عنفة بخارية: الفرق بين النسختين

تم إزالة 6 بايت ، ‏ قبل 5 سنوات
ط
تهذيب باستخدام أوب
ط (تهذيب باستخدام أوب)
[[ملف:Dampfturbine Laeufer01.jpg|thumb|350px|الجزء الدوار لتوربين بخاري حديث يستخدم لإنتاج الطاقة الكهربائية]]
[[ملف:Ljungstroem turbine.jpg|تصغير|يسار|]]
'''عنفة بخارية''' أو '''توربين بخاري''' ( بالإنجليزية: Steam turbine ) هي من أهم أنواع [[عنفة|العنفات]] التي تستخدم في [[محطات توليد الطاقة الكهربائية]]. هي جهاز ميكانيكي يستخرج [[الطاقة الحرارية]] من ضغط [[البخار]]، ويحولها إلى حركة دوارة. مظهره العصري اخترعه [[السير تشارلز بارسونز]] في عام ١٨٨٤.<ref>http://www.britannica.com/EBchecked/topic/444719/Sir-Charles-Algernon-Parsons</ref>
و حل تقريبا محل [[آلة بخارية|الآلة البخارية]] التي كانت تعمل بمكبس . يعود ذلك في المقام الأول لزيادة الكفاءة الحرارية له وزيادة الطاقة المولدة منه بالنسبة إلى الوزن . لأن التوربينات تولد [[الحركة الدوارة]] ، فهى مناسبة بصفة خاصة لاستخدامها لتدوير [[مولد كهربائي|المولدات الكهربائية]] التي تنتج [[التيار الكهربائي]] على المستوى الكبير في محطات القوى — حوالي ٨٠ ٪ من الكهرباء المولدة في العالم يتم عن طريق استخدام التوربينات البخارية.
في العنفة الدفعية البسيطة يركب عدد من العجلات التي تحمل كل منها صف من الريش بطول محيطهاوتدعى الريش المتحركة, على عامود واحد مشترك. ويوجد أمام كل عجلة قرص معدني ساكن, به فتحات(هذه الفتحات تتشكل من الريش الساكنة) تعمل بمثابة فوهات لتوجيه منافث البخار إلى الريش، وبعد مرور البخار إلى ريش العجلة الأولى، فإنه يوجه بواسطة مجموعة أخرى من الفوهات(فوهات التوجيه) إلى المجموعة الثانية, وهكذا خلال المراحل المتتالية, حتى تستنفذ كل الطاقة الممكنة من البخار.
 
في [[عنفة|العنفة]] التي تعمل برد الفعل، تـُستبدل بالفوهات حلقات من الريش الساكنة تتخلل صفوف الريش المتحركة, ويمكن الحصول على القوة المحركة بتأثير [[رد فعل|رد الفعل]] الناشيء من البخار نتيجة لمروره بين الريش المتحركة والساكنة.ان رد الفعل ينشا في الريش المتحركة بسب شكلها الهندسي
 
نظرا لان البخار يفقد بعضا من قوته بعد مروره بكل حلقة من الحلقات ذات الريش، لذا فأن هذه الحلقات تُصنع بأقطار متدرجة في الكبر حتى يمكن الحصول على أقصى جهد ممكن من البخار الذي ينخفض ضغطه بعد كل مرحلة.
|url=http://www.history.rochester.edu/steam/parsons/part1.html
|last=Parsons |first=Sir Charles A. |authorlink=Charles A. Parsons
}}</ref>، واجمالي الإنتاج من المولدات التوربينية التي شيدت من قبل شركته [[شركة بارسونز كاليفورنيا]] والجهات المرخص لها من قبله، لأغراض الأرض وحدها، قد تجاوزت الثلاثين مليون حصان.<ref name="birrcastle.com"/>
 
و تم تطوير عدد من التوربينات المختلفة التي تعمل بشكل فعال مع البخار. ''توربينات دي لافال'' (اخترعها [[غوستاف دي لافال)]] عجلت البخار إلى أقصى سرعة قبل تشغيله ضد ريش التوربينات. ومن ثم فإن (الدافع) التوربينات هو أبسط وأقل تكلفة، وليس من الضروري أن يكون مقاوما للضغط. كما أنه يمكن أن يعمل مع أي ضغط البخار، ولكن أقل كفاءة بدرجة كبيرة.
 
