Impulzna turbina proti reakcijski turbini
Turbine so razred turbostrojev, ki se uporabljajo za pretvorbo energije v tekoči tekočini v mehansko energijo z uporabo rotorskih mehanizmov. Turbine na splošno pretvarjajo bodisi toplotno bodisi kinetično energijo tekočine v delo. Plinske turbine in parne turbine so toplotni turbo stroji, pri katerih delo nastane zaradi entalpijske spremembe delovne tekočine; tj. potencialna energija tekočine v obliki tlaka se pretvori v mehansko energijo.
Osnovna zgradba aksialne turbine je zasnovana tako, da omogoča neprekinjen pretok tekočine med črpanjem energije. V termičnih turbinah je delovna tekočina pri visoki temperaturi in tlaku usmerjena skozi vrsto rotorjev, sestavljenih iz kotnih lopatic, nameščenih na vrtljivem disku, pritrjenem na gred. Med vsakim rotorskim diskom so nameščena mirujoča rezila, ki delujejo kot šobe in vodijo pretok tekočine.
Turbine so razvrščene po številnih parametrih, delitev impulzov in reakcij pa temelji na metodi pretvorbe energije tekočine v mehansko energijo. Impulzna turbina v celoti povzroči mehansko energijo iz impulza tekočine pri udarcu na lopatice rotorja. Reakcijska turbina s tekočino iz šobe ustvari zagon na statorskem kolesu.
Več o impulzni turbini
Impulzne turbine pretvarjajo energijo tekočine v obliki tlaka s spreminjanjem smeri toka tekočine, ko nanjo vplivamo na lopatice rotorja. Sprememba zagona povzroči impulz na lopaticah turbine in rotor se premakne. Postopek je razložen z uporabo Newtonove druge zakonodaje.
V impulzni turbini se hitrost tekočine poveča s prehodom skozi vrsto šob, preden se usmeri na lopatice rotorja. Lopatice statorja delujejo kot šobe in povečajo hitrost z zmanjšanjem tlaka. Tok tekočine z večjo hitrostjo (momentom) nato vpliva na lopatice rotorja, da prenese zagon na lopatice rotorja. V teh fazah se lastnosti tekočine spreminjajo, kar je značilno za impulzne turbine. Padec tlaka se popolnoma pojavi v šobah (tj. Statorjih), hitrost pa se pri statorjih znatno poveča in pade v rotorjih. V bistvu impulzne turbine pretvarjajo samo kinetično energijo tekočine, ne pa tudi tlaka.
Primeri impulznih turbin so kolesa Pelton in turbine de Laval.
Več o reakcijski turbini
Reakcijske turbine pretvarjajo energijo tekočine z reakcijo na lopaticah rotorja, ko tekočina spreminja zagon. Ta postopek lahko primerjamo z reakcijo na raketi z izpušnimi plini rakete. Proces reakcijskih turbin je najbolje razložiti z uporabo Newtonovega drugega zakona.
Niz šob poveča hitrost toka tekočine v fazi statorja. To ustvarja padec tlaka in povečanje hitrosti. Nato se tok tekočine usmeri na lopatice rotorja, ki delujejo tudi kot šobe. To še dodatno zmanjša tlak, vendar se hitrost zmanjša tudi zaradi prenosa kinetične energije na lopatice rotorja. V reakcijskih turbinah se ne samo kinetična energija tekočine, temveč tudi energija v tekočini v obliki tlaka pretvori v mehansko energijo gredi rotorja.
Francisova turbina, Kaplanova turbina in številne sodobne parne turbine spadajo v to kategorijo.
V sodobni zasnovi turbine se uporabljajo principi delovanja za ustvarjanje optimalne izhodne energije, narava turbine pa se izrazi s stopnjo reakcije (Λ) turbine. Parameter je v bistvu razmerje med padcem tlaka v stopnji rotorja in stopnjo statorja.
Λ = (sprememba entalpije v stopnji rotorja) / (sprememba entalpije v stopnji statorja)
Kakšna je razlika med impulzno turbino in reakcijsko turbino?
Pri impulzni turbini padec tlaka (entalpija) v celoti nastopi v fazi statorja, pri reakcijski turbini pa tlak (entalpija) pade tako v stopnjah rotorja kot statorja. {Če je tekočina stisljiva, se plin (običajno) razširi tako v rotorski kot v statorski fazi reakcijskih turbin.}
Reakcijske turbine imajo dva kompleta šob (v statorju in rotorju), impulzne turbine pa imajo šobe samo v statorju.
V reakcijskih turbinah se tako tlak kot kinetična energija pretvorita v energijo gredi, medtem ko se v impulznih turbinah samo kinetična energija uporablja za generiranje energije gredi.
Delovanje impulzne turbine je razloženo z uporabo Newtonovega tretjega zakona, reakcijske turbine pa z Newtonovim drugim zakonom.
