Ero kaasuturbiinin ja höyryturbiinin välillä
Share
Kaasuturbiini vs. höyryturbiini
Turbiinit ovat luokka turbokoneita, joita käytetään virtaavan nesteen energian muuntamiseksi mekaaniseksi energiaksi roottorimekanismien avulla. Turbiinit yleensä muuntavat nesteen lämpö- tai kineettisen energian työksi. Kaasuturbiinit ja höyryturbiinit ovat lämpöturbokoneita, joissa työ syntyy käyttönesteen entalpiamuutoksesta; ts. nesteen potentiaalienergia paineen muodossa muunnetaan mekaaniseksi energiaksi.
Nestevirtausturbiinit luokitellaan nestevirtausturbiinien ja radiaalivirtausturbiinien perusteella nestevirtausturbiinien perusteella. Teknisesti turbiini on ekspanderi, joka tuottaa mekaanista työtä paineen alenemisella, mikä on kompressorin päinvastainen toiminta. Tämä artikkeli keskittyy aksiaalivirtausturbiinityyppiin, joka on yleisempi monissa tekniikan sovelluksissa.
Aksiaalisen virtausturbiinin perusrakenne on suunniteltu mahdollistamaan jatkuva nestevirtaus samalla, kun energiaa poistetaan. Lämpöturbiineissa työneste, korkeassa lämpötilassa ja paineessa, ohjataan sarjan roottorien läpi, jotka koostuvat kulmassa olevista teristä, jotka on kiinnitetty akseliin kiinnitettyyn pyörivään kiekkoon. Kunkin roottorilevyn väliin on asennettu kiinteät terät, jotka toimivat suuttimina ja ohjaavat nestevirtausta.
Lisätietoja Steam Turbine
Vaikka ajatusta höyryn käytöstä mekaanisen työn tekemiseen käytettiin jo pitkään, modernin höyryturbiinin suunnitteli englantilainen insinööri Sir Charles Parsons vuonna 1884.
Höyryturbiini käyttää käyttönesteenä kattilan paineistettua höyryä. Turbiiniin tuleva ylikuumennettu höyry menettää paineensa (entalpiansa) liikkuessa roottorien siipien läpi ja roottorit liikuttavat akselia, johon ne on kytketty. Höyryturbiinit toimittavat tehoa tasaisella, vakionopeudella, ja höyryturbiinin lämpöteho on korkeampi kuin edestakaisin liikkuva moottori. Höyryturbiinin toiminta on optimaalista korkeammilla kierrosluvuilla.
Tarkkaan ottaen, turbiini on vain yksi komponentti sähköntuotantoon käytetyssä syklisessä operaatiossa, joka on ihanteellisesti mallinnettu Rankine-syklissä. Kattilat, lämmönvaihtimet, pumput ja lauhduttimet ovat myös toiminnan komponentteja, mutta eivät ole osa turbiinia.
Nykyaikana höyryturbiineja käytetään ensisijaisesti sähköntuotantoon, mutta 1900-luvun alkupuolella höyryturbiineja käytettiin voimaloina laivoissa ja veturimoottoreissa. Poikkeuksena höyrykoneita käytetään edelleen joissain meriliikennejärjestelmissä, joissa dieselmoottorit ovat epäkäytännöllisiä, kuten lentokoneissa ja sukellusveneissä..
Lisätietoja kaasuturbiinista
Kaasuturbiinimoottori tai yksinkertaisesti kaasuturbiini on polttomoottori, joka käyttää työaineena kaasuja, kuten ilmaa. Kaasuturbiinin toiminnan termodynaaminen osa on ihanteellisesti mallinnettu Brayton-syklin avulla.
Toisin kuin höyryturbiini, kaasuturbiinimoottori koostuu useista avainkomponenteista; nämä ovat kompressori, palamiskammio ja turbiini, jotka on koottu pyörivää akselia pitkin polttomoottorin eri tehtäviä. Kaasunotto tuloaukosta puristetaan ensin aksiaalikompressorilla; joka toimii täysin päinvastoin kuin yksinkertainen turbiini. Paineistettu kaasu johdetaan sitten hajottimen (erottuvan suuttimen) vaiheen läpi, jossa kaasu menettää nopeutensa, mutta nostaa lämpötilaa ja painetta edelleen.
