Εγκαταστάσεις 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Πρόωσης Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 1. Πρόωσης K-3Β Νικόλαος Π. Κυρτάτος

Transcript

1 Εγκαταστάσεις 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 1 K-3Β Νικόλαος Π. Κυρτάτος

2 Περιεχόμενα Μαθήματος 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 2 Κεφ. 1. Γενικά / Περιγραφή μαθήματος Κεφ. 2. Εισαγωγή στη Ναυτική Μηχανολογία / Ιστορία Κεφ. 3. Απαιτήσεις πρόωσης / Κεφ. 4. Συνεργασία μηχανής / έλικας Κεφ. 5. Diesel Κεφ. 6. Τεχνοοικονομικά / Αξιοπιστία Κεφ. 7. Αξονικό σύστημα

3 Χαρακτηριστικές ναυτικών μηχανών 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 3 Έχοντας εκτιμήσει τις απαιτήσεις ισχύος του συνδυασμού πλοίου προωθητήρα σε όλο το εύρος λειτουργίας του πλοίου ακολουθεί η επιλογή κατάλληλης ναυτικής μηχανής η οποία θα καλύψει τις τεθειμένες απαιτήσεις πρόωσης Για τον σκοπό αυτό πρέπει να είναι γνωστές οι χαρακτηριστικές ροπής και ισχύος στροφών των διαφόρων υποψηφίων μηχανών

4 Μέγεθος Ισχύος (Rating) Κινητήρων 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 4

5 Υπερφόρτιση πάνω από το MCR 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 5 Άμεση αστοχία Μηχανική κόπωση αστοχία Θερμική κόπωση Κόκκινη Περιοχή πάνω από το MCR: Περιοχή υπερφόρτισης του κινητήρα χιτώνια Diesel υπερθεμαντήρας λέβητα άνω έδρανο διωστήρα Diesel γρανάζια εκκεντροφόροι

6 Κινητήρες Diesel (1) 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 6 Ο κινητήρας Diesel, για σταθερή Μέση Πραγματική Πίεση p e, παράγει σταθερή ροπή στρέψης Md, ανεξαρτήτως στροφών. O κινητήρας Diesel χαρακτηρίζεται ως «μηχανή σταθερής ροπής στρέψης»

7 Κινητήρες Diesel (2) 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 7 Η ισχύς του κινητήρα Diesel ισούται με το γινόμενο της ροπής επί την γωνιακή ταχύτητα του άξονα n PD MdD M dd CDn 30 Επομένως για σταθερή ροπή (σταθερή μέση πραγματική πίεση) η ισχύς είναι ανάλογη των στροφών

8 Κινητήρες Diesel-Χαρακτηριστική Ρόπής 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 8 Σε πραγματικό κινητήρα Diesel οι χαρακτηριστικές ροπής και ισχύος συναρτήσει των στροφών δεν ισχύουν σε όλο το εύρος στροφών. όριο υπερπληρωτή n<n Dmin Αδύνατη αυτανάφλεξη Όριο ροπής p e <p emin κατάλοιπα καύσεως επικαθίσεις, διαβρώσεις Μέγιστη Συνεχής Ισχύς(B) περιορισμός MCR ατελής καύση (μαύρος καπνός) όριο στροφών υπερπληρωτή όριο στροφών

9 Κινητήρες Diesel-Χαρακτηριστική Ισχύος 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 9 Όριο ροπής όριο υπερπληρωτή n<n Dmin αδύνατη αυτανάφλεξη Μέγιστη Συνεχής Ισχύς(B) περιορισμός MCR ατελής καύση (μαύρος καπνός) όριο στροφών υπερπληρωτή όριο στροφών p e <p emin κατάλοιπα καύσεως επικαθίσεις, διαβρώσεις

10 Κινητήρες Diesel (4) Ο κατασκευαστής προδιαγράφει επίσης για κάθε κινητήρα όρια διακεκομμένης λειτουργίας 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 10 Όριο Διακεκομμένης Λειτουργίας Όριο Συνεχούς Λειτουργίας Δυνατότητες Υπέρβασης P κατά 10% επί μία ώρα n κατά 3.2 % επί μία ώρα pe κατά 6.6% επί μία ώρα

11 Κινητήρες Diesel (5) 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 11 Ειδική κατανάλωση καυσίμου στο διάγραμμα μέσης πραγματικής πίεσης (ροπής στρέψης) - στροφών.

