กังหันแรงกระตุ้นเทียบกับกังหันปฏิกิริยา
กังหันเป็นเครื่องจักรประเภทเทอร์โบที่ใช้ในการแปลงพลังงานในของเหลวที่ไหลเป็นพลังงานกลโดยใช้กลไกของโรเตอร์ โดยทั่วไปแล้ว กังหันจะแปลงพลังงานความร้อนหรือพลังงานจลน์ของของเหลวให้เป็นงาน กังหันก๊าซและกังหันไอน้ำเป็นเครื่องจักรเทอร์โบความร้อน ซึ่งงานนี้เกิดจากการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีของของไหลทำงาน นั่นคือ พลังงานศักย์ของของไหลในรูปของความดันจะถูกแปลงเป็นพลังงานกล
โครงสร้างพื้นฐานของกังหันไหลตามแนวแกนได้รับการออกแบบมาเพื่อให้ของเหลวไหลอย่างต่อเนื่องในขณะที่ดึงพลังงานในเทอร์ไบน์เทอร์ไบน์ สารทำงานที่อุณหภูมิสูงและความดันจะถูกส่งผ่านชุดโรเตอร์ที่ประกอบด้วยใบมีดทำมุมซึ่งติดตั้งอยู่บนจานหมุนที่ติดอยู่กับเพลา ระหว่างจานโรเตอร์แต่ละอัน ใบมีดแบบอยู่กับที่ซึ่งทำหน้าที่เป็นหัวฉีดและนำทางการไหลของของเหลว
กังหันถูกจำแนกโดยใช้พารามิเตอร์หลายอย่าง และการแบ่งแรงกระตุ้นและปฏิกิริยาจะขึ้นอยู่กับวิธีการแปลงพลังงานของของไหลเป็นพลังงานกล กังหันอิมพัลส์สร้างพลังงานกลโดยสมบูรณ์จากแรงกระตุ้นของของไหลเมื่อกระทบกับใบพัด กังหันปฏิกิริยาใช้ของเหลวจากหัวฉีดเพื่อสร้างโมเมนตัมบนล้อสเตเตอร์
เพิ่มเติมเกี่ยวกับ Impulse Turbine
อิมพัลส์เทอร์ไบน์แปลงพลังงานของของไหลในรูปของแรงดันโดยการเปลี่ยนทิศทางของการไหลของของไหลเมื่อกระทบกับใบพัด การเปลี่ยนแปลงของโมเมนตัมส่งผลให้เกิดแรงกระตุ้นต่อใบพัดกังหันและโรเตอร์เคลื่อนที่อธิบายกระบวนการโดยใช้กฎข้อที่สองของนิวตัน
ในอิมพัลส์เทอร์ไบน์ ความเร็วของของไหลจะเพิ่มขึ้นโดยผ่านชุดหัวฉีดก่อนที่จะถูกส่งไปยังใบพัด ใบพัดสเตเตอร์ทำหน้าที่เป็นหัวฉีดและเพิ่มความเร็วโดยการลดแรงดัน กระแสของไหลที่มีความเร็วสูงกว่า (โมเมนตัม) จากนั้นกระทบกับใบพัดของโรเตอร์ เพื่อถ่ายโอนโมเมนตัมไปยังใบพัด ในระหว่างขั้นตอนเหล่านี้ คุณสมบัติของของเหลวจะเปลี่ยนแปลงไปซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของกังหันอิมพัลส์ แรงดันตกคร่อมเกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์ในหัวฉีด (เช่น สเตเตอร์) และความเร็วจะเพิ่มขึ้นอย่างมากในสเตเตอร์และลดลงในโรเตอร์ โดยพื้นฐานแล้ว อิมพัลส์เทอร์ไบน์จะเปลี่ยนพลังงานจลน์ของของไหลเท่านั้น ไม่ใช่แรงดัน
ล้อเพลตันและกังหันเดอลาวาลเป็นตัวอย่างของอิมพัลส์เทอร์ไบน์
เพิ่มเติมเกี่ยวกับ Reaction Turbine
กังหันปฏิกิริยาจะแปลงพลังงานของของไหลโดยปฏิกิริยาบนใบพัด เมื่อของไหลผ่านการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมกระบวนการนี้สามารถเปรียบเทียบได้กับปฏิกิริยาบนจรวดโดยก๊าซไอเสียของจรวด กระบวนการของกังหันปฏิกิริยาอธิบายได้ดีที่สุดโดยใช้กฎข้อที่สองของนิวตัน
ชุดหัวฉีดเพิ่มความเร็วของกระแสของไหลในระยะสเตเตอร์ สิ่งนี้สร้างแรงดันตกคร่อมและเพิ่มความเร็ว จากนั้นกระแสของไหลจะถูกส่งไปยังใบพัดซึ่งทำหน้าที่เป็นหัวฉีดด้วยเช่นกัน สิ่งนี้จะช่วยลดความดันลงได้ แต่ความเร็วก็ลดลงเช่นกันอันเป็นผลมาจากการถ่ายโอนพลังงานจลน์ไปยังใบพัด ในกังหันปฏิกิริยา ไม่เพียงแต่พลังงานจลน์ของของไหล แต่ยังรวมถึงพลังงานในของเหลวในรูปของความดันด้วย จะถูกแปลงเป็นพลังงานกลของเพลาโรเตอร์ด้วย
กังหันฟรานซิส กังหัน Kaplan และกังหันไอน้ำสมัยใหม่จำนวนมากอยู่ในหมวดหมู่นี้
ในการออกแบบกังหันสมัยใหม่ หลักการทำงานจะใช้เพื่อสร้างพลังงานที่เหมาะสมที่สุด และธรรมชาติของกังหันแสดงโดยระดับของปฏิกิริยา (Λ) ของกังหันพารามิเตอร์นั้นเป็นอัตราส่วนระหว่างแรงดันตกในขั้นตอนโรเตอร์และสเตเตอร์
Λ=(การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีในระยะโรเตอร์) / (การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีในระยะสเตเตอร์)
แรงกระตุ้น Turbine กับ Reaction Turbine ต่างกันอย่างไร
ในอิมพัลส์เทอร์ไบน์ แรงดันตก (เอนทาลปี) เกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์ในระยะสเตเตอร์ และในแรงดันกังหันปฏิกิริยา (เอนทาลปี) จะลดลงทั้งในระยะโรเตอร์และสเตเตอร์ {หากของเหลวถูกบีบอัดได้ (โดยปกติ) แก๊สจะขยายตัวทั้งในระยะโรเตอร์และสเตเตอร์ในเทอร์ไบน์ปฏิกิริยา}
กังหันปฏิกิริยามีหัวฉีดสองชุด (ในสเตเตอร์และโรเตอร์) ในขณะที่อิมพัลส์เทอร์ไบน์มีหัวฉีดในสเตเตอร์เท่านั้น
ในกังหันปฏิกิริยา ทั้งแรงดันและพลังงานจลน์จะถูกแปลงเป็นพลังงานเพลา ในขณะที่กังหันแรงกระตุ้น พลังงานจลน์เท่านั้นที่ใช้เพื่อสร้างพลังงานเพลา
อธิบายการทำงานของกังหันอิมพัลส์โดยใช้กฎข้อที่สามของนิวตัน และอธิบายกังหันปฏิกิริยาโดยใช้กฎข้อที่สองของนิวตัน
