مضخة توربينية
المضخة التوربينية هي مضخة وقود تتكون من مكونين أساسيين: مضخة دوارة وتربينة غازية تقودها. تُوضع المضخة الدوارة والتربينة على عمود دوار مشترك عادة، أو يتصلا  بواسطةتروس.
إن الغرض من المضخة التوربينية هو إنتاج مائع مرتفع الضغط لتغذية غرفة الاحتراق أو لأي استخدام آخر.

يُمكن أن تستخدم المضخة التوربينية نوع من اثنين من المضخات:
مضخة طرد مركزي: يُضخ المائع فيها عن طريق دفعه للخارج بسرعة مرتفعة.
مضخة محورية التدفق: تُشبه الضاغط المحوري من حيث التركيب، حيث تتكون من صفوف من الريش الدوارة يتبع كل صف منها صف من ريش ثابتة، وتقوم هذه الريش برفع ضغط المائع تدريجياً.

تتميز المضخات محورية التدفقبأقطارها الصغيرة، لكنها تعطي زيادة في الضغط متوسطة نسبياً. كما تعمل المضخات المحورية بشكل جيد مع الموائع منخفضة الكثافة، على الرغم من احتياج المضخة لمراحل انضغاط متعددة (تتكون المرحلة من صف ريش متحركة يتبعه صف ريش ثابتة).
تكونمضخات الطرد المركزي أكثر قوة عندما يتعلق الأمر بالموائع مرتفعة الكثافة، لكنها  تحتاج استخدام مراوح دفاعة ذات أقطار كبيرة في حالة ضخ موائع ذات كثافة منخفضة.

تعمل المضخات التوربينية بطريقة مشابهة جداً لوحدات الشواحن التوربينية للعربات، حيث تقوم بضخ وقود عند ضغط مرتفعلغرف احتراق المحركات مرتفعة الأداء.

التاريخ

التطوير المبكر 
نوقشت مضخات الضغط المرتفع التي تستخدمها الصواريخ بواسطة رواد الصواريخ مثل هيرمان أوبرث. بدأ فيرنر فون براون مشروع مضخة وقود في منتصف عام  1935 في الشركة الألمانية الجنوب غربية كلين شانزلين وبيكر التي كانت تتمتع بخبرة في تصنيع مضخات مكافحة الحريق الكبيرة.
استخدم تصميم صاروخ V-2 فوق أكسيد الهيدروجين المتحلل بواسطة مولد بخار والتر لتشغيل المضخة التوربينية الغير مُتحكم بها التي أُنتجت في مصنع هينكل فيينباخ، لذلك اختُبرت مضخات صاروخ V-2 التوربينية وغرفة الاحتراق، وتمت ملائمتهم لمنع المضخة من زيادة ضغط غرفة الاحتراق عن الحد المسموح به.
توقف صاروخ تجريبي في منتصف الهواء وتحطم في 16 أغسطس 1944 بسبب عطل في المضخة التوربينية، وفي سبتمبر من نفس العام عمل أول محرك صاروخي بنجاح. كان أول إطلاق ناجح لصاروخ V-2 في 3 أكتوبر 1942.

التطوير من عام 1947 إلى 1949 
كان جورج بوسكو هو المهندس المسئول عن تطوير المضخة التوربينية في شركة ايروجت. درس جورج وفريقه أعمال الأخرين المتعلقة بالمضخة خلال النصف الثاني من عام 1947، وقاموا بعمل دراسات تصميمية أولية.
زار ممثلو ايروجت جامعة ولاية أوهايو حيث كان فلورانت يعمل على المضخات الهيدروجينية، واستشاروا ديترش سينجلمان خبير المضخات الألماني فيمطار ولبر رايت. استخدم بوسكو بيانات سنجلمان في تصميم أول مضخة هيدروجينية لشركة ايروجت.
اختارت ايروجت مضخات الطرد المركزي لضخ الهيدروجين السائل والأكسجين السائل بحلول منتصف عام 1948. كما حصلت على بعض المضخات الألمانية ذات المراوح الشعاعية من الأسطول، واختبرتهم خلال النصف الثاني من نفس العام.