12 Κινητήρες Diesel (6) Ειδική κατανάλωση καυσίμου στο διάγραμμα ισχύος - στροφών. 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 12

13 Κινητήρες Diesel- Συνοπτικά Χαρακτηριστικές 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 13 Χαρακτηριστικά: - Ισχύς -Ροπή -Στροφή - Κατανάλωση

14 Κινητήρες Diesel-Μεταβολή Μεγεθών (Shop Tests) 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 14

15 Συνεργασία Έλικας και Κινητήρα Diesel 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 15 ΕΗΡ+15%+5% P πλοίου Ν έλικας Ταχύτητα πλοίου προδιαγραφών απαιτήσεις πλοίου P κινητήρα > P πλοίου Ν κινητήρα > Ν πλοίου.(μειωτήρας) Απαραίτητη αύξηση στροφών για να ληφθούν η P κινητήρα στις δοκιμές!!προσοχή στην μεταβολή β.α. έλικας σε διαφορετικές στροφές

16 Συνεργασία Έλικας και Κινητήρα Diesel 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 16 - Ρυμούλκηση! Παροχή στη συνεργασία Σημαντική αύξηση αντιστάσεως Συνεργασία DieseI + έλικας "off - design" Λειτουργία ρυθμιστή - Ορισμένοι κατασκευαστές ορίζουν, για ένα μοντέλο κινητήρα, µια περιοχή MCR στο διάγραµµα ισχύος - στροφών. Δίνεται έτσι η ευελιξία να ορισθεί από τον χρήστη ένα σημείο MCR μέσα στην περιοχή και ο κινητήρας να ρυθμιστεί στο εργοστάσιο γι'αυτό το σημείο μεταβάλλονται : Χρονισμό βαλβίδων Λόγo συμπιέσεως Σύζευξη υπερπληρωτή Εάν χρησιμοποιείται γεννήτρια άξονα πρέπει να ληφθεί υπ'όψιν το πρόσθετο φορτίο. Απόκριση ρυθμιστή σε ξαφνική απώλεια φορτίου

17 Κινητήρες Diesel-Σημειο Λειτουργίας 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 17 Ο επιλεγμένος πρέπει να καλύπτει τις απαιτήσεις ισχύος πρόωσης σε όλο το εύρος λειτουργίας. Στοιχεία για τις χαρακτηριστικές της μηχανής (αδιάκοπη και διακεκομμένη λειτουργία) παρέχονται συνήθως από τον κατασκευαστή. Τήρηση αυτών συνεπάγεται και παροχή εγγύησης της μηχανής. Σε μικρούς 4-Χ ναυτικούς κινητήρες Diesel πολλές φορές δίδεται από τον κατασκευαστή μόνο ένα σημείο λειτουργίας (PD1, nd1), ή και ακόμα ένα για διακεκομμένη λειτουργίας. Οι χαρακτηριστικές του κινητήρα στην περίπτωση αυτή υπολογίζονται με βάση τις αναλογίες ισχύος-στροφών

18 Ατμοστρόβιλοι-Γενικά Οι πιέσεις και θερμοκρασίες που μπορούν να αναπτυχθούν ουσιαστικά περιορίζονται μόνον από τα όρια του λέβητα. 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 18 Έλεγχος ατμοστρόβιλων: - Βαλβίδα στραγγαλισμού ( Throttle control) - Έλεγχος τοµέως (Nozzle control) - Συνδυασμός των δύο παραπάνω - Μεταβλητή πίεση λέβητα (Ουσιαστικά ανεφάρµοστο λόγω μεγάλου χρόνου αποκρίσεως) - Βy pass Πτερύγια (Σχεδιασμός) -Υλικά -Ταλαντώσεις -Διάβρωση - Στήριξη - Δράσεως / Αντιδράσεως Ρότορας - Ιδιοσυχνότητα, κρίσιμες περιοχές στροφών - Ζυγοστάθμιση -Υλικά

