توربین
توربین
واژهٔ توربین برای اولین بار به وسیلهٔ (Claude Burdin (۱۷۹۰-۱۸۷۳ در سال ۱۸۲۸ به وجود آمد که از لغت یونانی به معنی چرخنده یا سر گردان مشتق شده‌است. توربین موتوری چرخنده‌است که می‌تواند از یک سیال انرژی به‌دست آورد.
ساده‌ترین توربین‌ها یک بخش چرخنده و تعدادی پره دارند که به بخش اصلی متصل شده‌است سیال به پره‌ها برخورد می‌کند و بدین ترتیب از انرژی ناشی از متحرک بودن آن استفاده می‌کند به عنوان اولین توربین‌ها می‌توان آسیاب بادی و چرخاب را نام برد.

توربین‌های گاز، بخار و آب معمولاً پوشش محافظی در اطراف پره‌هایشان دارند که سیال را کنترل می‌کنند پوشش‌ها و پره‌ها می‌توانند اشکال هندسی مختلفی داشته باشند که هر کدام برای نوع سیال و بازده متفاوت است.
کمپرسور یا پمپ دستگاهی مشابه توربین است ولی با عملکرد بر عکس به طوری که این دستگاه انرژی را می‌گیرد و باعث حرکت یک سیال می‌شود.
انواع توربین
• توربین‌های بخار: برای تولید برق در نیروگاه‌های حرارتی که از ذغال سنگ، نفت و انرژی هسته‌ای استفاده می‌کنند به کار برده می‌شوند روزی از آنها برای هدایت وسایل نقلیه مانند کشتی استفاده می‌شد.
• توربین‌های گازی: این توربین‌ها معمولاً دارای یک ورودی، فن، کمپرسور، محفظه متراکم کننده و یک نازل است.
• توربین‌های ترانسونیک: جریان گاز در اکثر توربین‌ها همواره سرعتی زیر صفر دارد در این نوع توربین‌ها سرعت گاز هنگام خروج بالاتر از صفر است. این توربین‌ها در فشار بالاتری کار می‌کند ولی معمولاً بازده کمی دارند و خیلی هم مرسوم نیستند.

• توربین‌های کنترا رتاتینگ: دو توربین که یکی بالا دیگری پایین در جهت مخالف هم می‌چرخند این سیستم پیچیدگی‌هایی دارد که تولید آن را کاهش می‌دهد.
• توربین‌های سرامیک: توربین‌های با فشار بالا که از آلیاژ نیکل و فولاد ساخته شده‌اند معمولا دارای سیستم‌های خنک کننده پیچیده هستند اخیرا پره‌های سرامیکی روی توربین‌های گازی امتحان شده‌است.
موارد استفاده
تقریبا تمام الکتریکی روی از نوعی توربین استفاده می‌کند بازده بالاترین توربین ۴۰ درصد است. اکثر جت‌ها مانند کشتی‌ها و نیروگاه‌های اتمی برای حرکت از توربین استفاده می‌کنند.
نگاهي كلي بر توربين هاي گازي
توربين هاي گازي انرژي حرارتي را به انرژي مكانيكي تبديل مي کنند و به انواع زميني (صنعتي ) و هوايي تقسيم مي شوند . واحدهاي بزرگ اين توربين ها براي توليد بخش مهمي از انرژي الكتريكي مورد استفاده قرار مي گيرند.
مزايا و معايب توربين گازي :
مزايا
۱-توربين گازي نسبت به وزن آن توان زيادي تحويل مي دهد.
۲-موتورهاي توربين گازي كوچكتر از توربين هاي ديگر هستند.
معايب :
گران بودن اين توربين ها نسبت به انواع مشابه است.

