Gas turbine primer ... only for training from siemens

1. GAS TURBINE PRIMER Eng. Adnan Bahjat Jalil koprlo1@gmail.com2019
‫الغازي‬ ‫التوربين‬‫الم‬‫بسط‬
‫فقط‬ ‫للتدريب‬‫سيمنز‬ ‫من‬
GAS TURBINE PRIMER
SIEMENS
ONLY FOR TRAINING
‫إ‬‫عداد‬‫وترجمة‬
‫المهندس‬‫جليل‬ ‫بهجت‬ ‫عدنان‬

2. 2
‫المحتويات‬ ‫جدول‬Table of Content
‫الموضوع‬ ‫الصفحة‬
‫الغازي‬ ‫التوربين‬–‫تمهيد‬Gas Turbine primer
‫عامة‬ ‫فكرة‬General
‫التشغيل‬ ‫دورة‬ ‫في‬ ‫الرئيسية‬ ‫األجزاء‬Operating Cycle Main Parts
3
‫العمل‬ ‫مبدأ‬Function Principle 4
‫الهواء‬ ‫تدفق‬ ‫تسخين‬Heating of the Air Flow 5
‫الذاتية‬ ‫اإلستدامة‬ ‫سرعة‬Self-Sustaining Speed 6
‫مكون‬ ‫إدارة‬ ‫أو‬ ‫قيادة‬Driving an object 7
‫الرئيسية‬ ‫المكونات‬Main Components
‫الضاغط‬The Compressor
‫المحوري‬ ‫التدفق‬ ‫ضاغط‬ ‫تصميم‬Axial Flow Compressor Design
8
‫العمل‬ ‫مبدأ‬Function Principle
‫للضاغط‬ ‫المفاجىء‬ ‫والتغير‬ ‫التوقف‬Compressor Stall and Surging
‫الهواء‬ ‫تدفق‬ ‫في‬ ‫التحكم‬Airflow Control
9
‫اإلحتراق‬ ‫غرفة‬The Combustion Chamber
‫التصميم‬Design
10
‫العمل‬ ‫مبدأ‬Function Principle 11
‫التوربين‬The Turbine
‫المحوري‬ ‫التدفق‬ ‫توربين‬ ‫تصميم‬Axial Flow Turbine Design
12
‫العمل‬ ‫مبدأ‬Function Principle 31
‫الغازية‬ ‫التوربينات‬ ‫أشكال‬ ‫أو‬ ‫تكوينات‬Gas Turbine Configurations 41
‫(نموذج‬ ‫الدوران‬ ‫عمود‬ ‫أو‬ ‫المحور‬ ‫أحادي‬ ‫الغازي‬ ‫التوربين‬Single shaft gas turbine (SGT-800
‫(نماذج‬ ‫قدرة‬ ‫توربين‬ ‫مع‬ ‫المحور‬ ‫أحادي‬ ‫غاز‬ ‫مولد‬SGT600،SGT-700) 51
‫(نموذج‬ ‫قدرة‬ ‫توربين‬ ‫مع‬ ‫المحور‬ ‫ثنائي‬ ‫غاز‬ ‫مولد‬SGT-500)
‫الغازي‬ ‫التوربين‬ ‫أداء‬Gas Turbine Performance
‫الحرارية‬ ‫الديناميكية‬ ‫العوامل‬
61
‫المحيطة‬ ‫الظروف‬Ambient conditions
‫المحيط‬ ‫الهواء‬ ‫ضغط‬(Ambient Air Pressure ( P
( ‫المحيط‬ ‫الهواء‬ ‫حرارة‬ ‫درجة‬Ambient Air Temperature ( T
71
( ‫المحيط‬ ‫للهواء‬ ‫النسبية‬ ‫الرطوبة‬Ambient Air Relative Humidity ( RH
‫التشغيلية‬ ‫الظروف‬Operating Conditions
18-20
‫المراجع‬References 21

3. 3
‫الغازي‬ ‫التوربين‬–‫تمهيد‬Gas Turbine primer
‫الغرض‬‫من‬‫هذا‬‫الكتاب‬‫هو‬‫تعريف‬‫القارئ‬‫بالمبادئ‬‫العامة‬‫ل‬‫ل‬‫توربينات‬‫الغاز‬‫ية‬‫وكيف‬‫يتأثر‬‫أداء‬Performance
‫التوربينات‬‫الغازية‬‫بالظروف‬‫المحيطة‬Ambient conditions.
‫تم‬‫ٳ‬‫ستخدام‬‫ال‬‫توربينات‬‫الغاز‬‫ية‬‫سيمنز‬SiemensSGT-500‫و‬SGT-600‫و‬SGT-800‫كنماذج‬
‫للتوضيحات‬‫التفصيلية‬‫ل‬‫لتوربينات‬‫الغاز‬‫ية‬‫التجارية‬Commercial gas turbines.
‫فكرة‬‫عامة‬General
‫التوربين‬‫الغازي‬‫محرك‬‫حراري‬Heat engine،‫أي‬‫أنه‬‫محرك‬‫يحول‬‫الطاقة‬‫الحرارية‬Heat energy‫إلى‬
‫طاقة‬‫ميكانيكية‬Mechanical energy.‫عادة‬‫ما‬‫يتم‬‫إنتاج‬‫الطاقة‬‫الحرارية‬‫عن‬‫طريق‬‫حرق‬‫الوقود‬Fuel‫مع‬
‫أ‬‫و‬‫كسجين‬‫الهواء‬Oxygen of the air.‫هذه‬‫هي‬‫الطريقة‬‫التي‬‫يحول‬‫بها‬‫المحرك‬‫الطاقة‬‫الكيميائية‬
Chemical energy‫للوقود‬،‫أو‬‫ال‬‫إلى‬‫حرارية‬ ‫طاقة‬‫ثم‬‫ذلك‬ ‫بعد‬‫إلى‬‫طاقة‬‫ميكانيكية‬.‫ومع‬‫ذلك‬،‫في‬‫التوربينات‬
‫الغازية‬،‫وكذلك‬‫في‬‫األنواع‬‫األخرى‬‫من‬‫المحركات‬‫الحرارية‬،‫يمكن‬‫تحويل‬‫جزء‬‫فقط‬‫من‬‫الطاقة‬‫الحرارية‬
‫المنبعثة‬)‫(المتحررة‬‫إلى‬‫طاقة‬‫ميكانيكية‬.‫حيث‬‫سيتم‬‫ٳ‬‫نتقال‬‫الطاقة‬‫الحرارية‬‫المتبقية‬‫إلى‬‫الغالف‬‫الجوي‬
Atmosphere.
‫الشكل‬1:‫ال‬‫مبدأ‬‫العام‬‫ل‬‫لتوربين‬‫الغازي‬
‫تساوي‬‫كفاءة‬‫تحويل‬‫الطاقة‬Efficiency of the energy conversion‫جز‬‫ء‬‫ا‬‫من‬‫الطاقة‬‫الداخلة‬Input
energy‫الم‬‫ت‬‫حولة‬‫إلى‬‫طاقة‬‫مفيدة‬Useful Output energy.‫في‬‫التوربين‬‫الغازي‬‫يتم‬‫تحويل‬(25-45٪)
‫من‬‫الطاقة‬‫الداخلة‬‫إلى‬‫طاقة‬‫ميكانيكية‬.‫و‬‫سيتم‬‫ٳ‬( ‫نتقال‬55-75٪)‫المتبقية‬‫إلى‬‫الغالف‬‫الجوي‬‫في‬‫شكل‬‫حرارة‬
‫ضائعة‬(‫خسائر‬‫العادم‬)Waste heat (exhaust losses).‫الكفاءة‬‫بالتالي‬‫تساوي‬25-45٪.
Output energy
Efficiency = η = -------------------------
Input energy
‫يمكن‬‫ٳ‬‫سترداد‬‫جزء‬‫من‬‫ال‬‫حرارة‬‫الضائعة‬)‫(المفقودة‬،‫على‬‫سبيل‬‫المثال‬‫في‬‫مرجل‬‫ٳ‬‫سترداد‬‫الحرارة‬‫المفقودة‬
Waste heat recovery boiler،‫مما‬‫المقابل‬ ‫في‬ ‫يؤدي‬‫إلى‬‫زيادة‬‫الكفاءة‬.
‫التشغيل‬ ‫دورة‬ ‫في‬ ‫الرئيسية‬ ‫األجزاء‬Operating Cycle Main Parts
‫تعمل‬‫دورة‬‫عملية‬‫التوربين‬‫الغازي‬: ‫القاعدة‬ ‫حسب‬
‫اٳل‬‫نضغاط‬Compression-‫التسخين‬Heating-‫التمدد‬Expansion

4. 4
‫المائع‬‫ي‬ ‫الذي‬‫مر‬‫عبر‬‫العملية‬‫و‬ ‫الهواء‬ ‫هو‬‫غازات‬‫اٳل‬‫حتراق‬Combustion gases.‫يمكن‬‫لكل‬‫من‬‫الوقود‬
‫السائل‬Liquid fuel‫و‬‫ال‬‫وقود‬‫الغاز‬‫ي‬Gas fuel‫توليد‬‫غازات‬‫اٳل‬‫حتراق‬‫لهذه‬‫العملية‬.
‫في‬‫دورة‬‫التوربين‬‫الغازي‬‫المفتوحة‬Open Gas Turbine Cycle،‫يتم‬‫ٳ‬‫متصاص‬‫الهواء‬‫المحيط‬Ambient
air‫وضغطه‬‫في‬‫ضاغط‬Compressor،‫ثم‬‫تسخينه‬‫في‬‫غرفة‬‫اٳل‬‫حتراق‬Combustion chamber‫عن‬
‫طريق‬‫حقن‬‫وحرق‬‫الوقود‬‫ثم‬‫تمدده‬‫أخي‬‫ر‬‫ا‬‫عبر‬‫التوربين‬Turbine‫راجعا‬‫إلى‬‫الغالف‬‫الجوي‬.‫وسط‬‫التشغيل‬
Operating medium‫لدورة‬‫التوربين‬‫الغازي‬‫المفتوحة‬‫هو‬‫الهواء‬‫ومزيج‬‫من‬‫غازات‬‫الهواء‬‫واٳل‬‫حتراق‬.
‫في‬‫دورة‬‫ال‬‫توربين‬‫الغاز‬‫ي‬‫المغلقة‬Closed Gas Turbine Cycle،‫يمر‬‫الغاز‬)‫(المحصور‬Enclosed gas
،‫الذي‬‫ال‬‫يجب‬‫أن‬‫يكون‬‫الهواء‬،‫عبر‬‫نفس‬‫المراحل‬‫كما‬‫في‬‫الدورة‬‫المفتوحة‬.‫تتم‬‫عملية‬‫التسخين‬‫في‬‫غرفة‬
‫اٳل‬‫حتراق‬(‫ال‬‫مبادل‬‫الحراري‬Heat exchanger)‫قبل‬‫أن‬‫يتمدد‬‫الغاز‬‫عبر‬‫التوربين‬.‫بعد‬‫ذلك‬‫يجب‬‫تبريد‬
‫الغازات‬‫الساخنة‬‫قبل‬‫إعادتها‬‫إلى‬‫الضاغط‬.
‫الشكل‬2:‫دورة‬‫التوربين‬‫الغازي‬‫المغلقة‬‫الشكل‬3:‫دورة‬‫التوربين‬‫المفتوحة‬ ‫الغازي‬
C=، ‫الضاغط‬T=‫التوربين‬،CC=‫غرفة‬‫اٳل‬، ‫حتراق‬GC=‫مبرد‬‫الغاز‬.
‫في‬‫الواقع‬،‫تهيمن‬‫دورة‬‫توربينات‬‫الغاز‬‫المفتوحة‬‫بالكامل‬‫على‬‫السوق‬،‫وبالتالي‬‫ستكون‬‫خاضعة‬‫لمزيد‬‫من‬
‫الوصف‬‫في‬‫هذا‬‫المستند‬.
‫مبدأ‬‫العمل‬Function Principle
‫يتكون‬‫التوربين‬‫الغازي‬‫من‬‫األجزاء‬‫الثالثة‬‫الرئيسية‬:
-‫ال‬‫ضاغط‬
-‫غرفة‬‫اٳل‬‫حتراق‬
-‫التوربين‬

