Ζητούνται: β 2 ) Η μέση πίεση του κινητήρα στο σημείο αυτό ως ποσοστό της μέγιστης μέσης πίεσης του κινητήρα;

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Ζητούνται: β 2 ) Η μέση πίεση του κινητήρα στο σημείο αυτό ως ποσοστό της μέγιστης μέσης πίεσης του κινητήρα;"

Αθάμας Βυζάντιος
6 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Άσκηση 1.6 Για την πρόωση φορτηγού πλοίου και την παραγωγή ηλεκτρικής ισχύος εγκαθίσταται 2-Χ κινητήρας Diesel μέγιστης συνεχούς ισχύος (MCR) kw. Η ισχύς αυτή αφ ενός καλύπτει τις απαιτήσεις της έλικας σε ρυπασμένη κατάσταση (περιλαμβάνοντας προσαύξηση 25% σε ισχύ και 3% σε στροφές), αφ ετέρου εξυπηρετεί γεννήτρια που παράγει συνολικό φορτίο 1100 ekw. Στις συνθήκες αυτές, η έλικα του πλοίου κινείται με 90 RPM προσδίδοντας στο πλοίο ταχύτητα 17 κόμβων. Η εξαρτημένη γεννήτρια συνδέεται στον άξονα της κύριας μηχανής με συμπλέκτη ο οποίος δίδει τη δυνατότητα αποσύνδεσής της. Δίδεται το διάγραμμα φόρτισης του κινητήρα Ο βαθμός απόδοσης της γεννήτριας είναι n g = Iσχύει ο νόμος της έλικας. Ζητούνται: α 1 ) Η μέγιστη περιστροφική ταχύτητα την οποία μπορεί να αναπτύξει η έλικα με το πλοίο, πλήρως φορτωμένο, σε κατάσταση δοκιμών χωρίς να υπερφορτωθεί ο κινητήρας, με την προυπόθεση ότι η γεννήτρια εργάζεται στο ονομαστικό φορτίο της. α 2 ) Η μέση πίεση του κινητήρα στο σημείο αυτό ως ποσοστό της μέγιστης μέσης πίεσης του κινητήρα. Στο πλοίο είναι επίσης εγκατεστημένα 2 ανεξάρτητα ηλεκτροπαραγωγά ζεύγη που υπερκαλύπτουν την παραγωγή ηλεκτρικής ισχύος της εξαρτημένης γεννήτριας. Αν απεξαρτηθεί η γεννήτρια άξονα και η περίσσεια ισχύος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την πρόωση του πλοίου, ζητούνται για την ρυπασμένη κατάσταση: β 1 ) Η μέγιστη ταχύτητα την οποία μπορεί να αναπτύξει το πλοίο μέσα στα όρια της μηχανής. β 2 ) Η μέση πίεση του κινητήρα στο σημείο αυτό ως ποσοστό της μέγιστης μέσης πίεσης του κινητήρα;

2 Θέμα 1ο - Διάγραμμα φόρτισης Ισχύς, kw Στροφές, RPM Λύση: α) H μηχανική ισχύς την οποία καταναλώνει η εξαρτημένη γεννήτρια μπορεί να υπολογιστεί: P G = 1100 / = kw Επομένως η συνολική ισχύς η οποία είναι διαθέσιμη για πρόωση είναι: P p = = kw Σε κατάσταση καθαρής γάστρας και έλικας (κατάσταση δοκιμών), η απαιτούμενη για την πρόωση ισχύς και οι ανάλογες στροφές της έλικας είναι: P Κ = 17800/1.25 = kw n K = 90/1.03 = RPM Για τον έλεγχο της μέγιστης ταχύτητας την οποία μπορεί να αναπτύξει ο κινητήρας σε κατάσταση δοκιμών αρκεί να χαράξουμε την αντίστοιχη καμπύλη απαίτησης της έλικας. Για 94 RPM (που αναλογούν στις μέγιστες στροφές του κινητήρα) το πλοίο σε κατάσταση δοκιμών απαιτεί P n=94 = / (87.38) 3 x 94 3 = kw < kw

