جهاز يؤدي حركة السوائل لـ طاقة
المحتويات
- التوربين أو التوربين عبارة عن جهاز دوار مسؤول عن نقل السائل أو الغاز الموجود بداخله ، مثل البخار أو الماء ، لـ طاقة حركية.
- تُستخدم الطاقة التي يولدها هذا الجهاز لتحريك الآلات والمعدات بالطاقة الميكانيكية عبر عملية الدوار التي تحدث حول المحور.
- يوفر التوربين الطاقة التي تساعد على توليد الكهرباء ، بما في ذلك المولدات المستخدمة في إنارة المنازل وتشغيل المصانع وغيرها.
- تستخدم هذه الآلة أيضًا في المحركات النفاثة لنقل الوقود مثل النفط والغاز الطبيعي الذي تمر به الطائرة.
- تستخدم التوربينات الغازية لتشغيل المولدات والسفن والطائرات وسيارات الماراثون وكذلك المحركات النفاثة.
- عادةً ما تحتوي توربينات البخار أو الغاز أو الماء على غلاف يؤدي شفرة المروحة لـ مجمع سائل وتحويلها لـ طاقة حركية.
نظرية الأعمال
تعتمد نظرية تشغيل هذا الجهاز على الطاقة الكامنة التي تمارس الضغط على الرأس الهيدروليكي والطاقة الحركية التي تجعل السائل مضغوطًا أو غير قابل للضغط ، والطاقة المتولدة داخل الجهاز.
توربينات الدفع
- يغير هذا التوربين اتجاه الحركة للسوائل عالية السرعة أو تدفق الغاز ، مما يؤدي لـ دوران التوربين ويسمح للسوائل بتوليد طاقة حركية صفرية.
- لا يوجد تغيير في ضغط السوائل أو الغازات المتولدة في التوربين ، وتبقى السوائل المتدفقة معها بدون طاقة حركية.
- قد لا يكون هناك تغيير في الضغط في السوائل أو الغازات المتداولة في ريش التوربينات.
- يمكن أن يتغير الضغط المنخفض في الشفرات الثابتة قبل الوصول لـ التوربين.
- يتغير مائع الرأس الهيدروليكي بسرعة مع عملية تسريع السوائل في الخرطوم.
- قد لا تتطلب هذه المهمة نفخ التوربينات حتى يتم تطبيق الضغط حول الدوار ، مما يسمح للسائل بالتدفق خارج الخرطوم قبل أن يصل لـ القناة.
- يصف قانون نيوتن الثاني طاقة العنف المتهور.
توربينات رد الفعل
- تعتمد هذه التوربينات على أساس أكثر تقدمًا من التوربينات الدورانية وتعتمد على طرد الغازات أو السوائل أو الكريات.
- يتغير ضغط السائل أو الغاز داخل التوربين مع مروره فوق الريش الدوارة ، لذلك فهو مزود برأس ضغط مع مانع تسرب يعمل على عدة مراحل فيما بينها.
- يجب غمر التوربين في الماء لمنع المخمدات من التدفق ، ويجب أن يحتوي الغطاء على كتلة الماء.
- يعمل النوع الأكثر شيوعًا من التوربينات البخارية بهذه الطريقة ويمكن أن يتقلص في السوائل.
- تتم الدراسة في العدفة في عدة مراحل اختصاص متعددة.
- يشرح قانون نيوتن الثالث عملية نقل الحرارة داخل التوربين وقياس التفاعل.
هيكل التوربينات
يتكون التوربين بشكل أساسي من المكونات التالية:
- الجزء الأول هو القرص الدوار أو الدوار المثبت حول الشفرة أو الشفرات اللينة ، وهذا ما يسمى بصف الريش المتحرك.
- الجزء الثابت الذي يحدد محيط النصل أو القرص الصلب أو الغطاء يسمى النصل الثابت.
- الخور أو الفم ، المسافة بين صفين من الجناح العام والثابت ، هو الجزء الأخير الذي يسمى المرحلة ويتكون من مجموعة من الصفوف في سلسلة.
أهم خصائص تشغيل التوربين
يحتوي التوربين على مجموعة من الميزات:
- يتم تحويل الطاقة الكامنة في الطية لـ طاقة ميكانيكية.
- ينشط معدل الإطلاق الشفرات لإبقائها سلسة.
- يعتمد نظام التوربين على تمدد الجسم للعملية التي يتم إجراؤها على مرحلتين ، بما في ذلك مرحلة التمدد في الفوهة ، والتي تحول الطاقة الحرارية لـ طاقة حركية.
- تمدد الجسم المثالي للمرحلتين 1 و 2.
- يؤدي التوربين الطاقة الكامنة لـ طاقة ميكانيكية.
- يكون الفرق بين الضغط على طرفي القرص في اتجاه محور التوربين.
- تكون السرعة التي يتم إطلاقها على الجسم أكبر من المخرج عند دخوله لـ التوربين ، لذا فإن c1> c2.
- تكون السرعة النسبية لجسم المحرك عند مدخل التوربين أصغر منها عند المخرج w2> w1.
كيف تعمل توربينات الغاز؟
- تضغط التوربينات الغازية وتحرق الغاز والهواء في غرفة الاحتراق المستخدمة في نفاثة العادم مع التفاعل المطلوب لقيادة المحرك ودفع المروحة.
- يتكون التوربين من ثلاثة مكونات رئيسية: الضاغط المتصل بعمود مشترك أو ما يسمى بالشاحن التوربيني.
- كما تتكون من احتراق بين موسع التوربين والضاغط ، وتتطلب ثلثي الطاقة التي ينتجها التوربين.
استعمال التوربينات الغازية
يوجد الكثير من الاستخدامات في التوربينات الغازية منها:
1- طائرة نفاثة كهربائية
- يتنافس التوربين الغازي مع المحولات المختلفة المستخدمة في توليد الطاقة ، مثل التوربينات البخارية أو محرك الديزل ، من بين أمور أخرى.
- تكلفة التوربين منخفضة مقارنة بالمحركات المختلفة ، فهي لا تحتاج لـ مكان كبير ليتم وضعها ويمكن إعدادها للعمل في بضع دقائق.
- ومع ذلك ، قد تكون كفاءة التوربين منخفضة مقارنة بالمحركات المختلفة.
2- الاستخدامات الصناعية
تصل قوة التوربين لـ ألف لـ خمسين ألف حصان ، لذلك يتم استخدامه في الأنابيب وتكرير النفط والبترول وتشغيل المضخات في الكثير من القطاعات مثل صناعة الغاز الطبيعي.
3- النقل البحري
تتميز التوربينات الغازية بكونها صغيرة الحجم وخفيفة تماماً لتحريك البخار أو الديزل ، لذا فهي مناسبة لمحركات السفن البحرية.
4- تدريب
هناك مجموعة من العوامل التي تتسبب في عدم استعمال التوربينات الغازية في صناعة القطارات حيث إنها تتمتع بكفاءة تنزيل جزئية وغير مناسبة للقطارات البطيئة جدًا.
بالإضافة لـ ذلك ، فهي غير مناسبة للقطارات بسبب عدم كفاية التحميل الجزئي وارتفاع تكلفة الغاز.
5- السيارات
التوربينات الغازية غير عملية للسيارات بسبب زيادة تكاليف الإنتاج والأداء المنخفض في حالة وجود حمولة على السيارة.
