Impulsturbin vs Reaction Turbine
Turbiner er en klasse turbomaskiner som brukes til å konvertere energien i et flytende fluid til mekanisk energi ved bruk av rotormekanismer. Generelt konverterer turbiner væskeens termiske eller kinetiske energi til arbeid. Gassturbiner og dampturbiner er termiske turbomaskiner, der arbeidet genereres fra entalpiendringen av arbeidsfluidet; dvs. den potensielle energien til væsken i form av trykk konverteres til mekanisk energi.
Den grunnleggende strukturen til en aksialflytturbin er designet for å tillate en kontinuerlig væskestrøm mens den trekker ut energien. I termiske turbiner ledes arbeidsfluidet ved høy temperatur og et trykk gjennom en serie rotorer som består av vinklede blader montert på en roterende skive festet til akselen. Mellom hver rotorskive er det montert stasjonære kniver som fungerer som dyser og styrer væskestrømmen.
Turbiner klassifiseres ved hjelp av mange parametere, og impuls- og reaksjonsdelingen er basert på metoden for å konvertere energien til en væske til mekanisk energi. En impulsturbin genererer mekanisk energi fullstendig fra impulsen til væsken når den støter på rotorbladene. En reaksjonsturbin bruker væsken fra dysen for å skape momentum på statorhjulet.
Mer om Impulsturbine
Impulsturbiner konverterer energien til væsken i form av trykk ved å endre retningen på væskestrømmen når den påvirkes på rotorbladene. Endringen i momentum resulterer i en impuls på turbinbladene og rotoren beveger seg. Prosessen er forklart ved hjelp av newtons andre lov.
I en impulsturbin økes hastigheten på væsken ved å passere gjennom en serie dyser før den ledes til rotorbladene. Statorbladene fungerer som dysene og øker hastigheten ved å redusere trykket. Væskestrøm med høyere hastighet (momentum) påvirker deretter rotorbladene for å overføre momentet til rotorbladene. I løpet av disse trinnene gjennomgår væskeegenskapene endringer som er karakteristiske for impulsturbinene. Trykkfallet skjer helt i dysene (dvs. statorene), og hastigheten øker betydelig i statorene og faller i rotorene. I hovedsak konverterer impulsturbinene bare væskeens kinetiske energi, ikke trykket.
Pelton-hjul og de Laval-turbiner er eksempler på impulsturbinene.
Mer om reaksjonsturbin
Reaksjonsturbiner omdanner energien til væsken ved reaksjonen på rotorbladene, når væsken gjennomgår en endring i momentum. Denne prosessen kan sammenlignes med reaksjonen på en rakett med rakettens avgass. Prosessen med reaksjonsturbinene forklares best ved bruk av Newtons andre lov.
En serie dyser øker hastigheten på væskestrømmen i statorstadiet. Dette skaper et trykkfall og en økning i hastighet. Deretter ledes væskestrømmen til rotorbladene, som også fungerer som dyser. Dette reduserer trykket ytterligere, men hastigheten synker også som et resultat av overføring av kinetisk energi til rotorbladene. I reaksjonsturbiner omdannes ikke bare væskens kinetiske energi, men også energien i væsken i form av trykk til mekanisk energi fra rotorakselen.
Francis-turbinen, Kaplan-turbinen og mange av de moderne dampturbinene tilhører denne kategorien.
I moderne turbindesign brukes driftsprinsipper for å generere optimal energiproduksjon, og turbinens natur uttrykkes av turbinens reaksjonsgrad (Λ). Parameteren er i utgangspunktet forholdet mellom trykkfallet i rotortrinnet og statortrinnet.
Λ = (endalpiendring i rotortrinnet) / (entalpiendring i statorstadiet)
Hva er forskjellen mellom impulsturbin og reaksjonsturbin?
I en impulsturbin oppstår trykkfall (entalpi) fullstendig i statorstadiet, og i reaksjonsturbintrykk (entalpi) faller i både rotor- og statorstadier. {Hvis væsken er komprimerbar, ekspanderer (vanligvis) gassen i både rotor- og statorstadier i reaksjonsturbiner.}
Reaksjonsturbinene har to sett med dyser (i statoren og rotoren) mens impulsturbinene kun har dyser i statoren.
I reaksjonsturbiner omdannes både trykk og kinetisk energi til sjaktenergi, mens det i impulsturbiner bare er den kinetiske energien som brukes til å generere akselenergi.
Driften av impulsturbin forklares ved bruk av Newtons tredje lov, og reaksjonsturbinene blir forklart ved bruk av Newtons andre lov.
