TÜRBİN

a. (fr. türbine; lat. türbo, -iniş, burgaç, topaç’tan). iş üreten hareketli çarkı, devindirici bir akışkanın (su, buhar gaz vb.) enerjisiyle döndürülen türbomakine. (Bk. ansikl. böl.)

—Bayınd. Kar türbini, karı bir türbin yardımıyla atarak mekanik olarak küreyen aygıt.

—Kuyuc. Kuyu açma türbini, çumurların dolaşımıyla harekete geçen ve türbosondaj sırasında matkabın kuyu dibinde dönmesini sağlayan özel türbin.

—Petr. san. Türbin yakıtı, türbomakinelerde ya da gaz türbinlerinde kullanılan yakıt ya da ağır distilat.

—ANSİKL. Bir türbin iki temel organdan oluşur: temel görevi, çarka giren akıştan ipçiklerine uygun bir yön vermek olan sabit bir dağıtıcı; görevi, akışkanın enerjisini mekanik enerjiye dönüştürmek olan, kanatçıklar ya da kepçelerle donatılmış hareketli bir çark. Kimi türbinler, akışkanın çark çıkışındaki artık kinetik enerjisini, basınç enerjisi biçiminde gerikazanmaya yarayan ve yayıcı adı verilen üçüncü bir organla donatılmıştır. Hidrolik türbinler için sözkonusu olan bu organ sadece tepkili türbinlerde bulunur.

“Türbin” adını ilk kez, kendi buluşu olan bir aygıtı adlandırmak için, 1824'te C. Burdin kullandı; büyük dönüş hızlı bu aygıtta, su, ağırlığı ve hızıyla, bir çarkın bütün yüzeyine etkiyordu. 1827'de Fourneyron’un gerçekleştirdiği bu makine, % 80 verimle, 6 BG'lik bir güç sağlamıştır.
Bir türbin düşey ya da yatay eksenli eksenel ya da radyal geçişli olabilir. Öte yandan, hareketli çark giriş ve çıkışındaki basınçların aynı olduğu etkili türbinler (Pelton türbini) ve girişteki basıncın, çark çıkışındaki basınçtan daha büyük olduğu tepkili türbinler de (Frarncis türbini) vardır.

Pelton türbini.

Yatay ya da düşey eksenli olabilen bu etkili türbin tipi, büyük düşme yüksekliği (200 m'den büyük) ve düşük debilerde kullanılır. Hareketli çark üzerinde, belli sayıda, w biçimli kepçe vardır. Dağıtım sistemi, bir meme, bir enjeksiyon iğnesi ve bir saptırıcı taşıyan bir enjektörden oluşur. Çark ambale olma eğilimi gösterdiğinde, saptırıcı aniden akıştan huzmesinin yönünü değiştirir; iğne, besleme borusunda oluşabilecek koç darbelerini önlemek için, yavaşça debiyi ayarlar. iğne ve saptırıcı, otomatik bir ayarlayıcıya bağlı servomotorlar aracılığıyla çalıştırılır.

Francis türbini.

Bu tepkili türbin tipi, orta ve küçük düşme yüksekliklerinde kullanılır. Dağıtıcı, aralarında, debiyi sıfırla maksimum bir değer arasında değiştirmeye olanak veren hareketli yönlendirici kanatlar bulunan, düzlemsel ve koşut iki kapaktan oluşur. Hareketli çark 8-15 kanat taşır. Yayıcı, hareketli çarkın çıkışıyla suyun akış yönü düzeyi arasındaki bağlantıyı sağlar.

Pervane türbin ve Kaplan türbini.

Bu türbin tipi 5 ile 15 m arasındaki düşük düşme yükseklikleri için kullanılır ve yeterli bir verimle büyük dönme hızlarına olanak verir. Çark, suyun eksenine koşut olarak aktığı bir pervanedir Bu türbinler, çark çıkışında kinetik enerjiyi geri kazanmak için, hemen her zaman düşey eksenlidir. Kaplan türbinleri, hareketli çarkının kanatları poyra üzerinde hareket eden pervane türbinlerdir. Bunlar, düşük yüklerde ve düşme yüksekliği değiştiğinde, mükemmel bir verimle çalışır.