19 Ατμοστρόβιλοι- Διαγράμματα Διάγραμμα Στροφών-Ισχύος (για σταθερή παροχή ατμού) Διάγραμμα Παροχής Ατμού-Ροπής 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 19 Διάγραμμα Στροφών-Ισχύος (για σταθερή παροχή ατμού) Διάγραμμα Βαθμού Απόδοσης

20 Ατμοστρόβιλοι (1) 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 20 Η χαρακτηριστική ενός εξιδανικευμένου Ατμοστροβίλου είναι παραβολή δευτέρου βαθμού στο διάγραμμα P-n και ευθεία γραμμή στο διάγραμμα Μ-n P T C T 2 n n M P 30C n 2 T T dt nt1 nt1 nt1 nt1 P Τ, ισχύς στροβίλου στον άξονα M dt, ροπή στροβίλου στον άξονα n, στροφές της έλικας n T1, ονομαστική περιστροφική ταχύτητα στροβίλου P T1, μέγιστη συνεχής ισχύς του στροβίλου στον άξονα C T, σταθερά

21 Ατμοστρόβιλοι (2) 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 21 P T Η χαρακτηριστική ενός εξιδανικευμένου Ατμοστροβίλου είναι παραβολή δευτέρου βαθμού στο διάγραμμα P-n C T 2 n n n n T1 T1 Ανηγμένη Ισχύς Στροβίλου Ανηγμένες Στροφές Έλικας

22 Ατμοστρόβιλοι (3) Η ροπή ενός εξιδανικευμένου Ατμοστροβίλου είναι ευθεία στο διάγραμμα Μ-n 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 22 M dt PT 30C T n 2 n n T1 T1 Ανηγμένη Ροπή Στρέψεως Στροβίλου Ανηγμένες Στροφές Έλικας

23 Ατμοστρόβιλοι (4) Πραγματικοί ατμοστρόβιλοι 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 23 n n PT CT A n T1 n T1

24 Ατμοστρόβιλοι (5) Πραγματικοί ατμοστρόβιλοι 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 24 M dt PT 30C T n A n n T1 T1

25 Συνεργασία Έλικας-Ατμοστροβίλου 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 25 Στρόβιλος ανάποδα Τροχός Curtiss Απαίτηση : 80% ροπής πρόσω σε 50% στροφών πρόσω. Δηλαδή σε 0% στροφών 96% + ροπής Πρέπει να ληφθεί υπ'όψη στη σχεδίαση του άξονα χαμηλής πιέσεως

26 Αεριοστρόβιλοι (1) 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 26

27 Αεριοστρόβιλοι (2) - Δύο κύριες οικογένειες Αεροπορικοί, Βιομηχανικοί 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 27 Βελτιώσεις των επιδόσεων: - Υψηλότερο λόγω συμπιέσεως στον συμπιεστή Βελτίωση βαθμού αποδόσεως συμπιεστή Αεροδυναμική σχεδίαση πτερυγίων - Υψηλότερη θερμοκρασία εισόδου στην τουρμπίνα Ανθεκτικότερα υλικά - Βελτίωση βαθμού αποδόσεως τουρμπίνας Αεροδυναμική σχεδίαση πτερυγίων - Βελτίωση βαθμού αποδόσεως θαλάμου καύσεως - Ψύξη αέρα συμπιέσεως - Αναθέρμανση καυσαερίων - Αναζωογόνηση - Ανάκτηση απορριπτόµενης θερμότητας Πλεονεκτήματα: - Απλότητα κατασκευής - Μικρό βάρος ( Μεγάλος λόγος ισχύος Ι βάρους) - Λίγα παρελκόμενα + βοηθητικά - Ευχέρεια αυτοματοποιήσεως μηχανοστασίου Μειονεκτήματα: - Υψηλή ειδική κατανάλωση καυσίμου - (Χαμηλή θερμοκρασία εισόδου τουρμπίνας) - Ευαισθησία σε θερμοκρασία περιβάλλοντος ΔΤ= 1Ο ΔΡ=5%