3 Επομένως υπάρχει περιθώριο ισχύος 1200 kw για την γεννήτρια και επομένως η μέγιστη περιστροφική ταχύτητα του κινητήρα σε κατάσταση δοκιμών είναι 94 RPM. Η μέση πίεση του κινητήρα στο σημείο αυτό (έστω 1) μπορεί να υπολογιστεί: P N p =p = p ON ON PON NON β) Στην ρυπασμένη κατάσταση ο νόμος της έλικας μπορεί να περιγραφεί από τη σχέση: P p = c n p 3 => c = P = c n => n = P / c = RPM 3 3 max max max max Επομένως η μέγιστη ισχύς του κινητήρα μπορεί να απορροφηθεί από την έλικα στις RPM. Η ταχύτητα του πλοίου στις στροφές αυτές θα είναι: V max = V x / 90 = knots H ανάλογη μέση πίεση στην κατάσταση αυτή (έστω 2), θα είναι : Ισχύς, kw Σχήμα P N p =p =0.978 p ON ON PON NON Άσκηση Διάγραμμα φόρτισης Στροφές, RPM Κατάσταση δοκιμών Ρυπασμένη κατάσταση

4 Άσκηση 6.5 Για την πρόωση tanker εξετάζεται η επιλογή 2-Χ κινητήρα Diesel ο οποίος όταν δοκιμάστηκε στην κλίνη δοκιμών του κατασκευαστή υπό πρότυπες συνθήκες (ISO 3046/1 : θερμοκρασία αέρα περιβάλλοντος 25 ο C, θερμοκρασία θαλασσινού νερού 25 ο C ), μετρήθηκαν τα παρακάτω στοιχεία: Μέγιστη ισχύς πέδης του κινητήρα, P=9700 kw. Ειδική κατανάλωση κανονικού καυσίμου (DMX Marine Diesel), b e =183gr/kWh H θερμοκρασία των καυσαερίων στην έξοδο του στροβιλουπερπληρωτή ήταν 327 ο C και η παροχή τους kg/h. Η ισχύς ακτινοβολίας του κινητήρα ήταν 1% της ισχύος καυσίμου. Οι πραγματικές συνθήκες υπηρεσίας στο πλοίο προδιαγράφουν θερμοκρασία αέρα περιβάλλοντος 42 ο C, θερμοκρασία νερού θαλάσσης 30 o C και χρήση βαρέος καυσίμου θερμογόνου δύναμης kj/kg. Ζητούνται: α) Ο Θερμικός Ισολογισμός του κινητήρα στις συνθήκες υπηρεσίας. β) Να εξεταστεί αν η ισχύς των καυσαερίων του κινητήρα επαρκεί για την παραγωγή κορεσμένου ατμού 7500 kg/h και πίεσης 11 bar, δεδομένου ότι η ελάχιστη θερμοκρασία των καυσαερίων στην καπνοδόχο μετά το λέβητα πρέπει να είναι για λόγους αντοχής σε διάβρωση τουλάχιστον 185 ο C και τo τροφοδοτικό νερό εισέρχεται στο λέβητα σε θερμοκρασία 55 ο C; Λύση: α) Στις συνθήκες υπηρεσίας η θερμοκρασιακή διαφορά του αέρα υπερπλήρωσης και του νερού ψύξεως είναι: ΔΤ αέρα = 17 ο C ΔΤ νερού = 17 ο C Από το βιβλίο «Μέθοδος Προμελέτης Ναυτικών Συστημάτων με κινητήρες Diesel» μπορούν να υπολογιστούν οι διαφορές στην ειδική κατανάλωση καυσίμου και την παροχή και θερμοκρασία των καυσαερίων του κινητήρα. Σημειώνεται ότι τέτοιες προσεγγιστικές εκτιμήσεις πρέπει να γίνονται μόνο όταν δεν υπάρχουν πραγματικά στοιχεία του κινητήρα από το εγχειρίδιο του κατασκευαστή του. Διορθώσεις στην ειδική κατανάλωση καυσίμου: Για ΔΤ αέρα =10 ο C έχουμε αύξηση της ειδικής κατανάλωσης καυσίμου 0,7% και έτσι για ΔΤ αέρα =17 ο C θα έχουμε αύξηση της ειδικής κατανάλωσης καυσίμου 1,2%. Για ΔΤ νερού = 10 ο C έχουμε αύξηση της ειδικής κατανάλωσης καυσίμου 0,4% και έτσι για ΔΤ νερού = 5 ο C θα έχουμε αύξηση της ειδικής κατανάλωσης καυσίμου 0,2%. Για χρήση διαφορετικού καυσίμου από αυτό των δοκιμών έχουμε μεταβολή της ειδικής κατανάλωσης καυσίμου κατά το λόγο Η u /H u-tests =42700/39500=1,081 δηλαδή αύξηση 8,1%. Έτσι η διορθωμένη ειδική κατανάλωση καυσίμου προκύπτει: Άρα: b e = b e b e b e b e = gr/kwh

