تنظیم سرعت توربین بخار
کنترل توربین با گاورنر (governor) ضروری است زیرا توربین برای جلوگیری از آسیب نیاز به افزایش سرعت آرام دارد و در برخی از کاربردها مانند تولید برق با جریان متناوب نیازمند به کنترل دقیق سرعت است. افزایش سرعت کنترل نشده روتور توربین میتواند منجر به خاموشی (trip) ناشی از افزایش سرعت (overspeed) شود که باعث می شود ولوهای نازلی (nozzle valves) که کنترل جریان بخار به توربین را بر عهده دارند بسته شوند. اگر این ولوها خراب شوند، توربین ممکن است همچنان شتاب بگیرد تا زمانی که به شکل اغلب فاجعهباری دچار انفجار شود. ساختن توربینها گران و نیازمند ساخت با دقت و مواد با کیفیت خاص میباشد.
در زمان کارکرد عادی و سنکرون شدن (synchronization) با شبکه برق (electricity network)، نیروگاهها با کنترل سرعت دروپ (droop speed control) پنج درصد اداره میشوند. به این معنی که سرعت بار کامل (full load speed) برابر است با 100 درصد و سرعت بدون بار (no-load speed) برابر است با 105 درصد است که برای بهرهبرداری پایدار از شبکه بدون ایجاد مشکل در نیروگاه مورد نیاز است. به طور معمول تغییرات در سرعت اندک هستند. تنظیمات در توان خروجی به وسیله بالا بردن آهسته منحنی دروپ با افزایش فشار بر روی فنر گاورنر سانتریفوژ (centrifugal governor) انجام میشود. به طور کلی این یک نیاز اساسی سیستم برای تمام نیروگاهها است زیرا به این ترتیب نیروگاههای قدیمی و جدید در پاسخ به تغییرات آنی در فرکانس سازگار میشوند بدون این که به ارتباط با خارج وابسته باشند.
راندمان آیزنتروپیک توربین بخار
برای سنجش این که یک توربین چقدر خوب کار میکند، میتوانیم به راندمان آیزنتروپیک (isentropic efficiency) آن نگاه کنیم. این راندمان، عملکرد واقعی توربین را با عملکرد توربین ایده آل در حالت آیزنتروپیک مقایسه میکند. در هنگام محاسبه این راندمان، اتلاف حرارت به محیط اطراف صفر در نظر گرفته میشود. فشار و دمای شروع برای هر دو توربین واقعی و ایدهآل یکسان است، اما محتوای انرژی خروجی از توربین یا آنتالپی ویژه برای توربین واقعی بیشتر از توربین ایدهآل است که دلیل آن برگشتناپذیری (irreversibility) در توربین واقعی است. آنتالپی ویژه در فشار یکسان برای توربینهای واقعی و ایدهآل محاسبه میشود تا بتوان یک مقایسه خوب بین این دو انجام داد.
راندمان آیزنتروپیک به وسیله تقسیم کار واقعی بر کار ایده آل به دست میآید.
درایو مستقیم توسط توربین بخار
نیروگاههای برق از توربینهای بخار بزرگ برای راندن ژنراتورهای الکتریکی (electric generators) استفاده میکنند و از این راه حدود 80 درصد از برق جهان را تامین میکنند. ظهور توربینهای بخار بزرگ، تولید متمرکز برق را عملی کرده است، زیرا اندازه موتورهای بخار رفت و برگشتی (reciprocating steam engines) بسیار بزرگ میشود و عملکرد آنها با سرعت آهسته خواهد بود. بیشتر نیروگاههای مرکزی از نوع نیروگاههای سوخت فسیلی (fossil fuel power plants) و نیروگاههای هستهای هستند، برخی از تاسیسات از بخار زمین گرمایی (geothermal) و یا از انرژی خورشیدی متمرکز (concentrated solar power) یا CSP استفاده میکنند. توربینهای بخار همچنین میتوانند به طور مستقیم برای درایو پمپهای سانتریفوژ (centrifugal pumps) بزرگ مانند پمپهای آب فید (feedwater pumps) در نیروگاههای حرارتی مورد استفاده قرار گیرند.
توربین های مورد استفاده برای تولید برق اغلب به طور مستقیم به ژنراتور خود کوپل میشوند. ژنراتورها باید در سرعت ثابت سنکرون (synchronous speeds) مطابق با فرکانس سیستم برق قدرت بچرخند، معمولترین سرعتها 3000 دور در دقیقه برای سیستمهای 50 هرتز و 3600 دور در دقیقه برای سیستمهای60 هرتز است.
یک سیستم توربین و ژنراتور با تجهیزات جانبی
تست توربین بخار
کدهای تست ملی و بین المللی بریتانیا، آلمان و غیره برای استاندارد کردن روشها و تعاریف مورد استفاده برای تست توربینهای بخار استفاده میشوند. انتخاب کد تست مورد استفاده، به توافق بین خریدار و سازنده بستگی دارد اهمیت بالایی در طراحی توربین و سیستم های مرتبط دارد. در ایالات متحده، ASME چندین کد تست کارایی (performance test) توربینهای بخار تولید کرده است که شامل: ASME PTC 6-2004 برای توربینهای بخار، ASME PTC 6.2-2011 برای توربینهای بخار در سیکل ترکیبی، PTC 6S – 1988 برای روش انجام تست روتین عملکرد توربینهای بخار میشود. این کدهای تست عملکرد ASME دارای رسمیت و پذیرش جهانی برای تست توربینهای بخار شدهاند. تنها مشخصه مهم و برجسته استانداردهای تست عملکرد ASME، از جمله PTC 6 این است که عدم قطعیت (uncertainty) در اندازهگیریها تست نشان دهنده کیفیت تست است و به عنوان تولرانس در نظر گرفته نمیشود.