Impulse Turbine vs Reaction Turbine
Οι τουρμπίνες είναι μια κατηγορία στροβιλομηχανών που χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή της ενέργειας ενός ρέοντος ρευστού σε μηχανική ενέργεια με τη χρήση μηχανισμών ρότορα. Οι τουρμπίνες, γενικά, μετατρέπουν είτε τη θερμική είτε την κινητική ενέργεια του ρευστού σε έργο. Οι αεριοστρόβιλοι και οι ατμοστρόβιλοι είναι θερμικά στροβιλομηχανήματα, όπου το έργο παράγεται από την αλλαγή της ενθαλπίας του ρευστού εργασίας. δηλ. η δυναμική ενέργεια του ρευστού υπό μορφή πίεσης μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια.
Η βασική δομή ενός στροβίλου αξονικής ροής έχει σχεδιαστεί για να επιτρέπει τη συνεχή ροή ρευστού κατά την εξαγωγή της ενέργειας. Στους θερμικούς στρόβιλους, το λειτουργικό ρευστό σε υψηλή θερμοκρασία και πίεση κατευθύνεται μέσω μιας σειράς ρότορες που αποτελούνται από γωνιακά πτερύγια τοποθετημένα σε έναν περιστρεφόμενο δίσκο προσαρτημένο στον άξονα. Ανάμεσα σε κάθε δίσκο ρότορα, τοποθετούνται σταθερά πτερύγια, τα οποία λειτουργούν ως ακροφύσια και καθοδηγούν τη ροή του υγρού.
Οι τουρμπίνες ταξινομούνται χρησιμοποιώντας πολλές παραμέτρους και η διαίρεση παλμών και αντίδρασης βασίζεται στη μέθοδο μετατροπής της ενέργειας ενός ρευστού σε μηχανική ενέργεια. Ένας παλμικός στρόβιλος παράγει μηχανική ενέργεια εντελώς από την ώθηση του ρευστού όταν κρούεται στα πτερύγια του ρότορα. Ένας στρόβιλος αντίδρασης χρησιμοποιεί το ρευστό από το ακροφύσιο για να δημιουργήσει ορμή στον τροχό του στάτη.
Περισσότερα για την Impulse Turbine
Οι τουρμπίνες ώθησης μετατρέπουν την ενέργεια του ρευστού με τη μορφή πίεσης αλλάζοντας την κατεύθυνση της ροής του ρευστού όταν κρούονται στα πτερύγια του ρότορα. Η αλλαγή της ορμής έχει ως αποτέλεσμα μια ώθηση στα πτερύγια του στροβίλου και ο ρότορας κινείται. Η διαδικασία εξηγείται χρησιμοποιώντας τον δεύτερο νόμο του Newton.
Σε έναν παλμικό στρόβιλο, η ταχύτητα του ρευστού αυξάνεται περνώντας από μια σειρά ακροφυσίων πριν κατευθυνθεί στα πτερύγια του ρότορα. Τα πτερύγια του στάτορα λειτουργούν ως ακροφύσια και αυξάνουν την ταχύτητα μειώνοντας την πίεση. Ρεύμα ρευστού με υψηλότερη ταχύτητα (ορμή) στη συνέχεια προσκρούει με τα πτερύγια του ρότορα, για να μεταφέρει την ορμή στα πτερύγια του ρότορα. Κατά τη διάρκεια αυτών των σταδίων, οι ιδιότητες του ρευστού υφίστανται αλλαγές που είναι χαρακτηριστικές για τους παλμικούς στρόβιλους. Η πτώση πίεσης συμβαίνει εντελώς στα ακροφύσια (δηλαδή στους στάτορες) και η ταχύτητα αυξάνεται σημαντικά στους στάτορες και πέφτει στους ρότορες. Στην ουσία, οι τουρμπίνες ώθησης μετατρέπουν μόνο την κινητική ενέργεια του ρευστού, όχι την πίεση.
