Εγκαταστάσεις 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Πρόωσης Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 1. Πρόωσης K-3A Νικόλαος Π.

Transcript

1 Εγκαταστάσεις 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 1 K-3A Νικόλαος Π. Κυρτάτος

2 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 2 Κεφ. 1. Γενικά / Περιγραφή μαθήματος Κεφ. 2. Εισαγωγή στη Ναυτική Μηχανολογία / Ιστορία Κεφ. 3. Απαιτήσεις πρόωσης / Κεφ. 4. Συνεργασία μηχανής / έλικας Κεφ. 5. Diesel Κεφ. 6. Τεχνοοικονομικά / Αξιοπιστία Κεφ. 7. Αξονικό σύστημα

3 Τυπική Εγκατάσταση 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 3

4 Απαιτήσεις Συστήματος Προώσεως 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 4 Απαιτούµενη ταχύτητα πλοίου Εµβέλεια Σταµάτηµα / Αναπόδιση / Ελιγμοί Παράγοντες: Αξιοπιστία Ειδική κατανάλωση κινητήρα Χωρητικότητα δεξαμενών καυσίμου Τύπος καυσίμου / διαθεσιμότητα Απαιτήσεις χώρου και βάρους Σχετικό κόστος ( Αρχικό, Λειτουργίες, κλπ) Συστήματα: Προώσεως Βοηθητικά Φορτίου, καταστρώματος, κλπ. Ηλεκτρονικά κ Ναυσιπλοΐας

5 Απαιτήσεις Συστήματος Προώσεως 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 5 Αντίσταση πλοίου: Standard series Στατιστική µέθοδος Μέθοδοι computer Προωθητήρας: Αριθµός ελίκων Διάµετρος / τύπος Αριθµός πτερυγίων / σχήµα / φόρτιση CPP? ( µεταβλητού βήµατος) Στροφές Ονοµαστική ισχύς (rating) Ρύπανση γάστρας Διάβρωση έλικας Γήρανση κινητήρα Κινητήρες Ατµοστρόβιλος Diesel Αεριοστρόβιλος Πυρηνική ΜΗD Βιονική

6 Παράγοντες που επηρεάζουν την επιλογή κύριας μηχανής 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 6 Αξιοπιστία (πχ βαλβίδες 2-Χ) Ευκολία συντηρήσεως Απαιτούμενος χώρος (πχ RO-RO) Βάρος (φορτηγά ~ tanker) Είδος και Επεξεργασία καυσίμου Κατανάλωση καυσίμου Επιδόσεις σε μειωμένη ισχύ και σε παροδική (transient) κατάσταση Αλληλεπίδραση με βοηθητικά μηχανήματα (Συνολική οικονομία εγκαταστάσεων) Ευχέρεια αναπόδισης Αριθμός µελών πληρωμής - Αυτοµατισµοί Κόστος - Αρχικό (Εγκαταστάσεως) - Τρέχον (Καυσίμου-Λιπαντικών) - Ενδεχόμενο (Αξιοπιστία)

7 Επιλογή Εγκατάσταση 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 7 Σχεδιασμός έλικας Είδος πλοίου γεωμετρικοί περιορισμοί Κάλυψη απαιτήσεων ισχύος Βάρος εγκατάστασης, Κόστος εγκατάστασης, λειτουργίας, συντήρησης, Αξιοπιστία Σχεδιασμός υποσυστημάτων (παροχής αέρα, ψύξεως, εκκίνησης, κλπ) Σχεδιασμός / επιλογή στοιχείων μετάδοσης ισχύος (αξονικού συστήματος, μειωτήρα, εδράνων) Ανάλυση δυναμικών φαινομένων (δυναμική μηχανών, ταλαντώσεις στρέψεως, ελαστική έδραση)

