Türbin

Türbin, bir akışkanın enerjisini işe çevirmek için kullanılan alettir. Türbin bir mil ve üzerinde kanatçıklardan oluşur. Kullanılan akışkana göre türbinin yapısı değişir. Çalışma prensibi şu şekildedir. Akışkan türbinin kanatçıklarına çarparak türbin miline hareket verir, hareket milin çıkışında mekanik işe dönüşür.
Kullanım alanları oldukça geniş ve yaygındır.
Buhar türbinleri
Genelde enerji santrallerinde kullanılır, fosil yakıt (petrol veya doğal gaz) veya nükleer yakıttan alınan enerji ile buhar elde edilir. Buharın türbin kanatçıklarına çarparak döndürmesi ve türbin çıkışında elde edilen dönme ile enerji elde edilir. Buharın potansiyel enerjisini, kinetik enerjiye ve kinetik enerjiyi mekanik enerjiye dönüştüren güç ünitesidir.
Çalışma prensibi: Sabit kanada giren buharın basınç ve sıcaklığı düşürülür. Buna karşılık buhar belirli bir hız kazanır. Hız kazanmış olan buhar hareketli kanatlara çarparak mekanik enerji üretilir.
Buhar Türbinlerinin Sınıflandırılması
Çalışma Prensibine Göre
Aksiyon Türbinleri
Reaksiyon Türbinleri
Aksiyon Türbinlerinde basınç ve sıcaklık düşüşü, başka bir deyişle ısı düşüşü sadece sabit kanatlarda yapılırken, Reaksiyon Türbinlerinde hem sabit, hem de seyyar yani hareketli kanatlar yapılır.
Basamak Sayısına Göre
Tek Kademeli Türbinler
Çok Kademeli Türbinler
Düşük buhar basıncı ve sıcaklığında çalışan küçük güçlü türbinler tek basamaklı olabilir. Ve bunlar sadece Aksiyon tipte yapılır. Tipik örneği Laval Türbinidir. Büyük güçlü türbinler çok basamaklı yapılır ve hem Aksiyon hem de Reaksiyon tipte olabilir.
Buhar Akış Doğrultusuna Göre
Eksenel Türbinler
Karmaşık akışlı ve Çapsal Türbinler
Eksenel akışlı türbinlerde, buharın türbin içinde akış doğrultusu türbin mili eksenine paralel iken, Radyal tiplerde diktir. Türbinler daha çok Eksenel, nadiren de Radyal tip olarak yapılır.
Kullanım Yerlerine Göre
Kara Türbinleri (Sabit Tesisler)
Kara türbinlerinde genellikle devir sayısı sabittir.(n= sabit) En fazla kullanıldığı alanlar termik santraller ve endüstridir.
Gemi Türbinleri
Gemi türbinlerinde devir sayısı değişkendir. Gemilerde türbinin ana görevi, pervane miline hareket vermektir. Bunun yanında, geminin ihtiyacı olan elektriğin üretiminde de kullanılırlar. Türbinli gemilerde redüktör kullanılarak pervane devri 200-300 dev/dakya düşürülür. Türbin devir sayıları daha yüksektir ve genellikle 3000 dev/daknın üzerindedir. Pervaneyi bu devirde çalıştırırsak, pervane verimi düşer. Bu nedenle araya bir redüktör yerleştirilir.
Buhar türbini yapısı gereği sadece tek yönde döner, tersine döndürülemez. Halbuki gemilerde hem ileri, hem de daha kısa süreli olmak üzere geri (gemicilik deyimiyle: tornistan) hareket vardır. Bu hareketleri sağlamak için türbinli gemilerde üç tip sistem kullanılır.
Doğrudan Tahrik: Bu durumda ileri ve geri (tornistan) hareketi sağlamak için en az iki türbin kullanılır. Tornistan türbini pervaneyi ters yönde çalıştırarak geri hareketi sağlar. Pervane suyu geminin arksına doğru iterse ileri, baş tarafa doğru iterse geri hareket sağlanır. Tornistan türbini daha çok manevra ve acil durumlarda kısa süreli kullanılır. Bu nedenle ileri türbine göre gücü daha düşük tutulur.
Pitch Kontrollü Pervane: Modern gemilerde daha çok bu sistem kullanılır. Bu sistemde tek bir türbin kullanılır ve pervane tek yönde döner. Pervane kanatları hareketlidir ve ekseni etrafında dönebilir. Uzaktan kumanda ile kanat açıları değiştirilerek suyun akışı, buna bağlı olarak da ileri ve geri hareket sağlanır.
