กังหันน้ำไม่ใช้ไฟฟ้า

เนื้อหาของกงั หันนา้ ไม่ใช้ไฟฟ้า 1

ประเภทของกงั หันน้า กังหนั นำ้ ประเภทแรงปฏกิ ริ ิยำ กังหนั น้ำประเภทหัวฉีด (Reaction turbine) (impulse turbine) 2

กังหันนำ้ ประเภทแรงปฏกิ ริ ยิ ำ (Reaction turbine) เปน็ กงั หันนำ้ ทต่ี อ้ งอำศยั แรงดนั ของนำ้ นำ้ ที่เข้ำ กังหนั เคปแลน (Kaplan Turbine) ไปในตัวกังหนั จะแทรกเข้ำไปช่องระหว่ำงใบพัดเต็ม เปน็ กงั หันแบบใบพัด นำ้ จะไหลผำ่ นใบพัดใน ทุกช่องพร้อมกัน ท้ำให้ตัวกังหนั น้ำทังหมดจะจมอยู่ ในน้ำ กังหันน้ำประเภทนีเหมำะส้ำหรับกำรใช้กับ ทิศทำงขนำนกับแกนของกงั หนั แหลง่ นำ้ ทม่ี ีหัวน้ำต้่ำถึงปำนกลำง กงั หนั ฟรำนซสิ (Francis Turbine) 3 เปน็ กงั หนั แบบทใ่ี ช้กำรไหลช้ำของปรมิ ำณนำ้ ในใบพดั กงั หนั เดเรยี ซ (Deriaz Turbine) เปน็ แบบแฉกและไหลออกขนำนกบั แกน เปน็ กังหนั แบบทม่ี ีกำรไหลของนำ้ ในทิศทำงทแยงมมุ กบั แกน

กังหนั นำ้ ประเภทหวั ฉีด (impulse turbine) กงั หันนำ้ แบบนมี ักใช้กับเข่ือนหรืออ่ำงเก็บน้ำที่ มีหัวน้ำสูง เพรำะต้องอำศัยแรงฉีดหรือแรงกระแทก ของน้ำทไ่ี หลมำจำกท่อส่งน้ำท่ีรับน้ำมำจำกเข่ือน น้ำ ท่ีไหลลงมำตำมท่อส่งน้ำจะถูกลดขนำดมำยังหัวฉีด กอ่ นจะถูฉดี เข้ำไปที่ตัวของกงั หันน้ำ เพลตนั (Pelton Type) B เหมำะสำ้ หรบั กำรผลิตไฟฟ้ำจำก เทอรโ์ ก (Turgo Type) แหล่งนำ้ ที่มรี ะดับหัวนำ้ สูง เหมำะส้ำหรับแหล่งนำ้ ท่มี หี ัวน้ำที่มีระดบั ควำมสงู และปำนกลำง 4 แบงกี (Banki Type) เหมำะส้ำหรบั แหล่งน้ำท่ีมหี วั นำ้ ตำ่้ และตอ้ งกำรกำ้ ลงั ผลิตคอ่ นขำ้ งน้อย

หลกั การทางฟิ สิกส์ของกงั หันนา้ ไม่ใช้ไฟฟ้า 5

กฎอนรุ ักษพ์ ลงั งำน กฎกำรอนรุ กั ษพ์ ลังงำน กลำ่ ววำ่ “พลงั งำนเปน็ สิง่ ทไ่ี มส่ ำมำรถสรำ้ งขนึ ใหมแ่ ละไมส่ ำมำรถทำ้ ให้สญู หำยหรือทำ้ ลำยได้ แตจ่ ะเกดิ กำรเปลี่ยนรปู พลงั งำนจำกรูปหนง่ึ ไปเปน็ อีกรูปหนึ่ง” ยกตวั อยำ่ ง กำรเปล่ียนพลังงำนศักย์โน้มถ่วงเป็นพลังงำนจลน์ ตัวอย่ำงเช่น น้ำกักเก็บไว้ในเขื่อน จะมีพลังงำนศักย์โน้ม ถ่วงสะสมอยู่ เมื่อปล่อยให้น้ำไหลจำกเขื่อนไปหมุนกังหัน จะมีกำรเปลี่ยนแปลงพลงั งำนศกั ยไ์ ปเป็นพลังงำนจลนเ์ พ่ือ นำ้ ไปผลิตกระแสไฟฟ้ำ 6