28 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 28 Αναγεννητικός Κύκλος Αξιοποιώντας την υψηλή Τ EXH αυξάνεται ο β.α. του κύκλου 20-30%. Ενδιάμεση Ψύξη αέρα μείωση ειδικού όγκου αέρα Μείωση όγκου συμπιεστή δεύτερης βαθμίδας Μείωση ολικού έργου συμπίεσης

29 Αναθέρμανση Καυσαερίων 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 29 Αυξάνεται το ενεργειακό περιεχόμενο των καυσαερίων που τροφοδοτούν τον στρόβιλο ισχύος. Συνδιασμός όλων των παραπάνω

30 Αεριοστρόβιλοι (3) 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 30 Οι χαρακτηριστικές του Αεριοστροβίλου είναι στην εξιδανικευμένη τους μορφή ίδιες με τις χαρακτηριστικές του Ατμοστροβίλου Ανηγμένη Ισχύς Στροβίλου Ανηγμένες Στροφές Έλικας Ανηγμένη Ροπή Στρέψεως Στροβίλου Ανηγμένες Στροφές Έλικας

31 Αεριοστρόβιλοι (4) Χαρακτηριστικές ίδιες µε ατμοστρόβιλο δράσεως 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 31 Συνδυασμοί Αεριοστροβίλων κ άλλων κινητήρων CODAG: Combination Diesel And Gas Turbine CODOG: Combination Diesel Or Gas Turbine

32 Αεριοστρόβιλοι (5) Διάγραμμα ισχύος στροφών όπου διακρίνονται ισουψείς ειδικής κατανάλωσης καυσίμου και η καμπύλη του νόμου της έλικας 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 32

33 Συνεργασία Αεριοστροβίλου και Έλικας 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 33 Αντίστοιχο µε ατμοστρόβιλο Το σημείο σχεδιασμού είναι και το σημείο ελάχιστης καταναλώσεως. Περιθώριο ισχύος 5% Περιθώριο στροφών μικρότερο ή και Ο Έλεγχος: - Καύσιμο - Μεταβλητή γεωμετρία ( κυρίως στροβίλου ισχύος) Αναπόδιση µε συμπλέκτη και μειωτήρα ανάποδα ( Πειραματικά µε μεταβλητή γεωμετρία) Περιορισμένοι τύποι αεριοστρόβιλων (Πιθανόν προβλήματα στην επιλογή κατάλληλου) Standard μειωτήρες µε περιορισμένο αριθμό σχέσεως Κόστος μειωτήρα αυξάνει όσο αυξάνει ο λόγος μειώσεως. Ορισμένοι κατασκευαστές προσφέρουν τον ίδιο τύπο αεριοστρόβιλου σε δύο ισχείς: Pmax - Pnom (µε µικρότερη θερµοκρασία εισόδου τουρµπίνας) (Η µικρότερη ισχύς προσφέρει µικρότερη κατανάλωση και φθορές) Λόγω µεγάλου λόγου ισχύος / βάρους χρησιμοποιείται ο αεριοστρόβιλος σαν επιπλέον κινητήρας σε συνδυασμούς CODOG CODAG COGOG COGAG COSAG COSOG COGAS COGOS Σε ορισμένες εφαρμογές κυρίως πολεμικών πλοίων

34 Συνδιασμοί Μηχανών (1) 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 34 CODAD, Combined Diesel and Diesel COGAG, Combined Gas turbine And Gas turbine CODAG, Combined Diesel And Gas turbine COSAG, Combined Steam And Gas turbine CODOG, Combined Diesel Or Gas turbine COGOG, Combined Gas turbine Or Gas turbine CONAG, Combined Nuclear And Gas turbine

35 Συνδιασμοί Μηχανών (2) 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 35

36 Συνδιασμοί Μηχανών CODAG 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 36 F218 Mecklenburg-Vorpommern

37 Συνδιασμοί Μηχανών CODOG 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 37 Φ/Γ ΣΠΕΤΣΑΙ

