عنفة بخارية: الفرق بين النسختين

تم إضافة 551 بايت ، ‏ قبل 5 أشهر
ط
بوت:الإبلاغ عن رابط معطوب أو مؤرشف V4.2 (تجريبي)
ط (بوت:الإبلاغ عن رابط معطوب أو مؤرشف V4.2 (تجريبي))
[[ملف:IGT Blades.jpg|تصغير|[[ريشة عنفة|ريش العنفة]]]]
[[ملف:Ljungström steam turbine.jpg|تصغير|يسار]]
'''عنفة بخارية''' <ref>المعجم الوسيط</ref><ref>المعجم الرائد</ref> {{إنج|Steam turbine}} هي من أهم أنواع [[عنفة|العنفات]] التي تستخدم في [[محطة توليد طاقة كهربائية|محطات توليد الطاقة الكهربائية]]. هي جهاز ميكانيكي يستخرج [[طاقة حرارية|الطاقة الحرارية]] من ضغط [[بخار|البخار]]، ويحولها إلى حركة دوارة. مظهره العصري اخترعه [[تشارلز ألجرنون بارسونز|السير تشارلز بارسونز]] في عام 1884.<ref>[http://www.britannica.com/EBchecked/topic/444719/Sir-Charles-Algernon-Parsons Sir Charles Algernon Parsons | British engineer | Britannica.com<!-- عنوان مولد بالبوت -->] {{Webarchive|url=httphttps://web.archive.org/web/20150112224723/http://www.britannica.com:80/EBchecked/topic/444719/Sir-Charles-Algernon-Parsons |date=12 يناير 2015}}</ref>
و حل تقريبا محل [[آلةمحرك بخاريةبخاري|الآلة البخارية]] التي كانت تعمل بمكبس . يعود ذلك في المقام الأول لزيادة الكفاءة الحرارية له وزيادة الطاقة المولدة منه بالنسبة إلى الوزن . لأن العنفات تولد [[الحركة الدوارة]] ، فهى مناسبة بصفة خاصة لاستخدامها لتدوير [[مولد كهربائي|المولدات الكهربائية]] التي تنتج [[تيار كهربائي|التيار الكهربائي]] على المستوى الكبير في محطات القوى — حوالي 80 ٪ من الكهرباء المولدة في العالم يتم عن طريق استخدام العنفات 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 العنفة البخاري ومعه يدور المولد الكهربائي فتنتج الطاقة الكهربائية التي تشغل المصانع وتمد المنازل بالكهرباء. كذلك تقوم محطات استغلال [[طاقة شمسية|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 عنفة ومولد كهربائي .
تتكون [[عنفة|العنفة]] من جزئين رئيسيين هما:
* الجزء الدوار.
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 (توضيح)|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.
[[ملف:Curtis Steam Turbine.JPG|thumb|يمين|2000 كيلوواط كورتيس العنفات البخارية حوالي عام 1905.]]
 
