Sự khác biệt giữa tuabin khí và tuabin hơi

Tua bin khí vs Tua bin hơi

Tua bin là một lớp máy móc turbo được sử dụng để chuyển đổi năng lượng trong chất lỏng chảy thành năng lượng cơ học bằng cách sử dụng các cơ cấu cánh quạt. Tua bin, nói chung, chuyển đổi năng lượng nhiệt hoặc động năng của chất lỏng thành công việc. Tua bin khí và tua bin hơi là máy móc turbo nhiệt, trong đó công việc được tạo ra từ sự thay đổi entanpy của chất lỏng làm việc; tức là năng lượng tiềm tàng của chất lỏng dưới dạng áp suất được chuyển đổi thành năng lượng cơ học.

Dựa trên hướng của tuabin dòng chất lỏng được phân loại thành tuabin dòng trục và tuabin dòng xuyên tâm. Về mặt kỹ thuật, tuabin là một thiết bị mở rộng, cung cấp đầu ra công việc cơ học bằng cách giảm áp suất, đó là hoạt động ngược lại của máy nén. Bài viết này tập trung vào loại tuabin dòng trục, phổ biến hơn trong nhiều ứng dụng kỹ thuật.

Cấu trúc cơ bản của tuabin dòng trục được thiết kế để cho phép dòng chất lỏng chảy liên tục trong khi trích xuất năng lượng. Trong các tuabin nhiệt, chất lỏng làm việc, ở nhiệt độ cao và áp suất được dẫn qua một loạt các cánh quạt bao gồm các lưỡi góc được gắn trên một đĩa quay được gắn vào trục. Ở giữa mỗi đĩa rôto, các cánh cố định được gắn, hoạt động như vòi phun và dẫn hướng đến dòng chất lỏng.

Tìm hiểu thêm về tuabin hơi

Mặc dù khái niệm sử dụng hơi nước để làm công việc cơ khí đã được sử dụng từ lâu, tuabin hơi hiện đại được thiết kế bởi kỹ sư người Anh Sir Charles Parsons vào năm 1884.

Tua bin hơi sử dụng hơi áp suất từ ​​nồi hơi làm chất lỏng làm việc. Hơi quá nhiệt đi vào tuabin mất áp suất (entanpy) di chuyển qua các cánh quạt và cánh quạt di chuyển trục mà chúng được kết nối. Tua bin hơi cung cấp năng lượng với tốc độ không đổi, trơn tru và hiệu suất nhiệt của tuabin hơi cao hơn so với động cơ pittông. Hoạt động của tuabin hơi là tối ưu ở trạng thái RPM cao hơn.

Nghiêm khắc, tuabin chỉ là một thành phần duy nhất của hoạt động theo chu kỳ được sử dụng để phát điện, được mô hình lý tưởng theo chu trình Rankine. Lò hơi, bộ trao đổi nhiệt, máy bơm và thiết bị ngưng tụ cũng là thành phần của hoạt động nhưng không phải là một phần của tuabin.

Trong thời hiện đại, việc sử dụng chính của tua bin hơi là để phát điện, nhưng vào đầu thế kỷ 20, tua bin hơi nước đã được sử dụng làm nhà máy điện cho tàu và động cơ đầu máy. Như một ngoại lệ, trong một số hệ thống động cơ hàng hải nơi động cơ diesel không thực tế, như tàu sân bay và tàu ngầm, động cơ hơi nước vẫn được sử dụng.

Thông tin thêm về tuabin khí

Động cơ tua bin khí hay đơn giản là tuabin khí là động cơ đốt trong, sử dụng các loại khí như không khí làm chất lỏng làm việc. Khía cạnh nhiệt động của hoạt động của tuabin khí được mô hình lý tưởng theo chu trình Brayton.

Động cơ tua bin khí, không giống như tuabin hơi, bao gồm một số thành phần chính; đó là máy nén, buồng đốt và tua bin, được lắp ráp dọc theo trục quay, để thực hiện các nhiệm vụ khác nhau của động cơ đốt trong. Lượng khí nạp từ đầu vào được nén đầu tiên bằng máy nén hướng trục; trong đó thực hiện ngược lại chính xác của một tuabin đơn giản. Khí điều áp sau đó được dẫn qua giai đoạn khuếch tán (vòi phân kỳ), trong đó khí mất vận tốc, nhưng làm tăng nhiệt độ và áp suất hơn nữa.

