موتور وانکل

تاریخچه 

موتور وانکل، نوعی موتور درون سوز یا احتراق داخلی است. این موتور در دهه ی ۱۹۵۰ میلادی به دست یک مهندس آلمانی به نام فلیکس وانکل اختراع شد. در موتور های معمولی ، لازم است که حرکت رفت و برگشتی پیستون به حرکات دورانی تبدیل شود تا بتوان چرخ ها را به حرکت در آورد.اگر پیستون خود حرکت دورانی داشته باشد سیستم ارتباط بین موتور و چرخ ها خیلی ساده می شود. در موتور ونکل یک پیستون مثلثی درونمحفظه ای بیضی شکل می چرخد هنگام چرخش پیستون سوخت و هوا از طریق یکسوپاپ به درون مکش می شوند. در ادامه ی گردش پیستون پس از تراکم این مخلوط جرقه ای الکتریکی احتراق را به وجود می آورد و گازهای سوزان منبسط می شوند و پیستون را با سرعت می چرخانند.

اولین اتومبیلی که به موتور مجهز شد اسپیدر وانکل ان اس یو ( NSU ) بود که علی رغم موتور کوچکش به حداکثر سرعت ۱۵۲ کیلو متر می رسید. موتورهای وانکل اولیهچندین ایراد داشتند: درزبندی پیستون چرخان و محفظه دچار سایش می شد و مقداریاز گازها از یک طرف پیستون به طرف دیگر آن راه می یافتند. به علاوه مصرف سوخت آنها در مقایسه با سایر موتور ها بیش تر بود. گازهای های خروجی نیز آلودگی بیشتری تولید می کردند.

مونتاژ موتور های وانکل

موتور های دوار (وانکل) بصورت لایه ای مونتاژ می شوند.یک موتور وانکل 2 گردنده ایی(two rotor) که ما در نظر گرفتیم از 5 لایه اصلی که بوسیله ی یک طوقه ی بزگ در کنار هم چفت شده اند.ماده ی خنک کننده از میان مجاریی که همه ی اجزا را احاطه کرده است عبور می کند.

دو لایه آخری شامل درزگیر و یاطاقان برای "میله ی خروجی" است.همچنین این قسمت ها با دو بخش محفظه که گردنده را شامل می شود, آب بندی شده است.سطح داخلی این قسمت ها بسیار صیقلی می باشد تا قطعات آب بندی کننده کار خود را بخوبی انجام دهند.و مجاری ورودی (مکش) در انتهای هر یک از این قسمت ها قرار دارد

. لایه ی بعدی از بیرون محفظه ی تخم مرغی rotor است که شامل دهنه و مجرای تخلیه می باشد. این بخشی از محفظه ی موتور است که گردنده (rotor) را در برمی گیرد.

قسمت مرکزی شامل دو مجرای مکش, هر یک برای هر گردنده است.همچنین این دو گردنده (rotor) سوا می شوند بنابراین سطح خارجی باید بسیار صیقلی باشد تا موتور آب بندی شود.

در مرکز هر rotor یک چرخدنده ی بزگ سوار بر چرخدنده ی کوچکی که به محفظه متصل است , وجود دارد.این بخش برای هدایت چرخش rotor است.همچنین گردنده (rotor) بر روی برآمدگی های دایره ای بزرگ میله (شفت) سوار می شود.

نحوه ی کار موتور وانکل 

موتور های وانکل همانند موتور های پیستونی از چرخه ی 4 کورسی احتراق استفاده می کند.ولی در موتور های وانکل بطور کامل بصورت و روش دیگر است.

قلب موتور وانکل "گردنده" (rotor) است.گردنده تقریبا" معادل پیستون در موتورهای پیستونی است.گردنده روی برآمدگی های بزرگ دایره ای شفت سوار شده است.این برآمدگی ها که از مرکز شفت جابجا شده اند همانند دسته میل لنگ عمل می کند و این امکان را به rotor می دهند که میله ی خروجی را بگرداند.زمانی که rotor در داخل محفظه می گردد بر برآمدگی های شفت در گرداگرد یک دایره ی تنگ فشار وارد می کند (می چرخاند), سه بار چرخیدن شفت بازای هر گردش rotor را به وجود می آورد.

زمانی که rotor در میان محفظه می گردد, سه محفظه ی ایجاد شده بوسیله ی rotor تغییر اندازه می دهند.این تغییرات اندازه عمل مکش (pumping) را ایجاد می کند.اینک به بررسی 4 کورس در موتور وانکل برای یک rotor می پردازیم :مکش

فاز مکش در چرخه زمانی شروع می شود که یک لبه ی rotor از مجرای مکش عبور کند.در لحظه ایی که مجرای مکش در برابر محفظه (یکی از سه قسمت) قرار دارد, حجم آن بخش محفظه به حالت مینیمم خود نزدیک می شود و زمانی که گردنده (rotor) از مجرای مکش عبور می کند حجم محفظه ی مربوط منبسط می شود و مخلوط سوخت و هوا وارد محفظه می شود. زمانی که نوک rotor از مجرای مکش عبور کرد تراکم انجام می شود.احتراق

بیشتر موتورهای دوار ( وانکل ) دارای 2 جرقه زن هستند. محفظه ی احتراق کشیده است بنابراین اگر تنها از یک جرقه زن استفاده بشود, شعله بسیار آرام پخش خواهد شد.زمانی که جرقه زنها مخلوط سوخت و هوا را آتش بزنند فشار به سرعت ایجاد شده و به گردنده(rotor) برای حرکت نیرو اعمال می کند.

فشار ایجاد شده از احتراق به گردنده نیرو وارد می کند تا در جهت افزایش حجم محفظه بچرخد.احتراق بخار بنزین, افزایش حجم را ادامه می دهد; گردنده را بحرکت وا می دارد و ایجاد نیرو می کند تا زمانی که نوک گردنده (rotor) از مجرای تخلیه ی دود عبور کند.تخلیه

زمانی که نوک گردنده (rotor) از مجرای تخلیه عبور می کند, گازهای پرفشار ناشی از احتراق راه خروج از محفظه را می یابند.زمانی که گردنده (rotor) به حرکتش ادامه می دهد, محفظه شروع به انقباض می کند و به گازهای باقیمانده نیرو وارد می کند تا از محفظه خارج شوند.زمانی که محفظه به حجم مینیممش نزدیک می شود, نوک گردنده (rotor) از مجرای مکش عبور می کند و دوباره همه این سیکل تکرار می شود.

نکته ایی که در مورد موتورهای وانکل وجود دارد اینست که هر یک از 3 صفحه ی گردنده (rotor) همیشه در یک قسمت از سیکل کار می کنند---در یک چرخش کامل گردنده (rotor), سه کورس احتراق اتفاق می افتد.اما به یاد داشته باشید که, "میله ی خروجی" (output shaft) بازای هر گردش (rotor) سه بار می گردد, که بدین معنی است که بازای هر کورس احتراق یک گردش کامل output shaft را داریم.محاسن و معایب

خصوصیات متعددی تعریف شده است که تفاوت موتور های وانکل و پسیتونی را بیان می کند.قطعات متحرک کمتر

یک موتور وانکل دارای قطعات متحرک بسیار کمتری نسبت به نمونه ی قابل مقایسه ی 4 زمانه ی پیستونی است. یک موتور دوار (وانکل) دو گردنده ایی (two-rotor rotary engine) دارای 3 قسمت متحرک اصلی می باشد: 2 عدد گردنده (rotor) و میله ی خروجی (output shaft).در حالی که یک موتور ساده ی 4 سیلندری حداقل دارای 40 قسمت متحرک می باشد, شامل پیستون, دسته پیستون, میل لنگ, سوپاپ, فنر سوپاپ, اسبک سوپاپ, چرخدنده ی سوپاپ و ...