8 Επιλογή Εγκατάσταση 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 8

9 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 9 Εγκαταστάσεις Τ αέρα Περιορισμοί Λόγω Περιβάλλοντος Συνθήκες περιβάλλοντος L. R. Θάλασσα : 30 o C Standard Συνθήκες Αέρας 45 o C στο μηχανοστάσιο Κατασκευαστές κινητήρων έχουν δικούς τους κανονισμούς - Ατµοστρόβιλοι Τ θάλασσας - Diesel Τ αέρα Τ θάλασσας n ισχύς φυσητήρα λέβητα Tψυγείου n Ψύξη ελαίου λιπάνσεως εδράνων Μείωση ογκομετρικής αποδόσεως Χειρότερη καύση, μαύρος καπνός Ν Προβλήματα υπερπληρωτή Προβλήματα ψύξεως εδράνων - Αεριοστρόβιλοι Τ αέρα Μείωση ισχύος για αποφυγή προβλημάτων στα πτερύγια τουρμπίνας λόγω υπερθερμάνσεως (Τροπική ζώνη)

10 Περιορισμοί Λόγω Περιβάλλοντος ΙI - Κινήσεις πλοίου 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 10 Διατοιχισµός Έλικα στον αέρα - Ευκαμψία πλοίου - Κραδασμοί και Θόρυβος - Διάβρωση - Σπηλαίωση

11 χχχχχχχχ 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 11

14 Εκλογή μηχανής πρόωσης Κάλυψη απαιτήσεων ισχύος πρόωσης 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 14 Οικονομικοί παράγοντες (κόστος αγοράς, κόστος λειτουργίας, κόστος συντήρησης) Αξιοπιστία Σχεδιασμός όλων των παρελκομένων συστημάτων για ικανοποιητική λειτουργία (αξιοπιστία, αποδοτικότητα) Πολυμορφία εφαρμογών, πολλές δυνατότητες επιλογής οδηγούν σε ένα αρκετά δύσκολο πρόβλημα

15 Υπολογισμός Ισχύος Δεδομένα (από την υδροδυναμική ανάλυση): 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 15 Υπολογισμός αντίστασης ρυμούλκησης πλοίου συναρτήσει της ταχύτητας Επιλογή έλικας Υπολογισμός β.α. έλικας σε ελεύθερη ροή Υπολογισμός συντελεστών αλληλεπίδρασης πλοίουέλικας (συντελεστής σχετικής περιστροφής έλικας, συντελεστής μείωσης ώσης, συντελεστής ομόρρου) Ζητούμενα (παρόν μάθημα) Ισχύς προωστήριας μηχανής η οποία θα ικανοποιεί τις απαιτήσεις της έλικας και θα οδηγεί το πλοίο στην υπηρεσιακή του ταχύτητα

16 Χαρακτηριστικές αντιστάσεως 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 16 Προσδιορισμός χαρακτηριστικών αντίστασης μέσω πειραμάτων ή υπολογισμών - towing tank tests σε μοντέλα - μοντέλα CFD που προσομοιώνουν τη ροή γύρω από το πλοίο - ημιεμπειρικές μέθοδοι που χρησιμοποιούν αποτελέσματα από πειράματα και υπολογισμούς Η αντίσταση ρυμούλκησης είναι συνάρτηση της ταχύτητας του πλοίου R RV S Η ισχύς ρυμούλκησης (πραγματική ισχύς πρόωσης, EHP) προκύπτει ως PE RVS PE PE VS

17 Τυπικές καμπύλες αντιστάσεως για διαφορετικούς τύπους πλοίων 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 17

18 Συνιστώσες αντίστασης πλοίου 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 18 R R R R F R A R F, Αντίσταση τριβής (μεγάλη σε πλοία εκτοπίσματος, με μεγάλο τμήμα της γάστρας βυθισμένο) R R,Υπόλοιπη αντίσταση, άθροισμα της αντίστασης κυματισμών και δινών (μεγάλη σε πλοία εκτοπίσματος, με μεγάλο τμήμα της γάστρας βυθισμένο) R A, Αντίσταση αέρα (μεγάλη σε πλοία με μεγάλες επιφάνειες πάνω από τη θάλασσα, π.χ. επιβατηγά, containerships)

