מנוע הדיזל הימי

מנוע הדיזל הימי ופרויקט ניתוק הטורבינות. גאווה גדולה למנהל ניהול אוניות ולכל "צים" על הזכייה במקום הראשון במסגרת פרס החברה לישראל לשנת 2012 וברכות לכל המעורבים.

המאמר שלפניכם נועד לתאר ולהסביר את הרקע הטכני שמאחורי הפרויקט הזוכה בפרס.

רודולף דיזל

מנוע דיזל הוא המנוע היעיל ביותר בעולם, הוא יכול לפתח הספקים אדירים, משמש להנעת מירב האוניות בים ונמצא בשימוש רחב מאוד בחוף, כמעט בכל תחום הדורש לעשות עבודה גדולה כמו במפעלי חשמל, מים, מכרות, תחבורה יבשתית וברכבות. רודולף דיזל Rudolf Diesel הוא האיש שעל שמו נקרא מנוע הדיזל. בשנת 1892 רשם רודולף דיזל בפעם הראשונה פטנט – "מכונה ושיטה להמרה חום לעבודה", ובהמשך רשם עוד 'פטנטים, באותו עניין במקומות שונים. בשנת 1897 בנה דיזל את המנוע הראשון, עם צילינדר אחד באורך שלושה מטר.

בשנת 1900 קיבל דיזל מדלית זהב של התערוכה הבינלאומית בפריז, ובכך הפתחה דרכו לתהילה, כבוד, פרסום ועושר. דיזל מכר רישיונות רבים לייצור מנועו, אבל ביצע השקעות לא מוצלחות. סוף טראגי לאיש ששינה את חיינו – בעת הפלגה בין בלגיה לאנגליה בשנת 1913 נפל לים. התאבדות על רקע כלכלי? רצח על רקע תחרות עסקית? או תאונה? לעולם לא נדע.

עיקרון פעולה

עיקרון הפעולה של מנוע דיזל הוא פשוט: הפיכת אנרגית חום לאנרגיה מכנית. כינוס וריכוז על חמצן דלק וחום בחלל סגור יגרום לפיצוץ אשר את כוחות ההדף שלו מתרגמים לכוח מכני. במילים מוחשיות יותר: כאשר הבוכנה למטה, דרך פתחי הצילינדר נכנס אויר נקי לחלל, בעלית הבוכנה האוויר נדחס ללחץ גבוה, כתוצאה מהדחיסה עולה טמפרטורת האוויר ואז מוזרקים לתוך חלל הבעירה רסיסי דלק. רסיסי הדלק מייד מתלקחים והגזים שנוצרים בפיצוץ מתפשטים ודוחפים בחוזקה למטה. כל התנועות הקוויות של הבוכנות למטה מתורגמות על ידי מנגנון ארכובה לתנועה סיבובית. האוויר, שמסופק לצילינדר על ידי מפוח טורבינה, מרחיק את הגזים לאחר השריפה לאטמוספרה דרך שסתום פליטה ומיד מתחיל מחזור חדש.

מנועי דיזל גדולים על אוניות הם איטיים ולכן ניתן לשרוף בהם דלקים כבדים מאוד (שאריתיים). מאז הצגת המנוע הראשון של דיזל בשנת 1897 ועד היום, מנועו של דיזל עבר פיתוחים רבים. כיום כל מנוע דיזל מכיל מפוח טורבינאי,  שהוא מנגנון המסתובב במהירות גדולה מאוד על ידי גזי הפליטה שמיצר המנוע בעבודתו וכתוצאה  מכך מספק אוויר טרי בלחץ (גידוש) לפעולה יעילה יותר של המנוע. במנוע דיזל בעל הספקים גדולים מאוד, יש שלוש טורבינות (מפוח טורבינאי).

יעילות

יעילות מרבית מושגת בכל מערכת של מנגנון אנרגיה כאשר הציוד הדרוש מתוכנן ביעילות אופטימלית בתחום השימוש של אותה מערכת. כך גם בכלי שייט, כאשר בונים אונייה, המתכננים והמהנדסים מתאימים כל דבר הקשור להינע האונייה (גודל מנוע, גודל מדחף ופסיעתו, קווי גוף האונייה) למצב אופטימאלי, בהתאם לטווח העבודה שהאונייה הוגדרה להפליג בו, על מנת להשיג את היעילות המרבית. המגמה בספנות, והאילוץ של נסיעה במהירות מופחתת במטרה להוריד עלויות, גרמו לכך שהאופטימיזציה שנעשתה בעת בניית האונייה אינה מתאימה יותר.

