Unterschied zwischen Gasturbine und Dampfturbine

Gasturbine gegen Dampfturbine

Turbinen sind eine Klasse von Turbomaschinen, mit deren Hilfe die Energie eines strömenden Fluids durch den Einsatz von Rotormechanismen in mechanische Energie umgewandelt wird. Turbinen wandeln im Allgemeinen entweder thermische oder kinetische Energie der Flüssigkeit in Arbeit um. Gasturbinen und Dampfturbinen sind thermische Turbomaschinen, bei denen die Arbeit durch die Enthalpieänderung des Arbeitsmediums erzeugt wird; Die potentielle Energie des Fluids in Form von Druck wird in mechanische Energie umgewandelt.

Basierend auf der Richtung der Fluidströmung werden Turbinen in Axialturbinen und Radialturbinen eingeteilt. Technisch handelt es sich bei einer Turbine um einen Expander, der durch die Druckabnahme, die dem Verdichter entgegengesetzt arbeitet, eine mechanische Arbeitsleistung liefert. Dieser Artikel konzentriert sich auf den Typ der Axialflussturbine, der in vielen technischen Anwendungen häufiger vorkommt.

Der Grundaufbau einer Axialturbine ist so ausgelegt, dass ein kontinuierlicher Flüssigkeitsstrom ermöglicht wird, während die Energie abgeführt wird. In thermischen Turbinen wird das Arbeitsfluid bei einer hohen Temperatur und einem Druck durch eine Reihe von Rotoren geleitet, die aus abgewinkelten Schaufeln bestehen, die an einer an der Welle angebrachten Drehscheibe angebracht sind. Zwischen den Rotorscheiben sind jeweils stationäre Schaufeln montiert, die als Düsen wirken und zum Fluidstrom führen.

Mehr über Dampfturbine

Obwohl das Konzept der Verwendung von Dampf für mechanische Arbeiten lange Zeit verwendet wurde, wurde die moderne Dampfturbine 1884 vom englischen Ingenieur Sir Charles Parsons entworfen.

Die Dampfturbine verwendet als Arbeitsfluid Druckdampf aus einem Kessel. Der überhitzte Dampf, der in die Turbine eintritt, verliert seinen Druck (Enthalpie), der sich durch die Schaufeln der Rotoren bewegt, und die Rotoren bewegen die Welle, mit der sie verbunden sind. Dampfturbinen liefern eine Leistung mit einer gleichmäßigen, konstanten Rate, und der thermische Wirkungsgrad einer Dampfturbine ist höher als der eines Hubkolbenmotors. Der Betrieb der Dampfturbine ist bei höheren Drehzahlen optimal.

Streng genommen ist die Turbine nur eine einzige Komponente des zyklischen Betriebs, der zur Stromerzeugung verwendet wird, was idealerweise durch den Rankine-Zyklus modelliert wird. Die Kessel, Wärmetauscher, Pumpen und Kondensatoren sind ebenfalls Bestandteil des Betriebs, aber keine Teile der Turbine.

In der heutigen Zeit werden die Dampfturbinen hauptsächlich zur Stromerzeugung eingesetzt, aber zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurden Dampfturbinen als Kraftwerk für Schiffe und Lokomotiven eingesetzt. Als Ausnahme werden in einigen Schiffsantriebssystemen, bei denen Dieselmotoren unpraktisch sind, wie Flugzeugträger und U-Boote, die Dampfmaschinen immer noch verwendet.

Mehr über Gasturbine

Gasturbinenmotor oder einfach eine Gasturbine ist ein Verbrennungsmotor, der Gase wie Luft als Arbeitsfluid verwendet. Der thermodynamische Aspekt des Betriebs der Gasturbine wird idealerweise durch den Brayton-Zyklus modelliert.

Gasturbinenmaschinen bestehen im Gegensatz zu Dampfturbinen aus mehreren Schlüsselkomponenten. Dies sind der Kompressor, die Verbrennungskammer und die Turbine, die entlang einer rotierenden Welle montiert sind, um verschiedene Aufgaben eines Verbrennungsmotors zu erfüllen. Der Gaseinlass aus dem Einlass wird zuerst unter Verwendung eines Axialkompressors komprimiert; was genau das Gegenteil einer einfachen Turbine bewirkt. Das unter Druck stehende Gas wird dann durch eine Diffusorstufe (eine Zerstreuungsdüsenstufe) geleitet, in der das Gas seine Geschwindigkeit verliert, aber die Temperatur und den Druck weiter erhöht.

