Impulzná turbína verzus reakčná turbína
Turbíny sú triedou turbostrojov používaných na premenu energie v prúdiacej tekutine na mechanickú energiu pomocou rotorových mechanizmov. Turbíny vo všeobecnosti premieňajú tepelnú alebo kinetickú energiu tekutiny na prácu. Plynové turbíny a parné turbíny sú tepelné turbostroje, kde práca vzniká zmenou entalpie pracovnej tekutiny; t.j. potenciálna energia tekutiny vo forme tlaku sa premieňa na mechanickú energiu.
Základná konštrukcia turbíny s axiálnym prietokom je navrhnutá tak, aby umožňovala nepretržité prúdenie tekutiny pri extrakcii energie. V tepelných turbínach je pracovná tekutina pri vysokej teplote a tlaku vedená cez sériu rotorov pozostávajúcu zo šikmých lopatiek namontovaných na rotujúcom disku pripevnenom k hriadeľu. Medzi každým kotúčom rotora sú namontované stacionárne lopatky, ktoré fungujú ako dýzy a usmerňujú tok tekutiny.
Turbíny sa klasifikujú podľa mnohých parametrov a delenie impulzov a reakcií je založené na metóde premeny energie tekutiny na mechanickú energiu. Impulzná turbína generuje mechanickú energiu úplne z impulzu kvapaliny pri náraze na lopatky rotora. Reakčná turbína využíva kvapalinu z dýzy na vytvorenie hybnosti na statorovom kolese.
Viac o Impulznej turbíne
Impulzné turbíny premieňajú energiu tekutiny vo forme tlaku zmenou smeru prúdenia tekutiny pri náraze na lopatky rotora. Zmena hybnosti má za následok impulz na lopatky turbíny a rotor sa pohybuje. Tento proces je vysvetlený pomocou Newtonovho druhého zákona.
V impulznej turbíne sa rýchlosť tekutiny zvyšuje prechodom cez sériu dýz predtým, ako je nasmerovaná na lopatky rotora. Lopatky statora fungujú ako dýzy a zvyšujú rýchlosť znížením tlaku. Prúd kvapaliny s vyššou rýchlosťou (hybnosťou) potom naráža na listy rotora, aby preniesol hybnosť na listy rotora. Počas týchto štádií prechádzajú vlastnosti kvapaliny zmenami, ktoré sú charakteristické pre impulzné turbíny. K poklesu tlaku dochádza úplne v dýzach (t. j. statoroch) a rýchlosť sa výrazne zvyšuje v statoroch a klesá v rotoroch. Impulzné turbíny v podstate premieňajú iba kinetickú energiu tekutiny, nie tlak.
Peltonove kolesá a de Lavalove turbíny sú príklady impulzných turbín.
Viac o reakčnej turbíne
Reakčné turbíny premieňajú energiu tekutiny reakciou na lopatkách rotora, keď tekutina podlieha zmene hybnosti. Tento proces možno prirovnať k reakcii na rakete výfukovými plynmi rakety. Proces reakčných turbín sa najlepšie vysvetľuje pomocou druhého Newtonovho zákona.
Séria trysiek zvyšuje rýchlosť prúdu tekutiny v stupni statora. To spôsobuje pokles tlaku a zvýšenie rýchlosti. Potom je prúd tekutiny nasmerovaný na lopatky rotora, ktoré tiež fungujú ako dýzy. To ďalej znižuje tlak, ale tiež klesá rýchlosť v dôsledku prenosu kinetickej energie na listy rotora. V reakčných turbínach sa nielen kinetická energia kvapaliny, ale aj energia v kvapaline vo forme tlaku premieňa na mechanickú energiu hriadeľa rotora.
Francisova turbína, Kaplanova turbína a mnohé z moderných parných turbín patria do tejto kategórie.
V modernej konštrukcii turbín sa na generovanie optimálneho energetického výkonu využívajú princípy činnosti a charakter turbíny je vyjadrený stupňom reakcie (Λ) turbíny. Parameter je v podstate pomer medzi poklesom tlaku v stupni rotora a stupni statora.
Λ=(zmena entalpie na stupni rotora) / (zmena entalpie na stupni statora)
Aký je rozdiel medzi impulznou turbínou a reakčnou turbínou?
V impulznej turbíne dochádza k úplnému poklesu tlaku (entalpie) v statorovom stupni a v reakčnej turbíne k poklesu tlaku (entalpie) na stupňoch rotora aj statora. {Ak je kvapalina stlačiteľná, (zvyčajne) plyn expanduje v oboch stupňoch rotora aj statora v reakčných turbínach.
Reakčné turbíny majú dve sady trysiek (v statore a rotore), zatiaľ čo impulzné turbíny majú trysky iba v statore.
V reakčných turbínach sa tlaková aj kinetická energia premieňa na energiu hriadeľa, zatiaľ čo v impulzných turbínach sa na generovanie energie hriadeľa využíva iba kinetická energia.
Prevádzka impulznej turbíny je vysvetlená pomocou tretieho Newtonovho zákona a reakčné turbíny sú vysvetlené pomocou druhého Newtonovho zákona.