19 Συνιστώσες αντίστασης πλοίου 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 19

20 Αντίσταση τριβής: R F 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 20 Η αντίσταση τριβής εξαρτάται από το μέγεθος της βρεχόμενης επιφάνειας AS, και τον ειδικό συντελεστή αντίστασης τριβής CF γάστρας-νερού. Αντίσταση τριβής R F Η αντίσταση τριβής αυξάνεται σημαντικά με τη ρύπανση της γάστρας 70-90% της συνολικής αντίστασης για αργά πλοία φορτίου χύδην, tanker) 2 s 40% και λιγότερο για επιβατικά, containerships cv

21 Υπόλοιπη αντίσταση: RR Περιλαμβάνει την αντίσταση κυματισμών και την αντίσταση δινών 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 21 Αντίσταση κυματισμών: απώλεια ενέργειας λόγω της δημιουργίας κυματισμών από το σκάφος κατά τη διάρκεια της προώσεώς του 2 - Σε χαμηλές ταχύτητες RRW cv - Σε υψηλές αυξάνει ο εκθέτης και επομένως υπάρχει φράγμα ταχύτητας (αλλαγή της ταχύτητας απαιτεί τεράστια παροχή ενέργειας καθώς όλη η ενέργεια γίνεται ενέργεια κυματισμού) Αντίσταση λόγω αποκολλήσεως της ροής που δημιουργεί δίνες ειδικά στην πρύμνη του σκάφους

22 Υπόλοιπη αντίσταση: RR Συνολικά 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 22 R R =10-25% για πλοία μεσαίας ταχύτητας R R =40-60% για πλοία υψηλής ταχύτητας Σημαντική η επίδραση του πυθμένα σε πλεύση σε ρηχό νερό

23 Υπόλοιπη αντίσταση: R R Φράγμα ταχύτητας (wave wall) 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 23

24 Αντίσταση αέρα: R A 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 24 Η αντίσταση του αέρα θεωρητικά είναι ανάλογη του τετραγώνου της ταχύτητας του πλοίου και ανάλογη της μετωπικής επιφάνειας του πλοίου πάνω από την ίσαλο R A = 2% συνήθως, σε containerships, R A 10%

25 Υπολογισμός απαιτούμενης ισχύος στον άξονα 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 25 Η ισχύς ρυμούλκησης αφορά την αντίσταση του μη αυτοπροωθούμενου πλοίου (μόνο της γάστρας χωρίς έλικα και πηδάλιο) Για να καταλήξουμε στην απαίτηση ισχύος στον άξονα (και στην απαίτηση ισχύος της KM) πρέπει να συνυπολογίσουμε όλους τους παράγοντες απωλειών Σημαντικό ρόλο παίζει η επιλογή του είδους προωθητήρα (έλικα(ες) σταθερού / μεταβλητού βήματος, προωθητήρας(ες) αντίδρασης, αζιμουθιακός προωθητήρας)

26 Υπολογισμός απαιτούμενης ισχύος στον άξονα Στην περίπτωση πρόωσης με έλικα 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 26 Ισχύς ρυμουλκήσεως 1t P E PS ns nr np PS PC t w n s : β.α. του αξονικού συστήματος μεταξύ της έλικας και του σφονδύλου της μηχανής (αν θεωρήσουμε ότι εκεί παίρνουμε τις μετρήσεις ισχύος στον άξονα) n R : β.α σχετικής περιστροφής t: συντελεστής μείωσης ώσης w: συντελεστής ομόρρου n p : β.α. έλικας Ισχύς μηχανής β.α. πρόωσης (propulsion coef.)

