كيف تُغذي مولدات الديزل العالم بالطاقة
تظل مولدات الديزل مصدرًا حيويًا للطاقة للصناعات، وأنظمة الطوارئ الاحتياطية، والعمليات عن بُعد، نظرًا لموثوقيتها وكفاءتها. يتطلب فهم مبادئ عملها استكشاف كلٍّ من محرك الديزل وعملية توليد الكهرباء. إليكم نظرة شاملة على كيفية تحويل مولدات الديزل للوقود إلى طاقة كهربائية.
المكونات الأساسية لمحرك الديزل
يتكون هيكل محرك الديزل من:
الأسطوانة: غرفة مغلقة يحدث فيها ضغط الهواء واحتراق الوقود.
المكبس: يتحرك عموديا داخل الأسطوانة، مدفوعا بقوة الاحتراق.
رأس الأسطوانة: يحتوي على صمامات السحب والعادم.
الصمامات: صمام السحب يسمح بدخول الهواء المفلتر إلى الأسطوانة، وصمام العادم يطرد غازات الاحتراق.
ذراع التوصيل وعمود المرفق: يحول الحركة الخطية للمكبس إلى طاقة دورانية.
دولاب الموازنة: يخزن الطاقة الحركية للحفاظ على التشغيل السلس للمحرك بين أشواط القدرة.
حاقن الوقود: يرش الديزل المذاب في غرفة الاحتراق.
تستخدم معظم مولدات الديزل محركات رباعية الأشواط متعددة الأسطوانات، على الرغم من وجود إصدارات ذات أسطوانة واحدة للتطبيقات الأصغر.
دورة احتراق رباعية الأشواط
تتضمن عملية تشغيل المحرك أربع مراحل متتالية:
ضربة السحب
يتحرك المكبس إلى الأسفل، مما يؤدي إلى فتح صمام السحب.
يدخل الهواء النقي إلى الأسطوانة بعد ترشيحه من خلال منظف الهواء.
ضربة الضغط
يتحرك المكبس إلى الأعلى مع إغلاق الصمامين.
يتم ضغط الهواء إلى حوالي 1/20 من حجمه الأصلي، مما يرفع درجات الحرارة إلى 500-700 درجة مئوية (932-1292 درجة فهرنهايت).
ضربة الطاقة (الاحتراق والتمدد)
في الموضع العلوي للمكبس، يقوم حاقن الوقود برش رذاذ الديزل الناعم في الهواء الساخن.
يحدث الاحتراق التلقائي بسبب ارتفاع درجة الحرارة (لا يتطلب شمعة احتراق).
تعمل الغازات المتمددة على دفع المكبس إلى الأسفل، مما يؤدي إلى تدوير العمود المرفقي عبر قضيب التوصيل.
شوط العادم
يرتفع المكبس مرة أخرى، مما يؤدي إلى فتح صمام العادم.
يتم إخراج الغازات المحترقة، مما يؤدي إلى تحضير الأسطوانة لدورة السحب التالية.
كل شوط يُعادل نصف دورة لعمود المرفق. بعد التشغيل الأولي اليدوي أو الكهربائي، يضمن قصور دولاب الموازنة الحركة المستمرة.
توليد الكهرباء: أنظمة التيار المستمر مقابل أنظمة التيار المتردد
ينقل عمود مرفق محرك الديزل طاقة الدوران إلى مولد كهربائي، والذي بدوره يُحوّلها إلى كهرباء. يُستخدم نوعان رئيسيان من المولدات:
1. مولدات التيار المستمر
عناصر:
الجزء الثابت: غلاف ثابت يحتوي على أنوية أقطاب مغناطيسية ولفات مجال.
المحرك: مجموعة ملف دوارة تقطع الخطوط المغناطيسية.
المبدل والفرش: جمع ونقل التيار من المحرك.
مبدأ العمل:
يؤدي وجود المغناطيسية المتبقية في أقطاب الجزء الثابت إلى إنشاء مجال مغناطيسي ضعيف.
عندما يدور المحرك، تقوم ملفاته بقطع هذا المجال، مما يؤدي إلى توليد تيار كهربائي عن طريق الحث الكهرومغناطيسي.
تنقل الفرش هذا التيار إلى الدوائر الخارجية.
2. مولدات التيار المتردد (المولدات المتناوبة)
عناصر:
الدوار: مجموعة من المغناطيسات الدائمة (أقطاب شمالية/جنوبية) مثبتة على عمود.
الجزء الثابت: قلب ثابت من السيليكون والفولاذ مع ملفات لولبية متعددة.
مبدأ العمل:
يدور الدوار داخل الجزء الثابت، مدفوعًا بمحرك الديزل.
تولد المغناطيسات الدوارة مجالًا مغناطيسيًا متناوبًا في ملفات الجزء الثابت.
يؤدي هذا المجال المتغير إلى توليد تيار متناوب (تيار متردد) في الملفات، والذي ينتقل عبر أطراف الإخراج.
تنظيم الجهد والتحكم فيه
يتطلب إنتاج المولد الخام استقرارًا لضمان الاستخدام الآمن. يضمن منظم الجهد جودة طاقة ثابتة من خلال:
ضبط تيار المجال للحفاظ على الجهد الثابت على الرغم من تقلبات الحمل.
منع سيناريوهات التحميل الزائد أو انخفاض الجهد.
تتضمن الأنظمة الحديثة وحدات تحكم رقمية للمراقبة في الوقت الفعلي، ووظائف البدء/الإيقاف التلقائية، والمزامنة مع الشبكات.
مزايا مولدات الديزل
كفاءة عالية: تحقق محركات الديزل كفاءة حرارية تتراوح بين 40-50%، متفوقة على البدائل التي تعمل بالبنزين.
المتانة: يتيح البناء القوي عمر خدمة طويل تحت الأحمال الثقيلة.
سلامة الوقود: يعتبر الديزل أقل قابلية للاشتعال من البنزين، مما يقلل من مخاطر الحرائق.
التعامل مع الأحمال: يتميز بتوفير طاقة مستقرة لفترات طويلة.
التطبيقات عبر الصناعات
الصناعة: توفير الطاقة المستمرة للمصانع والتعدين ومواقع البناء.
النسخ الاحتياطي للطوارئ: المستشفيات ومراكز البيانات وشبكات الاتصالات.
العمليات عن بعد: المواقع خارج الشبكة مثل منصات النفط أو مشاريع كهربة المناطق الريفية.
الشركات الرائدة في تصنيع مولدات الديزل
تجمع الشركات المصنعة المرموقة بين الهندسة المتقدمة ومعايير الجودة الصارمة لتقديم أنظمة موثوقة. ومن أبرز هذه الشركات كاتربيلر، وكومينز، وكوهلر، التي تنتج وحدات تتراوح من نماذج محمولة بقدرة 5 كيلو فولت أمبير إلى مولدات صناعية متعددة الميجاواط.
