Impulsturbine vs. Reaktionsturbine
Turbinen sind eine Klasse von Turbomaschinen, die verwendet werden, um die Energie in einem fließenden Fluid durch den Einsatz von Rotormechanismen in mechanische Energie umzuwandeln. Turbinen wandeln im Allgemeinen entweder thermische oder kinetische Energie des Fluids in Arbeit um. Gasturbinen und Dampfturbinen sind thermische Turbomaschinen, bei denen die Arbeit aus der Enthalpieänderung des Arbeitsmediums erzeugt wird; d.h. die potentielle Energie des Fluids in Form von Druck wird in mechanische Energie umgewandelt.
Die Grundstruktur einer Axialströmungsturbine ist so ausgelegt, dass sie einen kontinuierlichen Flüssigkeitsstrom ermöglicht und gleichzeitig die Energie entzieht. In thermischen Turbinen wird das Arbeitsfluid bei hoher Temperatur und hohem Druck durch eine Reihe von Rotoren geleitet, die aus abgewinkelten Schaufeln bestehen, die auf einer rotierenden Scheibe montiert sind, die an der Welle befestigt ist. Zwischen den einzelnen Rotorscheiben sind Leitschaufeln montiert, die als Düsen fungieren und den Flüssigkeitsstrom leiten.
Turbinen werden anhand vieler Parameter klassifiziert, und die Impuls- und Reaktionsteilung basiert auf der Methode, die Energie eines Fluids in mechanische Energie umzuwandeln. Eine Impulsturbine erzeugt mechanische Energie vollständig aus dem Impuls des Fluids beim Auftreffen auf die Rotorblätter. Eine Reaktionsturbine verwendet die Flüssigkeit aus der Düse, um einen Impuls auf das Leitrad zu erzeugen.
Mehr über Impulsturbine
Impulsturbinen wandeln die Energie der Flüssigkeit in Form von Druck um, indem sie die Richtung der Flüssigkeitsströmung ändern, wenn sie auf die Rotorblätter auftrifft. Durch die Impulsänderung entsteht ein Impuls auf die Turbinenschaufeln und der Rotor bewegt sich. Der Vorgang wird anhand des zweiten Newtonschen Gesetzes erklärt.
In einer Impulsturbine wird die Geschwindigkeit der Flüssigkeit erhöht, indem sie durch eine Reihe von Düsen geleitet wird, bevor sie zu den Rotorblättern geleitet wird. Die Leitschaufeln wirken als Düsen und erhöhen die Geschwindigkeit durch Reduzierung des Drucks. Fluidstrom mit höherer Geschwindigkeit (Impuls) trifft dann auf die Rotorblätter, um den Impuls auf die Rotorblätter zu übertragen. Während dieser Phasen erfahren die Fluideigenschaften Änderungen, die für die Impulsturbinen charakteristisch sind. Der Druckabfall tritt vollständig in den Düsen (d. h. den Statoren) auf, und die Geschwindigkeit nimmt in den Statoren erheblich zu und fällt in den Rotoren ab. Im Wesentlichen wandeln die Impulsturbinen nur die kinetische Energie der Flüssigkeit um, nicht den Druck.
Peltonräder und De-Laval-Turbinen sind Beispiele für Impulsturbinen.
Mehr über Reaktionsturbine
Reaktionsturbinen wandeln die Energie des Fluids durch die Reaktion an den Rotorblättern um, wenn das Fluid eine Impulsänderung erfährt. Dieser Vorgang kann mit der Reaktion auf einer Rakete durch das Abgas der Rakete verglichen werden. Der Prozess der Reaktionsturbinen lässt sich am besten mit dem zweiten Newtonschen Gesetz erklären.
Eine Reihe von Düsen erhöht die Geschwindigkeit des Fluidstroms in der Statorstufe. Dadurch entsteht ein Druckabfall und eine Geschwindigkeitserhöhung. Dann wird der Fluidstrom auf die Rotorblätter gelenkt, die auch als Düsen wirken. Dadurch wird der Druck weiter reduziert, aber auch die Geschwindigkeit sinkt durch die Übertragung der kinetischen Energie auf die Rotorblätter. In Reaktionsturbinen wird nicht nur die kinetische Energie des Fluids, sondern auch die Energie des Fluids in Form von Druck in mechanische Energie der Rotorwelle umgewandelt.
Francis-Turbine, Kaplan-Turbine und viele der modernen Dampfturbinen gehören zu dieser Kategorie.
Im modernen Turbinendesign werden Betriebsprinzipien verwendet, um eine optimale Energieabgabe zu erzeugen, und die Art der Turbine wird durch den Reaktionsgrad (Λ) der Turbine ausgedrückt. Der Parameter ist im Grunde das Verhältnis zwischen dem Druckabfall in der Rotorstufe und der Statorstufe.
Λ=(Enthalpieänderung in der Rotorstufe) / (Enthalpieänderung in der Statorstufe)
Was ist der Unterschied zwischen Impulsturbine und Reaktionsturbine?
In einer Impulsturbine tritt der Druckabfall (Enthalpie) vollständig in der Statorstufe auf, und in der Reaktionsturbine fällt der Druck (Enthalpie) sowohl in der Rotor- als auch in der Statorstufe ab. {Wenn das Fluid kompressibel ist, dehnt sich (normalerweise) das Gas in Reaktionsturbinen sowohl in der Rotor- als auch in der Statorstufe aus.}
Die Reaktionsturbinen haben zwei Düsensätze (im Stator und im Rotor), während Impulsturbinen Düsen nur im Stator haben.
In Reaktionsturbinen werden sowohl Druck- als auch kinetische Energie in Wellenenergie umgewandelt, während in Impulsturbinen nur die kinetische Energie zur Erzeugung von Wellenenergie verwendet wird.
Der Betrieb der Impulsturbine wird mit dem dritten Newtonschen Gesetz erklärt, und die Reaktionsturbinen werden mit dem zweiten Newtonschen Gesetz erklärt.
