Różnica między silnikiem parowym a turbiną parową

Silnik parowy kontra turbina parowa

Podczas gdy silnik parowy i turbina parowa wykorzystują duże utajone ciepło parowania pary dla mocy, główną różnicą jest maksymalny obrót na minutę cykli mocy, który oba mogą zapewnić. Istnieje limit liczby cykli na minutę, który może zapewnić tłok tłokowy napędzany parą, nieodłącznie związany z jego konstrukcją.

Silniki parowe w lokomotywach mają zwykle tłoki dwustronnego działania, z naprzemiennie gromadzącą się parą po obu stronach. Tłok podparty jest tłoczyskiem połączonym z głowicą krzyżową. Głowica krzyżowa jest dodatkowo przymocowana do drążka sterującego zaworu za pomocą dźwigni. Zawory służą do dostarczania pary, a także do odprowadzania zużytej pary. Moc silnika wytwarzana przez tłok tłokowy jest przekształcana na ruch obrotowy i przenoszona na drążki napędowe i drążki sprzęgające napędzające koła.

W turbinach występują konstrukcje łopatkowe ze stalami zapewniającymi ruch obrotowy wraz z przepływem pary. Można zidentyfikować trzy główne postępy technologiczne, które zwiększają wydajność turbin parowych w stosunku do silników parowych. Są to kierunek przepływu pary, właściwości stali użytej do produkcji łopatek turbiny oraz metoda wytwarzania „pary nadkrytycznej”.

Nowoczesna technologia stosowana do kierunku i wzoru przepływu pary jest bardziej wyrafinowana w porównaniu do starej technologii przepływu obwodowego. Wprowadzenie bezpośredniego uderzenia pary łopatami pod kątem, który wytwarza niewielką lub prawie żadną oporność wsteczną, daje maksymalną energię pary ruchowi obrotowemu łopatek turbiny.

Para nadkrytyczna wytwarzana jest przez sprężanie normalnej pary tak, że cząsteczki wody pary są zmuszane do takiego stopnia, że ​​staje się ona bardziej podobna do cieczy, zachowując właściwości gazu; ma to doskonałą wydajność energetyczną w porównaniu do normalnej gorącej pary.

Te dwa postępy technologiczne zostały osiągnięte dzięki zastosowaniu wysokiej jakości stali do produkcji łopatek. Możliwe było więc, aby turbiny pracowały przy dużych prędkościach, wytrzymując wysokie ciśnienie pary nadkrytycznej przy takiej samej ilości energii jak tradycyjna energia pary, bez łamania, a nawet uszkadzania łopatek.

Wady turbin to: małe stopnie ograniczenia, które są pogorszeniem wydajności przy zmniejszeniu ciśnienia pary lub prędkości przepływu, powolny czas rozruchu, który ma na celu uniknięcie szoków termicznych w cienkich stalowych łopatach, duży koszt inwestycyjny i wysokie jakość pary wymagającej uzdatniania wody zasilającej.

Główną wadą silnika parowego jest ograniczenie prędkości i niska wydajność. Normalna sprawność silnika parowego wynosi około 10–15%, a najnowsze silniki mogą pracować ze znacznie wyższą wydajnością, około 35% dzięki wprowadzeniu kompaktowych generatorów pary i utrzymaniu silnika w stanie bezolejowym, zwiększając w ten sposób żywotność płynu.

W przypadku małych systemów silnik parowy jest preferowany zamiast turbin parowych, ponieważ wydajność turbin zależy od jakości pary i wysokiej prędkości. Wylot turbin parowych ma bardzo wysoką temperaturę, a zatem także niską sprawność cieplną.

Przy wysokich kosztach paliwa stosowanego w silnikach spalinowych odrodzenie silników parowych jest obecnie widoczne. Silniki parowe są bardzo dobre w odzyskiwaniu energii odpadowej z wielu źródeł, w tym spalin z turbin parowych. Ciepło odpadowe z turbiny parowej jest wykorzystywane w elektrowniach o cyklu kombinowanym. Pozwala ponadto na odprowadzanie pary odpadowej jako spalin w znacznie niskich temperaturach.