ÖNSÖZ
Dünya denizciliğinde, İkinci Dünya Savaşı sonrası başlayan motorlu gemi serüveni, o zamana kadar ön plânda olan buhar türbinli gemilerin elimizden uçup gitmesine yolaçtı, onları yitirdik. Bu değişimde zaman zaman işletmeci mantığı ve gerçekçiliğin de katkısı büyük oldu. Bu arada türlü etkenlerin, örneğin işletmeci personel sayısı, genel verim, özgül yakıt tüketimi, seyir yarıçapı, özgül yağ harcamı, fren beygir gücü vb. nin gözardı edilmesi de düşünülemezdi.
Uzun yıllar dizel motorlarının, adeta gemileri istilâsı sürdü gitti, bugün de devam ediyor. Ancak geçmişten bugüne gemi türlerinde ve yük taşıma şeklinde önemli değişiklikler meydana geldi. Yapılan araştırmalar, iz bırakmadan kaybolan bazı gemilerin batışlarında, önemli neden olarak dizel motorlarını gösterdi. Dolayısıyla bazı gemi türlerinde, örneğin büyük tonajlı LNG ve LPG tankerleri, yüksek hızlı konteyner vb. gemilerinde tüm aleyhte etkenlere rağmen, buhar türbinlerinin kullanılması zorunlu bir hale geldi ve hızlı bir şekilde buharlı gemiler yapılmaya başlandı. Bu hızın, özellikle 21’inci yüzyıl ile birlikte önemli bir ivme kazandığı da bir gerçek.
Dizel motorlarının buhar türbinleri karşısındaki zayıf noktalarından biri, üretebildiği maksimum gücün 84 kW ( 113 bin hp) oluşudur. Bundan daha fazla bir güce gereksinme olduğu zaman, buhar türbinlerinin veya buhar türbinleri ile birlikte kullanılabilen gaz türbinlerinin düşünülmesi gerekmektedir. Nitekim yüksek güçlü makinelerle donatılmış büyük tonajlı yolcu gemilerinde, nükleer santrallarda, ısıl veya termik santrallarda, rakipsiz olarak buhar veya gaz türbinlerinden yararlanılmaktadır. Bu durum buhar türbinlerinin 2 binli yıllarda önemli rolünü sürdüreceğini göstermektedir.
2000 yılında basılan “Gemi makineleri operasyonu 1” isimli kitabımın önsözünde “Ulu Yaradana şükürler olsun, basımını gerçekleştirdiğim kitaplarımın sayısı, elinizdeki ile 31’i buldu. Emri hak vaki olana kadar bu sayıyı 40,ın üzerine çıkarmayı umut ediyorum” sözlerini kullanmıştım. Ne mutlu bana ki, Ulu Yaradan bana bu fırsatı verdi, şükürler olsun “Buhar ve gaz türbinleri” benim 41’inci kitabım oldu.