– اجزاي توربين هاي گازي :
اصول همه توربين هاي گازي يكي است و همگي داراي gas generator ( كه شامل كمپرسور، محفظه احتراق و توربين هستند ) مي باشند و هدف آن تامين گاز با دما و فشار بالا است كه در نهايت اين انرژي حرارتي به انرژي مكانيكي تبديل مي شود.
یک توربین شامل:
۱-كمپرسور : هوا از محيط اطراف به داخل كمپرسور هدايت مي شود و در كمپرسور، هوا از بين پره‌هاي ثابت و متحرك (روتور و كمپرسور ) عبور كرده و فشرده مي شود و از طريق يك مجراي خروجي از كمپرسور خارج شده و به محفظه احتراق مي رود.
۲-محفظه احتراق : هوا و سوخت در محفظه احتراق با يكديگر مخلوط شده و محترق مي‌شوند و گازهايي با دماي بالا ايجاد مي كند. از آنجا كه در اين توربين ها گاز حاصل از احتراق به شكل ديگري از انرژي تبديل مي شود و گاز داغ حاصل از احتراق به عنوان سيال حامل انرژي استفاده مي شود به آن توربين گازي گفته مي‌شود.
از هواي خروجي كمپرسور فقط يك سوم با سوخت مخلوط مي شود و بخشي از آن به اطراف محفظه احتراق جريان يافته و براي خنك نگه داشتن ديواره ها بكار مي رود و بخشي از آن ، قبل از اينكه گازهاي داغ به قسمت توربين انتقال يايد با آن مخلوط مي شود تا دماي آن به ۹۰۰ تا ۱۲۰۰ درجه كلوين برسد.
۳-توربين : در توربين انرژي گاز داغ با فشار بالا كه توسط كمپرسور و محفظه احتراق ايجاد شده است به انرژي مكانيكي تبديل مي شود در واقع انبساط گاز و نيروي ضربه حاصل از برخورد گاز به پره هاي متحرك توان توربين گازي را تامين مي كند و از اين توان دو سوم صرف فشرده شدن هوا مي شود و بقيه صرف كارهاي ديگري مانند توليد برق يا راندن مكانيكي مي‌شود.
علاوه بر موارد بالا، براي افزايش كارايي توربين گازي ممكن است شامل كولرهاي خنك كننده بين كمپرسور ها ، مبدلهاي حرارتي بين توربين ها و مبدل هاي حرارتي براي گرم كردن هواي ورودي به محفظه احتراق باشد.

– انواع توربين هاي گازي
۱- توربين گازي تك محوري :
اگر استفاده از توربين گازي به منظور توليد تواني ثابت (سرعت و توليد ثابت) مدنظر باشد در اين صورت به كارگيري توربين گازي تك محوري مناسبتر است در اين نوع واحدها ، كارايي در حالت توليد توان پايين ، كم بوده و لذا مورد توجه نيست
۲- توربين گازي دو محوري:
نوع ديگر توربين گازي دو محوري است كه در آن ، از محورها با سرعت متفاوتي بهره برداري مي‌شود هر يك از اين محورها، توربيني با توان متفاوت دارد و براي شرايطي كه محدوده وسيعي از توان مورد نياز است از آن استفاده ميشود اين نوع واحدها در حمل ونقل زميني و دريايي مانند راه آهن و مقاصد دريايي به كار گرفته مي شود اين نوع توربين داراي يك توربين گازي فشار بالا و يك توربين گازي فشار ضعيف است توان حاصل از توربين گازي فشار بالا صرف چرخاندن كمپرسور مي شود توربين قسمت فشار ضعيف انرژي لازم براي مصرف را كه توان آن ثابت نبوده و بستگي به مصرف كننده دارد (كه در حال تغيير است) توليد مي كند.
۳-پره هاي توربين گازي
پره هاي توربين گازي در قسمت كمپرسور و توربين شامل پره ثابت يا نازل (Stationary Vane)و پره متحرك (Rotor blade)می باشد كه ازاين به بعد پره ثابت را با نام نازل وپره متحرك را با نام پره در اين مقاله ذكر مي كنيم.
پره هاي كمپرسور معمولاً از جنس استنلس استيل هستند و شامل دو قسمت ايرفويل و ريشه هستند و بوسيله فرايند فورج ساخته مي شوند و ترتيب عمليات بصورت ۱- اكستروژن ۲- پهن سازي (upsetting) از ميله فورج است و با چند مرحله فورج و بعد ماشينكاري ، پره بدست مي آيد.
پره هاي توربين ابتدا با روش فورج و از مواد مقاوم در برابر حرارت ساخته مي شدند زيرا در فورج همراستايي مولكولها واستحكام بيشتر است اما با پيشرفت ريخته گري دقيق و طراحي هندسه پيچيده مسيرهاي خنك كاري پره، موجب شد تا پره هاي ريختگي بطور تدريجي جانشين پره هاي فورج شوند.
با توجه به شرايط خشن كاري كه دماي محيط بالا ، تنش مكانيكي بالا، خستگي گرمايي، گاز خورنده و غيره موجب شده است كه پره هاي توربين از سوپر آلياژ ساخته شوند . سوپرآلياژها، با استفاده از عناصر گروه VIII-Aجدول تناوبي، براي كاربرد در دماي بالا و در مواردي كه تنشهاي مكانيكي بالايي در سيستم وجود دارد، در سه گروه: (i) سوپرآلياژهاي پايه نيكل، (ii) سوپر آلياژهاي پايه كبالت و (iii) سوپر آلياژهاي پايه آهن، طراحي و توسعه يافته اند
– معرفي پره ها و نازلها