5. 5
‫يوضح‬‫النموذج‬‫البسيط‬‫التالي‬‫كيفية‬‫تحويل‬‫الطاقة‬‫الحرارية‬‫إلى‬‫طاقة‬‫ميكانيكية‬.‫األنبوب‬‫م‬‫جهز‬‫بمروحة‬Fan
‫في‬‫كل‬‫طرف‬)‫(نهاية‬.‫تسمى‬‫إحدى‬‫المروح‬‫تين‬‫الضاغط‬‫و‬‫تسمى‬ ‫األخرى‬‫التوربين‬.‫يتم‬‫توصيل‬‫مصدر‬‫طاقة‬
‫خارجي‬External power source‫مثل‬‫تشغيل‬ ‫أو‬ ‫حركة‬ ‫بادىء‬Starter‫إلى‬‫مروحة‬‫الضاغط‬‫عن‬‫طريق‬
‫ربط‬ ‫(وصلة‬ ‫قارنة‬Coupling).
‫الشكل‬4:‫نموذج‬‫مبسط‬‫لتوربين‬‫غازي‬
‫في‬‫البداية‬،‫ي‬‫تم‬‫أو‬ ‫وضع‬‫ضبط‬‫الضاغط‬‫في‬‫حالة‬‫الدوران‬‫من‬‫قبل‬‫الحركة‬ ‫بادىء‬.‫عند‬‫الدوران‬،‫يقوم‬‫الضاغط‬
‫ب‬‫إحداث‬‫تدفق‬‫هواء‬Air-flow‫عبر‬‫األنبوب‬،‫مما‬‫يفرض‬‫على‬‫التوربين‬‫الدوران‬ ‫فعل‬‫وإ‬‫خ‬‫توليد‬ ‫أو‬ ‫راج‬‫ناتج‬
‫ميكانيكي‬Mechanical output.‫تؤثر‬‫كمية‬‫الطاقة‬‫المجهزة‬‫على‬‫سرعة‬‫الضاغط‬‫وسرعة‬‫تدفق‬‫الهواء‬
Airflow velocity‫والضغط‬‫وسرعة‬‫التوربين‬.‫إذا‬‫تم‬‫الحفاظ‬‫على‬‫العملية‬‫دون‬‫خسائر‬Losses(‫وهو‬‫أمر‬
‫مستحيل‬‫في‬‫الواقع‬،‫لكن‬‫تم‬‫قبوله‬‫مؤق‬‫تا‬‫لتبسيط‬‫الفهم‬)،‫فإن‬‫التوربين‬ ‫من‬ ‫المنتجة‬ ‫الطاقة‬‫ت‬‫ساوي‬‫الطاقة‬‫التي‬
‫يستهلكها‬‫الحركة‬ ‫بادىء‬‫الذي‬‫يد‬‫ير‬‫الضاغط‬.
‫الهواء‬ ‫تدفق‬ ‫تسخين‬Heating of the Air Flow
‫الحرارة‬ ‫درجة‬ ‫من‬ ‫يزيد‬ ‫الهواء‬ ‫تسخين‬Temperature‫إلى‬ ‫ويؤدي‬‫التمدد‬Expansion.‫و‬‫الهواء‬ ‫ضغط‬ ‫ألن‬
Air pressure‫ي‬ ‫األنبوب‬ ‫داخل‬‫ضغط‬ ‫زيادة‬ ‫إلى‬ ‫تؤدي‬ ‫ال‬ ‫الهواء‬ ‫حرارة‬ ‫درجة‬ ‫زيادة‬ ‫فإن‬ ، ‫الضاغط‬ ‫عن‬ ‫نتج‬
‫الهواء‬‫بدال‬ .‫الهواء‬ ‫حجم‬ ‫يتسبب‬ ، ‫ذلك‬ ‫من‬Air volume‫المتمدد‬‫التوربين‬ ‫عبر‬ ‫الهواء‬ ‫سرعة‬ ‫زيادة‬ ‫في‬‫يتم‬ .
‫إنتقال‬‫كمية‬‫التوربين‬ ‫إلى‬ ‫المتحرك‬ ‫الهواء‬ ‫من‬ ‫الطاقة‬ ‫من‬ ‫كبيرة‬‫والتي‬ ،‫تولد‬‫ميكانيك‬ ‫ناتج‬‫ي‬‫كبي‬‫ر‬‫الحفاظ‬ ‫تم‬ ‫إذا‬ .
‫الميكانيكية‬ ‫الطاقة‬ ‫فإن‬ ، ‫خسائر‬ ‫دون‬ ‫العملية‬ ‫على‬‫التوربين‬ ‫من‬ ‫المنتجة‬‫ت‬‫الميكانيكية‬ ‫الطاقة‬ ‫مجموع‬ ‫ساوي‬‫المجهزة‬
‫الحرارية‬ ‫والطاقة‬ ‫الضاغط‬ ‫إلى‬‫المجهزة‬‫الهواء‬ ‫تدفق‬ ‫إلى‬.

6. 6
‫الشكل‬5‫الغازي‬ ‫التوربين‬ ‫خالل‬ ‫الهواء‬ ‫سرعة‬ ‫زيادة‬ ‫إلى‬ ‫الهواء‬ ‫تدفق‬ ‫تسخين‬ ‫يؤدي‬ :‫و‬‫ال‬‫ذي‬‫ي‬‫ميكانيك‬ ‫ناتج‬ ‫عطي‬‫ي‬‫كبي‬‫ر‬
‫اإل‬ ‫سرعة‬‫الذاتية‬ ‫ستدامة‬Self-Sustaining Speed
‫في‬ ‫الزيادة‬ ‫ستؤدي‬‫تزويد‬ ‫أو‬ ‫تجهيز‬‫إنتاج‬ ‫إلى‬ ‫الحرارية‬ ‫الطاقة‬‫طاقة‬‫ميكانيكي‬‫التوربين‬ ‫من‬ ‫ة‬‫كاف‬‫ية‬‫لقيادة‬‫تدوير‬ ‫أو‬
‫الضاغط‬‫عمود‬ ‫على‬ ‫والتوربين‬ ‫الضاغط‬ ‫تركيب‬ ‫تم‬ ‫إذا‬ .‫محور‬ ‫أو‬‫مشترك‬Common shaft‫فصل‬ ‫فيمكن‬ ،
‫الحركة‬ ‫بادىء‬‫اإل‬ ‫حالة‬ ‫إلى‬ ‫الوصول‬ ‫عند‬‫الذاتي‬ ‫كتفاء‬Self-sustaining‫مطلو‬ ‫كان‬ ‫حيث‬‫با‬‫هواء‬ ‫تدفق‬ ‫إلنشاء‬ ‫فقط‬
‫األنبوب‬ ‫عبر‬ ‫أولي‬‫الهواء‬ ‫تدفق‬ ‫يفرض‬ .‫على‬‫اإل‬ ‫العملية‬‫ستمرار‬‫زخمها‬ ‫بحكم‬‫الحركة‬ ‫(كمية‬Momentum).
‫إلى‬ ‫فقط‬ ‫يؤدي‬ ‫أن‬ ‫يمكن‬ ‫كان‬ ‫األنبوب‬ ‫داخل‬ ‫الثابت‬ ‫الهواء‬ ‫تسخين‬ ‫إن‬‫تمدد‬‫الضاغط‬ ‫عبر‬ ‫للخلف‬ ‫الهواء‬‫إضافة‬
‫التوربين‬ ‫عبر‬ ‫لألمام‬.
‫الشكل‬6‫زيادة‬ :‫تجهيز‬‫التوربين‬ ‫أن‬ ‫تعني‬ ‫الحرارية‬ ‫الطاقة‬‫ينتج‬‫طاقة‬‫ل‬ ‫كافية‬ ‫ميكانيكية‬‫تدوير‬‫اإل‬ ‫حالة‬ ‫إلى‬ ‫والوصول‬ ‫الضاغط‬‫كتفاء‬
‫الذاتي‬.
‫اإل‬ ‫حالة‬ ‫إلى‬ ‫الوصول‬ ‫عند‬، ‫الذاتي‬ ‫كتفاء‬‫ت‬‫كون‬‫الطاقة‬‫الميكانيكي‬‫ة‬‫الم‬‫ستخ‬‫لصة‬‫التوربين‬ ‫من‬‫كافي‬‫ة‬‫تماما‬‫لتدوير‬
‫الضاغط‬.‫ال‬ ‫إن‬‫كمية‬‫الكلية‬‫ل‬‫لطاقة‬‫التسخين‬ ‫طريق‬ ‫عن‬ ‫المجهزة‬‫مهد‬ ‫طاقة‬ ‫هي‬‫و‬‫رة‬)‫(ضائعة‬Waste energy.
‫هذه‬ ‫الواقع‬ ‫في‬‫العادم‬ ‫عن‬ ‫ناتجة‬ ‫الخسائر‬Exhaust‫واإل‬‫ضطرابات‬‫الدوامية‬Turbulence‫واإلشعاع‬

7. 7
Radiation‫العادم‬ ‫غاز‬ ‫حرارة‬ ‫درجة‬ ‫أن‬ ‫الحرارية‬ ‫الديناميكية‬ ‫األسباب‬ ‫توضح‬ .Exhaust gas‫تكون‬ ‫أن‬ ‫يجب‬
‫من‬ ‫أعلى‬‫حرارة‬ ‫درجة‬‫الداخل‬ ‫الهواء‬Inlet air،(‫أي‬‫بمعنى‬‫حدوث‬‫خسائر‬).‫و‬‫العادم‬ ‫غاز‬ ‫يترك‬ ‫أن‬ ‫يجب‬
، ‫معينة‬ ‫بسرعة‬ ‫التوربين‬‫وهذا‬‫أي‬ ‫خسائر‬ ‫يسبب‬ ‫مما‬‫ض‬‫ا‬.
‫إدارة‬ ‫أو‬ ‫قيادة‬‫مكون‬Driving an object
‫زيادة‬ ‫يجب‬ ، ‫التوربين‬ ‫من‬ ‫مفيد‬ ‫ميكانيكي‬ ‫ناتج‬ ‫على‬ ‫للحصول‬‫تجهيز‬‫الحرارة‬‫أكثر‬‫لتسريع‬‫المحرك‬Engine
‫سرعة‬ ‫فوق‬‫اإلستدامة‬‫الذاتي‬‫ة‬.
‫الشكل‬7:‫أكثر‬ ‫الحرارة‬ ‫تجهيز‬ ‫زيادة‬ ‫يجب‬ ، ‫التوربين‬ ‫من‬ ‫مفيد‬ ‫ميكانيكي‬ ‫ناتج‬ ‫على‬ ‫للحصول‬
( ‫الغازي‬ ‫التوربين‬ ‫عملية‬ ‫لجعل‬‫أي‬‫فعالة‬ )‫ميكانيكية‬ ‫طاقة‬ ‫إلى‬ ‫الحرارية‬ ‫الطاقة‬ ‫تحويل‬‫وكفؤة‬‫يجب‬ ، ‫اإلمكان‬ ‫قدر‬
‫تعقي‬ ‫أكثر‬ ‫التصميم‬ ‫يكون‬ ‫أن‬‫دا‬‫البسيط‬ ‫النموذج‬ ‫في‬ ‫موصوف‬ ‫هو‬ ‫مما‬‫فإن‬ ، ‫ذلك‬ ‫ومع‬ .‫للغالف‬ ‫الرئيسية‬ ‫الميزة‬
‫االسطواني‬Cylindrical casing‫اإل‬ ‫وغرفة‬ ‫الضاغط‬ ‫على‬ ‫يحتوي‬ ‫الذي‬‫مما‬ ، ‫قائمة‬ ‫تزال‬ ‫ال‬ ‫والتوربين‬ ‫حتراق‬
‫ي‬‫الهواء‬ ‫تدفق‬ ‫في‬ ‫تسبب‬‫الغاز‬Air/gas flow‫المحرك‬ ‫عبر‬ ‫مباشرة‬.
‫الشكل‬8‫التوربين‬ ‫هيكل‬ :‫النموذجي‬ ‫الغازي‬SGT-600))