Türbinlerin verimi

Maksimum verim % 90'a erişebilir ama yüke bağlı olarak çizilen verim eğrileri farklı davranışlar gösterir. Düşük yüklerde pervane türbinlerin verimi oldukça düşük, Pelton ve Francis türbinlerininki ise yüksektir.

Özgül türbini

Özgül hız Ns, 1 metrelik bir düşme yüksekliği altında, 1 beygirlik bir güç veren geometrik olarak benzer bir türbinin dakikadaki devir sayısıdır ve Ns = NP/H bağıntısıyla verilir; bu bağıntıda N, türbinin dakikadaki devir sayısı. P buhar beygir cinsinden yararlı güç ve H metre olarak net düşme yüksekliğidir. Seçilecek türbin tipi Ns'nin değeriyle belirlenir.

Buhar, hidrolik türbinlerde suyun yaptığı gibi kinetik enerjisiyle çarka (etkili türbin) ya da ayrıca genişleyerek, hareketli çarkın kanatlarını etkileyebilir (tepkili türbin).

Buharın izlediği yol makinenin eksenine koşut ya da dik olabilir; bu durumda makinenin eksenel ya da radyal geçişli olduğundan söz edilir. Hareketli çark, çevresi boyunca sıralanmış lüleler yardımıyla beslenebilir; bu durumda türbin kısmi enjeksiyonludur. Dağıtıcı, çarkın tüm çevresindeki buhar alan kanat takımları taşıyorsa, türbin tam enjeksiyonludur. Tepkili bir türbin daima tam enjeksiyonludur.

Laval türbini.

Bu türbin etkili ve kısmi enjeksiyonludur. Yüksek basınçlı buhar üreteçten çıkarken kanatlara temas etmeden önce genişler ve bu kanatları, darbe oluşturmadan çalıştırır. Çark çıkışında buhar, kanat takımına verilmiş uygun bir eğrilik sayesinde hemen hemen sıfır hızla akar. Bu türbin tipinin, çok yüksek olan dönme hızı (10 000 ile 30 000 dev/dk), hız redüktörlerinin kullanımını gerektirir.

Curtis türbini

Basınç kademeleri ve hız kademeleri olan bu etkili türbinde genişleme de birkaç kademede gerçekleşir. Her basınç kademesinde, aynı mil üzerine bağlı ve aralarında yönlendirici kanat takımları bulunan belli sayıda çark vardır. Böylece hız önemli ölçüde azaltılır ama verim düşüktür.

Rateau ve Zoelly türbinleri

Etkili Rateau türbini çokkademelidir: kanatlar, mile geçirilmiş disklerin çevresine bağlıdır. Kaçaklar çok azdır ve hemen hemen her tür eksenel itme ortadan kaldırılmıştır; buna karşın sürtünme kayıpları büyüktür. Rateau türbinine benzeyen, çarkları büyük çaplı olan Zoelly türbininde az sayıda kademe vardır.

Parsons türbini.

Basınç kademeli olan bu türbin, tepkimeyle çalışır. Buhar, sabit ve hareketli kanat takımları arasında, kesintisiz olarak genişler. Bu türbin, aralarında kanatlı ve hareketli çarklar bulunan, yönlendirici kanat takımlarıyla donatılmış bir dizi sabit çark taşır.

Broown-Boveri karma türbini

Bu türbin tipinde, yüksek basınç girişinde etki ilkesine göre çalışan birkaç çark ile bunları alçak basınç bölümünde izleyen ve tepki ilkesine göre çalışan, hareketli kanatlarla donatılmış bir tambur bulunur.

Ljungström türbini.

Bu türbinde, merkezden giren buhar zıt yönlerde dönen ve her biri ayrı bir alternatorü çalıştıran iki tablanın almaşmalı olarak taşıdığı kanat dizileri arasından geçer, iki alternatör eşlenmişse, bu iki tabla, zorunlu olarak aynı hızda döner. Alternatörlerin 3 000 dev/dk'lık bir hızı için, kanat takımlarının göreli hızı 6 000 dev/dk'dır; böyle bir makine dağıtıcıları sabit olan bir makineden daha az yer kaplar, daha hafiftir ve sürtünme kayıpları çok azdır.

