Silnik parowy vs turbina parowa
Podczas gdy silnik parowy i turbina parowa wykorzystują duże utajone ciepło parowania pary do zasilania, główną różnicą jest maksymalna liczba obrotów na minutę cykli mocy, które mogą zapewnić oba. Istnieje ograniczenie liczby cykli na minutę, które może zapewnić tłok posuwisto-zwrotny napędzany parą, nieodłącznie związany z jego konstrukcją.
Silniki parowe w lokomotywach mają zwykle tłoki dwustronnego działania, które pracują naprzemiennie z parą nagromadzoną po obu stronach. Tłok podparty jest tłoczyskiem połączonym krzyżakiem. Głowica poprzeczna jest ponadto przymocowana do drążka sterującego zaworu za pomocą łącznika. Zawory służą do dostarczania pary, jak również do odprowadzania zużytej pary. Moc silnika generowana przez tłok posuwisto-zwrotny jest zamieniana na ruch obrotowy i przenoszona na drążki napędowe i drążki sprzęgające napędzające koła.
W turbinach zastosowano konstrukcje łopatek ze stali, które zapewniają ruch obrotowy wraz z przepływem pary. Można zidentyfikować trzy główne osiągnięcia technologiczne, które sprawiają, że turbiny parowe są bardziej wydajne w stosunku do silników parowych. Są to kierunek przepływu pary, właściwości stali, z której wykonane są łopatki turbiny oraz sposób wytwarzania „pary nadkrytycznej”.
Nowoczesna technologia wykorzystywana do określania kierunku i wzoru przepływu pary jest bardziej wyrafinowana w porównaniu ze starą technologią przepływu obwodowego. Wprowadzenie bezpośredniego uderzenia pary łopatkami pod kątem, który wytwarza niewielki lub prawie żaden opór zwrotny, daje maksymalną energię pary na ruch obrotowy łopatek turbiny.
Para nadkrytyczna jest wytwarzana przez sprężanie normalnej pary w taki sposób, że cząsteczki wody pary są zmuszane do tego stopnia, że ponownie staje się cieczą, zachowując jednocześnie właściwości gazu; ma to doskonałą wydajność energetyczną w porównaniu do zwykłej gorącej pary.
Te dwa osiągnięcia technologiczne zostały osiągnięte dzięki zastosowaniu wysokiej jakości stali do produkcji łopatek. Tak więc możliwe było uruchomienie turbin przy znacznie wysokich prędkościach, wytrzymujących wysokie ciśnienie pary nadkrytycznej przy tej samej ilości energii, co tradycyjna moc pary, bez łamania lub nawet uszkodzenia łopatek.
Wadami turbin są: małe przełożenia, które są degradacją osiągów wraz ze zmniejszeniem ciśnienia pary lub prędkości przepływu, powolne czasy rozruchu, co ma na celu uniknięcie szoków termicznych w cienkich stalowych łopatkach, duży koszt inwestycyjny i wysoki jakość pary wymagającej uzdatniania wody zasilającej.
Główną wadą silnika parowego jest ograniczenie prędkości i mała wydajność. Normalna sprawność silnika parowego wynosi około 10 - 15%, a najnowsze silniki mogą pracować ze znacznie wyższą wydajnością, około 35% po wprowadzeniu kompaktowych generatorów pary i utrzymywaniu silnika w stanie wolnym od oleju, co zwiększa żywotność płynu.
W przypadku małych systemów silnik parowy jest preferowany zamiast turbin parowych, ponieważ wydajność turbin zależy od jakości pary i dużej prędkości. Spaliny z turbin parowych mają bardzo wysoką temperaturę, a co za tym idzie również niską sprawność cieplną.
Przy wysokich kosztach paliwa stosowanego do silników spalinowych widoczne jest odrodzenie się silników parowych. Silniki parowe są bardzo dobre w odzyskiwaniu energii odpadowej z wielu źródeł, w tym spalin z turbin parowych. Ciepło odpadowe z turbiny parowej jest wykorzystywane w elektrociepłowniach. Ponadto umożliwia odprowadzanie pary odpadowej w postaci spalin w znacznie niskich temperaturach.
