Weitere ähnliche Inhalte Ähnlich wie التوربينات البخارية.pdf (6) Mehr von عدنان بهجت جليل (15) التوربينات البخارية.pdf1. Steam Turbines Eng. Adnan Bahjat Jalil koprlo1@gmail.com
,
2018
البخارية التوربينات
Steam Turbines
و ترجمة
إ
عداد
جليل بهجت عدنان المهندس
2. 1
البخارية التوربينات
Steam Turbines
تعريف
Definition
التوربين
البخاري
هو
المحرك
األساسي
Prime mover
الذي
يتم
فيه
تحويل
الطاقة
الكامنة
Potential
energy
للبخار
Steam
إلى
طاقة
حركية
Kinetic energy
،
ثم
يتحول
بدوره
إلى
طاقة
ميكانيكية
Mechanical energy
لتدوير
عمود
التوربين
Turbine shaft
.
تصنيف
التوربينات
البخارية
Classification of steam turbines
1
-
حسب
عمل
أو
فعل
البخار
According to the action of steam
:
-
التوربين
الد
فعي
Impulse turbine
:
فيه
يخرج
البخار
من
خالل
فوه
ات
ثابتة
Fixed nozzle
بسرعة
عالية
ج
د
ا
تضرب أو لتصطدم
الريش
Blades
المثبتة
على
الدوار المحور محيط
Rotor
.
والتي
تغير
إ
تجاه
تدفق
البخار
دون
تغيير
ضغطه
Pressure
.
القوة
الناتجة
عن
في التغيير
قوة
الدفع
)الزخم (
Momentum
س
تسبب
دوران
عمود
التوربين
.
مثال
:
توربينات
الفال دي
De-Laval
و
كورتيس
Curtis
و
راتو
Rateau
مراحل تركيب طريقة في المختلفة التوربينات من أنواع وهي
الريش
.
مالحظة
توضيحية
:
الفال دي توربين
De-Laval
الفال دي غوستاف السويدي المهندس إلى نسبة
Gustaf de Laval
(
1481
-
1111
)
الدفعي التوربين مخترع
.
كورتيس وتوربين
Curtis
كورتيس غوردون جارلس إلى نسبة
C.G. Curtis
(
1481
-
1111
)
الطاقة توليد محطات في واسع نطاق على ُستخدمي والذي بأسمه المسماة البخاري التوربين أبتكر أمريكي مخترع
ا يرجع كما ، البحري الدفع وفي الكهربائية
. أمريكي غازي توربين أول إختراع في إليه لفضل
راتو وتوربين
Rateau
إلى نسبة
راتو إدموند كميل أوغست الفرنسي المهندس
Auguste Rateau
(
1481
-
1111
)
التوربينات في المتخصص
.
-
الفعل رد توربين
Reaction turbine
:
فيه
يتمدد
البخار
في
ال
ريش
ال
ثابتة
و
ال
متحركة
Fixed and
Moving blades
ب
إ
ستمرار
مع
مرور
البخار
عبرها
.
و
يحدث
إ
نخفاض
ب
الضغط
Pressure drop
بالتتابع
خالل
كل
من
الريش
المتحركة
والثابتة
.
-
) فعلي ورد دفعي ( المركب التوربين
Combination of impulse and reaction turbine
2
-
حسب
عدد
مراحل
الضغط
According to the number of pressure stages
:
-
توربينات
أحادية
المرحلة
Single stage turbines
:
تستخدم
هذه
التوربينات
في
الغالب
إل
دارة
ضواغط
وناقخات
الطرد
المركزي
Centrifugal compressors & Blowers
وغيرها
من
اآلالت
والماكينات
Machinery
المماثلة
.
-
توربينات
فعلية ورد دفعية
متعددة
المراحل
Multistage Impulse and Reaction turbines
:
يتم
على تصنيعها
نطاق
واسع
قدرة بسعات
Power capacities
مختلفة
.
1
-
حسب
نمط
تدفق
البخار
According to the type of steam flow
:
-
التوربينات
المحورية
Axial turbines
:
في
هذه
التوربينات
،
يتدفق
البخار
في
إ
تجاه
موا
زي
لل
محور
في الدوار
التوربين
.
-
التوربينات
الشعاعية
Radial turbines
:
ف
ي
هذه
التوربينات
،
يتدفق
البخار
في
إ
تجاه
عمودي
على
محور
التوربين
،
تكون
واحدة
أو
أكثر
من
مراحل
الضغط
المنخفض
محورية
.
8
-
الدوران أعمدة عدد حسب
According to the number of shafts
:
-
توربينات
أحادية
العمود
Single shaft turbines
.
-
توربينات
متعددة
األعمدة
Multi-shaft turbines
.
3. 2
1
-
حسب
طريقة
ال
ت
حكم
السيطرة أو
According to the method of governing
:
-
توربينات
ذات
ال
تحكم
بصمام
خانق
Turbines with throttle governing
:
في
هذه
التوربينات
،
يدخل
البخار
النقي
عبر
واحد
أو
أكثر
(
حسب
القدرة تنامي
)
من
صمامات
الخنق
Throttle valves
التي
تعمل
في
وقت
واحد
.
-
توربينات
ذات
ال
تحكم
ب
الفوهة
المنفث أو
Turbines with nozzle governing
:
في
هذه
التوربينات
،
يدخل
البخار
النقي
من
خالل
واحد
أو
أكثر
من
الحواكم أو المنظمات
Regulators
ُت التي
فتح
على
التوالي
-
توربينات
أو جانبي تحكم ذات
إ
لتفافي
Turbines with by-pass governing
:
في
هذه
التوربينات
،
إلى
جانب
المرحلة
األولى
يتم
تغذية
البخار
مباشرة
إلى
الوسط المراحل من ثالثة حتى أو أثنتين أو واحدة
ية
Intermediate stages
. التوربين في
8
-
حسب
عملية
إ
نخفاض
الحرارة
According to the heat drop process
:
-
التكثيف توربينات
مع
المولدات
Condensing turbines with generators
:
في
هذه
التوربينات
،
يتم
توجيه
البخار
ب
ضغط
أقل
من
الضغط
الجوي
Atmospheric pressure
إلى
المكثف
Condenser
.
كما
يتم
إ
ستخراج
البخار
من
المراحل
الوسطية
لتسخين
مياه
التغذية
Feed water
.
يتم
فقدان
الحرارة
الكامنة
Latent heat
بالكامل
من
بخار
العادم
Exhaust steam
خالل
عملية
التكثيف
في
هذه
التوربينات
.
-
التكثيف توربينات
مع
واحد
ة
أو
أكثر
من
عمليات
اإل
ستخراج
في
المرحلة
الوسيطة
Condensing
turbines with one or more intermediate stage extractions
:
في
هذه
التوربينات
،
يتم
إ
ستخراج
البخار
من
المراحل
الوسطية
ألغراض
و التسخين
التدفئة
الصناعية
Industrial heating
.
-
توربينات
الضغط
اإلرتدادي أو الراجع
Back pressure turbines
:
في
هذه
التوربينات
،
يتم
إ
ستخدام
بخار
العادم
ل
ألغراض
ال
صناعية
أو
ال
تسخين
.
يمكن
أي
ض
ا
إ
ستخدام
التوربينات
ذات
الفراغ
المتدهور
)جودة (األقل
Deteriorated vacuum
حيث
ما
يمكن
إ
ستخدام
بخار
العادم
ألغراض
التدفئة
والمعالجة
.
-
توربينات
ال
تكثيف بدون العالي ضغط
Topping turbines
:
في
هذه
التوربينات
،
يتم
إ
ستخدام
بخار
العادم
في
توربينات
تكثيف
الضغط
المتوسط
والمنخفض
Medium and low pressure
condensing turbines
.
تعمل
هذه
التوربينات
في
ظروف
تشغيل
أولية
عالية
لضغط
حرارة ودرجة
البخار
Steam pressure and temperature
،
وتستخدم
في
الغالب
أثناء
تمديد
توسيع أو
قدرات
محطات
الطاقة
Power station
،
بهدف
الحصول
على
كفاءات
Efficiencies
أفضل
.
مالحظة
توضيحية
:
High pressure, non-condensing turbine = Topping turbine
7
-
حسب
ظروف
البخار
في
مدخل
التوربين
:
According to the steam conditions at inlet to turbine
-
توربينات
الضغط
المنخفض
Low pressure turbines
:
تستخدم
هذه
التوربينات
البخار
عند
ضغط
من
(
1.2
إلى
2
بار
Bar
)
.
