مقدمه:

بي شك يكي از مباحثي كه صيادان و كشتيرانان و تمامي كساني كه به نوعي با شناورها در ارتباطند را به خود مشغول كرده و مي كند ، موتورهاي نصب شده بر روي شناورها و كشتي هاي صيادي و غير صيادي است كه لازم است تا هر صيادي شناختي كلي و جامع از آن ها حتي اگر شده در حد نياز ، داشته باشد.

متن پيش رو تنها گوشه اي از مطالب موجود و مربوط به موتور ها و انواع آن ها است كه حقير آن ها را  جمع آوري و ارائه مي دارم. در اين متن به بررسي دو مدل اصلي از انواع موتورهاي موجود – موتورهاي با سرعت كم و موتورهاي با سرعت بالا- پرداخته شده و سعي شده كه مشتقات اين دو نوع موتور اصلي را با ارائه ي عكس هاس دقيق توضيح داده و بررسي كنيم.

اميد است تا بر آگاهيمان افزوده شود.

ايليا اعتمادي ديلمي        

كارشناسي تكنولوژي صيد و مديريت ذخاير آبزيان

 

انواع موتورها:

موتورهاي دريايي بايد به خوبي و با اطمينان در اتاق هاي موتور به شكلي اتوماتيك و قابل قبول كار كنند و در فواصل زماني معين مورد تعميرات اساسي قرار گيرند. انتظار مي رود كه اين موتورها به مدت طولاني و بدون تاثيرات منفي كار كنند و با دارا بودن بازده ي حرارتي بالا در برابر سوخت هاي بي كيفيت ، مقاوم باشند. جهت دستيابي به اين اهداف و طراحي و توليد ، به طرح هاي گسترده اي نياز است و نسل هاي جديد مدل هاي موتور بر اساس فوايد اين تحقيقات و تجارب طراحي شده اند.

تغييرات حاصله در تجارت جهاني به ايجاد انواع كشتي هاي مختلف و در نتيجه سيستم هاي قدرتي متفاوت انجاميده است. توليدكنندگان در هر مدل يك سري سيلندرهاي با اندازه اي خاص توليد مي كنند ، تا در برابر قدرت ها و ديگر متغيرهاي متفاوت كاربرد داشته باشند. اندازه هاي ديگر نيز بر اساس تفاوت در تقاضاي بازار ارائه و توليد مي شوند. تمامي كشتي هاي فعلي مجهز به موتورهاي ديزلي اند و برخي كشتي هاي بخار بزرگ موجود ، مجدداً به موتورهاي ديزل مجهز شده اند تا اقتصاد آ ن ها توسعه يافته و طول عمر مفيد آن ها افزايش يابد.

به طور كلي موتورهاي دريايي ديزلي به دو دسته ي اصلي تقسيم مي شوند:

1-         موتورهاي داراي سرعت اندك يا زياد با تعداد سيلندرهاي محدود

2-         موتورهاي داراي سرعت متوسط و بالا با چرخ دنده ي كاهنده

اندازه ي سيلندر در اين دو نوع موتور با هم متفاوت نيست. موتورهاي كم سرعت با قطر سيلندر كمتر از mm350 نيز موجود مي باشد. در حاليكه قطر سيلندر در موتورهاي داراي سرعت متوسط بيش از mm620 است.

الف - موتورهاي كم سرعت:

اين موتورها در سرعت هاي بين rpm 150-55 عمل مي كنند. موتورهاي بزرگ و كم سرعت بر اساس چرخه اي دو زمانه كار مي كنند و داراي ساختار ٭(Crosshead) هستند كه باعث جدايي كامل محفظه ي ميل لنگ و سيلندر مي گردد. اين موتورها قادرند به خوبي سوخت هاي بي كيفيت را حمل كرده و آن ها را به خوبي مي سوزانند و بيشترين بازده ي حرارتي را ارائه مي دهند. سرعت پيستون ها اندك و بخش هاي متشكله ي آن ها را به ندرت اقتصادي تر مي سازند.

