فهم ظروف البحار

وتصف الظروف البحرية الحالة الدينامية لسطح المحيطات، التي تتسم بارتفاع الموجات، والفترة، والاتجاه، وسرعة الرياح، وتيار المياه، وهذه العوامل عادة ما تصنف باستخدام جدول قوة الريح في بيفورت، ومقياس دوغلاس البحري، الذي يتراوح بين الهدوء (الحالة البحرية صفر) والظواهر (الحالة البحرية 9) وفهم أن أنماط التحميل الثابتة هذه هي الخطوة الأولى في التنبؤ بمدى الطلب على نظام الديزل.

ولا يحدد طول الموجات وحدها تماما التحديات التشغيلية، إذ أن الموجات القصيرة والثابتة في بحر مقطعي تؤدي إلى آثار عالية التردد على الهيكل، بينما تؤدي الازدهار المتجدد إلى إحداث تقدمية ولكن قوية وحركات دفيئة، وتؤثر هذه الاختلافات على ملامح محمولات المحرك بطرق مختلفة، وبالمثل، فإن سرعة الرياح تؤثر على كل من ميدان الموجات وعلى الجاذبية الهوائية على البنية التحتية، مما يؤدي إلى زيادة وعي القوى.

الأثر المباشر على أداء المحرك البحري الديزل

اليقظة والإجهاد الميكانيكي

وتخضع البحار القاتمة للمحرك ومحركاته إلى قوى يقظة متكررة لا يمكن التنبؤ بها في كثير من الأحيان، ومع دق الكهوف والرميات، فإن المحرك يحجب الحملات الدينامية التي تتجاوز تلك التي تصادف في المياه الهادئة، مما قد يؤدي إلى سوء التوازن بين المحرك والشق، مما يتسبب في تسارع الارتطام بالعلامات، والارتطام، وقطع الدفع.

ويصبح الانتكاس مصدر قلق بالغ عندما يتزامن تردد الموجة المهيمنة مع ترددات المحركات الطبيعية أو الترددات المائلة، ويمكن أن تؤدي هذه الترددات إلى زيادة الإجهاد بفعل ترتيب من الحجم، مما قد يؤدي إلى حدوث إخفاق كارثي في غضون ساعات، وقد يكون مصمماً لأجهزة قياس التذبذبذب، ونظم الرطوبة المبطنة المصحوبة لتخفيف هذه الآثار، ولكنها تتطلب تفتيشاً وتوقيتاً دائماً.

نظام التبريد

فمعظم محركات الديزل البحرية تعتمد على مياه البحر الخام للتبريد، إما مباشرة عن طريق مبادلات الحرارة أو بصورة غير مباشرة عن طريق نظام مياه الجاكيت، وفي البحار المضطربة، قد تتعرض المياة البحرية - التي تقع عادة على قاع الهضبة أو على صدر بحري - لتدفقات غير متسقة بسبب التقلبات في الترميم الجوي والضغط الناجم عن الموجات، ويخفض الهواء المستخرج إلى نظام التبريد من كفاءة نقل الحرارة ويمكن أن يتسبب في تداعم في تسربوط في الغليات المائية.

وعلاوة على ذلك، فإن التنظيف المتكرر لمضائق البحر أمر ضروري، بل وحتى حينه، فإن القطع الجزئية تقلل سرعة التدفق، وترفع درجة حرارة العادم وترتدي صمامات العادم، وكثيرا ما تتضمن السفن الحديثة مضائق التدفئة التلقائية وأجهزة التبريد المزدوجة، مما يساعد على الحفاظ على الضغط المتجدد لدرجات الحرارة، ولكن هذه التعقيدات تضيف.

كفاءة الوقود ونواتج الطاقة

وتؤثر الظروف البحرية تأثيرا مباشرا على الطلب على الحمولة الذي يوضع على محرك الديزل، ففي أعالي البحار، تؤدي زيادة مقاومة الموجات إلى زيادة الضغط على المحرك للحفاظ على السرعة، مما يدفع في كثير من الأحيان نقطة التشغيل إلى منطقة أقل كفاءة من خريطة الوقود، وقد يزيد استهلاك الوقود لكل ميل بحري بنسبة تتراوح بين 10 و 25 في المائة في ظروف متوسطة وصعبة، تبعا لتصميم السفن وسرعةها، وعلى العكس من ذلك، قد يتسبب البحار في زيادة في تسارع حركة الوقود عند رفع الدخان الدخان الدخان الدخان الدخان.

