محرك رولز رويس WR-21 للتوربينات الغازية البحرية

محرك رولز رويس WR-21 للتوربينات الغازية البحرية

يُعد رولز رويس WR-21 محرك توربين غازي بحري متطور، صُمم خصيصاً لتزويد السفن القتالية السطحية الحديثة بالطاقة. يتميز هذا المحرك بكونه من النوع المشتق من محركات الطائرات (Aeroderivative)، ويهدف إلى توفير كفاءة عالية في استهلاك الوقود مع قدرة تشغيلية كبيرة لتلبية متطلبات القوات البحرية في عدة دول شريكة.

تاريخ التطوير والنشأة

تم تطوير محرك WR-21 بتمويل حكومي مشترك من المملكة المتحدة وفرنسا والولايات المتحدة. وقد تولى تحالف دولي بقيادة شركة نورثروب غرومان (Northrop Grumman) دور المقاول الرئيسي للمشروع. بينما قامت شركة رولز رويس (Rolls-Royce) بتصميم التوربين بشكل أساسي، ساهمت شركة DCN بخبراتها في الهندسة البحرية ومرافق الاختبار، في حين تولت نورثروب غرومان مسؤولية تطوير المبرد البيني (Intercooler)، والمسترجع الحراري (Recuperator)، وعملية تكامل النظام.

استند تطوير WR-21 بشكل كبير على التقنيات الناجحة المستخدمة في عائلات توربينات رولز رويس RB211 وTrent. بدأت عملية التصميم والتطوير الأصلية من خلال شركة Westinghouse Electric Corporation (التي أصبحت لاحقاً جزءاً من نورثروب غرومان) بموجب عقد مع البحرية الأمريكية في ديسمبر 1991، قبل أن ينضم الاهتمام من قبل البحرية الملكية البريطانية والبحرية الفرنسية، مما أدى إلى مشاركة رولز رويس وDCN.

المواصفات الفنية والتصميم

يعتبر WR-21 أول توربين غازي مشتق من محركات الطائرات يدمج تقنيات المبرد البيني لضاغط الغاز ونظام استعادة الحرارة من العادم، مما يقلل من الاستهلاك النوعي للوقود عبر نطاق تشغيل المحرك. تساهم هذه التقنيات في خفض حرق الوقود بنسبة 30% مقارنة بملفات تشغيل السفن التقليدية.

آليات تحسين الكفاءة:

• المبرد البيني (Intercooler): يعمل على تبريد الهواء الداخل إلى ضاغط الضغط العالي، مما يقلل من الطاقة المطلوبة لضغط الهواء.
• المسترجع الحراري (Recuperator): يقوم بتسخين هواء الاحتراق مسبقاً عن طريق استعادة الحرارة المهدورة من العادم، مما يحسن كفاءة الدورة الحرارية ويقلل استهلاك الوقود.

المواصفات التقنية:

التحديات التشغيلية والمشاكل الفنية

في عام 2009، تم اكتشاف خلل تصميمي كبير في المبرد البيني الذي أنتجته شركة نورثروب غرومان والمستخدم في مدمرات الفئة 45، حيث تبين أن المبرد يفشل في العمل بكفاءة عندما تتجاوز درجات حرارة المياه 30 درجة مئوية. أدى ذلك إلى تعطل المبرد في المدمرة HMS Daring في منتصف المحيط الأطلسي عام 2010، وتكرر الأمر في البحرين عام 2012.

تعتمد المدمرات من الفئة 45 على نظام الدفع الكهربائي المتكامل (IEP)، حيث يعمل محركان من طراز WR-21 ومولدان ديزل بقدرة 2 ميجاوات من شركة Wartsila لتزويد السفينة بكافة احتياجاتها من الطاقة، بما في ذلك أنظمة الأسلحة والدفع. هذا الاعتماد يجعل السفن عرضة لخطر "الفشل الكهربائي الكامل" في حال تعطل المحركات الرئيسية.

أوضح الأدميرال فيليب جونز أن التوربينات صُممت لكي ينخفض أداؤها تدريجياً (Graceful Degradation) في الظروف الجوية الحارة جداً، ولكن ما حدث في الواقع كان "انهياراً كارثياً" للأداء بدلاً من التدهور التدريجي. ولحل هذه المشكلة، تقرر تزويد السفن بمولدات ديزل إضافية لتعزيز المرونة التشغيلية، وهو ما تطلب إجراء تعديلات هيكلية في السفن أثناء وجودها في الحوض الجاف.