-
توربينات
الضغط
المتوسط
Medium pressure turbines
:
تستخدم
هذه
التوربينات
البخار
حتى
ضغط
(
81
بار
. )
-
توربينات
الضغط
العالي
High pressure turbines
:
تستخدم
هذه
التوربينات
البخار
عند
ضغط
أعلى
من
(
81
بار
. )
-
توربينات
الضغط
العالي
جدا
Very high pressure turbines
:
تستخدم
هذه
التوربينات
البخار
عند
ضغط
(
171
بار
)
وأعلى
ودرجات
حرارة
(
111
درجة
مئوية
C°
)
وأعلى
.
-
توربينات
الضغط
فوق
الحرج
Supercritical pressure turbines
:
تستخدم
هذه
التوربينات
البخار
عند
ضغط
(
221
)بار
وأكثر
.
4. 3
4
-
إ حسب
ستخدامها
في
الصناعة
According to their usage in industry
:
-
توربينات
ثابتة
ذات
سرعة
دوران
ثابتة
:
Stationary turbines with constant speed of rotation
تستخدم
هذه
التوربينات
في
المقام
األول
إلدارة
مولدات
المتناوب التيار
Alternators
.
-
توربينات
ثابتة
ذات
سرعة
دوران
متغيرة
:
Stationary turbines with variable speed of rotation
هذه
التوربينات
مخصصة
النافخات إلدارة
التوربينية
Turbo-blowers
الهواء تدوير ومراوح
Air
circulators
والمضخات
Pumps
وغيرها
.
-
التوربينات
غير
الثابتة
ذات
السرعة
المتغيرة
Non-stationary turbines with variable speed
:
تستخدم
هذه
التوربينات
عادة
في
البواخر
)البخارية النقل (وسائط
Steamers
والسفن
Ships
وقاطرات
السكك
الحديدية
Railway locomotives
.
مزايا
التوربينات
البخارية
على
المحركات
البخارية
Advantages of steam turbines over steam engines
1
-
الكفاءة
الحرارية
Thermal efficiency
أعلى
بكثير
.
2
-
نظرا
لعدم
وجود
أجزاء
ترددية
Reciprocating parts
،
فمن
الممكن
تحقيق
توازن
Balancing
مثالي
وبالتالي
ال
تكون
هناك
حاجة
إلى
و
أساس
ثقيل
Heavy foundation
.
1
-
أكبر و أعلى سرعات مدى تحقيق يمكن
.
8
-
تكون
التزييت عملية
Lubrication
جدا سهلة
حيث
ال
توجد
أجزاء
إ
حتكاكية
Rubbing parts
.
1
-
يتم
توليد
القدرة
ب
معدل
منتظم
Uniform rate
،
وبالتالي
ال
حاجة
إلى
دوالب
الموازنة
تنظيم دوالب أو
السرعة
Flywheel
.
8
-
معدل
استهالك
البخار
Steam consumption rate
يكون
أقل
.
7
-
أكثر
إحكاما
وتماسكا
Compact
وتتطلب
إ
نتباه
أقل
أثناء
التشغيل
Operation
.
4
-
أكثر
مالءمة
لمحطات
القدرة
Power plants
الكبيرة
.
1
-
تكلفة
صيانة
Maintenance cost
، أقل
بنيتها لبساطة
Construction
وتشغيلها
بدرجة
كبيرة
بسبب
عدم
وجود
أجزاء
مثل
المكبس
Piston
،
ذراع
المكبس
Piston rod
،
رأس
متقاطع
)(صليبي
Cross head
،
ذراع
التوصيل
Connecting rod
.
11
-
يمكن
تحميل
كبيرة زائدة أحمال
Overloads
على
حساب
إ
نخفاض
طفيف
في
الكفاءة
الكلية
Overall
efficiency
.
طرق
تقليل
سرعة
المحور
الدوار
Methods of reducing rotor speed
للتوربينات المضاعف (التركيب
Compounding of turbines
)
إذا
سمح
للسرعة
العالية
للبخار
بالتدفق
خالل
صف
واحد
من
الريش
المتحركة
Moving blades
،
فإنه
ينتج
سرعة
دورانية
تبلغ
حوالي
(
11111
دورة
في
الدقيقة
rpm
)
وهي
عالية
اجد
لإل
ستخدام
العملي
.
لذلك
من
الضروري
إدخال
بعض
التحسينات
Improvements
لإل
ستخدام
العملي
وأيض
ا
لتحقيق
أداء
عالي
High
performance
.
و
هذا
ممكن
يتم أن
من
خالل
اإل
ستفادة
من
أكثر
من
مجموعة
من
الفوهات
Nozzles
و
المتحركة الريش
،
في
سلسلة
موصولة
ب
إ
حكام
إلى
العمود
الدوار
بحيث
يتم
إ
متصاص
ضغط
البخار
أو
سرعة
التدفق
(
النفث
)
Jet velocity
من
قبل
التوربين
على
مراحل
.
وهذا
ما
يسمى
ب
التركيب
المضاعف
للتوربينات
5. 4
يمكن
تقليل
سرعة
الدوران
Rotational speed
العالية
للتوربين
بالطرق
التالية
من
التركيب
:
1
-
تركيب
السرعة
Velocity compounding
.
2
-
الضغط تركيب
Pressure compounding
.
1
-
ال تركيب
سرعة
و
الضغط
Pressure-Velocity compounding
.
تركيب
السرعة
Velocity compounding
:
ضائعة سرعة
Lost velocity
( الشكل
1
)
تركيب
السرعة
Velocity compounding
يتكون
التركيب هذا
من
مجموعة
من
الفوهات
وبعض
الصفوف
من
الريش
المتحركة
التي
يتم
تثبيتها
على
ال
عمود
الدوار
و
صفوف
من
الريش
الثابتة
Fixed blades
المرتبطة
بالغالف
.
كما
هو
موضح
في
الشكل
(
1
)
،
يتم
فصل
من صفين
الريش
المتحركة
بواسطة
صف
واحد
من
الريش
الثابتة
.
أوال
يدخل
ال
بخار
ب
سرعة
عالية
الصف
األول
من
الريش
المتحركة
،
حيث
يتم
امتصاص
جزء
من
السرعة
.
ثم
يدخل
حلقة
من
ال
ريش
ال
ثابت
ة
حيث
يتم
تغيير
إ
تجاه
البخار
لتتناسب
مع
الحلقة
الثانية
من
ال
ريش
المتحركة
.
ال
يوجد
تغير
في
السرعة
مرور عند
البخار
فوق
الريش
الثابتة
.
ثم
يمر
البخار
إلى
الصف
الثاني
من
الريش
المتحركة
حيث
يتم
تقليل
السرعة
بشكل
أكبر
.
وهكذا
يحدث
إ
نخفاض
ب
السرعة
في
كل
مرة
يمر
فيها
البخار
فوق
صف
الريش
المتحركة
.
وهكذا
يترك
البخار
التوربين
بسرعة
منخفضة
.
يظهر
التباين
في
ضغط
وسرعة
البخار
أثناء
مروره
على
الريش
المتحركة
والثابتة
في
الشكل
(
1
)
.
يتضح
من
الشكل
أن
إ
نخفاض
الضغط
يحدث
فقط
في
الفوهة
وال
يوجد
مزيد
من
اإل
نخفاض
في
الضغط
أثناء
مروره
على
الريش
المتحركة
.
6. 5
يتم
إ
ستخدام
تركيب طريقة
السرعة
في
توربين
كورتيس
Curtis turbine
بعد
أن
تم
اقتراحه
ألول
مرة
من
قبل
كورتيس
C.G. Curtis
.
المزايا
Advantages
:
1
-
التركيب يكون
بع
دد
قليل
ب يكون وبالتالي المراحل من
ت
كلفة
أولية
Initial cost
. قليلة
2
-
التركيب يحتاج
إ
قليلة مساحة أو حيز لى
Less space
.
1
-
موثوقية ذات المنظومة
Reliable
. التشغيل في وسهولة
8
-
يكون
هبوط
الضغط
في
الفوهة
كبير
،
لذا
ال
تحتاج
التوربينات
نفسها
إلى
العمل
في
ذو محيط أو وسط
ضغط
عالي
،
وال
ي
كون
أوغطاء غالف
التوربين
Turbine housing
قوي
للغاية
.
المساوىء
Disadvantages
:
1
-
مزيد
من
خسائر
اإل
حتكاك
Friction losses
بسبب
السرعة
العالية
جدا
في
الفوهات
.
