מאמר זה מנתח את הסיבות לעומס יתר של מנועי דיזל ראשיים ימיים ובוחן את סביבת הפעולה המיוחדת והמורכבת על הסיפון.
תנאי העבודה המשתנים והבלתי צפויים להם הם נתון אינם תנאי עומס היתר שיתרחשו בפעולת היחידה הקבועה (ביבשה), אלא סביר מאוד להתרחש על הסיפון.
ישנה תופעה של חריגה והיפוך נורמליות, והיא מופיעה לרוב בצורה מרומזת, בעלת מאפיינים בלתי צפויים.
מזג אוויר אסון, תנאי ים קשים וטופוגרפיה של דרכי המים הם הגורמים העיקריים לעומס יתר.
I. הגדרה כללית של עומס יתר על מנוע דיזל
במהלך פעולת מערך הדיזל הקבוע, כל עוד הוא לא חורג ממגבלת "הספק-עקומת מהירות מאפיין" של יחידת ההפעלה והפרמטרים הטכניים העיקריים (בעיקר פרמטרים שונים של טמפרטורה; פרמטרים של לחץ; פרמטרים של מהירות סיבוב), לא יהיה עומס יתר.
אם חריגה מהתקנות הללו, היחידה נחשבת לעומס יתר. זה המקרה עבור יחידות קבועות (-יבשתיות). עם זאת, קביעת עומס יתר עבור מנועי דיזל ימיים במהלך הפעולה היא הרבה יותר מסובכת.
הסיבה לכך היא שמנועי דיזל ימיים נקבעים על פי מאפייני ההנעה שלהם.
בנוסף, הם מושפעים גם מתנאי הים.
מנועי דיזל ימיים נתונים להפרעות ומגבלות סביבתיות טבעיות ולא אנושיות- חיצוניות במהלך הפעולה.
מצב זה אינו נורמלי עבור יחידות נייחות אך נורמלי עבור מנועי דיזל ימיים במהלך פעילות, ובכך מוביל להתרחשות של תנאי עומס יתר בלתי צפויים (כגון מזג אוויר שלילי; תנאי ים מורכבים; מכשולים תת-מימיים וכו').
השונות של עומסים אלו הנגרמים על ידי גורמים חיצוניים היא בדרך כלל מחוץ לתחום התקנות או הנהלים והיא אירוע אקראי ביותר עם אקראיות וחוסר ודאות רבה.
ניתן להתייחס לעומס יתר זה באופן רופף כעומס יתר נסתר כדי להבדיל בינו לבין עומס יתר קבוע- של יחידה.
זה מצב מסוכן ומסוכן יותר.
להלן ינתחו את הגורמים, התנאים הסביבתיים, הסכנות והמניעה של מצבים פתאומיים שונים בהם נתקלים לעתים קרובות במנועי דיזל ימיים המופעלים על ידי גורמים חיצוניים.
II. הקשר בין המומחיות, המורכבות והעומס של סביבת ההפעלה של מנועי דיזל ימיים
בשל ההבדלים המשמעותיים בסביבת ההפעלה, במרחב, בתנאים וביחידות הקבועות (ביבשה) בין מנועי דיזל ימיים ליחידות קבועות, הם בהכרח מוגבלים על ידי גורמים אלו במהלך הפעולה, וגם עומס היחידה ישתנה בהתאם.
הנקודות הבאות מודגשות להסבר קצר כדי להמחיש את מידת השפעתן על פעולתן של היחידות.
1. תנאי ים קשים
הכוונה היא לתופעות ההידרולוגיות והמטאורולוגיות הרות אסון בים הנגרמות על ידי גורמים כמו סופות, שלג, צונאמי וטייפונים.
תנאי הים משתנים בכל עת בשל גורמים שונים לרבות מרחב, זמן, מזג אוויר, נתיבי שיט ותנאים גיאוגרפיים וטופוגרפיים, והמצב מורכב ביותר.
כפי שאומר פתגם עתיק: "יש גל של שלושה- רגל על הים אפילו בלי רוח", שהוא תיאור תמונה של מזג האוויר המסוכן של האוקיינוס.
וגלים הם אחד הגורמים העיקריים לעומס יתר הנסתר של המכונות.
