การทำงานและประเภทของกังหันไอน้ำ

กังหันไอน้ำ (Steam Turbine) เป็นเครื่องจักรที่เปลี่ยนพลังงานความร้อนจากไอน้ำที่มีความดันสูงเป็นพลังงานจลน์ ซึ่งจะถูกแปลงเป็นพลังงานกลเพื่อหมุนเพลาหมุนที่เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (Generator) การทำงานนี้ช่วยให้สามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในปัจจุบัน กังหันไอน้ำมีบทบาทสำคัญในการผลิตพลังงานทั่วโลก โดยเฉพาะในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ไฟฟ้าพลังน้ำ และไฟฟ้าจากถ่านหิน ในสหรัฐอเมริกาเพียงอย่างเดียว มีการผลิตพลังงานถึงประมาณ 88% โดยใช้กังหันไอน้ำที่ติดตั้งในโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่

กังหันไอน้ำสมัยใหม่เครื่องแรกถูกพัฒนาโดย Sir Charles A. Parsons ในปี 1884 ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา มีการพัฒนาที่สำคัญในเรื่องของกำลังการผลิตและประสิทธิภาพ

ประเภทของกังหันไอน้ำ

กังหันไอน้ำสามารถแบ่งออกเป็น 2 ประเภทหลักๆ ตามการไหลของไอน้ำ:

1. กังหันปฏิกิริยา (Reaction Turbine)
2. กังหันแรงกระแทก (Impulse Turbine)

ปัจจุบัน มีการใช้การออกแบบทั้งสองแบบนี้ร่วมกันในหลายขั้นตอนของกังหัน โดยส่วนที่มีความดันต่ำจะใช้การออกแบบแบบปฏิกิริยา และส่วนที่มีความดันสูงจะใช้การออกแบบแบบแรงกระแทก ในกังหันแรงกระแทก ไอน้ำที่ออกมาจากหัวฉีดคงที่ (Fixed Nozzle) จะกระแทกกับใบพัดที่ติดอยู่รอบๆ โรเตอร์ด้วยความเร็วสูง ไอน้ำจะขยายตัวเต็มที่ภายในหัวฉีด ทำให้ความดันไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อไหลผ่านใบพัด

ในกรณีของกังหันปฏิกิริยา ความดันของไอน้ำจะลดลงเรื่อยๆ ขณะที่ขยายตัวผ่านชุดของใบพัดคงที่และเคลื่อนที่แบบสลับกัน ไม่มีหัวฉีดอยู่ในกังหันปฏิกิริยาเพราะใบพัดคงที่ทำหน้าที่เป็นหัวฉีดเอง

การทำงานของกังหันไอน้ำ

ตามที่ชื่อบอกไว้ กังหันไอน้ำต้องการไอน้ำเพื่อการทำงาน ไอน้ำนี้ผลิตโดยการต้มน้ำด้วยแหล่งความร้อนที่อาจจะเป็นพลังงานนิวเคลียร์ แก๊ส หรือถ่านหิน ไอน้ำจะถูกนำเข้าสู่ใบพัดของเพลา ใบพัดของกังหันมีรูปทรงเหมือนปีกเครื่องบิน (Airfoil) ซึ่งช่วยให้กังหันหมุนได้ดีขึ้นเนื่องจากสร้างแรงยก

กังหันมีชุดของหัวฉีดคงที่และใบพัดที่เคลื่อนที่สลับกัน หัวฉีดเป็นแบบคงที่และมีพื้นที่ลดลงจากด้านหนึ่งไปยังอีกด้านหนึ่ง ทำให้ความเร็วของไอน้ำที่ไหลผ่านเพิ่มขึ้น ซึ่งช่วยเพิ่มความเร็วของใบพัด กังหันเชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีแม่เหล็กพันด้วยขดลวดทองแดง การหมุนของแม่เหล็กทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่แรง และสนามแม่เหล็กนี้ทำให้เกิดการไหลของอิเล็กตรอนและจึงเกิดกระแสไฟฟ้า

ประโยชน์และการใช้งานของกังหันไอน้ำ

กังหันไอน้ำมีการใช้งานอย่างกว้างขวางในโรงไฟฟ้าแบบวงจรรวม (Combined Cycle Power Plants) ในโรงไฟฟ้าประเภทนี้ กังหันแก๊สจะผลิตความร้อนและพลังงานส่วนเกิน ซึ่งสามารถนำมาใช้ผลิตไอน้ำเพื่อให้กังหันไอน้ำทำงานได้ การรวมกันของกังหันทั้งสองช่วยให้สามารถผลิตพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพในโรงไฟฟ้า

นอกจากนี้ กังหันไอน้ำยังมีการใช้งานในอุตสาหกรรมอื่นๆ เช่น โรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ โรงงานอุตสาหกรรม และการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานทดแทน โดยมีการพัฒนากังหันไอน้ำให้มีประสิทธิภาพและความทนทานสูงขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการในการผลิตพลังงานในอนาคต

การพัฒนากังหันไอน้ำยังคงดำเนินไปอย่างต่อเนื่อง โดยมีการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ๆ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตพลังงาน ลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก และเพิ่มความยั่งยืนของการผลิตพลังงาน

กังหันไอน้ำเป็นเครื่องจักรที่มีบทบาทสำคัญในการผลิตพลังงานทั่วโลก ด้วยเทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นอย่างต่อเนื่อง กังหันไอน้ำจะยังคงเป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญและน่าเชื่อถือในอนาคต

 

Ref:

• https://chemicalengineeringworld.com
• https://youtu.be/SPg7hOxFItI?si=8jQPtWBly4BmK58e
• https://en.wikipedia.org/wiki/Steam_turbine