התנעה באוויר דחוס
כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני-ים עכו /מגמת מכונאות ימית פתרון שאלות הבגרות במכונאות מנוע מן השנים 1985-2009 הנושא :התנעה באוויר דחוס האם בכל מצב של זווית גל הארכובה ניתן להתניע מנוע ימי ראשי בעל שני מהלכים וארבעה צילינדרים? הוכח את תשובתך בעזרת דיאגרמת זימון) .ב( האם בכל מצב של זווית גל הארכובה ניתן להתניע מנוע ימי ראשי בעל שני מהלכים ושלושה צילינדרים? הוכח את תשובתך בעזרת דיאגרמת זימון] .חורף [2009 ראו תשובה לשאלה מקיץ .1991 במנוע דיזל ימי גדול ומודרני לחץ הדחיסה ביחידה תקינה )צילינדר( הוא 90עד 98בר .לחץ האוויר המקסימלי המקובל במכלי אוויר ההתנעה הוא 30בר .ניתן להתניע את המנוע בלחץ אוויר נמוך יותר של 10בר בלבד ואפילו פחות .עובדה זו נבדקת ומוכחת בניסוי מעשי על ידי חברת הסיווג בבדיקות למסירת כל אונייה חדשה .הסבר תופעה זו] .קיץ [2008 ראו תשובה לשאלה מקיץ .2001 מצורף שרטוט של עיקרון פעולה של שסתום התנעה בראש הצילינדר במנוע ראשי Sulzer ) .RTAא( הסבר את עיקרון הפעולה) .ב( מה ההבדל העקרוני בין שסתום זה לשסתומים קודמים או השסתומים הנמצאים בשימוש במנועי ?B&Wשים לב לכוח הסגירה וכן לאופן הפתיחה) .ג( היחס בין הקטרים בחלק העליון של בוכנת האוויר הוא 1:2לערך .לחץ הבעירה בצילינדר במנועים מסוג זה הוא ,125-140 barלחץ אוויר ההתנעה .30 barהאם שסתום זה יכול להיפתח בפקודה כאשר שורר לחץ בעירה בצילינדר? ]קיץ [2006 פתרון שאלות הבגרות במכונאות מנוע /התנעה באוויר דחוס )(1985-2009 עמוד 1מתוך 9 כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני-ים עכו /מגמת מכונאות ימית א. שסתום ההתנעה במנועי Sulzer RTAנפתח על ידי אוויר פיקוד ונסגר על ידי אוויר פיקוד וקפיץ .בזמן ההתנעה ,לאחר שנפתח שסתום ההתנעה הראשי האוטומטי ומספק אוויר לסעפת אוויר התנעה ,מגיע אוויר מן הסעפת גם אל שסתום פיקוד ,3/2הנשלט בצורה פנאומטית על ידי מפלג האוויר )שסתום ניתוב( .במצב רגיל )שסתום התנעה סגור( ,שסתום הפיקוד מאפשר זרימת אוויר פיקוד אל הצד התחתון של בוכנת ההפעלה ,ויחד עם הקפיץ הראשי גורם לסגירת השסתום .בו זמנית מנוקז האוויר מצדה העליון של בוכנת ההפעלה אל האטמוספרה .כשמגיע תורו של השסתום להיפתח )עפ"י סדר הזרקה ובתזמון המתאים( ,שולח המפלג אות פנאומטי אל שסתום הפיקוד ומחליף את מצבו .כעת יזרום אוויר פיקוד אל צדה העליון של בוכנת ההפעלה ,ואוויר מצדה התחתון ינוקז לאטמוספרה .כשנפתח שסתום ההתנעה בראש ,זורם אוויר מסעפת אוויר התנעה אל הצילינדר ודוחף את הבוכנה .כשמסתיימת ההתנעה של צילינדר זה ,מנוקז האוויר מן המפלג אל שסתום הפיקוד ,הוא חוזר למצבו הראשוני ,אוויר סגירה מוזרם אל צדה התחתון של בוכנת ההפעלה ואוויר הפתיחה מנוקז לאטמוספרה .