Kas ir tvaika turbīna?

Pirmo moderno tvaika turbīnu projektēja sers Čārlzs Pārsons. To izmantoja kopā ar dinamo, lai ģenerētu 7.5 kW jaudu. Neilgi pēc izgudrošanas ierīce tika primāri izmantota spēkstacijās visā pasaulē un jūras spēku kuģos. Agrākie tvaika dzinēji ar virzuļvirzienu bija gan mazāk efektīvi, gan grūtāk pielāgojami lietošanai uz kuģiem, tāpēc bija vajadzīgas sarežģītas sistēmas, nevis vienkāršs tiešās piedziņas mehānisms.

Tvaika turbīnās tiek izmantots princips, kas ļauj spiedienam pakļautam tvaikam izplesties kontrolētos posmos. Katra turbīna var sastāvēt no vairākām impulsu un reakcijas turbīnām, no kurām katra ļauj tvaikam izplesties un pagriezt lāpstiņas vai spaiņus ierīcē. Lielākajā daļā tvaika turbīnu abas šīs variācijas tiek izmantotas saskaņoti, impulsu turbīnas strādājot augstā spiedienā, un reakcijas turbīnām tiek izmantots zems spiediens. Atšķirība starp abiem ir tāda, ka impulsu variantā tiek izmantota sprausla, lai rotoros ievadītu liela ātruma tvaiku, savukārt reakcijas turbīnu rotori paši ir sprauslas.

Impulsu un reakcijas turbīnu izvietojums tvaika turbīnā var efektīvi padarīt sistēmu ļoti efektīvu. Izmantojot gan augstu, gan zemu spiedienu un tvaikiem strādājot katrā tā izplešanās posmā, process var palikt ļoti izentropisks. Tas vienkārši nozīmē, ka entropija, kas nonāk sistēmā, ir līdzīga tai, kas iziet. Otrs dizaina ieguvums ir tas, ka turbīnu griešanās rada rotācijas kustību, kas var būt ideāli piemērota gan enerģijas ražošanai, gan pagriešanas lāpstiņām vai citiem piedziņas mehānismiem uz kuģiem.

Liela daļa no visas pasaulē saražotās enerģijas tiek izmantota tvaika turbīnu ģeneratoros. Tie atrodas gan fosilā kurināmā, gan kodolspēkstacijās, kur pirmajās dedzina ogles vai eļļu, lai uzsildītu ūdeni līdz tvaikam, bet otrās, lai radītu tvaiku, paļaujas uz kodola skaldīšanas reakciju. Turklāt daļa enerģijas tiek ražota, izmantojot procesu, kas pazīstams kā fokusēta saules enerģija. Šāda veida spēkstacijas var izmantot sauli, lai ražotu tvaiku, kas pēc tam var pārvērst tvaika turbīnas.