صممت وصنعت واختبرت ايروجت مضخة هيدروجين سائل (قطرها 15 سم) بحلول نهاية عام 1948. استخدمت ايروجت في البداية محامل كروية تعمل جافة ونظيفة، حيث أن درجة حرارة المائع المنخفضة جعلت التزييت التقليدي للمحامل غير عملي.
كانت المضخة تُشغل لأول مرة عند سرعات منخفضة لتسمح لأجزائها أن تبرد إلى درجة حرارة التشغيل، ثم يُتخذ إجراء بزيادة السرعة من 5000 دورة/دقيقة إلى 35000دورة/دقيقة عندما تظهر مقاييس درجة الحرارة أن الهيدروجين السائل قد وصل إلى المضخة.
تعطلت المضخة، وأشار فحص الأجزاء إلى تعطل المحمل والمروحة الدفاعة. استُخدمت محامل فائقة الدقة تُزيت بزيت يتم ترذيذه وتوجيه بواسطة تيار من النيتروجين الغازي، وتم استخدامها بعد بعض الاختبارات. عملت المحامل بشكل مرضي في التشغيل التالي، لكن المروحة الدفاعة النحاسية  انفصلت وطارت بعيداً نتيجة تعرضها لاجهادات مرتفعة جداً.

صُنعت مروحة دفاعة جديدة بتشكيلها من قالب صلب من الألومنيوم. كانت عمليتا التشغيل التاليتين  للمضخة خيبة أمل كبيرة، حيث لم تظهر المعدات أي زيادة ملحوظة فيالضغط أو التدفق. كانت المشكلة في ناشر المخرج للمضخة،  كان صغيراً للغاية ولا يُبرد بدرجة كافية خلال دورة التبريد، لذلك كان يحد من تدفق المائع. صُححت هذه المشكلة بإضافة فتحات تهوية في مبيت المضخة، تُفتح الفتحات خلال دورة التبريد وتُغلق عندما تبرد المضخة. أُجريت عمليتان تشغيل بعد هذا التصحيح في مارس 1949 ونجح كلاهما. كان معدل التدفق والضغط متقاربان مع القيم النظرية. كان الضغط الأقصى مساوياً 26 ضغط جوي، بينما كان معدل التدفق يساوي 0.25 كجم في الثانية.

تدور المضخات التوربينية للمحرك الرئيسي للمكوك الفضائي عند سرعة تتجاوز 30000 دورة/دقيقة، موصلة 150 رطل (68 كجم) من الهيدروجين السائل و896 رطل (406 كجم) من الأكسجين السائل إلى المحرك كل ثانية.

مضخات الطرد المركزي التوربينية 

تكون معظم المضخات التوربينة من نوع الطرد المركزي. يدخل المائع للمضخة بالقرب من المحور ويقوم القرص الدوار بتسريع المائع إلى سرعة مرتفعة. يمرالمائع بعد ذلك خلال ناشر، يكون عبارة عن أنبوب متوسع تدريجياً يسمح باسترداد الضغط الديناميكي للمائع. يقوم الناشر بتحويل طاقة الحركة المرتفعة إلى ضغط مرتفع (ليس من الشائع وصول الضغط لمئات البارات)، ويُمكن تحقيق معدل تدفق مرتفع إن لم يكنالضغط المعاكس مرتفع جداً.

المضخات التوربينية المحورية 

تتواجد أيضاً المضخات التوربينية المحورية، وتتكون من صفوف من الريش المتحركة تدفع المائع وترفع طاقة حركته ويتبع كل صف منها صف من الريش الثابتة يحول طاقة الحركة هذه إلىضغط،  وتكون جميعها مثبتة على العمود الدوار الرئيسي للمضخة.
تُعطي المضخات المحورية عموماً ضغط أقل بكثير من مضخات الطرد المركزي (ليس من الشائع انخفاض الضغط إلى عدة بارات قليلة)، مع ذلك تبقى مفيدة باستخدامها عند مدخل مضخة الطرد المركزي لزيادة ضغط الدخول بدرجة كافية تمنع حددوث ظاهرة التكهف في المضخة.

تعقيدات مضخات الطرد المركزي التوربينية 
تحظى المضخات التوربينية بسمعة صعوبة تصميمها للوصول إلى الأداء المثالي، ومع ذلك تستطيع مضخة مصممة جيداً وخالية من الأخطاء أن تحقق كفاءة تتراوح بين 70 إلى 90%، والمضخات ذات الكفاءات الأقل من نصف هذه القيمة ليست شائعة.
قد تكون الكفاءة المنخفضة مقبولة في بعض التطبيقات، لكنها تُمثل مشكلة كبيرة عندما يتعلق الأمربالصواريخ. للمضخات التوربينية أهمية كبيرة في الصواريخ، كما أنها تمثل إشكالية أيضاً، حيث أن تكلفة استخدام مضخة توربينية واحدة في مركبات اطلاق الصواريخ تتجاوز 55% من التكلفة الكلية.

