Razlika med impulzno turbino in reakcijsko turbino

Impulzna turbina proti reakcijski turbini
 

Turbine so razred turbo strojev, ki se z uporabo rotorskih mehanizmov pretvarjajo v tekoči tekočini v mehansko energijo. Turbine na splošno pretvorijo toplotno ali kinetično energijo tekočine v delo. Plinske turbine in parne turbine so termo-turbo stroji, pri katerih delo nastane zaradi entalpijske spremembe delovne tekočine; to pomeni, da se potencialna energija tekočine v obliki tlaka pretvori v mehansko energijo.

Osnovna struktura turbine z osnim pretokom je zasnovana tako, da omogoča neprekinjen pretok tekočine, hkrati pa črpa energijo. V toplotnih turbinah se delovna tekočina pri visoki temperaturi in tlaku usmerja skozi vrsto rotorjev, sestavljenih iz kotnih rezil, nameščenih na vrtljivem disku, pritrjenem na gred. Med posameznimi diski rotorja so nameščeni stacionarni rezili, ki delujejo kot šobe in vodijo pretok tekočine.

Turbine razvrščamo po številnih parametrih, delitev impulzov in reakcij pa temelji na metodi pretvorbe energije tekočine v mehansko energijo. Impulzna turbina ustvarja mehansko energijo v celoti iz impulza tekočine, ko vpliva na lopatice rotorja. Reakcijska turbina uporablja tekočino iz šobe, da ustvari zagon na kolesu statorja.

Več o impulzni turbini

Impulzne turbine pretvorijo energijo tekočine v obliki tlaka s spreminjanjem smeri pretoka tekočine ob vplivu na lopatice rotorja. Sprememba trenutka povzroči impulz na lopaticah turbine in rotor se premakne. Postopek je razložen z uporabo drugega zakona o newtonih.

V impulzni turbini se hitrost tekočine poveča s prehodom skozi vrsto šob, preden se usmeri na lopatice rotorja. Lopatice statorja delujejo kot šobe in z zmanjšanjem tlaka povečajo hitrost. Tok tekočine z večjo hitrostjo (impulz) nato trka z lopaticami rotorja, da se impulz prenese na lopatice rotorja. V teh fazah se lastnosti tekočine spremenijo, značilne za impulzne turbine. Padec tlaka se v šobah (tj. Statorjih) pojavi popolnoma, hitrost pa se pri statorjih znatno poveča in pade v rotorjih. V bistvu impulzne turbine pretvorijo samo kinetično energijo tekočine in ne tlak.

Kolesa Pelton in turbine De Laval so primeri impulznih turbin.

Več o reakcijski turbini

Reakcijske turbine pretvorijo energijo tekočine z reakcijo na lopatice rotorja, ko se tekočina spremeni v zagonu. Ta postopek lahko primerjamo z reakcijo na raketo izpušnih plinov rakete. Postopek reakcijskih turbin je najbolje razložiti z Newtonovim drugim zakonom.

Niz šob povečuje hitrost toka tekočine v fazi statorja. To ustvarja padec tlaka in povečanje hitrosti. Nato se tok tekočine usmeri na lopatice rotorja, ki delujejo tudi kot šobe. To še dodatno zniža tlak, hitrost pa tudi pade kot posledica prenosa kinetične energije na lopatice rotorja. V reakcijskih turbinah se ne samo kinetična energija tekočine, ampak tudi energija v tekočini v obliki tlaka pretvori v mehansko energijo gredi rotorja.

Francisova turbina, Kaplanova turbina in številne sodobne parne turbine sodijo v to kategorijo.

V sodobni zasnovi turbin se načela delovanja uporabljajo za ustvarjanje optimalne izpuščene energije, narava turbine pa se izraža s stopnjo reakcije (Λ) turbine. Parameter je v osnovi razmerje med padcem tlaka v stopnji rotorja in statorju.

Λ = (sprememba entalpije v stopnji rotorja) / (sprememba entalpije v fazi statorja)

Kakšna je razlika med impulzno turbino in reakcijsko turbino?

V impulzni turbini se v fazi statorja popolnoma pojavi padec tlaka (entalpija), v reaktorski in statorski stopnji pa reakcijski tlak (entalpija) pade. Če je tekočina stisljiva, se plin običajno porabi v stopnjah rotorja in statorja v reakcijskih turbinah.

Reakcijske turbine imajo dva sklopa šob (v statorju in rotorju), medtem ko imajo impulzne turbine šobe samo v statorju.

V reakcijskih turbinah se tako tlačna kot kinetična energija pretvorita v energijo gredi, medtem ko se v impulznih turbinah uporablja samo kinetična energija za ustvarjanje energije gredi.

Delovanje impulzne turbine je razloženo z uporabo Newtonovega tretjega zakona, reakcijske turbine pa z uporabo drugega zakona Newtona.