المحركات التي تعمل تحت الماء: هذه هي الأشياء التي يجب عليك القيام بها بشكل صحيح

وفي منشأة للهندسة البحرية في تشوشان بمقاطعة تشجيانغ، كان المهندسون يتفقدون محركًا لأعماق البحار تم انتشاله مؤخرًا من قاع المحيط. قام الفني وو بمسح الجزء الداخلي من الجزء الثابت بقطعة قطن، فخرج لونه أبيضًا نقيًا. زفر والتفت إلى تلميذه: 'أترى ذلك؟ عامين تحت الماء، وليس قطرة واحدة في الداخل. هذه هي الحرفية الحقيقية'.

تم تسليم هذا المحرك من قبل شركة ويتستون قبل عامين، لتشغيل محرك على شبكة مراقبة المحيطات، التي تقع على عمق 50 مترا من خلال التيارات التي تحركها الأعاصير والمياه الشتوية تحت درجة التجمد. لقد أثارت نتائج الفحص إعجاب الجميع: مقاومة عزل الملفات أعلى من 500 ميجا أوم، وتحمل الشحوم ما زالت طازجة، وما زالت موانع التسرب مرنة.

لقد شهد وو تعطل العديد من المحركات تحت الماء. بعض قصور في غضون أسبوع. وتسرب البعض الآخر من خلال الأختام القديمة. تآكل بعضها في فوضى محفورة. ويقول: 'إن استخدام محرك تحت الماء يبدو أمراً بسيطاً، ولكن الهندسة الموجودة تحته عميقة'.

I. العائق الأول: IP68 هو مجرد البداية

يفترض الكثيرون أن المحرك تحت الماء يحتاج فقط إلى تصنيف IP68. لكن IP68 يعني فقط أنه يمكنه البقاء على قيد الحياة في ظروف المختبر. تجمع بيئات أعماق البحار الحقيقية بين الضغط العالي ودرجة الحرارة المنخفضة والتآكل والإجهاد الدوري.

يقول فريق ويتستون الهندسي:  IP68 هو امتحان القبول. الاختبار الحقيقي يبدأ من مسافة 100 متر، 500 متر، 1000 متر.

في ورشة ويتستون، يمر كل محرك في أعماق البحار بثلاثة حواجز مانعة للتسرب:

تستخدم الأختام الثابتة  حلقات على شكل حرف O من المطاط الصناعي الفلوري من درجة الطيران تتراوح من -40 درجة مئوية إلى +200 درجة مئوية، مع ضبط الضغط على أقل من 15% - فهي لا 'تسترخي' تحت ضغط أعماق البحار. يتم تغليف وصلات السكن بمادة مانعة للتسرب خاصة تعالج بقوة كافية لتحمل 20 ميجا باسكال.

الأختام الديناميكية  هي التحدي الحقيقي. يدور العمود، ولكن يجب أن يبقى الماء خارجًا. يستخدم ويتستون أختامًا ميكانيكية مزدوجة الوجه مع وجوه من كربيد السيليكون، وهي صلابة تأتي في المرتبة الثانية بعد الماس. يفصل فيلم سائل بسماكة ميكرون بين الوجوه، مما يؤدي إلى تشحيمها أثناء الختم. أضف حلقة قاذفة للرمل، وحتى الرواسب العالقة تبقى خارجًا.

تستخدم الأختام الطرفية  مواد التغذية الملبدة بالزجاج. ليست موصلات عادية مقاومة للماء، فهي تدمج المسامير المعدنية مع زجاج خاص على المستوى الذري. ولا حتى الهيليوم يتسرب من خلاله. نشأت هذه التكنولوجيا في الغواصات النووية؛ قام ويتستون بتكييفه مع المحركات التجارية في أعماق البحار.

وعلق وو لاحقًا قائلاً: 'تبدو هذه المحطات مثل السيراميك، وتبدو وكأنها زجاج. قم بتوصيل الكابل، ثم قم بإحكام ربطه، ويمكنك تركها في قاع البحر لمدة عقد من الزمن'.

