تحلل هذه المقالة أسباب التحميل الزائد لمحركات الديزل البحرية الرئيسية وتفحص بيئة التشغيل الخاصة والمعقدة على متن الطائرة.
إن ظروف العمل المتغيرة وغير المتوقعة التي تتعرض لها ليست ظروف الحمل الزائد التي قد تحدث في تشغيل الوحدة الثابتة (على الأرض)، ولكن من المحتمل جدًا أن تحدث على متن الطائرة.
هناك ظاهرة الشذوذ وانعكاس الحالة الطبيعية، وتظهر في الغالب بشكل ضمني، بخصائص لا يمكن التنبؤ بها.
يعد الطقس الكارثي وظروف البحر القاسية وتضاريس الممرات المائية من الأسباب الرئيسية للحمل الزائد.
I. التعريف العام للحمل الزائد لمحرك الديزل
أثناء تشغيل مجموعة مولدات الديزل الثابتة، طالما أنها لا تتجاوز حد "منحنى خصائص سرعة الطاقة-" لوحدة التشغيل والمعلمات الفنية الرئيسية (أساسًا معلمات درجة الحرارة المختلفة؛ ومعلمات الضغط؛ ومعلمات سرعة الدوران)، فلن يكون هناك حمل زائد.
إذا تم تجاوز هذه اللوائح، تعتبر الوحدة محملة بشكل زائد. وهذا هو الحال بالنسبة للوحدات الثابتة (المرتكزة على الأرض-). ومع ذلك، فإن تحديد الحمل الزائد لمحركات الديزل البحرية أثناء التشغيل أكثر تعقيدًا بكثير.
وذلك لأن محركات الديزل البحرية يتم تحديدها من خلال خصائص الدفع الخاصة بها.
بالإضافة إلى ذلك، فهي تتأثر أيضًا بظروف البحر.
تخضع محركات الديزل البحرية لاضطرابات وقيود بيئية خارجية طبيعية وغير بشرية- أثناء التشغيل.
يعد هذا الوضع غير طبيعي بالنسبة للوحدات الثابتة ولكنه طبيعي بالنسبة لمحركات الديزل البحرية أثناء التشغيل، مما يؤدي إلى حدوث ظروف تحميل زائد مختلفة لا يمكن التنبؤ بها (مثل الطقس السيئ، وظروف البحر المعقدة، والعوائق تحت الماء، وما إلى ذلك).
إن تقلب هذه الأحمال الناتج عن عوامل خارجية عادة ما يكون خارج نطاق اللوائح أو الإجراءات وهو حدث عشوائي للغاية مع قدر كبير من العشوائية وعدم اليقين.
يمكن الإشارة إلى هذا التحميل الزائد بشكل عام على أنه تحميل زائد مخفي لتمييزه عن التحميل الزائد للوحدة الثابتة-.
إنها حالة أكثر خطورة وخطورة.
فيما يلي تحليل للأسباب والظروف البيئية والمخاطر والوقاية من مختلف الظروف المفاجئة التي تواجهها بشكل متكرر محركات الديزل البحرية الناجمة عن عوامل خارجية.
ثانيا. العلاقة بين التخصص والتعقيد والحمل الزائد في بيئة التشغيل لمحركات الديزل البحرية
ونظرًا للاختلافات الكبيرة في بيئة التشغيل والمساحة والظروف والوحدات الثابتة (على الأرض) بين محركات الديزل البحرية والوحدات الثابتة، فهي مقيدة حتمًا بهذه العوامل أثناء التشغيل، وسيتغير حمل الوحدة أيضًا وفقًا لذلك.
وقد تم تسليط الضوء على النقاط التالية لشرح مختصر لتوضيح مدى تأثيرها على تشغيل الوحدات.
1. الظروف البحرية الشديدة
ويشير إلى الظواهر الهيدرولوجية والجوية الكارثية في البحر الناجمة عن عوامل مثل العواصف والثلوج وأمواج تسونامي والأعاصير.