38 Ηλεκτρική Μετάδοση 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 38 Γεννήτρια σταθερής συχνότητας - Συνήθως AC - Μερικές φορές DC (Με αλλαγή πεδίου για ανάποδα) Ταχύτατη απόκριση : - Παγοθραυστικά - Πλοία τοποθετήσεως καλωδίων (σταθερή τάση καλωδίου) - Πλατφόρμες, τρυπάνια, εκσκαφείς - Επιβατηγά ( του παρελθόντος) [ $ + 6% Απώλειες + 6% ] Ηλεκτρική μετάδοση µε αεριοστρόβιλο-γεννήτρια - Διαφορετική υπερκατασκευή λόγω βάρους - Ελαχιστοποίηση απαιτούμενου χώρου Υπεραγώγιµοι κινητήρες Έλικες μεταβλητού βήματος

39 Μεταβατικά Φαινόμενα 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 39 Οι χαρακτηριστικές αντιστάσεως και οι απαιτήσεις ισχύος που ορίστηκαν μέχρι τώρα αναφέρονται σε σταθερές συνθήκες λειτουργίας (steady state). Οι απαιτήσεις ισχύος διαφοροποιούνται σε μεταβατικές (transient) καταστάσεις του πλοίου Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι απαιτήσεις ισχύος που προκύπτουν από ανάλυση των μεταβατικών φαινομένων μπορεί να επηρεάσουν την απαίτηση σε εγκατεστημένη ισχύ του πλοίου

40 Κινήσεις του πλοίου κατά τα μεταβατικά φαινόμενα 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 40 Ισορροπία δυνάμεων στο πλοίο dvs ms T Vs, n R Vs 0 dt Ισορροπία ροπών του άξονα d Mdp Vs, n MdM F, n 0 dt M s, μάζα του πλοίου V s, ταχύτητα του πλοίου t, χρόνος Τ, ώση έλικας n, στροφές έλικας R, αντίσταση συνδυασμού πλοίου-έλικας ΣΘ, ροπή αδράνειας περιστρεφόμενων μερών ω, γωνιακή ταχύτητα έλικας Μ dp, ροπή στρέψεως έλικας Μ dm, ροπή στρέψεως κινητήρα F, ποσοστό παροχής καυσίμου ή ατμού

41 Συγκριτικά Στοιχεία Κινητήρων- Ισχύς ανά Άξονα ΑΤΜΟΣΤΡΟΒΙΛΟΣ 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 41 Μεγίστη ισχύς εξαρτάται από την ισχύν που μπορεί να απορροφήσει µία έλικα ΟIΚΟΝΟΜΙΚΟ ΜΙΝΙΜUΜ KW - MAXIMUM : όρια έλικας ΑΡΓΟΣΤΡΟΦΟΣ DIESEL (αμέσου συνδέσεως) Εύρος Ισχύος:5000 kw -- > 5000 kw/κύλινδρο Πιθανόν προβλήματα κραδασμών µε μεγάλες ισχείς σε εύκαμπτη γάστρα ΜΕΣΟΣΤΡΟΦΟΣ DIESEL (σύνδεση μέσω μειωτήρα) Εύρος Ισχύος200 KW -- > KW

42 Συγκριτικά Στοιχεία Κινητήρων- Αναπόδιση Ατµοστρόβιλος 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 42 L. R.: Ισχύς ανάποδα ώστε να διατηρείται ο έλεγχος του πλοίου σε οποιαδήποτε κατάσταση Ανάποδα : 80% ροπής πρόσω 50% rpm πρόσω Επίσης: 70% rpm πρόσω για 30 min χωρίς υπερβολική θέρμανση του στροβίλου πρόσω Μέρος του ατμού ανάποδα, αντί για το ψυγείο πιθανόν να προχωρήσει προς τον LΡ στρόβιλο που περιστρέφεται ανάποδα και λειτουργεί σαν συμπιεστής. Ο πυκνός θερμός ατμός μπορεί να δημιουργήσει βλάβη (παραµόρφωση) στο κάλυµµα του ΗΡ στροβίλου Γενικά: Γρήγορη απόκριση (καλή ροπή) αλλά όχι μεγάλη ισχύς.

