عنفة بخارية: الفرق بين النسختين

تم إزالة 111 بايت ، ‏ قبل 3 سنوات
ط
بوت: تحويل الأرقام الهندية إلى الأرقام العربية (طالع)
ط (بوت:أضاف قالب {{ضبط استنادي}})
ط (بوت: تحويل الأرقام الهندية إلى الأرقام العربية (طالع))
[[ملف:IGT Blades.jpg|تصغير|[[ريشة عنفة|ريش العنفة]]]]
[[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 ١٨٨٤1884.<ref>[http://www.britannica.com/EBchecked/topic/444719/Sir-Charles-Algernon-Parsons Sir Charles Algernon Parsons | British engineer | Britannica.com<!-- عنوان مولد بالبوت -->]</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 ٨٠80 ٪ من الكهرباء المولدة في العالم يتم عن طريق استخدام التوربينات البخارية.
هذا ينطبق على محطات القوي التي تعمل بالفحم أو بالنفط أو [[مفاعل نووي|المفاعلات النووية]] ، إذ أنها جميعها تحول حرارة الوقود إلى بخار ذو ضغط عالي ، وعن طريقة يتم تشغيل التوربين البخاري ومعه يدور المولد الكهربائي فتنتج الطاقة الكهربائية التي تشغل المصانع وتمد المنازل بالكهرباء. كذلك تقوم محطات استغلال [[الطاقة الشمسية]] المبنية على تسخين الماء أو تسخين الزيت أو تسخين الأملاح ، فهي تسخن بحرارة الشمس الماء وتحوله إلى بخار ، ومن البخار ينتج التيار الكهربائي بواسطة توربين ومولد كهربائي .
تتكون [[عنفة|العنفة]] من جزئين رئيسيين هما:
[[ملف:Curtis Steam Turbine.JPG|thumb|يمين|2000 كيلوواط كورتيس التوربينات البخارية حوالي عام 1905.]]
 
أول جهاز التي يمكن أن يصنف على أنه توربين بخاري فعال كان يزيد قليلا عن اللعبة، [[Aeolipile]] الكلاسيكي، ووصف في القرن الأول بواسطة [[البطل الروماني في الإسكندرية]] في [[مصر الرومانية]].<ref>التوربينات. الموسوعة البريطانية على الانترنت</ref><ref name="New look">إلقاء نظرة جديدة على هيرون 's' المحرك البخاري "(1992-06-25). أرشيف لتاريخ العلوم الدقيقة 44 (2) : 107-124.</ref><ref name="O'Connor, Heron">أوكونور، يانوش ؛ كهر Roberston (1999). مالك الحزين الإسكندرية. MacTutor</ref> أكثر من ألف سنة لاحقا، في ١٥٥١،1551، وصف [[تقي الدين]] في [[مصر العثمانية]] توربينات بخارية مع التطبيق العملي لتحريك [[السيخ]]. كما تم وصف توربينات البخار من قبل الإيطالي [[جيوفاني برانكا]] (١٦٢٩1629) و[[جون ويلكنز]] في انكلترا (١٦٤٨1648).<ref>[http://www.history-science-technology.com/Notes/Notes%201.htm تقي الدين والتوربينات البخارية الأولى، 1551 م]، صفحة ويب، والاطلاع على خط 23 أكتوبر 2009، وهذا يشير إلى صفحة الويب [[أحمد يوسف الحسن]] (1976)، ''تقي الدين والهندسة الميكانيكية العربية''، ص. 34-5، معهد التراث العلمي العربي [[في جامعة حلب.]]</ref>
[[ملف:Wirnik turbiny parowej ORP Wicher.jpg|thumb|يمين|بارسونز التوربينات من البولندية المدمرة ORP Wicher الثاني]]
اخترعت التوربينات البخارية الحديثة في عام ١٨٨٤1884 من قبل الإنكليزي [[السير تشارلز بارسونز]]، حيث كان نموذجه الأول متصل ب [[مولد]] يولد ٧7.٥5 كيلو واط من الكهرباء.<ref name="birrcastle.com">[http://www.birrcastle.com/steamTurbineAndElectricity.asp Flying Bird * Webdesign * Grafik * Design * Druck * Visitenkarten * Corporate Design * Flyer<!-- عنوان مولد بالبوت -->]</ref> بعد اختراع التوربين البخارى لبارسون، الأمر الذي جعل الكهرباء الوفيرة والرخيصة ممكنة وأحدث ثورة في النقل البحري والحرب البحرية، فإن العالم لن يكون نفسه مرة أخرى.<ref>http://www.universityscience.ie/pages/scientists/sci_charles_parsons.php</ref> تم ترخيص براءة اختراعه وتم أستخدام التوربيناتبعد فترة وجيزة من قبل أمريكا، [[جورج ويستنغهاوس.]] كما اتضح أيضا أن توربين بارسون من السهل تنفيذه على نطاق كبير. وتملك [[بارسونز]] الارتياح لرؤية اختراعه الذي اعتمد لجميع مراكز القوى العالمية الرئيسية، وحجم المولدات قد ارتفع من ٧7.٥5 كيلو واط من أول مجموعة ليصل إلى قدرة ٥٠50.٠٠٠000 وحدة كيلوواط. في غضون عمر بارسون فان القدرة على توليد الطاقة من الوحدة تم رفع مستواها بنحو ١٠10.٠٠٠000 مرة، <ref name="Parsons, Steam Turbine">{{cite web
|title=The Steam Turbine
|url=http://www.history.rochester.edu/steam/parsons/part1.html
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 ١٩٠٠1900 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.
 
