مقدمه: ارزیابی پیشرانه‌های جایگزین دیزل در ماشین‌آلات فرآوری ضایعات

تجهیزات صنعتی بازیافت، خردکن‌های چوب و فرآوری نخاله‌های ساختمانی در چرخه‌های کاری خود با بارهای ضربه‌ای سنگین و نوسانات گشتاور بسیار شدید مواجه هستند. به همین دلیل، جایگزینی موتورهای دیزل سنتی در این ماشین‌آلات بدون افت پاسخ‌دهی گذرا (Transient Response) یکی از چالش‌های فنی مهم در مهندسی پیشرانه به شمار می‌رود.

شرکت پرکینز (Perkins) به دنبال رونمایی اولیه در نمایشگاه ConExpo، واحد قدرت باز صنعتی خود (IOPU: Industrial Open Power Unit) با پیشرانه هیبریدی هیدروژنی را برای آزمایش‌های میدانی بر روی دستگاه خردکن سنگین Ecotec TDS 820 متعلق به شرکت ترکس (Terex) نصب کرده است. این پلتفرم هیبریدی با هدف جایگزینی مستقیم (Drop-in Replacement) برای موتورهای دیزلی مشابه طراحی شده و آزمون‌های توسعه اولیه را با موفقیت پشت سر گذاشته است.

پروژه Coeus: توسعه پلتفرم اشتعال جرقه‌ای با سوخت‌پذیری چندگانه

واحد قدرت جدید پرکینز حاصل یک برنامه تحقیقاتی و توسعه سه ساله موسوم به Project Coeus است. در این پروژه، پرکینز با شرکت متخصص پیشرانه‌های الکتریکی Equipmake و دانشکده مهندسی مکانیک، برق و ساخت دانشگاه لافبورو (Loughborough University) همکاری کرده است.

تمرکز اصلی این طرح، توسعه یک بلوک احتراقی با قابلیت تنظیم برای سوخت‌های اشتعال جرقه‌ای (Spark-Ignited) بوده است. چهار سوخت هدف در این پروژه شامل اتانول، متانول، بیومتان و هیدروژن هستند که ویژگی مشترک همه آن‌ها نیاز به سیستم جرقه‌زنی شمع برای احتراق است. بر همین مبنا، پرکینز پلتفرمی ماژولار ایجاد کرده است تا خریداران صنعتی بتوانند بر اساس دسترسی محلی به زیرساخت‌های تأمین سوخت، نوع سوخت مصرفی موتور را تنظیم کنند، بدون اینکه نیاز به طراحی مجدد کل محفظه پیشرانه دستگاه باشد.

کانر هگرتی (Conor Hegarty)، مدیر خط کسب‌وکار در بخش Ecotec ترکس، تأکید می‌کند که تجهیزات این شرکت در بازیافت ضایعات چوب، زیست‌توده (Biomass) و نخاله‌های ساختمانی نقشی مستقیم در بازیافت مواد دارند و تجهیز خود این ماشین‌آلات به پیشرانه‌های کم‌مصرف و کم‌آلاینده، یک ارتقای عملکردی برای ناوگان خردکن‌ها محسوب می‌شود.

مشخصات فنی واحد قدرت هیبریدی پرکینز ۱۲۰۶ (1206 Hydrogen Hybrid IOPU)

این واحد قدرت هیدروژنی بر پایه پلتفرم اثبات‌شده موتورهای سری ۱۲۰۰ پرکینز توسعه یافته و برای پاسخگویی به گشتاورهای لحظه‌ای خردکن‌های بازیافت با اجزای الکتریکی ادغام شده است.

واحد موتور-ژنراتور (MGU) و مهار بارهای پیک

در تجهیزات بازیافت مانند TDS 820، برخورد ناگهانی با کنده‌های قطور درختان یا مصالح سخت بتنی، شوک گشتاوری لحظه‌ای شدیدی ایجاد می‌کند که می‌تواند موجب افت دور موتور یا خاموش شدن ناخواسته دستگاه شود. در این سیستم هیبریدی، واحد MGU در لحظات اوج بار (Peak Load) توان کمکی الکتریکی را به میل‌لنگ تزریق می‌کند تا گشتاور بلافاصله تأمین شده و دور موتور افت نکند. در فازهای سبک کاری، همین واحد در نقش ژنراتور عمل کرده و سیستم ذخیره انرژی را شارژ می‌کند.

