عنفة غازية

المعدات المساعدة

ومن جهة أخرى، منظومة سيطرة أو نظام تحكم وهي معدات قياس الحرارة والضغط في كل مرحلة من مراحل العمل، ونظام تشغيل متكامل مثل (mark4 ،mark5 ،mark6) أنظمة في محطات توليد الكهرباء يحتوي على معالج إشارة أو أكثر.

.

وفي هذا السياق، تحتاج التوربينات الغازية لتشغيلها بأمان وسلامة إلى بعض المعدات والآلات المساعدة على النحو التالي:

من جهة ثانية، منظومة تبريد الزيت وهو مبادل حراري يُبرّد الزيت من خلال نقل حرارته إلى الهواء القصري، يعمل عادةً بمساعدة مراوح.

مرشح هواء عند نقطة دخوله إلى الضاغط.

وفي هذا السياق، منظومة زيوت تشحيم (للتزليق) وبها خزان يستعمل زيت بموصافات قياسية ووظيفتها تبريد العمود الدوار باستمرار على كراسي التحميل (محملات) وذلك لحماية العمود الدوار وتتكون هذه المنظومة من «مضخة رافعة للزيت» (Lifting oil pump) وهي مضخة رفع يصل ضغطها إلي 165 بار لرفع العمود في بداية التشغيل ومضختين للتزييت رئيسة وفرعية ومضخة الطواري تشتغل ب وتستمر نحو 45 دقيقة عند أنقطاع التيار علي المحطة

وفي هذا السياق، كبديل للمناول الترسي، مُمكن استعمال مساعد التشغيل الأولي (static starter أو SFC أو load commutated inverter) وهو بادئ تشغيل، وفكرته نفس فكرة عمل دينامو السيارة، إما محرك كهربائي أو محرك ديزل أو توربين بخاري (starting steam turbine).

إضافةً إلى ذلك، منظومة تبريد ماء المولد وهي عبارة عن مبادي حراري ما بين الهواء والماء

وقود العنفة الغازية

وفي هذا السياق، يعمل التوربين الغازي على أنواع كثيرة من الوقود، فهو يعمل على وعلى الديزل والجازولين وحتى على النفط الخام (مع بعض الإضافات الكيمياوية والترتيبات). ووظيفة هذه الإضافات الكيميائية هي تكوين طبقة رقيقة على ريش التوربينة حتى تحميها من بعض المواد الموجودة في النفط الخام التي لا تتحول بعد الاحتراق.

عيوب العنفة الغازية

• اقرأ كذلك
• عنفة
• مولد بخار فوق حرج
• عنفة مائية
• عنفة بخارية
• شاحن توربيني
• مروحة دفع
• محرك غازي
• شاحن توربيني فائق

علاوةً على ذلك، من عيوب التوربين الغازي هو انخفاض كفاءته حيث تتراوح بين 15 و 25% وتتأثر كثيرا بدرجة حرارة المحيط (درجة حرارة الجو), كما أن عمرها التشغيلي قصير نسبيا وتستهلك كمية أكبر من الوقود (بالمقارنة مع محطات البخارية).

التسلسل الزمني لتطور التوربينات الغازية

من جهة ثانية، 1932م: بدأت شركة براون بوفيري السويسرية ببيع مجموعات ضاغط وتوربين محورية ضمن غلايات «فيلوكس» البخارية المشحونة توربينيًا. وبحسب مبدأ التوربين الغازي، وُضعت أنابيب تبخير البخار داخل غرفة احتراق التوربين الغازي، وتم إنشاء أول محطة فيلوكس في مصنع للصلب بمدينة موندوفيل الفرنسية.

ومن جهة أخرى، 1894م: حصل السير تشارلز بارسونز على براءة اختراع لفكرة دفع السفن بواسطة توربين بخاري، وقام ببناء السفينة التجريبية «توربينيا»، التي كانت أسرع سفينة عائمة في ذلك الوقت.

وفي هذا الصدد، 1937م: تم تشغيل أول نموذج عملي تجريبي لمحرك توربيني نفاث في كل من المملكة المتحدة (فرانك ويتل) وألمانيا (هانس فون أوهاين – هاينكل HeS 1). كما نجح هنري تيزارد في تأمين تمويل حكومي بريطاني لمواصلة تطوير محرك شركة باور جيتس.

