آلات توربينية

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
(بالتحويل من آلة طوربو)
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث
تركيب تربينة بخاريةن منتجة بواسطة شركة سيمينز,ألمانيا

الآلات التوربينية، وَهوَ مصطلح يستخدم في الهندسة الميكانيكية ليصف الآلات التي يحدث فيها إنتقال للطاقة بين المائع و عمود دوران الآلة، و تشمل كل من التربيناتو الضواغط. حيث تنتقل الطاقة من المائع إلي عمود الدوران في التربينات بينما تنتقل من عمود الدوران إلي المائع في حالة الضواغط .
بشكل عام تتكون الألة التوربينية من عضو ثابت (بالإنجليزية: Stator) و آخر متحرك (بالإنجليزية: Rotor) يختلف ترتيبهم حسب وظيفة الألة و يعرفان معا بالمرحلة التوربينية (بالإنجليزية: Turbomachine Stage).
أغلب الألات التوربينية تحتوي علي أكثر من مرحلة وتعرف بأنها متعددة المراحل, و بعضها تقتصر المرحلة فيه علي العضو الدوار فقط مثل تربينات الرياح.
كما تعتبر المضخات الدورانية(مضخات الطرد المركزي) من الألات التوربينية أيضا حيث تعمل طبقا لنفس مبدأ الضاغط حيث تنتقل الطاقة من عمود الدوران إلي المائع و لكن المائع هنا يكون سائل علي عكس الضاغط يكون غاز.

و يستند مبدأ عمل هذه الالات إلي قانون نيوتن الثاني للحركة ومعادلات إيلور التوربينية للموائع القابلة للإنضغاط.

تعريف الألة التورربينية[عدل]

تعرف الألة التوربينية أنها "أي ألة تستخرج الطاقة من مائع مستمر السريان أو تزوده بالطاقة"و تعتبر الألة التوربينية ألة قدرة (بالإنجليزية: Power machine) حيث ترفع طاقة المائع عن طريق تحويل طاقة الحركة للعضو الدوار إلي طاقة سريان للمائع أو العكس.
و من أمثلة الألات التوربينية المضخات و التربينات و الضواغط.

التصنيف[عدل]

يمكن تصنيف الألات التوربينية تبعا لعدة عناصر كالتالي:

إتجاه سريان الطاقة[عدل]

  • إنتقال الطاقة من المائع إلي عمود الدوران, و يظهر هذا في التربينات بأنواعها و تعرف أنها ألات مولدة للطاقة.
  • إنتقال الطاقة من عمود الدوران إلي المائع, و يظهر هذا في الضواغط و المضخات, و تعرف أنها ألات ممتصة للطاقة.

إتجاه سريان المائع[عدل]

  1. موازي لمحور عمود الدوران, و يسمي في هذه الحالة سريان محوري (بالإنجليزية: Axial Flow). تهمل سرعة المائع في الإتجاه القطري للأله, و حيث أنه لا يكون هناك تغير في إتجاه سريان المائع (موازي لمحور الألة) تستخدم عدة مراحل توربينية محورية لزيادة القدرة الناتجة. و من أمثلة هذا النوع توربينة كابلن.
رسم توضيحي لمركبات السرعة في الألات التوربينية ذات السريان المحوري للمائع

تعبر الرموز في الرسم التوضيحي عن:

  • U:سرعة الريش.
  • f:سرعة السريان
  • V:السرعة المطلقة
  • Vr:السرعة النسبية للمائع.
  • Vw:السرعة المماسية.
  • α: زاوية سريان المائع بالنسبة للريش.
  • β: زاوية الريشة نفسها.

2.عمودي علي محور عمود الدوران, و يسمي في هذه الحالة سريان قطري, حيث يكون في إتجاه نصف القطر للألة (بالإنجليزية: Radial flow). وتعرف الألات التوربينية هنا بأنها ألات توربينية ذات سريان قطري (بالإنجليزية: Radial flow turbomachines) و تتكون من مرحلة واحدة حيث يكون إتجاه سريان المائع متغير بإستمرار فلا يمكن أن تكون الألة هنا متعددة المراحل. و من أمثلة ذلك مضخات الطرد المركزي.

