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一种工作流体包含势能(压力头)和动能(速度头)。该流体可以是可压缩的或者不能压缩的。涡轮机采用几种物理原理来收集这种能量:
脉冲涡轮改变高速流体或气体射流的流动方向。由此产生的冲力使涡轮旋转,并使流体流动的动能减少。容器中的液体或气体没有压力变化涡轮叶片(动叶片),就像蒸汽或燃气轮机一样,所有的压降都发生在静叶片(喷嘴)上。在到达涡轮之前,流体的压力水头已更改为速度头通过用加速器加速流体喷嘴。佩尔顿轮和德拉瓦尔涡轮机只使用这个过程。冲击式涡轮机不需要围绕转子的压力壳,因为流体射流在到达转子上的叶片之前由喷嘴产生。牛顿第二定律描述了冲击式涡轮机的能量传递。冲击式涡轮机在流量低而入口压力高的情况下最有效。[3]
反应涡轮机发展转矩通过对气体或流体的压力或质量作出反应。当气体或流体通过涡轮转子叶片时,其压力发生变化。[3]当工作流体作用于涡轮级或涡轮必须完全浸没在流体流中(如风力涡轮机)时,需要压力窗来容纳工作流体。外壳包含并引导工作流体,对于水轮机,保持由通风管。混流式水轮机大多数人蒸汽涡轮机用这个概念。对于可压缩的工作流体,通常使用多个涡轮级来有效地利用膨胀的气体。牛顿第三定律描述反动式涡轮机的能量转移。反动式涡轮机更适合较高流速或流体压头(上游压力)较低的应用。[3]
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