من الرياح والمياه إلى البخار والغاز، تلعب التوربينات دورا أساسياً في توليد الطاقة. تستغل توربينات الرياح طاقة الرياح، وتستخدم توربينات الطاقة الكهرومائية المياه، وتدير توربينات البخار محطات الطاقة، وتدور توربينات الغاز، مثل تلك الموجودة في محركات الطائرات، بفعل غازات الاحتراق.
ما هو التوربين؟
التوربين هو جهاز يحول الطاقة الحركية من مائع مثل سائل أو غاز متحرك ( الماء أو البخار أو الهواء أو غازات الاحتراق الناتجة عن المحركات) إلى طاقة ميكانيكية. حيث يصدم المائع شفرات التوربين، مما يتسبب في دورانها. ويتم توصيل التوربين بدوار أو عمود، والذي يدور مع دوران شفرات التوربين، وبعدها يمكن استخدام طاقة دورانه لتوليد الكهرباء باستخدام مولد أو لتشغيل الآلات مباشرة.
ما هو المحرك التوربيني؟
تشتهر المحركات التوربينية بكفاءتها العالية وموثوقيتها وقدرتها على توليد دفع كبير، مما يجعلها الأكثر استخداماً في الطيران وفي توليد الطاقة في بعض محطات الطاقة، وتُسمى غالباً المحركات النفاثة.
يقوم المحرك التوربيني أو النفاث بسحب الهواء من الخارج، ثم يقوم الضاغط بضغطه بواسطة سلسلة من الشفرات الدوارة والثابتة، ثم يتم خلطه مع الوقود وإشعاله في غرفة الاحتراق، مما ينتج عنه غازات عالية الحرارة والضغط، تمر الغازات عبر التوربين مما يتسبب بدورانه، ويتم توصيل التوربين بالضاغط لكي يقوم بضغط الهواء الداخل، ثم تخرج الغازات عالية السرعة المتبقية من المحرك من خلال فوهة العادم ما يخلق نفثة قوية من الدفع.
وفي هذه الحالة لا يتم استخدام التوربين عملياً لدفع الطائرة بل وظيفته هنا تشغيل ضاغط الهواء فقط، وهذا هو الحال في محركات الطائرات القديمة التي تسمى المحرك التوربيني النفاث وكذلك المحرك التوربيني المروحي المستخدم في معظم الطائرات التجارية الحديثة ويتميز بمروحة في مقدمته لتحسين الكفاءة وتقليل الضجيج، هذه المروحة تُدار أيضاً بالتوربين.
وبخلاف الطائرات الأكبر حجماً، تستخدم الطائرات الأصغر والمروحيات التوربين لتوليد الدفع والحركة، وتوظف نوعين رئيسيين من المحركات: توربينية مروحية دافعة (Turboprop) وعمودية (Turboshaft).
تستخدم المحركات التوربينية الدافعة، الشائعة في الطائرات الأصغر حجماً والقوارب، التوربين لتشغيل الدافع المروحي المتوضع غالباً في مقدمة الطائرة والذي يدور لتوليد قوة الدفع، ولا تعتمد على الغازات التي تخرج من العادم، وتتميز هذه المحركات بفعاليتها في السرعات والارتفاعات المنخفضة.
أما محركات العمود التوربيني (Turboshaft)، المستخدمة عادةً في المروحيات وبعض التطبيقات الصناعية، تستخدم الطاقة الميكانيكية للتوربين لتشغيل الدوارات أو الآلات الأخرى بشكل مباشر، وتتميز بقدرتها على توليد عزم دوران عالي.
تعمل المحركات التوربينية عن طريق حرق الوقود لإنتاج غازات عالية الضغط تعمل على تشغيل التوربين. في بعض التصميمات، مثل المحركات النفاثة، يكون الغرض الأساسي ليس تشغيل التوربين بل توليد الدفع بشكل مباشر. وفي التصميمات الأخرى، بما في ذلك محركات التوربينات الدافعة والعمودية ومحطات توليد الوقود يكون دوران التوربين هو الهدف الأساسي.