این کاهش قطعات متحرک می تواند اعتماد بیشتری را نسبت موتورهای دورار (وانکل) فراهم کند.به همین علت است که بعضی از تولیدکنندگان هواپیما ( همچون سازنده ی skycar) موتورهای دورار (وانکل) را به موتورهای پیستونی ترجیح می دهند.کارکرد روان

همه ی قسمت ها در موتور وانکل مستمرا" در یک جهت می چرخند, نسبت به تغییرات شدید جهت مثلا یک پیستون که در موتورهای مرسوم انجام می دهد.موتورهای وانکل از درون با وزنه های تعادل بالانس می شود بطوری که همه ی لرزه های موتور را خنثی می کند.

قدرت خروجی در موتورهای وانکل نیز بیشتر و روانتر است.زیرا هر عمل احتراق گردنده ها (rotor) را بیش از 90 درجه می چرخاند, و output shaft بازای هر گردش rotor 3 بار به چرخش در می آید, که به ازای هر عمل احتراق (جرقه زنی) output shaft بیش از 270 درجه به چرخش در می آید.این بدین معنی است که یک موتور دوار تک گردنده ایی توان خروجی آن برای 4/3 (سه چهارم) گردش output shaft بازای هر گردش گردنده می باشد.(مترجم:یعنی بازده ی 75 درصدی).این را با یک موتور تک سیلندر پیستونی مقایسه کنید, که در مدت هر عمل احتراق بازای 2 دور گردش پیستون, میل لنگ 180 درجه می چرخد یا به عبارتی 4/1 (یک چارم)گردش میل لنگ بازای هر سیکل پیستون (مترجم: یعنی بازده ی 25 درصدی هرچند موتورهای پیستونی فعلی دارای بازده ایی حدود 50 درصد هستند.)کارکرد آهسته

از آنجایی که rotor با یک سوم سرعت چرخش output shaft می چرخد, قطعات متحرک اصلی موتور دوار (وانکل) آهسته تر از قطعات موتور پیستونی حرکت می کنند.این امر به اعتماد کردن بیشتر به موتور کمک می کند.(مترجم: پایداری و عمر موتور نیز افزایش پیدا می کنند.)معایب

در طراحی موتورهای دورار یک سری مشکلات وجود دارد:

· به عنوان نمونه, ساختن موتور دواری (وانکل) که با مقررات منتشره ی U.S مطابقت پیدا کند, بسیار مشکل است (غیر ممکن نیست).

· هزینه ی تولید آن می تواند زیاد باشد, بیشتر به این علت که تعداد تولید شده ی این نوع موتور ها به زیادی و گستردگی موتورهای پیستونی نیست.

· مصرف سوخت بیشتر نسبت به موتورهای پیستونی,زیرا بازده ی ترمودینامیکی موتور بخاطر مخزن بزگ احتراق و ظریب کم تراکم کاهش یافته است.نمونه ها

از موتور های وانکل در موارد بسیار زیادی از کامیون ها و حتی اتوبوس ها استفاده شده است. ولی می می باشند. ولی می توان گفت که سرآمد وسیایل نقلیه ی که از این موتور استفاده می کنند اتومبیل مزدا RX-7 و RX-8 می باشند. 

موتورهای دورانی (وانکل) زیر مجموعه موتورهای احتراق داخلی می باشند. اما شیوه کار آنها با موتورهای رایج پیستونی کاملاً متفاوت است. در موتورهای پیستونی یک حجم یکسان و مشخص (حجم سیلندر) بصورت پی در پی تحت تأثیر چهار فرآیند, مکش, تراکم, احتراق و تخلیه قرار می گیرد؛ حال اینکه در موتورهای دورانی هر کدام از این چهار فرآیند در نواحی خاصی از محفظه سیلندر که تنها متعلق به همان فرآیند می باشد صورت می پذیرد. درست مثل اینکه برای هر فرآیند سیلندر مربوط به خودش را اختصاص داده باشیم و پیستون بصورت پیوسته از یکی به دیگری حرکت می کند تا چهار فرآیند سیکل اتو را کامل نماید.

موتورهای دورانی که به موتورهای وانکل نیز معروف می باشند برای اولین بار به اندیشه مبتکرانه دکتر فلیکس وانکل (Felix Wankel) آلمانی در سال 1933 خطور یافت و در سال 1957 اولین نمونه این نوع موتور ساخته شد.

موتورهای دورانی همانند موتورهای پیستونی از انرژی فشار ایجاد شده بواسطه احتراق مخلوط سوخت و هوا استفاده می کنند؛ در موتورهای پیستونی فشار ناشی از احتراق به پیستونها نیرو وارد کرده و آنها را به عقب و جلو می راند. شاتون و میل لنگ این حرکت رفت و برگشتی پیستونها را به حرکت دورانی و قابل استفاده برای خودرو تبدیل می کنند. در صورتیکه در موتورهای دورانی, فشار ناشی از احتراق، نیرویی را بر سطح یک روتور مثلث شکل که کاملاً محفظه احتراق را نشت بندی کرده است، وارد می کند. این قطعه (روتور) همان چیزی است که بجای پیستون از آن استفاده می شود.

روتور در مسیری بیضی شکل حرکت می کند؛ بگونه ای که همیشه سه راس این روتور را در تماس با محفظه سیلندر نگه داشته و سه حجم جداگانه از گازها, بین سه سطح روتور و محفظه سیلندر ایجاد می کند.

همچنان که روتور حرکت می کند هر کدام از این سه حجم پی در پی منبسط و منقبض می شوند؛ و همین انقباض و انبساط است که مخلوط هوا و سوخت را به داخل سیلندر می کشد, آنرا متراکم می کند, در طول فرآیند انبساط توان مفید تولید می کند و گازهای سوخته را بیرون می راند.
قطعات یک موتور دورانی:

موتور های دورانی دارای سیستم جرقه و سوخت رسانی مشابه با موتورهای پیستونی می باشند.

روتور:

روتور یک قطعه مثلث شکل با سه سطح برآمده یا محدب می باشد که هر کدام از این سطوح همانند یک پیستون عمل می کند. همچنین هر کدام از این سطح ها دارای یک گودی یا تورفتگی می باشد که حجم موتور را بیشتر می کند.

در راس هر وجه یک تیغه فلزی قرار گرفته که عمل نشت بندی سه حجم محبوس بین روتور و جداره سیلندر را بر عهده دارد. همچنین در هر طرف روتور ( سطح فوقانی و تحتانی) رینگ های فلزی قرار گرفته اند که وظیفه نشت بندی جانبی روتور را به عهده دارد.

روتور دارای چرخدنده داخلی در مرکز یک وجه جانبی می باشد؛ این چرخدنده با یک چرخدنده دیگر که روی محفظه سیلندر بصورت ثابت قرار دارد درگیر می شود و این درگیری است که مسیر وجهت حرکت روتور را درون محفظه تعیین می نماید.

محفظه سیلندر:

محفظه سیلندر تقریباً بیضی شکل است و شکل محفظه احتراق نیز بگونه ای طراحی شده است که همواره سه لبه روتور در تماس با دیواره محفظه قرار گیرد و سه حجم نشت بندی شده را بسازد.هر قسمت از این محفظه به یکی از فرآیندهای موتور اختصاص خواهد داشت. ( مکش- تراکم - احتراق- تخلیه)

پورتهای مکش و تخلیه هر دو، در دیواره محفظه تعبیه شده اند. و سوپاپی برای این پورتها وجود ندارد. پورت تخلیه مستقیماً به اگزوز راه دارد و پورت مکش به دریچه گاز.

محور خروجی:

محور خروجی دارای یک برآمدگی مدور (بادامک) می باشد که خروج از مرکز نسبت به خط مرکزی دارد. هر روتور روی یکی از این بادامکها سوار خواهد شد.این بادامک همانند یک میل لنگ در موتورهای پیستونی عمل می کند. از آنجاییکه این بادامکها دارای یک خروج از مرکز می باشند نیروی وارد از طرف روتور به این بادامکها گشتاوری در محور ایجاد میکند که باعث چرخیدن آن میگردد. 