43 Συγκριτικά Στοιχεία Κινητήρων- Αναπόδιση ΑΡΓΟΣΤΡΟΦΟΣ 2-Χ DIESEL 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page Κόβονται πετρέλαια 2. Κινητήρας ακολουθεί ροπή ανάποδα λόγω τριβών 3. 40% rpm : Αέρας ανάποδα 4. 30% rpm: πετρέλαια (ανάποδα) 5. Αρχικά η ροπή είναι μικρή αλλά τελικά Τπρόσω = Τ Πιθανόν προβλήματα µε υπερπλήρωση στην μεταβατική κατάσταση. Χρήση ηλεκτρικών φυσητήρων εν σειρά Παλαιότερα, προβλήματα λόγω κοπώσεως χιτωνίων από το θερμικό shock του (κρύου) αέρα ανάποδα

44 Συγκριτικά Στοιχεία Κινητήρων- Αναπόδιση Diesel µε μειωτήρα 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page Κινητήρας αναστρέψιμος (αέρα) 2. Μειωτήρας και συμπλέκτη ανάποδα (Ρεβέρσα).Ο συμπλέκτης τοποθετείται στον υψηλόστροφο άξονα ώστε να μεταφέρει λιγότερη ροπή Συμπλέκτες Τριβής Υδραυλικοί Ηλεκτρικοί

45 Μεταβολή ισχύος-φόρτιση Κινητήρα 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 45 Αλλαγή ισχύος κινητήρων --> Μεταβολή θερμοκρασίας Θερμική Αδράνεια Διαφορική διαστολή Ανόμοια θέρμανση Aτμός σε κρύο στρόβιλο Θερμικές τάσεις Μηχανικές τάσεις από συµπυκνωµένο ατμό Πιθανή στρέβλωση κελύφους Θερμικές τάσεις > Κόπωση > Αστοχία Προβλήματα κοπώσεως και ρηγμάτων λόγω κυκλικής μεταβολής ισχύος (αέρας εκκινήσεως στα χιτώνια Diesel) Εναλλάκτης (Regenerator) αεριοστροβίλου Προβλήματα λόγω απότομης αυξήσεως θερμοκρασίας κατά την εκκίνηση Προθέρμανση: (ενδεικτικές τιμές) Ατµοστρόβιλοι, Αργόστροφοι Diesel 4-8 h Μεσότροφοι Diesel 0.5 h Αεριοστρόβιλοι Αεροπορικοί 5 min, Βιομηχανικοί 1 h

46 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 46 Εγκαταστάσεις Κόστος Καυσίμου Κύριο κριτήριο για τη αγορά: Ιξώδες (και τύπος) καυσίμου Στοιχεία όπως περιεκτικότητα σε θείο, βανάδιο κλπ δεν αναφέρονται. Ιξώδες συνήθως σε κλίμακα: Redwood / Centistokes Το βανάδιο επηρεάζει όλα τα εξαρτήματα υψηλής θερμοκρασίας: -Υπερθερµαντήρα -Λέβητα - Πτερύγια αεριοστρόβιλου - Βαλβίδες εξαγωγής στη DieseI (Δημιουργία οξειδίου V205 επιταχύνει την οξείδωση και θερμή διάβρωση των μεταλλικών επιφανειών) Το θείο σε ευνοϊκές συνθήκες σε συνδυασμό µε το Η2Ο από την καύση, δημιουργεί H 2 S0 4 που διαβρώνει μεταλλικές επιφάνειες. Τα στοιχεία που πρέπει να ληφθούν υπ'όψιν σχετικά µε την κατανάλωση καυσίμου: 1. Ώρες χρήσης / έτος π.χ. Για bulk carrier: ημέρες / έτος Για cargo liner: ημέρες / έτος 2. Τύπος καυσίμου 3. Ειδική κατανάλωση κύριας μηχανής βοηθητικών µηχανηµάτων Συνολική κατανάλωση λιπαντικών 4. Τυχόν ειδικοί παράγοντες

47 Σύγκριση κατανάλωσης Α/Σ με Diesel 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 47