والتفاعل بين حركة الموجات وغرق المدافع هو تفاعل ذو تأثير خاص، فكما تبرز السفينة، يمكن للمدفع أن يخرج جزئيا من المياه، وهو شرط يعرف باسم " تهوية المبرد " ، وهذا يخفض بشدة من قوة الدفع ويتيح للمحرك أن يغض الطرف إذا لم يكن رد الحاكم قويا بما فيه الكفاية.

نظام التطهير والنفط

إن حركة السفن المكثفة تعطل عملية التقاط النفط، ولا سيما في المحركات المثبتة على أسس مرنة، وإن كانت قصيرة، يمكن أن تتسبب في فشل تزيين البطيخ في محركات التفريغ ودليلات الرؤوس المتقاطعة، كما أن التفريغ داخل المضخة يمكن أن يغذي النفط، ويخفض قوة الفيلم ويتسارع التأكس، وتقلبات في ضغط النفط مؤشر مشترك على التحلل.

ومن أجل التصدي لهذه المسائل، فإن تصميمات الرؤوس العميقة، ولوحات البافل، ومضخات زيت الكفاءات العالية هي سمات قياسية على المحركات البحرية، ويضيف بعض المشغلين مضخات منفصلة للملابس ما قبل الغبارية تحافظ على الضغط أثناء ترتيب المحركات وبعد إغلاقها، وينبغي، كأفضل الممارسات، اختصار فترات عينات النفط بعد فترات طويلة من الطقس الخام لكشف علامات مبكرة على الحطام أو زيادة الارتداد من الخريف.

المقتنيات الجوية والاحتراق

إن رذاذ الملح والرطوبة العالية في الغلاف الجوي البحري يضعف أداء نظام الامتصاص الجوي ويمكن أن ترسب الجسيمات الملحية على شفرات المضغوطة ولبؤات الكولور، مما يقلل من كفاءة الحامض وتدفقه الجوي، مما يزيد من الحمولة الحرارية للمحرك ودرجة حرارة العادم، ويحتمل أن يدمر العجلات التربوية، ويجب أن تتغير أجهزة التصفير الجوي بصورة أكثر تواترا عندما تعمل في رذاذات الثقيلة.

كما أن نوعية الضبط تنجم عن تغيرات في كثافة الهواء وتكوينه، إذ أن الرطوبة العالية تقلل من محتوى الأوكسجين لكل حجم وحدة، وتميل إلى خليط الوقود الجوي، وتزيد من التأخير في الإشعال، وتؤدي الاحتراق المتخلف إلى ارتفاع درجات الحرارة في العادم وانخفاض إنتاج الطاقة، وتعوض مضبوطات التربومرين، حيث يعمل الصانع خارج جزئه الكفاء بسبب تغيرات في وزن المحرك - تكيف هذه المسائل.

التأثيرات غير المباشرة من العوامل البيئية

حركة " خط الاستراحة " و " هول "

فالحركة التي تحركها الموجات تؤدي إلى تغيير الكفاءة الدافعة الفعالة، وعندما تتحول السفينة إلى موجة، تتغير عمليات توزيع كميات المياه تحت سطح الهلام، وتزداد مقاومة الشكل، وتتحول نقطة التشغيل التي تعمل بالدافع إلى جانب منحنى تحميلها، وتحتاج في كثير من الأحيان إلى المحرك لتقديم المزيد من العذاب بسرعة أقل، ويمكن أن تسبب هذه المسكات للحاكم في الصيد، مما يؤدي إلى حرق غير مستقر وازدياد اليقظة.

إن ظهور البروبلر أو " السباق " لا يسبب فقداناً في الدفع فحسب بل يفرض أيضاً انعكاسات حادة على خط العجلات، وهذه التقلبات الملتوية هي السبب الرئيسي في تداعيات الارتداد المتحركة ويمكن أن تلحق الضرر بمعدات الخفض، كما أن أجهزة الدفع الحديثة ذات القدرة على التحكم، تخفف من ذلك بتعديل المحركات الرافعة الصارخة للحفاظ على حمل محرك أكثر دواما.

الرياح والتيار

وتفرض التوابل القوية وتيار المحيطات قوى إضافية جانبية تدفع السفينة إلى الخروج عن مسارها، مما يرغم المحرك على العمل ضد زيادة سحب الدفة، ويؤدي " الزاويات " إلى زيادة طول مسار السفينة من خلال المياه، مما يزيد من المقاومة الكاملة، وفي حين أن عبء المحرك الرئيسي يزداد بشكل متواضع، فإن الأثر الأهم هو على معدات التوجيه والاستقرار، مما يمكن أن يُجبر بصورة غير مباشرة على خفض طاقة المحرك للحفاظ على المناولة الآمنة.

