انواع موتورهاي احتراق داخلي
انواع موتورهاي احتراق داخلي
1- انواع موتورهاي احتراق داخلي سيلندر پيستوني
2- موتورهاي گازي
3- کاربردها
4- مشخصه هاي طراحي
1- انواع موتورهاي احتراق داخلي سيلندر پيستوني
موتورهاي پيستوني، همان موتورهاي احتراق داخلي مي باشند كه از اصول مربوط به موتورهاي ديزلي و بنزيني پيروي مي كنند. اگر چه موتورهاي پيستوني اختلاف خيلي كم با توربين هاي گازي دارند ولي اين اختلاف بسيار مهم است . موتورهاي رفت و برگشتي راندمان الكتريكي بالاتري دارند اما استفاده از انرژي حرارتي توليد شده توسط آنها دشواتر است . همچنين داراي دماي پايين تري مي باشد زيرا اين دما در سيستم خنك كاري موتور و گازها ي خروجي پراكنده مي شود.
بر اساس روش اشتعال موتورهاي احتراق داخلي آنها را به دو دسته طبقه بندي نموده اند :
- موتورهاي احتراق تراكمي (CI)
- موتورهاي احتراق جرقه اي (SI)
در يك موتور اتو ، مخلوطي از هوا و سوخت در هر سيلندر فشرده و توسط جرقه مشتعل ميشود ولي در يك موتور ديزل فقط هوا فشرده شده و سوختي كه در انتهاي مرحله تراكم در سيلندر پاشيده ميشود، توسط دماي بالاي هواي مشتعل مي گردد كه به احتراق تراكمي معروف است.
موتورهاي اتو قابيلت سازگاري با انواع سوختها نظير بنزين، گاز طبيعي، پروپان، گازهاي فاضلاب (sewage gas) و land fill را دارا بوده که اين موتورها اغلب به gas engines معروف مي باشند، (حتي اگر سوختهاي بنزيني مصرف كنند). موتورهاي ديزل در درجات بالاتري از فشار و دما كار مي كنند و به همين دليل به سوختهاي سنگين تري مانند:
Residual fuel oil, fuel oil ,Diesel oil (در موتورهاي بزرگ دو زمانه) نياز دارند.
طبقه بندي ديگر موتورهاي احتراق داخلي بر اساس اندازه و سايز موتور ميباشد :
کوچک : موتورهاي گازي ( 15-1000 کيلوات)، موتورهاي ديزل (75-1000 کيلووات)
متوسط : موتورهاي گازي و ديزل (1-6 مگاوات)
بزرگ : موتورهاي ديزل ( بزرگتر از 6 مگاوات)
انواع موتورهاي گازي قابل دسترس به شرح زير مي باشند:
الف) موتورهاي بنزيني خودرو كه به موتور گازي تبديل شده اند
معمولاً داراي خروجي كم (15-30 کيووات)، سبك و نسبت قدرت به وزن بالا دارند. اين تبديل تاثيرات بسيار کمي بر راندمان موتور خواهد گذاشت اما قدرت خروجي را حدود 18% كم مي كند. توليد انبوه (خط توليد) قيمت موتور را کاهش داده، اما عمر موتور معمولا به (10000-30000) ساعت ميرسد.
ب) موتورهاي گازوئيلي خوردو تبديل شده به موتور گازي
قدرت اين نوع موتورها تا حدود200 کيووات مي باشد. تغييرات و تبديلات انجام شده بر روي پيستون ها، سرسليندرها و مكانيزم سوپاپها ضروري مي باشد زيراکه اشتعال نه تنها تحت تاثير تراكم، بلكه تحت تاثير جرقه نيز خواهد بود، اين تبديلات قدرت موتور را كم نخواهد كرد زيرا امکان تنظيم مقدار هواي اضافي در اين موتورها وجود خواهد داشت.
ج) موتورهاي ايستگاهي که طراحي آنها بر پايه موتور گازسوز بنا نهاده شده است
(original designed) اين موتورها وظيفه سنگيني در صنايع يا كاربردهاي دريايي دارند.
قدرت خروجي آنها تا حدود 3000 کيلووات مي رسد. قيمت اوليه آنها بر اساس نيرومندي اين نوع موتورها بالا مي باشد اما هزينه هاي نگهداري آنها پايين است. عمر اين موتورها بالاي (15-20) سال بوده و قابليت كار پيوسته تحت بارهاي زياد High load را دارا هستند.
د) موتورهاي دو گانه سوز ايستگاهي
(Dual fuel engines) : در حقيقيت همان موتورهاي ديزل با توان خروجي بالا تا حدود 6000 کيلوات مي باشند. سوخت اصلي گاز طبيعي بوده كه نه بوسيله جرقه بلكه با پاشش گازوئيل در انتهاي مرحله تراكم، مشتعل مي شود. به عنوان نمونه، حدود90% انرژي سوختي از طريق گاز طبيعي و حدود10% بوسيله گازوئيل تامين ميشود. همچنين قابليت كاركرد با گازوئيل به تنهايي يا سوخت دوگانه مذكور را دارد، اما هزينه نگهداري آنها بالا ميباشد.
2- موتورهاي گازي
موتورهاي گاز سوز با سوخت گاز طبيعي جهت احتراق مخلوط سوخت و هوا در داخل سيلندر، همانند موتورهاي بنزيني از سيستم جرقه که از طريق شمع بوسيله ايجاد يک جرقه قوي در فاصله زماني معين مي باشد، عمل ميکنند. انواع سوختهاي گازي و مايعي فرار در محدوده لندفيل تا پروپان و تا بنزين مي باشند که در يک سيستم صحيح سوخت رساني و با نسبت تراکم مناسب، کار کنند.