איור 1 שינויים בנקודת הפעולה של מנוע הדיזל בתנאי ניווט שונים
מאיור 1 ניתן לראות שאם מנוע הדיזל פועל במאפיין מהירות העומס הנקוב, ועובד בשילוב עם המדחף עם העקומה האופיינית I, נקודת הפעולה היא a. בשלב זה, מנוע הדיזל פולט את ההספק הנקוב Pe, ומניע את המדחף להסתובב במהירות הנקובת ne.
אם ההתנגדות של הספינה תגדל, עקומת מאפיין ההנעה של המדחף תהפוך לתלולה יותר, למשל, היא תהפוך לעקומה אופיינית II. לפיכך, נקודת הפעולה משתנה מנקודה א' לנקודה ב'. בשלב זה, למרות שההספק והמהירות של מנוע הדיזל שניהם נמוכים מהערכים הנקובים, הם כבר עובדים בטווח המומנט העולה על-, וזה מאוד לא נוח לפעולת מנוע הדיזל.
לעומת זאת, כאשר ההתנגדות של הספינה יורדת, עקומת מאפיין ההנעה של המדחף תהפוך שטוחה יותר, למשל, היא תהפוך לעקומה אופיינית III. לפיכך, נקודת הפעולה משתנה מנקודה א' לנקודה ד'. בשלב זה, למרות שמנוע הדיזל אינו פועל בטווח המומנט הגבוה-, המהירות וההספק של מנוע הדיזל עולים שניהם על הערכים הנקובים ne ו-Pe. גם מנוע הדיזל נמצא במצב עומס יתר, מה שמאוד לא נוח לפעולת מנוע הדיזל.
ההתנגדות של ניווט בספינה תושפע מהגורמים הבלתי נשלטים הבאים:
גורמים הקשורים לסערות, שלג ותנאי ים; גורמים הקשורים לכיוון זרמי האוקיינוס; גורמים הקשורים לטופוגרפיה של נתיב המים; גורמים הקשורים למשקעים בחלק התת-ימי של הגוף; גורמים הקשורים להארקה ולעלייה על שרטון; גורמים הקשורים להסתבכות של המדחף עם עצמים זרים; גורמים הקשורים לעלייה בגרירה (גרירה); גורמים הקשורים להשפעת המדחף על עצמים צפים וכו'.
הגורמים הניתנים לשליטה כוללים:
פניות חדות במהלך ניווט; מתחיל; דרכי מים צרים; עֲגִינָה; תְאוּצָה; ניווט לאחור; שינוי כיוון; טעינה וכו'.
גורמים אלו, הפועלים לבדם או בשילוב, עלולים לגרום לעקומת ההנעה בפועל (או לעקומת מאפיין המומנט) של היחידה לסטות מעקומת מאפיין ההנעה שתוכננה המקורית (או מעקומת מגבלת המומנט). כל תנועה של ההנעה בפועל שמאלה או ימינה תוביל לעומס יתר של הספק, המומנט או המהירות של היחידה.
מצב מסוג זה מתרחש שוב ושוב לסירוגין במהלך ניווט בתנאי מזג אוויר וים קשים.
כאשר הספינה נמצאת בפסגה של הגל, המדחף חשוף לפני המים, וכתוצאה מכך-העומס בסרק אפס, עלייה פתאומית במהירות היחידה, והמנוע הראשי מוגזם במהירות (חריגה).
כאשר הספינה נמצאת בשפל הגל, נפח הגוף השקוע גדל לפתע, התנגדות החיכוך גדלה לפתע, וגל הארכובה הראשי של המנוע (כולל הפיר) מועמס יתר על המידה. במקביל, הדחף והמומנט של המדחף גדלים.
מצב ים שלילי זה גורם להתנדנדות אורכית וצידית של גוף הספינה, מה שיגרום לשני סוגי עומסי יתר לעיל (למעשה מלווה בעומס התחממות יתר).
ושני סוגי עומסי יתר אלו הם המסוכנים ביותר למנועי דיזל ימיים.
לגורמים שונים אחרים יש גם השפעות מזיקות דומות על היחידה, אך חומרתה משתנה.
2. ספינה קרקה או עלייה על שרטון
בין שלל התאונות הימיות, התקרקות או עלייה על שרטון (כולל ריצה לתוך השונית) הם שניהם אסונות ימיים חמורים.