8. 8
‫الرئيسية‬ ‫المكونات‬Main Components
‫الضاغط‬The Compressor
‫بغرض‬ ‫للغاية‬ ‫متطور‬ ‫بتصميم‬ ‫الضاغط‬ ‫يتميز‬‫الكبس‬‫المرغوب‬ ‫الضغط‬ ‫إلى‬ ‫الهواء‬ ‫تدفق‬ ‫على‬ ‫المستمر‬‫يوجد‬ .
‫تدفق‬ ‫يعطي‬ ‫أحدهما‬ ، ‫الضواغط‬ ‫من‬ ‫أساسيان‬ ‫نوعان‬‫ا‬‫شعاعي‬‫ا‬Radial flow‫تدف‬ ‫واآلخر‬‫قا‬‫محور‬‫يا‬Axial
flow‫المحوري‬ ‫التدفق‬ ‫ضاغط‬ ‫تصميم‬ ‫يمكن‬ .Axial flow compressor‫إل‬ ‫بسهولة‬‫حداث‬‫نسب‬‫إنضغاط‬
‫عالية‬‫شائع‬ ‫فهو‬ ‫وبالتالي‬ ‫كفاءة‬ ‫أكثر‬ ‫وهو‬ ،‫اإلستخدام‬‫األداء‬ ‫عالية‬ ‫الوحدات‬ ‫في‬High performance units
‫الغازية‬ ‫التوربينات‬ ‫تطبيقات‬ ‫في‬ ‫عادة‬ ‫يستخدم‬ ‫وبالتالي‬‫هذا‬ ‫يصف‬ .‫الكتاب‬‫المحوري‬ ‫التدفق‬ ‫ضاغط‬ ‫فقط‬.
‫التدفق‬ ‫ضاغط‬ ‫تصميم‬‫المحوري‬Axial Flow Compressor Design
‫من‬ ‫المحوري‬ ‫التدفق‬ ‫ضاغط‬ ‫يتكون‬‫جزئين‬‫من‬ ‫أكثر‬ ‫أو‬ ‫واحد‬ ، ‫رئيسين‬‫األ‬‫الدوار‬ ‫قراص‬‫ة‬Rotor discs‫التي‬
‫تحمل‬‫ريش‬Blades‫شكل‬ ‫على‬‫إنسياب‬ ‫(سطح‬ ‫جناح‬ ‫مقطع‬‫ي‬‫هوائي‬Airfoil)‫أكثر‬ ‫أو‬ ‫واحدة‬ ‫ومرحلة‬‫م‬‫الريش‬ ‫ن‬
‫الثابتة‬Stator vanes‫داخل‬ ‫مثبتة‬‫التوربين‬ ‫غالف‬Turbine casing‫مر‬ ‫كل‬ ‫بين‬ ‫واحدة‬ ‫مرحلة‬ ،‫حل‬‫تين‬‫دوار‬‫ة‬.
‫ا‬ ‫تثبيت‬ ‫يتم‬‫الدوار‬ ‫لمحور‬Rotor‫محامل‬ ‫على‬Bearings‫مثبتة‬‫إلى‬‫الغالف‬.
‫مرحلة‬ ‫كل‬ ‫في‬ ‫الضغط‬ ‫زيادة‬ ‫ألن‬ ‫المراحل‬ ‫متعددة‬ ‫وحدة‬ ‫هو‬ ‫الضاغط‬‫قليلة‬‫نسبي‬‫ا‬‫ا‬ ‫(نسبة‬‫إلنضغاط‬Pressure
ratio‫من‬(1.30 - 1.15)‫به‬ ‫قرص‬ ‫من‬ ‫الضاغط‬ ‫مرحلة‬ ‫تتكون‬ .‫ريش‬‫دوارة‬)‫(متحركة‬Rotating blades
‫حامل‬ ‫يتبعه‬Carrier‫مع‬‫ريش‬‫ثابتة‬Stator vanes‫تصميم‬ ‫يمكن‬ .‫للضاغط‬ ‫الثابتة‬ ‫الريش‬‫مفردة‬ ‫كريش‬‫أو‬
‫كقطاعات‬‫دائرية‬Segments‫عدة‬ ‫بها‬‫ريش‬‫واحدة‬ ‫وحدة‬ ‫في‬‫عاد‬ .‫ة‬‫يتم‬ ‫ما‬‫إ‬‫صف‬ ‫ستخدام‬Row‫من‬ ‫إضافي‬
‫الثابتة‬ ‫الريش‬‫ب‬ ‫والمعروفة‬ ،‫أ‬‫سم‬‫ريش‬‫توجيه‬‫المدخل‬Inlet guide vanes‫من‬ ‫األول‬ ‫الصف‬ ‫إلى‬ ‫الهواء‬ ‫لتوجيه‬ ،
‫ال‬‫الدوار‬ ‫ريش‬‫ة‬.
، ‫للضاغط‬ ‫العالي‬ ‫الضغط‬ ‫نهاية‬ ‫إلى‬ ‫المنخفض‬ ‫الضغط‬ ‫نهاية‬ ‫من‬‫هنالك‬‫نقصان‬‫في‬ ‫تدريجي‬‫الحلقية‬ ‫المساحة‬
Annular area‫الهواء‬ ‫يتدفق‬ ‫حيث‬،‫و‬‫ي‬‫ذلك‬ ‫عد‬‫ضرور‬‫يا‬‫ثابتة‬ ‫محورية‬ ‫سرعة‬ ‫على‬ ‫للمحافظة‬Constant axial
velocity‫حيث‬ ‫للهواء‬‫يقل‬‫الحجم‬Volume‫أثناء‬‫اإلنضغاط‬.
‫الهواء‬ ‫تسرب‬ ‫لمنع‬Air leakage‫توجد‬‫تسرب‬ ‫موانع‬Seals‫طرفي‬ ‫عند‬ ‫وكذلك‬ ‫الضاغط‬ ‫مراحل‬ ‫بين‬‫مد‬‫خل‬
‫الضاغط‬ ‫ومخرج‬.
‫الشكل‬9‫التدفق‬ ‫ضاغط‬ :
‫المحوري‬

