Impulssiturbiini vs reaktioturbiini
Turbiinit ovat turbokoneiden luokka, jota käytetään virtaavan nesteen energian muuttamiseen mekaaniseksi energiaksi roottorimekanismeja käyttämällä. Turbiinit muuntavat yleensä joko nesteen termisen tai kineettisen energian työhön. Kaasuturbiinit ja höyryturbiinit ovat lämpöturbokoneita, joissa työ syntyy työnesteen entalpian muutoksesta; ts. paineen muodossa olevan nesteen potentiaalinen energia muunnetaan mekaaniseksi energiaksi.
Aksiaalisen virtauksen turbiinin perusrakenne on suunniteltu sallimaan jatkuva nestevirtaus samalla kun energia poistetaan. Lämpöturbiineissa käyttöneste korkeassa lämpötilassa ja paineessa ohjataan sarjaan roottoreita, jotka koostuvat kulmikkaista teristä, jotka on asennettu akseliin kiinnitettyyn pyörivään levyyn. Jokaisen roottorilevyn väliin on asennettu paikallaan pysyvät terät, jotka toimivat suuttimina ja ohjaavat nestevirtausta.
Turbiinit luokitellaan käyttämällä monia parametreja, ja impulssi- ja reaktiojako perustuu menetelmään, jolla nesteen energia muunnetaan mekaaniseksi energiaksi. Impulssiturbiini tuottaa mekaanista energiaa kokonaan nesteen impulssista törmäyksessä roottorin siipiin. Reaktioturbiini käyttää suuttimesta tulevaa nestettä voimistamaan staattoripyörää.
Lisätietoja Impulse-turbiinista
Pulssiturbiinit muuttavat nesteen energian paineen muodossa muuttamalla nestevirtauksen suuntaa, kun ne törmäävät roottorin siipiin. Vauhdin muutos johtaa impulssiin turbiinin siipiin ja roottori liikkuu. Prosessi selitetään käyttäen newtonin toista lakia.
Impulssiturbiinissa nesteen nopeutta kasvatetaan kulkemalla sarjan suuttimia läpi ennen kuin ne ohjataan roottorin siipiin. Staattorin siivet toimivat suuttimina ja lisäävät nopeutta vähentämällä painetta. Suuremman nopeuden (momentin) nestevirta törmää sitten roottorin siipiin siirtääkseen impulssin roottorin siipiin. Näiden vaiheiden aikana nesteen ominaisuuksissa tapahtuu muutoksia, jotka ovat ominaisia impulssiturbiinille. Painehäviö tapahtuu kokonaan suuttimissa (ts. Staattoreissa), ja nopeus kasvaa merkittävästi staattoreissa ja putoaa roottoreissa. Pohjimmiltaan impulssiturbiinit muuntavat vain nesteen kineettisen energian, eivät paineen.
Pelton-pyörät ja de Laval-turbiinit ovat esimerkkejä impulssiturbiinista.
Lisätietoja reaktioturbiinista
Reaktioturbiinit muuttavat nesteen energian roottorin siipien reaktiolla, kun nesteen vauhti muuttuu. Tätä prosessia voidaan verrata raketin reaktioon raketin pakokaasulla. Reaktioturbiinien prosessi selitetään parhaiten käyttämällä Newtonin toista lakia.
Sarja suuttimia lisää nestevirran nopeutta staattorivaiheessa. Tämä luo painehäviön ja nopeuden kasvun. Sitten nestevirta ohjataan roottorin siipiin, jotka toimivat myös suuttimina. Tämä vähentää edelleen painetta, mutta nopeus laskee myös kineettisen energian siirron seurauksena roottorin siipiin. Reaktioturbiinissa paitsi nesteen kineettinen energia myös nesteen paineen muodossa oleva energia muunnetaan roottorin akselin mekaaniseksi energiaksi.
Francis-turbiini, Kaplan-turbiini ja monet modernit höyryturbiinit kuuluvat tähän luokkaan.
Nykyaikaisessa turbiinisuunnittelussa optimaalisen energiantuotannon tuottamiseksi käytetään toimintaperiaatteita, ja turbiinin luonne ilmaistaan turbiinin reaktioasteella (Λ). Parametri on periaatteessa roottorivaiheen ja staattorin vaiheen painehäviön suhde.
Λ = (entalpian muutos roottorivaiheessa) / (entalpian muutos staattorivaiheessa)
Mitä eroa on impulssiturbiinilla ja reaktioturbiinilla?
Impulssiturbiinissa paineen (entalpian) pudotus tapahtuu kokonaan staattorivaiheessa, ja reaktioturbiinin paine (entalpia) laskee sekä roottori- että staattorivaiheessa. {Jos neste on kokoon puristettavissa, (yleensä) kaasu laajenee sekä roottori- että staattorivaiheessa reaktioturbiinissa.}
Reaktioturbiineilla on kaksi suutinsarjaa (staattorissa ja roottorissa), kun taas impulssiturbiinien suuttimet ovat vain staattorissa.
Reaktioturbiinissa sekä paine että kineettinen energia muunnetaan akselienergiaksi, kun taas impulssiturbiinissa vain kineettistä energiaa käytetään akselin energian tuottamiseen.
Impulssiturbiinin toiminta selitetään Newtonin kolmannella lailla, ja reaktioturbiinit selitetään Newtonin toisella lailla.
