ما هي انواع التوربينات

 تعريف التوربين

التوربين هو جهاز يستخدم الطاقة الحركية لبعض السوائل - مثل الماء أو البخار أو الهواء أو غازات الاحتراق - ويحولها إلى حركة دورانية للجهاز نفسه. تُستخدم هذه الأجهزة عمومًا في توليد الكهرباء والمحركات وأنظمة الدفع و تصنف كنوع من المحركات.

هناك مجموعة من الشفرات مثبتة على الدوار تساعد في استخلاص الطاقة من السائل المتحرك. تعتمد كفاءة التوربينات على تصميم الشفرات.

تحتاج التطبيقات المختلفة إلى تصميمات مختلفة وتصميمها ليس مهمة الشخص العادي.

ما هي أنواع التوربينات

تنقسم التوربينات إلى أربعة أقسام

• التوربينات المائية Water turbines

• التوربينات البخارية Steam turbines

• التوربينات الغازية Gas turbines

• توربينات الرياح Wind turbines

1- التوربينات المائية:

التوربينات المستخدمة في محطات الطاقة الكهرومائية هي توربينات مائية تحتوي على الماء كسائل عامل.

أولا ، يتم جمع ملايين اللترات من المياه في السد. كلما زاد ارتفاع السد ، زاد الضغط. يتم بعد ذلك جعل الماء عالي الضغط يتدفق عبر أنبوب كبير يسمى القلم penstock.

إقرأ ايضا : كيفية عمل التوربينات المائية

يقع التوربين في نهاية القلم  penstock حيث يضرب الماء المضغوط ريش التوربين بسرعة عالية مما يجعله يدور. هذا التوربين متصل بمولد يولد الكهرباء.

يعتمد شكل ريش التوربينات على ضغط وسرعة الماء. يتم تصنيف توربينات المياه إلى نوعين-

• التوربينات الدفعية

• التوربينات الرد فعلية

التوربينات الدفعية

تعمل التوربينات الدافعة أساسًا على قانون نيوتن الثاني.

في التوربينات النبضية ، يتم تركيب عدد الجرافات الإهليلجية نصف الحجم بدلاً من الشفرات الموجودة على محور الدوار. عندما يضرب الماء الدلاء بسرعة عالية ، يبدأ الدوار في الدوران. باختصار ، يتم تحويل الطاقة الحركية للماء إلى طاقة ميكانيكية دورانية!

وهكذا يتم توليد الكهرباء عند توصيل أحد طرفي عمود التوربين بالمولد!

مثال - توربين  Pelton وتوربين Cross-Flow

توربينات الرد فعلية

تم تصميم شفرات التوربينات أو شفرات المكره بطريقة تتولد قوة على جانب واحد عندما يتدفق الماء من خلاله تمامًا مثل الجنيح. القوة التي ينتجها الجنيح هي المسؤولة عن رفع الطائرة. وبالمثل هنا ، فإن هذه القوة تجعل الشفرات تدور.

أنواع توربينات رد الفعل هي : توربين Propeller  و Francis  و Kinetic 

أنواع مختلفة من التوربينات لها ظروف التشغيل المثالية الخاصة بها. على سبيل المثال.

← تُفضل توربينات بيلتون Pelton حيث يمكن الحصول على معدل تفريغ منخفض ويتوفر رأس مرتفع (80-1600 م).

← تتطلب توربينات كابلان Kaplan معدل تفريغ مرتفع مع رأس منخفض أو متوسط ​​(2-70 م).

← توربين فرانسيس Francis يعمل على معدل تدفق متوسط ​​ورأس متوسط. توربينات فرانسيس عبارة عن مزيج من توربينات الدفع والتفاعل. توربينات فرانسيس هي التوربينات الأكثر استخدامًا لأنها توفر أعلى كفاءة ويمكن أن تعمل أيضًا في مجموعة واسعة من ظروف التشغيل.

 1 متر رأس من الماء = 9810 باسكال (100 متر من الرأس تعادل 7 أضعاف الضغط الجوي)

2. التوربينات البخارية الحرارية:

تُعرف أيضًا باسم التوربينات البخارية ، وتُستخدم في محطات توليد الطاقة النووية والحرارية حيث يتم تسخين المياه لتكوين بخار ثم تتدفق عبر التوربينات لإنتاج الكهرباء. على حد سواء توربينات المياه ، يتم تصنيف التوربينات البخارية أيضًا إلى أنواع توربينات الدفع والرد الفعلية ولكن الترتيب والتصميم مختلفان. جميع التوربينات البخارية الحديثة عبارة عن مزيج من نوع الدافع والرد الدفعية.

لا تتكون التوربينات البخارية فقط من شفرات دوارة تسمى الدوار ولكن أيضًا شفرات ثابتة تسمى الجزء الثابت. يتم وضع الدوارات والساكن بالتناوب لاستخراج معظم الطاقة منها. هذه الطريقة تسمى التركيب.

