جهاز يحول حركة السائل إلى طاقة
- التوربين أو التوربين هو أحد الأجهزة التي تدور وهي مسؤولة عن نقل السائل أو الغاز الموجود فيه ، مثل البخار أو الماء ، إلى طاقة حركية.
- تُستخدم الطاقة التي ينتجها هذا الجهاز لتحريك الآلات والمعدات من خلال الطاقة الميكانيكية في عملية دوار يدور حول محور.
- توفر آلة التوربينات الطاقة التي تساعد في إنتاج الكهرباء ، بما في ذلك المولدات الكهربائية التي تُستخدم لإضاءة المنازل وتشغيل المصانع وغير ذلك.
- تستخدم هذه الآلة أيضًا في محركات الطائرات النفاثة لنقل الوقود مثل النفط والغاز الطبيعي الذي تنتقل من خلاله الطائرات.
- تستخدم توربينات الغاز لتشغيل المولدات والسفن والطائرات وسيارات السباق والمحركات النفاثة.
- غالبًا ما تحتوي التوربينات البخارية أو الغازية أو المائية على غطاء يحول شفرة المروحة لتجميع السوائل وتحويلها إلى طاقة حركية.
النظرية التشغيلية
تعتمد نظرية تشغيل هذا الجهاز على الطاقة الكامنة التي تمارس الضغط على الرأس الهيدروليكي والطاقة الحركية التي تجعل السائل مضغوطًا أو غير قابل للضغط ، ويتم تجميع الطاقة المتولدة داخل الجهاز.
توربينات الاندفاع
- يعكس هذا التوربين اتجاه الحركة للسائل عالي السرعة أو تيار الغاز ، مما يتسبب في دوران التوربين ، تاركًا السائل بدون طاقة حركية.
- قد لا يكون هناك تغيير في ضغط السوائل أو الغازات التي يتم حملها في التوربين ، والسوائل التي تعمل معها لا تحتوي على طاقة حركية.
- يجب ألا يكون هناك تغيير في الضغط في السوائل أو الغازات المنتشرة في ريش التوربينات.
- يمكن أن يتغير أي ضغط منخفض يحدث في الشفرات الثابتة قبل أن يصل إلى التوربين.
- يتغير الرأس الهيدروليكي للسائل بسرعة من خلال عملية تسريع السائل في الخرطوم.
- قد لا تتطلب هذه العملية دفع توربين حتى يتم تطبيق الضغط حول الدوار للسماح للسائل بالتدفق من الخرطوم قبل أن يصل إلى الريشة.
- يشرح قانون نيوتن الثاني طاقة القوة الدافعة.
توربينات التفاعل
- تعتمد هذه التوربينات على أساس أكثر تعقيدًا من التوربينات الدوارة وتعتمد على إزاحة الغازات أو السوائل أو الكتل.
- يتغير ضغط السائل أو الغاز داخل التوربين مع مروره عبر الريش الدوارة ، لذلك فهو مزود بغطاء ضغط يتضمن سدادة بينهما تعمل على عدة مراحل.
- يجب غمر التوربين في الماء لمنع السدادات من التدفق ويجب أن يحتوي الغطاء على مانع للماء.
- يعمل النوع الأكثر شيوعًا من التوربينات البخارية بهذه الطريقة ويكون عامل السوائل مقلصًا فيه.
- يعمل Violent على عدة مستويات في كفاءات متعددة.
- يشرح قانون نيوتن الثالث عملية نقل الحرارة داخل التوربين وقياس التفاعل.
تصميم التوربينات
يتكون التوربين بشكل أساسي من المكونات التالية:
- الجزء الأول هو القرص الدوار أو القرص الدوار ، حيث يتم تثبيت الريش أو الريش الناعمة حوله ، وهو ما يسمى مجموعة الريشة المتحركة.
- الجزء الثابت ، القرص الصلب أو الغطاء ، الذي يثبت محيط النصل ، والذي يسمى النصل الثابت.
