Động cơ hơi nước so với Tua bin hơi nước
Trong khi, động cơ hơi nước và tuabin hơi nước sử dụng nhiệt tiềm ẩn lớn của quá trình hóa hơi hơi nước để cung cấp năng lượng, sự khác biệt chính là vòng quay tối đa trên một phút của các chu kỳ công suất mà cả hai đều có thể cung cấp. Có một giới hạn về số chu kỳ mỗi phút có thể cung cấp cho một piston chuyển động quay bằng hơi, vốn có trong thiết kế của nó.
Động cơ hơi nước trong đầu máy xe lửa, thường có piston tác động kép chạy với hơi nước tích tụ ở cả hai mặt. Piston được đỡ bằng cần piston được kết nối với một đầu chữ thập. Đầu chữ thập được gắn thêm vào thanh điều khiển van bằng một liên kết. Các van này dùng để cung cấp hơi nước, cũng như để xả hơi nước đã sử dụng. Công suất động cơ được tạo ra với piston chuyển động tịnh tiến được chuyển thành chuyển động quay và truyền đến các thanh truyền động và các thanh ghép dẫn động các bánh xe.
Trong tuabin, có thiết kế cánh gạt bằng thép để tạo chuyển động quay theo dòng hơi. Có thể xác định ba tiến bộ công nghệ chính làm cho tua bin hơi nước hiệu quả hơn động cơ hơi nước. Đó là hướng dòng hơi, các đặc tính của thép được sử dụng để sản xuất các cánh tuabin và phương pháp sản xuất "hơi nước siêu tới hạn".
Công nghệ hiện đại được sử dụng cho hướng dòng hơi và kiểu dòng chảy phức tạp hơn so với công nghệ cũ của dòng chảy ngoại vi. Việc đưa hơi nước vào trực tiếp với các cánh ở một góc tạo ra ít hoặc hầu như không có lực cản trở lại sẽ cung cấp năng lượng tối đa của hơi cho chuyển động quay của các cánh tuabin.
Hơi nước siêu tới hạn được tạo ra bằng cách tạo áp suất hơi nước thông thường sao cho các phân tử nước của hơi nước bị ép đến một điểm mà nó trở nên giống chất lỏng hơn, trong khi vẫn giữ được các đặc tính khí; điều này có hiệu quả năng lượng tuyệt vời so với hơi nước nóng thông thường.
Hai tiến bộ công nghệ này đã được thực hiện thông qua việc sử dụng thép chất lượng cao để sản xuất cánh gạt. Vì vậy, tuabin có thể chạy ở tốc độ cao chịu được áp suất cao của hơi nước siêu tới hạn cho cùng một lượng năng lượng như năng lượng hơi nước truyền thống mà không làm gãy hoặc thậm chí làm hỏng các cánh quạt.
Nhược điểm của tuabin là: tỷ lệ quay vòng nhỏ, làm giảm hiệu suất khi giảm áp suất hơi hoặc tốc độ dòng chảy, thời gian khởi động chậm, nhằm tránh sốc nhiệt ở các cánh thép mỏng, vốn lớn chi phí và chất lượng xử lý nước cấp đòi hỏi hơi cao.
Nhược điểm chính của động cơ hơi nước là hạn chế về tốc độ và hiệu suất thấp. Hiệu suất động cơ hơi nước bình thường là khoảng 10 - 15% và các động cơ mới nhất có khả năng hoạt động với hiệu suất cao hơn nhiều, khoảng 35% với sự ra đời của máy tạo hơi nước nhỏ gọn và bằng cách giữ động cơ trong tình trạng không có dầu, do đó, tăng tuổi thọ chất lỏng.
Đối với các hệ thống nhỏ, động cơ hơi nước được ưu tiên hơn tuabin hơi vì hiệu suất của tuabin phụ thuộc vào chất lượng hơi và tốc độ cao. Khí thải của tuabin hơi nước ở nhiệt độ rất cao và do đó, hiệu suất nhiệt cũng thấp.
Với chi phí cao của nhiên liệu sử dụng cho động cơ đốt trong, sự tái sinh của động cơ hơi nước hiện nay có thể nhìn thấy được. Động cơ hơi nước rất tốt trong việc thu hồi năng lượng thải từ nhiều nguồn bao gồm cả khí thải tuabin hơi nước. Nhiệt thải từ tuabin hơi nước được sử dụng trong các nhà máy điện chu trình hỗn hợp. Nó còn cho phép thải hơi nước thải ra ngoài ở nhiệt độ thấp hơn nhiều.