در بخش بعدی چیدمان این اجزاء در کنارهم، نحوه عملکرد آنها و مزایا و معایب این موتور را بررسی خواهیم کرد. در همین جا از شما دعوت می کنیم برای تکمیل بحث قسمت بعدی را مطالعه فرمایید.نحوه قرار گیری اجزاء کنار هم :

موتور دورانی بصورت لایه لایه مونتاژ میگردد. یک موتور دو روتوره به پنج لایه اصلی تقسیم بندی میشود که با یک ردیف دایروی از پیچ های بلند کنار هم نگه داشته شده اند. آب خنک کاری درراهگاههای دورتادور قطعات جریان دارد.

لایه های اول و آخر دارای نشت بندی و یاتاقانهای مناسب جهت محور خروجی می باشد. آنها همچنین دو مقطع محفظه روتور را نشت بندی می کنند. سطح داخلی این قطعات بسیار هموار است که این خود به نشت بندی روتور متناسب با کارش کمک می کند. روی هر یک از قطعات دو انتها یک پورت ورودی تعبیه شده است.

در مرکز هر روتور یک چرخدنده داخلی بزرگ قرار دارد که حول یک چرخدنده کوچک ثابت روی محفظه موتور می چرخد. این دو چرخدنده مسیر حرکتی روتور را تعیین می کنند. همچنین روتور روی بادامک دایروی محور خروجی واقع شده و آن را به گردش در می آورد.تولید توان:

موتورهای دورانی همانند موتورهای رایج پیستونی از سیکل چهار زمانه استفاده می کند. که به شکل کاملاٌ متفاوتی به خدمت گرفته شده است. قلب یک موتور دورانی روتور آن است، که بصورت کلی معادل پیستون در موتورهای پیستونی می باشد. روتور روی یک بادامک دایروی روی بزرگ محور خروجی سوار شده است. این بادامک از خط مرکزی محور خروجی فاصله داشته و همانند یک میل لنگ عمل می کند. چرخش روتور نیروی لازم جهت چرخش محور خروجی را تامین می کند. همزمان با چرخش روتور در محفظه, این قطعه, بادامک را در یک مسیر دایروی به حرکت در می آورد به قسمی که هر دور کامل روتور منجر به سه دور چرخش محور خروجی می گردد.

همچنان که روتور درون محفظه حرکت می کند, سه حجم جداگانه ایجاد شده توسط روتور، نیز تغییر می کند. این تغییر سایز فرآیند پمپ کردن را ایجاد می کند. اجازه دهید روی هر کدام از چهار فرآیند سیکل چهار زمانه بحث کنیم. در ضمن برنامه انیمیشن بخش اول ۱۶ تیر ماه شما را در درک این مطلب کمک می کند.

فاز مکش از زمانی شروع می شود که یکی از تیغه های روتور از روی پورت مکش عبور کند و پورت مکش در معرض محفظه سیلندر و روتور واقع شود, در این لحظه حجم محفظه کمترین مقدار خود می باشد. با حرکت روتور حجم محفظه منبسط شده و فرآیند مکش اتفاق می افتد و در پی آن مخلوط سوخت و هوا به داخل محفظه کشیده می شود.

هنگامی که تیغه بعدی روتور از جلوی پورت ورودی می گذرد محفظه بصورت کامل نشت بندی می شود تا فرآیند تراکم آغاز گردد.

با ادامه حرکت روتور درون محفظه, حجم محبوس شده سوخت و هوا کوچکتر و فشرده تر می گردد. وقتی سطح روتور در این حجم بطرف شمع می چرخد حجم مربوطه به کمترین مقدار خود نزدیک می شود و این درست هنگامی است که با جرقه شمع احتراق شروع می گردد.

حجم محفظه احتراق گسترده و طولانی است بنابراین سرعت پخش شعله تنها با وجود یک شمع بسیار کم است و احتراق ناقصی بدست می دهد. از این رو در اکثر موتورهای دورانی از دو شمع در طول این ناحیه استفاده می شود. هنگامی که شمعها جرقه می زنند مخلوط سوخت و هوا محترق شده و فشار بسیار بالایی را ایجاد می کنند که باعث تداوم چرخش روتور می گردد. فشار احتراق، روتور را در جهت خودش وادار به حرکت می کند و حجم ناحیه محترق شده، رفته رفته زیاد می شود. در اینجاست که فرآیند انبساط و در نتیجه توان تولید می گردد تا جاییکه تیغه روتور به پورت خروجی برسد.

هرگاه تیغه روتور از پورت خروجی عبور می کند، گازهای با فشار بالا رها شده و به سمت پورت خروجی جریان می یابند. با ادامه حرکت روتور حجم محبوس فشرده می گردد و گازهای باقیمانده را به طرف پورت خروجی می راند. وقتی این حجم به کمترین مقدار خود نزدیک می شود، تیغه روتور در حال گذار از پورت ورودی است و در این زمان سیکل جدید شروع می گردد.

یک مورد بسیار جالب در رابطه با موتورهای دورانی اینست که هر یک از سه سطح روتور همیشه در یک قسمت سیکل درگیر است. به عبارتی بهتر در هر دور کامل روتور، سه بار احتراق خواهیم داشت. اما به یاد داشته باشید که در هر دور کامل روتور محور خروجی سه دور می چرخد و در نتیجه یک احتراق برای هر دور محور خروجی.تفاوتها با موتور معمولی:

چند مورد زیر، موتورهای دورانی را از موتورهای پیستونی متمایز می کند.قطعات متحرک کمتر:

موتورهای دورانی در مقایسه با موتورهای چهار زمانه پیستونی قطعات متحرک کمتری دارند. یک موتور دورانی دو روتوره سه قطعه متحرک اصلی دارد: دو روتور و محور خروجی. این در حالیست که ساده ترین موتورهای پیستونی چهار سیلندر دست کم 40 قطعه متحرک دارد: پیستونها، شاتونها، میل لنگ، میل بادامک، سوپاپها، فنر سوپاپها، اسبکها، تسمه تایمینگ و ... . کم بودن قطعات متحرک می تواند دلیلی بر قابلیت اعتماد و اعتبار موتورهای دورانی باشد و به همین دلیل است که کارخانه های سازنده وسایل هوانوردی ( هواپیما و کایت های با موتور احتراق داخلی) موتورهای دورانی را به موتورهای پیستونی ترجیح می دهند.کارکرد نرم و بدون لرزش:

تمام قطعات موتور دورانی بطور پیوسته در حال چرخش آن هم در یک جهت می باشد که در مقایسه با تغییر جهت شدید قطعات متحرک در موتورهای پیستونی از ارجحیت خاصی برخوردار است.موتورهای دورانی بدلیل تقارن خاص قطعات گردنده دارای بالانس داخلی است که هرگونه ارتعاشی را از بین می برد. همچنین انتقال قدرت در موتورهای دورانی نیز نرم تر است ؛ زیرا هر احتراق در طول 90 درجه چرخش روتور حاصل می شود. از آنجاییکه چرخش محور خروجی سه برابر چرخش روتور است پس هر احتراق در طول 270 درجه چرخش محورخروجی حاصل می گردد.این یعنی یک موتور تک روتوره در سه ربع گردش محورخروجی خود قدرت انتقال می دهد؛ در مقایسه با موتور تک سیلندر پیستونی که احتراق در طول 180 درجه از دو دور گردش میل لنگ یا یک ربع گردش محور خروجی آن رخ می دهد.آهسته تر: 
از آنجاییکه گردش روتور یک سوم گردش محور خروجی آن است, قطعات اصلی موتور آهسته تر از قطعات موتورهای پیستونی حرکت می کنند. که این موضوع قابلیت اطمینان به این موتور را بالا می برد.
چالشها در طراحی موتورهای دورانی:

· نوعاً ساخت موتورهای دورانی که بتواند استانداردهای آلودگی را پوشش دهد بسیار مشکل است. ( اما نه امکان ناپذیر)

· هزینه ساخت آنها معمولاً بالاتر از موتورهای رایج پیستونی است؛ بیشتر به این دلیل که تیراژ تولید آنها نسبت به موتورهای پیستونی پایینتر است.

