Türbin Hakkında Genel Bilgiler

Türbin

Akışkanların enerjisini kinetik enerjisine çeviren motor türüdür. Gerekli düzenekler yardımıyla bu kinetik enerjiyi elektrik enerjisine çevirirler. Türbin, bir mil ve üzerindeki kanatçıklardan oluşur. Türbin adı, “fırıldak gibi dönen cisim” anlamındadır ve Latincedeki ‘turbo’ sözcüğünden gelir.

2000 yıldan fazla bir süredir kullanılmaktadır. Kullanılan akışkana göre türbinin ve kanatçıkların yapısı değişir. Çalışma prensibi, akışkan türbinin kanatçıklarına çarparak türbin miline hareket verir, hareket milin çıkışında mekanik enerjiye dönüşür. Bu mekanik enerji çeşitli düzenekler yardımıyla elektrik enerjisine çevrilir.
Kullanım alanları oldukça geniş ve yaygındır.

Modern türbinler başlıca iki türlüdür:

• Çarpmalı türbinlerde, hızla püsküren bir akış­kan (sıvı ya da gaz) bir milin çevresine yerleştirilmiş kanatlara çarpar, bu çarpmanın kuvveti ve hızı mili döndürür.
• Tepkili türbin­lerde ise, kanatların arasından büyük miktar­larda yüksek basınçlı akışkan geçirilir ve kanatlar bu akışkanın ağırlığının ya da basın­cının etkisiyle döner.

Türbin Çeşitleri

• Buhar Türbinleri
• Su Türbinleri
• Gaz Türbinleri
• Hava ve Rüzgâr Türbinleri

Buhar Türbinleri

Genelde enerji santrallerinde kullanılırlar. Fosil yakıtlardan yada nükleer enerjiden alınan enerjiyle buhar elde edilir.

Bir buhar türbini, silindir biçiminde koruyucu bir kılıfın içine yerleştirilmiş, rotor denen tambur biçimli döner bir milden oluşur. Ka­zandan gelen buhar, silindirdeki memelerden geçirilerek bir buhar jeti haline getirilir ve buradan, rotora takılı bir bileziğin üzerindeki kanatlara çarptırılır. Silindir buhar enerjisinin boşa gitmemesini sağlar.

En iyi sonucu almak için, kanatların dönme hızının buharın memeden püskürme hızının kabaca yarısı kadar olması gerekir. Yaklaşık 14 atmosfer basıncındaki buhar, memeden saniyede 600 metrenin üzerinde bir hızla püskürür.

Eğer türbinde tek bir kanat bileziği varsa, bu hızda gelen bir buharın tüm enerjisi­ni alabilmek için rotorun inanılmaz bir hızda dönmesi gerekir. Bu güçlüğün üstesinden gelmek için buhar rotor üzerindeki birinci kanat bileziğinden çıktıktan sonra, silindir üzerine sabit biçimde yerleştirilmiş, stator denen bir başka kanat dizisinden geçirilir.

Bu sabit kanat dizisi buharı ikinci bir hareketli kanat dizisine doğru yöneltir; bu hareketli diziden çıkan buhar ise bu kez ikinci bir sabit kanat dizisinden geçirilir ve bu böylece yine­lenip gider. Böylece, buhar hızı her bir kanat dizisinden geçişte biraz düşürülmüş ve roto­run en ucundaki son kanat dizisinden çıkışta buhar enerjisinin artık çok büyük bir bölümü alınmış olur. Buharın hızı azaldıkça basınç da düşer ve bu nedenle de buhar giderek daha çok yer kaplar; dolayısıyla, çizimde gösterildi­ği gibi, birbirini izleyen türbin kademelerinin çapının giderek büyümesi gerekir.

