Impulzná turbína vs reakčná turbína
Turbíny sú triedou turbodúchadiel používaných na premenu energie v prúdiacej tekutine na mechanickú energiu pomocou rotorových mechanizmov. Turbíny všeobecne premieňajú buď tepelnú alebo kinetickú energiu kvapaliny na prácu. Plynové turbíny a parné turbíny sú tepelné turbostroje, pri ktorých sa práca vytvára zo zmeny entalpie pracovnej tekutiny; tj potenciálna energia kvapaliny vo forme tlaku sa premení na mechanickú energiu.
Základná konštrukcia turbíny s axiálnym tokom je navrhnutá tak, aby umožňovala nepretržitý tok tekutiny pri získavaní energie. V tepelných turbínach je pracovná tekutina pri vysokej teplote a tlaku vedená cez sériu rotorov pozostávajúcich z lomených lopatiek namontovaných na rotujúcom disku pripevnenom k hriadeľu. Medzi každým rotorovým diskom sú namontované stacionárne lopatky, ktoré fungujú ako dýzy a vedú tok tekutiny.
Turbíny sa klasifikujú pomocou mnohých parametrov a rozdelenie impulzov a reakcií je založené na metóde premeny energie tekutiny na mechanickú energiu. Impulzná turbína generuje mechanickú energiu úplne z impulzu tekutiny pri náraze na listy rotora. Reakčná turbína využíva kvapalinu z trysky na vytvorenie hybnosti na statorovom kolese.
Viac o Impulse Turbine
Impulzné turbíny premieňajú energiu tekutiny vo forme tlaku zmenou smeru toku tekutiny pri dopade na listy rotora. Zmena hybnosti vedie k impulzu na lopatky turbíny a rotor sa pohybuje. Proces je vysvetlený pomocou newtonovského druhého zákona.
V impulznej turbíne sa rýchlosť tekutiny zvyšuje prechodom cez sériu dýz predtým, ako je nasmerovaná na listy rotora. Lopatky statora fungujú ako dýzy a zvyšujú rýchlosť znižovaním tlaku. Prúd kvapaliny s vyššou rýchlosťou (hybnosťou) potom dopadá na listy rotora, aby sa hybnosť preniesla na listy rotora. Počas týchto stupňov prechádzajú vlastnosti kvapaliny zmenami, ktoré sú charakteristické pre impulzné turbíny. Pokles tlaku nastáva úplne v dýzach (tj. Statoroch) a rýchlosť rýchlo stúpa v statoroch a klesá v rotoroch. V podstate impulzné turbíny premieňajú iba kinetickú energiu tekutiny, nie tlak.
Peltonove kolesá a de Lavalove turbíny sú príkladmi impulzných turbín.
Viac o reakčnej turbíne
Reakčné turbíny premieňajú energiu tekutiny reakciou na listy rotora, keď kvapalina prechádza zmenou hybnosti. Tento proces sa dá porovnať s reakciou na raketu výfukovými plynmi z rakety. Proces reakčných turbín je najlepšie vysvetliť pomocou Newtonovho druhého zákona.
Séria dýz zvyšuje rýchlosť prúdu tekutiny v statorovom stupni. Tým sa vytvorí pokles tlaku a zvýšenie rýchlosti. Potom je prúd tekutiny nasmerovaný na listy rotora, ktoré tiež fungujú ako dýzy. To ďalej znižuje tlak, ale rýchlosť klesá aj v dôsledku prenosu kinetickej energie na listy rotora. V reakčných turbínach sa nielen kinetická energia tekutiny, ale aj energia v tekutine vo forme tlaku premieňa na mechanickú energiu hriadeľa rotora.
Francisova turbína, Kaplanova turbína a veľa moderných parných turbín patria do tejto kategórie.
V modernej konštrukcii turbíny sa prevádzkové princípy používajú na generovanie optimálneho energetického výdaja a charakter turbíny sa vyjadruje stupňom reakcie (Λ) turbíny. Parameter je v podstate pomer medzi poklesom tlaku v stupni rotora a statore.
Λ = (zmena entalpie v stupni rotora) / (zmena entalpie v stupni statora)
Aký je rozdiel medzi impulznou turbínou a reakčnou turbínou?
V impulznej turbíne dochádza k úplnému poklesu tlaku (entalpie) v statorovom stupni a k poklesu tlaku (entalpie) v reakčnej turbíne v rotorových aj statorových stupňoch. {Ak je tekutina stlačiteľná, plyn (obvykle) expanduje v rotorových aj statorových stupňoch v reakčných turbínach.}
Reakčné turbíny majú dve sady trysiek (v statore a rotore), zatiaľ čo impulzné turbíny majú trysky iba v statore.
V reakčných turbínach sa tlak aj kinetická energia premieňajú na energiu hriadeľa, zatiaľ čo v impulzných turbínach sa na výrobu energie hriadeľa používa iba kinetická energia.
Prevádzka impulznej turbíny je vysvetlená pomocou tretieho Newtonovho zákona a reakčné turbíny sú vysvetlené pomocou druhého Newtonovho zákona.