أول جهاز التي يمكن أن يصنف على أنه عنفة بخاري فعال كان يزيد قليلا عن اللعبة، [[Aeolipile]] الكلاسيكي، ووصف في القرن الأول بواسطة [[البطل الروماني في الإسكندرية]] في [[مصر (مقاطعة رومانية)|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 1551، وصف [[تقي الدين الشامي|تقي الدين]] في [[إيالة مصر|مصر العثمانية]] عنفات بخارية مع التطبيق العملي لتحريك [[سيخ (توضيح)|السيخ]]. كما تم وصف عنفات البخار من قبل الإيطالي [[جيوفاني برانكا]] (1629) و[[جون ويلكنز]] في انكلترا (1648).<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.]] {{Webarchive|url=httphttps://web.archive.org/web/20130926011317/http://www.history-science-technology.com/Notes/Notes%201.htm |date=26 سبتمبر 2013}}</ref>
[[ملف:Wirnik turbiny parowej ORP Wicher.jpg|thumb|يمين|بارسونز العنفات من البولندية المدمرة ORP Wicher الثاني]]
اخترعت العنفات البخارية الحديثة في عام 1884 من قبل الإنكليزي [[تشارلز ألجرنون بارسونز|السير تشارلز بارسونز]]، حيث كان نموذجه الأول متصل ب [[مولد (توضيح)|مولد]] يولد 7.5 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 -->] {{Webarchive|url=httphttps://web.archive.org/web/20100513211302/http://birrcastle.com:80/steamturbineandelectricity.asp |date=13 مايو 2010}}</ref> بعد اختراع العنفة 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 العنفاتبعد فترة وجيزة من قبل أمريكا، [[جورج ويستنغهاوس.]] كما اتضح أيضا أن عنفة بارسون من السهل تنفيذه على نطاق كبير. وتملك [[بارسونز]] الارتياح لرؤية اختراعه الذي اعتمد لجميع مراكز القوى العالمية الرئيسية، وحجم المولدات قد ارتفع من 7.5 كيلو واط من أول مجموعة ليصل إلى قدرة 50.000 وحدة كيلوواط. في غضون عمر بارسون فان القدرة على توليد الطاقة من الوحدة تم رفع مستواها بنحو 10.000 مرة، <ref name="Parsons, Steam Turbine">{{مرجع ويب
|العنوانعنوان=The Steam Turbine
|المسارمسار=http://www.history.rochester.edu/steam/parsons/part1.html
|الأخير=Parsons |الأول=Sir Charles A. |وصلة المؤلفمؤلف=Charles A. Parsons
| مسار الأرشيفأرشيف = https://web.archive.org/web/20110114174009/http://www.history.rochester.edu/steam/parsons/part1.html | تاريخ الأرشيفأرشيف = 14 يناير 2011 }}</ref>، واجمالي الإنتاج من المولدات العنفةية 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 العنفات المختلفة التي تعمل بشكل فعال مع البخار. ''عنفات دي لافال'' (اخترعها [[غوستاف دي لافال)]] عجلت البخار إلى أقصى سرعة قبل تشغيله ضد ريش العنفات. ومن ثم فإن (الدافع) العنفات 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.
تشمل هذه الأنواع التكثيف، دون تكاثف، اعادة التسخين، واستخراج والحث.
 
عنفات 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|تحلية مياه البحر]] حيث كميات كبيرة من عملية ضغط البخار تكون متاحة.
 
أما العنفات التكثيفية هي الأكثر شيوعا في محطات توليد الطاقة الكهربائية. وهذه العنفات تستنفذ البخار العادم في حالة مكثفة جزئيا، وعادة من [[نوعية (توضيح)|نوعية]] قرب 90 ٪، عند ضغط أقل بكثير من الغلاف الجوي إلى مكثف.
 
تستخدم عنفات اعادة التسخين أيضا بشكل حصري تقريبا في محطات توليد الطاقة الكهربائية. في عنفات اعادة التسخين، يخرج البخار المتدفق من جزء مرتفع الضغط من العنفات ويتم إرجاعه إلى الغلايات حيث يتم إضافة حرارة عالية جدا. ثم يعود البخارالى القسم متوسط الضغط من العنفات ويواصل تمدده.
[[ملف:TS Dampfturbine.png|تصغير|hochkant=2.0|Prozess einer idealisierten Heißdampfturbine mit Nassdampfteil im Ts-Diagramm dargestellt]] <!-- dS = 0 ist ja nur ideal mgl. -->
 
الحالة المثالية لدورة تحريك بخاري - أي عندما لا يكون هناك ضياع للحرارة وتستغل كل الحرارة لإنتاج [[شغل (توضيح)|حركة]] - تتمثل في الخطوات التالية (في العنفة البخاري تتغير حالة النظام من 5&nbsp;= دخول البخار إلى 6&nbsp;= النظام خروج البخار):
* '''1 – 2''': يرتفع الضغط [[عملية كظومة|أديباتي]] للماء إلى ضغط الغلاية ؛ مع اعتبار عدم ضياع للطاقة بسبب احتكاك
* '''2 – 3''': تسخين الماء إلى درجة الغليان
* '''3 – 4''': تغير حالة الماء من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية (بخار) تحت ضغط ثابت,
* '''4 – 5''': استمرار تسخين بخار الماء تحت ضغط ثابت,
* '''5 – 6''': انخفاض الضغط سريعا من دون احتكاك تحت [[إنتروبيا (توضيح)|إنتروبي]] ثابت في العنفة ، مع تولد أول نقاط للماء ،
* '''6 – 1''': تكثف الماء تحت ضغط ثابت في [[مكثف حراري|المكثف الحراري]].
 
