Різниця між газовою та паровою турбіною

Газова турбіна проти парової турбіни

Турбіни - це клас турбокомп'ютерів, що використовуються для перетворення енергії в проточній рідині в механічну енергію за допомогою роторних механізмів. Турбіни, як правило, перетворюють в роботу або теплову, або кінетичну енергію рідини. Газові турбіни і парові турбіни - це теплові турбомашини, де робота створюється внаслідок зміни ентальпії робочої рідини; тобто потенційна енергія рідини у вигляді тиску перетворюється на механічну енергію.

Виходячи з напрямку потоку рідини, турбіни класифікуються на турбіни осьового потоку і турбіни радіального потоку. Технічно турбіна - це розширювач, який забезпечує механічний вихід роботи за рахунок зниження тиску, що є протилежною роботою компресора. Ця стаття присвячена типу турбін осьового потоку, що є більш поширеним у багатьох інженерних сферах.

Основна структура турбіни осьового потоку розроблена таким чином, щоб забезпечити безперервний потік рідини при витягуванні енергії. У теплових турбінах робоча рідина при високій температурі і тиску спрямовується через ряд роторів, що складаються з кутових лопатей, встановлених на обертовому диску, прикріпленому до вала. Між кожними дисками ротора встановлені нерухомі лопаті, які виконують роль форсунок і направляючих потоку рідини.

Більше про парову турбіну

Незважаючи на те, що концепція використання пари для виконання механічних робіт була використана протягом тривалого часу, сучасну парову турбіну розробив англійський інженер сер Чарльз Парсонс у 1884 році.

Парова турбіна використовує пар під тиском котла як робочу рідину. Перегріта пара, що надходить у турбіну, втрачає свій тиск (ентальпія), рухаючись через лопаті роторів, а ротори переміщують вал, до якого вони підключені. Парові турбіни подають потужність з плавною, постійною швидкістю, а тепловий ККД парової турбіни вище, ніж у зворотно-поступального двигуна. Робота парової турбіни оптимальна при більш високих станах оборотів.

Суворо, турбіна - це лише одна складова циклічної роботи, що використовується для виробництва електроенергії, яка ідеально моделюється циклом Ранкіна. Котли, теплообмінники, насоси та конденсатори також є складовими роботи, але не є частинами турбіни.

У сучасні часи первинне використання парових турбін призначене для виробництва електроенергії, але на початку 20 століття парові турбіни використовувались як електростанція для кораблів і локомотивних двигунів. Як виняток, у деяких морських силових установах, де дизельні двигуни недоцільно, наприклад, авіаносці та підводні човни, парові машини все ще застосовуються.

Детальніше про газову турбіну

Газотурбінний двигун або просто газова турбіна - це двигун внутрішнього згоряння, використовуючи такі гази, як повітря, як робоча рідина. Термодинамічний аспект роботи газової турбіни ідеально моделюється циклом Брейтона.

Газотурбінний двигун, на відміну від парової турбіни, складається з декількох ключових компонентів; це компресор, камера згоряння і турбіна, які зібрані вздовж обертового валу для виконання різних завдань двигуна внутрішнього згоряння. Споживання газу з вхідного отвору спочатку стискається за допомогою осьового компресора; яка виконує точну протилежність простої турбіни. Потім газ, що знаходиться під тиском, спрямовується через ступінь дифузора (розходячої форсунки), в якій газ втрачає свою швидкість, але збільшує температуру і тиск далі.

На наступному етапі газ потрапляє в камеру згоряння, де паливо змішується з газом і запалюється. В результаті горіння температура і тиск газу піднімаються до неймовірно високого рівня. Потім цей газ проходить через секцію турбіни, а при проходженні через неї виробляє обертальний рух до вала. Газова турбіна середнього розміру виробляє частоту обертання вала до 10 000 об / хв, тоді як менші турбіни можуть виробляти в 5 разів більше.

Газові турбіни можна використовувати для отримання крутного моменту (за допомогою обертового вала), тяги (при високошвидкісних вихлопах газу) або обох у поєднанні. У першому випадку, як і в паровій турбіні, механічна робота, що подається валом, - це лише перетворення ентальпії (тиску) газу високої температури та тиску. Частина роботи валу використовується для приводу компресора через внутрішній механізм. Ця форма газової турбіни використовується в основному для виробництва електроенергії та як електростанції для транспортних засобів, таких як танки і навіть автомобілі. Американський танк M1 Abrams використовує газотурбінний двигун як електростанцію.

У другому випадку газ високого тиску направляють через збірну форсунку для збільшення швидкості, а тяга створюється вихлопними газами. Цей тип газової турбіни часто називають реактивним двигуном або турбореактивним двигуном, що забезпечує потужність військового винищувача. Турбовентилятор є вдосконаленим вищевказаним варіантом, і комбінація як тяги, так і генерації роботи використовується в турбовинтових двигунах, де робота валу використовується для приводу гвинтового гвинта..

Існує багато варіантів газових турбін, призначених для конкретних завдань. Вони віддають перевагу перед іншими двигунами (в основному поршневими двигунами) через високе співвідношення потужності до ваги, менше вібрацій, високих швидкостей роботи та надійності. Відхідне тепло розсіюється майже повністю як вихлоп. У виробництві електроенергії ця відпрацьована теплова енергія використовується для кип'ятіння води для роботи парової турбіни. Цей процес відомий як комбінований цикл генерації електроенергії.

Яка різниця між паровою турбіною та газовою турбіною?

• Парова турбіна використовує пар високого тиску як робочу рідину, тоді як газова турбіна використовує повітря або інший газ як робочу рідину.

• Парова турбіна - це, в основному, розширювач, що забезпечує крутний момент, як робочий вихід, тоді як газова турбіна - це комбінований пристрій компресора, камери згоряння та турбіни, що виконує циклічну операцію для доставки роботи як крутного моменту, так і тяги..

• Парова турбіна - це лише компонент, що виконує один крок циклу Ранкіна, тоді як газотурбінний двигун виконує весь цикл Брейтона.

• Газові турбіни можуть спрацьовувати крутний момент або тягу як вихідний результат, тоді як парові турбіни майже весь час надають крутний момент як робочий вихід.

• ККД газових турбін набагато вищий, ніж парової турбіни через більш високі робочі температури газових турбін. (Газові турбіни ~ 1500 0C і парові турбіни ~ 550 0C)

• Місце, необхідне для газових турбін, набагато менше, ніж робота парової турбіни, оскільки для парової турбіни потрібні котли та теплообмінники, які повинні бути підключені зовні для подачі тепла.

• Газові турбіни є більш універсальними, оскільки можна використовувати багато видів палива, а робоча рідина, яку потрібно подавати постійно, завжди доступна скрізь (повітря). Парові турбіни, з іншого боку, потребують великої кількості води для роботи і, як правило, створюють проблеми при зниженій температурі через обмерзання..