9. 9
‫مبدأ‬‫العمل‬Function Principle
‫يتم‬ ، ‫التشغيل‬ ‫أثناء‬‫دوران‬‫التوربين‬ ‫بواسطة‬ ‫عالية‬ ‫بسرعة‬ ‫الضاغط‬.
‫يتم‬‫ٳ‬‫مستمر‬ ‫بشكل‬ ‫الهواء‬ ‫متصاص‬‫ٳ‬‫داخل‬ ‫لى‬‫بواسطة‬ ‫تسريعه‬ ‫يتم‬ ‫حيث‬ ‫الضاغط‬‫الريش‬‫و‬ ‫الدوارة‬‫للخلف‬ ‫المرتدة‬.
‫الالحقة‬ ‫الممرات‬ ‫في‬‫للريشة‬‫الثابت‬‫ة‬،‫تكون‬ ‫والتي‬‫ناشرات‬ ‫شكل‬ ‫على‬Diffusers‫الهواء‬ ‫سرعة‬ ‫تقليل‬ ‫يتم‬ ،
‫الهواء‬ ‫ضغط‬ ‫زيادة‬ ‫وبالتالي‬.‫و‬‫ممرات‬ ‫في‬ ‫مماثلة‬ ‫عملية‬ ‫تحدث‬‫الريشة‬‫الدوار‬‫ة‬.
‫تقوم‬‫الريش‬‫الثابت‬‫ة‬‫اٳل‬ ‫بتصحيح‬‫نحراف‬Deflection‫الذي‬‫تسببه‬‫الريش‬‫الدوار‬‫ة‬‫بزاوية‬ ‫الهواء‬ ‫وتقديم‬ ‫للهواء‬
‫من‬ ‫التالية‬ ‫المرحلة‬ ‫إلى‬ ‫صحيحة‬‫ال‬‫الدوار‬ ‫ريش‬‫ة‬‫عاد‬ .‫ة‬‫صف‬ ‫يعمل‬ ‫ما‬‫ال‬‫الثابت‬ ‫ريشة‬‫األخير‬ ‫ة‬‫ك‬‫ٳل‬ ‫قوم‬‫م‬‫نسياب‬‫الهواء‬
Air straightener‫ناشر‬ ‫إلى‬ ‫الهواء‬ ‫يدخل‬ ‫بحيث‬‫ة‬‫المخرج‬‫اٳل‬ )‫(غرف‬ ‫وغرفة‬‫محورية‬ ‫بسرعة‬ ‫حتراق‬‫منتظمة‬
Uniform axial velocity( ‫ما‬ ‫حد‬ ‫إلى‬‫أي‬‫دوران‬ ‫يوجد‬ ‫ال‬Rotation‫محور‬ ‫حول‬‫العمود‬)‫الدوار‬.
‫و‬ ‫التوقف‬‫للضاغط‬ ‫المفاجىء‬ ‫التغير‬Compressor Stall and Surging
‫تصميم‬ ‫تم‬‫اٳل‬ ‫السطوح‬ ‫مقاطع‬‫نسيابية‬‫وزوايا‬ ،‫الريشة‬‫وتقليص‬ ،‫ال‬‫الحلقي‬ ‫مساحة‬‫ة‬‫ل‬‫غرض‬‫عند‬ ‫أداء‬ ‫أفضل‬ ‫توفير‬
‫الكامل‬ ‫التحميل‬Full load‫الكاملة‬ ‫(السرعة‬Full speed‫الهواء‬ ‫تدفق‬ ‫بين‬ ‫معينة‬ ‫عالقة‬ ‫على‬ ‫للحصول‬ ‫أي‬ ، )
‫وسرعة‬‫الريشة‬Blade velocity‫ونسبة‬‫ٳ‬‫نضغاط‬Compression ratio‫معينة‬‫الهواء‬ ‫تدفق‬ ‫سرعة‬ ‫كانت‬ ‫إذا‬ .
‫لسرعة‬ ‫بالنسبة‬ ‫للغاية‬ ‫منخفضة‬‫الريشة‬‫كان‬ ‫إذا‬ ‫تحدث‬ ‫والتي‬ ،‫محو‬‫كان‬ ‫إذا‬ ‫أو‬ ‫كبيرة‬ ‫بسرعة‬ ‫يتسارع‬ ‫الضاغط‬ ‫ر‬
‫مرشحة‬‫سحب‬‫دخول‬ ‫أو‬‫الهواء‬Air intake filter‫مسدو‬‫د‬‫عن‬ ‫الهواء‬ ‫تدفق‬ ‫ينفصل‬ ‫فسوف‬ ، ‫ا‬‫الريش‬،‫عرف‬‫وت‬
‫باسم‬ ‫الظاهرة‬ ‫هذه‬‫المفاجىء‬ ‫التوقف‬)‫السرعة‬ ‫(فقدان‬Stall(‫فقط‬‫بب‬ ‫األمر‬ ‫يتعلق‬ ‫عندما‬‫عض‬‫ال‬‫و‬ )‫مراحل‬‫بالتغير‬
‫المفاجىء‬‫اإلضطراب‬ ‫أو‬Surging‫(عند‬‫إ‬)‫الضاغط‬ ‫عبر‬ ‫الكامل‬ ‫الهواء‬ ‫تدفق‬ ‫نهيار‬.‫وهي‬‫ظاهرة‬‫مشكلة‬ ‫تمثل‬
‫ألن‬ ‫خطيرة‬‫الريش‬‫إلى‬ ‫تؤدي‬ ‫متذبذبة‬ ‫لقوى‬ ‫تتعرض‬‫إجهادات‬Stresses‫فيها‬ ‫مرغوب‬ ‫غير‬.‫ي‬‫الضاغط‬ ‫تصميم‬ ‫تم‬
‫حد‬ ‫دون‬ ‫يعمل‬ ‫بحيث‬‫المفاجىء‬ ‫التغير‬)‫المفاجئة‬ ‫(الزيادة‬Surge limit‫كانت‬ ‫إذا‬ ‫ولكن‬ ،‫السطوح‬ ‫مقاطع‬
‫للريش‬ ‫اإلنسيابية‬‫قد‬‫ت‬‫أ‬‫لفت‬‫بسبب‬‫بشكل‬ ‫مترسبة‬ ‫أوساخ‬‫مفرط‬،‫عندئذ‬‫يتم‬‫نزول‬‫حد‬‫المفاجىء‬ ‫التغير‬‫وبالتالي‬‫يمكن‬
‫حدوث‬‫و‬ ‫التوقف‬‫التغير‬‫المفاجىء‬‫العادية‬ ‫التشغيل‬ ‫ظروف‬ ‫في‬ ‫حتى‬، ‫وبالتالي‬ .‫الضروري‬ ‫من‬ ‫فإنه‬‫تنظيف‬
‫ال‬‫ضاغط‬‫بإنتظام‬.
‫الهواء‬ ‫تدفق‬ ‫في‬ ‫التحكم‬Airflow Control
‫نسبة‬ ‫الضاغط‬ ‫يوفر‬ ، ‫وإيقافه‬ ‫التشغيل‬ ‫بدء‬ ‫أثناء‬ ‫أي‬ ، ‫المنخفضة‬ ‫الضاغط‬ ‫سرعات‬ ‫عند‬‫إ‬‫و‬ ‫منخفضة‬ ‫نضغاط‬‫ي‬‫حتاج‬
‫القنوات‬ ‫بين‬ ‫التقارب‬ ‫من‬ ‫أقل‬ ‫درجة‬ ‫إلى‬‫الممرات‬ ‫أو‬‫الحلق‬‫ية‬Annular duct‫السرعات‬ ‫في‬ ‫أنه‬ ‫يعني‬ ‫هذا‬ .
‫التوقف‬ ‫إلى‬ ‫الضاغط‬ ‫من‬ ‫األمامية‬ ‫المراحل‬ ‫تميل‬ ، ‫المنخفضة‬Stalled‫اإل‬ ‫إلى‬ ‫تميل‬ ‫الخلفية‬ ‫المراحل‬ ‫وأن‬‫ختناق‬
Choked‫ونسبة‬ ‫المراحل‬ ‫عدد‬ ‫مع‬ ‫المشكلة‬ ‫هذه‬ ‫تزداد‬ .‫اإلنضغاط‬‫ب‬ ‫إدارتها‬ ‫يمكن‬ ‫ولكن‬ ،‫إ‬‫النزف‬ ‫صمامات‬ ‫ستخدام‬
Bleed-off valves‫و‬‫أو‬‫ريش‬‫المتغيرة‬ ‫التوجيه‬Variable guide vanes،‫و‬‫يتم‬‫إ‬‫الوسيلتين‬ ‫كال‬ ‫ستخدام‬
‫الحاجة‬ ‫عند‬.‫بشكل‬‫مبسط‬‫تقطع‬ ،‫النزف‬ ‫صمامات‬‫جز‬‫ء‬‫األمامية‬ ‫المراحل‬ ‫من‬ ‫ا‬Front stages‫نزف‬ ‫طريق‬ ‫عن‬
‫المتوسطة‬ ‫المرحلة‬ ‫من‬ ‫الهواء‬Intermediate stage،‫و‬‫تعمل‬‫ريش‬‫إلى‬ ‫الهواء‬ ‫تدفق‬ ‫تقليل‬ ‫على‬ ‫المتغيرة‬ ‫التوجيه‬
‫الخلفية‬ ‫المراحل‬Rear stages‫خالل‬ ‫من‬‫خنق‬Throttling( ‫األولى‬ ‫المرحلة‬‫أو‬‫المر‬‫ا‬‫حل‬)‫األولى‬.
‫يسمح‬‫ال‬‫ضاغط‬‫مزدوج‬‫المحور‬Twin-spool compressor‫بواسطة‬ ‫تشغيلهما‬ ‫يتم‬ ‫الضاغطين‬ ‫من‬ ‫(كل‬
‫سعة‬ ‫بين‬ ‫بالعالقة‬ )‫به‬ ‫الخاص‬ ‫التوربين‬Capacity‫الضاغطين‬ )‫(سرعة‬‫بالت‬‫بديل‬)‫(التغيير‬‫إلى‬ ‫الحاجة‬ ‫دون‬‫ريش‬
‫ال‬‫توجيه‬‫ال‬‫صمامات‬ ‫أو‬ ‫متغيرة‬‫النزف‬.

10. 10
‫اإل‬ ‫غرفة‬‫حتراق‬The Combustion Chamber
‫الوقود‬ ‫حقن‬ ‫يتم‬Fuel‫اٳل‬ ‫غرفة‬ ‫في‬ ‫مستمر‬ ‫بشكل‬‫خالل‬ ‫من‬ ‫حتراق‬‫المشاعل‬Burners‫اٳل‬ ‫ويتم‬‫ب‬ ‫حتراق‬‫ٳ‬‫ستخدام‬
‫األ‬‫و‬‫كسجين‬Oxygen‫الضاغط‬ ‫يوفره‬ ‫الذي‬ ‫الهواء‬ ‫في‬‫ويتم‬ ‫الحرارة‬ ‫إطالق‬ ‫يتم‬ .‫تمدد‬‫تيار‬ ‫لتوفير‬ ‫وتسريعه‬ ‫الغاز‬
‫تدفق‬ ‫أو‬‫سلس‬‫الغاز‬ ‫من‬‫الساخن‬‫بشكل‬‫ومنتظم‬ ‫متجانس‬‫التوربين‬ ‫إلى‬‫كل‬ ‫في‬‫ال‬‫التشغيل‬ ‫ظروف‬‫ية‬Operating
conditions‫اٳل‬ ‫يتم‬ ‫أن‬ ‫يجب‬ .‫الضغط‬ ‫في‬ ‫الخسارة‬ ‫من‬ ‫األدنى‬ ‫الحد‬ ‫مع‬ ‫حتراق‬‫و‬‫إطالق‬ ‫من‬ ‫قدر‬ ‫أقصى‬ ‫مع‬
)‫(تحرير‬‫المتاحة‬ ‫المحدودة‬ ‫المادية‬ ‫المساحة‬ ‫داخل‬ ‫الحرارة‬‫اٳل‬ .‫الفعال‬ ‫حتراق‬Efficient combustion
‫عالية‬ ‫حرارية‬ ‫كفاءة‬ ‫على‬ ‫للحصول‬ ‫ضروري‬Thermal efficiency‫وتقليل‬‫ٳ‬‫نبعاثات‬Emissions‫غازات‬
‫أول‬‫أ‬‫و‬‫كسيد‬‫الكربون‬(CO(arbon monoxideC‫و‬‫ثاني‬‫أ‬‫و‬‫كسيد‬‫الكربون‬)2CO(Carbon dioxide‫و‬
‫أ‬‫و‬‫كسيد‬‫النتروجين‬Nitrous oxide (NOx)‫العادم‬ ‫غاز‬ ‫في‬Exhaust gas.
‫التصميم‬Design
‫اٳل‬ ‫غرفة‬ ‫تصميم‬ ‫يمكن‬‫مختلفة‬ ‫طرق‬ ‫بعدة‬ ‫حتراق‬‫الحلقي‬ ‫النوع‬ ‫إلى‬ ‫التالي‬ ‫الوصف‬ ‫يشير‬ .Annular type.
‫من‬ ‫عدد‬ ‫تثبيت‬ ‫يتم‬‫المشاعل‬‫في‬‫الطرف‬‫األمامية‬ ‫اللوحة‬ ‫باسم‬ ‫والمعروفة‬ ، ‫األمامي‬Front panel‫للغالف‬
‫الحلقي‬Annular casing.‫وكل‬ ، ‫األمامية‬ ‫باللوحة‬ ‫الضاغط‬ ‫مخرج‬ ‫توصيل‬ ‫يتم‬‫مشعل‬‫ناشر‬ ‫عبر‬‫ة‬Diffuser.
‫البطانات‬ ‫توصيل‬ ‫يتم‬ ‫ثم‬Liners‫من‬ ‫الخلفي‬ ‫الطرف‬ ‫في‬ ‫الموجودة‬‫الحارقة‬Combustor‫التوربين‬ ‫بمدخل‬.
‫اإل‬ ‫بدء‬ ‫يتم‬ ، ‫البدء‬ ‫أثناء‬‫من‬ ‫أكثر‬ ‫أو‬ ‫واحد‬ ‫بواسطة‬ ‫حتراق‬‫القدح‬ ‫شمعات‬‫الكهربائي‬Electrical spark plugs‫أو‬
‫ش‬‫علة‬( ‫مشعل‬‫مشاعل‬)Torch igniter‫مثبتة‬‫اٳل‬ ‫بغرفة‬‫حتراق‬‫اللهب‬ ‫ينتشر‬ ‫ثم‬ .Flame‫إلى‬‫المشاعل‬‫األخرى‬.
‫الشكل‬10:‫غرفة‬‫اٳل‬‫حتراق‬‫الحلقي‬Annular combustion chamber

