ΑΚΑΔΗΜΙΑ ΕΜΠΟΡΙΚΟΥ ΝΑΥΤΙΚΟΥ ΚΡΗΤΗΣ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ΠΛΟΙΩΝ Α.Μ.: 2138

Transcript

1 ΑΚΑΔΗΜΙΑ ΕΜΠΟΡΙΚΟΥ ΝΑΥΤΙΚΟΥ ΚΡΗΤΗΣ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ΠΛΟΙΩΝ ΣΠΟΥΔΑΣΤΗΣ: ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΣΗΦΑΝΤΩΝΑΚΗΣ Α.Μ.: 2138 ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Δρ. ΕΥΑΓΓΕΛΟΣ ΚΑΝΑΚΑΚΗΣ ΒΕΒΑΙΩΝΕΤΑΙ ΟΤΙ Η ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΕΙΝΑΙ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΗ ΧΑΝΙΑ

2 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην παρούσα πτυχιακή εργασία θα περιγράψουμε το σύστημα μετάδοσης της κίνησης στα πλοία, από τη μηχανή του πλοίου έως την μεταφορά της ισχύος στην έλικα, με απώτερο σκοπό την κίνηση του πλοίου μέσα στο νερό, προς όλες τις κατευθύνσεις. Για την μετάδοση περιστροφικής κίνησης και την μεταφορά ισχύος στις ναυτικές εγκαταστάσεις, από την προωστήρια μηχανή δηλαδή από την άτρακτο της κύριας μηχανής μέχρι την έλικα, παρεμβάλλεται το σύστημα μετάδοσης κίνησης. Τέτοια συστήματα περιλαμβάνουν: τον άξονα, τους μειωτήρες στροφών, τους συνδέσμους και τον συμπλέκτη, τον ωστικό τριβέα, την έλικα κ.τ.λ. Τα συστήματα μετάδοσης προς την έλικα διακρίνονται ανάλογα με την προωστήρια μηχανή και εγκατάσταση: σε συστήματα άμεσης μετάδοσης και έμμεσης μετάδοσης. Η μετάδοση γίνεται είτε απευθείας από την μηχανή στην έλικα είτε μέσω διαφόρων συστημάτων όπως μειωτήρες στροφών, υδραυλικοί συμπλέκτες και σύνδεσμοι. Αρχικά γίνεται μια αναφορά της άμεσης και έμμεσης μετάδοσης της κίνησης των πλοίων παραθέτοντας τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα τους. Στη συνέχεια γίνεται μια αναφορά στη λειτουργία της έλικας και τον ρόλος της στην πορεία του πλοίου, που είναι ο δεύτερος σε σημασία μετά την ισχύ της ώθησης, αφού η έλικα είναι ο συνδετικός κρίκος του κινητήρα με το νερό. Έπειτα γίνεται μια ιστορική αναδρομή για την κατασκευή της διαχρονικά και τα διάφορα υλικά με τα οποία συναντάται. Επίσης, εκτενής αναφορά γίνεται για τους μειωτήρες στροφών - δηλαδή τους διάφορους συνδυασμούς οδοντωτών τροχών που παρεμβάλλονται κατά τη μετάδοση της περιστροφικής κίνησης - την χρήση τους στις μηχανές των πλοίων και τα πλεονεκτήματα των διάφορων ειδών. Στο ίδιο κεφάλαιο αναφέρονται ο πλανητικός φορέας, τους οδοντωτούς τροχούς (γρανάζια), ο συμπλέκτης, καθώς και η λίπανση και η συντήρηση τους συστήματος. Στη συνέχεια, περιγράφεται η λειτουργία του Ωστικού τριβέα, δηλαδή του εξαρτήματος που παραλαμβάνει τις αξονικές ώσεις της έλικας, πρόσω ή ανάποδα, και τις διαβιβάζει στο πλοίο. Περαιτέρω αναλύεται ο ωστικός τριβέας Michel Kingsburry, ο οποίος είναι ο μοναδικός επικρατέστερος ωστικός τριβέας που χρησιμοποιείται στις σημερινές εγκαταστάσεις γιατί αποτελεί την τελειότερη κατασκευή από τους άλλους. Στο επόμενο κεφάλαιο περιγράφεται αναλυτικά ο ελικοφόρος άξονας, δηλαδή το αξονικό σύστημα του πλοίου που μεταφέρει την ισχύ από την παραγωγή (κύρια μηχανή πρόωσης) στην κατανάλωση (έλικα του πλοίου). Επιπροσθέτως, μεταφέρει την παραγόμενη από την έλικα πρόωση στο σημείο παραλαβής της από το πλοίο (ωστικό έδρανο). Στο ίδιο κεφάλαιο αναλύονται οι ακόλουθοι όροι: τα ωστικά έδρανα, τα έδρανα άξονα, το έδρανο στορέα ελικοφόρου άξονα, η σπηλαίωση, η περιστροφή, η στεγανοποίηση, η κίνηση, η τοποθέτηση, ο έλεγχος, η αντικατάσταση και η επισκευή της έλικας και το είδος του βήματος. Επίσης αναλύεται ο έλεγχος, η αντικατάσταση και το είδος του άξονα. Ακολούθως αναφορά γίνεται στο αζιμουθιακό σύστημα πρόωσης και γενικά τη δομή του ηλεκτρικού δικτύου πρόωσης με τους αντίστοιχους μετασχηματιστές και τα οφέλη τους σε σχέση με τα παραδοσιακά είδη κίνησης. Ένα αζιμουθιακό σύστημα πρόωσης επιτρέπει στην κατεύθυνση της ροής νερού από την έλικα να περιστραφεί γύρω από έναν οριζόντιο άξονα. Οι αζιμουθιακοί προωστήρες αρχικά χρησιμοποιούνταν για να κρατούν σταθερή τη θέση ενός πλοίου και για τους ελιγμούς του. Τα τελευταία χρόνια ο συνδυασμός τους με την ηλεκτρική πρόωση οδήγησε και στην εφαρμογή τους ως κυρία μέσα πρόωσης. Στην τελευταία ενότητα της πτυχιακής εργασίας αυτής θα δούμε πως λειτουργούν τα συστήματα ώθησης με αντλίες εκτόξευσης της έλικα με ακροφύσιο (jet), τον τρόπο λειτουργίας σε υψηλές και χαμηλές ταχύτητες, τα μειονεκτήματα και τα πλεονεκτήματα τους συστήματος ώθηση με ακροφύσιο. 2

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ... 2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ... 3 ΠΙΝΑΚΑΣ ΕΙΚΟΝΩΝ... 6 Κεφάλαιο 1: ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΚΙΝΗΣΗΣ Είδη μετάδοσης κίνησης... 9 Άμεση μετάδοση... 9 Έμμεση μετάδοση Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα των δύο τύπων μετάδοσης Έλικα Ιστορία Λειτουργία της έλικας Το υλικό κατασκευής της έλικας Ονομαστική ισχύς του κινητήρα Η άμεση κίνηση από συνδυασμό μονάδων παραγωγής περιστροφικής κίνησης Κεφάλαιο 2: ΜΕΙΩΤΗΡΕΣ Είδη μειωτήρων Πλανητικός φορέας Μεσαίου μεγέθους μειωτήρες μεταβλητού και σταθερού βήματος της έλικας Κύρια πλεονεκτήματα: Μειωτήρες Μείωσης ενός σταδίου Γενικά χαρακτηρίστηκα των μειωτήρων Τεχνική προδιαγραφή αξόνων Περίβλημα Έδρανα Οδοντωτοί τροχοί (Γρανάζια) Λίπανση και έλεγχος του συστήματος Συμπλέκτης Κεφάλαιο 3. ΩΣΤΙΚΟΣ ΤΡΙΒΕΑΣ Ο ωστικός τριβέα τύπου Michel Kingsburry Ωστικός τριβέας τύπου Michel Kingsburry Γενική επίδραση των ωστικών εδράνων (pad thrust): Επίδραση της ταχύτητας και φορτίου Κεφαλαία 4. ΕΛΙΚΟΦΟΡΟΣ ΑΞΟΝΑΣ Σύστημα μετάδοσης κίνησης του ελικοφόρου άξονα Ελικοφόρος άξονας

4 2. Ωστικά έδρανα Έδρανα Γενικά για τα Έδρανα Έδρανο στορέα ελικοφόρου άξονα (stern tube) Σύστημα λαδιού με γλυκού νερού Σύστημα αέρα και λαδιού με θαλασσινού νερού Ενδιάμεσο Έδρανο του άξονα Στεγανοποίηση των εδράνων του άξονα της έλικας Συντελεστές επιρροής Αντιδράσεις εδράνων Σημείο διπλής επαφής άξονα εδράνου Ενδιάμεσος άξονας Ευθυγράμμιση άξονα Βλάβες του πρυμναίου αγωγού Κεφάλαιο 5: Έλικα Έλικα Σύνδεση έλικας Έλικα μεταβλητού και σταθερού βήματος Σπηλαίωση Τα αίτια της σπηλαίωσης Οι συνέπειες της σπηλαίωσης Συντήρηση της έλικας Κεφάλαιο 6. ΑΖΙΜΟΥΘΙΑΚΟΙ ΠΡΟΩΣΤΗΡΕΣ Αζιμουθιακό σύστημα πρόωσης Ηλεκτροκίνηση Ενιαίος σχεδιασμός ηλεκτρικού κινητήρα παραγωγής κίνησης Κατάλληλος μετατροπέας χωρίς μετασχηματιστή Σχεδιασμός πολλαπλών ηλεκτρικών κινητήρων παραγωγής κίνησης Προηγμένη μονάδα κονσόλα διακομιστή Advanced Console Server (ACS) Υψηλή απόδοση με Άμεσο Έλεγχο Ροπής (DTC) Βασικά χαρακτηριστικά και τα οφέλη Διαμόρφωση Εγκατάσταση πρόωσης με ηλεκτρική ενέργεια για μεταφορά και εξυπηρέτηση των πλοίων Κύρια πρόωση με προωθητήρες: μετασχηματιστής πολλαπλών εννοιών ηλεκτρικών κινητήρων Κεφαλαίο 7. ΣΥΣΤΗΜΑ ΩΘΗΣΗΣ ΜΕ ΑΝΤΛΙΑ ΕΚΤΟΞΕΥΣΗΣ Σύστημα ώθησης με ακροφύσιο

5 Ιστορική αναδρομή Τρόπος λειτουργίας Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

6 ΠΙΝΑΚΑΣ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα 1: Σύστημα μετάδοσης κίνησης Εικόνα 2: Σύστημα άμεσης μετάδοσης Εικόνα 3: Σύστημα έμμεσης μετάδοσης Εικόνα 4: Έλικα πλοίου Εικόνα 5: Ιστορική εξέλιξη της έλικας Εικόνα 6: Σύγχρονοι τύποι πτερύγιων Εικόνα 7: Μεγιστη απόδοση της έλικας σε σχέση με την ταχύτητα Εικόνα 8: Εγκατάσταση Α (άμεσης) και Β (έμμεσης) μετάδοσης Εικόνα 9: Ειδική κατανάλωση καύσιμου σε σχέση με το φορτίο Εικόνα 10: Μειωτήρας στροφών Εικόνα 11: Πλανητικός φορέας Εικόνα 12: Στεγανοποιήσεις άξονα μειωτήρα Εικόνα 13: Μειωτήρας στροφών Εικόνα 14: Σύνδεση μειωτήρα με ελικοφόρο άξονα Εικόνα 15: Κιβώτια ταχυτήτων με αναλογίες έως 6: Εικόνα 16: Μεσαίου μεγέθους μειωτήρες για μεταβλητό και σταθερό βήμα Εικόνα 17: Τύποι μειωτήρων Εικόνα 18: Τύποι μειωτήρων Εικόνα 19: Διαστάσεις και Βάρη Εικόνα 20: Πίεσης ανά χρόνου για την σύνδεση και την αποσύνδεση του μειωτήρα Εικόνα 21: Πρώτη εφαρμογή ωστικού τριβέα με δακτυλίους Εικόνα 22: Ωστικός τριβέας με πέταλα ωθήσεως Εικόνα 23: Ωστικός τριβέας τύπου Michel Kingsburry Εικόνα 24: Ωστικός τριβέας τύπου Michel Kingsburry Εικόνα 25: Επίδραση της ταχύτητας και φορτίου Εικόνα 26: Ο ρυθμός αύξησης της θερμοκρασίας σε υψηλές ταχύτητες Εικόνα 27: Το σύστημα τροφοδοσίας λαδιού Εικόνα 28: Η επίδραση της ποσότητας του λαδιού στη μέγιστη θερμοκρασία Εικόνα 29: Μεγίστη θερμοκρασία στα τακάκια σε σχέση με την ροη του λαδιού ανά λεπτό. 37 Εικόνα 30: Τυπικό αξονικό σύστημα πλοίου. Μεταφορά ισχύος από την κύρια μηχανή στην έλικα Εικόνα 31: Σύστημα μετάδοσης κίνησης Εικόνα 32: Ωστικό έδρανο Εικόνα 33: Σύστημα λαδιού στεγανοποιήσεως του πρυμναίου αγωγού Εικόνα 34: Σύστημα λίπανσης και ψύξης σε τομή του πρυμναίου αγωγού

7 Εικόνα 35: Σύστημα λίπανσης και ψύξης του πρυμναίου αγωγού Εικόνα 36: Σύστημα τύπου πίεσης σταθερού αέρα Εικόνα 37: Τύπος πίεσης σταθερού αέρα Airspace Seal Εικόνα 38: Τύπος ροής σταθερού αέρα Εικόνα 39: Έδρανο χοάνης Εικόνα 40: Στεγανοποίηση των εδράνων Εικόνα 41: Αντιδράσεις εδράνων Εικόνα 42: Κομβώδης κλίση και εκτροπή κύτους Εικόνα 43: Πρόγραμμα αξιολόγησης πρυμναίου εδράνου Εικόνα 44: Ιδανική περιοχή επαφής εδράνου όπως ασκείται από τον άξονα (μηδενική γωνία κακής ευθυγράμμισης) Εικόνα 45: Το σημείο απλής επαφής επαληθεύεται ικανοποιητικά Εικόνα 46: Αντιδράσεις επαληθευμένα ικανοποιητικές Εικόνα 47: Η ευθυγράμμιση του μπροστινού άκρου και του πρυμναίου ακρου στο σημείο επαφής Εικόνα 48: Τυπικό αυτορυθμιζόμενο έδρανο γραμμής Εικόνα 49: Έδρανα χοάνης Εικόνα 50: Συμπαγής άξονας Εικόνα 51: Άξονας με κοίλος Εικόνα 52: Κομμάτια λευκού μετάλλου στο έδρανο του πρυμναίου αγωγού μετά την αφαίρεση της στεγανοποίησης Εικόνα 53: Η κατάσταση του λευκού μετάλλου του εδράνου όπως βρέθηκε στον πρυμναίο αγωγό Εικόνα 54: Βλάβες του πρυμναίου αγωγού Εικόνα 55: Βλάβες πρυμναίου αγωγού Εικόνα 56: Έδρανα κυλίσεως μετακινημένα από την αρχική τους θέση ως αποτέλεσμα της υψηλής θερμοκρασίας των εδράνων Εικόνα 57: Ελαττωματικά έδρανα κυλίσεως και φθαρμένο κάλυμμα λόγω υπερβολικής τριβής Εικόνα 58: Έλικα σταθερού βήματος Εικόνα 59: Μεταβλητού βήματος έλικα Εικόνα 60: Λειτουργία του μηχανισμού PilgrimNut Εικόνα 61: Σύστημα πρόωσης με έλικα μεταβλητού βήματος Εικόνα 62: Έλικα μεταβλητού βήματος Εικόνα 63: Έλικα μεταβλητού βήματος σε τομή Εικόνα 64: Τομή πτερυγίου έλικας Εικόνα 65: Σχηματική παράσταση του φαινομένου της σπηλαίωσης Εικόνα 66: Συντήρηση της έλικας σε ναυπηγείο Εικόνα 67: Αζιμουθιακός προωστήρας

8 Εικόνα 68: Αζιμουθιακός προωστήρες ΑΒΒ Marine Εικόνα 69: Αζιμουθιακό προωστήριο σύστημα με μια έλικα Εικόνα 70: Αζιμουθιακό προωστήριο σύστημα δύο ελίκων Εικόνα 71: Δομή ηλεκτρικού δικτύου πρόωσης με αζιμουθιακό προωστήρα Εικόνα 72: Ηλεκτρολογική εγκατάσταση για αζιμουθιακή πρόωση Εικόνα 73: Μετατροπέας ολοκληρωμένων πυλών μεταγωγής (VA) ημιαγωγών ισχύος Εικόνα 74: Παραγόμενο ρεύμα για την κίνηση και για την λειτουργιά του πλοίου Εικόνα 75: Δίκτυο ηλεκτρικής εγκαταστάσεως Εικόνα 76: Σύστημα πρόωσης και πρωραία έλικα Εικόνα 77: Στεγανοποίηση αζιμουθιακού προωστήρα Εικόνα 78: Όρια της εκκεντρικότητας: ατέρμονα M1/D7 Walkersele Εικόνα 79: Δακτυλίδια στεγανών Εικόνα 80: Αντλία εκτόξευσης έλικα με ακροφύσιο Εικόνα 81: Διαστάσεις του συστήματος Εικόνα 82-1,2: Σύστημα ώθησης αντλίας εκτοξεύσεως νερού Εικόνα 83: Πιθανές κινήσεις

9 1. Είδη μετάδοσης κίνησης Κεφάλαιο 1: ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΚΙΝΗΣΗΣ Αναφέρονται τα συστήματα της άμεσης και έμμεσης μετάδοσης της κίνησης των πλοίων παραθέτοντας τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα τους. Στην συνέχεια γίνεται μια ιστορική αναδρομή για την έλικα και αναλύεται η σχεδίαση, η κατασκευή, το υλικό κατασκευής και το έργο της έλικας. Τελευταία αναφέρονται τα έδρανα κύλισης, το υλικό της κατασκευής, οι φθορές και οι παράγοντες που της δημιουργούν. Άμεση μετάδοση Το σύστημα αυτό εφαρμόζεται στις αργόστροφες μηχανές ( r.p.m), τις δίχρονες μηχανές (4-12 κυλίνδρων) χωρίς παρεμβολή μειωτήρων οδοντωτών τροχών, μέσω ωστικού τριβέα με συνέπεια λιγότερες απώλειες και μεγαλύτερη απόδοση της έλικας λόγω του χαμηλού αριθμού των στροφών. Η έλικα είναι μεγάλης διαμέτρου και είναι σταθερού βήματος. Σε πιο σύγχρονες εγκαταστάσεις τοποθετούνται και συστήματα σύμπλεξης και αποσύμπλεξης για την μεταφορά της περιστροφικής κίνησης στην γεννήτρια του άξονα. Στις κλασσικές εγκαταστάσεις, με έλικα σταθερού βήματος (Εικόνα 1) το σύστημα μετάδοσης της κίνησης από την κύρια μηχανή αποτελείται από τον ωστικό τριβέα που συνδέεται με τον ενδιάμεσο άξονα και τον τελικό άξονα. Ο ενδιάμεσος άξονας συνδέεται με τον τελικό ελικοφόρο άξονα στον οποίο στερεώνεται η έλικα και σ αυτό το σημείο γίνεται η στεγανοποίησή του. Εικόνα 1: Σύστημα μετάδοσης κίνησης. Ένα κομμάτι του τελικού ελικοφόρου άξονα βρίσκεται μέσα στον στορέα (χοάνη ή χωνί) που είναι τοποθετημένος πάνω στο πλοίο. Ο ενδιάμεσος άξονας με τον τελικό άξονα συνδέονται με την βοήθεια φλαντζών συνδεδεμένων με μπουζόνια. Οι συνδεδεμένες φλάντζες στεγανοποιούν πλήρως τα τμήματα του άξονα. Επίσης ο άξονας στηρίζεται επάνω στα κουζινέτα έδρασης, που εκτός από την στήριξη του, τον κρατούν ουσιαστικά σε μια ευθεία γραμμή μεταξύ της κύριας μηχανής προώθησης και της επιθυμητής τοποθεσίας της έλικας. Σε πιο σύγχρονες εγκαταστάσεις άμεσης μετάδοσης τοποθετούνται και συστήματα με προπέλες μεταβλητού βήματος καθώς και συστήματα που περιλαμβάνουν την γεννήτρια του άξονα. Τα συστήματα αυτά άρχισαν να τοποθετούνται και στις εγκαταστάσεις άμεσης μετάδοσης γιατί αποδείχτηκε ότι οι χειρισμοί της έλικας γίνονται ευκολότεροι και το σύστημα γίνεται πιο ασφαλές. Η γεννήτρια άξονα συνηθίζεται να τοποθετείται σε τέτοια συστήματα. 9

10 Η διάταξη, η στεγανοποίηση και η έδραση του άξονα είναι σχεδόν η ίδια με το κλασσικό σύστημα μετάδοσης, με κάποιες όμως διαφορές ορισμένων ενδιάμεσων συστημάτων, όπως τον μηχανισμό ελέγχου της έλικας, τις διατάξεις που τοποθετούνται, τις αξονικές γεννήτριες των συστημάτων σύμπλεξης και αποσύμπλεξης καθώς και τον μειωτήρα της γεννήτριας για την μεταφορά της περιστροφικής κίνησης από την μηχανή στην γεννήτρια ή το αντίθετο. Το σύστημα αυτό διακρίνεται ως το ασφαλέστερο σύστημα του πλοίου σε περίπτωση βλάβης της κύριας μηχανής. Ο έλεγχος του κινητήρα χρησιμοποιείται για το σύστημα πρόωσης, το οποίο έχει ένα κινητήρα και ένα μονό έλικα. Το σύστημα πρόωσης μπορεί να έχει μια έλικα μεταβλητού βήματος ή έλικα σταθερού βήματος. Ένα σύστημα πρόωσης που χρησιμοποιεί την άμεση μετάδοση (Εικόνα 2). Το σύστημα παρουσιάζεται με μία εύκαμπτη ένωση μεταξύ του κινητήρα και της έλικας. Προστασία παρέχεται στο σύστημα πρόωσης με τον περιορισμό των καυσίμων και την μέτρηση της στρεπτικής ταλάντωσης. Η στρεπτική ταλάντωση προέρχεται από αισθητήρια της ταχύτητας σε κάθε πλευρά του συνδέσμου. Έμμεση μετάδοση (1) Εύκαμπτη ένωση (2)Αισθητήρας ταχύτητας Εικόνα 2: Σύστημα άμεσης μετάδοσης. Η έμμεση μετάδοση χρησιμοποιείται σε μεσόστροφες μηχανές ( r.p.m.) τετράχρονες μη αναστρέψιμες όπου η μετάδοση γίνεται μέσω μειωτήρων (Εικόνα 3) με σχέσεις μειωτήρα όπως 2/1 ή 6/1, για την καλύτερη απόδοση της έλικας. 10

11 Εικόνα 3: Σύστημα έμμεσης μετάδοσης. Ο αριθμός των μηχανών μπορεί να είναι από δύο έως και έξι. Η έμμεση μετάδοση εφαρμόζεται και σε συστήματα ατμοστρόβιλων και αεριοστρόβιλων λόγω του υψηλού αριθμού των στροφών, ή ακόμα και σε πιο σύγχρονες εγκαταστάσεις για τον συνδυασμό δύο διαφορετικών μηχανών όπως αεριοστρόβιλου με τετράχρονη πετρελαιομηχανή (diesel). Σε εγκαταστάσεις με ταχύστροφες και χαμηλότερου των 500 ίππων μηχανές η μετάδοση γίνεται με τον αναστροφέα-μειωτήρα. Το σύστημα αυτό μπορεί να λειτουργήσει και με έλικες μεταβλητού βήματος. Σε μερικά συστήματα έμμεσης μετάδοσης γίνεται η εφαρμογή υδραυλικών συνδέσμων μειωτήρων. Το χαρακτηριστικό αυτό είναι ιδιαίτερα χρήσιμο στις περιπτώσεις που η μηχανή χρησιμοποιείται και για άλλο σκοπό δηλαδή π.χ. και σαν γεννήτρια παραγωγής ρεύματος, εκτός από την πρόωση, ή όταν δύο ή περισσότερες μηχανές χρησιμοποιούνται για την κίνηση ενός ελικοφόρου άξονα. Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα των δύο τύπων μετάδοσης Οι δύο τύποι, άμεσης και έμμεσης μετάδοσης έχουν κάποιες σημαντικές διαφορές μεταξύ τους που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη πριν την εγκατάσταση τους. Συγκρίνοντας μεταξύ τους παρατηρούμε ότι υπάρχουν κάποια πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα τα οποία είναι τα παρακάτω. 1)Η άμεση μετάδοση υπερτερεί της έμμεσης μετάδοσης διότι οι μονάδες που χρειάζονται για την παραγωγή κίνησης, είναι χαμηλότερου κόστους. 2)Η άμεση μετάδοση είναι πιο απλοποιημένη σαν ένα σύνολο μηχανημάτων στο πλοίο, ενώ η έμμεση μετάδοση απαιτεί πιο πολύπλοκα συστήματα και μηχανήματα (π.χ. μειωτήρα, σύνδεσμο). 11

