Gaz Türbini Alm. Gasturbine (f), Fr. Turbine (f) a gaz, İng. Gas turbine. İçten yanmalı bir tür motor. Gazı (havayı) sıkıştırıp, (yakıtın yanması sonucu) ona ısı ilave ederek genişlemesini, dönme hareketine çevirir. Bu hareket devamlı ve düzenli olarak ortaya çıkar. Bu özelliği yönünden benzin ve dizel motorlarından fark eder. Benzin ve dizel motorlarında dönme hareketini elde etmek için ihtiyaç duyulan krank miline burada gerek yoktur. Gaz türbinleri hemen hemen bütün güç motorlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca elektrik elde edilmesinde, gazların boru ile iletilmesinde önemli bir yeri vardır.
En yaygın ve basit gaz türbini “açık devreli” olanıdır. Burada hava bir kompresöre çekilir. Basıncı birkaç atmosfere yükseltilir. Sıcaklığı yanma odasında sıvı veya gaz yakıt kullanılarak artırılır. Basıncı yüksek gaz, atmosfer basıncına düşürülürken, türbini döndürür. Jet motorlarında bu genişleme bir lülede gerçekleştirilir. Türbin ve kompresör bir mille birleştirilmiş olup, türbin aynı zamanda kompresörü çalıştırır. Sıkıştırma ve genişleme basınçları oranları hemen hemen aynıdır. Türbine giren gaz yüksek sıcaklıktadır ve genişlemesi sonucu, sıkıştırma için gerekli olandan daha fazla iş ortaya çıkar. Bu fazlalık motorda kullanılır.
“Kapalı devreli” gaz türbininde çoğu zaman havadan daha uygun özelliklere sahib olan belirli miktardaki gaz sistemde mevcuttur ve devreder. Bu tür motorlarda türbini terk eden ve kompresöre girecek olan gazın soğutulması gereklidir. Ancak gazın iç basıncı normal olarak atmosferik basınçdan daha büyük olduğu için daha fazla güç ortaya çıkar.
Gaz türbinlerinin diğer içten yanmalı motorlara nazaran en önemli üstünlüğü, onun dönme hareketinin motor parçalarının daha yüksek hızla dönmesini sağlamasıdır.
Bu sebepten verilen bir büyüklükten daha fazla güç elde edilir. Buharlı türbinlere göre ise, yakıt hızlı hareket eden bir akımda yüksek basınçta yandığı için, daha küçük yanma odasına ve yüksek saflıktaki su yerine, havaya ihtiyaç duyar.
Ancak en önemli mahzuru, diğer içten yanmalı motorlara nisbetle daha düşük verime sahib olmasıdır. Sebebi de, türbinin kanatlarının devamlı olarak yüksek sıcaklığa maruz kalması ve bunun sonucu olarak müsade edilen malzeme gerilmelerinin düşük olmasıdır. Ayrıca her devrede alınan hava ile piston ve silindir soğutulur. Bu da verimin düşmesine sebeb olur.
Gaz türbinleri, kısmi yüklemeli işlemlere pek uygun değildir. Çünkü yükleme düştükçe verim hızla düşer. Sebebi, basınç oranları ve sıcaklık azalmasının sonucu olduğu gibi, parçalarının veriminin kısmi yüklemede düşük olmasından doğar. Gaz türbininin verimi, sıkıştırmanın gaz (hava) ile yapılması yönünden, sıvı (su) pompalayan buhar türbinlerine göre daha düşüktür. Aynı şartlarda, bir gazın sıkıştırılması, bir sıvının pompa edilmesinden çok daha fazla iş gerektirir.
Tarihi: Gaz türbininin prensibi, çok önceleri, ateş üzerinde et pişirirken gerekli olan şişlerin devamlı döndürülmesinde kullanılmıştır. Yüksek sıcaklıktaki havadan dönme elde etmek için, kanatlar da kullanılmaktaydı. Her ne kadar gaz türbininin keşfi 1791’de patent alan İngiliz John Barber’e dayanmaktaysa da, kompresörlü ilk gaz türbünü 1894’te Fransa’da, 1900’de Almanya’da, 1902’de ABD ve 1903’te Norveç’te ortaya çıkmıştır. Bunların verimleri düşük, kendileri büyüktü. İlk sanayi gaz türbini İsviçre’de Brown- Boveri tarafından monte edilmiştir. 4000 kilowattlık bir jenaratörü tahrik etmek için kullanılmakta ve verim ise % 18 civarındaydı. Çabuk devreye girebilmesi, güç-ağırlık oranının düşük olması yedek olarak seçilmesinde etkili olmuştur.