กำรเปลี่ยนพลังงำนแสงไปเป็นพลังงำนเคมี ตัวอย่ำงเช่น กระบวนกำรสังเครำะห์ด้วยแสงของพืช ซ่ึงเปลี่ยนพลังงำนแสง เปน็ พลงั งำนเคมีในรปู สำรอำหำร แล้วเกบ็ สะสมไว้ในเนือเยอ่ื กำรเปลี่ยนพลังงำนเคมีเป็นพลังงำนควำมร้อน ตัวอย่ำงเช่น กำรเผำไหม้เชือเพลิงท่ีมีพลังงำนเคมีสะสมอยู่ จะไดพ้ ลังงำนควำมรอ้ นเกิดขึน 7

พลังงำนศักย์ คือ พลังงำนที่มีในวัตถุเนื่องด้วยต้ำแหน่งในสนำมแรง หรือมีในระบบนันเน่ืองด้วยกำรก้ำหนดค่ำใน ส่วนนัน ชนิดของพลังงำนศักย์ท่ีพบได้บ่อยคือ พลังงำนศักย์โน้มถ่วงของวัตถุท่ีขึนอยู่กับมวลและต้ำแหน่ง แนวดง่ิ พลงั งำนศักย์ยดื หยนุ่ ของสปรงิ ทย่ี ดื หยุน่ และพลังงำนศักย์ไฟฟ้ำของประจุในสนำมไฟฟ้ำ ซึ่งจะเหน็ ควำมแตกตำ่ งได้ ดังนี พลงั งำนศกั ย์โนม้ ถว่ ง พลังงำนศักยห์ ยืดหยุ่น พลังงำนศกั ยไ์ ฟฟำ้ -พลังงำนท่ีสะสมไว้ในวัตถุขณะที่วัตถุ -เป็นพลังงำนท่ีสะสมอยู่ในวัตถุท่ี -ระดับไฟฟ้ำท่ีมีอยู่ในวัตถุนัน ๆ อยู่ในท่ีสูงพร้อมที่จะหล่นหรือไหลสู่ท่ี ยืดหยุ่นได้ เช่น สปริง และหนังยำง ประจุลบจะเคล่ือนท่ีจำกจุดท่ีมี ต้่ำกว่ำ ซ่ึงพลังงำนศักย์โน้มถ่วงเกิด เป็นตน้ ศักย์ไฟฟ้ำต้่ำไปยังศักย์ไฟฟ้ำสูง จำกแรงดึงดูดของโลก ส่วนประจุบวกจะเคล่ือนท่ีจำกจุด -เป็นพลังงำนท่ีสะสมอยู่ในวัตถุซึ่งอยู่ ที่ มี ศั ก ย์ ไ ฟ ฟ้ ำ สู ง ไ ป สู่ จุ ด ท่ี มี สูงจำกพนื โลกขึนไป ศกั ย์ไฟฟ้ำตำ้่ 8

พลังงำนจลน์ คือ พลงั งำนทเี่ กดิ กับวตั ถทุ ่กี ้ำลงั เคล่อื นท่ี เช่น รถยนตก์ ้ำลังแลน่ เครื่องบินก้ำลังบนิ กังหนั กำ้ ลงั หมนุ เป็น ตน้ ถ้ำวัตถุมกี ำรเคล่อื นทด่ี ้วยควำมเร็วสูงจะมพี ลังงำนจลน์มำก แตถ่ ำ้ เคลื่อนทีเ่ ท่ำกนั วัตถทุ ม่ี ีมวลมำกกวำ่ จะมี พลังงำนจลนม์ ำกกว่ำ เช่นเดียวกบั กงั หนั นำ้ ถำ้ เคล่ือนท่ีด้วยควำมเรว็ สูง จะท้ำใหพ้ ลงั งำนจลนท์ ่ีมีอยเู่ ปล่ยี นเป็นพลงั งำนกล 9 เพ่ือผลติ กระแสไฟฟำ้

