Forskellen mellem gasturbine og dampturbine

Gasturbine vs dampturbine

Turbiner er en klasse af turbomaskiner, der bruges til at konvertere energien i en flydende væske til mekanisk energi ved hjælp af rotormekanismer. Turbiner konverterer enten væskeens termiske eller kinetiske energi til arbejde. Gasturbiner og dampturbiner er termiske turbomaskiner, hvor arbejdet genereres fra entalpiændring af arbejdsvæsken; dvs. den potentielle energi af væsken i form af tryk omdannes til mekanisk energi.

Baseret på retningen af ​​fluidstrømningsturbinerne er kategoriseret i aksiale strømningsturbiner og radiale flowturbiner. Teknisk set er en turbin en ekspander, der leverer mekanisk arbejdseffekt ved trykfaldet, hvilket er den modsatte funktion af kompressoren. Denne artikel fokuserer på den aksiale flowturbintype, som er mere almindelig i mange tekniske applikationer.

Den grundlæggende struktur i en aksial strømningsturbin er designet til at tillade en kontinuerlig strøm af væske, mens energiudvindingen trækkes ud. I termiske turbiner ledes arbejdsfluidet ved en høj temperatur og et tryk gennem en række rotorer, der består af vinklede klinger monteret på en roterende skive fastgjort til akslen. Mellem hver rotordisk er der monteret stationære knive, der fungerer som dyser og styrer til væskestrømmen.

Mere om dampturbin

Selvom konceptet om at bruge damp til at udføre mekanisk arbejde blev brugt i lang tid, blev den moderne dampturbine designet af den engelske ingeniør Sir Charles Parsons i 1884.

Dampturbinen bruger damp under tryk fra en kedel som arbejdsvæske. Den overophedede damp, der kommer ind i turbinen, mister sit tryk (entalpi), der bevæger sig gennem rotorernes knive, og rotorerne bevæger akslen, hvortil de er forbundet. Dampturbiner leverer strøm ved en jævn, konstant hastighed, og den termiske virkningsgrad for en dampturbine er højere end for en frem- og tilbagegående motor. Drift af dampturbine er optimal ved højere omdrejningstal.

Strengt taget er turbinen kun en enkelt komponent i den cykliske operation, der bruges til kraftproduktion, hvilket ideelt er modelleret af Rankine-cyklus. Kedler, varmevekslere, pumper og kondensatorer er også komponenter i operationen, men er ikke dele af turbinen.

I moderne dage er primær brug af dampturbiner til den elektriske kraftproduktion, men i det tidlige 20. århundrede blev dampturbiner brugt som kraftværk til skibe og lokomotorer. Som en undtagelse bruges dampmotorer stadig i nogle marine fremdrivningssystemer, hvor dieselmotorer er upraktiske, såsom luftfartsselskaber og ubåde..

Mere om gasturbine

Gasturbinemotor eller blot en gasturbine er en forbrændingsmotor, der bruger gasser som luft som arbejdsvæske. Det termodynamiske aspekt af drift af gasturbinen er ideelt modelleret af Brayton-cyklussen.

I modsætning til dampturbinen består gasturbinemotoren af ​​flere nøglekomponenter; disse er kompressoren, forbrændingskammeret og turbinen, der er samlet langs en roterende aksel for at udføre forskellige opgaver for en forbrændingsmotor. Gasindtag fra indløbet komprimeres først ved hjælp af en aksial kompressor; der udfører det nøjagtige modsætning til en simpel turbin. Den trykgas ledes derefter gennem en diffusor (en divergerende dyse) trin, hvor gassen mister sin hastighed, men øger temperaturen og trykket yderligere.

I det næste trin kommer gas ind i forbrændingskammeret, hvor et brændstof blandes med gassen og antændes. Som et resultat af forbrændingen stiger gasens temperatur og tryk til et utroligt højt niveau. Denne gas passerer derefter gennem turbinsektionen, og når den passerer, producerer den roterende bevægelse til skaftet. En gasturbin i gennemsnitstørrelse producerer akselrotationshastigheder så høje som 10.000 o / min, mens mindre turbiner muligvis producerer 5 gange så meget.

Gasturbiner kan bruges til at fremstille drejningsmoment (ved den roterende aksel), tryk (ved høj hastighed gasudstødning) eller begge dele i kombination. I det første tilfælde, som i dampturbinen, er det mekaniske arbejde, der leveres af skaftet, kun en transformation af enthalpi (tryk) for højtemperatur og trykgas. En del af skaftarbejdet bruges til at drive kompressoren gennem en intern mekanisme. Denne form for gasturbine bruges hovedsageligt til elproduktion og som kraftværker til køretøjer som tanke og endda biler. Den amerikanske M1 Abrams-tank bruger en gasturbinemotor som kraftværk.

I det andet tilfælde ledes højtryksgassen gennem en konvergerende dyse for at øge hastigheden, og trykket genereres af udstødningsgassen. Denne type gasturbine kaldes ofte Jet-motor eller turbojet-motor, der driver det militære jagerfly. Turbofan er en avanceret variant af ovenstående, og kombinationen af ​​både tryk og arbejdsgenerering bruges i turbopropmotorer, hvor skaftarbejdet bruges til at drive en propell.

Der findes mange varianter af gasturbiner designet til specifikke opgaver. De foretrækkes frem for andre motorer (hovedsageligt frem- og tilbagegående motorer) på grund af deres høje effekt / vægtforhold, mindre vibrationer, høje driftshastigheder og pålidelighed. Spildvarmen spredes næsten udelukkende som udstødningen. Ved elproduktion bruges denne termiske energi til at koge vand til at køre en dampturbine. Processen er kendt som kombineret cyklus kraftproduktion.

Hvad er forskellen mellem dampturbine og gasturbine?

• Dampturbine bruger højtryksdamp som arbejdsvæske, mens gasturbinen bruger luft eller anden gas som arbejdsfluid.

• Dampturbin er dybest set en ekspander, der leverer drejningsmoment som arbejdsudgang, mens en gasturbine er en kombineret enhed af kompressor, forbrændingskammer og turbin, der udfører en cyklisk operation for at levere arbejde som enten drejningsmoment eller tryk.

• Dampturbin er kun en komponent, der udfører et trin i Rankine-cyklussen, mens gasturbinmotor udfører hele Brayton-cyklus.

• gasturbiner kan levere enten drejningsmoment eller tryk som arbejdsudgang, mens dampturbiner næsten hele tiden leverer drejningsmoment som arbejdsudgang.

• Effektiviteten af ​​gasturbinerne er meget højere end dampturbinen på grund af højere driftstemperaturer for gasturbinerne. (Gasturbiner ~ 1500 0C og dampturbiner ~ 550 0C)

• Den plads, der kræves til gasturbiner er meget mindre end drift af dampturbin, da dampturbinen kræver kedler og varmevekslere, som skal tilsluttes eksternt til varmeudvidelse.

• gasturbiner er mere alsidige, fordi mange brændstoffer kan bruges, og arbejdsvæske, der skal tilføres kontinuerligt, er let tilgængelig overalt (luft). Dampturbiner kræver på den anden side store mængder vand til operationen og har tendens til at forårsage problemer i lavere temperaturer på grund af is.