Verschil tussen gasturbine en stoomturbine

Gasturbine versus stoomturbine

Turbines zijn een klasse van turbomachines die worden gebruikt om de energie in een stromende vloeistof om te zetten in mechanische energie door het gebruik van rotormechanismen. Turbines zetten in het algemeen thermische of kinetische energie van de vloeistof om in werk. Gasturbines en stoomturbines zijn thermische turbomachines, waarbij het werk wordt gegenereerd door de enthalpiewisseling van de werkvloeistof; d.w.z. De potentiële energie van het fluïdum in de vorm van druk wordt omgezet in mechanische energie.

Op basis van de richting van de vloeistofstroom worden turbines ingedeeld in axiale stromingsturbines en radiale stromingsturbines. Technisch gezien is een turbine een expander, die mechanische werkoutput levert door de drukdaling, wat de tegenovergestelde werking van de compressor is. Dit artikel concentreert zich op het axiale stromingsturbine type, wat gebruikelijker is in veel technische toepassingen.

De basisstructuur van een axiale stromingsturbine is ontworpen om een ​​continue stroom van vloeistof mogelijk te maken terwijl de energie wordt geëxtraheerd. Bij thermische turbines wordt het arbeidsfluïdum bij hoge temperatuur en druk geleid door een reeks rotoren bestaande uit schuine bladen die zijn gemonteerd op een draaiende schijf die is bevestigd aan de schacht. Tussen elke rotorschijven zijn stationaire bladen gemonteerd, die fungeren als mondstukken en geleiders naar de vloeistofstroom.

Meer over stoomturbine

Hoewel het concept van het gebruik van stoom om mechanisch werk te doen lange tijd werd gebruikt, werd de moderne stoomturbine ontworpen door de Engelse ingenieur Sir Charles Parsons in 1884.

De stoomturbine gebruikt onder druk staande stoom uit een ketel als arbeidsfluïdum. De oververhitte stoom die de turbine binnengaat, verliest zijn druk (enthalpie) die door de bladen van de rotoren beweegt, en de rotoren bewegen de as waarmee zij verbonden zijn. Stoomturbines leveren vermogen met een gelijkmatige, constante snelheid en het thermisch rendement van een stoomturbine is hoger dan die van een zuigerpomp. De werking van een stoomturbine is optimaal bij hogere RPM-toestanden.

Strikt genomen is de turbine slechts een enkele component van de cyclische bewerking die wordt gebruikt voor energieopwekking, die idealiter wordt gemodelleerd door de Rankine-cyclus. De boilers, warmtewisselaars, pompen en condensors zijn ook componenten van de operatie, maar zijn geen onderdelen van de turbine.

In de moderne tijd is primair gebruik van de stoomturbines voor de elektrische energieopwekking, maar aan het begin van de 20e eeuw werden stoomturbines gebruikt als de krachtcentrale voor schepen en locomotiefmotoren. Als uitzondering zijn in sommige marine voortstuwingssystemen waar de dieselmotoren onpraktisch zijn, zoals vliegdekschepen en onderzeeërs, de stoommachines nog steeds gebruikt.

Meer over gasturbine

Een gasturbinemotor of gewoon een gasturbine is een verbrandingsmotor die gassen zoals lucht als arbeidsfluïdum gebruikt. Het thermodynamische aspect van de werking van de gasturbine wordt idealiter gemodelleerd door de Brayton-cyclus.

Gasturbinemotoren, in tegenstelling tot de stoomturbine, bestaan ​​uit verschillende hoofdcomponenten; dat zijn de compressor, verbrandingskamer en turbine, die langs een roterende as worden gemonteerd, om verschillende taken van een interne verbrandingsmotor uit te voeren. Gasinlaat uit de inlaat wordt eerst gecomprimeerd met behulp van een axiale compressor; die precies het tegenovergestelde doet van een eenvoudige turbine. Het gas onder druk wordt vervolgens door een diffuser (een divergerende nozzle) fase geleid, waarin het gas zijn snelheid verliest, maar de temperatuur en de druk verder verhoogt.

