يحول التوربين جزءًا من الطاقة الحركية؛ أي السرعة لغازات العادم إلى طاقة ميكانيكية؛ لتشغيل ضاغط مولد الغاز وملحقاته، ويكون الغرض الوحيد من توربينات مولد الغاز هو امتصاص ما يقرب من 60 إلى 70 في المائة من إجمالي طاقة الضغط من غازات العادم، حيث يتم تحديد المقدار الدقيق لامتصاص الطاقة في التوربين حسب الحمولة التي يقودها التوربين، أي حجم الضاغط ونوعه وعدد الملحقات والحمل المطبق بواسطة مراحل التوربين الأخرى، كما يمكن استخدام مراحل التوربين هذه لتشغيل ضاغط منخفض الضغط المروحة والعمود، كما يقع قسم التوربينات في المحرك التوربيني الغازي في الخلف أو في اتجاه مجرى المائع من غرفة الاحتراق على وجه التحديد، يقع مباشرة خلف مخرج الغرفة.
عناصر مجموعة التوربين
تتكون مجموعة التوربين من عنصرين أساسيين: ريش توجيه مدخل التوربينات وريش التوربينات، ويُعرف عنصر الجزء غير المتحرك، أي الثابت بالعديد من الأسماء، منها دوارات فوهة مدخل التوربينات وريش دليل مدخل التوربينات وحجاب الفوهة؛ وهي ثلاثة من أكثرها شيوعًا، كما توجد ريش فوهة مدخل التوربينات خلف غرف الاحتراق مباشرة وأمام عجلة التوربين مباشرة، حيث أن هذه هي أعلى درجة حرارة تلامس المكونات المعدنية في المحرك، كما يجب التحكم في درجة حرارة مدخل التوربينات وإلا سيحدث تلف في دوارات مدخل التوربينات.
ريش التوربينات
بعد أن تقوم غرفة الاحتراق بإدخال الطاقة الحرارية في تدفق الهواء الشامل وتسليمها بالتساوي إلى فوهات مدخل التوربينات يجب على الفوهات تحضير تدفق الهواء الشامل لدفع دوار التوربين، كما تكون الريشات الثابتة لفوهات مدخل التوربينات محددة ومحيطها بزاوية، بحيث تشكل عددًا من الفوهات الصغيرة التي تقوم بتفريغ الغاز بسرعة عالية جدًا وهكذا، تقوم الفوهة بتحويل جزء متغير من طاقة الحرارة والضغط إلى طاقة سرعة يمكن تغييرها، بعد ذلك إلى طاقة ميكانيكية من خلال ريش التوربين.
الغرض الثاني من فوهة مدخل التوربين هو تحويل الغازات إلى زاوية معينة في اتجاه دوران عجلة التوربين، ونظرًا لأن تدفق الغاز من الفوهة يجب أن يدخل ممر ريش التوربينات بينما لا يزال يدور، فمن الضروري توجيه الغاز في الاتجاه العام لدوران التوربين تتكون مجموعة فوهة مدخل التوربين من ملف داخلي وملف خارجي، حيث يتم تثبيت ريش الفوهة بينهما، كما يختلف عدد وحجم دوارات الدخول المستخدمة باختلاف أنواع وأحجام المحركات وتكون فوهات مدخل التوربينات النموذجية التي تتميز بدوارات مفكوكة وملحومة.
يمكن تجميع دوارات فوهة مدخل التوربين بين الأغلفة أو الحلقات الخارجية والداخلية بطرق متنوعة، على الرغم من أن العناصر الفعلية قد تختلف قليلاً من حيث التكوين وخصائص البناء، إلا أن هناك خاصية واحدة مميزة لجميع فوهات مدخل التوربينات، كما يجب إنشاء دوارات الفوهة للسماح بالتمدد الحراري خلاف ذلك، سيكون هناك تشويه شديد أو تزييف للمكونات المعدنية بسبب التغيرات السريعة في درجات الحرارة، كما يتم التمدد الحراري لفوهات التوربينات بإحدى الطرق المتعددة وتتطلب إحدى الطرق تجميعًا سائبًا لأغطية الريشة الداخلية والخارجية الداعمة.