2
-
كفاءة
أقل
ألن
نسبة
سرعة
الريشة
Blade velocity
إلى
سرعة
البخار
Steam velocity
ليست
مثالية
Optimum
.
1
-
القدرة
المتنامية
في
الصفوف
الالحقة
ليست
سوى
جزء
صغير
من
الصف
األول
.
8
-
ال
تزال
جميع
المراحل
تتطلب
بعض
المساحة
والمواد
Material
والتكلفة
.
الضغط تركيب
Pressure compounding
:
( الشكل
2
)
الضغط تركيب
Pressure compounding
7. 6
الثابتة الفوهات من عدد من يتكون
Fixed nozzles
حلقات بين دمجها يتم التي
الريش
المتحركة
الريش هذه .
بأحكام متصلة تكون
عمود إلى
اإلدارة
.
مرحلة كل . المراحل من عدد في الضغط خفض يتم التركيب هذا في
. المتحركة الريش من وحلقة الفوهات من مجموعة من تتكون
المرجل من البخار يمر
Boiler
حيث الفوهات من مجموعة أول خالل
يتمدد
Expand
جزئي بشكل
.
و
يتم
إ
تقري سرعته كل متصاص
با
من األولى المجموعة فوق يمر عندما
الريش
المتحركة
.
إلى أيضا تمريره يتم ثم
الريش من الثانية المجموعة خالل ومن أخرى مرة جزئيا تمدده يتم حيث الثابتة الفوهات من الثانية المجموعة
البخار يترك حتى العملية هذه تتكرر وهكذا . تقريبا البخار سرعة إمتصاص يتم حيث المتحركة
التوربين
عند
المكثف ضغط
Condenser pressure
.
من
البخار سرعة تقليل يتم ، مراحل على الضغط تقليل خالل
ي الذي
إلى دخل
الريش
.كبير حد إلى المتحركة
سرعة تقليل يتم ثم ومن
المحور
الدوار
.
هذه التركيب طريقة
تستخدم
في
توربينات
وزولي راتو
Rateau &
Zoelly turbines
.
مالحظة
توضيحية
:
زولي هاينريش
Heinrich Zoelly
(
1482
-
1117
مهند )
س
مكسيك
ي
–
سويسر
، ي
التوربينات بتطوير قام
التوربينات تحركها التي والقاطرات البخارية
.
الضغط و السرعة تركيب
Pressure-Velocity compounding
:
1
-
يتم ، التركيب من الطريقة هذه في
إ
من كل ستخدام
تركيب
الضغط
والسرعة
.
2
-
اإل إجراء يتم
نخفاض
الهبوط أو
Drop
السرعة تتضاعف كما ، مرحلتين على البخار ضغط في الكامل
المكتسبة
مرحلة كل في عليها الحصول يتم التي
.
1
-
و مرحلة كل بداية في الفوهات حلقة تثبيت يتم
يبقى
ثاب الضغط
تا
مرحلة كل خالل
.
8
-
يتم
إ
طريقة ستخدام
هذه التركيب
في
توربين
كورتيس
و
أكثر في
ال
توربينات
.
( الشكل
1
)
الضغط و السرعة تركيب
Pressure-Velocity compounding
8. 7
مبدأ
البسيط الدفعي التوربين
Simple impulse turbine principle
ي
تكون
البسيط الدفعي التوربين
أساسا
فوهة من
Nozzle
، الفوهات من مجموعة أو
ومحور
ار ّدو
Rotor
عمود على مثبت
Shaft
من واحدة ومجموعة ،
الريش
المتحركة
المرتبطة
بال
محورال
و دوار
غالف
Casing
.
ألن نظرا البسيطة الدفعية التوربينات أسم التوربينات هذه على يطلق
تمدد
البخار
Steam expansion
يحدث
. الفوهات من واحدة مجموعة في
و
ي
توربين أيضا البسيط الدفعي التوربين سمى
De-Laval
إلى نسبة ،
. مخترعها
( الشكل
8
البسيط الدفعي التوربين مبدأ )
Simple impulse turbine principle
9. 8
الدفعي التوربين أساسيات
Basics of impulse turbine
التوربين في
الدفعي
ثابتة فوهة خالل من البخار يخرج ،
ب
ج عالية سرعة
د
، ا
ويضرب
الريش
على المثبتة
للمحور الخارجية الحدود
ال
ار ّدو
.
بتغيير تقوم التي
إ
ضغطه تغيير دون البخار تدفق تجاه
.
عن الناتجة القوة
)الزخم ( الدفع قوة في التغيير
Momentum
دوران ستسبب
Rotation
التوربين عمود
أمثلة
توربينات :
ذكرها مر كما ، وراتو وكورتيس الفال دي
.
التوربين يتكون
الدفعي
أساس
ا
من
جزء
ار ّدو
Rotor
عمود على ُثبتم
Shaft
حر
الدوران
بإسناد
من مجموعة
المحامل
Bearings
.
وضع ويتم ، المنحنية الريش من مجموعة الدوار للجزء الخارجية الحافة تحمل
التركيب
أو
التجميع
Assembly
اإلغالق محكمة علبة أو صندوق في بأكمله
Airtight case
.
ال تقوم
فوهات
بتوجيه
البخار
مباشرة
ضد
ال
وت ريش
المحور(الجزء دوير
الدوار
)
ُت .
ستمد
ال
طاقة
الالزمة
لدوران
التوربين
الدفعي
الحركية الطاقة من
Kinetic energy
يتدفق الذي للبخار
من
خالل
الفوهات
.
إن
الدفع مصطلح
Impulse
التي القوة أن يعني
تدير
تأثير من تأتي التوربين
تصادم أو دفع
على البخار
الريش
يمكن
إ
الدوالب لعبة ستخدام
Toy Pinwheel
) الرياح بتأثير يدور الذي الهواء دوالب لعبة وهي (
لدراسة
للتوربينات األساسية المبادئ بعض
.
ف
عند
النفخ أو الضرب
حافة على
الدوالب
،
س
بسرعة يدور
.
و
كلما
كانت
أقوى النفخة أو الضربة
كلما ،
دار
الدوالب
أسرع
.
البخار من الحركية الطاقة يستخدم أنه إال ، المبدأ نفس على البخاري التوربين يعمل
من الخارج
البخار فوهة
بدال
الهواء من
.
توجد
فوهات
البخار
عند
الت مدخل
وربين
Turbine inlet
.
و
فوهة عبر البخار يمر عندما
ال
تحويل يتم ، بخار
الكامنة الطاقة
Potential energy
حركية طاقة إلى
.
المحور ويدور التوربين ريش نحو البخار هذا توجيه يتم
الحركية طاقتها من بعض نقل تم وقد ، الريش خالل المرور عند البخار سرعة تقليل ويتم . الدوار
الريش إلى
. الدوار المحور لتدوير
يمكن
إ
ا التوربينات ستخدام
الدفعية
و لتشغيل
توجيه
السحب نافخات
القسري
Forced draft blowers
والمضخات
Pumps
الرئيسية الدفع وتوربينات
Main propulsion turbines
.
الدفعي التوربين وعمل تركيب
Construction and working of impulse turbine
من العلوي الجزء ُظهري
( الشكل
8
)
مقط
ع
طو ا
ليا
ل
التوربين من العلوي لنصف
.
الشكل يبين األوسط الجزء
للفوهة الفعلي
و
الريشة تركيب
Blading
.
السفلي الجزء ويوضح
تغير
المطلقة السرعة
Absolute
velocity
المطلق والضغط
Absolute pressure
البخار تدفق أثناء
عبوره خالل
و الفوهات
الريش
.
يحدث
تمدد
(ضغط األولي ضغطه من البخار
المرجل
Boiler pressure
المكثف (ضغط النهائي الضغط إلى )
Condenser pressure
الفوهات من واحدة مجموعة في )
.
وبسبب
العالي الهبوط
ب
، الفوهات في الضغط
س
الفوهات في البخار سرعة تزداد
.
البخار يترك
على المركبة التوربين ريش ويضرب جدا عالية بسرعة الفوهة
. العالية السرعة بهذه دوالب
و
بأنه هذه العالية الخروج لسرعة نتيجة الطاقة فقدان ُعرفي عادة
خسارة
ُم
ّرح
لة
Carry over loss
أو
المغادرة خسارة
Leaving loss
العادم خسارة أو
Exhaust loss
أو
سرعة خسارة
المغادرة
Leaving-velocity loss
.
