محرك مركب

المحرك المركب هو محرك يحتوي على أكثر من مرحلة لاستعادة الطاقة من نفس سائل التشغيل ، حيث يمر العادم من المرحلة الأولى عبر المرحلة الثانية، وفي بعض الحالات عبر مرحلة لاحقة أو حتى عدة مراحل. وقد تم اختراعه في الأصل كوسيلة لزيادة كفاءة المحركات البخارية ، كما تم استخدام تقنية تركيب المحركات متعددة المراحل في محركات الاحتراق الداخلي، ولا تزال تحظى بأسواق متخصصة في هذا المجال.

قد تكون مراحل المحرك المركب إما بتقنيات مختلفة أو بتقنيات متشابهة، على سبيل المثال:

• في محرك التوربو المركب ، يمر غاز العادم من الأسطوانات عبر توربين؛ ثم تُعاد الطاقة المستعادة إلى عمود المرفق أو الأنظمة المساعدة، بدلاً من تشغيل ضاغط.
• في قاطرة بخارية مركبة ، ينتقل البخار من الأسطوانة أو الأسطوانات ذات الضغط العالي إلى الأسطوانة أو الأسطوانات ذات الضغط المنخفض، وتكون المرحلتان متشابهتين.
• في محرك البخار ثلاثي التمدد ، يمر البخار عبر ثلاث أسطوانات متتالية ذات أحجام متزايدة وضغوط متناقصة. وكانت هذه المحركات الأكثر شيوعًا في السفن خلال العصر الذهبي للبخار.

تُعد هذه الأمثلة والتوربينات المركبة هي الاستخدامات الرئيسية ولكنها ليست الوحيدة للتركيب في المحركات؛ انظر أدناه.

يستخدم المحرك المركب عدة مراحل لإنتاج مخرجاته.

لا تُسمى جميع المحركات متعددة المراحل بالمحركات المركبة . فعلى سبيل المثال، إذا كان المحرك يستخدم مرحلة لاحقة لاستخلاص الطاقة من العادم لغرض آخر، وخاصةً للشحن التوربيني ، فلا يُسمى محركًا مركبًا . وبالمثل، فإن المحركات المقترحة التي تستخدم محرك مكبس حر لتشغيل توربين لا تُسمى محركات مركبة ، لأن المرحلة الثانية فقط هي التي تُنتج الطاقة.

مع ذلك، إذا تم تزويد محرك التوربو المركب بشاحن فائق عن طريق إعادة جزء من طاقة عمود الدوران إلى الشاحن الفائق، كما هو الحال في بعض محركات الطائرات، فإنه يظل محركًا مركبًا. وقد تباين استخدام مصطلحي "الشحن الفائق" و "الشحن التوربيني الفائق" مع مرور الوقت؛ فعلى سبيل المثال، وصف مصنّعو محرك رايت R-3350 دوبلكس-سايكلون المركب في ذلك الوقت بأنه "شحن توربيني فائق" . ومع ذلك، فهو محرك مركب، وسيُوصف محرك مماثل يُنتج اليوم بأنه "شحن فائق" وليس "شحن توربيني" .

يُعدّ مصطلح "التركيب" أقل تقييدًا من مصطلح "المحرك المركب" . تُعتبر التوربينات المركبة الكبيرة تطبيقًا للتركيب، وكذلك صفوف الشفرات المتعددة المستخدمة في العديد من التوربينات الغازية ، ولكن لا يُشار إلى أيٍّ منهما عادةً باسم "المحرك المركب". ولعلّ من الأنسب اعتبار مجموعات الشفرات المتعددة في توربين واحد أقرب في مبدأ عملها إلى محرك البخار أحادي التدفق منه إلى التركيب. وعلى عكس محرك البخار أحادي التدفق، الذي اقتصرت استخداماته على نطاق محدود، فقد وجدت توربينات الصفوف المتعددة تطبيقات عملية واسعة النطاق.