ثانيا. الحاجز المادي: مياه البحر هي 'حمض معدني'

ما مدى تآكل مياه البحر؟ تركيز الكلوريد أعلى بآلاف المرات من المياه العذبة، ويؤدي إلى تآكل الفولاذ الطري 8 مرات أسرع من مثيله على الأرض. تستخدم أغطية محرك Wheatstone في أعماق البحار الفولاذ المقاوم للصدأ 316L مع محتوى أعلى من الموليبدينوم، ومقاومة التنقر مضاعفة مقارنة بـ 304. جميع أدوات التثبيت مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ A4-80، وهو قوي ومقاوم للتآكل.

لتلبية الاحتياجات القصوى، تقدم شركة Wheatstone خيارات سبائك التيتانيوم. يشكل التيتانيوم طبقة أكسيد كثيفة في مياه البحر، وهي مقاومة فعليًا للتآكل. استخدم أحد المشاريع البحثية في أعماق البحار محركات مصنوعة من التيتانيوم، وبعد خمس سنوات، بدت الأسطح جديدة تمامًا.

ملحقات العمود هي نقاط ساخنة للتآكل. يقوم ويتستون برش الطلاء الخزفي: طحن السطح بالحصى، ورش سيراميك الألومينا بالبلازما إلى 'لحام' طبقة 0.3 مم بصلابة HRC70+، ومقاومة للتآكل ومقاومة للتآكل.

ثالثا. الحاجز الكهربائي: العزل هو 'شريان الحياة' للمحرك

تحت الماء، فشل العزل قاتل. تستخدم المحركات القياسية العزل من الفئة B أو F، حيث يمتص الورنيش العازل الماء، مما يؤدي إلى انخفاض المقاومة.

تستخدم محركات ويتستون في أعماق البحار  عزل الفئة H (180 درجة مئوية)  مع فيلم بوليميد ومركبات شريط الميكا. يحافظ فيلم بوليميد على الخواص الكهربائية من درجة حرارة الهيليوم السائل (-269 درجة مئوية) إلى 300 درجة مئوية. شريط الميكا يقاوم الكورونا والشيخوخة.

العملية هي  التشريب بالضغط الفراغي . يدخل الجزء الثابت إلى غرفة مفرغة، يتم إخلاؤها إلى 10⁻⊃1;Pa لاستخراج الهواء والرطوبة من اللفات، ثم يتم حقن ورنيش خاص خالي من المذيبات تحت الضغط، لملء كل فراغ. وأخيرًا، يضمن المعالجة بالفرن الدوار سمكًا موحدًا، وعدم وجود فقاعات.

معيار اختبار ويتستون هو 'تحمل الجهد الكهربي تحت الماء'. يتم غمر كل محرك في ماء مالح بنسبة 3%، وتعريضه لجهد كهربائي مقنن 1.5x لمدة 24 ساعة - ويجب أن تظل مقاومة العزل أعلى من 100 ميجا أوم حتى ينجح.

رابعا. حاجز الحماية: منح المحركات 'نظام إنذار مبكر'

تحت الماء، لا يمكنك رؤية ما يحدث إلا بعد فوات الأوان. تشتمل محركات ويتستون في أعماق البحار على نظام حماية كامل:

درجة حرارة اللف : أجهزة استشعار PT100 في كل مرحلة، بيانات في الوقت الحقيقي، تقليل الحمل التلقائي أو التنبيه عند نقاط الضبط.

تحمل درجة الحرارة : المزدوجات الحرارية مراقبة صحة التشحيم.

كشف دخول الماء : أجهزة استشعار التسرب في تجويف المحرك، وغرفة الزيت، وصندوق التوصيل - أي رطوبة تؤدي إلى إطلاق إنذار أو إيقاف التشغيل.

