Différence entre moteur à vapeur et turbine à vapeur

Moteur à vapeur vs turbine à vapeur

Alors que les moteurs à vapeur et les turbines à vapeur utilisent la grande chaleur latente de vaporisation de la vapeur pour la puissance, la différence principale réside dans le nombre maximal de tours par minute des cycles de puissance qu’ils pourraient fournir. Il existe une limite au nombre de cycles par minute que pourrait fournir un piston alternatif entraîné à la vapeur, inhérent à sa conception.

Dans les locomotives, les moteurs à vapeur ont normalement des pistons à double effet qui fonctionnent alternativement avec de la vapeur accumulée sur les deux faces. Le piston est soutenu par une tige de piston reliée par une tête en croix. La tête est ensuite fixée à la tige de commande de la vanne par une tringlerie. Les vannes servent à l'alimentation en vapeur et à l'évacuation de la vapeur usée. La puissance du moteur générée par le piston alternatif est convertie en un mouvement de rotation et transférée aux tiges d’entraînement et aux bielles qui entraînent les roues..

Dans les turbines, il existe des modèles à aubes avec des aciers pour donner un mouvement de rotation avec le flux de vapeur. Il est possible d'identifier trois avancées technologiques majeures qui rendent les turbines à vapeur plus efficaces pour les moteurs à vapeur. Il s’agit du sens de l’écoulement de la vapeur, des propriétés de l’acier utilisé pour la fabrication des aubes de turbine et de la méthode de production de «vapeur supercritique»..

La technologie moderne utilisée pour la direction et le modèle d'écoulement de vapeur est plus sophistiquée que l'ancienne technologie d'écoulement périphérique. L’introduction du jet direct de vapeur avec les pales à un angle qui produit un peu ou presque pas de résistance arrière donne le maximum d’énergie de la vapeur au mouvement rotatif des pales de la turbine.

La vapeur supercritique est produite en pressurisant la vapeur normale de telle sorte que les molécules d’eau de la vapeur sont forcées au point de redevenir un liquide, tout en conservant les propriétés du gaz; cela a une excellente efficacité énergétique par rapport à la vapeur chaude normale.

Ces deux avancées technologiques ont été réalisées grâce à l’utilisation d’aciers de haute qualité pour la fabrication des aubes. Ainsi, il était possible de faire fonctionner les turbines à des vitesses beaucoup plus élevées en résistant à la pression élevée de la vapeur supercritique avec la même quantité d'énergie que la puissance de la vapeur traditionnelle sans casser ni même endommager les aubes..

Les inconvénients des turbines sont les suivants: faibles taux de rotation, qui sont la dégradation des performances avec la réduction de la pression de vapeur ou des débits d'écoulement, des temps de démarrage lents, qui consistent à éviter les chocs thermiques dans les aubes en acier minces, des qualité de la vapeur exigeant le traitement de l'eau d'alimentation.

Le principal inconvénient de la machine à vapeur est sa limitation de vitesse et son faible rendement. Le rendement normal d'un moteur à vapeur est d'environ 10 à 15% et les moteurs les plus récents peuvent fonctionner à un rendement beaucoup plus élevé, environ 35% avec l'introduction de générateurs de vapeur compacts et en maintenant le moteur dans un état sans huile, augmentant ainsi la durée de vie du fluide..

Pour les petits systèmes, le moteur à vapeur est préféré aux turbines à vapeur car l'efficacité des turbines dépend de la qualité de la vapeur et de la vitesse élevée. L’échappement des turbines à vapeur est à très haute température et donc aussi à faible rendement thermique.

Avec le coût élevé du carburant utilisé pour les moteurs à combustion interne, la renaissance des moteurs à vapeur est visible à présent. Les moteurs à vapeur sont très efficaces pour récupérer l'énergie perdue provenant de nombreuses sources, y compris les gaz d'échappement des turbines à vapeur. La chaleur perdue de la turbine à vapeur est utilisée dans les centrales à cycle combiné. Il permet en outre d'évacuer la vapeur perdue sous forme d'échappement à des températures très basses.