تويت
الآلات التوربينية
الآلات التوربينية، وَهوَ مصطلح يستخدم في الهندسة الميكانيكية ليصف الآلات التي يحدث فيها انتقال للطاقة بين المائع و عمود دوران الآلة، و تشمل كل من التربينات و الضواغط. حيث تنتقل الطاقة من المائع إلي عمود الدوران في التربينات بينما تنتقل من عمود الدوران إلي المائع في حالة الضواغط .
بشكل عام تتكون الآلة التوربينية من عضو ثابت (Stator) و آخر متحرك (Rotor) يختلف ترتيبهم حسب وظيفة الآلة و يعرفان معا بالمرحلة التوربينية (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.
تركيب تربينة بخاريةن منتجة بواسطة شركة سيمينز,ألمانيا
و يستند مبدأ عمل هذه الالات إلي قانون نيوتن الثاني للحركة ومعادلات إيلور التوربينية للموائع القابلة للانضغاط.
التصنيف
يمكن تصنيف الألات التوربينية تبعا لعدة عناصر كالتالي:
إتجاه سريان الطاقةعدل انتقال الطاقة من المائع إلي عمود الدوران، و يظهر هذا في التربينات بأنواعها و تعرف أنها ألات مولدة للطاقة. انتقال الطاقة من عمود الدوران إلي المائع، و يظهر هذا في الضواغط و المضخات، و تعرف أنها ألات ممتصة للطاقة.إتجاه سريان المائععدل موازي لمحور عمود الدوران، و يسمي في هذه الحالة سريان محوري (Axial Flow). تهمل سرعة المائع في الاتجاه القطري للأله، و حيث أنه لا يكون هناك تغير في اتجاه سريان المائع (موازي لمحور الآلة) 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:
2.عمودي علي محور عمود الدوران، و يسمي في هذه الحالة سريان قطري، حيث يكون في اتجاه نصف القطر للألة (Radial flow). وتعرف الألات التوربينية هنا بأنها ألات توربينية ذات سريان قطري (Radial flow turbomachines) و تتكون من مرحلة واحدة حيث يكون اتجاه سريان المائع متغير باستمرار فلا يمكن أن تكون الآلة 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 الآلة و موازي له في الجزء الآخر، و يسمي في هذه الحالة سريان مختلط_حيث يجمع بين المحوري و القطري_ (Mixed Flow). ومن أمثلة ذلك توربينة فرنسيس
الانضغاطية(Compressibility)
و يشير هذا التصنيف إلي قابلية مائع التشغيل في الآلة للانضغاط أم لا. و تعتبر السوائل موائع غير قابلة للانضغاط بينما الغازات موائع قابلة للانضغاط.
و بشكل عام يعتبر المائع _سواء سائل أو غاز_ غير قابل للانضغاط عندما يكون رقم ماخ له أقل من 0.3
من الألات التوربينية التي تتعامل مع موائع غير انضغاطية التربيناتالهيدروليكية و المضخات، و من الألات التوربينية التي تتعامل مع موائع انضغاطية ضاغط الغاز و تربينات الرياح
إجراء التمدد (Expansion process)
و هنا يتم تصنيف الآلة التوربينية تبعا لدرجة رد الفعل (Degree of reaction) و يرمز لها R, حيث:
مرحلة توربينة نبضية, مكونة من عضو ثابت (Nozzle) لزيادة طاقة الحركة للمائع و عضو متحرك (Rotor) للإستفادة من طاقة الحركة
مرحلة آلة توربينية ذات رد فعل
بعض الالات التوربينية يكون لها غلاف خارجي Casing يحيط بها مثل التربينات الغازية و البعض الآخر لا يكون له غلاف يحيط به مثل تربينات الرياح.
الآلات التوربينية، وَهوَ مصطلح يستخدم في الهندسة الميكانيكية ليصف الآلات التي يحدث فيها انتقال للطاقة بين المائع و عمود دوران الآلة، و تشمل كل من التربينات و الضواغط. حيث تنتقل الطاقة من المائع إلي عمود الدوران في التربينات بينما تنتقل من عمود الدوران إلي المائع في حالة الضواغط .
