Dampfmaschine gegen Dampfturbine
Während Dampfmaschine und Dampfturbine die große latente Verdampfungswärme von Dampf für die Leistung nutzen, besteht der Hauptunterschied in der maximalen Umdrehung pro Minute der Leistungszyklen, die beide liefern könnten. Es gibt eine Grenze für die Anzahl der Zyklen pro Minute, die ein dampfbetriebener Hubkolben liefern könnte, der seiner Konstruktion innewohnt.
Dampfmaschinen in Lokomotiven haben normalerweise doppelt wirkende Kolben, die abwechselnd mit Dampf betrieben werden, der sich auf beiden Seiten ansammelt. Der Kolben wird von einer Kolbenstange getragen, die mit einem Kreuzkopf verbunden ist. Der Kreuzkopf ist ferner durch ein Gestänge an der Ventilsteuerstange angebracht. Die Ventile dienen sowohl der Dampfzufuhr als auch der Abführung des verbrauchten Dampfes. Die mit dem Hubkolben erzeugte Motorkraft wird in eine Drehbewegung umgewandelt und auf die Antriebsstangen und Koppelstangen übertragen, die die Räder antreiben.
In Turbinen gibt es Schaufeldesigns mit Stählen, um mit dem Dampfstrom eine Drehbewegung zu erzeugen. Es ist möglich, drei große technologische Fortschritte zu identifizieren, die die Dampfturbinen gegenüber Dampfmaschinen effizienter machen. Dies sind die Dampfströmungsrichtung, die Eigenschaften des Stahls, der zur Herstellung der Turbinenschaufeln verwendet wird, und das Verfahren zur Erzeugung von „superkritischem Dampf“.
Die moderne Technologie, die für die Dampfströmungsrichtung und das Strömungsmuster verwendet wird, ist im Vergleich zur alten Technologie der peripheren Strömung ausgefeilter. Die Einleitung des direkten Dampfstoßes mit Schaufeln in einem Winkel, der einen geringen oder fast keinen Rückwiderstand erzeugt, verleiht der Drehbewegung der Turbinenschaufeln die maximale Energie des Dampfes.
Der überkritische Dampf wird erzeugt, indem der normale Dampf so unter Druck gesetzt wird, dass die Wassermoleküle des Dampfes bis zu einem Punkt gezwungen werden, an dem er wieder mehr wie eine Flüssigkeit wird, während die Gaseigenschaften beibeh alten werden; Dies hat eine hervorragende Energieeffizienz im Vergleich zu normalem Heißdampf.
Diese beiden technologischen Fortschritte wurden durch die Verwendung hochwertiger Stähle zur Herstellung der Flügel realisiert. So war es möglich, die Turbinen mit sehr hohen Geschwindigkeiten zu betreiben und dabei dem hohen Druck des überkritischen Dampfes für die gleiche Energiemenge wie bei herkömmlicher Dampfkraft standzuh alten, ohne die Schaufeln zu brechen oder sogar zu beschädigen.
Die Nachteile der Turbinen sind: kleine Turndown-Verhältnisse, das sind die Leistungseinbußen bei der Reduzierung von Dampfdruck oder Durchflussmengen, langsame Anfahrzeiten, was Thermoschocks bei dünnen Stahlschaufeln vermeiden soll, großes Kapital Kosten und die hohe Dampfqualität erfordern eine Speisewasserbehandlung.
Der Hauptnachteil der Dampfmaschine ist die Begrenzung der Geschwindigkeit und der geringe Wirkungsgrad. Der normale Dampfmaschinenwirkungsgrad liegt bei etwa 10 – 15 % und die neuesten Motoren können mit der Einführung kompakter Dampfgeneratoren mit einem viel höheren Wirkungsgrad arbeiten, etwa 35 %, und dadurch, dass der Motor in einem ölfreien Zustand geh alten wird, wodurch die Lebensdauer der Flüssigkeit verlängert wird.
Für kleine Anlagen wird die Dampfmaschine gegenüber Dampfturbinen bevorzugt, da der Wirkungsgrad von Turbinen von der Dampfqualität und der hohen Drehzahl abhängt. Das Abgas der Dampfturbinen hat eine sehr hohe Temperatur und somit auch einen geringen thermischen Wirkungsgrad.
Angesichts der hohen Kraftstoffkosten für Verbrennungsmotoren zeichnet sich derzeit eine Wiedergeburt der Dampfmaschine ab. Dampfmaschinen sind sehr gut darin, die Abfallenergie aus vielen Quellen, einschließlich Dampfturbinenabgasen, zurückzugewinnen. Die Abwärme der Dampfturbine wird in GuD-Kraftwerken genutzt. Es ermöglicht ferner das Abführen des Abdampfs als Abgas bei viel niedrigeren Temperaturen.
