توربينات مركبة ذات دفع عكسي

توربين بخاري ذو دورة مركبة

التوربين البخاري ذو الدورة المركبة هو جهاز عالي الكفاءة لتوليد الطاقة، ويعمل عادةً بالتزامن مع توربين غازي. ويُدار بواسطة البخار الناتج عن استعادة الحرارة المهدرة في عادم التوربين الغازي. ينتمي هذا التوربين إلى فئة التوربينات البخارية متعددة الضغط، ذات إعادة التسخين، والمكثفة. يتضمن تصميمه الهيكلي أسطوانة ضغط عالٍ/متوسط ​​(تصميم نبضي) وأسطوانة ضغط منخفض (تصميم تفاعلي متناظر ذو تدفق عكسي) لتعزيز الكفاءة، مما يحقق كفاءة توليد طاقة تبلغ حوالي 60%.

يُظهر تصميم الدورة المركبة الذي يستخدم كلاً من التوربينات البخارية من نوع التفاعل والاندفاع الخصائص التالية:

1. استخدام الطاقة بكفاءة عالية: يقوم غاز العادم ذو درجة الحرارة العالية من التوربين الغازي بتشغيل التوربين البخاري، مما يتيح كفاءة دورة مركبة تتجاوز 60٪.

٢- التكامل الهيكلي: تُعدّ التوربينات الاندفاعية مناسبة لتوليد الطاقة وتنظيم السرعة، بينما تتكيف توربينات رد الفعل بشكل جيد مع ظروف التشغيل المتغيرة لتشغيل الأحمال. ويؤدي تصميمها المدمج إلى تحسين الأداء العام.

3. تكنولوجيا التصنيع والتجميع: تشمل التقنيات الرئيسية المستخدمة لحام المعادن غير المتشابهة، ومحاذاة مكونات مسار التدفق، والشحن المعياري، مما يضمن الدقة في الخلوصات الديناميكية/الثابتة ومحاذاة العمود.

4. قابلية التكيف مع التطبيقات: تُستخدم أنظمة الدورة المركبة على نطاق واسع في محطات الطاقة واسعة النطاق، حيث تعمل على تحقيق التوازن بين إمدادات الطاقة المستقرة ومتطلبات الأحمال المتغيرة.

في التوربينات البخارية المركبة، تستخدم بعض المراحل مبدأ الدفع (حيث يتمدد البخار بشكل أساسي في الشفرات الثابتة، بينما تقوم الشفرات المتحركة بإعادة توجيه التدفق بشكل رئيسي)، بينما تستخدم مراحل أخرى مبدأ رد الفعل (حيث يتمدد البخار في كل من الشفرات الثابتة والمتحركة). يهدف هذا التصميم إلى تحسين الكفاءة - حيث تُناسب مراحل الدفع أقسام الضغط العالي، ومراحل رد الفعل أقسام الضغط المنخفض - وذلك من خلال التوزيع الأمثل لعملية التمدد لتقليل الفاقد.

الأسطوانة ذات الضغط العالي هي توربينة دفع، والأسطوانة ذات الضغط المنخفض هي توربينة تفاعلية مزدوجة التدفق. يستفيد هذا التصميم استفادة كاملة من مزايا كل من مرحلتي الدفع والتفاعل، مما يعزز أداء التوربينة.

التوربين البخاري الهجين ذو الدفع والتفاعل هو هيكل توربيني رئيسي ثنائي الأسطوانات يتم اعتماده على نطاق واسع في التطبيقات البحرية.

تستخدم التوربينات البخارية عالية الضغط مراحل الدفع لأن:

١. عندما تكون الشفرات قصيرة جدًا، يمكن استخدام الإدخال الجزئي لزيادة ارتفاع الشفرة.

٢. القيمة النسبية للخلوص القطري لشفرة العمل أكبر، مما يساعد على تقليل خسائر التسرب الداخلي وتحسين كفاءة المرحلة.

تستخدم التوربينات البخارية ذات الضغط المنخفض مراحل التفاعل للأسباب التالية:

١- بفضل شفراتها الطويلة وقوى رد الفعل الكبيرة، فإنها تمنع حدوث ردود فعل سلبية عند جذر الشفرة

٢. القيمة النسبية للخلوص القطري أصغر، مما يقلل من خسائر التسرب الداخلي.

3. انخفاض سرعة البخار في مراحل التفاعل يقلل من تآكل الشفرات المتحركة بواسطة قطرات الماء في البخار الرطب.

علاوة على ذلك، تعمل مراحل الدفع كمراحل تحكم، أو يمكن تصميمها بدرجة صغيرة من رد الفعل لتحقيق مكاسب في الكفاءة، وهو ما يمكن تسميته أيضًا بالتوربين الهجين للدفع ورد الفعل.

تتمثل الوظيفة الأساسية لتوربين البخار المركب في تحسين الأداء العام. وتشمل الجوانب المحددة ما يلي:

١. تحسين الكفاءة الحرارية: من خلال خلط أنواع المراحل، تقترب عملية تمدد البخار بشكل أوثق من الدورة المثالية، مما يقلل من فقدان العادم.

٢- تعزيز المرونة التشغيلية: التكيف مع متطلبات الأحمال المختلفة، مثل التعامل مع انخفاضات الضغط الكبيرة في قسم الضغط العالي وضمان الانتقال السلس في قسم الضغط المنخفض.

3. تحسين تصميم الشفرات: شفرات مرحلة الدفع أكثر سمكًا، وهي مناسبة للبيئات ذات الضغط العالي / درجة الحرارة العالية؛ شفرات مرحلة التفاعل أكثر انسيابية، مما يقلل من فقدان التدفق.

تُستخدم التوربينات البخارية المركبة على نطاق واسع في التطبيقات العملية لتوليد الطاقة وتشغيل المحركات الصناعية. فعلى سبيل المثال، في محطات الطاقة الحرارية، تُشغّل هذه التوربينات المولدات بكفاءة عالية لإنتاج الكهرباء. وفي صناعات مثل الصناعات الكيميائية أو تكرير البترول، يمكنها تشغيل الضواغط أو المضخات مباشرةً، مما يُتيح الاستفادة المتسلسلة من الطاقة.