إقرأ ايضا : كيفية عمل التوربينات البخارية

أيضًا ، إذا لاحظت ، فإن الدلاء المتحركة في التوربين النبضي مصممة ليتم دفعها بواسطة البخار. بينما تكون الشفرات الدوارة في توربينات الرد الفعلية مشوهة بالهواء ، مما يسمح لنفسه بتوليد التفاعل وكذلك السماح للبخار بالحفاظ على سرعته!

في الصورة: يتدفق البخار أولاً عبر توربين الضغط العالي (H.P) متبوعًا بتوربين الضغط المتوسط ​​(I.P). ثم مرة أخرى بعد إعادة تسخين البخار ، يتم تصنيعه للتدفق عبر توربينات الضغط المنخفض (مجموعة ضخمة من الشفرات).

يعود سبب زيادة أحجام الشفرات من الجانب الداخلي إلى الجانب الخارجي إلى تمدد البخار مع فقدان ضغطه وطاقته الحركية وإعطائه للتوربينات.

3. التوربينات الغازية :

بعبارة أخرى ، توربينات الغاز هي محركات احتراق داخلي ، والتي لا تستخدم فقط في محطات توليد الطاقة لتوليد الكهرباء ولكن أيضًا لدفع الطائرات والمروحيات. تحتوي توربينات الغاز كنظام كامل على ضاغط محوري عند المدخل. هذه مجموعات من الشفرات الدوارة تمتص كمية كبيرة من الهواء وتضغطه مما يزيد أيضًا من درجة الحرارة. ثم يتم إمداد هذا الهواء بغرفة الاحتراق. يضاف الوقود إلى غرفة الاحتراق ويشعل جهاز الإشعال الوقود. وبالتالي يتم إنتاج كمية كبيرة من غازات العادم والتي يتم تصنيعها للتدفق عبر التوربينات.

إقرأ ايضا : كيفية عمل التوربينات الغازية

الأنواع المختلفة من توربينات الغاز / المحركات النفاثة هي 

• توربوجت Turbojet

• توربو فإن Turbofan

• توربوجت Turbojet

• العمود التوربيني Turbo Shaft

• رامجيت Turboshaft

ما سبق ذكره عبارة عن توربينات غازية ذات دورة مفتوحة حيث يتم إطلاق غازات العادم مباشرة في الغلاف الجوي. النوع الآخر ، أي توربينات الغاز ذات الدورة المغلقة ، حيث يتم إعادة استخدام غازات العادم مرة أخرى لإعادة التسخين ، يتم استخدامها في محطات توليد الطاقة

4. توربينات الرياح :

توربينات الرياح نعمة للبشرية - بأسعار معقولة ونظيفة ومستدامة! بعض مزارع الرياح كبيرة جدًا بحيث يمكنها إنتاج 50 ميجاوات من الطاقة.

إقرأ ايضا : كيفية عمل توربينات الرياح

حسنًا ، عند بدء تشغيل توربينات الرياح ، تظل القصة كما هي مثل التوربينات الأخرى. يحتوي الدوار على 3 شفرات ومصمم بطريقة أنه عندما تتدفق الرياح مباشرة من خلالها ، فإنها تبدأ في الدوران. 

المشكلة الوحيدة هنا هي أن توربينات الرياح تدور بسرعة منخفضة جدًا في الدقيقة. لا ينتج عدد الدورات في الدقيقة المنخفض كهرباء بالتردد المطلوب ولهذا السبب نحتاج إلى علبة تروس تزيد من سرعة العمود. ثم يتم توصيل عمود الخرج بالمولد.

الأنواع الثلاثة الأساسية لتوربينات الرياح هي -

• توربينات الرياح ذات المحور الأفقي (HAWT)

• توربينات الرياح ذات المحور الرأسي Savonius (Savonius VAWT)

• توربينات الرياح ذات المحور الرأسي Darrieus (Darrieus VAWT)

تعد توربينات من نوع HAWTs أقدم وأكثر شيوعًا بينما تنتج توربينات من VAWTs طاقة أقل وأقل كفاءة وبالتالي لا يتم استخدامها بشكل شائع.

تؤدي إضافة المزيد من الشفرات إلى زيادة عزم الدوران وهو ليس ضروريًا هنا. تؤدي الزيادة في عزم الدوران إلى تقليل عدد الدورات في الدقيقة وهو أمر غير مرغوب فيه. أيضا ، تزيد التكلفة بشكل كبير.

كما أن خفض عدد الشفرات إلى 2 يؤدي إلى عدم الاستقرار الجيروسكوبي والضغوط الدورية مما يجعلها غير آمنة.

ومن ثم ، فإن 3 شفرات تجعل توربينات الرياح الأكثر كفاءة في جميع المصطلحات.🙂

تعديل المقال