Gaasiturbiin vs auruturbiin
Turbiinid on turboseadmete klass, mida kasutatakse voolavas vedelikus oleva energia muundamiseks mehaaniliseks energiaks rootormehhanismide abil. Üldiselt muudavad turbiinid tööks vedeliku soojus- või kineetilise energia. Gaasiturbiinid ja auruturbiinid on termilised turbomasinad, kus töö tekib töövedeliku entalpia muutusest; st vedeliku potentsiaalne energia rõhu kujul muundatakse mehaaniliseks energiaks.
Vedeliku voolu suuna alusel jaotatakse turbiinid aksiaalvooluturbiinideks ja radiaalvooluturbiinideks. Tehniliselt on turbiin ekspander, mis annab mehaanilise tööväljundi rõhu vähenemise teel, mis on kompressori vastupidine töö. See artikkel keskendub aksiaalse voolu turbiini tüübile, mis on paljudes insenerirakendustes tavalisem.
Aksiaalvooluturbiini põhistruktuur on konstrueeritud nii, et see võimaldaks energia ammutamisel pidevat vedeliku voolu. Termoturbiinides juhitakse kõrgel temperatuuril ja rõhul töötav vedelik läbi rea rootorite, mis koosnevad võlli külge kinnitatud pöörlevale kettale paigaldatud nurga all olevatest labadest. Iga rootori ketaste vahele on paigaldatud statsionaarsed labad, mis toimivad düüsidena ja juhivad vedeliku voolu.
Lisateavet auruturbiini kohta
Kuigi mehaaniliste tööde tegemiseks auru kasutamise kontseptsiooni kasutati pikka aega, kujundas kaasaegse auruturbiini 1884. aastal inglise insener Sir Charles Parsons.
Auruturbiin kasutab töövedelikuna katla survestatud auru. Turbiini sisenev ülekuumendatud aur kaotab oma rõhu (entalpia) liikudes läbi rootorite labade ja rootorid liigutavad võlli, millega nad on ühendatud. Auruturbiinid edastavad võimsust ühtlase ja ühtlase kiirusega ning auruturbiini soojuslik kasutegur on kõrgem kui kolbmootoril. Auruturbiini töö on optimaalne kõrgematel pööretel.
Rangelt võttes on turbiin vaid üks komponent tsüklilisest tööst, mida kasutatakse elektritootmiseks, mida ideaaljuhul modelleerib Rankine'i tsükkel. Katlad, soojusvahetid, pumbad ja kondensaatorid on samuti töö komponendid, kuid ei ole turbiini osad.
Tänapäeval kasutatakse auruturbiine peamiselt elektrienergia tootmiseks, kuid 20. sajandi alguses kasutati auruturbiine laevade ja vedurite mootoritena. Erandina kasutatakse aurumasinaid endiselt mõnes laeva jõusüsteemis, kus diiselmootorid on ebapraktilised, nagu lennukikandjad ja allveelaevad.
Lisateavet gaasiturbiini kohta
Gaasiturbiin või lihts alt gaasiturbiin on sisepõlemismootor, mis kasutab töövedelikuna gaase, näiteks õhku. Gaasiturbiini töö termodünaamiline aspekt on ideaalis modelleeritud Braytoni tsükliga.
Gaasiturbiinmootor koosneb erinev alt auruturbiinist mitmest võtmekomponendist; need on kompressor, põlemiskamber ja turbiin, mis on monteeritud piki pöörlevat võlli sisepõlemismootori erinevate ülesannete täitmiseks. Gaasi sisselaskeavast surutakse esm alt aksiaalkompressori abil kokku; mis toimib täpselt vastupidiselt lihtsale turbiinile. Surve all olev gaas juhitakse seejärel läbi difuusori (lahkuv düüs), mille käigus gaas kaotab oma kiiruse, kuid suurendab temperatuuri ja rõhku veelgi.
