Turbomakineler

Bir veya daha fazla kanatçık dizisinin dinamik hareketi ile enerjinin dönen elemandan sürekli akan bir sıvıya ya da sürekli akan bir sıvıdan dönen elemana aktarıldığı makinelere turbomakineler denir. Turbo kelimesi dönen anlamına gelmektedir. Bu akışkan ve makine etkileşimi neticesinde akışkanın basıncı ve momentumunda değişiklik meydana gelir. Turbomakineler birkaç farklı şekilde sınıflandırılmaktadır.

turbojet sections
Şekil 1: Turbojet motorun kısımları.

Turbomakinelerin Sınıflandırılması

  • Akış çeşidine göre: İç akışlı, dış akışlı.

İç akışlı turbomakinelere örnek olarak; pompalar, kompresörler, turbojetlerin türbinleri verilebilir.

Dış akışlı turbomakinelere örnek olarak; havalandırma fanları, helikopter rotorları ve uçak pervaneleri verilebilir.

  • Akış yönüne göre: Eksenel, Radyal ve Karışık.
turbomakine sınıfları
Şekil 2: Turbomakinelerin akışa göre sınıflandırılması.

Eksenel turbomakinelerde akışkanın akış yönü ile şaft ekseni birbirine paraleldir.

Radyal turbomakinelerde ise akışkan, makine şaft eksenine paralel olarak girer ancak dik bir açı ile makineden radyal yönlü olarak çıkar.

Karışık akışlı turbomakinelerde ise akışkan makine şaft eksenine paralel olarak girer ancak farklı bir açıyla makineden yönlendirilmiş olarak çıkar.

  • Akışkan yoğunluğuna göre: Sıkıştırılabilir, Sıkıştırılamaz.

Sıkıştırılabilir akışlı turbomakinelere, kompresörleri ve gaz türbinlerini örnek olarak verebiliriz.

Sıkıştırılamaz akışlı turbomakinelere ise hidrolik yani sıvı akışlı pompa ve fan gibi makineleri örnek olarak verebiliriz.

  • Enerji transfer yönüne göre: Güç üreten, güç tüketen.

Güç üreten turbomakinelere rüzgar türbinleri, buhar türbinleri, gaz türbinleri örnek olarak verilebilir. Bu tür makineler yüksek basınçlı bir akışkanın hareketi ile kanatçıkların döndürülmesi sağlanarak güç üretilmesine olanak veren makinelerdir.

rüzgar türbini
Şekil 3: Rüzgar türbini CFD görüntüsü.

Güç tüketen turbomakineler ise akışkanı hareket ettirmeye, yükseltmeye veya sıkıştırmaya yarayan makinelerdir. Pompalar, kompressörler, turbojet, turbofan motorlar bu makineler örnek olarak verilebilir.

radyal eksenel akış
Şekil 4: Radyal ve eksenel pompa özellikleri.
Fanlar

Fanlar ile pompaların çalışma mantıkları aynıdır. Çünkü fanlar üzerinden geçen hava üzerindeki yoğunluk değişimi sabit kabul edilebilecek kadar azdır. Fanların içinden geçen havanın yoğunluğunun pompalardan geçen sıvı akışkanların yoğunluğuna nazaran çok küçük olması dolayısıyla, fanların yapısal ağırlıkları, pompalara göre çok daha hafiftir.

Kompresörler

Kompresörler de pompalar gibi çalışır ancak çok yüksek basınçta çalışırlar. Dolayısıyla akışkanın ya da gazın yoğunluğu değişebilir olarak kabul edilmelidir. Eksenel kompresörlerde istenen sıkıştırma oranına ulaşabilmek için birden fazla kademe gereklidir. Difüzörler ve statörler kinetik enerjiyi basınca dönüştürmek için her zaman gereklidir.

Gaz ve Buhar Türbinleri

Gaz türbinler yüksek basınçlı bir akışı kanatçıkların üzerinden geçirip şaftı döndürerek güç üretirler. Bu sırada genişleyen yüksek basınçlı akışın basıncı ve enerjisi azalır.

Gaz ve buhar türbinlerinin çoğu eksenel tiptedir. Bu türbinlerin güç üretim boyutları onlarca MW ile yüzlerce MW arasında değişebilir. Eksenel türbinler çoğunlukla birkaç kademeden oluşur.

Türbinler hakkında daha detaylı bilgi için Türbin ve Türbin Çeşitleri yazımıza göz atabilirsiniz.

turbojet motor
Şekil 5: Turbojet motorda akış.

Bir turbojet motorda kompresör kademesi her zaman türbin kademesinden fazladır. Çünkü kompresör akışı sıkıştırmaya çalıştığı ve akışkan doğal olarak basıncın yüksek olduğu yerden düşük olduğu yere akmaya eğilim gösterdiği için her bir kademede belirli bir miktar sıkıştırma yapılabilmektedir. Bu durum istenen basınç miktarına ulaşabilmek için kompresör kademe sayısının fazla olmasını gerektirmektedir. Türbinlerde ise yüksek basınçlı akışkan genişleyerek basıncın düşük olduğu bir alana hareket etmektedir. Yani doğal bir akış mevcuttur. Dolayısıyla kompresörlerdeki gibi fazla sayıda kademeye ihtiyaç yoktur.

Yazar: Osman Veysel Özdemir

Necmettin Erbakan Üniversitesi Uçak Mühendisliği bölümünden 2019'da mezun oldu. Sivas Bilim ve Teknoloji Üniversitesi Savunma Teknolojileri alanında yüksek lisans yapıyor. Mühendisliğin, dersleri yüksek notlarla geçmekten ibaret olmadığını ve gerekirse aynı dersin 3 kez alınabileceğini savunan adam. Ayrıca bilgisayarlara ve kodlamaya dair özel bir ilgisi var. "İman varsa imkan vardır." #NecmettinErbakan #AbbasibnFirnas #%0.7 #AGD #AeronauticalEngineer #UçakMühendisi

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir