-
--熱烈祝賀我會聯辦的科普活動被中國科協評為--優秀科普活動
12月21日，中國科學技術協會辦公廳印發《關于對2020年全國科普日有關組織單位和活動予以表揚的通知》（科協辦函普字【2020】158號），江蘇省機械工程學會、南京工程學會和江蘇省學會服務中心聯辦的“2020年全國科普日暨第一屆‘天印筑夢·科普智行’”活動，被評為優秀科普活動。
什么是渦輪機？渦輪機有哪些類型？
時間：2020/9/11 10:22:29 瀏覽次數：14116
字體：大
中
小
渦輪是將工作流體的動能轉換成有用機械能或電能的機器。從流動的液體或氣體中捕獲能量：在風機中，彎曲的葉片捕獲風能，從而使葉片旋轉。在遠洋客輪或噴氣式飛機中，熾熱的燃燒氣體讓金屬葉片高速旋轉，從而為船舶提供動力或將飛機推向天空的能量。渦輪機還可以產生電力：幾乎每個大型發電廠都使用蒸汽驅動的渦輪機，而風力和水力渦輪機可以幫助我們生產可再生能源。只要能產生能量的地方，幾乎都有渦輪機的存在。
廣義上講，我們根據驅動渦輪的流體類型將渦輪分為四種：水，風，蒸汽和天然氣。盡管所有四種類型都以基本上相同的方式工作（隨著流體逆著它們旋轉而旋轉），但是它們有細微的不同，并且必須以非常不同的方式進行工程設計。例如，由于在高壓下產生蒸汽，因此蒸汽輪機的旋轉速度非常快。使電力轉動相對較慢的風力渦輪機（主要出于安全原因），因此它們必須很大以捕獲相當數量的能量。燃氣輪機需要由特殊的彈性合金制成，因為它們在如此高的溫度下工作。水輪機通常很大，因為它們必須從整條河中提取能量，該死的并轉移到他們身邊。它們可以相對緩慢地轉動，因為水很重并且即使在低速流動時也會攜帶大量能量（由于水量大）。
渦輪機的4種類型：燃氣輪機，水輪機，汽輪機，風力發電機。
水輪機
大庫利大壩的混流式水輪機
一臺巨型弗朗西斯反應渦輪機（頂部的橙色輪）在美國華盛頓州的大庫利水壩被放低到位 。水流過成角度的葉片，將其推向四周，并轉動與葉片相連的軸。軸使發電的發電機旋轉。
水車可以追溯到2000年的古希臘時代，是最初的水輪機。如今，在水力發電廠中使用相同的原理來發電。水力發電的基本思想是，在大壩中利用河流的能量。與其讓河水從山丘或山脈的源頭自由下坡流向大海，不如讓它跌落到一個高處（稱為水頭），使它加快速度（換句話說，將其勢能轉換為動能），然后將其通過稱為壓力管道的管道通過渦輪機和發電機。水電實際上是一個三步的能量轉換過程：
當水落到高處時，河流的原始勢能（由于從高地開始而具有）就變成了動能。
水輪機將運動水中的動能轉換為機械能。
旋轉的水輪機驅動發電機，將機械能轉化為電能。
根據該地區的地理位置，可用水量（流量）以及滴水的距離（揚程），使用不同類型的水輪機。一些水力發電廠使用類似桶形的沖擊式渦輪機（通常是Pelton輪）。其他人則使用Francis，Kaplan或Deriaz反應渦輪機。精心選擇渦輪機的類型以從水中提取最大量的能量。
風力發電機
英格蘭斯塔福德郡的225kW風力發電機
一臺典型的風力發電機，在英國斯塔福德郡。該塔距離地面約50m（?150ft），因為當沒有地面障礙物時，風速更快。轉子葉片的直徑約為15m（50英尺），掃掠范圍大，可捕獲高達225kW（千瓦）的能量。
汽輪機
蒸汽輪機是從蒸汽機演變而來的，蒸汽機在18和19世紀改變了世界。蒸汽機在明火上燃燒煤炭以釋放其中所含的熱量。熱量用于燒開水并產生蒸汽，蒸汽將蒸汽推入氣缸以為諸如鐵路機車的機器提供動力。由于多種原因，這是非常低效的（浪費能源）。更好的設計是吸收蒸汽并將其引導通過渦輪機葉片，渦輪機像螺旋槳一樣旋轉，并隨著機器的運轉而驅動機器。
