جملة التبريد

جملة التبريد Cooling System:

تقارب كمية الحرارة التي تمتصها السطوح المكونة لحجرة الاحتراق (المكبس وبطانة الأسطوانة وغطاؤها) ربع الطاقة الحرارية الناتجة عن حرق الوقود لذلك ترتفع درجة حرارة القطع المختلفة (نتيجة للاحتراق والاحتكاك) ومعها الاجهادات الحرارية والميكانيكية  ويمكن أن تصل إلى حدود تتجاوز الحدود المسموح بها لمعادن العديد من قطع المحرك كما يؤدي ارتفاع درجة حرارة أجزاء المحرك إلى انخفاض كثافة الهواء المرسل إلى الأسطوانة وبالتالي تناقص كتلته مما يقود إلى عدم انتظام الشروط الطبيعية للدارة حيث تزداد إمكانية حدوث احتراق غير طبيعي للخليط القابل للاشتعال وللزيت أيضاً مما يعمل على خفض استطاعة المحرك.

يبين الشكل التالي درجة حرارة الأجزاء المختلفة للمحرك وهي في بعض المواقع (قمة الأسطوانة وبجوار صمامات التصريف) مرتفعة للغاية.

درجة حرارة الأجزاء المختلفة للمحرك

بناءً على ذلك نستنج ضرورة وجود جملة تقوم بسحب الحرارة من المحرك وطرحها إلى الوسط الخارجي بحيث نضمن درجة تبريد طبيعية ونحافظ على عمل المحرك ض من مجالات حرارية معينة، تجدر الإشارة بأن التبريد الزائد عن الحدود المسموح بها يؤدي إلى انخفاض في استطاعة المحرك نظراً لزيادة ضياعات الاحتكاك الناجمة عن ارتفاع الزوجة الزيت وإعاقته لحركة القطع المختلفة المتحركة ضمن المحرك وفقاً لوسیط التبريد يمكن أن يتم تبريد المحرك إما بواسطة الماء أو الهواء.

في حالة الهواء تستخدم مروحة تقوم بتوجيه تيار هوائي يتغلغل حول زعانف الأسطوانات ساحباً قسماً من الحرارة الفائضة.  

أما في حالة التبريد بالماء فيلامس الماء جدران الأسطوانة الساخنة والقطع المحتكة مع بعضها أثناء مروره عبر التجاويف الموجودة في القميص المائي ليسحب قسما من الحرارة الزائدة ويطرحها إلى خارج المحرك.

يمكن أن تكون دارة الماء مفتوحة حيث يطرد الماء الساخن إلى خارج المحرك بعد أداء المهمة المطلوبة منه أو مغلقة حيث يدور السائل بدارة.

ومن الطبيعي أن يستخدم النوع الأول من أجهزة التبريد في الحالات التي يكون فيها الماء متوفرة بكميات غير محدودة إلا أنه يجب أن يكون خالية من الأملاح التي يمكن أن تترسب على جدران التبريد الداخلية مشكلةً بذلك طبقة عازلة (مياه الآبار والأنهار).

كما يمكن لدورة الماء أن تتم بإحدى الطريقتين التاليتين:

الدوران بالثقالة  Gravity Circulation

الدوران القسري Forced Circulation

يعتمد النوع الأول على مبدأ "انخفاض كثافة الماء مع ارتفاع درجة حرارته" ولذلك يبدأ الماء بالصعود إلى الأعلى في حين أن القطرات الباردة تهبط إلى الأسفل أخذة مكان آخر من نفس الدورة، يبين الشكل التالي مخططاً لجملة تبريد تعتمد هذه الطريقة.

مخطط التبريد بطريقة "الدوران بالثقالة"

يجب الإشارة إلى أن هذه الدارة تستخدم في المحركات الصغيرة فقط التي لا تتجاوز استطاعتها (30) حصانة بخارية.

يستخدم الدوران القسري في الغالبية العظمى من المحركات الحالية لسهولة الضبط والتحكم بدرجة حرارة وكمية ماء التبريد ويبين الشكل التالي مخطط يتضمن القطع الأساسية للجهاز الذي يتميز بوجود المضخة 17

مخطط التبريد بطريقة "الدوران القسري"

 التي تجبر الماء على الدوران، تقوم المضخة بدفع الماء إلى أنبوبة التوزيع 16 حيث يتم توزيعه في كتلة الأسطوانات إلى الأماكن التي تحتاج أكثر ما يمكن إلى التبريد ونبذ الحرارة، يخرج الماء من تجاويف القميص المائي بواسطة ثقوب خاصة إلى رأس الأسطوانات ومن هناك يذهب بواسطة أنبوب عادي إلى المبرد، تتم معايرة كمية الماء الذاهبة إلى المبرد وفقا الدرجة الحرارة بواسطة منظم للحرارة  14  Thermostat، يعمل على المحافظة على درجة حرارة الماء ضمن حدود معينة، أما منظم الحرارة ذو الكرية pellet type thermostat المبين في الشكل التالي فهو يتألف من صمام يتحكم به مكبس هو عبارة عن وتد فولاذي، يستند المكبس Piston في أحد طرفيه على علبة تتضمن كتلة كروية نحاسية مشربة بالشمع copper impregnated wax pellet ويستند من الطرف الأخر على غطاء.

مبدأ عمل منظم الحرارة

عندما يكون المحرك بارداً تتقلص كرية الشمع ويتحرك المكبس نحو الأسفل ويقوم النابض بإغلاق الصمام، وعندما يسخن المحرك تتمدد کرية الشمع فيتحرك المكبس نحو الأعلى متغلباً على قوة النابض ومؤدية إلى فتح الصمام كما يبين الشكل السابق، يتم تبريد الماء الخارج من المحرك في المبرد المؤلف من خزان علوي وخزان س فلي يتصلان ببعضهما بمجموعة من الأنابيب تحوي على سطحها الخارجي صفائح عريضة على شكل زعانف مهمتها زيادة سطح التبريد لتسريع عملية الانتقال والتبادل الحراري بين الماء الساخن والوسط الخارجي، تستخدم الطريقة السابقة في المحركات المتوسطة الاستطاعة أما المحركات الضخمة التي يتطلب عملها التخلص من كميات كبيرة من الحرارة فيتم تبريدها بدارتين:

- دارة مغلقة (داخلية): تدور فيها المياه المقطرة والصناعية بحيث تمر عبر المحرك، ملامسة جميع الأسطح التي تحتاج إلى تبريد ثم تتجه إلى المبادل الحراري (المبرد) حيث تتخلص هناك من الحرارة الزائدة وتعود بعدها إلى داخل المحرك.

- دارة مفتوحة (خارجية):