Turbiini

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Siemensin valmistama höyryturbiini.
Peltonturbiinin juoksupyörä.

Turbiini eli turpiini (lat. turbare 'vetää') on pyörivä kone, joka muuttaa virtaavan aineen eli fluidin energiaa turbiinin pyörimisenergiaksi. Yleensä turbiinin akseliin on kiinnitetty generaattori, joka muuttaa liike-energian sähköenergiaksi. Turbiini-generaattori-yhdistelmillä tuotetaan liki kaikki kulutettava sähköenergia. Muita turbiinien käyttökohteita ovat suihkumoottorit. Käänteisesti toimiva turbiini on kompressori tai turbopumppu.

Turbiinien jaottelu[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Turbiinit jaotellaan väliaineen perusteella seuraavasti;

Teoreettinen perusta[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Väliaine sisältää paine- ja lämpöenergiaa eli entalpiaa sekä liike-energiaa. Turbiinit jaetaan kahteen eri ryhmään sen perusteella, miten tätä väliaineen energiaa muunnetaan mekaaniseksi energiaksi.

  • Impulssiturbiinissa (usein myös aktioturbiini) suuttimella väliaineen paine-energiaa muutetaan nopeusenergiaksi. Väliaineen paine ei laske enää juoksusiivistössä. Suurinopeuksinen suihku suunnataan turbiinin siipiin. Siipi muuttaa suurinopeuksisen virtauksen suuntaa. Nopeuden muutoksesta seuraava impulssi pyörittää turbiinia ja vähentää virtauksen liike-energiaa. Pelton- ja deLaval-turbiinit toimivat tällä periaatteella. Impulssiturbiini ei välttämättä tarvitse koteloa juoksusiivistön ympärille, sillä suihku säädetään jo suuttimessa. Newtonin toinen laki kuvaa energiasiirtoa aktioturbiinissa.
  • Reaktioturbiinit kehittävät vääntömomenttinsa reagoimalla väliaineen paineeseen, joka laskee väliaineen edetessä turbiinin juoksusiivistössä. Laajeneva väliaine siis pyörittää turbiinia. Francis-turbiinit ja useimmat höyryturbiinit toimivat tällä periaatteella. Reaktioturbiinit tarvitsevat suihkua ohjaavan kotelon juoksusivistön ympärille. Newtonin kolmas laki kuvaa reaktioturbiinin energiansiirtoa.

Näitä kahta tapaa käytetään usein sekaisin turbiineissa. Tuuliturbiinissa pääosa energiasta tulee poikkileikkaukseltaan siiven muotoisen lavan aiheuttaessa nosteen, joka pyörittää turbiinin akselia. Lavat saavat energiaa myös impulssilla muuttaessaan tuulen suuntaa. Vesiturbiineihin kuuluvat ristivirtausturbiinit ovat impulssiturbiineja ja niissä on suutin, mutta matalan putouskorkeuden sovelluksissa ne toimivat reaktiolla kohtuullisella hyötysuhteella kuten tavallinen vesipyörä.

Perinteinen turbiinisuunnittelu kehittyi 1800-luvun puolivälissä. Vektorianalyysi yhdisti virtauksen turbiinin siipien muotoon ja pyörimiseen. Graafinen laskeminen oli ensimmäinen käytetty menetelmä. Kaavat perusmitoituksen tekemiseen mille ja minkälaiselle tahansa virtaukselle soveltuvalle, hyötysuhteeltaan hyvälle koneelle ovat olemassa. Osa näistä on kokemusperäisiä ja niin sanottuja peukalosääntöjä toisten perustuessa klassiseen mekaniikkaan. Säännöissä on tehty yksinkertaistavia oletuksia, kuten on tyypillistä tekniikan laskennassa.

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]