اتاق تست موتور ؛ طراحی و ارائه

طراحی اتاق تست موتور

از آنجا که روز به روز بر پیچیدگی موتورها افزوده می‌شود، نیاز به تست آن‌ها نیز بیش از پیش احساس می‌شود. امروزه تغییرات کوچک در موتورها می‌تواند منجر به افزایش قابل توجه کارایی آن‌ها شود و این امر نیاز به انجام انواع تست موتورها را افزایش می‌دهد. جهت طراحی اتاق تست موتور نیاز به ابزار و وسایل خاص و نیز برآورده شدن الزامات خاص است. این الزامات، تضمین کننده صحت داده‌های کسب شده از تست و نیز نحوه کارکرد اتاق تست در حالت بهینه است. همچنین این الزامات جهت حفظ ایمنی افراد تدوین شده است.

امکانات اتاق تست موتور ترکیبی پیچیده از ابزارالات، ماشین‌آلات و سازه‌های نگه‌دارنده است که درورن یک اتاق که به این منظور ایجاد شده است، قرار دارد. برای اینکه چنین امکاناتی قادر باشد به صورت مؤثر و مقرون به صرفه مورد استفاده قرار گیرد، تمام اجزای آن باید به صورت کامل با هم هماهنگ شده و الزامات عملکردی را برآورده کند.

در حال حاضر سازندگان موتور و وسایل نقلیه، نیاز به ارتقای موتورهای خود دارند و برای این منظور نیازمند اندازه‌گیری گشتاور، دور و توان موتور خود هستند. شایان ذکر است که امروزه تغییرات کارایی موتورها کوچک است و برای محاسبه آن نیاز به تجهیزات دقیق است. برای ساخت و یا تغییرات عمده در یک موتور پیشرفته نیاز به استفاده گسترده از تخصص‌های مختلف است. بسیاری از تولیدکنندگان موتور به این حقیقت اذعان دارند که موارد چالش برانگیز بسیاری بر سر این راه وجود دارد. امروزه در ایالات متحده امریکا برای رفع نیاز در این مورد، تخصصی به نام system integration وجود دارد که وظیفه تدوین اتاق تست موتور و هماهنگ کردن تمامی اجزا را دارد.

مشخصات امکانات تست

همانطور که ذکر شد با توجه به تنوع زیاد موتورها و نیاز به دقت مناسب جهت تست آن‌ها، نیاز است که قبل از هر پروژه امکانات تست کاملاً به صورت مشخص تعیین گردد. برای این کار سه سطح از مشخصات پروژه‌های اتاق تست باید تعیین گردد.

مشخصات کاربردی: در این سطح، باید به صورت کاملاً شفاف و کامل به این سوال پاسخ داده شود که “به چه علت این اتاق تست ساخته می‌شود؟”این سؤال باید به وسیله‌ی استفاده کننده مشخص شود.
مشخصات عملکردی: در این سطح از تعیین مشخصات، به این سؤال پاسخ داده می‌شود: ” اتاق تست از چه اجزایی تشکیل می‌شود و نحوه و محل قرارگیری آن به چه گونه است؟” این مشخصات می تواند هم به وسیله کارفرما و جزئی از قرارداد تدوین شود، در صورتی که دارای تخصص مربوطه باشند، و هم به وسیله گروه مشاور کارفرما که دارای تخصص هستند و هم به وسیله شرکت سازنده ابلاغ شود.

مشخصات جزئیات عملکردی: در این سطح از تعیین مشخصات سؤال اصلی این خواهد بود که: “چگونه سیستم کار خواهد کرد؟” این مشخصات بر طبق نیازهای مصرف کننده به وسیله‌ی طراح پروژه تعیین و تدوین می‌شود.