تتغير ظروف البحر في أي وقت بسبب عوامل مختلفة بما في ذلك المكان والزمان والطقس وطرق الشحن والظروف الجغرافية والطوبوغرافية، والوضع معقد للغاية.
وكما يقول المثل القديم: "هناك موجة يبلغ ارتفاعها -أقدام في البحر حتى بدون رياح"، وهو وصف مصور للطقس المحفوف بالمخاطر في المحيط.
والأمواج هي أحد الأسباب الرئيسية للحمل الزائد الخفي للآلات.
الشكل 1: التغييرات في نقطة التشغيل لمحرك الديزل في ظل ظروف الملاحة المختلفة
من الشكل 1، يمكن ملاحظة أنه إذا كان محرك الديزل يعمل بخاصية سرعة التحميل المقدرة، ويعمل جنبًا إلى جنب مع المروحة ذات المنحنى المميز I، فإن نقطة التشغيل هي a. في هذا الوقت، يصدر محرك الديزل الطاقة المقدرة Pe، ويدفع المروحة للدوران بالسرعة المقدرة ne.
إذا زادت مقاومة السفينة، سيصبح المنحنى المميز للدفع للمروحة أكثر انحدارًا، على سبيل المثال، سيصبح المنحنى المميز II. وهكذا تتغير نقطة التشغيل من النقطة أ إلى النقطة ب. في هذا الوقت، على الرغم من أن قوة وسرعة محرك الديزل أقل من القيم المقدرة، إلا أنهما يعملان بالفعل في نطاق عزم الدوران الزائد-، وهو أمر غير مناسب جدًا لتشغيل محرك الديزل.
على العكس من ذلك، عندما تنخفض مقاومة السفينة، سيصبح المنحنى المميز للدفع للمروحة أكثر استواءً، على سبيل المثال، سيصبح المنحنى المميز III. وهكذا تتغير نقطة التشغيل من النقطة أ إلى النقطة د. في هذا الوقت، على الرغم من أن محرك الديزل لا يعمل في نطاق عزم الدوران الزائد-، إلا أن سرعة وقوة محرك الديزل تتجاوز القيم المقدرة ne وPe. محرك الديزل أيضًا في حالة تحميل زائد، وهو أمر غير مناسب جدًا لتشغيل محرك الديزل.
ستتأثر مقاومة ملاحة السفينة بالعوامل التالية التي لا يمكن السيطرة عليها:
العوامل المرتبطة بالعواصف والثلوج وأحوال البحر؛ العوامل المتعلقة باتجاه التيارات المحيطية؛ العوامل المتعلقة بتضاريس الممر المائي. العوامل المتعلقة بالرواسب الموجودة في الجزء تحت الماء من الهيكل؛ العوامل المتعلقة بالتأريض والجنوح؛ العوامل المتعلقة بتشابك المروحة مع الأجسام الغريبة؛ العوامل المتعلقة بزيادة السحب (القطر)؛ العوامل المتعلقة بتأثير المروحة على الأجسام العائمة، الخ.
تشمل العوامل التي يمكن السيطرة عليها ما يلي:
المنعطفات الحادة أثناء التنقل؛ البداية؛ الممرات المائية الضيقة. رباط تسريع؛ الملاحة العكسية تغيير الاتجاه التحميل، الخ.
هذه العوامل، سواء كانت تعمل بمفردها أو مجتمعة، يمكن أن تتسبب في انحراف منحنى الدفع الفعلي (أو منحنى خاصية عزم الدوران) للوحدة عن منحنى خاصية الدفع المصمم الأصلي (أو منحنى خاصية حد عزم الدوران). أي حركة للدفع الفعلي إلى اليسار أو اليمين ستؤدي إلى زيادة تحميل قوة الوحدة أو عزم الدوران أو السرعة.
