تقدم الوثيقة مبادئ عامة حول توربينات الغاز وتأثير الظروف المحيطة على أدائها، موضحة كيفية تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية عن طريق عدة مراحل تشمل الضغط، التسخين، والتمدد. تستخدم نماذج توربينات سيمنز (sgt-500، sgt-600، و sgt-800) لتوضيح المفاهيم، وتتناول التصميم، الكفاءة، وعمليات التشغيل لتوربين الغاز. تتضمن الوثيقة أيضًا معلومات عن هيكل النظام، مبدأ العمل، وأهمية استرداد الحرارة لتعزيز الكفاءة.

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.