موتور دریایی
موتور دریایی چیست؟
موتورهای دریایی در کشتی ها وظیفه رانش کشتی از یک بندر به بندر دیگر را بر عهده دارند. خواه کشتی کوچکی باشد که در نواحی ساحلی حرکت می کند یا کشتی عظیمی که در آب های بین المللی در حال سفر است، یک موتور دریایی 4 زمانه یا 2 زمانه برای اهداف رانش روی کشتی تعبیه شده است.
موتورهای دریایی موتورهای حرارتی هستند که برای تبدیل گرمای حاصل از سوختن سوخت به کار مفید، یعنی تولید انرژی حرارتی و تبدیل آن به انرژی مکانیکی استفاده می‌شوند. موتورهای مورد استفاده در کشتی‌ها موتورهای احتراق داخلی (نوعی) هستند که در آن‌ها، احتراق سوخت در داخل سیلندر موتور صورت می‌گیرد و گرما پس از فرآیند احتراق ایجاد می‌شود.
اصول کار موتور کشتی
همانطور که قبلاً ذکر شد، موتورهای (IC) احتراق داخلی عمدتاً برای اهداف نیروی محرکه دریایی و تولید برق استفاده می شوند. کار موتور دریایی را می توان با روش زیر توضیح داد:
1- سوخت با مقدار کنترل شده در فشار بالا تزریق می شود.
2– مخلوطی از سوخت و هوا به کمک پیستون در داخل سیلندر موتور فشرده می شود که در اثر فشردگی باعث انفجار مخلوط می شود. در نتیجه گرما آزاد شده و فشار گاز در حال سوختن را افزایش می دهد.
3– افزایش ناگهانی فشار، پیستون را به سمت پایین می راند و با استفاده از چیدمان شاتون، حرکت عرضی را به حرکت چرخشی میل لنگ منتقل می کند. انفجار به طور مداوم برای حفظ توان خروجی بسته به نوع موتور دریایی و استفاده از آن تکرار می شود.
میل لنگ از طریق یک فلایویل یا به دینام یا به یک آرایش پروانه برای انجام کارهای مکانیکی متصل می شود. برای به دست آوردن چرخش مداوم میل لنگ، انفجار باید به طور مداوم تکرار شود. قبل از انفجار بعدی، گازهای مصرف شده از طریق یک سوپاپ خروجی از سیلندر خارج می شوند و هوای تازه تامین می شود که به فشار دادن گاز مصرف شده و همچنین تامین هوای تازه برای فرآیند احتراق بعدی کمک می کند.
انواع موتورهای دیزل دریایی:
دو نوع اصلی موتورهای دیزل دریایی عبارتند از: موتور 4 زمانه و موتور 2 زمانه. یک موتور 4 زمانه را می توان برای تولید نیروی الکتریکی و همچنین برای به حرکت درآوردن کشتی (معمولاً در کشتی های اندازه کوچک) روی کشتی نصب کرد. این موتور 4 سیکل طول می کشد تا انتقال نیرو از محفظه احتراق به میل لنگ را کامل کند. رویدادهایی که در I.C. موتور رخ می دهد، به شرح زیر است:
- مکش ضربه ای برای گرفتن هوای تازه داخل محفظه که حرکت رو به پایین پیستون است
- حرکت فشاری برای فشرده کردن مخلوط هوا و سوخت که حرکت پیستون به سمت بالا است.
- ضربه قدرت که در آن انفجار رخ می دهد و پیستون به سمت پایین رانده می شود.
- خروج ضربه ای که حرکت پیستون به سمت بالا برای بیرون کشیدن گازهای مصرف شده است.
چهار رویداد در چهار حرکت پیستون (دو دور چرخش میل لنگ) کامل می شود. یک سوپاپ ورودی و خروجی در بالای سر سیلندر تعبیه شده است تا هوای تازه را به داخل بکشد و گاز خروجی مصرف شده را خارج کند. هر دو، سوپاپ ها و پمپ سوخت (که سوخت انژکتور را تامین می کنند)، با استفاده از میل بادامک کار می کنند که توسط میل لنگ با استفاده از یک چرخ دنده هدایت می شود. در موتورهای چهار زمانه، میل بادامک با نصف سرعت میل لنگ کار می کند. میل لنگ به روی آرایش پیستون باز است که به روغن کاری آستر کمک می کند.
