Turbină cu impuls vs turbină cu reacție
Turbinele sunt o clasă de mașini turbo utilizate pentru a converti energia dintr-un fluid care curge în energie mecanică prin utilizarea mecanismelor rotorului. Turbinele, în general, transformă fie energia termică, fie energia cinetică a fluidului în lucru. Turbinele cu gaz și turbinele cu abur sunt mașini turbo termice, unde munca este generată din modificarea entalpiei fluidului de lucru; adică energia potențială a fluidului sub formă de presiune este convertită în energie mecanică.
Structura de bază a unei turbine cu flux axial este proiectată pentru a permite un flux continuu de fluid în timp ce extrage energie. La turbinele termice, fluidul de lucru la o temperatură ridicată și o presiune este direcționat printr-o serie de rotoare formate din pale înclinate montate pe un disc rotativ atașat de arbore. Între fiecare disc de rotor sunt montate pale staționare, care acționează ca duze și ghidează fluxul de fluid.
Turbinele sunt clasificate folosind mulți parametri, iar diviziunea de impuls și reacție se bazează pe metoda de conversie a energiei unui fluid în energie mecanică. O turbină cu impuls generează energie mecanică complet din impulsul fluidului la impactul asupra palelor rotorului. O turbină de reacție folosește fluidul din duză pentru a crea impuls pe roata statorului.
Mai multe despre turbina cu impuls
Turbinele cu impuls transformă energia fluidului sub formă de presiune prin schimbarea direcției fluxului de fluid atunci când sunt lovite de palele rotorului. Modificarea impulsului are ca rezultat un impuls asupra palelor turbinei și rotorul se mișcă. Procesul este explicat folosind a doua lege a newtonilor.
Într-o turbină cu impuls, viteza fluidului este crescută prin trecerea printr-o serie de duze înainte de a fi direcționată către paletele rotorului. Paletele statorului acționează ca duze și măresc viteza prin reducerea presiunii. Fluxul de fluid cu viteză mai mare (momentum) impactează apoi cu paletele rotorului, pentru a transfera impulsul către palele rotorului. În timpul acestor etape, proprietățile fluidului suferă modificări care sunt caracteristice turbinelor cu impuls. Căderea de presiune are loc complet în duze (adică statoare), iar viteza crește semnificativ în statoare și căderi în rotoare. În esență, turbinele cu impuls convertesc doar energia cinetică a fluidului, nu presiunea.
Roțile Pelton și turbinele de Laval sunt exemple de turbine cu impuls.
Mai multe despre turbina de reacție
Turbinele de reacție convertesc energia fluidului prin reacția de pe paletele rotorului, atunci când fluidul suferă o schimbare a impulsului. Acest proces poate fi comparat cu reacția pe o rachetă de către gazele de eșapament ale rachetei. Procesul turbinelor de reacție este cel mai bine explicat folosind a doua lege a lui Newton.
O serie de duze mărește viteza fluxului de fluid în treapta statorului. Acest lucru creează o cădere de presiune și o creștere a vitezei. Apoi, fluxul de fluid este direcționat către paletele rotorului, care acționează și ca duze. Acest lucru reduce și mai mult presiunea, dar viteza scade și ca urmare a transferului de energie cinetică către palele rotorului. În turbinele de reacție, nu numai energia cinetică a fluidului, ci și energia din fluid sub formă de presiune este convertită în energie mecanică a arborelui rotorului.
Turbina Francis, turbina Kaplan și multe dintre turbinele moderne cu abur aparțin acestei categorii.
În proiectarea modernă a turbinei, principiile de funcționare sunt utilizate pentru a genera energie optimă, iar natura turbinei este exprimată prin gradul de reacție (Λ) al turbinei. Parametrul este practic raportul dintre căderea de presiune în treapta rotorului și treapta statorului.
Λ=(modificarea entalpiei în treapta rotorului) / (modificarea entalpiei în treapta statorului)
Care este diferența dintre turbina cu impuls și turbina de reacție?
Într-o turbină cu impuls, scăderea de presiune (entalpie) are loc complet în treapta statorului, iar în turbina de reacție presiunea (entalpia) scade atât în treptele rotorului, cât și în cele ale statorului. {Dacă fluidul este compresibil, (de obicei) gazul se extinde atât în treptele rotorului, cât și a statorului în turbinele de reacție.}
Turbinele de reacție au două seturi de duze (în stator și rotor), în timp ce turbinele cu impuls au duze doar în stator.
În turbinele cu reacție, atât presiunea, cât și energia cinetică sunt convertite în energie arborelui, în timp ce, în turbinele cu impuls, numai energia cinetică este utilizată pentru a genera energia arborelui.
Funcționarea turbinei cu impuls este explicată folosind a treia lege a lui Newton, iar turbinele de reacție sunt explicate folosind a doua lege a lui Newton.
