Différence entre la turbine à gaz et la turbine à vapeur

Turbine à gaz vs turbine à vapeur

Les turbines sont une classe de turbo-machines utilisées pour convertir l'énergie dans un fluide qui coule en énergie mécanique par l'utilisation de mécanismes de rotor. Les turbines, en général, convertissent l'énergie thermique ou cinétique du liquide en travail. Les turbines à gaz et les turbines à vapeur sont des turbo thermiques, où l'œuvre est générée à partir du changement d'enthalpie du liquide de travail; je.e. L'énergie potentielle du fluide sous forme de pression est convertie en énergie mécanique.

Sur la base de la direction des turbines à débit de fluide, les turbines à débit axiales et les turbines à débit radial. Techniquement, une turbine est un expanseur, qui fournit une production de travail mécanique par la diminution de la pression, qui est l'opération inverse du compresseur. Cet article se concentre sur le type de turbine à flux axial, qui est plus courant dans de nombreuses applications d'ingénierie.

La structure de base d'une turbine à débit axiale est conçue pour permettre un flux continu de fluide tout en extraitant l'énergie. Dans les turbines thermiques, le fluide de travail, à une température élevée et une pression est dirigé à travers une série de rotors composés de lames inclinées montées sur un disque rotatif attaché à l'arbre. Entre chaque disque de rotor, les lames stationnaires sont montées, qui agissent comme des buses et des guides vers l'écoulement du fluide.

En savoir plus sur la turbine à vapeur

Même si le concept d'utilisation de la vapeur pour faire des travaux mécaniques a été utilisé depuis longtemps, la turbine à vapeur moderne a été conçue par l'ingénieur anglais Sir Charles Parsons en 1884.

La turbine à vapeur utilise de la vapeur sous pression d'une chaudière comme fluide de travail. La vapeur surchauffée entrant dans la turbine perd sa pression (enthalpie) se déplaçant à travers les lames des rotors, et les rotors déplacent l'arbre sur lequel ils sont connectés. Les turbines à vapeur fournissent une puissance à un rythme fluide et constant, et l'efficacité thermique d'une turbine à vapeur est supérieure à celle d'un moteur alternatif. Le fonctionnement de la turbine à vapeur est optimal aux états de régime plus élevés.

Strictement, la turbine n'est qu'un seul composant de l'opération cyclique utilisée pour la production d'énergie, qui est idéalement modélisée par le cycle Rankine. Les chaudières, les échangeurs de chaleur, les pompes et les condenseurs sont également des composants de l'opération mais ne sont pas des parties de la turbine.

À l'époque moderne, l'utilisation primaire des turbines à vapeur concerne la production d'énergie électrique, mais au début du 20e siècle, les turbines à vapeur ont été utilisées comme centrale pour les navires et les moteurs de locomotive. À titre d'exception, dans certains systèmes de propulsion marine où les moteurs diesel ne sont pas pratiques, comme les porte-avions et les sous-marins, les moteurs à vapeur sont toujours utilisés.

En savoir plus sur la turbine à gaz

Moteur à turbine à gaz ou simplement une turbine à gaz est un moteur à combustion interne, en utilisant des gaz tels que l'air comme liquide de travail. Aspect thermodynamique du fonctionnement de la turbine à gaz est idéalement modélisé par le cycle de Brayton.

Le moteur à turbine à gaz, contrairement à la turbine à vapeur, se compose de plusieurs composants clés; Ce sont le compresseur, la chambre de combustion et la turbine, qui sont assemblés le long d'un arbre rotatif, pour effectuer différentes tâches d'un moteur à combustion interne. L'apport en gaz de l'entrée est d'abord comprimé à l'aide d'un compresseur axial; qui effectue l'opposé exact d'une simple turbine. Le gaz sous pression est ensuite dirigé par un stade de diffuseur (une buse divergente), dans lequel le gaz perd sa vitesse, mais augmente la température et la pression.