البخار ضغط يبقى
ثابتا
يتحرك عندما
الريش خالل
ولكن
سرعته
تقل
.
أو (المغادرة الخروج سرعة تصل قد
( إلى )الضائعة
1.1
. الفوهة مخرج سرعة من ) ٪
كل أن بما أيضا
الحركية الطاقة
سيتم
إ
من واحدة حلقة بواسطة متصاصه
الريش
المتحركة
سرعة فإن ، فقط
الدوالب
Wheel
تكون
تتراوح للغاية مرتفعة
(
من
21111
إلى
11111
الدقيقة في دورة
RPM
)
.
يمكن ، ذلك ومع
تقليل
سرعة ( أي السرعة هذه
الدوالب
سرعة أو
المحور
الدوار
)
خالل من
إ
طريقة عتماد
التوربينات تركيب
Compounding of turbines
.
10. 9
الدفعي التوربين مساوىء
Disadvantages of impulse turbine
1
-
يجب أنه بما
إ
ستيعاب
إمتصاص أو
كل
الحركية الطاقة
من فقط واحدة حلقة في السرعة عالي للبخار
الريش
عالية التوربين سرعة فإن ، المتحركة
جد
إلى يصل ما أي ، ا
(
11111
الدقيقة في دورة
)
عملية ألغراض
.
2
-
في كبيرة خسارة هناك أن يعني مما الكفاية فيه بما عالية الخروج عند البخار سرعة
الحركية الطاقة
.
السرعة مخطط
السرعة مثلث
(
Velocity diagram ( Velocity triangle
( الشكل
1
)
السرعة مخطط
السرعة مثلث
(
Velocity diagram ( velocity triangle
11. 10
السرعة مثلث توضيح
( الشكل
5
)
:
Absolute velocity of steam at inlet in m/s = v1
متر المدخل عند للبخار المطلقة السرعة
ثانية
.
Nozzle inlet angle = α1
. الفوهة مدخل زاوية
Blade velocity in m/s = u
. الريشة سرعة
Relative velocity of steam at inlet in m/s = vr1
متر المدخل عند للبخار النسبية السرعة
. ثانية
Tangential velocity of steam at inlet in m/s = vw1
متر المدخل عند للبخار المماسية السرعة
ثانية
Axial velocity of steam at inlet in m/s = va1
متر المدخل عند للبخار المحورية السرعة
. ثانية
Blade inlet angle = ϐ1
. الريشة مدخل زاوية
Blade outlet angle = ϐ2
. الريشة مخرج زاوية
Relative velocity of steam at outlet in m/s = vr2
عند للبخار النسبية السرعة
المخرج
متر
. ثانية
Tangential velocity of steam at outlet in m/s = vw2
عند للبخار المماسية السرعة
المخرج
متر
ثانية
Axial velocity of steam at outlet in m/s = va2
عند للبخار المحورية السرعة
المخرج
متر
. ثانية
Blade velocity coefficient = Vr2 / Vr1
. الريشة سرعة معامل
Absolute velocity of steam at outlet in m/s = v2
عند للبخار المطلقة السرعة
المخرج
متر
. ثانية
Angle made by absolute velocity V2 with the tangent of the wheel at outlet = α2
زاوية
إلتقاء من ناتجة
المطلقة السرعة
V2
مع
الدوالب مماس
عند
ال
مخرج
: مالحظة
مثلث
السرعة
Velocity triangle
ُمكني .التوربينية اآللة في التشغيل لمائع المتنوعة السرعة مركبات يمثل مثلث هو
التوربينية اآللة ومخرج مدخل عند السرعة مثلثات رسمُت أن
.
متجهة كميات بإعتبارها المثلث في السرعة مركبات مع التعامل يتم
السرع من عادة السرعة مثلث ويتكون ،
. الثالثة المثلث أضالع بذلك ليتكون ، للمائع النسبية والسرعة المطلقة والسرعة المماسية ة
C
( الشكل
8
المركبة السرعة مثلث )
Combined velocity triangle
12. 11
المرحلة كفاءة ، الريشة كفاءة ، القدرة ، المنجز الشغل
Work output , power , blade efficiency & stage efficiency
القوة
Force
اإل في
تجاه
المماسي
Tangential direction
=
الزخم تغير معدل
Momentum
اإل في
تجاه
المماسي
.
الكتلة =
الثانية
Mass per second
X
في التغير
ال
سرعة
(
نيوتن
Newtons
)
= m ( Vw1 ± Vw2 ) )(نيوتن
اإل في القوة
المحوري تجاه
Axial direction
=
اإل في الزخم تغير معدل
المحوري تجاه
.
(
الدفع قوة
المحوري
Axial thrust
)
(
نيوتن
)
= m (Va1 – Va 2 )
المنجز الشغل
Work done
الريش على البخار قبل من
(
نيوتن
متر
ثانية
(N .m/s
m( Vw1 ± Vw2 )u
=
القدرة
Power
المتنامية
التوربين بواسطة
(
كيلواط
KW
)
/ 1000
u
m ( Vw1 ± Vw2)
=
الريشة كفاءة
Blade efficiency
=
)(الريش الريشة على المنجز الشغل
الطاقة
Energy
المجهزة
للريشة
)(للريش
/ (V1)²
u ( Vw1 ± Vw2)
= 2
u / ½ [ m(V1)²]
m ( Vw1 ± Vw2)
=
الريشة مع اإلحتكاك بسبب المفقودة الطاقة
Energy lost due to blade friction
= 1/2 * m [ (Vr1)² – (Vr 2)² ] (N.m/s متر (نيوتن
ثانية
المرحلة كفاءة
Stage efficiency
)(الريش الريشة على المنجز الشغل =
إجمالي
كل في المجهزة الطاقة
مرحلة
m( H1` – H2 ) = ( Vw1 ± Vw2) u / Hd
/
u
m ( Vw1 ± Vw2)
=
: إن حيث
Hd = H1 – H2
(إ
نخفاض
الفوهة حلقة في الحرارة
Heat drop in the nozzle ring
)
األقصى الحد
للشغل
لكفاءة األقصى والحد
السرعة مثلث أو مخطط
Maximum work & maximum diagram efficiency
الشكل إلى بالرجوع
(
8
المركبة السرعة )(مثلث مخطط من نالحظ )
combined velocity triangle
ما
: يلي
Vw1 = V1 cos α1 = Vr1 cos ϐ1 + u و Vw2 = V2 cos α2 = Vr2 cos ϐ2 – u
Vw1 + Vw2 = Vr1 cos ϐ1 + Vr2 cos ϐ2 = Vr1 cos ϐ1 [1 + ( Vr2 cos ϐ2 / Vr1 cos ϐ1 ) ] إ
: ذن
= Vr1 cos ϐ1 ( 1 + K C )
: أن حيث
k = Vr2 / Vr1 & C = cos ϐ2 / cos ϐ1
: يلي كما المعادلة تكون أو
Vw1 + Vw2 = (V1 cos α1 – u ) ( 1 + K C )
13. 12
المنجز الشغل معدل
Rate of doing work
( الثانية في البخار من غرام كيلو لكل
kg / second
: )
= (V1 cos α1 – u ) ( 1 + K C ) u
إ
المخطط كفاءة تكون ذن
(
Ƞb
Diagram efficiency (
:
Ƞb = (V1 cos α1 – u ) ( 1 + K C ) / V1²
لتكن
الربشة سرعة نسبة
(
ρ
)
Blade speed ratio
:
ρ = u / V1
لذلك
تكون
كفاءة
المخطط
: يلي كما
( 1 + K C )
(
²
ρ
cos α1 –
ρ
2 (
=
Ƞb
حسب
المعادلة
أعاله
،
من
الواضح
أن
كفاءة
السرعة مخطط
تعتمد
على
العوامل
التالية
:
1
-
( الفوهة زاوية
Nozzle angle ( α1
.
2
-
الريشة سرعة نسبة
(
ρ
)
Blade speed ratio
.
1
-
الريشة زوايا
(
Blade angles ( ϐ1 & ϐ2
.
8
-
الريشة سرعة معامل
Blade velocity coefficient ( K )
.
