Impulsturbine versus reactieturbine
Turbines zijn een klasse van turbomachines die worden gebruikt om de energie in een stromende vloeistof om te zetten in mechanische energie door middel van rotormechanismen. Turbines zetten in het algemeen thermische of kinetische energie van de vloeistof om in arbeid. Gasturbines en stoomturbines zijn thermische turbomachines, waarbij het werk wordt gegenereerd door de enthalpie-verandering van de werkvloeistof; dwz de potentiële energie van de vloeistof in de vorm van druk wordt omgezet in mechanische energie.
De basisstructuur van een axiale turbine is ontworpen om een continue vloeistofstroom mogelijk te maken terwijl de energie wordt onttrokken. In thermische turbines wordt het werkfluïdum met een hoge temperatuur en een druk door een reeks rotoren geleid, bestaande uit schuine bladen die zijn gemonteerd op een roterende schijf die aan de as is bevestigd. Tussen elke rotorschijf zijn stationaire bladen gemonteerd, die als mondstukken werken en de vloeistofstroom geleiden.
Turbines worden geclassificeerd met behulp van veel parameters en de impuls- en reactiedeling is gebaseerd op de methode om de energie van een vloeistof om te zetten in mechanische energie. Een impulsturbine wekt mechanische energie volledig op uit de impuls van de vloeistof wanneer deze op de rotorbladen botst. Een reactieturbine gebruikt de vloeistof uit het mondstuk om een momentum op het statorwiel te creëren.
Meer over Impulsturbine
Impulsturbines zetten de energie van het fluïdum om in de vorm van druk door de richting van de fluïdumstroom te veranderen bij een botsing met de rotorbladen. De verandering in het momentum resulteert in een impuls op de turbinebladen en de rotor beweegt. Het proces wordt uitgelegd aan de hand van de tweede wet van Newton.
In een impulsturbine wordt de snelheid van het fluïdum verhoogd door door een reeks mondstukken te gaan voordat het naar de rotorbladen wordt geleid. De statorbladen werken als de mondstukken en verhogen de snelheid door de druk te verminderen. Vloeistofstroom met een hogere snelheid (momentum) dan botst met de rotorbladen, om het momentum over te brengen op de rotorbladen. Tijdens deze fasen ondergaan de vloeistofeigenschappen veranderingen die kenmerkend zijn voor de impulsturbines. De drukval treedt volledig op in de nozzles (dwz de stators), en de snelheid neemt significant toe in de stators en daalt in de rotors. In wezen zetten de impulsturbines alleen de kinetische energie van vloeistof om, niet de druk.
Pelton-wielen en de Laval-turbines zijn voorbeelden van de impulsturbines.
Meer over Reactieturbine
Reactieturbines zetten de energie van de vloeistof om door de reactie op de rotorbladen, wanneer de vloeistof een verandering in momentum ondergaat. Dit proces is te vergelijken met de reactie op een raket door het uitlaatgas van de raket. Het proces van de reactieturbines kan het beste worden uitgelegd aan de hand van de tweede wet van Newton.
Een reeks mondstukken verhoogt de snelheid van de vloeistofstroom in de statortrap. Dit zorgt voor een drukval en een toename van de snelheid. Vervolgens wordt de vloeistofstroom naar de rotorbladen geleid, die ook als mondstukken fungeren. Hierdoor wordt de druk verder verlaagd, maar daalt ook de snelheid door overdracht van kinetische energie naar rotorbladen. Bij reactieturbines wordt niet alleen de kinetische energie van het fluïdum, maar ook de energie in het fluïdum in de vorm van druk omgezet in mechanische energie van de rotoras.
Francis-turbine, Kaplan-turbine en veel van de moderne stoomturbines behoren tot deze categorie.
In modern turbineontwerp worden werkingsprincipes gebruikt om een optimale energieopbrengst te genereren en de aard van de turbine wordt uitgedrukt door de reactiegraad (Λ) van de turbine. De parameter is in feite de verhouding tussen de drukval in de rotortrap en de statortrap.
Λ = (enthalpie verandering in de rotortrap) / (enthalpie verandering in de statortrap)
Wat is het verschil tussen impulsturbine en reactieturbine?
In een impulsturbine treedt drukval (enthalpie) volledig op in de statortrap en in reactieturbinedruk (enthalpie) daalt zowel in rotor- als statortrap. {Als de vloeistof samendrukbaar is, zet het gas (meestal) uit in zowel de rotor- als de statortrap in reactieturbines.}
De reactieturbines hebben twee sets mondstukken (in de stator en rotor), terwijl impulsturbines alleen mondstukken in de stator hebben.
In reactieturbines wordt zowel druk als kinetische energie omgezet in assenergie, terwijl in impulsturbines alleen de kinetische energie wordt gebruikt om assenergie op te wekken.
De werking van impulsturbines wordt uitgelegd aan de hand van de derde wet van Newton en de reactieturbines worden uitgelegd aan de hand van de tweede wet van Newton.