يُشار إلى المحرك الذي لا يستخدم المزج باسم المحرك البسيط ، وخاصة في حالة قاطرة البخار ، أو بشكل أدق باسم محرك التمدد البسيط ، وخاصة في حالة محرك البخار البحري .

تجدر الإشارة إلى أنه في حالة أي محرك بخاري ، يمكن استخدام مصطلح " محرك بسيط" للإشارة إلى محرك لا يستخدم مكثفًا لتوليد ضغط سلبي وبالتالي تحسين الكفاءة. ويُعد استخدام مكثفات منفصلة لهذا الغرض إحدى السمات الرئيسية التي تميز محرك وات البخاري لعام 1765 عن محرك نيوكومن البخاري لعام 1712.

لا يوجد أي لبس في حالة قاطرة البخار، ففي قاطرة البخار المكثفة، لا يُستخدم المكثف لزيادة الكفاءة، بل قد يُقلل منها لتوفير المياه وخفض الانبعاثات. فعلى سبيل المثال، تُعد قاطرة الفئة "أ" التابعة لسكك حديد متروبوليتان قاطرة بسيطة بكل معنى الكلمة ، على الرغم من وجود المكثفات فيها. ومصطلح " المحرك البسيط" المُستخدم لوصف قاطرات البخار يعني عمليًا القاطرة التي لا تستخدم نظام التكثيف المركب، بغض النظر عن استخدام المكثفات. ويُستخدم مصطلحا " قاطرة التمدد البسيط" و "محرك التمدد البسيط" أحيانًا لوصف القاطرات لتجنب أي لبس محتمل.

• محركات التوربو المركبة
  • محركات الشاحنات والآلات
  • محركات الطائرات
    • نابير نوماد
    • محرك رايت آر-3350 ثنائي الإعصار ، الذي أُنتج بنسختين بسيطة ومركبة، وفي النسخة المركبة، زوّد العديد من الطائرات التي صُنعت بعد الحرب العالمية الثانية بالطاقة، بما في ذلك طائرة لوكهيد كونستليشن . وقد تميّز هذا المحرك بإضافة طاقة العادم المُستعادة مباشرةً إلى عمود المرفق دون فرض ضغط عكسي على الأسطوانات. ^{[ 10 ] [ 7 ] [ 8 ]}
    • محرك الطائرة دوبرينين VD-4K
• محركات البخار المركبة
  • القاطرات المركبة (انظر أيضًا الفئة: القاطرات المركبة )
    • مركب LMS 4-4-0
    • فئة NZR A (1906)
    • LMS 6399 فيوري
    • فورتمبيرغ تي إس إس دي
    • بافاري صغير 3/6
    • بعض قاطرات ماليت ، وخاصة التصاميم الأصلية
    • قطار نيلجيري ماونتن كلاس إكس
  • ضاغط هواء يعمل بالبخار ذو تركيب متقاطع، على سبيل المثال Westinghouse 8 1/2" 150-D، ^{[ 11 ]} يستخدم في العديد من القاطرات الأمريكية الكبيرة
  • العديد من محركات الجر
  • معظم محركات البخار البحرية الترددية
    • زُوِّدت كل سفينة من سفن الركاب الثلاث من فئة أولمبيك ، بما فيها سفينة تيتانيك (1912)، بمحركين بخاريين ثلاثيي التمدد ، لتشغيل مراوح الجناح. كانت هذه المحركات نموذجية لتلك الحقبة. وفي فئة أولمبيك ، تم تحقيق مزيد من التحسين باستخدام بخار العادم من هذه المحركات لتشغيل توربين بخاري منخفض الضغط ، يدير بدوره مروحة مركزية أصغر. وقد سبقت سفينة لورنتيك (1908) في تطبيق هذا النظام .

• محرك رولز رويس R6 المركب من نوع وانكل ^{[ 12 ]}