تلك الدورة الحرارية الممثلة في الرسم البياني تبين [[الشغلشغل (توضيح)|الشغل الميكانيكي]] الناتج ، وهي المساحة المحصورة داخل الدورة من 1 إلى 6 ، وهي تمثل كمية البخار التي مرت في العنفة .
 
الدورة الممثلة هنا هي دورة مبسطة ، ففي العملية الواقعية تضاف إليها خطوات إضافية مثل "زيادة تسخين وسطية " للبخار عند '''5 – 6''' ، أو تسخين ابتدائي للماء عند '''1 – 2''' mit Anzapfdampf ausعن طريق توصيل "جزء" من البخار الداخل للتربين إلى النقطة 2 .
=== كفاءة العنفات ===
[[ملف:Turbines impulse v reaction.png|thumb|يمين|250px|رسم تخطيطي يبين الفرق بين دفعة وعنفة رد فعل]]
لتعظيم كفاءة العنفات البخارية، يتم تمديد البخار، مع عمل التوليد، في عدد من المراحل. وتتميز هذه المراحل بكيفية أستخراج الطاقة منهم وهى المعروفة باسم إما عنفات ''[[نابضة]]'' أو ''[[رد فعل (توضيح)|رد فعل]]''. تستخدم معظم العنفات البخارية مزيج من تصاميم ردود الفعل والنبض : تتصرف كل مرحلة كما إما واحدة أو أخرى، ولكن عموما يستخدم العنفة الأثنين على حد سواء. عادة، أقسام الضغط العالى من النوع الدافع ومراحل الضغط المنخفض هي من نوع رد الفعل.
 
==== العنفات النابضة ====
 
=== تنظيم السرعة ===
السيطرة على العنفات مع أداة ضبط هو شيء ضروري، حيث أن العنفات 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. |العنوانعنوان=AC power systems handbook|الناشرناشر=Taylor and Francis|المكانمكان=Boca Raton, FL|dateتاريخ=2006|الصفحةصفحة=35|الرقم المعياري=9780849340345}}</ref> يمكن أن يؤدي التسارع غير الخاضع للرقابة لدوار العنفة إلى غلطة السرعة الزائدة، التي تتسبب غلق فوهة الصمامات التي تتحكم في تدفق البخار إلى العنفات. وإذا فشل هذا فان العنفة قد يواصل التسارع حتى ينهار، بشكل مذهل. العنفات غالية الثمن في صنعها، وتتطلب دقة تصنيع ومواد ذات نوعية خاصة.
أثناء العملية العادية في التزامن مع محطات الكهرباء الصافية فانها تخضع ل 5 % [[تدلى التحكم السريع]]. وهذا يعني أن سرعة التحميل الكامل بنسبة 100 ٪ وليس سرعة تحميل هو 105 ٪. 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 [[محطة توليد طاقة كهربائية|محطات توليد الطاقة الكهربائية]] عنفات بخارية كبيرة تحرك [[مولد كهربائي]] لإنتاج أكثر من (حوالي 80 ٪) من الكهرباء في العالم. معظم هذه المحطات المركزية هي من نوعين، [[محطة تعمل بطاقة الوقود الحفرى]] و[[محطة نووية|محطات الطاقة النووية]]، ولكن بعض الدول تستخدم [[طاقة شمسية مركزة|الطاقة الشمسية المركزة]] (CSP) لإنشاء البخار. ويمكن أن تستخدم عنفات البخار أيضا بشكل مباشر لتدير [[مضخة طرد مركزي|مضخات الطرد المركزي]] الكبيرة، مثل ليالي [[feedwater مضخة]] في [[محطة الطاقة الحرارية]].
 
