Gaz Türbini
Doğalgaz çevrim güç santrallerinde ve jet motorlu uçaklara enerji sağlayan gaz türbinleri nedir? Gaz türbinini güç üretiminde ne gibi avantajları vardır? Gaz türbini hangi parçalardan oluşuyor, bu parçaların görevleri ne? Nasıl oluyor da jet motorlu uçakların motorlarında kullanılan bir teknolojiden elektrik üretiliyor? Gaz türbinleri ile ilgili bu ve daha birçok sorunun cevabı yazımızın devamında siz değerli okurlarımız için cevaplamaya çalıştık?
En özet şekilde tanımlayacak olursak: İçten yanmalı bir motor türü olan gaz türbinleri sıkıştırılmış hava ile yakıtın yanması sonucu ortaya çıkan enerjiyi dönme hareketine çevirmesi mantığı ile çalışır. Benzin ve dizel motorlardan farkı ise gaz türbinlerinde bu dönme hareketinin devamlı ve düzenli olarak ortaya çıkmasıdır. Bunun yanı sıra dönme hareketini elde etmek için bir krank miline ihtiyaç duyulmamaktadır.
Gaz türbini çabuk devreye girmesi. Hızı bir şekilde Peak (tepe) yük değerine ulaşması. Yanma sonu çıkan egzoz gazının entalpi değerini yüksek olması bu sayede ek çevrimlere (Örneğin; Buhar ile devir daim eden bir Rankine çevrim) izin vermesi gaz türbinlerinin güç üretiminde sıklıkla tercih edilmesine yol açar.
Gaz türbinleri hava giriş kanalı, kompresör, difizör, blöf valfleri, yanma odaları, türbin ve egzoz kanalı kısımlarında oluşur.
Hava Giriş Kanalı:
Genellikle güç üretimi amaçlı türbinlerde kullanılır. Kompresör emiş ağızına gelecek havayı temizlemek için filtre, oluşacak sesi azaltmak için susturucu sistemlerine sahiptir. Tel kafes(Kaba parçaların girişini önlemek için),kaba ve ince şekline 3 tip filtre hava giriş kanalarında kullanılınır.
Kompresör:
Birçok kademeden oluşan, hareketli ve hareketsiz kanatlara sahip olan, sistemdeki havayı basınçlandıran kısımdır.
Kompresör kademesi birçok stator- rotor kanat çiftlerinden oluşmaktadır. Stator hareketli kanattır. Stator kanat taşıtıcı gövdeye bağlanmıştır. Stator rotor kanatlarınca ivme kazandırılmış hava akış yönünün tersine doğru saptırır. Bunun sonuncunda akışın hızı yavaşlar ve hava basınçlandırılmış olur. Rotor sabit kanattır. Rotor disklerine bağlanmıştır. Rotor kanatlarının görevi mekanik enerjiyi kinetik enerjiye dönüştürmek tir.
Stator kanat taşıyıcı bölgenin en ön kısmına yerleştirilmiş olan kompresör giriş kılavuz kanatları açısal pozisyonu ile (hareket edebilir kanat yapısı) başlangıç ve kısmi yük değerlerinde yanma odasındaki havayı optimum olarak ayarlar.
Difizör:
Kompresörün oluşturduğu kinetik enerjiyi statik basınca dönüştüren bölümdür. Difizör çıkışında basınç ve sıcaklık artar hız azalır.
Blöf Valfleri:
Kompresörde uluşabilecek frenlemeye neden olan akış şartlarını ortadan kaldırmak için geliştirilmiştir. Türbin devreye alma esnasında harcanan gücü azaltmaktadır.
Yanma Odaları:
Yanma odaları, kompresör tarafından sağlanan bol miktarda hava ile yakıtı, yakıcı nuzullardan püskürtülen yakıtı karıştırarak yakar.
Yanma Odasında istene özelikler;
- Yüksek yanma verimi
- Geniş kararlılık sınırı
- Basınç dalgalanmalarından ve yanmanın oluşturabileceği diğer kararsızlıklardan etkilenmeme
- Basınç kaybının az olması
- Kirletici gaz emisyonunun düşük olması
- Ucuz ve bakımı kolay olması
- Değişik yakıtların kullanıla bilir olması
Yanma işlem; Kompresörden çıkan yüksek hızlardaki hava yavaşlatılarak statik basıncı artırılır. Türbinin kulanım amacına bağlı olarak yanma hızı değişkenlik gösterir düşük hızlarda yanmanın sönmesini engellemek için düşük hız bölgesi oluşturulur.
Yüksek verim içi yanma sonucu oluşan egzoz gazların sıcaklığının yüksek olası amaçlanır. Yanma ateşlenme bujisi ile başlatıldıktan sonra tabi olarak devam eder.
Güç amaçlı kullanımlarda yanma odasını merkez sıcaklığı 1800°C – 2000°C arasında değişmektedir. Bu sıcaklık türbin kanatlarına hasar vere bileceğinden yanma odasına, yanma işlemine katılmayan taze hava ile egzoz gazı soğutulur. Tutuşturmayı oluşturmak için farklı tip yakıcılar kullanılabilir.
Yanma Odası Çeşitleri;
- Silo tipi
- Çevresel tip
Türbin:
Güç amaçlı kullanımlarda elektrik enerjisi üretimi için sistem elemanlarına ihtiyaç duyduğu tüm mekanik enerjiyi elde edilen kısımdır.
Türbin stator kanatları, türbin rotor kanatları ile beraber sıcak gazdaki termal enerjiyi mekanik enerjiye çevirir.
Uluşan yüksek sıcaklıktaki egzoz gazını, egzoz kanalına doğru akış oluşmasını sağlar.
Egzoz Kanalı:
Türbinde iş gören gazın dışarıya tahliyesini sağlayan kısımdır.
Sonuç
Genel olarak bir gaz türbinini çalışmasında hava emme ağızları tarafından filtre edilmiş hava kompresöre yönlendirilir. Kompresör havanın hızın azaltır fakat basınçlandırır. Bununla beraber kompresör emilen havayı türbin içi soğutma ve sızdırmazlık mekanizmalarında kullanmak için ek sistemlere sahiptir. Kompresörden çıkan hava yanma odasına varmadan önce difizöre çarpar. Difizör havanın basınç ve sıcaklığını artırır.
Basınçlandırılmış ve ısınmış hava yanma odasında yakıt ile karıştırılarak yanma başlatılır. Yanma odasında sıcaklık parça dayanımlarının üstünü çıkması durumunda “Secondary Air” sistemi ile yanma odası alevi çıkış sıcaklığı biraz düşürülür. Türbin kanatları sıcak haldeki gazın termal enerjisini mekanik enerjiye çevirir. Bu sayede türbin mili elektrik üretimi için yeterli dönme hızına ulaşır.
[mks_toggle title=”Kaynakça” state=”close “]
- Gas turbine theory HIH Saravanamuttoo, GFC Rogers, H Cohen – 2001 – Pearson Education
- Buhar ve Gaz Türbinleri Nasıl Çalışır ?
- Gas turbine performance PP Walsh, P Fletcher – 2004
[/mks_toggle]
