Turbina impulsowa vs turbina reakcyjna
Turbiny to klasa maszyn turbinowych służących do zamiany energii w przepływającym płynie na energię mechaniczną za pomocą mechanizmów wirnika. Generalnie turbiny przekształcają energię cieplną lub kinetyczną płynu w pracę. Turbiny gazowe i turbiny parowe to termiczne maszyny turbinowe, w których praca jest generowana ze zmiany entalpii płynu roboczego; tj. energia potencjalna płynu w postaci ciśnienia jest zamieniana na energię mechaniczną.
Podstawowa konstrukcja turbiny o przepływie osiowym została zaprojektowana tak, aby umożliwić ciągły przepływ płynu podczas pobierania energii. W turbinach cieplnych płyn roboczy o wysokiej temperaturze i ciśnieniu kierowany jest przez szereg wirników składających się z kątowych łopatek zamontowanych na obracającej się tarczy przymocowanej do wału. Pomiędzy poszczególnymi tarczami wirnika zamontowane są nieruchome łopatki, które działają jak dysze i kierują przepływem płynu.
Turbiny są klasyfikowane za pomocą wielu parametrów, a podział impulsów i reakcji oparty jest na metodzie zamiany energii płynu na energię mechaniczną. Turbina impulsowa generuje energię mechaniczną całkowicie z impulsu płynu przy uderzeniu w łopatki wirnika. Turbina reakcyjna wykorzystuje płyn z dyszy do wytworzenia pędu na kole stojana.
Więcej o turbinie Impulse
Turbiny impulsowe przetwarzają energię płynu w postaci ciśnienia poprzez zmianę kierunku przepływu płynu przy uderzeniu w łopatki wirnika. Zmiana pędu powoduje impuls na łopatki turbiny i ruch wirnika. Proces jest wyjaśniony za pomocą drugiej zasady Newtona.
W turbinie impulsowej prędkość płynu zwiększa się przechodząc przez szereg dysz przed skierowaniem go na łopatki wirnika. Łopatki stojana działają jak dysze i zwiększają prędkość poprzez zmniejszenie ciśnienia. Strumień płynu o większej prędkości (pędzie) uderza następnie w łopatki wirnika, przenosząc pęd na łopaty wirnika. Podczas tych etapów właściwości płynu ulegają zmianom charakterystycznym dla turbin impulsowych. Spadek ciśnienia następuje całkowicie w dyszach (tj. W stojanach), a prędkość znacznie wzrasta w statanach i spada w wirnikach. W istocie turbiny impulsowe przetwarzają tylko energię kinetyczną płynu, a nie ciśnienie.
Przykładami turbin impulsowych są koła Peltona i turbiny de Lavala.
Więcej o turbinie reakcyjnej
Turbiny reakcyjne przetwarzają energię płynu w wyniku reakcji na łopatkach wirnika, gdy płyn ulega zmianie pędu. Proces ten można porównać do reakcji na rakiecie przez spaliny rakiety. Proces turbin reakcyjnych najlepiej wyjaśnić za pomocą drugiego prawa Newtona.
Szereg dysz zwiększa prędkość strumienia płynu w stopniu stojana. Powoduje to spadek ciśnienia i wzrost prędkości. Następnie strumień płynu kierowany jest na łopatki wirnika, które pełnią również rolę dysz. To dodatkowo zmniejsza ciśnienie, ale prędkość również spada w wyniku przeniesienia energii kinetycznej na łopaty wirnika. W turbinach reakcyjnych nie tylko energia kinetyczna płynu, ale także energia płynu w postaci ciśnienia zamieniana jest na energię mechaniczną wału wirnika.
Do tej kategorii należy turbina Francisa, turbina Kaplana i wiele nowoczesnych turbin parowych.
W nowoczesnej konstrukcji turbiny zasady działania są wykorzystywane do generowania optymalnej wydajności energetycznej, a charakter turbiny wyraża stopień przereagowania (Λ) turbiny. Parametr jest w zasadzie stosunkiem między spadkiem ciśnienia na stopniu wirnika a stopniem stojana.
Λ = (zmiana entalpii na stopniu wirnika) / (zmiana entalpii na stopniu stojana)
Jaka jest różnica między turbiną impulsową a turbiną reakcyjną?
W turbinie impulsowej spadek ciśnienia (entalpii) następuje całkowicie w stopniu stojana, a w turbinie reakcyjnej (entalpia) spada zarówno w stopniu wirnika, jak i stojana. {Jeśli płyn jest ściśliwy, (zazwyczaj) gaz rozszerza się w wirniku i stojanie w turbinach reakcyjnych.}
Turbiny reakcyjne mają dwa zestawy dysz (w stojanie i wirniku), natomiast turbiny impulsowe mają dysze tylko w stojanie.
W turbinach reakcyjnych zarówno ciśnienie, jak i energia kinetyczna są zamieniane na energię wału, podczas gdy w turbinach impulsowych do generowania energii wału wykorzystywana jest tylko energia kinetyczna.
Działanie turbiny impulsowej wyjaśniono za pomocą trzeciego prawa Newtona, a turbiny reakcyjne za pomocą drugiego prawa Newtona.