إ
تم ذا
إ
( من كل قيمة فتراض
α1
و
K
و
C
ف ، ثابتة )
إ
نسبة قيمة على فقط ستعتمد السرعة مخطط كفاءة ن
( الريشة سرعة
ρ
. )
من
أجل
تحديد
القيمة
المثلى
السرعة لمخطط القصوى للكفاءة
: فإن
0
=
ρ
Ә
/
Ƞb
Ә
ف لذلك
إ
ن
ρ
: ستكون
2
/
cos α1
=
ρ
السرعة لمخطط القصوى الكفاءة معادلة تكون
max
(
Ƞb
كما )
: يلي
(Ƞb)max = 2 ( 1 + K C ) [(cos α1 / 2 ) cos α1 – cos² α1 / 4 ]= ( 1 + K C )( cos² α1 / 2)
مالحظة
:
إذا
كانت
الريشة
متماثلة
وجود وال
لإل
حتكاك
السطحي
،
: يكون عندئذ
ϐ2
=
ϐ1
و
1
=
K = C
ف لذلك
إ
ن
السرعة لمخطط القصوى الكفاءة
max
(
Ƞb
)
: ستكون
(Ƞb)max = cos² α1
( الثانية في البخار من غرام كيلو لكل المنجز الشغل
kg / second
: )
= (V1 cos α1 – u ) ( 1 + K C ) u
لذلك
ف
إ
المنجز للشغل معدل أقصى ن
Maximum rate of doing work
في البخار من غرام كيلو لكل
( الثانية
kg / second
)
=
²
2 u
: توضيحية مالحظة
السرعة بين الرئيسي الفرق
Speed
والسرعة
Velocity
،
ب حسابهما يتم كليهما أن من الرغم على
إ
ستخدام
في مختلفان االثنين فإن ، )إلخ ، الساعة في ميال ، ث / م ، ساعة / (كم الوحدات نفس
وصفه يتم األول المصطلح أن
ب
إ
القيم ستخدام
العددية
Numerical values
عددية كمية (أي فقط
Scalar quantity
يصف بينما )
المصطلح
واإل الحجم من كل اآلخر
تجاه
Magnitude and direction
(
أي
متجهة كمية
Vector quantity
)
.
رد توربين
ال
فعل
Reaction turbine
تدريج البخار ضغط فيه ينخفض الذي التوربين
يا
عبر يتمدد بينما
الريش
المتحركة
وكذلك
الريش
الثابتة
ُي
عرف
بتوربين
الفعل رد
.
الثابتة الريش من مجموعة من تتكون مرحلة كل ، المراحل من كبير عدد من يتكون الذي
ويحدث . والمتحركة
إ
من كل في الوقت طوال الحرارة نخفاض
الريش
والمتحركة الثابتة
.
توجد ال
في فوهات أي
توربين
رد
ال
فعل
.
حيث
تعمل
الريش
البخار سرعة فيها تزداد التي كالفوهات الثابتة
و
يتم
توجي
ه
ه
حلقة لدخول
الريش
المتحركة
.
14. 13
أنه وبما
يحدث
إ
من كل في الضغط نخفاض
الريش
، والمتحركة الثابتة
فإن
الشفرات كل
تكون
فوهة شكل على
.
التدفق أثناء البخار يتمدد
خالل
الريش
المتحركة
يعطي وبالتالي
فعل ردة
للريش
المتحركة
.
ولهذا
ُي
سمى
توربين
رد
ال
فعل
.
ُيو
سمى
رد توربين أيضا
ال
بارسون فعل
Parson’s reaction turbine
.
تثبيت يتم
الريش
الغالف على الثابتة
Casing
تثبيت يتم بينما
الريش
المتحركة
بالجزء
الدوار
.
مالحظة
توضيحية
:
بارسون الفعل رد توربين
Parson’s reaction turbine
إلى نسبة
مخترع
التوربينات
الحديثة البخارية
عام في
1448
قبل من
المهندس
اإلنكليزي
األيرلندي
بارسونز تشارلز السير
(
1418
-
1111
)
.
( الشكل
7
)
الفعل رد توربين في اإلنتروبي ثابت تمدد
Isentropic expansion in reaction turbine
: توضيحية مالحظة
( األنتروبية متساوية عملية
isentropic
)
العملي وهي :
ة
ثابت أنتروبي عند تتم التي
مثالية حرارية عملية .
أحتكاك ال أي والمحيط النظام بين ومادة حرارة فقدان بدون تتم
. العملية في
15. 14
N
S
( الشكل
4
الفعل رد توربين لريشة السرعة مخطط )
Velocity diagram for reaction turbine blade
الفعل رد توربين في والقدرة المنجز الشغل
Work output & power in reaction turbine
الشغل
)زوج (لكل المرحلة في البخار من كغم لكل المنجز
متر نيوتن (
N . m
)
The work done per kg of steam in the stage (per pair) = u( Vw1 + Vw2)
الشغل
ك لكل المنجز
غ
)زوج (لكل المرحلة في الثانية في البخار من م
متر (نيوتن
( )ثانية
N . m / s
)
The work done per kg of steam per second in the stage (per pair) = m u( Vw1 + Vw2)
: أن حيث
m
=
كتلة
mass
البخار من
الم
تدفق
خالل
الريش
كغم (
)ثانية
(
kg/s
)
)زوج (لكل المتنامية القدرة
(كيلواط
KW
)
Power developed (per pair) = m u( Vw1 + Vw2) / 1000
لكل المنجز الشغل
زوج لكل المرحلة في البخار من كغم
الكفاءة
Efficiency
Ƞ
=
------------------------------------------------------------------------
إ
الحراري المحتوى نخفاض
(اإلنثالبي
Enthalpy
)
زوج لكل المرحلة في
Ƞ = u( Vw1 + Vw2) / 1000 H
: أن حيث
H
=
إنخفاض
الحراري المحتوى
Enthalpy
زوج لكل المرحلة في
(كيلوجول
)كغم
KJ/Kg)
)
مالحظ
ات
: توضيحية
1
-
مرحلة كل
Stage
زوج من تتكون التوربين مراحل من
Pair
والمتحركة الثابتة الريش من
Fixed and Moving blades
2
-
اإلستخدام عامل = الريشة كفاءة = المخطط كفاءة
Blade efficiency = Diagram efficiency = Utilization factor
16. 15
الفعل رد توربين في الفعل رد درجة
Degree of reaction in reaction turbine
يتم
تعريف
درجة
الفعل رد
Degree of reaction
على
أنها
نسبة
الحراري المحتوى إنخفاض
(
اإلنثالبي
)
عبر
المتحركة الريشة
إلى
إنخفاض
الحراري المحتوى
المرحلة عبر
بأكملها
الفعل رد توربين في
،
المرحلة أن حيث
التوربينات تصميم في مهم عامل الفعل رد درجة وتعتبر .)المتحرك االمحور + الثابت (العضو من تتكون
اآللة كفاءة تحدد حيث عموما التوربينية واآلالت والضواغط
.
و
يتم
اإلشارة
الفعل رد درجة إلى
بالرمز
R
.
Enthalpy drop in the moving blade المتحركة الريش عبر الحراري المحتوى إنخفاض
R = -------------------------------------------------------------------------------------------------------
Enthalpy drop in the stage إنخفاض
المرحلة عبر الحراري المحتوى
R = dH2 / dH1 + dH2
: أن حيث
dH1
=
إ
الحراري المحتوى نخفاض
عبر
الريشة
البخار من كيلوغرام لكل الثابتة
.
dH1 = (V1)² – (V2)² / 2 = H1 – H2 ( KJ / Kg ) جول كيلو
)كغم )
الريشة عبر الحراري المحتوى إنخفاض
المتحركة
البخار من كيلوغرام لكل
. = dH2
dH2 = (Vr2)² – (Vr1)² / 2 = H2 – H3 ( KJ / Kg ) جول كيلو
)كغم )
: كذلك
dH1 + dH2
. البخار من كيلوغرام لكل المرحلة عبر الحراري المحتوى إنخفاض =
dH1 + dH2 = H1 – H3
= Work done by the steam in the stage المرحلة في البخار قبل من المنجز الشعل
= u ( Vw1 + Vw2)
(Vr2)² – (Vr1)²
R = ----------------------- : الفعل رد درجة يكون إذن
2 u ( Vw1 + Vw2)
( مالحظة
1
: )
بارسون الفعل رد توربين في
Parson’s reaction turbine
الفعل رد درجة ،
(
(R = 0.5
،
( يكون عندئذ
α1 = ϐ2
و
α2 = ϐ1
)
.
ف
أن يعني هذا
الريشة
و المتحركة
الريشة
له الثابتة
م
الشكل نفس ا
.
( مالحظة
2
: )
الفعل رد درجة كان إذا
(
R = 0
، )
فإن
بسيط دفعي توربين يكون التوربين
Simple impulse
turbine
.
