Gaasiturbiini ja auruturbiini erinevus

Gaasiturbiin vs auruturbiin

Turbiinid on turbomasinate klass, mida kasutatakse voolava vedeliku energia muundamiseks rootormehhanismide abil mehaaniliseks energiaks. Turbiinid muudavad töökeskkonnas üldiselt vedeliku termilise või kineetilise energia. Gaasiturbiinid ja auruturbiinid on termoturbo masinad, kus töö tuleneb töövedeliku entalpia vahetusest; st vedeliku potentsiaalne energia rõhu kujul muundatakse mehaaniliseks energiaks.

Vedeliku vooluhulga suuna järgi liigitatakse turbiinid aksiaalse voolu turbiinideks ja radiaalse voolu turbiinideks. Tehniliselt on turbiin laiendaja, mis annab rõhu languse kaudu mehaanilise töö, mis on kompressori vastupidine töö. See artikkel keskendub aksiaalse voolu turbiini tüübile, mis on paljudes insenerirakendustes tavalisem.

Aksiaalse vooluturbiini põhistruktuur on konstrueeritud nii, et see võimaldaks pidevat vedeliku voolavust, eraldades samal ajal energiat. Termoturbiinides juhitakse kõrgel temperatuuril ja rõhul töötav vedelik läbi rootorite seeria, mis koosneb nurga all olevatest labadest, mis on kinnitatud võlli külge kinnitatud pöörlevale kettale. Iga rootortiski vahel on paigaldatud statsionaarsed labad, mis toimivad düüsidena ja suunavad vedeliku voolu.

Lisateave Steam Turbine kohta

Ehkki pikka aega kasutati auru kasutamise kontseptsiooni mehaaniliste tööde tegemiseks, kavandas tänapäevase auruturbiini inglise insener Sir Charles Parsons 1884. aastal.

Auruturbiin kasutab töövedelikuna katla rõhu all olevat auru. Turbiini sisenev ülekuumendatud aur kaotab rootorite labade kaudu liikuva rõhu (entalpia) ja rootorid liiguvad võlli, mille külge nad on ühendatud. Auruturbiinid annavad energiat ühtlase ja ühtlase kiirusega ning auruturbiini soojuslik efektiivsus on kõrgem kui kolbmootoril. Auruturbiini töö on optimaalne kõrgematel pööretel.

Rangelt öeldes on turbiin ainult üks osa elektritootmiseks kasutatavast tsüklilisest operatsioonist, mida ideaaljuhul modelleerib Rankine'i tsükkel. Katlad, soojusvahetid, pumbad ja kondensaatorid on samuti operatsiooni komponendid, kuid mitte turbiini osad.

Kui tänapäeval kasutatakse auruturbiine peamiselt elektrienergia tootmiseks, siis 20. sajandi alguses kasutati auruturbiine laevade ja vedurimootorite jõujaamana. Erandina kasutatakse mõnes merejõuseadmesüsteemis, kus diiselmootorid on ebapraktilised, näiteks lennukikandjates ja allveelaevades, aurumasinaid.

Lisateave gaasiturbiini kohta

Gaasiturbiinmootor või lihtsalt gaasiturbiin on sisepõlemismootor, mille töövedelikuna kasutatakse gaase nagu õhk. Gaasiturbiini töö termodünaamiline aspekt on ideaalis modelleeritud Braytoni tsükli abil.

Gaasiturbiinimootor, erinevalt auruturbiinist, koosneb mitmest põhikomponendist; need on kompressor, põlemiskamber ja turbiin, mis on monteeritud piki pöörlevat võlli, et täita sisepõlemismootori erinevaid ülesandeid. Gaasi sisselaskeavast pressitakse esmalt aksiaalkompressori abil; mis täidab lihtsa turbiini täpselt vastupidist. Seejärel suunatakse survestatud gaas läbi hajuti (lahustuv otsik), kus gaas kaotab oma kiiruse, kuid suurendab temperatuuri ja rõhku veelgi.