11. 11
‫مبدأ‬‫العمل‬Function Principle
‫يترك‬‫الهواء‬‫مخرج‬‫الضاغط‬‫بسرعة‬(100‫متر‬‫في‬‫الثانية‬Meter per second)،‫لكن‬‫سرعة‬‫الوقود‬‫المحترق‬
Burning fuel‫عند‬‫نسب‬‫الخليط‬‫العادية‬‫ليست‬‫سوى‬‫بضعة‬‫أمتار‬‫في‬‫الثانية‬.‫وبالتالي‬،‫حتى‬‫ال‬‫ينطلق‬‫اللهب‬
‫وفجأة‬ ‫بعنف‬،‫يجب‬‫ٳ‬‫سرعة‬ ‫بطاء‬‫تدفق‬‫الهواء‬.‫يجب‬‫تكوين‬‫منطقة‬‫تتميز‬‫ب‬‫سرعة‬‫محورية‬‫منخفضة‬Low axial
velocity‫وتدفق‬‫تداوره‬ ‫يعاد‬Re-circulating flow‫داخل‬‫غرفة‬‫اٳل‬‫حتراق‬،‫مما‬‫يسمح‬‫للهب‬‫أن‬‫يظل‬‫محتر‬‫ق‬‫ا‬
‫طوال‬‫فترة‬‫ال‬‫تشغيل‬‫األعتيادي‬‫ل‬‫لمحرك‬.
‫من‬‫أجل‬‫الحصول‬‫على‬‫ٳ‬‫حتراق‬‫فعال‬،‫يجب‬‫أن‬‫تكون‬‫درجة‬‫حرارة‬‫اللهب‬(1000-2000‫درجة‬‫مئوية‬C°).
‫و‬‫نظ‬‫ر‬‫ا‬‫لعدم‬‫وجود‬‫مادة‬‫معروفة‬‫يمكنها‬‫تحمل‬‫درجة‬‫الحرارة‬‫هذه‬‫في‬‫مثل‬‫هذه‬‫البيئة‬،‫يجب‬‫تبريد‬‫جدران‬‫البطانة‬
Liner walls‫بالهواء‬‫الزائد‬‫الفائض‬ ‫أو‬Excess air.‫يتم‬‫ٳ‬‫ستخدام‬‫بعض‬‫الهواء‬‫أي‬‫ض‬‫ا‬‫لتخفيف‬‫تركيز‬‫الغازات‬
‫الساخنة‬،‫وخفض‬‫درجة‬‫الحرارة‬‫إلى‬‫مستوى‬‫يمكن‬‫أن‬‫تتحمله‬‫المواد‬‫الموجودة‬‫في‬‫أجزاء‬‫التوربين‬.
‫يحدث‬‫اٳل‬‫حتراق‬‫في‬‫منطقة‬‫اٳل‬‫حتراق‬Combustion zone‫بالقرب‬‫من‬‫اللوحة‬‫األمامية‬.‫يتم‬‫إ‬‫حداث‬‫خ‬‫ليط‬‫هواء‬
‫وقود‬Fuel air mixture‫مناسب‬‫في‬‫المنطقة‬‫بالتدويم‬‫دوامية‬ ‫(حركة‬Swirl)‫في‬‫المشعل‬.‫ي‬‫حد‬‫ث‬‫خليط‬‫الهواء‬
‫الوقود‬، ‫جهز‬‫الم‬‫منطقة‬‫من‬‫الغاز‬‫المعاد‬‫تدويره‬‫والذي‬‫يأخذ‬‫شكل‬‫دوامة‬‫حلزونية‬)‫(حلقية‬Torodial vortex،
‫مشابه‬‫ل‬‫حلقة‬‫الدخان‬،‫و‬‫التي‬‫على‬ ‫تحافظ‬‫ٳ‬‫وثبات‬ ‫ستقرار‬‫الش‬‫علة‬‫في‬‫وسط‬‫منطقة‬‫اٳل‬‫حتراق‬.‫وت‬‫عيد‬‫أي‬‫ض‬‫ا‬‫إعادة‬
‫إشعال‬‫الغازات‬‫الساخنة‬‫المعاد‬‫تد‬‫اور‬‫ها‬‫والتي‬‫تساعد‬‫في‬‫تذرية‬Atomizing‫الوقود‬‫وخلطه‬‫مع‬‫خ‬‫ليط‬‫الهواء‬
‫الوقود‬‫الوارد‬،‫وبالتالي‬‫الحفاظ‬‫على‬‫اٳل‬‫حتراق‬.
‫عند‬‫التحميل‬‫الكامل‬Full load،‫يتم‬‫توفير‬‫حوالي‬(25 %)‫فقط‬‫من‬‫إجمالي‬‫تدفق‬‫الهواء‬‫من‬‫الضاغط‬‫إلى‬
‫منطقة‬‫اٳل‬‫حتراق‬(‫حسب‬‫نوع‬‫ال‬‫توربين‬‫الغاز‬‫ي‬).‫ت‬ ‫نسبة‬ ‫وهي‬‫كفي‬‫للحصول‬‫على‬‫ٳ‬‫حتراق‬‫كامل‬Complete
combustion.‫و‬‫يتم‬‫ٳ‬‫ستخدام‬‫ما‬‫تبقى‬‫من‬‫تدفق‬‫الهواء‬،‫والهواء‬‫الزائد‬،‫لتبريد‬‫جدران‬‫الحارقة‬‫وتخفيف‬‫تركيز‬
‫الغازات‬‫الساخنة‬.
‫يتم‬‫توفير‬‫هواء‬‫الغشائي‬ ‫التبريد‬Film cooling air‫بطريقة‬‫يتم‬‫إ‬‫حداث‬‫تيار‬‫هواء‬‫بارد‬‫نسب‬‫ي‬‫ا‬‫ب‬‫القرب‬‫من‬‫جدار‬
‫البطانة‬Liner wall.‫في‬‫حالة‬‫عدم‬‫توفر‬‫هواء‬‫زائد‬،‫سيتم‬‫تبريد‬‫جدران‬‫الحارقة‬‫بواسطة‬‫هوا‬‫ء‬‫الضاغط‬،
‫ب‬‫ٳ‬‫ستخدام‬‫التبريد‬‫الحراري‬)‫(الحملي‬‫أو‬‫اإلصطدام‬‫ي‬Convective or Impingement cooling‫قبل‬‫ا‬‫لدخول‬
‫إلى‬‫المشعل‬.‫يتم‬‫توفير‬‫هواء‬‫التخفيف‬‫من‬‫خالل‬‫ثقوب‬‫كبيرة‬‫مع‬‫ٳ‬‫تجاه‬‫الش‬ ‫أو‬ ‫اللهب‬‫علة‬.
‫من‬‫أجل‬‫تقليل‬‫ٳ‬‫نبعاثات‬‫أكاسيد‬‫النيتروجين‬،‫يمكن‬‫لتوربينات‬‫الغاز‬،‫كخيار‬،‫أن‬‫تكون‬‫مجهزة‬‫ب‬‫حارقات‬‫تقنية‬ ‫ذات‬
‫من‬ ‫تقلل‬‫إ‬‫النيتروجين‬ ‫أكاسيد‬ ‫نبعاثات‬‫ت‬‫سمى‬Dry low emission (DLE) combustor.‫الفرق‬‫الرئيسي‬‫بين‬
‫اإل‬‫حتراق‬‫التقليدي‬Conventional combustion‫و‬DLE‫هو‬‫أن‬‫مشعل‬DLE‫يستخدم‬‫كل‬‫الهواء‬‫من‬‫أجل‬
‫اإل‬‫حتراق‬(‫يتم‬‫إستنزاف‬‫ال‬ ‫هواء‬‫تبريد‬‫للمناطق‬‫الساخنة‬‫من‬‫الضاغط‬‫بدال‬‫من‬‫ذلك‬).‫تعمل‬‫ا‬‫لمشاعل‬‫وف‬‫قا‬‫لمبدأ‬
( ‫الضعيف‬ ‫المسبق‬ ‫الخلط‬‫بريمكس‬)Lean premix principle،‫ب‬‫إ‬‫ستخدام‬‫المزدو‬ ‫المخروط‬‫ج‬Double cone
(‫إ‬‫نهيار‬‫ال‬‫دوامة‬‫أ‬‫و‬‫التدفق‬ ‫هيكل‬ ‫في‬ ‫مفاجئ‬ ‫تغير‬Vortex breakdown)‫نوع‬ ‫مشاعل‬ ‫وهي‬AEV-burners
(Advanced Emission Vortex Burners ).
‫من‬‫أجل‬‫ضمان‬‫التشغيل‬‫المستقر‬Stable operation‫على‬‫نطاق‬‫تحميل‬‫واسع‬،‫يتم‬‫تجهيز‬‫الوقود‬‫ا‬‫لرئيسي‬‫على‬
‫طول‬‫فتحات‬‫الهواء‬‫عن‬‫طريق‬‫الحقن‬‫األولي‬‫للوقود‬‫الرأسي‬ ‫الطرف‬ ‫عند‬‫لل‬‫مخروط‬Cone tip.
‫الشكل‬11:‫مشعل‬
‫مخروطي‬‫مزدوج‬
Double cone burner

12. 12
‫التوربين‬The Turbine
‫يوفر‬‫التوربين‬‫القدرة‬Power‫للضاغط‬(‫الضواغط‬)‫و‬‫الناتج‬‫الميكانيكي‬Mechanical output.‫يتم‬‫إنتاج‬
‫القدرة‬‫عن‬‫طريق‬‫ٳ‬‫ستخراج‬‫الطاقة‬‫من‬‫الغازات‬‫الساخنة‬‫المنبعثة‬‫من‬‫غرف‬‫االحتراق‬‫و‬‫تمددها‬‫إلى‬‫ضغط‬‫ودرجة‬
‫حرارة‬‫أقل‬.
‫هذه‬‫العملية‬‫تتضمن‬‫ٳ‬‫عالية‬ ‫جهادات‬High stresses.‫نظ‬‫ر‬‫ا‬‫ألن‬‫التوربين‬‫ي‬‫عمل‬‫بسرعة‬‫عالية‬،‫فإنه‬‫ي‬‫تعرض‬
‫لقوى‬‫طرد‬‫مركزي‬Centrifugal forces‫كبيرة‬.‫يدخل‬‫الغاز‬‫ٳ‬‫داخل‬ ‫لى‬‫التوربين‬‫في‬‫درجة‬‫حرارة‬‫عالية‬‫جدا‬
‫مما‬‫ي‬‫تسبب‬‫أيضا‬‫في‬‫حدوث‬‫اإلجهاد‬.
‫يوجد‬‫نوعان‬‫أساسيان‬‫من‬‫التوربينات‬،‫ال‬ ‫توربين‬‫تدفق‬‫ال‬‫شعاعي‬)‫قطري‬ ‫(نصف‬Radial flow turbine
‫وتوربين‬‫التدفق‬‫المحوري‬Axial flow turbine.‫في‬‫توربين‬‫التدفق‬‫الشعاعي‬،‫يدخل‬‫الغاز‬‫التوربين‬‫في‬‫ٳ‬‫تجاه‬
‫شعاعي‬‫وفي‬‫توربين‬‫ال‬‫تدفق‬‫ال‬‫محوري‬‫يمر‬‫تدفق‬‫الغاز‬‫عبر‬‫التوربين‬‫في‬‫اٳل‬‫تجاه‬‫المحوري‬.
‫ب‬‫ٳ‬‫ستثناء‬‫اٳل‬‫ستخدام‬‫في‬‫الوحدات‬‫الصغيرة‬‫ج‬‫د‬‫ا‬،‫تهيمن‬‫التوربينات‬‫ذات‬‫التدفق‬‫المحوري‬‫تما‬‫م‬‫ا‬‫على‬‫السوق‬.‫وفي‬
‫الكتاب‬ ‫هذا‬‫يتم‬‫التعامل‬‫فقط‬‫مع‬‫توربينات‬‫التدفق‬‫المحوري‬.
‫تصميم‬‫توربين‬‫التدفق‬‫المحوري‬Axial Flow Turbine Design
‫يتكون‬‫التوربين‬‫عادة‬‫من‬‫عدة‬‫مراحل‬.‫كل‬‫مرحلة‬‫تتكون‬‫من‬‫صف‬‫من‬‫ريش‬‫التوجيه‬‫الثابتة‬‫يتبعها‬‫صف‬‫من‬
‫الريش‬‫الدوار‬)‫(المتحركة‬ ‫ة‬.‫يتم‬‫تثبيت‬‫ريش‬‫التوجيه‬‫في‬‫غالف‬‫التوربين‬Turbine casing‫ويتم‬‫تجهيز‬‫الريش‬
‫الدوار‬‫ة‬‫بأقراص‬‫التوربين‬Turbine discs‫ب‬‫ٳ‬‫ستخدام‬‫تقنية‬‫خاصة‬‫تسمى‬‫جذور‬‫شجرة‬‫التنوب‬)‫السرو‬ ‫(شجرة‬
Fir-tree roots.
‫الشكل‬12:‫يتم‬‫تثبيت‬‫ريش‬‫التوربين‬‫على‬‫أقراص‬‫التوربين‬،‫ومعظمها‬‫بٳستخدام‬‫تقنية‬‫خاصة‬‫تسمى‬‫جذور‬‫شجرة‬‫التنوب‬(‫شجرة‬
‫السرو‬)
‫عاد‬‫ة‬‫تحتوي‬ ‫ما‬‫الريش‬‫الدوار‬‫ة‬‫للتوربين‬‫من‬ ‫نوع‬ ‫على‬‫السدادات‬‫الداخلي‬)‫تسرب‬ ‫(مانع‬ ‫المحكمة‬ ‫ة‬Inner seal
‫الساخنة‬ ‫الغازات‬ ‫تسرب‬ ‫من‬ ‫يقلل‬Hot gases‫تحت‬‫الريشة‬‫أي‬ ‫ويحمي‬‫ض‬‫ا‬‫المحور‬‫الدوار‬Rotor.‫و‬‫بعض‬ ‫في‬
‫يكون‬ ‫األحيان‬‫رأسي‬ ‫الطرف‬ ‫في‬ ‫تسرب‬ ‫مانع‬ ‫لها‬Tip seal‫الديناميكي‬ ‫السلوك‬ ‫لتحسين‬)‫(الحركي‬Dynamic
behavior‫عادة‬ ‫(يستخدم‬ ‫الغازات‬ ‫تسرب‬ ‫ولتقليل‬‫للريش‬‫و‬ ‫الطويلة‬‫ل‬‫حرارة‬ ‫درجة‬‫منخفضة‬‫لل‬)‫غاز‬.
‫عمود‬ ‫على‬ ‫األقراص‬ ‫تثبيت‬ ‫يتم‬‫دوار‬‫اعتما‬ ، ‫أكثر‬ ‫أو‬ ‫واحد‬‫د‬‫التكوين‬ ‫على‬ ‫ا‬‫العام‬.‫و‬‫هناك‬ ، ‫الغازات‬ ‫تسرب‬ ‫لمنع‬
‫تسرب‬ ‫موانع‬Seals‫نحو‬ ‫الساخنة‬ ‫الغازات‬ ‫تسرب‬ ‫لمنع‬‫الدوران‬ ‫أعمدة‬Shafts‫و‬‫ال‬‫محامل‬Bearings‫إضافة‬
‫إلى‬‫بين‬ ‫الموجودة‬ ‫التسرب‬ ‫موانع‬‫المراحل‬Stages‫غال‬ .‫با‬‫تزويد‬ ‫يتم‬ ‫ما‬‫التسرب‬ ‫موانع‬‫بهواء‬‫مستنزف‬