( مالحظة
3
: )
( الفعل رد درجة كان إذا
R = 1
، )
فإن
صافي فعل رد توربين يكون التوربين
Pure reaction
turbine
.
17. 16
الفعل رد توربين في والكفاءة المنجز الشغل
Work done & efficiency in reaction turbine
كفاءة
المرحلة وكفاءة الريشة
Blade efficiency & stage efficiency
حساب يتم
كفاءة أقصى
Maximum efficiency
اإلعتبار بنظر األخذ مع
اإل
التالية فتراضات
:
1
-
الفعل رد درجة
(
R = 0.5
)
،
أي
أن
(
α1 = ϐ2
و
α2 = ϐ1
)
.
2
-
والمتحركة الثابتة الريش
متماثلة تكون
Symmetrical
( أن أي ،
V1 = Vr2 & V2 = Vr1
. )
الحركية الطاقة
Kinetic energy
للريشة المجهزة
لكل الثابتة
(
ك
غ
م
Kg
البخار من
)
:
V1)² / 2
)
=
الحركية الطاقة
المجهزة
للريشة
ك لكل المتحركة
غ
البخار من م
:
(Vr2)² – (Vr1)² / 2
=
إجمالي
الطاقة
المجهزة
ل
لمرحلة
لكل
كغم
البخار من
:
= [ ( V1)² / 2 ] + [ (Vr2)² – (Vr1)² / 2 ]
ال أن وبما
متماثلة ريش
(
V1 = Vr2 & V2 = Vr1
)
السرعة مثلث خالل ومن
Velocity triangle
:
( V1)² + u² – ( 2 * V1 * u * cos α1 )
=
(Vr1)²
الطاقة إجمالي ، لذلك
المجهزة
ل
لكل لمرحلة
كغم
البخار من
:
( V1)² + u² – ( 2 * V1 * u * cos α1 )
= ( V1)² – ----------------------------------------------
2
المنجز العمل
Work done
كغ لكل
م
البخار من
: يلي كما يكون
= u ( Vw1 + Vw2 ) = u ( V1 cos α1 + Vr2 cos ϐ2 – u )
( أن وبما
α1 = ϐ2
و
V1 = Vr2
: ستكون المعادلة فإن ، )
= u ( 2 V1 cos α1 – u )
البخار من كغم لكل المنجز الشغل
المخطط كفاءة
Diagram efficiency
(
Ƞd
)
=
--------------------------------
-----------
البخار من كغم لكل المجهزة الطاقة إجمالي
18. 17
و
: أن حيث
(
ρ = u / V1
و )
التي
تمثل
الربشة سرعة نسبة
Blade speed ratio
كفاءة معادلة ستكون ،
: يلي كما المخطط
=
Ƞd
عندما القصوى قيمتها في الكفاءة تكون
الصيغة تكون
(
ˑ cos α1
ρ
1 – ρ² + 2 ˑ
)
تكون أو قيمة أدنى في
( النسبة
dȠd / dρ = 0
)
،
: أي
d ( 1 – ρ² + 2 ˑ ρ ˑ cos α1 ) / dρ = 0
: أو
( – 2 ρ + 2 cos α1) = 0
أو
:
لذلك
عندما القصوى قيمتها في الكفاءة تكون
:
(Ƞd)max إذن
تكون
ال
معادلة
:
ρ = cos α1
ρ = cos α1
19. 18
المعادلة تكون إذن
ألقص النهائية
ى
كفاءة
لل
مخطط
:
الفعل رد وتوربين الدفعي التوربين بين مقارنة
Impulse turbine vs Reaction turbine
الدفعي التوربين
Impulse turbine
الفعل رد توربين
Reaction turbine
البخار يتمدد
كليا
و الفوهة في
يبقى
ثاب ضغطه
تا
خالل
ممرات عبر تدفقه
الريشة
Blade passages
.
يتمدد
جزئي البخار
ا
الفوهة في
المزيد ويحدث
من
التمدد
ريش في
الجزء
الدوار
.
تبقى
النسبية السرعة
Relative velocity
للبخار
خالل المار
الريشة
في ثابتة
اإل غياب
حتكاك
Friction
تزداد
المار للبخار النسبية السرعة
الريشة خالل
بينما
يتمدد
المرور أثناء البخار
. الريشة خالل
ريش
متماثلة
Symmetrical
.
متماثلة غير ريش
Asymmetrical
طرفي على الضغط
نهايتي أو
الريشة
هو المتحركة
نفسه
.
طرفي على الضغط يختلف
الريشة
المتحركة
.
لنفس
)المتنامية ( المتولدة القدرة
،
و
كما
يكون
إ
نخفاض
عدد فإن ، أكثر الضغط
المطلوبة المراحل
تكون
أقل
.
)المتنامية ( المتولدة القدرة لنفس
،
وكما
أن
إ
نخفاض
الضغط
يكون
قليل
المطلوبة المراحل عدد فإن ،
تكون
أكثر
.
كفاءة منحنى يعتبر
الريشة
أقل
إ
نسيابية
إستقرارا أو
.
The blade efficiency curve is less flat
الريشة كفاءة منحنى يعتبر
أكثر
. إستقرارا أو إنسيابية
وبالتالي ، جدا عالية البخار سرعة
تكون
سرعة
عالية التوربين
.
سرعة فإن وبالتالي ، جدا عالية ليست البخار سرعة
التوربين
. منخفضة تكون
في التوربين أختيار يتم
جميع
مجاالت
اإل او التطبيق
على بناءا ستخدام
القدرة
التنافسية
والذي للتوربين
هي
مزيج
من
عدة
عوامل
:
1
-
الكفاءة
Efficiency
.
2
-
اإل العمر
فتراضي
Life
.
1
-
( القدرة كثافة
القدرة نسبة
إ
الوزن لى
)
Power density (power to weight ratio)
.
8
-
المباشرة التشغيل تكلفة
Direct operation cost
.
1
-
والصيانة التصنيع تكاليف
Manufacturing and maintenance costs
.
2 cos²α1
(Ƞd)max = -----------------
( 1 + cos²α1 )
21. 20
اإل الكفاءة
و ) الكلية ( جمالية
م
عامل
إ
التسخين عادة
Overall efficiency & Reheat factor
( الشكل
11
)
مخطط
اإل
نثالبي
-
اإل
نتروبي
بخاري توربين لتمدد
متعدد
المراحل
Enthalpy - entropy diagram for multi stage expantion
م
عامل
إعادة
التسخين
Reheat factor
:
يتم
تعريفه
على
أنه
نسبة
إ
نخفاض
الحرارة
التراكمي
)التصاعدي أو التزايدي (
Cumulative
إلى
إ
نخفاض
ال
حرارة
األ
ديبات
يك
( ي
ثابت
الحرارة
كظوم أو
Adiabatic
)
في
جميع
مراحل
التوربين
.
تعتمد
قيمة
معامل
التسخين
على
نوع
و
كفاءة
التوربين
،
حيث
تكون
القيمة
المتوسطة
(
1.05
)
.
التراكمي الحرارة إنخفاض
Cumulative heat drop
= التسخين إعادة معامل
------------------------------------
--------------------
----------------------
األديباتيكي الحرارة إنخفاض
(Isentropic heat drop) Adiabatic heat drop
Reheat factor = A1B1 + A2B2 + A3B3 / A1D
22. 21
) الكلية ( اإلجمالية الكفاءة
Overall efficiency
:
تعريفه يتم
ا
أنه على
ا
إجمالي نسبة
إ
الحرارة نخفاض
منها المستفادة
Useful heat
الحرارة إجمالي إلى
المجهزة
Heat supplied
.
إنخفاض إجمالي
منها المستفادة الحرارة
Total useful heat drop
) الكلية ( اإلجمالية الكفاءة
=
-----------------------------------------------------------------
-----
المجهزة الحرارة إجمالي
Total heat supplied
Overall efficiency = A1C1 + A2C2 + A3C3 / hA1 - hD
( الشكل
11
مخطط )
) فعلية والرد الدفعية ( البخارية التوربينات ريشة كفاءة
Blade efficiency of impulse and reaction steam turbine
23. 22
التوربين على والسيطرة التحكم
Governing of turbines
التحكم
Governing
ثابتة سرعة على للحفاظ طريقة هو
Constant speed
تغير عن النظر بغض للتوربين
. التوربين على الحمل
الحاكم إستخدام يتم
Governor
الحفاظ يتم بحيث التوربين إلى البخار تجهيز ينظم الذي الغرض هذا لتحقيق
المتغب التحميل ظروف تحت ثابتة التوربين سرعة على اإلمكان قدر
رة
Varying load conditions
.