· نوعاً مصرف سوخت این گونه موتورها بالاتر از مصرف سوخت موتورهای پیستونی است زیرا مشکل کشیده و طولانی بودن محفظه احتراق و نسبت تراکم پایین این موتورها راندمان ترمودینامیکی آنها را محدود می کند.

موتور دورانی یک موتور احتراق داخلی است درست مثل موتور اتومبیل ولی کاملا متفاوت با موتور های مرسوم پیستونی کار می کند.در یک موتور پیستونی حجم مشخصی از فضا (سیلندر) متناوبا چهار کار متفاوت را انجام می دهد.مکش،تراکم،احتراق،و خروج دود.موتور دورانی همین کار را انجام می دهد اما هر کدام در جای مخصوص خوذ انجام می شود و این شبیه این است که برای هر کدام از چهار مرحله یک سیلندر جداگانه داشته باشیم و پیستون به طور پیوسته از یکی به بعدی حرکت کند.

موتور دورانی که مخترع آن دکتر فلیکس وانکل بود، گاهی موتور وانکل یا موتور دورانی وانکل نامیده می شود.در این مقاله می آموزیم که موتور دورانی چگونه کار می کند.
مانند یک موتور پیستونی،موتور دورانی از فشار تولید شده هنگام احتراق مخلوط سوخت و هوا استفاده می کند.در موتور پیستونی،این فشار در سیلندر جمع می شود و پیستون را به جلو و عقب می راند.میل لنگ حرکت رفت و برگشتی پیستون ها را به حرکت دورانی تبدیل می کند.

در یک موتور دورانی،فشار حاصل از احتراق،در یک اتاقک ایجاد می شود که این اتاقک قسمتی از فضای موتور است که به وسیله ی وجه روتور مثلثی شکل پدید می آید و موتور دورانی از این اتاقک به جای پیستون استفاده می کند.

این قسمت ها جایگزین پیستون ها،سیلندر ها،سوپاپ ها،میل سوپاپ و میل لنگ در موتور پیستونی می شود.روتور مسیری را طی می کند که در این مسیر هر سه گوش روتور با محفظه در تماس باقی می ماند و سه حجم مجزای گاز را ایجاد می کند.وقتی روتور می چرخد،این سه حجم متناوبا منبسط و منقبض می شوند.همین انقباض و انبساط است که هوا و سوخت را به داخل موتور می کشد،آن را متراکم می کند و انرژی قابل استفاده آن را می گیرد و سپس دود را خارج می کند.

در ادامه به داخل موتور دورانی خواهیم پرداخت تا قسمت هایش را بشناسیم اما اینک به مدل تازه ی موتور دورانی نگاهی می اندازیم:

مزدا RX-8 :
شرکت مزدا در تولید و توسعه ی خودرو هایی که از موتور دورانی استفاده می کنند سابقه ی طولانی دارد. مزدا RX-7 که در 1978 به فروش رسید موفق ترین خودرو با موتور دورانی بوده است. ولی قبل از آن خودرو ها،کامیون ها و حتی اتوبوس هایی با موتور دورانی تولید شده بودند.سرآغاز آن ها نیز Cosmo sportدر 1967 بود.آخرین سالی که RX-7 در آمریکا فروخته شد سال 1995 بود ولی موتور دورانی در آینده ی نزدیک به بازار برمی گردد .

مزدا RX-8 خودرو جدیدی از شرکت مزدا است که یک موتور دورانی جدید و برتر به نام Renesis را عرضه کرده است.این موتور که موتور بین المللی سال 2003 نامیده شد،به صورت طبیعی مکش دارد و یک موتور 2 روتوره می باشد که قدرت آن 250 اسب بخار است.

موتور دورانی یک سیستم جرقه و تحویل سوخت دارد که شبیه به قسمتهای مشابه در موتور پیستونی هستند.در ادامه به معرفی بخش های اصلی موتور دورانی می پردازیم:

روتور:روتور سه سطح محدب دارد که هر کدام همانند یک پیستون عمل می کند.هر سطح یک فرورفتگی دارد که حجم مخلوط هوا و سوخت را در موتور افزایش می دهد.

در قسمت انتهایی هر سطح یک تیغه ی فلزی وجود دارد که اتاقک احتراق را آب بندی می کند و مانع خروج مواد از اتاقک احتراق می شود.همچنین حلقه های فلزی در هر طرف روتور وجود دارند که به اطراف اتاقک احتراق محکم می شوند.

روتور یک سری دندانه های داخلی دارد که در مرکز یک لبه بریده شده اند.این دندانه ها با چرخ دنده هایی که به بدنه ی موتور محکم شده اند درگیر می شوند.این در گیر شدن مسیر و جهت حرکت روتور در داخل بدنه را مشخص می کند.

بدنه تخم مرغی شکل است.شکل اتاقک احتراق به گونه ای طراحی شده است که سه راس روتور همواره در تماس با دیواره ی اتاقک خواهند بود و سه حجم جدای گاز را ایجاد می کنند.
هر قسمت بدنه به یک مرحله از عمل احتراق اختصاص دارد.این چهار مرحله عبارتند از:
مجراهای مکش و تخلیه در بدنه طراحی شده اند. این مجرا ها سوپاپ ندارند.اگزوز خودرو مستقیما به مجرای تخلیه وصل می شود. مجرای مکش هم مستقیما به دریچه ی ساسات وصل می شود.

محور خروجی:محور خروجی قطعه های گردی دارد که خارج از مرکز(خارج از محور میله) نصب شده اند. هر روتور روی یکی از این قطعات خارج از مرکز نصب می شود.این قطعه ها تقریبا شبیه میل لنگ عمل می کنند.هنگامیکه روتور مسیر خودش را درون بدنه طی می کند،به این قطعه ها فشار می آورد و از آن جاییکه قطعه ها خارج از مرکز اند،نیروی اعمال شده از روتور به قطعه ها گشتاوری بر میله وارد می کند و آن را می چرخاند. اکنون بیایید ببینیم این قسمت ها چگونه به هم متصل می شوند و چگونه نیروی حرکتی را ایجاد می کنند.

یک موتور دورانی به صورت لایه ای سر هم می شود.موتور دو روتوره که ما بررسی کردیم 5 لایه اصلی دارد که به وسیله حلقه ای از غلاف های دراز کنار هم نگه داشته شده اند و سیال خنک کننده که در راههای مخصوص خود جریان دارد همه ی قطغات را در بر می گیرد.دو لایه ی انتهایی شامل مهره ها ، یاتاقان ها و شفت خروجی می باشد.آن ها همچنین دو قسمت اتاقک را که شامل روتور ها می شوند را به هم متصل می کنند.سطح داخلی این قطعات خیلی صاف و صیقلی می باشد که کمک می کند مهره های روی روتور کار خود را به خوبی انجام دهند.یک دریچه ورودی بر روی هر کدام از این قطعات انتهایی وجود دارد.

قسمتی از اتاقک روتور
قطعه میانی شامل دو دریچه ورودی می باشد که هر کدام از آن ها برای یکی از روتور هاست.این قطعه علاوه بر این دو روتور را از یکدیگر مجزا می کند لذا سطوح خارجی آن بسیار صاف است.

قطعه ی میانی برای هر روتور یک دریچه ورودی دیگر فراهم می کند. 
در مرکز هر روتور یک چرخ دنده ی بزرگ داخلی وجود دارد که روی یک چرخ دنده ی کوجک تر حرکت می کند که این چرخ دنده ی کوچک به اتاقک موتور متصل شده است. این قسمت آن چیزی است که چرخش روتور را ایجاد می کند.روتور همچنین روی پوسته بزرگ و دایروی شفت خروجی حرکت می کند. در ادامه خواهیم دید که موتور چگونه نیروی محرک تولید می کند.موتورهای دورانی چرخه ی چهار زمانه ای را طی می کنند که شبیه چرخه ایست که موتور پیستونی در آن کار می کند.ولی در موتور دورانی نحوه ی رسیدن به هدف کاملا متفاوت است.

