Atšķirība starp gāzes turbīnu un tvaika turbīnu

Gāzes turbīna pret tvaika turbīnu

Turbīnas ir turbo mašīnu klase, ko izmanto, lai plūstošā šķidrumā esošo enerģiju pārveidotu mehāniskā enerģijā, izmantojot rotora mehānismus. Turbīnas parasti darbībā pārvērš šķidruma termisko vai kinētisko enerģiju. Gāzes turbīnas un tvaika turbīnas ir termo turbo mašīnas, kurās darbu rada darba šķidruma entalpijas maiņa; t.i., šķidruma potenciālā enerģija spiediena formā tiek pārveidota par mehānisko enerģiju.

Balstoties uz šķidruma plūsmas virzienu, turbīnas tiek iedalītas aksiālās plūsmas turbīnās un radiālās plūsmas turbīnās. Tehniski turbīna ir paplašinātājs, kas nodrošina mehānisku darbu, samazinoties spiedienam, kas ir pretēja kompresora darbībai. Šajā rakstā uzmanība tiek pievērsta aksiālās plūsmas turbīnu tipam, kas ir izplatītāks daudzos inženiertehniskos lietojumos.

Aksiālās plūsmas turbīnas pamatkonstrukcija ir izstrādāta tā, lai nodrošinātu nepārtrauktu šķidruma plūsmu, vienlaikus iegūstot enerģiju. Termiskās turbīnās darba šķidrums augstā temperatūrā un spiedienā tiek virzīts caur virkni rotoru, kas sastāv no leņķa lāpstiņām, kas piestiprinātas pie rotējoša diska, kas piestiprināts pie vārpstas. Starp katru rotora disku ir uzstādīti nekustīgi asmeņi, kas darbojas kā sprauslas un virzošie līdzekļi šķidruma plūsmai.

Vairāk par Steam Turbine

Kaut arī jēdziens par tvaika izmantošanu mehāniskiem darbiem tika izmantots jau ilgu laiku, moderno tvaika turbīnu 1884. gadā izstrādāja angļu inženieris Sers Čārlzs Parsons..

Tvaika turbīnā kā darba šķidrumu izmanto spiediena tvaiku no katla. Pārkarsēts tvaiks, kas nonāk turbīnā, zaudē spiedienu (entalpiju), pārvietojoties caur rotoru lāpstiņām, un rotori pārvieto vārpstu, pie kuras tie ir savienoti. Tvaika turbīnas piegādā jaudu vienmērīgā, nemainīgā ātrumā, un tvaika turbīnas termiskā efektivitāte ir augstāka nekā virzuļdzinēja. Tvaika turbīnas darbība ir optimāla augstākos RPM stāvokļos.

Stingri runājot, turbīna ir tikai viena cikliskās operācijas sastāvdaļa, ko izmanto enerģijas ražošanai, kuru ideāli modelē Ranga cikls. Katli, siltummaiņi, sūkņi un kondensatori ir arī operācijas sastāvdaļas, bet nav turbīnas sastāvdaļas.

Mūsdienās tvaika turbīnas galvenokārt tiek izmantotas elektroenerģijas ražošanai, bet 20. gadsimta sākumā tvaika turbīnas tika izmantotas kā kuģu un lokomotīvju motoru spēkstacija. Kā izņēmums dažās jūras vilces sistēmās, kur dīzeļdzinēji ir nepraktiski, piemēram, gaisa kuģu pārnēsātājos un zemūdenēs, tvaika dzinējus joprojām izmanto.

Vairāk par gāzes turbīnu

Gāzes turbīnu dzinējs vai vienkārši gāzes turbīna ir iekšdedzes dzinējs, kura darba šķidrumā izmanto tādas gāzes kā gaiss. Gāzturbīnas darbības termodinamisko aspektu ideāli modelē Braitonas cikls.

Gāzes turbīnu dzinējs, atšķirībā no tvaika turbīnas, sastāv no vairākiem galvenajiem komponentiem; tie ir kompresors, sadegšanas kamera un turbīna, kas salikti gar rotējošu vārpstu, lai veiktu dažādus iekšdedzes dzinēja uzdevumus. Gāzes ieplūdi no ieplūdes vispirms saspiež, izmantojot aksiālo kompresoru; kas darbojas tieši pretēji vienkāršai turbīnai. Pēc tam saspiestā gāze tiek virzīta caur difuzora (atšķirīgās sprauslas) stadiju, kurā gāze zaudē ātrumu, bet paaugstina temperatūru un spiedienu.

