สารานุกรมไทย
สำหรับเยาวชน เมนู เล่ม 1
เล่มที่ ๑
เรื่องที่ ๑ ดวงอาทิตย์
เรื่องที่ ๒ อุปราคา
เรื่องที่ ๓ ท้องฟ้ากลางคืน
เรื่องที่ ๔ นก
เรื่องที่ ๕ ปลา
เรื่องที่ ๖ เครื่องจักรกล
เรื่องที่ ๗ พลังงาน
เรื่องที่ ๘ อากาศยาน
เรื่องที่ ๙ ดนตรีไทย
รายชื่อผู้เขียน

สารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนฯ / เล่มที่ ๑ / เรื่องที่ ๗ พลังงาน การควบคุม และการใช้ประโยชน์ / การควบคุมและใช้ประโยชน์พลังงานจากน้ำ

การควบคุมและใช้ประโยชน์พลังงานจากน้ำ
การควบคุมและใช้ประโยชน์พลังงานจากน้ำ

ความร้อนจากดวงอาทิตย์ เผาน้ำทะเลให้กลายเป็นไอน้ำ ไอน้ำรวมกันเป็นเมฆลอยไปในที่ ต่างๆ เมฆทำให้เกิดฝนตก น้ำฝนไหลจากที่สูงลงที่ต่ำ เราสร้างเขื่อนกั้นน้ำเอาไว้เป็นการควบคุม พลังงานจากน้ำ
เขื่อนภูมิพล
เขื่อนภูมิพล
เขื่อนภูมิพล กักน้ำเป็นจำนวนมาก น้ำข้างหน้าเขื่อนมีระดับสูง ข้างหลังเขื่อนระดับน้ำต่ำ

ความต่างระดับนี้เรียกว่า พลังงานศักย์เมื่อเจาะรูเขื่อน น้ำจะไหลจากหน้าเขื่อน ซึ่งมีระดับ สูงมายังหลังเขื่อนซึ่งมีระดับต่ำ เมื่อนำใบพัดไปขวางทางน้ำไว้ น้ำจะพัดให้ใบพัดหมุน เมื่อต่อแกน ของใบพัดเข้ากับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้าก็จะหมุน และจ่ายไฟฟ้าออกมา
น้ำหน้าเขื่อนและหลังเขื่อนที่แตกต่างกันทำให้เกิดพลังงานศักย์ ซึ่งอาจเปลี่ยนให้เป็นพลัง งานจลน์ได้ โดยปล่อยให้น้ำไหลจากระดับสูงลงไปสู่ระดับต่ำ
พลังงานจลน์ที่ได้จากการไหลของน้ำเมื่อนำไปหมุนกังหัน ทำให้ได้พลังงานกล เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเปลี่ยนพลังงานกลให้เป็นพลังงานไฟฟ้า ภาพขยายกังหันและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
ภาพขยายกังหันและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
เครื่องจักรพลังน้ำ

เครื่องจักรที่เปลี่ยนพลังงานที่ได้จากการไหลของน้ำมาเป็นพลังงานกล ได้แก่ พวกกังหันน้ำ แบบต่างๆ กังหันน้ำอย่างง่าย ได้แก่ กังหันน้ำสมัยก่อนซึ่งหมุนไปได้ โดยการบังคับน้ำให้ไหลผ่านราง มาตกบนขอบวงล้อ ที่มีลักษณะคล้ายขั้นบันได สำหรับรับแรงดันของน้ำ พลังงานกลที่เกิดขึ้นอยู่ในรูปของแรงหมุน ซึ่งจะไปหมุนเครื่องโม่แป้ง หรือเครื่องสีข้าว โดยผ่านทางเพลาของวงล้อ

กังหันน้ำสมัยใหม่มีหลักการเช่นเดียวกับกังหันน้ำสมัยก่อน แต่ดัดแปลงให้มีประสิทธิภาพ ดีขึ้น แบ่งเป็นประเภทใหญ่ได้สองประเภท