علاوةً على ذلك، 1930م: سجّل فرانك ويتل براءة اختراع لتصميم محرك نفاث يعتمد على توربين غازي ذي ضاغط طارد مركزي، وذلك بعد عدم حصول مشروعه على الدعم المطلوب من سلاح الجو الملكي البريطاني. تُوّجت جهوده بإجراء أول تشغيل ناجح للمحرك في إنجلترا في أبريل 1937.

من جهة ثانية، 1791م: مُنح الإنجليزي جون باربر أول براءة اختراع لتوربين غازي حقيقي. احتوى اختراعه على أغلب العناصر الموجودة في التوربينات الغازية الحديثة، وكان مصممًا لتشغيل عربة تسير دون خيول.

كذلك، 1900م: قدّم سانفورد ألكسندر موس رسالة علمية حول التوربينات الغازية. وفي سنة 1903 أصبح مهندسًا في قسم التوربينات البخارية بشركة جنرال إلكتريك في مدينة لين بولاية ماساتشوستس، حيث طبّق بعض أفكاره في تطوير الشاحن التوربيني.

إضافةً إلى ذلك، 1903م: بنى النرويجي إيجيديوس إلينغ أول توربين غازي قادر على إنتاج قدرة أكبر من القدرة اللازمة لتشغيل مكوناته الذاتية، وهو إنجاز مهم في زمن كانت فيه المعرفة بالديناميكا الهوائية محدودة. وقد ولّد هذا التوربين قدرة بلغت 8 كيلوواط (11 حصانًا) باستخدام ضواغط وتوربينات دوّارة.

ومن ناحية أخرى، 1946م: تأسست المؤسسة الوطنية للتوربينات الغازية في بريطانيا من دمج شركة باور جيتس وقسم التوربينات التابع للمؤسسة الملكية للطيران، بهدف توحيد أعمال فرانك ويتل وهاين كونستانت. وفي مدينة بيزناو السويسرية تم تشغيل أول وحدة تجارية تعمل بإعادة التسخين واسترجاع الحرارة بقدرة 27 ميغاواط.

وفي هذا الصدد، 1000م: استُخدم «فانوس الحصان الدوّار» في معارض الفوانيس في الصين منذ عهد أسرة سونغ الشمالية. فعند إشعال الفانوس يرتفع الهواء الساخن إلى أعلى ويُدير دافعًا (مروحة) مثبتة عليه أشكال لفرسان يمتطون الخيول، فتُسقط ظلالهم على الشاشة الخارجية للفانوس.

ومن ناحية أخرى، 1940م: أُجري أول اختبار أرضي لمحرك التوربوبروب «جندراسيك Cs-1»، الذي صممه المهندس المجري جيورجي جندراسيك لتشغيل مقاتلة مجرية ثقيلة ثنائية المحرك. وتوقف العمل على المشروع عام 1941 قبل استخدام المحرك في أي طائرة.

ومن ناحية أخرى، 1936م: تم تشغيل أول توربين غازي صناعي ذي تدفق مستمر من إنتاج شركة براون بوفيري، ودخل الخدمة في مصفاة ماركوس هوك التابعة لشركة صن أويل في ولاية بنسلفانيا الأمريكية.

وفي السياق ذاته، 1906م: تم اختبار توربين أرمينغود–ليمال في فرنسا. وكانت هذه آلة كبيرة نسبيًا تضمنت ضاغطًا طاردًا مركزيًا مكوّنًا من 25 مرحلة، صممه أوغست راتو وصنعته شركة براون بوفيري. ورغم أن التوربين استطاع تشغيل عملية ضغط الهواء الخاصة به، فإنه لم يكن كفؤًا بما يكفي لإنتاج قدرة مفيدة.

ومن ناحية أخرى، 50م: العثور على أقدم السجلات المعروفة لمحرك هيرون (الإيوليبيل). والذي على الأرجح لم يكن له أي استخدام عملي، بل كان يُعد نوعًا من الأجهزة الاستعراضية أو العلمية، إلا أنه أظهر مبدأً فيزيائيًا مهمًا تعتمد عليه جميع المحركات التوربينية الحديثة.

وفي هذا السياق، 1904م: تم بناء واختبار توربين غازي صممه فرانز شتولتسه في برلين استنادًا إلى طلب براءة اختراع كان قد تقدّم به عام 1873. إلا أن كفاءته كانت منخفضة جدًا بحيث لم يتمكن من الاستمرار في العمل ذاتيًا.

وعلى صعيد آخر، 1944م: دخل محرك «يونكرز Jumo 004» مرحلة الإنتاج الكامل، وشغّل أول الطائرات النفاثة العسكرية الألمانية مثل «ميسرشميت Me 262». ويمثل ذلك بداية عصر التوربينات الغازية في مجال الطيران.