كما أن التيارات تؤثر على عمق المياه وبقائها، ولا سيما في المناطق الساحلية أو المطلة، وتزيد آثار المياه السطحية من المقاومة وقد تؤدي إلى تطهير ظهر شفرة الوقود، وينبغي أن يحسب العاملون مسارات المد والتنبؤات التي تُجرى في المحيطات عند التخطيط لسرعة وبيئة الطاقة، حيث أن تجاهلها يمكن أن يؤدي إلى ارتفاع مفاجئ في استهلاك الوقود وإلى تحميل المحركات.

درجة الحرارة والرطوبة

وتختلف درجة الحرارة والرطوبة في الهواء المحيط مع المناطق البحرية والجبهات الجوية، وتخفض درجة الحرارة العالية في الهواء المتحصل كثافة الهواء، مما يحد من كتلة الأكسجين المتاحة للاحتراق، مما يدفع المحرك إما إلى خفض الطاقة أو إلى زيادة تدفق الوقود، وكلتاهما يقلل من الكفاءة ويرفع الحمولات الحرارية، وسيؤدي تحميل مبردات الهواء التي تقل طاقتها أو تُحمى إلى تفاقم هذا التأثير، مما يؤدي إلى فقدان ضغط التعزيز وارتفاع درجات الحرارة.

وتشكل المناخات الباردة تحديات معاكسة: يمكن أن تسبب درجات الحرارة المنخفضة في ارتفاع كثافة الهواء مما يزيد من ضغط الأسطوانة ودرجات حرارة الاحتراق، ويحتمل أن يتجاوز حدود التصميم، ويجب أن تكون نظم التحكم في المحرك قادرة على تعديل بارامترات حقن الوقود استنادا إلى درجة حرارة الهواء الطلق، فالتنظيف المنتظم لمبردات الهواء وأجهزة التكلور هو عام أساسي للمحافظة على النقل الأمثل للحرارة.

استراتيجيات التخفيف والتكيف

تصميم وتشذيب غرف المهندسين

إن تركيب المحركات الصالحة هو أول خط دفاع ضد الاهتزاز وسوء التصرف، ولكن الجبال المقاومه التي تتضمن عناصر من البلازما وأجهزة الإهدار يمكن أن تخفف من التواتر المرتفع في نفس الوقت الذي يسمح بالتوسع الحراري، غير أن هذه الجبال تتطلب تفتيشا دوريا للخسائر أو التشقق أو تسرب السوائل.

إن نظم التبريد التي تحل محل مضخة المياه الخام ومبادلات الحرارة بالشبكات الخارجية التي تلتحم بالهول، تزيل الكثير من قضايا نظام التبريد التي تسببها البحار المضطربة، وهي شائعة في المجاري المائية الداخلية وزوارق السحوم، ولكنها أقل انتشارا في السفن التي تبحر بسبب صعوبات في التنظيف، أما بالنسبة للسفن التي يجب أن تستخدم التدفئة الخام في فتح صدر بحري مكرس حتى في إمدادات متحركة.

التعديلات التشغيلية

وتخفض استراتيجية التخفيف الفورية أكثر من غيرها طاقة المحرك عندما تتدهور ظروف البحر، وتبطئ من قوة التأثير على الموجات المنخفضة، وتخفض من ظهور الوقود، وتسمح لنظام التبريد بالتعافي من انقطاعات التدفق الناجمة عن الهواء، ويعتمد العديد من المشغلين " إجراء الطقس الثقيل " يشمل تخفيض مستوى الأشعة فوق البنفسجية بنسبة 15 إلى 25 في المائة وتعديل المكسب الآلي لتقليل نشاط السجاد إلى أدنى حد.

ويمكن إعادة تشكيل حكام المحركات الإلكترونية على مستوى عال لتغيير الاستجابة، وفي البحار الثقيلة، يحول بطء استجابة المحافظ دون ارتفاعات في حقن الوقود أثناء تفريغ الوقود، مما يقلل من الدخان والإجهاد الميكانيكي، وعلى العكس من ذلك، قد يلزم استجابة أسرع في البحار المعتدلة لمنع تسرب الألغام الأرضية عندما يحفر الناقل في الماء، كما أن التدريب على هذه التعديلات يتسم بأهمية المعدات نفسها.