12 3)Στην απόδοση πρόωσης πλεονεκτεί το σύστημα άμεσης μετάδοσης, γιατί δεν έχει απώλειες όπως αυτό της έμμεσης μετάδοση λόγω μειωτήρων, συνδέσμων κ.τ.λ. 4)Οικονομική λειτουργία. Από άποψη οικονομικής λειτουργίας πλεονεκτεί το σύστημα άμεσης μετάδοσης σε σχέση με αυτό της έμμεσης μετάδοσης καθώς δεν απαιτούνται μηχανήματα υψηλού κόστους. 5)Κόστος συντήρησης. Στο κόστος συντήρησης πλεονεκτεί το σύστημα άμεσης μετάδοσης από το σύστημα της έμμεσης μετάδοσης διότι η συντήρηση των μειωτήρων και των κιβωτίων αναστροφής είναι δαπανηρή. 6)Θόρυβος. Πλεονεκτεί το σύστημα άμεσης μετάδοσης διότι σε αυτό δεν υπάρχουν μηχανήματα (μειωτήρας). 7)Τηλεχειρισμός. Βασική προϋπόθεση είναι ο τηλεχειρισμός των μηχανών από απόσταση. Το σύστημα άμεσης μετάδοσης πλεονεκτεί λόγω απλούστερου συστήματος. 8)Διαθεσιμότητα Ετοιμότητα Αξιοπιστία. Αυτό εξαρτάται από το σύστημα μετάδοσης δηλαδή, η άμεση μετάδοση είναι καλύτερη καθώς διαθέτει ένα πιο απλό σύστημα για την μεταφορά της κίνησης, που είναι πάντα διαθέσιμο, σε ετοιμότητα ανά πασά στιγμή αλλά και πιο αξιόπιστο από τη στιγμή που δεν εμπλέκονται σε αυτό πολύπλοκα μηχανήματα (π.χ. μειωτήρας). 2. Έλικα Το μέσο που χρησιμοποιείται για την κίνηση ενός πλοίου είναι η έλικα (Εικόνα 4), τις περισσότερες φορές δύο, και σε σπανιότερες περιπτώσεις περισσότερες. Η έλικα είναι το μέσο που χρησιμοποιείται για την πρόωση του πλοίου. Βρίσκεται έξω από το πλοίο, στο πρυμνιό μέρος της γάστρας (στην προέκταση του (νοητού) διαμήκη άξονα του πλοίου ακριβώς μπροστά (πλώρα) από το πηδάλιο) και είναι συνδεμένη στο πρυμνιό άκρο ενός άξονα του οποίου το άλλο άκρο είναι επίσης συνδεμένο πάνω στην κύρια μηχανή πρόωσης του πλοίου. O ρόλος της έλικας στην πορεία του πλοίου είναι ο δεύτερος σε σημασία μετά την ισχύ της ώσης. H έλικα είναι ο συνδετικός κρίκος του κινητήρα με το νερό. Κατά την περιστροφή της έλικας, προκαλούνται δυο αντίθετες πιέσεις μεταξύ των δυο πλευρών του πτερυγίου. Έτσι, καθώς η έλικα αυξάνει τις στροφές της, η ροή του νερού επιταχύνεται μέσα από αυτήν δημιουργώντας ένα ρεύμα νερού με μεγαλύτερη ταχύτητα πίσω από την έλικα. Η επιτάχυνση του νερού, η δύναμη που ονομάζεται ώση. Ορισμένα πλοία έχουν μονάδες ώθησης για την κύρια πρόωση και αζιμουθιακούς προωστήρες με έλεγχο μέσω υπολογιστή για την διατήρηση της θέσης τους. Σε ένα πλοίο όπου χρησιμοποιούνται μεσόστροφες ή ταχύστροφες μηχανές προκείμενου να στραφεί η έλικα σε φυσιολογικό εύρος στροφών απαιτείται η χρήση μειωτήρα στροφών. Ο περιορισμός ως προς το εύρος στροφών των ελίκων είναι απαραίτητος για να αποφευχθούν αναπτυσσόμενα φαινόμενα υδροδυναμικής σπηλαίωσης στα πτερύγια, γεγονός που οδηγεί σε έντονες φθορές, κραδασμούς και μείωση της συνολικής ενεργειακής απόδοσης του συστήματος. 12

13 Εικόνα 4: Έλικα πλοίου. Ιστορία Η ιστορία της έλικας δεν είναι πολύ παλιά. Με την εφαρμογή της μηχανικής κίνησης των πλοίων, οι πρώτοι προωστήρες ήταν οι παραδοσιακοί τροχοί της πρύμης και των πλευρών, που ακόμα και σήμερα συναντάμε σε ρηχά ποτάμια και λίμνες. Οι πρώτες έλικες, που χρησιμοποιήθηκαν ήταν σχεδιασμένες από τον Francis Pettit Smith και τον John Ericsson το Οι πρώτες έλικες (Εικόνα 5) θύμιζαν κοχλία με δύο περιελίξεις και στην ουσία ήταν δίπτερες. Εικόνα 5: Ιστορική εξέλιξη της έλικας. Η σημερινή μορφή της έλικας με φτερά έγινε από καθαρή σύμπτωση. Ο περιορισμός της επιφάνειας σε φτερά βρέθηκε από ένα τυχαίο γεγονός, όταν μια έλικα χτύπησε σε βράχο και αντί να περιοριστεί η ταχύτητα του σκάφους αυξήθηκε. Έκτοτε παρουσιάστηκαν πολλοί παρεμφερείς τύποι ελίκων, για να φτάσουμε στην εποχή μας και στην έλικα υψηλής τεχνολογίας του σήμερα (Εικόνα 6). 13

14 Εικόνα 6: Σύγχρονοι τύποι πτερύγιων. Λειτουργία της έλικας Περιστρέφοντας μια έλικα σύμφωνα με την κίνηση των δεικτών του ρολογιού παρατηρούμε την εμπρόσθια ακμή των πτερυγίων (leading edge) να προηγείται. Αυτή είναι η δεξιόστροφη έλικα. M αυτή την κίνησή της τα πτερύγια σπρώχνουν το νερό. Την ίδια στιγμή μία άλλη ποσότητα νερού πρέπει να γεμίσει ως την επιφάνεια του πτερυγίου, για να καταλάβει τη θέση του προηγούμενου. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα τη δημιουργία διαφορετικής πίεσης μεταξύ των δύο πλευρών των πτερυγίων: 1) Μια θετική πίεση, ή φαινόμενο «ώθηση» στην κάτω πλευρά του πτερυγίου. 2) Μια αρνητική πίεση, ή φαινόμενο «έλξη» στην πάνω πλευρά του πτερυγίου. Το υλικό κατασκευής της έλικας Το πρώτο υλικό που χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή της έλικας, ήταν το ξύλο. Γρήγορα, όμως, αποδείχτηκε πως άλλα μεταλλικά στοιχειά (κράματα, χάλυβας, μπρούτζου) είναι πιο καταλληλότερα, όσο, τουλάχιστον, αναπτύσσεται η ναυτιλία. H έλικα από χάλυβα Ο ανοξείδωτος χάλυβας είναι το σκληρότερο και πιο άκαμπτο από όλα τα άλλα υλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή ελίκων. Η έλικα από χάλυβα έχει μεγαλύτερη αντοχή από αυτή του αλουμινίου και αυτό είναι το βασικότερο προσόν του. H δύναμη του ατσαλιού στην κατασκευή της έλικας τη βοηθάει να παραμένει άκαμπτη και να μη μειώνεται η απόδοση της, όπως συμβαίνει με τις έλικες αλουμινίου, οι οποίες μετά από κάποια ώρα χρήσης παρουσιάζουν απώλειες. Λόγω ακόμα αυτών των χαρακτηριστικών του ατσαλιού, τα πτερύγια μπορούν να είναι αρκετά λεπτότερα από τα αλουμινένια. Επίσης, το ατσάλι είναι πολύ πιο ανθεκτικό και στη διάβρωση. Όσον αφορά την επισκευή των ατσαλένιων ελίκων, σήμερα είναι αρκετά εύκολη, αλλά στοιχίζει πιο ακριβά από αυτές του αλουμινίου. Οι στροφές ανά λεπτό της έλικας του πλοίου είναι προσδιορισμένες από την υδροδυναμική εκτίμηση. Ο τύπος κινητήρα για την απαραίτητη ισχύ σε σχέση με την έλικα δεν επηρεάζει την ταχύτητα για την καλύτερη προ-αποδοτικότητα της έλικας. Είναι καθήκον του σχεδιαστή του κινητήρα να παρέχει στην έλικα την δύναμη και την ταχύτητα που απαιτείται από το ναυπηγείο. Εκτός αυτού, η μονάδα παραγωγής ενέργειας πρέπει να ζυγίζει όσο το δυνατόν λιγότερο και να καταλαμβάνουν όσο το δυνατόν μικρότερο χώρο στο πλοίο. Προκειμένου να ληφθεί μια ιδέα της τάξης μεγέθους της ταχύτητας για μέγιστη απόδοση της έλικας που επηρεάζεται από την ταχύτητα και την ιπποδύναμη του άξονα, οι μέσες τιμές για μια σειρά από εμπορικά πλοία έχουν συλλεχθεί και απεικονίζονται σε μια γραφική παράσταση δεδομένων (Εικόνα 7). Είναι φανερό ότι η απαιτούμενη ταχύτητα της έλικας γίνεται αρκετά χαμηλή, ειδικά σε χαμηλές ταχύτητες και μεγάλη ισχύ. Αν ο κινητήρας είναι άμεσα συνδεδεμένος με τον άξονα της έλικας, το μέγεθος του κινητήρα θα είναι υπερβολικά μεγάλο, εκτός αν η ισχύς υποδιαιρείται σε δύο κινητήρες και έλικες. 14

15 Εικόνα 7: Μεγιστη απόδοση της έλικας σε σχέση με την ταχύτητα. Δεδομένου ότι το αρχικό κόστος της εγκατάστασης είναι ανάλογη με το βάρος, την άμεση κίνηση και τις χαμηλές στροφές του κινητήρα, όσο πιο μεγάλο βάρος έχει η εγκατάσταση τόσο μεγαλύτερο κόστος θα έχει. Ονομαστική ισχύς του κινητήρα Στην καμπύλη της ειδικής κατανάλωσης του καυσίμου παρατηρούμε ότι (Εικόνα 7) δεν έχει ακόμη φτάσει στο ελάχιστο της χρηματικής του άξιας αλλά είναι στα 4/4 του φορτίου του, που είναι σε πλήρη ονομαστική ισχύ. Για τον κινητήρα από το οποίο ελήφθη το διάγραμμα (Εικόνας 7), η ονομαστική πλήρης ισχύ ήταν 3.750, 110% υπερφόρτωση, ή 4,125 δυναμική ισχύς. Η μέγιστη ισχύς αποκτήθηκε στη δοκιμή αποδοχής και ήταν ονομαστική ισχύς, ή 141% της ονομαστικής ισχύος. Αυτό αντιπροσωπεύει μια υπόθεση συντηρητικής εκτίμησης. Είναι σαφές ότι μια τέτοια εκτίμηση αφήνει τον κινητήρα να εμφανίζεται μη αποδοτικός όσο αφόρα το βάρος ανά ιπποδύναμη. Από την άποψη της συντήρησης και της ζωής του κινητήρα, η πρακτική της συντηρητικής εκτίμησης αφόρα τη μείωση της φθοράς του κινητήρα και η αποτυχία οφείλεται στην αύξηση του φορτίου που είναι πολύ μεγαλύτερο από αυτό που παράγει. Οι κατασκευαστές έχουν την τάση να παρουσιάζουν την λειτουργιά στο μέγιστο της απόδοσης, προκειμένου να τις συγκρίνουν ευνοϊκά με άλλες μονάδες παραγωγής ενέργειας. Κατά παρόμοιο τρόπο, τα στοιχεία βάρους συχνά είναι αισιόδοξα, δεδομένου ότι βασίζεται σε μια αυθαίρετη λίστα των εξαρτημάτων που θεωρούνται ότι αποτελούν μια μηχανή. 3. Η άμεση κίνηση από συνδυασμό μονάδων παραγωγής περιστροφικής κίνησης Η δυσκολία της άμεσης κίνησης που περιγράφεται παραπάνω έχει οδηγήσει στην εφαρμογή της μετάδοση των μειωτήρων για μηχανές ναυτικού τύπου. Αυτό επιτρέπει στην έλικα να λειτουργεί σε καλύτερη συχνότητα ταχύτητας χωρίς να επηρεάζει την ταχύτητα της μηχανής. Είναι σύνηθες να λειτουργουν προς κάποια συγκεκριμένη φορά δύο παράλληλες μηχανές σε έναν άξονα της έλικας. Ωστόσο, υπάρχουν εγκαταστάσεις που έχουν τέσσερις μηχανές οδήγησης ενός ενιαίου άξονα (π.χ. επιβατικά πλοία). Το κιβώτιο ταχυτήτων επιτρέπει να 15

16 επιλεγούν στροφές του κινητήρα εντός ευρέων ορίων. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα σε μια πολύστροφη μηχανή, να επιτυγχάνεται σημαντικό κέρδος σε βάρος και χώρο. Το κόστος της εγκατάστασης μειώνεται ανάλογα με τη μείωση του βάρους. Για να φανεί η εξοικονόμηση βάρους και χώρου για ένα συγκεκριμένο πλοίο, χρησιμοποιούμε ένα παράδειγμα. Το τμήμα ενός φορτηγού πλοίου με εκτόπισμα τόνων και ίππους άξονα (Εικόνα 8). Η εγκατάσταση Α (Άμεσης μετάδοσης) αντιπροσωπεύει μια μηχανή άμεσης μετάδοσης στην οποία η έλικα και η ταχύτητα του κινητήρα είναι ίση (80 περιστροφές ανά λεπτό). Το βάρος της εγκατάστασης είναι κιλά, το ποσό της ενεργεία που δέχεται ο άξονας στην μονάδα του χρόνου. Η εγκατάσταση Β (έμμεσης μετάδοσης) δείχνει δύο παράλληλους κινητήρες να προσανατολίζονται στον άξονα προωστήρα, διαμέσου μιας μετάδοσης ταχύτητας της έλικας που είναι 80 στροφές ανά λεπτό, και επιτρέπει στις μηχανές να λειτουργούν με 250 στροφές ανά λεπτό. Το βάρος της διπλής εγκατάστασης των μηχανών είναι 52,6 κιλά, το ποσό της ενεργεία που δέχεται ο άξονας στην μονάδα του χρόνου. Η εξοικονόμηση βάρους και χώρου είναι αισθητή. Στην κοινή ορολογία του πετρελαιοκινητήρα μια τέτοια εγκατάσταση θα ονομάζεται εγκατάσταση υψηλής ταχύτητας. Αυτός ο όρος εφαρμόζεται σε πετρελαιοκινητήρα που λειτουργεί πάνω από 250 στροφές ανά λεπτό. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η άμεσης μετάδοσης κίνηση περιορίζει τον αριθμό των κινητήρων με τον αριθμό των αξόνων της έλικας. Εικόνα 8: Εγκατάσταση Α (άμεσης) και Β (έμμεσης) μετάδοσης. Το παρακάτω παράδειγμα απεικονίζει το αποτέλεσμα του περιορισμού αυτού στην οικονομία πλεύσης: ένα συγκεκριμένο πλοίο είναι σχεδιασμένο να λειτουργεί σε 15 κόμβους στην ονομαστική πλήρη ισχύ. Η ταχύτητα πλεύσης, με την οποία οι περισσότερες από τις λειτουργίες θα πρέπει να διατηρηθούν είναι 11 κόμβοι (δηλαδή, 73% της πλήρης ταχύτητας). Για αυτή την ταχύτητα, μόνο το 40% της ονομαστικής πλήρους ισχύος απαιτείται. Στην καμπύλη ειδικής κατανάλωσης καυσίμου (Εικόνα 9) για ένα τυπικό δίχρονο ναυτικό πετρελαιοκινητήρα, συναρτήσει του φορτίου. Η κατανάλωση σε πλήρη δύναμη είναι 0.16 κιλά καυσίμων ανά ώρα ονομαστική ισχύος. Το 40% της δύναμης είναι 0,16 κιλά καυσίμου ανά ώρα ονομαστική ισχύς. Ο στόχος των δυο κινητήρων είναι να μειωθεί η δύναμη που απαιτείται για πλεύση με την απεμπλοκή του ενός κινητήρα τελείως. Το υπόλοιπο του κινητήρα τότε θα αποδώσει σε 80% της πλήρους ισχύος του με ειδική κατανάλωση καυσίμου των 0,15 καυσίμου ανά ώρα ονομαστική ισχύς. 16

17 Εικόνα 9: Ειδική κατανάλωση καύσιμου σε σχέση με το φορτίο. Σε αυτό το παράδειγμα η διαφορά της κατανάλωσης καυσίμου με φορτίο είναι ίδια για το συγκεκριμένο κινητήρα της δίδυμης εγκατάστασης και αυξάνει δυο φόρες την ισχύ στο μονοκινητήριο. Αυτό βέβαια δεν είναι απαραίτητα αλήθεια. Όμως, για κινητήρες πάνω από μια ορισμένη ισχύ αυτή η υπόθεση είναι επιτρεπτή. Η δικινητήρια μονάδα προσθέτει, επίσης την ασφάλεια της λειτουργίας του πλοίου. Σε περίπτωση βλάβης ενός κινητήρα, το ταξίδι μπορεί να συνεχιστεί με την λειτουργία του άλλου κινητήρα. Συχνά, οι επισκευές μπορούν να γίνουν κατά τη διάρκεια του ταξιδιού, έτσι ουσιαστικά μειώνεται η χρονική περίοδος που το πλοίο αδρανεί όταν κρίνεται απαραίτητη η επισκευή του. 17

18 Κεφάλαιο 2: ΜΕΙΩΤΗΡΕΣ 1. Είδη μειωτήρων Γίνεται αναφορά στους μειωτήρες στροφών ως προς την τοποθέτηση τους και τις απώλειες της απόδοσης τους λόγω τριβών. Επίσης αναλύεται η πλανητική κίνηση και ο τρόπος λειτουργίας της. Υπάρχουν επίσης τεχνητά στοιχειά και διάφοροι τύποι μειωτήρων. Για την μετάδοση της περιστροφικής κίνησης και την μεταφορά ισχύος από κινητήρια σε κινούμενη άτρακτο, δηλαδή από την άτρακτο της κινητήριας μηχανής (μηχανή εσωτερικής καύσεως, αεριοστρόβιλος, ατμοστρόβιλος, ηλεκτροκινητήρας ή συνδυασμός των παραπάνω) στην άτρακτο, χρησιμοποιούνται εκτός των άλλων παρεμβαλλόμενων, (σύνδεσμοι κ.τ.λ.) διάφοροι συνδυασμοί οδοντωτών τροχών καλούμενοι ως σύνολο μειωτήρων (Εικόνα 10). Αυτοί οι οδοντωτοί τροχοί επιτυγχάνουν την μετάδοση της περιστροφικής κινήσεως μέσω κατάλληλης εμπλοκής συνεργαζόμενων οδόντων. Εικόνα 10: Μειωτήρας στροφών. Τα συστήματα μετάδοσης κίνησης στα πλοία χρησιμοποιούνται για την μεταφορά της περιστροφικής κινήσεως στην έλικα και καλούνται συστήματα έμμεσης μετάδοσης καθώς η μεταφορά της κινήσεως γίνεται μέσω μειωτήρων και όχι άμεσα από την μηχανή. Οι μειωτήρες στροφών τοποθετούνται σε εγκαταστάσεις με τετράχρονες μεσόστροφες ή ταχύστροφες μηχανές με rpm, μη αναστρεφόμενες για καλή απόδοση της έλικας. Οι σχέσεις μετάδοσης μπορεί να είναι μέσω μειωτήρων μείωσης από τη μηχανή στην έλικα έως και σχέση 6/1(δηλαδή χρειάζονται έξι πλήρεις περιστροφές του άξονα πριν την είσοδο του στο μειωτήρα, για να υπάρξει μια πλήρης περιστροφή στον άξονα μετά τον μειωτήρα). Εξαίρεση αποτελούν ορισμένες εγκαταστάσεις ταχύπλοων σκαφών του πολεμικού ναυτικού και πλοίων αναψυχής όπου ο άξονας συνδέεται κατευθείαν με την έλικα. Οι μειωτήρες 18

19 αναπτύχθηκαν κυρίως σε εγκαταστάσεις ατμοστροβίλων όπου οι στροφές ήταν πάρα πολύ υψηλές. Συνήθως σε εγκαταστάσεις με τετράχρονες μηχανές η σχέση μείωσης είναι 2/1 ή 3/1. Πλανητικός φορέας Ένα επικυκλικό σύστημα οδοντωτών τροχών αποτελείται από δύο γρανάζια τοποθετημένα έτσι ώστε το κέντρο του ενός γραναζιού περιστρέφεται γύρω από το κέντρο του άλλου (Εικόνα 11). Ένας φορέας συνδέει τα κέντρα των δύο γραναζιών (πλανητικά γρανάζια) και περιστρέφεται για να φέρει μία ταχύτητα γύρω από το μεσαίο γρανάζι (ηλιακό γρανάζι). Τα πλανητικά και το ηλιακό γρανάζια εμπλέκονται, έτσι ώστε το βήμα να κυλίει χωρίς ολίσθηση. Στην κύλιση των γραναζιών ενός πλανητικού συστήματος υπάρχει ένα σημείο που φέρει επικυκλική καμπύλη. Ένα επικυκλικό γρανάζι μπορεί να συναρμολογηθεί μαζί με τα πλανητικά γρανάζια που περιστρέφονται με την κίνηση του ηλιακού γραναζιού (το οποίο θα ονομάζεται πλέον δακτυλιοειδές γρανάζι). Στην περίπτωση αυτή η καμπύλη που διαγράφεται από ένα σημείο του κύκλου του βήματος του πλανήτη είναι επικυκλικό. Ο συνδυασμός των επικυκλικών γραναζιών μαζί με ένα πλανητικό γρανάζι που εμπλέκονται μαζί με το ηλιακό και το δακτυλιοειδή γρανάζι, ονομάζεται πλανητικό σύστημα γραναζιών. Οι τριβές στον μειωτήρα στροφών: Εικόνα 11: Πλανητικός φορέας. Η τριβή είναι εγγενής, σε κάθε μετακίνηση μηχανικής συσκευής, με τα συστατικά σε σχετική κίνηση. Στα κιβώτια ταχυτήτων γενικά θα βρείτε την τριβή ως εξής: 1) τριβή στο πλέγμα των γραναζιών. 19

20 2) τριβή στα έδρανα. 3) τριβή στο λάστιχο στεγανοποίησης. 4) ιξώδης τριβή (η αντίσταση που παρουσιάζεται κατά τη ροη, λόγω τριβών μεταξύ των μορίων του λιπαντικού). α) Πλανητικός μειωτήρας Με την παλιά σχεδίαση σε μηδενικές ταχύτητες γωνίας της έλικας, η τριβή στο πλέγμα των γραναζιών είναι το μικρότερο τμήμα της συνολικής τριβής στο κιβώτιο ταχυτήτων, ακολουθούμενο από το κυλιόμενο έδρανο τριβής (έδρανα πλανητικού μειωτήρα, εισόδου και εξόδου έδρανα). Τα λάστιχα στεγανοποίησης εισόδου και εξόδου που φέρουν τα έδρανα όπως και η στεγανοποίηση του άξονα μπορεί να συμβάλλουν σημαντικά στην συνολική τριβή. Λαμβάνοντας υπόψη ότι οι τρεις πρώτοι τύποι τριβών εξαρτώνται μόνο οριακά από τις στροφές, μπορεί κανείς να πει ότι η τριβή είναι σχεδόν ανεξάρτητη από τις στροφές / λεπτό. Η τέταρτη τριβή (από την ανάμειξη του λιπαντικού) εξαρτάται πολύ έντονα από τις στροφές (ταχύτητα). Σε πολύ χαμηλή περιστροφή, η αντίσταση που παρουσιάζεται κατά τη ροη του λιπαντικού, λόγω των τριβών μεταξύ των μορίων (ιξώδης τριβή), είναι σχεδόν αμελητέα όταν ο μειωτήρας θα αρχίσει να γυρίζει αργά, ωστόσο θα αυξηθεί σημαντικά με την αύξηση των στροφών. Σε κανονικές στροφές εισόδου (Rpm), για παράδειγμα των 100 στροφές ανά λεπτό, η αντίσταση που παρουσιάζεται κατά την ροη του λιπαντικού είναι ο μεγαλύτερος συνεισφέρων παράγοντας στη συνολική τριβή. β) Στεγανοποίηση του κιβωτίου ταχυτήτων. Τόσο η είσοδος όσο και η έξοδος του άξονα από το κιβώτιο ταχυτήτων (ή από τον μειωτήρα) είναι συνήθως εφοδιασμένη με ένα μονό στεγανό προφίλ. Φαίνεται ότι προτιμάται η τοποθέτηση παρεμβύσματος (Εικόνα 12). Όταν τα δύο παρεμβύσματα στεγάζονται με αποστάτη δακτυλίων διαφορετικού μήκους άξονα, είναι δυνατόν να ρυθμίζεται η θέση τους που σφραγίζει τα χείλη πάνω στον άξονα για να μετακινούνται σε μια ανέπαφη περιοχή της επιφάνειας του άξονα. Αυτό είναι ιδιαίτερα χρήσιμο όταν λειτουργούν με σχετικά μαλακά υλικά του άξονα και μπορούν να παρατείνουν σημαντικά τη διάρκεια ζωής. 20

21 Εικόνα 12: Στεγανοποιήσεις άξονα μειωτήρα. Ενδιαφέρον παρουσιάζει η διάταξη μείωσης των στροφών σε εγκαταστάσεις ατμοστροβίλων (Εικόνα 13). Επομένως θα είναι ο υψηλός αριθμός των στροφών και η πολυπλοκότητα των εγκαταστάσεων μειωτήρων. Εικόνα 13: Μειωτήρας στροφών. Με μειωτήρες στροφών στα συστήματα πρόωσης υπάρχει και η δυνατότητα της σύνδεσης περισσότερων μηχανών της ίδιας ιπποδύναμης ή διαφορετικού τύπου με αποτέλεσμα να καταλήγουν μέσω του μειωτήρα σε μία ελικοφόρο άτρακτο (Εικόνα 14). 21

22 Εικόνα 14: Σύνδεση μειωτήρα με ελικοφόρο άξονα. 2. Μεσαίου μεγέθους μειωτήρες μεταβλητού και σταθερού βήματος της έλικας Ένα κιβώτιο ταχυτήτων απεικονίζει ένα μεσαίου μεγέθους κιβώτιο ταχυτήτων (Εικόνα 15) που μπορεί να συνδεθεί με μεταβλητού και σταθερού βήματος έλικα από έως kw, (Εικόνα 16) τα οποία είναι ειδικά σχεδιασμένα για πλοία εργασίας με υψηλές απαιτήσεις απόδοσης. Κύρια πλεονεκτήματα: 1. εύκολο στη συντήρηση. 2. μεγάλη αξιοπιστία του προϊόντος. 3. υψηλή ακαμψία του περιβλήματος. 4. σχεδιασμός χαμηλού θορύβου. 5. συμπαγείς διαστάσεις. Εικόνα 15: Κιβώτια ταχυτήτων με αναλογίες έως 6: 1. 22

23 Εικόνα 16: Μεσαίου μεγέθους μειωτήρες για μεταβλητό και σταθερό βήμα. Χρησιμοποιείται επίσης (Εικόνα 16) και για την ταξινόμηση μειωτήρων τύπου: BV, CCS, KR, DNV, GL, LRS, RINA, ABS. Στην συνεχεία απεικονίζει διάφορους τύπους μειωτήρων που υπάρχουν στο εμπορείο και συνήθως χρησιμοποιούνται συχνά (Εικόνα 17). PWV και PWVC Έκδοση Α - DS 23

24 Εικόνα 17: Τύποι μειωτήρων. Οι επόμενοι τρεις διαφορετικοί τύποι μειωτήρων τοποθετούνται σε πλοία που έχουν μεταστροφές και πολύστροφες μηχανές (Εικόνα 18). PWVC και PRVC Έκδοση E G Μετάδοση GmbH 24