تتضمن المشاكل الشائعة للمضخات التوربينية:
 التدفق المفرط للمائع ذو الضغط المرتفع  من حافة المضخة عند المخرج إلى منطقة الضغط المنخفض عند مدخل المضخة من خلال فجوة بين العمود الدوار وغلاف المضخة.
 إعادة التدوير المفرط للمائع عند مدخل المضخة.
 حدوث دوامات بشكل مفرطللمائع عند خروجه من المضخة.
 حدوث ظاهرة التكهف وتسببها بأضرار في سطحالمروحة الدفاعة في مناطق الضغط المنخفض، بالإضافة إلى تأثر العمود الدوار أحياناً (نتيجة الاهتزازات المرتفعة بسبب الأضرار التي لحقت بالمروحة الدفاعة) والذي يعد شكله الدقيق أمراً بالغ الأهمية.

تشغيل المضخات التوربينية 
تُستخدم المضخات التوربينية المشغلة بواسطة التربينات البخارية عندما يتوفر مصدر للبخار، على سبيل المثال مراجل . بينما تُستخدم التربينات الغازية لتشغيلها عندما لا تتوافر الكهرباء أو البخار، أو أن تكون هناك قيود خاصة بالوزن تصرح باستخدام مصادر للطاقة الميكانيكية أكثر كفاءة.

تعتبر محركات الصواريخ أحد أمثلة استخدام المضخات التوربينية، حيث تحتاج لضخ الوقود والمؤكسد داخل غرفة الاحتراق. كما أن هذا ضرورياً للصواريخ ذات الوقود السائل الكبيرة، حيث أن ضخ السوائل أوالغازات اعتماداً علىضغط الخزانات البسيط غير ممكن لأن الضغط المرتفع اللازم لمعدلات التدفق المطلوبة سيحتاج خزانات قوية وثقيلة لتحقيقه.

تُزود المحركات النفاثة التضاغطية غالباً بمضخات توربينية، ويتم تشغيل تربينة المضخة بتيار هواء مضغوط من ناشر الدخول أو بواسطة تيار هواء داخلي موجه من مدخل غرفة الاحتراق، وفي كلتا الحالتين يُلقى عادم التربينة للخارج.

انظر أيضا

المراجع

روابط خارجية 

كتاب باللغة الإنجليزية عن دفع الصواريخ.