Οι τροχοί Pelton και οι στρόβιλοι de Laval είναι παραδείγματα των τουρμπινών ώθησης.
Περισσότερα για το Reaction Turbine
Οι τουρμπίνες αντίδρασης μετατρέπουν την ενέργεια του ρευστού με την αντίδραση στα πτερύγια του δρομέα, όταν το ρευστό υφίσταται αλλαγή στην ορμή. Αυτή η διαδικασία μπορεί να συγκριθεί με την αντίδραση σε έναν πύραυλο από τα καυσαέρια του πυραύλου. Η διαδικασία των στροβίλων αντίδρασης εξηγείται καλύτερα χρησιμοποιώντας τον δεύτερο νόμο του Νεύτωνα.
Μια σειρά ακροφυσίων αυξάνει την ταχύτητα της ροής του ρευστού στο στάδιο του στάτη. Αυτό δημιουργεί πτώση πίεσης και αύξηση της ταχύτητας. Στη συνέχεια, το ρεύμα ρευστού κατευθύνεται προς τα πτερύγια του ρότορα, τα οποία λειτουργούν και ως ακροφύσια. Αυτό μειώνει περαιτέρω την πίεση, αλλά η ταχύτητα πέφτει επίσης ως αποτέλεσμα της μεταφοράς της κινητικής ενέργειας στα πτερύγια του ρότορα. Στους στρόβιλους αντίδρασης, όχι μόνο η κινητική ενέργεια του ρευστού, αλλά και η ενέργεια του ρευστού υπό μορφή πίεσης μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια του άξονα του δρομέα.
Ο στρόβιλος Francis, ο στρόβιλος Kaplan και πολλοί από τους σύγχρονους ατμοστρόβιλους ανήκουν σε αυτήν την κατηγορία.
Στο σύγχρονο σχεδιασμό τουρμπίνας, οι αρχές λειτουργίας χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία βέλτιστης παραγωγής ενέργειας και η φύση του στροβίλου εκφράζεται από το βαθμό αντίδρασης (Λ) του στροβίλου. Η παράμετρος είναι βασικά ο λόγος μεταξύ της πτώσης πίεσης στο στάδιο του ρότορα και του σταδίου του στάτορα.
Λ=(αλλαγή ενθαλπίας στο στάδιο του ρότορα) / (αλλαγή ενθαλπίας στο στάδιο του στάτορα)
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ του Impulse Turbine και του Reaction Turbine;
Σε έναν παλμικό στρόβιλο, η πτώση της πίεσης (ενθαλπίας) εμφανίζεται πλήρως στο στάδιο του στάτη και στην αντίδραση η πίεση του στροβίλου (ενθαλπία) πέφτει τόσο στο στάδιο του δρομέα όσο και στο στάδιο του στάτη. {Εάν το ρευστό είναι συμπιέσιμο, (συνήθως) το αέριο διαστέλλεται τόσο στο στάδιο του ρότορα όσο και στο στάδιο του στάτορα στους στρόβιλους αντίδρασης.}
Οι τουρμπίνες αντίδρασης έχουν δύο σετ ακροφυσίων (στον στάτορα και τον ρότορα) ενώ οι τουρμπίνες ώθησης έχουν ακροφύσια μόνο στον στάτορα.
Στους στρόβιλους αντίδρασης, τόσο η πίεση όσο και η κινητική ενέργεια μετατρέπονται σε ενέργεια άξονα, ενώ, σε τουρμπίνες ώθησης, μόνο η κινητική ενέργεια χρησιμοποιείται για την παραγωγή ενέργειας άξονα.
Η λειτουργία του στροβίλου ώθησης εξηγείται χρησιμοποιώντας τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα και οι τουρμπίνες αντίδρασης εξηγούνται χρησιμοποιώντας τον δεύτερο νόμο του Νεύτωνα.
