Co to jest turbina śmigłowa?
Turbina śmigłowa należy do grupy maszyn, które przekształcają energię przepływu płynu lub gazu w ruch obrotowy. Jak wskazuje ten opis, maszyny te dzielą się na dwie podstawowe kategorie: wiatrowe lub wodne turbiny śmigłowe. Siła obrotowa wytwarzana przez te maszyny jest najczęściej wykorzystywana do generowania energii elektrycznej i, w mniejszym stopniu, do wykonywania prac mechanicznych. Typowymi przykładami wariantów pracy mechanicznej turbiny śmigłowej są wiatraki i niektóre typy młynów napędzanych wodą. Ze względu na dużą, odnawialną i tanią naturę źródła zasilania turbiny śmigłowej jest to jedna z najbardziej opłacalnych i przyjaznych dla środowiska metod produkcji energii, jakie kiedykolwiek opracowano.
Turbina śmigłowa stosuje konwencjonalną teorię śmigła w odwrotnej kolejności do wykorzystania ukrytej energii kinetycznej w przepływach gazu i płynu. Śmigła składają się z centralnego wału z przymocowanymi do niego co najmniej dwoma przeciwległymi łopatkami lub łopatkami w kształcie płata. Są one na ogół obracane przez zewnętrzne źródło energii w celu wytworzenia ciągu poprzez popychanie lub przemieszczanie powietrza lub cieczy nad ostrzami. W turbinie śmigłowej zasada ta jest odwrócona; przepływ, powietrze lub ciecz przemieszczają ostrza, powodując ich obrót wału.
Turbiny wiatrowe są szeroko stosowane na całym świecie do wykorzystania energii wiatru do generowania energii elektrycznej, prowadzenia młynów lub pompowania wody. Turbiny napędzane wiatrem mogą mieć konstrukcję osi poziomej lub pionowej. Najbardziej rozpoznawalnym wariantem jest turbina z osią poziomą, która obejmuje tradycyjne wiatraki i generatory wiatrowe ze śmigłami typu lotniczego. Równie skuteczne są nowszej generacji konstrukcje osi pionowych, które mają płaskie lub zakrzywione łopatki napędzające pionowy wał. Należą do nich zakrzywiona łopatka Savonius, płaska łopatka Giromill i charakterystyczne typy „jaja” Darrieusa.
Starsze turbiny poziome wymagają, aby głowica turbiny była cały czas obracana w wiatr. W przypadku mniejszych przykładów prosty ster łopatkowy obraca obrotową głowicę turbiny. Większe turbiny wykorzystują system czujników wiatru i serwosilników do utrzymywania śmigła w kierunku wiatru. Większość napędzanych wiatrem turbin śmigłowych wykorzystuje skrzynię biegów do napędzania generatora lub pompy korbowej z odpowiednią prędkością.
Wodne turbiny śmigłowe są zwykle kojarzone z dużymi elektrowniami wodnymi, chociaż istnieje kilka mniejszych zastosowań przemysłowych i rolniczych. Turbiny te działają w taki sam sposób jak rodzeństwo napędzane wiatrem, chociaż ich podstawowa konstrukcja różni się znacznie. Maszyny te są na ogół znacznie większe i mają konstrukcje łopat, które są zwykle krótsze niż warianty napędzane wiatrem. Najczęstszą z tych większych turbin napędzanych wodą jest turbina Kaplana. Turbiny Kaplana to jednostki reakcyjne o niskim ciśnieniu i wysokim przepływie, stosowane w większości dużych instalacji hydroelektrycznych.
Wariant Kaplana ma regulowane nachylenie ostrzy, co prowadzi do poziomów wydajności zwykle przekraczających 90 procent w szerokim zakresie poziomu wody i warunków przepływu. Dużą część wydajności uzyskuje się dzięki starannie zaprojektowanej ścieżce przepływu wody, która powoduje spowolnienie płynu wylotowego. To spowolnienie prowadzi do przeniesienia maksymalnej ilości energii kinetycznej do mechanizmu śmigłowego. Turbiny Kaplana mogą wytwarzać moc wyjściową 100 megawatów (100 000 000 watów) lub więcej.
Turbina śmigłowa łączy się z odnawialnymi źródłami energii, które są bezpłatne lub wyjątkowo tanie w porównaniu z opcjami paliw kopalnych. Postępy w technologiach stosowanych w tych urządzeniach stale poszerzają granice ich wydajności i pojemności, i mogą okazać się realnym zamiennikiem konwencjonalnego paliwa w najbliższej przyszłości. Technologia turbiny śmigłowej staje się również coraz bardziej dostępna, co dodatkowo zwiększa jej rolę w dziedzinie czystszego, bardziej ekologicznego scenariusza dostaw energii.