25 Μειωτήρες Μείωσης ενός σταδίου Εικόνα 18: Τύποι μειωτήρων. Είναι σχεδιασμένοι να αντισταθμίζουν τον κάθετο άξονα, για κύριο σύστημα πρόωσης. Οι άξονες του κιβωτίου ταχυτήτων περιστρέφονται στα έδρανα κυλίσεως. Για την επίτευξη των απαιτήσεων της εφαρμογής, ο σχεδιασμός της στρέψεως βελτιστοποιείται. Θα πρέπει να 25

26 έχουν σκληρυνθεί τα δόντια του μειωτήρα (κιβωτίου ταχυτήτων) και οι πλευρές των δοντιών στην ελικοειδή οδόντωση. Τα έδρανα κύλισης του άξονα πρέπει να έχουν δυνατότητα ευθυγράμμισης για να μεταβιβάζουν την ώθηση της έλικας μέσα στο σκελετό του πλοίου μέσω του περιβλήματος. Ο άξονας εισόδου έχει οριστεί με κυλινδρικό άκρο, για να τοποθετείται ένας υψηλής ελαστικότητας σύνδεσμος, η άτρακτος εξόδου εφοδιάζεται με μια σφυρήλατο μεταλλική σύνδεση. Η μεγίστη ταχύτητα εισόδου σε στροφές ανά λεπτό δίνοντας μας την μέγιστη απόδοση της έλικας σε ΚΝ (Πίνακας 1). Πίνακας 1: Διαστάσεις και Βάρη. Είναι σχεδιασμένοι να αντισταθμίζουν τον κάθετο άξονα με ένα πολλαπλό δίσκο του συμπλέκτη, για κύριο σύστημα πρόωσης. Η πλευρά της εισόδου λειτουργεί με υδραυλικό λάδι στο συμπλέκτη πολλαπλών δίσκων και με ρυθμιζόμενο σύστημα ελέγχου σε δύο στάδια, για να μπορεί η έλικα να αποσυνδεθεί από τη λειτουργία του κινητήρα. Οι άξονες στο κιβώτιο ταχυτήτων (μειωτήρα) κινούνται πάνω σε έδρανα κύλισης. Προκειμένου να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις της εφαρμογής του σχεδιασμού της στρέψης, το περίβλημα έχει βελτιστοποιηθεί. Επίσης έχουν σκληρυνθεί τα δόντια και οι πλευρές των δοντιών στους ελικοειδής τροχούς (γρανάζια). Τα αξονικά έδρανα κύλισης με δυνατότητα ευθυγράμμισης, μεταβιβάζουν την ώθηση της έλικας μέσα στο σκελετό του πλοίου μέσω του περιβλήματος. Ενώ ο άξονας εισόδου έχει οριστεί με κυλινδρικό άκρο του άξονα, για να τοποθετηθεί ένας υψηλής ελαστικότητας σύνδεσμος, η άτρακτος εξόδου εφοδιάζεται με μία σφυρήλατη μεταλλική σύνδεση. Όλα τα έδρανα και οι οδοντωτοί τροχοί (γρανάζια) λιπαίνονται με αναγκαστική κυκλοφορία του λιπαντικού μέσω μιας προσαρμοσμένης διάταξης λιπαντικού (Εικόνα 19). 26

27 Εικόνα 19: Διαστάσεις και Βάρη. 3. Γενικά χαρακτηρίστηκα των μειωτήρων Τεχνική προδιαγραφή αξόνων Ο άξονας εξόδου του κιβωτίου ταχυτήτων έχει μια σφυρήλατη μεταλλικός σύνδεσμος για τη σύνδεση του με τον άξονα της έλικας. Στην περίπτωση έλικας μεταβλητού βήματος ο σχεδιασμός του άξονα εξόδου θα έχει οπή και προετοιμασία για σύνδεση. Ο άξονας εισόδου του κιβωτίου ταχυτήτων είναι προσαρμοσμένος σε κυλινδρικό άκρο για την εύκαμπτη σύζευξη. 27

28 Περίβλημα Το περίβλημα του κιβωτίου ταχυτήτων έχει σχεδιαστεί να είναι ανθεκτικό στη στρέψη και έχει κατασκευαστεί με συγκολλημένο χάλυβα, κατάλληλο για την αποδοχή της εξωτερικής δύναμης. Οι εσωτερικές σχισμές έχουν βελτιστοποιηθεί λόγω των ιδιοτήτων της δόνησης, μεταφέροντας τις εσωτερικές δυνάμεις εκτός την θερμότητα. Έδρανα Όλοι οι άξονες έχουν κατασκευαστεί να εμπλέκονται σε έδρανα κύλισης. Τα ωστικά έδρανα της έλικας απορροφάται από ένα ενσωματωμένο αξονικό έδρανο. Οδοντωτοί τροχοί (Γρανάζια) Οι οδοντωτοί τροχοί είναι κατασκευασμένα σε κάποιες περιπτώσεις από σκληρό χάλυβα, ενώ οι οδοντωτοί τροχοί που μεταφέρει την κίνηση από την μηχανή στον μειωτήρα μπορεί να κατασκευαστεί από σκλήρυνση ή μέσω βαμμένου χάλυβα. Οι οδοντωτοί τροχοί έχουν μόνο κυκλική μορφή και είναι επεξεργασμένα με ακρίβεια στα δόντια. Με τις βέλτιστες διορθώσεις έχει διασφαλιστεί μεγάλη διάρκεια ζωής και κατασκευή με χαμηλά επίπεδα θορύβου. Λίπανση και έλεγχος του συστήματος Οι οδοντωτοί τροχοί και όλα τα έδρανα πρέπει να λιπαίνονται αναγκαστικά. Το σύστημα κυκλοφορίας του λαδιού είναι πλήρως ενσωματωμένο στο μειωτήρα, συμπεριλαμβανομένης και της εφεδρικής αντλίας. Το σύστημα παρακολούθησης, περιλαμβάνει αισθητήρες και την διασύνδεση τους στους πίνακες ελέγχου και λειτουργίας. Συμπλέκτης Ο άξονας μετάδοσης κίνησης μπορεί να είναι εξοπλισμένος με υδραυλικό σύστημα πολλαπλού συμπλέκτη. Ο συμπλέκτης λειτουργεί και λιπαίνεται από το υδραυλικό σύστημα του κιβωτίου ταχυτήτων. Το διάγραμμα απεικονίζει την πίεση του λαδιού σε συνάρτηση με τον χρόνο για την σύνδεση και αποσύνδεση του μειωτήρα (Εικόνα 20). 28

29 pk) Πίεση έλεγχου λαδιού, pkv) καθορισμένη πίεση λαδιού, Τ1) χρόνου παραμονής για τον έλεγχο της σύνδεσης, Τ2) νεκρός χρόνος, Τ3) χρόνος καθυστερήσεις της πίεσης για έλεγχο και σύνδεση σημείο χρονισμού. Εικόνα 20: Πίεσης ανά χρόνου για την σύνδεση και την αποσύνδεση του μειωτήρα. 29

30 Κεφάλαιο 3. ΩΣΤΙΚΟΣ ΤΡΙΒΕΑΣ 1. Ο ωστικός τριβέα τύπου Michel Kingsburry Στο κεφάλαιο αναπτύσσεται γενικότερα ο λόγος της ύπαρξης του ωστικού τριβέα. Πιο συγκεκριμένα, αναφέρεται ο ωστικός τριβέας τύπου Michel Kingsburry και η επίδραση των ωστικών εδράνων. Ένα από τα βασικότερα εξαρτήματα στο σύστημα προώθησης είναι ο ωστικός τριβέας (thrust bearing). Ο ωστικός τριβέας είναι το εξάρτημα που παραλαμβάνει τις αξονικές ωθήσεις της έλικας, πρόσω ή ανάποδα, και τις διαβιβάζει στο σκάφος. Τοποθετείται μεταξύ του στροφαλοφόρου άξονα της μηχανής και της ελικοφόρου ατράκτου. Χωρίς τον ωστικό τριβέα οι αξονικές ωθήσεις της έλικας θα μεταβιβάζονταν στον στροφαλοφόρο άξονα όπου θα είχε άσχημες επιπτώσεις για την μηχανή γιατί δεν παρουσιάζει επαρκή αντοχή σε τέτοιου είδους δυνάμεις (Εικόνα 21). Από παλαιότερα έως σήμερα οι τύποι των ωστικών τριβέων που χρησιμοποιήθηκαν είναι ο κοινός ωστικός τριβέας με δακτυλίους, ο ωστικός τριβέας με πέταλα ώσεως και ο ωστικός τριβέας Michel ή Kingsburry ο οποίος πήρε την ονομασία του από τους κατασκευαστές του και είναι ο μοναδικός επικρατέστερος ωστικός τριβέας που χρησιμοποιείται στις σημερινές εγκαταστάσεις γιατί αποτελεί την τελειότερη κατασκευή από τους άλλους. Εικόνα 21: Πρώτη εφαρμογή ωστικού τριβέα με δακτυλίους. Αξιοσημείωτο είναι να αναφερθεί ότι ο τύπος του παραπάνω σχήματος εφαρμοζόταν για πολλά χρόνια σε εγκαταστάσεις με παλινδρομικές μηχανές ακόμα και όταν ανακαλύφθηκε ο τύπος του Michel. Σ αυτόν η μεταβίβαση της ώσεως γινόταν μέσω των πετάλων ώσεως που υπήρχαν μεταξύ των δακτυλίων και ήταν στερεωμένα επάνω στο κέλυφος του ωστικού τριβέα. Είχε την δυνατότητα να μεταφέρει τις αξονικές ωθήσεις και προς τις δύο κατευθύνσεις (Εικόνα 22). Βέβαια αργότερα εγκαταλείφθηκε και αντικαταστάθηκε από τον Michel. Εικόνα 22: Ωστικός τριβέας με πέταλα ωθήσεως. 30

31 Ωστικός τριβέας τύπου Michel Kingsburry Όπως αναφέρθηκε αρχικά αυτός ο τύπος έγινε ο δημοφιλέστερος τύπος ωστικού τριβέα στα συστήματα ώθησης. Ο λόγος ήταν ότι το σύστημα αυτό είχε στην αρχή της κατασκευής του συντελεστή αντίστασης 10 με 20 φορές μεγαλύτερο απ ότι ήταν στους μέχρι τότε ωστικούς τριβείς. Αργότερα βέβαια και ύστερα από μελέτες δόθηκε η δυνατότητα στον συντελεστή αυτό να μεγαλώσει πολύ περισσότερο, οπότε αντικαταστάθηκε στους άλλους τύπους και εφαρμόζεται επιτυχώς στις σημερινές σύγχρονες εγκαταστάσεις πρόωσης. Δημιουργός του ήταν ο Αυστραλός μηχανικός Michel και αργότερα τελειοποιήθηκε από τον Kingsburry. Το χαρακτηριστικό γνώρισμα της εφεύρεσης του τύπου Michel ήταν τα γυρτά πέδιλα. Το χαρακτηριστικό έδρανο ωθήσεως είχε ένα δαχτυλίδι (ωστικός δακτύλιος) που διαμόρφωνε τα πέδιλα κάνοντας την επαφή με ένα σταθερό περιλαίμιο από έναν άξονα (Εικόνα 23). (1) Ωστικός τριβέας (2) Πέδιλο (3) Πόλος (4) Έδρα πέδιλων (5) Λάδι (6) Ώση Εικόνα 23: Ωστικός τριβέας τύπου Michel Kingsburry. Γενικά η αρχή στην οποία βασίστηκε το σύστημα αυτό είναι η ακόλουθη: Παρατηρούμε ότι η ώθηση του ωστικού δακτυλίου ασκείται σε αριθμό επιφανειών (πέδιλων) που αντιστηρίζονται περιστρεφόμενα κάθε ένα γύρο από έναν πόλο (Εικόνα 24). Μεταξύ του δακτυλίου ώσεως και των πέδιλων περιλαμβάνεται το λιπαντικό λάδι που έρχεται με πίεση από την αντλία λαδιού της μηχανής. 31

32 Εικόνα 24: Ωστικός τριβέας τύπου Michel Kingsburry. Ο ωστικός τριβέας αποτελείται από την ωστική πλάκα Ο (που τοποθετείται στον άξονα της έλικας) και από τα πλινθία Κ που είναι τοποθετημένα από την μία και από την άλλη πλευρά της πλάκας. Ο ωστικός τριβέας φέρεται τοποθετημένος στο πρυμναίο σημείο της πλάκας στην οποία εδράζει το συγκρότημα της αντίστοιχης μηχανής. Τα πλινθία κατασκευάζονται από ορείχαλκο με επίστρωση λευκού μετάλλου και τοποθετούνται σε σχήμα πετάλου στο 68% της περιφέρειας και για να μην περιστρέφονται έχουν περιοριστική διάταξη. Τα πλινθία στηρίζονται εκκεντρικά με την καμπυλότητα Μ, πάνω στην περιφερειακή στεφάνη Σ, η οποία στην προέκτασή της φέρει τριβέα Τ. Πίσω από την στεφάνη Σ τοποθετούνται προσθήκες Ν. Αυξομειώνοντας το πάχος των προσθηκών μπορούμε να μεταβάλλουμε τα αξονικά διάκενα του ωστικού τριβέα. Οι ωθήσεις διαβιβάζονται μέσω του άξονα και των πλινθίων στο πλοίο με κατάλληλη σύνδεση της στεφάνης Σ των πλινθίων. Η λειτουργία του ωστικού τριβέα βασίζεται στην αρχή της σφηνοειδούς λιπάνσεως. Έτσι η εκκεντρική στήριξη των πλινθίων, δημιουργείται κατά τη λειτουργία σφήνας λαδιού μεταξύ του πλινθίου και του ωστικού τριβέα. Με την δημιουργία της σφήνας η τριβή περιορίζεται στο 1/20 της τριβής που δημιουργείται στους κοινούς τριβείς. Οι ελευθερίες που πρέπει να υπάρχουν μεταξύ πλινθίων και ωστικής πλάκας ορίζονται από τον κατασκευαστή. 2. Γενική επίδραση των ωστικών εδράνων (pad thrust): Η εργασία που περιγράφεται σε αυτή την ενότητα στοχεύει στην επιβεβαίωση δοκιμών, υπό ελεγχόμενες συνθήκες καθώς και τα αποτελέσματα των διαφορετικών παραμέτρων λειτουργίας για την απόδοση των εδράνων ώθησης. 32

33 Επίδραση της ταχύτητας και φορτίου Η επίδραση της ταχύτητας στην απόδοση του εδράνου (Εικόνα 25) με ένα τυπικό ειδικό φορτίο στα 35 bar (1 bar = 10 5 N/m 2 ). Σε υψηλές ταχύτητες ολίσθησης τις απορροφημένης ισχύς (1), αυξάνεται σχεδόν και το τετράγωνο της ταχύτητας. Εκτός από τις εμφανείς απώλειες κάτω από τα τακάκια, η απορροφημένη ισχύς περιλαμβάνει επίσης και τις απώλειες ισχύος για τα εκτεθειμένα μέρη του κολάρου ώσης και στον άξονα. Οι απώλειες αντίστασης (ή απώλειες αναταράξεων) μπορεί να φτάσουν στο 50% ή και περισσότερο των συνολικών απωλειών, σε υψηλές ταχύτητες ολίσθησης. Υπάρχει επίσης, μια ραγδαία αύξηση με την ταχύτητα στη μέγιστη θερμοκρασία που έχουν τα τακάκια, η οποία απορρέει εν μέρει από το πιο υψηλό διατρητικό ποσοστό και εν μέρει από την αυξημένη μεταφορά καυτού λαδιού από το ένα τακάκι στο άλλο. Η υψηλή θερμοκρασία στα τακάκια αντιπροσωπεύει πραγματικό περιορισμό στη φόρτιση των εδράνων(2), όχι μόνο επειδή το λευκό μέταλλο μπορεί να χάσει τη δύναμή του και να αρχίσει να ρέει πλαστικά, αλλά και για τους ενδιαφερόμενους λόγους της θερμικής κόπωσης, μερικές φορές γνωστή ως θερμική επικάλυψη λαδιού (3). Εικόνα 25: Επίδραση της ταχύτητας και φορτίου. Η επίδραση στα τακάκια για συγκεκριμένη διαδικασία φόρτωσης σε σταθερά υψηλές ταχύτητες στροφές ανά λεπτό (Εικόνα 26). Η σχετικά αργή αύξηση της ισχύος που απορροφάται με την αύξηση του φορτίου, θα πρέπει να σημειωθεί, ότι δείχνει ένα σημαντικό ποσοστό της μείωσης της ισχύος που οφείλεται σε απώλειες αναταράξεων. Όπως προκύπτει από το προηγούμενο έτσι και στην παρακάτω εικόνα ο ρυθμός αύξησης της θερμοκρασίας στα τακάκια λόγω της ταχύτητας είναι της ίδιας τάξης όπως και λόγω της φόρτωσης. Αυτό έχει ως πρακτικό αποτέλεσμα να καθιστά δύσκολη τη μείωση των ανώτατων θερμοκρασιών στα τακάκια με τη χρήση ενός μεγαλύτερου εδράνου όπως και κάθε μείωση της θερμοκρασίας λόγω της χαμηλότερης φόρτωσης που μπορεί να αντισταθμιστεί σε μεγάλο βαθμό από την αύξηση της μέσης ταχύτητας ολισθήσεως στα τακάκια ώθησης. 33

34 Εικόνα 26: Ο ρυθμός αύξησης της θερμοκρασίας σε υψηλές ταχύτητες. α)επίδραση του συστήματος τροφοδοσίας λαδιού Διαφορετικές ρυθμίσεις των θέσεων εισόδου και εξόδου του λαδιού σε συνδυασμό με διαφορετικό τρόπο ροής λαδιού στο εσωτερικό του εδράνου μελετήθηκαν για να δούμε πώς θα επηρεάσει την παροχή του καθαρού λαδιού ψύξης στα τακάκια. Τα πλεονεκτήματα της κάθε διάταξης αξιολογήθηκαν από μετρήσεις στις θερμοκρασίες που είχαν τα τακάκια. Οι κύριες ρυθμίσεις που δοκιμαστήκαν εμφανίζονται στην (Εικόνα 27). Η κύρια διαδρομή ροής του λαδιού μέσω του εδράνου κυμάνθηκε από τη χρήση ενός συνδυασμού διαφορετικών εισόδων και εξόδων του λαδιού στις θέσεις σε συνδυασμό με την πλήρη ή μερική επανακυκλοφορία στις οπές των δακτυλίων του φορέα. Από απλές εκτιμήσεις της ροής του λαδιού θα μπορούσαμε να πούμε ότι η καλύτερη ρύθμιση δίνεται από τον συνδυασμό (V), όπου η ολική ροή που παρέχεται στην εσωτερική περιφέρεια της φορτισμένης επιφάνειας και στην απότομη αύξηση της εκφόρτωσης του πρόσωπου. Η χειρότερη ρύθμιση είναι φανερή στην θέση (ΙΙΙ) της εικόνας, στην οποία το λάδι εισέρχεται απέναντι από το κολάρο και πρέπει να ρέει ενάντια φυγοκεντρικής διαβάθμισης του κολάρου για να λιπαίνει τα τακάκια. Επιπλέον, το μεγαλύτερο μέρος του λαδιού θα μπορούσε να περάσει γύρω από το κολάρο και να φεύγει από την κορυφή χωρίς ποτέ να φτάσουν στα άκρα εισόδου που έχουν τα τακάκια. 34

35 Εικόνα 27: Το σύστημα τροφοδοσίας λαδιού Για κάθε μία από τις έξι ρυθμίσεις της προηγούμενης εικόνας, θα φανεί ότι η διαφορετική ροή λαδιού στις ρυθμίσεις αυτές δεν έχει μόνο οριακή επίδραση στην μέγιστη θερμοκρασία που πιάνουν τα τακάκια. Αυτό αποδόθηκε στην εκτεταμένη ανάδευση και την ανάμιξη του λαδιού εντός του περιβλήματος στο οποίο επάγεται από το περιστρεφόμενο κολάρο ώθησης, και με αυτή τη μέθοδο μια αρκετά ομοιόμορφη θερμοκρασία στις στρώσεις του λαδιού διατηρείται ανεξάρτητα από τον τρόπο εισόδου του λαδιού ή της ροής του λαδιού μέσα στο έδρανο. β) Επίδραση της ποσότητας λαδιού Η άνοδος της θερμοκρασίας του λαδιού διαμέσου ενός εδράνου με κλίση για τα τακάκια στη συναρμολόγηση (δηλαδή η διαφορά στην είσοδο και έξοδο του λαδιού στο περίβλημα) είναι μια παράμετρος που χρησιμοποιείται εκτενώς στο σχεδιασμό και στη λειτουργία (Εικόνα 28). Στο επόμενο σχήμα παρουσιάζεται η επίδραση της ποσότητας του λαδιού στη μέγιστη θερμοκρασία που έχουν τα τακάκια από ένα έδρανο που λειτουργεί στις 6000 στροφές ανά λεπτό και 8000 στροφές ανά λεπτό με την αντίστοιχη αύξηση της θερμοκρασίας σημειώνοντας κάθε σημείο δοκιμής. Θα φανεί ότι η αύξηση της ροής λαδιού για να δώσει 35

36 αύξηση θερμοκρασίας μικρότερη από ο C έχει μικρή θετική επίδραση στην απόδοση, όπως μετρήθηκε από την θερμοκρασία της επιφάνειας στα τακάκια. Αντιστρόφως, σχετικά μεγάλες αλλαγές στη θερμοκρασία της επιφάνειας στα τακάκια μπορεί να συμβεί με μικρές ροές λαδιού, δηλαδή θερμοκρασία που ανεβαίνει απότομα. Εικόνα 28: Η επίδραση της ποσότητας του λαδιού στη μέγιστη θερμοκρασία. γ) Επίδραση της πίεσης λαδιού Σε χαμηλές ταχύτητες ολίσθησης το έδρανο αποδίδει ικανοποιητικά όταν βυθίζεται σε ασυμπίεστο δοχείο λαδιού, αλλά σε υψηλότερες ταχύτητες οι φυγόκεντρες επιδράσεις του κολάρου, γίνονται σημαντικές σχετικά με το πού περιλαμβάνεται το λάδι (Εικόνα 29). Υποδοχές επανακυκλοφορίας προβλέπονται στο πίσω μέρος του φέροντος δακτυλίου για να εξισώσει την κλίση από την πίεση που δημιουργείται λόγω του κολάρου, αλλά η επιτυχία τους είναι μόνο μερική. Δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν σε σταθερές ταχύτητες για τη μέτρηση της στατικής πίεσης στις εξωτερικές και εσωτερικές περιφέρειες για τα τακάκια σε δεδομένες πιέσεις τροφοδοσίας λαδιού δείχνουν τα αποτελέσματα για 8000 στροφές ανά λεπτό, η οποία ήταν η μέγιστη δυνατή ταχύτητα δοκιμής στην εξέδρα. Θα θεωρείται ότι η πίεση στην εξωτερική περιφέρεια για τα τακάκια ήταν ουσιαστικά μικρότερη από την πίεση παροχής, και η πίεση κάτω από την ατμοσφαιρική που μετρήθηκε στην εσωτερική περιφέρεια για τα τακάκια με χαμηλές πιέσεις τροφοδοσίας λαδιού. Αυτή ήταν ιδιαίτερα αισθητή σε υψηλές ταχύτητες όπου υψηλότερες μετρήσεις της θερμοκρασίας έδειξαν έλλειψη λαδιού στα τακάκια εισόδου. 36

37 Αυτές οι υποατμοσφαιρικές πιέσεις μπορούν να αποφευχθούν αυξάνοντας την πίεση παροχής. Εικόνα 29: Μεγίστη θερμοκρασία στα τακάκια σε σχέση με την ροη του λαδιού ανά λεπτό. Άλλες εργασίες έχουν δείξει πως ο συντελεστής ασφαλείας ενός εδράνου ώσης κλίσεως (τακάκι) αυξάνεται με την αύξηση της πιέσεως, που ασκείται στο περίβλημα, σε σχετικά υψηλές τιμές (10 bar), αλλά από τις δοκιμές που εκτελούνται, το συμπέρασμα είναι ότι οι πιέσεις της προσφοράς στην κλίμακα 1-1,5 bar είναι επαρκείς για την πλειοψηφία των σύγχρονων εφαρμογών. 37

38 Κεφαλαία 4. ΕΛΙΚΟΦΟΡΟΣ ΑΞΟΝΑΣ 1. Σύστημα μετάδοσης κίνησης του ελικοφόρου άξονα Σε αυτή την ενότητα αναλύονται το σύστημα μετάδοσης κίνησης του ελικοφόρου άξονα και οι όροι που ακολουθούν: τα ωστικά έδρανα, τα Έδρανα άξονα, το Έδρανο στορέα ελικοφόρου άξονα, η σπηλαίωση, η περιστροφή, η στεγανοποίηση, η κίνηση, η τοποθέτηση, ο έλεγχος, η αντικατάσταση και η επισκευή της έλικας και το είδος του βήματος. Επίσης αναλύεται ο έλεγχος, η αντικατάσταση και το είδος του άξονα. Το σύστημα μετάδοσης κίνησης ενός πλοίου μεταβιβάζει ισχύ από τη μηχανή προς την έλικα. Αυτό συμπληρώνεται από τους άξονες, τα έδρανα και τελικά από την ίδια την έλικα. Η ώθηση από την έλικα μεταφέρεται στο πλοίο μέσω του συστήματος μετάδοσης της κίνησης. Ελικοφόρος άξονας Το αξονικό σύστημα ενός πλοίου μεταφέρει την ισχύ από την παραγωγή (Κύρια Μηχανή Πρόωσης) στην κατανάλωση (έλικα του πλοίου). Επιπροσθέτως, μεταφέρει την παραγόμενη από την έλικα πρόωση στο σημείο παραλαβής της από το πλοίο (ωστικό έδρανο). Η τυπική διάταξη αξονικού συστήματος και απεικονίζει τα επιμέρους στοιχεία καθώς και τη μετάδοση ισχύος που λαμβάνει χώρα (Εικόνα 30). Το αξονικό σύστημα του πλοίου περιλαμβάνει τον ελικοφόρο άξονα (στην άκρη του οποίου βρίσκεται η έλικα), και τον ενδιάμεσο άξονα (ή τους ενδιάμεσους άξονες) ο οποίος συνδέει τον ελικοφόρο με τον στροφαλοφόρο άξονα της Κύριας Μηχανής. Σε πλοία με 2-Χ πετρελαιοκινητήρες (Diesel), ο ενδιάμεσος άξονας συνδέεται απευθείας στον στροφαλοφόρο του κινητήρα. Σε πλοία με 4-Χ πετρελαιοκινητήρες (Diesel), υπάρχει η ανάγκη μείωσης των στροφών της κύριας μηχανής, επομένως παρεμβάλλεται κατάλληλος μειωτήρας στροφών. Το αξονικό σύστημα καλείται να λειτουργήσει μεταφέροντας την ισχύ από την κύρια μηχανή στην έλικα, συγχρόνως δε, πρέπει να είναι κατάλληλα εδρασμένο ώστε να παραλαμβάνονται τα στατικά και δυναμικά φορτία λειτουργίας (βάρος έλικας, βάρη αξόνων, συνδέσμων, δυνάμεις κατά τη λειτουργία, κ.λπ.). Εικόνα 30: Τυπικό αξονικό σύστημα πλοίου. Μεταφορά ισχύος από την κύρια μηχανή στην έλικα. 38

