Импульстік турбина және реакция турбинасы
Турбиналар – роторлы механизмдерді қолдану арқылы ағып жатқан сұйықтықтағы энергияны механикалық энергияға түрлендіру үшін қолданылатын турбомашиналар класы. Турбиналар, жалпы алғанда, сұйықтықтың жылу немесе кинетикалық энергиясын жұмысқа түрлендіреді. Газ турбиналары мен бу турбиналары жылу турбо машиналары болып табылады, мұнда жұмыс жұмыс сұйықтығының энтальпиясының өзгеруінен туындайды; яғни қысым түріндегі сұйықтықтың потенциалдық энергиясы механикалық энергияға айналады.
Осьтік ағынды турбинаның негізгі құрылымы энергияны алу кезінде сұйықтықтың үздіксіз ағынын қамтамасыз етуге арналған. Термиялық турбиналарда жұмыс сұйықтығы жоғары температурада және қысымда білікке бекітілген айналмалы дискіге орнатылған бұрыштық қалақтардан тұратын роторлар сериясы арқылы бағытталады. Әрбір ротор дискілерінің арасында саптама ретінде әрекет ететін және сұйықтық ағынын басқаратын стационарлық қалақтар орнатылады.
Турбиналар көптеген параметрлерді пайдалана отырып жіктеледі және импульстік және реакциялық бөлу сұйықтықтың энергиясын механикалық энергияға айналдыру әдісіне негізделген. Импульстік турбина ротор қалақтарына соқтығысқан кезде сұйықтықтың импульсінен механикалық энергияны толығымен жасайды. Реакция турбинасы статор дөңгелегінде импульс жасау үшін саптамадағы сұйықтықты пайдаланады.
Импульстік турбина туралы толығырақ
Импульсті турбиналар ротор қалақтарына соғылған кезде сұйықтық ағынының бағытын өзгерту арқылы сұйықтықтың энергиясын қысым түріндегі түрлендіреді. Импульстің өзгеруі турбина қалақтарына импульс әкеледі және ротор қозғалады. Процесс Ньютонның екінші заңы арқылы түсіндіріледі.
Импульстік турбинада сұйықтықтың жылдамдығы ротор қалақтарына бағытталмас бұрын саптамалар тізбегінен өту арқылы артады. Статор қалақтары саптама ретінде әрекет етеді және қысымды азайту арқылы жылдамдықты арттырады. Жылдамдығы (импульсі) жоғары сұйықтық ағыны импульсті ротор қалақтарына беру үшін ротор қалақтарына соғылады. Бұл кезеңдерде сұйықтықтың қасиеттері импульстік турбиналарға тән өзгерістерге ұшырайды. Қысымның төмендеуі саптамаларда (яғни статорларда) толығымен орын алады, ал статорларда жылдамдық айтарлықтай артады және роторларда төмендейді. Негізінде, импульстік турбиналар қысымды емес, тек сұйықтықтың кинетикалық энергиясын түрлендіреді.
Пелтон дөңгелектері мен де Лавал турбиналары импульстік турбиналардың мысалдары болып табылады.
Реакция турбинасы туралы толығырақ
Реакциялық турбиналар сұйықтықтың импульсінің өзгеруіне ұшыраған кезде ротор қалақшаларындағы реакция арқылы сұйықтықтың энергиясын түрлендіреді. Бұл процесті зымыранның пайдаланылған газының зымырандағы реакциясымен салыстыруға болады. Реакция турбиналарының процесі Ньютонның екінші заңы арқылы жақсы түсіндіріледі.
Саптамалар сериясы статор сатысындағы сұйықтық ағынының жылдамдығын арттырады. Бұл қысымның төмендеуіне және жылдамдықтың жоғарылауына әкеледі. Содан кейін сұйықтық ағыны ротордың қалақтарына бағытталады, олар сонымен қатар саптамалар ретінде әрекет етеді. Бұл қысымды одан әрі төмендетеді, бірақ кинетикалық энергияны ротор қалақтарына беру нәтижесінде жылдамдық та төмендейді. Реакциялық турбиналарда сұйықтықтың кинетикалық энергиясы ғана емес, сонымен қатар қысым түріндегі сұйықтықтағы энергия ротор білігінің механикалық энергиясына айналады.
Фрэнсис турбинасы, Каплан турбинасы және көптеген заманауи бу турбиналары осы санатқа жатады.
Қазіргі турбина конструкциясында жұмыс принциптері оңтайлы энергия шығару үшін пайдаланылады және турбинаның табиғаты турбинаның реакция дәрежесімен (Λ) көрсетіледі. Параметр негізінен ротор сатысындағы қысымның төмендеуі мен статор сатысының арасындағы қатынас болып табылады.
Λ=(ротор сатысындағы энтальпияның өзгеруі) / (статор сатысындағы энтальпияның өзгеруі)
Импульстік турбинаның реакциялық турбинаның айырмашылығы неде?
Импульсті турбинада қысымның (энтальпияның) төмендеуі статор сатысында толығымен орын алады, ал реакцияда турбиналық қысым (энтальпия) ротор және статор сатыларында төмендейді. {Егер сұйықтық сығылатын болса, (әдетте) газ реакция турбиналарында ротор және статор сатыларында кеңейеді.}
Реакция турбиналарында саптамалардың екі жинағы (статорда және роторда), ал импульстік турбиналарда тек статорда саптамалар болады.
Реакциялық турбиналарда қысым да, кинетикалық энергия да білік энергиясына айналады, ал импульстік турбиналарда тек кинетикалық энергия білік энергиясын өндіруге жұмсалады.
Импульстік турбинаның жұмысы Ньютонның үшінші заңы арқылы түсіндіріледі, ал реакция турбиналары Ньютонның екінші заңы арқылы түсіндіріледі.