قلب یک موتور دورانی،روتور آن است که معادل پیستون در موتورهای پیستونی می باشد.
روتور روی یک پوسته ی بزرگ دایروی روی شفت خروجی نصب می شود.این پوسته از خط مرکزی شفت انحراف دارد و مانند یک دسته اهرم در جرثقیل های کوچک عمل می کند و به روتور قدرت لازم برای چرخاندن شفت خروجی را می دهد.هنگامی که روتور درون اتاقک می چرخد،پوسته را حول دایره هایی می چرخاند که به ازای هر دور روتور،پوسته 3 دور می چرخد.

هنگامی که روتور درون اتاقک می چرخد سه قسمتی که توسط روتور در فضای اتاقک از هم جدا می شوند،حجمشان تغییر می کند(مطابق شکل بالا) این تغییر حجم باعث ایجاد عملیاتی شبیه به پمپ کردن می شود.حال به بررسی هر کدام از چهار مرحله ی موتور دورانی می پردازیم.

فاز مکش هنگامی آغاز می شود که نوک روتور از دریچه ی ورودی عبور می کند.وقتی که دریچه مکش باز می شود در ابتدا حجم این قسمت در حداقل مقدار خود است و با ادامه حرکت روتور حجم افزایش می یابد و هوا به داخل کشیده می شود.

وقتی راس دیگر روتور از دریچه مکش عبور می کند دیگر هوایی وارد این قسمت نمی شود و مرحله تراکم آغاز می شود.

همچنانکه روتور به حرکت خود ادامه می دهد، حجم هوا کاهش می یابد و مخلوط هوا و سوخت متراکم می شود.زمانی که وجه روتور به مقابل شمع ها می رسد،حجم این قسمت به حداقل مقدار خود نزدیک می شود. در این هنگام عملیات احتراق آغاز می شود.

اکثر موتور های دورانی دو شمع دارند.زیرا اگر تنها یک شمع وجود داشت به خاطر اینکه اتاقک احتراق نسبتا دراز است،جرقه نمی توانست به خوبی و با سرعت مناسب گسترش پیدا کند.
وقتی شمع ها جرقه می زنند،مخلوط هوا و سوخت آتش می گیرد و افزایش فشار روتور را به حرکت در می آورد.
فشار حاصل از احتراق باعث می شود که روتور در جهتی حرکت کند که حجم افزایش یابد.گازهای احتراق منبسط می شوند و با حرکت دادن روتور نیروی محرکه تولید می کنند تا هنگامی که نوک روتور به دریچه تخلیه برسد.

هنگامی که نوک روتور از دریچه ی تخلیه عبور می کند،گازهای احتراق که فشار بالایی دارند از اگزوز خارج می شوند.همچنانکه روتور به حرکت خود ادامه می دهد،اتاقک منقبض می شود و گازهای باقی مانده را به بیرون هدایت می کند.زمانی که حجم به حداقل مقدار خود نزدیک می شود، نوک روتور از کنار دریچه ی مکش عبور می کند و چرخه دوباره تکرار می شود.
نکته ی ظریف در مورد موتور دورانی این است که هر کدام از سه وجه روتور همواره در حال طی کردن یک قسمت چرخه هستند (در یک دور چرخش کامل روتور،سه بار مرحله احتراق وجود دارد). ولی به خاطر داشته باشید که شفت خروجی به ازای هر دور چرخش روتور سه دور می زند که این یعنی به ازای هر دور چرخش شفت خروجی یک مرحله احتراق داریم.

ویژگی های متعددی وجود دارد که موتور دورانی را از یک موتور پیستونی معمولی متمایز می کند:

● قسمتهای متحرک کمتر:
در موتور دورانی تعداد قسمت های متحرک به مراتب کمتر از یک موتور پیستونی مشابه است.یک موتور دورانی دو روتوره سه قسمت متحرک دارد:دو روتور و یک شفت خروجی.حتی ساده ترین موتور پیستونی چهار سیلندر،حداقل 40 قسمت متحرک دارد:پیستون ها،میل بادامک،سوپاپ ها،فنر سوپاپ ها،رقاصک ها،تسمه تایم،چرخ دنده ها و میل لنگ،میله های رابط.

این تعداد کم قسمت های متحرک،قابلیت اطمینان موتورهای دروانی را بالا می برد.به همین دلیل است که بعضی از سازندگان فضاپیما،موتورهای دورانی را ترجیح می دهند.

● یکنواختی حرکت:
همه ی قسمت های موتور دورانی در یک جهت و به طور پیوسته می چرخند و تغییر جهت های ناگهانی (مانند پیستون ها) وجود ندارد.

موتورهای دورانی از نظر داخلی به وسیله ی وزنه های تعادلی چرخان ،که برای از بین بردن ارتعاشات نصب شده اند، متعادل می شوند.
تحویل نیرو در موتورهای چرخان نیز یکنواخت تر انجام می شود.از آنجاکه هر مرحله احتراق در چرخس روتور به اندازه ی 90 درجه پایان می یابد و شفت خروجی به ازای هر دور روتور، سه دور می زند، بنابراین هر مرحله احتراق پس از 270 درجه چرخش شفت خروجی پایان می یابد. این بدان معنی است که یک موتور تک روتوره،برای 4/3 از هر دور چرخش شفت خروجی ، نیروی محرکه تولید می کند. این را مقایسه کنید با یک موتور تک سیلندر پیستونی که در آن احتراق در 180 درجه از دو دوران کامل اتفاق می افتد (یعنی 4/1 از هر چرخش میل لنگ)

● آرامتر بودن حرکت:
از آن جا که روتور ها با سرعتی به اندازه 3/1 سرعت شفت خروجی می چرخند، قسمت های متحرک موتور دورانی آرامتر از قسمت های موتور پیستونی حرکت می کنند. که این موضوع قابلیت اطمینان موتور های دورانی را افزایش می دهد.

چالش ها:

● معمولا ساختن یک موتور چرخان سخت تر از موتور پیستونی است.
● هزینه های تولید بالاتر می باشد زیرا تعداد موتورهای دورانی که تولید می شوند به اندازه تعداد موتورهای پیستونی نیست.
● موتورهای دورانی معمولا سوخت بیشتری مصرف می کنند زیرا بازده ترمودینامیکی موتور دورانی کم است.(به دلیل اتاقک احتراق بزرگ و دراز و ضریب تراکم پایین(

سیستم روغن کاری

هر سیستم روغن کاری توربین در نیروگاه معمولاً از اجزای زیر تشکیل شده است: پمپ، فیلتر، شیر، سیستم خنک کاری، یاتاقان ها، آب بند های مربوط، لوله کشی و اتصالات آنها.

2-1- یاتاقان ها (Bearings) و انواع آن ها

یاتاقان عبارت است از یک پشتیبانی، که محور یک سیستم بر روی حالت دورانی آن دارد و روغن برای از بین بردن اصطکاک ما بین یاتاقان و محور و در بعضی مواقع برای جلوگیری از حرارت تولید شده به کار می رود.

یاتاقان ها معمولاً به دو بخش اساسی تقسیم می شوند: یاتاقانهای بلبرینگی و یاتاقانهای لغزشی.

2-1-1- یاتاقان های بلبرینگی

یاتاقان های بلبرینگی یا رولبرینگی معمولاً برای بارهای کم و متوسط و بیش تر در الکتروموتورهای الکتریکی، جعبه دنده های کوچک و پمپ های کوچک استفاده می شود.

مزایای این نوع یاتاقانها را به شرح زیر می توان ذکر کرد:

- به جز در سرعت های بالا اصطکاک کمی دارد.

- روغن کاری آنها ساده است و در بسیاری موارد از گریس استفاده می شود.

با بعضی از رولبرینگ ها تراست دار ( کف گرد) بارهای محوری و شعاعی در یاتاقان به کار می روند؛ مثلاً در الکتروموتورهایی که از رولبرینگ های کف گرد استفاده شده وزن روتور روی رولبرینگ قرار می گیرد و نیروهای شعاعی نیز گرفته می شود.