اگرچه در حال حاضر توليد اين نوع موتورها اندك است ، اما هنوز در حيطه ي كشتي هاي اقيانوس پيما بازار داغي دارند. سيلندرها در اندازه و تعداد متفاوتي موجود مي باشند تا با تمام ميزان قدرت ها سازگاري يابند. علاوه بر مدل هاي استاندارد ، آن ها در مدل هاي چندزمانه و با نسبت ضربه به قطر سيلندر كه به صورت 8:1/3 است و در سرعت هاي پايين تر از rpm55 توليد شده اند. مدل هاي (short stroke  ) مناسب كشتي هاي با بار محدود ، اندازه ي پروانه ي كوچك و ارتفاع اتاق كم است. در تمامي مدل ها ، قسمت هاي تشكيل دهنده ي موتور مشابه مي باشند.

در اين بخش به معرفي و بررسي موتورهاي دوزمانه و برخي از موتورهاي قديمي كه هنوز از آن ها استفاده مي شود ، مي پردازيم:

الف-1 موتورهاي SULZER RTA:

 اين موتورها شامل انواع مختلف موتورها با اندازه هاي سيلندر متفاوت است. اين موتورها تحت عنوان Super long stroke داراي ميزان ضربه ي كوتاه تر و بيشتري هستند. موتورهاي ديگر داراي سيستم هاي خنك كننده و قسمت هاي متحرك متفاوت مي باشند. (شكل1 - پيوست) RTA58-84 را نشان مي دهد. اين موتورها با برگرداننده ي تك جريان كار كرده و از دريچه هاي خروجي(Valve) استفاده مي كنند. توربوشارژهاي خنك  نشده با سيستم خروجي فشار ثابت عمل مي كنند. اين مدل از ٭(Bore) براي خنك كردن تمامي بخش هاي احتراق از جمله پيستون ، سيلندر ، درپوش و دريچه ي خروجي استفاده مي كنند. (تمامي اين بخش ها با آب خنك مي شوند)

پيستون با استفاده از لوله هاي تلسكوپي آب لازم جهت خنك سازي را فراهم مي كند. در حالي كه تمامي لوله ها و آب بند ها از محفظه ي ميل لنگ به طور كامل جداست و اين سيستم نيز از خنك كننده ي درپوش پيستون مجزا است. درپوش سيلندر آهني داراي 3 انژكتور سوخت خنك نشده است كه به صورت متقارن دراطراف دريچه هاي خروجي مركزي قرار دارند.

روغن داغ به شكل اتوماتيك بدون تزريق در دريچه هاي خروجي پاشيده مي شود. براي كنترل احتراق كيفيت سوخت ، به زمانبندي تزريق متفاوت نياز مي باشد. دريچه هاي خروجي كه به سبب داشتن عمر طولاني تر آن ها را با آلياژ Nimonic ساخته اند به شكل هيدروليك عمل كرده و داراي فنر هوا مي باشند. ميله ي سوپاپ بر طبق حركت چرخ دنده ، حركت   مي كند و عمل واژگوني توسط ٭(servomotor) صورت مي پذيردكه هر پمپ سوخت را زمانبندي كرده و air cam را آغاز مي سازد.

روان سازهاي سيلندر با انبارهاي فشار متناسب هستند تا زمان ورود روغن به برش سيلندر (liner) را مطمئن سازند. پمپ ها نيز بر اساس تنظيم قدرت موتور تنظيم مي شوند. (شكل2 - پيوست) RTA84Hرا نشان مي دهد كه از ويژگي هاي مشابهي با موتورهاي قبلي برخوردار است. نسبت ضربه به قطر سيلندر بيشتر بوده و سرعت موتور كمتر است. موتور داراي پيستون هاي روغن خنك شده است كه نياز به لوله هاي تلسكوپي و چرخ دنده ها را از بين مي برد. بلبرينگ هاي ميل لنگ نيز تغيير شكل يافته اند.

