Stoommachine versus stoomturbine
Terwijl stoommachine en stoomturbine de grote latente verdampingswarmte van stoom gebruiken voor de stroomvoorziening, is het belangrijkste verschil de maximale omwenteling per minuut van de stroomcycli die beide zouden kunnen leveren. Er is een limiet voor het aantal cycli per minuut dat kan worden geleverd met een door stoom aangedreven heen en weer gaande zuiger, inherent aan het ontwerp.
Stoommachines in locomotieven hebben normaal gesproken dubbelwerkende zuigers die afwisselend aan beide zijden worden geaccumuleerd. De zuiger wordt ondersteund met een zuigerstang die is verbonden met een kruiskop. De kruiskop is verder bevestigd aan de regelstang van de klep door middel van een koppeling. De kleppen zijn zowel voor de toevoer van de stoom als voor het afvoeren van de gebruikte stoom. Het motorvermogen dat wordt gegenereerd met de heen en weer gaande zuiger wordt omgezet in een roterende 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. Dit zijn de richting van de stoomstroom, de eigenschappen van het staal dat wordt gebruikt om de turbineschoepen te vervaardigen en de methode voor het produceren van "superkritische stoom".
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 directe stoomstoot met bladen 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 tot een punt worden gedwongen dat het weer meer als een vloeistof wordt, terwijl de gaseigenschappen behouden blijven; dit heeft een uitstekende energie-efficiëntie in vergelijking met de normale hete stoom.
Deze twee technologische ontwikkelingen werden gerealiseerd door het gebruik van hoogwaardig staal om de schoepen te vervaardigen. Het was dus mogelijk om de turbines met veel hoge snelheden te laten draaien 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-verhoudingen, die de verslechtering van de prestaties zijn met de vermindering van stoomdruk of stroomsnelheden, langzame opstarttijden, om thermische schokken in dunne stalen bladen te voorkomen, groot kapitaal kosten, en de hoge kwaliteit van stoom die een voedingswaterbehandeling vereist.
Het belangrijkste nadeel van een stoommachine is de beperking van de snelheid en het lage rendement. Het normale rendement van een stoommachine ligt rond de 10 – 15% en de nieuwste motoren kunnen met een veel hoger rendement werken, ongeveer 35% met de introductie van compacte stoomgeneratoren en door de motor in een olievrije staat 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 afhangt 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 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 restwarmte van stoomturbines wordt gebruikt in warmtekrachtcentrales. Het maakt het verder mogelijk de afvalstoom af te voeren als uitlaatgassen bij veel lage temperaturen.
