Turbinë me gaz vs Turbinë me avull
Turbinat janë një klasë e makinerive turbo që përdoren për të kthyer energjinë e një lëngu që rrjedh në energji mekanike duke përdorur mekanizmat e rotorit. Turbinat, në përgjithësi, shndërrojnë energjinë termike ose kinetike të lëngut në punë. Turbinat me gaz dhe turbinat me avull janë makineri termike turbo, ku puna krijohet nga ndryshimi i entalpisë së lëngut punues; d.m.th., energjia potenciale e lëngut në formë presioni shndërrohet në energji mekanike.
Bazuar në drejtimin e rrjedhës së lëngut turbinat kategorizohen në turbina me rrjedhje aksiale dhe turbina me rrjedhje radiale. Teknikisht, një turbinë është një zgjerues, i cili jep rezultate mekanike nga ulja e presionit, që është funksionimi i kundërt i kompresorit. Ky artikull fokusohet në llojin e turbinës me rrjedhje boshtore, e cila është më e zakonshme në shumë aplikacione inxhinierike.
Struktura bazë e një turbine me rrjedhje boshtore është projektuar për të lejuar një rrjedhje të vazhdueshme të lëngut gjatë nxjerrjes së energjisë. Në turbinat termike, lëngu i punës, në një temperaturë dhe presion të lartë drejtohet përmes një sërë rotorëve të përbërë nga tehe me kënd të montuar në një disk rrotullues të ngjitur në bosht. Midis çdo disku të rotorit janë montuar tehe të palëvizshme, të cilat veprojnë si hundë dhe udhëzues për rrjedhjen e lëngut.
Më shumë rreth turbinës me avull
Edhe pse koncepti i përdorimit të avullit për të kryer punë mekanike u përdor për një kohë të gjatë, turbina moderne me avull u projektua nga inxhinieri anglez Sir Charles Parsons në 1884.
Turbina me avull përdor avull nën presion nga një kazan si lëng pune. Avulli i mbinxehur që hyn në turbinë humbet presionin e tij (entalpinë) duke lëvizur nëpër tehet e rotorëve dhe rotorët lëvizin boshtin me të cilin janë lidhur. Turbinat me avull japin energji me një shpejtësi të qetë dhe konstante dhe efikasiteti termik i një turbine me avull është më i lartë se ai i një motori reciprok. Funksionimi i turbinës me avull është optimal në gjendje më të larta të rpm.
Rreptësisht, turbina është vetëm një komponent i vetëm i funksionimit ciklik që përdoret për prodhimin e energjisë, i cili modelohet në mënyrë ideale nga cikli Rankine. Kaldaja, shkëmbyesit e nxehtësisë, pompat dhe kondensatorët janë gjithashtu komponentë të funksionimit, por nuk janë pjesë e turbinës.
Në ditët moderne, përdorimi parësor i turbinave me avull është për prodhimin e energjisë elektrike, por në fillim të shekullit të 20-të turbinat me avull u përdorën si termocentral për anijet dhe motorët e lokomotivave. Si përjashtim, në disa sisteme shtytëse detare ku motorët me naftë janë jopraktikë, siç janë transportuesit e avionëve dhe nëndetëset, motorët me avull përdoren ende.
Më shumë rreth turbinës me gaz
Motori me turbinë me gaz ose thjesht një turbinë me gaz është një motor me djegie të brendshme, duke përdorur gazra të tillë si ajri si lëng pune. Aspekti termodinamik i funksionimit të turbinës me gaz është modeluar në mënyrë ideale nga cikli Brayton.
Motori i turbinës me gaz, ndryshe nga turbina me avull, përbëhet nga disa komponentë kyç; ato janë kompresori, dhoma e djegies dhe turbina, të cilat janë montuar përgjatë një boshti rrotullues, për të kryer detyra të ndryshme të një motori me djegie të brendshme. Marrja e gazit nga hyrja së pari kompresohet duke përdorur një kompresor boshtor; e cila kryen saktësisht të kundërtën e një turbine të thjeshtë. Gazi nën presion më pas drejtohet përmes një faze difuzioni (një hundë divergjente), në të cilën gazi humbet shpejtësinë e tij, por rrit temperaturën dhe presionin më tej.
