Impulzus-turbina vs reakcióturbina
A turbinák a turbógépek egy osztálya, amelyek az áramló folyadékban lévő energiát mechanikai energiává alakítják rotormechanizmusok segítségével. A turbinák általában a folyadék termikus vagy mozgási energiáját alakítják munkává. A gázturbinák és gőzturbinák termikus turbógépek, ahol a munkaközeg entalpiaváltozásából keletkezik a munka; azaz a folyadék potenciális energiája nyomás formájában mechanikai energiává alakul.
Az axiális áramlású turbina alapszerkezetét úgy tervezték, hogy lehetővé tegye a folyadék folyamatos áramlását az energia kinyerése közben. A termikus turbinákban a magas hőmérsékletű és nyomású munkaközeget a tengelyhez rögzített forgó tárcsára szerelt ferde lapátokból álló rotorok sorozatán keresztül vezetik át. Az egyes rotortárcsák közé álló lapátok vannak felszerelve, amelyek fúvókaként működnek, és irányítják a folyadék áramlását.
A turbinákat számos paraméter alapján osztályozzák, és az impulzus- és reakciómegosztás a folyadék energiájának mechanikai energiává történő átalakításának módszerén alapul. Az impulzusturbina teljes mértékben a folyadék impulzusából állít elő mechanikai energiát, amikor a rotor lapátjaira ütközik. A reakcióturbina a fúvókából származó folyadékot használja fel arra, hogy lendületet keltsen az állórész kerekén.
További információ az Impulse Turbine-ról
Az impulzusturbinák nyomás formájában alakítják át a folyadék energiáját azáltal, hogy megváltoztatják a folyadék áramlási irányát, amikor a rotor lapátjaira ütköznek. Az impulzus változása impulzust eredményez a turbinalapátokon, és a rotor elmozdul. A folyamatot a második Newton-törvény magyarázza.
Egy impulzusturbinában a folyadék sebességét megnövelik azáltal, hogy egy sor fúvókán áthaladnak, mielőtt a forgórészlapátokhoz irányítanák. Az állórészlapátok fúvókaként működnek, és a nyomás csökkentésével növelik a sebességet. A nagyobb sebességű (impulzus) folyadékáram ezután a forgórészlapátokhoz ütközik, hogy a lendületet a rotorlapátokhoz adja át. Ezekben a szakaszokban a folyadék tulajdonságai olyan változásokon mennek keresztül, amelyek az impulzusturbinákra jellemzőek. A nyomásesés teljes mértékben a fúvókákban (azaz az állórészekben) következik be, és a sebesség jelentősen megnő az állórészekben, és csökken a forgórészekben. Lényegében az impulzusturbinák csak a folyadék mozgási energiáját alakítják át, a nyomást nem.
Pelton kerekek és de Laval turbinák az impulzusturbinák példái.
További információ a reakcióturbináról
A reakcióturbinák a folyadék energiáját a forgórészlapátokon végbemenő reakcióval alakítják át, amikor a folyadék lendülete megváltozik. Ez a folyamat a rakéta kipufogógáza által a rakétán végbemenő reakcióhoz hasonlítható. A reakcióturbinák folyamatát legjobban Newton második törvényével lehet megmagyarázni.
Fúvókák sorozata növeli a folyadékáram sebességét az állórész fokozatában. Ez nyomásesést és sebességnövekedést eredményez. Ezután a folyadékáramot a rotorlapátokhoz irányítják, amelyek egyben fúvókaként is működnek. Ez tovább csökkenti a nyomást, de a sebesség is csökken a mozgási energia forgórészlapátokra való átadása következtében. A reakcióturbinákban nemcsak a folyadék mozgási energiája, hanem a folyadékban nyomás formájában lévő energia is a forgórész tengelyének mechanikai energiájává alakul.
Francis turbina, Kaplan turbina és sok modern gőzturbina ebbe a kategóriába tartozik.
A modern turbinatervezésben a működési elveket alkalmazzák az optimális energiateljesítmény előállítására, és a turbina jellegét a turbina reakciófoka (Λ) fejezi ki. A paraméter alapvetően a forgórész és az állórész fokozat nyomásesésének aránya.
Λ=(entalpiaváltozás a rotor fokozatban) / (entalpiaváltozás az állórész fokozatban)
Mi a különbség az impulzusturbina és a reakcióturbina között?
Egy impulzusturbinában a nyomás (entalpia) teljesen az állórészben, a reakcióturbina nyomása (entalpia) pedig mind a forgórész, mind az állórész szakaszában esik le. {Ha a folyadék összenyomható, akkor (általában) a gáz a reakcióturbinákban mind a rotor, mind az állórész szakaszában kitágul.}
A reakcióturbinák két fúvókakészlettel rendelkeznek (az állórészben és a forgórészben), míg az impulzusturbinák csak az állórészben.
A reakcióturbinákban mind a nyomás, mind a kinetikus energia tengelyenergiává alakul, míg az impulzusturbinákban csak a kinetikus energiát használják fel a tengelyenergia előállítására.
Az impulzusturbinák működését Newton harmadik törvénye, a reakcióturbinákat pedig Newton második törvénye magyarázza.