موتورهای 2 زمانه برای رانش کشتی استفاده می شوند و در مقایسه با موتورهای 4 زمانه از نظر اندازه بزرگتر هستند. در این موتور، توالی کامل در دو چرخه کامل می شود.
- حرکت مکش و تراکم که حرکت پیستون به سمت بالا برای کشیدن هوای تازه به داخل و فشرده سازی مخلوط هوا و سوخت است.
- قدرت و اگزوز که حرکت رو به پایین پیستون در اثر انفجار در داخل محفظه و به دنبال آن خروج اگزوز از طریق دریچه خروجی نصب شده در بالای سیلندر است. یک جعبه پرکننده استفاده می شود که میل لنگ را در برابر محفظه احتراق جدا کرده و مهر و موم می کند.
مواد مورد استفاده برای ساخت موتور کشتی
مواد مورد استفاده برای ساخت موتور کشتی و قطعات مختلف موتور کشتی عبارتند از:
- صفحه تخت: صفحه تخت پایین ترین قسمت موتور است که پایه موتور است و یاتاقان های میل لنگ و قاب A را در خود جای می دهد. برای موتورهای کوچک از چدن تک ریخته گری استفاده می شود و برای موتورهای 2 زمانه بزرگ از مقاطع عرضی فولادی ساخته شده با تیرهای طولی استفاده می شود.
- قاب: قاب A همانطور که از نامش پیداست شبیه به حرف A است و بالای صفحه موتور نصب می شود. به طور جداگانه برای حمل راهنمای ضربدری ساخته شده است و در بالا، پایه میخ را پشتیبانی می کند. سطح زیرین قاب A برای ساخت یک سطح جفت گیری برای نصب در بالای صفحه تخت ماشین کاری شده است.
- :Entablature این قطعه که به عنوان بلوک سیلندر نیز شناخته می شود، از چدن ساخته شده است و برای قرار دادن آب خنک کننده و پاکسازی فضای هوایی استفاده می شود. بسته به اندازه موتور، ریخته گری می تواند به صورت تکی یا چند سیلندر (با هم پیچ و مهره) باشد. قسمت پایینی بلوک سیلندر برای تشکیل یک سطح جفت کاری شده و با استفاده از پیچ و مهره های نصب شده با قاب A محکم می شود.
- سایر قطعات مختلف موتور کشتی که در داخل موتور نصب می شوند عبارتند از: پیستون، آستر، سیلندر، شاتون، میل لنگ، میل بادامک، پمپ سوخت، سوپاپ اگزوز و غیره.
تعمیر و نگهداری موتور کشتی
تعمیرات اساسی موتور کشتی شامل تعمیر و نگهداری برنامه ریزی شده است که شامل تعمیرات اساسی بخش های متحرک و استاتیک مهم محفظه احتراق است.
