Dampfmaschine gegen Dampfturbine
Während Dampfmaschine und Dampfturbine die große latente Verdampfungswärme von Dampf für die Leistung nutzen, ist der Hauptunterschied die maximale Umdrehung pro Minute der Leistungszyklen, die beide liefern könnten. Es gibt eine Grenze für die Anzahl von Zyklen pro Minute, die mit einem dampfbetriebenen Hubkolben versehen werden können, der seiner Konstruktion eigen ist.
Dampfmaschinen in Lokomotiven haben normalerweise doppeltwirkende Kolben, die alternativ mit an beiden Seiten angesammeltem Dampf betrieben werden. Der Kolben wird von einer Kolbenstange getragen, die mit einem Kreuzkopf verbunden ist. Der Kreuzkopf ist ferner durch ein Gestänge an der Ventilsteuerstange befestigt. Die Ventile dienen zur Zufuhr des Dampfes sowie zur Abgabe des verbrauchten Dampfes. Die mit dem Hubkolben erzeugte Motorleistung wird in eine Drehbewegung umgewandelt und auf die Antriebsstangen und die Koppelstangen übertragen, die die Räder antreiben.
In Turbinen gibt es Flügelkonstruktionen mit Stählen, um eine Drehbewegung mit dem Dampfstrom zu ermöglichen. Es ist möglich, drei große technologische Fortschritte zu identifizieren, die die Dampfturbinen für Dampfmaschinen effizienter machen. Dies sind die Dampfströmungsrichtung, die Eigenschaften des Stahls, aus dem die Turbinenschaufeln hergestellt werden, und das Verfahren zur Erzeugung von „überkritischem Dampf“.
Die moderne Technologie für die Dampfströmungsrichtung und das Strömungsmuster ist im Vergleich zur alten Technologie der peripheren Strömung ausgefeilter. Die Einführung eines direkten Dampfstoßes mit Schaufeln in einem Winkel, der ein wenig oder fast keinen Rückenwiderstand erzeugt, gibt der Drehbewegung der Turbinenschaufeln die maximale Energie des Dampfes.
Der überkritische Dampf wird erzeugt, indem der normale Dampf unter Druck gesetzt wird, so dass die Wassermoleküle des Dampfes zu einem Punkt gezwungen werden, an dem er wieder mehr wie eine Flüssigkeit wird, während die Gaseigenschaften erhalten bleiben; Dies hat eine ausgezeichnete Energieeffizienz im Vergleich zu normalem heißem Dampf.
Diese beiden technologischen Fortschritte wurden durch die Verwendung hochwertiger Stähle zur Herstellung der Flügel erzielt. So war es möglich, die Turbinen mit sehr hohen Drehzahlen zu betreiben, die dem hohen Druck des überkritischen Dampfes trotz der gleichen Energiemenge wie herkömmliche Dampfkraft standhalten, ohne die Schaufeln zu brechen oder sogar zu beschädigen.
Die Nachteile der Turbinen sind: kleine Turndown-Verhältnisse, die die Leistung mit der Verringerung des Dampfdrucks oder der Durchflussraten verringern, langsame Anlaufzeiten, um Wärmeschocks in dünnen Stahlschaufeln, hohe Kapitalkosten und hohe Kosten zu vermeiden Qualität der dampfintensiven Speisewasseraufbereitung.
Der Hauptnachteil der Dampfmaschine ist ihre Begrenzung der Geschwindigkeit und der geringe Wirkungsgrad. Der normale Wirkungsgrad der Dampfmaschine liegt bei 10 bis 15%, und die neuesten Motoren können mit einem wesentlich höheren Wirkungsgrad von etwa 35% arbeiten, wenn kompakte Dampferzeuger eingeführt werden und der Motor in einem ölfreien Zustand gehalten wird, wodurch die Lebensdauer der Flüssigkeit verlängert wird.
Bei kleinen Systemen wird die Dampfmaschine Dampfturbinen vorgezogen, da der Wirkungsgrad von Turbinen von der Dampfqualität und der hohen Drehzahl abhängt. Das Abgas der Dampfturbinen hat eine sehr hohe Temperatur und damit auch einen geringen thermischen Wirkungsgrad.
Mit den hohen Kosten des für Verbrennungsmotoren verwendeten Kraftstoffs ist derzeit die Wiedergeburt von Dampfmaschinen sichtbar. Dampfmaschinen sind sehr gut darin, die Abfällenergie aus vielen Quellen, einschließlich Abgasen von Dampfturbinen, zurückzugewinnen. Die Abwärme der Dampfturbine wird in Kombikraftwerken genutzt. Es ermöglicht ferner das Ablassen des Abgasdampfes als Abgas bei sehr niedrigen Temperaturen.
