نظام التشغيل بالهواء

نظام التشغيل الهوائي هو مصدر طاقة يستخدم لتوفير الدوران الأولي لبدء تشغيل محركات الديزل الكبيرة والتوربينات الغازية .

بالمقارنة بمحرك البنزين ، يتمتع محرك الديزل بنسبة ضغط عالية جدًا ، وهي ميزة تصميمية أساسية، حيث أن حرارة الضغط هي التي تشعل الوقود. إن المبدئ الكهربائي الذي يتمتع بقوة كافية لتشغيل محرك ديزل كبير سيكون كبيرًا جدًا بحيث لا يكون عمليًا، لذا فهناك حاجة إلى نظام بديل.

يحتوي نظام بدء تشغيل الهواء على ثلاثة مكونات رئيسية إلى جانب مكونات أمان مختلفة، وهي حاقن بدء تشغيل الهواء والموزع ومستقبلات الهواء. عند بدء تشغيل النظام، يتم توزيع هواء البدء من المستقبلات بواسطة وحدة الموزع على كل صمام بدء تشغيل هواء وفقًا لترتيب إشعال أسطوانات المحرك. تتضمن مكونات الأمان مصائد اللهب لمنع انفجارات خط الهواء، وقفل تروس الدوران الذي يضمن عدم إمكانية بدء تشغيل الهواء عند تعشيق ترس الدوران، وصمامات تخفيف الضغط وصمامات العزل، بالإضافة إلى صمامات التصريف في نقاط معينة على طول النظام. تتضمن مكونات التحكم صمامات التحكم وصمامات بدء تشغيل الهواء عن بعد. ^[1] يجب أن يحتوي نظام البدء المباشر المستخدم في محركات الديزل البحرية البطيئة السرعة على ما يصل إلى 12 عملية بدء على محرك غير عكسي أو 6 عمليات بدء على محرك عكسي أو تروس.

عند بدء تشغيل المحرك، يتم إدخال الهواء المضغوط إلى أي أسطوانة بها مكبس فوق النقطة الميتة العليا ، مما يجبرها على النزول إلى الأسفل. ^[2] عندما يبدأ المحرك في الدوران، يفتح صمام بدء تشغيل الهواء في الأسطوانة التالية في الخط لمواصلة الدوران. بعد عدة دورات، يتم حقن الوقود في الأسطوانات، ويبدأ المحرك في العمل ويتم قطع الهواء.

ولزيادة تعقيد الأمور، عادة ما يتم "تفجير" المحرك الكبير أولاً بإعدادات وقود صفرية وفتح صمامات المؤشر، لإثبات أن المحرك خالٍ من أي تراكم للمياه وأن كل شيء حر في الدوران. بعد نفخ ناجح للأمام ونفخ للخلف، يتم إغلاق صمامات المؤشر على جميع الأسطوانات، ومن ثم يمكن تشغيل المحرك بالوقود. يضاف تعقيد كبير إلى المحرك باستخدام نظام بدء التشغيل بالهواء، حيث يجب أن يحتوي رأس الأسطوانة على صمام إضافي في كل أسطوانة للسماح للهواء بالدخول لبدء التشغيل، بالإضافة إلى أنظمة التحكم المطلوبة. يحد هذا التعقيد والتكلفة الإضافيان من استخدام مشغلات الهواء للمحركات الترددية الكبيرة جدًا والمكلفة.

طريقة أخرى لبدء تشغيل محرك الاحتراق الداخلي بالهواء هي استخدام الهواء المضغوط أو الغاز لتشغيل محرك سائل بدلاً من المحرك الكهربائي. ^[3] يمكن استخدامها لبدء تشغيل محركات تتراوح سعتها من 5 إلى 320 لترًا، وإذا كانت هناك حاجة إلى المزيد من طاقة البدء، فيمكن استخدام محركين أو أكثر. تُستخدم أجهزة بدء التشغيل من هذا النوع بدلاً من المحركات الكهربائية نظرًا لوزنها الأخف وموثوقيتها العالية. كما يمكنها أن تدوم أكثر من جهاز بدء التشغيل الكهربائي بعامل ثلاثة ويسهل إعادة بنائها. تميل المحركات العاملة في أنشطة التعدين تحت الأرض إلى العمل على هذا النوع من نظام التشغيل لتقليل مخاطر اشتعال النظام الكهربائي للمواد القابلة للاشتعال.

