Różnica między turbiną impulsową a turbiną reakcyjną

Turbina impulsowa a turbina reakcyjna
 

Turbiny to klasa maszyn turbo wykorzystywanych do przekształcania energii płynącego płynu w energię mechaniczną za pomocą mechanizmów wirnika. Generalnie turbiny przetwarzają energię cieplną lub kinetyczną płynu w pracę. Turbiny gazowe i turbiny parowe to turbosprężarki termiczne, w których praca jest generowana na podstawie zmiany entalpii płynu roboczego; tj. energia potencjalna płynu w postaci ciśnienia jest przekształcana w energię mechaniczną.

Podstawowa konstrukcja osiowej turbiny przepływowej została zaprojektowana tak, aby umożliwić ciągły przepływ płynu podczas wydobywania energii. W turbinach cieplnych płyn roboczy o wysokiej temperaturze i ciśnieniu jest kierowany przez szereg wirników składających się z kątowych łopatek zamontowanych na obracającej się tarczy przymocowanej do wału. Pomiędzy tarczami każdego wirnika zamontowane są nieruchome łopatki, które działają jak dysze i kierują przepływem płynu.

Turbiny klasyfikuje się za pomocą wielu parametrów, a podział impulsów i reakcji oparty jest na metodzie przekształcania energii płynu w energię mechaniczną. Turbina impulsowa generuje energię mechaniczną całkowicie z impulsu płynu podczas uderzenia w łopaty 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 po uderzeniu w łopaty wirnika. Zmiana pędu powoduje impuls na łopatki turbiny i wirnik się porusza. Proces wyjaśniono przy użyciu drugiego prawa newtonów.

W turbinie impulsowej prędkość płynu zwiększa się, przechodząc przez szereg dysz, zanim zostanie skierowana na łopaty wirnika. Ostrza stojana działają jak dysze i zwiększają prędkość poprzez zmniejszenie ciśnienia. Strumień płynu o większej prędkości (pędu) następnie uderza w łopaty wirnika, przenosząc pęd na łopaty wirnika. Podczas tych etapów właściwości płynu ulegają zmianom charakterystycznym dla turbin impulsowych. Spadek ciśnienia występuje całkowicie w dyszach (tj. Statorach), a prędkość znacznie wzrasta w statorach i spada w wirnikach. Zasadniczo turbiny impulsowe przekształcają jedynie energię kinetyczną płynu, a nie ciśnienie.

Koła Peltona i turbiny de Lavala są przykładami turbin impulsowych.

Więcej informacji na temat turbiny reakcyjnej

Turbiny reakcyjne przekształcają energię płynu w reakcji na łopaty wirnika, gdy płyn ulega zmianie pędu. Proces ten można porównać do reakcji na rakiecie ze spalinami z rakiety. Proces turbin reakcyjnych najlepiej wyjaśnić przy użyciu drugiego prawa Newtona.

Szereg dysz zwiększa prędkość strumienia płynu na etapie stojana. To powoduje spadek ciśnienia i wzrost prędkości. Następnie strumień płynu jest kierowany do łopat wirnika, które działają również jako dysze. To dodatkowo zmniejsza ciśnienie, ale prędkość spada również w wyniku przeniesienia energii kinetycznej na łopaty wirnika. W turbinach reakcyjnych nie tylko energia kinetyczna płynu, ale także energia w płynie w postaci ciśnienia jest przekształcana w energię mechaniczną wału wirnika.

Turbina Francisa, turbina Kaplana i wiele nowoczesnych turbin parowych należy do tej kategorii.

W nowoczesnym projekcie turbiny stosowane są zasady działania w celu generowania optymalnej wydajności energetycznej, a charakter turbiny wyraża się stopniem reakcji (Λ) turbiny. Ten parametr jest w zasadzie stosunkiem między spadkiem ciśnienia na stopniu wirnika a stopniem stojana.

Λ = (zmiana entalpii w stopniu wirnika) / (zmiana entalpii w stopniu stojana)

Jaka jest różnica między turbiną impulsową a turbiną reakcyjną?

W turbinie impulsowej spadek ciśnienia (entalpii) występuje całkowicie na etapie stojana, a podczas reakcji turbiny reakcyjnej spada (entalpia) zarówno na etapie wirnika, jak i stojana. Jeśli płyn jest ściśliwy, (zwykle) gaz rozszerza się zarówno na wirniku, jak i na stojanie w turbinach reakcyjnych.

Turbiny reakcyjne mają dwa zestawy dysz (w stojanie i wirniku), podczas gdy turbiny impulsowe mają dysze tylko w stojanie.

W turbinach reakcyjnych zarówno ciśnienie, jak i energia kinetyczna są przetwarzane na energię wału, podczas gdy w turbinach impulsowych tylko energia kinetyczna jest wykorzystywana do generowania energii wału.

Działanie turbiny impulsowej wyjaśniono przy użyciu trzeciego prawa Newtona, a turbiny reakcyjne wyjaśniono przy użyciu drugiego prawa Newtona.