48 Ατμοστρόβιλος Κόστος Καυσίμου 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 48 Το χειρότερο καύσιμο 850 cst Κατανάλωση υψηλότερη από αργόστροφη Diesel : 210 g / KW.hr Κατανάλωση λαδιού ασήμαντη Αργόστροφη 2-Χ Diesel Μέγιστο όριο ιξώδους 600cSt Πρακτικά ευρύτερη χρήση : IFO 380 Για λόγους ευκολίας υλικονοµικής υποστήριξης Κατανάλωση ~170 g / KW.hr + 5% για στροβιλογεννήτρια ή ντηζελογεννήτρια (Γεννήτρια άξονα ή στρόβιλος λέβητα καυσαερίων περιέχονται στην βασική τιμή) Το τµήµα καύσεως διαχωρίζεται από το μηχανικό µέρος µε ένα διάφραγµα. Για να εξουδετερωθούν τα όξινα προϊόντα και τα κατάλοιπα, χρησιμοποιείται αλκαλικό λιπαντικό στον κύλινδρο που χάνεται (καίγεται και απορρίπτεται) Το διάφραγµα προστατεύει το λιπαντικό των μηχανικών τµηµάτων στο κάρτερ (ελαιολεκάνη)

49 Κόστος Καυσίμου Μεσόστροφοι Diesel 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 49 Ειδική κατανάλωση > 180 g / KW.hr Ιξώδες έχει αυξηθεί Οριακά μέχρι 700 cst Με IFO 380 μπορεί να τροφοδοτηθούν η κύρια μηχανή (βραδύστροφη) και οι ντηζελογεννήτριες ( µεσόστροφες) πλοίο ενός καυσίμου: unifuel Προσοχή όμως στον καθαρισμό καυσίμου! Προβλήματα αυξημένων φθορών από την παρουσία Cat-(aIytic) fines σε ποσοστό > 330 ppm Ιδιαίτερα σκληρά υπολείµµατα καταλυτών που χρησιμοποιούνται στην διύλιση του πετρελαίου Μίξη καυσίμου (FueI blending) διαφορετικών ποιοτήτων (το χειρότερο είναι και φθηνότερο) Λόγω κατασκευής το λιπαντικό µολύνεται από τα προϊόντα καύσεως Συχνότερες αλλαγές λιπαντικού + 1 % κατανάλωση καυσίμου + 10% κόστος λόγω αυξημένου κόστους λιπαντικού

50 Κόστος Καυσίμου 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 50 Αεριοστρόβιλοι 1. «Αεροπορικοί» Καύσιμο: κηροζίνη (+50% κόστος) Κατανάλωση λιπαντικού ασήμαντη Λιγότερα βοηθητικά µηχανήµατα Ειδική κατανάλωση = 250g/KWh 2. «Βιομηχανικοί» Καύσιμο 400 cst (χωρίς Βανάδιο) Κατανάλωση = 260g/KWh

51 Ατμοστρόβιλος Λειτουργία Σε Μερικό Φορτίο (Μειωμένη Ισχύ) 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 51 Diesel Σε 50% μείωση φορτίου η ειδική κατανάλωση αυξάνει % Προσοχή σε μείωση ταχύτητας πλοίου για μείωση κατανάλωσης (slow steaming) Αεριοστρόβιλος Για 50% φορτίο + 30% ειδ. Κατανάλωση Σημαντική αύξηση της ειδ. καταναλώσεως µε μείωση ισχύος (σε περιοχές off design) (εκτός βέλτιστου σημείου σχεδιασμού)

52 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 52 Εγκαταστάσεις Συγκριτικά Στοιχεία Κινητήρων: Βάρος Τα µηχανήµατα και το καύσιμο πρέπει να θεωρηθούν ως η «άεργος μάζα» που πρέπει να μεταφερθεί χωρίς κέρδος. Βάρος Τα στοιχεία που δίδονται περιλαμβάνουν: - Κύρια μηχανή + παρελκόμενα - Βοηθητικά µηχανήµατα - Γεννήτριες - Άξονα + έλικα - Καπνοδόχους κλπ Οι τιμές είναι μόνο για σύγκριση Ατμοστρόβιλος 65 kg / kw Λέβητας + Καπνοδόχοι + Αεραγωγοί ~ 30 % συνολικού βάρους Στρόβιλος + Μειωτήρας + Ψυγείο ~ 15% Αργόστροφη Diesel ~ 90 kg / kw Μεσόστροφη Diesel ~ 55 kg / kw Βοηθητικά µηχανήµατα και παρελκόμενα Κ.Μ. ~ 60 + % συνολικά Αεριοστρόβιλος 50 kg / kw (βιομηχανικού τύπου) Το βάρος καυσίμου πρέπει να προστεθεί!

