Razlika med plinsko turbino in parno turbino

Plinska turbina proti parni turbini

Turbine so razred turbo strojev, ki se z uporabo rotorskih mehanizmov pretvarjajo v tekoči tekočini v mehansko energijo. Turbine na splošno pretvorijo toplotno ali kinetično energijo tekočine v delo. Plinske turbine in parne turbine so termo-turbo stroji, pri katerih delo nastane zaradi entalpijske spremembe delovne tekočine; t.j. potencialna energija tekočine v obliki tlaka se pretvori v mehansko energijo.

Glede na smer pretoka so turbine razvrščene v turbine z osnim pretokom in turbine z radialnim pretokom. Tehnično je turbina ekspander, ki oddaja mehanski delovni rezultat s padcem tlaka, kar je obratno delovanje kompresorja. Ta članek se osredotoča na vrsto turbine z osnim pretokom, ki je pogostejša v mnogih inženirskih aplikacijah.

Osnovna struktura turbine z osnim pretokom je zasnovana tako, da omogoča neprekinjen pretok tekočine, hkrati pa črpa energijo. V termičnih turbinah se delovna tekočina pri visoki temperaturi in tlaku usmerja skozi vrsto rotorjev, sestavljenih iz kotnih rezil, nameščenih na vrtljivem disku, pritrjenem na gred. Med posameznimi diski rotorja so nameščeni stacionarni rezili, ki delujejo kot šobe in vodilo do pretoka tekočine.

Več o parni turbini

Čeprav se je koncept uporabe pare za mehansko delo dolgo uporabljal, je moderno parno turbino leta 1884 zasnoval angleški inženir Sir Charles Parsons.

Parna turbina kot delovno tekočino uporablja paro pod pritiskom iz kotla. Pregreta para, ki vstopa v turbino, izgubi svoj pritisk (entalpija), ki se premika skozi lopatice rotorjev, rotorji pa premaknejo gred, na katero so priključeni. Parne turbine oddajajo moč z enakomerno in konstantno hitrostjo, toplotni izkoristek parne turbine pa je višji od tistega pri povratnem motorju. Delovanje parne turbine je optimalno pri višjih stanjih vrtljajev.

Strogo je, da je turbina le sestavni del cikličnega delovanja, ki se uporablja za proizvodnjo električne energije, ki ga v najboljšem primeru modelira Rankine cikel. Kotli, toplotni izmenjevalniki, črpalke in kondenzatorji so tudi sestavni deli delovanja, vendar niso deli turbine.

V sodobnih dneh so primarne uporabe parnih turbin namenjene proizvodnji električne energije, vendar so bile parne turbine v začetku 20. stoletja uporabljene kot elektrarna za ladje in lokomotive. Izjemoma se v nekaterih morskih pogonskih sistemih, kjer dizelski motorji niso praktični, kot so letalski prevozniki in podmornice, še vedno uporabljajo parni stroji..

Več o plinski turbini

Motor s plinsko turbino ali preprosto plinska turbina je motor z notranjim zgorevanjem, ki uporablja pline, kot je zrak kot delovna tekočina. Termodinamični vidik delovanja plinske turbine je idealno oblikovan po Braytonovem ciklu.

Motor plinske turbine, za razliko od parne turbine, je sestavljen iz več ključnih sestavnih delov; to so kompresor, zgorevalna komora in turbina, ki so sestavljeni vzdolž vrteče se gredi za opravljanje različnih nalog motorja z notranjim zgorevanjem. Dovod plina iz dovoda se najprej stisne z aksialnim kompresorjem; ki deluje ravno nasprotno od preproste turbine. Plin pod tlakom se nato usmeri skozi stopnjo difuzorja (diverzna šoba), v katerem plin izgubi svojo hitrost, vendar še poveča temperaturo in tlak.

V naslednji fazi plin vstopi v zgorevalno komoro, kjer se gorivo pomeša s plinom in vžge. Zaradi zgorevanja se temperatura in pritisk plina dvigneta na neverjetno visoko raven. Ta plin nato prehaja skozi turbinski odsek in pri prehodu skozi njega ustvarja rotacijsko gibanje do gredi. Plinska turbina povprečne velikosti proizvede hitrost vrtenja gredi do 10.000 RPM, manjše turbine pa lahko ustvarijo 5-krat več.

Plinske turbine lahko uporabite za ustvarjanje navora (z vrtečo se gredi), potiska (s hitrimi plinskimi izpuhi) ali oboje v kombinaciji. V prvem primeru je, tako kot pri parni turbini, mehansko delo, ki ga izvaja gred, zgolj preoblikovanje entalpije (tlaka) plina z visoko temperaturo in tlakom. Del gredi se uporablja za pogon kompresorja skozi notranji mehanizem. Ta oblika plinske turbine se uporablja predvsem za proizvodnjo električne energije in kot elektrarne za vozila, kot so rezervoarji in celo avtomobili. Ameriški rezervoar M1 Abrams kot elektrarno uporablja motor s plinsko turbino.

V drugem primeru se visokotlačni plin usmeri skozi konvergentno šobo, da poveča hitrost, potisk pa ustvari izpušni plin. Ta vrsta plinske turbine se pogosto imenuje Jet motor ali turbojet, ki poganja vojaško letalo. Turbofan je zgoraj omenjena napredna različica, kombinacija potiska in dela pa se uporablja v turboprop motorjih, kjer se gredi uporabljajo za pogon propelerja.

Obstaja veliko različic plinskih turbin, zasnovanih za posebne naloge. Zaradi svojih visokih razmerij med močjo in težo, manjšimi vibracijami, visokimi hitrostmi delovanja in zanesljivostjo imajo prednost pred drugimi motorji (predvsem motorji z rotacijskim motorjem). Odpadna toplota se v celoti izloči kot izpušni plini. Pri proizvodnji električne energije se ta odpadna toplotna energija uporablja za dovajanje vode v parno turbino. Postopek je znan kot kombinirana proizvodnja električne energije.

Kakšna je razlika med parno turbino in plinsko turbino?

• Parna turbina kot delovno tekočino uporablja visokotlačno paro, medtem ko plinska turbina kot delovni fluid uporablja zrak ali kak drug plin..

• Parna turbina je v osnovi ekspander, ki daje navor kot delovni izhod, plinska turbina pa je kombinirana naprava kompresorja, zgorevalne komore in turbine, ki izvaja ciklično operacijo, s katero zagotavlja delo kot navor ali potisk.

• Parna turbina je le sestavni del, ki izvaja en korak rankinskega cikla, medtem ko plinski turbinski motor izvaja celoten cikel Brayton.

• Plinske turbine lahko pri delu ustvarijo navor ali potisk, medtem ko parne turbine skoraj ves čas zagotavljajo navor kot delovni izhod.

• Učinkovitost plinskih turbin je zaradi višjih obratovalnih temperatur plinskih turbin veliko višja od parne turbine. (Plinske turbine ~ 1500 0C in parne turbine ~ 550 0C)

• Prostor, potreben za plinske turbine, je veliko manjši od delovanja parnih turbin, ker parna turbina potrebuje kotle in toplotne izmenjevalnike, ki jih je treba za dodajanje toplote povezati zunaj.

• Plinske turbine so bolj vsestranske, saj je mogoče uporabiti veliko goriv, ​​delovna tekočina, ki jo je treba nenehno dovajati, pa je na voljo povsod (zrak). Na drugi strani parne turbine potrebujejo velike količine vode za delovanje in povzročajo težave pri nižjih temperaturah zaradi zaledenitve.