כאשר מתרחשת תאונה כזו, מהירות הספינה יורדת לפתע מהמהירות הרגילה למהירות אפס או כמעט אפס מהירות באופן מיידי, אך המנוע ממשיך להניע את המדחף במצבו המקורי.
מ"עקומת מאפייני ביצועי המדחף" ניתן לדעת כי בשלב זה, הדחף והמומנט של המדחף יעלו מהערך המינימלי לערך המקסימלי.
עקרון העבודה של המדחף אומר לנו: "ככל שהמהירות עולה בהדרגה, הדחף של המדחף יורד ללא הרף. כאשר המהירות מגיעה לערך מסוים (בדרך כלל מעט גדול יותר מערך H), הדחף של המדחף הוא אפס. נהוג לכנות זאת כדחף אפס".
לעומת זאת, כאשר המהירות משתנה מהערך המקסימלי לאפס, זווית ההתקפה של המדחף מגיעה לערך המקסימלי שלה. בשלב זה, המדחף, הפיר והיחידה יסבלו כולם מעומס יתר חמור בגלל שהמדחף מייצר יותר כוח ומומנט מאשר כוח ההנעה והמומנט המתוכנן.
לאחר שספינה חווה את התאונות הנ"ל, כדי להציל את עצמה ולברוח, היא מתהפכת לעתים קרובות בעומס גבוה במצב האפס- במהירות האפסית של הספינה, מה שגורם באופן מלאכותי ליחידה לעבוד יתר על המידה.
3. עצמים זרים מסתבכים במדחף או בציר הירכתיים
כאשר תקלה זו מתרחשת, העומס על המדחף גדל לפתע, עשן הפליטה מהמנוע הופך לשחור, מהירות הסיבוב יורדת, ואם היא נמשכת לאורך זמן, הדבר יגרום לעלייה בטמפרטורת מי הקירור ושמן הסיכה, להידרדרות הבעירה ולעומס יתר על הציר וגל הארכובה.
4. גרירה
מצב עומס יתר מסוג זה מתרחש בעיקר בספינות דיג של מכמורת.
הסיבה העיקרית היא שכאשר רשת הדייגים נכנסת לקבוצה גדולה של דגים או נתפסת על חפץ (כגון שבר ספינה טבועה, סלע קטן וכו'), מצב העבודה המקורי ישתנה, התהליך יקטן, וזווית ההתקפה של המדחף תשתנה, וכתוצאה מכך עלייה בדחף ובמומנט.
מצב זה יגרום לפעולת עומס יתר ממושכת.
5. השפעת מדחף על חפצים צפים
במקרים כאלה להבי המדחף יתעוותו, ביצועי המדחף ידרדרו, במיוחד הגובה יגדל, האיזון הדינמי ישתבש והרעידה תתעצם. זה יגרום לעלייה בעומס על מיסבים שונים, מה שיוביל לנזק.
6. התנגדות חיכוך מוגברת עקב עיקול בגוף
ככל שהכלי פועל לאורך זמן, אורגניזמים ימיים (אצות, רכיכות וכו') מתחברים יותר אל פני הגוף, וגורמים לקורוזיה מוגברת.
התנגדות החיכוך של גוף הספינה עולה בהדרגה מיום ליום. על פי נתונים רלוונטיים, כוח החיכוך של גוף הספינה גדל בשיעור של 2% בשנה, מה שמגביר בהכרח את העומס הנוסף על היחידה. "עקומת מאפיין ההנעה" עוברת שמאלה, ומהירות היחידה יורדת.
אם המהירות המקורית שנקבעה נשמרת בזמן זה, היחידה פועלת למעשה ברמת הספק מופרזת.
מצב זה יכול בקלות להוביל להפעלת היחידה בעוצמה מופרזת למשך זמן רב, ולגרום לנזק רב.
7. ספינה מפנה
כידוע, לכל ספינה יש את רדיוס הסיבוב הספציפי שלה.
למאפיין זה יש השפעה מועטה על ספינות עם מנוע בודד, אך הוא משמעותי עבור ספינות עם מספר מנועים.
ככל שהספינה גדולה וארוכה יותר, כך רדיוס הסיבוב שלה גדול יותר (בדרך כלל פי שלושה מאורך הספינה), וזמן הסיבוב ארוך יותר. ההשפעה על המנועים ברורה יותר.