İngiliz mühendis ve mucit Charles Parsons’ ın geliştirdiği bu türbin türü, bütün dünyada elektrik santrallarındaki üreteçlerin çalıştırıl­masında ve buharlı gemilerin pervanelerinin döndürülmesinde kullanılır. İlk Parsons türbi­ni 1884’te yapılmıştı. Yaklaşık 7,5 kilowatt (10 beygir gücü) gücündeki bu türbin bir elektrik üretecinin çalıştırılmasında kullanıldı.

Bu tür türbinler ekonomiktir, sarsıntısız ve sessiz çalışır, çok büyük boyutlarda yapılabi­lir. 500 ve 660 megawatt (670.000 ve 885.000 beygir gücü) gücünde olanları yaygındır; hatta gücü 1.000 megawatt’ın (1.340.400 bey­gir gücünün) üzerinde olan buhar türbinle­ri yapılmıştır. Bugün 2.000 megawatt’lık (2.680.700 beygir güçlük) Parsons türbinleri tasarımlanmaktadır.

İsveçli mühendis Kari Gustaf de Laval’ın (1845-1913) 1882’de geliştirmiş olduğu, tek dizi kanatlı ve yüksek hızlı küçük buhar türbinleri de vardır. Laval ayrıca, yüksek hrzda dönen bu türbinle görece düşük hızlı bir pervaneyi döndürebilmek ya da bir makineyi çalıştırabilmek için, “redüktör” denen özel bir hız azaltıcı dişli çark donanımını bulmuş­tur. Gemilerdeki buhar türbinlerinde hızın pervaneye aktarılırken dü­şürülmesi gerekir, çünkü yüksek hızlı perva­neler verimsizdir. İlk türbinli gemi olan Turbinia, Parsons tarafından tasarımlandı ve İngiltere’de Wallsend-on-Tyne’da yapıldı. Bu gemide toplam 1.492 kilowatt’lık (2.000 beygir gücü) güç üreten üç türbin vardı.

Buhar türbinleri, yoğunlaştırıcılı ya da yoğunlaştırıcısız tipte olabilir. Yoğunlaştırıcılı olan türbinde,
türbinden çıkan buhar bir yoğunlaştırıcıya gider ve burada, borular içinde dolaş­tırılan soğuk suyla soğutulur. Buhar su haline gelir; su buhardan daha az yer kapladığı için bir vakum ortamı doğar. Vakum buharın türbinin içinden püskürmesi­ni sağlar. Su daha sonra yeniden buhar haline getirilmek üzere kazana pompalanır.

Yoğunlaştırıcısız türbinde, türbinden çıkan buhar binaların ısıtılmasında ya da bazı sanayi işlemlerinde kullanılır.

Su Türbinleri

Su türbinleri temel olarak hidroelektrik enerji santrallerindeki jeneratörlerin çalıştırılmasında kullanılır. Çarpmalı ya da tepkili tipte olabi­len su türbinlerinde, yerçekimi etkisi altında­ki suyun enerjisinden yararlanılır. Barajlarda potansiyel enerji kazandırılmış suyun düş­me yüksekliği buhar türbinlerindeki buhar basıncının karşılığıdır.

Çarpmalı buhar türbinleri yüksek buhar basınçlarında kullanıldığı gibi, Pelton çarkı ya da Pelton türbini denen çarpmalı su türbinleri de 300 metrenin üstündeki düşme yükseklik­lerinde kullanılır (kullanılan en büyük düşme yüksekliği 1.650 metre dolayındadır). 30 ile 300 metre arasındaki düşme yükseklikleri için, Francis çarkı ya da Francis türbini denen, sabit kanatlı bir pervaneyle donatıl­mış tepkili türbinler kullanılır. 30 metrenin altındaki düşme yükseklikleri için ise, ha­reketli kanatlı Kaplan türbinlerinden yararla­nılır. Su türbinleri iki gurupta ele alınır. Tepki (reaksiyon) ve itici güç (impuls) türbinleri.