البخاري بالتوربين التحكم
Steam turbine governing
التحكم طريقة هي
Controlling
تدفق معدل في
البخار
Flow rate of steam
في التغير إن . دورانها سرعة ثبات على للحفاظ وذلك البخاري التوربين إلى
أدائها على كبير تأثير له يكون أن يمكن البخاري التوربين تشغيل أثناء الحمل
Performance
الحالة في .
االقتصادي أو المصمم الحمل عن األحيان من كثير في الحمل يختلف ، العملية
Designed or economic
load
إنحراف دائما هناك يوجد وبالتالي
Deviation
في الرئيسي الهدف . للتوربين المطلوب األداء عن كبير
ثايتة دوران سرعة على الحفاظ هو البخاري التوربين تشغيل عملية
Constant rotation speed
بغض
ال في التحكم وسائل طريق عن ذلك تحقيق ويمكن . المتغير الحمل عن النظر
من العديد وهناك . البخاري توربين
̱ماتظُنمال أو الحواكم أنواع
Governors
صمامات طريق عن فيه والتحكم البخار تدفق معدل مراقبة يتم .
التداخل
Interposing valves
المرجل بين
Boiler
. والتوربين
: هي البخارية بالتوربينات للتحكم المختلفة الطرق
1
-
ب التحكم
ال
صمام
ا
ل
خانق
Throttle governing
.
2
-
بالفوهة التحكم
Nozzle governing
.
1
-
)التحويلي أو (الجانبي اإللتفافي التحكم
By-pass governing
.
8
-
المركب التحكم
Combination
( التحكم طرق من
1
( و )
2
( أو )
2
( و )
1
. )
الخانق بالصمام التحكم
Throttle governing
:
الطريقة هذه في
البخار تمرير يتم حيث . الطاقة توافر من يقلل مما التوربين مدخل عند البخار ضغط ينخفض
المنظم الصمام عبر ضغطه تقليل وبالتالي ضيق ممر عبر
)(التحكم
Governing valve
الضغط إنخفاض .
خنق عملية إلى يؤدي
Throttling process
اإلنثالبي ( الحراري المحتوى يبقى حيث
Enthalpy
للبخار )
. ثابتا
ف
هناك يكون عندما . التوربين إلى الداخل البخار تدفق خنق يتم الخانق بالصمام التحكم في . االسم يشير كما
سيغلق المنظم فإن ذلك في وللتحكم ستزداد السرعة فإن ، المرغوب اإلقتصادي الحمل عن الحمل في انخفاض
التحكم صمام
تدفق تقليل إلى سيؤدي هذا .
. البخاري التوربين سرعة تقليل وبالتالي البخار
المنخفضة األولية التكلفة إن
Low initial cost
البسيطة واآللية
Simple mechanism
التحكم من تجعل
. أقل البخار تدفق يكون حيث الصغيرة البخارية للتوربينات مالئمة أكثر طريقة الخانق بالصمام
في
التخطيطي الشكل
(
12
-
أ
)
،
البخار دخول قطع أو منع صمام
(SV) Inlet stop valve
بدخول يسمح
مزدوج صمام طريق عن البخار هذا في التحكم يتم . كامال البخار
Double beat valve
عن عبارة وهو
خنق سيطرة صمام
(CV) Throttling Control Valve
)(سيرفو مساعد محرك بواسطة تشغيله يتم
Servo
motor
عل يسيطر
المركزي بالطرد ُنظمم أو حاكم يه
Centrifugal governor
التوربين سرعة أزدادت إذا .
( الصمام فإن ، البخاري
CV
الفوهة التجهيزإلى أو اإلمداد وتقليل البخار خنق أو لتحديد ُغلقيس )
Nozzle
.
25. 24
( الشكل
12
-
ج
وليان خط بواسطة ُوضحم والحمل البخار إستهالك بين العالقة )
Willian's line
الخانق بالصمام التحكم في
throttle governing
التحكم نظام إستخدام حالة في المنخفضة األحمال عند تتناقص التوربين كفاءة أن إلى يشير أعاله البياني الرسم
. المنخفضة لألحمال فعال غير األنظمة من النوع هذا فإن لذلك . الخانق بالصمام
: توضيحية مالحظة
وليان خط
Willian's line
مستقيم (شبه خط هو
Nearly straight
بياني رسم على )
Graph
يوضح
البخار إستهالك
Steam consumption
الساعة في (كيلوغرام
Kilogram per hour
المتولدة القدرة مقابل )
Power
output
حصان أو واط (كيلو
Kilowatt or Horsepower
بخاري لمحرك )
Steam engine
من كثير في ، توربين أو
إجما ليشمل يمتد األحيان
المستهلك الوقود لي
Fuel consumed
(كغم
الغازية للتوربينات )ساعة
Gas turbines
ومحركات
الداخلي اإلحتراق
Internal combustion engines
الكاملة الطاقة ومحطات
Complete power plants
.
بالفوهة التحكم
Nozzle governing
:
يتم الطريقة هذه في
تنظيم
معدل
تدفق
البخار
عن
طريق
فتح
وإغالق
مجموعات
من
الفوهات
Nozzles
بد
ال
من
تنظيم
ضغطها
.
في
هذه
الطريقة
،
كل
فوهتين
أو
ثالث
فوهات
أو
أكثر
ُت
شكل
مجموعة
،
ويتم
التحكم
في
كل
مجموعة
بواسطة
صمام
منفصل
.
تحريك أو تشغيل
الصمام
المنفرد
غلق يسبب
مجموعة
الفوه
ات
المقابلة
وبالتالي
يتحكم
في
معدل
التدفق
.
الكامل التحميل ظروف تحت
Full load
المنظمة الصمامات جميع تكون ،
بالكامل مفتوحة للفوهات
.
عن ينحرف أو التوربين على الحمل يتغير عندما
ال
التصميم قيمة
ية
تنظيم يتم ،
تجهيز
على للحفاظ بالكامل إغالقها أو الفوهات من مجموعة أو واحدة خالل من البخار
التوربين سرعة
.
في
التوربين
الفعلي
Actual turbine
،
يتم
تطبيق
بالفوهة التحكم طريقة
فقط
على
المرحلة
األولى
First stage
بينما
تبقى
المراحل
التالية
غير
متأثرة
.
وحيث
أنه
ال
يتم
تطبيق
أي
تنظيم
تحكم أو
با
لضغط
،
فإن
ميزة
هذه
الطريقة
تكمن
في
إ
ستغالل
إستثماركل و
ضغط
ودرجة
الحرارة
المرجل
.
للتوربينات مناسبة وهي
الدفعية
Impulse
27. 26
بالفوهة التحكم وطريقة الخنق بصمام التحكم طريقة بين مقارنة
التحكم
اإللتفافي
(
الجانبي
أو
التحويلي
)
By-pass governing
:
من
حين
آلخر
يتم
تحميل
التوربين
Turbine overloaded
لفترات
قصيرة
.
خالل
هذه
العملية
،
يتم
فتح
صمامات
)(اإللتفاف التحويل
Bypass valves
ويتم
إدخال
البخار
النظيف
في
المراحل
األخيرة
من
التوربين
.
مما
يولد
المزيد
من
الطاقة
لتلبية
الحمل
الزائد
Increased load
.
