออกจากชุดหัวฉีดพุ่งเข้ากระทบปีกกังหันแล้วจะออกไปยังหม้อดับไอทันที ดังนั้นความเร็วของไอน้ำที่ออกจากปีกกังหันจะยังสูงอยู่ ซึ่งเป็นข้อเสียของกังหันแบบนี้ เพราะว่าไม่ได้นำเอาพลังงานจลน์จากความเร็วของไอน้ำมาใช้งานให้เต็มที่ กังหันชนิดนี้จึงมีประสิทธิภาพต่ำ แต่มี ข้อดี คือ ออกแบบง่าย สร้างง่าย เหมาะที่จะใช้เป็นเครื่องจักรขนาดเล็ก โดยปกติไอน้ำที่เข้าหัวฉีดจะมีความดันประมาณ 12 บาร์ ความเร็ว 1,200 m/sec ความเร็วที่เพลากังหันประมาณ 600 m/sec ความดันไอน้ำออกจากหัวฉีดประมาณ 0.1 บาร์

2.    กังหันเคอร์ติส Curtis Turbine  มีชื่อเรียกอีกว่า กังหันหลายขั้นความเร็ว เป็นกังหันที่ปรับปรุงมาจากกังหันเดอลาวาล โดยแก้ไขข้อบกพร่องของแบบเดอลาวาลที่ว่า ความเร็วไอน้ำที่ออกจากปีกกังหันยังสูงมาก การแก้ไขทำได้โดยการติดชุดใบพัดเคลื่อนที่เพิ่มขึ้นหลายชุด เมื่อไอน้ำที่ออกจากหัวฉีดและไหลผ่านปีกกังหันชุดแรก ความเร็วจะยังสูง บังคับให้ไอน้ำผ่านปีกกังหันที่อยู่กับที่และเปลี่ยนทิศทางให้ไอน้ำเข้าปีกกังหันชุดที่เคลื่อนที่ได้ในแถวที่ 2 เมื่อออกจากแถวที่ 2 ให้ไอน้ำผ่านเข้าปีกกังหันชุดที่อยู่กับที่เพื่อเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ให้เข้าปีกกังหันชุดเคลื่อนที่ชุดที่ 3 ได้พอดี กระทำสลับอย่างนี้จนความเร็วของไอน้ำต่ำมาก ดังนั้นไอน้ำที่ออกจากปีกกังหันที่เคลื่อนที่ชุดสุดท้ายจึงไปเข้าหม้อดับไอ  จะสังเกตเห็นว่า ชุดใบพัดเคลื่อนที่กับชุดใบพัดที่อยู่กับที่จะวางสลับกัน ในทางทฤษฎี ปีกกังหันจะมีกี่ชุดก็ได้ แต่ในทางปฏิบัติจะมีขีดจำกัด เพราะเกิดแรงเสียดทานมาก และจะสังเกตเห็นว่า ปีกกังหันที่ทางเข้าของไอน้ำจะมีขนาดเล็กกว่าปีกกังหันที่ทางออก ปีกกังหันที่ทางออกใหญ่กว่าเพราะต้องการพื้นที่มากในการขยายตัวของไอน้ำ และต้องการให้ไอน้ำที่ผ่านปีกกังหันชุดแรกเร็วมากพอที่จะให้มีความเร็วที่ทางออกพอเหมาะ แต่ทั้งนี้ปีกกังหันจะต้องสมดุล ดังนั้นความดันไอน้ำจะไม่ลดลงอีกถ้าปีกกังหันไม่สมดุล ความดันขณะไอน้ำผ่านปีกกังหันจะลดลง เพราะปีกกังหันที่ไม่สมดุลจะทำหน้าที่คล้ายๆ กับหัวฉีด กังหันจะมีปีกที่เคลื่อนที่ได้อยู่ 2 แถว กังหันแบบเคอร์ติสสามารถติดตั้งได้ถึง 50 ชุด แต่ในเครื่องจักรขนาดเล็กมักจะติดตั้งเพียง 2 ถึง 3 ชุดเท่านั้น  ข้อดี คือ จำนวนชุดน้อย มีหัวฉีด 1 ชุด และมีปีกกังหัน 1 ถึง 3 ชุด  ความเร็วรอบไม่สูงมาก   ความกว้างปีกกังหันไม่มาก ปีกกังหันสั้น  ใช้กับงานที่ความดันไม่สูงมาก   ข้อเสีย คือ มีแรงเสียดทานมาก  มีแรงหมุนวนมากกว่าปกติ ซึ่งแรงหมุนวนนี้จะเป็นแรงต้านการหมุนของกังหัน  เหมาะที่จะใช้กับงานขนาดเล็ก เช่น ใช้เป็นปั๊มน้ำเลี้ยงหม้อไอน้ำ เป็นต้น