39 Τα διάφορα εξαρτήματα στο σύστημα περιλαμβάνουν τον ωστικό άξονα, ένα ή περισσότερους ενδιάμεσους άξονες και τον τελικό ελικοφόρο άξονα. Οι άξονες αυτοί υποστηρίζονται από ένα έδρανο ώθησης, ενδιάμεσους τριβείς (τα έδρανα που στηρίζεται ο άξονας) και τον τριβέα της χοάνης (στορέα) του ελικοφόρου άξονα. Μια διάταξη φραγής προβλέπεται σε κάθε άκρο του στορέα με την έλικα έως τον κώνο που συμπληρώνει τη διάταξη. Τα μέρη αυτά, η θέση τους και η εργασία που εκτελούν απεικονίζονται στην (Εικόνα 31). Με την επιτυχή σχεδίαση της πρύµνης, επιδιώκονται γενικά τα παρακάτω: Μείωση της διάσπασης ροής Επαρκείς ανοχές της έλικας για την αποφυγή των κραδασμών Το χαμηλότερο σημείο του κεκλιμένου τμήματος της πρύμνης, εξαρτάται από την διάμετρο της έλικας και αυτή από το βύθισμα του πλοίου, την ισχύ και τον αριθμό των στροφών της κυρίας μηχανής. Οι αποστάσεις των πτερυγίων της έλικας από τον κλωβό επηρεάζουν σημαντικά τις υδροδυναμικές πιέσεις, οι οποίες ασκούνται από την έλικα επί του πλοίου και κατά συνέπεια, τις μεταδιδόμενες δονήσεις. Ο πιο αποτελεσματικός τρόπος αποφυγής κραδασμών, είναι η αύξηση των ανοχών σε ικανοποιητικά μεγέθη. Στο τελικό τμήμα του ελικοφόρου άξονα πραγματοποιείται στεγανοποίηση και λίπανση ώστε να μην υπάρχει εισροή υδάτων στο χώρο του μηχανοστασίου. Το πρυμναίο έδρανο, στηρίζει τον άξονα από κάτω και από πάνω για να μην δημιουργηθεί παραμόρφωση εξαιτίας του μεγάλου μήκους και βάρους του. Στην περίπτωση που η μηχανή εσωτερικής καύσης είναι πολύ απομακρυσμένη από την έλικα υπάρχουν ενδιάμεσα έδρανα που στηρίζουν από κάτω τον άξονα. 39

40 (1) Ωστική δύναμη έλικας (2) πλαίσιο κλωβού έλικας (3) φράκτη πρυμναίου στεγανού(4) τελικό τμήμα ελικοφόρου άξονα (5) χοάνη (6) ενδιάμεσος άξονας (7) τριβόμενο στον τριβέα τμήμα του άξονα (8) άξονας ωστικού εδράνου (9) ισχύς άξονα (10) απευθείας κινητήρια πετρελαιομηχανή (11) στρόβιλος με μειωτήρα ή diesel (12) κύρια μηχανή (13) ανεξάρτητο κύριο έδρανο ώσης που μεταφέρει την ώση προς την κατασκευή του πλοίου (14) ενδιάμεσος που στηρίζουν από κάτω τον άξονα (15) πρυμναίο έδρανο, εισόδου που στηρίζει τον άξονα από πάνω και κάτω (16) φραγή εντός του πλοίου (17) χοάνη εδράνων που στηρίζουν τον άξονα και την έλικα (18) επένδυση εδράνου (19) εμπρόσθια εσωτερική επένδυση 2. Ωστικά έδρανα. Εικόνα 31: Σύστημα μετάδοσης κίνησης. Το ωστικά έδρανα μεταφέρουν την πρόωση από την έλικα στο σκελετό του πλοίου. Συνεπώς αυτό πρέπει να είναι στέρεα κατασκευασμένο και τοποθετημένο σε άκαμπτη έδρα ή πλαίσιο για την εκτέλεση της αποστολής του. Είναι δυνατόν να είναι μια ανεξάρτητη μονάδα ή ένα ολοκληρωμένο μέρος της κύριας μηχανής πρόωσης. Σημειώνεται ότι και οι δυο ώσεις (πρόσω και ανάποδα) πρέπει να φροντίζονται και η κατασκευή πρέπει να είναι αρκετά ισχυρή για να αντέχει τα κανονικά και τα απότομα φορτία. Το περίβλημα του ανεξάρτητου εδράνου ώσης βρίσκεται στα δυο μισά, τα οποία συνδέονται με τοποθετημένους κοχλίες (Εικόνα 32). Το ωστικό φορτίο μεταφέρεται με έδρανα κλίνης (κουζινέτο βάσεως) που διατάσσονται για στήριξη. 40

41 (1) Ξύστρα λιπαντελαίου (2) ωστικό κολάριο (3) εκτροπέας λιπαντελαίου (4) άξονας (5) ήμισυ τριβόμενου μέρους άξονα (6) δείκτης στάθμης λιπαντελαίου (7) αναστολέας κλίνης (8) ωστική κλίνη (9) σερπαντίνα ψύξης Εικόνα 32: Ωστικό έδρανο. Οι κλίνες τοποθετούνται σε υποδοχείς ή φορείς και επενδύονται με λευκό μέταλλο. Στη διάταξη που φαίνεται οι κλίνες ώσης εκτείνονται στα τρία τέταρτα της απόστασης γύρω από το κολάρο και μεταβιβάζουν όλη την ώθηση στο κατώτερο μισό του περιβλήματος. Άλλες σχεδιάσεις χρησιμοποιούν ένα πλήρη δακτύλιο κλινών. Μια ξύστρα λιπαντελαίου εκτρέπει το ανυψούμενο λιπαντέλαιο. Από εδώ αυτό κατέρχεται πάνω από τις κλίνες και τα έδρανα. Το ωστικό έδρανο του άξονα κατασκευάζεται με ολοκληρωμένους μεταλλικούς συνδέσμους για κοχλίωση στον άξονα της μηχανής ή το μειωτήρα και τον ενδιάμεσο άξονα καθώς και σ ένα ωστικό κολάρο για την απορρόφηση της ώθησης. Όπου το ωστικό έδρανο είναι ένα ολοκληρωμένο τμήμα της μηχανής, το περίβλημα συνήθως κατασκευάζεται κατά παρόμοιο τρόπο όπως στη βάση έδρασης της μηχανής στην οποία αυτό βιδώνεται. Συμπιεσμένη λίπανση από το σύστημα λίπανσης της μηχανής προβλέπεται και άλλες περισσότερες λεπτομέρειες κατασκευής είναι παρόμοιες με το ανεξάρτητου τύπου ωστικό έδρανο. 3. Έδρανα Αναφέρονται: τα έδρανα ολίσθησης, τα έδρανα κύλισης ο τύπος της τριβής και πως αναπτύσσεται, και ποιος ο λόγος ύπαρξης των εδράνων. Γενικά για τα Έδρανα Τα έδρανα ή τριβείς αποτελούν φορείς στήριξης και οδήγησης κινούμενων μηχανολογικών μερών, όπως είναι οι άξονες και οι άτρακτοι. Τα έδρανα, λοιπόν, παραλαμβάνουν τις δυνάμεις που αναπτύσσονται κατά τη λειτουργία των μηχανών και τις μεταφέρουν στα σταθερά τους μέρη όπως τα θεμέλια, τα κιβώτια μειωτήρων κλπ. Τα έδρανα λιπαίνονται για να διατηρούνται όσο πιο χαμηλά γίνεται οι απώλειες των τριβών και οι θερμοκρασίες. Το μέγεθος της τριβής εμφανίζεται είτε ως τριβή κίνησης (που εμποδίζει την αντίθετης κατεύθυνσης σχετική κίνηση δύο επιφανειών), είτε ως τριβή ακινησίας στην περίπτωση που το εμπόδιο της τριβής είναι τέτοιου μεγέθους που καθιστά αδύνατη την κίνηση. 41

42 Ένα έδρανο ολίσθησης αποτελείται από το σώμα, το κάλυμμα, τον τριβέα, το σύστημα λίπανσης και το σύστημα στεγανότητας για τη διατήρηση του λιπαντικού μέσα στο έδρανο. Στα έδρανα ολίσθησης ο στροφέας περιστρέφεται ή ολισθαίνει μέσα στον τριβέα (συνήθως ένα κέλυφος ή περίβλημα). Ανάμεσα στο στροφέα και τον τριβέα υπάρχει το λιπαντικό υλικό που ελαττώνει την τριβή (ολίσθηση), που αναπτύσσεται κατά την περιστροφή του στροφέα, και τη φθορά. Το υλικό αυτό μπορεί να είναι στερεό, υγρό ή αέριο. Στην περίπτωση της τριβής ολίσθησης εμφανίζονται τρεις καταστάσεις τριβής. Η ξηρή τριβή με ή χωρίς ενδιάμεσα υλικά, κατά την οποία τα στερεά σώματα έρχονται σε άμεση επαφή ή πάνω στις επιφάνειές τους βρίσκεται στρώση ξένων σωμάτων ή στερεών λιπαντικών σωμάτων. Η υγρή τριβή κατά την οποία οι δύο τριβόμενες επιφάνειες δεν έρχονται απευθείας σε επαφή αλλά μεσολαβεί ένα στρώμα φέροντος υγρού και μέσω του ιξώδους του δημιουργείται τριβή. Τέλος, υπάρχει η μικτή τριβή η οποία δημιουργείται όταν υπάρχει εν μέρει τριβή στερεού σώματος και εν μέρει υγρού. Εάν η απαραίτητη πίεση δημιουργείται μέσω της κίνησης, η τριβή ονομάζεται υδροδυναμική, ενώ αν αναπτύσσεται με αντλία ονομάζεται υδροστατική. α) Γενικά τα έδρανα κύλισης προτιμούνται: Για εδράσεις με κανονικές απαιτήσεις και όσο το δυνατόν ασφαλέστερα, χωρίς συνθήκες λειτουργιάς. Π.χ. εργαλειομηχανές, κιβώτια μειωτήρων, κινητήρες, οχήματα, ανεμιστήρες, αντλίες, στοιχεία μεταφορικών μηχανών και παρόμοια. Για εδράσεις που πρέπει να εργάζονται σε λίγες στροφές με μικρές τριβές και να ξεκινούν με υψηλό φορτίο, όπως άγκιστρα γερανών, περιστρεφόμενοι πύργοι και παρόμοια. β) Γενικά τα έδρανα ολίσθησης προτιμούνται: Για εδράσεις με πολλές στροφές, υψηλά φόρτια και μεγάλη διάρκεια ζωής π.χ. δρομείς συνεχούς λειτουργιάς όπως υδροστρόβιλοι, ατμοστρόβιλοι, γεννήτριες, φυγόκεντρες αντλίες, βαρέα έδρανα ατράκτων πλοίων και παρόμοιες περιπτώσεις δηλαδή εκεί όπου αποφασιστικό ρόλο παίζει η συνεχής, χωρίς φθορά, λειτουργιά στην περιοχή της υγρής τριβής. Για εδράσεις με μικρές απαιτήσεις π.χ. ανυψωτικές και αγροτικές μηχανές, οικιακές συσκευές. Για εδράσεις οι οποίες σε στάση ή σε λίγες στροφές δέχονται ήσυχες κρούσεις και κραδασμούς π.χ. διατρητικές μηχανές, πρέσες, κλπ. Τα έδρανα του άξονα είναι δυο τύπων, το πρυμναίο έδρανο χοάνης και όλα τα άλλα. Το πρυμναίο έδρανο της χοάνης έχει ένα έδρανο με κέλυφος στην κορυφή και τον πυθμένα επειδή αυτό πρέπει να εξουδετερώνει τη μάζα της έλικας και να λαμβάνει μια κατακόρυφη προς τα άνω ώση στο πρωραίο άκρο του τελικού τμήματος του ελικοφόρου άξονα. Τα υπόλοιπα έδρανα του άξονα στηρίζουν μόνο το βάρος του άξονα. 4. Έδρανο στορέα ελικοφόρου άξονα (stern tube) Το έδρανο του στορέα ελικοφόρου άξονα εξυπηρετεί δυο σπουδαίους σκοπούς. Πρώτον στηρίζει τον ελικοφόρο άξονα και ένα σημαντικό μέρος του βάρους της έλικας, και δεύτερον μπορεί να ενεργεί ως ένας στυπιοθλίπτης για την πρόληψη της εισόδου θαλασσινού νερού στο μηχανοστάσιο. Αρχικές διατάξεις χρησιμοποιούσαν υλικά εδράνων τέτοια όπως το αγιόξυλο (έναν τύπο πολύ μεγάλης πυκνότητας ξύλου) το οποίο λιπαινόταν από το θαλασσινό νερό. 42

43 Υπάρχουν δυο συστήματα ψύξεως λαδιού με γλυκού νερού και με αέρα και λαδιού με θαλασσινού νερού, τα οποία παρουσιάζονται παρακάτω. Σύστημα λαδιού με γλυκού νερού Οι παρακάτω πληροφορίες πάρθηκαν από εγχειρίδια με ονομασία: 1) P383 Machinery Manual και 2) MGA Machinery Operating Manual όπου και μεταφράστηκαν στα ελληνικά. Ο πρυμναίος αγωγός παρέχει την υποστήριξη από το έδρανο κύλισης για τον άξονα της έλικας που λιπαίνεται με λάδι και στεγανοποιείται και στα δυο άκρα χρησιμοποιώντας στεγανοποίηση τύπου του χείλους. Το σύστημα λίπανσης του πρυμναίου αγωγού είναι ανεξάρτητο από τα αλλά συστήματα. Υπάρχουν τρία λιπαντικά συστήματα για τον πρυμναίο αγωγό, ένα για την μονάδα εδράνου, ένα για το πρυμναίο συγκρότημα στεγανοποίησης και ένα για το μπροστινό συγκρότημα στεγανοποίησης. Τα συστήματα στεγανοποίησης και τα συστήματα του εδράνου κύλισης είναι διασυνδεδεμένα και χρησιμοποιούν το ίδιο λιπαντικό. Ο πρυμναίος αγωγός περνάει μέσα από μια δεξαμενή η οποία είναι γεμάτη με αποσταγμένο νερό και παρέχει ψύξη στο πρυμναίο αγωγό. Η περιοχή του εδράνου λιπαίνεται με την βοήθεια ενός συστήματος μιας σταθερής κεφαλής (σταθερή πίεση) με λάδι που παρέχει ο πρυμναίος αγωγός με μια από τις δυο λιπαντικές αντλίες του πρυμναίου αγωγού. Ένας κεντρικός σωλήνας με δεξαμενή που έχει συναγερμό ροής διατηρεί την συνεχή πίεση στο σύστημα του λαδιού και επιστέφει από το έδρανο που ρέει πίσω στη δεξαμενή λαδιού του πρυμναίου αγωγού οπού η λειτουργία του είναι να κάνει αναρρόφηση. Υπάρχουν δυο λιπαντικές αντλίες του πρυμναίου αγωγού. Η μια επιλέγεται ως κύρια αντλία και η άλλη ως εφεδρική αντλία ώστε να λειτουργεί εκείνη αυτόματα σε περίπτωση που η κύρια αντλία σταματήσει να λειτουργεί. Οι αντλίες μπορούν να επιλεγούν για τοπική λειτουργία, αλλά συνήθως είναι ρυθμισμένες στην απομακρυσμένη λειτουργία γραφικής απεικονίσεις (IAS) του πρυμναίου αγωγού. Η κύρια και η εφεδρική αντλία επιλέγεται από την οθόνη γραφικών εκκενώνοντας το λάδι μέσω του ψυγείου. Το ψυγείο λαδιού του πρυμναίου αγωγού ψύχεται με νερό που κυκλοφορεί από το κεντρικό σύστημα ψύξης του γλυκού νερού. Το λάδι λίπανσης κατευθύνεται από το ψυγείο προς το έδρανο κύλισης του πρυμναίου αγωγού όπου παρέχεται λίπανση και ψύξη. Αυτό το λάδι επιστέφει στον πρυμναίο σωλήνα μέσω του κεντρικού σωλήνα (συλλέκτη) και το κουτί του συναγερμού. Η παροχή λίπανσης λαδιού από το ψυγείο ρέει επίσης στο μπροστινό κομμάτι στεγανοποίησης με την επιστροφή να ρέει πίσω στην δεξαμενή αποστράγγισης. Η βαλβίδα τροφοδοσίας στο μπροστινό κομμάτι στεγανοποίησης ρυθμίζει την ποσότητα λαδιού που ρέει. Η εξαέρωση του σωλήνα επιστροφής από το μπροστινό κομμάτι στεγανοποίησης τοποθετείται σε ύψος 1,5μ. πάνω από το κέντρο του άξονα της γραμμής και αυτό ελέγχει την πίεση του ελαίου στο μπροστινό κομμάτι στεγανοποίησης. Η παροχή του λαδιού μετά την στεγανοποίηση είναι από την δεξαμενή στεγανοποίησης, 1,5μ. πάνω από το κέντρο του άξονα της γραμμής, προκειμένου να ρυθμίσει την πίεση. Η δεξαμενή μετά την στεγανοποίηση υπερχειλίζει προς την δεξαμενή συμπληρώματος η οποία είναι εφοδιασμένη με μια αντλία για την αναπλήρωση της αρχικής δεξαμενής. Η δεξαμενή στεγανοποίησης μπορεί να συμπληρωθεί από το σύστημα κυκλοφορίας λαδιού του πρυμναίου αγωγού εάν αυτό απαιτείται. Υψηλά και χαμηλά κουτιά περιλαμβάνονται στο 43

44 σύστημα μετά την στεγανοποίηση και περιέχουν την σειριά των βαλβίδων, μια από τις οποίες είναι σωληνοειδής βαλβίδα που λειτουργεί από τον πινάκα έλεγχου. Αυτές οι βαλβίδες λειτουργούν αυτόματα για να ρυθμίζουν την ροή του λαδιού μέσα από το σύστημα μετά την στεγανοποίηση, ανάλογα με την ταχύτητα του άξονα. Η στεγανοποίηση παρέχεται στα εσωτερικά και τα εξωτερικά άκρα του πρυμναίου αγωγού, τα οποία είναι σχεδιασμένα να εμποδίζουν την είσοδο νερού μέσα στον χώρο του πρυμναίου αγωγού και να εμποδίσουν την διαρροή του λαδιού στην θάλασσα ή στο μηχανοστάσιο στο μπροστινό μέρος του πρυμναίου αγωγού. Το μπροστινό μέρος στεγανοποίησης αποτελείται από τρία μέρη, τέσσερις λαστιχένιους δακτυλίους στεγανοποίησης του χείλους, το μεταλλικό περίβλημα που κρατάει τα δακτυλίδια στεγανοποίησης και μια επένδυση η οποία περιστρέφει τον άξονα της έλικας. Το άκρο του δακτυλίου στεγανοποίησης είναι ο Νο.1 δακτύλιος στεγανοποίησης που βλέπει προς την εξωτερική πλευρά του πλοίου όπως και η στεγανοποίηση Νο.2. Tα δακτυλίδια στεγανοποίησης Νο.3 και Νο.3S αντιμετωπίζουν την στεγανοποίηση προς τα εμπρός. Η φυσική κυκλοφορία του λαδιού πραγματοποιείται στο πρυμναίο σύστημα στεγανοποίησης όταν ο έλικας περιστρέφεται με αποτέλεσμα το λάδι να ρέει μέσα στο χώρο στεγανοποίησης. Το σύστημα στεγανοποίησης περιλαμβάνει την κατάσταση στεγανοποίησης Νο.3S, το οποίο υπό κανονικές συνθήκες είναι χωρίς φορτίο. Σε περίπτωση βλάβης του δακτυλίου Νο.3, ο δακτύλιος Νο.3S χρησιμοποιείται για την προστασία του συστήματος. Το λάδι συνήθως τροφοδοτείται στο χώρο μεταξύ των δακτυλίων Νο.3 και Νο.3S από τον πρυμναίο αγωγό του κυκλοφορητή λαδιού μέσω της βαλβίδας εισαγωγής OL315F και βαλβίδα εξαγωγής OL317F σε περίπτωση αποτυχίας της στεγανοποίησης Νο.3 και οι δυο αυτές βαλβίδες πρέπει να είναι κλειστές. Ο χώρος μεταξύ στεγανοποίησης Νο.1 και Νο.2 είναι γεμάτος με λάδι λίπανσης κατά το στάδιο της ανάθεσης και δεν έχει άμεση σύνδεση με το δίκτυο παροχής λίπανσης / σύστημα στεγανοποίησης. Το μπροστινό σύστημα στεγανοποίησης έχει δυο στεγανοποιητικούς δακτυλίους οι οποίοι και οι δύο έχουν πρυμναία κατεύθυνση. Η στεγανοποίηση είναι εφοδιασμένη με παροχή λαδιού λίπανσης από το κύριο σύστημα κυκλοφορίας λαδιού λίπανσης με την πίεση παροχής να είναι ρυθμισμένη μέσω της βαλβίδας OL331F ενώ στην περίπτωση υπερχείλισης παρατηρείται μέσω ενός γυαλιού παρατηρήσεως. Μη κανονική διαρροή λαδιού από το έδρανο κύλισης του πρυμναίου άξονα έχει ως αποτέλεσμα την εισροή του στο πρυμναίο σύστημα στεγανοποίησης και αυτό με τη σειρά του προκαλεί αύξηση της πρυμναίας δεξαμενής συμπληρώσεως. Αυτό θα ενεργοποιήσει το συναγερμό υψηλού επιπέδου σε αυτή τη δεξαμενή. Μια ελαφριά διαρροή κατά τη διάρκεια της λειτουργίας είναι φυσιολογική (Εικόνα 33). Η πίεση του λαδιού στο έδρανο κύλισης του πρυμναίου άξονα είναι μεγαλύτερη από τη στατική πίεση του θαλασσινού νερού στην εξωτερική στεγανοποίηση. Τα παρακάτω ισχύουν σε αυτό το σύστημα: 1) Αποτυχημένη μόνωση της Νο.1 και Νο.2 στεγανοποίησης θα εκδηλωθεί μόνη της από μια αύξηση του θαλασσινού νερού μέσω της πρυμναίας στεγανοποίησης στη δεξαμενή συμπληρώματος λαδιού. 2) Αποτυχημένη μόνωση της Νο.3 στεγανοποίησης θα εκδηλωθεί από μια αύξηση μέσω της πρυμναίας στεγανοποίησής στη δεξαμενή συμπληρώματος λαδιού χωρίς ανάμειξη με νερό. 44

45 3) Αποτυχημένη μόνωση της Νο.3S στεγανοποίησης είναι μη ανιχνεύσιμη. 4) Αποτυχημένη μόνωση της Νο.4 θα ενεργοποιηθεί με μια αυξημένη ροή στη εμπρόσθια στεγανοποίηση ορατή από το γυαλί παρατηρήσεως. Εικόνα 33: Σύστημα λαδιού στεγανοποιήσεως του πρυμναίου αγωγού. Διαδικασία για τη προετοιμασία του πρυμναίου αγωγού και του συστήματος στεγανοποιήσεως λαδιού λίπανσης. Για να λειτουργήσει ο πρυμναίος αγωγός και το σύστημα στεγανοποίησης λαδιού λίπανσης, η διαδικασία είναι η ακόλουθη: Α) Επιβεβαίωσε ότι όλες οι βαλβίδες οργάνωσης συστήματος είναι πλήρως ανοιχτές. Β) Έλεγξε τη στάθμη λαδιού της στεγανοποιημένης δεξαμενής του πρυμναίου αγωγού, της δεξαμενής αποστράγγισης λαδιού λίπανσης του πρυμναίου αγωγού και της δεξαμενής 45

46 συμπληρώματος. Έπειτα συμπλήρωσε όπου είναι απαραίτητο. Έλεγχε την δεξαμενή αποστραγγίσεως λαδιού του πρυμναίου αγωγού ανοίγοντας τη βαλβίδα 0L305F για ύπαρξη νερού και έπειτα χρησιμοποιώντας τη χειροκίνητη αντλία έλεγχε επίσης την πρυμναία στεγανοποιημένη δεξαμενή συμπληρώματος χρησιμοποιώντας και το αυτόματο κλείσιμο της κάνουλας 0L417L (Πίνακας 2). Γ) Ρύθμισε τις βαλβίδες. Θέση Περιγραφή Βαλβίδα Ανοιχτό Ανοιχτό Ανοιχτό Ανοιχτό Νο.1 βαλβίδα λειτουργίας αντλίας λαδιού λίπανσης του πρυμναίου αγωγού. Νο1 βαλβίδα κατάθλιψης αντλίας λαδιού λίπανσης του πρυμναίου αγωγού. Νο2 βαλβίδα λειτουργίας αντλίας λαδιού λίπανσης του πρυμναίου αγωγού. Νο2 βαλβίδα κατάθλιψης αντλίας λαδιού λίπανσης του πρυμναίου αγωγού. OL301F OL307F OL302F OL308F Ανοιχτό Βαλβίδα εισαγωγής λαδιού ψύξης. OL310F Ανοιχτό Βαλβίδα εξαγωγής λαδιού ψύξης. OL311F Κλειστό Παρακαμπτήρια βαλβίδα λαδιού ψύξης. Κλειστό Βαλβίδα αποστραγγίσεως γραμμής. OL312F OL314F Ανοιχτό Βαλβίδα παροχής στην πρυμναία στεγανοποίηση (Νο.3 & Νο3S). OL315F Ανοιχτό Επιστροφική βαλβίδα από τη πρυμναία στεγανοποίηση (Νο.3 & Νο.3S). OL317F Ανοιχτό Βαλβίδα πρυμναίας στεγανοποίησης λαδιού λίπανσης. OL323F Κλειστό Παρακαμπτήρια βαλβίδα χαμηλού κουτιού πρυμναίας στεγανοποίησης. OL322F Ανοιχτό Βαλβίδα επιστροφής στεγανοποιήσεως. OL316F Ανοιχτό Βαλβίδα εισαγωγής πρυμναίες δεξαμενές λαδιού. OL320F Ανοιχτό Βαλβίδα εξαγωγές πρυμναίες δεξαμενές λαδιού. OL321F Κλειστό Βαλβίδα πληρώσεως πρυμναίες δεξαμενές λαδιού. Κλειστό Βαλβίδα αποστραγγίσεως λαδιού του εδράνου κύλισης στο πρυμναίο αγωγού. Κλειστό Βαλβίδες δειγματοληψίας. OL319F OL318F OL332F OL333F OL334F Ανοιχτό Βαλβίδα λειτουργίας πρυμναίες αντλίας συμπληρώματος λαδιού. OL328F Ανοιχτό Βαλβίδα κατάθλιψη πρυμναίες αντλίας συμπληρώματος λαδιού. OL325F Κλειστό Βαλβίδα κατάθλιψη πρυμναίες αντλίας συμπληρώματος λαδιού προς της δεξαμενή αποστραγγίσεως λαδιού. OL326F Πίνακας 2: Περιγραφή βαλβίδων του συστήματος στεγανοποίησης του πρυμναίου αγωγού. 46