الف-2 موتورهاي  MAN-B&WMC:

 (شكل3 - پيوست) تصويري از اين مدل را نشان مي دهد. اين مدل در اندازه هاي بسيار متفاوت با ضربه هاي بسيار طولاني و يا با ضربه هاي بسياركوتاه موجود است. تمامي مدل ها قادرند كه سوخت هاي بي كيفيت را بسوزانند. همانند مدل هاي قبلي ، اين موتورها با برگرداننده ي تك جريان عمل مي كنند و برش سيلندر در آن ها از طراحي ساده اي برخوردار است. دريچه هاي خروجي به شكل هيدروليك بوه و توسط به كار انداختن پيستون ها از ميله ي سوپاپ عمل مي كنند.

سه يا چهار انژكتور سوخت خنك نشده با هر سيلندر متناسب بوده و داراي دريچه هاي خروجي چرخش روغن تك مداري مي باشند تا دما را براي سوخت صحيح و كامل روغن سوخت سنگين تنظيم كند. ميله سوپاپ توسط دو زنجير استوانه اي حركت مي كند ، بنابراين وزن كلي را كاهش داده و باعث مي شود كه ميله سوپاپ درارتفاع بالاتري در موتور قرار گيرد و طول دريچه ي خروجي هيدروليك را و همچنين تاثيرات الاستيسيته را در لوله ها كاهش مي دهد و تنها با تعويض مكان پمپ سوخت حركت معكوس صورت مي گيرد.

Liner  هاي سيلندر و درپوش هاي آن ها توسط آب خنك مي شوند ، در حاليكه پيستون ها توسط هوا خنك مي شوند و نياز به ابزار هاي خنك كننده پيشرفته و يا امكان آلودگي را برطرف مي سازند. توربوشارژهاي خنك نشده از سيستم خروجي فشار ثابت ، نيرو دريافت كرده و توسط كمپرسورهاي الكتريكي محافظت مي شوند. صفحه ي نگهدارنده موتور داراي ساختاري قوي است كه از بخش هاي فولادي تشكيل شده اند.

الف-3 موتورهاي  MAN-B&WKEF:

 (شكل 4 - پيوست) اين موتور را نشان مي دهد كه پيشروي مدل قبلي است. اين مدل از بسياري از ويژگي هاي موتور جديد برخوردار است و از برگرداننده تك جريان و دريچه هاي خروجي (سوپاپ مكش) استفاده مي كنند. اين ها توسط ميله ي فشار و اسبك سوپاپ كار مي كنند و نيازمند ٭(tappet) مي باشند. همچنين از فنرهاي دريچه هاي خروجي فولادي مارپيچي استفاده مي كنند. موتور نشان داده شده داراي توربوشارژهايي است كه با گروهي متشكل از سه يا چهار اگزوز سيلندر متصل به هر شارژر بر روي سيستم پالس كار   مي كند. يك سيستم خنك كننده دريچه ي خروجي سوخت ، در زمان سوخت به سوخت هاي سنگين نياز دارد. عمل برگشت توسط چرخش كل ميله سوپاپ با توجه به ميل لنگ صورت مي پذيرد و براي تغيير زمان بندي پمپ هاي سوخت و دريچه هاي خروجي اگزوز از موتور فرمان يار استفاده مي شود.

الف-4 موتورهاي SULZER RND:

مثال نشان داده شده در (شكل5 - پيوست) مدل قديمي اين موتور است ولي هنوز برخي از آن ها بر سر كار هستند. اين شكل وجود خروجي اگزوز را در Liner نشان مي دهدكه نياز به دريچه هاي خروجي اگزوز را برطرف ساخته ، اما موتور را به لوپ يا Cross scavenging محدود مي سازد. در اين موتور از cross-loop استفاده شده. اين موتور از توربوشارژ با فشار ثابت استفاده مي كند و شامل مواردي است كه از شارژ تحت پيستوني بهره مي برد.

اين سيستم به يك دامنه ي پيستون بلند نيازمند است. درپوش سيلندر از دو بخش هم مركز تشكيل شده و يك انژكتور سوخت در مركز آن قرار دارد كه آب را خنك مي سازد. عمل برگرداندن نيازمند يك موتور فرمان يار است تا ميله ي سوپاپ را بچرخاند و پمپ هاي سوخت و دريچه هاي خروجي استارت هوا را تنظيم نمايد. برش مقطعي موتور ، تصوير bed plate اوليه را نشان مي دهد كه دو تيرآهن جعبه اي شكل طوسي در هر طرف آن قرار دارد تا استحكام را افزايش دهند. فضاي محدود ميل لنگ ، جاي كافي را در اختيار آن ها قرار   مي دهد.

