جهاز يحول حركة السوائل إلى طاقة
- تعد العنفة أو التوريبين هي أحد الأجهزة التي تدور والمسؤولة عن تحريك سائل أو غاز موجود في داخلها مثل البخار أو الماء إلى طاقة حركية.
- تستخدم الطاقة التي تنتج من هذا الجهاز في تحريك الآلات والمعدات من خلال الطاقة الميكانيكية من خلال عملية الدوار التي تتم حول المحور.
- توفر آلة العنفة الطاقة التي تساعد في توليد الكهرباء والتي منها المولدات الكهربائية والتي تستخدم في إضاءة المنازل وتشغيل المصانع وغيرها.
- يتم استخدام هذه الآلة أيضًا في محركات الطائرة النفاثة لحرك الوقود مثل الزيت والغاز الطبيعي الذي تسير من خلاله الطائرة.
- تستخدم عنفات الغاز في تشغيل المولدات الكهربائية والسفن والطيارات والسيارات الخاصة بالسباق بجانب محركات الطائرات النفاثة.
- العنفات البخارية أو الغازية أو المائية في الغالب تحتوي على غلاف يقوم بتحويل ريشة المروحة إلى تقوم بتجميع السوائل ويحولها إلى طاقة حركية.
نظرية التشغيل
تعتمد نظرية تشغيل هذا الجهاز على طاقة الوضع التي تقوم بالضغط على الرأس الهيدرولوكي والطاقة الحركية التي تجعل السائل قابل للانضغاط أو غير قابل للانضغاط ويتم تجميع الطاقة التي يتم توليدها داخل الجهاز.
عنفات الاندفاعية
- هذه العنفة تقوم بتغيير اتجاه السير للسوائل العالية في السرعة أو التي تقوم بتدفق الغاز مما يؤدي إلى دوران التوربين وترك السوائل تقوم بعمل طاقة حركية معدومة.
- قد لا يكون هناك تغير ضغط للسوائل أو الغازات التي تتم في التوربين ويتم ترك السوائل التي تجري معها طاقة حركية معدومة.
- قد لا يكون هناك تغير ضغطي في السوائل أو الغازات التي تدور في الريش الخاصة بالتوربين.
- كل الضغط المنخفض الذي يحدث في الريش الثابتة قد يتغير قبل أن يصل إلى العنفة.
- كما يتغير الرأس الهيدروليكي للسوائل بشكل سريع من خلال عملية تسريع السوائل في الخرطوم.
- قد لا تحتاج هذه العملية العنفة الاندفاعية حتى يتم الضغط حول الدوار والذي يسمح بتدفق السوائل من الخرطوم قبل أن يصل إلى الريشة.
- يشرح قانون نيوتن الثاني الطاقة العنفية الاندفاعية.
عنفات رد الفعل
- تقوم هذه العنفات على أساس متطور أكثر من عنفات الدوران وتعتمد على طرد الغازات أو السوائل أو الكتل.
- يتغير ضغط السائل أو الغاز في داخل العنفة كلما مر على الريش الدوارة، لهذا فإنها مزودة بغطاء الضغط الذي يحتوي على المانع الموجود بينها الذي يعمل على عدة مراحل.
- يجب أن تكون العنفة مغمورة بالماء التي تمنع من تدفق الموانع، كما يجب أن يحتوي الغطاء على المانع المائي.
- أكثر الأنواع الشائعة من العنفة البخارية تعمل بهذه الطريقة ويكون العامل المائع قابل للانقباض في داخلها.
- يتم العمل في العنيفة على عدة مراحل متعددة في الكفاءات.
- يشرح قانون نيوتن الثالث هذه العملية في انتقال الحرارة داخل العنفة وقياس رد الفعل.
بنية العنفة
تتكون العنفة بشكل رئيسي من المكونات التالية:
- الجزء الاول الدوار أو القرص الدوار والتي يتم الثبوت على محيطه الشفرة أو الريش الناعمة والذي يسمى صف الريشات المتحركة.
