Rozdíl mezi plynovou turbínou a parní turbínou

Plynová turbína vs parní turbína

Turbíny jsou třídou turbo strojů používaných k přeměně energie v tekoucí tekutině na mechanickou energii pomocí rotorových mechanismů. Turbíny obecně převádějí buď tepelnou nebo kinetickou energii tekutiny do práce. Plynové turbíny a parní turbíny jsou termální turbo stroje, kde se práce generuje změnou entalpie pracovní tekutiny; tj. potenciální energie tekutiny ve formě tlaku je přeměněna na mechanickou energii.

Na základě směru proudění tekutin se turbíny rozdělují na axiální a turbíny s radiálním prouděním. Technicky je turbína expandér, který poskytuje mechanický pracovní výkon snížením tlaku, což je opačná operace kompresoru. Tento článek se zaměřuje na typ turbíny s axiálním tokem, která je běžnější v mnoha inženýrských aplikacích.

Základní struktura turbíny s axiálním tokem je navržena tak, aby umožňovala nepřetržitý tok tekutiny při extrahování energie. V tepelných turbínách je pracovní tekutina při vysoké teplotě a tlaku směrována prostřednictvím řady rotorů sestávajících z úhlových lopatek namontovaných na rotačním disku připojeném k hřídeli. Mezi každým rotorovým diskem jsou umístěny stacionární lopatky, které fungují jako trysky a vedou k toku tekutiny.

Více o parní turbíně

I když koncept používání páry k provádění mechanické práce byl používán po dlouhou dobu, moderní parní turbína byla navržena anglickým inženýrem Sirem Charlesem Parsonsem v roce 1884.

Parní turbína používá jako pracovní tekutinu tlakovou páru z kotle. Přehřátá pára vstupující do turbíny ztrácí svůj tlak (entalpii) pohybující se lopatkami rotorů a rotory pohybují hřídelí, ke které jsou připojeny. Parní turbíny dodávají energii hladkou a konstantní rychlostí a tepelná účinnost parní turbíny je vyšší než u pístového motoru. Provoz parní turbíny je optimální při vyšších otáčkách.

Přesněji řečeno, turbína je pouze jednou součástí cyklické operace používané pro výrobu energie, která je ideálně modelována Rankinovým cyklem. Kotle, výměníky tepla, čerpadla a kondenzátory jsou také součástí operace, ale nejsou součástí turbíny.

V moderních dnech, primární použití parních turbín je pro výrobu elektrické energie, ale na začátku 20. století byly parní turbíny používány jako elektrárna pro lodě a lokomotivní motory. Výjimečně, v některých lodních pohonných systémech, kde jsou dieselové motory nepraktické, jako jsou letadlové lodě a ponorky, se parní motory stále používají.

Více o plynové turbíně

Motor s plynovou turbínou nebo jednoduše plynová turbína je motor s vnitřním spalováním, využívající jako pracovní tekutinu plyny, jako je vzduch. Termodynamický aspekt provozu plynové turbíny je ideálně modelován Braytonovým cyklem.

Motor s plynovou turbínou se na rozdíl od parní turbíny skládá z několika klíčových komponent; jedná se o kompresor, spalovací komoru a turbínu, které jsou sestaveny podél rotační hřídele, aby vykonávaly různé úkoly spalovacího motoru. Příjem plynu ze vstupu je nejprve stlačen pomocí axiálního kompresoru; který provádí přesný opak jednoduché turbíny. Tlakový plyn je poté veden skrz difuzor (rozbíhavou trysku), ve kterém plyn ztrácí svou rychlost, ale dále zvyšuje teplotu a tlak..

V další fázi vstupuje plyn do spalovací komory, kde je palivo smícháno s plynem a zapáleno. V důsledku spalování stoupá teplota a tlak plynu na neuvěřitelně vysokou úroveň. Tento plyn pak prochází úsekem turbíny a při průchodu produkuje rotační pohyb do hřídele. Plynová turbína průměrné velikosti produkuje rychlosti rotace hřídele až 10 000 ot / min, zatímco menší turbíny mohou produkovat 5krát více.

Plynové turbíny mohou být použity k vytvoření točivého momentu (rotační hřídelí), tahu (vysokorychlostním výfukem plynu) nebo obojí v kombinaci. V prvním případě, jako v parní turbíně, je mechanická práce prováděná šachtou pouze transformací entalpie (tlaku) vysoké teploty a tlakového plynu. Část práce na hřídeli se používá k pohonu kompresoru vnitřním mechanismem. Tato forma plynové turbíny se používá hlavně pro výrobu elektrické energie a jako elektrárny pro vozidla, jako jsou nádrže nebo dokonce automobily. Americký tank Abrams M1 používá jako pohonnou jednotku motor s plynovou turbínou.

V druhém případě je vysokotlaký plyn veden konvergující tryskou pro zvýšení rychlosti a tah je generován výfukovým plynem. Tento typ plynové turbíny se často nazývá proudový motor nebo proudový motor, který pohání vojenské stíhací letadlo. Turbofan je pokročilá varianta výše a kombinace jak tahu, tak generování práce se používá v turbovrtulových motorech, kde se práce hřídele používá k pohonu vrtule..

Existuje mnoho variant plynových turbín určených pro specifické úkoly. Jsou upřednostňovány před ostatními motory (zejména pístovými motory) kvůli jejich vysokému poměru výkonu k hmotnosti, menším vibracím, vysokým provozním rychlostem a spolehlivosti. Odpadní teplo se odvádí téměř úplně jako výfuk. Při výrobě elektrické energie se tato odpadní tepelná energie používá k varu vody pro provoz parní turbíny. Tento proces je známý jako výroba energie v kombinovaném cyklu.

Jaký je rozdíl mezi parní turbínou a plynovou turbínou??

• Parní turbína používá jako pracovní tekutinu vysokotlakou páru, zatímco plynová turbína používá jako pracovní tekutinu vzduch nebo jiný plyn.

• Parní turbína je v zásadě expandér dodávající točivý moment jako pracovní výkon, zatímco plynová turbína je kombinovaným zařízením kompresoru, spalovací komory a turbíny provádějící cyklickou operaci, která dodává práci jako točivý moment nebo tah.

• Parní turbína je pouze součást provádějící jeden krok Rankinova cyklu, zatímco motor s plynovou turbínou provádí celý Braytonův cyklus.

• Plynové turbíny mohou dodávat buď točivý moment nebo tah jako pracovní výkon, zatímco parní turbíny téměř vždy poskytují točivý moment jako pracovní výkon.

• Účinnost plynových turbín je mnohem vyšší než parní turbína kvůli vyšším provozním teplotám plynových turbín. (Plynové turbíny ~ 1500 ° C a parní turbíny ~ 550 0C)

• Prostor potřebný pro plynové turbíny je mnohem menší než provoz parní turbíny, protože parní turbína vyžaduje kotle a výměníky tepla, které by měly být připojeny externě pro přidání tepla.

• Plynové turbíny jsou všestrannější, protože lze použít mnoho paliv a pracovní tekutina, která musí být napájena nepřetržitě, je snadno dostupná všude (vzduch). Parní turbíny na druhou stranu vyžadují pro provoz velké množství vody a mají sklon způsobovat problémy při nižších teplotách v důsledku námrazy.