الرصد والصيانة الافتراضية

ويصبح الصيانة التقليدية القائمة على أساس عامل حاسم في توسيع حياة المحرك في ظل ظروف سلبية، إذ إن الرصد المستمر للإهتزازات على حجر المحرك، مع التحفُّل بالبلازمات، والخط المتحرك يمكن أن يكشف عن وجود أخطاء قبل أن تؤدي إلى الفشل، كما أن التحليل المُتَجَمِّل لعينات النفط التي تُستخدم في ارتدائه المعادن والأكسدة ومحتويات المياه يوفر الإنذار المبكر بالتدهور المتصل بالتذبذبذبذبذبات العادم.

ويمكن لنظم تحديد مسارات الطقس الحديثة التي تدمج مع منصة مراقبة المحرك أن تنبأ بالحمولات المقبلة وأن تسمح بإجراء تعديلات استباقية، مثلاً إذا كان نظام تحديد المسار يتوقع أن يكون جزء من الهواء في البحر لمدة ساعتين في حالة البحر، يمكن للمشغل أن يقلل من السرعة ويزيد الضغط الجوي الرادع للحفاظ على جودة الاحتراق، وهذه النظم المتكاملة تقلل من الاعتماد على اتخاذ القرارات التفاعلية وتحسن الكفاءة العامة.

تعزيزات تصميم النظم

ومن شأن إعادة استخدام أو تحديد التحسينات مثل نظم التبريد المغلقة، ونظم التنظيف ذات الكفاءة العالية، والتحكم الدينامي في المحركات أن يزيد من تعزيز المحرك، وتضع بعض السفن مضخة إضافية لتدحرج المياه البحرية تُركَز في حين تتجاوز الزوايا الدفترية عتبة، بما يكفل تدفقا كافيا للتبريد، وتُمنع أجهزة الاستشعار من مستوى استهلاك النفط التي تُضع في إطارات هستيرات من أجهزة الإنذار الزائفة، بينما لا تزال تُنُضَر.

وبالنسبة لنظم الامتصاص الجوي، فإن أجهزة التنظيف الطاردية المركزية ومواقد التسريح المتعددة المراحل، التي تعمل صمامات التلقائية على الصمامات المخفضة، تقلل من تحميل الملح على عناصر التصفية الرئيسية، وأن نظم غسل التربوم التي يمكن تشغيلها بينما يعمل المحرك هي استثمار آخر جدير بالاهتمام؛ وهي تحافظ على كفاءة الضغط على التعرض المطول للرش المالح.

دراسات الحالات: التعلم من العمليات الحقيقية

وقد أظهرت البيانات المستمدة من أسطول من محركات الديزل المتوسطة السرعة العاملة في عبودية بحر الشمال أن المحركات التي تمر بعواصف الشتاء شهدت معدلات أعلى من معدل ارتداء الزيت بنسبة 40 في المائة مقارنة بالعاملين في ظروف الصيف، وقد تُعزى السبب الجذري إلى ارتفاع حرارة النفط أثناء التدحرج الشديد، مما أدى إلى تآكل المياة في حمل المعادن البيضاء، وبعد أن تم تركيب لوحات البافلات ورفع مستوى إلى حرائق زيتية مائية مائية مخفضة بدرجة كبيرة.

وفي مثال آخر، عانت سفينة حاوية على طريق المحيط الهادئ العابر من إخفاقات متكررة في صمامات العادم بعد مرور إعصار، وكشفت التحقيقات أن المحرك كان يعمل على مقربة من الطاقة الكاملة لفترات طويلة بينما كان المروحة يهتز في كثير من الأحيان، وأن التحولات السريعة في الحمولة تسببت في حدوث دقات حرارية تكسر مقاعد الصمامات، وتضمنت الأعمال التصحيحية إعادة تحرير الحاكم للحد من حقن الوقود أثناء دورة التعبئة.

خاتمة

إن الظروف البحرية تؤثر تأثيرا عميقا على كل جانب من جوانب أداء المحرك البحري الديزل، بدءا من الاهتزاز والتبريد إلى كفاءة الاحتراق وسلامة التشحيم، ففهم هذه التفاعلات يتيح للمشغلين توقع المشاكل، وإجراء تعديلات مستنيرة على مواقع المحركات، والاستثمار في سمات التصميم التي تزيد من قدرة نظام الدفع على مواجهة البيئة البحرية، ولا يوجد تدبير واحد للتخفيف من حدة ذلك؛ كما أن الجمع بين تصميم غرف محركية قوية، والانضباط التشغيلي، ورصد كفاءة المحركات المركبات، واستمرارها

For further reading on sea state classification and its application, refer to the Met Office’s Beaufort scale guide]. Detailed technical guidance on motor load management in heavy weather is available from ]MAN Energy Solutions.