با نصب بلبرینگ و رولبرینگ، محور تقریباً در امتداد خود قرار می گیرد و نیروی خارج از محور وجود ندارد؛ مانند: بلبرینگ های الکتروموتور که روتور را در مرکز نگه می دارد.

- قیمت بلبرینگ ها معمولاً ارزان تر از یاتاقان ها است.

ساختمان بلبرینگ ها و رولبرینگ ها

هر بلبرینگ یا رولبرینگ شامل حلقه های دایره ای شکل بیرونی و درونی است و کانالی دارد که ساچمه ها در داخل آن و بین حلقه ها حرکت می کنند. جنس ساچمه ها و حلقه ها از فولاد آب کاری شده و سخت است و باید کاملاً صیقل داده شود و بین حلقه و ساچمه فاصله ای به منظور روغن کاری، وجود دارد.

در بعضی از بلبرینگ ها برای جلوگیری از نفوذ گرد و خاک بر روی ساچمه ها کاورهایی وجود دارد که به z مشهور است.

اگر هر دو طرف بلبرینگ دارای پوشش کاور باشد، به نام z 2 خوانده می شود.

بلبرینگ ها و رولبرینگ ها باید به طور مرتب گریس کاری شود. البته گریس کاری بیش از حد باعث گرم شدن آنها خواهد شد. در بعضی مواقع بلبرینگ ها و رولبرینگ ها در داخل روغن کاری می کنند و این روغن باید در فاصله های مختلف زمانی تعویض شود.

2-1-2- یاتاقانهای لغزشی

یاتاقان های لغزشی به دو نوع عمده تقسیم بندی می شوند:

1- یاتاقان های ژورنال که در جهت عمود به محور، بار را تحمل می کنند.

2- - یاتاقان های تراست که در جهت امتداد محور بار را تحمل می کنند.

وضعیت محور روی یاتاقان های ژورنال

در حالت استاتیک محور در کف یاتاقان قرار دارد. و در این حالت بر اثر وزن محور که باعث می شود روغن تخلیه گردد فقط مقدار کمی به سطوح یاتاقان می چسبد و باقی می ماند. به همین جهت هنگام گذاشتن محور روی بارینگ یا راه اندازی پمپ بزرگ باید قبلاً پمپ کمکی هر سیستم در مدار گذاشته شود. این پمپ کمکی به منظور روغن کاری کامل توربین در زمان بارینگ است و این عمل برای جلوگیری از اصطکاک محور و یاتاقان در موقع دور دادن پمپ به کار می رود. تا زمانی که فشار روغن در یاتاقان ها وجود نداشته باشد، از راه اندازی پمپ یا گذاشتن توربین روی بارینگ جلوگیری می شود. این عمل در نیروگاه ها به وسیله پرژسویچ انجام می گیرد. وقتی چرخش محور شروع می شود، اولین عمل محور بالا رفتن در یاتاقان تا نقطه ای است که شروع به لغزش کند.

2-2- انواع یاتاقان ژورنال

- ژورنال کامل در این یاتاقان ها زاویۀ تماس با ژورنال 360 است، این نوع یاتاقان ها در دورها و بارهای زیاد به کار برده می شود؛ مانند یاتاقان های توربین بخار، توربین های گازی و پمپ های تغذیه.

آن قسمت از محور که داخل بوش قرار می گیرد ژورنال نامیده می شود.

این نوع یاتاقان ها به یاتاقان های « Selfaline » نیز مشهور است؛ یعنی محور در داخل پوسته قرار می گیرد و یاتاقان نسبت به محور تنظیم می گردد. هر یاتاقان از دو تکه، نیمۀ بالایی و نیمۀ پایینی تشکیل یافته است که با پیچ و مهره به هم بسته می شوند. معمولاً در نیمه بالایی یک زائده وجود دارد که در قسمت بالایی نیمۀ فوقانی قرار می گیرد و از چرخش پوسته در پایه جلوگیری می کند. ورودی روغن در یاتاقان ها معمولاً از بغل است، اما در نیمۀ پایینی، در هر دو طرف، برای تخلیه روغن شیاری در نظر گرفته می شود. فشار روغن در روغن کاری یاتاقان ها معمولاً بین 8/0 تا 2 بار (Bar) است.

- یاتاقان های ژورنال با رینگ روغن در این نوع یاتاقان ها همیشه در محفظۀ یاتاقان روغن وجود دارد و هنگام دوران محور، روغن به وسیله یک رینگ برداشته شده و هدایت می گردد.

- یاتاقان نیمه ژورنال در این جا زاویۀ تماس بوش با محور 180 است. این نوع یاتاقان ها به راحتی روغن کاری می شود و اصطکاک کم تری دارد.

· نکاتی در مورد یاتاقان های ژورنال

- فشار روغن کاری نباید کم تر از 8/0 بار باشد. معمولاً یاتاقان ها را از یک لایه – بستگی به حجم یاتاقان - « بابیت» به ضخامت 8/0 میلی متر یا 2 سانتی متر پوشش می دهند؛ بدین جهت دمای یاتاقان ها نباید بیش تر از 85 سانتی گراد باشد.

- یاتاقان ها باید دارای مشخصات زیر باشد:

اصطکاک کم و مقاومت فشاری. معمولاً بابیت ها مقاومت فشاری بیش تری دارند تا در هنگام تحمل بار آسیب نبینند. یاتاقان ها معمولاً در اثر اصطکاک آسیب پذیرند؛ چون جنس یاتاقان از بابیت است، ولی جنس محور از فولاد می باشد. به دلیل همین مسئله، یاتاقان را دوباره بازسازی می کنند.

Clearance: فاصلۀ ما بین محور و بوش را clearance می نامند. معمولاً به ازای قطر ژورنال، 001/0 اینچ در نظر می گیرند که به طراحی یاتاقان ها بستگی دارد و از طرف سازندگان توربین ها مقدار کلرنس در حالت استاتیک برای مصرف کننده ارائه می شود. در بعضی از مواقع این کلرنس ممکن است در حد 05/0 منفی نیز باشد. اگر کلرنس در یاتاقان ها بیش تر شود باعث لرزش خواهد شد؛ اما اگر کم تر از مقدار مشخص شده باشد؛ موجب بالا رفتن درجۀ حرارت در یاتاقان ها می گردد.

- نسبت طول به قطر

اگر طول یاتاقان را به L و قطر آن را D در نظر بگیریم، نسبت طول به قطر هر چه بیش تر شود یاتاقان ها بار بیش تری را تحمل می کنند. این امر معایبی دارد که یکی از آنها مشکلات ساخت و ماشین کاری است؛ دیگر این که یاتاقان ها هر قدر کوتاه تر باشد بهتر است؛ پس هر چه، بیش تر باشد ظرفیت یاتاقان ها بیش تر خواهد بود. همان طور که در شکل مشخص شده، P برای هر دو حالت مساوی است؛ اما p برای ژورنال بلند بیش تر ژورنال کوتاه است و در نتیجه، یاتاقان بلند تر ظرفیت بیش تری خواهد داشت.

- سوراخ روغن کاری اگر سوراخ روغن در نقاطی تعبیه گردد که دارای فشار بیش تری است، باعث کاهش فشار در آن ناحیه می شود و در نتیجۀ از ظرفیت یاتاقان کاسته می شود. به همین جهت سوراخ ها را در نقاط کم فشار تعبیه می کنند. اما بهتر است سوراخ ها در دو انتهای یاتاقان باشد. همان طور که در شکل پیداست، سوراخ باعث افت فشار در ناحیه شده، در نتیجه فشار متوسط کم تر شده و باعث کاهش ظرفیت یاتاقان می گردد.

- سطح تمام شده صاف بودن سطوح به لحاظ روغن کاری بسیار مهم است. سطوح باید کاملاً پرداخت شود تا روغن بتواند به راحتی ما بین یاتاقان و محور عبور کند و بر اثر بند آمدن فشار کم و زیاد نشود.

- مقاومت در برابر خستگی در اثر بارها و درجه حرارت های مختلف خستگی برای یاتاقان پیش می آید؛ به همین جهت باید جنس یاتاقان در برابر آن ها مقاوم باشد.

