В чём отличие в устройстве турбин и поршневых машин?

Коротко: турбина превращает энергию потока в непрерывное вращение через ряды лопаток на роторе, а поршневая машина делает то же самое через периодические ходы поршней в цилиндрах и кривошипно-шатунный механизм.

Подробно по устройству и принципу:

1. Непрерывный vs циклический процесс

• Турбина: поток рабочего тела (газ, пар, вода) проходит через сопловые аппараты и роторные лопатки непрерывно. Момент на валу почти ровный.

• Поршневая: процесс идёт тактами (впуск–сжатие–сгорание/расширение–выпуск для ДВС; впуск/выпуск пара для паровой машины). Крутящий момент пульсирует, сглаживается маховиком.

2. Главные узлы

• Турбина: статор (направляющие лопатки/сопла), ротор (колёсo с рабочими лопатками), многоступенчатость; корпус и подшипники; для газовой турбины почти всегда есть осевой/центробежный компрессор и камера сгорания — это единый газотурбинный агрегат.

• Поршневая: цилиндры, поршни с кольцами, шатун, коленчатый вал, головка с клапанами и ГРМ (распредвал, толкатели/рокеры), системы смазки и охлаждения, впрыск/карбюратор или парораспределение (золотник/клапаны).

3. Способ преобразования энергии

• Турбина: энергия потока превращается в скорость в соплах (падение давления), затем в работу на лопатках (импульсная/реактивная схема). Вращение получается напрямую, без возвратно-поступательных частей.

• Поршневая: давление действует на поршень → поступательное движение → через шатун и кривошип превращается во вращение.

4. Скорости вращения и удельная мощность

• Турбина: очень высокие обороты, высокая удельная мощность (много кВт/кг), компактность на больших мощностях.

• Поршневая: обороты ограничены инерцией и ударами в кинематике; удельная мощность ниже при больших установках, но на малых и средних мощностях часто эффективнее и дешевле.

5. Гладкость хода и вибрации

• Турбина: минимальные вибрации (если отбалансирована), ровный момент.

• Поршневая: вибрации из-за неуравновешенных сил/моментов, требуют балансировок, опор, маховика.

6. КПД и рабочие режимы

• Турбина: лучшая эффективность на расчётной нагрузке и больших мощностях; на частичных нагрузках КПД падает заметно.

• Поршневая: лучше переносит переменную нагрузку и частые режимные изменения, проще «дозировать» мощность.

7. Пуск и «низовые» режимы

• Турбина: слабый крутящий момент на низких оборотах, часто нужен редуктор/мультиступенчатая коробка или электрогенераторная связка.

• Поршневая: высокий пусковой момент, может эффективно работать на низких оборотах.

8. Материалы и охлаждение

• Турбина (газовая): лопатки из жаропрочных сплавов, сложное охлаждение (внутренние каналы, плёночное охлаждение), точная аэродинамика.

• Поршневая: чугун/алюминий/стали, водяное/масляное охлаждение, требования к износостойкости трущихся пар.

9. Обслуживание

• Турбина: меньше трущихся пар, длительные межремонтные интервалы, но ремонт сложен и дорог (балансировка, лопаточный аппарат).

• Поршневая: больше регулярного обслуживания (масло, фильтры, клапанные зазоры), но ремонт проще, дешевле и возможен «в поле».

10. Рабочие среды и типовые циклы

• Турбина: Brayton (газотурбинный), Rankine (паровая турбина), гидротурбины (Пелтон, Фрэнсиса, Каплана).

• Поршневая: Otto/Diesel (ДВС), паровые поршневые по Rankine, компрессоры/насосы — аналогичные узлы, но как «обратные машины».

Итог: по устройству турбина — это в основном ротор с лопатками и стационарные направляющие элементы для непрерывного потока, а поршневая машина — это набор цилиндров с возвратно-поступательными поршнями и механизмом преобразования движения. Отсюда вытекают все практические различия в габаритах, оборотах, вибрациях, КПД и области применения.