טורבינת אימפולס לעומת טורבינת תגובה
טורבינות הן סוג של מכונות טורבו המשמשות להמרת האנרגיה בנוזל זורם לאנרגיה מכנית על ידי שימוש במנגנוני רוטור. טורבינות, באופן כללי, ממירות אנרגיה תרמית או קינטית של הנוזל לעבודה. טורבינות גז וטורבינות קיטור הן מכונות טורבו תרמיות, שבהן העבודה נוצרת משינוי האנטלפיה של נוזל העבודה; כלומר, האנרגיה הפוטנציאלית של הנוזל בצורת לחץ מומרת לאנרגיה מכנית.
המבנה הבסיסי של טורבינת זרימה צירית נועד לאפשר זרימה רציפה של נוזל תוך מיצוי האנרגיה.בטורבינות תרמיות, נוזל העבודה בטמפרטורה גבוהה ובלחץ מופנה דרך סדרה של רוטורים המורכבים מלהבים זוויתיים המורכבים על דיסק מסתובב המחובר לפיר. בין כל דסקיות רוטור, מותקנים להבים נייחים, הפועלים כחרירים ומנחים את זרימת הנוזל.
טורבינות מסווגות באמצעות פרמטרים רבים, וחלוקת הדחפים והתגובה מבוססת על שיטת המרת האנרגיה של נוזל לאנרגיה מכנית. טורבינת דחף מייצרת אנרגיה מכנית לחלוטין מדחף הנוזל בעת פגיעה בלהבי הרוטור. טורבינת תגובה משתמשת בנוזל מהזרבובית כדי ליצור מומנטום על גלגל הסטטור.
עוד על Impulse Turbine
טורבינות אימפולס ממירות את האנרגיה של הנוזל בצורה של לחץ על ידי שינוי כיוון זרימת הנוזל כאשר נפגעות על להבי הרוטור. השינוי במומנטום מביא לדחף על להבי הטורבינה והרוטור נע.התהליך מוסבר באמצעות החוק השני של ניוטון.
בטורבינת דחף, מהירות הנוזל מוגברת על ידי מעבר דרך סדרה של חרירים לפני הפנייה ללהבי הרוטור. להבי הסטטור פועלים בתור החרירים ומגבירים את המהירות על ידי הפחתת הלחץ. זרם נוזל עם מהירות גבוהה יותר (מומנטום) ואז פוגע בלהבי הרוטור, כדי להעביר את המומנטום ללהבי הרוטור. בשלבים אלו, תכונות הנוזל עוברות שינויים האופייניים לטורבינות הדחף. ירידת הלחץ מתרחשת לחלוטין בחרירים (כלומר הסטטורים), והמהירות עולה משמעותית בסטטורים וירידות ברוטורים. למעשה, טורבינות הדחף ממירות רק את האנרגיה הקינטית של הנוזל, לא את הלחץ.
גלגלי פלטון וטורבינות דה לאבל הן דוגמאות לטורבינות הדחף.
עוד על Reaction Turbine
טורבינות תגובה ממירות את האנרגיה של הנוזל על ידי התגובה על להבי הרוטור, כאשר הנוזל עובר שינוי במומנטום.ניתן להשוות תהליך זה לתגובה על רקטה על ידי גז הפליטה של הרקטה. את התהליך של טורבינות התגובה ניתן להסביר בצורה הטובה ביותר באמצעות החוק השני של ניוטון.
סדרה של חרירים מגבירה את מהירות זרם הנוזל בשלב הסטטור. זה יוצר ירידת לחץ ועלייה במהירות. לאחר מכן זרם הנוזל מופנה אל להבי הרוטור, אשר פועלים גם כחרירים. זה מפחית עוד יותר את הלחץ, אבל המהירות יורדת גם כתוצאה מהעברת אנרגיה קינטית להבי הרוטור. בטורבינות תגובה, לא רק האנרגיה הקינטית של הנוזל, אלא גם האנרגיה בנוזל בצורת לחץ מומרת לאנרגיה מכנית של ציר הרוטור.
טורבינת פרנסיס, טורבינת קפלן ורבות מטורבינות הקיטור המודרניות שייכות לקטגוריה זו.
בתכנון טורבינה מודרני, נעשה שימוש בעקרונות הפעולה ליצירת תפוקת אנרגיה אופטימלית ואופי הטורבינה מתבטא במידת התגובה (Λ) של הטורבינה.הפרמטר הוא בעצם היחס בין ירידת הלחץ בשלב הרוטור לשלב הסטטור.
Λ=(שינוי אנטלפיה בשלב הרוטור) / (שינוי אנטלפיה בשלב הסטטור)
מה ההבדל בין טורבינת אימפולס לטורבינת התגובה?
בטורבינת דחף, ירידת לחץ (אנטלפיה) מתרחשת לחלוטין בשלב הסטטור, ובתגובה לחץ הטורבינה (אנטלפיה) יורד בשלבי הרוטור והסטטור. {אם הנוזל ניתן לדחיסה, (בדרך כלל) הגז מתרחב הן בשלבי הרוטור והן בשלבי הסטטור בטורבינות תגובה.}
לטורבינות התגובה יש שני סטים של חרירים (בסטטור וברוטור) בעוד שלטורבינות דחף יש חרירים רק בסטטור.
בטורבינות תגובה, הן הלחץ והן האנרגיה הקינטית מומרים לאנרגיית פיר בעוד שבטורבינות דחף, רק האנרגיה הקינטית משמשת ליצירת אנרגיית פיר.
פעולת טורבינת דחף מוסברת באמצעות החוק השלישי של ניוטון, וטורבינות התגובה מוסברות באמצעות החוק השני של ניוטון.