''توربينات براون - كورتيس '' التي كانت قد طورت أصلا وحصلت على براءة اختراع من قبل الشركة الدولية الأمريكية كورتيس البحرية وتم تطوير توربينات الشركة في عام ١٩٠٠ بالاشتراك مع [[شركة جون براون آند كومباني]]. وكان يستخدم في شركة جون براون للسفن التجارية والسفن الحربية، بما في ذلك الخطوط والسفن الحربية التابعة للبحرية الملكية.
 
=== حالات امداد البخار والعوادم ===
تشمل هذه الأنواع التكثيف، دون تكاثف، اعادة التسخين، واستخراج والحث.
 
توربينات عدم التكاثف أو backpressure هي الأكثر استخدام لتطبيقات عملية البخار. يسيطر على الضغط العادم من قبل صمام تنظيم لتتناسب مع احتياجات عملية ضغط البخار. وهي شائعة في مصافي التكرير، وحدات تدفئة المناطق، ومصانع الورق، ومرافق [[تحلية مياه البحر]] حيث كميات كبيرة من عملية ضغط البخار تكون متاحة.
 
أما التوربينات التكثيفية هي الأكثر شيوعا في محطات توليد الطاقة الكهربائية. وهذه التوربينات تستنفذ البخار العادم في حالة مكثفة جزئيا، وعادة من [[نوعية]] قرب ٩٠ ٪، عند ضغط أقل بكثير من الغلاف الجوي إلى مكثف.
 
تستخدم توربينات اعادة التسخين أيضا بشكل حصري تقريبا في محطات توليد الطاقة الكهربائية. في توربينات اعادة التسخين، يخرج البخار المتدفق من جزء مرتفع الضغط من التوربينات ويتم إرجاعه إلى الغلايات حيث يتم إضافة حرارة عالية جدا. ثم يعود البخارالى القسم متوسط الضغط من التوربينات ويواصل تمدده.
 
و تعتبر توربينات الاستخراج نوع شائع في جميع التطبيقات. في نوع توربينات الأستخراج البخارية، يتم بعث البخار من مراحل مختلفة من التوربينات، ويستخدم لتلبية احتياجات العمليات الصناعية أو يتم إرساله إلى [[مسخنات امدادات المياه]] لتحسين الكفاءة الشاملة للدورة. يمكن التحكم بتدفقات الاستخراج عن طريق صمام، أو تترك بدون سيطرة.
 
توربينات الحث تدخل ضغط بخار منخفض في مرحلة وسيطة لإنتاج الطاقة الاضافية.
 
== أساس التشغيل والتصميم ==
تعتبر التوربينات البخارية المثالية أن تكون [[عملية متعادلة الحرارة]]، أو عملية تعادل حرارى مستمرة، حيث أن التعادل الحرارى للبخار الداخل إلى التوربين يساوي التعادل الحرارى للبخار المغادر من التوربين. لا يوجد توربينات بخارية هي حقا "متعادلة حراريا"، ولكن، مع كفاءات عدم التغيير في الانتروبيا النموذجي التي تتراوح بين ٢٠ ٪ -٩٠ ٪ على أساس تطبيق التوربين. تضم المناطق الداخلية من التوربينات عدة مجموعات من ريش، أو "دلو" لأنها أكثر شيوعا أن يشار إليها. مجموعة واحدة من الريش الثابتة تكون متصلة بالغلاف ومجموعة واحدة من الريش الدوارة تكون متصلة بالمقبض. وتتناغم المجموعات مع درجة وضوح دنيا معينة، مع حجم وتكوين المجموعات المتفاوت ليتم استغلال تمدد وتوسع البخار في كل مرحلة بكفاءة.
 