الف-5 موتورهاي DOXFORD J:

يكي از قديمي ترين موتورهاي پيستون مخالف توسط اين كمپاني توليد شده  است. بسياري از اين موتور ها هنوز در حال كارند انواع آن ها مورد بررسي قرار گرفته است.(شكل6 - پيوست) به عنوان يك موتور دو زمانه پيستون متقابل (رو در رو) ، در هر سيلندر دو پيستون قرار دارد. پيستون پاييني داراي روغن يا (نفت) خنك شده بوده و به حالت نرمال به ميل لنگ متصل است و بخش هاي Scavenge را در Liner ها بدون درپوش مي كند. پيستون بالايي با آب خنك شده و توسط side rod (ميله هاي جانبي) و لوله هاي انتهايي ميل لنگ و ميله هاي اتصال به ميل لنگ متصل شده است. اين پيستون بخش هاي اگزوز را بدون درپوش مي كند و امكان برگشت تك جريان را بدون نياز به دريچه هاي خروجي اگزوز ممكن مي سازد.

نياز به وجود سر بلبرينگ هاي انتهايي پاييني باري هر واحد ، نيازمند وجود فاصله ي بيشتر بين بلبرينگ هاي اصلي و طرح ميل لنگ پيچيده است. علي رغم تكامل كامل ، افزايش سرعت موتور ، فشار هاي شديدي را به همراه داشته است. در موتورهاي با پيستون متقابل ، به پيچ جفت نيازي نيست و bed plate اين عمل را انجام مي دهد. دريچه هاي خروجي  سيلندر شامل دو دريچه ي خروجي سوخت است كه در انتهاي داخلي حركت هر دو پيستون قرار گرفته اند. سوپاپ ها متقارن بوده و تنها شروع دريچه هاي خروجي نيزمند تنظيم جهت معكوس نمودن موتور است. توربوشارژ پالس با موفقيت استفاده شده است.

ب- موتورهاي با سرعت بالا و متوسط:

اغلب اين موتور ها جهت حمل دوچرخه هاي چهار زمانه طراحي شده اند و داراي ساختار پيستون اصلي هستند. آنها بسيار سبك تر و كوچك تر از موتورهاي كم سرعت بوده اما نيازمند گيربكس يا ابزارهاي ديگري جهت كاهش سرعت در پروانه كشتي مي باشند. سرعت متوسط به معناي سرعت بين rpm400و1000 است.

موتورهاي كوچك تر قوي تر بوده و از سرعت بالاتر ي برخوردار مي باشند. نسبت هاي قدرت / وزن و قدرت / اندازه در مواقع كوچك بودن اتاق موتور ، آنها را متمايز مي سازد. آن ها همچنين نيازمند ساختار قوي كمتري براي ساختار محافظ كشتي مي باشند. موتورهاي سرعت متوسط در قايق هاي موتوري و قايق هاي كوچك استفاده مي شوند.

پيشرفت سريع فناوري باعث ساخت مدل هاي متفاوتي شده است كه از اندازه ، سرعت و قدرت مختلفي برخوردارند. همگي آن ها براي ساخت مجدد كشتي هاي موجود سازگار بوده و متناسب با فضاي موتور موجود بوده و قدرت فراواني را در كنار قيمت مناسب به بازار ارائه مي دارد. موتورهاي جديد با تمامي سوخت ها كار مي كنند به جز سنگين ترين سوخت ها با مقدار سايش اندك. بخش هاي كوچك تر و سبك تر داراي ساختاري ساده و نيازمند نگهداري آسان تري هستند. بلبرينگ پوسته اي (shell) در اين ساختار استفاده مي شود.