27 καύσιμο Εγκαταστάσεις Υπολογισμός απαιτούμενης ισχύος στον άξονα Στην περίπτωση πρόωσης με έλικα 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 27 Ισχύς ρυμουλκήσεως 1t P E PS ns nr np PS PC t w Μηχανή Ισχύς μηχανής Άξονας Έλικα β.α. πρόωσης (propulsion coef.) Πλοίο απώλειες απώλειες απώλειες απώλειες V s

28 Υπολογισμός απαιτούμενης ισχύος στον άξονα 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 28

29 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 29 Εγκαταστάσεις Ανάλυση των παραμέτρων 1t P E PS ns nr np PS PC t w n s : β.α του αξονικού συστήματος μεταξύ της έλικας και του κινητήρα απόσβεση υλικού αξόνων απώλειες εδράνων σειράς απώλειες εδράνων χοάνης 0,98 0,99 απώλειες εδράνων ώσης απώλειες μειωτήρα 0,98

30 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 30 Εγκαταστάσεις Ανάλυση των παραμέτρων 1t P E PS ns nr np PS PC t w n R : β.α σχετικής περιστροφής Ο λόγος της απόδοσης της έλικας σε ελεύθερη ροή (χωρίς το πλοίο) προς την απόδοση σε πραγματική ροή λόγω του ότι η ροή του νερού προς την έλικα δεν είναι σταθερή αλλά ούτε σε ορθή γωνία προς τον δίσκο της έλικας (περιστροφική ροή)

31 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 31 Εγκαταστάσεις Ανάλυση των παραμέτρων 1t P E PS ns nr np PS PC t w t: Συντελεστής μείωσης ώσης t T T R R, αντίσταση του πλοίου Τ,απαιτούμενη ώση Η αντίσταση ρυμούλκησης προκύπτει με πειράματα στο μη αυτοπροωθούμενο πλοίο. Λόγω της παρουσίας της έλικας στο αυτοπροωθούμενο πλοίο αλλάζει το πεδίο ροής της πρύμνης με αποτέλεσμα να απαιτείται ώση μεγαλύτερη της μετρημένης αντιστάσεως ρυμούλκησης. Τυπικές τιμές του συντελεστή μείωσης ώσης:

32 Ανάλυση των παραμέτρων 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 32 1t P E PS ns nr np PS PC t w w: Συντελεστής ομόρρου Λόγω της κίνησης του πλοίου στο οριακό στρώμα μεταξύ πλοίου και θάλασσας παρασύρεται νερό το οποίο αποκτά ταχύτητα V A μικρότερη της ταχύτητας του πλοίου V. Η ταχύτητα αυτή (ταχύτητα ομόρρου) επηρεάζει την απόδοση της έλικας. w V V A V V V A ταχύτητα οριακού στρώματος, ταχύτητα πλοίου Τυπικές τιμές συντελεστή ομόρρου:

33 Ανάλυση των παραμέτρων 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 33 1t P E PS ns nr np PS PC t w n p : β.α. έλικας σε ελεύθερη ροή 0,35-0,75 εξαρτάται από τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά της έλικας (διάμετρο, εκτεταμένη επιφάνεια, αριθμό πτερυγίων, ταχύτητα περιστροφής, βήμα, κλπ.)

34 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 34

36 Εκτίμηση απαίτησης ισχύος μηχανής πρόωσης 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 36 1t P E PS ns nr np PS PC t w Επομένως με γνωστά τα παραπάνω μπορεί να υπολογιστεί η απαίτηση ισχύος της μηχανής P S ούτως ώστε τελικά η έλικα να προσδίδει στο πλοίο ώση αντίστοιχη με την απαιτούμενη ισχύ ρυμούλκησης P E

38 Νόμος της έλικας 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 38 Η καμπύλη R=R(VS) εξαρτάται από το είδος του πλοίου και την περιοχή της ταχύτητας V S. Για πλοία εκτοπίσματος για τα οποία ισχύει V Kn / L ft S μπορούν να γίνουν ορισμένες απλοποιητικές παραδοχές όχι πολύ μεγαλύτερο του 0,5