47 Δ) Επιβεβαίωσε ότι υπάρχει ενέργεια στο κουτί ελέγχου του πρυμναίου αγωγού και ενεργοποίησε το σύστημα. Ε) Άνοιξε τις βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής νερού ψύξης προς το ψυγείο λαδιού του πρυμναίου αγωγού και επιβεβαίωσε ότι το γλυκό νερό ψύξης κυκλοφορεί μέσα στο ψυγείο. ΣΤ) Τοποθέτησε και τις δύο αντλίες στην ένδειξη αυτόματο και εκκίνησε την επιθυμητή αντλία επιλέγοντας DUTY1 ή DUTY2. Έλεγχε ότι το λάδι ρέει διαμέσου του συστήματος εδράνου κυλίσεως και της εμπρόσθιας στεγανοποίησης και επιστρέφει στη δεξαμενή αποστραγγίσεως παρατηρώντας τα γυαλιά παρατήρησης. Ρύθμισε τη ροή του λαδιού στην εμπρόσθια στεγανοποίηση όπως απαιτείται στη βαλβίδα αποπνιγμού OL31F. Ζ) Στο (IAS) έλεγχε ότι η άλλη αντλία λαδιού λίπανσης του πρυμναίου αγωγού είναι σε επιφυλακή. Η) Έλεγξε τη γραμμή της πρυμναίας δεξαμενής στεγανοποίησης για νερό. Θ)Πάρε δείγματα λαδιού για ανάλυση από τις δειγματοληπτικές αντλίες σε εβδομαδιαία διαστήματα. Λειτουργία ασφαλείας πρυμναίας στεγανοποίησης Νο.3S Δες τις πληροφορίες που παρέχονται (Πίνακας 3). Συγχρόνως παρέχονται πληροφορίες για τη λειτουργία του συστήματος σε περίπτωση αποτυχίας No1 και Νο2. Λειτουργία του συστήματος για την αποφυγή ρύπανσης Το σύστημα είναι εγκατεστημένο για να εμποδίσει την διαρροή του πρυμναίου αγωγού στην θάλασσα όταν το πλοίο είναι στο λιμάνι. Το λάδι στο Nο.2 και Νο.3 θάλαμο στην πρυμναία στεγανοποίηση αυτόματα γεμίζει ή αποστραγγίζεται στην πρυμναία δεξαμενή συμπληρώματος όταν ο άξονας της έλικας φτάνει πάνω τις 50 στροφές ή κάτω από τις 45 στροφές ως έξης: 1) Οι στροφές του άξονα της έλικας ανεβαίνουν πάνω από 58 στροφές: Ανοίγει η σωληνοειδής Βαλβίδα Ε2. Μετά από 10 κλείνει η σωληνοειδής βαλβίδα Ε3. Μετά από 30 ανοίγει η σωληνοειδής βαλβίδα Ε1. Το λάδι ρέει από την πρυμναία δεξαμενή στον πρυμναίο θάλαμο και στον πίνακα ελέγχου ανάβουν τα φώτα E1 και Ε2. 2) Οι στροφές του άξονα της έλικας πέφτουν κάτω από τις 55 στροφές ανά λεπτό: Κλείνει η σωληνοειδής βαλβίδα Ε2. Ανοίγει η σωληνοειδής βαλβίδα Ε3. Κλείνει η σωληνοειδής βαλβίδα Ε1. Το λάδι ρέει από τον πρυμναίο θάλαμο στη δεξαμενή συμπληρώματος και στο πίνακα ελέγχου ανάβει το φως Ε3 (Πίνακας 3). Συναγερμοί: Ετικέτα Περιγραφή Χαμηλό Υψηλό MM087 Αντλία πίεσης εξαγωγής λαδιού του πρυμναίου αγωγού. 1.3 bar PP001 Νο.1 αντλία ελέγχου πίεσης εξαγωγής λαδιού bar 47

48 PP002 Νο.2 αντλία ελέγχου πίεσης εξαγωγής λαδιού bar BD037 MM255 MM256 Επίπεδο δεξαμενής αποστραγγίσεως λαδιού του πρυμναίου αγωγού. Θερμοκρασία εμπρόσθιου εδράνου κύλισης του πρυμναίου αγωγού. Θερμοκρασία πρυμναίου εδράνου κύλισης του πρυμναίου αγωγού. MM193 Υψηλό επίπεδο πρυμναίας δεξαμενής στεγανοποίησης. MM205 Χαμηλό επίπεδο πρυμναίας δεξαμενής στεγανοποίησης. 0.3 m 0.9 m 0.25 m 50 C 50 C 0.75 m Πίνακας 3: Συναγερμοί ελέγχου του συστήματος λαδιού λίπανσης του πρυμναίου αγωγού. 1)Γενική Περιγραφή Το σύστημα λαδιού λίπανσης του πρυμναίου αγωγού παρέχεται για να λιπάνει τον πρυμναίο αγωγό και το σύστημα στεγανοποίησής του. Μια δεξαμενή βαρύτητας λαδιού λίπανσης του πρυμναίου αγωγού (χωρητικότητας 100 λίτρων), τροφοδοτεί το σύστημα του πρυμναίου αγωγού με λάδι. Η δεξαμενή είναι κατασκευασμένη με γυάλα παρατηρήσεως ώστε να παρατηρούμε το επίπεδο και έχει επίσης ενσωματωμένο ένα συναγερμό χαμηλού επιπέδου. Υπάρχει μια γυάλα παρατηρήσεως στη γραμμή υπερχειλίσεως που επιστρέφει στην λεκάνη του πρυμναίου αγωγού. Η δεξαμενή είναι τοποθετημένη σε τέτοιο ύψος πάνω από τον άξονα ώστε να παρέχει επαρκή ποσότητα λαδιού και να διαβεβαιώνει ότι τα μπροστινά χείλη του πρυμναίου αγωγού είναι σωστά στεγανοποιημένα. Το λάδι λίπανσης τροφοδοτείται στο έδρανο κύλισης του πρυμναίου αγωγού μέσω της αντλίας λαδιού του πρυμναίου αγωγού, και το λάδι κυκλοφορεί ανάμεσα στον άξονα και τα πρυμναία έδρανα κύλισης. Το λάδι εισέρχεται στον πρυμναίο αγωγό από το κάτω μέρος του άξονα και καταθλίβεται από το πάνω μέρος του. Το λάδι μπορεί να ρέει με δύο τρόπους, από μια γυάλα παρατηρήσεως και α) να επιστρέφει στη λεκάνη ή β) πίσω στη δεξαμενή βαρύτητας. Υπάρχουν δύο αντλίες λαδιού του πρυμναίου αγωγού: μια που χρησιμοποιείται για κανονική χρήση και μια άλλη που είναι αυτόματα σε επιφυλακή. Αν για κάποιο λόγω η γραμμή προς τη δεξαμενή βαρύτητας δεν λειτουργήσει, τότε η άλλη αντλία θα επέμβει. Οι αντλίες κάνουν αναρρόφηση από τη λεκάνη του πρυμναίου αγωγού. Αυτή η δεξαμενή είναι τοποθετημένη πάνω από την κύρια δεξαμενή κατακαθίσεως λαδιού. Η δεξαμενή είναι κατασκευασμένη με ένα πομπό επιπέδου λαδιού και συναγερμό υψηλού και χαμηλού επιπέδου (Εικόνα 35). Υπάρχει ένα ψυγείο λαδιού στη δεξαμενή βαρύτητας το οποίο ψύχετε από το σύστημα ψύξης γλυκού νερού. Μια παρακαμπτήρια βαλβίδα είναι τοποθετημένη στο ψυγείο για να ρυθμίζει τη θερμοκρασία και για να επιτρέπει στο έργο να μεταφέρεται από τη μονάδα αν αυτό απαιτείται. 2)Μπροστινή και Πρυμναία στεγανοποίηση του πρυμναίου αγωγού. Κατασκευαστής: JAPAN MARINE TECHNOLOGIES LTD. Τύπος: 48

49 1. Μπροστινή στεγανοποίηση του πρυμναίου σωλήνα: ΜΚ11 (2 στεγανοποιητικοί δακτύλιοι). Η μπροστινή στεγανοποίηση αποτελείται από 4 μέρη. Δύο ελαστικούς δακτυλίους, ένα ελαστικό δακτύλιο με μεταλλικό περίβλημα, μια επένδυση που περιστρέφεται μαζί με τον άξονα της έλικας, και ένα δακτύλιο στεγανοποίησης ο οποίος κρατάει την επένδυση. Από την πρυμναία μεριά το μεταλλικό περίβλημα απαρτίζεται από ένα μεταλλικό δακτύλιο περιβλήματος, ένα ενδιάμεσο δακτύλιο και ένα κάλυμμα στεγανοποίησης. Οι μεταλλικοί δακτύλιοι της εμπρόσθιας στεγανοποίησης βιδώνονται μαζί ώστε οι ελαστικοί δακτύλιοι στεγανοποίησης να μπορούν εύκολα να συσφιχθούν και να συναρμολογούν όμοια με αυτούς της πρυμναίας στεγανοποίησης. Το υλικό της επένδυσης χρησιμοποιείται λόγω της πολύ καλής αντοχής του στη φθορά και των λιπαντικών ιδιοτήτων του χείλους του. 2. Πρυμναία στεγανοποίηση του πρυμναίου σωλήνα 4 BL (4 στεγανοποιητικοί δακτύλιοι). Η πρυμναία στεγανοποίηση αποτελείται από τρία κύρια μέρη, τρεις ελαστικούς δακτυλίους στεγανοποίησης P, ένα ελαστικό δακτύλιο με μεταλλικό περίβλημα, και μια επένδυση που περιστρέφεται ταυτόχρονα με τον άξονα της έλικας. Από την πρυμναία πλευρά του πλαισίου η μεταλλική επένδυση είναι κατασκευασμένη από ένα μεταλλικό δακτύλιο περιβλήματος, ένα ενδιάμεσο δακτύλιο και ένα διαιρετού τύπου δακτύλιο P καλύμματος F, A. Οι ελαστικοί δακτύλιοι στεγανοποίησης εισέρχονται μεταξύ τριών μεταλλικών δακτυλίων και βιδώνονται. Το τμήμα σφικτήρα από κάθε δακτύλιο είναι ασφαλώς τοποθετημένο στην εσωτερική επιφάνεια του μεταλλικού δακτυλίου και τις μικρές αυλακώσεις στην εσωτερική πλευρά του μεταλλικού δακτυλίου έτσι ώστε το μέρος του σφικτήρα να είναι κατασκευασμένο άκαμπτα, στεγανοποιημένο από νερό και λάδι. Ένας δακτύλιος P παρέχεται μεταξύ των P δακτυλίων των καλυμμάτων F και A για προστασία από τα δίκτυα ψαρέματος. Το υλικό της επένδυσης είναι πάρα πολύ ανθεκτικό στη διάβρωση και τη φθορά: 1) Διαδικασίες λειτουργίας Έλεγξε τα επίπεδα λαδιού στη λεκάνη και τη δεξαμενή βαρύτητας του πρυμναίου σωλήνα και συμπλήρωσε αν απαιτείται. Εκκίνησε τις αντλίες αναρρόφησης και κατάθλιψης και τις βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής από το ψυγείο. Ρύθμισε τη κυκλοφορία του γλυκού νερού σε μια μέση κυκλοφορία διαμέσου του ψυγείου. Εκκίνησε μια από τις αντλίες διαβεβαιώνοντας ότι ο αέρας εξαερώνεται μέσω του φίλτρου εξαέρωσης. Επιβεβαίωσε την κατάσταση του δείκτη ροής και του μετρητή πίεσης. Συμπλήρωσε την εμπρόσθια και πρυμναία δεξαμενή στεγανοποίησης του πρυμναίου σωλήνα στα κανονικά επίπεδα και άνοιξε τις βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής του πρυμναίου συστήματος του πρυμναίου αγωγού. Επιβεβαίωσε την επιλογή αντλίας stand-by (στο IAS). Όταν οι διαδικασίες το επιτρέψουν έλεγξε όλους τους συναγερμούς στη μονάδα για να αποδείξεις ότι λειτουργούν ικανοποιητικά. 49

50 Σημείωση Μετά την επιθεώρηση της στεγανοποίησης του πρυμναίου αγωγού πρέπει να γεμίσει τελείως σε τουλάχιστον 12 ώρες πριν ακολουθήσει ο δεξαμενισμός. Μια οπτική επιθεώρηση των στεγανοποιήσεων πρέπει να πραγματοποιηθεί έτσι ώστε να επιβεβαιωθεί ότι είναι στεγανοποιημένο από λάδι. Ο άξονας είναι προτιμότερο να λειτουργήσει περιοδικά μέσω του κρίκου έτσι ώστε να αλλάξει τη θέση του άξονα σε σχέση με την στεγανοποίηση ώστε να επιβεβαιωθεί από όλες τις γωνίες η καλή στεγανοποίηση. 2) Ρυθμίσεις ελέγχου και συναγερμών (Πίνακας 4). Περιγραφή Πίεση εξαγωγής αντλίας του πρυμναίου αγωγού. Χαμηλή Όρια λεκάνης λαδιού του πρυμναίου αγωγού. Υψηλά και Χαμηλά Επίπεδο πρυμναίας στεγανοποίησης της δεξαμενής. Υψηλό Επίπεδο μπροστινής στεγανοποίησης της δεξαμενής. Χαμηλό Επίπεδο λαδιού δεξαμενής βαρύτητας. Χαμηλό Θερμοκρασία πρυμναίου εδράνου κύλισης του πρυμναίου αγωγού. Υψηλή Θερμοκρασία εδράνου κύλισης του πρυμναίου αγωγού. Yψηλή Όρια 2.3 kg/cm /0.28 m 90 % 20 % 50 % 60 C 48 C Πίνακας 4: Ρυθμίσεις ελέγχου και συναγερμών του πρυμναίου αγωγού. Στη συνέχεια βλέπουμε σε τομές μπροστινή και πρυμναία στεγανοποίηση του συστήματος λίπανσης και ψύξης του πρυμναίου αγωγού (Εικόνα 34). 50

51 Εικόνα 34: Σύστημα λίπανσης και ψύξης σε τομή του πρυμναίου αγωγού. 51

52 Εικόνα 35: Σύστημα λίπανσης και ψύξης του πρυμναίου αγωγού. Σύστημα αέρα και λαδιού με θαλασσινού νερού Οι παρακάτω πληροφορίες προέρχονται από την διαφάνεια Advanced Technology of Propeller Shaft Stern Tube Seal (air system). Τύποι πίεσης σταθερού αέρα. Αυτό Stern Dry Seal EVS-1 αναπτύχτηκε το Συμπιεσμένος αέρας παρέχεται στον θάλαμο αέρα μεταξύ δυο τμηματικών μηχανικών στεγανοποιήσεων και η πίεση του αέρα διατηρείται σταθερά στον βαθμό 0.03 Mpa (0.3 bar) υψηλοτέρα από την πίεση του θαλασσινού νερού. Επιπρόσθετος αέρας πρέπει να παρέχεται για να διατηρήσει σταθερή την πίεση του αέρα που αναφέραμε παραπάνω όταν η διαρροή αέρα αυξάνεται ανάμεσα στις τμηματικές στεγανοποιήσεις και η πίεση του αέρα μεταξύ στεγανοποιήσεων μειώνεται. Η όλη αυτή διαδικασία αυτής της στεγανοποίησης γίνεται για να διατηρεί την πίεση του αέρα σταθερή και γι αυτόν τον λόγο είναι κατοχυρωμένη ως τύπου πίεσης σταθερού αέρα. Το λάδι που δεν απορροφάται σωστά και το θαλασσινό νερό μπορούν να αποστραγγιστούν προς το εσωτερικό διαμέσου ενός σωλήνα αποστράγγιξης. 52

53 Εικόνα 36: Σύστημα τύπου πίεσης σταθερού αέρα. Οι επόμενοι τύποι στεγανοποιήσεως του αέρα ανακτήθηκαν γύρω στο 1990, αφού αναπτύχθηκε η στεγανοποίηση αέρα που αναφέρθηκε παραπάνω. Αναπτύχθηκαν από την βιομηχανία (Blohm + Voss) οι τύπου πίεσης σταθερού αέρα Airspace Seal 1 (Εικόνα 37). Υπάρχει μια σταθερή πίεση αέρα όπως φαίνεται στο χώρο δυο η οποία είναι ρυθμισμένη 0.01 Mpa (0.1 bar) χαμηλότερα από την πίεση του ερματισμένου θαλασσινού νερού έτσι ώστε να μην ρέει αέρας μέσα στο θαλασσινό νερό. Για να αποστραγγίξουμε το λάδι και το θαλασσινό νερό που δεν έχουν απορροφηθεί σωστά και έχουν συνορευτεί στον θάλαμο αέρα, στη σεντίνα, μια σωληνοειδής βαλβίδα ανοίγει σε συγκεκριμένα διαστήματα με την κατάσταση της πίεσης στο θάλαμο αέρα να μένει ανεπηρέαστη. Η κύρια διαφορά ανάμεσα στους δυο παραπάνω τύπους στεγανοποίησης πιέσεως σταθερού αέρα είναι ότι η πίεση του αέρα στον θάλαμο αέρα είναι ψηλότερη η χαμηλότερη του θαλασσινού νερού. 53

54 Τύπος ροής σταθερού αέρα. Εικόνα 37: Τύπος πίεσης σταθερού αέρα Airspace Seal 1. Σαν βελτίωση των παραπάνω σχεδιάστηκε η στεγανοποίηση τύπου σταθερής ροής (Εικόνα 38). Μια ποσότητα σταθερού αέρα παρέχεται από την πηγή αέρα, η οποία μετά περνάει από Νο. 2 και Νο. 3 θάλαμο στεγανοποίησης και μετά κατευθύνεται προς την θάλασσα. Η πίεση του αέρα διατηρείται πάντα σταθερά γύρω στα 0.01 Mpa (0.1 bar) περισσότερο από την πίεση του θαλασσινού νερού έτσι ώστε να υπερβαίνει ελαφρά των Νο. 1 και Νο. 2 δακτυλίων στεγανοποίησης. Η πίεση του αέρα προστίθεται στην δεξαμενή λαδιού του πρυμναίου αγωγού η οποία τοποθετείται στα 3m (0.03 Mpa) πάνω από το κέντρο του άξονα. Η πίεση του λαδιού του πρυμναίου αγωγού γίνεται πίεση αέρα στον Νο. 2 και Νο Mpa (0.3 bar) θάλαμο, ακόμα ακολουθεί το σχέδιο αλλαγής. Οποιαδήποτε αλλαγή σχεδίου μπορεί να ανιχνευτεί αυτόματα και στην πίεση αέρα στον Νο. 2 και Νο. 3 θάλαμο και στην πίεση του λαδιού στον πρυμναίο αγωγό που ακολουθεί την αλλαγή σχεδίου στιγμιαία. Επομένως όλες οι αλλαγές πίεσης στους πρυμναίους δακτυλίους στεγανοποίησης είναι πάντα αμελητέες. Το λάδι και το θαλασσινό νερό που δεν έχουν απορροφηθεί μπορούν να αποστραγγιστούν από τον Νο. 2 και Νο. 3 θάλαμο. Για να αποστραγγίξουμε κάθε μη απορροφημένο υγρό ομαλά, μια μικρή ποσότητα αέρα περνάει μέσα από ένα ελεγκτή αέρα στην δεξαμενή αποστράγγιξης. Υπάρχουν δυο πλεονεκτήματα στο σύστημα αέρας σταθερής ροής. Το πρώτο είναι ότι το θαλασσινό νερό σπάνια περνάει από το Νο. 2 και Νο. 3 θάλαμο επειδή η πίεση του αέρα είναι πάντα μεγαλύτερη από την πίεση του θαλασσινού νερού. Το δεύτερο είναι ότι η διάρκεια ζωής των δακτυλίων στεγανοποιήσεως, ειδικά Νο. 1 και Νο. 2 δακτυλίων, αυξάνεται λόγω της μικρής διαφοράς πίεσης που διατηρείται. 54

55 5. Ενδιάμεσο Έδρανο του άξονα Εικόνα 38: Τύπος ροής σταθερού αέρα. Το συνηθισμένο έδρανο τριβής με τον άξονα, εδώ αντικαθίσταται με περιστρεφόμενη κλίνη. Αυτή είναι περισσότερο ικανή να φέρει υψηλές υπερφορτίσεις και να συγκρατεί ένα παχύ στρώμα λιπαντελαίου. Η λίπανση γίνεται από ένα λουτρό στο κατώτερο ήμισυ του περιβλήματος και ένα βυθισμένο στο λάδι δακτύλιο που το μεταφέρει γύρω από τον άξονα καθώς αυτός περιστρέφεται. Η ψύξη του εδράνου γίνεται με νερό που κυκλοφορεί μέσω ενός αυλωτού ψυγείου στον πυθμένα του περιβλήματος. Ένα ενδιάμεσο έδρανο χοάνης (Εικόνα 39). Μεταξύ των τριβέων και του άξονα θα πρέπει να υπάρχει ακτινικό διάκενο για την παραλαβή τυχών διαστολών και κυρίως για τον σχηματισμό της λιπαντικής μεμβράνης. Η φθορά τον τριβέων μειώνει το πάχος και αυξάνει το διάκενο με τον άξονα. Η υπερβολική αύξηση του διάκενου μπορεί να προκαλέσει κρουστικές δύναμης αύξησης του λιπαντικού λόγω πλαγίων διαρροών και συνεπώς δεν θα υπαρχή η απαιτούμενη λιπαντική μεμβράνη. 55

56 (1) ξύστρα λιπαντελαίου (2) εκτροπέας λιπαντελαίου (3) κλίνη τριβής (4) δακτύλιος απόρριψης λιπαντελαίου Εικόνα 39: Έδρανο χοάνης. Στεγανοποίηση των εδράνων του άξονα της έλικας Τα ωστικά έδρανα του άξονα της γραμμής είναι ζωτικής σημασίας για τη στήριξη του άξονα πρόωσης και μπορεί να υπόκεινται σε μια ευρεία ποικιλία άνισων και κρουστικών φορτίων. Οι δακτύλιοι στεγανοποίησης (Εικόνα 40) πρέπει να είναι σε θέση να αντιμετωπίσουν αυτές τις συνθήκες. Οι δακτύλιοι στεγανοποίησης (Walkersele D6) συνιστούνται τόσο για να διατηρήσουν το λιπαντικό του εδράνου όσο και να αποκλείσουν τις προσμίξεις σε μια επιστροφή προς την πίσω διάταξη. Μπορούν να είναι απλά με γράσο συσκευασμένες για τη συναρμολόγηση, ή για πιο δύσκολες συνθήκες μπορεί να χρησιμοποιηθούν σε μια αυτόματη τροφοδοσία γράσου. Ενώ οι δακτύλιοι στεγανοποίησης (Walkersele D6) δεν προορίζονται για συνθήκες πίεσης, δοκιμές έχουν αποδείξει ότι θα λειτουργούσαν με επιτυχία υπό κατάσταση πλημμύρας με πίεση 1.5 bar και επιφάνεια ταχύτητας 5 μέτρα ανά δευτερόλεπτο για μία περίοδο 72 ωρών, δίνοντας έτσι τη δυνατότητα στο πλοίο να φτάσει το λιμάνι. 56

57 Εικόνα 40: Στεγανοποίηση των εδράνων. Οι παρακάτω πληροφορίες πάρθηκαν από εγχειρίδια με ονομασία: PROPULSION SHAFTING ALIGNMENT όπου και μεταφράστηκαν στα ελληνικά. Συντελεστές επιρροής Ο συντελεστής επιρροής μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αξιολογήσει την ευαισθησία σε πιθανές διαταραχές στο έδρανο αντιστάθμισης και τις αλλαγές στις αντιδράσεις εδράνου. Ο ( Πίνακας 5) συντελεστής επιρροής απεικονίζει την σχέση ανάμεσα στις αντιδράσεις των εδράνων λόγω της μονάδας αλλαγής αντισταθμίσματος σε κάθε συγκεκριμένο έδρανο. Οι διαταραχές που προκαλούν ανησυχία είναι οι εξής: i) Εκτροπές κύτους. ii) Θερμικές αποκλίσεις. iii) την αντιστάθμιση λαμβάνοντας προσαρμογής. Ένα δείγμα πίνακα συντελεστή επιρροής παρουσιάζεται παρακάτω: Πίνακας 5: Σχετικές αντιδράσεις εδράνων. 57

