تعتبر التوربينات البخارية من الأجهزة الأساسية في تحويل الطاقة الحرارية للبخار إلى طاقة ميكانيكية أو كهربائية. يلعب دورًا مهمًا في توليد الكهرباء في محطات الطاقة الحرارية والنووية. ومع ذلك، فإن الكثير من الناس لا يعرفون ما هي التوربينات البخارية أو ما هي أجزائها.
لذلك، سنخصص هذا المقال لنخبرك به ما هو التوربين البخاري وما هي أجزائه الرئيسية.
ما هو التوربين البخاري
التوربينات البخارية هي آلة تقوم بتحويل طاقة البخار عالي الضغط إلى طاقة ميكانيكية دوارة. تتم هذه العملية عن طريق تمدد البخار من خلال سلسلة من الشفرات (أو الشفرات) المثبتة على الدوار، مما يولد حركة دورانية.
يعتمد تشغيل التوربين البخاري على مبادئ الديناميكا الحرارية. أولاً، يتم توليد البخار في غلاية، حيث يتم تسخين الماء إلى بخار عند ضغط ودرجة حرارة مرتفعين. ثم يتم توجيه هذا البخار إلى التوربين، حيث يمر عبر مراحل من الشفرات الثابتة والمتحركة التي تعيد توجيه طاقة البخار وتحويلها إلى عمل ميكانيكي.
أجزاء من التوربينات البخارية
يتكون التوربين البخاري من عدة أجزاء رئيسية، لكل منها وظيفة محددة لضمان تشغيله بكفاءة. على الرغم من وجود أنواع عديدة من التوربينات، إلا أنها تحتوي جميعها على بعض المكونات الرئيسية.
- الغلاف (جسم التوربينات): وهو الهيكل الخارجي الذي يحيط بالمكونات الداخلية ويحميها. كما أنه يعمل على احتواء البخار وتوجيهه إلى المناطق الصحيحة داخل التوربين. تم تصميم الغلاف ليتحمل الضغوط ودرجات الحرارة العالية.
- الدوار: وهو العمود الرئيسي للتوربين الذي يتم تركيب الشفرات المتحركة عليه. يدور الدوار مع تدفق البخار عبر الشفرات، مما يحول طاقة البخار إلى حركة دوارة.
- شفرات أو شفرات: هناك الشفرات الثابتة، والتي تلتصق بالغلاف وتعيد توجيه تدفق البخار نحو الشفرات المتحركة، والشفرات المتحركة، التي يتم تركيبها على الدوار وهي التي تستقبل الدفع المباشر للبخار، فيولد الدوار حركة.
- رمان: هي عناصر ميكانيكية تدعم الدوار وتسمح له بالدوران بسلاسة وثبات. هناك محامل دعم ومحامل دفع، والتي تضمن الوضع المحوري للدوار وتقليل الاحتكاك.
- أختام البخار: إنها تمنع البخار عالي الضغط من الهروب من التوربين عبر الوصلات بين الدوار والغلاف. وهذا يضمن استخدام طاقة البخار بكفاءة.
- صمامات التحكم: أنها تنظم تدفق وضغط البخار الذي يدخل التوربينات. تسمح هذه الصمامات بتعديل الطاقة المولدة وفقًا لطلب النظام.
- مكثف: على الرغم من أنه ليس جزءًا مباشرًا من التوربين، إلا أن المكثف يلعب دورًا مهمًا في تبريد البخار بعد مروره عبر التوربين، وتحويله مرة أخرى إلى ماء لإعادة تدويره إلى النظام.
- أنظمة التشحيم: فهي تضمن أن الأجزاء المتحركة من التوربين، مثل الدوار والمحامل، تعمل بسلاسة ودون تآكل مفرط.
- نظام استخراج الهواء: في توربينات التكثيف، يقوم هذا النظام بإزالة الهواء والغازات غير القابلة للتكثيف والتي يمكن أن تقلل من كفاءة العملية.
