تتمتع محركات الديزل البحرية بالكفاءة الحرارية العالية والاقتصاد الجيد وسهولة التشغيل وقدرة كبيرة على التكيف مع أنواع مختلفة من السفن. بعد تقديمها، تم استخدامها بسرعة كقوة دفع للسفن. بحلول خمسينيات القرن العشرين، حلت محركات الديزل محل المحركات البخارية بشكل كامل تقريبًا في السفن المبنية حديثًا. أصبحت محركات الديزل البحرية مصدر الطاقة الرئيسي للسفن المدنية والسفن الصغيرة والمتوسطة والغواصات التقليدية. يمكن تقسيم محركات الديزل البحرية إلى محركات رئيسية ومحركات مساعدة حسب وظائفها في السفن. يستخدم المحرك الرئيسي كقوة دفع للسفن، بينما يستخدم المحرك المساعد لتشغيل المولدات الكهربائية أو ضواغط الهواء أو مضخات المياه.
تنقسم محركات الديزل البحرية عمومًا إلى محركات ديزل عالية السرعة ومتوسطة السرعة ومنخفضة السرعة، ويتم سرد مؤشرات الأداء الرئيسية للأنواع الثلاثة لمحركات الديزل في الجدول.
مقدمة والتطبيق
في معظم الأوقات، تعمل المحركات البحرية بحمولة كاملة، وأحيانًا تعمل تحت ظروف تحميل متغيرة. غالبًا ما تبحر السفن في التضاريس الوعرة، لذلك يجب أن تكون محركات الديزل البحرية قادرة على العمل بشكل موثوق في ظل ظروف الميل الطولي بمقدار 15 درجة -25 درجة والميل العرضي بمقدار 15 درجة -35 درجة . تستخدم معظم السفن محركات الديزل المزودة بشاحن توربيني (انظر الشحن التوربيني لمحرك الاحتراق الداخلي)، وتستخدم محركات الديزل منخفضة الطاقة غير المزودة بشاحن توربيني فقط في القوارب الصغيرة. معظم محركات الديزل منخفضة السرعة هي محركات ثنائية الأشواط، ومعظم محركات الديزل متوسطة السرعة هي محركات رباعية الأشواط، ومحركات الديزل عالية السرعة تحتوي على كليهما. تشتمل أشكال الكسح لمحركات الديزل البحرية ثنائية الشوط على الكسح الارتجاعي، وكسح منفذ الصمام المستمر، وكسح منفذ المكبس المتقابل. تستخدم محركات الديزل عالية الطاقة المتوسطة والمنخفضة السرعة الزيت الثقيل على نطاق واسع كوقود، بينما لا تزال محركات الديزل عالية السرعة تستخدم الديزل الخفيف في الغالب.
محرك ديزل منخفض السرعة
تتطلب قيادة المروحة مباشرة سرعة دوران أقل لتحقيق كفاءة دفع عالية. تقوم محركات الديزل المتوسطة والعالية السرعة بدفع المروحة من خلال علبة تروس، والتي عادة ما تكون مجهزة بآلية عكسية لتحقيق عكس المروحة. ومع ذلك، يمكن لمحركات الديزل منخفضة السرعة وبعض محركات الديزل متوسطة السرعة عكس نفسها. يتم أيضًا تشغيل محركات الديزل المتوسطة والعالية السرعة كهربائيًا من خلال نظام دفع محرك المولد. عندما تكون هناك حاجة إلى طاقة عالية، يمكن أيضًا استخدام آلات متعددة بالتوازي، ويمكن استخدام محرك رئيسي واحد فقط للملاحة منخفضة السرعة، وبالتالي تحسين الكفاءة التشغيلية والموثوقية. عند تركيب محركين رئيسيين على نفس السفينة، يتم تقسيمهما إلى المحرك الأيسر والمحرك الأيمن وفقًا لموضع التثبيت واتجاه المروحة.
مبدأ العمل
محرك ديزل ثنائي الشوط
يسمى محرك الديزل الذي يكمل دورة عمل واحدة من خلال شوطين للمكبس بمحرك ديزل ثنائي الشوط. يكمل محرك الزيت دورة عمل واحدة بدورة واحدة فقط في العمود المرفقي. بالمقارنة مع محرك الديزل رباعي الأشواط، فهو يحسن إنتاج الطاقة ولديه اختلافات كبيرة في الهيكل المحدد ومبادئ العمل.