58 Ένα δείγμα συστήματος άξονα πρόωσης έχει δώδεκα έδρανα εκ των οποίων ένα είναι το ωστικό έδρανο, το οποίο δεν έχει κάποιο συγκεκριμένο ενδιαφέρον για σκοπούς ευθυγράμμισης. Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός επιρροής τόσο πιο ευαίσθητο θα είναι το συγκεκριμένο έδρανο στην αλλαγή αντισταθμίσματος. Η σχέση ανάμεσα στο αντιστάθμισμα και στο φορτίο αντίδρασης είναι γραμμικά ανάλογη ούτως ώστε να περιέχει τον ίδιο πίνακα για 1 χιλιοστό αλλαγής αντισταθμίσματος και όλοι οι πινάκες αντισταθμιστών θα πολλαπλασιάζονται με συντελεστή 10. Η εμπειρία έχει δείξει ότι το μοντέλο του άξονα όπως παρουσιάζεται στο παράδειγμα, αναπαριστά ένα σύστημα άξονα προώσεως το οποίο είναι ευαίσθητο με την μεταβολή του συστήματος αντισταθμίσματος. Η ευαισθησία της ευθυγράμμισης θα σχετίζεται με την ακαμψία της κατασκευής στα όποια στηρίζονται τα έδρανα. Ονομαστικά, η ελαστικότητα της διπύθμενης κατασκευής μπορεί να αναμένεται να είναι υψηλότερη κάτω από τα έδρανα του ενδιάμεσου άξονα της κύριας δεξαμενής. Συγκεκριμένα η ευαίσθητη περιοχή για να αξιολογηθεί είναι η διεπαφή ανάμεσα στον άξονα και στην κύρια μηχανή. Η αίτια για αυτήν την ευαισθησία είναι η ξαφνική αλλαγή ακαμψίας στην υποστήριξη της κατασκευής μεταξύ των δυο. Οι συντελεστές επιρροής που έχουν καθιερωθεί για τα έδρανα της μηχανής είναι πολύ υψηλοί κάτι που οδηγεί το συμπέρασμα ότι η μηχανή είναι πολύ πιο ευαίσθητη στις παραλλαγές αντισταθμίσματος από τον άξονα. Αυτή είναι μια σωστή υπόθεση. Ωστόσο η κατασκευή που καθορίζει τον στροφαλοφόρο είναι επίσης σχετική σε μεγάλο βαθμό ακαμψίας με την διπύθμενη κατασκευή κάτω από τον άξονα. Επιπλέον τα έδρανα κατασκευής δεν θα αλλάξουν σημαντικά αντιστάθμισμα όσο η κατασκευή κάτω από αυτά είναι σχετικά άκαμπτη. Γι αυτόν τον λόγο, ακόμα και αν οι παράγοντες των συντελεστών επιρροής για τα έδρανα της μηχανής είναι υψηλοί, οι αποκλίσεις μέσα στην μηχανή θα είναι μικρότερες για τον άξονα. Επομένως η ευαισθησία της απόκλισης του σκελετού θα είναι μικρότερη από τον άξονα. Όμοια για τον άξονα όπου οι συντελεστές επιρροής είναι μικροί, η αλλαγή στο αντιστάθμισμα των εδράνων αναμένεται να είναι υψηλή λόγω τον πιο ελαστικών διπύθμενων, συν το ότι μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα την υψηλότερη ευαισθησία στις αποκλίσεις τους σκελετού. Για ποιο λόγο η μηχανή είναι ευαίσθητη στις αποκλίσεις του σκελετού? Συνήθως δεν είναι λόγω της μηχανής τις ίδιας αλλά κυρίως λόγω της ασυμφωνίας στην ακαμψίας μεταξύ κατασκευής της μηχανής και διπύθμενης κατασκευής κάτω από τον άξονα. Αυτό μπορεί κατά συνέπεια να έχει ως αποτέλεσμα τα δυο πρυμναία έδρανα της μηχανής να είναι πολύ ευαίσθητα σε αλλαγές στα έδρανα του ενδιάμεσου άξονα απόκλισης αντισταθμίσματος. Αντιδράσεις εδράνων Οι ικανοποιητικές αντιδράσεις εδράνων είναι ένα από τα κύρια κριτήρια για την αποδοχή της ευθυγράμμισης. Είναι δύσκολο να καθιερωθεί ένα αποδεκτό περιθώριο καθώς οι παράγοντες που επηρεάζουν τις αντιδράσεις εδράνων είναι πολύ δύσκολο να προβλεφθούν. Ουσιαστικά η ευθυγράμμιση είναι αποδεκτή όσο οι αντιδράσεις εδράνων είναι πάντα θετικές (σε όλες τις καταστάσεις λειτουργίας / φορτίου) και το έδρανο δεν αποφορτίζεται. Γι αυτό οποιοδήποτε στατικό φορτίο είναι αποδεκτό. Ωστόσο για πρακτικούς λόγους τουλάχιστον 10 % του 58

59 επιτρεπόμενου φορτίου μεταφέρεται στο έδρανο ώστε να εμποδίσει την αποφορτίσεις λόγω ανεξήγητων ενοχλήσεων. Τα φορτία αντίδρασης δεν είναι τα μόνα σημαντικά κριτήρια για την αποδοχή της ευθυγράμμισης. Σχετικά μια κακή ευθυγράμμιση ανάμεσα στον άξονα και τα έδρανα είναι τουλάχιστον το ίδιο σημαντική (Εικόνα 41). Καμπύλη εκτροπής Εικόνα 41: Αντιδράσεις εδράνων. Μια σχετικά κακή ευθυγράμμιση ανάμεσα στα έδρανα και στον άξονα μπορεί να αξιολογηθεί από πληροφορίες που παρέχονται από την παραμόρφωση καμπυλότητας. Παραμόρφωση καμπυλότητας προσδιορίζει τη γωνία κλίσης του άξονα σε κάθε κόμβο του συστήματος. Η γωνία μετριέται από την θεωρητική μηδενική γραμμή ευθυγράμμισης. Στην περίπτωση που οι εκτροπές κύτους θεωρηθούν στην ανάλυση, η συγκεκριμένη κακή ευθυγράμμιση στον άξονα και το έδρανο θα μπορούσε να θεωρηθεί: Απόλυτη κλίση στον άξονα. Γωνιακή μεταβολή στο έδρανο της κεντρικής γραμμής λόγω παραμορφώσεων του κύτους. Σε περίπτωσης όπου η γωνία κακής ευθυγράμμισης βρεθεί υπερβολική, μπορεί να απαιτηθεί έγκλιση του εδράνου. Έγκλιση του εδράνου Η έγκλιση του εδράνου έχει υιοθετηθεί στης πρακτική της ναυτικής βιομηχανίας για να εμποδίσει την υπερβολική φόρτωση του πρυμναίου εδράνου. Το λογισμικό της ευθυγράμμισης του άξονα ABS περιέχει μια διαδραστική ρουτίνα για την ανάλυση του πρυμναίου εδράνου, το οποίο περιέχει έρευνα έγκλισης εδράνων (Εικόνα 42). 59

60 Ο κανόνας της βιομηχανίας για την έγκλιση του πρυμναίου εδράνου είναι 0.3 x 10 rad. Όταν η γωνία κακής ευθυγράμμισης ξεπεράσει αυτήν την τιμή διεξάγεται κανονικά η έγκλιση εδράνου. Ο μηχανικός οφείλει να συμβουλεύσει τον πελάτη για την πιθανη υπερβολική γωνία κακής ευθυγράμμισης και να προτείνει έγκλισης εδράνου αν: Η υποβληθείσα ανάλυση δεν εξερευνήσει κακή ευθυγράμμιση, ή Η προβλεπόμενη κλίση κακής ευθυγράμμισης είναι μεγαλύτερη από 0.3 x10 3 rad. Επιτρεπόμενο φορτίο εδράνου Εικόνα 42: Κομβώδης κλίση και εκτροπή κύτους. Το επιτρεπόμενο φορτίο εδράνου σχετίζεται με τα αποδεκτά επίπεδα συμπίεσης ανάμεσα στα υλικά του εδράνου. Οι τρέχοντες κανόνες ABS παρέχουνκριτήρια αποδοχής 0.8 N / mm 2 για μεταλλικά και 0.6 N / mm 2 για λιπαινόμενα από λάδι συνθετικού υλικού έδρανα. Τα κριτήρια αποδοχής περιλαμβάνουν πίεση συμπίεσης εκτιμώμενη από το φορτίο εδράνων πάνω από την προβλεπόμενη περιοχή των εδράνων. Αυτά τα κριτήρια μπορεί να μην είναι επαρκή αν η κακή ευθυγράμμιση ανάμεσα στο έδρανο του άξονα δεν μένει πολύ χαμηλά (εμποδίζοντας το πρυμναίο φορτίο). Το πρόγραμμα ευθυγράμμισης άξονα ABS παρέχει μια διεπαφή για να αναλύσει την στατική κατάσταση φορτώσεις του πρυμναίου εδράνου μεταξύ του άξονα και του εδράνου (Εικόνα 43). 60

61 Υποστηρικτικό έδρανο Εικόνα 43: Πρόγραμμα αξιολόγησης πρυμναίου εδράνου. Το υποστηρικτικό έδρανο είτε θα εγκατασταθεί είτε η πίεση επαφής του εδράνου του πρυμναίου αγωγού σε στατική κατάσταση δεν θα ξεπερνά τα όρια πίεσης που επιτρέπονται από τον κατασκευαστή του εδράνου. Αυτή η κατάσταση θα διασφαλιστεί καλυτέρα από μια χαμηλή γωνία κακής ευθυγράμμισης ανάμεσα στον άξονα και στον πρυμναίο αγωγό. Τέλεια ευθυγράμμιση υπάρχει όταν ο άξονας διατηρεί μεγίστη περιοχή επαφής και ελάχιστη επαφή πίεσης με το κέλυφος του εδράνου (Εικόνα 44). Κάτω από ιδανικές συνθήκες η περιοχή επαφής διανέμεται συμμετρικά ανάμεσα στον μπροστινό και στο πρυμναίο άκρο του εδράνου. Μια χαμηλή γωνία κακής ευθυγράμμισης θα διασφάλιση μια μεγάλη περιοχή στατικής περιοχής ανάμεσα στον άξονα και στο έδρανο, μικρότερη επαφή πίεσης που θα ασκείται από το έδρανο στον άξονα και γρηγορότερη ανάπτυξη μιας ταινίας λαδιού η οποία θα έχει ως αποτέλεσμα τη μεγαλύτερη διάρκεια ζωής του εδράνου. 61

62 Εικόνα 44: Ιδανική περιοχή επαφής εδράνου όπως ασκείται από τον άξονα (μηδενική γωνία κακής ευθυγράμμισης). Σημείο διπλής επαφής άξονα εδράνου Αν θέλουμε να προσελκύσουμε το σημείο διπλής επαφής είναι προτεινόμενο ότι θα θεωρείται μια παροδική περίπτωση και το σημείο απλής επαφής επαληθεύεται ικανοποιητικά (Εικόνα 45). α) Το αντιστάθμισμα του εδράνου επιλέγεται για να καλύψει την αντίδραση του εδράνου. Αρχικά επιβεβαιώνεται το ότι επιλεγμένο αντιστάθμισμα στα έδρανα συμμορφώνεται με τα προαπαιτούμενα για όλες τις θετικές αντιδράσεις των εδράνων (στην ανάλυση διπλού σημείου επαφής η κλίση κακής ευθυγράμμισης είναι μηδενική). Εικόνα 45: Το σημείο απλής επαφής επαληθεύεται ικανοποιητικά. 62

63 β) Αντιδράσεις επαληθευμένα ικανοποιητικές (Εικόνα 46). Εικόνα 46: Αντιδράσεις επαληθευμένα ικανοποιητικές. γ) Τα σημεία επαφές είναι επιλεγμένα στο μπροστινό και το πρυμναίο άκρο του πρυμναίου αγωγού. (Εικόνα 47). Εικόνα 47: Η ευθυγράμμιση του μπροστινού άκρου και του πρυμναίου ακρου στο σημείο επαφής. δ) Η ανάλυση της ευθυγράμμισης επαναλαμβάνεται λαμβάνοντας υπ όψιν τα σημεία απλής επαφής. Θεωρώντας ότι τα παραπάνω είναι αποτέλεσμα αποδεκτών λύσεων το τελευταίο βήμα είναι να αφαιρέσουμε το μπροστινό άκρο του σημείου επαφής και να εξετάσουμε μόνο απλή επαφή. Αν το σημείο απλής επαφής δεν είναι ικανοποιητικό, τότε η ανάλυση δεν θα έπρεπε να ληφθεί ως έγκυρη. 63

64 Ενδιάμεσος άξονας Ο ενδιάμεσος άξονας εδράζεται σε ένα ή περισσότερα έδρανα ολίσθησης, τα οποία καλούνται έδρανα γραμμής. Ο ελικοφόρος άξονας εδράζεται συνήθως σε δύο έδρανα ολίσθησης στη χοάνη του πλοίου. Το πρυμναίο έδρανο χοάνης έχει συνήθως μεγάλο λόγο μήκους προς τη διάμετρο ώστε να παραλαμβάνει τα μεγάλα φορτία που δημιουργούνται λόγω της ύπαρξης της έλικας σε πρόβολο. Αποτελεί τυπικό αυτορυθμιζόμενο έδρανο ολίσθησης με δίσκους λίπανσης (Εικόνα 48), ενώ παρουσιάζεται τυπική διάταξη εδράνων χοάνης (Εικόνα 49). Εικόνα 48: Τυπικό αυτορυθμιζόμενο έδρανο γραμμής. Εικόνα 49: Έδρανα χοάνης. 64

65 Ευθυγράμμιση άξονα Είναι δυνατόν να υπάρχουν ένα ή περισσότερα τμήματα του ενδιάμεσου άξονα, μεταξύ δηλαδή του ωστικού άξονα και του ελικοφόρου τμήματος του άξονα. Αυτό εξαρτάται από τη θέση του μηχανοστασίου. Όλοι οι άξονες κατασκευάζονται από συμπαγή σφυρηλατημένο χυτό χάλυβα, με ολοκληρωμένες συνδέσεις των εδράνων ώσης. Τα τμήματα του άξονα συνδέονται με τη βοήθεια κοχλιών από σύμπαγες σφυρηλατημένο χάλυβα (Εικόνα 50) και άξονα με κοίλος (Εικόνα 51). Ο ενδιάμεσος χάλυβας διαθέτει μια μεταλλική σύνδεση σε κάθε άκρο, στηρίζεται σε έδρανα και είναι δυνατόν να είναι αυξημένης διαμέτρου. Ο ελικοφόρος άξονας διαθέτει μια όψη μεταλλικής σύνδεσης όπου αυτός συνδέεται με τον ενδιάμεσο άξονα. Το άλλο άκρο είναι κωνικό για την εφαρμογή παρόμοιου κώνου στην πρύμνη της έλικας. Το κωνικό άκρο θα έχει επίσης σπείρωμα για την τοποθέτηση περικοχλίου που θα συγκρατεί στη θέση της την έλικα. Εικόνα 50: Συμπαγής άξονας. Εικόνα 51: Άξονας με κοίλος. 65

66 Μετρήσεις ευθυγράμμισης του άξονα. Η ευθυγράμμιση του άξονα της έλικας είναι καθορισμένη ως μια σταθερή κατάσταση παρατήρησης των εδράνων που υποστηρίζουν τον άξονα αυτόν. Για να επαληθεύουμε την ευθυγράμμιση σε αποδεκτό βαθμό πρέπει το ελάχιστο ακόλουθο σύνολο παραμέτρων να είναι αποδεκτό. Αντιδράσεις εδράνων. Κατακόρυφη μετατόπιση κουζινέτων. Γωνιά κακής ευθυγράμμισης. Απόκλιση στον ιστό του στροφαλοφόρου άξονα (λανθασμένη αντίληψη του στροφαλοφόρου άξονα). Κακή ευθυγράμμιση του σφονδύλου (λανθασμένη αντίληψη του φορτίου ταχυτήτων). Περαιτέρω απαιτήσεις που μπορούν να ζητηθούν είναι οι ακόλουθες. Καμπή και άνοιγμα. Κεντρικότητα του άξονα. Μέτρηση των πιέσεων στον άξονα (ροπή, διατρητική δύναμη). Οι παραπάνω μετρήσεις δεν απαιτούνται ή διεξάγονται σε κάθε πλοίο. Συνήθως διεξάγονται οι ακόλουθες. Καμπή και άνοιγμα. Αντιδράσεις εδράνων. Αποκλίσεις του στροφαλοφόρου. Κακή ευθυγράμμιση των εδράνων. Κακή ευθυγράμμιση του σφονδύλου (όταν είναι δυνατό). Βλάβες του πρυμναίου αγωγού. Το λάδι του πρυμναίου αγωγού μπορεί να βρεθεί να περιέχει ένα μεγάλο ποσοστό νερού κατά διάρκεια μιας επιθεώρησης ρουτίνας. Κατά την διάρκεια των αμέσως επόμενων μηνών θα διεξαχθεί μια πιο προσεκτική παρακολούθηση των περιεχομένων του νερού στο λάδι λίπανσης του πρυμναίου αγωγού έτσι ώστε να επιτρέψει στο πλοίο να παραμείνει σε υπηρεσία. Τελικά, το πλοίο θα είναι σε θέση θα αποφασιστεί να επισκευαστούν η να αντικατασταθούν οι μονώσεις πρυμναίου αγωγού. Η έκταση των ζημιών μπορεί να είναι η ακόλουθη: τα ελατήρια της πρυμναίας στεγανοποίησης μπορεί να βρεθούν να είναι σπασμένα. Στην συνέχεια όταν αφαιρεθεί η στεγανοποίηση το λευκό μέταλλο του εδράνου μπορεί να βρεθεί χαλαρό (Εικόνα 52). Με μια πιο προσεκτική εξέταση της ζημιάς όταν θα είμαστε και πλέον στην επισκευή μπορεί να διαπιστωθεί ότι το έδρανο στον πρυμναίο αγωγό είναι κατεστραμμένο. Η κατάσταση λοιπόν του εδράνου του πρυμναίου αγωγού μπορεί να είναι όπως στην (Εικόνα 53). Τέλος ο άξονας της έλικας μπορεί να έχει υποστεί ρωγμές ή σε μια πιο ακραία περίπτωση, ακόμα και κλίση. 66

67 Εικόνα 52: Κομμάτια λευκού μετάλλου στο έδρανο του πρυμναίου αγωγού μετά την αφαίρεση της στεγανοποίησης. Εικόνα 53: Η κατάσταση του λευκού μετάλλου του εδράνου όπως βρέθηκε στον πρυμναίο αγωγό. Αν το πλοίο λοιπόν συνεχίσει χωρίς μια πιο προσεκτική εκτίμηση της εν λόγω κατάστασης και δεν είχαν ληφθεί οι κατάλληλες διορθωτικές κινήσεις, τότε θα αντιμετώπιζε σοβαρό κίνδυνο πρόκλησης παραπάνω ζημιών, μόλυνσης του περιβάλλοντος ή ακόμα και ολικής καταστροφής του πλοίου. Οι βλάβες στο έδρανο βάσεως του πρυμναίο αγωγού και στον άξονα της έλικας προκαλούνται κυρίως από την έλλειψη της υδροδυναμικής λίπανσης λόγω της υπερβολικής ποσότητας νερού στο λάδι λίπανσης του πρυμναίου αγωγού. Η αύξηση της τριβής ανάμεσα στον άξονα της έλικας και το λευκό μέταλλο του εδράνου υπερθερμαίνει και καταστρέφει το λευκό μέταλλο, αφού το φθείρει ομοιόμορφα σε όλη την επιφάνειά του. Στην συνεχεία η αυξημένη τριβή υπερθερμαίνει τον άξονα της έλικας και λόγω της κακής ψύξης κατά μήκος του άξονα δημιουργούνται ρωγμές. Ως πιο ακραίο αποτέλεσμα ενός άξονα που έχει υπερθερμανθεί είναι η απόκτηση κλίσης (Εικόνα 54). 67

68 Εικόνα 54: Βλάβες του πρυμναίου αγωγού. Απεικόνιση βλαβών του πρυμναίου αγωγού (Εικόνα 55,Εικόνα 56,Εικόνα 57). Εικόνα 55: Βλάβες πρυμναίου αγωγού. 68

69 Εικόνα 56: Έδρανα κυλίσεως μετακινημένα από την αρχική τους θέση ως αποτέλεσμα της υψηλής θερμοκρασίας των εδράνων. Εικόνα 57: Ελαττωματικά έδρανα κυλίσεως και φθαρμένο κάλυμμα λόγω υπερβολικής τριβής. 69

70 Κεφάλαιο 5: Έλικα 1. Έλικα Η έλικα συνίσταται από μια πρύμνη (τα ύφαλα) με διάφορα πτερύγια ελικοειδούς μορφής προσαρτημένα σε αυτή. Όταν αυτή περιστρέφεται «βιδώνει» ή «ωθεί» κατά τη διαδρομή της μέσω του νερού, δίνοντας ώθηση στη στήλη του νερού που διέρχεται μέσω αυτής. Η ώση μεταβιβάζεται κατά μήκος του άξονα στο ωστικό έδρανο και τελικά στην κατασκευή του πλοίου. Μια έλικα σταθερού βήματος (Εικόνα 58). Αν και συνήθως περιγράφεται ως σταθερού βήματος, το βήμα μπορεί να μεταβάλλεται με αύξηση της ακτίνας από την πρύμνη. (1)όψη (2) κλίση (3) οπίσθια όψη (4) πρύμνη (5) κώνος (6) αναπτυγμένο περίγραμμα(7) προβεβλημένο περίγραμμα (8) κλίση πτερυγίων (9) ακτίνα (10) τομέας πτερυγίων Εικόνα 58: Έλικα σταθερού βήματος. Μια μεταβλητού βήματος έλικα (Εικόνα 59). Το βήμα μεταβάλλεται ανάλογα με τις μοίρες που δίνουμε στα πτερύγια. 70

71 Εικόνα 59: Μεταβλητού βήματος έλικα. Σε οποιοδήποτε σημείο της έλικας το βήμα σταθεροποιείται με σκοπό τον υπολογισμό της μέσης τιμής ή μέσος όρος τιμών. Μια έλικα που στρέφεται κατά τη φορά των δεικτών του ρολογιού, όταν παρατηρείται από την πρύμνη, θεωρείται δεξιόστροφη και τα περισσότερα πλοία μιας έλικας έχουν τέτοιες. Ένα πλοίο με διπλή έλικα συνήθως θα έχει μια έλικα δεξιόστροφη και μια αριστερόστροφη. 2. Σύνδεση έλικας Η έλικα τοποθετείται εντός ενός κώνου στον ελικοφόρο άξονα και μια σφήνα και δυνατόν να τίθεται μεταξύ τους, εναλλακτικά μια χωρίς σφήνα διάταξη η οποία είναι επίσης δυνατόν να χρησιμοποιηθεί. Ένα μεγάλο περικόχλιο στερεώνεται και ασφαλίζεται στη θέση του άκρου του ελικοφόρου άξονα, και στη συνέχεια ένας κώνος βιδώνεται πάνω στο άκρο του ελικοφόρου άξονα για την εξασφάλιση ήρεμης ροής του νερού από την έλικα. Μια μέθοδος τοποθέτησης της έλικας χωρίς σφήνα είναι το σύστημα έκχυσης λιπαντελαίου. Το άνοιγμα της έλικας έχει μια σειρά αξονικών και περιφερειακών αυλακών που έχουν δημιουργηθεί εντός αυτού. Υψηλής πίεσης λιπαντέλαιο εισάγεται μεταξύ του κωνικού τμήματος του ελικοφόρου άξονα και της έλικας. Αυτό μειώνει την τριβή μεταξύ των δυο μερών και η έλικα ωθείται προς τα άνω του κωνικού τμήματος του άξονα με τη βοήθεια ενός υδραυλικού γρύλου. Καθώς η έλικα τοποθετείται η πίεση του λαδιού απελευθερώνεται και το λάδι επιστρέφει πίσω αφήνοντας τον άξονα και την έλικα ασφαλώς μαζί στερεωμένες. Το PilgrimNut είναι ένας μηχανισμός (καταχωρημένη ευρεσιτεχνία) που εξασφαλίζει ένα προκαθορισμένο σφίξιμο τριβής μεταξύ της έλικας και του άξονά της. 71

72 Με τη διάταξη αυτή η στρέψη της μηχανής μπορεί να μεταβιβαστεί χωρίς φόρτιση της σφήνας, όπου αυτή τοποθετείται. Ο μηχανισμός Pilgrimnut στην πράξη είναι ένας υδραυλικός γρύλος με σπείρωμα που βιδώνεται στον στροφαλοφόρο άξονα (Εικόνα 60). Ένας χαλύβδινος δακτύλιος περιλαμβάνει ώση από ένα υδραυλικά συμπιεσμένο νιτρωμένο ελαστικό. Αυτή η ώση εφαρμόζεται στην έλικα για να την αναγκάσει να εισέλθει στο κωνικό τμήμα του ελικοφόρου άξονα. Η αποσύνδεση της έλικας επιτυγχάνεται με αντίστροφη χρήση του μηχανισμού PilgrimNut και χρησιμοποιώντας ένα έλασμα απομάκρυνσης το οποίο στερεώνεται στην πρύμνη της έλικας με μπουλόνια. Όταν το λάστιχο συμπιέζεται η έλικα αποσύρεται απ τον κώνο. Η σύνδεση και η αποσύνδεση (Εικόνα 60). (1) σύνδεση (2) πλήμνη έλικας (3) φραγή (4) στέλεχος σύνδεσης (5) απόσταση σωλήνα (6) υδραυλική σύνδεση (7) πώμα (8) έλασμα ασφάλισης (9) ελικοφόρος άξονας (10) νιτρωμένο ελαστικό (11) δακτύλιος φορτίου (12) αποσύνδεση (13) μπουζόνι (14) έλασμα αποσύνδεσης Εικόνα 60: Λειτουργία του μηχανισμού PilgrimNut. Στον δεξαμενισμό η έλικα καθαρίζεται και ελέγχεται για τυχόν στρεβλώσεις και ρωγμές και στη συνέχεια αλλάζονται τα λάστιχα στεγανοποίησης. Τέλος σφίγγεται το παξιμάδι της έλικας. 72

