Gaz Türbini ve Buhar Türbini
Türbinler, rotor mekanizmalarını kullanarak akan bir sıvıdaki enerjiyi mekanik enerjiye dönüştürmek için kullanılan bir turbo makine sınıfıdır. Türbinler genel olarak sıvının ısıl veya kinetik enerjisini işe dönüştürür. Gaz türbinleri ve buhar türbinleri, işin, çalışma sıvısının entalpi değişiminden üretildiği termal turbo makinelerdir; yani sıvının basınç biçimindeki potansiyel enerjisi mekanik enerjiye dönüştürülür.
Akışkan akış türbinleri yönüne göre eksenel akış türbinleri ve radyal akış türbinleri olarak sınıflandırılır. Teknik olarak türbin, kompresörün ters çalışması olan basınçtaki düşüşle mekanik iş çıkışı sağlayan bir genişleticidir. Bu makale, birçok mühendislik uygulamasında daha yaygın olan eksenel akışlı türbin tipine odaklanmaktadır.
Eksenel akış türbininin temel yapısı, enerjiyi çekerken sürekli bir sıvı akışına izin verecek şekilde tasarlanmıştır. Termik türbinlerde, çalışma akışkanı, yüksek sıcaklık ve basınçta, mile bağlı dönen bir disk üzerine monte edilmiş açılı kanatlardan oluşan bir dizi rotor aracılığıyla yönlendirilir. Her rotor diski arasına, nozul görevi gören ve sıvı akışına kılavuzluk eden sabit kanatlar monte edilmiştir.
Buhar Türbini hakkında daha fazla bilgi
Mekanik iş yapmak için buhar kullanma kavramı uzun süredir kullanılsa da, modern buhar türbini 1884 yılında İngiliz mühendis Sir Charles Parsons tarafından tasarlandı.
Buhar türbini, çalışma sıvısı olarak bir kazandan gelen basınçlı buharı kullanır. Türbine giren kızgın buhar, rotorların kanatları boyunca hareket ederek basıncını (entalpi) kaybeder ve rotorlar bağlı oldukları şaftı hareket ettirir. Buhar türbinleri, düzgün ve sabit bir oranda güç sağlar ve bir buhar türbininin termal verimliliği, pistonlu bir motorunkinden daha yüksektir. Buhar türbininin çalışması, daha yüksek RPM durumlarında optimaldir.
Kesinlikle, türbin, ideal olarak Rankine çevrimi tarafından modellenen, güç üretimi için kullanılan çevrimsel işlemin yalnızca tek bir bileşenidir. Kazanlar, ısı eşanjörleri, pompalar ve kondansatörler de operasyonun bileşenleridir ancak türbinin parçaları değildir.
Modern günlerde buhar türbinlerinin birincil kullanımı elektrik enerjisi üretimi içindir, ancak 20. yüzyılın başlarında buhar türbinleri gemiler ve lokomotif motorları için enerji santrali olarak kullanılmıştır. Bir istisna olarak, uçak gemileri ve deniz altılar gibi dizel motorların pratik olmadığı bazı deniz tahrik sistemlerinde buhar motorları hala kullanılmaktadır.
Gaz Türbini hakkında daha fazla bilgi
Gaz türbini motoru veya basitçe gaz türbini, çalışma sıvısı olarak hava gibi gazları kullanan içten yanmalı bir motordur. Gaz türbininin çalışmasının termodinamik yönü ideal olarak Brayton çevrimi ile modellenmiştir.
Gaz türbini motoru, buhar türbininden farklı olarak birkaç temel bileşenden oluşur; bunlar, içten yanmalı bir motorun farklı görevlerini yerine getirmek için dönen bir şaft boyunca monte edilen kompresör, yanma odası ve türbindir. Girişten gelen gaz girişi önce eksenel bir kompresör kullanılarak sıkıştırılır; basit bir türbinin tam tersini gerçekleştirir. Basınçlı gaz daha sonra, gazın hızını kaybettiği, ancak sıcaklığı ve basıncı daha da arttırdığı bir difüzör (ayırıcı meme) aşamasına yönlendirilir.
