Разлика между газова турбина и парна турбина

Газова турбина срещу Парна турбина

Турбините са клас турбо машини, използвани за преобразуване на енергията в течаща течност в механична енергия чрез използване на роторни механизми. Обикновено турбините преобразуват топлинна или кинетична енергия на течността в работа. Газовите турбини и парните турбини са топлинни турбо машини, при които работата се генерира от промяната на енталпията на работния флуид; т.е. потенциалната енергия на течността под формата на налягане се преобразува в механична енергия.

Въз основа на посоката на флуидния поток турбините се категоризират в турбини с аксиален поток и турбини с радиален поток. Технически турбината е разширител, който осигурява механична работна мощност чрез понижаване на налягането, което е обратната работа на компресора. Тази статия се фокусира върху типа турбина с аксиален поток, който е по-често срещан в много инженерни приложения.

Основната структура на турбината с аксиален поток е проектирана да позволява непрекъснат поток на течност, докато извлича енергията. В термичните турбини работният флуид при висока температура и налягане се насочва през серия от ротори, състоящи се от ъглови лопатки, монтирани върху въртящ се диск, прикрепен към вала. Между всеки диск на ротора са монтирани неподвижни остриета, които действат като дюзи и водачи към потока на течността.

Повече за парната турбина

Въпреки че концепцията за използване на пара за извършване на механични работи се използва дълго време, модерната парна турбина е проектирана от английския инженер сър Чарлз Парсънс през 1884 г..

Парната турбина използва пара под налягане от котел като работна течност. Прегрятата пара, влизаща в турбината, губи своето налягане (енталпия), движейки се през лопатките на роторите, а роторите преместват вала, към който са свързани. Парните турбини доставят мощност с плавна, постоянна скорост, а топлинната ефективност на парна турбина е по-висока от тази на въртящ се двигател. Работата на парната турбина е оптимална при по-високи състояния на обороти.

Строго, турбината е само един компонент от цикличната операция, използвана за производство на електроенергия, която в идеалния случай се моделира от цикъла на Ранкин. Котлите, топлообменниците, помпите и кондензаторите също са компоненти на работата, но не са части от турбината.

В съвременните дни основното използване на парните турбини е за производство на електроенергия, но в началото на 20 век парните турбини се използват като електроцентрала за кораби и локомотивни двигатели. Като изключение, в някои морски системи за задвижване, където дизеловите двигатели са непрактични, като самолетоносачи и подводници, парните двигатели все още се използват.

Повече за газова турбина

Газотурбинният двигател или просто газовата турбина е двигател с вътрешно горене, използвайки газове като въздух като работния флуид. Термодинамичният аспект на работата на газовата турбина е идеално моделиран от цикъла на Брейтон.

Газотурбинният двигател, за разлика от парната турбина, се състои от няколко ключови компонента; това са компресорът, горивната камера и турбината, които са сглобени по въртящ се вал, за да изпълняват различни задачи на двигател с вътрешно горене. Приемът на газ от входа първо се компресира с помощта на аксиален компресор; която изпълнява точно обратното на обикновена турбина. След това газът под налягане се насочва през етап на дифузьор (отклоняваща се дюза), при който газът губи скоростта си, но допълнително повишава температурата и налягането.

В следващия етап газът влиза в горивната камера, където горивото се смесва с газа и се запалва. В резултат на горенето температурата и налягането на газа се покачват до невероятно високо ниво. След това този газ преминава през турбинната секция и при преминаване през него произвежда въртеливо движение към вала. Газова турбина със среден размер произвежда честота на въртене на вала до 10 000 оборота в минута, докато по-малките турбини могат да произвеждат 5 пъти повече.

Газовите турбини могат да се използват за получаване на въртящ момент (от въртящия се вал), тяга (чрез високоскоростен газов изгорели газове) или и двете в комбинация. В първия случай, както в парната турбина, механичната работа, доставена от вала, е просто преобразуване на енталпията (налягането) на газа с висока температура и налягане. Част от работата на вала се използва за задвижване на компресора чрез вътрешен механизъм. Тази форма на газовата турбина се използва главно за производство на електроенергия и като електроцентрали за превозни средства като резервоари и дори автомобили. Американският резервоар M1 Abrams използва газотурбинен двигател като електроцентрала.

Във втория случай газът с високо налягане се насочва през сходяща дюза за увеличаване на скоростта, а тягата се генерира от отработените газове. Този тип газова турбина често се нарича Jet двигател или турбореактивен двигател, който захранва военните изтребители. Турбовентилаторът е усъвършенстван вариант по-горе и комбинацията от двете тяга и генерация на работа се използва в турбовитлови двигатели, където работата на вала се използва за задвижване на витлото.

Съществуват много варианти на газовите турбини, предназначени за конкретни задачи. Те са предпочитани пред другите двигатели (основно двигатели с въртящ се двигател) поради високото си съотношение мощност към тегло, по-малко вибрации, високи скорости на работа и надеждност. Отпадъчната топлина се разсейва почти изцяло като изгорелите газове. При производството на електроенергия тази отпадъчна топлинна енергия се използва за кипене на вода за задействане на парна турбина. Процесът е известен като комбинирано производство на електроенергия.

Каква е разликата между парна турбина и газова турбина?

• Парна турбина използва пара под високо налягане като работен флуид, докато турбината използва въздух или някакъв друг газ като работен флуид.

• Парна турбина по същество е разширител, осигуряващ въртящ момент като работна мощност, докато газовата турбина е комбинирано устройство от компресор, горивна камера и турбина, изпълняваща циклична операция за доставяне на работа като въртящ момент или тяга.

• Парна турбина е само компонент, изпълняващ една стъпка от цикъла на Rankine, докато газотурбинният двигател изпълнява целия цикъл на Brayton.

• Газовите турбини могат да осигуряват или въртящ момент, или тяга като работна мощност, докато парните турбини почти през цялото време доставят въртящ момент като работна мощност.

• Ефективността на газовите турбини е много по-висока от паровата турбина поради по-високите работни температури на газовите турбини. (Газови турбини ~ 1500 0C и парни турбини ~ 550 0C)

• Необходимото пространство за газовите турбини е много по-малко от работата на парните турбини, тъй като парната турбина изисква котли и топлообменници, които трябва да бъдат свързани външно за добавяне на топлина.

• Газовите турбини са по-универсални, тъй като могат да се използват много горива, а работната течност, която трябва да се подава непрекъснато, е лесно достъпна навсякъде (въздух). От друга страна, парните турбини изискват големи количества вода и са склонни да създават проблеми при по-ниски температури поради обледеняване.