Wat is turbine-aandrijving?
Turbine-aandrijving is de aandrijving van een voertuig door het gebruik van een turbine. Vanwege het lage koppel van de turbine worden landvoertuigen zelden aangedreven door een turbine. Zeeschepen hebben echter turbines gebruikt voor voortstuwing sinds hun uitvinding in de late 19e eeuw. De meest voorkomende typen turbines die worden gebruikt voor aandrijving zijn stoom- en gasturbines, die beide hun eigen unieke voor- en nadelen hebben. Tegenwoordig gebruiken veel moderne militaire schepen stoomturbines vanwege hun hoge snelheden en efficiëntie.
De eerste praktische stoomturbine die werd gebruikt voor voortstuwing en energieopwekking werd uitgevonden door Sir Charles Parsons in 1884. De Parsons-turbine verbeterde in de loop van de tijd en werd uiteindelijk geïnstalleerd in een speciaal gebouwd schip. Dit schip, bekend als de "Tubrinia", was het eerste vaartuig dat ooit door een turbine werd aangedreven. Gelanceerd in 1894, kon het schip snelheden van 34,5 knopen (39,7 mph, 63,9 km / u) bereiken en werd gebruikt om het potentieel voor stoomturbine-aandrijving in zeeschepen aan te tonen.
Sindsdien werd het gebruik van stoomturbine steeds populairder voor zeeschepen. Turbines hadden de voorkeur boven de grote heen en weer bewegende stoommachines van die periode vanwege hun hogere thermische efficiëntie, snelheid en vermogen / gewichtsverhouding. Cruiseschepen, zoals de Cunarder "Lusitania", gebruikten stoomturbines als hun belangrijkste beweegmiddelen, waardoor ze aanzienlijk sneller konden reizen dan hun zuiger-aangedreven tegenhangers. De stoomturbine-aangedreven SS "United States" heeft nog steeds de Blue Riband voor de snelste West-gebonden transatlantische overtocht, met een maximale snelheid van ongeveer 38 knopen (43,8 mph, 71 km / u).
Met de ontwikkeling van kernenergie blijft de voortstuwing van stoomturbines een veel gebruikte stroombron. Vaartuigen met kernaandrijving, inclusief onderzeeërs, gebruiken stoomturbines als hun belangrijkste verhuizers. Nucleaire reactoren vervangen ketels om kokend water te verwarmen tot oververhitte stoom. De stoom wordt vervolgens door de turbine geleid, waar deze vervolgens wordt uitgeput en gecondenseerd voor toekomstig gebruik.
Ondanks hun lage koppel hebben stoomturbines enig gebruik in landvoertuigen gezien. De Ford Nucleon was een voorgestelde auto met nucleaire aandrijving, waarbij een kleine nucleaire reactor een turbine aandreef. In 2009 brak een Brits team van ingenieurs het wereldsnelheidsrecord voor stoomaangedreven auto's met stoomturbines. Er zijn ook enkele locomotieven gereden door stoomturbines.
Een van de nadelen van stoomturbines is hun lage koppel. Om dit probleem op te lossen, worden reductietandwielen echter gebruikt om het koppel te verhogen ten koste van omwentelingen per minuut (RPM). Hoewel de koppelbehoeften per toepassing variëren, vereisen bijna alle voertuigen met stoomturbines een bepaalde hoeveelheid koppel die niet kan worden bereikt via een directe aandrijving. De meeste voertuigen die worden aangedreven door stoomturbines maken daarom gebruik van reductietandwielen.
Een alternatief voor reductietandwielen is een turbo-elektrische aandrijving, waarbij de turbine een generator draait die een elektromotor aandrijft. De elektromotor fungeert dan als de belangrijkste motor voor het voertuig, waarbij de stoomturbine zijn vermogen levert. Vanwege hun kosten zijn turbo-elektrische systemen echter slechts in een klein aantal schepen en locomotieven gebruikt.
Gasturbines spelen ook een zeer belangrijke rol in de moderne voortstuwing van turbines. In tegenstelling tot een stoomturbine, waarvan de stoom met hoge snelheid meerdere rotoren draait, gebruiken gasturbines verbranding om de thermische expansie te produceren die nodig is voor rotatie. Gasturbines zijn niet alleen veel krachtiger dan stoomturbines, maar ze kunnen ook met veel hogere snelheden roteren. Hierdoor zijn gasturbines gebruikt voor vliegtuigen, locomotieven, schepen en zelfs zwaardere militaire voertuigen.