دليل شامل عن كيفية عمل التوربين الغازي: العملية والتطبيقات

كيف يعمل التوربين الغازي

يعمل التوربين الغازي على مبدأ ضغط وحرق الهواء والغاز في حجرة الإحتراق واستخدام عادم النفاث لتوفير التفاعل اللازم لدفع المحرك إلى الأمام وتحريك المروحة وإنتاج الضغط من الهواء الداخل إليه لتشغيل المحرك بأقصى السرعات،¹ يتكون التوربين من ثلاثةِ عناصر رئيسية هي: الضاغظ والمحول التوربينيّ المتصلانِ بعمودٍ مشترك، والإحتراق الذي يحدث بين موسع التوربين والضاغط الذي يُستَخدم ثلثي الطاقة التي ينتجها التوربين لإطلاق الضاغط.²

التوربين

يعتمد التوربين الغازي أو محرك التوربين على الإحتراق داخليّ فيه ويشغّل عن طريق إضافة الغاز أو السوائل، ويطلق مصطلح التوربين بشكلٍ عامٍ على كل المحركات التي تحتوي على ضاغطٍ وغرفة إحتراقٍ وتوربين،³ أمَّا التوربين الغازي يستخدم بشكلٍ رئيسيٍ كمحركاتٍ للطائرات، ويستخدم في مجالات أخرى مثل التوربينات المائية أو الهيدرولوكية المستخدَمة لتشغيل المولدات الكهربائية في المحطات الكهرومائية، ومن أكثرهذه المحركات شيوعاً هي عجلة التوربين، والتوربينات فرانسيس، وتوربين كابلان، والتوربينات البخارية التي استخدمت في نهاية القرن التاسع عشر والتي كانت مصدراً رئيسياً لتشغيل مولدات الكهرباء الكبيرة التي كانت موجودة في معظم السفن الكبيرة.⁴

استخدامات التوربين

أهم الاستخدامات للتوربين الغازي هو في مجال الطيران؛ لأنه يعطي الدفع والعزم اللازم لإطلاق الطائرة النفاثة، ولكن توجد مجالات أخرى لاستخدام محركات التوربين، ومن هذه المجالات ما يلي:³

• الطاقة الكهربائية: ينافس التوربين الغازي المحركات الأخرى المستخدمة في مجال توليد الطاقة مثل التوربينات البخارية ومحركات الديزل الموجودة في محطات الطاقة المركزية الكبيرة والمصانع الصغيرة، وذلك لأنَّ كلفة تركيبها الأولية منخفضة، ولا تحتاج مكاناً كبيراً، ويمكن تركيبها على خط العمل خلال عدة دقائق فقط، مقارنة بالمحركات الأخرى التي تتطلب ساعات للتركيب، إلَّا أنَّ فعاليتها منخفضة مقارنةً بغيرها من المحركات.
• الاستخدامات الصناعية: تبلغ قوة التوربين ما بين الألف والخمسين ألف حصان؛ لذلك باتت تستخدم في الكثير من الصناعات مثل استخدامها لضخ الغاز الطبيعي عبر الأنابيب، وفي عمليات تكرير النفط، وتشغيل المضخات المختلفة.
• النقل البحري: يتميز التوربين الغازي على غيره من محركات البخار والديزل بخفة الوزن، وصغر الحجم؛ لهذا يتم استخدامها في محركات السفن البحرية الأمريكية.
• القطار: أدت عدة عوامل إلى عدم إستخدام التوربين العازي في مجال القطارات، ومن هذه العوامل تكلفة الغاز المرتفعة، وعدم كفائته عند التحميل الجزئي، وعدم كفائته أيضاً أثناء تباطئ القطار.
• السيارات: أثبت التجارب بأنَّ التوربين الغازي غير عملي، وغير إقتصاديّ بسبب تكاليف الصنع المرتفعة، وأدائها الضعيف، وكفائتها الحرارية القليلة، بالإضافة إلى أنَّ أدائها ضعيف أثناء وجود حملٍ في السيارة.