تدوین مشخصات کاربردی

در این قسمت تمرکز بر روی نحوه تدوین مشخصات کاربردی از طرف کارفرما است. این سند که به وسیله کارفرما تدوین می‌شود باید شامل اطلاعات کاملاً شفاف از علت تعریف پروژه و اهداف ساخت اتاق تست موتور باشد. در این سند نیازی به ذکر جزئیات نیست. در این سند، کارفرما باید مشخصات مواردی که از قبل آماده شده است را با جزئیات در اختیار طراح قرار دهد. برای مثال اگر ساختمان اتاق تست ساخته شده است و یا محدودیت‌هایی برای آن وجود دارد، باید شرکت طراح در جریان این اطلاعات قرار گیرد. همچنین اگر اجزایی از پروژه به وسیله کارفرما تهیه می‌شود و یا شده است، اطلاعات آن باید به صورت کاملاً شفاف در اختیار سازنده قرار گیرد. در صورتی که کارفرما نیاز به برآورده کردن استانداردی دارد، آن استاندارد و بخش‌های مربوطه باید به صورت کامل در اختیار سازنده قرار گیرد. همچنین پروتکل تست و آزمون‌های مورد نیاز در این مرحله مشخص می‌شود.

تدوین سند مشخصات عملکردی

بنا بر سند مشخصات کاربردی که توسط کارفرما تدوین شده است، در سند مشخصات عملکردی، توضیحات لازم برای چگونگی انجام پروژه مطابق با نیازها و اجزای پروژه ذکر می‌گردد.

یکی از مشکلات کلاسیک در این سند تعیین محدوده توان موتورهایی است که قابلیت تست در یک اتاق تست با امکانات ثابت را داراست. تست انواع موتورها در یک اتاق تست و با امکانات ثابت موجب صرفه‌جویی در هزینه‌ها شده و به وضوح مورد علاقه تولید کنندگان موتور است. هرچند در مواردی مشکلات طراحی جزئیات و نیز تعمیرات و نگهداری اتاق تست و طول عمر مفید آن، ساخت چندین اتاق تست را نسبت به استفاده از یک اتاق تست برای یک موتور، مقرون به صرفه‌تر می‌کند. در مواردی تست موتورهای مختلف در یک اتاق تست موتور منجر به ارتعاشات مختلفی شده که در این صورت نیاز به استفاده از شفت‌های اتصال دیگر است. در تمامی مراحل تدوین این سند و انجام آن، طراح باید همواره تعادلی بین اهداف پروژه، هزینه، زمان و پیچیدگی طرح برقرار کند.

نگاه ترمودینامیکی به اتاق تست

بر طبق اصول ترمودینامیک، انرژی جهان ثابت و مقدار آنتروپی [Entropy] آن دائماً در حال افزایش است. می‌توان بر اساس اصول ترمودینامیک فرآیندهای یک اتاق تست را مورد بررسی قرار داد.

اتاق تست موتور یک مورد مناسب برای مطالعه یک مثال عملی از انتقال حرارت و افزایش آنتروپی برای دانشجویان است. ورودی و خروجی‌های اتاق تست که شامل سوخت، هوا، آب، گازهای خروجی، انرژی و … است که با توجه به اصول ترمودینامیک با هم در حال تعادل هستند. بیشترین مشکلات اتاق‌های تست در دنیا ناشی از عدم طراحی صحیح ترمودینامیکی اتاق تست و سیستم خنک‌کن است. مشکل رایج در این زمینه، دمای بالای هوا در اتاق تست است. می‌توان مطابق علم ترمودینامیک برای یک سیستم باز [Open system] با استفاده از حجم کنترل [Control volume] رفتار ترمودینامیکی یک اتاق تست را بررسی کرد. حجم کنترل شامل یک محفظه بسته فضایی با سطوح فرضی است که به آن سطوح کنترل نیز گفته می‌شود. مزیت اصلی این روش در این است که فقط به بررسی ورودی‌ها و خروجی‌های جرم و انرژی یک سیستم می‌پردازد و نیازی به بررسی فرآیندهای روی‌داده در درون آن سیستم نیست. در شکل زیر یک سیستم باز ترمودینامیکی نشان داده شده است. تعادل انرژی برای این سیستم برقرار است.