Impulzna turbina proti reakcijski turbini
Turbine so razred turbo strojev, ki se uporabljajo za pretvorbo energije v tekoči tekočini v mehansko energijo z uporabo rotorskih mehanizmov. Turbine na splošno pretvarjajo toplotno ali kinetično energijo tekočine v delo. Plinske turbine in parne turbine so toplotni turbo stroji, kjer delo nastane zaradi spremembe entalpije delovne tekočine; t.j. potencialna energija tekočine v obliki tlaka se pretvori v mehansko energijo.
Osnovna zgradba turbine z aksialnim tokom je zasnovana tako, da omogoča neprekinjen pretok tekočine ob pridobivanju energije. V toplotnih turbinah je delovna tekočina pri visoki temperaturi in tlaku usmerjena skozi niz rotorjev, sestavljenih iz poševnih lopatic, nameščenih na vrtljivem disku, pritrjenem na gred. Med vsakim diskom rotorja so nameščene stacionarne lopatice, ki delujejo kot šobe in usmerjajo pretok tekočine.
Turbine so razvrščene po številnih parametrih, delitev na impulzne in reakcijske pa temelji na metodi pretvarjanja energije tekočine v mehansko energijo. Impulzna turbina ustvari mehansko energijo v celoti iz impulza tekočine, ko udari na lopatice rotorja. Reakcijska turbina uporablja tekočino iz šobe za ustvarjanje zagona na statorskem kolesu.
Več o impulzni turbini
Impulzne turbine pretvarjajo energijo tekočine v obliki tlaka s spremembo smeri pretoka tekočine ob udarcu na lopatice rotorja. Sprememba gibalne količine povzroči impulz na lopaticah turbine in rotor se premakne. Postopek je razložen z uporabo drugega Newtonovega zakona.
V impulzni turbini se hitrost tekočine poveča s prehodom skozi niz šob, preden se usmeri na lopatice rotorja. Statorske lopatice delujejo kot šobe in povečajo hitrost z zmanjšanjem tlaka. Tok tekočine z večjo hitrostjo (impulz) nato udari v lopatice rotorja, da prenese gibalno količino na lopatice rotorja. Med temi stopnjami se lastnosti tekočine spremenijo, kar je značilno za impulzne turbine. Padec tlaka se v celoti zgodi v šobah (tj. statorjih), hitrost pa močno naraste v statorjih in pade v rotorjih. V bistvu impulzne turbine pretvarjajo le kinetično energijo tekočine, ne pa tlaka.
Peltonova kolesa in de Lavalove turbine so primeri impulznih turbin.
Več o Reaction Turbine
Reakcijske turbine pretvarjajo energijo tekočine z reakcijo na lopaticah rotorja, ko je tekočina podvržena spremembi gibalne količine. Ta proces lahko primerjamo z reakcijo na raketi z izpušnimi plini rakete. Proces reakcijskih turbin je najbolje razložiti z uporabo drugega Newtonovega zakona.
Serija šob poveča hitrost toka tekočine v stopnji statorja. To povzroči padec tlaka in povečanje hitrosti. Nato se tok tekočine usmeri na lopatice rotorja, ki hkrati delujejo kot šobe. S tem se dodatno zmanjša tlak, vendar tudi hitrost pade zaradi prenosa kinetične energije na lopatice rotorja. Pri 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 turbin se načela delovanja uporabljajo za ustvarjanje optimalne izhodne energije, narava turbine pa je izražena s stopnjo reakcije (Λ) turbine. Parameter je v bistvu razmerje med padcem tlaka v stopnji rotorja in stopnji statorja.
Λ=(sprememba entalpije v stopnji rotorja) / (sprememba entalpije v stopnji statorja)
Kakšna je razlika med impulzno in reakcijsko turbino?
Pri impulzni turbini pride do padca tlaka (entalpije) v celoti v stopnji statorja, pri reakcijski turbini pa tlak (entalpija) pade v stopnjah rotorja in statorja. {Če je tekočina stisljiva, se (ponavadi) plin razširi tako v rotorski kot v statorski stopnji reakcijskih turbin.}
Reakcijske turbine imajo dva sklopa šob (v statorju in rotorju), medtem ko imajo impulzne turbine šobe samo v statorju.
Pri reakcijskih turbinah se tlak in kinetična energija pretvorita v energijo gredi, medtem ko se pri impulznih turbinah za ustvarjanje energije gredi uporablja samo kinetična energija.
Delovanje impulzne turbine je razloženo s tretjim Newtonovim zakonom, reakcijske turbine pa z drugim Newtonovim zakonom.
