Diferența dintre turbină cu gaz și turbină cu abur

Gaz turbină vs turbină cu abur

Turbinele sunt o clasă de utilaje turbo utilizate pentru a transforma energia într-un fluid care curge în energie mecanică prin utilizarea mecanismelor de rotoare. Turbinele, în general, transformă energia termică sau cinetică a fluidului în muncă. Turbinele cu gaz și turbinele cu abur sunt utilaje termo-turbionare, unde lucrarea este generată de schimbarea entalpiei a fluidului de lucru; adică energia potențială a fluidului sub formă de presiune este transformată în energie mecanică.

Pe baza direcției turbinelor de curgere a fluidelor, acestea sunt clasificate în turbine cu debit axial și turbine cu debit radial. Din punct de vedere tehnic, o turbină este un expander, care oferă o ieșire mecanică de lucru prin scăderea presiunii, ceea ce reprezintă operația opusă a compresorului. Acest articol se concentrează pe tipul de turbină cu debit axial, care este mai frecvent în multe aplicații inginerești.

Structura de bază a unei turbine cu debit axial este proiectată pentru a permite un flux continuu de fluid în timp ce se extrage energia. În turbinele termice, fluidul de lucru, la o temperatură ridicată și o presiune, este direcționat printr-o serie de rotoare constând din lame ascuțite montate pe un disc rotativ atașat la arbore. Între fiecare rotor discuri sunt montate lamele staționare, care acționează ca duze și ghiduri pentru fluxul de fluid.

Mai multe despre Turbina cu aburi

Chiar dacă conceptul de utilizare a aburului pentru a face munca mecanică a fost folosit de mult timp, turbina cu abur modern a fost proiectată de inginerul englez Sir Charles Parsons în 1884.

Turbina cu abur utilizează abur sub presiune dintr-un cazan ca fluid de lucru. Aburul supraîncălzit care intră în turbină își pierde presiunea (entalpia) care se deplasează prin lamele rotoarelor, iar rotoarele deplasează arborele la care sunt conectate. Turbinele cu abur furnizează energie la o viteză constantă și constantă, iar eficiența termică a unei turbine cu abur este mai mare decât cea a unui motor cu piston alternativ. Funcționarea turbinei cu abur este optimă la stările mai înalte de RPM.

Strict, turbina este doar o singură componentă a operațiunii ciclice utilizate pentru producerea de energie, modelată în mod ideal de ciclul Rankine. Cazanele, schimbătoarele de căldură, pompele și condensatoarele sunt de asemenea componente ale operațiunii, dar nu sunt părți ale turbinei.

În zilele moderne, utilizarea primară a turbinelor cu abur este pentru generarea de energie electrică, dar la începutul secolului al XX-lea turbinele cu abur au fost utilizate ca centrale electrice pentru nave și motoare de locomotive. În mod excepțional, în unele sisteme de propulsie marină unde motoarele diesel sunt impracticabile, cum ar fi transportatorii de aeronave și submarinele, motoarele cu abur sunt încă folosite.

Mai multe despre turbina cu gaz

Motorul cu turbină cu gaz sau pur și simplu o turbină cu gaz este un motor cu combustie internă, folosind gaze precum aerul ca fluid de lucru. Aspectul termodinamic al funcționării turbinei cu gaz este modelat în mod ideal prin ciclul Brayton.

Motorul turbinei cu gaz, spre deosebire de turbina cu abur, este alcătuit din mai multe componente cheie; acestea sunt compresorul, camera de ardere și turbina, care sunt asamblate de-a lungul unui arbore rotativ, pentru a executa diferite sarcini ale unui motor cu combustie internă. Intrarea gazului de la intrare este comprimată mai întâi cu ajutorul unui compresor axial; care efectuează exact opusul unei turbine simple. Gazul sub presiune este apoi direcționat printr-un stadiu difuzor (o duză divergentă) în care gazul își pierde viteza, dar crește temperatura și presiunea în continuare.