در زیر برخی از متداول ترین تعمیرات انجام شده در موتور دریایی آورده شده است:
- تعمیرات اساسی و اندازه گیری پیستون، رینگ و میله پیستون
- تعمیرات اساسی و اندازه گیری آستر سیلندر
- تعمیرات اساسی و اندازه گیری دریچه اگزوز
- تعمیرات اساسی و اندازه گیری جعبه چاشنی
- تعمیرات اساسی و اندازه گیری بلبرینگ شاتون و کراس هد
- تعمیرات اساسی و اندازه گیری بلبرینگ های اصلی
- اندازه گیری انحراف میل لنگ
- بررسی و اندازه گیری زمان بندی پمپ سوخت
- بررسی و تعمیرات اساسی سیستم هوای راه اندازی
زمان بین تعمیرات اساسی قطعات مختلف موتور توسط سازنده در دفترچه راهنمای موتور ارائه شده است. تعمیر و نگهداری باید طبق زمان مشخص شده بین دو دوره تعمیرات اساسی، صرف نظر از مشکلات نشان داده شده توسط موتور، انجام شود. جدای از تعمیرات اساسی به موقع، درجه بندی موتور و قدرت باید با استفاده از نشانگر دیجیتال قدرت بررسی شود. بازرسی فضای اسکراب نیز برای بررسی وضعیت رینگ پیستون انجام می شود که به نوبه خود کارایی سیستم روانکاری آستر سیلندر را مشخص می کند. موتورهای دریایی مورد استفاده در کشتی ها از پیچیده ترین کارهای مهندسی هستند. بنابراین مهندسین دریایی آموزش های ویژه ای برای کارکرد، نگهداری و عیب یابی موتورهای دریایی در کشتی ها ارائه می کنند.
انواع یاتاقان های اصلی موتورهای دریایی و ویژگی آن ها
قدرت چرخشی پروانه کشتی با قدرت تولید شده توسط موتور دریایی برای چرخش میل لنگ تعیین می شود. میل لنگ موتور اصلی از طریق بلبرینگ های اصلی پشتیبانی و به شاتون متصل می شود که وظیفه اصلی آن انتقال بار بدون تماس فلز با فلز است. این امر با انتخاب مواد ویژه برای ساخت یاتاقان‌های اصلی به دست می‌آید که زمانی که روغن روان کننده به آن عرضه می‌شود، پین ژورنال میل لنگ دوار را شناور می‌کند.
موتور کشتی از قطعات چرخشی سنگینی تشکیل شده است که نیروهای مختلفی را بر قسمت های مختلف میل لنگ موتور اعمال می کند. یکی از قسمت های باربر قابل توجه سیستم میل لنگ، یاتاقان های اصلی است. یاتاقان ها در یک موتور دریایی تحت نیروهای متعددی قرار می گیرند که عبارتند از:
- فشار گاز تولید شده در داخل لاینر
- نیروهای اینرسی دینامیکی ناشی از حرکت رفت و برگشتی و چرخشی متفاوت قطعات موتور
- نیروهای گریز از مرکز ناشی از حرکت رفت و برگشتی و چرخشی متفاوت قطعات موتور
- اصطکاک بین میل لنگ و یاتاقان در اثر لرزش موتور
بنابراین یاتاقان اصلی برای مقابله با نیروهای مختلف و پشتیبانی از چرخش میل لنگ با سرعت بالا طراحی شده است. از این رو، مواد مورد استفاده در ساخت بلبرینگ ضروری است تا بتواند از ژورنال میل لنگ پشتیبانی کند و همچنین با بی نظمی های جزئی سطح تنظیم شود.
بلبرینگ موتور به تنهایی نمی تواند کار را انجام دهد. آن ها به یک روغن روان کننده سازگار برای تحمل بار نیاز دارند و امکان چرخش ژورنال میل لنگ را به آرامی فراهم می کند. روغن روان کننده یاتاقان را قادر می سازد تا در برابر ذرات ساینده که اصطکاک بین ژورنال و یاتاقان ایجاد می کنند مقاومت کند.
ویژگی مواد یاتاقان اصلی
برای انتخاب یاتاقان اصلی موتور دریایی باید ویژگی های زیر را داشته باشد:
- باید ماهیت ضد خوردگی داشته باشد تا از خوردگی مواد یاتاقان و قطعات مرتبط مانند ژورنال و یاتاقان جلوگیری شود.
- باید در برابر اصطکاک مقاوم باشد تا حداقل تلفات انرژی بین بلبرینگ و ژورنال وجود داشته باشد.
- باید ظرفیت باربری عالی داشته باشد زیرا بار دینامیکی روی آن اعمال می شود.
- باید قابلیت دویدن و آسیاب کردن خوبی داشته باشد.
- بلبرینگ باید از لایه روغن پشتیبانی کند که امکان چرخش نرم ژورنال را فراهم می کند.
