Turbine

'n Turbine is 'n roterende enjin wat die energie van bewegende vloeistof (soos water) of gas (soos stoom of lug) omskakel in nuttige werk.

'n Stoomturbine met die omhulsel verwyder

Die eenvoudigste turbines het net een bewegende deel, 'n rotor, wat 'n as is met lemme aangeheg. Bewegende vloeistof of gas werk op die lemme in (of die lemme kan op die vloeistof of gas inwerk) sodat hulle beweeg en die rotor laat draai. Vroeë voorbeelde van turbines is die windmeul en die waterwiel.

Gas-, stoom- en waterturbines het gewoonlik 'n omhulsel om die lemme wat die werking van die vloeistof of gas reguleer. 'n Turboaanjaer word aangedryf deur uitlaatgas in binnebrandenjins wat die werkverrigting verbeter deur saamgeperste lug in die verbrandingskamers in te dwing.

In 'n turbine word die stromingsenergie van 'n gas of 'n vloeistof gebruik om die rotasie van 'n waaier te bewerkstellig. Die rotasie word op 'n as oorgedra waarmee byvoorbeeld 'n elektriese ontwikkelaar aangedryf kan word. Die drie groepe turbines is waterturbines, stoom- turbines en gasturbines. Waterturbines word veral vir die aandrywing van ontwikkelaars gebruik, stoomturbines vir die aandrywing van ontwikkelaars en skepe en gasturbines vir die aandrywing van vliegtuie.

Waterturbines

By waterturbines word 'n stroom water gebruik om die turbinewaaier aan te dryf. 'n Voorloper hiervan was die waterwiel, wat vir die aandrywing van onder meer meulens, saagmasjiene, ensovoorts, gebruik is. Die Fransman Benoit Fourneyron (1802-1867) het in 1827 een van die eerste turbines, met 'n vermoë van ongeveer 4 kW, gebou, en later een met 'n vermoë van 40 kW.

Ander pioniers op die gebied was James Bicheno Francis (1815-1892). Lester Allen Pelton (1829-1908) en Victor Kaplan (1876-1934). By die Pelton-turbine word water deur middel van 'n straalpyp op die vinne van die turbinewaaier gerig. Dit het slegs 'n beperkte ontwikkelingsvermoë, maar kan hoë toeretalle bereik. By die Francis-turbine word die water sydelings na die waaier toegevoer.

Die turbine het ʼn groot vermoë. By die Kaplan-turbine word die water loodreg op die waaier toegevoer. Die waaier is dikwels in die vorm van 'n skeepskroef, en het verstelbare vinne. Die turbine het 'n gemiddelde vermoë.

Stoomturbines

Die oudste bekende toestel waarvan die werking met die van 'n stoomturbine ooreenstem, word in die werke van Heron van Alexandrië (ongeveer 62 n.C.) beskryf. Dit het uit 'n bal met geboe pypies op die omtrek bestaan. Wanneer stoom onder druk by die pypies uitblaas, veroorsaak dit ʼn reaksiebeweging van die bal, waardeur dit in die rondte draai (soos in die geval van 'n tuinsproeier).

Een van die eerste stoomturbines is deur Giovanni Branca (1571-1645) gebou, waarin hy stoom in 'n straal op 'n waaier gerig het. Ander pioniers op die gebied was Carl Gustaf Patrik de Laval (1845- 1913). Charles Algernon Parsons (1854-1931), Charles Gordon Curtis (1860- 1953) en die broers Birger Ljungström (1872-1948) en Frederik Ljungstrom (1875- 1964).

Daar is twee groepe stoomturbines, naamlik gelykdruk- en oordrukturbines. By gelykdrukturbines word die stoom vanuit 'n straalpyp op die waaier gerig en die druk aan die voor- sowel as aan die agterkant is dieselfde. By oordrukturbines word die stoom oor leivinne gelei voordat dit die waaier bereik. Daardeur ontstaan 'n oordruk aan die voorkant van die waaier en 'n onderdruk aan die agterkant. Die stoom kan voorts of aksiaal, of radiaal ten opsigte van die waaier ingevoer word.

By die aksiale turbine word die stoom in die lengterigting van die turbine-as ingevoer, en by die radiale turbine loodreg op die as. Turbines word dikwels van meer as een turbinewaaier voorsien (meertrapturbine) om die vermoë daarvan te verhoog. Stoomturbines word veral vir die aandrywing van elektriese ontwikkelaars by 'n kragsentrale gebruik. Die stoom word deur ʼn ketel voorsien wat steenkool as brandstof gebruik. Die vermoë van die turbines kan tot 1 300 MW wees (1 MW = 1000 000 watt).

Gasturbines

By gasturbines word ʼn turbine in kombinasie met ʼn kompressor gebruik om 'n kragtige gas- of lugstroom op te wek, waarmee byvoorbeeld 'n vliegtuig voortgestu kan word. Die massa en die volume van gasturbines is in verhouding tot hul vermoë besonder laag.

Dit is ook betroubaar en het relatief min bewegende onderdele. Voorts word daar geen besondere eise aan die brandstof gestel nie, aangesien die verbranding in turbines kontinu plaasvind, en nie onderbroke soos by 'n binnebrandenjin nie. Gasturbines is egter duur en by die konstruksie daarvan moet spesiale materiale gebruik word. Die brandstofverbruik van 'n turbine-enjin is hoog in vergelyking met die van ander enjins.

Lees meer

• Skroef van Archimedes
• Turboaanjaer ('n Insiggewende artikel.)

Bronnelys

• Wêreldspektrum, 1982, ISBN 0908409680, volume 27, bl. 171, 172