Yadda Masu Juya Injin Turbine na Iska Ke Canza Makamashin Iska Zuwa Makamashin Inji
Injinan iska suna ɗaya daga cikin fasahar makamashi mai sabuntawa da ke bunƙasa a duniya cikin sauri. A bayan hasumiyai masu sauƙi da manyan ruwan wukake, duk da haka, akwai ƙa'idodin kimiyyar lissafi da injiniya masu rikitarwa. A zuciyar tsarin akwai injinan juyawar iska - ɓangaren da ke da alhakin kama kuzarin motsi na iska da kuma mayar da shi makamashin injina mai juyawa. Ana iya canja wannan makamashin injiniya zuwa janareta don samar da wutar lantarki. To, ta yaya injinan juyawar ke cimma wannan juyi? Wannan labarin ya ƙunshi cikakken bayani game da tsarin: daga yadda iska ke yin ƙarfi a kan ruwan wukake, zuwa yadda ake samar da ƙarfin juyi a kan injinan juyawar, zuwa yadda tsarin sarrafawa ke inganta aikinsa.
1. Makamashin iska: wata hanya mai motsi
Iska tana da kuzarin motsi saboda yawan iska yana motsawa a wani takamaiman gudu. Gabaɗaya, adadin kuzarin da ake samu a cikin rafin iska yana ƙaruwa sosai yayin da saurin iska ke ƙaruwa. Duk da cewa ba kwa buƙatar ƙididdige shi kowace rana, muhimmin ƙa'ida ita ce: ƙarfin iska yana daidai da kubiyar saurin iska. Wannan yana nufin cewa idan saurin iska ya ninka, ƙarfin da ake da shi zai iya ƙaruwa kusan ninki takwas. Shi ya sa ake zaɓar wuraren injinan iska a hankali bisa ga taswirar iska, yanayin ƙasa, da kuma yanayin iska na yanayi.
Duk da haka, ba dukkan makamashin iska za a iya kamawa ba. Idan aka kama dukkan makamashin, iskar da ke bayan injin turbin za ta tsaya cak, kuma sabuwar iska ba za ta iya ci gaba da ratsawa ta cikin na'urar turbin ba. Saboda haka, na'urar turbin za ta iya kama wani ɓangare ne kawai na makamashin, yayin da sauran ke ci gaba da zama kamar iska bayan ta ratsa ta cikin injin turbin.
2. Rotor a matsayin "reshe mai juyawa"
Mutane da yawa suna tunanin ruwan wukake na iska suna aiki kamar fanka mai juyewa, wanda iska ke tura shi. A zahiri, ruwan wukake na zamani suna kama da fikafikan jirgin sama masu juyawa (fuka-fukan iska). Lokacin da iska ta ratsa saman ruwan wukake mai siffar fuka-fukan iska, ana ƙirƙirar bambancin matsin lamba tsakanin ɓangarorin sama da ƙasa na ruwan wukake. Wannan bambancin matsin lamba yana haifar da ɗagawa - ƙarfin da aka nuna kusan daidai da alkiblar iska mai alaƙa.
Baya ga ɗagawa, akwai kuma jan wuta, wanda ke daidaita da kwararar ruwa kuma yana hana motsi. An ƙera injinan iska na zamani don samar da ɗagawa mai yawa da jan wuta mai sauƙi, wanda ke ba da damar ruwan wukake su juya yadda ya kamata. Don haka, na'urar juyawa ba wai kawai iska ce ke "tura" rotor ba, a'a, tana "ja" ta hanyar ƙarfin iska da sifar ruwan wukake ke haifarwa.
3. Gudun da ya dace: juyawar iska da ruwan wukake
Muhimmin abu wajen fahimtar rotors shine ra'ayin iska mai kama da juna. Ruwan roba ba wai kawai suna fuskantar iska mai zuwa ba ne; suna kuma motsawa cikin motsi mai zagaye yayin da rotor ke juyawa. Sakamakon haka, iskar da ruwan roba ke "jin" hade ne da:
- saurin iskar da ke busawa zuwa ga na'urar juyawa, da kuma
- saurin ruwan wukake mai tangential saboda juyawa.