53 Συγκριτικά Στοιχεία Κινητήρων: Απαιτούμενος Χώρος 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 53 Απαιτούμενο μήκος μηχανοστασίου: Ατμοστρόβιλος 700 kw / m Αργόστροφη Diesel 600 kw / m Μεσόστροφη Diesel 1000 kw / m Η απαίτηση να μπορούν να αφαιρεθούν όλα τα εξαρτήματα της μηχανής µε γερανό καθαρίζει το ύψος μηχανοστασίου. Κρίσιμο στην περίπτωση αργόστροφης Diesel λόγω ύψους εμβόλου + βάκτρου Γι' αυτούς τους κινητήρες το μήκος μηχανοστασίου εξαρτάται από το μήκος του κινητήρα. Επίσης η μεγαλύτερη κατανάλωση αέρα ( 2-Χ, αποπλύση, Α / F ~ 3040) απαιτεί μεγαλύτερους αεραγωγούς από ότι στον ατμοστρόβιλο Σε εγκαταστάσεις ατμοστρόβιλου ένας λέβητας είναι πιο οικονομικός και καταλαμβάνει λιγότερο χώρο. Αλλά για περισσότερη αξιοπιστία πιθανόν δύο λέβητες, ίσως σε διάταξη "πατέρας- γιος" Σε πλοία µε απαιτήσεις χαμηλού μηχανοστασίου όπως RORO, ferries χρησιμοποιούνται µεσόστροφες ή πολύστροφες Diesel

54 Αξιοπιστία Κινητήρων 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 54 Ποιότητα µηχανηµάτων και εξαρτημάτων Κόστος σταµατηµένου πλοίου >$ 3 ΤΟΝ / μήνα (δηλ. για TONS >$ / ημέρα) Αξιοπιστία: Πιθανότητα ότι δεν θα υπάρξει αστοχία μέσα σε χρόνο t. Αναµενόµενη συχνότητα βλαβών λ βλάβες / μονάδα χρόνου Αξιοπιστία R = e -λτ (R = Iim N λειτουργούντων /Ν συνολικό ) Μέσος χρόνος μεταξύ βλαβών (MTBF) = 1 / λ Καμπύλη μπανιέρας (bath tub) Σηµ.: Οι κινητήρες Diesel ελέγχονται στην κλίνη δοκιμών του κατασκευαστή και µετά στέλνονται στο ναυπηγείο. Οι εγκαταστάσεις ατμοστρόβιλων δεν μπορούν να ελεγχθούν πριν μπουν στο πλοίο.

55 Αξιοπιστία Κινητήρων Σύνθετα συστήματα (διπλά, πολλαπλά) R = 0.9 (Αναξιοπιστία 10%) 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 55 Rσυνολ = 2 R-R 2 = 0.99 (Αναξιοπιστία 1%) (δηλ., 10-πλάσια αύξηση της πιθανότητας επιβίωσης) Συστήματα σειράς (π.χ αξονικό): Βλάβη ενός βλάβη συστήματος Rσυνολ = R1.R2.R3 Συστήματα με εφεδρεία: - Παράλληλα (λειτουργούν όλα) - Stand-by (Αναμονή) (λειτουργούν ορισμένα) Βλάβη όλων βλάβη συστήματος Αναξιοπιστία Q=1-R Qσυνολ.=Q1.Q2 Προγραµµατισµένη συντήρηση Δυναμική συντήρηση µε συνεχή παρακολούθηση καταστάσεως και έλεγχο µηχανηµάτων (Conditioning monitoring and Control) Επισκευασιµότητα (Maintainability) Πλήρης επισκευή σε Δt Διαθεσιμότητα (Availability) Πιθανότητα ικανοποιητικής λειτουργίας

56 Shop Tests-Installation-Transport-Sea Trials 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 56

57 Shop Tests-Installation-Transport-Sea Trials 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page Engine on Test bed (Shop Tests) 2. Engine Transfer to Shipyard 4. Engine Tests at Sea Trials 3. Engine Erection at Shipyard

58 29/09/2017 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 58