بشكل عام تتكون الآلة التوربينية من عضو ثابت (Stator) و آخر متحرك (Rotor) يختلف ترتيبهم حسب وظيفة الآلة و يعرفان معا بالمرحلة التوربينية (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.
تركيب تربينة بخاريةن منتجة بواسطة شركة سيمينز,ألمانيا
و يستند مبدأ عمل هذه الالات إلي قانون نيوتن الثاني للحركة ومعادلات إيلور التوربينية للموائع القابلة للانضغاط.
التصنيف
يمكن تصنيف الألات التوربينية تبعا لعدة عناصر كالتالي:
إتجاه سريان الطاقةعدل انتقال الطاقة من المائع إلي عمود الدوران، و يظهر هذا في التربينات بأنواعها و تعرف أنها ألات مولدة للطاقة. انتقال الطاقة من عمود الدوران إلي المائع، و يظهر هذا في الضواغط و المضخات، و تعرف أنها ألات ممتصة للطاقة.إتجاه سريان المائععدل موازي لمحور عمود الدوران، و يسمي في هذه الحالة سريان محوري (Axial Flow). تهمل سرعة المائع في الاتجاه القطري للأله، و حيث أنه لا يكون هناك تغير في اتجاه سريان المائع (موازي لمحور الآلة) 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 اتجاه نصف القطر للألة (Radial flow). وتعرف الألات التوربينية هنا بأنها ألات توربينية ذات سريان قطري (Radial flow turbomachines) و تتكون من مرحلة واحدة حيث يكون اتجاه سريان المائع متغير باستمرار فلا يمكن أن تكون الآلة 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 الآلة و موازي له في الجزء الآخر، و يسمي في هذه الحالة سريان مختلط_حيث يجمع بين المحوري و القطري_ (Mixed Flow). ومن أمثلة ذلك توربينة فرنسيس
الانضغاطية(Compressibility)
و يشير هذا التصنيف إلي قابلية مائع التشغيل في الآلة للانضغاط أم لا. و تعتبر السوائل موائع غير قابلة للانضغاط بينما الغازات موائع قابلة للانضغاط.
و بشكل عام يعتبر المائع _سواء سائل أو غاز_ غير قابل للانضغاط عندما يكون رقم ماخ له أقل من 0.3
من الألات التوربينية التي تتعامل مع موائع غير انضغاطية التربيناتالهيدروليكية و المضخات، و من الألات التوربينية التي تتعامل مع موائع انضغاطية ضاغط الغاز و تربينات الرياح
إجراء التمدد (Expansion process)
و هنا يتم تصنيف الآلة التوربينية تبعا لدرجة رد الفعل (Degree of reaction) و يرمز لها R, حيث:
- عندما R=0 تعرف الآلة التوربينية أنها نبضية، و معني هذا أن كل إجراء التمدد حدث في العضو الثابت (Stator) للألة فقط، أي أن فقد الضغط حدث في الجزء الثابت بينما لم يحدث أي تمدد في العضو الدوار(Rotor) , و مثال علي ذلك التربينات النبضية
- (Impulse turbine) مثل تربينة بلتون .
مرحلة توربينة نبضية, مكونة من عضو ثابت (Nozzle) لزيادة طاقة الحركة للمائع و عضو متحرك (Rotor) للإستفادة من طاقة الحركة
- عندما R=1 تعرف الآلة التوربينية أنها آلة ذات رد فعل، أي أن كل إجراء التمدد حدث في العضو الدوار(Rotor) للألة فقط بينما لم يحدث أي تمدد في العضو الثابت (Stator),
- و مثال علي ذلك تربينات رد الفعل
- (Reaction Turbines) مثل تربينة فرانسيس.
مرحلة آلة توربينية ذات رد فعل
- عندما R=0.5 يتم نصف إجراء التمدد في العضو الدوار و النصف الآخر في العضو الثابت، و تعرف الآلة هنا أنها مختلطة من حيث درجة رد الفعل.
بعض الالات التوربينية يكون لها غلاف خارجي Casing يحيط بها مثل التربينات الغازية و البعض الآخر لا يكون له غلاف يحيط به مثل تربينات الرياح.