Saygı ve sevgi ile sunuyorum,
Fahrettin KÜÇÜKŞAHİN
İÇİNDEKİLER
Önsöz III
Simgeler IV
İçindekiler V
Gemiadamları sınav soruları 425
Dizin 430
BÖLÜM 1
BUHAR TÜRBİNLERİNDE ÇEVRİMLER,
GÜÇ, VERİM ve BUHAR TÜKETİMLERİ 1-59
1.1- Buhar türbinlerinin çevrimleri 1
1.1.1- Karno çevrimi 1
1.1.2- Rankin çevrimi 4
1.1.3- Rihiyterli türbin çevrimi 6
1.1.4- Rejeneratif çevrim 9
1.2- Entropi diyagramları 12
1.2.1- Mutlak sıcaklık-entropi (TS) diyagramı 12
1.2.2- Entalpi-entropi (hS) diyagramı 14
1.2.3- TS ve hS diyagramlarının kıyaslanması 16
1.3- Buhar türbinlerinde güç kavramı 16
1.3.1- Güçler hakkında genel bilgi 17
1.4- Türbin güçleri 18
1.4.1- Teorik veya kuramsal güç 18
1.4.2- Çevre gücü 19
1.4.3- İç güç (endike güç) 19
1.4.4- Efektif güç 20
1.4.5- Boşta çalışma gücü 21
1.5- Buhar türbinlerinin verimleri 23
1.5.1- Isıl veya termik (termodinamik) verim 23
1.5.2- Çevre verimi 24
1.5.3- İç (endike) verim 24
1.5.4- Efektif veya genel verim 25
1.5.5- Mekanik verim 26
1.5.6- Ekonomik verim 26
1.6- Isı dengesi diyagramı 27
1.7- Buhar tüketimleri 27
1.7.1 - Teorik özgül buhar tüketimi 27
1.7.2- Özgül endike buhar tüketimi 29
1.7.3- Özgül efektif buhar tüketimi 29
1.7.4- Saatteki buhar tüketimi 30
1.7.5-Bir saatte yakılan yakıt miktarı 31
1.8-Kısma 33
1.9-Buhar türbinlerinin kayıpları 33
1.9.1-Nozul veya meme kayıpları 34
1.9.2-Kanat kayıpları 36
1.9.3-Disk sürtünme ve rüzgârlama kayıpları 37
1.9.4-Buhar kaçağı kayıpları 38
1.9.5-Mekanik kayıplar 39
1.9.6-Isıl ışınım veya radyasyon kayıpları 39
1.10-Sayısal örnekler 39-60
BÖLÜM 2
BUHAR TÜRBİNLERİNİN ÇALIŞMA İLKELERİ 61-176
2.1-Giriş 63
2.2-Buhar türbinlerinin sınıflandırılması 65
2.2.1-Buharın genişlemesine göre sınıflandırma 65
2.2.2-Aksiyon türbinleri 65
2.2.3-Basit aksiyon türbinleri 66
2.2.4-Hız basamaklı aksiyon türbinleri 67
2.2.5-Basınç basamaklı aksiyon türbinleri 70
2.2.6-Hız ve basınç basamaklı türbinler 71
2.2.7-Reaksiyon türbinleri 74
2.2.8-Kombine türbinler 77
2.3-Buharın akışına göre sınıflandırma 79
2.3.1-Eksenel akımlı türbinler 79
2.3.2-Radyak akımlı türbinler 79
2.3.3-Tekrarlanan akımlı türbinler 81
2.3.4-Teğetsel akımlı türbinler 82
2.4-Akım sayısına göre sınıflandırma 83
2.4.1-Tek akımlı türbinler 84
2.4.2-Çift akımlı türbinler 84
2.4.3-Kampavunt türbinler 85
2.4.3.1-Kros kampavunt türbinler 87
2.4.3.3-Tandem kampavunt türbinler 88
2.5-Pervaneye bağlanış şekline göre sınıflandırma 89
2.5.1-Doğrudan bağlama 89
2.5.2-Devir düşürücülü bağlama 90
2.5.3-Türbo-elektrik bağlama 90
2.6-Egzoz şekline göre sınıflandırma 91
2.6.1-Kondenserli türbinler 92
2.6.2-Kondensersiz türbinler 92
2.6.3-Ara buharlı türbinler 92
2.6.4-Egzoz türbinleri 93