رسم توضيحي لمركبات السرعة في الألات التوربينية ذات السريان القطري للمائع

3.عمودي علي محور عمود الدوران في جزء من ريشة الألة و موازي له في الجزء الأخر, و يسمي في هذه الحالة سريان مختلط_حيث يجمع بين المحوري و القطري_ (بالإنجليزية: Mixed Flow). ومن أمثلة ذلك توربينة فرانسيس

الإنضغاطية(بالإنجليزية: Compressibility)[عدل]

و يشير هذا التصنيف إلي قابلية مائع التشغيل في الألة للإنضغاط أم لا. و تعتبر السوائل موائع غير قابلة للإنضغاط بينما الغازات موائع قابلة للإنضغاط.
و بشكل عام يعتبر المائع _سواء سائل أو غاز_ غير قابل للإنضغاط عندما يكون رقم ماخ له أقل من 0.3
من الألات التوربينية التي تتعامل مع موائع غير إنضغاطية التربينات الهيدروليكية و المضخات, و من الألات التوربينية التي تتعامل مع موائع إنضغاطية ضاغط الغاز و تربينات الرياح.

إجراء التمدد (بالإنجليزية: Expansion process)[عدل]

و هنا يتم تصنيف الألة التوربينية تبعا لدرجة رد الفعل (بالإنجليزية: Degree of reaction) و يرمز لها R, حيث:

  • عندما R=0 تعرف الألة التوربينيةأنها نبضية, و معني هذا أن كل إجراء التمدد حدث في العضو الثابت (بالإنجليزية: Stator) للألة فقط, أي أن فقد الضغط حدث في الجزء الثابت بينما لم يحدث أي تمدد في العضو الدوار(بالإنجليزية: Rotor) , و مثال علي ذلك التربينات النبضية (بالإنجليزية: Impulse turbine) مثل تربينة بلتون .
مرحلة توربينة نبضية, مكونة من عضو ثابت (بالإنجليزية: Nozzle) لزيادة طاقة الحركة للمائع و عضو متحرك (بالإنجليزية: Rotor) للإستفادة من طاقة الحركة
  • عندما R=1 تعرف الألة التوربينية أنها ألة ذات رد فعل, أي أن كل إجراء التمدد حدث في العضو الدوار(بالإنجليزية: Rotor) للألة فقط بينما لم يحدث اي تمدد في العضو الثابت (بالإنجليزية: Stator), و مثال علي ذلك تربينات رد الفعل (بالإنجليزية: Reaction Turbines) مثل تربينة فرانسيس.
مرحلة ألة توربينية ذات رد فعل
  • عندما R=0.5 يتم نصف إجراء التمدد في العضو الدوار و النصف الأخر في العضو الثابت, و تعرف الألة هنا أنها مختلطة من حيث درجة رد الفعل.

بغلاف أم بدون غلاف[عدل]

بعض الالات التوربينية يكون لها غلاف خارجي (بالإنجليزية: Casing) يحيط بها مثل التربينات الغازية و البعض الأخر لا يكون له غلاف يحيط به مثل تربينات الرياح.

نسب لا بُعدية لوصف الألات التوربينية[عدل]

تستخدم بعض النسب اللابُعدية (بالإنجليزية: Dimensionless) لتسهيل وصف الألات التوربينية و التعامل معها خصوصا التصميم, و من هذه النسب

[1][2][3][4][5][6][7][8][9]

أنظر أيضا[عدل]

المراجع[عدل]

  1. ^ Forsthoffer's Rotating Equipment Handbooks, Vol. 1
  2. ^ Forsthoffer's Rotating Equipment Handbooks, Vol. 2
  3. ^ Forsthoffer's Rotating Equipment Handbooks, Vol. 3
  4. ^ Forsthoffer's Rotating Equipment Handbooks,Vol 4
  5. ^ Fluid_Mechanics__Thermodynamics_of Turbomachines, S.L.Dixon
  6. ^ Logan, Earl. "Handbook of turbomachinery". 1995. Marcel Deckker.
  7. ^ Vandad Talimi (Original author unknown). "Mechanical Equipment and Systems". 2013. Memorial University of Newfoundland.
  8. ^ Baskharone, E. A. "Principles of Turbomachinery in Air-Breathing Engines". 2006. Cambridge University Press. 580 pages.
  9. ^ Rajadurai, J. S. "Thermodynamics and thermal engineering". 2003. New Age International. ISBN 81-224-1493-1