Stoomturbine
Van Wikipedia
De stoomturbine is een apparaat dat wordt gebruikt om de druk en temperatuur van stoom om te zetten in een uitgaand asvermogen. De stoomturbine wordt voornamelijk toegepast in elektriciteitscentrales, maar ook wel bij andere toepassingen waar grote vermogens nodig zijn. Bij een moderne stoomturbine wordt de stoom tegen een rij rotorschoepen geleid, maximaal van richting veranderd, vervolgens door een rij statorschoepen weer omgedraaid van richting en naar de volgende rij rotorschoepen geleid. Dit proces blijft zich herhalen tot de stoom maximaal is geëxpandeerd. Wanneer de stoom zover in energie is uitgeput dat zich waterdruppeltjes beginnen te vormen, wordt deze uit de turbine geleid omdat de met supersonische snelheden op de turbinebladen slaande waterdruppels voor erosie zorgen, dit gebeurt als ongeveer 20% van de watermoleculen gecondenseerd is.
[bewerk] Ontwikkeling
De stoomturbine is al rond 1883 uitgevonden door de Zweedse ingenieur Gustav de Laval in zijn allersimpelste vorm, de lavalturbine. Deze turbine bestaat uit een groot aantal emmervormige schoepen die de stoom opvangen en omzetten in een rondgaande beweging. Dit type turbine was niet erg efficiënt maar wel in staat om een toerental van 20.000 tot 25.000 tpm te halen. In 1884 heeft de Britse ingenieur Charles A. Parsons de reactieturbine ontworpen, deze turbine laat de stoom in de lengterichting van de as stromen en verlaagt de druk trapsgewijs, verspreid over een aantal schoepenwielen. Tegelijkertijd met Parsons heeft A.C.E Rateau een turbine ontworpen waarbij de druk alleen verlaagd wordt bij de statorschoepen, dit kleine verschil leidt tot een flinke toename van het rendement. Tegenwoordig noemt men dit Zoelly -turbines en zijn in feite niets anders dan in serie geschakelde lavalturbines. Doordat we hierdoor meerdere druk -en snelheidstrappen krijgen, die elkaar opvolgen, gaat de omtreksnelheid 'U' omlaag. Dit kunnen we bewijzen door het feit dat de omtreksnelheid en de warmteval over de druktrap rechtevenredig is. De warmteval per druktrap zal kleiner zijn en daardoor zal de omtreksnelheid ook reduceren. Echter moet de warmteval van iedere druktrap (aaneengeschakelde turbines inachtnemend) wel gelijk blijven. Anders zou men verschillende omtreksnelheden op 1 hoofdas krijgen.
[bewerk] Classificatie
Stoomturbines worden geklasseerd op verscheidene basissen zoals axiaal/radiaal, gelijkdruk(impuls)/overdruk(reactie), samengesteld type, condensatie/aftap.
Het basisonderscheid maakt men op expansie eigenschappen, zo baseert de hoofdindeling zich meestal op het feit dat deze gelijkdruk -of overdrukturbines zijn. Deze expansie kan op 2 manieren plaatsvinden:
- Volledige expansie in de leischoepen (=nozzles/straalpijpen).
- Deze worden dan geklasseerd onder impulsturbines. De meest voorkomende en algemene turbinevorm is deze impuls. Zo vindt men de laval-, curtis- en rateau-turbines terug onder deze vorm van expansie. Elk uiteraard hun specifiek toepassingsgebied, die wederom op verscheidene criteria geklasseerd kunnen worden, zijnde bijvoorbeeld rendement in functie van hun optimale snelheidsverhouding, bladsnelheid, bladhoek. Of gewoon op basis van kostprijs, onderhoud, energie-verbruik/levering.
- Gedeeltelijke expansie in de leischoepen en gedeeltelijk in de loopschoepen.
- Deze worden impuls/reactie-turbines of simpelweg reactieturbines genaamd. De parsonsturbine wordt hier in ondergebracht. De lei-en loopschoenen worden relatief gelijk uitgevoerd en omdat bij deze turbine het enthalpieverschil per trap(lei+loop) gelijk is, kan men dus in functie van het aantal trappen het gegeven of te bekomen vermogen extrapoleren.
Wel zal er zich bij deze soort turbines, juist door de betreffende expansiewijze, drukval over de trap, een axiale asbelasting ontstaan.