- قابلیت شکل پذیری در اثر تغییر شکل ژورنال یا تغییر امتداد محور، یاتاقان باید بتواند تغییر شکل دهد. ذرات خارجی موجود در روغن، در یاتاقان فرو می رود و بین محور و یاتاقان باقی می ماند و باعث خرابی آن می شود.

2-3- یاتاقان های تراست

یاتاقان های تراست یاتاقان هایی هستند که در جهت محور نیرو را تحمل می کنند؛ مثل یاتاقان های کف گرد که تمامی کف، با یاتاقان در تماس است. این یاتاقان ها برای بارهای کم استفاده می شود. جنس این نوع یاتاقان ها از فولاد است و روی آن یک پوشش بابیت وجود دارد که محل تماس روغن با محور می باشد.

2-4- یاتاقان های یقه ای (Collar Bearing Lpads)

اکثر یاتاقان های تراست از این نوع هستند و بارهای زیادی را تحمل می کنند. این نوع یاتاقان سطح تماس کم تری دارد، در نتیجه اصطکاک در آن کم تر است. یاتاقان های یقه ای معمولاً از تعدادی (pad) تشکیل یافته است و در دو طرف محور به طور طوقه نصب می شود تا نیروی محوری را در دو طرف خنثی کند.

2-5- یاتاقان های مخروطی

این نوع یاتاقان ها در جهات عمودی و محوری می توانند نیروها را تحمل کنند. در بعضی مواقع یاتاقان هایی ساخته می شود که ژورنال بوده از دو طرف تراست دار است و نیروهای افقی و نیروهای عمودی را تحمل می کند. این نوع یاتاقان ها در جایی که نیروی محوری کم تری وجود دارد استفاده می شوند.

یاتاقان های به کار رفته در توربین گازی فیات

توربین و کمپرسور توربین های گازی در یک محور قرار دارد و دارای دو یاتاقان اصلی ژورنال است که یکی طرف اگزوز و دیگری در ابتدای ورودی کمپرسور می باشد. یاتاقان شمارۀ یک به نام یاتاقان کمپرسور و یاتاقان شمارۀ 2 به نام یاتاقان اگزوز مشهور است. یاتاقان تراست در نزدیکی های یاتاقان کمپرسور قرار دارد.

در کارکرد نرکال، برخورد ذرات هوا به پره های کمپرسور و ما حصل احتراق به پره های توربین باعث می شود که نیروی محوری به طرف اگزوز باشد. به همین جهت یاتاقان تراست طرف راست همیشه تحت بار قرار می گیرد. هنگام توقف واحد نیروی تراست عوض می شود و به طرف چپ می رود؛ در نتیجه تراست طرف راست بی بار و تراست طرف چپ باردار می گردد. همان طور که در شکل دیده می شود، تراست طرف راست باید بار بیش تری را تحمل کند. یاتاقان های ژورنالی که در این جا به کار برده شده نیروهای عمودی را تحمل می نماید. به منظور جلوگیری از خروج روغن به بیرون، سیل هایی در نظر گرفته می شود و برای آب بندی این سیل ها نیز هوایی تعبیه می گردد. سیل های یاتاقان ها دو نوع است: دو عدد سیل روغن در داخل یاتاقان و دو عدد سیل هوا در خارج یاتاقان. در شکل شماره 10 یاتاقان با سیل های روغن در توربین گازی فیات دیده می شود. شکل شماره 11 نیز یاتاقان با ترموکوپل مربوطه را نشان می دهد.

2-6- روغن کاری در یاتاقان های ژورنال

وقتی روغن وارد محفظۀ روغن یاتاقان می شود، به دور آن جریان پیدا می کند و بین یاتاقان و محور جای می گیرد.

(محفظۀ روغن بین دو نیم دایره یاتاقان قرار دارد)، سپس از طریق لولۀ خروجی به مخزن برگشت می شود. برای جلوگیری از بیرون زدن روغن به هنگام کار توربین از دو نوع سیل ( آب بند) استفاده می شود: سیل روغن و سیل هوا.

معمولاً فاصلۀ بین این دو سیل را توسط لوله به مخزن روغن متصل می کنند و مخزن روغن را تحت خلاء قرار می دهند تا هم روغن راحت تر وارد مخزن شود و هم بخارات روغن از آن خارج گردد.

2-7- اجزای تشکیل دهنده یاتاقان تراست

قطعۀ اصلی یاتاقان « تراست»، یک صفحۀ دایره ای شکل است که در روی محور قرار دارد و معمولاً با محور یک تکه ساخته و ماشین کاری می شود.

- پدها (Pads)

تمامی سطح pad با « بابیت» پوشیده گردیده و هر کدام آن ها از یک تکه فولاد ساخته شده است و اجازه می دهد پدها در محل خود بازی کنند. البته مقدار کمی فیلم روغن شکل مطلوب را حاصل می نماید در تعدادی از این پدها حس کننده هایی به منظور آلارم یا توقف نصب می کنند تا به موقع آلارم داده یا واحد را از مدار خارج نماید.

- صفحات نگاه دارنده

این صفحات بار را به طور مساوی بین پدها تقسیم می کنند تا آنها را در اثر فشار محور نگاه دارد.

- وینگ اصلی

رینگ اصلی، تمام قسمت ها را در بر می گیرد. و جریان روغن به دور پدها، روتور و یاتاقانها را نگه می دارد و از اصطکاک بین قطعات جلوگیری می کند.

2-8- روغن

قبل از بحث در این مورد لازم است تعاریف به کار برده شده توضیح داده می شود.

ویسکوزیته

ویسکوزیته عبارت است از مقاومت روغن نسبت به لغزش لایه ای روی لایۀ دیگر. ویسکوزیته روغن معمولاً به وسیلۀ زمان ( ثانیه) خروج روغن از داخل ظرف قیفی شکل از ارتفاعی معین و تحت درجۀ حرارت مشخص اندازه گیری می شود. در کشور انگلستان سیستم « ردود» در درجات مشخص 21، 60 و 93 سانتی گراد اندازه گیری می شود که هر چه درجۀ حرارت بالا رود، ویسکوزیته روغن کم می گردد، معادل « ردود» در سیستم متریک « اینگلر» است. جداول تبدیل ویسکوزیته به یکدیگر در صفحۀ 65 آمده است.

روغن کاری

فاصله بین سطوح یاتاقان ها و محور به وسیلۀ یک لایه روغن پر می شود تا این سطوح جامد کاملاً از یکدیگر جدا گردند. روغن کاری باعث کم شدن اصطکاک بین دو قطعه است.

اگر ویسکوزیته روغن خیلی پایین باشد، لایۀ روغن بر اثر نیروی وارد شده به وسیلۀ بار، فشرده خواهد شد. اما اگر ویسکوزیتۀ روغن خیلی بالا باشد، این عمل سبب به وجود آمدن افتهای اصطکاکی زیاد می شود و حرارت اضافی در یاتاقان ها را به وجود می آورد. به این ترتیب باید روغن متعادلی جهت روغن توربین گازی در درجۀ حرارت بالا در نظر گرفت؛ زیرا اگر ویسکوزیته روغن مناسب نباشد، باعث لرزش محور توربین خواهد شد.

2-9- انتخاب روغن

طبق پیشنهاد شرکت های سازنده توربین های گازی، مشخصات روغن مصرفی برای روغن کاری به شرح زیر می باشد:

ویسکوزیته در 50 درجۀ سانتی گراد 4 اینگلر

ویسکوزیته در 5/37 درجۀ سانتی گراد 4 الی 5 اینگلر

ویسکوزیته در 99 درجۀ سانتی گراد 41/1 الی 46/1 اینگلر

وزن مخصوص 88/0 اینگلر

نقطۀ انفجار 193 سانتی گراد

نقطۀ ریزش 12-

آب موجود کم تر از 1/0 درصد

رنگ روغن زرد

تست روغن و آنالیز آن هر 2000 ساعت

روغن پیشنهادی از سوی شرکت نفت ایران 65 Hb

2-10- سیستم روغن کاری

ابتدا اصطلاحات سیستم روغن کاری نیروگاه تبریز ( فیات) به شرح زیر توضیح داده می شود.