אוויר הפיקוד לפתיחה ולסגירה של השסתום הוא 30 barוזהה ללחץ אוויר התנעה ,אך הוא מצליח לפתוח את השסתום משום ששטח בוכנת ההפעלה גדול יותר משטח דיסקת השסתום. ב. בשסתומים של מנועים אחרים מסופק אוויר רק לצדה העליון של בוכנת ההפעלה ,לצורך פתיחה ,וסגירת השסתום נעשית על ידי הקפיץ בלבד .במנועי ,Sulzerלעומת זאת ,מסופק אוויר גם לסגירת השסתום; הדבר מבטיח שהשסתום לא ייתקע במצב פתוח עקב תקלה. ג. בוכנת ההפעלה מדורגת ,כדי להבטיח שהשסתום לא ייפתח כשבצילינדר שורר לחץ גבוה יותר מלחץ אוויר התנעה .מצב כזה מתרחש ,כאשר מתניעים את המנוע מחדש בזמן תמרונים )הפיכת כיוון סיבוב( ,לפני שהמנוע נעצר לגמרי ,משום שהמדחף ממשיך עדיין להסתובב עקב תנועת האונייה במים .בגלל סיבוב גל הארכובה הבוכנות ממשיכות לדחוס אוויר ,ואם שסתום ההתנעה ייפתח כשבצילינדר שורר עדיין לחץ דחיסה ,שהוא גבוה יותר מלחץ אוויר התנעה, מערכת אוויר ההתנעה תהיה נתונה ללחץ יתר ושסתום הביטחון שלה ייפתח .לחץ הדחיסה במנועי רצל"ב בשעת עבודתם הוא ,90-120 barבעוד שלחץ אוויר ההתנעה כ .30 bar-שטח המדרגה העליונה של בוכנת ההפעלה קטן יותר משטח המדרגה התחתונה ,ולכן אין ללחץ האוויר הפועל עליה די כוח כדי לפתוח את השסתום .יתרון נוסף של הבוכנה המדורגת הוא פתיחה הדרגתית וסגירה הדרגתית של השסתום ,כלומר שיכוך כוחות האינרציה הפועלים על השסתום בשעה שהוא נפתח או נסגר. שרטט מתווה של שסתום אוויר להתנעה הממוקם בראש צילינדר של מנוע ראשי באנייה .הסבר את אופן פעולתו של השסתום] .קיץ [2001 השסתום מותקן בראש הצילינדר ,ומופעל על ידי אוויר פיקוד המגיע ממפלג האוויר או משסתומי הניתוב .אוויר בלחץ של כ 30 bar -מגיע מסעפת אוויר התנעה ונכנס לתוך השסתום .לחץ האוויר אינו מסוגל לפתוח את השסתום ,משום ששטח דיסקת השסתום ושטח בוכנת האיזון זהים ,ולכך מצטרף גם קפיץ הסגירה .אוויר פיקוד בלחץ 7 barמגיע בעיתוי המתאים ממפלג האוויר ,דוחף את בוכנת ההפעלה בעלת השטח הגדול יותר כנגד כוח הקפיץ ,מפר את האיזון ופותח את השסתום .בסוף ההתנעה ,כשאוויר הפיקוד מנוקז על ידי המפלג ,סוגר הקפיץ את השסתום. פתרון שאלות הבגרות במכונאות מנוע /התנעה באוויר דחוס )(1985-2009 עמוד 2מתוך 9 כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני-ים עכו /מגמת מכונאות ימית אוויר פיקוד7 bar , בוכנת הפעלה פתח לאטמוספרה בוכנת איזון אוויר התנעה30 bar , שרטט דיאגרמת תזמון ) (timingשל מנוע ימי דו-מהלכי )מנוע הפועל בסיבובים איטיים ויש לו פתחי פליטה( .סמן בדיאגרמה ששרטטת את טווח הפתיחה של שסתום ההתנעה .רשום מהם גבולות של לחץ אוויר ההתנעה .הסבר כיצד מתגבר לחץ אוויר ההתנעה בצילינדר מסוים על לחץ הדחיסה בצילינדר אחר] .