Différence entre la turbine à impulsion et la turbine à réaction

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 au moyen de mécanismes à rotor. Les turbines, en général, convertissent en énergie thermique ou cinétique du fluide. Les turbines à gaz et les turbines à vapeur sont des turbomachines thermiques dans lesquelles le travail est généré par le 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 de l'énergie. Dans les turbines thermiques, le fluide de travail à température élevée et à pression élevée est dirigé à travers une série de rotors constitués d'aubes 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 selon de nombreux paramètres. La division impulsion / réaction repose sur la méthode de conversion de l’énergie d’un fluide en énergie mécanique. Une turbine à impulsions génère complètement de l'énergie mécanique à partir de l'impulsion du fluide lors d'un impact sur les pales du rotor. Une turbine à réaction utilise le fluide de la buse pour créer de la dynamique sur la roue du stator.

En savoir plus sur la turbine à impulsion

Les turbines à impulsions convertissent l’énergie du fluide sous forme de pression en modifiant la direction de l’écoulement du fluide lorsqu’il est impacté par les pales du rotor. La modification de la quantité de mouvement se traduit par une impulsion sur les aubes de la turbine et le mouvement du rotor. Le processus est expliqué en utilisant la deuxième loi de newtons.

Dans une turbine à impulsions, la vitesse du fluide augmente en passant par une série de buses avant d’être dirigée vers les pales du rotor. Les aubes de stator jouent le rôle de buses et augmentent la vitesse en réduisant la pression. Un flux de fluide avec une vitesse plus élevée (quantité de mouvement) frappe ensuite les pales du rotor pour transférer la quantité de mouvement aux pales du rotor. Au cours de ces étapes, les propriétés du fluide subissent des modifications caractéristiques des turbines à impulsion. La chute de pression se produit complètement dans les buses (c'est-à-dire les stators) et la vitesse augmente de manière significative dans les stators et diminue dans les rotors. Essentiellement, les turbines à impulsion convertissent uniquement l’énergie cinétique du fluide et non la pression..

Les roues Pelton et les turbines de Laval sont des exemples de turbines à impulsion.

En savoir plus sur la turbine à réaction

Les turbines à réaction convertissent l'énergie du fluide par la réaction sur les pales du rotor, lorsque le fluide subit un changement de quantité de mouvement. 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 du stator. 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 jouent également le rôle de buses. Cela réduit davantage la pression, mais la vitesse diminue également suite au transfert d'énergie cinétique vers les 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 sont converties en énergie mécanique de l’arbre du rotor.

Les turbines Francis, Kaplan et de nombreuses turbines à vapeur modernes appartiennent à cette catégorie..

Dans la conception moderne des turbines, 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 () de la turbine. Le paramètre est essentiellement le rapport entre la perte de charge dans l’étage du rotor et celui du stator.

Λ = (changement d'enthalpie à l'étage du rotor) / (changement d'enthalpie à 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 du stator et, dans la turbine à réaction (chute), dans les étages du rotor et du stator. Si le fluide est compressible, (généralement) le gaz se dilate dans les étages du rotor et du stator dans les turbines à réaction.

Les turbines à réaction comportent deux jeux de buses (dans le stator et le rotor), tandis que les turbines à impulsions 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 dans l’arbre..

Le fonctionnement de la turbine à impulsions est expliqué à l'aide de la troisième loi de Newton et les turbines à réaction à l'aide de la deuxième loi de Newton.