Turbo-Elektrik Sistemi: Bu sistemde de tek bir türbin kullanılır ve bu türbin bir jeneratöre hareket vererek elektrik üretilir. Üretilen elektrikle çalışan bir elektrik motoru pervane miline hareket verir. Elektrik motorunu kolaylıkla tersine döndürmek mümkündür. Böylece pervane de tersine döndürülerek geri hareket sağlanmış olur.
Çalışma Koşullarına Göre
Kondensasyonlu Türbinler
Bu türbinlerde türbinde buharın çıkış basıncı (Po) atmosfer basıncının altındadır(yani eksi(-)basınç altındadır). (Po < Patm) Bu, türbin çıkışına kondenser adını verdiğimiz ısı eşanjörü yardımıyla buharın yoğuşturulmasıyla sağlanır. Bütün güç türbinleri (Santral ve Gemi) bu şekilde yapılır.
Karşı Basınçlı Türbinler
Bu tipte çıkış basıncı atmosfer basıncının üzerindedir. (Po > Patm) Özellikle elektrik ve ısının beraber kullanıldığı (kojenerasyon) endüstri türbinleri bu tipte yapılır. Burada elektrik üretmenin yanında tesisin ihtiyacı olan ısı da türbinden çıkan nispeten yüksek basınç ve sıcaklıktaki buharla sağlanır.
Ara Buhar Türbinleri
Endüstri tipi türbinlerdir. Bu türbinlerde, belirli basamaklardan çekilen buhar ile proses ısısı üretilir.
Çift Basınç Türbinleri
Bu türbinlerde türbinin iki noktasından buhar girişi yapılır. Ana girişten taze buhar, diğer girişten ise herhangi bir kaynaktan sağlanan daha düşük basınç ve sıcaklıktaki buhar türbine girer.
Su türbinleri
Yine enerji santrallerinde (hidroelektrik santrallerde) kullanılır. Buhar türbinindeki gibi aynı prensiple çalışır. Akan su türbin kanatlarına çarparak kanatlar üzerinde bir güç yaratır. Böylece su akışı enerjisi türbini döndüren enerjiye dönüşür. Su türbinleri iki grupta ele alınır. Tepki (reaksiyon) ve itici güç (impuls) türbinleri. Su türbin kanatlarının kesin şekli ve dizaynı su basınç kaynağına uygun verilir.
Tepki (reaksiyon) türbinleri
Türbin çarkının dönmesi, suyun çark çıkışında ivmelenmesi sonucu oluşan tepki kuvvetiyle sağlanır. Su enerjisini türbine verirken basınç değişir. Burada su basıncı ya da su emişi sağlanması için kapalı bir ortam ya da çarkın tamamen suyun içinde olması gerekir. Bu nedenle fazla miktarda suya gereksinim duyarlar. Tepki türbinleri için enerji dönüşümü, Newton'un üçüncü yasası (Etki-tepki ilkesi) ile açıklanır. Bilinen çeşitleri;
Francis
Kaplan, Propeller, Bulb, Tube, Straflo
Water wheel
İtici güç (impuls) türbinleri
Türbin çarkı üzerinde çukur çanak şeklindeki kanatlara su fiskiyesinin (su jeti) çarparak su hızının değişmesi sonucu türbinin dönmesi sağlanır. daralan bir boru sisteminden (nozul) geçirilerek suya bir hız kazandırılır ve su jeti oluşturulur. Su jetinin kanatlara çarpması sonucu kinetik enerji, potansiyel enerjiye dönüşür. Bu sistemde çark kanatlarında basınç değişimi ortaya çıkmaz ve türbin kapalı bir ortama gereksinim duymaz.
İmpuls türbinleri için enerji dönüşümü, Newton'un ikinci yasası ile açıklanır. Daha ziyade çok yüksek düşülerde tercih edilir. Çeşitleri:
Pelton
Turgo
Michell-Banki (Crossflow ya da Ossberger türbini olarak da bilinir.)
Rüzgar türbini
Normalde lüle ve kademeler arası yönlendirme kanatçıkları olmadan tek kademeli olarak çalışırlar. Eolienne Bollée'nin rotor ve statoru bulunan bir türbini istisnai bir durumdur.
Gaz türbinleri