In der nächsten Stufe tritt Gas in die Verbrennungskammer ein, wo ein Brennstoff mit dem Gas gemischt und gezündet wird. Durch die Verbrennung steigen Temperatur und Druck des Gases auf ein unglaublich hohes Niveau. Dieses Gas strömt dann durch den Turbinenabschnitt und erzeugt beim Durchtritt eine Drehbewegung zur Welle. Eine Gasturbine von durchschnittlicher Größe erzeugt Wellendrehzahlen von bis zu 10.000 U / min, während kleinere Turbinen das Fünffache erreichen können.

Gasturbinen können verwendet werden, um ein Drehmoment (durch die rotierende Welle), einen Schub (durch einen Gasauslass mit hoher Geschwindigkeit) oder beides in Kombination zu erzeugen. Im ersten Fall, wie in der Dampfturbine, ist die von der Welle gelieferte mechanische Arbeit lediglich eine Umwandlung der Enthalpie (Druck) des Hochtemperatur- und Druckgases. Ein Teil der Wellenarbeit wird verwendet, um den Kompressor über einen internen Mechanismus anzutreiben. Diese Form der Gasturbine wird hauptsächlich zur Stromerzeugung und als Kraftwerk für Fahrzeuge wie Panzer und sogar Autos verwendet. Der US-amerikanische Abrams-Tank verwendet als Kraftwerk einen Gasturbinentriebwerk.

Im zweiten Fall wird das Hochdruckgas durch eine konvergierende Düse geleitet, um die Geschwindigkeit zu erhöhen, und der Schub wird durch das Abgas erzeugt. Diese Art von Gasturbine wird häufig als Jet-Triebwerk oder Turbojet-Triebwerk bezeichnet, das das militärische Kampfflugzeug antreibt. Der Turbofan ist eine fortgeschrittene Variante von oben, und die Kombination aus Schub- und Arbeitsproduktion wird in Turboprop-Triebwerken verwendet, bei denen der Propeller durch Wellenarbeit angetrieben wird.

Es gibt viele Varianten der Gasturbinen, die für spezifische Aufgaben ausgelegt sind. Sie werden gegenüber anderen Motoren (hauptsächlich Hubkolbenmotoren) aufgrund ihres hohen Leistungsgewichtes, geringerer Vibration, hoher Betriebsgeschwindigkeiten und Zuverlässigkeit bevorzugt. Die Abwärme wird fast vollständig als Abgas abgeführt. Bei der Stromerzeugung wird diese thermische Abwärme dazu verwendet, Wasser zu kochen, um eine Dampfturbine zu betreiben. Der Prozess wird als kombinierte Stromerzeugung bezeichnet.

Was ist der Unterschied zwischen Dampfturbine und Gasturbine??

• Die Dampfturbine verwendet Hochdruckdampf als Arbeitsmedium, während die Gasturbine Luft oder ein anderes Gas als Arbeitsmedium verwendet.

• Die Dampfturbine ist im Wesentlichen ein Expander, der Drehmoment als Arbeitsleistung liefert, während eine Gasturbine eine Kombination aus Verdichter, Brennkammer und Turbine ist, die einen zyklischen Vorgang ausführt, um Arbeit entweder als Drehmoment oder als Schub auszuführen.

• Die Dampfturbine ist nur eine Komponente, die einen Schritt des Rankine-Zyklus ausführt, während ein Gasturbinentriebwerk den gesamten Brayton-Zyklus ausführt.

• Gasturbinen liefern entweder Drehmoment oder Schub als Arbeitsleistung, während Dampfturbinen fast immer Drehmoment als Arbeitsleistung liefern.

• Der Wirkungsgrad der Gasturbinen ist aufgrund höherer Betriebstemperaturen der Gasturbinen wesentlich höher als bei der Dampfturbine. (Gasturbinen ~ 1500 0C und Dampfturbinen ~ 550 0C)

• Der Platzbedarf für die Gasturbinen ist wesentlich geringer als der Dampfturbinenbetrieb, da für die Dampfturbine Kessel und Wärmetauscher erforderlich sind, die zur Wärmezufuhr extern angeschlossen werden sollten.

• Gasturbinen sind vielseitiger einsetzbar, da viele Brennstoffe verwendet werden können und Arbeitsmittel, das kontinuierlich zugeführt werden muss, überall (Luft) verfügbar sind. Dampfturbinen hingegen erfordern für den Betrieb große Wassermengen und neigen bei niedrigen Temperaturen aufgrund von Vereisung zu Problemen.