توربين رد الفعل

توربين بخاري تفاعلي

يُشير مصطلح التوربين البخاري التفاعلي إلى توربين يتمدد فيه البخار ليس فقط في الفوهات، بل أيضاً داخل الشفرات المتحركة. وتتعرض الشفرات المتحركة في هذا النوع من التوربينات ليس فقط للقوة الناتجة عن اصطدام تدفق البخار، بل أيضاً للقوة الناتجة عن تمدد البخار وتسارعه داخل الشفرات نفسها.

في التوربين البخاري التفاعلي، يتمدد البخار ويتسارع ليس فقط في الفوهات، بل أيضًا أثناء تدفقه عبر ممرات الشفرات المتحركة. هذا يعني أنه داخل سلسلة الشفرات المتحركة، يتغير اتجاه تدفق البخار، وتزداد سرعته النسبية. ونتيجة لذلك، تتأثر الشفرات المتحركة بقوة دفع ناتجة عن تيار البخار عالي السرعة الخارج من الفوهات، وقوة رد فعل ناتجة عن البخار الخارج من سلسلة الشفرات المتحركة. بعبارة أخرى، يستخدم التوربين البخاري التفاعلي مبدأي الدفع ورد الفعل معًا لإنجاز العمل.

التوربين البخاري التفاعلي هو نوع من الآلات التي تعمل بالطاقة البخارية. يعتمد مبدأ عمله على تمدد البخار في كل من الشفرات الثابتة (الفوهات) والشفرات المتحركة، حيث يتم تسخير كل من قوة الدفع وقوة رد الفعل للبخار لدفع دوران الدوار.

مبدأ العمل والخصائص الهيكلية: في التوربينات البخارية التفاعلية، يتمدد البخار ويتسارع أولًا داخل صفوف الشفرات الثابتة، مما يؤدي إلى انخفاض الضغط وزيادة السرعة. ثم يدخل البخار إلى صفوف الشفرات المتحركة، حيث يستمر في التمدد. لا يُغير هذا التمدد اتجاه التدفق فحسب، مُولدًا قوة دفع، بل يُنتج أيضًا، نتيجةً للتسارع الناتج عن التمدد، قوة رد فعل. تعمل هاتان القوتان معًا لتحريك الدوّار وإنجاز الشغل. ينتج عن هذا التصميم فرق في الضغط على جانبي الشفرات المتحركة. لذلك، يستخدم الدوّار عادةً هيكلًا أسطوانيًا لتجنب الدفع المحوري المفرط، وغالبًا ما يكون مُجهزًا بمكبس موازنة لموازنة هذا الدفع. من الناحية الهيكلية، يمكن تقسيم التوربينات البخارية التفاعلية إلى نوعين: التوربينات ذات التدفق المحوري (حيث يتدفق البخار محوريًا، وتُركب الشفرات على أسطوانة) والتوربينات ذات التدفق القطري (حيث يتدفق البخار قطريًا، مع دوّارين يدوران في اتجاهين متعاكسين).

مقارنة مع توربينات البخار الاندفاعية: يكمن الفرق الرئيسي بين توربينات رد الفعل وتوربينات الاندفاع في عملية التمدد. ففي توربينات الاندفاع، يحدث تمدد البخار بشكل أساسي في الشفرات الثابتة، مع تمدد شبه معدوم في الشفرات المتحركة. في المقابل، في توربينات رد الفعل، يكون التمدد متساوياً تقريباً في كل من الشفرات الثابتة والمتحركة. ونتيجة لذلك، توفر توربينات رد الفعل كفاءة أعلى في كل مرحلة. مع ذلك، فهي تولد قوة دفع محورية أكبر، ولا يمكنها عادةً العمل مع إدخال جزئي للبخار، وغالباً ما تستخدم مرحلة اندفاعية في المرحلة الأولى.

تتجلى مزايا توربينات البخار التفاعلية بشكل رئيسي في الجوانب التالية:

1. كفاءة أعلى للمرحلة الواحدة: يتمدد البخار في كل من الشفرات الثابتة والمتحركة، مستفيدًا من قوى الدفع ورد الفعل لإنجاز العمل. وهذا يسمح بتصميم أكثر كفاءة لمثلث السرعة، مما يؤدي إلى تقليل فقد التدفق. لذلك، تكون كفاءة المرحلة الواحدة عادةً أعلى بنسبة 2-3% من كفاءة توربينات البخار ذات الدفع.

2. بنية الشفرات المتشابهة تقلل تكاليف التصنيع: تتشابه الأشكال المقطعية للشفرات المتحركة والثابتة بشكل أساسي. هذا التناظر يبسط تصميم الشفرات وعمليات التصنيع، مما يسهل الإنتاج بكميات كبيرة ويقلل تكاليف قطع الغيار.

3. أداء أفضل عند الأحمال الجزئية: نظرًا للتوزيع المنتظم لعملية تمدد البخار عبر المراحل، يمكن لتوربينات البخار التفاعلية الحفاظ على كفاءة عالية نسبيًا حتى في ظل ظروف الحمل غير الكامل، مما يُظهر قدرة أكبر على التكيف مع تشغيل الحمل المتغير.

4. مناسبة لظروف الضغط المتوسط ​​والمنخفض: تضمن خصائص تصميمها التشغيل المستقر في ظروف البخار ذات الضغط المتوسط ​​والمنخفض. علاوة على ذلك، يسهل هيكلها متعدد المراحل استخدام تقنيات مثل إعادة التسخين لتعزيز الكفاءة الإجمالية.

5. يمكن التحكم في الدفع المحوري بواسطة مكبس التوازن: على الرغم من أن الدفع المحوري كبير، إلا أنه يمكن مواجهته بشكل فعال من خلال تصميمات مثل هيكل الأسطوانة ومكبس التوازن، مما يضمن استقرار التشغيل.