نسبة التخفيض في علبة التروس البحرية هي عدد دورات المحرك لكل دورة للمروحة: فتركيب علبة تروس بنسبة 4:1 بعد محرك يعمل عند 2200 rpm يجعل المروحة تدور عند 550 rpm. لاختيار علبة تروس متوافقة، اختر النسبة التي تجعل المروحة تعمل بسرعة تصميمها عند سرعة الدوران المقننة للمحرك، ثم تأكد من أن قدرة علبة التروس على نقل القدرة عند سرعة الإدخال تلك، وقوة الدفع المقننة لها، وغلاف التوصيل الجرسي، كلها تلائم المحرك والسفينة.
أهم النقاط
- تساوي سرعة عمود المروحة سرعة الدوران المقننة للمحرك مقسومة على نسبة التخفيض.
- تدير النسب الأعلى مروحة أكبر وأبطأ، مما يعطي عادةً دفعًا أكبر عند سرعة قارب منخفضة؛ وتناسب النسب الأقل المراوح الأصغر على الهياكل الأسرع.
- تتحدد سعة علبة التروس أساسًا بعزم الدوران، لذا تذكرها أوراق البيانات غالبًا بوصفها قدرة لكل سرعة دوران (kW لكل r/min) أو قدرة قصوى عند سرعة إدخال محددة.
- يساوي عزم المحرك بوحدة N·m حاصل 9550 × القدرة بوحدة kW ÷ سرعة الدوران بوحدة rpm، ويزداد عزم الخرج تقريبًا بالتناسب مع النسبة.
- يتحمل محمل الدفع في علبة التروس دفع المروحة، لذا يجب أن تلائم قوة الدفع المقننة له المروحة وطبيعة تشغيل السفينة.
- يجب أن يتوافق غلاف التوصيل الجرسي ووصلة اقتران الإدخال وشفة الخرج مع غلاف حدافة المحرك ووصلة اقتران عمود المروحة.
ما الذي تفعله نسبة التخفيض في علبة التروس البحرية فعليًا؟
تنتج محركات الديزل قدرتها عند سرعات أعلى بكثير من سرعة الدوران المناسبة لمروحة كفؤة. وتستبدل علبة تروس التخفيض السرعة بعزم الدوران: فهي تخفض سرعة العمود وفق النسبة، وتضاعف العزم بالعامل نفسه، باستثناء خسائر صغيرة في التروس والمحامل. وتوفر علبة التروس البحرية أيضًا الدفع إلى الأمام والخلف عبر قوابضها، وتحتوي على محمل الدفع الذي ينقل دفع المروحة إلى الهيكل.
تكون المروحة الأكبر والأبطأ أكثر كفاءة عمومًا للسفن البطيئة ذات الأحمال الثقيلة مثل سفن الصيد بالجر والقاطرات والصنادل، لأنها تسرّع كتلة أكبر من الماء بمقدار أقل. ولهذا تستخدم هذه السفن غالبًا نسبًا تبلغ 4:1 أو أكثر، بينما تعمل الهياكل الأخف والأسرع بنسب أقل ومراوح أصغر.
كيف أحسب سرعة عمود المروحة؟
اقسم سرعة الدوران المقننة للمحرك على نسبة علبة التروس. يستخدم الجدول توليفات فعلية من المحركات وعلب التروس لتوضيح كيفية تغيير النسبة لسرعة العمود.
| المحرك والسرعة المقننة | علبة التروس والنسبة | سرعة عمود المروحة عند سرعة الدوران المقننة | الاستخدام المناسب عادةً |
|---|---|---|---|
| من نوع Cummins 6CTA8.3-M205، 2328 rpm | Advance HC300، 2.04:1 | نحو 1141 rpm | هياكل إزاحية أسرع أو شبه انزلاقية |
| محرك بسرعة 2200 rpm | Advance 120C، 2.96:1 | نحو 743 rpm | قوارب صيد وعمل صغيرة |
| Weichai WD618.C-16، 1700 rpm | Advance HC138، 3:1 | نحو 567 rpm | سفن شحن للممرات المائية الداخلية |
| SDEC D683، 2200 rpm | Advance 135A، 4:1 | نحو 550 rpm | سفن صيد بالجر وقوارب عمل |
| Weichai WD618.C-16، 1700 rpm | Advance HC138، 4:1 | 425 rpm | صنادل ذات أحمال ثقيلة |
| محرك بسرعة 2200 rpm | Advance D300A، 5.05:1 | نحو 436 rpm | قاطرات وسفن بطيئة ذات دفع مرتفع |
إن توليفة D683 بنسبة 4:1 هي المستخدمة في مشروع استبدال محركات سفينة صيد بالجر بطول 24 m، وتأتي توليفات WD618 وHC138 من أسطول شحن للممرات المائية الداخلية اختيرت فيه نسبتا 3:1 و4:1 لكل سفينة على حدة لتلائما هيكلها ومروحتها.