2.6.5-Rihiyterli sistemler 93
2.7-Tornistan türbinleri 93
2.8-Buhar türbinlerinin bölümleri 94
2.8.1-Buhar türbinlerinin hareketsiz kısımları 94
2.8.1.1-Döşek veya favundeyşın 94
2.8.1.2-Türbin keysi 94
2.8.1.3-Rotorşaft yatakları 96
2.8.1.4-Srast yatakları 100
2.9-Boğaz ve şaft sızdırmazlık sistemleri 104
2.9.1-Karbon salmastralar 104
2.9.1.1-Karbon salmastra klerensleri çok küçük 106
2.9.1.2-Karbon salmastra klerensleri çok büyük 107
2.9.2-Labirent salmastralar 108
2.9.3-Hidrolik salmastralar 111
2.10-Boğaz sızdırmazlık sistemleri 113
2.11-Nozullar 117
2.11.1-Türbin nozullarında buharın genişlemesi 121
2.12-Buhar türbinlerinin kanatları 126
2.12.1-Hareketli kanatlar 126
2.12.2-Hareketsiz kanatlar 132
2.13-Dami piston 133
2.14Türbinlerin donanımları 133
2.14.1-Buhar valfleri 133
2.14.1.1-Manevra valfleri 133
2.14.1.2-Gardiyan valfler 136
2.14.1.3-Nozul grubu valfleri 136
2.14.1.4-Dreyn valfleri 136
2.14.1.5-Rilif valfler 137
2.15-Buhar separatörü 137
2.16-Devir düşürme donanımları 139
2.16.1-Tek kademeli devir düşürücüler 139
2.16.2-İki kademeli devir düşürücüler 141
2.16.3-Devir düşürücü dişlilerde hasar 142
2.16.4-Pinyon dişlinin denetimi 145
2.16.5-Denge denetimi 145
2.16.6-Dişlilerin kaldırılması 145
2.16.7-Dişlilerin sökülmesi 147
2.16.8-Dişlilerin monte edilmesi 148
2.16.9-Güvenlik önlemleri 149
2.17-Rotor ve rotorşaft 149
2.18-Esnek kaplinler 150
2.18.1-Pinli esnek kaplin 152
2.18.2-Yaylı esnek kaplin 153
2.18.3-Dişli esnek kaplin 154
2.18.4-Pençe türü esnek kaplinler 155
2.19-Tornaçark donanımı 156
2.20-Yağlama sistemleri 156
2.20.1-Gravite yağlama sistemi 157
2.20.2-Basınçlı yağlama sistemi 158
2.20.3-Separatör, kuler ve yağ sıcaklıkları 159
2.20.4-Yağlama devresi sorunları 161
2.21-Regülâtör donanımları 161
2.21.1-Hız ayar regülâtörleri 162
2.21.2-Aşırı hız regülâtörleri 163
2.21.3-Ara buharlı türbinlerin regülâtörleri 165
2.22-Ekonomik seyir türbinleri 168
2.23-Birleşik gaz ve buhar türbini çevrimleri 169
2.24-Ticaret gemileri için nükleer güç 172
BÖLÜM 3
BUHAR TÜRBİNLERİNİN OPERASYONU 177-222
3.1-Giriş 179
3.2-Buhar türbinlerini seyire hazırlama 179
3.3-Seyir 183
3.4-Buhar türbinlerinin seyirden sonra kapatılması 184
3.5-Düşük yüklerde operasyon 185
3.6-Elektrik enerjisinde kesinti 185
3.7-Yardımcı birimlerin operasyonu 185
3.8-Besleme suyu pompasını çalıştıran türbin 186
3.9-Özel işletme koşulları 187
3.9.1-Vakumun sürdürülmesi 187
3.9.2-Türbinin ısıtılması sırasında titreşim 188
3.9.3-Diğer nedenlerle titreşim 188
3.9.4-Manevra 189
3.10-Buhar türbinlerinde arıza 190
3.10.1-Aşırı titreşim 190
3.10.2-Alçak yağlama yağı basıncı 191
3.10.3-Yüksek yatak sıcaklığı 191