39 Νόμος της έλικας 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 39 / V Kn L ft S

40 Αντίσταση πλοίου R = R F + R R + R A 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 40 Για πλοία εκτοπίσματος R F >> R R, R A Για μικρές ταχύτητες R R μικρό R A μικρό Η αντίσταση τριβής για μικρές ταχύτητες είναι ανάλογη του τετραγώνου της ταχύτητας R F const V Επομένως μπορούμε να υποθέσουμε για την ολική αντίσταση του πλοίου R C V R 2 S 2 S

41 Ώση πλοίου Ως γνωστόν ο συντελεστής μείωσης ώσης ορίζεται ως 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 41 t T T R και εκφράζει την αύξηση της ώσης που απαιτείται για δεδομένη αντίσταση ρυμούλκησης R. Οφείλεται στην παρουσία της έλικας στο πλοίο και την επακόλουθη αλλαγή στο πεδίο ροής στην πρύμνη t T R T R T 1t

42 Ώση πλοίου 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 42 Για τα πλοία εκτοπίσματος με μικρές σχετικά ταχύτητες η επίδραση της έλικας στο πεδίο ροής του πλοίου στην πρύμνη μπορεί να θεωρηθεί σταθερή, δηλαδή t=const R T 1 t 2 cv R c V T T c V const t const 2 R s 2 R s TH s Επομένως η ώση Τ είναι ανάλογη του τετραγώνου της ταχύτητας του πλοίου

43 Μηχανικός βαθμός απόδοσης του αξονικού συστήματος 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 43 Γενικά με πολλή καλή προσέγγιση ο μηχανικός βαθμός απόδοσης του αξονικού συστήματος μπορεί να θεωρηθεί σταθερός και ανεξάρτητος της ταχύτητας του πλοίου n s = const

44 Βαθμός απόδοσης σχετικής περιστροφής της έλικας 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 44 Ο β.α. σχετικής περιστροφής της έλικας (λόγος της απόδοσης της έλικας σε ελεύθερη ροή προς την απόδοση σε πραγματική ροή λόγω της ύπαρξης του πλοίου) μπορεί να θεωρηθεί ανεξάρτητος της ταχύτητας n R = const δηλαδή η επίδραση της ύπαρξης του πλοίου μπροστά από την έλικα παραμένει σταθερή ανεξαρτήτως της ταχύτητας του πλοίου

45 Νόμος της έλικας 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 45 K Οι αδιάστατοι συντελεστές ώσης, ροπής και προχώρησης Κ Τ, Κ Q και J παραμένουν λόγω των παραπάνω σταθεροί Επομένως T c V pn D K V const n V c n α) 2 β) T 2 4 TH s 2 2 T 2 4 s s V 2 nd cthvs T K ή Q Q Q M 2 5 ds cm n nd P M 2 n60 γ) s ds 3 2 s p M ds cm n P c n 2 =const

46 Νόμος της έλικας 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 46

47 Σημαντικές διευκρινήσεις Ο νόμος της έλικας ισχύει προσεγγιστικά για πλοία εκτοπίσματος με έλικα, τα οποία κινούνται με χαμηλές μέσες ταχύτητες 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 47 Για το ίδιο πλοίο, ο συντελεστής του νόμου της έλικας αλλάζει με τη φόρτωση του πλοίου Ο συντελεστής του νόμου της έλικας αλλάζει σε περίπτωση κακών καιρικών συνθηκών (κύματα αέρας) Ο συντελεστής του νόμου της έλικας αλλάζει με τη ρύπανση της γάστρας του πλοίου R = c. V 2 P = R.V = c. V 3 (P = c. n 3 ) P = c. V 4.5 (containership) P = c. V 4 (reefer) P = c. V 3.5 (tanker, bulker)

