Turbin

En ångturbin installeras av Siemens

En turbin är en roterande maskin som fångar energi från ett flöde av en fluid. Claude Burdin (1788-1873) myntade termen från latinets turbo, som betyder virvel, under en tekniktävling 1828. Benoit Fourneyron (1802-1867), en student till Claude Burdin, konstruerade den första användbara vattenturbinen.

De enklaste Turbinerna har en rörlig del, oftast försedd med blad, fäst på en axel. Fluider i rörelse påverkar bladen och får turbinen att snurra. Tidiga exempel på turbiner är väderkvarnen och vattenhjulet. Gas-, ång-, och vattenturbiner har höljen runt bladen som innesluter och kontrollerar fluiden. Den brittiske ingenjören Sir Charles Parsons (1854 - 1931) har fått äran för uppfinningen av den moderna ångturbinen. Han byggde bl.a. det första turbindrivna fartyget, Turbinia, som sjösattes 1894.

En maskin som liknar en turbin, men som arbetar i motsatt riktning, är en kompressor eller en pump.

Innehåll

[redigera] Användning

Nästan all elektricitet på jorden produceras med någon form av turbin. Turbiner som används i värmekraftverk kan omvandla cirka 40% av värmeenergin till elektricitet, resten blir spillvärme. Ett kraftvärmeverk kan däremot ha en mycket högre verkningsgrad, då även värmen används som fjärrvärme. Turbiner används också i fartygsmotorer och flygmotorer. Även turboaggregat i turboöverladdade kolvmotorer innehåller, som namnet antyder, en turbin.

[redigera] Typer av turbiner

Ångturbiner används för att omvandla värmeenergi till elektricitet i till exempel kol- eller kärnkraftverk. Omkring 80% av all elektricitet i världen produceras med ångturbiner. Trots att ångturbiner endast kan omvandla under hälften av bränslets energi till elektricitet, är de ändå effektiva jämfört med motsvarande otto- och dieselmotorer.
Vattenturbiner utvinner energi ur vatten i rörelse, främst i vattenkraftverk
En gasturbin är oftast en del av en större maskin som producerar energi. Hela processen består i sin enklaste form av en kompressor, en brännkammare och en turbin. Gasturbinen drivs av strömmande förbränningsgaser. Gasturbiner har i regel högre verkningsgrad än ångturbiner.
Vindturbiner används i vindkraftverk

[redigera] Teori

Skillnaden mellan en impulsturbin och en reaktionsturbin

En fluid i rörelse innehåller potentiell energi och rörelseenergi. Fluiden kan vara kompressibel eller inte. Många fysikaliska principer kan beskriva hur turbinen fångar energi från fluiden:

Turbiner kan drivas av impuls. Sådana turbiner ändrar flödesriktningen hos en fluid med hög hastighet. Den resulterande impulsen snurrar turbinen och lämnar fluiden med reducerad kinetisk energi. Fluidens tryck förändras dock inte när den passerar genom rotorbladen. Newtons andra lag beskriver energiöverföringen i en impulsturbin.
Turbiner kan också drivas med reaktionskraft enligt Newtons tredje lag. Sådana turbiner utvecklar vridmoment genom att reagera på fluidens tryck eller vikt. Fluidens tryck förändras när den passerar genom turbinen. Rotorbladen måste därför omslutas av ett hölje, eller så måste de vara helt omslutna av fluiden (såsom en vindturbin).

De flesta turbiner omvandlar energi enligt båda dessa förklaringsmodeller när det är möjligt.