يحدث هذا النوع من المواقف بشكل متكرر وبالتناوب أثناء الملاحة في الظروف الجوية والبحرية السيئة.
عندما تكون السفينة عند قمة الموجة، تتعرض المروحة لسطح الماء، مما يؤدي إلى عدم التحميل على التباطؤ، وزيادة مفاجئة في سرعة الوحدة، وزيادة سرعة المحرك الرئيسي (التجاوز).
عندما تكون السفينة عند قاع الموجة، يزداد فجأة حجم الهيكل المغمور، وتزداد مقاومة الاحتكاك فجأة، ويتم تحميل العمود المرفقي للمحرك الرئيسي (بما في ذلك العمود) بشكل زائد. وفي الوقت نفسه، يزداد الدفع وعزم الدوران للمروحة.
تتسبب حالة البحر المعاكسة هذه في التأرجح الطولي والجانبي لهيكل السفينة، مما سيؤدي إلى كلا النوعين المذكورين أعلاه من الحمولة الزائدة (المصحوبة في الواقع بحمل شديد الحرارة).
وهذان النوعان من الأحمال الزائدة هما الأكثر خطورة بالنسبة لمحركات الديزل البحرية.
هناك عوامل مختلفة أخرى لها أيضًا تأثيرات ضارة مماثلة على الوحدة، ولكن تختلف شدتها.
2. جنوح السفينة أو جنوحها
من بين الحوادث البحرية العديدة، يعد التأريض أو الجنوح (بما في ذلك الاصطدام بالشعاب المرجانية) بمثابة كوارث بحرية خطيرة.
عند وقوع مثل هذا الحادث، تنخفض سرعة السفينة فجأة من السرعة العادية إلى سرعة الصفر أو ما يقرب من الصفر بشكل فوري، لكن المحرك يستمر في دفع المروحة إلى حالتها الأصلية.
من "منحنى خصائص أداء المروحة"، يمكن معرفة أنه في هذا الوقت، سيرتفع الدفع وعزم الدوران للمروحة من القيمة الدنيا إلى القيمة القصوى.
يخبرنا مبدأ عمل المروحة: "مع زيادة السرعة تدريجيًا، يتناقص دفع المروحة باستمرار. وعندما تصل السرعة إلى قيمة معينة (عمومًا أكبر قليلاً من قيمة H)، يكون دفع المروحة صفرًا. ويشار إلى هذا عادةً باسم الدفع الصفري."
وعلى العكس من ذلك، عندما تتغير السرعة من القيمة القصوى إلى الصفر، تصل زاوية الهجوم للمروحة إلى قيمتها القصوى. في هذا الوقت، ستعاني المروحة والعمود والوحدة من الحمل الزائد الشديد بسبب توليد المروحة قوة وعزم دوران أكبر من قوة الدفع وعزم الدوران المصممين.
بعد أن تتعرض السفينة للحوادث المذكورة أعلاه، ومن أجل إنقاذ نفسها والهروب، فإنها غالبًا ما ترجع إلى الخلف عند حمولة عالية في حالة السرعة الصفرية-للسفينة، مما يؤدي بشكل مصطنع إلى إرهاق الوحدة.
3. تشابك الأجسام الغريبة في المروحة أو عمود المؤخرة
عندما يحدث هذا الخلل، يزداد الحمل على المروحة فجأة، ويتحول دخان العادم المنبعث من المحرك إلى اللون الأسود، وتنخفض سرعة الدوران، وإذا استمر لفترة طويلة، فسوف يتسبب ذلك في ارتفاع درجة حرارة ماء التبريد وزيت التشحيم، وتدهور الاحتراق، وزيادة التحميل على العمود المرفقي والعمود المرفقي.
4. السحب
يحدث هذا النوع من حالات الحمولة الزائدة في الغالب في سفن الصيد بشباك الجر.