Seuraavassa vaiheessa kaasu tulee polttokammioon, jossa polttoaine sekoitetaan kaasun kanssa ja sytytetään. Palamisen seurauksena kaasun lämpötila ja paine nousevat uskomattoman korkealle tasolle. Tämä kaasu kulkee sitten turbiiniosuuden läpi, ja kun se kulkee, se tuottaa pyörimisliikkeen akselille. Keskimääräinen kaasuturbiini tuottaa akselin pyörimisnopeudet jopa 10 000 kierr / min, kun taas pienemmät turbiinit voivat tuottaa 5 kertaa enemmän.
Kaasuturbiineja voidaan käyttää tuottamaan vääntömomenttia (pyörivä akseli), työntövoimaa (nopealla kaasunpakokaasulla) tai molempia yhdessä. Ensimmäisessä tapauksessa, kuten höyryturbiinissa, akselin toimittama mekaaninen työ on vain korkean lämpötilan ja painekaasun entalpian (paineen) muutosta. Osa akselityöstä käytetään kompressorin ohjaamiseen sisäisen mekanismin kautta. Tätä kaasuturbiinin muotoa käytetään pääasiassa sähköntuotannossa ja ajoneuvojen, kuten säiliöiden ja jopa autojen, voimalaitoksina. Yhdysvaltain M1 Abrams -säiliö käyttää voimalaitoksena kaasuturbiinimoottoria.
Toisessa tapauksessa korkeapainekaasu johdetaan yhdentyvän suuttimen läpi nopeuden lisäämiseksi, ja pakokaasu tuottaa työntövoiman. Tämän tyyppistä kaasuturbiinia kutsutaan usein suihkumoottoriksi tai turbojetimoottoriksi, joka käyttää armeijan hävittäjiä. Turboventilaattori on yllä oleva edistyksellinen versio, ja sekä työntövoiman että työn generoinnin yhdistelmää käytetään turboprop-moottoreissa, joissa akselityötä käytetään potkurin ajamiseen.
Kaasuturbiineista, jotka on suunniteltu erityisiin tehtäviin, on olemassa monia variantteja. Ne ovat parempia kuin muut moottorit (pääasiassa edestakaisin liikkuvat moottorit) korkean tehon ja painosuhteen, vähemmän tärinän, suurten nopeuksien ja luotettavuuden takia. Jätelämpö hajoaa melkein kokonaan pakokaasuna. Sähköenergian tuotannossa tätä jätteen lämpöenergiaa käytetään veden kiehuttamiseen höyryturbiinin käyttämiseksi. Prosessi tunnetaan yhdistetyn syklin sähköntuotantona.
Mitä eroa on höyryturbiinilla ja kaasuturbiinilla??
• Höyryturbiini käyttää korkeapainehöyryä työnesteenä, kun taas kaasuturbiini käyttää ilmaa tai muuta kaasua työnesteenä.
• Höyryturbiini on periaatteessa laajennusyksikkö, joka tuottaa vääntömomenttia työn tuotantona, kun taas kaasuturbiini on kompressorin, palamiskammion ja turbiinin yhdistetty laite, joka suorittaa jaksollisen toiminnan tuottamaan työtä joko vääntömomenttina tai työntövoimana.
• Höyryturbiini on vain komponentti, joka suorittaa yhden rankine-syklin vaiheen, kun taas kaasuturbiinimoottori suorittaa koko Brayton-syklin.
• Kaasuturbiinit voivat tuottaa joko vääntömomenttia tai työntövoimaa työteholla, kun taas höyryturbiinit toimittavat vääntömomentin työteholla.
• Kaasuturbiinien hyötysuhde on paljon korkeampi kuin höyryturbiinin johtuen kaasuturbiinien korkeammista käyttölämpötiloista. (Kaasuturbiinit ~ 1500 0C ja höyryturbiinit ~ 550 0C)
• Kaasuturbiineihin tarvittava tila on paljon vähemmän kuin höyryturbiinikäyttö, koska höyryturbiini vaatii kattilat ja lämmönvaihtimet, jotka tulee kytkeä ulkoisesti lämmön lisäämistä varten.
• Kaasuturbiinit ovat monipuolisempia, koska monia polttoaineita voidaan käyttää ja jatkuvasti syötettävää työnestettä on helposti saatavilla kaikkialla (ilmassa). Toisaalta höyryturbiinit vaativat suuria määriä vettä toimintaan ja aiheuttavat yleensä jäätymisen aiheuttamia ongelmia alemmissa lämpötiloissa.