الهيكل الأساسي لمحرك الديزل ثنائي الشوط هو نفس محرك الديزل رباعي الأشواط، مع وجود الاختلاف الرئيسي في مجموعة الصمامات. لا تحتوي محركات الديزل ثنائية الأشواط على صمامات سحب، وبعضها لا يحتوي حتى على صمامات عادم. وبدلاً من ذلك، يتم توفير منافذ الكسح والعادم في الجزء السفلي من الأسطوانة؛ أو قم بإعداد منفذ الكسح وآلية صمام العادم. ويتم إعداد مضخة كسح مخصصة مدفوعة بأجزاء متحركة وصندوق كسح لتخزين هواء الضغط، مما يبسط هيكل محرك الديزل عن طريق استخدام التنسيق بين المكبس ومنفذ الهواء لإكمال توزيع الهواء. يوضح الشكل مبدأ عمل محرك ديزل ثنائي الشوط. مضخة الكسح متصلة بجانب واحد من محرك الديزل، ويتم تشغيل الدوار الخاص بها بواسطة محرك الديزل. يتم امتصاص الهواء من المضخة، وضغطه وتفريغه، وتخزينه في صندوق كسح كبير الحجم، حيث يحافظ على ضغط معين.
4-محرك الديزل
يكتمل عمل محرك الديزل من خلال أربع عمليات: السحب، والضغط، وتوليد الطاقة، والعادم، والتي تشكل دورة عمل. يسمى محرك الديزل الذي يكمل فيه المكبس دورة العمل من خلال أربع عمليات بمحرك ديزل رباعي الأشواط. الآن قارنها بالرسوم المتحركة أعلاه لشرح مبدأ عملها.
الشوط الأول - الشفط، ومهمته ملء الاسطوانة بالهواء النقي. عندما تبدأ شوط الشفط، يكون المكبس في أعلى المركز الميت، ولا يزال هناك بعض غاز العادم المتبقي في غرفة الاحتراق بالأسطوانة.
عندما يدور العمود المرفقي بشكل مرفقي، يقوم قضيب التوصيل بتحريك المكبس من المركز الميت العلوي إلى المركز الميت السفلي، وفي الوقت نفسه، يستخدم آلية النقل المتصلة بالعمود المرفقي لفتح صمام السحب.
عندما يتحرك المكبس إلى الأسفل، يزداد الحجم فوق المكبس في الأسطوانة تدريجيًا: مما يجعل ضغط الهواء داخل الأسطوانة أقل من الضغط داخل أنبوب السحب، وبالتالي يملأ الهواء الخارجي الأسطوانة بشكل مستمر.
يظهر في الرسم المتحرك تغير ضغط الغاز في الأسطوانة مع حجم الأسطوانة أثناء عملية السحب. يمثل المحور الرأسي في الشكل ضغط الغاز P، ويمثل المحور الأفقي حجم الأسطوانة Vh (أو دفعة المكبس S). ويسمى هذا الرسم البياني مخطط المؤشر. يمثل منحنى الضغط في الشكل قانون تغير ضغط الغاز داخل الأسطوانة عند عمل محرك الديزل. يمكننا أن نرى من التربة أن يبدأ السحب، ونظرًا لوجود غاز العادم المتبقي، فهو أعلى قليلاً من الضغط الجوي P{{0}}. أثناء عملية السحب، وبسبب مقاومة التدفق الناتجة عن مرور الهواء عبر أنبوب السحب وصمام السحب، يكون ضغط الغاز أثناء شوط السحب أقل من الضغط الجوي، ويتراوح من 0.085 إلى 0.095 ميجاباسكال. طوال عملية السحب بأكملها، يظل ضغط الغاز داخل الأسطوانة ثابتًا تقريبًا.
عندما يتحرك المكبس إلى الأسفل ويقترب من المركز الميت السفلي، يظل تدفق الهواء الذي يدخل الأسطوانة يتمتع بسرعة عالية وقصور ذاتي كبير. من أجل استخدام القصور الذاتي لتدفق الهواء لزيادة معدل التضخم، يغلق صمام السحب فقط بعد مرور المكبس بالمركز الميت السفلي. على الرغم من أن المكبس يتحرك لأعلى في هذا الوقت، إلا أنه بسبب القصور الذاتي لتدفق الهواء، لا يزال بإمكان الغاز ملء الأسطوانة.