=== كفاءة التوربينات ===
[[ملف:Turbines impulse v reaction.png|thumb|يمين|250px|رسم تخطيطي يبين الفرق بين دفعة وعنفة رد فعل]]
لتعظيم كفاءة التوربينات البخارية، يتم تمديد البخار، مع عمل التوليد، في عدد من المراحل. وتتميز هذه المراحل بكيفية أستخراج الطاقة منهم وهى المعروفة باسم إما توربينات ''[[نابضة]]'' أو ''[[رد فعل]]''. تستخدم معظم التوربينات البخارية مزيج من تصاميم ردود الفعل والنبض : تتصرف كل مرحلة كما إما واحدة أو أخرى، ولكن عموما يستخدم التوربين الأثنين على حد سواء. عادة، أقسام الضغط العالى من النوع الدافع ومراحل الضغط المنخفض هي من نوع رد الفعل.
 
==== التوربينات النابضة ====
 
=== التشغيل والصيانة ===
عند احماء التوربينات البخارية للاستخدام، يوقف البخار الرئيسي صمامات (بعد المرجل) الذي له خط للسماح للبخار المسخن لتجاوز الصمام ببطء، والشروع في تسخين الخطوط في النظام جنبا إلى جنب مع التوربينات البخارية. كما أن علبة تروس التدوير تنشغل لا يكون هناك بخار إلى التوربينات لتدوير التوربينات ببطء لضمان التسخين المتساوى لمنع التمدد المتفاوت. بعد أول تحريك للتوربين عن طريق علبة التروس الدوارة، بما يتيح وقتا للدوار لفرض سطح مستو (لا انحناء)، ثم تتحرر علبة التروس الدوارة ويتم ادخال البخار إلى التوربين، في البداية إلى الريش في المؤخرة ثم إلى الريش الأمامية ببطء لتدوير التوربين من ١٠ إلى ١٥ لفة في الدقيقة لتسخين التوربين ببطء.
 
تعتبر المشاكل مع التوربينات الآن نادرة ومتطلبات الصيانة صغيرة نسبيا. يمكن أن يؤدي أي خلل في الدوار إلى اهتزاز، والذي في الحالات القصوى يمكن أن يؤدي إلى حل الشفرة من مكانها وثقب الغلاف مباشرة. فإنه، ومع ذلك، من الضروري أن يتم تشغيل التوربينات بالبخار الجاف. أما إذا دخل الماء إلى البخار على الريش (حمل الرطوبة) فان قد يحدث اصطدام وتآكل سريع للريش، وربما يؤدي إلى اختلال التوازن والفشل الكارثي. وأيضا، فان المياه التي تدخل في الريش من المرجح أن تؤدي إلى تدمير القوة الدافعة لعمود التوربين. ولمنع حدوث هذا، جنبا إلى جنب مع الضوابط والحواجز في الغلايات لضمان الجودة العالية للبخار والمكثفات المثبتة في أنابيب البخار المؤدية إلى التوربينات.
 
== المحرك المباشر ==
تستخدم [[محطات توليد الطاقة الكهربائية]] توربينات بخارية كبيرة تحرك [[مولد كهربائي]] لإنتاج أكثر من (حوالي ٨٠ ٪) من الكهرباء في العالم. معظم هذه المحطات المركزية هي من نوعين، [[محطة تعمل بطاقة الوقود الحفرى]] و[[محطات الطاقة النووية]]، ولكن بعض الدول تستخدم [[الطاقة الشمسية المركزة]] (CSP) لإنشاء البخار. ويمكن أن تستخدم توربينات البخار أيضا بشكل مباشر لتدير [[مضخات الطرد المركزي]] الكبيرة، مثل ليالي [[feedwater مضخة]] في [[محطة الطاقة الحرارية]].
 