مجموعات ريشة فوهة التوربينات النموذجية
كل ريشة تتناسب مع فتحة محددة في الملفات الخاصة لها، والتي تتوافق مع شكل الجنيح للريشة، تعتبر هذه الفتحات أكبر قليلاً من دوارات لإعطاء ملاءمة فضفاضة، ولمزيد من الدعم يتم تغليف الأغطية الداخلية والخارجية بحلقات دعم داخلية وخارجية، مما يوفر قوة وصلابة متزايدة، كما تسهل حلقات الدعم هذه أيضًا إزالة ريش الفوهة كوحدة بدون الحلقات، أيضًا يمكن أن تسقط الريش عند إزالة ملفاتها الخاصة.
يوجد طريقة أخرى لبناء التمدد الحراري هي تركيب الريشات في أغطية داخلية وخارجية، ومع ذلك في هذه الطريقة يتم لحام الريش أو تثبيتها في موضعها، كما يجب توفير بعض الوسائل للسماح بالتمدد الحراري، لذلك يتم تقطيع الحلقة الداخلية أو الخارجية للغطاء إلى شرائح، حيث تتيح قطع المنشار التي تفصل بين الأجزاء تمددًا كافيًا لمنع إجهاد وتواء الريش، وهذا النوع من غرف الاحتراق لا يستخدم في المحركات الحديثة، حيث يقدم الوجه الأمامي لكل غرفة ست فتحات، والتي تتماشى مع الفوهات.
قسم الاحتراق في محركات التوربينات الغازية
توجد فوهات من النوع ذي الفتحات المزدوجة، التي تتطلب استخدام مقسم التدفق أي صمام الضغط، كما هو مذكور في مناقشة غرفة الاحتراق من نوع العلبة ويوجد حول كل فوهة دوَّارات دوامة لنقل حركة دوامة إلى رذاذ الوقود، مما يؤدي إلى ترذيذ أفضل للوقود وحرق أفضل وكفاءة أعلى، كما تعمل الريشات الدوامية على توفير تأثيرين ضروريين لانتشار اللهب بشكل صحيح وهما كالتالي:
- سرعة اللهب العالية، ليتم فيها خلط أفضل للهواء والوقود، مما يضمن الاحتراق التلقائي.
- سرعة الهواء المنخفضة محوريًا وذلك لتقضي الدوامات على حركة اللهب السريعة بشكل محوري.
الريشات الدوامية
تساعد الريشات الدوامية بشكل كبير في انتشار اللهب، حيث أن درجة عالية من الاضطراب في مراحل الاحتراق والتبريد المبكرة أمر مرغوب فيه، حيث يعتبر الخلط الميكانيكي القوي لبخار الوقود مع الهواء الأساسي ضروريًا، لأن الخلط عن طريق الانتشار وحده بطيء جدًا، كما يتم أيضًا إنشاء نفس الخلط الميكانيكي بوسائل أخرى، مثل وضع مصافي خشنة في مخرج موزع الهواء، كما هو الحال في معظم محركات التدفق المحوري.
تدفق الهواء من خلال غرفة الاحتراق الحلقي
يجب أن تحتوي غرف الاحتراق الحلقي العلوية أيضًا على صمامات تصريف الوقود المطلوبة الموجودة في غرفتين أو أكثر من الغرف السفلية، مما يضمن التصريف المناسب والتخلص من احتراق الوقود المتبقي في البداية التالية، ويتطابق تدفق الهواء عبر الفتحات وفتحات التهوية في الغرف، وذلك تقريبًا مع التدفق عبر أنواع أخرى من الشعلات، كما يستخدم المحير الخاص لتدوير تدفق هواء الاحتراق وإعطائه اضطرابًا، أيضًا تدفق هواء الاحتراق وهواء التبريد المعدني وهواء التبريد المخفف أو الغاز كما يتم تحديد اتجاه تدفق الهواء بواسطة الأسهم.
المكونات الأساسية لغرفة الاحتراق الحلقي
المكونات الأساسية لغرفة الاحتراق الحلقي عبارة عن غلاف وبطانة، كما هو الحال في نوع العلبة، وتتكون البطانة من غطاء دائري غير مقسم يمتد على طول الطريق حول الجزء الخارجي من مبيت عمود التوربين، أيضًا يمكن أن تكون الحجرة مبنية من مواد مقاومة للحرارة، والتي يتم تغطيتها أحيانًا بمواد عازلة للحرارة، مثل مواد السيراميك وتكوِن غرفة الاحتراق الحلقي، عادة ما تحتوي المحركات التوربينية الحديثة على غرفة احتراق حلقي، وتستخدم غرفة الاحتراق الحلقي أيضًا فتحات لمنع اللهب من الاتصال بجانب هذه الغرفة.