علاوه بر این، سیستم خنک‌کاری هیبریدی بر حسب تقاضا (On-demand Cooling) فن‌ها و گردش مایع خنک‌کننده را متناسب با دمای بخش‌های الکتریکی و بلوک احتراقی کنترل می‌کند که این ساختار منجر به کاهش مصرف سوخت و افت محسوس تراز صدای تولیدی واحد قدرت در سایت عملیاتی می‌شود.

مراحل یکپارچه‌سازی و آزمون‌های کارگاهی در پیتربورو

تیم مهندسی اختصاصی ماشین‌آلات مشتریان پرکینز (CMET) در تأسیسات مرکزی تحقیق و توسعه پیتربورو انگلستان، در حال نهایی‌سازی نصب فیزیکی این موتور هیدروژنی بر روی خردکن Ecotec TDS 820 هستند.

پس از پایان فرآیند اتصال خطوط هیدرولیک، الکترونیک و ارتباطات شبکه CAN، دستگاه وارد سایت آزمایش اختصاصی پرکینز می‌شود. اندی کرتیس (Andy Curtis)، مدیر راهکارهای مشتریان در پرکینز، تصریح می‌کند که اهداف کلیدی این تست‌ها شامل ارزیابی پاسخ‌دهی موتور به بارهای گذرا، بررسی رفتارهای حرارتی هیدروژن و تدوین رویه‌های ایمنی استاندارد برای حمل، ذخیره‌سازی و سوخت‌گیری مخازن هیدروژن در کارگاه‌های واقعی ماشین‌آلات سنگین خواهد بود.

پرسش و پاسخ متداول (FAQ)

۱. مفهوم واحد قدرت باز صنعتی (IOPU) چیست؟

واحد IOPU یا Industrial Open Power Unit یک مجموعه پیشرانه مستقل و کامل است که شامل موتور، رادیاتور، فیلتراسیون، اتصالات اگزوز و سیستم‌های برقی می‌شود. این مجموعه‌ها به صورت آماده و اصطلاحاً Plug-and-Play تحویل سازندگان ماشین‌آلات (مانند ترکس) می‌شوند تا مستقیماً روی شاسی دستگاه نصب گردند.

۲. نقش واحد موتور-ژنراتور (MGU) در عملکرد این خردکن چیست؟

واحد MGU در سیستم هیبریدی هیدروژنی پرکینز نقش بوستر توان را دارد. هنگامی که توده ضایعات سنگین وارد محفظه خردکن می‌شود، این واحد توان الکتریکی کمکی را در کسری از ثانیه اضافه می‌کند تا موتور با افت دور مواجه نشود و راندمان کاری دستگاه ثابت بماند.

۳. چرا پرکینز به جای احتراق دیزلی از پلتفرم اشتعال جرقه‌ای در پروژه Coeus استفاده کرده است؟

سوخت‌های جایگزین مورد بررسی در این طرح شامل هیدروژن، اتانول، متانول و بیومتان بر خلاف سوخت دیزل، قابلیت خوداشتعالی مناسبی تحت تراکم بالا ندارند و با جرقه‌زنی شمع محترق می‌شوند. توسعه پلتفرم پایه جرقه‌ای به پرکینز اجازه داده است یک ساختار موتوری واحد را برای چندین سوخت مختلف هماهنگ کند.

۴. مزیت سیستم خنک‌کاری بر حسب تقاضا (On-demand) در این واحد قدرت چیست؟

در این سیستم، فن‌های خنک‌کننده دائماً با حداکثر دور نمی‌چرخند؛ بلکه بر اساس حرارت ثبت‌شده توسط سنسورهای بلوک احتراقی و اینورتر الکتریکی وارد مدار می‌شوند. این عملکرد توان مصرفی فن‌ها را مهار کرده، مصرف سوخت را کاهش داده و صدای آزاردهنده موتور را به حداقل می‌رساند.

برای کسب دانش فنی بیشتر پیرامون نسل‌های نوین پیشرانه، سیستم‌های برقی و هیدرولیک تجهیزات سنگین، می‌توانید به بخش دوره‌های آموزشی ماشین‌یار سر بزنید یا برای راهکارهای نگه‌داشت ناوگان از صفحه خدمات فنی و فرم درخواست مشاوره تخصصی استفاده نمایید.