Різниця між імпульсною турбіною та реакційною турбіною

Імпульсна турбіна проти турбіни реакції
 

Турбіни - це клас турбокомп'ютерів, що використовуються для перетворення енергії в проточній рідині в механічну енергію за допомогою роторних механізмів. Турбіни, як правило, перетворюють в роботу або теплову, або кінетичну енергію рідини. Газові турбіни і парові турбіни - це теплові турбомашини, де робота створюється внаслідок зміни ентальпії робочої рідини; тобто потенційна енергія рідини у вигляді тиску перетворюється на механічну енергію.

Основна структура турбіни осьового потоку розроблена таким чином, щоб забезпечити безперервний потік рідини при витягуванні енергії. У теплових турбінах робоча рідина при високій температурі і тиску спрямовується через ряд роторів, що складаються з кутових лопатей, встановлених на обертовому диску, прикріпленому до вала. Між кожними дисками ротора встановлені нерухомі лопаті, які виконують роль форсунок і керують потоком рідини.

Турбіни класифікуються за багатьма параметрами, а поділ імпульсу та реакції заснований на методі перетворення енергії рідини в механічну енергію. Імпульсна турбіна генерує механічну енергію повністю від імпульсу рідини при ударі на лопаті ротора. Реакційна турбіна використовує рідину з сопла для створення імпульсу на колесі статора.

Більше про імпульсну турбіну

Імпульсні турбіни перетворюють енергію рідини у вигляді тиску, змінюючи напрямок потоку рідини при ударі на лопаті ротора. Зміна імпульсу спричиняє імпульс на лопатках турбіни і рух ротора. Процес пояснюється використанням другого закону ньютонів.

В імпульсній турбіні швидкість рідини збільшується при проходженні через ряд форсунок перед тим, як направляти до лопатей ротора. Лопатки статора виконують роль форсунок і збільшують швидкість за рахунок зниження тиску. Потік рідини з більшою швидкістю (імпульс) потім впливає на лопаті ротора, щоб передати імпульс до лопатей ротора. Під час цих етапів властивості рідини зазнають змін, характерних для імпульсних турбін. Падіння тиску відбувається повністю у форсунках (тобто статорах), а швидкість у статорах значно зростає і падає в роторах. По суті, імпульсні турбіни лише перетворюють кінетичну енергію рідини, а не тиск.

Колеса Пелтона і турбіни де Лаваль - приклади імпульсних турбін.

Детальніше про турбіну реакцій

Реакційні турбіни перетворюють енергію рідини за рахунок реакції на лопатях ротора, коли рідина зазнає зміни імпульсу. Цей процес можна порівняти з реакцією на ракету відпрацьованим газом ракети. Процес реакційних турбін найкраще пояснити, використовуючи другий закон Ньютона.

Серія форсунок збільшує швидкість потоку рідини на стадії статора. Це створює падіння тиску і збільшення швидкості. Потім потік рідини спрямовується до лопатей ротора, які також виконують роль форсунок. Це додатково знижує тиск, але швидкість також падає в результаті передачі кінетичної енергії на лопаті ротора. В реакційних турбінах не тільки кінетична енергія рідини, але й енергія в рідині у вигляді тиску перетворюється в механічну енергію валу ротора.

Франциска турбіна, турбіна Каплан і багато сучасних парових турбін належать до цієї категорії.

У сучасній конструкції турбін принципи роботи використовуються для отримання оптимального енерговиходу, а характер турбіни виражається ступенем реакції (Λ) турбіни. Параметр - це, в основному, відношення між падінням тиску в ступені ротора і стадією статора.

Λ = (зміна ентальпії на стадії ротора) / (зміна ентальпії на стадії статора)

Чим відрізняється імпульсна турбіна від турбіни реакції?

В імпульсній турбіні падіння тиску (ентальпії) відбувається повністю на стадії статора, а в реакційному тиску турбіни (ентальпія) падає як на стадії ротора, так і на статорі. Якщо рідина є стисливою, (зазвичай) газ розширюється в стадіях ротора і статора в реакційних турбінах.

Реакційні турбіни мають два комплекти форсунок (в статорі і роторі), тоді як імпульсні турбіни мають форсунки тільки в статорі.

В реакційних турбінах як тиск, так і кінетична енергія перетворюються на енергію валу, тоді як в імпульсних турбінах використовується лише кінетична енергія для отримання енергії вала.

Робота імпульсної турбіни пояснюється за допомогою третього закону Ньютона, а реакційні турбіни пояснюються за допомогою другого закону Ньютона.