- مواد یاتاقان باید به گونه ای باشد که با روغن روان کننده واکنش نشان ندهد.
- یاتاقان باید خاصیت جاسازی مناسب داشته باشد به طوری که ذرات کوچک در سطح یاتاقان بدون آسیب رساندن به پین ژورنال جاسازی شود.
- ماده یاتاقان باید مقاومت فشاری و کششی عالی داشته باشد.
- باید دارای خاصیت مقاوم در برابر حرارت باشد تا در صورت گرم شدن از هرگونه آسیبی جلوگیری شود.
عیوب رایج در یاتاقان های موتور دریایی
- خوردگی: اگر روغنی که در آن یاتاقان قرار می گیرد اسیدی باشد ممکن است منجر به خوردگی شود. سطح بلبرینگ در اثر خوردگی تغییر رنگ و زبر می شود.
- سایش: اگر روغن به درستی فیلتر و درمان نشود و حاوی ذرات ریز باشد که در موتورهایی که روغن سوخت سنگین می سوزند رایج است، ممکن است باعث ایجاد خراش های ریز روی سطح یاتاقان شود.
- فرسایش: هنگامی که فشار عرضه روغن مناسب نباشد، یا حرکت ژورنال سریع و غیرعادی وجود داشته باشد، باعث از بین رفتن لایه پوشش یاتاقان می شود. این پدیده ها در موتورهای با سرعت متوسط بیشتر دیده می شود.
- خستگی: زمانی که بار موتور روی یاتاقان خیلی زیاد باشد، ممکن است منجر به برداشتن پوشش یاتاقان شود. سطح باربر سنگفرش ترک خورده را بار می کند.
- پاک کردن: فرآیندی است که لایه روکش به دلیل دمای بالا حذف می شود. هنگامی که یاتاقان جدید است، برای برداشتن لایه اولیه نیاز به پاک کردن است که به تراز مجدد یاتاقان با ژورنال کمک می کند. با این حال، پاک کردن بیش از حد فلز می تواند منجر به افزایش فاصله ها شود که بر عملکرد بلبرینگ تأثیر می گذارد.
- فرسایش جرقه: هنگامی که پروانه در حالت استراحت است، لوله عقب، محور پروانه و یاتاقان ها در تماس با یکدیگر هستند. به طور مشابه، یاتاقان موتور اصلی و ژورنال با یکدیگر در تماس هستند و تداوم مدار را حفظ می کنند. هنگامی که کشتی در حال حرکت است، به دلیل چرخش پروانه و فیلم روغن روان کننده، شفت تا حدی عایق الکتریکی می شود. همچنین ممکن است در محور دم با استفاده از یاتاقان غیر فلزی که به عنوان یک عایق عمل می کند اتفاق بیفتد.
- پروانه در قسمت عقب ناحیه بزرگی از فلز در معرض دید است که جریان کاتدی محافظ را جذب می کند که در حین تخلیه از فیلم روان کننده، قوس تولید می کند. این منجر به فرسایش جرقه یاتاقان ها می شود که در صورت آلوده شدن روغن روان کننده با آب دریا می تواند به وضعیت بدتری منجر شود.
از این رو، افزایش فاصله بین یاتاقان و پین ژورنال می تواند به دلیل عوامل ذکر شده در بالا و همچنین موارد زیر باشد:
- اگر یاتاقان برای مدت طولانی تری بالاتر از دمای کارکرد کار کند
- اگر تغییرات قابل توجه و طولانی در دور موتور وجود داشته باشد، به عنوان مثال. بیش از حد سرعت موتور
- اگر ضخامت فیلم روغن روانکاری به دلیل تغییر در جریان روغن کاهش یابد.
– در صورت تغییر در ویسکوزیته روانکار
- اگر دمای روغن روانکاری بالا باشد.
- اگر روغن روان کننده استفاده شده دارای ظرفیت باربری متفاوت با مقدار توصیه شده است.
- در دمای محیط موتور تغییر می کند.