13. 13
Air bleed off‫المناسبة‬ ‫الضاغط‬ ‫مراحل‬ ‫من‬.‫التسرب‬ ‫منع‬ ‫هواء‬Sealing air‫يتدفق‬‫أقراص‬ ‫طول‬ ‫على‬
‫للتبريد‬ ‫التوربين‬Cooling‫و‬‫ل‬‫الحرارة‬ ‫انتقال‬ ‫منع‬Heat transfer‫العمود‬ ‫إلى‬‫الدوار‬‫والمحامل‬.
‫الشكل‬13:‫المحوري‬ ‫التدفق‬ ‫توربين‬
‫العمل‬ ‫مبدأ‬Function Principle
‫يتم‬‫تمدد‬‫الممر‬ ‫في‬ ‫الساخنة‬ ‫الغازات‬‫ات‬‫المتقارب‬‫ة‬‫بين‬‫ريش‬‫التوجيه‬Guide vanes‫التورب‬ ‫وريش‬‫ين‬‫تحويل‬ ‫يتم‬ .
‫الضغط‬ ‫طاقة‬Pressure energy‫حركية‬ ‫طاقة‬ ‫إلى‬Kinetic energy‫الغازات‬ ‫وتتسارع‬.‫و‬‫ن‬ ‫الوقت‬ ‫في‬، ‫فسه‬
‫و‬ ‫يتدفق‬‫الغاز‬ ‫يدور‬‫دوامة‬ ‫بشكل‬Spinning and Swirling‫في‬‫إ‬‫التوربين‬ ‫ريش‬ ‫تجاه‬.‫ال‬ ‫ريش‬ ‫تجبر‬‫توربين‬
‫اإل‬ ‫على‬ ‫الغازات‬‫الممر‬ ‫أن‬ ‫وبما‬ ‫نحراف‬‫ات‬‫تت‬‫الغازات‬ ‫فإن‬ ، ‫قارب‬‫تتمدد‬‫أكثر‬‫عل‬ ‫التأثير‬ ‫عند‬ .‫ى‬‫ريش‬‫الت‬‫وربين‬
‫وخالل‬‫الفعل‬ ‫رد‬‫يتم‬ ، ‫الممر‬ ‫عبر‬ ‫الالحق‬‫إ‬‫الطاقة‬ ‫متصاص‬‫التي‬‫وتوف‬ ‫التوربين‬ ‫تدوير‬ ‫في‬ ‫تتسبب‬‫القدر‬ ‫ير‬‫على‬ ‫ة‬
‫و‬ ‫تحريك‬‫التوربين‬ ‫عمود‬ ‫قيادة‬Turbine shaft‫تقوم‬ .‫ريش‬‫ب‬ ‫التالية‬ ‫المرحلة‬ ‫في‬ ‫التوجيه‬‫تمدد‬‫أ‬‫كثر‬‫ل‬‫لغازات‬
‫التالي‬ ‫الصف‬ ‫إلى‬ ‫وتوجيهها‬Next row‫من‬‫الريش‬.
‫الشكل‬14‫التوربين‬ ‫عبر‬ ‫الغاز‬ ‫تدفق‬ :

14. 14
‫نسبة‬ ‫وعلى‬ ‫األعمدة‬ ‫عدد‬ ‫على‬ ‫التوربين‬ ‫مراحل‬ ‫عدد‬ ‫يعتمد‬‫اإلنضغاط‬.‫تتطلب‬ ‫الهواء‬ ‫ضغط‬ ‫عملية‬‫مراحل‬ ‫عدة‬
‫للضاغط‬‫الغاز‬ ‫تمدد‬ ‫أن‬ ‫بما‬ ‫ولكن‬ ،Gas expansion‫عملية‬ ‫هو‬‫و‬ ‫طبيعية‬‫تلقائية‬Spontaneous process
‫اإل‬ ‫عكس‬ ‫(على‬‫القسري‬ ‫نضغاط‬Forced compression، )‫فإن‬‫أقل‬ ‫لمراحل‬ ‫حاجة‬ ‫هناك‬‫لتمدد‬‫مرة‬ ‫الغاز‬
‫الجوي‬ ‫الضغط‬ ‫إلى‬ ‫أخرى‬Atmospheric pressure‫تم‬ ‫إذا‬ .‫إ‬‫إزالة‬ ‫فستتم‬ ، ‫التوربين‬ ‫في‬ ‫بكفاءة‬ ‫الطاقة‬ ‫متصاص‬
‫ال‬‫الدوران‬ ‫حركة‬‫ية‬Rotating motion‫الغاز‬ ‫مجرى‬ ‫من‬‫مغادرته‬ ‫عند‬‫األخيرة‬ ‫التوربين‬ ‫مرحلة‬‫التدفق‬ ‫وسيكون‬
‫الخارج‬‫التوربين‬ ‫من‬‫سوي‬ ‫مستقيما‬‫ا‬‫كبير‬ ‫بشكل‬‫وملحوظ‬‫مما‬ ،‫ينتج‬‫تدفق‬‫ا‬‫محوري‬‫ا‬‫في‬‫منظومة‬‫العادم‬Exhaust
system‫ل‬ .‫غرض‬‫نسبة‬ ‫زيادة‬‫اإلنضغاط‬‫تشكيل‬ ‫يتم‬ ، ‫التوربين‬ ‫عبر‬ ‫المتاحة‬‫قناة‬‫ممر‬ ‫إو‬‫الحلقي‬ ‫العادم‬Annular
exhaust duct‫المتصل‬‫والمرتبط‬‫كناشر‬ ‫بالتوربين‬Diffuser.
‫الشكل‬15‫كناشر‬ ‫بالتوربين‬ ‫المتصلة‬ ‫الحلقي‬ ‫العادم‬ ‫قناة‬ ‫تشكيل‬ ‫يتم‬ :
‫تكوينات‬‫أشكال‬ ‫أو‬‫الغازية‬ ‫التوربينات‬Gas Turbine Configurations
‫الرئيسية‬ ‫األجزاء‬ ‫ترتيب‬ ‫يمكن‬‫ل‬‫إضافية‬ ‫مكونات‬ ‫مع‬ ‫مختلفة‬ ‫تكوينات‬ ‫في‬ ‫الغازية‬ ‫لتوربينات‬Additional
components‫ومعدات‬‫نقادة‬‫م‬Driven equipment‫ذلك‬ ‫على‬ ‫األمثلة‬ ‫بعض‬ ‫يلي‬ ‫وفيما‬ .:
‫المصطلح‬‫ات‬Terminology
C‫الضاغط‬Compressor
LPC‫المنخفض‬ ‫الضغط‬ ‫ضاغط‬Low Pressure Compressor
HPC‫الضغط‬ ‫ضاغط‬‫العالي‬High Pressure Compressor
CC‫اإلحتراق‬ ‫غرفة‬Combustion Chamber
T‫التوربين‬Turbine
CT‫الضاغط‬ ‫توربين‬Compressor turbine
HPT‫ال‬ ‫الضغط‬ ‫توربين‬‫عالي‬High Pressure Turbine

15. 15
LPT‫المنخفض‬ ‫الضغط‬ ‫توربين‬Low Pressure Turbine
PT‫القدرة‬ ‫توربين‬Power Turbine
‫نقاد‬‫م‬ ‫مكون‬
Driven Object
‫الغاز‬ ‫ضاغط‬Gas compressor‫مولد‬ ،Generator‫الهواء‬ ‫ضاغط‬ ،Air
compressor‫أو‬‫مائي‬ ‫نفاث‬Water jet،‫(كل‬‫ذلك‬)‫التطبيق‬ ‫على‬ ‫يتوقف‬
‫المحور‬ ‫أحادي‬ ‫الغازي‬ ‫التوربين‬‫الدوران‬ ‫عمود‬ ‫أو‬‫(نموذج‬Single shaft gas turbine (SGT-800
‫الغازية‬ ‫التوربينات‬ ‫إن‬‫العمود‬ ‫أحادية‬‫أبسط‬ ‫هي‬‫األنواع‬‫فقط‬ ‫مناسبة‬ ‫ولكنها‬ ،‫للمكونات‬‫نقادة‬‫الم‬‫ذات‬ ‫التطبيقات‬ ‫في‬
‫الثابتة‬ ‫السرعة‬Fixed speed applications،‫القدرة‬ ‫توليد‬ ‫مثل‬.
‫الشكل‬16‫غازي‬ ‫توربين‬ :‫العمود‬ ‫أحادي‬
‫غاز‬ ‫مولد‬‫أحادي‬‫المحور‬‫توربين‬ ‫مع‬‫قدرة‬‫(نماذج‬SGT600،SGT-700)
Single shaft gas generator with power turbine (SGT600, SGT-700)
‫الح‬ ‫القدرة‬ ‫توربين‬ ‫يسمح‬‫ر‬‫ركب‬‫الم‬‫بتباين‬ ‫المحور‬ ‫أحادي‬ ‫الغاز‬ ‫مولد‬ ‫مع‬‫(تغ‬‫ي‬)‫ير‬‫سرعة‬‫نقاد‬‫الم‬ ‫المكون‬‫ضمن‬
‫هذا‬ ‫يجعل‬ ‫مما‬ ‫واسع‬ ‫نطاق‬‫النموذج‬Model‫مناس‬‫با‬‫ج‬‫د‬‫لتطبيقات‬ ‫ا‬‫نقل‬‫الحركة‬)‫(الضواغط‬ ‫الميكانيكية‬‫أنه‬ ‫كما‬ .
‫ي‬‫توليد‬ ‫تطبيقات‬ ‫في‬ ‫ستخدم‬‫القدرة‬.
‫الشكل‬17‫توربين‬ ‫مع‬ ‫المحور‬ ‫أحادي‬ ‫غاز‬ ‫مولد‬ :‫ال‬‫قدرة‬

