Parný stroj vs parná turbína
Zatiaľ čo parný stroj a parná turbína využívajú na výrobu energie veľké latentné teplo vyparovania pary, hlavným rozdielom je maximálna otáčka za minútu energetických cyklov, ktorú by obe mohli poskytnúť. Existuje limit pre počet cyklov za minútu, ktoré by mohli poskytnúť parou poháňaný vratný piest, ktorý je súčasťou jeho konštrukcie.
Parné stroje v lokomotívach majú normálne dvojčinné piesty, pričom sa striedavo hromadí para na oboch čelách. Piest je podopretý piestnou tyčou spojenou s krížovou hlavou. Krížová hlava je ďalej pripevnená k riadiacej tyči ventilu pomocou spojky. Ventily slúžia na prívod pary, ako aj na odvod použitej pary. Výkon motora generovaný vratným piestom sa premieňa na rotačný pohyb a prenáša sa na hnacie tyče a spojovacie tyče, ktoré poháňajú kolesá.
V turbínach existujú lopatkové konštrukcie s oceľami, ktoré umožňujú rotačný pohyb s prúdom pary. Je možné identifikovať tri hlavné technologické pokroky, vďaka ktorým sú parné turbíny efektívnejšie ako parné stroje. Sú to smer prúdenia pary, vlastnosti ocele, ktorá sa používa na výrobu lopatiek turbíny, a spôsob výroby „superkritickej pary“.
Moderná technológia používaná na smerovanie a priebeh prúdenia pary je v porovnaní so starou technológiou periférneho prúdenia sofistikovanejšia. Zavedenie priameho nárazu pary lopatkami pod uhlom, ktorý nevytvára malú alebo takmer žiadnu spätnú odolnosť, dáva maximálnu energiu pary do rotačného pohybu lopatiek turbíny.
Nadkritická para sa vyrába stláčaním normálnej pary tak, že molekuly vody z pary sú nútené do bodu, že sa opäť stáva viac kvapalinou, pričom si zachováva vlastnosti plynu; má vynikajúcu energetickú účinnosť v porovnaní s normálnou horúcou parou.
Tieto dva technologické pokroky boli dosiahnuté použitím vysokokvalitných ocelí na výrobu lopatiek. Takže bolo možné prevádzkovať turbíny pri oveľa vysokých rýchlostiach, ktoré odolali vysokému tlaku nadkritickej pary na rovnaké množstvo energie ako tradičná parná sila bez toho, aby sa zlomili alebo dokonca poškodili lopatky.
Nevýhody turbín sú: malé tlmiace pomery, čo je degradácia výkonu so znížením tlaku pary alebo prietokov, pomalé časy nábehu, čím sa zabráni tepelným šokom v tenkých oceľových lopatkách, veľký kapitál náklady a vysoká kvalita úpravy napájacej vody náročnej na paru.
Hlavnou nevýhodou parného stroja je jeho obmedzenie rýchlosti a nízka účinnosť. Bežná účinnosť parného stroja je okolo 10 – 15 % a najnovšie motory sú schopné pracovať s oveľa vyššou účinnosťou, okolo 35 % so zavedením kompaktných parných generátorov a udržiavaním motora v stave bez oleja, čím sa zvyšuje životnosť kvapaliny.
Pre malé systémy sa uprednostňuje parný stroj pred parnými turbínami, pretože účinnosť turbín závisí od kvality pary a vysokej rýchlosti. Výfuk z parných turbín má veľmi vysokú teplotu, a teda aj nízku tepelnú účinnosť.
Vzhľadom na vysoké náklady na palivo používané v spaľovacích motoroch je v súčasnosti viditeľné znovuzrodenie parných strojov. Parné stroje sú veľmi dobré pri spätnom získavaní odpadovej energie z mnohých zdrojov vrátane výfukových plynov parných turbín. Odpadové teplo z parnej turbíny sa využíva v elektrárňach s kombinovaným cyklom. Ďalej umožňuje vypúšťanie odpadovej pary ako výfuk pri oveľa nízkych teplotách.