In de volgende fase komt gas de verbrandingskamer binnen waar een brandstof wordt gemengd met het gas en ontstoken. Als gevolg van de verbranding stijgen de temperatuur en de druk van het gas tot een ongelooflijk hoog niveau. Dit gas passeert dan door het turbinegedeelte en produceert bij het passeren roterende beweging naar de schacht. Een gasturbine van gemiddelde grootte produceert asrotatiesnelheden zo hoog als 10.000 tpm, terwijl kleinere turbines 5 keer zoveel kunnen produceren.

Gasturbines kunnen worden gebruikt voor het produceren van koppel (door de roterende as), stuwkracht (door hogesnelheidgasuitlaat), of beide in combinatie. In het eerste geval, zoals in de stoomturbine, is het door de as geleverde mechanische werk slechts een transformatie van enthalpie (druk) van het hoge temperatuur- en drukgas. Een deel van het schachtwerk wordt gebruikt om de compressor door een intern mechanisme te drijven. Deze vorm van de gasturbine wordt hoofdzakelijk gebruikt voor de opwekking van elektriciteit en als energiecentrale voor voertuigen zoals tanks en zelfs auto's. De Amerikaanse M1 Abrams-tank gebruikt een gasturbinemotor als energiecentrale.

In het tweede geval wordt het hogedrukgas door een convergerend mondstuk geleid om de snelheid te verhogen en wordt de stuwkracht gegenereerd door het uitlaatgas. Dit type gasturbine wordt vaak Jet-motor of turbostraalmotor genoemd, die het militaire jachtvliegtuig aandrijft. De turbofan is een geavanceerde variant van hierboven en de combinatie van zowel stuwkracht als werkproductie wordt gebruikt in turboprop-motoren, waarbij schachtwerk wordt gebruikt om een ​​propeller aan te drijven.

Er bestaan ​​veel varianten van de gasturbines die zijn ontworpen voor specifieke taken. Ze hebben de voorkeur boven andere motoren (voornamelijk heen en weer bewegende motoren) vanwege hun hoge vermogen / gewichtsverhouding, minder trillingen, hoge bedieningssnelheden en betrouwbaarheid. De afvalwarmte wordt bijna volledig afgevoerd als de uitlaat. Bij de opwekking van elektriciteit wordt deze afval thermische energie gebruikt om water te koken om een ​​stoomturbine te laten draaien. Het proces staat bekend als krachtopwekking met een gecombineerde cyclus.

Wat is het verschil tussen stoomturbine en gasturbine??

• Stoomturbine gebruikt hogedrukstoom als arbeidsfluïdum, terwijl de gasturbine lucht of een ander gas als werkvloeistof gebruikt.

• Stoomturbine is in feite een expander die koppel levert als de werkoutput, terwijl een gasturbine een gecombineerd apparaat is van compressor, verbrandingskamer en turbine die een cyclische bewerking uitvoeren om werk af te leveren als koppel of stuwkracht.

• Stoomturbine is slechts een onderdeel dat één stap van de Rankine-cyclus uitvoert, terwijl de gasturbinemotor de hele Brayton-cyclus uitvoert.

• Gasturbines kunnen koppel of stuwkracht leveren als de werkoutput, terwijl stoomturbines bijna altijd koppel leveren als de werkoutput.

• Het rendement van de gasturbines is veel hoger dan de stoomturbine als gevolg van hogere bedrijfstemperaturen van de gasturbines. (Gasturbines ~ 1500 0C en stoomturbines ~ 550 0C)

• De benodigde ruimte voor de gasturbines is veel minder dan die voor stoomturbines, omdat voor stoomturbines boilers en warmtewisselaars nodig zijn, die extern moeten worden aangesloten voor toevoeging van warmte.

• Gasturbines zijn veelzijdiger, omdat veel brandstoffen kunnen worden gebruikt en werkvloeistof, die continu moet worden toegevoerd, overal gemakkelijk beschikbaar is (lucht). Stoomturbines vereisen daarentegen grote hoeveelheden water voor de werking en hebben de neiging problemen te veroorzaken bij lagere temperaturen als gevolg van ijsvorming..