אוניות העתיד, המכונuת Triple-E / Economy of scale, Energy efficency and Environmentally improved יהיו מאוד חסכוניות, יעילות, וידידותיות לסביבה. הן יהיו מתוכננות מראש, מכל הבחינות, למהירות שיוט מופחתת של 19 קשר וצפויות להשיג הורדה גדולה בצריכת דלק. באוניות הקיימות לא ניתן לשנות בקלות את מבנה גוף האונייה או להחליף מדחף אך לעומת זאת ניתן בצורה פשוטה יחסית להתאים את המנוע לתנאי השיוט החדשים – כמו ניתוק אחת הטורבינות.

ניתוק טורבינה

לאור התמשכות המגמה של הפלגה חסכונית בעומסי מנוע נמוכים של ציי האוניות בעולם, פיתח יצרן המנוע B&W MAN מערכת לניתוק מגדש טורבינאי אשר משפרת את ביצועי המנוע בהספקים נמוכים ומורידה את צריכת הדלק. מערכת זו מאפשרת בכל מצב, בפעולה קצרה, להחזיר לעבודה את הטורבינה המנותקת. במנוע בעל שלוש טורבינות, ניתוק טורבינה אחת מאפשרת לטורבינות הנותרות לעבוד ביתר נצילות אך מגבילה את עבודת המנוע להספקים בין 20% עד 66% מהספקן המרבי. זה מביא לעליית לחץ טעינה אויר ולירידה בצריכת דלק סגולית של עד 5 גרם לקילוואט שעה SFOC – Specific Fuel Oil Consumption. במילים אחרות, על פי הגדרת עקרון פעולה מנוע דיזל, איכות הפיצוצים במנוע עולה בסיבובים נמוכים, ועל ידי כך מנצלים יותר טוב את כוח דחיפת הבוכנה למטה לארכובה.

עבודות ניתוק טורבינה נעשית תוך כדי שירות האונייה, ועלותה מתקזזת על ידי החיסכון הצפוי בצריכת דלק, כ-3 עד 4 טון דלק ליום. במנועים הגדולים ביותר בעולם כל גרם בצריכת הדלק הסגולית, שווה את ערכה לחברות הספנות כמו "גרם של זהב". מערכת הניתוק כוללת התקנת שני שסתומים מתאימים מבוקרים לטורבינה, שינוי טכני בטורבינה המושבתת להתאמה לעצירה בזמן מפעולת המנוע, ולבסוף חיבור כל המערכת מחדש למערכות הבקרה וההתראות של המנוע הראשי.

הכללים של זיהום אויר ממנועים ימיים הנובעים מאמנה Marpol – IMO, מחייבים שהשינוי במנוע בתנאי עבודה החדשים יעמוד בדרישות האמנה, ולכן, בסגירת טורבינה, צריך היה להנפיק תעודה חדשה המעידה שהמנוע עומד בתנאי האמנה. עוד נתון חיובי – כל ירידה בצריכת דלק תורמת בסופו של דבר לאיכות הסביבה העולמית בהפחתת ייצור גזי פליטה (פחמן דו-חמצני Co2) הגורמים לתופעת התחממות כדור הארץ. כל תוצאה של ירידה בצריכת דלק סגולית עוזרת באופן ישיר לירידת רמות פליטה.

סיום אופטימי

בינואר 2013 נכנסה לתוקף תקנה לניהול יעיל של אנרגית אונייה. IMO – SEEMP, Ship Engergy Efficiency Management Plan התקנת  פותחה כדי לאפשר לבעלי אוניות לנהל ולתעד את ביצועי היעילות האנרגטי אל אוניותם. החלטת צים לבצע את ניתוק הטורבינה היא צעד חשוב ליישום תקנה ניהול יעיל של אנרגית אונייה. בימים אלו מתחילים להרגיש את היתרונות וליישם את ההתייעלות האנרגטית. זאת ועוד, הירידה בצריכת הדלק אשר מפחיתה פליטת פחמן-דו-חמצני, תורמת לאיכות הסביבה העולמית כרוח הלוגו של חברתנו. "צים" הייתה בין הראשונות מבין חברות הספנו שראו את הפוטנציאל וצפו את תועלתו. פרס החברה לישראל ביל ספק מעודד להמשיך ולהוביל בעשייה לקראת הגשמת חזוננו וערכי החברה.

כתב קצין מכונות ראשי, מפקח אוניות שמעון אוזן, פורסם מגזין צים, גיליון 88, ספטמבר 2013 עמוד 50 עד 52.