كيف أختار النسبة المناسبة لمروحتي؟
تُختار النسبة والمروحة معًا. وفي مشروع استبدال محرك مع الاحتفاظ بالمروحة القائمة، يكون الهدف بسيطًا: اختيار النسبة التي تحقق سرعة عمود المروحة السابقة عند سرعة الدوران المقننة للمحرك الجديد. فإذا كان المحرك القديم يعمل عند 1800 rpm عبر علبة تروس بنسبة 3:1 (600 rpm عند العمود)، فإن محركًا جديدًا بسرعته المقننة 2200 rpm يحتاج إلى نسبة نحو 3.67:1 للحفاظ على سرعة العمود نفسها. ثم تُختار أقرب نسبة متاحة وتُفحص خطوة المروحة أو تُعدّل.
عند بناء سفينة جديدة أو استخدام مروحة جديدة، تسير العملية عادةً بالاتجاه المعاكس:
- حدد أكبر قطر للمروحة يسمح به الهيكل وخلوص أطراف الريش.
- قدّر سرعة العمود المناسبة لدوران ذلك القطر، بناءً على سرعة الهيكل والحمل، باستخدام برامج تصميم المراوح أو المخططات.
- اقسم سرعة الدوران المقننة للمحرك على سرعة العمود تلك للحصول على النسبة المثالية.
- اختر أقرب نسبة قياسية من عائلة علب التروس، واضبط خطوة المروحة بدقة.
تتوفر النسب القياسية على درجات متقطعة. تُعرض Fada FD120 بنسب 1.48 و1.94 و2.45 و2.96 و3.35:1، وتُعرض Advance HC138 بنسب 2.52 و3.0 و3.57 و4.05 و4.45:1. وتعوّض خطوة المروحة الفرق الصغير بين النسبة المثالية والمتاحة.
هل علبة التروس قوية بما يكفي لقدرة محركي وعزم دورانه؟
تتحدد علبة التروس أساسًا بعزم الدوران الذي يمكنها نقله، لذا تنخفض قدرتها مع انخفاض سرعة الإدخال. وتعبّر الشركات المصنعة عن ذلك بطريقتين شائعتين: القدرة القصوى عند سرعة محددة (فمثلًا، تُصنّف Fada FD120 بقدرة 340 HP عند 2500 rpm، وHC138 بقدرة 375 HP عند 2500 rpm)، أو قدرة نقل بوحدة kW لكل r/min. وقد تختلف القدرة أيضًا بين النسب ضمن العائلة نفسها، لذا تحقق دائمًا من السطر الخاص بالنسبة المحددة التي تحتاجها.
لمقارنة محرك بعلبة تروس، اقسم قدرة المحرك بوحدة kW على سرعة الدوران المقننة بوحدة rpm:
- يحتاج محرك بقدرة 320 hp متري (نحو 235 kW) عند 2200 rpm إلى نحو 0.107 kW لكل r/min.
- يحتاج محرك بقدرة 170 kW عند 1700 rpm إلى 0.100 kW لكل r/min.
ينبغي أن تكون قدرة علبة التروس المقننة للنسبة المختارة مساوية لهذه القيمة على الأقل، مع هامش يناسب تصنيف تشغيل المحرك. ويمكن إجراء فحص العزم نفسه مباشرةً: فعزم المحرك بوحدة N·m يساوي 9550 × kW ÷ rpm، لذا فإن 235 kW عند 2200 rpm تعادل نحو 1020 N·m عند الحدافة، وعند نسبة 4:1 يحمل عمود الخرج نحو أربعة أمثال ذلك، مطروحًا منها خسائر صغيرة.
تحقق أيضًا من نطاق سرعة الإدخال. تدرج Advance 135A وD300A وHC300 نطاق 750–2500 rpm، وتدرج 120C نطاق 1000–2500 rpm؛ وينبغي أن تقع سرعتا المحرك المقننة والتباطؤ ضمن نطاق علبة التروس.