16. 16
‫غاز‬ ‫مولد‬‫المحور‬ ‫ثنائي‬‫توربين‬ ‫مع‬‫قدرة‬‫(نموذج‬SGT-500)
Dual shaft gas generator with power turbine (SGT-500)
‫توربين‬‫الحر‬ ‫القدرة‬‫ركب‬‫الم‬‫اإل‬ ‫متعددة‬ ‫وحدة‬ ‫هو‬ ‫المحور‬ ‫ثنائي‬ ‫غاز‬ ‫مولد‬ ‫مع‬‫للغاية‬ ‫ستخدامات‬‫مولد‬ ‫يوفر‬ .‫ال‬‫غاز‬
‫المحور‬ ‫ثنائي‬‫أدا‬‫ءا‬‫معقو‬‫ال‬Reasonable performance‫سرعة‬ ‫مدى‬ ‫على‬‫للغاية‬ ‫كبير‬( ‫القدرة‬ ‫لتوربين‬PT)
‫األجزاء‬ ‫تحميل‬ ‫عند‬ ‫الهواء‬ ‫نزف‬ ‫إلى‬ ‫الحاجة‬ ‫دون‬.
‫الشكل‬18‫توربين‬ ‫مع‬ ‫المحور‬ ‫ثنائي‬ ‫غاز‬ ‫مولد‬ :‫القدرة‬
‫الغازي‬ ‫التوربين‬ ‫أداء‬Gas Turbine Performance
‫يمكن‬‫الحرارية‬ ‫الكفاءة‬ ‫على‬ ‫المؤثرة‬ ‫العوامل‬ ‫تقسيم‬Thermal efficiency‫واإلنتاج‬ ‫الغازي‬ ‫للتوربين‬‫النوعي‬
Specific output(‫النوعي‬ ‫اإلنتاج‬‫كيلوغرام‬ ‫لكل‬ ‫اإلنتاج‬ =‫ثانية‬(kg/s)، )‫المحرك‬ ‫عبر‬ ‫المتدفق‬ ‫الغاز‬ ‫من‬
‫الحرارية‬ ‫الديناميكية‬ ‫العوامل‬ ، ‫مجموعتين‬ ‫إلى‬)‫(الثيرموديناميكية‬Thermodynamic factors‫وتأثير‬
‫المحيطة‬ ‫الظروف‬Ambient conditions.
‫الحرارية‬ ‫الديناميكية‬ ‫العوامل‬
‫يتم‬‫و‬ ‫تقدير‬‫هي‬ ‫والتي‬ ، ‫العوامل‬ ‫هذه‬ ‫تحديد‬(‫ونسبة‬ ، ‫المكون‬ ‫كفاءة‬‫إنضغاط‬‫مدخل‬ ‫حرارة‬ ‫ودرجة‬ ‫الضاغط‬
‫التوربين‬Turbine inlet temperature)‫رئيسي‬ ‫بشكل‬‫عند‬‫المحرك‬ ‫تصميم‬.
‫الم‬ ‫المكون‬ ‫نوع‬ ‫على‬ ‫المكون‬ ‫كفاءة‬ ‫تعتمد‬‫وتصميمه‬ ‫ستخدم‬‫توفر‬ .‫تحسين‬‫أعلى‬ ‫حرارية‬ ‫كفاءة‬ ‫المكونات‬ ‫كفاءة‬
‫وإنتاج‬ ‫للوحدة‬‫ا‬‫أعلى‬.
‫البيانات‬‫النموذجية‬‫المثالية‬ ‫أو‬‫هي‬:
-‫المحوري‬ ‫التدفق‬ ‫ضاغط‬ ‫كفاءة‬ηc = 0.87 - 0.92
-‫االحتراق‬ ‫غرفة‬ ‫كفاءة‬ηcc = 0.98 - 0.997
-‫توربين‬ ‫كفاءة‬‫ال‬‫تدفق‬‫ال‬‫محوري‬ηt = 0.87 - 0.90
‫لنسبة‬‫إنضغاط‬‫للوحدة‬ ‫الحرارية‬ ‫الكفاءة‬ ‫على‬ ‫كبير‬ ‫تأثير‬ ‫التوربين‬ ‫مدخل‬ ‫حرارة‬ ‫ودرجة‬ ‫الضاغط‬‫النوعي‬ ‫اإلنتاج‬.
‫بطريقة‬ ‫العامالن‬ ‫هذان‬ ‫يتفاعل‬ ، ‫ذلك‬ ‫على‬ ‫عالوة‬‫تكون‬ ‫بحيث‬ ،‫نسبة‬‫إنضغاط‬‫لدرج‬ ‫األمثل‬ ‫هي‬ ‫معينة‬‫ة‬‫حرارة‬
‫ل‬ ‫معينة‬‫التوربين‬ ‫مدخل‬.

17. 17
‫القسم‬ ‫في‬ ‫المستخدمة‬ ‫المواد‬ ‫على‬ ‫بها‬ ‫المسموح‬ ‫التوربين‬ ‫مدخل‬ ‫حرارة‬ ‫درجة‬ ‫تعتمد‬‫المسار‬ ‫أو‬‫المحرك‬ ‫من‬ ‫الساخن‬
‫والعمر‬‫التشغيلي‬Lifetime‫المطلوب‬‫مما‬ ، ‫واحدة‬ ‫حرارة‬ ‫درجة‬ ‫من‬ ‫أكثر‬ ‫ذكر‬ ‫يتم‬ ‫األحيان‬ ‫بعض‬ ‫في‬ .‫يعطي‬
‫أداء‬‫ا‬‫مختل‬‫فا‬‫وعم‬‫ر‬‫مختل‬ ‫ا‬‫فا‬‫عم‬ ‫تعطي‬ ‫الحرارة‬ ‫درجة‬ ‫زيادة‬ .‫ر‬‫زيادة‬ ‫وحتى‬ ، ‫أقصر‬ ‫ا‬‫في‬ ‫قليلة‬‫يمكن‬ ‫الحرارة‬ ‫درجة‬
‫عم‬ ‫توفر‬ ‫أن‬‫ر‬‫كبير‬ ‫حد‬ ‫إلى‬ ‫أقصر‬ ‫ا‬.
‫إن‬‫و‬ ‫الساخن‬ ‫القسم‬ ‫مواد‬‫ال‬‫عمر‬‫المرغوب‬‫لل‬‫الساخن‬ ‫قسم‬‫تحددان‬‫والتي‬ ‫بها‬ ‫المسموح‬ ‫الغاز‬ ‫حرارة‬ ‫درجة‬‫بدورها‬
‫تتطلب‬‫إنضغاط‬ ‫نسبة‬( ‫معينة‬‫لوحدة‬ ‫بالنسبة‬‫مثالية‬Optimized unit).‫من‬ ‫كل‬ ‫توافقية‬ ‫إن‬‫الغاز‬ ‫حرارة‬ ‫درجة‬
‫ونسبة‬‫اإلنضغاط‬‫ت‬‫عطي‬‫النوعي‬ ‫اإلنتاج‬‫العادم‬ ‫حرارة‬ ‫ودرجة‬ ،Exhaust temperature، ‫الحرارية‬ ‫والكفاءة‬
‫أيضا‬ ‫تتأثر‬ ‫والتي‬‫ب‬‫المكونات‬ ‫كفاءة‬.
‫المحيطة‬ ‫الظروف‬Ambient conditions
‫ضغط‬‫المحيط‬ ‫الهواء‬(P)Ambient Air Pressure:
‫ٳ‬‫ن‬‫ال‬‫ضغط‬‫األ‬‫سمي‬‫ل‬‫المحيط‬ ‫لهواء‬Nominal ambient air pressure‫األ‬ ‫الناتج‬ ‫به‬ ‫يرتبط‬ ‫الذي‬ ،‫سمي‬
Nominal output‫الغازي‬ ‫للتوربين‬‫يبلغ‬(1.013‫بار‬bar)‫الفعلي‬ ‫الهواء‬ ‫ضغط‬ ‫ويتراوح‬Actual air
pressure‫عاد‬‫ة‬‫حدود‬ ‫في‬(1.013 ± 0.05) ‫بار‬‫نظ‬ .‫ر‬‫الضغط‬ ‫ألن‬ ‫ا‬‫الهواء‬ ‫كثافة‬ ‫على‬ ‫يؤثر‬Air density
‫التدفق‬ ‫وبالتالي‬‫الكتلي‬Massflow‫أي‬ ‫يؤثر‬ ‫فإنه‬ ، ‫المحرك‬ ‫عبر‬‫ض‬‫الفعلي‬ ‫الناتج‬ ‫على‬ ‫ا‬Actual output‫من‬
‫و‬ ‫المحرك‬‫فق‬‫التالية‬ ‫للمعادلة‬ ‫ا‬:
Pe act = Pe nom × (Pact / Pnom)
: ‫أن‬ ‫حيث‬
nomeP. ‫األسمي‬ ‫الناتج‬ =
acteP. ‫الفعلي‬ ‫الناتج‬ =
nomP. ‫األسمي‬ ‫الهواء‬ ‫ضغط‬ =
actP. ‫الفعلي‬ ‫الهواء‬ ‫ضغط‬ =
‫عند‬‫ثابت‬ ‫معدل‬Fixed rating‫ثابتة‬ ‫غاز‬ ‫حرارة‬ ‫(درجة‬Constant gas temperature، )‫يوفر‬‫ضغط‬ ‫زيادة‬
‫يلي‬ ‫ما‬ ‫المحيط‬ ‫الهواء‬:
-‫اٳل‬ ‫زيادة‬‫نتاج‬.
-‫تغير‬ ‫عدم‬‫كفاءة‬‫ال‬‫وحدة‬.
‫عند‬‫اٳل‬‫نتاج‬‫الثابت‬Fixed output،‫تنتج‬‫الهواء‬ ‫ضغط‬ ‫زيادة‬‫يلي‬ ‫ما‬:
-‫ٳ‬‫الغاز‬ ‫حرارة‬ ‫درجة‬ ‫نخفاض‬.
-‫ٳ‬‫الوحدة‬ ‫كفاءة‬ ‫نخفاض‬.
‫حرارة‬ ‫درجة‬‫الهواء‬( ‫المحيط‬Ambient Air Temperature ( T:
‫ٳ‬‫أداء‬ ‫ن‬‫مرتبط‬ ‫الغازي‬ ‫التوربين‬‫حرارة‬ ‫بدرجة‬‫الهواء‬‫ال‬‫محيط‬‫تبلغ‬(+15‫مئوية‬ ‫درجة‬°C‫اٳل‬ ‫وخاصة‬ )‫نتاج‬
‫المتاح‬Available output‫حرارة‬ ‫بدرجة‬ ‫كبيرة‬ ‫بشكل‬ ‫يتأثر‬‫الهواء‬‫المحيط‬.
‫ثابت‬ ‫معدل‬ ‫عند‬، )‫ثابتة‬ ‫حرارة‬ ‫(درجة‬‫تنتج‬‫زيادة‬‫حرارة‬ ‫درجة‬‫الهواء‬‫المحيط‬‫يلي‬ ‫ما‬:
-‫ٳ‬‫اٳل‬ ‫نخفاض‬. ‫نتاج‬
-‫ٳ‬‫الوحدة‬ ‫كفاءة‬ ‫نخفاض‬.
‫عند‬‫اٳلنتاج‬‫الثابت‬،‫تنتج‬‫زيادة‬‫حرارة‬ ‫درجة‬‫الهواء‬‫المحيط‬‫يلي‬ ‫ما‬:
-. ‫الغاز‬ ‫حرارة‬ ‫درجة‬ ‫زيادة‬
-‫ٳ‬‫الوحدة‬ ‫كفاءة‬ ‫نخفاض‬.

