Impulsturbin vs reaktionsturbin
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 från vätskan till arbete. Gasturbiner och ångturbiner är termiska turbomaskiner, där arbetet genereras från entalpiändringen av arbetsvätskan; dvs. den potentiella energin hos vätskan i form av tryck omvandlas till mekanisk energi.
Den grundläggande strukturen för en axiell flödesturbin är utformad för att möjliggöra ett kontinuerligt flöde av vätska samtidigt som energin extraheras. I termiska turbiner styrs arbetsvätskan vid 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 monteras stationära blad som fungerar som munstycken och styr vätskeflödet.
Turbiner klassificeras med hjälp av många parametrar, och impuls- och reaktionsdelningen baseras på metoden för att omvandla energin hos en vätska till mekanisk energi. En impulsturbin genererar mekanisk energi helt från vätskans impuls när den stöter på rotorbladen. En reaktionsturbin använder vätskan från munstycket för att skapa momentum på statorhjulet.
Mer om Impulsturbin
Impulsturbiner omvandlar vätskans energi i form av tryck genom att ändra riktningen på vätskeflödet när de påverkas av rotorbladen. Förändringen i momentum resulterar i en impuls på turbinbladen och rotorn rör sig. Processen förklaras med newtons andra lag.
I en impulsturbin ökar fluidens hastighet genom att passera genom en serie munstycken innan den riktas mot rotorbladen. Statorbladen fungerar som munstyckena och ökar hastigheten genom att minska trycket. Vätskeflöde med högre hastighet (momentum) stöter sedan på rotorbladen för att överföra momentet till rotorbladen. Under dessa steg genomgår vätskeegenskaperna förändringar som är karakteristiska för impulsturbinerna. Tryckfallet sker helt i munstyckena (dvs statorerna), och hastigheten ökar avsevärt i statorerna och faller i rotorerna. I grund och botten omvandlar impulsturbinerna bara vätskans kinetiska energi, inte trycket.
Peltonhjul 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 med rakets avgas. Processen med reaktionsturbinerna förklaras bäst med Newtons andra lag.
En serie munstycken ökar hastigheten för vätskeflödet i statorsteget. Detta skapar ett tryckfall och en ökning av hastigheten. Därefter riktas vätskeflödet mot rotorbladen, som också fungerar som munstycken. Detta minskar trycket ytterligare, men hastigheten sjunker också till följd av överföring av kinetisk energi till rotorblad. I reaktionsturbiner omvandlas inte bara vätskans kinetiska energi utan också energin i vätskan i form av tryck till rotoraxelns mekaniska energi.
Francisturbin, Kaplanturbin och många av de moderna ångturbinerna tillhör denna kategori.
I modern turbinkonstruktion används driftsprinciper för att generera optimal energiproduktion och turbins natur uttrycks av turbinens reaktionsgrad (Λ). Parametern är i grunden förhållandet mellan tryckfallet i rotorsteget och statorsteget.
Λ = (entalpiförändring i rotorsteget) / (entalpiförändring i statorsteget)
Vad är skillnaden mellan impulsturbin och reaktionsturbinen?
I en impulsturbin sker tryckfall (entalpi) helt i statorsteget och i reaktionsturbintryck (entalpi) sjunker 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 stator och rotor) medan impulsturbiner endast har munstycken i stator.
I reaktionsturbiner omvandlas både tryck- och kinetisk energi till axelenergi medan, i impulsturbiner, endast kinetisk energi används för att generera axelenergi.
Impulsturbinens funktion förklaras med Newtons tredje lag och reaktionsturbinerna förklaras med Newtons andra lag.