Në fazën tjetër, gazi hyn në dhomën e djegies ku një lëndë djegëse përzihet me gazin dhe ndizet. Si rezultat i djegies, temperatura dhe presioni i gazit ngrihen në një nivel tepër të lartë. Ky gaz më pas kalon nëpër seksionin e turbinës dhe kur kalon përmes saj prodhon lëvizje rrotulluese në bosht. Një turbinë me gaz me madhësi mesatare prodhon shpejtësi të rrotullimit të boshtit deri në 10,000 RPM, ndërsa turbinat më të vogla mund të prodhojnë 5 herë më shumë.
Turbinat me gaz mund të përdoren për të prodhuar çift rrotullues (nga boshti rrotullues), shtytje (nga shkarkimi i gazit me shpejtësi të lartë), ose të dyja në kombinim. Në rastin e parë, si në turbinën me avull, puna mekanike e kryer nga boshti është thjesht një transformim i entalpisë (presionit) të gazit të temperaturës dhe presionit të lartë. Një pjesë e punës së boshtit përdoret për të drejtuar kompresorin përmes një mekanizmi të brendshëm. Kjo formë e turbinës me gaz përdoret kryesisht për prodhimin e energjisë elektrike dhe si termocentrale për automjete të tilla si tanke dhe madje edhe makina. Rezervuari amerikan M1 Abrams përdor një motor me turbinë me gaz si termocentral.
Në rastin e dytë, gazi me presion të lartë drejtohet përmes një gryke konvergjente për të rritur shpejtësinë, dhe shtytja gjenerohet nga gazi i shkarkimit. Ky lloj turbine me gaz shpesh quhet motor reaktiv ose motor turbojet, i cili fuqizon aeroplanin luftarak ushtarak. Turbofan është një variant i avancuar i lartpërmendur dhe kombinimi i shtytjes dhe gjenerimit të punës përdoret në motorët me turboprop, ku puna e boshtit përdoret për të drejtuar një helikë.
Ekzistojnë shumë variante të turbinave me gaz të dizajnuara për detyra specifike. Ata janë të preferuar mbi motorët e tjerë (kryesisht motorët reciprok) për shkak të raportit të tyre të lartë të fuqisë ndaj peshës, më pak dridhje, shpejtësi të lartë funksionimi dhe besueshmëri. Nxehtësia e mbetur shpërndahet pothuajse tërësisht si shkarkimi. Në prodhimin e energjisë elektrike, kjo energji termike e mbetur përdoret për të zier ujin për të drejtuar një turbinë me avull. Procesi njihet si prodhimi i energjisë me cikël të kombinuar.
Cili është ndryshimi midis turbinës me avull dhe turbinës me gaz?
• Turbina me avull përdor avull me presion të lartë si lëng pune, ndërsa turbina me gaz përdor ajër ose ndonjë gaz tjetër si lëng pune.
• Turbina me avull është në thelb një zgjerues që jep çift rrotullues si rezultat i punës, ndërsa një turbinë me gaz është një pajisje e kombinuar e kompresorit, dhomës së djegies dhe turbinës që kryen një operacion ciklik për të ofruar punë si çift rrotullues ose shtytje.
• Turbina me avull është vetëm një komponent që ekzekuton një hap të ciklit Rankine, ndërsa motori i turbinës me gaz ekzekuton të gjithë ciklin Brayton.
• Turbinat me gaz mund të japin çift rrotullues ose shtytje si prodhimi i punës, ndërsa turbinat me avull pothuajse gjatë gjithë kohës japin çift rrotullues si rezultat i punës.
• Efikasiteti i turbinave me gaz është shumë më i lartë se turbina me avull për shkak të temperaturave më të larta të funksionimit të turbinave me gaz. (Turbinat me gaz ~1500 0C dhe turbinat me avull ~550 0C)
• Hapësira e nevojshme për turbinat me gaz është shumë më pak se funksionimi i turbinës me avull, sepse turbina me avull kërkon kaldaja dhe shkëmbyes nxehtësie, të cilët duhet të lidhen nga jashtë për shtimin e nxehtësisë.
• Turbinat me gaz janë më të gjithanshëm, sepse mund të përdoren shumë lëndë djegëse dhe lëngu i punës, i cili duhet të ushqehet vazhdimisht, është lehtësisht i disponueshëm kudo (ajri). Turbinat me avull, nga ana tjetër, kërkojnë sasi të mëdha uji për funksionimin dhe priren të shkaktojnë probleme në temperatura më të ulëta për shkak të ngrirjes.
