gassturbin vs dampturbin
Turbiner er en klasse turbomaskineri som brukes til å konvertere energien i en flytende væske til mekanisk energi ved bruk av rotormekanismer. Turbiner, generelt, konverterer enten termisk eller kinetisk energi til væsken til arbeid. Gassturbiner og dampturbiner er termisk turbomaskineri, der arbeidet genereres fra entalpiendringen til arbeidsfluidet; dvs. den potensielle energien til fluidet i form av trykk omdannes til mekanisk energi.
Basert på retningen til fluidstrømningsturbinene er kategorisert i aksialstrømsturbiner og radialstrømsturbiner. Teknisk sett er en turbin en ekspander, som leverer mekanisk arbeidseffekt ved reduksjon i trykk, som er motsatt drift av kompressoren. Denne artikkelen fokuserer på aksialstrømsturbintypen, som er mer vanlig i mange ingeniørapplikasjoner.
Den grunnleggende strukturen til en aksialstrømsturbin er designet for å tillate en kontinuerlig strøm av væske mens energien trekkes ut. I termiske turbiner ledes arbeidsvæsken ved høy temperatur og trykk gjennom en serie rotorer som består av vinklede blader montert på en roterende skive festet til akselen. Mellom hver rotorskiver er det montert stasjonære blader, som fungerer som dyser og føringer for væskestrømmen.
Mer om Steam Turbine
Selv om konseptet med å bruke damp til å utføre mekanisk arbeid ble brukt i lang tid, ble den moderne dampturbinen designet av den engelske ingeniøren Sir Charles Parsons i 1884.
Dampturbinen bruker trykksatt damp fra en kjele som arbeidsvæske. Den overopphetede dampen som kommer inn i turbinen mister trykket (entalpien) som beveger seg gjennom bladene til rotorene, og rotorene beveger akselen de er koblet til. Dampturbiner leverer kraft med en jevn, konstant hastighet, og den termiske effektiviteten til en dampturbin er høyere enn for en stempelmotor. Driften av dampturbinen er optimal ved høyere RPM-tilstander.
Strengt sett er turbinen bare en enkelt komponent av den sykliske driften som brukes til kraftproduksjon, som ideelt sett er modellert av Rankine-syklusen. Kjelene, varmevekslerne, pumpene og kondensatorene er også komponenter i driften, men er ikke deler av turbinen.
I moderne dager er den primære bruken av dampturbinene til elektrisk kraftproduksjon, men på begynnelsen av 1900-tallet ble dampturbiner brukt som kraftverk for skip og lokomotivmotorer. Som et unntak, i noen marine fremdriftssystemer hvor dieselmotorene er upraktiske, som hangarskip og ubåter, brukes fortsatt dampmotorene.
Mer om gassturbin
Gasturbinmotor eller ganske enkelt en gassturbin er en forbrenningsmotor som bruker gasser som luft som arbeidsvæske. Det termodynamiske aspektet ved driften av gassturbinen er ideelt modellert av Brayton-syklusen.
Gassturbinmotoren, i motsetning til dampturbinen, består av flere nøkkelkomponenter; disse er kompressoren, forbrenningskammeret og turbinen, som er satt sammen langs en roterende aksel, for å utføre forskjellige oppgaver til en forbrenningsmotor. Gassinntak fra innløpet komprimeres først ved hjelp av en aksial kompressor; som utfører det stikk motsatte av en enkel turbin. Den trykksatte gassen ledes deretter gjennom et diffusor-trinn (en divergerende dyse), hvor gassen mister sin hastighet, men øker temperaturen og trykket ytterligere.
I neste trinn kommer gass inn i forbrenningskammeret hvor et drivstoff blandes med gassen og antennes. Som et resultat av forbrenningen stiger temperaturen og trykket på gassen til et utrolig høyt nivå. Denne gassen passerer deretter gjennom turbinseksjonen og produserer rotasjonsbevegelse til akselen når den passerer. En gassturbin i gjennomsnittlig størrelse produserer akselrotasjonshastigheter så høye som 10 000 RPM, mens mindre turbiner kan produsere 5 ganger så mye.
Gassturbiner kan brukes til å produsere dreiemoment (ved den roterende akselen), skyvekraft (ved høyhastighets gasseksos), eller begge deler i kombinasjon. I det første tilfellet, som i dampturbinen, er det mekaniske arbeidet levert av akselen bare en transformasjon av entalpien (trykket) til høytemperatur- og trykkgassen. En del av akselarbeidet brukes til å drive kompressoren gjennom en intern mekanisme. Denne formen for gassturbinen brukes hovedsakelig til elektrisk kraftproduksjon og som kraftverk for kjøretøyer som tanker og til og med biler. Den amerikanske M1 Abrams-tanken bruker en gassturbinmotor som kraftverk.
I det andre tilfellet ledes høytrykksgassen gjennom en konvergerende dyse for å øke hastigheten, og skyvekraften genereres av eksosgassen. Denne typen gassturbiner kalles ofte Jetmotor eller turbojetmotor, som driver det militære jagerflyet. Turbofanen er en avansert variant av ovenfor, og kombinasjonen av både skyvekraft og arbeidsgenerering brukes i turbopropmotorer, hvor akselarbeid brukes til å drive en propell.
Det finnes mange varianter av gassturbinene designet for spesifikke oppgaver. De foretrekkes fremfor andre motorer (hovedsakelig stempelmotorer) på grunn av deres høye effekt/vektforhold, mindre vibrasjoner, høye driftshastigheter og pålitelighet. Spillvarmen forsvinner nesten utelukkende som eksosen. Ved elektrisk kraftproduksjon brukes denne avfallstermiske energien til å koke vann for å drive en dampturbin. Prosessen er kjent som kraftproduksjon med kombinert syklus.
Hva er forskjellen mellom dampturbin og gassturbin?
• Dampturbin bruker høytrykksdamp som arbeidsfluid, mens gassturbinen bruker luft eller annen gass som arbeidsfluid.
• Dampturbin er i utgangspunktet en ekspander som leverer dreiemoment som arbeidseffekt, mens en gassturbin er en kombinert enhet av kompressor, forbrenningskammer og turbin som utfører en syklisk operasjon for å levere arbeid som enten dreiemoment eller skyvekraft.
• Dampturbin er bare en komponent som utfører ett trinn i Rankine-syklusen, mens gassturbinmotoren utfører hele Brayton-syklusen.
• Gassturbiner kan levere enten dreiemoment eller skyvekraft som arbeidseffekt, mens dampturbiner nesten hele tiden leverer dreiemoment som arbeidseffekt.
• Effektiviteten til gassturbinene er mye høyere enn dampturbinen på grunn av høyere driftstemperaturer til gassturbinene. (Gasturbiner ~1500 0C og dampturbiner ~550 0C)
• Plassen som kreves for gassturbinene er mye mindre enn dampturbindrift, fordi dampturbin krever kjeler og varmevekslere, som bør kobles eksternt for varmetilførsel.
• Gassturbiner er mer allsidige, fordi mange drivstoff kan brukes og arbeidsvæske, som må tilføres kontinuerlig, er lett tilgjengelig over alt (luft). Dampturbiner, derimot, krever store mengder vann for driften og har en tendens til å gi problemer ved lavere temperaturer på grunn av ising.
