Εγκαταστάσεις December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 1 K-3B Νικόλαος Π. Κυρτάτος 2009-2010
Μεταβατικά φαινόµενα December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 2 Οι χαρακτηριστικές αντιστάσεως και οι απαιτήσεις ισχύος που ορίστηκαν µέχρι τώρα αναφέρονται σε σταθερές συνθήκες λειτουργίας. Οι απαιτήσεις ισχύος διαφοροποιούνται σε µεταβατικές καταστάσεις του πλοίου Σε ορισµένες περιπτώσεις, η απαιτήσεις ισχύος που προκύπτουν από ανάλυση των µεταβατικών φαινοµένων µπορεί να επηρεάσουν την απαίτηση σε εγκατεστηµένη ισχύ του πλοίου
Κινήσεις πλοίου κατά τη διάρκεια µεταβατικών φαινοµένων December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 3 Ισορροπία δυνάµεων στο πλοίο dvs ms + T( Vs, n) + R ( Vs) = 0 dt Ισορροπία ροπών του άξονα dω ΣΘ + Mdp ( Vs, n) + MdM ( F, n) = 0 dt M s, µάζα του πλοίου V s, ταχύτητα του πλοίου t, χρόνος Τ, ώση έλικας n, στροφές έλικας R, αντίσταση συνδυασµού πλοίου-έλικας ΣΘ, ροπή αδράνειας περιστρεφόµενων µερών ω, γωνιακή ταχύτητα έλικας Μ dp, ροπή στρέψεως έλικας Μ dm, ροπή στρέψεως κινητήρα F, ποσοστό παροχής καυσίµου ή ατµού
Μεταβατικά φαινόµενα December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 4 Οι διαφορικές εξισώσεις που περιγράφουν την συµπεριφορά τουπλοίουσεµεταβατικά φαινόµενα λύνονται συνήθως αριθµητικά. Γραφικά η επίλυσή τους µπορεί να παρουσιαστεί µε χρήση των καµπυλών Robinson
Καµπύλες Robinson December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 5
Χαρακτηριστικές ναυτικών µηχανών December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 6 Έχοντας εκτιµήσειτιςαπαιτήσειςισχύοςτουσυνδυασµού πλοίου προωθητήρα σε όλο το εύρος λειτουργίας του πλοίου ακολουθεί η επιλογή κατάλληλης ναυτικής µηχανής η οποία θα καλύψει τις τεθειµένες απαιτήσεις πρόωσης Για τον σκοπό αυτό πρέπει να είναι γνωστές οι χαρακτηριστικές ροπής και ισχύος στροφών των διαφόρων υποψηφίων µηχανών
Μέγεθος Ισχύος (Rating) Κινητήρων December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 7 100% 90% 80% Υπερφόρτιση πάνω από το MCR Άµεση αστοχία Μηχανική κόπωση αστοχία άνω έδρανο διωστήρα Diesel γρανάζια εκκεντροφόροι Θερµική κόπωση χιτώνια Diesel υπερθεµαντήρας λέβητα
Κινητήρες Diesel December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 8 Στον κινητήρα Diesel, η ροπήστρέψηςμ dd, είναι ανάλογη της µέσης πραγµατικής πίεσης p e, και ανεξάρτητη των στροφών. O κινητήρας Diesel χαρακτηρίζεται ως «µηχανή σταθερής ροπής στρέψης»
Κινητήρες Diesel December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 9 Η ισχύς του κινητήρα Diesel ισούται µε τογινόµενο της ροπής επί την γωνιακή ταχύτητα του άξονα π n PD = MdDω = MdD = CDn 30 Εποµένως για σταθερή ροπή (σταθερή µέση πραγµατική πίεση) η ισχύς είναι ανάλογη των στροφών
Κινητήρες Diesel Σε πραγµατικό κινητήρα Diesel οι χαρακτηριστικές ροπής και ισχύος συναρτήσει των στροφών δεν ισχύουν σε όλο το εύρος στροφών. December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 10 όριο υπερπληρωτή n<n Dmin αδύνατη αυτανάφλεξη όριο ροπής p e <p emin κατάλοιπα καύσεως επικαθίσεις, διαβρώσεις περιορισµός µέγιστης συνεχούς ισχύος ατελής καύση (µαύρος καπνός) όριο στροφών υπερπληρωτή όριο στροφών Μέγιστη Συνεχής Ισχύς (σηµείο Β)
Κινητήρες Diesel Ο κατασκευαστής προδιαγράφει επίσης για κάθε κινητήρα όρια διακεκοµµένης λειτουργίας December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 11 Όριο ιακεκοµµένης Λειτουργίας Όριο Συνεχούς Λειτουργίας υνατότητες Υπέρβασης P κατά 10% επί µία ώρα n κατά 3.2 % επί µία ώρα pe κατά 6.6% επί µία ώρα
Κινητήρες Diesel December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 12 Ειδική κατανάλωση καυσίµου στο διάγραµµα µέσης πραγµατικής πίεσης (ροπής στρέψης) - στροφών.