Järgmises etapis siseneb gaas põlemiskambrisse, kus kütus segatakse gaasiga ja süüdatakse. Põlemise tulemusena tõuseb gaasi temperatuur ja rõhk uskumatult kõrgele. Seejärel läbib see gaas turbiini sektsiooni ja läbides tekitab võllile pöörleva liikumise. Keskmise suurusega gaasiturbiin toodab võlli pöörlemiskiirust kuni 10 000 p/min, samas kui väiksemad turbiinid võivad toota 5 korda rohkem.
Gaasiturbiine saab kasutada pöördemomendi (pöörleva võlli abil), tõukejõu (suure kiirusega gaasiväljalaske abil) või mõlema kombineerimiseks. Esimesel juhul, nagu auruturbiini puhul, on võlli poolt edastatav mehaaniline töö vaid kõrge temperatuuri ja rõhuga gaasi entalpia (rõhu) muundumine. Osa võlli tööst kasutatakse kompressori juhtimiseks läbi sisemise mehhanismi. Seda gaasiturbiini tüüpi kasutatakse peamiselt elektrienergia tootmiseks ja elektrijaamadena sõidukitele, nagu paagid ja isegi autod. USA tank M1 Abrams kasutab elektrijaamana gaasiturbiinmootorit.
Teisel juhul juhitakse kõrgsurvegaas kiiruse suurendamiseks läbi koonduva düüsi ja heitgaas tekitab tõukejõu. Seda tüüpi gaasiturbiini nimetatakse sageli reaktiivmootoriks või turboreaktiivmootoriks, mis toidab sõjalisi hävitajaid. Turboventilaator on ül altoodud täiustatud variant ning nii tõukejõu kui ka tööjõu genereerimise kombinatsiooni kasutatakse turbopropellermootorites, kus sõukruvi käitamiseks kasutatakse võllitööd.
Spetsiifiliste ülesannete jaoks mõeldud gaasiturbiinide variante on palju. Neid eelistatakse teistele mootoritele (peamiselt kolbmootoritele) nende suure võimsuse ja kaalu suhte, väiksema vibratsiooni, suure töökiiruse ja töökindluse tõttu. Jääksoojus hajub peaaegu täielikult väljalaskena. Elektrienergia tootmisel kasutatakse seda jäätmesoojusenergiat vee keetmiseks auruturbiini käitamiseks. Protsessi nimetatakse kombineeritud tsükliga elektritootmiseks.
Mis vahe on auruturbiinil ja gaasiturbiinil?
• Auruturbiin kasutab töövedelikuna kõrgsurveauru, samas kui gaasiturbiin kasutab töövedelikuna õhku või mõnda muud gaasi.
• Auruturbiin on põhimõtteliselt ekspander, mis annab tööväljundina pöördemomenti, samas kui gaasiturbiin on kompressorist, põlemiskambrist ja turbiinist koosnev kombineeritud seade, mis teostab tsüklilist toimingut, et anda tööd kas pöördemomendi või tõukejõuna.
• Auruturbiin on ainult komponent, mis täidab Rankine'i tsükli ühte etappi, samas kui gaasiturbiinmootor täidab kogu Braytoni tsükli.
• Gaasiturbiinid suudavad anda tööväljundina kas pöördemomenti või tõukejõudu, samas kui auruturbiinid annavad peaaegu kogu aeg pöördemomenti tööväljundina.
• Gaasiturbiinide kasutegur on gaasiturbiinide kõrgemate töötemperatuuride tõttu palju kõrgem kui auruturbiinil. (Gaasiturbiinid ~1500 0C ja auruturbiinid ~550 0C)
• Gaasiturbiinide jaoks on vaja palju vähem ruumi kui auruturbiini tööks, sest auruturbiini jaoks on vaja katlaid ja soojusvahetiid, mis tuleks soojuse lisamiseks väljast ühendada.
• Gaasiturbiinid on mitmekülgsemad, sest kasutada saab paljusid kütuseid ja töövedelik, mida tuleb pidev alt ette toita, on kõikjal kergesti kättesaadav (õhk). Auruturbiinid seevastu nõuavad töötamiseks suures koguses vett ja põhjustavad jäätumise tõttu probleeme madalamatel temperatuuridel.
