Impulse Turbine vs Reaction Turbine
Turbíny jsou třídou turbodmychadel používaných k přeměně energie v tekoucí tekutině na mechanickou energii pomocí rotorových mechanismů. Turbíny obecně převádějí buď tepelnou nebo kinetickou energii kapaliny na práci. Plynové turbíny a parní turbíny jsou tepelná turbostroje, kde je práce generována změnou entalpie pracovní tekutiny; tj. potenciální energie kapaliny ve formě tlaku se přeměňuje na mechanickou energii.
Základní struktura turbíny s axiálním tokem je navržena tak, aby umožňovala kontinuální tok tekutiny při získávání energie. V tepelných turbínách je pracovní tekutina při vysoké teplotě a tlaku směrována řadou rotorů sestávajících ze šikmých lopatek namontovaných na rotujícím disku připojeném k hřídeli. Mezi každým rotorovým diskem jsou namontovány stacionární lopatky, které fungují jako trysky a řídí tok tekutiny.
Turbíny jsou klasifikovány pomocí mnoha parametrů a dělení impulzů a reakcí je založeno na metodě přeměny energie tekutiny na mechanickou energii. Impulsní turbína generuje mechanickou energii úplně z impulzu tekutiny při nárazu na listy rotoru. Reakční turbína využívá kapalinu z trysky k vytvoření hybnosti na statorovém kole.
Více o Impulse Turbine
Impulzní turbíny přeměňují energii kapaliny ve formě tlaku změnou směru proudění kapaliny při nárazu na listy rotoru. Změna hybnosti má za následek impuls na lopatky turbíny a rotor se pohybuje. Proces je vysvětlen pomocí newtonovského druhého zákona.
V impulzní turbíně se rychlost kapaliny zvyšuje průchodem řadou trysek před nasměrováním na listy rotoru. Statorové lopatky fungují jako trysky a zvyšují rychlost snižováním tlaku. Proud tekutiny s vyšší rychlostí (hybností) poté dopadá na listy rotoru, aby přenesl hybnost na listy rotoru. Během těchto fází dochází ke změnám vlastností kapaliny, které jsou charakteristické pro impulzní turbíny. Pokles tlaku nastává zcela v tryskách (tj. Statorech) a rychlost se významně zvyšuje ve statorech a poklesech v rotorech. Impulsní turbíny v podstatě převádějí pouze kinetickou energii tekutiny, nikoli tlak.
Peltonova kola a de Lavalovy turbíny jsou příklady impulsních turbín.
Více o Reaction Turbine
Reakční turbíny přeměňují energii tekutiny reakcí na lopatkách rotoru, když kapalina podléhá změně hybnosti. Tento proces lze přirovnat k reakci na raketě výfukovým plynem rakety. Proces reakčních turbín lze nejlépe vysvětlit pomocí druhého Newtonova zákona.
Řada trysek zvyšuje rychlost proudu tekutiny ve statorovém stupni. Tím se vytvoří pokles tlaku a zvýšení rychlosti. Potom je proud tekutiny směrován na listy rotoru, které také fungují jako trysky. To dále snižuje tlak, ale rychlost také klesá v důsledku přenosu kinetické energie na listy rotoru. V reakčních turbínách se nejen kinetická energie kapaliny, ale také energie v kapalině ve formě tlaku převádí na mechanickou energii hřídele rotoru.
Do této kategorie patří Francisova turbína, Kaplanova turbína a mnoho moderních parních turbín.
V moderní konstrukci turbíny se provozní principy používají ke generování optimálního energetického výdeje a povaha turbíny je vyjádřena stupněm reakce (Λ) turbíny. Parametrem je v podstatě poměr mezi tlakovou ztrátou ve stupni rotoru a statoru.
Λ = (změna entalpie ve stupni rotoru) / (změna entalpie ve stupni statoru)
Jaký je rozdíl mezi Impulse Turbine a Reaction Turbine?
V impulzní turbíně dochází k poklesu tlaku (entalpie) úplně ve statorovém stupni a při poklesu tlaku (entalpie) reakční turbíny ve rotorovém i statorovém stupni. {Pokud je kapalina stlačitelná, plyn (obvykle) expanduje v rotorových i statorových stupních v reakčních turbínách.}
Reakční turbíny mají dvě sady trysek (ve statoru a rotoru), zatímco impulzní turbíny mají trysky pouze ve statoru.
V reakčních turbínách se jak tlak, tak kinetická energie přeměňují na energii hřídele, zatímco v impulzních turbínách se k výrobě energie hřídele používá pouze kinetická energie.
Provoz impulsní turbíny je vysvětlen pomocí Newtonova třetího zákona a reakční turbíny jsou vysvětleny pomocí Newtonova druhého zákona.