73 Για τον άξονα γίνεται έλεγχος με μικρόμετρα για τυχόν στρεβλώσεις και κάμψεις. Μόνο στην περίπτωση που έχει παρουσιαστεί, είτε στρέβλωση είτε κάμψη, τότε αντικαθιστάται νέος άξονας στο πλοίο. Ο δεξαμενισμός γίνεται κάθε 5 χρόνια για την πρώτη δεκαετία και μετά γίνεται κάθε 2,5 χρόνια. 3. Έλικα μεταβλητού και σταθερού βήματος Μια έλικα σταθερού βήματος (fixed pitch propeller-fpp) είναι συχνά η βέλτιστη έλικα για τα περισσότερα πλοία, αν μη τι άλλο επειδή είναι φθηνότερη και πιο ισχυρή από ότι μια έλικα μεταβλητού βήματος (variable pitch propeller-vpp). Επίσης, μια έλικα σταθερού βήματος (FPP) είναι συνήθως πιο αποτελεσματική από μια έλικα μεταβλητού βήματος (VPP) για μια συγκεκριμένη περιστροφική ταχύτητα και για την κατάσταση φορτίου. Κατά συνέπεια, μεγάλα πλοία μεταφοράς χύδην φορτίου, δεξαμενόπλοια και πλοία μεταφοράς εμπορευματοκιβωτίων, τα οποία συνήθως λειτουργούν σε σταθερή ταχύτητα θα έχουν έλικα σταθερού βήματος (FPP) βελτιστοποιημένο για την ταχύτητα αυτή (Εικόνα 61). Στο άλλο άκρο, μια λέμβος (narrow boat) θα έχει μια έλικα σταθερού βήματος (FPP) για δύο λόγους: η ταχύτητα περιορίζεται στα 4 mph (για να προστατεύει την τράπεζα κανάλι), και η έλικα πρέπει να είναι στιβαρή (όταν συναντούν εμπόδια υποβρύχια). Εικόνα 61: Σύστημα πρόωσης με έλικα μεταβλητού βήματος. Σε αυτή τη δεδομένη ταχύτητα περιστροφής και το φορτίο του, ένα (FPP) τυπικά μπορεί να μεταδώσει δύναμη ελαφρώς πιο αποτελεσματικά από ότι ένα (VPP) (Εικόνα 61). Σε οποιαδήποτε άλλη ταχύτητα περιστροφής, ή σε οποιοδήποτε άλλη φόρτωση του πλοίου, το (FPP) θα είναι αναποτελεσματικό. Αντίθετα, ένα (VPP) μπορεί να είναι αποτελεσματικό για το πλήρες φάσμα των ταχυτήτων περιστροφής και τις συνθήκες φορτίου, δεδομένου ότι το βήμα του θα πρέπει να μεταβάλλεται για να απορροφούν τη μέγιστη δύναμη που η μηχανή είναι ικανή να παράγει. Όταν είναι πλήρως φορτωμένο, ένα πλοίο χρειάζεται προφανώς περισσότερη ισχύ πρόωσης από ότι όταν είναι άδειο. Μεταβάλλοντας τα πτερύγια της έλικας σε βέλτιστο βήμα, μπορείς να πετύχεις υψηλότερη απόδοση εξοικονομώντας έτσι καύσιμο. Ένα πλοίο με (VPP) μπορεί να επιταχύνει γρηγορότερα την απόσταση, και να επιβραδυνθεί πολύ πιο αποτελεσματικά, καθιστώντας τη διακοπή ταχύτερη και ασφαλέστερη. Ένα (VPP) μπορεί να βελτιώσει την ευελιξία του πλοίου κατευθύνοντας μια ισχυρότερη ροή του νερού πάνω στο πηδάλιο. 73

74 Τα περισσότερα πλοία χρησιμοποιούν ένα μειωτήρα προκειμένου να μειώσουν την ταχύτητα εξόδου του κινητήρα σε βέλτιστη ταχύτητα έλικα. Ενώ ένα (FPP) εξοπλισμένο πλοίο χρειάζεται είτε ένα σύστημα οδοντωτών τροχών αναστροφής είτε ένα αναστρέψιμο κινητήρα για να αντιστραφεί, ενώ ένα πλοίο (VPP) δεν μπορεί. Σε ένα μεγάλο πλοίο το (VPP) απαιτεί ένα υδραυλικό σύστημα για τον έλεγχο της θέσης των πτερυγίων. Σε σύγκριση με ένα (FPP), ένα (VPP) είναι πιο αποτελεσματικό σε αντιστροφή καθώς τα πτερύγια προπορευόμενων άκμων παραμένουν επίσης σε τέτοια αντιστροφή, έτσι ώστε το υδροδυναμικό σχήμα διατομής να βελτιστοποιείται για τις δύο εμπρός και όπισθεν. Στα μέσα της δεκαετίας του 1970, το Uljanik ναυπηγείο στη Γιουγκοσλαβία παρήγαγε τέσσερα (VLCC) με (VPP), ένα δεξαμενόπλοιο και τρεις φορείς μεταλλεύματος ανά πετρέλαιο. Το καθένα από αυτά τροφοδοτείται από δύο bhp B&W κινητήρες ντίζελ με απευθείας οδήγηση Kamewa έλικες μεταβλητού βήματος. Λόγω του υψηλού κόστος καμιά κατασκευή των πλοίων δεν επέφερε κέρδος κατά τη διάρκεια της ζωής τους. Για τα πλοία αυτά, οι έλικες με μόνιμο βήμα θα ήταν πιο κατάλληλοι. Τα μεταβλητά βήματα βρίσκονται συνήθως σε λιμάνι ή ποντοπόρα ρυμουλκά, βυθοκόροι, κρουαζιερόπλοια, οχηματαγωγά πλοία, φορτηγά πλοία και μεγαλύτερα αλιευτικά πλοίο. Πριν από την ανάπτυξη των (VPP), ορισμένα πλοία εναλλάσσονταν μεταξύ «της ταχύτητα των τροχών» και «τη δύναμη του τροχού» ανάλογα με την εργασία. Τα τρέχοντα σχέδια (VPP) μπορούν να ανεχθούν με μια μέγιστη ισχύ των kw ( hp). Μια έλικα μεταβλητού βήματος αποτελείται από μια πρύμνη με χωριστά πτερύγια τοποθετημένα σ αυτή. Ένας εσωτερικός μηχανισμός καθιστά δυνατόν τα πτερύγια να κινούνται ταυτοχρόνως μέσω ενός τόξου για την αλλαγή της γωνίας του πτερυγίου και συνεπώς του βήματος. Μια τυπική διάταξη (Εικόνα 62). Όταν λαμβάνεται το σήμα απαίτησης βήματος, τότε λειτουργεί μια βάνα πηνίου η οποία ελέγχει την παροχή λαδιού χαμηλής πίεσης προς το βοηθητικό σέρβο κινητήρα. Ο τελευταίος κινεί τη συνδεσμολογία του ολισθαίνοντος ωστικού εδράνου προς τη θέση του βάκτρου της βάνας που εκτείνεται στην πρύμνη της έλικας. Το βάκτρο της βάνας εισάγει υψηλής πίεσης λάδι στη μια πλευρά ή στην άλλη του κυλίνδρου του κύριου σέρβο κινητήρα. 74

75 (1)βάκτρο εμβόλου (2) έμβολο (3) φραγή πτερυγίου (4) κοχλίας πτερυγίου (5) πτερύγιο (6) κομβίο(7) κύλινδρος σέρβο κινητήρα (8) δακτύλιος στροφάλου (9) βάνα ελέγχου (10) βάκτρο βάνας (11) κύριος άξονας (12) βάκτρο βάνας (13) κύρια αντλία (14) γρανάζι (15) εσωτερικώς οδοντωτό γρανάζι δακτυλίου (16) ανεπίστροφη βάνα (17) ολισθαίνων δάκτυλος (18) ολισθαίνων ωστικό έδρανο (19) γωνιακό κουμπί (20) βοηθητικός σέρβο κινητήρας (21) φραγή πίεσης (22) περίβλημα Εικόνα 62: Έλικα μεταβλητού βήματος. Η έλικα που απεικονίζεται είναι μια έλικα μεταβλητού βήματος σε τομή της εταιρίας που παράγει ναυτιλιακά προϊόντα MAN.Diesel.&.Turbo (Εικόνα 63). 75

76 Εικόνα 63: Έλικα μεταβλητού βήματος σε τομή. Η κίνηση του κυλίνδρου μεταφέρεται από τα κομβία στροφάλου και δακτυλίου προς τα πτερύγια της έλικας. Όλα τα πτερύγια της έλικας περιστρέφονται μαζί με το σήμα ανατροφοδότησης με αποτέλεσμα να ισορροπεί το σήμα απαίτησης χαμηλής πίεσης λαδιού προς το βοηθητικό σέρβο κινητήρα. Για να είναι δυνατός σε έκτακτη ανάγκη ο έλεγχος του βήματος της έλικας, όπως στην περίπτωση απώλειας της ισχύος του, οι αντλίες θα μπορούν να λειτουργούν χειρωνακτικά. Ο μηχανισμός ελέγχου ο οποίος συνήθως είναι υδραυλικός, διέρχεται μέσω του ελικοφόρου άξονα και η λειτουργία είναι συνήθως από τη γέφυρα. Μεταβάλλοντας το βήμα θα μεταβάλλεται και η παρεχόμενη ώση και αφού υπάρχει μια μηδενική θέση βήματος ο άξονας της μηχανής δύναται να στρέφεται συνεχώς. Τα πτερύγια είναι δυνατόν να περιστραφούν για την εξασφάλιση της ώθησης αναπήδησης και συνεπώς η μηχανή δεν απαιτείται ν αναστρέφεται. 4. Σπηλαίωση Ένα από τα πιο σοβαρά προβλήματα που απασχολούν μόνιμα τους κατασκευαστές των ελίκων αλλά και τους τεχνικούς που θα υποδείξουν ποια έλικα είναι η πιο κατάλληλη για ένα πλοίο, είναι η σπηλαίωση. Και αυτό επειδή έχει σοβαρές αρνητικές συνέπειες στη λειτουργία της έλικας και την απόδοση, καθώς και στην ομαλή λειτουργία της μηχανής και του πλοίου. 76

77 Η σπηλαίωση είναι η δημιουργία φυσαλίδων ατμού σε ένα ρέον υγρό στο σημείο όπου η πίεσή του πέφτει χαμηλότερα από την πίεση ατμού του. Η σπηλαίωση βασίζεται στους κύριους παράγοντες φθοράς. Το φαινόμενο συνήθως διαιρείται σε δύο υποφαινόμενα: την αδρανειακή σπηλαίωση και τη μη αδρανειακή σπηλαίωση. Στην αδρανειακή σπηλαίωση, ένα κενό ή μια φυσαλίδα σε ένα υγρό καταρρέει και παράγει πίδακα υγρού ή κρουστικό κύμα. Η φθορά από αυτού του είδους τη σπηλαίωση είναι ορατή σε έλικες των πλοίων. Στη μη αδρανειακή σπηλαίωση μία φυσαλίδα σε ένα υγρό οδηγείται σε εξαναγκασμένη ταλάντωση ως προς το μέγεθος και το σχήμα της. Η μη αδρανειακή σπηλαίωση παρατηρείται επίσης σε έλικας, αντλίες και τουρμπίνες, αλλά η φθορά από αυτήν μπορεί να είναι ελεγχόμενη. Όταν ένα αντικείμενο κινείται μέσα στο νερό με αυξημένη ταχύτητα, η πίεση που κρατάει το νερό σ επαφή με τα πλάγια και το πίσω μέρος του σώματος προοδευτικά μειώνεται, δηλαδή δημιουργείται ένα κενό όπου η πίεση είναι μειωμένη. Όταν η πίεση μειωθεί πολύ, στο νερό εμφανίζεται το φαινόμενο της αύξησης της θερμοκρασίας και μέσα σε αυτό δημιουργούνται φυσαλίδες ατμού. Η αύξηση της θερμοκρασίας και οι φυσαλίδες διατηρούνται όσο διατηρείται το κενό και η χαμηλή πίεση. Όταν όμως μειωθεί η ταχύτητα με την οποία κινείται το αντικείμενο, τότε η πίεση θα αυξηθεί, με αποτέλεσμα το κενό να υποχωρήσει και ένα ρεύμα από φυσαλίδες ατμού (που περιέχουν και οξυγόνο) θα κινηθεί προς την περιοχή υψηλότερης πίεσης, δηλαδή προς τις επιφάνειες του αντικειμένου, όπου και θα συμπυκνωθούν πάλι σε νερό. Κατά τη συμπύκνωση τους οι φυσαλίδες θα αποδεσμεύσουν την ενέργεια που χρειάστηκε για να δημιουργηθούν, με τη μορφή μεγάλης ποσότητας θερμότητας, καίγοντας και διαβρώνοντας την επιφάνεια του αντικειμένου («καύση σπηλαίωσης») στα σημεία όπου αυτές υγροποιούνται. Στις έλικες καίγεται ή διαβρώνεται το μέταλλο, όποιο και αν είναι αυτό, ορείχαλκος ή μπρούτζος, (Εικόνα 64). Εικόνα 64: Τομή πτερυγίου έλικας. Η τοποθεσία και η έκταση που θα προκληθεί σπηλαίωση (Εικόνα 64) του αντικειμένου εξαρτάται, στον προσανατολισμό του και την ταχύτητα με την οποία αυτό θα κινηθεί μέσα στο νερό. Όσο πιο λεπτό είναι ένα αντικείμενο προς την κατεύθυνση κίνησης του, τόσο περισσότερες πιθανότητες έχει να μην παρουσιάσει σπηλαίωση ή αυτό να συμβεί μόνο σε εξαιρετικά υψηλή ταχύτητα. Η σπηλαίωση είναι πιο γνωστή σαν πρόβλημα των ελίκων και των τιμονιών, των διαφόρων πλοίων. Η σπηλαίωση είναι πιο συνηθισμένη στην περίπτωση των πλοίων που έχουν συχνά υψηλές και οι συνθήκες είναι ιδιαίτερα ευνοϊκές για την εμφάνιση της σπηλαίωσης (Εικόνα 65). 77

78 Τα αίτια της σπηλαίωσης Εικόνα 65: Σχηματική παράσταση του φαινομένου της σπηλαίωσης. Αιτία για την εμφάνιση σπηλαίωσης στην έλικα μπορεί να είναι είτε η ίδια η έλικα, είτε κάποιοι άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν τη λειτουργία της ή ένας συνδυασμός και των δύο. Η αρχή σπηλαίωσης οδηγείται από την ακμή των πτερυγίων της έλικας, οξείες γωνίες της οδηγού ακμής, το υπερβολικό γύρισμα (cup) της ακολουθούσας ακμής, τραχείες ή όχι αρκετά λείες επιφάνειες των πτερυγίων ή άλλων τμημάτων της έλικας. Πτερύγια στραβά ή παραμορφωμένα από κτυπήματα συνήθως προκαλούν εκτεταμένη σπηλαίωση. Το ίδιο μπορεί να συμβεί και με τη χρήση μιας έλικας ακατάλληλης για το πλοίο και τη μηχανή, όπως για παράδειγμα μιας έλικας με διάμετρο πολύ μικρότερη από την κανονική ή και με πολύ μεγάλο βήμα, ή έλικας με πολύ μεγαλύτερη επιφάνεια πτερυγίων σε σχέση με αυτήν που πραγματικά απαιτείται. Σπηλαίωση μπορεί να προκληθεί και από μια έλικα κακοσχεδιασμένη, με διαφορές στο σχήμα και το πάχος των πτερυγίων ή από υπερβολικό πάχος των πτερυγίων της. Η σπηλαίωση στις μπρούτζινες έλικες είναι πιο συνηθισμένη, ιδιαίτερα στις υψηλές ταχύτητες επειδή τα πτερύγια τους έχουν πάχος μεγαλύτερο από το επιθυμητό, που είναι όμως αναγκαίο για να υπάρχει η απαιτούμενη αντοχή. Για τις ταχύτητες αυτές, η χρήση ορειχάλκινων ελίκων είναι προτιμότερη γιατί έχουν πολύ λεπτότερα πτερύγια. Στις μεσόστροφες μηχανές οι βάσεις στήριξης των αξόνων, που αναγκαστικά βρίσκονται πολύ κοντά στην έλικα, μπορεί να γίνουν αιτία σπηλαίωσης, εάν δεν έχουν τον κατάλληλο σχεδιασμό ώστε να μην δημιουργούν κενά στην έλικα. Μερικές φορές ανάλογα με την 78

79 ταχύτητα του πλοίου, ακόμη και ο ελικοφόρος άξονας του μπορεί να γίνει αιτία σπηλαίωσης και ειδικά όταν αυτός δεν είναι καθαρός και έχει καλυφθεί από στρείδια που δημιουργούν κενά, τα οποία επηρεάζουν την έλικα. Αιτία σπηλαίωσης μπορεί να είναι το ίδιο σε ένα πλοίο, εάν η γάστρα του δεν είναι κατάλληλα σχεδιασμένη για το είδος της μηχανής που θα το κινήσει. Ακόμη και με καλοσχεδιασμένο πλοίο με τέλεια εγκατάσταση μηχανής μπορεί να προκύψουν προβλήματα σπηλαίωσης στην έλικα, εάν η γάστρα του έχει υποστεί παραμορφώσεις ή έχει κτυπήματα. Βέβαια, δεν υπάρχει αμφιβολία πως σε όλες τις παραπάνω περιπτώσεις, αν η γάστρα του πλοίου δεν είναι καθαρή και λεία γιατί έχει πιάσει χορτάρι ή στρείδια, θα υπάρχει οπωσδήποτε ανώμαλη ροή νερού και κενά προς την έλικα που ευνοούν τη σπηλαίωση. Οι συνέπειες της σπηλαίωσης Η σπηλαίωση ξεκινάει συνήθως από την οδηγό ακμή της έλικας και επεκτείνεται στην πίσω επιφάνεια της έλικας (επιφάνεια ώσης ή υψηλής πίεσης), καθώς και στη βάση των πτερυγίων κοντά στη γάστρα του πλοίου. Μπορεί όμως να επεκταθεί και στη γάστρα και στην εμπρός επιφάνεια (επιφάνεια αναρρόφησης ή χαμηλής πίεσης) και να προκληθεί «εκτεταμένη σπηλαίωση». Όταν υπάρχει σπηλαίωση, γίνεται εύκολα αντιληπτή. Αρχικά η ταχύτητα του πλοίου μειώνεται με αύξηση των στροφών της μηχανής ή με την αύξηση των στροφών της μηχανής η ταχύτητα του πλοίου δεν αυξάνεται ανάλογα, ενώ ακούγεται και έντονος θόρυβος στην έλικα που συνοδεύεται από ισχυρούς κραδασμούς. Το πρόβλημα της σπηλαίωσης είναι πολύ σοβαρό, διότι πέρα από μια σημαντική μείωση της απόδοσής της έλικας και αύξηση της κατανάλωσης, σε κάποιες περιπτώσεις μπορεί να πάρει ακόμη και καταστροφικές διαστάσεις. Υπάρχουν περιπτώσεις που σε έλικες, μετά από λίγες μόνον ώρες λειτουργίας, έχουν αποκοπεί ολόκληρα πτερύγια της έλικας από έντονη σπηλαίωση στη βάση τους, έχουν στραβώσει άξονες. Για να αποφευχθούν φαινόμενα σπηλαίωσης σε ένα πλοίο, είναι απαραίτητο, όχι μόνο να προσεχθεί ιδιαίτερα η επιλογή της έλικας, αλλά επίσης να φροντίζεται η γάστρα του, ο ελικοφόρος άξονας και οι βάσεις του και γενικά όλος ο εξοπλισμός που βρίσκεται μέσα στο νερό και συμμετέχει στην προώθηση του πλοίου. Όλα πρέπει να είναι σε άριστη κατάσταση, καθαρά και λεία, απαλλαγμένα από παραμορφώσεις ή κτυπήματα και ιδιαίτερα η ίδια η έλικα. Ακόμα και μια μικρή διάβρωση της επιφάνειας της έλικας για οποιοδήποτε λόγω ή μικρές αμυχές, μπορεί να γίνουν αιτία μιας μικρής σε έκταση σπηλαίωσης στην αρχή, που δεν θα είναι άμεσα αντιληπτή, η οποία όμως στη συνέχεια μπορεί να πάρει εκτεταμένες διαστάσεις με όλες τις αρνητικές συνέπειες που προαναφέρθηκαν. 5. Συντήρηση της έλικας Όλες οι έλικες, ανεξάρτητα του υλικού από το οποίο είναι κατασκευασμένες, θα πρέπει να επιθεωρούνται τακτικά και προσεκτικά για τυχόν ελάττωμα. Κάθε αμφίβολη κατάσταση, όπως χαλαρότητα των μερών, εγκοπή, ρωγμές, γρατσουνιές, ή απώλεια φινιρίσματος θα πρέπει να διερευνώνται προσεκτικά και να ελέγχεται η κατάσταση κατά την επισκευή και συντήρηση των προδιαγραφών για το συγκεκριμένο τύπο της έλικας. 79

80 Κάθε έλικα που έπληξε ένα ξένο αντικείμενο κατά τη διάρκεια της λειτουργιάς της θα πρέπει να επιθεωρείται αμέσως για πιθανές ζημιές, σύμφωνα με οδηγίες του κατασκευαστή της έλικας και αν είναι απαραίτητο, να επισκευάζονται σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή. Αν η έλικα έχει καταστραφεί πέρα από τα όρια του κατασκευαστή, η αντικατάσταση της κρίνεται απαραίτητη. Κάθε φορά που η έλικα έχει αφαιρεθεί, πρέπει να επιθεωρείται οπτικά η πίσω επιφάνεια για οποιαδήποτε ένδειξη ρωγμών. Όταν οι τυχόν ελλείψεις διαπιστωθούν, πρέπει να αποσυναρμολογηθεί ο μεταλλικός κώνος από την έλικα. Στη συνέχεια πρέπει να επιθεωρηθούν τα μπουλόνια πλήμνης για φθορές και ρωγμές στην κεφαλή της έλικας. Σε περίπτωση που έχει ραγίσει ή φθαρεί, πρέπει να γίνει αντικατάσταση με νέα ισοδύναμα μπουλόνια. Στην επιθεώρηση της έλικας όταν το πλοίο είναι σε δεξαμενισμό για επισκευή πρέπει να διαπιστωθούν οποιοδήποτε από αυτά τα ελαττώματα. Εάν δεν βρεθούν ελαττώματα, η έλικα μπορεί να εγκατασταθεί ξανά στον άξονα. Κατά το δεξαμενισμό ενός πλοίου δίνεται η ευκαιρία να γίνει μια λεπτομερής εξέταση της έλικας και να εκτελεστούν οποιεσδήποτε αναγκαίες εργασίες επισκευής από το εξειδικευμένο προσωπικό του ναυπηγείου (Εικόνα 66). Μια προσεκτική εξέταση πρέπει να γίνεται γύρω από τις άκρες των πτερυγίων για σημεία ρωγμών. Ακόμη και οι ελάχιστες ρωγμές δεν πρέπει να αγνοούνται καθόσον αυτές δρουν αυξάνοντας τοπικά την καταπόνηση και μπορούν να έχουν σαν αποτέλεσμα την απώλεια του πτερυγίου αν η έλικα δεχθεί ένα οξύ χτύπημα. Επίσης, οι γωνιακές ρωγμές θα συγκολλούνται με κατάλληλα ηλεκτρόδια, ενώ και τα λυγισμένα πτερύγια στα χείλη θα τυγχάνουν προσοχής το ταχύτερο δυνατό. Εκτός από ελαφρά παραμόρφωση η εφαρμογή θερμότητας θα απαιτηθεί. Αυτό πρέπει να ακολουθείται προκειμένου να γίνει αποκατάσταση των τάσεων στην επιφάνεια γύρω από την επισκευή. Επιφανειακή τραχύτητα που προκαλείται από ελαφρά οξείδωση μπορεί να καθαριστεί και η επιφάνεια να στιλβωθεί. Περισσότερο σοβαρή βλάβη θα αποκατασταθεί με συγκόλληση και στη συνέχεια με θερμική επεξεργασία. Τέλος, μια προσωρινή επισκευή για βαθιά διάβρωση ή οπές θα μπορούσε να γίνει με κατάλληλη ρητινική πλήρωση. Σε περίπτωση που έχει αποκοπεί πτερύγιο ή έχει αλλοιωθεί σε μεγάλο βαθμό από την έλικα του πλοίου τότε κρίνεται απαραίτητη η αντικατάσταση της έλικας. 80

81 Εικόνα 66: Συντήρηση της έλικας σε ναυπηγείο. 81

82 Κεφάλαιο 6. ΑΖΙΜΟΥΘΙΑΚΟΙ ΠΡΟΩΣΤΗΡΕΣ 1. Αζιμουθιακό σύστημα πρόωσης Στην ενότητα αυτή αναλύεται το αζιμουθιακό σύστημα πρόωσης, η δομή του ηλεκτρικού δικτύου πρόωσης, η εφαρμογή της λειτουργίας, η ψύξη του συστήματος, τα πλεονεκτήματα του αζιμουθιακού συστήματος πρόωσης και οι τύποι πλοίων που βρίσκει εφαρμογή το σύστημα. Αυτό το είδος προωστήρων μέσω της περιστροφής τους παράγουν ώση σε οποιαδήποτε διεύθυνση. Η ώση μπορεί να ελέγχεται είτε από προωστήρες με έλικα ελεγχόμενου βήματος (CPP) με σταθερή ταχύτητα περιστροφής, είτε από προωστήρες με έλικα σταθερού βήματος (FPP) με μεταβλητή ταχύτητα περιστροφής, είτε ακόμα και με προωστήρες μεταβλητού βήματος και στροφών (Εικόνα 67). Εικόνα 67: Αζιμουθιακός προωστήρας. Οι αζιμουθιακοί προωστήρες αρχικά χρησιμοποιούν για να κρατούν σταθερή τη θέση ενός πλοίου και για τους ελιγμούς του. Τα τελευταία χρόνια ο συνδυασμός τους με την ηλεκτρική πρόωση οδήγησε και στην εφαρμογή τους ως κυρία μέσα πρόωσης σε εφαρμογές της τάξης των 6 7 MW. Παρουσιάζεται πως είναι οπτικά το αζιμουθιακό σύστημα πρόωσης (Εικόνα 68). 82

83 Εικόνα 68: Αζιμουθιακός προωστήρες ΑΒΒ Marine. Ένα αζιμουθιακό σύστημα πρόωσης επιτρέπει στην κατεύθυνση της ροής νερού από την έλικα να περιστραφεί γύρω από έναν οριζόντιο άξονα. Στην απλούστερη μορφή του, περιλαμβάνει μια εξωλέμβια μηχανή, η οποία μπορεί να στραφεί και να κάνει τη δουλειά του πηδαλίου, καθώς και να παρέχει προωθητική δύναμη, και είναι ένα τέλειο παράδειγμα ενός αζιμουθιακού συστήματος. Είναι μια ελκυστική ιδέα, η οποία είναι σε θέση να στρέψει τη ροή του νερού σε οποιαδήποτε κατεύθυνση, αντί να είναι απαραίτητη η χρήση πηδαλίου για να κατευθύνει τη ροή νερού που τρέχει κατά μήκος του διαμήκους άξονα του πλοίου. Ρυμουλκά και πλοία εφοδιασμού, όπου ο ακριβής έλεγχος της κατεύθυνσης είναι απαραίτητος, ιδιαίτερα σε στενά σημεία, ήταν τα πρώτα πλοία που ήταν εξοπλισμένα με αζιμουθιακά συστήματα, όπου η έλικα μπορεί να περιστραφεί γύρω από ένα οριζόντιο άξονα 360 μοιρών. Αυτό που απαιτείται είναι η ευθυγράμμιση των εδράνων με τον άξονα πρόωσης από ένα οριζόντιο άξονα, σε έναν κατακόρυφο άξονα (γύρω από τον οποίο περιστρέφεται η ίδια η μονάδα). Τα οφέλη του αζιμουθιακού συστήματος είναι σημαντικά. Σε ένα συμβατικό σύστημα της έλικας - πηδαλίου είναι η ταχύτητα της ροής του νερού πάνω από το πηδάλιο, η οποία προσδιορίζει την ικανότητα του πλοίου να κατευθύνεται. Η ικανότητα περιστροφής της κατεύθυνσης της ροής από την έλικα θα σημαίνει ότι το πλοίο με τη σειρά του θα είναι σε θέση να περιστραφεί, χωρίς καμία κίνηση εμπρός ή πρόσω, ώστε να πλέει αποτελεσματικά πάνω στην επιφάνεια της θάλασσας, και να μπορεί να κινηθεί προς τα πλάγια, αν αυτό απαιτείται. Σύγχρονα αζιμουθιακά συστήματα πρόωσης σε ρυμουλκά μπορούν να πραγματοποιήσουν ώθηση ή ρυμούλκηση σε οποιαδήποτε κατεύθυνση, μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα, και αυτό τα καθιστά εξαιρετικά αποτελεσματικά. Τα αζιμουθιακά συστήματα, επίσης, μπορούν να προσαρμοστούν σε μια σειρά από άλλα πιο εξελιγμένα πλοία, εφόσον η ακριβής και ανεξάρτητη ικανότητα ελιγμών είναι απαραίτητη. Για παράδειγμα, μερικά από τα δεξαμενόπλοια που έχουν τεθεί σε υπηρεσία στην Αρκτική, όπου τα πλοία λειτουργούν ανεξάρτητα από την υποστήριξη παγοθραυστικού έχουν τέτοια συστήματα πρόωσης (Εικόνα 69). 83

