Turbina impulsowa a turbina reakcyjna
Turbiny to klasa maszyn turbo używanych do przekształcania energii w przepływającym płynie w energię mechaniczną za pomocą mechanizmów wirnika. Turbiny na ogół przetwarzają energię cieplną lub kinetyczną płynu na pracę. Turbiny gazowe i parowe to termiczne maszyny turbo, w których praca jest generowana ze zmiany entalpii płynu roboczego; czyli energia potencjalna płynu w postaci ciśnienia jest zamieniana na energię mechaniczną.
Podstawowa konstrukcja turbiny z przepływem osiowym została zaprojektowana tak, aby umożliwić ciągły przepływ płynu przy jednoczesnym pobieraniu energii. W turbinach cieplnych płyn roboczy o wysokiej temperaturze i ciśnieniu kierowany jest przez szereg wirników składających się z ustawionych pod kątem łopatek osadzonych na obracającej się tarczy przymocowanej do wału. Pomiędzy poszczególnymi tarczami wirnika zamontowane są nieruchome łopatki, które działają jak dysze i prowadzą przepływ płynu.
Turbiny są klasyfikowane za pomocą wielu parametrów, a podział impulsów i reakcji opiera się na metodzie zamiany energii płynu na energię mechaniczną. Turbina impulsowa wytwarza całkowicie energię mechaniczną z impulsu płynu podczas uderzenia w łopatki wirnika. Turbina reakcyjna wykorzystuje płyn z dyszy do wytworzenia pędu na kole stojana.
Więcej informacji o turbinie impulsowej
Turbiny impulsowe przekształcają energię płynu w postaci ciśnienia, zmieniając kierunek przepływu płynu, gdy uderza on w łopatki wirnika. Zmiana pędu powoduje impuls na łopatki turbiny i ruch wirnika. Proces jest wyjaśniony za pomocą drugiego prawa niutonów.
W turbinie impulsowej prędkość płynu jest zwiększana poprzez przechodzenie 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 łopaty wirnika, przenosząc pęd na łopaty wirnika. Podczas tych etapów właściwości płynu ulegają zmianom charakterystycznym dla turbin impulsowych. Spadek ciśnienia następuje całkowicie w dyszach (tj. statorach), a prędkość znacznie wzrasta w statorach i spada w wirnikach. Zasadniczo turbiny impulsowe przetwarzają tylko energię kinetyczną płynu, a nie ciśnienie.
Koła Peltona i turbiny de Lavala to przykłady turbin impulsowych.
Więcej o turbinie reakcyjnej
Turbiny reakcyjne przekształcają energię płynu poprzez reakcję na łopatkach wirnika, gdy płyn ulega zmianie pędu. Proces ten można porównać do reakcji na rakiecie ze spalinami rakiety. Proces turbin reakcyjnych najlepiej wyjaśnić za pomocą drugiego prawa Newtona.
Seria dysz zwiększa prędkość strumienia płynu na etapie stojana. Powoduje to spadek ciśnienia i wzrost prędkości. Następnie strumień płynu kierowany jest na łopatki wirnika, które pełnią jednocześnie funkcję dysz. To dodatkowo zmniejsza ciśnienie, ale prędkość spada również w wyniku przeniesienia energii kinetycznej na łopatki wirnika. W turbinach reakcyjnych nie tylko energia kinetyczna płynu, ale również energia w płynie w postaci ciśnienia zamieniana jest na energię mechaniczną wału wirnika.
Turbina Franciszka, turbina Kaplana i wiele nowoczesnych turbin parowych należą do tej kategorii.
W nowoczesnych konstrukcjach turbin zasady działania są wykorzystywane do generowania optymalnej mocy wyjściowej, a charakter turbiny wyraża się stopniem reakcji (Λ) turbiny. Parametrem jest zasadniczo stosunek spadku ciśnienia na stopniu wirnika do stopnia 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 (entalpia) występuje całkowicie w stopniu stojana, a w reakcji (entalpia) ciśnienie turbiny spada zarówno w stopniu wirnika, jak i stojana. {Jeśli płyn jest ściśliwy, (zwykle) gaz rozszerza się w obu stopniach wirnika i stojana 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 energia ciśnienia, 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.