فقد اقترح <ref>{{مرجع ويب|الأخير = Prof. W. Earl Bardsley|الأول = Department of Earth and Ocean Sciences, University of Waikato, Private Bag 3105, Hamilton, 3240, New Zealand|العنوانعنوان = The Sustainable Global Energy Economy: Hydrogen or Silicon?|الناشرناشر=Springer Link| المسارمسار=http://www.springerlink.com/content/4m534g6833jv7487/}}</ref> أنه، في ضوء ما يكفي من الطاقة الشمسية، فانه يمكن تكرير [[سيليكون (توضيح)|السيليكون]] لاستخدامه كبديل للفحم لهذا النوع من المحركات.
 
العنفات 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 3000 دورة / دقيقة لنظم 50 هرتز، و3600 دورة / دقيقة لنظم 60 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
| وصلة المؤلفمؤلف =
| مؤلفين مشاركين =
| المؤلفين المشاركين =
| العنوانعنوان = Wet-steam Turbines for Nuclear Power Plants
| الناشرناشر = PennWell Books
| dateتاريخ = 2005
| المكانمكان = Tulsa OK
| الصفحةصفحة = 111
| المسارمسار =
| doi =
| id =
== التسيير البحرى ==
[[ملف:Turbinia At Speed.jpg|thumb|يمين|200px|وTurbinia -- أول العنفات البخارية التي تعمل بالطاقة السفينة]]
يظهر استخدام آخر للعنفات البخارية في [[سفينة|السفن]] ؛ حيث أن صغر حجمها، وقلة الصيانة وخفة الوزن، وانخفاض الاهتزاز هي المزايا التي لا تقهر. وتكون العنفات البخارية فعالة فقط عندما يتم تشغيلها بمعدل آلاف الدورات في الدقيقة، في حين أن أكثر الطرق فعالية هي لتصاميم المروحة بسرعة أقل من 100 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 العنفات البخارية إلى مهاوي المروحة. ويقابل تكلفة الشراء احتياجات أقل بكثير من الوقود والصيانة وصغر حجم العنفات بالمقارنة مع المحرك الترددي مع وجود قوة معادلة له. ومع ذلك، فان محركات الديزل هي قادرة على زيادة الكفاءة : كفاءة دورة العنفات البخارية حتى الآن لكسر 50 ٪، ومع ذلك فان محركات الديزل بشكل روتيني تزيد على 50 ٪، 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 -->] {{وصلة مكسورة|تاريخ= مايو 2019 |bot=JarBot}} {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20090918071420/http://pepei.pennnet.com:80/display_article/152601/6/ARTCL/none/none/1/New-Benchmarks-for-Steam-Turbine-Efficiency |date=18 سبتمبر 2009}}</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 العنفات البخارية مباشرة للدفع الرئيسي، مع توفير مولدات للطاقة المساعدة، أو توظيف دفع اكهربائى عنفةى، حيث تدفع العنفات 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 40 دورة بحرية للعالم—يحتمل أن تكون كافية لخدمة السفينة بأكملها مدى الحياة.
* [[عنفة غازية]]
* [[محرك بخاري]]
* [[توربين تسلا|عنفة تسلا]]
 
== مصادر ==
== مراجع ==
* {{مرجع كتاب
|العنوانعنوان=Evaluating and Improving Steam Turbine Performance
|الأخير=Cotton |الأول=K.C.
|السنةسنة=1998
|ref=Cotton
}}
* {{مرجع كتاب
|العنوانعنوان=Thermische Turbomaschinen
|الأخير=Traupel |الأول=W.
|السنةسنة=1977
|اللغةلغة=German
|ref=Traupel, Thermische Turbomaschinen
}}
* {{مرجع كتاب
|العنوانعنوان=A History of the Growth of the Steam Engine''
|الأخير=Thurston |الأول=R. H.
|الناشرناشر=D. Appleton and Co.
|السنةسنة=1878
|ref=Thurston
}}