קיץ [2001 תחילת התנעה 150אחרי נמ"ע תחילת הזרקה כ 100-לפני נמ"ע משך ההתנעה סוף פליטה ותחילת דחיסה 600 סוף התנעה 650 תחילת פליטה 600 תחילת שטיפה 450 סוף שטיפה 450 דיאגרמת תזמון של מנוע ראש-צלב עם פתחי פליטה פתרון שאלות הבגרות במכונאות מנוע /התנעה באוויר דחוס )(1985-2009 עמוד 3מתוך 9 כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני-ים עכו /מגמת מכונאות ימית לחץ אוויר ההתנעה במנועי ראש צלב הוא בדרך כלל בסביבות .30 barעל לחץ ההתנעה להיות מספיק גבוה) :א( כדי להקנות מהירות מספקת לגל הארכובה ולבוכנות המנוע; )ב( כדי לאפשר דחיסת האוויר לטמפרטורה מספיק גבוה שתגרום להתלקחות הדלק המוזרק. למרות שלחץ הדחיסה גבוה פי כמה מלחץ אוויר ההתנעה ,מצליח צילינדר אחד הנמצא בהתנעה להתגבר על צילינדר אחר הנמצא בדחיסה .הסיבה לכך היא כי אוויר ההתנעה הפועל על הבוכנה התורנית מסופק בלחץ קבוע כל משך ההתנעה .לחץ אוויר הדחיסה בצילינדר ,לעומת זאת ,אינו קבוע אלא הדרגתי ,והוא מגיע לשיאו רק בסוף מהלך הדחיסה )נקודה מתה עליונה( .הלחץ הממוצע של אוויר ההתנעה גבוה אפוא מהלחץ הממוצע של הדחיסה .לפיכך האנרגייה המושקעת על ידי אוויר ההתנעה גדולה יותר מאשר האנרגייה הנצרכת על ידי הבוכנה הדוחסת .ניתן לראות זאת בדיאגרמה: השטח הנתחם על ידי עקום אוויר ההתנעה גדול יותר מהשטח הנתחם על ידי עקום הדחיסה .עודף האנרגייה )ההפרש בין השתיים( מספיק כדי להאיץ את חלקי המנוע )גלגל תנופה ,גל ארכובה, טלטלים ובוכנות( והם עוזרים להתנעה על ידי האינרצייה שצברו. לחץ אוויר ההתנעה המינימלי תלוי בטמפרטורת העבודה של המנוע .מנוע חם יותנע ביתר קלות ובלחץ התנעה נמוך יותר מאשר מנוע קר .טמפרטורת שמן הסיכה המסופק למסבים גם היא משפיעה על לחץ ההתנעה המינימלי .כשהשמן חם ,המנוע יסתובב ביתר קלות מאשר במצב הפוך .הניסיון מלמד ,כי ניתן בתנאים שכאלה להתניע מנוע בלחץ אוויר הקטן עד פי שלושה מלחץ ההתנעה הרגיל שלו. לחץ אוויר התנעה בצילינדר שסתום התנעה נסגר לפני ששסתום פליטה נפתח לחצים נמוכים יותר בהתנעות הבאות עקב ירידת הלחץ במכלים עקום הדחיסה נמ"ת נמ"ע דיאגרמת התנעה באוויר דחוס הסבר בקצרה חמישה מהנושאים הבאים )בהתייחס למנוע דיזל() :א( עומס יתר )ב( טעינת יתר )ג( חפיפת שסתומים )ד( חפיפת שסתומי התנעה )ה( הזרקה מאוחרת )ו( הצתה מאוחרת] .קיץ [1999 חפיפת שסתומי התנעה פירושה ששני שסתומי התנעה עוקבים )על פי סדר הזרקה( פתוחים בו זמנית ,אחד לקראת סגירה והשני לאחר פתיחה .כדי שניתן יהיה להתניע מנוע מכל מצב בו נעצר גל הארכובה ,חייבת להתקיים חפיפה מינימלית של 150בין שני שסתומי התנעה עוקבים .אם החפיפה קטנה מ 150-מעלות ,יהיה צורך לסובב את המנוע בצורה ידנית ולהביא את הבוכנה של הצילינדר התורן לתחילת התנעה. פתרון שאלות הבגרות במכונאות מנוע /התנעה באוויר דחוס )(1985-2009 עמוד 4מתוך 9 כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני-ים עכו /מגמת מכונאות ימית )א( שרטט חתך של שסתום התנעה בראש מנוע דיזל ימי וציין בשרטוט את חיבוריו) .