مراقبة العزل : تتبع المقاومة في الوقت الحقيقي، والتوصيل الحراري قبل الانهيار.

إزالة الرطوبة : تحافظ السخانات الداخلية على درجة حرارة التجويف بمقدار 5 درجات مئوية فوق نقطة الندى أثناء إيقاف التشغيل، مما يمنع التكثيف.

تتصل هذه المستشعرات عبر CAN bus أو Ethernet، مما يسمح بالمراقبة عن بعد من مسافة مئات الكيلومترات. وقال أحد مشغلي مزرعة الرياح البحرية: 'كنا نقوم بالإصلاح بعد الفشل. والآن تخبرنا أجهزة الاستشعار بموعد الإصلاح — وهذه هي الصيانة الوقائية'.

V. الحاجز الحراري: البقاء 'باردًا' تحت الماء

الماء هو وسيلة التبريد – الميزة والتحدي. تتميز أغطية محرك Wheatstone في أعماق البحار بزعانف تبريد حلزونية، مما يزيد من مساحة السطح مع تدفق المياه عبرها.

للحصول على طاقة أعلى، يجمع التبريد المركب بين الماء والزيت. الجزء الخلفي من الجزء الثابت به سترة مياه تبريد؛ يمتلئ تجويف الدوار بالزيت الناقل للحرارة، والذي يدور عبر العمود المجوف، ويحمل الحرارة إلى الأجراس النهائية حيث يحملها الماء بعيدًا.

استخدم مشروع ROV في أعماق البحار محرك سيرفو مملوء بالزيت بقدرة 25 كيلووات من شركة Wheatstone، وعزم دوران مقدر يبلغ 165 نيوتن متر، وذروة 330 نيوتن متر، ويعمل على عمق 850 مترًا لمدة 2000 ساعة مع درجات حرارة متعرجة أقل من 80 درجة مئوية.

سادسا. نطاق اختيار محرك ويتستون في أعماق البحار،

سلسلة	تصنيف العمق	، نطاق الطاقة ،	التبريد ،	حماية	التطبيقات النموذجية
سلسلة دبليو دي	≥100 م	0.75-22 كيلو واط	طبيعي	IP68	الدفع الضحل والتنظيف تحت الماء
سلسلة WDH	≥500 م	1.5-55 كيلو واط	مبردة بالماء	IP68 + تعويض الضغط	مركبات ROVs، والمتلاعبين تحت الماء
سلسلة WDU	≥1000 م	7.5-132 كيلو واط	ماء + زيت	مختومة بالكامل، ومتوازنة الضغط	مركبات التعدين في أعماق البحار والمراصد
سلسلة مخصصة	مخصص	مخصص	مخصص	مخصص	تطبيقات خاصة

الأفكار النهائية

وبعد الانتهاء من تقرير الفحص، أضاف وو ملاحظة: 'أمضى هذا المحرك عامين تحت الماء وخرج أنظف من بعض المحركات على الأرض الجافة'.

لقد أمضى ويتستون أكثر من عقد من الزمن في اكتساب الخبرة المكتسبة بشق الأنفس في محركات أعماق البحار. المواد والعمليات والختم والعزل والحماية والتبريد - كل التفاصيل تم صقلها من خلال مشاريع حقيقية. سأل أحدهم: لماذا تبقى محركات ويتستون تحت الماء بينما لا تستطيع المحركات الأخرى ذلك؟ الجواب ليس في أي ميزة واحدة، بل في كل ميزة على حدة.

إذا كنت تبحث عن محركات يمكنها العمل تحت الماء - 100 متر أو 1000 متر، مياه عذبة أو مالحة - فلنتحدث. يحتوي الدليل الهندسي لشركة Wheatstone على العشرات من حلول الختم ومئات من مجموعات المواد. ربما الشخص المثالي ينتظر مشروعك.

الاتصال بجيانغسو ويتستون: .wheatstonemotor.com. اطلب مهندسا مباشرة. يسعدنا التحدث عن التفاصيل.