5 n e = 3600/ (b e xh u )= (3600/ (0, x 39500) = Διορθώσεις στην παροχή καυσαερίων: Για ΔΤ αέρα έχουμε μεταβολή της παροχής καυσαερίων κατά το λόγο Τ air-tests / Τ air =273+25/273+42=0.946 δηλαδή μείωση 5,4%. Για ΔΤ νερού = 10 ο C έχουμε αύξηση της παροχής καυσαερίων 1,3% και έτσι για ΔΤ νερού = 5 ο C θα έχουμε αύξηση της παροχής καυσαερίων 0,65%. Για χρήση διαφορετικού καυσίμου από αυτό των δοκιμών έχουμε μεταβολή της παροχής καυσίμου Δm B = m B - m B Η παροχή καυσίμου κανονικού καυσίμου στις συνθήκες δοκιμών είναι: m B = be x P e =0.183x9700= kg/h Η διορθωμένη παροχή βαρέος καυσίμου στις συνθήκες υπηρεσίας μπορεί να υπολογιστεί ως εξής: m B = be x P e = kg/h και έτσι Δm B = 1943,7-1775,1=168,6 kg/h Συνεπώς η διορθωμένη παροχή καυσαερίων είναι: m K = m K 0,054 m K 0,0065 m K = 61236,1 kg/h Διορθώσεις στη θερμοκρασία καυσαερίων: Θεωρούμε ότι η θερμοκρασία των καυσαερίων αυξάνεται κατά 1,75 o C για κάθε 1 o C αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα εισαγωγής και κατά 4,5 o C για κάθε 1 o C αύξηση της θερμοκρασίας του νερού ψύξης. t KD = t KD + 17x ,5/2 = 359 o C H ισχύς καυσαερίων του κινητήρα στις πραγματικές συνθήκες λειτουργίας είναι: m g ( t' KD -t 0 ) 1 c + p (359 42) m + B a = = = H u Η ισχύς ψύξεως του κινητήρα μπορεί να υπολογισθεί από θερμικό ισολογισμό του κινητήρα και είναι: k = 1 n e a r = β) Αρκεί να κάνουμε θερμικό ισολογισμό στον λέβητα καυσαερίων: m (h -h ) = m c (t -185) m = kg/h A A N K p kd A όπου τα διάφορα μεγέθη υπολογίζονται και παρουσιάζονται παρακάτω, ενώ για λόγους απλούστευσης λαμβάνουμε βαθμό απόδοσης του λέβητα ίσο με τη μονάδα: h A = 2775 kj/kg h N = kj/kg c p = Άρα η ισχύς καυσαερίων δεν επαρκεί για την παραγωγή 7500 kg/h ατμού.

Σχετικά έγγραφα

Εγκαταστάσεις 31/10/2016 Εγκαταστάσεις Πρόωσης Μ. Φωτεινός Page 1. Πρόωσης. Θέμα. Μιχάλης Φωτεινός (ΥΔ)

Εγκαταστάσεις 31/10/2016 Εγκαταστάσεις Μ. Φωτεινός Page 1 Θέμα Μιχάλης Φωτεινός (ΥΔ) Γραφείο Α8, 210-7721132 m.foteinos@lme.ntua.gr Διανομή Σημειώσεων, Βοηθημάτων 31/10/2016 Εγκαταστάσεις Μ. Φωτεινός Page