18. 18
( ‫المحيط‬ ‫للهواء‬ ‫النسبية‬ ‫الرطوبة‬Ambient Air Relative Humidity ( RH:
‫ٳ‬‫الغازي‬ ‫للتوربين‬ ‫األسمي‬ ‫األداء‬ ‫ن‬Nominal performance‫ب‬ ‫مرتبط‬‫ال‬‫رطوبة‬‫ال‬‫نسبية‬‫ل‬‫المحيط‬ ‫لهواء‬‫البالغة‬
(60%).‫ٳ‬‫و‬ ‫بالرطوبة‬ ‫يتأثر‬ ‫الغازي‬ ‫التوربين‬ ‫أداء‬ ‫ن‬‫فقط‬ ‫أهمية‬ ‫ذو‬ ‫يكون‬ ‫التأثير‬ ‫هذا‬‫العالية‬ ‫الحرارة‬ ‫درجات‬ ‫عند‬
. ‫المحيط‬ ‫للهواء‬
‫ثابت‬ ‫معدل‬ ‫عند‬‫حرارة‬ ‫(درجة‬‫غاز‬، )‫ثابتة‬‫تنتج‬‫زيادة‬‫النسبية‬ ‫الرطوبة‬‫يلي‬ ‫ما‬:
-‫زيادة‬‫اٳل‬. ‫نتاج‬
-‫تغير‬ ‫عدم‬‫كفاءة‬‫ال‬‫وحدة‬.
‫عند‬‫اٳلنتاج‬‫الثابت‬،‫تنتج‬‫زيادة‬‫النسبية‬ ‫الرطوبة‬‫يلي‬ ‫ما‬:
-‫ٳ‬‫الغاز‬ ‫حرارة‬ ‫درجة‬ ‫نخفاض‬.
-‫تغير‬ ‫عدم‬‫كفاءة‬‫ال‬‫وحدة‬.
‫التشغيلية‬ ‫الظروف‬Operating Conditions
‫الشكل‬(19‫يوضح‬ )‫أداء‬ ‫مخطط‬ ‫على‬ ‫مثال‬‫ال‬‫الغاز‬ ‫توربين‬‫المحور‬ ‫ثنائي‬ ‫ي‬‫الناتج‬ ‫البياني‬ ‫الرسم‬ ‫يوضح‬ .
‫الكهربائي‬Electrical output‫الحرارية‬ ‫الكفاءة‬ ‫مع‬ ، ‫المحيط‬ ‫الهواء‬ ‫حرارة‬ ‫درجة‬ ‫مقابل‬ ‫للمولد‬‫متغير‬ ‫كعامل‬
Parameter.
‫محدو‬ ‫اإلنتاج‬ ‫يكون‬ ، ‫المنخفضة‬ ‫المحيط‬ ‫الهواء‬ ‫حرارة‬ ‫درجة‬ ‫في‬‫د‬‫الغاز‬ ‫مولد‬ ‫سرعة‬ ‫بسبب‬ ‫ا‬Gas generator
speed‫محدو‬ ‫يكون‬ ‫األعلى‬ ‫الحرارة‬ ‫درجات‬ ‫وفي‬ ،‫دا‬‫الغاز‬ ‫مولد‬ ‫وسرعة‬ ‫التوربين‬ ‫مدخل‬ ‫حرارة‬ ‫بدرجة‬.
‫ي‬ ‫الحال‬ ‫وبطبيعة‬‫تأثر‬‫اإلنتاج‬‫كما‬ ‫والرطوبة‬ ‫المحيط‬ ‫الهواء‬ ‫بضغط‬ ‫والكفاءة‬‫توضيحه‬ ‫تم‬‫ساب‬‫ق‬‫ا‬.
‫التحميل‬ ‫بمعدل‬ ‫الوحدة‬ ‫كفاءة‬ ‫تتأثر‬ ، ‫األداء‬ ‫مخطط‬ ‫في‬ ‫موضح‬ ‫هو‬ ‫كما‬Loading rate.‫ت‬‫وفر‬‫زيادة‬‫الحمل‬‫عند‬
‫زيادة‬ ‫بفضل‬ ‫أعلى‬ ‫كفاءة‬ ‫الثابتة‬ ‫المحيط‬ ‫الهواء‬ ‫حرارة‬ ‫درجة‬‫ال‬‫ضغط‬‫ستلم‬‫الم‬‫من‬‫حرارة‬ ‫درجة‬ ‫وزيادة‬ ‫الضاغط‬
‫التوربين‬ ‫مدخل‬‫يتم‬ .‫تحديد‬‫أ‬‫األساس‬ ‫الحمل‬ ، ‫الحمل‬ ‫حدود‬ ‫من‬ ‫ثنين‬Base load‫الذروة‬ ‫وحمل‬Peak load.
‫زيادة‬ ‫بسبب‬ ‫أقصر‬ ‫خدمة‬ ‫فترات‬ ‫يوفر‬ ‫األساس‬ ‫الحمل‬ ‫فوق‬ ‫التشغيل‬‫اإلجهادات‬Stresses‫ووف‬‫قا‬‫الموضحة‬ ‫للصيغ‬
‫التالية‬ ‫الصفحة‬ ‫في‬.
‫عاد‬‫ة‬‫األداء‬ ‫منحنى‬ ‫يكون‬ ‫ما‬Performance curve‫منحن‬‫يا‬‫رمزي‬‫ا‬)‫(أسميا‬Nominal curve‫أن‬ ‫ويمكن‬
‫وفق‬ ‫أقل‬ ‫أو‬ ‫أكثر‬ ‫الحقيقي‬ ‫المنحنى‬ ‫ينحرف‬‫ا‬‫ل‬‫صفات‬‫المحرك‬‫الخاصة‬‫االنحراف‬ ‫حالة‬ ‫في‬ ، ‫المحرك‬ ‫تشغيل‬ ‫أثناء‬ .
‫األ‬ ‫األداء‬ ‫عن‬‫ضبطه‬ ‫يمكن‬ ، ‫سمي‬)‫(تحديده‬‫األ‬ ‫التوربين‬ ‫مدخل‬ ‫حرارة‬ ‫درجة‬ ‫على‬ ‫إما‬‫ناتج‬ ‫إلعطاء‬ ‫أو‬ ‫سمي‬‫أسمي‬.
‫ا‬ ‫فحص‬ ‫إجراء‬ ‫فيمكن‬ ، ‫الضاغط‬ ‫تنظيف‬ ‫يجب‬ ‫كان‬ ‫إذا‬ ‫المثال‬ ‫سبيل‬ ‫على‬ ، ‫الوحدة‬ ‫حالة‬ ‫من‬ ‫للتحقق‬‫الناتج‬ ‫أو‬ ‫إلنتاج‬
()‫المردود‬Output check.‫و‬‫وتصحيحه‬ ‫قياسه‬ ‫يتم‬ ‫الفعلي‬ ‫الناتج‬ ‫أن‬ ‫الفحص‬ ‫هذا‬ ‫يعني‬‫تبعا‬‫إل‬‫ظروف‬ ‫نحراف‬
‫الهواء‬‫مقارن‬ ‫ثم‬ ، ‫المحيط‬‫إلى‬ ‫بالقياس‬ ‫ته‬‫المرجعية‬ ‫القيمة‬Reference value.‫ي‬‫ذكر‬ ‫تم‬‫اإلنتاج‬ ‫خسارة‬‫المسموح‬
Allowable output loss‫به‬‫ا‬‫الضاغط‬ ‫تنظيف‬ ‫تعليمات‬ ‫في‬.
‫األخرى‬ ‫األسباب‬‫اإلنتاج‬ ‫لخسارة‬‫مرشحات‬ ‫هي‬)‫(فالتر‬‫سحب‬‫دخول‬ ‫أو‬‫الهواء‬Air intake filters، ‫المسدودة‬
‫التوربين‬ ‫ريش‬ ‫وتلف‬ ‫وتضرر‬‫الهواء‬ ‫وتسرب‬ ،‫الغاز‬Air/gas leakage‫إلخ‬ ،.

19. 19
‫الشكل‬19‫مع‬ ، ‫المحيط‬ ‫الهواء‬ ‫حرارة‬ ‫درجة‬ ‫مقابل‬ ‫للمولد‬ ‫الكهربائي‬ ‫الناتج‬ :‫متغير‬ ‫كعامل‬ ‫الحرارية‬ ‫الكفاءة‬
‫مرات‬ ‫وعدد‬ ‫التشغيل‬ ‫بوقت‬ ‫الخدمة‬ ‫فترات‬ ‫ترتبط‬‫بدء‬‫التشغيل‬Number of starts.
‫نظ‬‫ر‬‫ألن‬ ‫ا‬‫اإلجهادات‬‫ب‬ ‫تختلف‬ ‫الغازي‬ ‫التوربين‬ ‫لها‬ ‫تتعرض‬ ‫التي‬‫إ‬‫الحمل‬ ‫معدل‬ ‫ختالف‬Load rating‫تم‬ ‫وإذا‬
، ‫عادي‬ ‫أو‬ ‫سريع‬ ‫بشكل‬ ‫التشغيل‬ ‫بدء‬ ‫اختيار‬‫فإنه‬‫إعطاء‬ ‫يتم‬‫أو‬‫ذكر‬‫التشغيل‬ ‫ساعات‬ ‫عدد‬Operating hours‫و‬
‫مرات‬ ‫عدد‬‫بدء‬‫التشغيل‬‫في‬‫صيغة‬‫مكافئة‬ ‫تشغيل‬ ‫ساعات‬Equivalent operating hours‫و‬‫بدء‬ ‫مرات‬ ‫عدد‬
‫التشغيل‬‫المكافئة‬Equivalent starts‫وف‬‫قا‬‫الصيانة‬ ‫لبرنامج‬Maintenance program‫على‬ ‫مثال‬ ‫يلي‬ ‫وفيما‬ .
‫ذلك‬:
H0 = Cf × Cx × H + 5S0
S0 = Cy × S
: ‫أن‬ ‫حيث‬
0H‫المكافئة‬ ‫التشغيل‬ ‫ساعات‬ =Equivalent operating hours.
fC=‫الوقود‬ ‫عامل‬Fuel factor.
=(1)‫الغاز‬ ‫لوقود‬Gas fuel (acc. to BA-241-6E)
( =1.2‫وقود‬ ‫لنوع‬ )1acc. to AA-243-9E))Type 1 fuel
( =1.5‫وقود‬ ‫لنوع‬ )2acc. to AA-243-9E))Type 2 fuel
( =2.0)‫الحامض‬ ‫والغاز‬ ‫الخام‬ ‫للنفط‬‫ي‬Crude oil and sour gas.
xC=‫اإلجهاد‬ ‫عامل‬Stress factor.

20. 20
‫األ‬ ‫العامل‬‫سي‬(0.9-4.0)‫التحميل‬ ‫معدل‬ ‫حسب‬‫العامل‬ .‫تلقائ‬ ‫وتحديثه‬ ‫حسابه‬ ‫يتم‬‫يا‬‫بواسطة‬‫معدات‬
‫التحكم‬‫الوحدة‬ ‫في‬.
H=‫التشغيل‬ ‫ساعات‬Operating hours.
0S=‫المكافئة‬ ‫التشغيل‬ ‫بدء‬ ‫مرات‬ ‫عدد‬Equivalent starts.
yC=‫التشغيل‬ ‫بدء‬ ‫عامل‬tart factorS.
( =1)‫(الطبيعي‬ ‫العادي‬ ‫التشغيل‬ ‫لبدء‬ )Normal start.
( =5‫السريع‬ ‫التشغيل‬ ‫لبدء‬ )Fast start.
S=‫التشغيل‬ ‫بدء‬ ‫مرات‬ ‫عدد‬No. of starts.

21. 21
‫المراجع‬References
1- Gas Turbine Primer – SIEMENS .
2- Wikipedia- the free encyclopedia ‫ويكيبيديا‬،‫الموسوعة‬‫الحرة‬
3- Dictionary of Engineering – Second Edition - McGraw-Hill .
4- translate.google.com
5-‫المعاني‬ ‫موقع‬www.almaany.com.
6-‫معجم‬‫المصطلحات‬‫العلمية‬‫والفنية‬‫والهندسية‬-‫أحمد‬‫شفيق‬‫الخطيب‬-2005.