Nākamajā posmā gāze nonāk sadegšanas kamerā, kur degvielu sajauc ar gāzi un aizdedzina. Degšanas rezultātā gāzes temperatūra un spiediens paaugstinās līdz neticami augstam līmenim. Pēc tam šī gāze iziet cauri turbīnas sekcijai un, šķērsojot to, rada rotācijas kustību uz asi. Vidēja izmēra gāzturbīna rada vārpstas griešanās ātrumu pat 10 000 apgr./min, savukārt mazākas turbīnas var radīt 5 reizes vairāk.

Gāzes turbīnas var izmantot, lai radītu griezes momentu (ar rotējošu vārpstu), vilci (ar ātrgaitas gāzes izplūdi) vai abus kopā. Pirmajā gadījumā, tāpat kā tvaika turbīnā, vārpstas piegādātais mehāniskais darbs ir tikai augstas temperatūras un spiediena gāzes entalpijas (spiediena) pārveidošana. Daļu vārpstas darbu izmanto, lai vadītu kompresoru caur iekšēju mehānismu. Šo gāzes turbīnas formu galvenokārt izmanto elektroenerģijas ražošanai un kā spēkstacijas tādiem transportlīdzekļiem kā tvertnes un pat automašīnas. ASV M1 Abrams tvertne kā elektrostaciju izmanto gāzes turbīnu motoru.

Otrajā gadījumā augstspiediena gāze tiek virzīta caur saplūstošu sprauslu, lai palielinātu ātrumu, un vilci rada izplūdes gāze. Šāda veida gāzes turbīnu bieži sauc par reaktīvo dzinēju vai turboreaktīvo motoru, kas darbina militāros iznīcinātājus. Turbofāns ir uzlabots iepriekš minētais variants, un gan vilces spēka, gan darba ģenerēšanas kombinācija tiek izmantota turbopropelleru motoros, kur vārpstas darbs tiek izmantots dzenskrūves vadīšanai..

Ir daudz dažādu gāzturbīnu variantu, kas paredzēti īpašiem uzdevumiem. Viņiem tiek dota priekšroka salīdzinājumā ar citiem motoriem (galvenokārt virzuļdzinējiem), ņemot vērā to lielo jaudas un svara attiecību, mazāku vibrāciju, lielu darbības ātrumu un uzticamību. Atkritumu siltums gandrīz pilnībā izkliedējas kā izplūdes gāze. Elektroenerģijas ražošanā šo izlietoto siltumenerģiju izmanto ūdens vārīšanai, lai darbinātu tvaika turbīnu. Šis process ir pazīstams kā kombinētā cikla enerģijas ražošana.

Kāda ir atšķirība starp tvaika turbīnu un gāzes turbīnu?

• Tvaika turbīnā kā darba šķidrums tiek izmantots augstspiediena tvaiks, savukārt gāzes turbīnā kā darba šķidrums tiek izmantots gaiss vai kāda cita gāze..

• Tvaika turbīna pamatā ir paplašinātājs, kas nodrošina griezes momentu kā darba rezultātu, savukārt gāzes turbīna ir kompresora, sadegšanas kameras un turbīnas kombinēta ierīce, kas veic ciklisku darbību, lai nodrošinātu darbu kā griezes momentu, vai kā vilci..

• Tvaika turbīna ir tikai sastāvdaļa, kas izpilda vienu Ranīna cikla soli, savukārt gāzes turbīnu dzinējs izpilda visu Braitonas ciklu..

• Gāzes turbīnas var sasniegt griezes momentu vai vilci kā darba jaudu, savukārt tvaika turbīnas gandrīz visu laiku nodrošina griezi, jo darba jauda.

• Gāzes turbīnu efektivitāte ir daudz augstāka nekā tvaika turbīnām, pateicoties augstākām gāzes turbīnu darba temperatūrām. (Gāzes turbīnas ~ 1500 0C un tvaika turbīnas ~ 550 0C)

• Gāzturbīnām nepieciešamā telpa ir daudz mazāka nekā tvaika turbīnu darbībai, jo tvaika turbīnai nepieciešami katli un siltummaiņi, kas siltuma pievienošanai jāpievieno ārēji..

• Gāzturbīnas ir daudzpusīgākas, jo var izmantot daudz kurināmo, un darba šķidrums, kas nepārtraukti jāpavada, ir visur pieejams (gaiss). No otras puses, tvaika turbīnām darbībai ir nepieciešams liels daudzums ūdens un apledojuma dēļ tās parasti rada problēmas zemākā temperatūrā..