Wannan haɗin yana ƙirƙirar wani takamaiman kusurwa ga ruwan wukake, wanda aka sani da kusurwar hari. Kusurwar kai hari daidai tana inganta ɗagawa kuma tana ƙara ƙarfin juyi na rotor. Idan kusurwar kai hari ta yi yawa, ruwan wukake na iya tsayawa, wanda ke haifar da raguwar ɗagawa sosai, kuma ingancinsa yana raguwa.
4. Daga ƙarfin iska zuwa ƙarfin juyawa
Ana iya raba ƙarfin iska da ke aiki a kowane ɓangaren ruwan wuka zuwa sassansu. Mafi mahimmancin ɓangaren injin turbine shine ɓangaren ƙarfi wanda alkiblarsa ke sa ruwan wukake ya juya a kusa da cibiyar (cibiyar rotor). Wannan ɓangaren shine abin da ke samar da ƙarfin juyi.
Kawai:
- Babban ɗagawa da aka tsara daidai zai samar da ingantaccen ƙarfin tangential,
- wannan ƙarfin tangent yana haifar da lokacin juyawa game da shaft ɗin rotor,
– lokacin juyawa yana sa rotor ya juya kuma ya samar da makamashin injiniya a cikin siffar juyawar shaft.
Saboda saurin ruwan wukake ya fi girma a ƙarshen fiye da kusa da tushen, ƙirar ruwan wukake ba iri ɗaya ba ce. Yawanci ana yin ruwan wukake:
- mai kauri kusa da tushen (don ƙarfin tsarin),
- siriri zuwa ga ƙarshen (don ingancin iska),
- yana da karkacewa (juyawar geometric) don haka kusurwar hari a kan ruwan wukake ta kasance mafi kyau.
5. Rabon Saurin Tufafi: muhimmin rabo don inganci
Injinan iska suna da ma'aunin ƙira mai mahimmanci da ake kira Tip Speed Ratio (TSR), wanda shine rabon saurin tip ɗin ruwan da saurin iska. Injinan injinan ...
Me yasa wannan yake da mahimmanci? Domin TSR yana shafar yadda rotor ke "cire" makamashin iska sosai. Idan rotor yana da jinkiri sosai, ja yana mamaye kuma ingancinsa yana da ƙasa. Idan rotor yana da sauri sosai, asarar iska tana ƙaruwa kuma hayaniya tana ƙaruwa, har ma tana haifar da ƙarin nauyi a cikin tsarin. An inganta turbines na zamani don takamaiman TSR don samar da matsakaicin ƙarfi yayin da ake kula da girgiza da hayaniya da aka sarrafa.
6. Iyakar Ka'ida: Iyakar Betz
Ko da an tsara na'urar rotor don ta yi aiki yadda ya kamata, akwai iyaka ta zahiri wadda ba za a iya wuce ta ba, wadda aka sani da Dokar Betz ko Iyakar Betz. Wannan iyaka ta bayyana cewa matsakaicin makamashin iska da injin turbine mai kyau zai iya kamawa shine kusan kashi 59,3% na jimlar ƙarfin iska da ke ratsa yankin da injin rotor ke sharewa.
Dalilin abu ne mai sauƙi: iska dole ne ta ci gaba da motsi bayan ta ratsa ta cikin na'urar juyawa, in ba haka ba kwararar za ta "tsayawa" kuma babu wani sabon iska da zai shiga. A aikace, ainihin injinan juyawa suna da ƙarin asara (gazawa, girgiza, asarar injina), don haka cikakken ingancin yawanci yana ƙasa da wannan iyaka.