Järgmises etapis siseneb gaas põlemiskambrisse, kus kütusega segatakse gaas ja süüdatakse. Põlemise tagajärjel tõusevad gaasi temperatuur ja rõhk uskumatult kõrgele tasemele. Seejärel läbib see gaas läbi turbiini sektsiooni ja selle läbimisel põhjustab pöörlemisliikumist võlli. Keskmise suurusega gaasiturbiin annab võlli pöörlemiskiiruseks kuni 10 000 pööret minutis, väiksemad turbiinid võivad aga anda viis korda rohkem.

Gaasiturbiine saab kasutada pöördemomendi (pöörleva võlli abil), tõukejõu (kiire gaasi väljalaskega) või mõlema kombinatsiooni tootmiseks. Esimesel juhul, nagu ka auruturbiinis, on võlli teostatav mehaaniline töö lihtsalt kõrge temperatuuri ja rõhu all oleva gaasi entalpia (rõhu) muundamine. Osa võlli tööst kasutatakse kompressori juhtimiseks läbi sisemise mehhanismi. Seda gaasiturbiini vormi kasutatakse peamiselt elektrienergia tootmiseks ja sõidukite, näiteks paakide ja isegi autode elektrijaamadena. USA tank M1 Abrams kasutab elektrijaamana gaasiturbiinmootorit.

Teisel juhul suunatakse kõrgsurvegaas kiiruse suurendamiseks läbi koonduva düüsi ja heitgaas tekitab tõukejõu. Seda tüüpi gaasiturbiini nimetatakse sageli reaktiivmootoriks või turboreaktiivmootoriks, mis annab sõjaväe hävituslennukitele jõudu. Turboventilaator on ülaltoodud täiustatud variant ja nii tõukejõu kui ka töö generatsiooni kombinatsiooni kasutatakse turbopropellermootorites, kus propelleri juhtimiseks kasutatakse võlli tööd.

Gaasiturbiinide jaoks, mis on mõeldud konkreetseteks ülesanneteks, on palju variante. Neid eelistatakse teiste mootorite (peamiselt kolbmootorite) ees nende suure võimsuse ja kaalu suhte, väiksema vibratsiooni, suure töökiiruse ja töökindluse tõttu. Heitsoojus hajub peaaegu täielikult heitgaasina. Elektrienergia tootmisel kasutatakse seda raisatud soojusenergiat vee keetmiseks auruturbiini käitamiseks. Protsess on tuntud kui kombineeritud tsükliga elektritootmine.

Mis vahe on auruturbiinil ja gaasiturbiinil??

• Auruturbiin kasutab töövedelikuna kõrgsurveauru, gaasiturbiin aga töövedelikuna õhku või mõnda muud gaasi.

• Auruturbiin on põhimõtteliselt laiendaja, mis annab väljundina pöördemomendi, samas kui gaasiturbiin on kompressori, põlemiskambri ja turbiini kombineeritud seade, mis viib läbi tsüklilise operatsiooni, et pakkuda tööd kas pöördemomendi või tõukejõuna.

• Auruturbiin on vaid komponent, mis täidab Rankine tsükli ühte etappi, samas kui gaasiturbiinmootor viib läbi kogu Braytoni tsükli.

• Gaasiturbiinid annavad väljundina kas pöördemomenti või tõukejõudu, auruturbiinid aga annavad kogu aeg pöördemomendi.

• Gaasiturbiinide kasutegur on gaasiturbiinide kõrgema töötemperatuuri tõttu palju kõrgem kui auruturbiinil. (Gaasiturbiinid ~ 1500 0C ja auruturbiinid ~ 550 0C)

• Gaasiturbiinide jaoks vajalik ruum on palju väiksem kui auruturbiinide töö, kuna auruturbiin vajab katelde ja soojusvaheteid, mis tuleks soojuse lisamiseks väliselt ühendada.

• Gaasiturbiinid on mitmekülgsemad, kuna kasutada saab palju kütuseid ja töövedelik, mida tuleb pidevalt toita, on kõikjal (õhk) hõlpsasti kättesaadav. Auruturbiinid seevastu vajavad tööks suures koguses vett ja kipuvad jäätumise tõttu madalamatel temperatuuridel probleeme tekitama.