Impulse Turbine vs Reaction Turbine
Turbiner er en klasse turbomaskineri som brukes til å konvertere energien i en flytende væske til mekanisk energi ved bruk av rotormekanismer. Turbiner, generelt, konverterer enten termisk eller kinetisk energi til væsken til arbeid. Gassturbiner og dampturbiner er termisk turbomaskineri, der arbeidet genereres fra entalpiendringen til arbeidsfluidet; dvs. den potensielle energien til fluidet i form av trykk omdannes til mekanisk energi.
Den grunnleggende strukturen til en aksialstrømsturbin er designet for å tillate en kontinuerlig strøm av væske mens energien trekkes ut. I termiske turbiner ledes arbeidsfluidet ved høy temperatur og trykk gjennom en serie rotorer som består av vinklede blader montert på en roterende skive festet til akselen. Mellom hver rotorskiver er det montert stasjonære blader som fungerer som dyser og styrer væskestrømmen.
Turbiner klassifiseres ved hjelp av mange parametere, og impuls- og reaksjonsinndelingen er basert på metoden for å omdanne energien til en væske til mekanisk energi. En impulsturbin genererer mekanisk energi fullstendig fra impulsen fra væsken når den støter mot rotorbladene. En reaksjonsturbin bruker væsken fra dysen til å skape momentum på statorhjulet.
Mer om Impulse Turbine
Impulsturbiner konverterer energien til væsken i form av trykk ved å endre retningen på væskestrømmen når de støtes mot rotorbladene. Endringen i momentumet resulterer i en impuls på turbinbladene og rotoren beveger seg. Prosessen er forklart ved hjelp av Newtons andre lov.
I en impulsturbin økes hastigheten til væsken ved å passere gjennom en rekke dyser før den ledes til rotorbladene. Statorbladene fungerer som dyser og øker hastigheten ved å redusere trykket. Væskestrøm med høyere hastighet (momentum) slår deretter inn rotorbladene for å overføre momentumet til rotorbladene. I løpet av disse stadiene 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 den kinetiske energien til væsken, ikke trykket.
Pelton-hjul og de Laval-turbiner er eksempler på impulsturbinene.
Mer om reaksjonsturbin
Reaksjonsturbiner konverterer energien til væsken ved reaksjon på rotorbladene, når væsken gjennomgår en endring i momentum. Denne prosessen kan sammenlignes med reaksjonen på en rakett av rakettens eksosgassen. Prosessen til reaksjonsturbinene er best forklart ved å bruke Newtons andre lov.
En serie med dyser øker hastigheten til væskestrømmen i statortrinnet. 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 følge av overføring av kinetisk energi til rotorbladene. I reaksjonsturbiner blir ikke bare den kinetiske energien til fluidet, men også energien i fluidet i form av trykk omdannet til mekanisk energi til rotorakselen.
Francis-turbin, Kaplan-turbin og mange av de moderne dampturbinene tilhører denne kategorien.
I moderne turbindesign brukes driftsprinsipper for å generere optimal energiutgang og turbinens natur uttrykkes ved reaksjonsgraden (Λ) til turbinen. Parameteren er i utgangspunktet forholdet mellom trykkfallet i rotortrinnet og statortrinnet.
Λ=(entalpiendring i rotortrinnet) / (entalpiendringen i statortrinnet)
Hva er forskjellen mellom impulsturbin og reaksjonsturbin?
I en impulsturbin oppstår trykkfall (entalpi) fullstendig i statortrinnet, og i reaksjon turbintrykk (entalpi) faller i både rotor- og statortrinn. {Hvis væsken er komprimerbar, ekspanderer (vanligvis) gassen i både rotor- og statortrinn i reaksjonsturbiner.}
Reaksjonsturbinene har to sett med dyser (i statoren og rotoren) mens impulsturbinene har dyser kun i statoren.
I reaksjonsturbiner omdannes både trykk og kinetisk energi til akselenergi, mens i impulsturbiner er det kun den kinetiske energien som brukes til å generere akselenergi.
Operasjonen av impulsturbin er forklart ved hjelp av Newtons tredje lov, og reaksjonsturbinene er forklart ved hjelp av Newtons andre lov.