موتورها در سيستم هاي توربوشارژ فشار ثابت يا پالس كار مي كنند. همانند موتورهاي چهار زمانه ، در سرعت هاي پايين به طور خود به خود تخليه مي شوند. شارژ پالس با استفاده از مبدل هاي پالس ، اندازه اگزوز را تا چندين برابر كاهش مي دهد و بازده ي توربين را افزايش مي دهد. در صورت نياز به سرعت بالا ، اين سيستم فوائد زيادي را به همراه دارد. در حاليكه فشار ثابت بازده را افزايش مي دهد. توربوشارژها نيازمند خنك شدن آب هستند كه با دماي اگزوز بالا نيز توليد مي شوند. موتورهاي داراي سرعت بالا و متوسط داراي شكل Vee يا in line هستند و بسياري توليدكنندگان در هر دو مدل از بيشترين مقدار قطر پيستون استفاده   مي كنند. همانطور كه از نام موتورهاي Vee پيداست ، ان ها از دو سيلندر تشكيل شده اند كه با استفاده از ميل لنگ و bed plate در يك زاويه قرار گرفته اند.

به علت افزايش قدرت در موتور Vee ميل لنگ بايد از قدرت كافي برخوردار باشد. جهت اتصال دو پيستون به هر شصت از روش هاي متفاوتي استفاده شده است. متداول ترين روش ترتيب پهلو به پهلو با دو بلبرينگ انتهاي پاييني است. تشكيل Vee در اين فضاي رايج براي سيستم اگزوز و توربوشارژ ها ، اقتصاد خوبي ارائه مي دهند. از دو ميله سوپاپ استفاده شده است ، اما در موتور هاي چند سيلندر ، استارت دريچه هاي خروجي هوا تنها در bank سيلندرها نياز است.

ب-1 موتورهاي MAN-B&WL58/64:

 (شكل7 - پيوست) موتوري از اين را نشان مي دهد. همانطور كه شماره ها نشان مي دهند، اين موتور يكي از بزرگترين موتورهاي چهار زمانه داراي سرعت متوسط است ، قطر سيلندر در آن mm580  و داراي ساختار in line  است. اين موتور با موتورهاي كم سرعت مشابه به رقابت مي پردازد و با سوخت هاي سنگين به خوبي كار مي كند ، نگهداري آن آسانتر است و در فواصل طولاني تعمير مي شود. اين موتورها داراي ساختاري mono block ، قلعي و سخت اند. پيچ هاي اتصال بلند از آن مي گذرد تا از بلبرينگ اصلي محافظت نمايد كه توسط پيچ هاي متقاطع به اين ساختار وصل شده اند. در liner سيلندر ، بخش بالايي به صورت مجزا با آب خنك شده است و پيستون با دارا بودن تاج فولادي و پوشش آلومينيوم ، داراي ساختاري محكم است.

توسط روش تكاننده با روغن خنك شده است و روغن را از بالاي ميله اتصا دهنده دريافت مي كند. اين ميله در نزديكي بخش بالايي متصل شده و برداشتن پيستون بدون بلبرينگ انتهاي پاييني را ممكن مي سازد. پوشش سيلندر نوعي قالب چون گرده اي با آب خنك شده و داراي مسيرهايي براي گاز خروجي و هواي ورودي است. چهار دريچه ي خروجي نصب شده اند - دو دريچه ي خروجي داراي رسوبات آلياژهاي سخت –  و توسط جريان گاز عبور كننده از پره توربين به سوي محور مي چرخند. دو دريچه ي ورودي هواي خنك نشده به rotocaps مجهز مي باشند و هر چهار دريچه در مكان هاي مجزا قرار گرفته اند.

يك انژكتور سوخت مركزي با آب خنك شده و مجهز به سوختي از پمپ مارپيچي مي باشند كه با استفاده از اهرم فشارنده در سوپاپ پمپ تنظيم شده اند. از يك توربوشارژ فشار ثابت با يك شارزر خنك نشده استفاده شده است كه دماي گاز خروجي را براي بازيافت دماي اتلافي افزايش مي دهد.