49 Σχόλια για τον σχεδιασμό με βάση τον νόμο της έλικας 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 49 Από την υδροδυναμική ανάλυση έχουμε ως δεδομένο την ισχύ ρυμουλκήσεως του πλοίου P E στην δυσμενέστερη κατάσταση λειτουργίας του πλοίου για την επίτευξη ταχύτητας Vs Με τις αρχές της Πλοίου επιλέγουμε κατάλληλη έλικα. Από την έλικα και τον συνδυασμό έλικας-πλοίου βρίσκουμε τα t, w, n R, n p, καθώς και τις βέλτιστες στροφές της έλικας Υπολογίζουμε την απαιτούμενη ισχύ του κινητήρα από τη γνωστή σχέση 1t PE PS ns nr np 1 w PE Ps 1 t ns nr np 1 w

50 Σχόλια για τον σχεδιασμό με βάση τον νόμο της έλικας 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 50 Άρα για να επιτύχουμε ισχύ P E στην έλικα πρέπει να εφαρμόσουμε ισχύ P S στον κινητήρα σε στροφές n (στροφές έλικας) Επομένως έχουμε ένα σημείο της καμπύλης P-n του κινητήρα c Υποθέτουμε ότι ισχύει ο νόμος της έλικας p P c n Όμως το σημείο (PS, n) ανήκει στην καμπύλη. Επομένως P n s 3 p 3 υπολογίζεται η σταθερά του νόμου της έλικας Χαράζουμε την καμπύλη P-n για n=0 n max

51 Περιορισμοί 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 51 Υπάρχουν τύποι πλοίων και περιοχές ταχυτήτων όπου δεν ισχύει ο νόμος της έλικας Αν υπάρχουν πειραματικά δεδομένα της αντίστασης του πλοίου και των απαιτήσεων ισχύος πρόωσης τότε πρέπει αυτά να χρησιμοποιούνται Ο νόμος της έλικας αποτελεί πολύ χρήσιμη προσέγγιση για εκπόνηση προκαταρκτικής μελέτης και εκτίμησης της ισχύος πρόωσης

52 Έλικα μεταβλητού βήματος 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 52 Μηχανισμός που δίνει τη δυνατότητα περιστροφής των πτερυγίων της έλικας Για κάθε γωνία των πτερυγίων ισχύει διαφορετικός νόμος της έλικας

53 Έλικα μεταβλητού βήματος 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 53

54 Έλικα μεταβλητού βήματος 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 54

56 Συγκριτικά Στοιχεία Κινητήρων 3. Ευελιξία Κινητήρων 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 56 Έλικες μεταβλητού βήματος (CPP) Ουσιαστικά για οποιοδήποτε μέγεθος έλικας. Πλεονεκτήματα: Μικρή ώση χωρίς να σταματά ο κινητήρας π.χ. για κανάλια, διώρυγες, λιμάνια Δυνατότητα αναπόδισης χωρίς τη χρήση ρεβέρσας ή αναστρέψιμης μηχανής (Ξεκίνημα Ι Σταµάτηµα κινητήρα µε κρύο αέρα να δημιουργήσει πρόβλημα (ρηγµατώσεις) στα χιτώνια) "Τέλειο πάντρεμα" ροπής και στροφών για μέγιστη απόδοση. Δυνατότητα αξιοποίησης της μηχανής πρόωσης (λειτουργία σε καλύτερο β.α. της μηχανής. Προσοχή! Μείωση n έλικας σε µειωµένο βήµα ΕΗΡ λόγω n έλικας ( = 5%) Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για σταθερές στροφές άξονα, σε εγκαταστάσεις µε γεννήτρια άξονα

57 3. Ευελιξία Κινητήρων Συγκριτικά Στοιχεία Κινητήρων 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 57 Μειονεκτήματα Διπλάσιο βάρος από έλικα σταθερού βήματος. Καµπτικά φορτία άξονα, Φορτία εδράνων κ χοάνης Κόστος (Υλικό, Σχεδιασμός, Κόστος λειτουργίας (συντήρηση) Μείωση n έλικάς και θόρυβος σε µειωµένο βήμα Έλεγχος / Αξιοπιστία feedback (ανάδρασης) ενδείξεως θέσεως πτερυγίων. Συστήματα fail-safe σε περίπτωση απώλειας λαδιού δίνουν πλήρες βήμα

