جهاز يحول حركة السائل إلى طاقة
- التوربين أو التوربين عبارة عن جهاز يدور وهو مسؤول عن نقل السائل أو الغاز الموجود بداخله ، مثل البخار أو الماء ، إلى طاقة حركية.
- تُستخدم الطاقة الناتجة عن هذا الجهاز لنقل الآلات والمعدات من خلال الطاقة الميكانيكية من خلال عملية دورانية تحدث حول محور.
- توفر آلة التوربينات الطاقة التي تساعد في إنتاج الكهرباء ، بما في ذلك المولدات الكهربائية التي تُستخدم في إنارة 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 الكهربائية والسفن والطائرات وسيارات السباق وكذلك محركات الطائرات النفاثة.
- عادةً ما تحتوي توربينات البخار أو الغاز أو الماء على غلاف يحول ريش المروحة إلى سائل يجمعها ويحولها 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 للتدفق عالي السرعة للسوائل أو الغازات ، مما يؤدي إلى دوران التوربين وترك السوائل بدون طاقة حركية.
- بالنسبة للسوائل أو الغازات التي يتم إدخالها في التوربين ، قد لا يكون هناك تغيير في الضغط ، والسوائل المحبوسة لا تحتوي على طاقة حركية.
- يجب ألا يكون هناك تغيير في الضغط في السوائل أو الغازات المتداولة في ريش التوربينات.
- يمكن أن يتغير أي ضغط منخفض يحدث في الشفرات الثابتة قبل أن يصل إلى التوربين.
- يقوم الرأس الهيدروليكي أيضًا بتغيير السائل بسرعة من خلال عملية تسريع السائل في الخرطوم.
- قد لا تتطلب هذه العملية دفع توربين حتى يتراكم الضغط حول العضو الدوار للسماح للسائل بالتدفق من الخرطوم قبل أن يصل إلى الريشة.
- يشرح قانون نيوتن الثاني الطاقة العنيفة الاندفاعية.
توربينات التفاعل
- تعتمد هذه التوربينات على توربينات دوارة أكثر تقدمًا وتعتمد على طرد الغازات أو السوائل أو الكتل.
- يتغير ضغط السائل أو الغاز داخل التوربين مع مروره عبر الريش الدوارة ، لذلك فهو مزود بغطاء ضغط يحتوي على مانع بينهما يعمل على عدة مراحل.
- يجب غمر التوربين في الماء الذي يمنع العوائق من التدفق ويجب أن يحتوي السكن على حاجز مائي.
- يعمل النوع الأكثر شيوعًا من التوربينات البخارية بهذه الطريقة مع وجود عامل احتجاز مائع بالداخل.
- يتم العمل في العنف على عدة مراحل بكفاءات متعددة.
- يشرح قانون نيوتن الثالث عملية انتقال الحرارة داخل التوربين وقياس التفاعل.
بناء التوربينات
يتكون التوربين بشكل أساسي من المكونات التالية:
- الجزء الأول الدوار ، أو القرص الدوار ، الذي يتم حوله تثبيت الشفرة أو الشفرات اللينة ، يسمى صف الشفرات المتحركة.
- يسمى الجزء الثابت أو القرص الصلب أو الغطاء الذي يثبت محيط الشفرة بالشفرة الثابتة.
- القناة أو الفوهة ، وهي المسافة بين صفي الشفرة العامة والثابتة ، وهي الجزء الأخير ، والتي تسمى المرحلة ، وتتكون من عدد من الصفوف.
أهم خصائص عمل التوربينات
يحتوي التوربين على عدد من الميزات وهي:
- يتم تحويل الطاقة الكامنة داخل الفوعة إلى طاقة ميكانيكية.
- تعمل السرعة التي يتم تحريرها على تشغيل الشفرات بحيث تظل سلسة.
- يعتمد نظام التوربينات على تمدد الجسم للتشغيل ، والذي يحدث على مرحلتين ، بما في ذلك مرحلة التمدد في الفوهة ، والتي تحول الطاقة الحرارية إلى طاقة حركية.
- تمدد الجسم المثالي للمرحلة 1 والمرحلة 2 من الجري.
- يعمل التوربين على تحويل الطاقة الكامنة إلى طاقة ميكانيكية.
- يكون فرق الضغط عند طرفي القرص في اتجاه محور التوربين.
- السرعة التي يتم إطلاقها على الجسم الجاري عند مدخل التوربين أكبر منها عند المخرج ، لذلك c1> c2.
- تكون السرعة النسبية لجسم القيادة عند مدخل التوربين أصغر منها عند المخرج w2> w1.
كيف تعمل توربينات الغاز
- يقوم التوربينات الغازية بضغط وحرق الغاز والهواء في غرفة الاحتراق ، والتي يتم استخدامها في تيار العادم ، من خلال التفاعل اللازم لدفع المحرك إلى الأمام ودفع المروحة.
- يتكون التوربين من ثلاثة عناصر رئيسية: الضاغط أو ما يسمى بالمحول التوربيني هو العنصر المتصل بالعمود المشترك.
- كما يتكون من الاحتراق الذي 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 المحولات الأخرى التي تستخدم في توليد الطاقة مثل التوربينات البخارية أو محركات الديزل وغيرها.
- بالمقارنة مع المحركات الأخرى ، فإن سعر شراء التوربين منخفض ، بالإضافة إلى أنه لا يحتاج إلى مكان كبير ليتم تحديد موقعه ، ويمكن تثبيته للعمل في بضع دقائق.
- لكن كفاءة التوربين يمكن أن تكون منخفضة مقارنة بالمحركات الأخرى.
2- الاستخدام الصناعي
تصل طاقة التوربينات إلى ما بين 1000 و 50000 حصان ، لذلك فهي تستخدم في العديد من الصناعات ، مثل صناعة الغاز عبر خطوط الأنابيب ، وفي عملية تكرير النفط والبترول ، وفي تشغيل المضخات.
3- النقل البحري
تتميز التوربينات الغازية بكونها تعمل بالبخار أو الديزل بكل خفة ، إضافة إلى أنها ذات أبعاد صغيرة لذا فهي مناسبة للمحركات البحرية.
4- تدريب
هناك مجموعة من العوامل التي تؤدي إلى عدم استخدام التوربينات الغازية في قطاع القطار ، لكونها ذات كفاءة حمولة جزئية ، لأنها غير مناسبة للقطارات البطيئة للغاية.
كما أنه لا يصلح في القطار بسبب عدم كفاءة التحميل الجزئي وارتفاع سعر الغاز.
5- السيارات
التوربينات الغازية غير عملية للسيارات بسبب ارتفاع تكاليف التصنيع وسوء الأداء في ظل حمل السيارة.
الآن تم تحديد المعدات التي تحول حركة السوائل إلى طاقة وأنواع التوربينات أو ما يسمى التوربينات ، وكيفية استخدامها وكيف تعمل بالتفصيل.