السكتة الدماغية الثانية - الضغط. أثناء الضغط، يتحرك المكبس من المركز الميت السفلي إلى المركز الميت العلوي. هذه السكتة الدماغية لها وظيفتان: أولا، زيادة درجة حرارة الهواء والتحضير للاشتعال الذاتي للوقود؛ ثانيا، تهيئة الظروف لتوسيع الغاز والعمل. عندما يتحرك المكبس للأعلى ويغلق صمام السحب، يتم ضغط الهواء الموجود في الأسطوانة. ومع انخفاض الحجم، يستمر ضغط الهواء ودرجة حرارته في الارتفاع. ويرتبط الضغط والرطوبة في نهاية الضغط بدرجة ضغط الهواء، أي بنسبة الضغط. بشكل عام، يكون الضغط ودرجة الحرارة في نهاية الضغط هما Pc=4-8MPa, Tc=750-950K.
تبلغ درجة حرارة الاشتعال الذاتي للديزل حوالي 543-563K، وتكون درجة الحرارة عند نهاية الضغط أعلى بكثير من درجة حرارة الاشتعال الذاتي للديزل، وهو ما يكفي لضمان اشتعال الوقود المحقون في الأسطوانة واحتراقه خاص بها.
إن الديزل المحقون في الأسطوانة لا يشتعل فوراً، ولا يشتعل إلا بعد تعرضه لتغيرات فيزيائية وكيميائية. تبلغ هذه الفترة الزمنية حوالي 0.001-0.005 ثانية، والمعروفة بفترة تأخير الإشعال. لذلك من الضروري البدء برش الوقود المذرى داخل الاسطوانة بزاوية الكرنك البالغة 10-35 درجة قبل وصول العمود المرفقي إلى النقطة الميتة العليا، وتحقيق أعلى ضغط احتراق في غرفة الاحتراق عندما يصل العمود المرفقي إلى {{ 4}} درجة بعد المركز الميت العلوي، مما يجبر المكبس على التحرك نحو الأسفل.
السكتة الدماغية الثالثة - القيام بالعمل. في بداية هذه السكتة الدماغية، يتم حرق معظم الوقود الذي يتم حقنه في غرفة الاحتراق. أثناء الاحتراق، يتم إطلاق كمية كبيرة من الحرارة، مما تسبب في زيادة حادة في ضغط الغاز ودرجة الحرارة. يتحرك المكبس إلى الأسفل تحت تأثير الغاز ذي درجة الحرارة العالية والضغط العالي، ويقوم بتدوير العمود المرفقي من خلال قضيب التوصيل لأداء العمل الخارجي. لذلك تسمى هذه السكتة الدماغية أيضًا بضربة القوة أو ضربة العمل.
ومع نزول المكبس، يزداد حجم الأسطوانة، وينخفض ضغط الغاز. تنتهي شوط العمل عندما يصل المكبس إلى المركز الميت السفلي ويفتح صمام العادم.
في الرسم المتحرك، يمثل الجزء الصاعد من خط تغير الضغط أثناء شوط العمل الزيادة الحادة في الضغط عند احتراق الوقود في الأسطوانة، وتمثل أعلى نقطة أعلى ضغط احتراق Pz. الضغط ودرجة الحرارة عند هذه النقطة هي:
Pz=6-15MPa، Tz=1800-2200K
تسمى نسبة أعلى ضغط احتراق إلى ضغط نقطة النهاية للضغط (Pz/Pc) بنسبة ارتفاع الضغط أثناء الاحتراق، ويُعبر عنها بـ lect. وفقًا للأنواع المختلفة لمحركات الديزل، يكون نطاق قيمة π عند الطاقة القصوى كما يلي: lect=Pz/Pc=1.2-2.5.
السكتة الدماغية الرابعة - العادم. وتتمثل وظيفة شوط العادم في تفريغ غاز العادم الممتد لملء الهواء النقي والاستعداد لسحب الدورة التالية. عندما يتحرك مكبس شوط العمل بالقرب من المركز الميت السفلي، يفتح صمام العادم، ويتحرك المكبس من المركز الميت السفلي إلى المركز الميت العلوي تحت محرك العمود المرفقي وقضيب التوصيل، ويخرج غاز العادم من اسطوانة. بسبب المقاومة الموجودة في نظام العادم، في بداية شوط العادم، يكون ضغط الغاز داخل الأسطوانة 0.025-0.035MPa أعلى من الضغط الجوي، مع درجة حرارة Tb قدرها {{4 }}ك. ومن أجل تقليل مقاومة حركة المكبس أثناء العادم، يتم فتح صمام العادم قبل المركز الميت السفلي. بمجرد فتح صمام العادم، يندفع الغاز بضغط معين على الفور إلى خارج الأسطوانة، وينخفض الضغط داخل الأسطوانة بسرعة. بهذه الطريقة، عندما يتحرك المكبس لأعلى، يتم تفريغ غاز العادم الموجود داخل الأسطوانة من خلال حركة المكبس لأعلى. من أجل الاستفادة من القصور الذاتي لتدفق الهواء أثناء العادم لضمان تفريغ غاز العادم بشكل نظيف، يتم إغلاق صمام العادم فقط بعد المركز الميت العلوي.
