Silnik parowy kontra turbina parowa
Podczas gdy silnik parowy i turbina parowa wykorzystują duże utajone ciepło parowania pary do wytwarzania mocy, główną różnicą jest maksymalna liczba obrotów na minutę cykli mocy, które obie mogą zapewnić. Istnieje ograniczenie liczby cykli na minutę, które może zapewnić napędzany parą tłok posuwisto-zwrotny, nieodłącznie związany z jego konstrukcją.
Silniki parowe w lokomotywach zwykle mają tłoki dwustronnego działania, które działają naprzemiennie z parą gromadzącą się po obu stronach. Tłok jest podparty tłoczyskiem połączonym krzyżakiem. Głowica poprzeczna jest dodatkowo przymocowana do drążka sterującego zaworem za pomocą łącznika. Zawory służą do dostarczania pary, jak również do odprowadzania zużytej pary. Moc silnika generowana przez tłok posuwisto-zwrotny jest przekształcana w ruch obrotowy i przekazywana na drążki napędowe i drążki sprzęgające, które napędzają koła.
W turbinach istnieją konstrukcje łopatek ze stali, które zapewniają ruch obrotowy wraz z przepływem pary. Można wyróżnić trzy główne postępy technologiczne, które sprawiają, że turbiny parowe są bardziej wydajne dla silników parowych. Są to kierunek przepływu pary, właściwości stali użytej do produkcji łopatek turbiny oraz sposób wytwarzania „pary nadkrytycznej”.
Nowoczesna technologia wykorzystywana do wyznaczania kierunku i wzorca 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 pleców, daje maksymalną energię pary do ruchu obrotowego łopatek turbiny.
Para w stanie nadkrytycznym jest wytwarzana poprzez sprężanie normalnej pary tak, że cząsteczki wody pary są zmuszane do takiego punktu, że staje się ona ponownie bardziej jak ciecz, zachowując jednocześnie właściwości gazu; ma to doskonałą wydajność energetyczną w porównaniu z normalną gorącą parą.
Te dwa postępy technologiczne zostały zrealizowane dzięki zastosowaniu wysokiej jakości stali do produkcji łopatek. Dzięki temu możliwe było eksploatowanie turbin z dużo dużymi prędkościami wytrzymującymi wysokie ciśnienie pary nadkrytycznej przy takiej samej ilości energii jak tradycyjna energia parowa bez łamania lub nawet uszkadzania łopatek.
Wadami turbin są: małe zakresy kręcenia, które są degradacją wydajności wraz ze zmniejszeniem ciśnienia pary lub prędkości przepływu, powolne czasy rozruchu, co ma na celu uniknięcie szoków termicznych w cienkich stalowych łopatkach, duży kapitał koszt i wysoka jakość uzdatniania wody zasilającej wymagającej pary.
Główną wadą silnika parowego jest jego ograniczenie prędkości i niska sprawność. Normalna sprawność silnika parowego wynosi około 10 – 15%, a najnowsze silniki mogą pracować ze znacznie wyższą sprawnością, około 35% dzięki wprowadzeniu kompaktowych wytwornic pary i utrzymaniu silnika w stanie bezolejowym, zwiększając w ten sposób żywotność płynu.
W przypadku małych systemów silnik parowy jest preferowany od turbin parowych, ponieważ sprawność turbin zależy od jakości pary i dużej prędkości. Wylot turbin parowych ma bardzo wysoką temperaturę, a co za tym idzie również niską sprawność cieplną.
Z powodu wysokich kosztów paliwa używanego do silników spalinowych, obecnie 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 odprowadzenie pary odpadowej w postaci spalin w bardzo niskich temperaturach.