في للتحكم السابقتين الطريقتين إن
العالي الضغط مرحلة أو األولى المرحلة مدخل عند البخار في تتحكم ، البخارية التوربينات
High pressure
stage
. التوربين من
و
خالل يمر أن اإلضافي للبخار يمكن ال ، المطلوب الحمل من أكبر الحمل يكون عندما
تتوف ال حيث األولى المرحلة
. إضافية فوهات ر
من إضافي بخار تمرير الجانبي أو اإللتفافي التحكم طريق عن يتم
خ
من األخيرة المراحل إلى صمام الل
منظم أو حاكم سيطرة تحت يكون ، اإللتفافي الصمام فتح بمجرد . التوربين قدرة زيادة إلى يؤدي مما التوربين
التوربين
Turbine governor
التو سرعة في للتحكم
قد فإنه الحاكم قبل من السيطرة تتم لم إذا ألنه . ربين
. التوربين سرعة زيادة إلى يؤدي مما األخيرة المراحل إلى بالتدفق البخار من لمزيد ُسمحي
توربينات في . أقل تزال ال الكفاءة ولكن التوربين من الناتجة القدرة من البخار من والثالث الثاني اإلمداد يزيد
الفعل رد
بالفوهات التحكم فإن ، التوربين ريش في المطلوب الضغط إنخفاض وبسبب ،
Nozzles control
governing
. اإللتفافي التحكم مع الخانق بالصمام التحكم طريقة إستخدام فيتم ، ممكن غير
المتغير
Parameter
الخنق بصمام التحكم
بالفوهة التحكم
خسائرالخنق
Throttling Losses
جدا عالية
Very high
(جزئية خنق خسائر ال
Partially
)
خسائر
الدخول
Admission Losses
قليلة
عالية
الحرارة هبوط
Heat drop
أقل
أكبر
مالئمة
Suitability
صغيرة توربينات
Small turbines
أكبر و متوسطة توربينات
Medium and larger turbines
اإلستخدام
Use
معا فعلية والرد الدفعية التوربينات
impulse and reaction
turbines both
فعلي الرد التوربين وكذلك الدفعي التوربين
Impulse turbine and also in
reaction turbine
28. 27
( الشكل
18
-
أ
اإللتفافي التحكم )
)التحويلي أو (الجانبي
البخاري التوربين في
By-pass governing of steam Turbine
( الشكل
18
-
ب
البخاري التوربين في اإللتفافي التحكم )
By-pass governing of steam Turbine
29. 28
ال
تحكم
ال
مركب
Combination governing
:
يتم المركب التحكم طريقة في
إ
ستخدام
أي
من
طريقتي
الت
حكم
المذكورة
أعاله
.
عامة بصورة
يتم
إ
ستخدام
التحكم
اإللتفافي
و
بالفوهة التحكم
في
نفس
الوقت
لتتناسب
مع
حمل
التوربين
.
الطارئة بالحاالت التحكم
Emergency governing
:
كذلك
يتم
تزويد
كل
التوربينات
البخارية
ب
أو منظمات
ح
وا
كم
الطوارئ
Emergency governors
التي
تدخل
حيز
التنفيذ
)بالعمل (
في
الحا
ا
ال
ت
التالية
:
1
-
عندما
تزداد
السرعة
الميكانيكية
Mechanical speed
للعمود
عن
(
111
٪
)
.
2
-
إ
أو ختالل
إ
التوربين موازنة في ضطراب
Balancing of the turbine is disturbed
.
1
-
فشل
نظام
التزييت
Failure of the lubrication system
.
8
-
ا
لفﺮ
اغ
Vacuum
في
ا
لﻤﻜﺜﻒ
Condenser
جدا قليل
أو
المجهزة التبريد سائل كمية كفاية عدم
إ
لى
ا
لﻤﻜﺜﻒ
.
البخارية التوربينات في المفاقيد أو الخسائر
Losses in steam turbines
مثالي حراري محرك ليس البخاري التوربين
Perfect heat engine
كفاءة تقليل إلى الطاقة خسائر تميل .
التوربين وإنتاج
Work output
هذ الكفاءة عدم يعزى أن يمكن .
ه
التالية األسباب إلى
:
1
-
المتبقية السرعة فقدان
Residual velocity loss
:
2
-
التحكم صمامات في خسائر
Losses in regulating valves
.
1
-
الفوهة في البخار إحتكاك بسبب خسارة
Loss due to steam friction in nozzle
.
8
-
التسرب بسبب خسارة
Loss due to leakage
.
1
-
الميكانيكي اإلحتكاك بسبب خسارة
Loss due to mechanical friction
.
8
-
البخار نداوة أو رطوبة بسبب خسارة
)البخار (جودة
Loss due to wetness of steam
.
7
-
اإلشعاع خسارة
Radiation loss
.
المتبقية السرعة فقدان
Residual velocity loss
:
معينة مطلقة سرعة له التوربين من األخيرة المرحلة من يخرج الذي البخار
Certain absolute velocity
فقدان تقليل يمكن . إهدارها يتم وبالتالي التوربين عمود إلى نقلها يمكن ال التي الحركية الطاقة من كمية تمثل
توربينات بواسطة المتبقية السرعة
( حوالي هي الخسارة هذه . المراحل متعددة
11
إلى
12
التوربينات في ) ٪
. الواحدة المرحلة ذات
اإل وجود
حتكاك
Friction
:
الحقيقية الحرارية الديناميكية األنظمة في
Real thermodynamic systems
الحقيقية الحرارية المحركات في أو
Real heat engines
للدورة الكلية الكفاءة عدم من جزء يعود ،
Overall
cycle inefficiency
اإل الخسائر إلى
المكونات من حتكاكية
Components
الفوهات (مثل الفردية
Nozzles
أو
ريش
)التوربينات
.
البخار تسرب
Steam Leakage
:
عزل يمكن ال
الجزء
الدوار
التوربين وغالف
Turbine rotor and the
casing
مثالي بشكل
.
فهناك
بعض
من
كمية
ت البخار
من تسرب
التوربين حجرة
دون
شغل إنجاز
مفيد
30. 29
اإل بسبب الخسارة
المحامل في الميكانيكي حتكاك
:
Loss due to mechanical friction in bearings
حيث
كل تثبيت يتم
محور
محملين على توربين
.
الصمامات تنظيم في الضغط فقدان
البخار وخطوط
:
Pressure losses in regulating valves and steam lines
( الرئيسية البخار خط عزل صمامات هناك
MSIVs
)
Main Steam line Isolation Valves
وصمامات ،
الخنق
-
التوقف
Throttle - stop valves
التحكم وصمامات
Control valves
البخار مولدات بين
Steam
generators
الرئيسي والتوربين
Main turbine
مثل .
إ
متناسبة الطفيفة الخسائر تكون ، األنابيب حتكاك
تقريب
ا
التدفق معدل مربع مع
Square of the flow rate
البخار خطوط في التدفق معدل يكون ما عادة .
مرتفع الرئيسية
جدا
.
أن من الرغم على
الخنق
Throttling
عملية هو
اإلنثالبي متساوية
Isenthalpic
process
فإن ،
إ
الحراري المحتوى نخفاض
Enthalpy drop
هذا ألن ، تقليله يتم التوربين في للعمل المتاح
نوعية في زيادة إلى يؤدي
جودة أو
المخرج بخار
Outlet steam quality
.
: توضيحية مالحظة
Isenthalpic process
أو
Isoenthalpic process
و اإلنثالبي متساوية عملية تعني
تتم عملية هي
الحراري المحتوى في تغيير أي دون
اإلنثالبي أو
(
H
)
Enthalpy
الحراري المحتوى أو
النوعي
Specific enthalpy
أي ،
العملية خالل الحفاظ يتم
المحي والوسط النظام بين حرارة تبادل عدم على
ب شبيهة تكون العملية . ط
) (اإلديباتية الكظومة العملية
Adiabatic process
.
البخار جودة انخفاض بسبب خسائر
Losses due to low quality of steam
:
البخار يكون
المستنزف
Exhausted steam
ضغط عند
دون
الضغط
الجوي
تماما
جزئي مكثفة حالة في ويكون ،
ا
تكون ما وعادة ،
جودة ذات
بنسبة
(
11
٪
تقريبا )
المحتوى يتسبب أن يمكن .
العالي
لقط
ي
الماء رات
Water droplets
في
حدوث
اإلصطدام
السريع
Rapid impingement
وتآكل
الريش
Erosion
ي الذي
يتم عندما حدث
تسليط
الماء
المكثف
Condensed water
بضغط
على
الريش
.
خسائر
اإل
شعاع
Radiation losses
:
تعمل قد
مستقرة حالة في البخارية التوربينات
Steady state
ب
مدخل ظروف
ضغط ( بخار
8
مي
ك
اباسكال
حرارة ودرجة
271.8
درجة
مئوية
C°
)
آلة ألنها .
ماكينة أو
حراريا معزولة تكون أن يجب ، وثقيلة كبيرة
Thermally insulated
فقدان أي لتجنب
ل
المناطق إلى لحرارة
بها المحيطة
.
32. 31
المراجع
References
1- Steam Turbines , Unit-4, by Ankit saxena . Asst. Professor .
2- Steam Turbines . Session delivered by: Prof. Q.H. Nagpurwala .
3- Wikipedia- the free encyclopedia ويكيبيديا
،
الموسوعة
الحرة
4- Dictionary of Engineering – Second Edition - McGraw-Hill
1
-
معجم
المصطلحات
العلمية
والفنية
والهندسية
-
أحمد
شفيق
الخطيب
-
2111