turbina, naprava ili stroj koji akumuliranu potencijalnu energiju (voda) ili energiju tlaka (plin ili para) pretvara u mehanički rad koji se ostvaruje u rotacijskom obliku. Dobiveni se mehanički rad primjenjuje za pokretanje električnih generatora, → pumpa, → kompresora i dr. Prema vrsti radnoga fluida, turbine se dijele na vodne, parne, plinske i vjetrene. Sastoje se od statorskoga dijela (mirujući dio), koji energiju fluida pretvara u kinetičku energiju, te rotorskoga dijela (rotirajući dio), koji mijenja količinu gibanja fluida što uzrokuje pogonsku zakretnu silu. Ta sila na promatranome radijusu izaziva zakretni moment. Turbine se, s obzirom na promjenu stanja fluida tijekom procesa izmjene energije, dijele na akcijske, kojime je tlak fluida na ulazu i izlazu iz rotora jednak, i reakcijske, kojime je taj tlak različit.

Vodne turbine koriste se potencijalnom energijom vode kao radnim fluidom. Prema brzohodnosti (omjer protoka i geodetskoga pada), današnje turbine dijele se na Peltonove, Ossberger-Mitchellove (engl. cross flow turbine), turgo, Francisove, Deriazove, Kaplanove i cijevne turbine (podgrupa Kaplanovih). Regulacija snage postiže se putem promjene protoka kroz turbinu, koji je mjerodavan za dimenzioniranje turbine, a određuje se iz višegodišnjih mjerenja dnevnih protoka.

Parne turbine koriste se energijom vodene pare visokog tlaka i temperaturom koja se pretvara u kinetičku energiju strujanja te u mehanički rad. Te su turbine u pravilu višestupanjski strojevi velikih snaga (danas 1500 MW i više). Klasična kondenzacijska parnoturbinska postrojenja troše veliku količinu otpadne topline, pa se ta postrojenja u posljednje vrijeme grade kao kogeneracijska, pri čemu toplina služi za grijanje stambenih naselja i sl.

Plinske turbine kao radnim fluidom koriste se plinovima povišena tlaka nastalim izgaranjem goriva u osnovnom ciklusu. Sastoje se od turbokompresora, komora izgaranja i turbina. Ispušni plinovi iz osnovnog ciklusa visoke su temperature (do 500^oC), pa se velika količina otpadne topline kod ovih postrojenja uz pomoć utilizatora koristi za proizvodnju vodene pare za pokretanje manje parne turbine (koja može imati kogeneraciju).







Vjetrene turbine pretvaraju kinetičku energiju vjetra u mehanički rad, ponajprije za pogon električnih generatora. Razvile su se iz → vjetrenjače usavršavanjem konstrukcije lopatica, što je omogućilo postizanje veće snage uz bolju iskoristivost. U osnovi se razlikuju turbine s vertikalnim i s horizontalnim vratilom.

Povijesni razvoj

Povijesni razvoj turbina počinje s rotirajućom kuglom Herona Aleksandrijskoga (I. st.), pretečom današnje parne turbine. Sustav turbina, odn. statora i rotora, donekle je postavio svojim crtežima vjetrenjača i vodenica → Faust Vrančić (1551−1617). Giovanni Branca (1571−1645) objavio je 1629. skicu akcijskoga kola parne turbine, a Johann Andreas von Segner (1704−1777) radove o svom kolu 1751., koje je zapravo prva mlazna vodna turbina. Svojim istraživanjima potaknuo je Leonharda Eulera (1707−1783) na postavljanje (1750) i objavljivanje osnovne jednadžbe turbostrojeva. Claude Burdin (1788−1873) uveo je 1824. termin turbina (lat. turbo: vrtlog). Od tada je slijedio niz izuma i prijavljenih patenata te proizvodnja prvih turbina. Godine 1909. → Nikola Tesla patentirao je reverzibilnu turbinu s diskovima umjesto lopatica (Teslina turbina).

