Impulzní turbína vs. reakční turbína
Turbíny jsou třídou turbostrojů používaných k přeměně energie v proudící tekutině na mechanickou energii pomocí mechanismů rotoru. Turbíny obecně přeměňují buď tepelnou nebo kinetickou energii tekutiny na práci. Plynové turbíny a parní turbíny jsou tepelné turbostroje, kde práce vzniká změnou entalpie pracovní tekutiny; tj. potenciální energie tekutiny ve formě tlaku se přemění na mechanickou energii.
Základní konstrukce turbíny s axiálním prouděním je navržena tak, aby umožňovala kontinuální proudění tekutiny při odebírání energie. V tepelných turbínách je pracovní tekutina o vysoké teplotě a tlaku vedena přes řadu rotorů sestávajících z úhlových lopatek namontovaných na rotujícím disku připojeném k hřídeli. Mezi jednotlivými rotorovými disky jsou namontovány stacionární lopatky, které fungují jako trysky a usměrňují tok tekutiny.
Turbíny jsou klasifikovány pomocí mnoha parametrů a dělení impulsů a reakcí je založeno na metodě přeměny energie tekutiny na mechanickou energii. Impulzní turbína generuje mechanickou energii zcela z impulsu kapaliny při dopadu na lopatky rotoru. Reakční turbína využívá kapalinu z trysky k vytvoření hybnosti na statorovém kole.
Více o Impulzní turbíně
Impulzní turbíny přeměňují energii tekutiny ve formě tlaku změnou směru proudění tekutiny při dopadu na lopatky rotoru. Změna hybnosti má za následek impuls na lopatky turbíny a rotor se pohybuje. Tento proces je vysvětlen pomocí Newtonova druhého zákona.
V impulsní turbíně se rychlost tekutiny zvyšuje průchodem přes řadu trysek předtím, než je nasměrována na lopatky rotoru. Lopatky statoru fungují jako trysky a zvyšují rychlost snížením tlaku. Proud tekutiny s vyšší rychlostí (hybností) pak naráží na lopatky rotoru, aby přenesl hybnost na lopatky rotoru. Během těchto fází podléhají vlastnosti kapaliny změnám, které jsou charakteristické pro impulsní turbíny. K poklesu tlaku dochází zcela v tryskách (tj. statorech) a rychlost se výrazně zvyšuje ve statorech a klesá v rotorech. Impulzní turbíny v podstatě převádějí pouze kinetickou energii tekutiny, nikoli tlak.
Peltonova kola a de Lavalovy turbíny jsou příklady impulsních turbín.
Více o Reaction Turbine
Reakční turbíny přeměňují energii tekutiny reakcí na lopatkách rotoru, když tekutina podléhá změně hybnosti. Tento proces lze přirovnat k reakci na raketě výfukovými plyny rakety. Proces reakčních turbín lze nejlépe vysvětlit pomocí druhého Newtonova zákona.
Série trysek zvyšuje rychlost proudu tekutiny ve statorovém stupni. To způsobí pokles tlaku a zvýšení rychlosti. Poté je proud tekutiny směrován na lopatky rotoru, které také fungují jako trysky. To dále snižuje tlak, ale také klesá rychlost v důsledku přenosu kinetické energie na listy rotoru. V reakčních turbínách se nejen kinetická energie kapaliny, ale také energie v kapalině ve formě tlaku přeměňuje na mechanickou energii hřídele rotoru.
Francisova turbína, Kaplanova turbína a mnoho moderních parních turbín patří do této kategorie.
V moderní konstrukci turbíny se pro vytvoření optimálního energetického výkonu používají principy provozu a charakter turbíny je vyjádřen stupněm reakce (Λ) turbíny. Parametr je v podstatě poměr mezi poklesem tlaku v rotorovém stupni a statorovém stupni.
Λ=(změna entalpie na stupni rotoru) / (změna entalpie na stupni statoru)
Jaký je rozdíl mezi impulsní turbínou a reakční turbínou?
U impulsní turbíny dochází k úplnému poklesu tlaku (entalpie) ve statorovém stupni a v reakční turbíně k poklesu tlaku (entalpie) jak v rotorovém, tak statorovém stupni. {Pokud je kapalina stlačitelná, (obvykle) plyn expanduje v obou stupních rotoru i statoru v reakčních turbínách.
Reakční turbíny mají dvě sady trysek (ve statoru a rotoru), zatímco impulsní turbíny mají trysky pouze ve statoru.
V reakčních turbínách se tlaková i kinetická energie přeměňují na energii hřídele, zatímco u impulsních turbín se k výrobě energie hřídele využívá pouze kinetická energie.
Fungování impulsní turbíny je vysvětleno pomocí třetího Newtonova zákona a reakční turbíny jsou vysvětleny pomocí druhého Newtonova zákona.