- القناة أو الفوهة ، وهي المسافة بين سطرين من الكود العام والثابت ، وهي الجزء الأخير ، والتي تسمى المرحلة ، وتتكون من مجموعة من الخطوط المتتالية.
أهم خصائص عمل التوربينات
يتميز التوربين بعدد من الميزات وهي:
- يتم تحويل الطاقة الكامنة الموجودة في الفوعة إلى طاقة ميكانيكية.
- تدفع السرعة التي يتم إطلاقها بها الشفرات بحيث تظل ثابتة في السرعة.
- يعتمد نظام التوربين على تمدد جسم التشغيل ، والذي يحدث على مرحلتين ، بما في ذلك مرحلة التمدد في الفوهة ، والتي تحول الطاقة الحرارية إلى طاقة حركية.
- تمدد مثالي للمرحلتين الأولى والثانية من جريان الجسم.
- يعمل التوربين على تحويل الطاقة الكامنة إلى طاقة ميكانيكية.
- يكون فرق الضغط عند طرفي القرص في اتجاه محور التوربين.
- يتم تنشيط السرعة الممنوحة للجسم عندما يكون دخل التوربين أكبر من الناتج ، لذلك c1> c2.
- السرعة النسبية للجسم المتحرك عند مدخل التوربين أصغر منها عند المخرج w2> w1.
كيف تعمل توربينات الغاز
- يقوم التوربين الغازي بضغط وحرق الغاز والهواء في غرفة الاحتراق ، والتي يتم استخدامها في تيار العادم ، من خلال التفاعل المطلوب لدفع المحرك للأمام وتحريك المروحة.
- يتكون التوربين من ثلاثة مكونات رئيسية: ضاغط أو ما يسمى بالمحول التوربيني ، وهو متصل بعمود مشترك.
- كما يتكون من احتراق يحدث بين موسع التوربين والضاغط ويحتاج إلى ثلثي الطاقة التي ينتجها التوربين.
استخدام التوربينات الغازية
للتوربينات الغازية استخدامات عديدة منها:
1- طائرة نفاثة كهربائية
- تتنافس التوربينات الغازية مع العواكس الأخرى التي تستخدم في توليد الطاقة مثل التوربينات البخارية أو محركات الديزل وغيرها.
- تكلفة التوربين منخفضة مقارنة بالمحركات الأخرى ، كما أنها لا تحتاج إلى مكان كبير ليتم وضعها ويمكن تركيبها للعمل في دقائق.
- لكن كفاءة التوربين يمكن أن تكون منخفضة مقارنة بالمحركات الأخرى.
2- الاستخدام الصناعي
تصل قوة التوربين إلى ألف إلى خمسين ألف حصان ، لذلك يتم استخدامه في العديد من الصناعات مثل إنتاج الغاز الطبيعي عبر خطوط الأنابيب وفي عملية تكرير النفط والبترول وغيرها وتشغيل المضخات.
3- النقل البحري
تتميز التوربينات الغازية بكونها تعمل بالبخار أو الديزل بوزن منخفض ، كما أنها صغيرة الحجم ، لذا فهي مناسبة للمحركات البحرية.
4- القطار
هناك عدد من العوامل التي تؤدي إلى عدم استخدام التوربينات الغازية في قطاع القطار ، حيث تتميز بكفاءة التحميل الجزئي وغير مناسبة للقطارات البطيئة للغاية.
كما أنها غير مناسبة لقطار بسبب عدم كفاءة التحميل الجزئي وارتفاع تكاليف الغاز.
5- السيارات
التوربينات الغازية غير عملية للسيارات بسبب ارتفاع تكاليف الإنتاج وسوء الأداء تحت حمولة السيارة.
الآن تم تحديد جهاز يقوم بتحويل حركة السوائل إلى طاقة ، ومعرفة أنواع التوربينات أو ما يسمى التوربينات وكيفية استخدامها وكيفية عملها بالتفصيل.