آلات توربينية

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 و آخر متحرك يختلف ترتيبهم حسب وظيفة الآلة و يعرفان معا بالمرحلة التوربينية .
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 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 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
موازي لمحور عمود الدوران، و يسمي في هذه الحالة سريان محوري . 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.
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 . وتعرف الألات التوربينية هنا بأنها ألات توربينية ذات سريان قطري 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.
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_ . ومن أمثلة ذلك توربينة فرانسيس
الانضغاطية
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 وتربينات الرياح.
إجراء التمدد
و هنا يتم تصنيف الآلة التوربينية تبعا لدرجة رد الفعل و يرمز لها R, حيث:
عندما R=0 تعرف الآلة التوربينية أنها نبضية، و معني هذا أن كل إجراء التمدد حدث في العضو الثابت للألة فقط، أي أن فقد الضغط حدث في الجزء الثابت بينما لم يحدث أي تمدد في العضو الدوار , و مثال علي ذلك التربينات النبضية مثل تربينة بلتون .
عندما R=1 تعرف الآلة التوربينية أنها آلة ذات رد فعل، أي أن كل إجراء التمدد حدث في العضو الدوار للألة فقط بينما لم يحدث أي تمدد في العضو الثابت , و مثال علي ذلك تربينات رد الفعل مثل تربينة فرانسيس.
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 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 لتسهيل وصف الألات التوربينية و التعامل معها خصوصا التصميم، و من هذه النسب
معامل التدفق و يرمز له Ψ
معامل الضغط و يرمز له Φ
انظر أيضا
عجلات ترجو.
نسبة الضغط الكلي.
نسبة الإلتفافية.
معامل الإنزلاق.
مضخة ذات تروس
فوهة
توربين سينجر
توربين تسلا
مضخة توربينية
المراجع
تحويلات
تقنيات الغازات
طاقة
هندسة الميكانيك