Turbin Gas lwn Turbin Stim
Turbin ialah kelas jentera turbo yang digunakan untuk menukar tenaga dalam cecair yang mengalir kepada tenaga mekanikal dengan menggunakan mekanisme rotor. Turbin, secara amnya, menukarkan sama ada tenaga haba atau kinetik bendalir kepada kerja. Turbin gas dan turbin stim adalah jentera turbo terma, di mana kerja dijana daripada perubahan entalpi bendalir kerja; iaitu tenaga keupayaan bendalir dalam bentuk tekanan ditukarkan kepada tenaga mekanikal.
Berdasarkan arah turbin aliran bendalir dikategorikan kepada turbin aliran paksi dan turbin aliran jejarian. Secara teknikal turbin adalah pengembang, yang menyampaikan output kerja mekanikal dengan penurunan tekanan, yang merupakan operasi bertentangan dengan pemampat. Artikel ini memfokuskan pada jenis turbin aliran paksi, yang lebih biasa dalam banyak aplikasi kejuruteraan.
Struktur asas turbin aliran paksi direka bentuk untuk membenarkan aliran bendalir berterusan semasa mengekstrak tenaga. Dalam turbin haba, bendalir kerja, pada suhu tinggi dan tekanan diarahkan melalui satu siri rotor yang terdiri daripada bilah bersudut yang dipasang pada cakera berputar yang dipasang pada aci. Di antara setiap cakera pemutar bilah pegun dipasang, yang bertindak sebagai muncung dan panduan kepada aliran bendalir.
Lagi mengenai Turbin Stim
Walaupun konsep menggunakan wap untuk melakukan kerja mekanikal telah digunakan sejak sekian lama, turbin wap moden telah direka oleh jurutera Inggeris Sir Charles Parsons pada tahun 1884.
turbin stim menggunakan wap bertekanan daripada dandang sebagai bendalir kerja. Stim panas lampau memasuki turbin kehilangan tekanannya (enthalpi) yang bergerak melalui bilah pemutar, dan pemutar menggerakkan aci yang disambungkan. Turbin wap menyalurkan kuasa pada kadar yang lancar dan tetap, dan kecekapan terma turbin stim adalah lebih tinggi daripada enjin salingan. Pengendalian turbin stim adalah optimum pada keadaan RPM yang lebih tinggi.
Tegasnya, turbin hanyalah satu komponen operasi kitaran yang digunakan untuk penjanaan kuasa, yang idealnya dimodelkan oleh kitaran Rankine. Dandang, penukar haba, pam dan pemeluwap juga merupakan komponen operasi tetapi bukan sebahagian daripada turbin.
Pada zaman moden, penggunaan utama turbin stim adalah untuk penjanaan kuasa elektrik, tetapi pada awal abad ke-20 turbin stim digunakan sebagai loji kuasa untuk kapal dan enjin lokomotif. Sebagai pengecualian, dalam beberapa sistem pendorong marin di mana enjin diesel tidak praktikal, seperti kapal pengangkut pesawat dan kapal selam, enjin stim masih digunakan.
Lagi mengenai Turbin Gas
Enjin turbin gas atau ringkasnya turbin gas ialah enjin pembakaran dalaman, menggunakan gas seperti udara sebagai bendalir kerja. Aspek termodinamik operasi turbin gas dimodelkan secara ideal oleh kitaran Brayton.
Enjin turbin gas, tidak seperti turbin stim, terdiri daripada beberapa komponen utama; itu ialah pemampat, kebuk pembakaran, dan turbin, yang dipasang di sepanjang aci berputar, untuk melaksanakan tugas berbeza bagi enjin pembakaran dalaman. Pengambilan gas dari salur masuk pertama kali dimampatkan menggunakan pemampat paksi; yang melakukan tindakan yang bertentangan dengan turbin ringkas. Gas bertekanan kemudiannya diarahkan melalui peringkat peresap (muncung mencapah), di mana gas kehilangan halajunya, tetapi meningkatkan suhu dan tekanan lagi.