- الجزء الثابت أو القرص الثابت أو الغطاء الذي يقوم بتثبيت محيط الريشة والذي يسمى الريشة الثابتة.
- المجرى أو الفوهة وهو ذلك الفراغ الموجود بين الصفين من الشفرة العامة والثابتة وهو الجزء الأخير والذي يطلق عليه اسم المرحلة ويكون مكون من مجموعة من الصفوف متسلسلة.
أهم خصائص عمل العنفة
تتميز العنفة بمجموعة من الخصائص وهي:
- يتم تحول الطاقة الكامنة الموجودة داخل الفوعة إلى طاقة ميكانيكية.
- السرعة التي يتم اطلاقها تقوم بتشغيل الشفرات حتى تبقى ذات سرعة انسيابية.
- نظام العنفة يعتمد على تمدد الجسم الخاص بالتشغيل الذي يتم على مرحلتين ومنها مرحلة التمدد في الفوهة الذي يحول الطاقة الحرارية إلى طاقة حركية.
- التمدد المثالي للجسم الخاص بالتشغيل في المرحلة الأولى والثانية.
- تقوم العنفة بتحويل الطاقة الكامنة إلى طاقة ميكانيكية.
- الفرق بين الضغط على طرفي القرص يكون في اتجاه محور العنفة.
- السرعة التي تطلق على الجسم تقوم بتشغيل عند الدخول إلى العنفة أكبر من الخروج بحيث يكون c1 > c2.
- السرعة النسبية لجسم التشغيل عند الدخول للعنفة تكون أصغر منها عند الخروج w2 > w1.
طريقة عمل التوربين الغازي
- يعمل التوربين الغازي على ضغط وحرق الغاز والهواء الموجود في غرفة الاحتراق والذي يستخدم في العادم النفاث من خلال التفاعل اللازم لدفع المحرك إلى الأمام وتحريك المروحة.
- يتكون التوربين من ثلاثةِ عناصر رئيسية هي: الضاغظ أو ما يسمى المحول التوربيني هو الذي يتصل مع عمود مشترك.
- كما يتكون من الاحتراق الذي يحدث بين موسع التوربين والضاغط وهو يحتاج إلى ثلثي الطاقة التي تنتج من خلال التوربين.
استخدام التوربين الغازي
توجد العديد من الاستخدامات في التوربين الغازي ومنها:
1- الطائرة النفاثة الكهربائية
- ينافس التوربين الغازي غيره من المحولات الأخرى التي تستخدم في توليد الطاقة مثل التوربين البخاري أو محرك الديزل وغيرها.
- التكلفة الخاصة بالتوربين منخفضة مقارنة بباقي المحركات الأخرى بجانب أنها لا تحتاج إلى مكان كبير حتى توضع فيه ويمكن تركيبها للعمل في دقائق معدودة.
- لكن فعالية التوربين قد تكون منخفضة لو تمت مقارنتها بالمحركات الأخرى.
2- الاستخدامات الصناعية
قوة التوربين تصل ما بين ألف إلى خمسين ألف حصان، لهذا فهو يستخدم في العديد من الصناعات مثل صناعة الغاز الطبيعي من خلال الأنابيب وفي عملية تكرير البترول والنفط وغيرها وتشغيل المضخات.
3- النقل البحري
يتميز التوربين الغازي بأنه يقوم بتحريك البخار أو الديزل بكل خفة في الوزن، بجانب أنه صغير في الحجم لهذا فهو مناسب لمحركات السفن البحرية.
4- القطار
هناك مجموعة من العوامل التي تؤدي إلى عدم استخدام التوربين الغازي في مجال القطارات لأنه ذات كفاءة تحميل جزئية فهو لا يناسب البطء الشديد للقطار.
كما أنه لا يناسب القطار بسبب عدم كفاءة التحميل الجزئي وتكلفة الغاز به تكون مرتفعة.
5- السيارات
التوربين الغازي غير عملي السيارات بسبب ارتفاع تكاليف الصنع مع الأداء الضعيف له في حالة وجود حمل في السيارة.