Trong giai đoạn tiếp theo, khí đi vào buồng đốt, nơi nhiên liệu được trộn với khí và đốt cháy. Do quá trình đốt cháy, nhiệt độ và áp suất của khí tăng lên mức cao đến khó tin. Khí này sau đó đi qua phần tuabin, và khi đi qua tạo ra chuyển động quay đến trục. Tua bin khí kích thước trung bình tạo ra tốc độ quay trục cao tới 10.000 vòng / phút, trong khi tua bin nhỏ hơn có thể tạo ra gấp 5 lần.

Tua bin khí có thể được sử dụng để tạo ra mô-men xoắn (bằng trục quay), lực đẩy (bằng khí thải tốc độ cao) hoặc cả hai kết hợp. Trong trường hợp đầu tiên, như trong tuabin hơi, công việc cơ học được cung cấp bởi trục chỉ đơn thuần là sự biến đổi entanpy (áp suất) của khí áp suất và nhiệt độ cao. Một phần của công việc trục được sử dụng để điều khiển máy nén thông qua cơ chế bên trong. Hình thức này của tuabin khí được sử dụng chủ yếu để phát điện và làm nhà máy điện cho các phương tiện như xe tăng và thậm chí cả ô tô. Xe tăng M1 Abrams của Mỹ sử dụng động cơ tua-bin khí làm nhà máy điện.

Trong trường hợp thứ hai, khí áp suất cao được dẫn qua một vòi hội tụ để tăng vận tốc và lực đẩy được tạo ra bởi khí thải. Loại tuabin khí này thường được gọi là động cơ phản lực hoặc động cơ phản lực, cung cấp năng lượng cho máy bay chiến đấu quân sự. Tua bin là một biến thể tiên tiến ở trên, và sự kết hợp của cả lực đẩy và thế hệ công việc được sử dụng trong động cơ tua bin, trong đó công việc trục được sử dụng để lái một cánh quạt.

Có nhiều biến thể của tuabin khí được thiết kế cho các nhiệm vụ cụ thể. Chúng được ưa thích hơn các động cơ khác (chủ yếu là động cơ pittông) do tỷ lệ công suất và trọng lượng cao, ít rung động, tốc độ vận hành cao và độ tin cậy. Nhiệt thải được tiêu tan gần như hoàn toàn như khí thải. Trong sản xuất điện, năng lượng nhiệt thải này được sử dụng để đun sôi nước để chạy tua bin hơi nước. Quá trình này được gọi là phát điện chu trình kết hợp.

Sự khác biệt giữa tuabin hơi và tuabin khí là gì?

• Tua bin hơi sử dụng hơi nước áp suất cao làm chất lỏng làm việc, trong khi tua bin khí sử dụng không khí hoặc một số loại khí khác làm chất lỏng làm việc.

• Tua bin hơi về cơ bản là một thiết bị mở rộng cung cấp mô-men xoắn như đầu ra công việc, trong khi tua-bin khí là một thiết bị kết hợp giữa máy nén, buồng đốt và tua-bin thực hiện một hoạt động theo chu kỳ để cung cấp công việc như mô-men xoắn hoặc lực đẩy.

• Tua bin hơi chỉ là một thành phần thực hiện một bước của chu trình Rankine, trong khi động cơ tua bin khí thực hiện toàn bộ chu trình Brayton.

• Tua bin khí có thể cung cấp mô-men xoắn hoặc lực đẩy làm đầu ra công việc, trong khi tua-bin hơi hầu như luôn luôn cung cấp mô-men xoắn như đầu ra công việc.

• Hiệu suất của tua bin khí cao hơn nhiều so với tua bin hơi do nhiệt độ hoạt động cao hơn của tua bin khí. (Tua bin khí ~ 1500 0C và tua bin hơi nước ~ 550 0C)

• Không gian cần thiết cho các tuabin khí ít hơn nhiều so với hoạt động của tuabin hơi, vì tuabin hơi cần các nồi hơi và bộ trao đổi nhiệt, nên được kết nối bên ngoài để bổ sung nhiệt.

• Tua bin khí linh hoạt hơn, bởi vì nhiều nhiên liệu có thể được sử dụng và chất lỏng làm việc, phải được cung cấp liên tục, có sẵn ở mọi nơi (không khí). Mặt khác, tua bin hơi nước đòi hỏi một lượng nước lớn cho hoạt động và có xu hướng gây ra vấn đề ở nhiệt độ thấp hơn do đóng băng.