3.    กังหันแรงผลักหลายขั้นความดัน  มีชื่อเรียกอีกอย่างว่า  กังหันซิลลี (Zoelly)   หลักการทำงานของกังหันมีอยู่ว่า พลังงานความร้อนจะเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์ และพลังงานจลน์จะเปลี่ยนเป็นพลังงานกลอีกทีหนึ่ง แต่ขณะที่เปลี่ยนพลังงานความร้อนเป็นพลังงานจลน์นั้น จะมีผลทำให้ไอน้ำพุ่งเข้ากระทบกับปีกกังหันด้วยความเร็วที่สูงมาก จะทำให้เกิดการปั่นป่วนของไอน้ำ และจะทำให้ ไอน้ำหมุนวนทำให้เสียพลังงานไปโดยเปล่าประโยชน์ในปริมาณมาก  ดังนั้นจึงได้คิดแก้ไขปัญหานี้โดยการทำให้ไอน้ำลดความดันลงเป็นช่วงๆ ด้วยการบังคับให้ไอน้ำพุ่งผ่านปีกกังหันที่มีรูปร่างไม่สมดุล ซึ่งปีกกังหันที่ไม่สมดุลนี้จะทำหน้าที่เป็นหัวฉีดไปในตัว ความดันจะลดลงเป็นช่วงๆ ในขณะที่ความดันลดลง ความเร็วของไอน้ำจะเพิ่มขึ้น  ซึ่งจะบังคับให้เข้าปีกกังที่มีรูปร่างสมดุล การกระทำเป็นขั้นตอนสลับกันไป จะเป็นการลดความดันและเพิ่มความเร็วของไอน้ำเป็นช่วงๆ จนกระทั่งไอน้ำมีความดันเท่ากับความดันหม้อดับไอ   การทำงานของกังหันแบบนี้แตกต่างจากกังหันแบบเคอร์ติส คือ กังหันแบบเคอร์ติสนั้น ความดันไอน้ำจะลดลงครั้งเดียวขณะผ่านหัวฉีด ส่วนความเร็วของไอน้ำจะเพิ่มขึ้นเพียงครั้งเดียวขณะผ่านหัวฉีด และในช่วงต่อๆไปความดันจะคงที่ตลอด แต่กังหันแบบหลายขั้นความดันจะมีการลดความดันหลายครั้ง และเมื่อความดันลดลง ความเร็วจะเพิ่มขึ้น     พัดลมไอน้ำ

4.     กังหันไอน้ำแบบรวม  เป็นการรวมข้อดีของกังหันแบบหลายขั้นความเร็วกับหลายขั้นความดันไว้ด้วยกัน โดยในช่วงแรก เนื่องจากไอน้ำมีความดันสูง จึงสร้างให้เป็นแบบหลายขั้นความเร็ว เพราะว่าลดความดันแต่ละครั้ง ความเร็วจะเพิ่ม เมื่ออุณหภูมิและความดันต่ำลงมาแล้ว จึงสร้างให้เป็นกังหันแบบหลายขั้นความดัน
                หลักการทำงานมีอยู่ว่า ไอน้ำจะขยายตัวในชุดหัวฉีดในช่วงตอนเข้ากังหัน ทำให้ความดันไอน้ำลดลง แต่ความเร็วจะเพิ่มมากขึ้น จากนั้นบังคับให้ไอน้ำเข้าปีกกังหันแบบเคอร์ติสหรือกังหันหลายขั้นความเร็วนั่นเอง จากนั้นให้เข้าชุดหัวฉีดแถวที่ 2 จะทำให้ความดันลดลง ความเร็วเพิ่มขึ้น ช่วงนี้จะเป็นกังหันหลายขั้นความเร็ว แล้วให้ผ่านชุดกังหันหลายขั้นความเร็วอีก เมื่อออกจากกังหันหลายขั้นความเร็ว ก็ให้ไอน้ำผ่านเข้าชุดหัวฉีดเพื่อเพิ่มความเร็ว ซึ่งเป็นแบบกังหันหลายขั้นความดัน แล้วให้เข้าชุดกังหันหลายขั้นความเร็ว ทำอย่างนี้สลับกันไปเรื่อยๆและล้อหมุนจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ ไปยังทางออก ทั้งนี้เพื่อให้ปีกกังหันมีเนื้อที่เพียงพอในการรับการขยายตัวของไอน้ำที่เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ขณะที่ความดันลดลงเรื่อยๆ การเพิ่มเนื้อที่ให้กับปีกกังหันต้องระวังเรื่องความแข็งแรงของปีกกังหันอย่างมาก เพราะปีกกังหันต้องรับโมเมนตัมเพิ่มมากขึ้นเช่นกัน   ข้อดี คือ ความเร็วของกังหันไม่สูงมากนัก  ประหยัดไอน้ำ  ใช้หัวฉีดได้หลายตัวในชุดหัวฉีด 1 ชุด ทำให้การหมุนสมดุลดี  แบ่งชุดกังหันออกได้มากกว่าแบบเคอร์ติส   ข้อเสีย คือ ตัวกังหันจะยาว เพราะมีหลายขั้นตอน  เปลือกกังหันจะต้องแข็งแรง เพราะมีความดันสูง

2.   กังหันความดันแปรหรือกังหันแรงปฏิกิริยา

                      กังหันความดันแปรมีส่วนประกอบที่สำคัญ คือ มีปีกกังหันที่เคลื่อนที่ได้จำนวนหลายแถวติดอยู่ที่ล้อหมุน และปีกกังหันที่ติดอยู่กับที่หลายแถวติดที่เปลือกกังหัน วางสลับกับปีกกังหันที่เคลื่อนที่ซึ่งปีกกังหันที่อยู่กับที่จะทำหน้าที่เป็นหัวฉีด   พัดลมไอน้ำ

หลักการทำงาน

               เมื่อมีแรงมากระทำ ต้องมีแรงต้านที่มีขนาดเท่ากับแรงกระทำที่มีทิศทางตรงกันข้ามกับแรงกระทำนั้นเกิดขึ้น

 

  

ข้อมูลเพิ่มเติม : มลภาวะของน้ำ  พลังงานน้ำ  พัดลมไอน้ำ