نازلها داراي : شرود داخلي، شرود خارجي و ايرفويل (شامل سمت مقعر ، سمت محدب ، لبه حمله و لبه فرار) مي باشد.
اجزاي مختلف پره ها شامل ريشه، شنك، پلت فرم، شرود و ايرفويل (شامل سطح مقعر يا فشار، سطح محدب يا مكش ، لبه حمله و لبه فرار ) مي باشد. كه بسته به طراحي پره، ممكن است شنك يا شرود در پره اي وجود نداشته باشد.
پرههاي متحرك توربين غالباً با ريخته گري دقيق بدست مي آيد و بر روي ايرفويل آنها ماشينكاري بعدي صورت نمي گيرد ولي ريشه ، شنك و شرود پره ها بايد ماشينكاري شود. ريشه از نظر ابعادي دقيق ترين قسمت پره مي باشد . دقت بالا شكل پيچيده و جنس چقر (tough) پره ها كه از سوپر آلياژ مي باشند و عمدتاً هم پايه نيكل هستند باعث مي‌شود كه ماشينكاري آنها اهميت ويژه اي پيدا كند و از ميان روشهاي موجود ، سنگرني خزشي مناسبترين روش ماشينكاري ريشه پره مي باشد

تلمبه آبي(فتو ولتائيك) خورشيدي

تلمبه يا پمپ آبي داراي تاريخچه طولاني مي‌باشد، از اينرو روشهاي بسياري جهت پمپ نمودن آب با حداقل نيروي بكار رفته توسعه يافته است. اين روشها منابع گوناگون انرژي را مورد استفاده قرار داده‌اند، كه اكثرا انرژي انساني بوده است، ولي از منابع ديگري نظير نيروي حيواني، نيروي آب، باد، خورشيد و سوختهاي فسيلي براي ژنراتورهاي كوچك نيز استفاده شده است…
كاربردها
پمپهاي خورشيدي بطور اصولي داراي سه كاربرد مي‌باشد :
• تامين آب روستايي
• آب‌دهي به احشام
• آبياري
موارد كاربرد پمپ خورشيدي براي تامين آب روستايي بطور شماتيكي در شكل ۱ نشان داده شده است. با اين وسيله تامين آب روستايي مورد نياز در طول سال انجام مي‌پذيرد، البته در برخي از مواقع نياز داريم تا آب را براي مواقعي كه نور آفتاب كم باشد(تشعشع كم خورشيدي) ذخيره سازيم. معمولا در سواحل آفريقا ميزان ذخيره آب كفاف ۳ الي ۵ روز تقاضاي آب را مي‌دهد. در محيط‌هايي كه بارندگي بصورت فصلي روي مي‌دهد،‌جمع آوري آب مي‌تواند جبران آب كاهش يافته باشد. بيش از ۶۰۰۰ سيستم پمپ خورشيدي تاكنون نصب گرديده است كه براي مقاصد تامين آب روستايي و آب احشام مورد استفاده قرار گرفته است…
تكنولوژي

اين سيستمها بطور گسترده‌اي به ۵ نوع زير تقسيم شده‌اند:
دستگاه موتور مركز گريز(سانتريفوژ) چند مرحله‌اي زير آبي…
اين نوع احتمالا متداولترين نوع پمپهاي خورشيدي براي تامين آب روستايي مي‌باشد. پيكربندي اين نوع از پمپها مزيت نصب آسان آن مي‌باشد، و بوسيله لوله‌هاي نصب گشته و موتور كه در زير آب در جاييكه صدمه‌اي به آن نرسد مورد بهره‌برداري قرار مي‌گيرد…
پمپ زيرآبي با موتور نصب شده بر روي سطح – شكل ۴
اين پيكربندي بيشتر با پمپهاي توربيني در ناحيه ساحل غرب آفريقا در دهه ۱۹۷۰ مورد استفاده قرار مي‌گرفت. با اين وسيله دسترسي آسان به موتور براي تعويض زغال آن راحت بود
پمپ جايگزين مثبت متناوب – شكل ۵
پمپ جايگزين مثبت متناوب(كه معمولا به عنوان جك شناخته مي‌شود) بسيار مناسب براي كاربردهاي جريان كم مي‌باشد…

دستگاههاي پمپ موتور شناور – شكل ۶
تطبيق‌پذيري دستگاه پمپ شناور آن را به عنوان پمپ آبياري جهت كانالها و چاههاي باز ايده‌آل ساخته است. اين پمپ به راحتي قابل حمل بوده و احتمال آنكه پمپ بدون آب كار كند كم مي‌باشد…
پمپهاي كشش سطحي – شكل۷
اين نوع از پمپها به جز در مواقعي كه اپراتور هميشه در دسترس باشد پيشنهاد نمي‌گردند…