السبب الرئيسي هو أنه عندما تدخل شبكة الصيد إلى مجموعة كبيرة من الأسماك أو تعلق بجسم ما (مثل قطعة سفينة غارقة، أو صخرة صغيرة، وما إلى ذلك)، ستتغير حالة العمل الأصلية، وستنخفض العملية، وستتغير زاوية الهجوم للمروحة، مما يؤدي إلى زيادة الدفع وعزم الدوران.
سيؤدي هذا الوضع إلى عملية التحميل الزائد لفترة طويلة.
5. تأثير المروحة على الأجسام العائمة
في مثل هذه الحالات، سوف تتشوه شفرات المروحة، وسوف يتدهور أداء المروحة، وخاصة زيادة الملعب، وسوف ينتهك التوازن الديناميكي، وسوف تتكثف الاهتزازات. سيؤدي ذلك إلى زيادة الحمل على المحامل المختلفة، مما يؤدي إلى تلفها.
6. زيادة مقاومة الاحتكاك بسبب التلوث على الهيكل
مع مرور الوقت، تلتصق الكائنات البحرية (الطحالب والمحار وغيرها) بسطح الهيكل، مما يتسبب في زيادة التآكل.
تزداد مقاومة الاحتكاك للهيكل تدريجيًا يومًا بعد يوم. ووفقا للبيانات ذات الصلة، فإن قوة الاحتكاك للبدن تزداد بمعدل 2٪ سنويا، مما يؤدي حتما إلى زيادة الحمل الإضافي على الوحدة. ينتقل "المنحنى المميز للدفع المروحي" إلى اليسار، وتقل سرعة الوحدة.
إذا تم الحفاظ على السرعة الأصلية المضبوطة في هذا الوقت، فإن الوحدة تعمل فعليًا بمستوى طاقة زائد.
يمكن أن يؤدي هذا الوضع بسهولة إلى تشغيل الوحدة بطاقة مفرطة لفترة طويلة، مما يسبب ضررًا كبيرًا.
7. تحول السفينة
كما هو معروف، كل سفينة لها نصف قطر دوران خاص بها.
هذه الخاصية لها تأثير ضئيل على السفن ذات المحرك الواحد، ولكنها مهمة بالنسبة للسفن ذات المحركات المتعددة.
كلما كانت السفينة أكبر وأطول، زاد نصف قطر دورانها (بشكل عام حوالي ثلاثة أضعاف طول السفينة)، وكلما زاد وقت الدوران. التأثير على المحركات أكثر وضوحا.
نظرًا لأن المحركات الداخلية والخارجية تكون في أنصاف أقطار مختلفة أثناء دوران السفينة، فإن المسافات والمسارات التي تمر بها مختلفة، كما تختلف العمليات التي تمر بها المراوح على الجانبين الداخلي والخارجي لدائرة الدوران. وبالتالي فإن الأحمال (سرعات الدوران) للمحركات الداخلية والخارجية مختلفة أيضًا.
يمكن التعرف على ذلك مباشرة من خلال التغيرات في دخان عادم الوحدة. إذا لم يتم ضبط الحمل (سرعة الدوران) للوحدة مسبقًا في هذا الوقت، فستدخل الوحدة الداخلية في حالة التحميل الزائد بشدة.
8. الملاحة في القنوات الضيقة (المياه الضحلة)
عندما تدخل السفن إلى الأنهار (أو القنوات) من المحيط أو تنتقل من مناطق المياه العميقة إلى مناطق المياه الضحلة، يحدث ما يسمى -ظاهرة "شفط السفن (شفط الشاطئ أو شفط القاع)". النتيجة الأكثر مباشرة لهذه الظاهرة هي زيادة مقاومة الملاحة وانخفاض السرعة.
إذا تم الحفاظ على السرعة بشكل أعمى دون أي تغيير، فسيعمل المحرك في حالة التحميل الزائد.