في الرسم المتحرك، يمثل منحنى شوط العادم أن ضغط الغاز داخل الأسطوانة يكون ثابتًا تقريبًا أثناء عملية العادم، ولكنه أعلى قليلاً من الضغط الجوي. يبلغ الضغط Pr في نهاية شوط العادم تقريبًا 0.105-0.115MPa، وتبلغ درجة الحرارة Pr لغاز العادم المتبقي تقريبًا 850-960K.
نظرًا لأن صمامات السحب والعادم يتم فتحها مبكرًا وإغلاقها متأخرًا؛ لذلك عند نهاية شوط العادم وبداية شوط السحب، عندما يكون المكبس بالقرب من المركز الميت العلوي، هناك فترة زمنية تفتح فيها صمامات السحب والعادم في وقت واحد، والتي تمثلها زاوية العمود المرفقي وتسمى زاوية تداخل الصمام.
بعد انتهاء شوط العادم، تبدأ شوط السحب مرة أخرى، ويتم تكرار دورة العمل بأكملها وفقًا للعملية المذكورة أعلاه. نظرًا لأن دورة عمل محرك الديزل هذا تكتمل بأربعة أشواط للمكبس، أي دورتين من دوران العمود المرفقي، فإنه يطلق عليه محرك ديزل رباعي الأشواط.
في الأشواط الأربعة لمحرك الديزل رباعي الأشواط، فإن الشوط الثالث فقط، وهو دفعة العمل، يولد الطاقة لأداء عمل خارجي، في حين أن الأشواط الثلاثة الأخرى هي عملية التحضير لاستهلاك العمل. ولتحقيق ذلك، يجب تركيب دولاب الموازنة على محرك ديزل بأسطوانة واحدة، وذلك باستخدام القصور الذاتي الدوراني للحدافة لضمان التشغيل المستمر والموحد للعمود المرفقي خلال الأشواط الأربعة.
المزايا الهيكلية
1. هيكل المحمل الرئيسي من نوع الإطار الفريد، وصلابة الجسم العالية، وسعة الاهتزاز الصغيرة، وديسيبل الضوضاء المنخفض.
2. أسطوانة واحدة، غطاء واحد، يسهل صيانة السيارة ويقلل تكاليف الصيانة.
3. يتم شراء المكونات الرئيسية بشكل مستمر عالميًا، مما يحقق تكوينًا عاليًا للمحرك.
4. تم تركيب ملحقات محرك الديزل بالكامل، مع مبردات الهواء، ومبادلات حرارة مياه البحر والمياه العذبة، وما إلى ذلك المثبتة على محرك الديزل لسهولة تخطيط حجرة المحرك.
5. نظام التبريد لمحرك الديزل يعتمد طريقة تبريد الماء بالتدوير الداخلي والخارجي المزدوج. يستخدم الدوران الداخلي المياه العذبة لتبريد محرك الديزل، بينما يستخدم الدوران الخارجي مياه البحر لتبريد المياه العذبة من خلال مبادل حراري للمياه العذبة البحرية، مما يحسن عمر خدمة محرك الديزل.
6. نظام الحماية والتحكم الشامل، المجهز بأداة مراقبة وظيفية لمحرك الديزل، يمكنه قياس وعرض السرعة، درجة حرارة الماء، درجة حرارة الزيت، وضغط محرك الديزل تلقائيًا. عندما تتجاوز معلمات محرك الديزل الحد الأقصى، فإنه يمكن التنبيه والإيقاف تلقائيًا، ويمكن تجهيز أداة التحكم عن بعد بشكل اختياري.
7. تصميم ممتاز، يستخدم ماسورة عادم سترة الماء للحفاظ على درجة حرارة منخفضة للمقصورة.
8. لديها قدرة جيدة على التكيف ومتوافقة مع حذافة محرك الديزل من سلسلة WD615C وWD618C، وأغطية دولاب الموازنة، وأدوات مراقبة محرك الديزل، وأنابيب عادم سترة الماء، ومضخات مياه البحر والمكونات الأخرى. أبعاد تركيب محرك الديزل، دولاب الموازنة، ومبيت دولاب الموازنة هي أيضًا نفسها، مما يسهل المطابقة والصيانة.
9. يتم حجز البكرة الأمامية للعمود المرفقي بأخدود البكرة وشفة التوصيل لأجهزة إخراج الطاقة الخارجية.
