Impulse Turbine vs Reaction Turbine
Turbiner är en klass av turbomaskiner som används för att omvandla energin i en strömmande vätska till mekanisk energi med hjälp av rotormekanismer. Turbiner omvandlar i allmänhet antingen termisk eller kinetisk energi hos vätskan till arbete. Gasturbiner och ångturbiner är termiska turbomaskiner, där arbetet genereras från entalpiförändringen av arbetsvätskan; dvs fluidens potentiella energi i form av tryck omvandlas till mekanisk energi.
Den grundläggande strukturen för en axialflödesturbin är utformad för att tillåta ett kontinuerligt flöde av vätska samtidigt som energin utvinns. I termiska turbiner leds arbetsvätskan vid en hög temperatur och ett tryck genom en serie rotorer som består av vinklade blad monterade på en roterande skiva fäst vid axeln. Mellan varje rotorskivor är stationära blad monterade som fungerar som munstycken och styr vätskeflödet.
Turbiner klassificeras med många parametrar, och impuls- och reaktionsindelningen är baserad på metoden att omvandla energin i en vätska till mekanisk energi. En impulsturbin genererar mekanisk energi helt och hållet från impulsen från vätskan när den slår mot rotorbladen. En reaktionsturbin använder vätskan från munstycket för att skapa momentum på statorhjulet.
Mer om Impulse Turbine
Impulsturbiner omvandlar vätskans energi i form av tryck genom att ändra riktningen på vätskeflödet när de slås mot rotorbladen. Förändringen i momentumet resulterar i en impuls på turbinbladen och rotorn rör sig. Processen förklaras med hjälp av Newtons andra lag.
I en impulsturbin ökas vätskans hastighet genom att den passerar genom en serie munstycken innan den riktas till rotorbladen. Statorbladen fungerar som munstycken och ökar hastigheten genom att minska trycket. Vätskeström med högre hastighet (momentum) träffar sedan rotorbladen för att överföra rörelsemängden till rotorbladen. Under dessa steg genomgår vätskeegenskaperna förändringar som är karakteristiska för impulsturbinerna. Tryckfallet sker helt i munstyckena (dvs statorerna), och hastigheten ökar markant i statorerna och faller i rotorerna. I huvudsak omvandlar impulsturbinerna bara vätskans kinetiska energi, inte trycket.
Pelton-hjul och de Laval-turbiner är exempel på impulsturbiner.
Mer om reaktionsturbin
Reaktionsturbiner omvandlar vätskans energi genom reaktionen på rotorbladen, när vätskan genomgår en förändring i momentum. Denna process kan jämföras med reaktionen på en raket av raketens avgaser. Processen för reaktionsturbinerna förklaras bäst med hjälp av Newtons andra lag.
En serie munstycken ökar hastigheten på vätskeströmmen i statorsteget. Detta skapar ett tryckfall och en ökning av hastigheten. Därefter leds vätskeströmmen till rotorbladen, som också fungerar som munstycken. Detta minskar trycket ytterligare, men hastigheten sjunker också som ett resultat av överföring av kinetisk energi till rotorbladen. I reaktionsturbiner omvandlas inte bara vätskans kinetiska energi utan även energin i vätskan i form av tryck till rotoraxelns mekaniska energi.
Francis-turbin, Kaplan-turbin och många av de moderna ångturbinerna tillhör denna kategori.
I modern turbindesign används driftprinciper för att generera optimal energiproduktion och turbinens natur uttrycks av turbinens reaktionsgrad (Λ). Parametern är i princip förhållandet mellan tryckfallet i rotorsteget och statorsteget.
Λ=(entalpiändring i rotorsteget) / (entalpiändring i statorsteget)
Vad är skillnaden mellan impulsturbin och reaktionsturbin?
I en impulsturbin inträffar tryckfall (entalpi) helt i statorsteget, och i reaktion turbintryck (entalpi) faller i både rotor- och statorsteg. {Om vätskan är komprimerbar expanderar (vanligtvis) gasen i både rotor- och statorsteg i reaktionsturbiner.}
Reaktionsturbinerna har två uppsättningar munstycken (i statorn och rotorn) medan impulsturbinerna endast har munstycken i statorn.
I reaktionsturbiner omvandlas både tryck och kinetisk energi till axelenergi medan, i impulsturbiner, endast den kinetiska energin används för att generera axelenergi.
Funktionen av impulsturbiner förklaras med hjälp av Newtons tredje lag, och reaktionsturbinerna förklaras med hjälp av Newtons andra lag.
