Turbine à impulsion vs turbine à réaction
Les turbines sont une classe de turbomachines utilisées pour convertir l'énergie d'un fluide en circulation en énergie mécanique à l'aide de mécanismes de rotor. Les turbines, en général, convertissent l'énergie thermique ou cinétique du fluide en travail. Les turbines à gaz et les turbines à vapeur sont des turbomachines thermiques, où le travail est généré à partir du changement d'enthalpie du fluide de travail; c'est-à-dire que l'énergie potentielle du fluide sous forme de pression est convertie en énergie mécanique.
La structure de base d'une turbine à flux axial est conçue pour permettre un flux continu de fluide tout en extrayant l'énergie. Dans les turbines thermiques, le fluide de travail à haute température et sous pression est dirigé à travers une série de rotors constitués de pales coudées montées sur un disque rotatif fixé à l'arbre. Entre chaque disque de rotor, des pales fixes sont montées, qui agissent comme des buses et guident le flux de fluide.
Les turbines sont classées en utilisant de nombreux paramètres, et la division des impulsions et des réactions est basée sur la méthode de conversion de l'énergie d'un fluide en énergie mécanique. Une turbine à impulsion génère une énergie mécanique entièrement à partir de l'impulsion du fluide lors de l'impact sur les pales du rotor. Une turbine à réaction utilise le fluide de la buse pour créer une impulsion sur la roue du stator.
En savoir plus sur Impulse Turbine
Les turbines à impulsions convertissent l'énergie du fluide sous forme de pression en modifiant la direction de l'écoulement du fluide lorsqu'elles touchent les pales du rotor. Le changement de vitesse se traduit par une impulsion sur les aubes de la turbine et le rotor se déplace. Le processus est expliqué en utilisant la deuxième loi des newtons.
Dans une turbine à impulsions, la vitesse du fluide est augmentée en passant à travers une série de buses avant d'être dirigé vers les pales du rotor. Les aubes du stator agissent comme des buses et augmentent la vitesse en réduisant la pression. Un courant de fluide à vitesse plus élevée (impulsion) heurte ensuite les pales du rotor, pour transférer l'élan aux pales du rotor. Au cours de ces étapes, les propriétés du fluide subissent des modifications caractéristiques des turbines à impulsions. La chute de pression se produit complètement dans les buses (c'est-à-dire les stators), et la vitesse augmente significativement dans les stators et diminue dans les rotors. En substance, les turbines à impulsions ne convertissent que l'énergie cinétique du fluide, pas la pression.
Les roues Pelton et les turbines de Laval sont des exemples de turbines à impulsion.
En savoir plus sur Reaction Turbine
Les turbines à réaction convertissent l'énergie du fluide par la réaction sur les pales du rotor, lorsque le fluide subit un changement d'impulsion. Ce processus peut être comparé à la réaction sur une fusée par les gaz d'échappement de la fusée. Le processus des turbines à réaction est mieux expliqué en utilisant la deuxième loi de Newton.
Une série de buses augmente la vitesse du flux de fluide dans l'étage statorique. Cela crée une chute de pression et une augmentation de la vitesse. Ensuite, le flux de fluide est dirigé vers les pales du rotor, qui font également office de buses. Cela réduit encore la pression, mais la vitesse diminue également en raison du transfert d'énergie cinétique aux pales du rotor. Dans les turbines à réaction, non seulement l'énergie cinétique du fluide, mais également l'énergie du fluide sous forme de pression est convertie en énergie mécanique de l'arbre du rotor.
La turbine Francis, la turbine Kaplan et de nombreuses turbines à vapeur modernes appartiennent à cette catégorie.
Dans la conception de turbine moderne, les principes de fonctionnement sont utilisés pour générer un rendement énergétique optimal et la nature de la turbine est exprimée par le degré de réaction (Λ) de la turbine. Le paramètre est essentiellement le rapport entre la perte de charge dans l'étage rotor et l'étage stator.
Λ = (changement d'enthalpie dans l'étage du rotor) / (changement d'enthalpie dans l'étage du stator)
Quelle est la différence entre la turbine à impulsion et la turbine à réaction?
Dans une turbine à impulsions, la chute de pression (enthalpie) se produit complètement dans l'étage statorique, et dans la turbine à réaction, la pression (enthalpie) chute dans les étages rotor et stator. {Si le fluide est compressible, (généralement) le gaz se dilate dans les étages du rotor et du stator des turbines à réaction.}
Les turbines à réaction ont deux ensembles de buses (dans le stator et le rotor) tandis que les turbines à impulsion ont des buses uniquement dans le stator.
Dans les turbines à réaction, la pression et l'énergie cinétique sont converties en énergie d'arbre tandis que, dans les turbines à impulsions, seule l'énergie cinétique est utilisée pour générer de l'énergie d'arbre.
Le fonctionnement de la turbine à impulsions est expliqué en utilisant la troisième loi de Newton, et les turbines à réaction sont expliquées en utilisant la deuxième loi de Newton.
