Rozdiel medzi plynovou turbínou a parnou turbínou

Plynová turbína vs parná turbína

Turbíny sú triedou turbokompresorov používaných na premenu energie v tečúcej tekutine na mechanickú energiu pomocou rotorových mechanizmov. Turbíny všeobecne premieňajú tepelnú alebo kinetickú energiu tekutiny na prácu. Plynové turbíny a parné turbíny sú stroje s tepelným turbodúchadlom, kde sa práca generuje zmenou entalpie pracovnej tekutiny; To znamená, že potenciálna energia tekutiny vo forme tlaku sa premieňa na mechanickú energiu.

Na základe smeru prúdenia turbín sú rozdelené do turbín s axiálnym tokom a radiálnych turbín. Technicky je turbína expandér, ktorý dodáva mechanický pracovný výkon znížením tlaku, čo je opačná činnosť kompresora. Tento článok sa zameriava na typ turbíny s axiálnym tokom, ktorý je bežnejší v mnohých inžinierskych aplikáciách.

Základná štruktúra turbíny s axiálnym prietokom je navrhnutá tak, aby umožňovala kontinuálny tok tekutiny pri extrahovaní energie. V tepelných turbínach je pracovná tekutina pri vysokej teplote a tlaku riadená radom rotorov pozostávajúcich z uhlových lopatiek namontovaných na rotujúcom kotúči pripevnenom k ​​hriadeľu. Medzi každým rotorovým diskom sú pripevnené stacionárne lopatky, ktoré pôsobia ako dýzy a vedú k toku tekutiny.

Viac informácií o parnej turbíne

Aj keď sa koncepcia používania pary na mechanické práce používala už dlhú dobu, modernú parnú turbínu navrhol anglický inžinier Sir Charles Parsons v roku 1884..

Parná turbína využíva ako pracovnú tekutinu tlakovú paru z kotla. Prehriata para, vstupujúca do turbíny, stráca svoj tlak (entalpiu) pohybujúci sa cez lopatky rotorov a rotory pohybujú hriadeľom, ku ktorému sú pripojené. Parné turbíny dodávajú energiu hladkou a konštantnou rýchlosťou a tepelná účinnosť parnej turbíny je vyššia ako pri piestovom motore. Prevádzka parnej turbíny je optimálna pri vyšších otáčkach.

Presne povedané, turbína je iba jednou zložkou cyklickej operácie používanej na výrobu energie, ktorá je ideálne modelovaná Rankinovým cyklom. Kotly, výmenníky tepla, čerpadlá a kondenzátory sú tiež súčasťou prevádzky, ale nie sú súčasťou turbíny.

V moderných dňoch sa parné turbíny primárne využívajú na výrobu elektrickej energie, ale na začiatku 20. storočia sa parné turbíny používali ako elektráreň pre lode a lokomotívy. Výnimočne sa v niektorých námorných pohonných systémoch, v ktorých sú dieselové motory nepraktické, ako sú lietadlové lode a ponorky, sa parné motory stále používajú..

Viac informácií o plynovej turbíne

Motor s plynovou turbínou alebo jednoducho plynová turbína je motor s vnútorným spaľovaním, ktorý využíva plyny, ako napríklad vzduch, ako pracovnú tekutinu. Termodynamický aspekt prevádzky plynovej turbíny je ideálne modelovaný Braytonovým cyklom.

Motor s plynovou turbínou sa na rozdiel od parnej turbíny skladá z niekoľkých kľúčových komponentov; sú to kompresor, spaľovacia komora a turbína, ktoré sú zostavené pozdĺž rotačného hriadeľa na vykonávanie rôznych úloh spaľovacieho motora. Nasávanie plynu zo vstupu je najprv stlačené pomocou axiálneho kompresora; ktorý vykonáva presný opak jednoduchej turbíny. Stlačený plyn je potom vedený cez difuzér (rozbiehajúcu sa dýzu), v ktorom plyn stráca svoju rýchlosť, ale ďalej zvyšuje teplotu a tlak..

