انواع موتور کشتی و سیستم های رانش دریایی
زمانی که به یک کشتی کانتینربر عظیم که هزاران تن کالا را حمل می کند، یا یک نفتکش غول پیکر نگاه می کنید، با شاهکاری از مهندسی روبرو هستید. اما در اعماق بدنه این سازه های شناور، قلبی قدرتمند می تپد که مسئولیت جابجایی ۹۰٪ تجارت جهانی را بر عهده دارد.
موتورهای کشتی، صرفاً نسخه های بزرگتر موتور خودرو نیستند؛ آن ها دنیایی کاملاً متفاوت از نظر طراحی، ابعاد و عملکرد دارند. برخی از آن ها به قدری بزرگ هستند که مهندسان می توانند داخل سیلندرهایشان راه بروند!
در این مقاله تخصصی، به بررسی انواع موتورهای دریایی می پردازیم و می بینیم که چگونه این غول ها، نیروی لازم برای شکافتن امواج را تامین می کنند.
۱. پادشاه دریاها: موتورهای دیزل دریایی
علیرغم پیشرفت تکنولوژی، موتور دیزل همچنان حاکم مطلق اقیانوس هاست. دلیل آن ساده است: "راندمان حرارتی بالا". هیچ موتوری به اندازه دیزل نمی تواند سوخت را به کار مفید تبدیل کند. اما این موتورها به دو دسته اصلی تقسیم می شوند:
الف) موتورهای ۲ زمانه با سرعت پایین (Slow Speed 2-Stroke)
این ها همان هیولاهای معروف هستند. بزرگترین موتورهای ساخته شده به دست بشر (مانند موتور Wärtsilä-Sulzer RTA96-C) در این دسته قرار می گیرند.
- ویژگی ها: ارتفاعی به اندازه یک ساختمان ۴ طبقه، پیستون هایی با قطر یک متر و قدرتی معادل ۱۰۰,۰۰۰ اسب بخار.
- نحوه کار: این موتورها با دور بسیار پایین (حدود ۶۰ تا ۱۰۰ دور در دقیقه) کار می کنند.
- نکته انتقال قدرت: به دلیل سرعت پایین، این موتورها مستقیماً (Direct Drive) به شفت پروانه متصل می شوند و نیازی به گیربکس ندارند.
ب) موتورهای ۴ زمانه با سرعت متوسط (Medium Speed 4-Stroke)
این موتورها شبیه به موتورهای ژنراتورهای بزرگ صنعتی هستند. از آن ها در کشتی های کروز، کشتی های رو-رو (Ro-Ro)، یدک کش ها و کشتی های کوچکتر استفاده می شود.
- ویژگی ها: فشرده تر از مدل های ۲ زمانه هستند و با سرعتی بین ۴۰۰ تا ۱۰۰۰ دور در دقیقه می چرخند.
- نکته انتقال قدرت: از آنجایی که پروانه کشتی برای بازدهی بالا باید آرام بچرخد، این موتورها حتماً به یک گیربکس کاهنده (Reduction Gearbox) نیاز دارند.
۲. دسته بندی موتورها بر اساس سرعت (RPM)
در مهندسی دریایی، "سرعت چرخش" فاکتور تعیین کننده نوع سیستم انتقال قدرت است:
- سرعت پایین (Slow Speed): زیر ۳۰۰ دور در دقیقه. (مخصوص نفتکش ها و فله برهای اقیانوس پیما).
- سرعت متوسط (Medium Speed): بین ۳۰۰ تا ۱۰۰۰ دور در دقیقه. (مخصوص کشتی های مسافربری و باری ساحلی).
- سرعت بالا (High Speed): بالای ۱۰۰۰ دور در دقیقه. (مخصوص قایق های تندرو، شناورهای گشتی و نظامی). در این مدل ها استفاده از گیربکس های پیچیده برای کاهش دور الزامی است.
۳. سایر سیستم های رانش (فراتر از دیزل)
اگرچه دیزل محبوب ترین است، اما گزینه های دیگری نیز وجود دارد:
- توربین بخار (Steam Turbine): روزگاری قلب تایتانیک بود، اما امروزه بیشتر در کشتی های حمل گاز مایع (LNG Carriers) دیده می شود. چرا؟ چون می توانند از گازی که به طور طبیعی از مخازن تبخیر می شود (Boil-off gas) به عنوان سوخت بویلر استفاده کنند. حرکتی بسیار نرم و بدون لرزش دارند.
- توربین گازی (Gas Turbine): این ها در واقع موتور جت هستند که روی کشتی نصب شده اند! نسبت قدرت به وزن آن ها فوق العاده است، اما مصرف سوخت وحشتناکی دارند. کاربرد اصلی آن ها در ناوهای جنگی و کشتی های بسیار سریع است.
- موتورهای دوگانه سوز (Dual Fuel): با سخت گیرانه شدن قوانین زیست محیطی، موتورهایی که می توانند هم با گاز LNG (سوخت پاک) و هم با دیزل کار کنند، در حال تسخیر بازار هستند.
۴. نقش حیاتی "گیربکس دریایی" (Marine Gearbox)
بسیاری تصور می کنند که در کشتی همه چیز به موتور ختم می شود، اما در کشتی های مجهز به موتورهای ۴ زمانه یا توربین، گیربکس قهرمان خاموش ماجراست.
پروانه کشتی (Propeller) برای اینکه آب را با بازدهی بالا بشکافد و دچار پدیده مخرب کاویتاسیون (حباب زایی) نشود، باید با دور پایین (مثلاً ۱۰۰ دور در دقیقه) بچرخد. اما موتور با دور ۵۰۰ یا ۱۰۰۰ می چرخد. اگر گیربکس نباشد، کشتی هرگز حرکت نخواهد کرد.
وظایف گیربکس دریایی:
- کاهش دور: تبدیل دور بالای موتور به دور پایین پروانه.
- افزایش گشتاور: تبدیل سرعت موتور به قدرت چرخشی عظیم برای حرکت دادن کشتی.
- معکوس کردن جهت: برخلاف خودرو، در کشتی های بزرگ موتور همیشه یک طرفه می چرخد. گیربکس وظیفه دارد جهت چرخش شفت را برای "دنده عقب" گرفتن تغییر دهد.
ساخت چرخ دنده هایی که بتوانند هزاران اسب بخار قدرت را در وسط اقیانوس و بدون لحظه ای توقف منتقل کنند، نیازمند دانش متالورژی پیشرفته و ماشین کاری دقیق است. شرکت های پیشرو در صنعت دنده سازی، مانند مجموعه مهندسی رها گیربکس، با تکیه بر دانش فنی در طراحی و تولید چرخ دنده های صنعتی سنگین (هلیکال و خورشیدی)، نقشی کلیدی در زنجیره تامین قطعات سیستم های انتقال قدرت ایفا می کنند.
نتیجه گیری
دنیای موتورهای کشتی، دنیای اعداد و ارقام نجومی است. انتخاب نوع موتور و سیستم انتقال قدرت، به نوع ماموریت کشتی بستگی دارد. برای یک نفتکش که ماه ها در سفر است، یک موتور ۲ زمانه کند و کم مصرف بهترین گزینه است؛ اما برای یک یدک کش که نیاز به مانور بالا دارد، یک موتور ۴ زمانه قوی به همراه یک گیربکس دقیق، حرف اول را می زند.