2-10-1- صافی (Filter)

هر سیستم روغن کاری دارای فیلتر روغن است. فیلترهای روغن های نیروگاه تبریز از یک محفظه تشکیل یافته که داخل آن سه عدد فیلتر کارتریک ( قابل تعویض) با اندازۀ مش 5 میکرون وجود دارد. اگر اختلاف فشار ورودی و خروجی بیش تر از 5/1 بار باشد، نشان دهندۀ کثیفی فیلترها است و باید نسبت به تمیز کردن یا تعویض آن اقدام شود.

در بعضی سیستم ها فیلترهای مغناطیسی نیز تعبیه می نماید تا ذرات آهنی خیلی ریز گرفته شود.

2-10-2- شیر مسیر فرعی (By Pass) در کولرهای روغن

در زمستان به منظور نگهداری دمای روغن، یک شیر مسیر فرعی روغن در نظر می گیرند که از دمای روغن فرمان گرفته و بدون اینکه روغن به کولر برود، روغن را از مسیر دیگری عبور می دهد و این عمل بستگی به درجه حرارت روغن دارد، به حدی که درصدی از روغن به کولر رفته و بقیه از مسیر فرعی عبور داده می شود.

2-10-3- خارج کنندۀ بخارات روغن

وقتی واحد در مدار قرار دارد، روغن آن گرم می شود و بخاراتی ایجاد می کند. در توربین گازی دو دستگاه سانتریفیوژ در نظر گرفته شده که بخارات روغن را گرفته به بیرون هدایت می کند.

2-10-4- شیر تنظیم کنندۀ فشار روغن در یاتاقان

فشار روغن در یاتاقان ها معمولاً بین 1/1 الی 5/1 بار است و با این شیر که یک شیر سوزنی می باشد فشار روغن را تنظیم می کنند. اگر فشار روغن کم تر از این حد باشد، واحد متوقف می شود.


2-10-5- سیستم روغن دور بالا (Over Speed)

در مواقع بهره برداری نرمال از واحد، فشار روغن کاری در این سیستم برابر 4/2 است. وقتی دور توربین به 110% دور نامی می رسد، به منظور جلوگیری از بالا رفتن دور واحد بر اثر نیروی گریز از مرکز، این سیستم وارد عمل می شود و به این ترتیب فشار روغن افت پیدا می کند. در نتیجه به شیر مربوطه که در خروجی واقع شده است فرمان داده می شود و ورود سوخت به واحد متوقف و توربین تریپ می کند.

برای بهره برداری نرمال دوباره باید دستگیره سیستم بالا کشیده شود تا سیستم شارژ گردد. این دستگاه بر روی پمپ اصلی روغن کاری واقع شده است. در شکل شمارۀ 15 دستگاه دور بالای نیروگاه تبریز نشان داده شده است.

2-10-6- مخزن روغن (Oil Tank)

کلیۀ تخلیه های روغن از یاتاقان های توربین، جعبه دنده و ژنراتور به مخزن روغن می ریزد و مکش کلیۀ پمپها از این مخزن می باشد. ظرفیت مخزن روغن نیروگاه تبریز 15 متر مکعب است.

2-10-7- گرم کننده روغن (Oil Heater)

به منظور حفظ ویسکوزیتۀ روغن در حد نرمال باید دمای روغن روغن کاری بالاتر از 25 درجۀ سانتی گراد باشد. به همین جهت در مخازن روغن هیترهای الکتریکی با ترموستات نصب می کنند و این هیترها بیش تر در زمستان و زمانی که واحد در حالت بارینگ است مورد استفاده قرار می گیرد.

2-11- پمپ های روغن به کار رفته در توربین گازی

2-11-1- پمپ روغن کمکی (Aux. Oil Pump)

این پمپ از نوع سانتریفیوژ بوده و در موقع بارینگ و راه اندازی کار می کند و در دور 2800 از مدار خارج می شود و در دور 280 در موقع توقف واحد به مدار می آید. در بعضی سیستم ها به جای پمپ اصلی روغن، دو دستگاه از این پمپ ها نصب می کنند.

2-11-2- پمپ اصلی روغن (Main Oil Pump)

این پمپ از نوع سانتریفیوژ است که در روی جعبه دنده کوپله شده و با دور 3000 کار می کند. با توجه به این که بین این پمپ تا محفظۀ روغن در حدود 3 متر اختلاف سطح وجود دارد، در ورودی آن یک پوستر پمپ در نظر گرفته می شود.


2-11-3- پمپ اضطراری (Emergency Pump)

این پمپ با جریان باتری کار می کند و از نوع DC است. وقتی پمپ کمکی به عللی در مدار نباشد ( با قطع جریان AC)، وارد مدار می شود و وظیفۀ روغن کاری را انجام می دهد. برای این که پمپ جریان کم تری را بکشد، خروجی آن بدون رد شدن از کولر به طرف یاتاقان ها هدایت می شود.

2-11-4- سیستم خنک کاری (Cooling System)

سیستم خنک کاری نیروگاه معمولاً با هوا انجام می گیرد؛ بدین ترتیب که روغن در داخل رادیاتورها جریان می یابد و به وسیلۀ فن خنک کاری می شود. هر یک از فن ها نسبت به دما در مدار قرار گرفته و از مدار خارج می گردد. دمای روغن پس از خروجی از کولر 30 سانتی گراد و کم تر از 53 است.

2-12- انواع سیستم های روغن کاری

2-12-1- سیستم روغن کاری به وسیلۀ دست

این سیستم برای یاتاقان های با بار و سرعت خیلی کم به کار می رود. برای نمونه، وقتی سیستم، در حالت باز قرار دارد و نمی توان پمپ روغن را در مدار گذاشت، محور یاتاقان را به طور موقت به وسیلۀ دست با ریختن روغن، روغن کاری می کنند.

2-12-2- سیستم قطره ای

در این سیستم یک مخزن را در ارتفاع بالا قرار می دهند و یک شیر نیز به آن نصب می کنند و به وسیلۀ دست مقدار دبی آن را تنظیم می نمایند. برای مثال، در چاه های عمیق و نیمه عمیق، مخزن روغن را در بالای چاه قرار می دهند و بین محور و غلاف پمپ ها را به صورت قطره ای روغن کاری می کنند. بین محور و غلاف پمپ ها را به صورت قطره ای روغن کاری می کنند. بین محور و غلاف شیاری وجود دارد که روغن بین این شیار قرار می گیرد و پمپ که در داخل چاه ممکن است بیش از یکصد متر باشد، روغن کاری می گردد.

2-12-3- سیستم ترشحی

در این سیستم یک قسمت گردنده مثل چرخ دنده یا دیسک گردان و یا رینگ در داخل محفظۀ روغن قرار می گیرد و باعث می شود روغن به داخل کانال هایی هدایت شود که به سمت یاتاقان می رود. به این ترتیب یاتاقان روغن کاری می گردد. مزایای این روش در آن است که اگر پمپ روغن کاری به دلایلی از مدار خارج شد تا وقتی محور در حال چرخیدن است روغن کاری انجام می شود.

2-12-4- سیستم غوطه ور

در این سیستم قسمتی از چرخ دنده یا تمامی آن در داخل روغن قرار می گیردو بدین صورت روغن کاری انجام می شود؛ مانند جعبه دنده های پمپ ها.

2-15-5- سیستم فشاری

در این سیستم روغن کاری به وسیلۀ پمپ انجام می شود و زمانی که یاتاقان ها بار زیاد را تحمل می کنند، استفاده می گردد مانند یاتاقان های توربین های گازی و بخاری و سایر دستگاه های بزرگ.

2-12-6- سیستم استفاده از جعبه دنده

در جاهایی که بار زیاد و سرعت کم باشد یا روغن نتواند عمل کند و نیز در جاهایی که نتوان روغن را به طور کامل آب بندی کرد، از جعبه دنده استفاده می شود.

منبع