Karşıbasınçlı türbinler

Kimi sınai donanımlarda, ısıtma buharına gereksinim duyulduğunda, buharın tüm ısı enerjisi türbine bırakılmaz ve yeterli bir basınçla boru donanımlarına ve ısıtma aygıtlarına gönderilir.

Ara buhar alma.

Bir türbinin verimi, genişleme sırasında, yani türbinin çeşitli kademelerinden besleme suyunu kazan sıcaklığına dek ısıtmak için, ardışık olarak azalan sıcaklıklarda buhar çekilerek iyileştirilir. Basınç ne kadar yüksekse, ekonomi o denli büyüktür.

Gaz türbini bir buhar türbinine benzer. Devindirici akışkan olarak çoğu kez, katı, sıvı ya da gaz haldeki belirli miktar bir yakıtın, bir yanma odasında, basınçlı hava akımı içinde, sabit basınçta ve sürekli olarak yakılmasıyla elde edilen yanma gazları kullanılır. Bu makine bir yandan sıkıştırılmış yakma havasını sağlayan kompresörü, öbür yandan alıcı makineyi tahrik eder; alıcı makine gerçekte, türbin için sağlanan güçle kompresörün tükettiği güç arasındaki farkı kullanır.

Hava, kompresörün geçtikten sonra, püskürtülen yakıtla karışacağı yanma odasına gönderilir. Açığa çıkan ısı, yanma gazlarını ve fazladan odaya alınan havayı yüksek bir sıcaklığa getirir; bu gaz karışımın türbinin kanatçıkları arasında genişlemesi, bir yandan kompresörün tahrikini, öbür yandan aranan devindirici etkiyi sağlar. Yanma halindeki gazların sıcaklığı ne kadar yüksekse, verim o kadar iyidir. Çok büyük bir hızla dönen ve 800 °C'ı geçen bir sıcaklığın etkisinde kalan türbin kanatçıkları, merkezkaç kuvvet etkisiyle biçim değiştirme sakıncası gösterir; bu durumda yanma gazları, bir hava fazlalığıyla seyreltilerek soğutulur. Bir gaz türbininin verimi, eşsıcaklıkta tutulan bir sıkıştırmayla, genişlemenin bir ara türbinde gerçekleştirildiği bölümlemeli bir sıkıştırmayla ya da hava, yanma havasına girmeden önce ısıtılarak iyileştirilebilir.

Böyle bir makine, mazot, toz kömür vb. gibi çok çeşitli ve ucuz yakıtların kullanımına olanak verme üstünlüğünü taşır. Ayrıca, geçici ve hemen hemen anlık olarak, oldukça büyük bir ek güç de sağlayabilir.

Yukarıda betimlenen ve açık devre ya da içten yanmalı türbin adı verilen bu makinede yanma ürünü olan sıcak gazlar dışarıya atılır. Daha az kullanılan ve kapalı devre ya da dıştan yanmalı denen bir başka gaz türbini türü daha vardır; bu türde etkin akışkan, ısısını, bir değiştirici aracılığıyla dış bir kaynaktan alır, türbin içinde genişlet; uygun bir soğutmadan sonra, bir kompresör yardımıyla, yeni bir çevrim için değiştiriciye gönderilir. Bu makine tipinin uygulamaları nükleer reaktörlere ilişkindir.

Gaz türbininin otomobillere uygulanması düşüncesi, 1950den başlayarak araştırmalara ve kimi tasarımlara konu olmuştur. Türbin, yalnızca dönme halindeki hareketli organlardan oluşma üstünlüğünü gösterir ama çıkış milinin büyük açısal hızı önemli ölçüde bir hız düşürme gerektirir, bu da enerjinin önemli bir bölümünü soğurarak verimi düşürür. Günümüzde yalnızca özel araçlar gaz türbinleriyle donatılmıştır.