المحركات البحرية والتيربوتشارجر

إن #محركات #الديزل عوضت دوماً ضعف قوتها (والسرعة العالية) بتفوقها على المحركات البنزينية في نسبة إستخراجها لعزم الدوران (نيوتون-متر)

هذا الضعف كان حافزا ومحرضا لساعات طويلة من العمل من قبل الخبراء و المختصين للتغلب عليه فكانت فكرة الشاحن التوربيني نتيجة لذلك

شاحن توربيني (عنفي) تيربوتشارجر
شاحن توربيني (عنفي)
تيربوتشارجر

 و تم تطويره لزيادة الاستفادة من محركات الديزل حيث يقوم على فكرة ضغط الغاز (الهواء) الداخل إلى المحرك لتزداد القوة الناتجة عن احتراق الوقود بنسبة جيدة و من آخر ما توصل إليه الخبراء هو الشاحن التوربيني المزدوج الذي سنتطرق إليه الان

حيث يتضمن الشاحن الدورة قسمين متصلين، لكل منهما توربين turbine# تحركه الغازات المحترقة، لكن بحجم مختلف  :
1 – في مجالات الدوران المنخفضة للمحرك ، تمر الغازات المحترقة (اللون الأحمر في الرسم )، وهي ضئيلة نسبياً، عبر توربين الضغط العالي (السفلية اليسرى في الرسم) قبل الإنتقال منها الى توربين الضغط المتدني (الجهة اليمنى في الرسم). بذلك تتولى توربين الضغط العالي اليسرى، وهي الأصغر حجماً، ضغط الهواء المسحوب في الجانب الأعلى (الأزرق) بواسطة الروتور أو الشاحن المتصل بها في الجانب العلوي الأيسر في الرسم rotor, compressor علماً بأن الهواء المسحوب يدخل أولاً وفي مطلق الأحوال الى شفيرات الروتور الكبير (الأيمن العلوي في الرسم) المتصل بتوربين الضغط المتدني، والتي لا تتدخل إلا في مجالات الدوران المتوسطة الى العليا، وتدريجاً. بذلك تبدأ التلبية منذ مجالات الدوران المتدنية جداً .

الشاحن التوربيني المزدوج
الشاحن التوربيني المزدوج

2 – في مجالات الدوران المتوسطة، تزداد كمية الغازات المحترقة وضغطها بالتالي، فيفتح صمام التحويل السفلي   wastegate مؤمنا ممراً إضافياً لتلك الغازات، الى التوربين الكبرى (توربين الضغط المتدني)، والتي تبدأ في المساهمة تدريجاً في ضغط مزيد من الهواء النظيف في مواسير السحب (الجانب العلوي الأيمن في الرسم)، ليزداد ضغط الهواء الواصل الى الشاحن العلوي الأيسر في الرسم (شاحن الضغط العالي)، والمنتقل منه الى المواسير المؤدية الى غرف الإشتعال (بعد عبور المبادل الحراري). بذلك تلعب التوربين اليمنى، وشاحنها المقابل لها في الجانب العلوي الأيمن من الرسم، دور ضغط تحضيري لمضاعفة ضغط الهواء العابر في روتور الشاحن الأيسر والأصغر حجماً.
3 – في مجالات الدوران العليا، تمر الغازات المتدفقة بقوة وبكميات كبيرة، عبر الممرين السفليين لتشغيل توربيني الشاحنين الأيسر والأيمن، فيتم ضغط الهواء أكثر واكثر في الجانب العلوي، بواسطة شاحنَي الضغطين العالي والمتدني، فيتدفق الهواء المضغوط (الأزرق العلوي في الرسم) عبر الممر الأساسي والمجرى الثانوي bypass (العلوي الوسط في الرسم) الذي لا يفتح إلا مع تزايد ضغط الهواء المسحوب، وتدريجاً.
وفي مطلق الأحوال، لا يصل الهواء المضغوط الى غرف الإحتراق إلا بعد عبوره في المبادل الحراري intercooler الذي يبرّد الهواء لتكثيفه، وزيادة نسبة الأوكسيجين وفاعلية الإشتعال بالتالي، نظراً الى تمدد الهواء مع إرتفاع الحرارة وإنكماشه مع هبوطها. وتكثيف الهواء يعني عملياً زيادة كميته (مع البرودة) في الحجم ذاته.
علماً بأن كمية الغازات المحترقة لا تزداد منطقياً إلا مع تزايد سرعة دوران المحرك، وتزايد حاجة الأخير الى الهواء في مجالات الدوران العالية، وهي المجالات التي تنتقل فيها الأهمية من عنصر عزم الدوران (تلبية التسارع في السرعات المتدنية الى المتوسطة) الى عنصر القوة (الأحصنة) التي تسمح بزيادة  سرعة دوران المحرك.

turbocharger
turbocharger

ميزة الشاحن التوربيني الجديد #الشاحن المزدوج والمتبدل الضغط  ( Variable Twin Turbo)  هي تجاوز حدود الشاحن التوربيني المفترض به التوفيق بين مقتضيات تلبية أدنى مستويات الدوران (العزم) وأعلاها (السرعة)، ومشكلة تركيب شاحنين توربينيين يأخذان مساحة أكبر ولا يتكاملان حكماً مثل شاحن مزدوج ومتكامل من داخله.
عرفت صناعة التوربو تطوراً كبيراً مع رواج تقنية الشاحن التوربيني ذي الشفيرات المتحركة
فغاية التوربو أساساً زيادة القوة والعزم من دون زيادة سعة الأسطوانات أو عددها، أو الحصول على قوة محرك كبير لكن في محرك أصغر وأقل إستهلاكاً للوقود . مع الشفيرات المتحركة، يمكن تشغيل التوربين منذ مجالات الدوران المتدنية الى المتوسطة، بفضل الشفيرات القلابة حول التوربين فتبدأ من فتحات صغيرة تكتفي بضغط بسيط لتبدأ بالدوران، ثم تتسع عند إرتفاع ضغط الغازات، فتزداد كمية شحن المحرك لكن من دون فجائية التدخل، لأن التوربو بدأ تدخله من قبل.
لكن ما تتفوّق فيه تقنية الشاحن المزدوج هو إمكان تبدّل ضغط الشحن في نسب متصاعدة وعلى إمتداد مجالات دوران المحرك، وبتدرج يفوق ما يمكن تحقيقه مع الشاحن التوربيني ذي الشفيرات المتبدلة.

1 فكرة عن “المحركات البحرية والتيربوتشارجر”

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *