Импулсна турбина срещу реакционна турбина
Турбините са клас турбо машини, използвани за преобразуване на енергията в течаща течност в механична енергия чрез използване на роторни механизми. Обикновено турбините преобразуват или топлинна, или кинетична енергия на флуида в работа. Газовите турбини и парните турбини са термични турбо машини, при които работата се генерира от енталпийната промяна на работната течност; т.е. потенциалната енергия на флуида под формата на налягане се превръща в механична енергия.
Основната структура на турбината с аксиален поток е проектирана да позволява непрекъснат поток на флуида, докато извлича енергията. В термичните турбини работният флуид при висока температура и налягане се насочва през серия от ротори, състоящи се от ъглови лопатки, монтирани на въртящ се диск, прикрепен към вала. Между всеки роторен диск са монтирани неподвижни лопатки, които действат като дюзи и насочват потока на течността.
Турбините се класифицират по много параметри, а разделянето на импулсите и реакциите се основава на метода за преобразуване на енергията на флуида в механична енергия. Импулсна турбина генерира механична енергия изцяло от импулса на флуида при удар върху лопатките на ротора. Реакционна турбина използва течността от дюзата, за да създаде инерция на статорното колело.
Повече за импулсната турбина
Импулсните турбини преобразуват енергията на флуида под формата на налягане чрез промяна на посоката на потока на флуида при въздействие върху лопатките на ротора. Промяната в импулса води до импулс на лопатките на турбината и роторът се движи. Процесът е обяснен с помощта на втория закон на нютоните.
При импулсна турбина скоростта на флуида се увеличава чрез преминаване през серия от дюзи, преди да бъде насочена към лопатките на ротора. Лопатките на статора действат като дюзи и увеличават скоростта чрез намаляване на налягането. След това флуидният поток с по-висока скорост (импулс) въздейства върху лопатките на ротора, за да прехвърли импулса към лопатките на ротора. По време на тези етапи свойствата на флуида претърпяват промени, характерни за импулсните турбини. Спадът на налягането настъпва изцяло в дюзите (т.е. статорите) и скоростта се увеличава значително в статорите и спада в роторите. По същество импулсните турбини преобразуват само кинетичната енергия на течността, а не налягането.
Примерите за импулсните турбини са колелата Pelton и турбините de Laval.
Повече за реакционната турбина
Реакционните турбини преобразуват енергията на флуида чрез реакцията върху лопатките на ротора, когато течността претърпи промяна в импулса. Този процес може да се сравни с реакцията на ракета от отработените газове на ракетата. Процесът на реакционните турбини е най-добре обяснен с помощта на втория закон на Нютон.
Поредица от дюзи увеличава скоростта на потока течност в статорния етап. Това създава спад на налягането и увеличаване на скоростта. Тогава потокът от течност се насочва към лопатките на ротора, които също действат като дюзи. Това допълнително намалява налягането, но скоростта също спада в резултат на прехвърляне на кинетична енергия към лопатките на ротора. В реакционните турбини не само кинетичната енергия на флуида, но и енергията в флуида под формата на налягане се превръща в механична енергия на вала на ротора.
Турбината на Франсис, турбината на Каплан и много от съвременните парни турбини принадлежат към тази категория.
В съвременния дизайн на турбината се използват принципи на работа за генериране на оптимална енергийна мощност и естеството на турбината се изразява чрез степента на реакция (Λ) на турбината. Параметърът е основно съотношението между спада на налягането в степента на ротора и статора на статора.
Λ = (промяна на енталпията в степента на ротора) / (промяна на енталпията в статора на статора)
Каква е разликата между импулсната турбина и реакционната турбина?
В импулсната турбина спадът на налягането (енталпия) настъпва изцяло в статорната фаза, а в реакционната турбина налягането (енталпията) спада както в роторната, така и в статорната степен. {Ако течността е сгъстима, (обикновено) газът се разширява както в роторния, така и в статорния етап в реакционните турбини.}
Реакционните турбини имат два комплекта дюзи (в статора и ротора), докато импулсните турбини имат дюзи само в статора.
В реакционните турбини както налягането, така и кинетичната енергия се превръщат в енергия на шахтата, докато при импулсните турбини само кинетичната енергия се използва за генериране на енергия на шахтата.
Работата на импулсната турбина е обяснена с помощта на третия закон на Нютон, а реакционните турбини са обяснени с помощта на втория закон на Нютон.
