Impulsa turbīna pret reakcijas turbīnu
Turbīnas ir turbo iekārtu klase, ko izmanto, lai plūstošā šķidrumā esošo enerģiju pārveidotu mehāniskā enerģijā, izmantojot rotora mehānismus. Turbīnas parasti pārvērš šķidruma termisko vai kinētisko enerģiju darbā. Gāzes turbīnas un tvaika turbīnas ir termiskās turbo iekārtas, kurās darbs rodas no darba šķidruma entalpijas maiņas; i., šķidruma potenciālā enerģija spiediena veidā tiek pārvērsta mehāniskajā enerģijā.
Aksiālās plūsmas turbīnas pamatstruktūra ir veidota tā, lai nodrošinātu nepārtrauktu šķidruma plūsmu, vienlaikus iegūstot enerģiju. Termoturbīnās darba šķidrums augstā temperatūrā un spiedienā tiek virzīts caur virkni rotoru, kas sastāv no leņķveida lāpstiņām, kas uzstādītas uz rotējoša diska, kas piestiprināts pie vārpstas. Starp katriem rotora diskiem ir uzstādīti stacionāri lāpstiņas, kas darbojas kā sprauslas un vada šķidruma plūsmu.
Turbīnas klasificē, izmantojot daudzus parametrus, un impulsu un reakcijas dalīšanas pamatā ir metode šķidruma enerģijas pārvēršanai mehāniskajā enerģijā. Impulsu turbīna ģenerē mehānisko enerģiju pilnībā no šķidruma impulsa, kad tiek trieciens uz rotora lāpstiņām. Reakcijas turbīna izmanto šķidrumu no sprauslas, lai radītu impulsu statora ritenim.
Vairāk par impulsu turbīnu
Impulsu turbīnas pārveido šķidruma enerģiju spiediena veidā, mainot šķidruma plūsmas virzienu, kad tās ietekmē rotora lāpstiņas. Impulsa maiņa rada impulsu uz turbīnas lāpstiņām un rotors kustas. Process ir izskaidrots, izmantojot otro ņūtona likumu.
Impulsu turbīnā šķidruma ātrums tiek palielināts, izejot cauri virknei sprauslu, pirms tas tiek novirzīts uz rotora lāpstiņām. Statora lāpstiņas darbojas kā sprauslas un palielina ātrumu, samazinot spiedienu. Šķidruma plūsma ar lielāku ātrumu (impulsu) pēc tam iedarbojas ar rotora lāpstiņām, lai pārnestu impulsu uz rotora lāpstiņām. Šajos posmos notiek izmaiņas šķidruma īpašībās, kas raksturīgas impulsu turbīnām. Spiediena kritums pilnībā notiek sprauslās (t.i., statoros), un ātrums ievērojami palielinās statoros un samazinās rotoros. Būtībā impulsu turbīnas pārvērš tikai šķidruma kinētisko enerģiju, nevis spiedienu.
Pelton riteņi un de Laval turbīnas ir impulsu turbīnu piemēri.
Vairāk par reakcijas turbīnu
Reakcijas turbīnas pārveido šķidruma enerģiju, reaģējot uz rotora lāpstiņām, kad šķidrumam notiek impulsa maiņa. Šo procesu var salīdzināt ar reakciju uz raķeti ar raķetes izplūdes gāzēm. Reakcijas turbīnu procesu vislabāk var izskaidrot, izmantojot Ņūtona otro likumu.
Sprauslu sērija palielina šķidruma plūsmas ātrumu statora stadijā. Tas rada spiediena kritumu un ātruma palielināšanos. Pēc tam šķidruma plūsma tiek novirzīta uz rotora lāpstiņām, kas darbojas arī kā sprauslas. Tas vēl vairāk samazina spiedienu, bet arī ātrums samazinās, jo kinētiskā enerģija tiek pārnesta uz rotora lāpstiņām. Reakcijas turbīnās ne tikai šķidruma kinētiskā enerģija, bet arī šķidrumā esošā enerģija spiediena veidā tiek pārvērsta rotora vārpstas mehāniskajā enerģijā.
Francis turbīna, Kaplan turbīna un daudzas mūsdienu tvaika turbīnas pieder šai kategorijai.
Mūsdienu turbīnu konstrukcijā darbības principi tiek izmantoti, lai radītu optimālu enerģijas izvadi, un turbīnas raksturu izsaka ar turbīnas reakcijas pakāpi (Λ). Parametrs būtībā ir attiecība starp spiediena kritumu rotora un statora pakāpē.
Λ=(entalpijas izmaiņas rotora pakāpē) / (entalpijas izmaiņas statora pakāpē)
Kāda ir atšķirība starp impulsu turbīnu un reakcijas turbīnu?
Impulsu turbīnā spiediena (entalpijas) kritums pilnībā notiek statora stadijā, savukārt reakcijas turbīnas spiediens (entalpija) samazinās gan rotora, gan statora stadijā. {Ja šķidrums ir saspiežams, (parasti) gāze reakcijas turbīnās izplešas gan rotora, gan statora stadijā.}
Reakcijas turbīnām ir divi sprauslu komplekti (statorā un rotorā), savukārt impulsu turbīnām ir sprauslas tikai statorā.
Reakcijas turbīnās gan spiediens, gan kinētiskā enerģija tiek pārvērsta vārpstas enerģijā, savukārt impulsu turbīnās vārpstas enerģijas ģenerēšanai tiek izmantota tikai kinētiskā enerģija.
Impulsu turbīnas darbība ir izskaidrota, izmantojot Ņūtona trešo likumu, un reakcijas turbīnas ir izskaidrotas, izmantojot Ņūtona otro likumu.