3.10.4-Yüksek kondenser basıncı 192
3.10.5-Temiz olmayan yoğuşumlar 192
3.11-Kampavunt türbinler 192
3.11.1-Sadecealçak basınç (LP) türbini ile seyir 193
3.11.2-Sadece yüksek basınç (HP) türbini ile seyir 195
3.12-Türbin üst keysinin kaldırılması 195
3.13-Türbin rotorunun kaldırılması 199
3.14-Rotor ve keysin iç denetimleri 201
3.15-Nozul diyaframlarının çıkarılması 202
3.16-Türbin keyslerinde arıza 203
3.17-Rotorşaftlarda arıza 204
3.18-Rotor disklerinde hasar 206
3.19-Hareketli kanatlarda hasar 207
3.20-Keysin kapatılması 210
3.21-Türbin ayarları 212
3.21.1-Rotorun radyal durumu 212
3.21.2-Rotorun eksenel durumunun denetlenmesi 215
3.22-Stim sandığı, süzgeçler, manevra valfleri 217
3.23-Buhar türbinlerinin dengelenmesi 217
3.23.1-Durağan veya statik denge 217
3.23.2-Dinamik denge 218
3.24-Kritik hız 219
BÖLÜM 4
BUHAR ve BESLEME SUYU SİSTEMLERİ 225-356
4.1-Genel tanımlama 225
4.2-Besleme suyu devrelerinin türleri 226
4.2.1-Açık besleme suyu devreleri 226
4.2.2-Yarı kapalı besleme suyu devreleri 228
4.2.3-Kapalı besleme suyu devreleri 229
4.2.3.1-Vakumlu besleme suyu devreleri 229
4.2.3.2-Basınçlı besleme suyu devreleri 231
4.3-Besleme suyu devrelerinin bileşenleri 236
4.4-Yoğuşturucular (kondenserler) 237
4.4.1-Kondenser veya yoğuşturucu türleri 238
4.4.1.1-Açık veya cet kondenserler 238
4.4.1.2-Borulu (sörfeys) kondenserler 243
4.4.2-Kondenser boruları 243
4.4.2.1-Kaçak ve aşınma 246
4.4.2.2-Kaçıran boruların saptanması 247
4.4.2.3-Kondenser borularının kirlenmesi 249
4.4.2.3a-Mekanik temizleme 250
4.4.2.3b-Şoklama 251
4.4.2.3c-Kimyasal temizleme yöntemleri 251
4.4.2.4-Boruların dış temizliği 251
4.4.2.5-Kondenser borularının tapalanması 252
4.4.2.6-Kondenser borularının değiştirilmesi 252
4.4.2.7-Kondenser hotveli 255
4.4.2.8-Kondenser su kutuları 255
4.4.2.9-Kondenserlerin şekilleri ve yerleri 257
4.42.10-Boşluk (vakum) 257
4.4.2.11-Düşük vakum 258
4.4.2.12-Kullanaılmayan kondenserlerin korunması 259
4.5-Dolaşım (serküleytin) devresi 260
4.5.1-Dolaşım devresi arızaları 263
4.6-Yoğuşum suyu (kondenseyt) pompası 264
4.7-Hotvel 265
4.8-Erecekter 268
4.8.1-Erecekterin çalıştırılması 274
4.8.2-Hatalı işletme 276
4.8.3-Bakım notları 277
4.9-Erecekter kondenser 278
4.10-Dreyn kuler 278
4.11-Besleme suyunun ısıtılması 280
4.11.1-Alçak basınç besleme suyu ısıtıcıları 281
4.11.2-Yüksek basınçlı borulu besi suyu ısıtıcıları 281
4.12-Besleme sularının havasızlandırılması 283
4.12.1-Havasızlandırma işlemi 284
4.12.2-Havasızlandırıcı türleri 285
4.13-Besleme suyu pompaları 288
4.13.1-Plencerli besi suyu pompaları 288
4.13.2-Diferansiyel plencerli pompa 291
4.14-Doğrudan etkili besi suyu pompaları 292
4.14.1-Operasyon 293
