Dujų ir garų turbinų skirtumas

Dujų turbina prieš garų turbiną

Turbinos yra turbo mašinų klasė, naudojama tekančio skysčio energijai paversti mechanine energija, naudojant rotorinius mechanizmus. Turbinos paprastai konvertuoja šiluminę arba kinetinę skysčio energiją į darbą. Dujų turbinos ir garų turbinos yra šiluminės turbo mašinos, kuriose darbas sukuriamas keičiant darbinį skysčio entalpiją; y., skysčio potencinė energija slėgio pavidalu yra paverčiama mechanine energija.

Pagal skysčių srauto kryptį turbinos skirstomos į ašines ir radialinio srauto turbinas. Techniškai turbina yra plėtiklis, užtikrinantis mechaninį darbą sumažėjus slėgiui, kuris yra priešingas kompresoriaus veikimui. Šiame straipsnyje pagrindinis dėmesys skiriamas ašinio srauto turbinų tipui, kuris labiau paplitęs daugelyje inžinerinių programų.

Pagrindinė ašinio srauto turbinos struktūra yra suprojektuota taip, kad būtų galima nepertraukiamai tekėti skysčiams, kartu išgaunant energiją. Šiluminėse turbinose darbinis skystis esant aukštai temperatūrai ir slėgiui nukreipiamas per eilę rotorių, sudarytų iš kampinių menčių, pritvirtintų prie besisukančio disko, pritvirtinto prie veleno. Tarp kiekvieno rotoriaus disko yra sumontuoti nejudantys peiliukai, kurie veikia kaip purkštukai ir skysčio srauto vadovai.

Daugiau apie „Steam Turbine“

Nors garų panaudojimo mechaniniams darbams idėja buvo naudojama ilgą laiką, modernią garų turbiną 1884 m. Sukūrė anglų inžinierius seras Charlesas Parsonsas..

Garų turbina kaip darbinį skystį naudoja slėgį garo iš katilo. Perkaitintas garas, patenkantis į turbiną, praranda slėgį (entalpiją), judantis per rotorių mentes, o rotoriai perkelia veleną, prie kurio jie yra prijungti. Garų turbinos tiekia energiją sklandžiai, pastoviai, o garinės turbinos šiluminis efektyvumas yra didesnis nei stūmoklinio variklio. Garo turbinos veikimas yra optimalus esant aukštesnėms apsukų greičiui.

Griežtai tariant, turbina yra tik vienas ciklinės operacijos, naudojamos energijos generavimui, komponentas, idealiai modeliuojamas pagal Rankine ciklą. Katilai, šilumokaičiai, siurbliai ir kondensatoriai taip pat yra operacijos sudedamosios dalys, bet nėra turbinos dalys.

Šiais laikais garų turbinos pirmiausia naudojamos elektros energijai gaminti, tačiau XX amžiaus pradžioje garo turbinos buvo naudojamos kaip laivų ir lokomotyvų variklių jėgainė. Išimtimi kai kuriose jūrų varomosiose sistemose, kur dyzeliniai varikliai yra nepraktiški, pavyzdžiui, orlaivių gabenimo priemonėse ir povandeniniuose laivuose, garo varikliai vis dar naudojami.

Daugiau apie dujų turbiną

Dujų turbinos variklis arba tiesiog dujų turbina yra vidaus degimo variklis, kurio darbinis skystis naudoja tokias dujas kaip oras. Termodinaminis dujų turbinos veikimo aspektas yra idealiai modeliuojamas Braitono ciklo metu.

Dujų turbinos variklis, skirtingai nei garų turbina, susideda iš kelių pagrindinių komponentų; tai yra kompresorius, degimo kamera ir turbina, surinkti išilgai besisukančio veleno, kad būtų galima atlikti skirtingas vidaus degimo variklio užduotis. Dujų tiekimas iš įleidimo angos pirmiausia suspaudžiamas naudojant ašinį kompresorių; kuri atlieka visiškai priešingą nei paprasta turbina. Tada suslėgtos dujos nukreipiamos per difuzoriaus (besiplečiančio purkštuko) stadiją, kurioje dujos praranda greitį, tačiau dar labiau padidina temperatūrą ir slėgį..