ב( הסבר, בעזרת דיאגרמת תזמון )עיתוי( את תחום פעולת השסתום במנוע שני מהלכים ,וקבע את מספר הצילינדרים המינימלי הדרוש להתנעת מנוע זה] .קיץ [1997 א. שרטוט של שסתום התנעה של מנוע .Sulzer RTA ב. ראו תשובה לשאלה מקיץ .1991 שסתום פיקוד אוויר פיקוד 7 bar ממפלג אוויר התנעה אוויר פיקוד לפתיחה ניקוז לאטמוספרה של אוויר פיקוד לסגירה אספקת אוויר התנעה 30 barמסעפת אוויר התנעה שרטוט סכמתי של שסתום התנעה בראש הצילינדר של מנוע ) Sulzer RTAבמצב פתוח( )א( ציין את כל הפעולות שיש לבצע כדי להתניע בעזרת אוויר דחוס מנוע שני מהלכים בעל צילינדר אחד) .ב( מהו מספר הצילינדרים המינימלי של מנוע שני מהלכים המשמש כמנוע ראשי באוניה )הנעה ישירה(? נמק את תשובתך] .קיץ [1996 א. מנוע דו-פעימי בעל צילינדר אחד אינו ניתן להתנעה מכל מצב ,ויש לסובב את גל הארכובה ולהביא את הבוכנה לתחילת התנעה )כ 150-אחרי נמ"ע במהלך עבודה( לפי סימן על גלגל התנופה) .במנוע ארבע-פעימי יש צורך לבדוק שהבוכנה במהלך עבודה ולא בחפיפה(. לפני התנעת המנוע יש לסובב אותו באוויר כששסתום האינדיקטור פתוח ומצערת הדלק באפס, על מנת לוודא שהמנוע מסתובב חופשי ואין בצילינדר מים או שמן .לשם כך יש לבצע את הפעולות הבאות :לוודא ששסתום אוויר התנעה ראשי סגור ,לסובב את גל הארכובה ביד למצב התנעה ,לוודא שמצערת הדלק באפס ,לוודא ששסתום האינדיקטור בראש הצילינדר פתוח, לפתוח את שסתום התנעה ראשי ,להפעיל משאבת שמן תחילה ,לפתוח את שסתום פיקוד התנעה ולסובב את המנוע מספר סיבובים תוך בדיקת האוויר הדחוס הנפלט משסתום האינדיקטור. פתרון שאלות הבגרות במכונאות מנוע /התנעה באוויר דחוס )(1985-2009 עמוד 5מתוך 9 כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני-ים עכו /מגמת מכונאות ימית בתום הבדיקה יש לסגור את שסתום התנעה ראשי ,לסובב שוב גל הארכובה לתחילת התנעה, לסגור את שסתום האינדיקטור ,להזיז את מצערת הדלק למצב התנעה ,לספק שמן תחילה, לפתוח את שסתום פיקוד התנעה ולהתניע את המנוע. ב. ראו תשובה לשאלה מקיץ .1991 הסבר ,בעזרת שרטוט חתך ,את המבנה ואת פעולתם של האבזרים הבאים) :א( שסתום התנעה על ראש הצילינדר )) ;(starting air valveב( שסתום הכוונה של אוויר התנעה ) pilot air ] .(valveקיץ [1995 א. ראו תשובות לשאלות מקיץ .1997 ,2001 ,2006 ב. תפקיד שסתום הניתוב לשלוח בעיתוי המתאים אוויר פיקוד לפתיחת שסתום ההתנעה בראש ולנקז את אוויר הפיקוד מהשסתום כדי לסגור אותו .לכל צילינדר שסתום ניתוב משלו; במפלגים רדיאליים השסתומים מסודרים במעגל ומופעלים על ידי פיקת התנעה אחת .במפלגים טוריים לכל שסתום פיקת הפעלה משלו .ההסבר להלן מתייחס למפלג טורי. עם פתיחת שסתום ההתנעה הראשי האוטומטי זורם אוויר ללחיצת כל שסתומי הניתוב במפלג אל הפיקות שלהם .בו זמנית מקבלים כל השסתומים אספקת אוויר פיקוד לפתיחת שסתומי ההתנעה בראשים .