ب-2 موتورهاي  SULZER ZA 40 S:

اين موتور در هر دو مدل in line و vee موجود مي باشد (شكل8 - پيوست) حرف s نشان مي دهد كه اين موتور از نوع ZA40 استاندارد با چرخه ي زماني طولاني تر مي باشد كه داراي بخش هاي مشابه مي باشند. موتورهاي داراي چرخه ي طولاني تر ، از لحاظ سوخت به صرفه ترند. سرعت آن ها اندكي كمتر بوده و امكان استفاده از سوخت هاي كم كيفيت را فراهم مي آورد.

Liner هاي سيلندر بر روي سطح بالايي قرار گرفته اند. Liner ها و پوشش ها توسط آب خنك مي شوند كه دريچه ي اگزوز را نيز به چرخه در مي آورد. دو دريچه ي خروجي از آلياژ Nimonic ساخته شده اند و مجهز به rotocaps هستند. دو دريچه ي ورودي هوا نيز موجود مي باشند. تمامي دريچه ها فاقد قفسه مي باشند. داخل پيستون مختلط توسط روغن حاصله از ميله هاي متصل خنك مي شوند. سه حلقه پيستون به تاج پيستون مجهز بوده و يك حلقه كنترل روغن در انتهاي پايين پوشش آهني قرار دارد.

يكي از ويژگي هاي خاص اين موتور ، پيستون هاي چرخشي آن است. هر يك از آن ها توسط عملكرد هاي محور چرخ كوچك مي چرخد. اين چرخش باعث ثابت ماندن در تاج پيستون مي شود و به روان سازي حلقه هاي پيستون كمك مي كند. جهت تسهيل اين چرخش ، يك بلبرينگ كروي در بالاي ميله ي اتصال قرار گرفته است. بلبرينگ ديگر از نوع ديواره ي نازك است. پمپ هاي سوخت از نوع كنترل مارپيچي بوده و زمان تزريق جهت حفظ حداكثر فشار احتراق در تمامي بارها تنظيم مي شود. سيستم توربوشارژ از يك اگزوز تك لوله اي با مبدل هاي پالس استفاده مي كند و يم فشار احتراق در تمامي بارها تنظيم مي شود.

 ب-3 موتورهاي SMIT PIELSTICK PC 2-6 VEE :

اين موتور در (شكل 9 - پيوست) نشان داده شده است و داراي ساختار اصلي فولادي است. بلبرينگ اصلي داراي پيچ هاي بيشتري است كه آن ها را در هر طرف نگاه مي دارد. Liner هاي سيلندر خنك شده و توسط jacket آب محافظت مي شوند. درپوش سيلندر ، آهني بوده و با آب خنك مي شود. تمامي مسيرهاي هوا و گاز از پوشش مي گذرد و دو دريچه ي خروجي و دريچه ي ورودي در هر واحد قرار دارند. دريچه هاي خروجي در قفسه هاي خنك شده با آب قرار دارند و داراي rotocaps مي باشند. پيستون ها داراي ساختاري مرتبط به هم اند. سه حلقه ي فشرده به تاج فولادي متصل مي باشد و يك حلقه ي فشرده و دو حلقه ي كنترل روغن در بالاي پوشش آلومينيومي قرار دارد.

پيستون ها توسط روغن خنك شده اند كه به يك ميله متصل مجهز مي باشند. ميله هاي متصل داراي بلبرينگ shell نازك است كه butt ها در بلبرينگ انتهايي پاييني در زاويه ي ˚ 40 با ميله قرار دارد تا عبور آسان از liner سيلندر را در طي عقب نشيني پيستون ممكن سازد. سطوح مشترك دندانه دار هستند تا shell جانبي را دفع كنند.

يك سنسور دما در هر بلبرينگ اصلي قرار دارد . ميل لنگ محكم بوده و داراي ساختار كروم – موليبوتوم است. يك پمپ سوخت كنترل شده حلقوي سوخت را براي انژكتور سوخت شده با هوا در هر واحد فراهم مي كند. توربوشارژ روي سيستم پالس قرار دارد و از مبدل هاي پالس مدولي استفاده مي كند و فوائد سيستم هاي فشار ثابت و پالس را فراهم مي آورد. 

عکس ها به زودی نصب خواهند شد.