Stoomturbine

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Stoomturbine in opbouw.
De Turbinia, het eerste stoomschip met een stoomturbine.

Een stoomturbine is een apparaat dat wordt gebruikt om de hoge druk van stoom om te zetten in rotatie van een as die een uitgaand (as)vermogen levert. Dit type turbine wordt voornamelijk toegepast in elektriciteitscentrales, maar ook wel bij andere toepassingen waar grote vermogens nodig zijn zoals zeeschepen.

Werking[bewerken]

Bij een moderne stoomturbine wordt de stoom tegen een rij rotorschoepen geleid, die de stoom maximaal van richting verandert. Vervolgens gaat de stoom langs een rij statorschoepen waar het weer omdraait van richting en naar de volgende rij rotorschoepen. 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 snelheid bewegende waterdruppels op de turbinebladen voor erosie zorgen. Dit gebeurt als ongeveer 20% van de watermoleculen gecondenseerd is.

Geschiedenis[bewerken]

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. Hij gebruikte deze turbine om een melkcentrifuge aan te drijven.

In 1884 heeft de Britse ingenieur Charles Algernon 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 Zoellyturbines en zijn in feite niets anders dan in serie geschakelde lavalturbines. Door de aanwezigheid van meerdere elkaar opvolgende druk -en snelheidstrappen, gaat de omtreksnelheid 'U' omlaag. De reden is dat de omtreksnelheid en de warmteval over de druktrap rechtevenredig zijn. 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.

Classificatie[bewerken]

Stoomturbines worden geklasseerd op verscheidene basissen: 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 twee verschillende manieren plaatsvinden:

Gelijkdrukturbines[bewerken]

Omdat de ingaande druk aan het schoepenwiel gelijk is aan de uitgaande druk na de schoep. Volledige expansie in de nozzles/straalpijpen. Deze worden dan geklasseerd onder impulsturbines. Zo vindt men de laval-, curtis- en rateau-turbines terug onder deze vorm van expansie. Elk uiteraard met hun specifiek toepassingsgebied, die wederom op verscheidene criteria geklasseerd kunnen worden, zijnde bijvoorbeeld rendement,optimale snelheidsverhouding, bladsnelheid, bladhoek, kostprijs, onderhoud, energie-verbruik/levering.

  • Lavalturbine. Uitgevonden door ingenieur Gustav de Laval. Deze turbine bestaat uit één wiel met een groot aantal emmervormige schoepen die de stoom opvangen en omzetten in een rondgaande beweging. Dit type turbine was niet erg efficiënt want ze draaide veel te snel aan 20.000 tot 25.000 tpm toeren/min.
  • Curtisturbine. Deze turbine bestaat uit twee draaiende wielen met een groot aantal emmervormige schoepen die de stoom opvangen en omzetten in een rondgaande beweging. Tussen deze twee wielen bevindt zich een set reactieschoepen die stilstaan . Dit type turbine was niet erg efficiënt maar het toerental tpm was wel lager. Deze turbine kan uit twee trappen bestaan dan wel uit een enkele trap. Wordt gebruikt als voorschakelturbine, veelal toegepast in elektriciteitscentrale in de hoge druk turbine om de temperatuur en druk van de stoom te verlagen.
  • Rateauturbine of Zoellyturbine. A.C.E Rateau ontwierp een turbine waarbij de stoomdruk in trappen verlaagd wordt. Dit leidt tot een toename van het rendement. Men noemt ze de Zoelly -turbines en zijn eigenlijk in serie geschakelde lavalturbines, elk op een lagere druk. Doordat we hierdoor meerdere druk -en snelheidstrappen krijgen, die elkaar opvolgen, gaat het toerental omlaag.

Overdrukturbines[bewerken]

Is een turbine waarbij de uitgaande druk lager is dan de ingaande. 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 loopschoepen 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 ontstaat bij dit soort turbines, door de drukval per trap, een axiale asbelasting.

  • Parsonsturbine. In 1884 heeft de Britse ingenieur Charles Algernon Parsons de reactieturbine ontworpen, deze turbine laat de stoom in de lengterichting van de as stromen en verlaagt de druk geleidelijk, verspreid over een aantal schoepenwielen. De snelheid is nu 1500 of 3000 tr/min. Alle hedendaagse turbines zijn Parsonturbines.

Ljungströmturbine[bewerken]

Ljungströmturbine is een turbine met twee tegengesteld draaiende assen. De leischoepen draaien ook maar in tegengestelde richting.

Zie ook[bewerken]

Externe links[bewerken]