În etapa următoare, gazul intră în camera de combustie unde se amestecă un combustibil cu gazul și se aprinde. Ca rezultat al arderii, temperatura și presiunea gazului se ridică la un nivel incredibil de ridicat. Acest gaz trece apoi prin secțiunea turbinei, iar atunci când trece, produce o mișcare de rotație pe ax. O turbină cu gaz de mărime medie produce rate de rotație a arborelui de până la 10.000 RPM, în timp ce turbinele mai mici pot produce de 5 ori mai mult.

Turbinele cu gaz pot fi utilizate pentru a produce cuplu (prin arborele rotativ), împingere (prin evacuare de gaze de mare viteză) sau ambele în combinație. În primul caz, ca și în turbina cu abur, lucrarea mecanică furnizată de arbore este doar o transformare a entalpiei (presiunii) a gazului de înaltă temperatură și presiune. O parte din lucrul cu arbore este folosit pentru a conduce compresorul printr-un mecanism intern. Această formă de turbină cu gaz este utilizată în principal pentru producerea de energie electrică și ca centrale electrice pentru vehicule precum tancuri și chiar automobile. Rezervorul US M1 Abrams utilizează un motor cu turbină cu gaz ca centrală.

În cel de-al doilea caz, gazul de înaltă presiune este direcționat printr-o duză convergentă pentru a crește viteza și forța este generată de gazul de eșapament. Acest tip de turbină cu gaz este adesea numit motor cu jet sau motor turbojet, care alimentează avioanele militare de luptă. Turbosuflanta este o variantă avansată de mai sus, iar combinația dintre generarea de forță și cea de lucru este utilizată în motoarele turbopropulsoare, unde se utilizează arbori pentru a conduce o elice.

Există multe variante ale turbinelor cu gaz destinate sarcinilor specifice. Acestea sunt preferate în comparație cu alte motoare (în special cu motoare cu piston) datorită raportului dintre putere și greutate, mai puține vibrații, viteze mari de funcționare și fiabilitate. Căldura reziduală este disipată aproape în întregime ca gazele de eșapament. În generarea de energie electrică, această energie termică reziduală este utilizată pentru a fierbe apă pentru a conduce o turbină cu abur. Procesul este cunoscut ca generarea de energie în ciclu combinat.

Care este diferența dintre turbină cu abur și gaz turbină?

• Turbina cu abur foloseste abur de inalta presiune ca fluid de lucru, in timp ce turbina cu gaz utilizeaza aer sau alt gaz ca fluid de lucru.

• Turbina cu abur este în esență un expander care furnizează un cuplu ca ieșire de lucru, în timp ce o turbină cu gaz este un dispozitiv combinat de compresor, cameră de ardere și turbină executând o operație ciclică pentru a livra munca fie ca un cuplu,.

• Turbina cu abur este doar o componentă care execută un pas al ciclului Rankine, în timp ce motorul cu turbină cu gaz execută întregul ciclu Brayton.

• Turbinele cu gaz pot livra fie cuplul, fie forța de tracțiune, în timp ce turbinele cu abur aproape tot timpul oferă cuplu ca ieșire de lucru.

• Eficiența turbinelor cu gaz este mult mai mare decât turbina cu abur datorită temperaturilor de funcționare ridicate ale turbinelor cu gaz. (Turbine cu gaz ~ 1500 ° C și turbine cu abur ~ 550 ° C)

• Spațiul necesar pentru turbinele cu gaz este mult mai mic decât funcționarea cu turbină cu abur, deoarece turbina cu abur necesită cazane și schimbătoare de căldură, care ar trebui conectate extern pentru adăugarea căldurii.

• Turbinele cu gaz sunt mai versatile, deoarece pot fi folosite multe combustibili, iar fluidul de lucru, care trebuie hrănit în mod continuu, este ușor disponibil peste tot (aer). Turbinele cu abur, pe de altă parte, necesită cantități mari de apă pentru funcționare și tind să provoace probleme la temperaturi mai scăzute din cauza glazurii.