ما هو الغرض من التوربينات البخارية؟
تتمتع التوربينات البخارية بمجموعة واسعة من التطبيقات نظرًا لقدرتها على تحويل الطاقة البخارية بكفاءة إلى طاقة ميكانيكية أو كهربائية. الغرض الرئيسي من التوربينات البخارية هو تحويل الطاقة الحرارية للبخار إلى طاقة ميكانيكية دوارة. يمكن استخدام هذه الطاقة الميكانيكية بطريقتين رئيسيتين:
- لتوليد الطاقة الكهربائية
- لتزويد الطاقة الميكانيكية مباشرة
في معظم محطات توليد الطاقة، يتم توصيل التوربين البخاري بمولد كهربائي. يتم نقل الحركة الدوارة لدوار التوربين إلى المولد، والذي يحول هذه الطاقة الميكانيكية إلى كهرباء. هذا هو الاستخدام الأكثر شيوعًا للتوربينات البخارية في العالم.
في بعض العمليات الصناعية، يتم استخدام التوربينات البخارية مباشرة لتشغيل الآلات، مثل المضخات أو الضواغط أو أنظمة الدفع. وهذا يلغي الحاجة إلى تحويل الطاقة إلى كهرباء، مما يجعلها أكثر كفاءة لتطبيقات محددة.
مجالات استخدام التوربينات البخارية
تستخدم التوربينات البخارية في العديد من المجالات الصناعية كونها قطعة أساسية لتوليد الكهرباء. دعونا نرى بعض المناطق الأكثر استخداما:
- محطات الطاقة الكهروحرارية: يستخدمون الوقود الأحفوري (الفحم أو الغاز الطبيعي أو النفط) لتسخين المياه وتوليد البخار. والبخار مسؤول عن تشغيل التوربين وإنتاج الكهرباء.
- محطات الطاقة النووية: في هذه المرافق، تأتي الحرارة اللازمة لتوليد البخار من التفاعلات النووية في المفاعل. التوربين البخاري هو حلقة الوصل بين الطاقة النووية وتوليد الكهرباء.
- محطات الطاقة الحرارية الأرضية: إنهم يستفيدون من البخار الطبيعي الموجود داخل الأرض لتحريك التوربينات وتوليد الكهرباء بطريقة مستدامة.
- العمليات الصناعية: في الصناعات الكيميائية والبتروكيماوية والتكرير، تقوم التوربينات البخارية بتشغيل الضواغط والمضخات التي تعتبر ضرورية في عمليات مثل التقطير والتبريد وضغط الغاز.
- إنتاج الورق: تُستخدم توربينات البخار في مصانع الورق لتشغيل الآلات الثقيلة وتوليد الحرارة اللازمة لتجفيف الورق.
- دفع السفينة: في الماضي، كانت التوربينات البخارية شائعة في السفن الكبيرة، بما في ذلك الطرادات والسفن العسكرية، لأنها توفر القوة والموثوقية. على الرغم من أنه تم استبدالها جزئيًا بمحركات الديزل، إلا أنها لا تزال تستخدم في بعض الحالات.
- التوليد المشترك للطاقة: في المنشآت التي تحتاج إلى الكهرباء والحرارة في نفس الوقت، تسمح التوربينات البخارية باستخدام الطاقة الحرارية المتبقية من العملية للتدفئة أو العمليات الصناعية.
- طاقة متجددة: وفي محطات الطاقة الحرارية الشمسية، تقوم المرايا بتركيز ضوء الشمس لتسخين السائل الذي يولد البخار الذي يحرك التوربين.
وكما ترون فإن التوربين البخاري يعتبر من أهم العناصر في توليد الطاقة الكهربائية في العديد من المناطق الصناعية. آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد حول ماهية التوربين البخاري وما هو الغرض منه وما هي أجزائه الرئيسية.