Plinska turbina vs parna turbina
Turbine su klasa turbo mašina koje se koriste za pretvaranje energije u tekućini koja teče u mehaničku energiju upotrebom rotorskih mehanizama. Turbine, općenito, pretvaraju ili toplinsku ili kinetičku energiju fluida u rad. Plinske turbine i parne turbine su termičke turbo mašine, gdje se rad stvara promjenom entalpije radnog fluida; tj. Potencijalna energija fluida u obliku pritiska pretvara se u mehaničku energiju.
Na osnovu smera protoka fluida turbine se kategorišu na turbine sa aksijalnim protokom i turbine sa radijalnim protokom. Tehnički, turbina je ekspander, koji isporučuje mehanički radni učinak smanjenjem pritiska, što je suprotan rad kompresora. Ovaj članak se fokusira na tip turbine sa aksijalnim protokom, koji je češći u mnogim inženjerskim aplikacijama.
Osnovna struktura turbine sa aksijalnim protokom je dizajnirana da omogući neprekidan protok fluida dok izvlači energiju. U termičkim turbinama radni fluid se, pri visokoj temperaturi i pritisku, usmjerava kroz niz rotora koji se sastoje od ugaonih lopatica postavljenih na rotirajući disk pričvršćen za osovinu. Između svakog diska rotora postavljene su stacionarne lopatice, koje služe kao mlaznice i vodiči za protok fluida.
Više o parnoj turbini
Iako se koncept upotrebe pare za obavljanje mehaničkog rada koristio dugo vremena, modernu parnu turbinu je dizajnirao engleski inženjer Sir Charles Parsons 1884.
Parna turbina koristi paru pod pritiskom iz kotla kao radni fluid. Pregrijana para koja ulazi u turbinu gubi pritisak (entalpiju) krećući se kroz lopatice rotora, a rotori pomiču osovinu na koju su povezani. Parne turbine isporučuju snagu glatkom, konstantnom brzinom, a termička efikasnost parne turbine je veća od one kod klipnog motora. Rad parne turbine je optimalan pri većim RPM stanjima.
Striktno, turbina je samo jedna komponenta cikličkog rada koji se koristi za proizvodnju električne energije, što je idealno modelirano Rankineovim ciklusom. Kotlovi, izmjenjivači topline, pumpe i kondenzatori su također komponente rada, ali nisu dijelovi turbine.
U modernim danima, primarna upotreba parnih turbina je za proizvodnju električne energije, ali su se početkom 20. stoljeća parne turbine koristile kao elektrane za brodove i motore lokomotiva. Kao izuzetak, u nekim brodskim pogonskim sistemima gdje su dizel motori nepraktični, kao što su nosači aviona i podmornice, još uvijek se koriste parni motori.
Više o gasnoj turbini
Gasnoturbinski motor ili jednostavno gasna turbina je motor sa unutrašnjim sagorevanjem, koji koristi gasove kao što je vazduh kao radni fluid. Termodinamički aspekt rada gasne turbine idealno je modeliran Braytonovim ciklusom.
Gasnoturbinski motor, za razliku od parne turbine, sastoji se od nekoliko ključnih komponenti; to su kompresor, komora za sagorevanje i turbina, koji su sastavljeni duž rotirajuće osovine, za obavljanje različitih zadataka motora sa unutrašnjim sagorevanjem. Ulaz plina iz ulaza se prvo komprimira pomoću aksijalnog kompresora; koji radi upravo suprotno od jednostavne turbine. Plin pod pritiskom se zatim usmjerava kroz fazu difuzora (divergentna mlaznica), u kojoj plin gubi svoju brzinu, ali dodatno povećava temperaturu i pritisak.
U sledećoj fazi, gas ulazi u komoru za sagorevanje gde se gorivo meša sa gasom i pali. Kao rezultat sagorevanja, temperatura i pritisak gasa rastu na neverovatno visok nivo. Ovaj plin tada prolazi kroz dio turbine i kada prolazi kroz njega proizvodi rotacijsko kretanje do osovine. Plinska turbina prosječne veličine proizvodi stope rotacije osovine do 10.000 o/min, dok manje turbine mogu proizvesti 5 puta više.
Plinske turbine se mogu koristiti za proizvodnju obrtnog momenta (pomoću rotirajuće osovine), potiska (pomoću velike brzine ispuštanja gasa) ili oboje u kombinaciji. U prvom slučaju, kao i kod parne turbine, mehanički rad koji vrši osovina je samo transformacija entalpije (pritiska) plina visoke temperature i tlaka. Dio rada osovine koristi se za pogon kompresora kroz unutrašnji mehanizam. Ovaj oblik gasne turbine koristi se uglavnom za proizvodnju električne energije i kao elektrane za vozila kao što su rezervoari, pa čak i automobili. Američki tenk M1 Abrams koristi gasnoturbinski motor kao elektranu.
U drugom slučaju, gas pod visokim pritiskom se usmerava kroz konvergentnu mlaznicu kako bi se povećala brzina, a potisak se generiše izduvnim gasom. Ovaj tip gasne turbine se često naziva mlazni motor ili turbomlazni motor, koji pokreće vojne borbene avione. Turboventilator je napredna varijanta gore navedenog, a kombinacija potiska i rada se koristi u turboprop motorima, gdje se rad na osovini koristi za pogon propelera.
Postoje mnoge varijante gasnih turbina dizajniranih za specifične zadatke. Oni su poželjniji u odnosu na druge motore (uglavnom klipni motori) zbog njihovog visokog omjera snage i težine, manje vibracija, velike brzine rada i pouzdanosti. Otpadna toplota se skoro u potpunosti odvodi kao izduvni gas. U proizvodnji električne energije, ova otpadna toplotna energija se koristi za prokuvavanje vode za pokretanje parne turbine. Proces je poznat kao proizvodnja električne energije kombinovanog ciklusa.
Koja je razlika između parne turbine i plinske turbine?
• Parna turbina koristi paru visokog pritiska kao radni fluid, dok gasna turbina koristi vazduh ili neki drugi gas kao radni fluid.
• Parna turbina je u osnovi ekspander koji isporučuje obrtni moment kao radni učinak, dok je gasna turbina kombinovani uređaj kompresora, komore za sagorevanje i turbine koji izvršava cikličku operaciju da bi isporučio rad kao obrtni moment ili potisak.
• Parna turbina je samo komponenta koja izvršava jedan korak Rankineovog ciklusa, dok gasnoturbinski motor izvršava cijeli Braytonov ciklus.
• Plinske turbine mogu isporučiti ili obrtni moment ili potisak kao radni učinak, dok parne turbine gotovo cijelo vrijeme isporučuju okretni moment kao radni učinak.
• Efikasnost gasnih turbina je mnogo veća od parne turbine zbog viših radnih temperatura gasnih turbina. (Plinske turbine ~1500 0C i parne turbine ~550 0C)
• Prostor koji je potreban za gasne turbine je mnogo manji od rada parne turbine, jer parna turbina zahteva kotlove i izmenjivače toplote, koji treba da budu povezani eksterno radi dodavanja toplote.
• Plinske turbine su svestranije, jer se mogu koristiti mnoga goriva, a radni fluid, koji se mora stalno hraniti, je svuda dostupan (vazduh). Parne turbine, s druge strane, zahtijevaju velike količine vode za rad i imaju tendenciju da uzrokuju probleme na nižim temperaturama zbog zaleđivanja.
