Impulzus turbina vs reakció turbina
A turbinák a turbógépek egy osztálya, amelyet rotációs mechanizmusok segítségével az áramló folyadékban lévő energia mechanikai energiává alakítanak át. A turbinák általában a folyadék termikus vagy kinetikus energiáját alakítják át munkává. A gázturbinák és a gőzturbinák hőturbó gépek, ahol a munka a munkaközeg entalpia-változásából származik; azaz a folyadék potenciális energiája nyomás formájában mechanikai energiává alakul.
Az axiális áramlású turbina alapszerkezete úgy van kialakítva, hogy lehetővé tegye a folyadék folyamatos áramlását az energia kinyerése közben. A hőturbinákban a munkafolyadékot magas hőmérsékleten és nyomáson a tengelyhez rögzített forgótárcsára szerelt szögletes lapátokból álló rotorok sorozatán keresztül irányítják. Az egyes rotortárcsák között álló lapátok vannak felszerelve, amelyek fúvókaként működnek és irányítják a folyadék áramlását.
A turbinákat sok paraméter felhasználásával osztályozzák, az impulzus és a reakcióelosztás pedig a folyadék energiájának mechanikai energiává alakításának módszerén alapul. Az impulzusturbina teljesen mechanikus energiát generál a folyadék impulzusából, amikor a rotorlapátokra ütközik. A reakcióturbina a fúvóka folyadékát használja fel, hogy lendületet hozzon az állórész kerekén.
További információ az Impulse turbináról
Az impulzusturbinák a folyadék energiáját nyomás formájában alakítják át a folyadék áramlásának irányának megváltoztatásával, amikor a rotorlapátokra ütköznek. A lendület megváltozása impulzust eredményez a turbina lapátjain, és a rotor elmozdul. A folyamatot a newtonok második törvényével magyarázzuk.
Egy impulzusturbinában a folyadék sebessége növekszik azáltal, hogy egy sor fúvókán áthalad, mielőtt a rotorlapátokhoz irányítanák. Az állórész lapátjai fúvókaként működnek, és a nyomás csökkentésével növelik a sebességet. A nagyobb sebességű (lendületű) folyadékáram ezután a rotorlapátokkal ütközik, hogy a lendület átkerüljön a rotorlapátokra. Ezekben a szakaszokban a folyadék tulajdonságai olyan változásokon mennek keresztül, amelyek jellemzőek az impulzus turbinákra. A nyomásesés teljesen bekövetkezik a fúvókákban (azaz a sztórokban), a sebesség pedig jelentősen megnő a sztorokban és csökken a rotorokban. Lényegében az impulzusturbinák csak a folyadék mozgási energiáját alakítják át, a nyomást nem.
A Pelton kerekek és a de Laval turbinák példák az impulzus turbinákra.
További információ a Reakció turbináról
A reaktorturbinák a rotorlapátokon történő reakcióval alakítják át a folyadék energiáját, amikor a folyadék lendülete megváltozik. Ez a folyamat összehasonlítható a rakéta kipufogógáz általi reakciójával. A reakcióturbinák folyamatát legjobban Newton második törvényével magyarázhatjuk.
A fúvókák sora növeli a folyadékáram sebességét az állórész szakaszában. Ez nyomásesést és a sebesség növekedését eredményezi. Ezután a folyadékáram a rotorlapátokra irányul, amelyek szintén fúvókaként működnek. Ez tovább csökkenti a nyomást, de a sebesség is csökken a kinetikus energia rotorlapátokra történő átvitelének eredményeként. A reakcióturbinákban nemcsak a fluidum mozgási energiája, hanem a folyadékban lévő energia nyomás formájában is átalakul a rotortengely mechanikai energiájává.
Francis turbina, Kaplan turbina és számos modern gőzturbina tartozik ebbe a kategóriába.
A modern turbina-tervezés során az optimális energiatermelés előállítására működési elveket alkalmaznak, és a turbina jellegét a turbina reakciófoka (Λ) fejezi ki. A paraméter alapvetően a rotor fokozatában és az állórészben lévő nyomásesés aránya.
Λ = (entalpia változás a rotor szakaszában) / (entalpia változás az állórész szakaszában)
Mi a különbség az impulzusturbina és a reakcióturbina között?
Egy impulzusturbinában a nyomás (entalpia) csökkenése teljesen bekövetkezik az állórész stádiumában, a reakció turbina nyomása (entalpia) pedig mind a rotor, mind az állórész szakaszában csökken. {Ha a folyadék összenyomható, (általában) a reakcióturbinákban a gáz mind rotor, mind állórész szakaszában tágul.}
A reakcióturbináknak két fúvókacsoportja van (az állórészben és a rotorban), míg az impulzusturbinák csak az állórészben vannak.
A reakcióturbinákban mind a nyomás, mind a kinetikus energia átalakul tengelyenergiává, míg az impulzusturbinákban csak a mozgási energiát használják fel tengelyenergia előállítására.
Az impulzus turbina működését Newton harmadik törvényével, a reakció turbinákat pedig Newton második törvényével magyarázzák.