موتورهاي گاز طبيعي سوز که براي توليد الکتريسيته طراحي و ساخته ميشوند به موتورهاي ايستگاهي معروفند که 4 زمانه هستند و تا 5 مگاوات در دسترس مي باشند.
بر اساس توان خروجي، احتراق موتورها بر 2 روش و تکنيک به شرح زير استوار است:
- محفظه باز : در اين سيستم نوک شمع درست در محل محفظه احتراق قرار دارد و مستقيما مخلوط فشرده سوخت و هوا را مشتعل ميکند. اين روش بيشتر براي موتورهايي استفاده ميشود که احتراق در آنها در محدوده نقطه استوکيومتري تا مخلوط رقيق هوا / سوخت قرار دارد.
- محفظه پيش احتراق : در اصل يک فرايند احتراق مرحله اي پيش مي آيد که در آن شمع در بالاي سرسيلندر نصب ميشود. در اين موتورها مخلوط غني سوخت و هوا که رابطه مستقيم با سرعت انتقال شعله به محفظه احتراق اصلي را دارد، وارد سرسيلندر ميگردد. اين تکنيک جهت شعله ور کردن مطلوب مخلوط هوا با سوختهاي سبک و رقيق در موتورهاي که قطر سيلندر بزرگي دارند بکار گرفته ميشوند.
ساده ترين موتورهاي گازي بر اساس تنفس طبيعي هوا و سوخت از طريق کاربراتور و يا ميکسر به داخل سرسيلندر کار ميکنند. موتورهاي پيشرفته از نظر عملکرد مجهز به توربوشارژ براي ورود مقدار هواي بيشتر به سرسيلندر مي باشند. همانند بنزيني ها نسبت تراکم موتورهاي گاز طبيعي سوز نسبت به ديزل ها کم و در حدود 9:1 تا 12:1 مي باشد که اين محدوده خود تابع شرايطي چون ابعاد و تجهيزات جانبي چون توربوشارژ است. اين نسبت تراکم خود دليلي بر راندمان پايينتر گازسوز نسبت به ديزل است.
يکي از دلايل نسبت احتراق پايين جلوگيري از اشتعال خود بخود و پديده ضربه مي باشد که ميتواند صدماتي به بدنه بلوک موتور وارد آورد.
استفاده از تکنولوژي جرقه قدرتمند و مخلوط رقيق سوخت و هوا در موتورهاي گاز طبيعي سوز عامليست در کاهش دماي بالاي اشتعال در سرسيلندر و نيز کاهش ذرات آلاينده همچون Nox .
3- کاربردها
امروزه موتورهاي پيستوني تجهيزات مناسبي جهت توليد توان الکتريکي پراکنده در مراکز صنعتي، تجاري و کاربريهاي آموزشي در کشورهاي اروپايي و آمريکا مي باشند. موتورهاي پيستوني سريع روشن مي شوند، سريع باردهي ميگردند و در کنار قابليت اعتماد بالا راندمان خروجي خوبي دارند. در بيشتر شرايط و موقعيتها، مجموعه اي از موتورها در کنار هم باردهي و قابليت دسترسي را بالا ميبرند. موتورهاي احتراق داخلي نسبت به توربينهاي گازي در ابعاد برابر از نقطه نظر توان خروجي، راندمان الکتريکي بالاتري دارند و بنابراين مصرف سوخت کمتر و عملکرد مناسبتري دارند. همچنين در محدوده توان 3 مگاوات الي 5 مگاوات، هزينه اوليه موتورهاي پيستوني از توربينهاي گازي کمتر است. در مورد تعمير و نگهداري، توربينهاي گازي نسبت به موتورهاي رفت و برگشتي، هزينه کمتري دارند. اما توجه به اين نکته لازم و ضروري است که همواره متخصصان بومي در هر مکاني جهت تعميرات و نگهداري انواع موتور هاي رفت و برگشتي حضور دارند.
پتانسيلهاي استفاده از موتور هاي پيستوني در توليد انرژي الکتريکي پراکنده و غير متمرکز به جهت دوري از تلفات افت انتقال و توزيع که در شبکه سراسري برق کشور وجود دارد شامل موارد اضطراري، پيک زايي، پشتيباني از شبکه برق سراسري و کاربرد در تکنولوژي سيستمهاي توليد همزمان برق و حرارت جهت توليد آب گرم، بخار کم فشار براي کاربرد در گرمايش زمستاني و سرمايش تابستاني در سيستمهاي چيلرهاي جذبي ميباشد. اين موتورها امکان استفاده به عنوان نيروي محرک انواع پمپهاي آب، انواع کمپرسورهاي هوا و گاز مبرد سيستمهاي تهويه مطبوع و سردخانه را دارا مي باشند.
4- مشخصه هاي طراحي
مجموعه عواملي که موتورهاي گازسوز را در صدر جدول محرکها اوليه جهت توليد الکتريسيته به شکل پراکنده و غيرمتمرکز قرار ميدهد به شرح زير است:
ü محدوده توان الکتريکي : 10 -5 مگاوات در دسترس ميباشد.
ü انرژي حرارتي خروجي ( تلفات قابل استحصال ) : آب داغ و بخار کم فشار.
ü استارت سريع : قابليت استارت سريع موتورهاي رفت و برگشتي در شرايط اضطراري و پيک.
ü قابليتهاي نحوه استارت : موتورها جهت استارت تنها به يک باتري نيازمندند.
ü عملکرد در بار جزيي : راندمان بالا و اقتصادي در بارهاي جزيي.
ü قابليت اعتماد و عمر : اثبات شده است که موتورها از نظر تعمير و نگهداري در رده مطلوبي قرار دارند.
ü نشر آلاينده ها : موتورهاي گازسوز، يعني انرژي سبز.
