التوربينات الدافعة مقابل التوربينات التفاعلية
التوربينات هي فئة من الآلات التوربينية تستخدم لتحويل الطاقة في سائل متدفق إلى طاقة ميكانيكية باستخدام آليات الدوار. تعمل التوربينات بشكل عام على تحويل الطاقة الحرارية أو الحركية للسائل إلى عمل. التوربينات الغازية والتوربينات البخارية هي آلات توربينية حرارية ، حيث يتم إنشاء العمل من تغيير المحتوى الحراري لسائل العمل ؛ أي يتم تحويل الطاقة الكامنة للسائل على شكل ضغط إلى طاقة ميكانيكية.
تم تصميم الهيكل الأساسي لتوربينات التدفق المحوري للسماح بالتدفق المستمر للسائل أثناء استخراج الطاقة.في التوربينات الحرارية ، يتم توجيه مائع العمل عند درجة حرارة عالية وضغط من خلال سلسلة من الدوارات تتكون من شفرات بزاوية مثبتة على قرص دوار متصل بالعمود. بين كل قرص دوار ، يتم تثبيت ريش ثابتة تعمل كفوهات وتوجه تدفق السوائل.
يتم تصنيف التوربينات باستخدام العديد من المعلمات ، ويعتمد تقسيم النبض والتفاعل على طريقة تحويل طاقة المائع إلى طاقة ميكانيكية. تولد التوربينات النبضية طاقة ميكانيكية بالكامل من نبضة المائع عند الاصطدام بالشفرات الدوارة. تستخدم توربينات التفاعل السائل من الفوهة لتوليد زخم على عجلة الجزء الثابت.
المزيد عن التوربينات الدافعة
توربينات النبضات تقوم بتحويل طاقة السائل على شكل ضغط عن طريق تغيير اتجاه تدفق السائل عند اصطدامه بالريش الدوارة. ينتج عن التغيير في الزخم اندفاع على ريش التوربين وتحركات الدوار.يتم شرح العملية باستخدام قانون نيوتن الثاني.
في التوربينات النبضية ، تزداد سرعة السائل بالمرور عبر سلسلة من الفوهات قبل توجيهه إلى ريش الدوار. تعمل شفرات الجزء الثابت كفوهات وتزيد من السرعة عن طريق تقليل الضغط. ثم يتأثر تيار الموائع بسرعة أعلى (زخم) مع ريش الدوار ، لنقل الزخم إلى ريش الدوار. خلال هذه المراحل ، تخضع خصائص المائع لتغييرات مميزة للتوربينات النبضية. يحدث انخفاض الضغط بشكل كامل في الفتحات (أي الساكن) ، وتزداد السرعة بشكل ملحوظ في الأجزاء الساكنة وتنخفض في الدوارات. في جوهرها ، تعمل التوربينات النبضية فقط على تحويل الطاقة الحركية للسائل ، وليس الضغط.
عجلات بيلتون وتوربينات دي لافال أمثلة على التوربينات النبضية.
المزيد حول التوربينات التفاعلية
توربينات التفاعل تقوم بتحويل طاقة السائل من خلال التفاعل على ريش الدوار ، عندما يخضع السائل لتغيير في الزخم.يمكن مقارنة هذه العملية برد فعل غاز العادم للصاروخ على صاروخ. من الأفضل شرح عملية توربينات التفاعل باستخدام قانون نيوتن الثاني.
سلسلة من الفوهات تزيد من سرعة تيار السائل في مرحلة الجزء الثابت. يؤدي هذا إلى انخفاض الضغط وزيادة السرعة. ثم يتم توجيه تيار السائل إلى الشفرات الدوارة ، والتي تعمل أيضًا كفوهات. يؤدي هذا إلى تقليل الضغط بشكل أكبر ، لكن السرعة تنخفض أيضًا نتيجة نقل الطاقة الحركية إلى ريش الدوار. في توربينات التفاعل ، لا يتم تحويل الطاقة الحركية للسائل فقط ، ولكن أيضًا الطاقة الموجودة في السائل على شكل ضغط إلى طاقة ميكانيكية لعمود الدوار.
توربين فرانسيس وتوربينات كابلان والعديد من التوربينات البخارية الحديثة تنتمي إلى هذه الفئة.
في تصميم التوربين الحديث ، تُستخدم مبادئ التشغيل لتوليد الطاقة المثلى ويتم التعبير عن طبيعة التوربين بدرجة تفاعل التوربين (Λ).المعلمة هي في الأساس النسبة بين انخفاض الضغط في مرحلة الدوار ومرحلة الجزء الثابت.
Λ=(تغير المحتوى الحراري في مرحلة الدوار) / (تغير المحتوى الحراري في مرحلة الجزء الثابت)
ما هو الفرق بين توربين الاندفاع وتوربين رد الفعل؟
في التوربينات النبضية ، يحدث هبوط الضغط (المحتوى الحراري) بالكامل في مرحلة الجزء الثابت ، وفي حالة انخفاض ضغط التوربينات (المحتوى الحراري) في كل من مرحلتي الجزء المتحرك والجزء الثابت. {إذا كان المائع قابلاً للضغط ، (عادةً) يتمدد الغاز في كل من مرحلتي العضو الدوار والجزء الثابت في توربينات التفاعل.}
تحتوي توربينات التفاعل على مجموعتين من الفوهات (في الجزء الثابت والدوار) بينما تحتوي التوربينات النبضية على فوهات في الجزء الثابت فقط.
في توربينات التفاعل ، يتم تحويل كل من الضغط والطاقة الحركية إلى طاقة المحور بينما ، في التوربينات النبضية ، يتم استخدام الطاقة الحركية فقط لتوليد طاقة العمود.
يتم شرح تشغيل التوربينات النبضية باستخدام قانون نيوتن الثالث ، ويتم شرح توربينات التفاعل باستخدام قانون نيوتن الثاني.