שסתום הניתוב התורן ,שהפיקה שלו נמצאת במצב התנעה ,יורד ומאפשר מעבר אוויר הפיקוד אל שסתום ההתנעה בראש הקשור אליו .יתר שסתומי הניתוב סגורים ומנוקזים לאטמוספרה .עם הסתובבות המנוע וגל הפיקות של המפלג ,יתרומם שסתום הניתוב התורן ,אוויר הפיקוד משסתום ההתנעה בראש יתנקז דרך שסתום הניתוב וייסגר ,ובו זמנית יספק שסתום הניתוב הבא )לפי סדר הזרקה( אוויר פיקוד לשסתום ההתנעה שלו. אוויר ללחיצת השסתום לפיקה כניסת אוויר פיקוד יציאת אוויר פיקוד אל שסתום ההתנעה בראש הצילינדר ניקוז לאטמוספרה זוג פיקות התנעה שליליות )קדימה ואחורה( שרטוט סכמתי בחתך של שסתום ניתוב פתרון שאלות הבגרות במכונאות מנוע /התנעה באוויר דחוס )(1985-2009 עמוד 6מתוך 9 כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני-ים עכו /מגמת מכונאות ימית ציין מה הן השגיאות שגרמו לתופעות הבאות) :א( מנוע דיזל ארבעה מהלכים בעל צילינדר אחד מותנע באוויר .למרות שהמנוע נמצא במצב התנעה ,בהתאם לסימן על גלגל התנופה ,גל הארכובה אינו מתחיל להסתובב) .ב( כדי למצוא את התחלת נקודת ההזרקה של משאבת בוש, פירקו את שסתום יציאת הדלק מהמשאבה על מנת לקבוע את תחילת ההזרקה לפי הפסקת זרימת הדלק .הדלק אינו מפסיק לזרום בשום מצב של הבוכנה )סובבו את גל הארכובה לכל מצב אפשרי() .ג( שסתום היניקה ותושבתו בצילינדר אחד של מנוע ארבע פעימות )דיזל( נמצאו שרופים) .ד( אחרי שיפוץ משאבת בוש נמצא שההספק המופק מהצילינדר שמקבל דלק מאותה משאבה נופל בהרבה מהספקם של שאר הצילינדרים] .קיץ [1995 א. יש לסובב את גל הארכובה סיבוב שלם נוסף .הבוכנה הובאה אמנם לתחילת התנעה )כ100- אחרי נמ"ע( ,אך היא נמצאת בחפיפת שסתומים )סוף פליטה ותחילת יניקה( ולא במהלך העבודה. )א( האם בכל מצב של זווית גל הארכובה ניתן להתניע מנוע ימי ראשי בעל שני מהלכים וארבעה צילינדרים? הוכח את תשובתך בעזרת דיאגרמת תזמון) .ב( האם בכל מצב של זווית גל הארכובה ניתן להתניע מנוע ימי ראשי בעל שני מהלכים ושלושה צילינדרים? הוכח את תשובתך בעזרת דיאגרמת תזמון] .קיץ [1991 א. כדי להתניע מנוע מכל מצב של גל ארכובה בו הוא נעצר ,צריכה להתקיים חפיפת שסתומי התנעה של 150לפחות בין שני שסתומים עוקבים לפי סדר הזרקה .מנועי ראש צלב הם מנועים דו-פעימיים ,ומשך ההתנעה שלהם נע בין 1000ל) 1200-תלוי בשיטת הפליטה ובמספר הצילינדרים( .בדוגמה שלפנינו משך ההתנעה הוא ,1050מ 150-אחרי נמ"ע עד 50לפני פתיחת שסתום הפליטה. תחילת התנעה150 ATDC , ציל' 3 סוף התנעה600 BBDC , צילינדר 1 תחילת פליטה550 BBDC , מעגל תזמון התנעה עקרוני של מנוע דו-פעימי בעל 4צילינדרים זווית החפיפה = משך ההתנעה פחות הזווית בין הארכובות. 360 4 x = 105 − 90 x = 105 − x = 15 0 פתרון שאלות הבגרות במכונאות מנוע /התנעה באוויר דחוס )(1985-2009 עמוד 7מתוך 9 כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני-ים עכו /מגמת מכונאות ימית יוצא ,שלפי נתונים אלה ניתן להתניע מנוע בעל 4צילינדרים .