Kitame etape dujos patenka į degimo kamerą, kur kuras sumaišomas su dujomis ir užsidega. Degimo metu dujų temperatūra ir slėgis pakyla iki neįtikėtinai aukšto lygio. Tada šios dujos praeina per turbinos skyrių, o jas praeidamos sukuria sukimosi judesį į veleną. Vidutinio dydžio dujų turbina veleno sukimosi greičiu siekia 10 000 aps / min, o mažesnės turbinos gali pagaminti 5 kartus daugiau.

Dujų turbinos gali būti naudojamos sukimo momentui (sukiojamajam velenui), traukai (dideliu greičiu išmetamais degalų kiekiais) arba kartu gaminti. Pirmuoju atveju, kaip ir garų turbinoje, mechaninis veleno darbas yra tik aukštos temperatūros ir slėgio dujų entalpijos (slėgio) transformacija. Dalis veleno darbų yra naudojama kompresoriui valdyti per vidinį mechanizmą. Ši dujų turbinos forma daugiausia naudojama elektros energijai gaminti ir transporto priemonių, tokių kaip cisternos ar net automobiliai, jėgainėms. JAV „M1 Abrams“ tankas kaip jėgainė naudoja dujų turbinos variklį.

Antruoju atveju, norint padidinti greitį, aukšto slėgio dujos nukreipiamos per sulenkiantį antgalį, o trauką sukuria išmetamosios dujos. Šio tipo dujų turbina dažnai vadinama reaktyviniu varikliu arba turboreaktyviniu varikliu, kuris varo karinį naikintuvą. Turboventiliatorius yra pažangiausias aukščiau pateiktas variantas, o tiek traukos, tiek darbo generavimo derinys yra naudojamas turbopropeleriniuose varikliuose, kur veleno darbas naudojamas sraigtui valdyti..

Yra daugybė dujų turbinų variantų, skirtų konkrečioms užduotims atlikti. Dėl aukšto galios ir svorio santykio, mažesnės vibracijos, didelio veikimo greičio ir patikimumo jie yra priimtinesni nei kiti varikliai (daugiausia stūmokliniai varikliai). Šilumos atliekos išsisklaido beveik kaip išmetimas. Gaminant elektrą, ši šiluminė energija naudojama virinant vandenį garų turbinai paleisti. Šis procesas žinomas kaip kombinuoto ciklo energijos gamyba.

Kuo skiriasi garų turbina ir dujų turbina?

• Garų turbina kaip darbinis skystis naudoja aukšto slėgio garą, o dujų turbina kaip darbinį skystį naudoja orą ar kitas dujas..

• Garo turbina iš esmės yra plėtiklis, sukuriantis sukimo momentą kaip darbo išeigą, tuo tarpu dujų turbina yra kombinuotas kompresoriaus, degimo kameros ir turbinos įtaisas, atliekantis ciklinę operaciją, kad darbas būtų atliekamas kaip sukimo momentas arba kaip trauka..

• Garo turbina yra tik komponentas, atliekantis vieną Rankine ciklo žingsnį, tuo tarpu dujų turbinos variklis vykdo visą Braytono ciklą..

• Dujų turbinos gali pateikti sukimo momentą arba trauką kaip darbo išeigą, tuo tarpu garų turbinos beveik visą laiką pateikia sukimo momentą, kai darbas išeina.

• Dujų turbinų efektyvumas yra daug didesnis nei garų turbinų dėl aukštesnių dujų turbinų darbo temperatūrų. (Dujų turbinos ~ 1500 0C ir garų turbinos ~ 550 0C)

• Dujų turbinoms reikia daug mažiau vietos nei garo turbina, nes garų turbinai reikia katilų ir šilumokaičių, kurie turėtų būti prijungti išorėje, kad būtų galima papildyti šilumą..

• Dujų turbinos yra universalesnės, nes galima naudoti daug degalų, o darbinis skystis, kurį reikia nuolat tiekti, yra lengvai prieinamas visur (ore). Kita vertus, garų turbinos naudoja didelius vandens kiekius ir dėl apledėjimo gali sukelti problemų žemesnėje temperatūroje..