Ancak gaz türbinlerindeki en önemli gelişme, uçaklarda kullanılmalarıyla ortaya çıkmıştır. Bu tür uygulamada sıkıştırılmış gaz kısmen genişleyerek ancak kompresör çalıştıracak kadar bir enerji vermektedir. Gazdaki geriye kalan enerji ise gaza yüksek hız vermek ve bunun sonucu uçağı tahrik etmek için kullanılır.
Jet motorlarının gelişmesi İkinci Dünya Savaşında hız kazanmıştır. O zamandan bu yana jet motorlu uçaklar yaygınlaşmıştır. Uçaklarda, jet motorları, jet motorunun itici gücünden (turbojet) veya türbindeki dönme pervaneye aktarılarak (turboprop olarak) kullanılmaktadır. Bunun dışında gaz türbinlerinin diğer yaygın bir kullanış yeri de, Amerika ve Orta Doğudaki tabii gaz hatlarında pompalama işleridir. Bu türbinlerin gücü 5000 ile 10.000 beygir gücü civarındadır. Ayrıca dizel motorlu elektrik jenaratörlerinin yanında günün belirli saatlerindeki isteklere cevap vermek için takviye jenaratörü olarak kullanılır.
Ayrıca kamyon, otobüs ve ağır hafriyat makinalarında da kullanılmaktadır. Bunlar 200-400 beygir gücü civarındadır. Savaş gemilerinde de gaz türbinleri, yüksek hız elde etmek için kullanılır. Ticari gemilerde ise, verim düşüklüğü ve kısmi yükleme yönünden kullanımı sadece deneme mahiyetindedir. Demiryollarında; yolcu trenlerinde yüksek gücün ve düşük ağırlığın istendiği durumlarda tercih edilir.
Gaz türbini parçaları ve yakıtı: En önemli parçaları; kompresör, yanma odası ve türbinlerdir. Bazı gaz türbinlerinde ısı değiştiriciler de mevcuttur.
Kompresörler: Genel olarak merkezi ve eksenli olmak üzere iki tür kompresör mevcuttur. Birincisinde hava, merkez kısımda alınarak yarıçap doğrultusunda, basıncı ve hızı büyüyerek hareket eder. Hız oldukça büyür, daha sonra hız düşürülerek basınç yükseltilir. Sıkıştırmanın sonucunda ve başlangıcındaki basınç oranları 1/4 ile 1/5 civarındadır. Merkezsel motorları dayanıklı ve oldukça ucuzdur. Fakat verimleri düşüktür. Küçük güçler için kullanılır.
Eksenel akışlı kompresörler ise, arka arkaya sıralanan sabit ve hareketli kanatlardan meydana gelir. Hareketliler havaya enerji verirken, sabitler hız
ı basınca çevirir. Aynı zamanda havayı rotora uygun açı ile iletirler. Pekçok devreden ibaret olup, bunların her birinde rotor (dönen parça) ve stator (sabit parça) mevcuttur. Genellikle 6-7 devre olurlar. Bu şekilde çok devreli olması maliyeti artırmaktadır. Ayrıca havadaki yabancı maddelere karşı hassasdır. Çok küçük olanlar hariç, verimleri diğer türlere nisbetle yüksektir. Merkezsel olanların verimleri 0,78-0,82 arasında, eksensel akışlı olanlarınki ise 0,82-0,87 civarındadır.
Türbinler: Kompresörlere göre daha basittirler.İç verimleri 0,87-0,90 arasındadır. Türbinde gaz genişler ve kanallar arasında hızlanır. Akış sırasında doğacak türbilans, verimi düşürür. Genel olarak türbinler eksensel akışlı olup, merkezsel olanları nadirdir. Kompresörlerde açıklanan benzer fayda ve mahzurlar burada geçerlidir.
Yanma odaları: Tek veya çok olabilir. Yanma odaları ve karışımın uygun terkibi deneylerle elde edilir.
Yakıtlar: Tabii gaz en düşük korozyona sebeb olduğundan, en çok arzu edilen yakıttır. Hafif sıvı yakıtlar yanında, düşük işletme sıcaklarında ağır petrol ürünleri de kullanılabilir. Ancak bazı durumlarda yakıt önce bir muameleye tabi tutularak, yanma odasının temizliği sağlanır.
Basit bir gaz türbininin verimi, % 20 ile % 25 civarındadır. Ancak türbinden çıkan sıcak hava ile giren hava, ısıtılarak verim % 30’a kadar yükseltilebilir. Maksimum verim için lazım olan basınç oranı da bu halde azalır. Sıkıştırma anında hava soğutulursa, sıkıştırmak için gerekli olan iş azalır. Ancak verimde pek az değişiklik olur.
Kaynak: Rehber Ansiklopedisi