58 Προωθητήρες αντίδρασης (water -jets) 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 58

59 Προωθητήρες αντίδρασης (water -jets) 1 Εισαγωγή 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 59 2 Πτερωτή 3 Στάτης 4 Ακροφύσιο 5 Πηδαλιουχία 6 Πλήμνη 7 Άξονας

60 Προωθητήρες αντίδρασης (water -jets) 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 60 H Βασικές εξισώσεις υπολογισμού a T m V V 2 2 Vj Vs p z 2g 2g g j s Τ, ώση προωθητήρα m, παροχή προωθητήρα V j, ταχύτητα εξόδου V s, ταχύτητα εισόδου (ταχύτητα πλοίου) Η a, ολικό ύψος αντλίας z, υψομετρική διαφορά αναρρόφησης-κατάθλιψης Δp, απώλεια πίεσης στον αγωγό ρ, πυκνότητα θαλασσινού νερού

61 Υπολογισμός απαίτησης P-n προωθητήρων Έστω ότι έχει επιλεγεί προωθητήρας για την πρόωση ενός πλοίου. 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 61 Δεδομένα αποτελούν - Η ταχύτητα του πλοίου -Τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του προωθητήρα - Τα χαρακτηριστικά της αντλίας του προωθητήρα - Η αντίσταση ρυμούλκησης του πλοίου - Ο συντελεστής μείωσης ώσης του πλοίου Σκοπός: Ο υπολογισμός της απαίτησης ισχύος στροφών (P-n) του κινητήρα του προωθητήρα Παρατήρηση: Γενικά οι προωθητήρες χρησιμοποιούνται σε σκάφη μεγάλης ταχύτητας, για τα οποία η αντίσταση δεν είναι ανάλογη της ταχύτητας του σκάφους

62 Υπολογισμός απαίτησης P-n προωθητήρων 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 62 Από την καμπύλη αντίστασης R=R(V s ) με την βοήθεια κατάλληλου συντελεστή ώσης υπολογίζεται η καμπύλη απαιτούμενης ώσης συναρτήσει της ταχύτητας του πλοίου Τ=Τ(V s ) H ταχύτητα εξόδου V j, του προωθητήρα είναι ανάλογη της παροχής μάζας της αντλίας. Επομένως, j j s m mv T m V V V m A s V V V j j s Με την παραδοχή ότι η απώλεια πίεσης Δp στον αγωγό είναι ανάλογη προς το τετράγωνο της ταχύτητας εξόδου V j, υπολογίζουμε το ολικό ύψος της αντλίας ως συνάρτηση της ταχύτητας εξόδου V j H V V z p H V 2g 2g g 2 2 j s a a s

63 Υπολογισμός απαίτησης P-n προωθητήρων 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 63 Έχοντας την απαιτούμενη παροχή και ύψος της αντλίας για κάθε ταχύτητα V s, υπολογίζουμε από το διάγραμμα της αντλίας τις στροφές n, και τον β.α. της, n a. Υπολογίζουμε την απαιτούμενη ισχύ στον άξονα της αντλίας PV s m V gh V s a s Επομένως καταλήγουμε στην καμπύλη P V n a, n V s Επιλέγουμε κινητήρα ο οποίος καλύπτει τις απαιτήσεις ισχύος-στροφών s

64 Σύγκριση Έλικα / Waterjet P E = P D. (QPC) 06 November 2013 Εγκαταστάσεις Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 64 QPC = η h x η o x η T Αντίσταση βρεχόμενων τμημάτων σε μεγάλη ταχύτητα (άξονας, πηδάλιο, στηρίγματα)