ควำมดนั ควำมดัน เรยี กอีกอย่ำงหน่ึงวำ่ แรงดัน มีหน่วยเป็น นิวตัน / ตำรำงเมตร หรือเรียกอีกอยำ่ งหนึ่งว่ำ พำสคัล (Pa) ควำมดันที่เกิดจำกของเหลวเรียกว่ำ ควำมดันของของเหลว และควำมดันท่ีเกิดจำกก๊ำซ เรียกว่ำ ควำมดันก๊ำซ โดยท่ัวไปเรียกวำ่ ควำมดันอำกำศ ควำมดนั อำกำศ ควำมดันของของเหลว ควำมดันอำกำศ เรียกอีกอย่ำงหน่ึงว่ำ ควำมดัน บรรยำกำศ ควำมดันอำกำศเป็นผลของอำกำศท่ีกด เป็นควำมดัน หรือแรงดันท่ีเกิดจำกน้ำหนักของของเหลว ลงมำตรงบริเวณที่ต้องกำรวัดควำมดันอำกำศ กดทับลงมำตรงบริเวณท่ีเรำต้องกำรวัด ควำมดันของน้ำหำกวัด ในบริเวณตืนๆหรือใกล้กับผิวน้ำ ควำมดันน้ำจะมีค่ำน้อยกว่ำ บรเิ วณทม่ี ีควำมลกึ ลงไปใตผ้ ิวนำ้ มำกๆ ระดบั นำ้ ที่ตนื 10*ควำมสงู แปรผกผนั ควำมดนั อำกำศ ย่งิ สงู ควำม ดนั อำกำศย่งิ ลด

ปรบั ควำมดันดว้ ย วงกลม 1 หน่วย คอื กำรหมนุ ไปตำมแตล่ ะองศำ เพ่อื เปรยี บเทยี บกำรไหลของน้ำในแต่ละมมุ 11

ของไหล 1. ������ = ������ (ควำมดนั คือ ขนำดของแรงท่ีกระทำลงบนพืน้ ท่ี ท่ีรองรบั ในทิศตงั้ ฉำกเป็นบรเิ วณกวำ้ ง 1 ตำรำง ������ หน่วย) หน่วยของ P = N/m2 = Pascal (Pa) F นีเ้ รยี กวำ่ แรงดนั (N) 2. Pg=gh (สำหรบั ของเหลวท่ีอยนู่ ่ิง) เรียก P นีว้ ำ่ ควำมดนั เกจ เป็นควำมดนั อนั เน่ืองมำจำก ของเหลวอย่ำง เดียว 3. สำหรบั ของเหลวท่ีอยนู่ ่ิง จะมีคณุ สมบตั พิ ิเศษท่ีเก่ียวกบั ควำมดนั คือ 3.1 แรงดนั ของเหลว ณ จดุ ใด ๆ จะกระทำไดใ้ นทกุ ทศิ ทำง 3.2 แรงดนั ของของเหลว จะกระทำในทิศตงั้ ฉำกกบั ผวิ สมั ผสั ของวตั ถเุ สมอ 3.3 ควำมดนั ของของเหลวชนิดใดชนิดหน่ึง จะขึน้ อย่กู บั ควำมลึกจำกผิวหนำ้ และจะมีค่ำเท่ำกนั ณ ระดบั เดียวกนั (เม่ือตอ่ ถงึ กนั ได)้ โดยไมข่ นึ้ อยกู่ บั รูปรำ่ งภำชนะ 4. P สมบรู ณ์ = Po + Pg ; Po =Pอำกำศ  P สมบรู ณ์ = Po + gh Pg = pเกจ = gh 12

ต่อ 4. กฎของทอรร์ ิเซลลี กลำ่ วว่ำ “อตั รำเรว็ ของของเหลวท่ีพ่งุ ออกจำกรูท่ีผนงั ดำ้ นขำ้ งของภำชนะเท่ำกบั อตั รำเรว็ ของวตั ถทุ ่ีตกอยำ่ งอสิ ระ ณ ระดบั สงู เทำ่ กนั ” ของเหลวบรรจุในขวดที่มรี ูดำ้ นข้ำง ของเหลวพงุ่ ออกจำกรู 13