عنفات
مضخات
المضخة التوربينية هي مضخة وقود تتكون من مكونين أساسيين : مضخة دوارة وتربينة غازية تقود ها . تُوضع المضخة الدوارة والتربينة على عمود دوار مشترك عادة ، أو يتصلا بواسطةتروس . إن الغرض من المضخة التوربينية هو إنتاج مائع مرتفع الضغط لتغذية غرفة ال احتراق أو ل أي استخدام آخر . يُمكن أن تستخدم المضخة التوربينية نوع من اثنين من ا المضخات : مضخة طرد مركزي : يُضخ المائع في ها عن طريق دفع ه ل الخارج ب سرعة مرتفعة . مضخة محورية التدفق : تُشبه الضاغط المحوري من حيث التركيب ، حيث تتكون من صفوف من الريش الدوارة يتبع كل صف من ها صف من ريش ثابتة ، و تقوم هذه الريش ب رفع ضغط المائع تدريجياً . تتميز ا المضخات محورية التدفقبأقطار ها الصغيرة ، لٰكن ها تعطي زيادة في الضغط متوسطة نسبياً . كما تعمل ا المضخات المحورية ب شكل جيد مع الموائع منخفضة الكثافة ، على الرغم من احتياج المضخة لمراحل انضغاط متعددة ( تتكون المرحلة من صف ريش متحركة يتبع ه صف ريش ثابتة ) . تكون مضخات الطرد المركزي أكثر قوة عندما يتعلق الأمر بالموائع مرتفعة الكثافة ، لٰكن ها تحتاج استخدام مراوح دفاعة ذات أقطار كبيرة في حالة ضخ موائع ذات كثافة منخفضة . تعمل ا المضخات التوربينية ب طريقة مشابهة جداً ل وحدات الشواحن التوربينية لل عربات ، حيث تقوم بضخ وقود عند ضغط مرتفعلغرف احتراق المحركات مرتفعة الأداء . التاريخ التطوير المبكر نوقشت مضخات الضغط المرتفع التي تستخدم ها الصواريخ ب واسطة رواد الصواريخ مثل هيرمان أوبرث . بدأ فيرنر فون براون مشروع مضخة وقود في منتصف عام 1935 في الشركة الألمانية الجنوب غربية كلين شانزلين وبيكر التي كانت تتمتع ب خبرة في تصنيع مضخات مكافحة الحريق الكبيرة . استخدم تصميم صاروخ V - 2 فوق أكسيد الهيدروجين المتحلل ب واسطة مولد بخار والتر لتشغيل المضخة التوربينية الغير مُتحكم ب ها التي أُنتجت في مصنع هينكل فيينباخ ، ل ذٰلك اختُبرت مضخات صاروخ V - 2 التوربينية و غرفة ال احتراق ، و تمت ملائمتهم ل منع المضخة من زيادة ضغط غرفة ال احتراق عن الحد المسموح ب ه . توقف صاروخ تجريبي في منتصف الهواء و تحطم فيأغسطس ب سبب عطل في المضخة التوربينية ، و في سبتمبر من نفس العام عمل أول محرك صاروخي ب نجاح . كان أول إطلاق ناجح لصاروخ V - 2 فيأكتوبر التطوير من عام إلى كان جورج بوسكو هو المهندس المسئول عن تطوير المضخة التوربينية في شركة ايروجت . درس جورج وفريق ه أعمال الأخرين المتعلقة بالمضخة خلال النصف الثاني من عام و قاموا بعمل دراسات تصميمية أولية . زار ممثلو ايروجت جامعة ولاية أوهايو حيث كان فلورانت يعمل على ا المضخات الهيدروجينية ، واستشاروا ديترش سينجلمان خبير ا المضخات الألماني فيمطار ولبر رايت . استخدم بوسكو بيانات سنجلمان في تصميم أول مضخة هيدروجينية ل شركة ايروجت . اختارت ايروجت مضخات الطرد المركزي ل ضخ الهيدروجين السائل والأكسجين السائل ب حلول منتصف عام كما حصلت على بعض ا المضخات الألمانية ذات المراوح الشعاعية من الأسطول ، واختبرة هم خلال النصف الثاني من نفس العام . صممت وصنعت واختبرت ايروجت مضخة هيدروجين سائل ( قطرهاسم ) ب حلول نهاية عام استخدمت ايروجت في البداية محامل كروية تعمل جافة و نظيفة ، حيث أن درجة حرارة المائع المنخفضة جعلت التزييت التقليدي للمحامل غير عمل ي . كانت المضخة تُشغل ل أول مرة عند سرعات منخفضة ل تسمح لأجزائ ها أن تبرد إلى درجة حرارة التشغيل ، ثم يُتخذ إجراء ب زيادة السرعة مندورة / دقيقة إلىورة / دقيقة عندما تظهر مقاييس درجة الحرارة أن الهيدروجين السائل قد وصل إلى المضخة . تعطلت المضخة ، و أشار فحص ال أجزاء إلى تعطل المحمل والمروحة الدفاعة . استُخدمت محامل فائقة ا الدقة تُزيت بزيت يتم ترذيذ ه و توجيه ب واسطة تيار من النيتروجين الغازي ، و تم استخدام ها بعد بعض ال اختبارات . عملت المحامل ب شكل مرضي في التشغيل التالي ، لكن المروحة الدفاعة النحاسية انفصلت وطارت بعيداً نتيجة تعرض ها لاجهادات مرتفعة جداً . صُنعت مروحة دفاعة جديدة بتشكيل ها من قالب صلب من الألومنيوم . كانت عمليتا التشغيل التاليتين للمضخة خيبة أمل كبيرة ، حيث لم تظهر المعدات أي زيادة ملحوظة فيالضغط أو التدفق . كانت المشكلة في ناشر ا المخرج للمضخة ، كان