(๑) ประเภทหัวฉีด

ประเภทนี้เรียกว่า กังหันอิมพัลส์ (impulse turbine) กังหันแบบนี้มีท่อและหัวฉีด ซึ่ง จะฉีดน้ำที่มีระดับน้ำสูง (head) เข้าไปที่ขอบ ของวงล้อเพลตัน (pelton wheel) ซึ่งตั้งตามชื่อเลสตัน เอ. เพลตัน (Leston A. Pelton) ผู้ได้จดสิทธิบัตรสิ่งประดิษฐ์นี้ ในปี พ.ศ. ๒๔๒๓ น้ำที่ฉีดออกมา ด้วยความแรงเมื่อชนใบพัดที่ติดอยู่ตามขอบวงล้อจะทำให้วงล้อหมุนไปในทิศทางเดียวกับน้ำที่ฉีด

พลังงานของน้ำที่ไปหมุนวงล้อขึ้นอยู่กับค่าของระดับน้ำ ตามสูตร

แผนภาพแสดงการใช้พลังงานจากน้ำไปหมุนวงล้อเพลตัน
แผนภาพแสดงการใช้พลังงานจากน้ำไปหมุนวงล้อเพลตัน
(๒) ประเภทอาศัยแรงปฏิกิริยา

ประเภทนี้เรียกว่า กังหันรีแอคชัน (reaction turbine) กังหันประเภทนี้ได้แรงหมุนมาจาก แรงปฏิกิริยาที่โต้ตอบการไหลของน้ำ ซึ่งถูกเบี่ยงเบนไปจากแนวเดิมเมื่อไหลเข้าไปชนใบพัดของ กังหัน ทิศทางในการหมุนของกังหันจะสวนทางกับทิศทางของน้ำที่เบี่ยงเบนออกไปจากใบพัด

พลังงานของน้ำที่ไปหมุนกังหันขึ้นอยู่กับระดับน้ำตามสูตร


กังหันรีแอคชันสมัยใหม่มีส่วนประกอบที่สำคัญ ๒ ส่วน คือ ครีบนำน้ำ (guide vane) ซึ่ง อยู่กับที่ และ ครีบวิ่ง (runner) ซึ่งเป็นตัวเคลื่อนที่ ครีบนำน้ำจะทำหน้าที่ปิดเปิดและเบี่ยงเบนทิศ ทางของน้ำที่เข้าไปหมุนครีบวิ่ง ซึ่งก็เท่ากับควบคุมความเร็วและกำลังของกังหันนั่นเอง
กังหันรีแอคชันแบบฟรานซิล
กังหันรีแอคชันแบบฟรานซิล
ครีบวิ่งของกังหันรีแอคชันมีสองแบบ คือ

ก. แบบฟรานซิส (francis runner)

ซึ่ง บี ฟรานซิส (B. Francis) วิศวกรชลศาสตร์ สร้าง ขึ้นเมื่อปี พ.ศ. ๒๓๙๒ มีลักษณะคล้ายวงล้อเกวียนอย่างวงล้อเพลตัน น้ำจะไหลเข้าไปตามรัศมี ของวงล้อนี้ (radial flow) ก่อนที่จะไหลผ่านไป
กังหันรีแอคชันแบบแคปแลน
กังหันรีแอคชันแบบแคปแลน
ข. แบบแคปแลน (kaplan runner)

มีลักษณะคล้ายใบเรือจักรเรือยนต์ น้ำที่ไหลเข้าไปหมุน ครีบวิ่ง จะไหลเข้าไปตามแกน ของเพลากังหัน (axial flow)
กังหันน้ำที่ใช้กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเขื่อนภูมิพล จังหวัดตาก เป็นแบบกังหันรีแอคชัน ซี่ง มีครีบวิ่งแบบฟรานซิส ได้กำลังงานสูงสุดถึง ๑๑๕,๐๐๐ ล้านแรงม้า ระดับน้ำสูง ๑๒๓.๒ เมตร น้ำที่ไหลผ่านมีปริมาณ ๗๕.๘ ลูกบาศก์เมตรต่อวินาที ความเร็ว ๑๕๐ รอบต่อนาที เหนือตัว กังหันขึ้นไป เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาด ๗๕ เมกะวัตต์ สามารถจ่ายไฟฟ้าส่วนใหญ่ให้แก่ภาคกลางของประเทศไทย ได้ทั้งหมด
หัวข้อก่อนหน้า หัวข้อถัดไป