ماذا عن الدفع والشفات ووصلات الاقتران؟
بعد ضبط النسبة والقدرة، تحدد واجهات التوصيل الميكانيكية ما إذا كانت المجموعة ستُجمع بالمسامير دون مشكلات.
| الفحص | سبب الأهمية | قيم نموذجية من أوراق البيانات |
|---|---|---|
| قوة دفع المروحة المقننة | ينقل محمل الدفع في علبة التروس دفع المروحة إلى الهيكل | 120C: 25 kN؛ HC300: 50 kN؛ D300A: 60 kN |
| غلاف التوصيل الجرسي (مقاس SAE) | يجب أن يطابق غلاف حدافة المحرك | HC300 وD300A: SAE 0 أو SAE 1 |
| وصلة اقتران الإدخال | تنقل عزم الدوران من الحدافة وتخمّد الاهتزاز الالتوائي | يُحدد مقاسها وفق عزم المحرك ونمط تثبيت الحدافة |
| شفة الخرج | يجب أن تطابق وصلة اقتران عمود المروحة | تأكد من قطر الشفة ودائرة المسامير |
| المسافة بين المركزين | تحدد الإزاحة الرأسية بين عمودي الإدخال والخرج | 120C وFD120: 180 mm؛ HC138: 225 mm؛ D300A: 355 mm |
| الوزن والأبعاد | يؤثران في تصميم قاعدة المحرك واتزان السفينة الطولي | D300A: نحو 680 kg؛ FD120: نحو 225 kg |
غالبًا ما تُغفل المسافة بين المركزين عند استبدال المحركات. فهي تغيّر الإزاحة الرأسية بين عمود المرفق وعمود المروحة، لذا قد تستلزم علبة تروس بمسافة بين المركزين تختلف عن القديمة رفع قاعدة المحرك أو خفضها للحفاظ على استقامة خط العمود.
في التركيبات ذات المحركين، ينبغي أن تكون نسبة علبتي التروس متساوية، ويجب تخطيط اتجاه دوران المروحة لكل جانب. تستطيع كثير من علب التروس البحرية العاكسة للاتجاه تدوير الخرج في أي من الاتجاهين بالنسبة نفسها، لكن تحقق من ذلك للطراز المحدد قبل تحديد مراوح يمينية ويسارية الدوران. وفي مشروع استبدال محركات يخت ذي محركين، اختيرت نسبة علبة التروس قريبة من النسب الأصلية حتى يمكن الاحتفاظ بالمراوح القائمة.
ما المعلومات التي يحتاجها المورّد لاختيار علبة تروس متوافقة؟
أرسل طراز المحرك وقدرته المقننة وسرعة دورانه، ومقاس غلاف الحدافة وفق SAE، وتصنيف التشغيل، وقطر المروحة وخطوتها، وقطر العمود، وطراز علبة التروس القديمة ونسبتها إذا كان المشروع لاستبدال المحرك. يستخدم مهندسو MARS هذه البيانات للتحقق من النسبة والقدرة وواجهات التوصيل، ويمكنهم تشغيل المحرك وعلبة التروس معًا على منصة اختبار قبل الإرسال مع تقرير مكتوب وفيديو. اطلب اختيار علبة تروس متوافقة مع تقديم بيانات محركك ومروحتك.
الأسئلة الشائعة
ماذا تعني نسبة علبة تروس 3:1؟
يدور المحرك ثلاث دورات مقابل كل دورة واحدة لعمود المروحة. وعند سرعة محرك 2200 rpm، تدور المروحة عند نحو 733 rpm، مع عزم عند الخرج يعادل تقريبًا ثلاثة أمثال عزم المحرك.
هل نسبة التخفيض الأعلى أفضل؟
ليست أفضل بحد ذاتها. تناسب النسبة الأعلى مروحة أكبر وأبطأ وسفنًا ثقيلة وبطيئة، بينما تناسب النسبة الأقل مراوح أصغر على هياكل أخف وأسرع. والنسبة الصحيحة هي التي تتوافق مع مروحتك وهيكلك.
هل يمكنني استخدام علبة تروس مصنفة عند 2500 rpm مع محرك بسرعة 1800 rpm؟
نعم، إذا كانت 1800 rpm ضمن نطاق سرعة الإدخال لعلبة التروس وكانت قدرتها عند 1800 rpm تغطي قدرة المحرك. ولأن القدرة محدودة بعزم الدوران، تكون القدرة المسموح بها عند 1800 rpm أقل من القيمة المعلنة عند 2500 rpm.
ماذا يحدث إذا كانت نسبة علبة التروس غير صحيحة؟
إذا كانت النسبة منخفضة جدًا بالنسبة إلى المروحة، فلن يستطيع المحرك بلوغ سرعة الدوران المقننة وسيعمل بحمل زائد؛ وإذا كانت مرتفعة جدًا، فسيتجاوز المحرك سرعة الدوران المسموح بها قبل امتصاص كامل القدرة. وتؤدي الحالتان إلى هدر الوقود، كما أن الحمل الزائد يقصّر عمر المحرك.
هل أحتاج إلى علبة تروس جديدة عند استبدال المحرك؟
ليس دائمًا، لكن يجب أن تكون قدرة علبة التروس القديمة كافية للمحرك الجديد، وأن يكون غلاف توصيلها الجرسي متوافقًا وحالتها الداخلية جيدة. ويستبدلها كثير من المشغلين في الوقت نفسه لتجنب رفع السفينة من الماء مرة ثانية.