蒸汽輪機由英國工程師查爾斯·帕森斯（Charles Parsons，1854–1931）率先開發，他于1889年使用蒸汽輪機為著名的快速汽艇Turbinia提供動力。從那時起，它們已以多種不同方式使用。幾乎所有發電廠都使用蒸汽輪機發電。在燃煤電廠中，煤在熔爐中燃燒并用來加熱水以產生蒸汽，從而使連接到發電機的高速渦輪機旋轉。在核電廠中，產生蒸汽的熱量來自原子反應。
與水和風力渦輪機不同，在液體或氣體流動中放置一個旋轉的渦輪機，蒸汽渦輪機有一個完整的系列渦輪機（每一個都被稱為一個階段）排列在一個實際上是封閉的管道內。當蒸汽進入管道時，它依次通過每一級，因此逐漸地，更多的能量被提取出來。如果你曾經看過水壺沸騰，你就會知道，如果蒸汽通過噴嘴噴出，它會迅速膨脹和移動。因此，蒸汽輪機的轉速非常高，比風力或水力渦輪機快很多倍。
燃氣輪機
飛機噴氣發動機有點像蒸汽渦輪機，因為它們具有多個階段。它們不是由蒸汽驅動，而是由發動機前部吸入的空氣和燃燒大量煤油（石油基燃料）產生的令人難以置信的高溫氣體的混合物驅動。功率稍差的燃氣渦輪發動機也用于現代鐵路機車和工業機械中。
每個金屬輪都是一個單獨的渦輪，旨在從高速氣體中提取更多的能量。
風車是最簡單的渦輪機：一種旨在從移動的流體（液體或氣體）中捕獲能量的機器。當風吹過風車時，風車跟著旋轉，風的動能（運動的能量）轉換為機械能，從而使磨機內部的石頭旋轉。風吹得越快，它產生的能量就越大；帆旋轉得越快，向磨房提供的能量就越多。向風車添加更多風帆或更改其設計還可以幫助捕獲更多風能。盡管您可能沒有意識到，但是風在經過風車后吹的速度比以前慢了一些，它已將部分能量轉換給了風車！
渦輪機的關鍵部件是一組葉片，一個軸通過旋轉隨著葉片運動。現在的風力渦輪機中，通常有三個螺旋槳狀的葉片連接到驅動發電機的軸上。在一個古老的水車中，有木板條隨著水在其下方或上方流動而轉動，從而使與之相連的軸轉動，并通常為某種銑刨機提供動力。
脈沖和脈沖式渦輪機
渦輪機以兩種不同的方式工作，稱為脈沖和反作用-當人們試圖解釋渦輪機時，通常會非常混亂地描述這些術語（有時甚至完全混淆了這些術語）。
脈沖渦輪
在脈沖式渦輪機中，快速移動的流體通過渦輪機葉片處的狹窄噴嘴噴射，以使它們旋轉。脈沖式渦輪機的葉片通常是桶形的，因此它們會捕獲流體并將其以一定角度引導，有時甚至將其引導回去（因為這將能量最有效地從流體傳遞到渦輪機）。在脈沖式渦輪機中，流體被迫以極高速度撞擊渦輪機。
想象一下，試圖通過將足球踢入其中來使這種轉彎的渦輪動起來。您需要用力擊打，才能使渦輪車輪旋轉，而提供持續不斷的能量脈沖，是其工作原理的關鍵。同樣，牛頓第二運動定律告訴我們，渦輪在擊球時獲得的動量等于球本身損失的動量。球與渦輪接觸的時間越長，擊中球的力就越大，則傳遞的動量就越大。
水輪機通常基于脈沖式渦輪機（盡管有些確實使用反作用式渦輪機工作）。它們設計簡單，易于制造且維護成本低廉，尤其是因為它們不需要包含在管道或外殼中（不同于反應渦輪機）。
反應渦輪
在反應渦輪機中，葉片位于大量流體中，并在流體流過葉片時轉動。反應渦輪機不會像脈沖渦輪機那樣劇烈地改變流體流動的方向：它只是在流體推動通過并經過其葉片時旋轉。風力渦輪機可能是反應渦輪機最熟悉的例子。
如果脈沖渦輪有點像踢足球，那么反應渦輪更像游泳。想一想如何通過在水中拖曳手臂來進行自由泳，從每只手伸到盡可能遠的前方開始將手臂甩到身后。您要實現的目標是使手和前臂盡可能長時間地抵著水，以便每次擊打時都盡可能多地傳遞能量。反作用式渦輪機使用相同的原理：想象快速流動的水流過您，從而使您的手臂和腿部移動并為身體提供能量！對于反作用式渦輪機，水在盡可能長的時間內平穩地接觸葉片，就會盡可能多地消耗能量。