מכיוון שהמנועים הפנימיים והחיצוניים נמצאים ברדיוסים שונים במהלך פניית הספינה, המרחקים והמסלולים שהם חווים שונים, וגם התהליכים שחווים המדחפים בצד הפנימי והחיצוני של מעגל הסיבוב שונים. כתוצאה מכך, גם העומסים (מהירויות הסיבוב) של המנועים הפנימיים והחיצוניים שונים.
ניתן לזהות זאת ישירות מהשינויים בעשן הפליטה של היחידה. אם העומס (מהירות הסיבוב) של היחידה לא מותאם מראש בשלב זה, היחידה הפנימית תיכנס למצב של עומס יתר חמור.
8. ניווט בערוצים צרים (מים רדודים)
כאשר ספינות נכנסות לנהרות (או תעלות) מהאוקיינוס או עוברות מאזורי מים עמוקים לאזורי מים רדודים, מתרחשת מה-שנקראת "תופעת יניקה של ספינות (יניקת חוף או יניקה תחתית)". התוצאה הישירה ביותר של תופעה זו היא עלייה בהתנגדות הניווט וירידה במהירות.
אם המהירות נשמרת בצורה עיוורת ללא כל שינוי, המנוע יפעל במצב עומס יתר.
III. סכנות של עומס יתר ומניעה
עומס יתר מתרחש במהלך פעולת היחידה, וניתן לזהות ולנתח את הסיבות רק באמצעות תהליך הפעולה.
עם זאת, באופן כללי, ניתן לייחס את הסיבות לגורמים סובייקטיביים או לגורמים אובייקטיביים חיצוניים.
ניתן למתן גורמים שליליים חיצוניים באמצעות פעולות והתנהגויות סובייקטיביות. חשוב במיוחד להדגיש את הצורך בהעמקת ההבנה של העולם האובייקטיבי, כגון ניסוח כל תוכנית טיסה, ניתוח תחזיות מזג האוויר, הבנת המצב הטכני של הצוות, אמצעי התגובה ועוד. יש לאמץ טכניקות מבצעיות מתאימות להתמודדות עם תנאי ההפעלה האובייקטיביים.
עומס יתר מתרחש כאשר יש חוסר איזון בין המנוע, המדחף והספינה.
האיזון היחסי בין השלושה הוא הערובה למניעת התרחשות עומס יתר.
הקמת האיזון הזה היא אקראית (קשורה במיוחד לתנאי הים) ומבוססת על תלות הדדית.
כדי למנוע התרחשות של עומס יתר על היחידה, החזקת ידע מקיף על ידי כוח אדם הופך להיות חשוב מאוד.
במיוחד באוניות מודרניות עם מערכת טייס-משולבת, הן המשמעת של ניהול המנוע והן מקצוע הנהיגה צריכים להיות בעלי הידע הבסיסי של תחומים- תחומיים רלוונטיים. כל ידע בנושא יחיד אינו מספיק היום.
בפעולות ספינות מודרניות, לא יעלה על הדעת שאנשי הצוות שאינם בקיאים ב"עקומת מאפיין ההנעה" ישלטו באופן מדעי על פעולת הספינה.
ולא ייתכן שאנשי הצוות שאינם יודעים את ביצועי הספינה יתאימו את המכונות כך שיתאימו לתנאי ניווט שונים.
לכן, אופן שיפור איכות הצוות צריך להיות תנאי מוקדם לעבודה מונעת, בעוד תקנות, נהלים ומערכות שונות במקום השני.
ללא צוות-איכותי, אפילו את הדברים הטובים ביותר לא ניתן ליישם כראוי.
לעתים קרובות קשה להשיג מניעת עומס יתר של מנועי דיזל ימיים.
1) מכיוון ששינויים בתנאי הים אינם ניתנים לחיזוי ברמת המיקרו, הדבר האופטימי ביותר שאנו יכולים לעשות הוא לבצע תחזיות לגבי השינויים המקרוסקופיים שלהם, אשר אין לו משמעות קטנה עבור-פעולות טכניות באתר.
לכן, השינויים בעומס יתר של יחידות המנוע גם הם בלתי צפויים. חיזוי לא יכול לבוא קודם, ואי אפשר לדון במניעה.