يجب أن يكون لجميع مشغلات الهواء من النوع ذي الريشة مادة تشحيم مثبتة لضمان عمر طويل وأقصى أداء. ^[4] توفر مواد التشحيم للأجزاء المتحركة حاجز احتكاك مطلوب، وتقلل من تآكل المعدن وتحافظ على إحكام غلق الريش بشكل صحيح على جدران الأسطوانة. حتى مشغلات الهواء الخالية من مواد التشحيم تتطلب التزييت لإطالة عمر خالٍ من المتاعب. يتم استخدام جهازي تشحيم أساسيين عادةً. أحدهما من النوع الخطي أو الخزاني الذي يخزن عادةً ما يصل إلى 2 لتر من مواد التشحيم، ويتم تثبيته على طول خط إمداد الهواء. النمط الثاني من مواد التشحيم هو جهاز صغير أحادي اللقطة يوزع كمية محسوبة من مواد التشحيم في كل مرة يتم فيها تشغيل المبدئ. يتم تثبيت مواد التشحيم الخطية مباشرة على مدخل الهواء للمبدئ، وهي مضخات هوائية ذاتية التحضير تتطلب خط تزييت 1/4 بوصة يتم توصيله من مسافة تصل إلى 4 أقدام. تعمل زيوت التشحيم Air Starter بشكل أفضل عند استخدام زيوت غير منظفة من النوع الضبابي مثل وقود الديزل أو زيت Marvel Mystery. إذا كانت الانبعاثات تشكل مصدر قلق، فهناك زيوت تشحيم صديقة للبيئة متوفرة في السوق.

لا تتطلب جميع مشغلات الهواء التزييت. لا تتطلب مشغلات الهواء من النوع التوربيني تزييت المحرك الهوائي، على الرغم من أن بعض مشغلات الهواء التوربينية تستخدم ناقل حركة مملوءًا بالزيت وقد يتطلب عمليات فحص وصيانة دورية.

تم استخدام الهواء المضغوط لبدء تشغيل محركات التوربينات الغازية باستخدام بدء التشغيل بالارتطام الهوائي (حيث يتم توجيه الهواء إلى شفرات توربينات المحرك من خلال فوهات في غلاف التوربين، والتي تستخدم في محركات البحرية الأمريكية جنرال إلكتريك J79 ). من الأكثر كفاءة استخدام مشغل توربيني هوائي (ATS) والذي يتم تثبيته عادةً على علبة تروس ملحقة. ^[5] كان لدى محرك نفاث ضاغط محوري مبكر مشغل توربيني هوائي يقع في مخروط أنف الضاغط (على سبيل المثال متغيرات معينة من J79).

لم يتم استخدام التشغيل بالارتطام الهوائي للطائرات العسكرية الأمريكية بعد طائرات F-4B وA-5A ^[6] وF-5 لأن متطلبات الطاقة الهوائية كانت أكبر بعدة مرات من تلك عند استخدام مشغل توربيني هوائي. كان ضاغط التوربين الغازي المطلوب لبدء تشغيل J79 بالارتطام كافياً لبدء تشغيل محركين J79 في وقت واحد في طائرة B-58 عند استخدام مشغلات توربينية هوائية. ^[7]

يحتوي نظام ATS على توربين خاص به وتروس لتغيير عزم الدوران المنخفض والسرعة العالية إلى سرعة منخفضة وعزم دوران مرتفع عند لوحة تثبيت المحرك. تتصل التروس الإضافية في علبة تروس المحرك بعمود المحرك (بكرة الضغط العالي في المحركات متعددة البكرات). يتم إرسال الهواء المضغوط إلى توربين ATS من وحدة الطاقة المساعدة للطائرة ( هواء التنفيس من مولد الغاز أو من ضاغط حمل توربيني حر، على سبيل المثال PW901 APU)، من محرك يعمل بالفعل (هواء التنفيس) على طائرة متعددة المحركات أو، بالنسبة للطائرات النفاثة المبكرة، من ضاغط هواء مثبت على معدات دعم أرضية .

بالمقارنة مع المبدئ الكهربائي، فإن المبدئ الهوائي لديه نسبة طاقة إلى وزن أعلى ، لذا يتم استخدامه في المحركات الكبيرة لأن المبدئ الكهربائي سيكون كبيرًا جدًا، ومع كابلاته، ثقيلًا ومكلفًا للغاية. ومع ذلك، بالنسبة للمحركات الأصغر حجمًا، والتي لا تحتاج إلى قدر كبير من طاقة المبدئ، فإن المبدئ الكهربائي أكثر ملاءمة. لديه وظيفة مزدوجة كمولد (يُعرف باسم المبدئ/المولد) عند السرعات التي يتجاوزها المحرك لم يعد يحتاج إلى مساعدة المبدئ. ^[8]

• فهرس مقالات الطيران
• وحدة بدء التشغيل بالهواء
• AVPIN - وقود أحادي يستخدم لتشغيل محركات بدء التشغيل التوربينية النفاثة.
• مشغل محرك كوفمان - نظام مماثل يستخدم خرطوشة متفجرة لتوفير ضغط الغاز.
• بدء تشغيل محرك الطائرة
• مكونات المحركات النفاثة
• حامل اللهب