جهاز يحول حركة السوائل إلى طاقة
- التوربين أو التوربين عبارة عن جهاز دوار مسؤول عن نقل السائل أو الغاز الموجود بداخله، مثل البخار أو الماء، إلى طاقة حركية.
- تُستخدم الطاقة التي ينتجها هذا الجهاز لتحريك الآلات والمعدات من خلال الطاقة الميكانيكية من خلال عملية الدوار التي تحدث حول المحور.
- يوفر التوربين الطاقة التي تساعد على توليد الكهرباء، بما في ذلك المولدات التي تستخدم في إنارة المنازل وتشغيل المصانع وغيرها.
- تستخدم هذه الآلة أيضًا في المحركات النفاثة لنقل الوقود مثل الزيت والغاز الطبيعي الذي تنتقل عبره الطائرة.
- تستخدم توربينات الغاز لتشغيل المولدات والسفن والطائرات وسيارات السباق والمحركات النفاثة.
- غالبًا ما تحتوي توربينات البخار أو الغاز أو الماء على غلاف يحول شفرة المروحة إلى مجمع مائع ويحولها إلى طاقة حركية.
نظرية التشغيل
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 اندفاعية
- يغير هذا التوربين اتجاه حركة السوائل عالية السرعة أو تدفق الغاز، مما يؤدي إلى دوران التوربين والسماح للسوائل بإنتاج طاقة حركية صفرية.
- قد لا يكون هناك تغيير في الضغط للسوائل أو الغازات التي تحدث في التوربين والسوائل التي تتدفق معها تترك بلا طاقة حركية.
- قد لا يكون هناك تغيير في الضغط في السوائل أو الغازات المنتشرة في ريش التوربينات.
- قد يتغير كل الضغط المنخفض في الشفرات الثابتة قبل أن يصل إلى التوربين.
- يتغير سائل الرأس الهيدروليكي بسرعة من خلال عملية تسريع السوائل في الخرطوم.
- قد لا تكون هذه العملية مطلوبة في نبضة التوربين حتى يتم تطبيق الضغط حول العضو الدوار، مما يسمح للسائل بالتدفق خارج الخرطوم قبل أن يصل إلى الشفرة.
- يشرح قانون نيوتن الثاني الطاقة المندفعة العنيفة.
توربينات رد الفعل
- تعتمد هذه التوربينات على أسس أكثر تقدمًا من التوربينات الدورانية وتعتمد على طرد الغازات أو السوائل أو الكتل.
- يتغير ضغط السائل أو الغاز داخل التوربين مع مروره فوق الريش الدوارة، لذلك فهو مزود بغطاء ضغط يحتوي على مانع بينهما، والذي يعمل على عدة مراحل.
- يجب غمر التوربين في الماء لمنع تدفق المخمدات، ويجب أن يحتوي الغطاء على مانع تسرب الماء.
- يعمل النوع الأكثر شيوعًا من التوربينات البخارية بهذه الطريقة، ويكون عامل السوائل مقلصًا بالداخل.
- يتم العمل في العدفة على مراحل متعددة في الكفاءات.
- يشرح قانون نيوتن الثالث عملية انتقال الحرارة داخل التوربين وقياس التفاعل.
هيكل التوربينات
يتكون التوربين بشكل أساسي من المكونات التالية:
- الجزء الأول عبارة عن قرص دوار أو دوار، يتم تثبيته على محيط النصل أو الشفرات الناعمة، وهو ما يسمى صف الريشات المتحركة.
- الجزء الثابت أو القرص الصلب أو الغطاء الذي يثبت محيط النصل ويسمى النصل الثابت.
- التيار أو الفم، وهو المسافة بين صفي النصل العام والثابت، وهو الجزء الأخير الذي يسمى المرحلة، ويتكون من مجموعة من الصفوف المتسلسلة.
أهم خصائص عمل التوربين
التوربين له مجموعة من الخصائص:
- يتم تحويل الطاقة الكامنة داخل الفلوت إلى طاقة ميكانيكية.
- تعمل السرعة التي يتم إطلاقها بها على تشغيل الشفرات للحفاظ على سلاسة العملية.
- يعتمد نظام التوربين على تمدد الجسم للعملية، والتي تتم على مرحلتين، بما في ذلك مرحلة التمدد في الفوهة، والتي تحول الطاقة الحرارية إلى طاقة حركية.
- الامتداد المثالي للجسم للمرحلة الأولى والثانية من الجري.
- التوربين يحول الطاقة الكامنة إلى طاقة ميكانيكية.
- يكون الفرق بين الضغط على طرفي القرص في اتجاه محور التوربين.
- تكون السرعة التي يتم إطلاقها في الجسم أكبر عند دخول التوربين عنها في الخروج بحيث تكون c1> c2.
- تكون السرعة النسبية لجسم المحرك عند دخول التوربين أصغر من السرعة عند الخروج w2> w1.
كيف تعمل توربينات الغاز
- تضغط التوربينات الغازية وتحرق الغاز والهواء في غرفة الاحتراق، والتي تُستخدم في نفاثة العادم من خلال التفاعل اللازم لدفع المحرك للأمام وتحريك المروحة.
- يتكون التوربين من ثلاثة مكونات رئيسية: الضاغط أو ما يسمى بالشاحن التوربيني، وهو متصل بعمود مشترك.
- كما يتكون من الاحتراق الذي يحدث بين موسع التوربين والضاغط، ويحتاج إلى ثلثي الطاقة التي ينتجها التوربين.
استخدام التوربينات الغازية
يوجد العديد من الاستخدامات في التوربينات الغازية منها:
1- طائرة نفاثة كهربائية
- يتنافس التوربين الغازي مع المحولات الأخرى التي تستخدم في توليد الطاقة، مثل التوربينات البخارية أو محرك الديزل، من بين أمور أخرى.
- تكلفة التوربين منخفضة مقارنة بالمحركات الأخرى، كما أنها لا تحتاج إلى مكان كبير ليتم وضعها ويمكن تثبيتها للعمل في بضع دقائق.
- لكن كفاءة التوربين قد تكون منخفضة إذا ما قورنت بالمحركات الأخرى.
2- الاستخدامات الصناعية
تصل قوة التوربين إلى ما بين ألف إلى خمسين ألف حصان، لذلك يتم استخدامه في العديد من الصناعات مثل صناعة الغاز الطبيعي من خلال الأنابيب وفي عملية تكرير النفط والنفط وغيرها، ومضخات التشغيل.
3- النقل البحري
تتميز التوربينات الغازية بالتحرك بالبخار أو الديزل بكل خفة وزنها إلى جانب أنها صغيرة الحجم لذا فهي مناسبة لمحركات السفن البحرية.
4- القطار
هناك عدد من العوامل التي تؤدي إلى عدم استخدام التوربينات الغازية في صناعة القطارات لأنها تتمتع بكفاءة تحميل جزئية وغير مناسبة لسرعة القطار البطيئة جدًا.
كما أنها غير مناسبة للقطار بسبب عدم كفاءة التحميل الجزئي وارتفاع تكلفة الغاز.
5- السيارات
التوربينات الغازية غير عملية للسيارات بسبب ارتفاع تكاليف التصنيع وسوء الأداء في حالة وجود حمولة في السيارة.
الآن تم تحديد جهاز يقوم بتحويل حركة السوائل إلى طاقة، وتم تحديد أنواع التوربينات أو كما يطلق عليها التوربين وكيفية استخدامها وكيفية عملها بالتفصيل.