صغيراً ل الغاية و لا يُبرد ب درجة كافية خلال دورة التبريد ، ل ذٰلك كان يحد من تدفق المائع . صُححت هذه المشكلة ب إضافة فتحات تهوية في مبيت المضخة ، تُفتح الفتحات خلال دورة التبريد وتُغلق عندما تبرد المضخة . أُجريت عمليتان تشغيل بعد هذا ال تصحيح في مارسونجح كلى هما . كان معدل التدفق والضغط متقاربان مع القيم ال نظرية . كان الضغط الأقصى مساوياًضغط جوي ، بينما كان معدل التدفق يساوي 25 كجم في الثانية . تدور ا المضخات التوربينية للمحرك الرئيسي للمكوك الفضائي عند سرعة تتجاوزدورة / دقيقة ، موصلةرطلكجم ) من الهيدروجين السائل و 896 رطلكجم ) من الأكسجين السائل إلى المحرك كل ثانية . مضخات الطرد المركزي التوربينية تكون معظم ا المضخات التوربينة من نوع الطرد المركزي . يدخل المائع للمضخة ب القرب من المحور و يقوم القرص الدوار ب تسريع المائع إلى سرعة مرتفعة . يمرالمائع بعد ذلك خلال ناشر ، يكون عبارة عن أنبوب متوسع تدريجياً يسمح ب استرداد الضغط الديناميكي للمائع . يقوم الناشر ب تحويل طاقة الحركة المرتفعة إلى ضغط مرتفع ( ليس من الشائع وصول الضغط ل مئات البارات ) ، ويُمكن تحقيق معدل تدفق مرتفع إن لم يكنالضغط المعاكس مرتفع جداً . ا المضخات التوربينية المحورية تتواجد أيضاً ا المضخات التوربينية المحورية ، و تتكون من صفوف من الريش المتحركة تدفع المائع و ترفع طاقة حركت ه ويتبع كل صف من ها صف من الريش الثابتة يحول طاقة الحركة هذه إلىضغط ، و تكون جميع ها مثبتة على العمود الدوار الرئيسي للمضخة . تُعطي ا المضخات المحورية عموماً ضغط أقل ب كثير من مضخات الطرد المركزي ( ليس من الشائع انخفاض الضغط إلى عدة بارات قليلة ) ، مع ذلك تبقى مفيدة ب استخدام ها عند مدخل مضخة الطرد المركزي ل زيادة ضغط الدخول ب درجة كافية تمنع حددوث ظاهرة التكهف في المضخة . تعقيدات مضخات الطرد المركزي التوربينية تحظى ا المضخات التوربينية ب سمعة صعوبة تصميم ها ل الوصول إلى الأداء المثالي ، و مع ذلك تستطيع مضخة مصممة جيداً وخالية من الأخطاء أن تحقق كفاءة تتراوح بين إلى ، و المضخات ذات الكفاءات الأقل من نصف هذه القيمة ليست شائعة . قد تكون الكفاءة المنخفضة مقبولة في بعض التطبيقات ، لٰكن ها تُمثل مشكلة كبيرة عندما يتعلق الأمرب الصواريخ . ل المضخات التوربينية أهمية كبيرة في الصواريخ ، كما أن ها تمثل إشكالية أيضاً ، حيث أن تكلفة استخدام مضخة توربينية واحدة في مركبات اطلاق الصواريخ تتجاوز من التكلفة ال كلية . تتضمن المشاكل الشائعة ل المضخات التوربينية : التدفق المفرط للمائع ذو الضغط المرتفع من حافة المضخة عند ا المخرج إلى منطقة الضغط المنخفض عند مدخل المضخة من خلال فجوة بين العمود الدوار وغلاف المضخة . إعادة التدوير المفرط للمائع عند مدخل المضخة . حدوث دوامات ب شكل مفرطللمائع عند خروجه من المضخة . حدوث ظاهرة التكهف و تسبب ها بأضرار في سطحالمروحة الدفاعة في مناطق الضغط المنخفض ، ب الإضافة إلى تأثر العمود الدوار أحياناً ( نتيجة الاهتزازات المرتفعة ب سبب الأضرار التي لحقت بالمروحة الدفاعة ) و الذي يعد شكله الدقيق أمراً بالغ الأهمية . تشغيل ا المضخات التوربينية تُستخدم ا المضخات التوربينية المشغلة ب واسطة التربينات البخارية عندما يتوفر مصدر للبخار ، على سبيل المثال مراجل \ . بينما تُستخدم التربينات الغازية ل تشغيل ها عندما لا تتوافر الكهرباء أو البخار ، أو أن تكون هناك قيود خاصة بالوزن تصرح ب استخدام مصادر ل الطاقة الميكانيكية أكثر كفاءة . تعتبر محركات الصواريخ أحد أمثلة استخدام ا المضخات التوربينية ، حيث تحتاج ل ضخ الوقود والمؤكسد داخل غرفة ال احتراق . كما أن هذا ضرورياً للصواريخ ذات الوقود السائل الكبيرة ، حيث أن ضخ السوائل أوا الغازات اعتماداً علىضغط الخزانات البسيط غير ممكن لأن الضغط المرتفع اللازم لمعدلات التدفق المطلوبة س يحتاج خزانات قوية وثقيلة ل تحقيق ه . تُزود المحركات النفاثة التضاغطية غالباً ب مضخات توربينية ، و يتم تشغيل تربينة المضخة بتيار هواء مضغوط من ناشر الدخول أو ب واسطة تيار هواء داخلي موجه من مدخل غرفة ال احتراق ، و في كلتا الحالتين يُلقى عادم التربينة ل الخارج . انظر أيضا المراجع روابط خارجية كتاب باللغة الإنجليزية عن دفع الصواريخ . عنفات مضخات