من جانب آخر، 1939م: قامت شركة براون بوفيري ببناء أول توربين غازي لإنتاج الكهرباء بقدرة 4 ميغاواط لمحطة طوارئ في نوشاتيل بسويسرا. وفي العام نفسه قامت الطائرة «هاينكل He 178»، أول طائرة نفاثة في العالم، بأول رحلة طيران لها.

إضافةً إلى ذلك، عشرينيات القرن العشرين: تم تطوير النظرية العملية لتدفق الغازات داخل الممرات إلى نظرية أكثر شمولًا لتدفق الغاز حول المقاطع الهوائية بواسطة أ. أ. غريفيث، مما أدى إلى نشر كتاب «النظرية الديناميكية الهوائية لتصميم التوربينات» عام 1926. كما طورت المؤسسة الملكية للطيران نماذج تجريبية عملية لتوربينات محورية مناسبة لقيادة المراوح.

وعلى صعيد آخر، 1910م: حقق أول توربين غازي عامل من نوع هولزفارت (ذو الاحتراق النبضي) قدرة خرج بلغت 150 كيلوواط (200 حصان). وكانت القدرة المستهدفة 750 كيلوواط (1000 حصان)، إلا أن كفاءته كانت أقل من كفاءة المحركات الترددية السائدة آنذاك.

في هذا الإطار، 1500م: اخترع ليوناردو دا فينشي شواية تعمل بالدخان، حيث يرتفع الهواء الساخن من نار المدفأة إلى الأعلى ويمر عبر مروحة (توربين) مثبتة داخل المدخنة، فتدور المروحة وتُحرّك سيخ الشواء تلقائياً بواسطة تروس وسلاسل.

وفي السياق ذاته، 2011م: اختبرت شركة ميتسوبيشي للصناعات الثقيلة أول توربين غازي يعمل ضمن دورة مركبة بكفاءة تتجاوز 60% (الطراز M501J) في منشآتها بمدينة تاكاساغو في محافظة هيوغو اليابانية.

ومن جهة أخرى، 1947م:شهد هذا العام نجاح أول توربين غازي بحري، وهو محرك ميتروبوليتان فيكرز G1 (غاتريك)، بعد إتمامه التجارب التشغيلية البحرية على متن السفينة M.G.B 2009 التابعة للبحرية الملكية البريطانية. وقد طُوِّر هذا المحرك انطلاقًا من المحرك النفاث ميتروبوليتان فيكرز F2.

من جهة ثانية، 1995م: أصبحت شركة سيمنس أول شركة مصنّعة للتوربينات الغازية الكبيرة المخصصة لإنتاج الكهرباء تستعمل تقنية ريش التوربين أحادية البلورة في منتجاتها، مما أتاح درجات تشغيل أعلى وكفاءة أكبر.

وفي هذا الصدد، 1899م: سجّل تشارلز غوردون كيرتس أول براءة اختراع لمحرك توربيني غازي في الولايات المتحدة.

مكونات العنفة الغازية

من جانب آخر، العنفة E ويكون محورها أفقي مربوط مع محور ضاغطة الهواء مباشرة من ناحية ومن الأخرى مع الحمل الميكانيكي المراد تدويره (كأن يكون مولد كهربائي مثلا) ومن خلال مناول ترسي لخفض السرعة لأن سرعة دوران العنفة تكون عالية جدا.

يتكون التوربين الغازي من الأجزاء الرئيسية التالية:

وفي هذا الصدد، الضاغط C-A يقوم بأخذ الهواء من الجو المحيط ويرفع ضغطه إلى عشرات الضغوط الجوية.

ومن ناحية أخرى، غرفة الاحتراق D فيها يختلط الهواء المضغوط الآتي من ضاغطة الهواء مع الوقود ويحترقان معا بواسطة وسائل خاصة بالاشتعال، وتكون نواتج الاحتراق من غازات مختلفة وعلى درجات حرارة عالية تصل إلى 1000 درجه فهرنهايت وضغط مرتفع.

ومن جهة أخرى، المولد الكهربائي باستخدام صندوق التروس يتصل بالعنفة وفي بعض الاحيان تفسم إلى عنفتين واحدة تدور بسرعة عالية لاتصالها بالغازات الناتجة عن الاحتراق والثانية تسمى عنفة القدرة لاتصالها بمحور المولد.