ثالثا. مخاطر التحميل الزائد والوقاية
يحدث الحمل الزائد أثناء تشغيل الوحدة، ولا يمكن تحديد الأسباب وتحليلها إلا من خلال عملية التشغيل.
ومع ذلك، بشكل عام، يمكن أن تعزى الأسباب إما إلى عوامل ذاتية أو عوامل موضوعية خارجية.
يمكن التخفيف من العوامل السلبية الخارجية من خلال الإجراءات والسلوكيات الذاتية. ومن المهم بشكل خاص التأكيد على الحاجة إلى تعميق فهم المرء للعالم الموضوعي، مثل صياغة كل خطة طيران، وتحليل التنبؤات الجوية، وفهم الحالة الفنية للطاقم، وتدابير الاستجابة، وما إلى ذلك. وينبغي اعتماد تقنيات تشغيلية مناسبة للتعامل مع ظروف التشغيل الموضوعية.
يحدث الحمل الزائد عندما يكون هناك خلل في التوازن بين المحرك والمروحة والسفينة.
التوازن النسبي بين الثلاثة هو الضمان لمنع حدوث الحمل الزائد.
ويكون إنشاء هذا التوازن عشوائيا (خاصة فيما يتعلق بأحوال البحر) ويقوم على الاعتماد المتبادل.
ولمنع حدوث حمل زائد للوحدة، يصبح امتلاك المعرفة الشاملة من قبل الموظفين أمرًا مهمًا للغاية.
وخاصة في السفن الحديثة المجهزة بنظام-قيادة الماكينة المتكامل، يجب أن يتمتع كل من تخصص إدارة المحرك ومهنة القيادة بالمعرفة الأساسية في المجالات-المتعددة التخصصات ذات الصلة. أي معرفة بموضوع واحد غير كافية اليوم.
في عمليات السفن الحديثة، لا يمكن تصور أفراد الطاقم الذين ليسوا على دراية بـ "منحنى خصائص الدفع" أن يتحكموا علميًا في تشغيل السفينة.
ومن المستحيل على أفراد الطاقم الذين لا يعرفون أداء السفينة أن يضبطوا الآلات لتتكيف مع ظروف الملاحة المختلفة.
ولذلك، فإن كيفية تحسين نوعية الطاقم يجب أن تكون شرطا أساسيا للعمل الوقائي، في حين تأتي اللوائح والإجراءات والأنظمة المختلفة في المرتبة الثانية.
بدون موظفين ذوي كفاءة عالية-، حتى أفضل الأشياء لا يمكن تنفيذها بشكل صحيح.
غالبًا ما يكون من الصعب تحقيق منع التحميل الزائد لمحركات الديزل البحرية.
1) نظرًا لأن التغيرات في ظروف البحر لا يمكن التنبؤ بها على المستوى الجزئي، فإن أكثر ما يمكننا فعله تفاؤلاً هو وضع تنبؤات حول التغيرات العيانية، وهو أمر ليس له أهمية كبيرة بالنسبة-للعمليات الفنية في الموقع.
ولذلك، فإن التغييرات في الحمل الزائد لوحدات المحرك لا يمكن التنبؤ بها أيضًا. لا يمكن للتنبؤ أن يأتي في المقام الأول، ولا يمكن مناقشة الوقاية.
2) التنسيق والتعاون بين قسم المحرك وقسم التوجيه.
أثناء التشغيل الفعلي، نظرًا لاختلاف وجهات نظرهم حول نفس المسألة،
كل قسم له أولوياته الخاصة. يهتم قسم التوجيه بسلامة السفينة بأكملها، بينما يهتم قسم المحرك بسلامة الآلات. ومع ذلك، في الظروف البحرية الحرجة التي قد تؤدي إلى حالات حمولة زائدة مختلفة، من الضروري أن يتبع قسم المحرك تعليمات قسم التوجيه، ولا يمكن رفض ذلك.
