Buhar Motoru ve Buhar Türbini
Buhar motoru ve buhar türbini, güç için buharın büyük gizli buharlaşma ısısını kullanırken, temel fark, her ikisinin de sağlayabileceği güç döngülerinin dakika başına maksimum devridir. Tasarımının doğasında bulunan, buharla çalışan bir pistonlu piston ile sağlanabilecek dakika başına devir sayısı için bir sınır vardır.
Lokomotiflerdeki buhar motorlarında normalde çift etkili pistonlar alternatif olarak her iki yüzünde biriken buharla çalışır. Piston, bir çapraz kafa ile bağlı piston çubuğu ile desteklenir. Çapraz kafa ayrıca bir bağlantı ile valf kontrol çubuğuna bağlanır. Vanalar, hem buharın sağlanması hem de kullanılmış buharın dışarı atılması içindir. Pistonlu piston ile üretilen motor gücü, dönme hareketine dönüştürülür ve tekerlekleri tahrik eden tahrik çubuklarına ve bağlantı çubuklarına aktarılır.
Türbinlerde, buhar akışı ile döner bir hareket vermek için çeliklerle kanat tasarımları vardır. Buhar türbinlerini buhar motorları için daha verimli hale getiren üç büyük teknolojik gelişmeyi tanımlamak mümkündür. Bunlar buhar akış yönü, türbin kanatlarını imal etmek için kullanılan çeliğin özellikleri ve “süperkritik buhar” üretme yöntemidir.
Buhar akış yönü ve akış modeli için kullanılan modern teknoloji, eski çevresel akış teknolojisine kıyasla daha karmaşıktır. Çok az veya neredeyse hiç geri direnç üretmeyen bir açıda kanatlarla buharın doğrudan vurulması, buharın maksimum enerjisini türbin kanatlarının dönme hareketine verir.
Süperkritik buhar, normal buharın basınçlandırılmasıyla üretilir, böylece buharın su molekülleri, gaz özelliklerini korurken, tekrar sıvı gibi olacak bir noktaya zorlanır; bu, normal sıcak buhara kıyasla mükemmel enerji verimliliğine sahiptir.
Bu iki teknolojik gelişme, kanatları üretmek için yüksek kaliteli çeliklerin kullanılmasıyla gerçekleştirildi. Böylece geleneksel buhar gücüyle aynı miktarda enerji için süperkritik buharın yüksek basıncına karşı türbinleri çok yüksek hızlarda kanatları kırmadan hatta zarar vermeden çalıştırmak mümkün oldu.
Türbinlerin dezavantajları şunlardır: buhar basıncının veya akış hızlarının azalmasıyla performansın düşmesi olan küçük devirme oranları, ince çelik kanatlarda termal şokları önlemek için yavaş başlatma süreleri, büyük sermaye maliyet ve yüksek kaliteli buhar gerektiren besleme suyu arıtımı.
Buhar motorunun ana dezavantajı, hız sınırlaması ve düşük verimliliğidir. Normal buhar motoru verimliliği %10 – 15 civarındadır ve en yeni motorlar, kompakt buhar jeneratörlerinin devreye girmesi ve motoru yağsız durumda tutarak sıvı ömrünü artırarak %35 civarında çok daha yüksek verimlilikte çalışabilir.
Küçük sistemler için, türbinlerin verimliliği buhar kalitesine ve yüksek hıza bağlı olduğundan buhar motoru buhar türbinlerine tercih edilir. Buhar türbinlerinin egzozu çok yüksek sıcaklıktadır ve bu nedenle termal verim de düşüktür.
İçten yanmalı motorlar için kullanılan yakıtın yüksek maliyeti ile birlikte, günümüzde buhar motorlarının yeniden doğuşu görülmektedir. Buhar motorları, buhar türbinleri egzozu da dahil olmak üzere birçok kaynaktan gelen atık enerjiyi yeniden yakalamada çok iyidir. Buhar türbininden çıkan atık ısı, kombine çevrim santrallerinde kullanılmaktadır. Ayrıca atık buharın çok düşük sıcaklıklarda egzoz olarak tahliye edilmesini sağlar.