Dans l'étape suivante, le gaz entre dans la chambre de combustion où un carburant est mélangé avec le gaz et enflammé. À la suite de la combustion, la température et la pression du gaz atteignent un niveau incroyablement élevé. Ce gaz passe ensuite à travers la section de la turbine, et lors du passage, produit un mouvement de rotation sur l'arbre. Une turbine à gaz de taille moyenne produit des taux de rotation des arbres aussi élevés que 10 000 tr / min, tandis que les petites turbines peuvent produire 5 fois plus.

Les turbines à gaz peuvent être utilisées pour produire un couple (par l'arbre rotatif), une poussée (par échappement à grande vitesse), ou les deux en combinaison. Dans le premier cas, comme dans la turbine à vapeur, le travail mécanique livré par l'arbre n'est qu'une transformation de l'enthalpie (pression) de la température élevée et du gaz de pression. Une partie du travail de l'arbre est utilisée pour conduire le compresseur via un mécanisme interne. Cette forme de la turbine à gaz est principalement utilisée pour la production d'électricité électrique et comme centrales électriques pour les véhicules tels que les réservoirs et même les voitures. Le réservoir américain M1 Abrams utilise un moteur à turbine à gaz comme centrale électrique.

Dans le deuxième cas, le gaz à haute pression est dirigé par une buse convergente pour augmenter la vitesse, et la poussée est générée par le gaz d'échappement. Ce type de turbine à gaz est souvent appelé moteur à réaction ou moteur turbojet, qui alimente l'avion de chasse militaire. Le turbofan est une variante avancée de ci-dessus, et la combinaison de la génération de poussée et de travail est utilisée dans les moteurs à turbopoptops, où le travail des arbres est utilisé pour conduire une hélice.

Il existe de nombreuses variantes des turbines à gaz conçues pour des tâches spécifiques. Ils sont préférés aux autres moteurs (principalement des moteurs alternatifs) en raison de leur rapport puissance / poids élevé, moins de vibrations, des vitesses de fonctionnement élevées et une fiabilité. La chaleur des déchets est dissipée presque entièrement comme l'échappement. Dans la production d'énergie électrique, cette énergie thermique déchet est utilisée pour faire bouillir l'eau pour faire fonctionner une turbine à vapeur. Le processus est connu comme la production combinée de puissance de cycle.

Quelle est la différence entre la turbine à vapeur et la turbine à gaz?

• La turbine à vapeur utilise une vapeur à haute pression comme liquide de travail, tandis que la turbine à gaz utilise de l'air ou de tout autre gaz comme liquide de travail.

• La turbine à vapeur est essentiellement un expanseur fournissant un couple comme sortie de travail, tandis qu'une turbine à gaz est un dispositif combiné de compresseur, de chambre de combustion et de turbine exécutant une opération cyclique pour livrer le travail en tant que couple ou poussée.

• La turbine à vapeur n'est qu'un composant exécutant une étape du cycle Rankine, tandis que Gas Turbine Engine exécute tout le cycle Brayton.

• Les turbines à gaz peuvent fournir un couple ou une poussée comme sortie de travail, tandis que les turbines à vapeur presque tout le temps délivrent le couple comme sortie de travail.

• L'efficacité des turbines à gaz est beaucoup plus élevée que la turbine à vapeur en raison des températures de fonctionnement plus élevées des turbines à gaz. (Turbines à gaz ~ 1500 0c et turbines à vapeur ~ 550 0c)

• L'espace requis pour les turbines à gaz est bien inférieur au fonctionnement de la turbine à vapeur, car la turbine à vapeur nécessite des chaudières et des échangeurs de chaleur, qui doivent être connectés à l'extérieur pour l'ajout de chaleur.

• Les turbines à gaz sont plus polyvalentes, car de nombreux carburants peuvent être utilisés et le liquide de travail, qui doit être nourri en continu, est facilement disponible partout (air). Les turbines à vapeur, en revanche, nécessitent de grandes quantités d'eau pour l'opération et ont tendance à causer des problèmes à des températures plus basses en raison de la glaçage.