تحويل الطاقة الحرارية والحركية إلى طاقة ميكانيكية
التوربينات عبارة عن أجهزة ميكانيكية دوارة تستخلص الطاقة من سائل متحرك – مثل البخار أو الغاز أو الماء – وتحولها إلى شغل ميكانيكي. يُستخدم هذا الشغل عادةً لتشغيل الضواغط والمضخات والمولدات أو الأحمال الميكانيكية في مختلف الصناعات، بما في ذلك توليد الطاقة، والنفط والغاز، والتكرير، والبتروكيماويات، والطاقة المتجددة.
تُصنف التوربينات بناءً على سائل التشغيل ومصدر الطاقة:
1. توربينات بخارية
ملخص
تحوّل التوربينات البخارية المحتوى الحراري للبخار المضغوط إلى حركة دورانية باستخدام مجموعات من الشفرات عالية الدقة. وهي تُعدّ ركيزة أساسية في أنظمة توليد الطاقة الحرارية واستعادة البخار في العمليات الصناعية.
أنواع
- توربينات بخارية مكثفة
- توربينات الضغط الخلفي (غير مكثفة)
- توربينات التكثيف بالاستخلاص
- توربينات إعادة التسخين
المعايير
- API 611 – توربينات بخارية للأغراض العامة
- API 612 – توربينات بخارية للأغراض الخاصة
- ASME PTC 6 – رمز اختبار أداء التوربينات البخارية
التطبيقات
- محطات توليد الطاقة (دورة رانكين)
- المحركات الميكانيكية (المضخات، الضواغط)
- أنظمة استعادة الحرارة
- أنظمة التوليد المشترك للحرارة والطاقة
2. توربينات الغاز
ملخص
تعمل التوربينات الغازية وفق دورة برايتون، حيث تحرق الوقود لتوليد غاز عالي السرعة يدفع شفرات التوربين. وتُعرف هذه التوربينات بنسبة قدرتها العالية إلى وزنها وقدرتها على بدء التشغيل السريع.
أنواع
- التوربينات الغازية الصناعية
- التوربينات الغازية المشتقة من محركات الطائرات
- التوربينات الغازية ذات الدورة المفتوحة (OCGT)
- التوربينات الغازية ذات الدورة المركبة (CCGT)
المعايير
- API 616 – توربينات الغاز لخدمات صناعات البترول والكيماويات والغاز
- ISO 3977 – شراء وتصميم توربينات الغاز
- ASME PTC 22 – اختبار أداء توربينات الغاز
التطبيقات
- محطات توليد الطاقة ذات الدورة المركبة ومحطات توليد الطاقة الاحتياطية
- محركات ميكانيكية للضواغط والمضخات
- منصات بحرية
- منشآت إنتاج الغاز الطبيعي المسال
3. التوربينات المائية
ملخص
تستخدم التوربينات الهيدروليكية ضغط الماء والطاقة الحركية لإنتاج الطاقة الدورانية، والتي تستخدم في الغالب لتوليد الكهرباء.
أنواع
- التوربينات الاندفاعية: عجلة بيلتون (ضغط عالٍ، تدفق منخفض)
- التوربينات التفاعلية: فرانسيس، كابلان (ضغط متوسط إلى منخفض، تدفق عالٍ)
المعايير
- IEC 61116 – دليل التوربينات الهيدروليكية
- ISO 30606 – اختبارات قبول الأداء
التطبيقات
- محطات الطاقة الكهرومائية
- الري والتحكم بالفيضانات
- أنظمة التخزين بالضخ
الاعتبارات الهندسية
- الكفاءة الديناميكية الحرارية (الكفاءة الأيزنتروبية أو كفاءة الدورة)
- ضغط ودرجة حرارة سائل التشغيل عند المدخل
- ديناميكيات الدوار وموازنته
- قدرة تتبع الحمل
- أنظمة التحكم (المنظم، التحكم في السرعة، توزيع الحمل)
- حدود الاهتزاز والصوت (وفقًا للمعيارين ISO 7919 وISO 10816)
التحسينات الاختيارية
- تكامل أنظمة التوليد المشترك للحرارة والطاقة (CHP)
- أنظمة استعادة حرارة العادم (HRSG)
- وحدات المراقبة عن بُعد والصيانة التنبؤية