Pelton türbininde, memelerden geçirilerek püskürtü haline getirilen yüksek hızlı su jeti, çarkın çevresine dizilmiş kepçe biçimli kanat­lara çarpar. Çark bir bütün olarak silindir biçiminde çelik bir koruyucu kılıf içine alın­mıştır. Pelton türbininin milleri genellikle yatay biçimde yerleştirilir, ama bazıları da düşey olarak monte edilebilir.

Francis türbininin, kanatları eğri yüzeyli ve miline paralel olarak dizilmiş bir çarkı vardır; çark sarmal biçimli bir koruyucu kılıf içine alınmıştır. Bu kılıfın iç yüzeyinde ise, suyu çarkın üzerine yönelten kılavuz kanatçıklar bulunur. Bu kanatçıkların açıları ayarlanabilir ve böylece suyun akış doğrultusu değiştirilerek türbinin hızı denetlenebilir. Francis türbi­ni genellikle düşey olarak monte edilir.

Francis Türbini

Kaplan türbininin, gemi pervanesine ben­zeyen, ama onun tersi biçimde çalışan bir çarkı vardır. Bir motorun çevirdiği gemi pervanesi gemiyi ileriye doğru hareket ettir­mek için suyu geriye iter; Kaplan türbininin çarkı çevresinden geçen suyun etkisiyle dö­ner. Türbin çarkının kanat açılan en iyi sonu­cu alacak biçimde değiştirilebilir. En büyük su türbinleri, çıkış gücü 500 megavvatt’ın (670.000 beygir gücünün) üzerinde olan tür­binlerin bulunduğu SSCB’dedir. Su türbin­lerinin hızları dakikada 75 devirden 1.200 devire kadar değişir.

Gaz Türbinleri

Gaz türbinleri buhar ve su türbinleriyle aynı ilkeye dayalı olarak çalışır; ama bunlarda buhar ya da suyun yerini gazyağı gibi bir sıvı yakıtın ya da doğal gaz gibi bir gaz yakıtın yakılmasıyla elde edilen sıcak gazlar almıştır. Sıcak gazlar bir döner kompresörle sıkıştırıla­rak gaz türbinine püskürtülür. Başlangıçta uçaklar için geliştirilmiş olan gaz türbinlerinin gücü büyük ölçüde artırılmış, boyutlan büyütülmüştür. Gü­nümüzde gemilerde ve elektrik santralında da gaz türbinleri kullanılmaktadır.

Hava ve Rüzgâr Türbinleri

Yel değirmenleri ve rüzgar enerjinden elektrik elde eden santrallerde kullanılır. Çalışma prensibi yine benzerdir. Fakat türbin kanatçıkları rüzgara göre (daha hafif ve geniş) olarak dizayn edilir.
Tahıl öğütmek ve su pompalamak için kulla­nılan yel değirmenleri, hava ya da rüzgâr türbinlerinin ilk biçimiydi.

Ama günümüzde pek çok başka amaç için kullanılan hava türbinleri de geliştirilmiştir. Örneğin dişçi matkapları, sıkıştırılmış hava­nın etkisiyle dakikada 250 bin devirle dönen çok küçük hava türbinleriyle çalışır. Bir dişin bu hızda delinmesi çok çabuk tamamlanır, ayrıca bu tür bir matkapta elektrikli matkaptakinden daha az titreşim olur. Yüksek dön­me hızının doğurduğu sürtünmeden kaynak­lanan ısınmayı önlemek için dişin üzerine su püskürtülür.

Bunlar minik hava türbinleridir; ama elek­trik santrallinde kullanılan dev rüzgâr tür­binleri de vardır. Bunlar yatay ya da düşey dönmeli ve iki ya da daha çok kanatlı olabilir. Rüzgâr türbinlerini en verimli biçimde kullanabilmek için bunları değişen rüzgâr yönüne göre yeniden yöneltmeye yarayan aygıtlar geliştirilmiştir.