Turbine u Hrvatskoj

U Hrvatskoj se potkraj XIX. st. turbine nisu proizvodile, ali su se prve počele postavljati unutar manjih hidroelektrana i drugih industrijskih pogona. Na Mrežnici je 1884. stavljena u pogon prva hidroelektrana na istosmjernu struju za potrebe pamučne industrije u Dugoj Resi, koja se sastojala od dvije vodne turbine snage 662 kW, a do 1937. od tri vodne turbine ukupne snage 824 kW i parne turbine snage 1000 kW. Proizvodnju izmjenične struje započela je HE Jaruga ugradnjom turbine ispod slapa Skradinskog buka 1895., dva dana nakon puštanja u pogon elektrane Adams Power Plant na Niagarinim slapovima u SAD-u, prve velike svjetske hidroelektrane za proizvodnju izmjenične struje. Time je Šibenik postao prvi grad u svijetu koji je imao javnu električnu rasvjetu na izmjeničnu struju. Početkom XX. st. prve turbine ugrađene su u pogonima Gradske munjare u Zagrebu (1907), HE Ozalj (1908), HE Kraljevac (1912) i dr. Vodna turbina Girard, proizvedena 1870., nazivne snage 250 kW, do 1967. pogonila je strojeve Tvornice papira u Rijeci, a danas je izložena u dvorištu Tehničkoga muzeja Nikola Tesla u Zagrebu.







Nakon II. svj. rata počela je proizvodnja parnih i plinskih turbina u karlovačkoj tvornici → Jugoturbina, koja je integrirala cjelokupnu karlovačku metalsku industriju, proizvodno zanatstvo i trgovinu metalnom robom te postala najveće karlovačko poduzeće u povijesti i jedno o najvećih u SFRJ. Danas se proizvodnja turbina i njihovih dijelova nastavlja u karlovačkoj Tvornici plinskih turbina osnovanoj 1975., i Tvornici turbina osnovanoj 1991. Tvornicu Jugoturbina preuzelo je 2015. američko poduzeće General Electric.













Nastava

U Hrvatskoj nije bilo organizirane srednjoškolske nastave iz područja turbina, osim u sastavu drugih predmeta. U visokoškolskoj nastavi se problematika toplinskih turbina počinje predavati u okviru kolegija Teorija i gradnja parnih strojeva i Parne turbine, koje je uveo i predavao 1921−51. → Josip Miler, jedan od osnivača strojarskog odjela Tehničkoga fakulteta u Zagrebu. Naslijedio ga je → Marko Majcen (1952−94), koji je uveo kolegije Toplinske turbine, Toplinski strojevi i uređaji na Fakultetu strojarstva i brodogradnje. Nastavu je 1995−2012. vodio Branko Matijašević, a 2013. sve kolegije toplinskih postrojenja preuzeo je Zvonimir Guzović pri Katedri za turbostrojeve Zavoda za energetska postrojenja, energetiku i ekologiju.

Nastava se provodi i na drugim visokim učilištima, poput Tehničkoga fakulteta u Rijeci, Fakulteta elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje u Splitu, Strojarskoga fakulteta u Slavonskome Brodu i dr. Nastava iz područja vodnih turbina odvijala se i u okviru kolegija Hidraulički strojevi.

Stručna i znanstvena publicistika

Uz mnogobrojne objavljene članke u periodici, područje turbina popraćeno je većim brojem objavljenih djela. Ističu se radovi prvih stručnjaka koji su postavili temelje visokoškolske nastave, poput knjiga Vodne turbine (D. P. Ruzskij, 1938), Parne turbine (B. Černe, 1951), Parne i plinske turbine (J. Miler, 1965), Vodne turbine (D. Horvat, 1965) do novijih izdanja Parne turbine (B. Janežić, 1974), Parne turbine (F. Razumović, 1984), Plinske turbine (B. Krivak, 1988), Parne turbine (Z. Elčić, 1995), Vodne turbine i pumpe, vjetroturbine (Lj. Pilić Rabadan, 2000), Brodske toplinske turbine (E. Tireli, 2001), Plinske turbine (B. Staniša, 2005).