ولذلك فإن التحميل الزائد أمر لا مفر منه، ولا يمكن لقسم المحرك إلا أن يطلب تقليل حجم الضرر.
في هذا الوقت، ليس من المناسب التركيز بشكل مفرط على "اللوائح" أو "الإجراءات".
3) في حالات السفينة شديدة الخطورة، مثل الجنوح أو الجنوح، من أجل ضمان سلامة السفينة والأفراد والبضائع، لا مفر من التضحية بسلامة بعض المحركات الرئيسية. وهذا أيضًا شكل من أشكال الوقاية.
4) في حالة وقوع حوادث مفاجئة، مثل الملاحة في الضباب، أو في الممرات المائية الضيقة، أو في القنوات المعقدة، -تشغيل ترس عكسي بكامل الطاقة أو المنعطفات الحادة، ومناورات المراوغة التي قد تحدث لتجنب الاصطدامات، يجب تنفيذ كل ذلك في ظل ظروف التحميل الزائد.
5) كحل أخير، ينبغي لقسم الملاحة أن يفكر في نشر "مرساة بحرية" لحماية المحرك الرئيسي. ومع ذلك، في هذه المرحلة، ينبغي تقييم قدرة السفينة على المناورة بعناية. إن وضع السفينة العاجزة يمثل تحديًا كبيرًا.
6) بالنسبة لمحركات الديزل البحرية الرئيسية، لا يجوز اتخاذ إجراءات وقائية مفرطة في ظل الظروف الملاحية التالية:
① عند مواجهة ظروف مناخية معاكسة لا يمكن تجنبها (مثل العواصف والعواصف الثلجية وأمواج تسونامي وما إلى ذلك) أثناء الملاحة؛
② عندما يتغير الطقس فجأة في ممرات الشحن المزدحمة؛
③ عند التنقل في الممرات المائية الضيقة مع الرياح المواتية والظروف الحالية ومعدلات التدفق العالية؛
④ عندما يكون هناك خطر الاصطدام ويجب اتخاذ تدابير تجنب الطوارئ.
في هذه المواقف العديدة، على الرغم من وجود خطر التحميل الزائد على المحرك، إلا أنه لا يزال من الضروري القيام بذلك من أجل سلامة السفينة بأكملها.
الحد الأدنى المسموح به من ظروف التشغيل هو الحفاظ على فعالية توجيه كافية (المعروفة باسم قوة التوجيه) لملاحة السفينة.
إذا تسببت وظيفة الدفع للمحرك في فقدان فعالية التوجيه اللازمة، فستكون السفينة معرضة لخطر الانقلاب.
خاصة في الظروف الجوية الكارثية أو عندما يكون هناك خطر الاصطدام، يمكن أن تحدث عواقب أكثر خطورة من الحمل الزائد للمحرك، مثل تدمير السفينة وفقدان الأرواح.
هذه خطة طوارئ ضرورية لا يمكن لقسم إدارة السفن الاستغناء عنها مسبقًا.
إن الضرر الناتج عن الحمل الزائد للمحرك بالنسبة لمحركات الديزل البحرية أمر واضح بذاته.
وفي الحالات الخفيفة، يؤدي ذلك إلى تسريع تآكل المكونات (خاصة الأجزاء المتحركة)، وتقصير عمر خدمة الماكينة، وتقليل الفوائد الاقتصادية، والإضرار بالكفاءة التشغيلية للسفينة.
في الحالات الشديدة، قد يتسبب ذلك في وقوع حادث مأساوي حيث يتم تدمير الآلة ومقتل الأشخاص، مما يهدد بشكل خطير سلامة التشغيل.
ولذلك، ينبغي أن يؤخذ منع التشغيل المفرط كنقطة أساسية لمنع وقوع الحوادث.
خاصة في المواقف التي يؤدي فيها فشل التشغيل إلى التحميل الزائد على المحرك، يجب دق جرس الإنذار بشكل متكرر ويجب التخلص منه.