فقد اقترح <ref>{{cite web|last = Prof. W. Earl Bardsley|first = Department of Earth and Ocean Sciences, University of Waikato, Private Bag 3105, Hamilton, 3240, New Zealand|title = The Sustainable Global Energy Economy: Hydrogen or Silicon?|publisher=Springer Link| url=http://www.springerlink.com/content/4m534g6833jv7487/}}</ref> أنه، في ضوء ما يكفي من الطاقة الشمسية، فانه يمكن تكرير [[السيليكون]] لاستخدامه كبديل للفحم لهذا النوع من المحركات.
== التسيير البحرى ==
[[ملف:Turbinia At Speed.jpg|thumb|يمين|200px|وTurbinia -- أول التوربينات البخارية التي تعمل بالطاقة السفينة]]
يظهر استخدام آخر للتوربينات البخارية في [[السفن]] ؛ حيث أن صغر حجمها، وقلة الصيانة وخفة الوزن، وانخفاض الاهتزاز هي المزايا التي لا تقهر. وتكون التوربينات البخارية فعالة فقط عندما يتم تشغيلها بمعدل آلاف الدورات في الدقيقة، في حين أن أكثر الطرق فعالية هي لتصاميم المروحة بسرعة أقل من ١٠٠ لفة في الدقيقة. لذا فان علب التروس المقللة الدقيقة (و بالتالي المكلفة) تستخدم عادة، على الرغم من أن العديد من السفن، مثل ''[[Turbinia]]''، قد تدفع مباشرة من التوربينات البخارية إلى مهاوي المروحة. ويقابل تكلفة الشراء احتياجات أقل بكثير من الوقود والصيانة وصغر حجم التوربينات بالمقارنة مع المحرك الترددي مع وجود قوة معادلة له. ومع ذلك، فان محركات الديزل هي قادرة على زيادة الكفاءة : كفاءة دورة التوربينات البخارية حتى الآن لكسر ٥٠ ٪، ومع ذلك فان محركات الديزل بشكل روتيني تزيد على ٥٠ ٪، لا سيما في التطبيقات البحرية.<ref>http://www.ansys.com / أصول / شهادات / siemens.pdf</ref><ref>http://pepei.pennnet.com/display_article/152601/6/ARTCL/none/none/1/New-Benchmarks-for-Steam-Turbine-Efficiency/</ref><ref>http://en.wikipedia.org/wiki/Wärtsilä-Sulzer_RTA96-C</ref><ref>https : / / www.mhi.co.jp/technology/review/pdf/e451/e451021.pdf</ref>
 
تستخدم [[السفن والغواصات التي تعمل بالطاقة النووية]] مفاعل نووي لخلق البخار وإما استخدام التوربينات البخارية مباشرة للدفع الرئيسي، مع توفير مولدات للطاقة المساعدة، أو توظيف دفع اكهربائى توربينى، حيث تدفع التوربينات البخارية، مع مجموعة مولدات الدفع المنصوص من المحركات الكهربائية. يتم اختيار الطاقة النووية في كثير من الأحيان، حيث يكون الديزل غير عملي (كما هو الحال في تطبيقات الغواصات) أو المشاكل اللوجستية للتزود بالوقود (على سبيل المثال، كاسحات الثلج). فقد قدر أن وقود المفاعل النووي [[للبحرية الملكية]] ل [[الغواصة فانجارد]] يكفي ل ٤٠ دورة بحرية للعالم—يحتمل أن تكون كافية لخدمة السفينة بأكملها مدى الحياة.
 
{{DEFAULTSORT:Steam Turbine}}
 
[[تصنيف:اختراعات إنجليزية]]
[[تصنيف:اختراعات انجليزية]]
1٬973٬304

تعديل