Stoommachine versus stoomturbine
Terwijl stoommachine en stoomturbine de grote latente verdampingswarmte van stoom gebruiken voor het vermogen, is het belangrijkste verschil de maximale omwenteling per minuut van de vermogenscycli die beide kunnen leveren. Er is een limiet voor het aantal cycli per minuut dat kan worden geleverd met een door stoom aangedreven heen en weer bewegende zuiger, inherent aan het ontwerp.
Stoommachines in locomotieven hebben normaal gesproken dubbelwerkende zuigers die afwisselend met stoom worden verzameld aan beide zijden. De zuiger wordt ondersteund met een zuigerstang die is verbonden met een kruiskop. De kruiskop is verder via een koppeling aan de regelstang van de klep bevestigd. De kleppen zijn zowel voor de toevoer van stoom als voor het afvoeren van de gebruikte stoom. Het motorvermogen dat wordt gegenereerd met de heen en weer bewegende zuiger wordt omgezet in een draaiende beweging en overgebracht naar de aandrijfstangen en de koppelstangen die de wielen aandrijven.
In turbines zijn er schoepenontwerpen met staal om een roterende beweging te geven met de stoomstroom. Het is mogelijk om drie belangrijke technologische ontwikkelingen te identificeren die de stoomturbines efficiënter maken voor stoommachines. Het zijn de stoomstroomrichting, de eigenschappen van het staal dat wordt gebruikt om de turbineschoepen te vervaardigen en de methode om "superkritische stoom" te produceren.
De moderne technologie die wordt gebruikt voor de richting van de stoomstroom en het stroompatroon is geavanceerder in vergelijking met de oude technologie van perifere stroming. De introductie van een directe stoomstoot met schoepen onder een hoek die weinig of bijna geen rugweerstand oplevert, geeft de maximale energie van de stoom aan de roterende beweging van de turbinebladen.
De superkritische stoom wordt geproduceerd door de normale stoom zodanig onder druk te zetten dat de watermoleculen van de stoom zo ver worden gedwongen dat het weer meer vloeistof wordt, terwijl de gaseigenschappen behouden blijven; dit heeft een uitstekende energie-efficiëntie in vergelijking met de normale hete stoom.
Deze twee technologische vooruitgang werd gerealiseerd door het gebruik van hoogwaardig staal om de lamellen te vervaardigen. Het was dus mogelijk om de turbines met veel hoge snelheden te laten werken en de hoge druk van de superkritische stoom te weerstaan voor dezelfde hoeveelheid energie als traditionele stoomkracht zonder de bladen te breken of zelfs maar te beschadigen.
De nadelen van de turbines zijn: kleine turndown-ratio's, die de achteruitgang van de prestaties zijn met de vermindering van stoomdruk of stroomsnelheden, langzame opstarttijden, wat is om thermische schokken in dunne stalen bladen te voorkomen, grote kapitaalkosten en de hoge kwaliteit van stoom die de behandeling van voedingswater vereist.
Het belangrijkste nadeel van stoommachine is de beperking van de snelheid en het lage rendement. Het normale rendement van stoommachines is ongeveer 10 - 15% en de nieuwste motoren kunnen veel efficiënter werken, ongeveer 35% met de introductie van compacte stoomgeneratoren en door de motor in olievrije toestand te houden, waardoor de levensduur van de vloeistof wordt verlengd.
Voor kleine systemen heeft de stoommachine de voorkeur boven stoomturbines, aangezien het rendement van turbines afhankelijk is van de stoomkwaliteit en de hoge snelheid. De uitlaatgassen van de stoomturbines hebben een zeer hoge temperatuur en dus ook een laag thermisch rendement.
Met de hoge kosten van de brandstof die wordt gebruikt voor interne verbrandingsmotoren, is de wedergeboorte van stoommachines momenteel zichtbaar. Stoommachines zijn erg goed in het terugwinnen van de afvalenergie uit vele bronnen, waaronder de uitlaatgassen van stoomturbines. De afvalwarmte van stoomturbines wordt gebruikt in krachtcentrales met een gecombineerde cyclus. Het maakt het verder mogelijk om de afvalstoom af te voeren als uitlaat bij veel lage temperaturen.