4.15-Çift etkili pistonlu pompalar 294
4.15.1-Operasyon 295
4.16-İki silindirli ve çift etkili pompalar 298
4.17-Tek etkili pistonlu besi suyu pompaları 299
4.18-Vakum ve hava hücreleri 300
4.19-Pistonlu pompaların operasyonu 302
4.19.1-Operasyonda dikkat edilecek noktalar 302
4.19.2-Zayıf pompa operasyonu 303
4.19.3-Hava kaçaklarının aranması 303
4.19.4-Vorm dişlilerin aşırı ısınması 304
4.19.5-Gürültü ve vuruntu 305
4.19.6-Pompanın stop edilmesi 305
4.20-Besi suyu pompalarında sorunlar 306
4.20.1-Çıkış veya disçarç basıncının olmaması 306
4.20.2-Su tarafında inleme 307
4.21-Hava pompaları 309
4.21.1-Baketli erpamp 309
4.21.2-Edvard türü erpamp 310
4.21.3-Hava pompası valfleri 310
4.21.4-Hava pompalarında zayıf operasyon 312
4.21.5-Hava pompalarının silkintili çalışması 312
4.22-Santrifüj veya merkezkaç pompalar 313
4.22.1-Tek kademeli santrifüj pompalar 313
4.22.2-Kademeli santrifüj pompalar 315
4.22.3-Volüt hücresi ve difüzör çemberi 316
4.22.3.1-Basınç 318
4.22.3.2-Santrifüj pompaların yarar ve sakıncaları 319
4.22.3.3-Santrifüj pompaların çalıştırılması 319
4.22.3.4-Pompanın besleme suyu vermemesi 321
4.22.3.5-Pompanın tam kapasite ile çalışmaması 321
4.22.3.6-Aşırı yük 321
4.22.3.7-Titreşim 322
4.22.3.8-Keys veya zarfın ısınması 322
4.22.3.9-Pompa şaftının ısınması 322
4.22.3.10-Yatakların ısınması 323
4.23-Buhar enjektörleri 323
4.24-Evaporatörler (buharlaştırıcılar) 324
4.24.1-Borulu evaporatörler 325
4.24.2-Vakumlu evaporatörler 327
4.24.3-Flaş evaporatörler 328
4.24.4-Buhar sıkıştırmalı evaporatör 330
4.24.5-Ters geçişme sistemleri 332
4.24.6-Tatlı su üreteçleri (jeneratörleri) 334
4.25-Evaporatörlerin operasyonu 335
4.25.1-Borulu evaporatörlerin operasyonu 335
4.25.2-Vakumlu bir operatörün operasyonu 337
4.25.3-Flaş evaporatörün operasyonu 337
4.25.4-Buhar sıkıştırmalı evaporatörlerde operasyon 337
4.26-Evaporatörün boşaltılması (blofu) 337
4.27-Evaporatörlerde kışırın önlenmesi 338
4.27.1-Evaporatörlerde kışırın giderilmesi 338
4.27.1.1-Isıl kışır giderme 339
4.27.1.2-Salinite veya tuz içeriği 340
4.28-Evaporatör kaynaması 340
4.29-Buhar kapanları (stim traplar) 341
4.29.1-Şamandralı buhar kapanları 341
4.29.2-Termostatik buhar kapanları 342
4.29.3-Bimetalik buhar kapanları 343
4.29.4-verimsiz işletme nedenleri 344
4.29.5-Verimsiz buhar kapanları 345
4.29.6-Pozitif test 346
4.29.7-Kapanların günlük kontrolları 346
4.29.8-Alçak basınçlı traplar 346
4.29.9-Yüksek basınçlı kapanlar 346
4.30-Gözlem tankları 347
4.31-Ana dreyn sistemleri 348
4.31.1-Buhar dreyn sistemleri 348
4.31.2-Atmosferik dreyn tankları 349
4.32-Besleme suyu kontrol sistemleri 349