Bir sonraki aşamada, gaz, bir yakıtın gazla karıştırıldığı ve ateşlendiği yanma odasına girer. Yanmanın bir sonucu olarak, gazın sıcaklığı ve basıncı inanılmaz derecede yüksek bir seviyeye yükselir. Bu gaz daha sonra türbin bölümünden geçer ve geçerken mile dönme hareketi üretir. Ortalama boyutta bir gaz türbini 10.000 RPM kadar yüksek şaft dönüş hızları üretirken, daha küçük türbinler 5 kat daha fazla üretebilir.
Gaz türbinleri, tork (dönen şaft tarafından), itme (yüksek hızlı gaz egzozu ile) veya her ikisini bir arada üretmek için kullanılabilir. İlk durumda, buhar türbininde olduğu gibi, şaft tarafından sağlanan mekanik iş, yalnızca yüksek sıcaklık ve basınçlı gazın entalpisinin (basıncının) bir dönüşümüdür. Şaft işinin bir kısmı kompresörü dahili bir mekanizma aracılığıyla sürmek için kullanılır. Gaz türbininin bu formu esas olarak elektrik enerjisi üretimi için ve tanklar ve hatta arabalar gibi araçlar için enerji santralleri olarak kullanılır. ABD M1 Abrams tankı, enerji santrali olarak bir gaz türbini motoru kullanıyor.
İkinci durumda, yüksek basınçlı gaz, hızı artırmak için yakınsak bir ağızlıktan yönlendirilir ve itme, egzoz gazı tarafından üretilir. Bu tür gaz türbini genellikle askeri savaş uçaklarına güç sağlayan Jet motoru veya turbojet motoru olarak adlandırılır. Turbofan, yukarıdakilerin gelişmiş bir çeşididir ve hem itme hem de iş üretiminin kombinasyonu, şaftın bir pervaneyi tahrik etmek için kullanıldığı turboprop motorlarda kullanılır.
Belirli görevler için tasarlanmış birçok gaz türbini çeşidi vardır. Yüksek güç/ağırlık oranları, daha az titreşim, yüksek çalışma hızları ve güvenilirlikleri nedeniyle diğer motorlara (esas olarak pistonlu motorlar) göre tercih edilirler. Atık ısı neredeyse tamamen egzoz olarak dağıtılır. Elektrik enerjisi üretiminde, bu atık termal enerji, bir buhar türbinini çalıştırmak için suyu kaynatmak için kullanılır. İşlem, kombine çevrim güç üretimi olarak bilinir.
Buhar Türbini ile Gaz Türbini arasındaki fark nedir?
• Buhar türbini çalışma sıvısı olarak yüksek basınçlı buhar kullanırken, gaz türbini çalışma sıvısı olarak hava veya başka bir gaz kullanır.
• Buhar türbini temel olarak iş çıkışı olarak tork sağlayan bir genişleticidir, gaz türbini ise işi tork veya itme olarak iletmek için döngüsel bir işlem yürüten kompresör, yanma odası ve türbinden oluşan birleşik bir cihazdır.
• Buhar türbini, Rankine çevriminin yalnızca bir adımını yürüten bir bileşendir, gaz türbini motoru ise tüm Brayton çevrimini yürütür.
• Gaz türbinleri iş çıkışı olarak tork veya itme gücü sağlarken, buhar türbinleri neredeyse her zaman iş çıkışı olarak tork sağlar.
• Gaz türbinlerinin daha yüksek çalışma sıcaklıkları nedeniyle gaz türbinlerinin verimi buhar türbininden çok daha yüksektir. (Gaz türbinleri ~1500 0C ve buhar türbinleri ~550 0C)
• Gaz türbinleri için gereken alan, buhar türbininin çalışmasından çok daha azdır, çünkü buhar türbini, ısı ilavesi için harici olarak bağlanması gereken kazanlar ve ısı eşanjörleri gerektirir.
• Gaz türbinleri daha çok yönlüdür, çünkü birçok yakıt kullanılabilir ve sürekli beslenmesi gereken çalışma sıvısı her yerde (hava) kolayca bulunur. Buhar türbinleri ise çalışması için büyük miktarda su gerektirir ve buzlanma nedeniyle daha düşük sıcaklıklarda sorunlara neden olma eğilimindedir.