2) תיאום ושיתוף פעולה בין מחלקת המנועים למחלקת ההיגוי.
במהלך הפעולה בפועל, בשל נקודות המבט השונות שלהם על אותו עניין,
לכל מחלקה יש סדרי עדיפויות משלה. מחלקת ההיגוי מתחשבת בבטיחות הספינה כולה, בעוד שמחלקת המנועים בוחנת את בטיחות המכונות. עם זאת, בתנאי ים קריטיים העלולים להוביל למצבי עומס יתר שונים, יש צורך שמחלקת המנועים תמלא אחר הוראות מחלקת ההיגוי, ולא ניתן לסרב לכך.
לכן, עומס יתר הוא בלתי נמנע, ומחלקת המנועים יכולה רק לבקש למזער את היקף הנזק.
בשלב זה, אין זה ראוי להדגיש יתר על המידה "תקנות" או "נהלים".
3) במקרים של תנאי ספינה מסוכנים ביותר, כגון עלייה על שרטון או תקיעה, על מנת להבטיח את בטיחות כלי השיט, כוח האדם והמטען, אין מנוס מלהקריב את בטיחותם של חלק מהמנועים הראשיים. זו גם סוג של מניעה.
4) במקרה של תאונות פתאומיות, כגון ניווט בערפל, בנתיבי מים צרים או בערוצים מורכבים, הפעלת הילוך אחורי בכוח מלא- או פניות חדות, ותמרוני התחמקות שעלולים להתרחש כדי למנוע התנגשויות, הכל חייב להתבצע בתנאי עומס יתר.
5) כמוצא אחרון, על מחלקת הניווט לשקול פריסת "עוגן ימי" להגנה על המנוע הראשי. עם זאת, בשלב זה, יש להעריך בקפידה את יכולת התמרון של כלי השיט. המצב של כלי שייט חסר אונים הוא מאתגר ביותר.
6) עבור מנועי דיזל ראשיים ימיים, אין לנקוט באמצעי מניעה מופרזים בתנאי הניווט הבאים:
① כאשר נתקלים בתנאי מזג אוויר קשים בלתי נמנעים (כגון סופות, סופות שלגים, צונאמי וכו') במהלך הניווט;
② כאשר מזג האוויר משתנה לפתע בנתיבי שילוח עמוסים;
③ בעת ניווט בנתיבי מים צרים עם תנאי רוח וזרם נוחים וקצבי זרימה גבוהים;
④ כאשר קיים סיכון להתנגשות ויש לנקוט באמצעי הימנעות חירום.
במספר מצבים אלו, למרות שקיים סיכון לעומס יתר על המנוע, עדיין יש צורך לעשות זאת למען בטיחות הספינה כולה.
תנאי ההפעלה המינימליים המותרים הוא לשמור על יעילות היגוי מספקת (הידוע בכינויו כוח היגוי) עבור ניווט הספינה.
אם תפקוד ההנעה של המנוע גורם לאובדן יעילות ההיגוי הנחוצה, הספינה תהיה בסכנת התהפכות.
במיוחד בתנאי מזג אוויר אסון או כאשר קיים סכנת התנגשות, עלולות להיווצר השלכות חמורות יותר מעומס יתר של המנוע, כגון השמדת אוניות ואובדן חיים.
מדובר בתוכנית מגירה הכרחית שמחלקת ניהול הספינה לא יכולה בלעדיה מראש.
הנזק של עומס יתר על המנוע עבור מנועי דיזל ימיים ברור מאליו.-
במקרים קלים, הוא מאיץ את בלאי הרכיבים (במיוחד חלקים נעים), מקצר את חיי השירות של המכונה, מפחית את היתרונות הכלכליים ופוגע ביעילות התפעולית של הספינה.
במקרים חמורים היא עלולה לגרום לתאונה טרגית שבה המכונה נהרסת ואנשים נהרגים, ולאיים באופן חמור על בטיחות הפעולה.
לכן, מניעת פעולה מופרזת צריכה להיחשב כנקודת המפתח למניעת תאונות.
במיוחד במצבים שבהם כשל בפעולה מוביל לעומס יתר של המנוע, יש להפעיל פעמון אזעקה לעתים קרובות ולבטל אותו.