Impulsturbine und Reaktionsturbine
Dampfturbinen können abhängig von ihrer Konstruktion, dem Betriebsdruck, der Größe und vielen anderen Parametern in verschiedene Kategorien eingeteilt werden. Es gibt jedoch zwei Grundtypen von Dampfturbinen:
- Impulsturbinen
- Reaktionsturbinen .
Der Hauptunterschied ist die Art und Weise, in der sich der Dampf beim Durchströmen der Turbine ausdehnt.
Impulsturbine und Reaktionsturbine
Dampfturbinentypen, die auf der Schaufelgeometrie und dem Energieumwandlungsprozess basieren, sind Impulsturbinen und Reaktionsturbinen.
Impulsturbine
Die Impulsturbine besteht aus beweglichen Schaufeln, die sich mit festen Düsen abwechseln . In der Impulsturbine wird der Dampf in festen Düsen expandiert und bleibt beim Überqueren der Schaufeln auf konstantem Druck. Curtis-Turbine , Rateau-Turbine oder Brown-Curtis-Turbine sind Impulsturbinen. Die ursprüngliche Dampfturbine, die De Laval, war eine Impulsturbine mit einem Schaufelrad.
Der gesamte Dampfdruckabfall findet nur in stationären Düsen statt. Obwohl die theoretischen Impulsschaufeln praktisch keinen Druckabfall in den beweglichen Schaufeln aufweisen, damit die Strömung über die beweglichen Schaufeln stattfinden kann, muss auch über die beweglichen Schaufeln ein geringer Druckabfall auftreten.
In Impulsturbinen dehnt sich der Dampf durch die Düse aus, wo der größte Teil der Druckpotentialenergie in kinetische Energie umgewandelt wird. Der Hochgeschwindigkeitsdampf aus festen Düsen trifft auf die Schaufeln , ändert ihre Richtung , was wiederum eine Kraft ausübt . Der resultierende Impuls treibt die Blätter vorwärts und bewirkt, dass sich der Rotor dreht. Das Hauptmerkmal dieser Turbinen ist, dass der Druckabfall pro einzelne Stufe ziemlich groß sein kann, was große Schaufeln und eine geringere Anzahl von Stufen ermöglicht. Mit Ausnahme von Anwendungen mit geringem Stromverbrauch sind Turbinenschaufeln in mehreren Stufen in Reihe angeordnet, was als Compoundieren bezeichnet wird und den Wirkungsgrad bei niedrigen Drehzahlen erheblich verbessert.
Moderne Dampfturbinen verwenden häufig sowohl Reaktion als auch Impuls in derselben Einheit und variieren typischerweise den Reaktionsgrad und den Impuls von der Schaufelwurzel bis zu ihrer Peripherie. Die Rotorblätter sind normalerweise wie ein Impulsblatt an der Fäule und wie ein Reaktionsblatt an der Spitze aufgebaut.
Da die Curtis-Stufen den Druck und die Temperatur der Flüssigkeit bei einem hohen Arbeitsanteil pro Stufe erheblich auf ein moderates Niveau reduzieren. Eine übliche Anordnung besteht darin, auf der Hochdruckseite eine oder mehrere Curtis-Stufen bereitzustellen, gefolgt von einer Rateau- oder Reaktionsstufe. Im Allgemeinen wird unter Berücksichtigung der Reibung die Reaktionsstufe als die effizienteste befunden, gefolgt von Rateau und Curtis in dieser Reihenfolge. Reibungsverluste sind für Curtis-Stufen signifikant, da diese proportional zur quadratischen Dampfgeschwindigkeit sind. Der Grund dafür, dass Reibungsverluste in der Reaktionsstufe weniger bedeutend sind, liegt in der Tatsache, dass sich der Dampf kontinuierlich ausdehnt und daher die Strömungsgeschwindigkeiten geringer sind.
Reaktionsturbine – Parsons Turbine
Die Reaktionsturbine besteht aus beweglichen Schaufeln ( Düsen ), die sich mit festen Düsen abwechseln . In der Reaktionsturbine wird der Dampf in festen Düsen und auch in den beweglichen Düsen expandiert. Mit anderen Worten, der Dampf dehnt sich kontinuierlich aus, wenn er über die Schaufeln strömt. Es gibt Druck- und Geschwindigkeitsverlust in den beweglichen Schaufeln. Die beweglichen Schaufeln haben eine konvergierende Dampfdüse. Wenn der Dampf über die festen Schaufeln strömt, dehnt er sich daher mit abnehmendem Dampfdruck und zunehmender kinetischer Energie aus.
In Reaktionsturbinen expandiert der Dampf durch die feste Düse, wo die Druckpotentialenergie in kinetische Energie umgewandelt wird. Der Hochgeschwindigkeits – Dampf aus festen Düsen Auswirkungen der Schaufeln (Düsen), ändert seine Richtung und durchläuft weitere Expansion . Die Richtungsänderung und die Teambeschleunigung des Teams üben eine Kraft aus. Der resultierende Impuls treibt die Blätter vorwärts und bewirkt, dass sich der Rotor dreht. Es gibt keine Nettoveränderung der Dampfgeschwindigkeit über die Stufe, sondern eine Abnahme sowohl des Drucks als auch der Temperatur, was die beim Antreiben des Rotors geleistete Arbeit widerspiegelt. Bei diesem Turbinentyp finden die Druckabfälle in mehreren Stufen statt, da der Druckabfall in einer einzigen Stufe begrenzt ist.
Das Hauptmerkmal dieses Turbinentyps ist, dass im Gegensatz zur Impulsturbine der Druckabfall pro Stufe geringer ist , so dass die Schaufeln kleiner werden und die Anzahl der Stufen zunimmt . Andererseits sind Reaktionsturbinen normalerweise effizienter, dh sie haben einen höheren „Wirkungsgrad der isentropischen Turbine“ . Die Reaktionsturbine wurde von Sir Charles Parsons erfunden und ist als Parsons-Turbine bekannt.
Im Fall von Dampfturbinen, wie sie zur Stromerzeugung verwendet würden, würde eine Reaktionsturbine ungefähr die doppelte Anzahl von Schaufelreihen als Impulsturbine bei gleichem Grad an thermischer Energieumwandlung erfordern . Während dies die Reaktionsturbine viel länger und schwerer macht, ist der Gesamtwirkungsgrad einer Reaktionsturbine bei gleicher Wärmeenergieumwandlung geringfügig höher als der der äquivalenten Impulsturbine.
Moderne Dampfturbinen verwenden häufig sowohl Reaktion als auch Impuls in derselben Einheit und variieren typischerweise den Reaktionsgrad und den Impuls von der Schaufelwurzel bis zu ihrer Peripherie. Die Rotorblätter sind normalerweise wie ein Impulsblatt an der Fäule und wie ein Reaktionsblatt an der Spitze aufgebaut.
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