4.32.1-Şamandralı besleme suyu regülâtörleri 350
4.32.2-Isıl (termik) regülâtörler 352
4.33-Donma tehlikesine karşı koruma 355
BÖLÜM 5
GAZ TÜRBİNLERİ 357-418
5.1-Giriş 359
5.2-Ticaret gemilerindeki uygulamalar 360
5.3-Gaz türbinlerinin yararları 361
5.3.1-Isınma ve ilk hareket 361
5.3.2-Yapıdaki sadelik 361
5.3.3-Esneklik 362
5.3.4-Ölçüler ve makine özgül ağırlığı 362
5.3.5-Bağımsız oluş 362
5.3.6-Bakım ve onarım giderleri 363
5.3.7-Yağlama ve yakıt 363
5.3.8-Kullanım alanları 363
5.3.9-Isıl (termik) verim 363
5.4-Gaz türbinlerinin çalışma ilkesi 364
5.5-Brayton (Joule) çevrimi 365
5.6-Gaz türbini devreleri 367
5.6.1-Basit, tek şaftlı açık devre 368
5.6.2-İki şaftlı basit devre 368
5.6.3-İki şaftlı rejeneratif devreler 369
5.6.4-İç soğutuculu rejeneratif çevrim 372
5.6.5-İç soğutuculu, mükerrer yanmalıdevreler 373
5.6.6-İç soğutuculu, mükerrer yanmalı rejeneratif çevrim 374
5.6.7-Kombine veya karma devreler 377
5.6.8-Süperşarjlı kazanlar ve gaz türbinleri 378
5.6.9-Serbest pistonlu makineler 379
5.6.9.1-Serbest pistonlu makinelerin gemilere uygulanması 381
5.6.9.2-Serrbest pistonlu makinelerin çalışma ilkesi 382
5.7-Kapalı gaz türbini çevrimleri 391
5.7.1-Kapalı devrelerin yarar ve sakıncaları 389
5.8-Yarı kapalı devreler 391
5.9-Reaktör gaz türbinleri 392
5.9.1-Basiti kapalı çevrimli reaktör-gaz türbinleri 393
5.9.2-İki kademeli türbin-reaktör devreleri 394
5.9.3-Açık gaz türbin-reaktör devresi 395
5.10-Gaz türbini çevrimlerinin bileşenleri 396
5.10.1-Kompresörler 396
5.10.1.1-Santrifüj veya radyal akımlı kompresörler 396
5.10.1.2-Eksenel akımlı kompresörler 398
5.10.1.3-Lysholm pozitif deplâsmanlı kompresörler 399
5.10.1.4-Serbest pistonlu kompresörler 400
5.10.2-Yanma odaları 400
5.10.2.1-Borulu yanma odaları 401
5.10.2.2-Dirsek kombastör 402
5.10.2.3-Ayrı yanma ve karıştırma odalı kombastör 402
5.10.3-Rejeneratörler 403
5.10.3.1-Paralel akımlı rejeneratörler 403
5.10.3.2-Zıt akımlı rejeneratörler 404
5.10.3.3-Çapraz akımlı ısıtıcı (rejeneratör) 404
5.11-Gaz türbinleri 405
5.11.1-Basit aksiyon türbinleri 407
5.11.2-Hız basamaklı aksiyon türbinleri 408
5.11.3-Basınç basamaklı aksiyon türbinleri 408
5.11.4-Reaksiyon türü gaz türbinleri 409
5.11.5-Stator veya hareketsiz kısımlar 410
5.11.6-Emme ve egzoz manifoldları 410
5.11.7-Rotor 412
5.12-Soğutucular 413
5.13-Hava ısıtıcıları 414
5.14-Gaz türbinlerinin devreleri 414
5.14.1-Yakıt devreleri 414
5.14.2-Yağlama devresi 417
5.14.3-İlk hareket devresi 418
5.14.4-Elektrik devresi 419
5.14.5-Yağlama yağları 419
5.15-Gücün pervaneye aktarılması 421
BÖLÜM 6 BUHAR TÜRBİNİ SORULARI 425-460
BÖLÜM 7 BESLEME SUYU DEVRESİ SORULARI 463-485
BÖLÜM 8 GAZ TÜRBİNİ SORULARI 480-492