7. Sarrafa sautin: yana daidaita kusurwar ruwan wukake
Domin ci gaba da aiki da rotor a saurin iska daban-daban, injinan turbines na zamani suna amfani da tsarin sarrafa sigina, wata hanya da ke juya ruwan wukake a kan axis ɗinsu don canza kusurwar sigina. Tare da tsarin sarrafa sigina, tsarin zai iya:
- ƙara yawan amfani da makamashi a cikin iska mai matsakaici,
- iyakance wutar lantarki a cikin iska mai ƙarfi don kada ta wuce ƙarfin janareta,
– kare injinan turbines daga yin lodi a lokacin guguwa.
Idan iskar ta yi ƙarfi sosai, ana iya "juya" ruwan wukake daga kusurwar da ta fi dacewa don rage jan iska, ta haka ne ake sarrafa juyawar rotor. A cikin mawuyacin yanayi, ana iya amfani da ƙarar don dakatar da rotor (tare da tsarin birki).
8. Tsarin Yaw: yana fuskantar alkiblar iska
Domin na'urar juyawa ta kama iska yadda ya kamata, dole ne jirgin rotor ya fuskanci alkiblar iska. Manyan injinan juyawa suna amfani da tsarin yaw, wanda ke juya nacelle (ma'ajiyar injin da ke saman hasumiyar) don rotor ya fuskanci iska koyaushe. Na'urar firikwensin iska da na'urar auna iska suna ba da shigarwa ga mai sarrafawa don daidaita matsayin yaw.
Idan na'urar juyawa ba ta daidaita da alkiblar iska ba (yaw misalgment), kuzarin da aka kama yana raguwa kuma nauyin da bai daidaita ba akan ruwan wukake na iya ƙaruwa, wanda ke hanzarta lalacewa daga sassan.
9. Daga rotor zuwa shaft: makamashin injiniya a shirye don amfani
Yayin da na'urar juyawa ke juyawa, makamashin injiniya yana wucewa ta cikin cibiyar zuwa babban shaft (shaft mai ƙarancin gudu). Wannan shaft yana juyawa a hankali amma yana samar da ƙarfin juyi mai yawa. A wasu ƙira, ana ƙara saurin ta hanyar akwatin gear don juya janareta a cikin mafi girma gudu. Wasu ƙira, musamman wasu injinan turbine na zamani, suna amfani da tuƙi kai tsaye (ba tare da akwatin gear ba) tare da janareta mai yawa wanda zai iya aiki a ƙananan gudu.
Duk da haka, muhimmin batu: kafin ya zama wutar lantarki, na'urar rotor ce ke fara canza makamashin iska zuwa makamashin inji mai juyawa, kuma ingancin wannan juyawar shine abin da ke tantance aikin injin turbin gaba daya.
10. Kesimpulan
Na'urar juyawar injin turbine ta iska tana canza makamashin iska zuwa makamashin inji ba ta hanyar "turawa" kamar injin niƙa na gargajiya ba, amma ta hanyar ƙa'idodin iskar iska ta fikafikai: na'urar ɗaukar iska tana samar da ɗagawa, ɗagawa tana samar da ƙarfin tangent, wanda ke haifar da ƙarfin juyi wanda ke juya rotor. Ingancin aikin yana tasiri ne ta hanyar ƙirar ruwan wukake (juyawa, bayanin martaba, tsayi), sigogi kamar Ratio Saurin Tip, da tsarin sarrafawa kamar tsarin sarrafa sigina da yaw. Duk da cewa akwai iyakokin ka'idoji kamar Betz Limit, injiniyancin zamani yana ba da damar injin turbines su kusanci mafi kyawun aiki yayin da suke kiyaye aminci da aminci. A ƙarshe, na'urar juyawa ita ce "zuciyar" injin turbine na iska - ɓangaren da ke haɗa ƙarfin iska na halitta zuwa buƙatun makamashin ɗan adam ta hanyar juyawar injin da aka auna kuma aka sarrafa.