Pada peringkat seterusnya, gas memasuki kebuk pembakaran di mana bahan api bercampur dengan gas dan dinyalakan. Hasil daripada pembakaran, suhu dan tekanan gas meningkat ke tahap yang sangat tinggi. Gas ini kemudiannya melalui bahagian turbin, dan apabila melalui menghasilkan gerakan putaran ke aci. Turbin gas bersaiz purata menghasilkan kadar putaran aci setinggi 10, 000 RPM, manakala turbin yang lebih kecil mungkin menghasilkan 5 kali lebih banyak.
Turbin gas boleh digunakan untuk menghasilkan tork (oleh aci berputar), tujahan (oleh ekzos gas berkelajuan tinggi), atau kedua-duanya dalam kombinasi. Dalam kes pertama, seperti dalam turbin stim, kerja mekanikal yang dihantar oleh aci hanyalah transformasi entalpi (tekanan) suhu tinggi dan gas tekanan. Sebahagian daripada kerja aci digunakan untuk memacu pemampat melalui mekanisme dalaman. Bentuk turbin gas ini digunakan terutamanya untuk penjanaan kuasa elektrik dan sebagai loji kuasa untuk kenderaan seperti tangki dan juga kereta. Kereta kebal M1 Abrams AS menggunakan enjin turbin gas sebagai loji kuasa.
Dalam kes kedua, gas tekanan tinggi diarahkan melalui muncung menumpu untuk meningkatkan halaju, dan tujahan dihasilkan oleh gas ekzos. Turbin gas jenis ini sering dipanggil enjin Jet atau enjin turbojet, yang menggerakkan pesawat pejuang tentera. Kipas turbo ialah varian lanjutan di atas, dan gabungan kedua-dua tujahan dan penjanaan kerja digunakan dalam enjin turboprop, di mana kerja aci digunakan untuk memacu kipas.
Terdapat banyak varian turbin gas yang direka untuk tugas tertentu. Ia diutamakan berbanding enjin lain (terutamanya enjin salingan) kerana nisbah kuasa kepada beratnya yang tinggi, kurang getaran, kelajuan operasi yang tinggi dan kebolehpercayaan. Haba buangan dilesapkan hampir keseluruhannya sebagai ekzos. Dalam penjanaan kuasa elektrik, sisa tenaga haba ini digunakan untuk mendidih air untuk menjalankan turbin stim. Proses ini dikenali sebagai penjanaan kuasa kitaran gabungan.
Apakah perbezaan antara Turbin Stim dan Turbin Gas?
• Turbin wap menggunakan wap tekanan tinggi sebagai bendalir kerja, manakala turbin gas menggunakan udara atau gas lain sebagai bendalir kerja.
• Turbin wap pada asasnya ialah pengembang yang menyampaikan tork sebagai hasil kerja, manakala turbin gas ialah peranti gabungan pemampat, kebuk pembakaran dan turbin yang melaksanakan operasi kitaran untuk menghantar kerja sama ada sebagai tork atau tujah.
• Turbin wap hanyalah komponen yang melaksanakan satu langkah kitaran Rankine, manakala enjin turbin gas melaksanakan keseluruhan kitaran Brayton.
• Turbin gas boleh menghantar sama ada tork atau tujah sebagai output kerja, manakala turbin stim hampir sepanjang masa memberikan tork sebagai output kerja.
• Kecekapan turbin gas jauh lebih tinggi daripada turbin stim disebabkan oleh suhu operasi turbin gas yang lebih tinggi. (Turbin gas ~1500 0C dan turbin stim ~550 0C)
• Ruang yang diperlukan untuk turbin gas adalah lebih kecil daripada operasi turbin stim, kerana turbin stim memerlukan dandang dan penukar haba, yang harus disambungkan secara luaran untuk penambahan haba.
• Turbin gas lebih serba boleh, kerana banyak bahan api boleh digunakan dan bendalir kerja, yang perlu disuap secara berterusan, mudah didapati di mana-mana (udara). Turbin wap, sebaliknya, memerlukan sejumlah besar air untuk operasi dan cenderung menyebabkan masalah pada suhu yang lebih rendah akibat aising.