لأنواع من التوربينات البخارية، بما في ذلك ''متعددة المراحل Rateau'' انظر [http://www.leander-project.homecall.co.uk/turbines.html مشروع ليندر].
 
== الأنواع ==
يتم صنع توربينات البخار في مجموعة متنوعة من الأحجام الصغيرة التي تتراوح بين ١1 حصان وحدة (٠0.٧٥75 كيلو واط) (نادرة) وتستخدم كمحركات ميكانيكية للمضخات والضواغط والمعدات الأخرى التي يتم تشغيلها بالمقبض، إلى توربينات ٢2.٠٠٠000.٠٠٠000 حصان (١1.٥٠٠500.٠٠٠000 كيلوواط) المستخدمة في توليد الكهرباء. وهناك تصنيفات عدة للتوربينات البخارية الحديثة.
 
=== حالات امداد البخار والعوادم ===
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 ٩٠90 ٪، 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.
 
== 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 ٢٠20 ٪ -٩٠90 ٪ 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 ===
 
=== 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 ١٠10 إلى ١٥15 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.
=== تنظيم السرعة ===
السيطرة على التوربينات مع أداة ضبط هو شيء ضروري، حيث أن التوربينات تحتاج إلى التشغيل ببطء، لمنع وقوع أضرار في حين أن بعض التطبيقات (مثل توليد الكهرباء البديلة الحالية) تتطلب دقة التحكم بالسرعة.<ref>{{مرجع كتاب|الأخير=Whitaker|الأول=Jerry C. |العنوان=AC power systems handbook|الناشر=Taylor and Francis|مكان=Boca Raton, FL|date=2006|الصفحة=35|الرقم المعياري=9780849340345}}</ref> يمكن أن يؤدي التسارع غير الخاضع للرقابة لدوار التوربين إلى غلطة السرعة الزائدة، التي تتسبب غلق فوهة الصمامات التي تتحكم في تدفق البخار إلى التوربينات. وإذا فشل هذا فان التوربين قد يواصل التسارع حتى ينهار، بشكل مذهل. التوربينات غالية الثمن في صنعها، وتتطلب دقة تصنيع ومواد ذات نوعية خاصة.
أثناء العملية العادية في التزامن مع محطات الكهرباء الصافية فانها تخضع ل ٥5 % [[تدلى التحكم السريع]]. وهذا يعني أن سرعة التحميل الكامل بنسبة ١٠٠100 ٪ وليس سرعة تحميل هو ١٠٥105 ٪. وهذا هو المطلوب للتشغيل المستقر من الصافي بدون مطاردة وتسرب من محطات الطاقة. وعادة ما تكون التغيرات في السرعة طفيفة. التعديلات في إنتاج الطاقة ادليت بها رفع منحنى التدلى ببطء من خلال زيادة الضغط على [[أداة الضبط للطرد المركزى.&nbsp;]] وعموما فان هذا هو جزء أساسي من متطلبات النظام لجميع محطات لأن المحطات القديمة والجديدة يجب أن تكون متوافقة في الاستجابة للتغيرات الفورية في وتيرة الاتصالات من دون الاعتماد على الخارج.<ref>سرعة تدلى وتوليد الكهرباء. تطبيق مذكرة 01302. 2. وودوارد. السرعة</ref>
 