V ďalšom stupni vstupuje plyn do spaľovacej komory, kde je palivo zmiešané s plynom a zapálené. V dôsledku spaľovania teplota a tlak plynu stúpajú na neuveriteľne vysokú úroveň. Tento plyn potom prechádza cez úsek turbíny a pri jeho prechode vytvára rotačný pohyb do hriadeľa. Plynová turbína s priemernou veľkosťou vytvára rýchlosti rotácie hriadeľa až 10 000 ot / min, zatiaľ čo menšie turbíny môžu produkovať až päťnásobok.

Plynové turbíny sa môžu použiť na vytváranie krútiaceho momentu (rotačným hriadeľom), ťahu (vysokorýchlostným výfukovým plynom) alebo obidvoch kombinácií. V prvom prípade, rovnako ako v parnej turbíne, je mechanická práca vykonávaná hriadeľom iba transformáciou entalpie (tlaku) vysokej teploty a tlakového plynu. Časť práce hriadeľa sa používa na pohon kompresora vnútorným mechanizmom. Táto forma plynovej turbíny sa používa hlavne na výrobu elektrickej energie a ako elektrárne pre vozidlá, ako sú cisterny alebo dokonca automobily. Nádrž Abrams v USA M1 používa ako elektráreň motor s plynovou turbínou.

V druhom prípade je vysokotlakový plyn vedený konvergujúcou dýzou na zvýšenie rýchlosti a ťah je generovaný výfukovým plynom. Tento typ plynovej turbíny sa často nazýva prúdový alebo prúdový motor, ktorý poháňa vojenské bojové lietadlo. Turbofan je vyššie uvedený pokročilý variant a kombinácia ťahového a pracovného výkonu sa používa v turbovrtuľových motoroch, kde sa práca hriadeľa používa na pohon vrtule..

Existuje veľa variantov plynových turbín určených na konkrétne úlohy. Sú preferované pred ostatnými motormi (hlavne s piestovými motormi) kvôli ich vysokému pomeru výkonu k hmotnosti, menším vibráciám, vysokým prevádzkovým rýchlostiam a spoľahlivosti. Odpadové teplo sa odvádza takmer úplne ako výfuk. Pri výrobe elektrickej energie sa táto odpadová tepelná energia používa na varenie vody na prevádzku parnej turbíny. Tento proces je známy ako kombinovaná výroba energie z cyklu.

Aký je rozdiel medzi parnou turbínou a plynovou turbínou?

• Parná turbína používa ako pracovnú tekutinu vysokotlakovú paru, zatiaľ čo plynová turbína využíva ako pracovnú tekutinu vzduch alebo iný plyn..

• Parná turbína je v podstate expandér dodávajúci krútiaci moment ako pracovný výkon, zatiaľ čo plynová turbína je kombinovaným zariadením kompresora, spaľovacej komory a turbíny, ktorá vykonáva cyklickú operáciu na dodanie práce buď krútiaceho momentu alebo ťahu..

• Parná turbína je iba komponentom vykonávajúcim jeden krok Rankinovho cyklu, zatiaľ čo motor s plynovou turbínou vykonáva celý Braytonov cyklus..

• Plynové turbíny môžu dodávať krútiaci moment alebo ťah ako pracovný výkon, zatiaľ čo parné turbíny poskytujú takmer vždy krútiaci moment ako pracovný výkon..

• Účinnosť plynových turbín je oveľa vyššia ako parná turbína v dôsledku vyšších prevádzkových teplôt plynových turbín. (Plynové turbíny ~ 1500 ° C a parné turbíny ~ 550 ° C)

• Priestor potrebný pre plynové turbíny je oveľa menší ako prevádzka parných turbín, pretože parná turbína vyžaduje kotly a výmenníky tepla, ktoré by mali byť externe pripojené na pridávanie tepla..

• Plynové turbíny sú všestrannejšie, pretože sa dá použiť veľa palív a pracovná tekutina, ktorá sa musí nepretržite dodávať, je všade k dispozícii (vzduch). Parné turbíny na druhej strane vyžadujú na prevádzku veľké množstvo vody a majú tendenciu spôsobovať problémy pri nízkych teplotách v dôsledku námrazy..