בשרטוט מוצג צילינדר מס' 1 כשהוא בסוף התנעה ,סדר ההזרקה .1-4-3-2 ב. במנוע דו-פעימי בעל 3צילינדרים הזווית בין הארכובות היא ,1200כך שזווית החפיפה תהיה שלילית ) ,(105-120 = -15ולכן לא ניתן להתניעו מכל מצב. הסבר בעזרת שרטוטים את המבנה ואת הפעולה של) :א( שסתום התנעה בראש הצילינדר; )ב( שסתום ניתוב אוויר] .קיץ [1990 א. ראו תשובות לשאלות מקיץ .1995 ,1997 ,2001 ,2006 ב. ראו תשובה לשאלה מקיץ .1995 שרטט תרשים של מערכת אוויר התנעה של מנוע דיזל ראשי .את השסתומים שרטט בחתך. הסבר את פעולת המערכת בקצרה] .קיץ [1989 שסתום חד-כיווני שסתום התנעה ראשי אוטומטי אוויר התנעה 30 bar שסתום ניתוב תורן במפלג התנעה שסתום פיקוד מס' 2 שסתום פיקוד מס' 1 אות התנעה פניאומטי מחדר הבקרה שסתום ביטחון סעפת אוויר התנעה בולם להבה מנגנון סיבוב המנוע )(turning gear אוויר פיקוד 7 bar שסתום התנעה תורן בראש הצילינדר שרטוט סכמתי של מערכת התנעה באוויר דחוס למערכת המתוארת שני לחצי עבודה :אוויר פיקוד בלחץ 7 barואוויר התנעה בלחץ כ.30 bar - אוויר פיקוד מגיע אל שסתום פיקוד התנעה )מס' (1דרך מנגנון אבטחה ) (interlockשל מנגנון סיבוב המנוע ) ,(turning gearהמבטיח שהמנגנון לא משולב .שסתום פיקוד מס' ,2המופעל פניאומטית מחדר הבקרה ,פותח את שסתום ההתנעה הראשי האוטומטי. פתרון שאלות הבגרות במכונאות מנוע /התנעה באוויר דחוס )(1985-2009 עמוד 8מתוך 9 כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני-ים עכו /מגמת מכונאות ימית אוויר התנעה בלחץ 30 barזורם דרך השסתום הראשי האוטומטי אל מפלג האוויר ואל שסתומי ההתנעה בראשי הצילינדרים .כל שסתומי הניתוב במפלג נלחצים מטה אל פיקת ההתנעה ,והשסתום התורן מזרים אוויר לפתיחת שסתום ההתנעה בראש התורן .עם הסתובבות המנוע נסגר שסתום הניתוב התורן במפלג האוויר ,מנקז את אוויר הפיקוד משסתום ההתנעה בראש השייך אליו וסוגר אותו .בו זמנית נפתח שסתום הניתוב התורן הבא לפי סדר הזרקה ,מזרים אוויר לפתיחת שסתום ההתנעה בראש הקשור אליו ופותח אותו. את שסתום פיקוד התנעה מס' 1ניתן להפעיל רק לאחר שהשתחררו כל מנגנוני האבטחה )אינם מופיעים בתרשים( .אוויר פיקוד מוזרם אל שסתום פיקוד מס' ,2ובאמצעותו מנוקז האוויר מצדה התחתון של בוכנת השסתום הראשי האוטומטי ומסופק אוויר לצדה העליון .כתוצאה מכך נפתח השסתום הראשי האוטומטי בבת-אחת ,ומזרים אוויר התנעה אל שסתומי ההתנעה בראשים. שסתום הביטחון והשסתום האל חוזר מגנים על המערכת מפני חדירת גזי שריפה בלחץ גבוה דרך שסתום התנעה בראש הדולף בשעת פעולת המנוע או תקוע פתוח בזמן תמרונים. פתרון שאלות הבגרות במכונאות מנוע /התנעה באוויר דחוס )(1985-2009 עמוד 9מתוך 9
© Copyright 2024