84 (1)υδραυλική μονάδα διεύθυνσης (2)μπλοκ εγκατάστασης (3) δακτύλιοι στεγανοποιήσεις ωστικού άξονα (4)μπροστινή όψη προπέλας (5) μονάδα δακτύλιος ολίσθησης (6)μονάδα εξαερισμού (7) αέρας ψύξεως (8)ρουλεμάν (9) ηλεκτρικό κινητήρας παραγωγής κινήσεις (10) γραμμή άξονα Εικόνα 69: Αζιμουθιακό προωστήριο σύστημα με μια έλικα. Επιπλέον, επιτυγχάνεται σημαντική εξοικονόμηση χώρου, καθώς οι κινητήρες μηχανές έχουν μικρές διαστάσεις και το μεγαλύτερο μέρος τους είναι εκτός του πλοίου, ενώ και αυτό ακόμη το αξονικό σύστημα ουσιαστικά εκμηδενίζεται οδηγώντας και σε μειωμένες ανάγκες συντήρησης. Το ενοποιημένο σύστημα κινητήρα άξονα έλικα έχει εξαιρετικά μικρούς χρόνους απόκρισης σε εντολές ελιγμών κάτι που ελαχιστοποιεί και τον χρόνο αποφυγής σύγκρουσης. Ο προωστήριος κινητήρας έχει περιορισμένες ανάγκες ψύξης καθώς ψύχεται από το θαλασσινό νερό στο όποιο είναι εμβαπτισμένος. Το αζιμουθιακό σύστημα πρόωσης (pod) χρησιμοποιείται σήμερα σε εφαρμογές ηλεκτροπρόωσης της τάξης των 1 25 MW (Εικόνα 70). 84

85 Εικόνα 70: Αζιμουθιακό προωστήριο σύστημα δύο ελίκων. Ένα αζιμουθιακό προωστήριο σύστημα δύο έλικες ακόμα παρατίθεται σχηματικά η δομή του ηλεκτρικού δικτύου πρόωσης ενός συστήματος με αζιμουθιακό προωστήρα (pod) (Εικόνα 71). 85

86 Ηλεκτροκίνηση Εικόνα 71: Δομή ηλεκτρικού δικτύου πρόωσης με αζιμουθιακό προωστήρα. Λόγω της ευελιξίας, της ενεργειακής απόδοσης και της ανώτερης απόδοσης η ηλεκτροκίνηση χρησιμοποιείται ευρέως στη θαλάσσια τεχνολογία του σήμερα. Ένα σύστημα μεταβλητής ταχύτητας μετάδοσης πρόωσης αποτελείται από ένα μετασχηματιστή τροφοδοσίας, ένα μετατροπέα συχνότητας και κινητήρα πρόωσης. Η ισχύς μετάδοσης πρόωσης ελέγχεται από τον μετατροπέα συχνότητας, η οποία ελέγχει την ταχύτητα με την μεταβολή της συχνότητας του κινητήρα και την τάση. Ενιαίος σχεδιασμός ηλεκτρικού κινητήρα παραγωγής κίνησης Οι διαμορφώσεις μονού κινητήρα χρησιμοποιούνται συνήθως σε εφαρμογές που απαιτούν μεγάλες, ανεξάρτητες και αποκεντρωμένες μονάδες. Για παράδειγμα, μονάδες πρωραίας έλικας για δυναμική τοποθέτηση σε πλοία με γεωτρύπανο και πλωτά πλοία παραγωγής ή κύριες μονάδες πρόωσης για τα δεξαμενόπλοια μεταφοράς, κρουαζιερόπλοια και επιβατικά πλοία. Κατάλληλος μετατροπέας χωρίς μετασχηματιστή Άμεση δημιουργία του κατάλληλου μετατροπέα τάσης εισόδου επιτρέπει σχέδια χωρίς μετασχηματιστή μετατροπέα. Αντιδραστήρες ενσωματώνονται στον μετατροπέα παρέχοντας την αναγκαία αποσύνδεση. Η επακόλουθη μείωση του συνολικού βάρους και το μέγεθος του συνόλου αποτελεσμάτων του συστήματος σε μια πιο ευέλικτη διάταξη, παρέχει επιπλέον χώρο για άλλες ανάγκες. Λιγότερα εξαρτήματα με βοηθητικό εξοπλισμό, σε συνδυασμό με πρόσθετες διατάξεις παρακολούθησης, αυξάνουν την αξιοπιστία και τη διαθεσιμότητα. 86

87 Σχεδιασμός πολλαπλών ηλεκτρικών κινητήρων παραγωγής κίνησης Διάφοροι ηλεκτρικοί κινητήρες παραγωγής κίνησης μπορούν να συνδεθούν με μια κοινή έννοια διαύλου συνεχούς ρεύματος (DC), επιτρέποντας έτσι πολλαπλές λειτουργίες του μηχανήματος: Συγχρονισμένης ή με επαγωγικούς κινητήρες, υψηλή ή χαμηλή ισχύ, οποιοσδήποτε συνδυασμός είναι δυνατόν, προκειμένου να παρέχει τη βέλτιστη διαμόρφωση. Σε εφαρμογές με διάφορους κύκλους λειτουργίας (π.χ. προωθητήρες και κύρια πρόωση) όπως (Εικόνα 72), η αξιολόγηση των μονάδων μετατροπέα ανορθωτή, του κύριου διακόπτη κυκλώματος και του μετασχηματιστή μπορεί να μειωθεί σημαντικά. Εικόνα 72: Ηλεκτρολογική εγκατάσταση για αζιμουθιακή πρόωση. Προηγμένη μονάδα κονσόλα διακομιστή Advanced Console Server (ACS) Η προηγμένη μονάδα κονσόλα διακομιστή μέσης τάσης (ACS) τοποθετείται δυναμικά σε πλοία γεωτρήσεων, δεξαμενόπλοια μεταφοράς, πλοία μεταφοράς και τα μεγάλα επιβατηγά πλοία. α) Απόδοση και αξιοπιστία: Η προηγμένη μονάδα κονσόλα διακομιστή μέσης τάσης (ACS) χρησιμοποιεί μια ολοκληρωμένη πύλη μεταγωγής (VA). Τον ημιαγωγό ισχύος (IGCT), ο οποίος είναι ένας ιδανικός διακόπτης για εφαρμογές υψηλής ισχύος μέσης τάσης. Η χρήση των ολοκληρωμένων πυλών μεταγωγής (VA) ημιαγωγών ισχύος (IGCTS) έχει αποτέλεσμα να παρέχουν μια αποτελεσματική και αξιόπιστη μονάδα. Λόγω των χαμηλών απωλειών, η IGCTS απαιτεί μικρότερη ικανότητα ψύξης και μικρότερο εξοπλισμό ψύξης. Η (IGCTS) με γρήγορη εναλλαγή επιτρέπει την υλοποίηση μοναδικών αλγορίθμων ελέγχου. Ο σχεδιασμός 87

88 μετατροπέα ημιαγωγών ισχύος (IGCTS) επιτρέπει τη χρήση μιας ασφαλειοθήκης στα κύρια κυκλώματα. Αυτό αυξάνει τη διαθεσιμότητα της μονάδας, δεδομένου ότι οι προστατευτικές λειτουργίες ελέγχονται ενεργά από το μετατροπέα, και η ανάκτηση από ένα σφάλμα μπορεί να επιταχυνθεί (Εικόνα 73). β) Συμπαγής και στιβαρός σχεδιασμός πλοίων Κατά τη φάση του σχεδιασμού και της ανάπτυξης έχει ληφθεί ειδική μέριμνα για την κάλυψη θαλάσσιων και υποθαλάσσιων απαιτήσεων που προκύπτουν σε ένα μικρό αποτύπωμα, ευελιξία και ελαφρύ σχεδιασμό. Η Προηγμένη μονάδα κονσόλα διακομιστή μέσης τάσης πληροί τις απαιτήσεις των θαλάσσιων πιστοποιήσεων, όπως Lloyd, η DNV και ABS. Υψηλή απόδοση με Άμεσο Έλεγχο Ροπής (DTC) Η προηγμένη μονάδα κονσόλα διακομιστή μέσης τάσης χρησιμοποιεί την πλατφόρμα ελέγχου του κινητήρα της (ΑΒΒ), άμεσο έλεγχο ροπής (DTC), η οποία παρέχει την πιο ακριβή ροπή και έλεγχο της ταχύτητας που έχει επιτευχθεί ποτέ σε μονάδες μέσης τάσης. Ως αποτέλεσμα, ο έλεγχος της κίνησης είναι άμεση και ομαλή κάτω από όλες τις συνθήκες. Με (DTC), πλήρη ροπή σε μηδενική ταχύτητα και μπορεί να επιτευχθεί χωρίς τη χρήση κωδικοποιητών ταχύτητας, μειώνοντας έτσι το κόστος συντήρησης και την εξασφάλιση υψηλής διαθεσιμότητας (DTC). Εξασφαλίζει επίσης ελάχιστο κυματισμό ροπής και οδηγεί σε μειωμένη φθορά της μηχανής. Η υψηλή συχνότητα μεταγωγής παράγει χαμηλότερα επίπεδα θορύβου. Βασικά χαρακτηριστικά και τα οφέλη 1. Υψηλή ισχύς και εξαιρετική αξιοπιστία αυξάνει την ασφάλεια του πλοίου και μειώνει το κόστος συντήρησης. 2. Ομαλή ροπή σε όλη την κλίμακα στροφών μειώνει επίπεδα θορύβου και κραδασμών. 3. Συμπαγής και ελαφρύς σχεδιασμός παρέχουν τη βάση για οικονομικά αποδοτικές κατασκευές. 4. Πλεονάζοντες κύριοι κινητήρες πρόωσης παρέχουν επαρκή ισχύ για το πλοίο λειτουργώντας με ασφάλεια, εάν παρουσιαστεί δυσλειτουργία. 5. Ελαχιστοποίηση της κατανάλωσης ενέργειας και των καυσίμων. 6. Υψηλή αντοχή σε ποικίλες κλιματολογικές συνθήκες και οι δονήσεις αυξάνουν την διαθεσιμότητα. 88

89 Εικόνα 73: Μετατροπέας ολοκληρωμένων πυλών μεταγωγής (VA) ημιαγωγών ισχύος. Διαμόρφωση Ο σχεδιασμός της προηγμένης μονάδας κονσόλας διακομιστή χαρακτηρίζεται από την αρθρωτή δομή του και την κοινή έννοια διαύλου συνεχόμενο ρεύματος (DC). Ανάλογα με τις ατομικές ανάγκες κίνησης και τις απαιτήσεις ισχύος, διαφορετικές διαμορφώσεις μπορούν να υλοποιηθούν. Ένα σύστημα κίνησης προηγμένης μονάδας κονσόλας διακομιστή έχει 89

90 βελτιστοποιηθεί ώστε να ταιριάζει καλύτερα σε εφαρμογή. Επιπλέον, ο χρόνος εγκατάστασης και η θέση λειτουργίας είναι μειωμένα λόγω των τυποποιημένων διαδικασιών και της τεκμηρίωσης. Με διάφορες έννοιες διαμορφώσεως του μετατροπέα, κατάλληλες για υψηλής ισχύος θαλάσσιες και υπεράκτιες εφαρμογές (Εικόνα 74). Εικόνα 74: Παραγόμενο ρεύμα για την κίνηση και για την λειτουργιά του πλοίου. Η ηλεκτρολογική εγκατάσταση τοποθετείται δυναμικά σε υπεράκτια εξέδρα γεώτρησης πετρελαίου και είναι εξοπλισμένο με τέσσερις προηγμένες κονσόλες διακομιστεί σε μεμονωμένες μονάδες. Η παραγωγή ενέργειας και προώθησης μπορούν να διαχωριστούν μεταξύ δυο ελίκων και να διανεμηθούν στις πιο βολικές περιοχές, με αποτέλεσμα την αποδοτική κατασκευή (Εικόνα 75). 90

91 Εικόνα 75: Δίκτυο ηλεκτρικής εγκαταστάσεως. Εγκατάσταση πρόωσης με ηλεκτρική ενέργεια για μεταφορά και εξυπηρέτηση των πλοίων Σε μια κύριας διάταξης πρόωσης, το σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να χωριστεί. Η λειτουργία σε μειωμένη δύναμη, ως εκ τούτου, διατηρείται σε περίπτωση μερικής βλάβης του μετατροπέα. Η κύρια έλικα (αζιμούθιο ή συμβατική εγκατάσταση με τον άξονα) οδηγείται από έναν κινητήρα μεταβλητής ταχύτητας. Για την τοποθέτηση και τους ελιγμούς, παρέχονται οι προωθητήρες 2x2 σε ένα κοινό συνεχούς ρεύματος (DC). Λόγω της κοινής συνεχούς ρεύματος (DC), είναι ο αριθμός των μετασχηματιστών, MCBS και η καλωδίωση μπορεί να μειωθεί, με αποτέλεσμα το μικρότερο μέγεθος του συστήματος κίνησης (Εικόνα 76). 91

92 Εικόνα 76: Σύστημα πρόωσης και πρωραία έλικα. Κύρια πρόωση με προωθητήρες: μετασχηματιστής πολλαπλών εννοιών ηλεκτρικών κινητήρων Αυτό το πλοίο υπηρεσίας, με δύο κύριους αζιμουθιακούς προωθητήρες πρόωσης, ενισχύεται από δύο μικρότερους προωθητήρες. Αυτό το είδος της διαμόρφωσης χρησιμοποιείται για τις μικρότερες απαιτήσεις ισχύος. Η πιο οικονομική ρύθμιση είναι με δύο προηγμένες κονσόλες διακομιστή πολλαπλών μονάδων και άεργες αντιστάσεις της γραμμής αντί των μετασχηματιστών. α) Στεγανοποίηση της έλικας Αζιμουθιακού προωστήρα: Η στεγανοποίηση του πρυμναίου άκρου του άξονα της έλικας καθώς εξέρχεται από το πλοίο πέραν της πρυμναίας είναι ίσως το πιο επίπονο σημείο για όλη την πρόωση. Όχι μόνο κάνει το σύστημα στεγανοποίησης να αποκλείσει την είσοδο νερού, αλλά πρέπει επίσης να αποτρέψει τη διαρροή λιπαντικού, ενώ ασχολείται με σημαντικά μηχανικά φορτία και δόνηση. Η προτεινόμενη ρύθμιση του δακτυλιδιού αποτελείται από τέσσερα δακτυλίδια στεγανοποιήσεις τα δύο δακτυλίδια στεγανοποίησης που αντιμετωπίζουν το θαλασσινό νερό και ένα δεύτερο ζεύγος για να διατηρήσει το λιπαντικό του εδράνου (Εικόνα 77). Το διάστημα μεταξύ κάθε ζεύγους δακτυλιδιών πρέπει να λιπαίνεται για να αποφευχθεί η ξηρότητα του, η υπερθέρμανση και η πρόωρη φθορά, κατά προτίμηση με μία συνεχή παροχή γράσου. Τα δακτυλίδια στεγανοποίησης (Walkersele D7) συνιστούνται για τη θέση αυτή με ορισμένο ποσό της πίεσης από την πλευρά του θαλασσινού νερού. Μια θύρα ανίχνευσης διαρροής συνιστάται μεταξύ των κεντρικών δακτυλιδιών στεγανοποίησης για τη συλλογή κάθε διαρροής και για να δώσει έγκαιρη προειδοποίηση πως πρέπει να αντικατασταθούν τα δακτυλίδια. 92

93 Εικόνα 77: Στεγανοποίηση αζιμουθιακού προωστήρα. Σε μεγαλύτερες μονάδες τα διάκενα που φέρουν και τα πλευρικά φορτία τα οποία μπορεί να δημιουργηθούν κατά τη λειτουργία μπορεί να οδηγήσουν σε αρκετά υψηλά επίπεδα εκκεντρικότητας. Αν η αναμενόμενη εκκεντρικότητα υπερβαίνει τους αριθμούς που εμφανίζονται (Εικόνα 78) θα πρέπει να πραγματοποιηθεί άμεση επικοινωνία με την εταιρεία κατασκευής. 93

94 Εικόνα 78: Όρια της εκκεντρικότητας: ατέρμονα M1/D7 Walkersele. β) Το δακτυλίδι στεγανοποίησης: Το δακτυλίδι στεγανοποίησης των διαφραγμάτων αποτελείται συνήθως (Εικόνα 79) από μια διάταξη φυσιγγίων βιδωμένων στο διάφραγμα και ο σκοπός τους είναι να εμποδίσει το πέρασμα του νερού μεταξύ των γειτονικών θαλάμων αν προκύψει εισροή υδάτων. Σε περίπτωση που τα δακτυλίδια στεγανοποιήσεως κληθούν να λειτουργήσουν είναι πιθανό να υπάρχει μια θετική πίεση στη μία πλευρά τους και ως εκ τούτου συνιστάται το προφίλ (Walkersele D7). Δεδομένου ότι καμία άλλη λίπανση δεν υπάρχει είναι σημαντικό να εξασφαλιστεί ότι η στεγανοποίηση μεταξύ των χώρων είναι καλά συσκευασμένη με γράσο για συναρμολόγηση. γ) Είσοδος στεγανοποίησης του άξονα: Εικόνα 79: Δακτυλίδια στεγανών. Η κανονική σύσταση για αυτή την θέση τα δακτυλίδια στεγανοποιήσεων θα πρέπει να είναι το προφίλ (Walkersele D6). Εν όψει της δύσκολης πρόσβασης είναι απαραίτητο να ταιριάζουν δυο δακτυλίδια σε συνδυασμό (Εικόνα 79). 94

95 Πρέπει να ληφθεί μέριμνα για να εξασφαλιστεί ότι το εφεδρικό δακτυλίδι λιπαίνεται στον εσωτερικό χώρο με γράσο ή με την παροχή τροφοδοσίας λαδιού. Μια εναλλακτική μέθοδος είναι να κρατήσει το πρώτο από το τέλος του δακτυλίου της ατράκτου μέσω ενός λεπτού τοιχώματος μεταλλικού χιτωνίου το οποίο μπορεί να αφαιρείται όταν το κύριο δακτυλίδι στεγανοποίησης να χωράει επιτρέποντας στο δεύτερο δακτυλίδι στεγανοποιήσεως να λειτουργήσει σωστά το σύστημα στεγανοποίησης. 95

96 Κεφαλαίο 7. ΣΥΣΤΗΜΑ ΩΘΗΣΗΣ ΜΕ ΑΝΤΛΙΑ ΕΚΤΟΞΕΥΣΗΣ 1. Σύστημα ώθησης με ακροφύσιο Στην ενότητα αυτή θα δούμε πως λειτουργούν τα συστήματα ώθησης με αντλίες εκτόξευσης της έλικα με ακροφύσιο (jet), τον τρόπο λειτουργίας σε υψηλές και χαμηλές ταχύτητες και τέλος θα δούμε τα μειονεκτήματα και τα πλεονεκτήματα του συστήματος ώθησης με ακροφύσιο. Ιστορική αναδρομή Αντλία εκτόξευσης είναι ένα θαλάσσιο σύστημα που δημιουργεί μια δυνατή ροη του νερού για την πρόωση του πλοίου. Η μηχανική διάταξη μπορεί να είναι μια διοχετευμένη έλικα (Εικόνα 80) με το ακροφύσιο ή μία φυγοκεντρική αντλία με ακροφύσιο. Ο Ιταλός εφευρέτης Secondo Campini έδειξε την πρώτη λειτουργία και τις τεχνικές του κινητήρα της αντλίας εκτόξευσης στη Βενετία το Το πρώτο πρόσωπο για να επιτευχθεί αυτό ήταν ο εφευρέτης Sir William Hamilton το 1954 στη Νέα Ζηλανδία. Εικόνα 80: Αντλία εκτόξευσης έλικα με ακροφύσιο. Η αντλία εκτόξευσης ήταν κάποτε περιορισμένη στα πλοία αναψυχής υψηλής ταχύτητας (όπως τζετ σκι και άλλα μικρότερα πλοία), αλλά από το , η επιθυμία για μεγαλα πλοια αυξήθηκε και έτσι η αντλία εκτόξευσης κερδίζει δημοτικότητα, όπως τα πολεμικά πλοία και ειδικότερα σε μικρα επιβατικα πλοια. Αυτά τα μεγαλύτερα πλοια, μπορούν να κινούνται με κινητήρες ντίζελ ή με αεριοστρόβιλους φτάνοντας την ταχύτητα τους έως 40 κόμβους. Η αντλία εκτόξευσης βρίσκει εφαρμογή και σε πυρηνοκίνητα πλοία για να είναι πολύ ευέλικτα. Παραδείγματα των πλοίων που χρησιμοποιούν αντλίες εκτόξευσης είναι το περιπολικό πλοίο Dvora Mk III, η Hamina πλοίο πυραύλων, όλα τα υποβρύχια Virginia Class, τα πλοία Stena HSS υψηλής ταχύτητας, και οι Littoral Combat πλοία των Ηνωμένων Πολιτειών (Εικόνα 81). 96

97 Εικόνα 81: Διαστάσεις του συστήματος. Τρόπος λειτουργίας Μια αντλία λειτουργεί με εκτόξευση από την κατοχή μιας εισαγωγής (συνήθως στο κάτω μέρος του κύτους) που επιτρέπει στο νερό να περάσει κάτω από το πλοίο για την αναρρόφηση του. Το Νερό εισέρχεται στην αντλία μέσω αυτής της εισόδου (Εικόνα 82). Η αντλία μπορεί να είναι φυγοκεντρικού σχεδιασμού για υψηλές ταχύτητες, με την επαγωγή για χαμηλές ταχύτητες, ή αξονικής ροής της αντλίας για μεσαίες ταχύτητες. Η πίεση του νερού στο εσωτερικό της εισόδου αυξάνεται από την αντλία και προωθείται προς τα πίσω διαμέσου ενός ακροφυσίου. Με τη χρήση ενός κάδου αναστροφής, ανάστροφη ώση μπορεί επίσης να επιτευχθεί το ίδιο για ανάποδα, χωρίς την ανάγκη να αλλάξει η ταχύτητα ή να προσαρμοστεί η ώθηση του κινητήρα. Ο κάδος αναστροφής μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να βοηθήσει να επιβραδύνει το πλοίο προς τα κάτω κατά την πέδηση (Εικόνα 82). Αυτό το χαρακτηριστικό είναι ο κύριος λόγος που τα πλοία με εκτόπισμα νερού για πρόωση είναι τόσο ευέλικτα. Εικόνα 82-1,2: Σύστημα ώθησης αντλίας εκτοξεύσεως νερού. Το ακροφύσιο παρέχει το σύστημα διεύθυνσης των αντλιών εκτόξευσης. Επίσης μπορούν να λειτουργήσουν παρόμοια με τα πηδάλια, δηλαδή υπάρχει δυνατότητα να περιστρέφεται η αντλία και το ακροφύσιο ώστε να ανακατευθύνει στο λιμάνι τη ροή του νερού δεξιά και αριστερά του πλοίου για να γίνονται πιο εύκολα και γρήγορα οι απαιτούμενες μανούβρες (Εικόνα 83). 97

98 Εικόνα 83: Πιθανές κινήσεις. Τα πλοία με αντλίες jet δεν πάσχουν από το φαινόμενο Coandă (το φαινόμενο Coandă ονομάζεται η τάση του υγρού που εκτοπίζεται, να προσελκύεται σε μια κοντινή επιφάνεια). Πλεονεκτήματα Η εκτόπιση του νερού της αντλίας έχει κάποια πλεονεκτήματα σε σχέση με τις άπλες έλικες για ορισμένες εφαρμογές, που συνήθως σχετίζονται με απαιτήσεις για εργασίες σε υψηλές ταχύτητες ή σε περιοχές με πολύ μικρό βύθισμα για τα πλοία. Αυτές περιλαμβάνουν: Μεγαλύτερη ταχύτητα πριν από την έναρξη της σπηλαίωσης, λόγω της υπερυψωμένης εσωτερικής δυναμικής πίεσης. Υψηλή πυκνότητα ισχύος (σε σχέση με τον όγκο) του προωθητήρα και της κινητήριας μηχανής (επειδή μια μικρότερη μονάδα υψηλότερης ταχύτητας μπορεί να χρησιμοποιηθεί). Βελτίωση των λειτουργιών σε ρηχά νερά, επειδή μόνο η είσοδος αναρρόφησης πρέπει να βυθιστεί. Αυξημένη ευελιξία, με την προσθήκη ενός κατευθυνόμενου ακροφύσιου για τη δημιουργία κατευθυνόμενης πρόωσης. Μείωση του θορύβου, με αποτέλεσμα την υψηλότερη ακρίβεια του βυθομέτρου. Αυτό το συγκεκριμένο σύστημα έχει ελάχιστα κοινά με άλλους προωθητήρες αντλιών εκτόξευσης. Μειονεκτήματα Μπορεί να είναι λιγότερο αποτελεσματικά από μια έλικα σε χαμηλές ταχύτητες. Υψηλότερο κόστος κατασκευής. Η σχάρα αναρρόφησης του νερού μπορεί να βουλώσει με διάφορα υλικά (π.χ. συντρίμμια). 98