Импульсная турбина против реактивной турбины
Турбины - это класс турбомашин, используемых для преобразования энергии текущей жидкости в механическую энергию с помощью роторных механизмов. Турбины, как правило, преобразуют тепловую или кинетическую энергию жидкости в работу. Газовые турбины и паровые турбины относятся к тепловым турбомашинам, в которых работа производится за счет изменения энтальпии рабочего тела; т. е. потенциальная энергия жидкости в виде давления преобразуется в механическую энергию.
Основная конструкция турбины с осевым потоком предназначена для обеспечения непрерывного потока жидкости при извлечении энергии. В тепловых турбинах рабочее тело при высокой температуре и давлении направляется через ряд роторов, состоящих из наклонных лопаток, установленных на вращающемся диске, прикрепленном к валу. Между дисками каждого ротора установлены стационарные лопасти, которые действуют как сопла и направляют поток жидкости.
Турбины классифицируются по многим параметрам, а деление на импульсные и реактивные основано на способе преобразования энергии жидкости в механическую энергию. Импульсная турбина вырабатывает механическую энергию полностью от импульса жидкости при воздействии на лопасти ротора. Реактивная турбина использует жидкость из сопла для создания импульса на колесе статора.
Подробнее об импульсной турбине
Импульсные турбины преобразуют энергию жидкости в форму давления, изменяя направление потока жидкости при воздействии на лопасти ротора. Изменение количества движения приводит к импульсу на лопатках турбины, и ротор движется. Процесс объясняется с помощью второго закона Ньютона.
В импульсной турбине скорость жидкости увеличивается за счет прохождения через серию сопел, прежде чем она будет направлена на лопасти ротора. Лопасти статора действуют как сопла и увеличивают скорость за счет снижения давления. Затем поток жидкости с более высокой скоростью (импульсом) сталкивается с лопастями ротора, чтобы передать импульс лопастям ротора. На этих стадиях свойства жидкости претерпевают изменения, характерные для импульсных турбин. Падение давления происходит полностью в соплах (т.е. статорах), а скорость значительно возрастает в статорах и падает в роторах. По сути, импульсные турбины преобразуют только кинетическую энергию жидкости, а не давление.
Колеса Пельтона и турбины де Лаваля являются примерами импульсных турбин.
Подробнее о реактивной турбине
Реакционные турбины преобразуют энергию жидкости за счет реакции на лопасти ротора, когда жидкость претерпевает изменение импульса. Этот процесс можно сравнить с реакцией на ракету выхлопных газов ракеты. Процесс реактивных турбин лучше всего объясняется с помощью второго закона Ньютона.
Ряд форсунок увеличивает скорость потока жидкости в ступени статора. Это создает падение давления и увеличение скорости. Затем поток жидкости направляется на лопасти несущего винта, выполняющие также функции форсунок. Это дополнительно снижает давление, но скорость также падает в результате передачи кинетической энергии на лопасти ротора. В реактивных турбинах не только кинетическая энергия жидкости, но и энергия жидкости в виде давления преобразуется в механическую энергию вала ротора.
Турбина Фрэнсиса, турбина Каплана и многие современные паровые турбины относятся к этой категории.
В конструкции современной турбины принципы работы используются для получения оптимальной выходной энергии, а характер турбины выражается степенью реакции (Λ) турбины. Параметр в основном представляет собой соотношение между перепадом давления в ступени ротора и ступени статора.
Λ=(изменение энтальпии в ступени ротора) / (изменение энтальпии в ступени статора)
В чем разница между импульсной турбиной и реактивной турбиной?
В импульсной турбине падение давления (энтальпии) происходит полностью в статорной ступени, а в реактивной турбине давление (энтальпия) падает как в роторной, так и в статорной ступенях. {Если жидкость сжимаема, (обычно) газ расширяется как в роторной, так и в статорной ступенях реактивных турбин.}
Реакционные турбины имеют два комплекта сопел (в статоре и роторе), а импульсные турбины имеют сопла только в статоре.
В реактивных турбинах давление и кинетическая энергия преобразуются в энергию вала, в то время как в импульсных турбинах только кинетическая энергия используется для генерации энергии вала.
Работа импульсной турбины объясняется с помощью третьего закона Ньютона, а реактивных турбин - с помощью второго закона Ньютона.
