آلات توربينية

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 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 الآلة التوربينية من عضو ثابت (بالإنجليزية: Stator)‏ و آخر متحرك (بالإنجليزية: Rotor)‏ يختلف ترتيبهم حسب وظيفة الآلة 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.

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.

تعريف الألة التورربينية

تعرف الآلة التوربينية أنها "أي آلة تستخرج الطاقة من مائع مستمر السريان أو تزوده بالطاقة"و تعتبر الآلة التوربينية آلة 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

يمكن تصنيف الألات التوربينية تبعا لعدة عناصر كالتالي:

إتجاه سريان الطاقة
  • 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 المائع
  1. موازي لمحور عمود الدوران، و يسمي في هذه الحالة سريان محوري (بالإنجليزية: 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 (بالإنجليزية: Radial flow)‏. وتعرف الألات التوربينية هنا بأنها ألات توربينية ذات سريان قطري (بالإنجليزية: 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_ (بالإنجليزية: Mixed Flow)‏. ومن أمثلة ذلك توربينة فرانسيس

الانضغاطية(بالإنجليزية: 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 التربينات الهيدروليكية و المضخات، و من الألات التوربينية التي تتعامل مع موائع انضغاطية ضاغط الغاز و تربينات الرياح.

إجراء التمدد (بالإنجليزية: Expansion process)‏

و هنا يتم تصنيف الآلة التوربينية تبعا لدرجة رد الفعل (بالإنجليزية: 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 (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 الآلة التوربينية أنها آلة ذات رد فعل، أي أن كل إجراء التمدد حدث في العضو الدوار(بالإنجليزية: Rotor)‏ للألة فقط بينما لم يحدث أي تمدد في العضو الثابت (بالإنجليزية: Stator)‏, و مثال علي ذلك تربينات رد الفعل (بالإنجليزية: 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.

بغلاف أم بدون غلاف

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

نسب لا بُعدية لوصف الألات التوربينية

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]

انظر أيضا

المراجع
  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
    • بوابة هندسة تطبيقية
    • بوابة تقانة
    • بوابة طيران
    • بوابة طاقة
    في كومنز صور وملفات عن: آلات توربينية
    This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.