== المحرك المباشر ==
تستخدم [[محطات توليد الطاقة الكهربائية]] توربينات بخارية كبيرة تحرك [[مولد كهربائي]] لإنتاج أكثر من (حوالي ٨٠80 ٪) 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.
 
التوربينات المستخدمة في توليد الطاقة الكهربائية هي في معظم الأحيان يتم اقترانها بشكل مباشر إلى مولدات الكهرباء. كما يجب تدوير المولدات المتزامنة بسرعات ثابتة وفقا لتردد نظام الطاقة الكهربائية، والسرعات الأكثر شيوعا هي بسرعة ٣٠٠٠3000 دورة / دقيقة لنظم ٥٠50 هرتز، و٣٦٠٠و3600 دورة / دقيقة لنظم ٦٠60 هرتز. في المنشآت مع ارتفاع إنتاج البخار، كما الموجودة في محطات الطاقة النووية، قد رتبت مجموعة من المولدات لتعمل بنصف هذه السرعات، ولكن مولدات رباعية القطب.<ref>{{مرجع كتاب
| الأخير = Leyzerovich
| الأول = Alexander
== 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 ١٠٠100 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 ٥٠50 ٪، ومع ذلك فان محركات الديزل بشكل روتيني تزيد على ٥٠50 ٪، 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/ New Benchmarks for Steam Turbine Efficiency - Power Engineering<!-- عنوان مولد بالبوت -->]</ref><ref>[http://en.wikipedia.org/wiki/Wärtsilä-Sulzer_RTA96-C Wärtsilä-Sulzer RTA96-C - Wikipedia, the free encyclopedia<!-- عنوان مولد بالبوت -->]</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 ٤٠40 دورة بحرية للعالم—يحتمل أن تكون كافية لخدمة السفينة بأكملها مدى الحياة.
 
== القاطرات ==
والميزة الرئيسية للتوربين البخارى للقاطرة هو تحقيق توازن أفضل وتخفيض [[ضربة مطرقة]] على المسار. ومع ذلك، فإن العيب هو أن إنتاج الطاقة منه أقل مرونة ولذلك فان توربينات القاطرات هي الأنسب لعمليات المسافات الطويلة في إنتاج الكهرباء بشكل متكرر.<ref name="Streeter">ستريتر، توني : 'اختبار حدود' ''(مجلة البخار السكك الحديدية'' : 2007، 336)، ص. 85</ref>
 
أول توربين بخاري لقاطرة تم بناؤه في عام ١٩٠٨1908 لOfficine Meccaniche مياني سيلفيستري Grodona مركز المصالح الرئيسية في ميلانو. لشركة السكك الحديدية الوطنية الألمانية [[كروب|كروبالتي]] بنيت في عام ١٩٢٤1924 والتوربينات البخارية قاطرة T18 001، الذي تم تشغيله في عام ١٩٢٩1929.
 
== اقرأ أيضاً ==
{{آلات}}
{{محركات حرارية}}
 
{{ضبط استنادي}}
 
1٬049٬833

تعديل