Razlika između plinske turbine i parne turbine

Plinska turbina vs parna turbina

Turbine su klasa turbo strojeva koji se koriste za pretvaranje energije u fluidu u tekućinu u mehaničku energiju pomoću mehanizama rotora. Turbine, općenito, pretvaraju ili toplinsku ili kinetičku energiju tekućine u rad. Plinske turbine i parne turbine su termički turbo strojevi, gdje je rad nastao iz promjene entalpije radnog fluida; tj. Potencijalna energija fluida u obliku tlaka pretvara se u mehaničku energiju.

Na temelju smjera protoka fluida turbine se razvrstavaju u turbine osnog protoka i turbine s radijalnim protokom. Tehnički gledano, turbina je ekspander koji omogućuje smanjenje mehaničkog rada smanjenjem tlaka, što je suprotan rad kompresora. Ovaj se članak fokusira na turbinu osnog protoka, što je češće u mnogim inženjerskim primjenama.

Osnovna struktura turbine aksijalnog protoka dizajnirana je tako da omogućava kontinuirani protok tekućine uz istiskivanje energije. U termalnim turbinama radni fluid pri visokoj temperaturi i tlaku usmjerava se kroz niz rotora koji se sastoje od kutnih lopatica montiranih na rotirajućem disku pričvršćenom na osovinu. Između svakog diska rotora postavljeni su stacionarni noževi koji djeluju kao mlaznice i vodiči u protok tekućine.

Više o parnoj turbini

Iako se koncept korištenja pare za obavljanje mehaničkih radova dugo koristio, modernu parnu turbinu dizajnirao je engleski inženjer Sir Charles Parsons 1884. godine..

Parna turbina koristi radnu tekućinu pod pritiskom iz kotla. Pregrijana para koja ulazi u turbinu gubi svoj pritisak (entalpija) koji se kreće kroz lopatice rotora, a rotori premještaju osovinu na koju su spojeni. Parne turbine isporučuju snagu glatkom i konstantnom brzinom, a toplinski učinak parne turbine veći je od učinka motora s povratnim pogonom. Rad parnih turbina je optimalan kod viših RPM stanja.

Strogo je, turbina je samo jedna komponenta cikličkog rada koji se koristi za proizvodnju električne energije, a koji je idealno modeliran Rankine ciklusom. Kotlovi, izmjenjivači topline, pumpe i kondenzatori također su sastavni dio rada, ali nisu dijelovi turbine.

U modernim danima primarna je upotreba parnih turbina za proizvodnju električne energije, ali su se parne turbine početkom 20. stoljeća koristile kao elektrana za brodove i lokomotive. Iznimno, u nekim brodskim pogonskim sustavima, gdje su dizelski motori nepraktični, kao što su nosači zrakoplova i podmornica, parni strojevi se i dalje koriste.

Više o plinskoj turbini

Motor plinske turbine ili jednostavno plinska turbina motor je s unutarnjim sagorijevanjem, koristeći plinove poput zraka kao radne tekućine. Termodinamički aspekt rada plinske turbine idealno je modeliran Braytonovim ciklusom.

Motor plinske turbine, za razliku od parne turbine, sastoji se od nekoliko ključnih komponenti; To su kompresor, komora za izgaranje i turbina, koji su sastavljeni uz okretno vratilo, kako bi obavljali različite zadatke motora s unutarnjim izgaranjem. Ulaz plina iz dovoda prvo se komprimira pomoću aksijalnog kompresora; koja izvodi točno suprotno od jednostavne turbine. Zatim se plin pod pritiskom usmjerava kroz stupanj difuzora (diverzna mlaznica), u kojem plin gubi brzinu, ali dodatno povećava temperaturu i tlak.

U sljedećoj fazi plin ulazi u komoru za izgaranje gdje se gorivo miješa s plinom i zapali. Kao rezultat izgaranja temperatura i pritisak plina dižu se na nevjerojatno visoku razinu. Taj plin tada prolazi kroz dio turbine, a pri prolasku kroz njega stvara se rotacijsko gibanje do osovine. Plinska turbina prosječne veličine proizvodi stopu rotacije osovine čak 10.000 o / min, dok manje turbine mogu proizvesti 5 puta više.

Plinske turbine mogu se koristiti za stvaranje zakretnog momenta (okretnim vratilom), potiska (velikom brzinom od plina) ili oboje u kombinaciji. U prvom slučaju, kao u parnoj turbini, mehanički rad osovine je samo transformacija entalpije (tlaka) plina visoke temperature i tlaka. Dio rada na vratilu koristi se za pogon kompresora kroz unutarnji mehanizam. Ovaj oblik plinske turbine koristi se uglavnom za proizvodnju električne energije i kao elektrane za vozila poput spremnika, pa čak i automobila. Američki tenk M1 Abrams koristi pogonski motor s plinskim turbinama.

U drugom slučaju, visokotlačni plin usmjerava se putem konvergirajuće mlaznice za povećanje brzine, a potisak stvara ispušni plin. Ova vrsta plinske turbine često se naziva Jet engine ili turbojet, koji pokreće vojne borbene zrakoplove. Turbofan je napredna napredna varijanta, a kombinacija potiska i stvaranja rada koristi se u turboprop motorima, gdje se rad osovine koristi za pogon propelera..

Postoji mnogo varijanti plinskih turbina dizajniranih za specifične zadatke. Prednost imaju u odnosu na ostale motore (uglavnom motore s rotirajućim motorom) zbog velikog omjera snage i mase, manje vibracija, velike brzine rada i pouzdanosti. Otpadna toplina se raspršuje gotovo u cijelosti kao ispušni. U proizvodnji električne energije, ova otpadna toplinska energija koristi se za zagrijavanje vode u pokretanju parne turbine. Proces je poznat kao kombinirana proizvodnja energije.

Koja je razlika između parne turbine i plinske turbine?

• Parna turbina kao radni fluid koristi paru visokog pritiska, dok plinska turbina kao radni fluid koristi zrak ili neki drugi plin..

• Parna turbina je u osnovi ekspander koji daje zakretni moment kao radni izlaz, dok je plinska turbina kombinirani uređaj kompresora, komore za izgaranje i turbine koji provode cikličku operaciju kako bi isporučili rad kao okretni moment ili potisak..

• Parna turbina je samo komponenta koja izvodi jedan korak Rankine ciklusa, dok motor s plinskim turbinama pokreće cijeli Brayton ciklus.

• Plinske turbine mogu dati radni moment ili potisak kao radni učinak, dok parne turbine gotovo cijelo vrijeme daju obrtni moment kao radni izlaz.

• Učinkovitost plinskih turbina znatno je veća od parne turbine zbog viših radnih temperatura plinskih turbina. (Plinske turbine ~ 1500 0C i parne turbine ~ 550 0C)

• Prostor potreban za plinske turbine mnogo je manji od rada parnih turbina, jer parna turbina zahtijeva kotlove i izmjenjivače topline, koji bi trebali biti spojeni izvana za dodavanje topline.

• Plinske turbine su svestranije, jer se mogu koristiti mnoga goriva, a radna tekućina, koja se mora neprekidno napajati, lako je dostupna posvuda (zrak). Parne turbine, s druge strane, zahtijevaju velike količine vode za rad i obično stvaraju probleme na nižim temperaturama zbog zaleđivanja.