Κινητήρες Diesel Ειδική κατανάλωση καυσίµου στο διάγραµµα ισχύος- στροφών. December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 13
Diesel Χαρακτηριστικές December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 14 Χαρακτηριστικά: - Ισχύς - Ροπή - Στροφή - Κατανάλωση
Κινητήρες Diesel December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 15 Ειδική κατανάλωση καυσίµου για φόρτιση σύµφωνα µε τον νόµο της έλικας.
December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 16
Συνεργασία Έλικας και Κινητήρα Diesel December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 17 ΕΗΡ+15%+5% P πλοίου Ν έλικας Ταχύτητα πλοίου προδιαγραφών απαιτήσεις πλοίου P κινητήρα > P πλοίου Ν κινητήρα > Ν πλοίου.(µειωτήρας) Απαραίτητη αύξηση στροφών για να ληφθούν η P κινητήρα στις δοκιµές!!προσοχή στην µεταβολή β.α. έλικας σε διαφορετικές στροφές
Συνεργασία Έλικας και Κινητήρα Diesel December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 18 - Ρυµούλκηση! Παροχή στη συνεργασία Σηµαντική αύξηση αντιστάσεως Συνεργασία DieseI + έλικας "off - design" Λειτουργία ρυθµιστή - Ορισµένοι κατασκευαστές ορίζουν, για ένα µοντέλο κινητήρα, µια περιοχή MCR στο διάγραµµα ισχύος- στροφών. ίνεται έτσι η ευελιξία να ορισθεί από τον χρήστη ένα σηµείο MCR µέσα στην περιοχή και ο κινητήρας να ρυθµιστεί στο εργοστάσιο γι'αυτό το σηµείο µεταβάλλονται : Χρονισµό βαλβίδων Λόγo συµπιέσεως Σύζευξη υπερπληρωτή Εάν χρησιµοποιείται γεννήτρια άξονα πρέπει να ληφθεί υπ'όψιν το πρόσθετο φορτίο. Απόκριση ρυθµιστή σε ξαφνική απώλεια φορτίου
December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 19
Κινητήρες Diesel December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 20 Ο κινητήρας που θα επιλεγεί για µια εγκατάσταση πρόωσης πρέπει να καλύπτει τις απαιτήσεις ισχύος πρόωσης σε όλο το εύρος λειτουργίας. Στοιχεία για τις χαρακτηριστικές της µηχανής (αδιάκοπη και διακεκοµµένη λειτουργία) παρέχονται συνήθως από τον κατασκευαστή. Τήρηση αυτών συνεπάγεται και παροχή εγγύησης της µηχανής. Σε µικρούς 4-Χ ναυτικούς κινητήρες Diesel πολλές φορές δίδεται από τον κατασκευαστή µόνο ένα σηµείο λειτουργίας (PD1, nd1), ή και ακόµα ένα για διακεκοµµένη λειτουργίας. Οι χαρακτηριστικές του κινητήρα στην περίπτωση αυτή υπολογίζονται µε βάση τις αναλογίες ισχύος-στροφών
Χαρακτηριστικά ιαφόρων Κινητήρων Ατµοστρόβιλοι Οι πιέσεις και θερµοκρασίες που µπορούν να αναπτυχθούν ουσιαστικά περιορίζονται µόνον από τα όρια του λέβητα. December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 21 Έλεγχος ατµοστρόβιλων: Βαλβίδα στραγγαλισµού ( Throttle control) Έλεγχος τοµέως (Nozzle control) Συνδυασµός των δύο παραπάνω Μεταβλητή πίεση λέβητα (Ουσιαστικά ανεφάρµοστο λόγω µεγάλου χρόνου αποκρίσεως) Βy pass Πτερύγια Ροτόρ Σχεδιασµός - Ιδιοσυχνότητα, κρίσιµες περιοχές στροφών -Ταλαντώσεις - Ζυγοστάθµιση -Υλικά - Υλικά - ιάβρωση - Στήριξη - ράσεως / Αντιδράσεως
Ατµοστρόβιλοι (Συνέχεια) December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 22
Ατµοστρόβιλοι December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 23 Η χαρακτηριστική ενός εξιδανικευµένου Ατµοστροβίλου είναι παραβολή δευτέρου βαθµού στο διάγραµµα P-n και ευθεία γραµµή στο διάγραµµα Μ-n P T = C 2 T n n M P = 30C = 2 n T T dt nt1 n T1 ω πnt1 nt1 P Τ, ισχύς στροβίλου στον άξονα M dt, ροπή στροβίλου στον άξονα n, στροφές της έλικας n T1, ονοµαστική περιστροφική ταχύτητα στροβίλου P T1, µέγιστη συνεχής ισχύς του στροβίλου στον άξονα C T, σταθερά
Ατµοστρόβιλοι December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 24 P T Η χαρακτηριστική ενός εξιδανικευµένου Ατµοστροβίλου είναι παραβολή δευτέρου βαθµού στο διάγραµµα P-n = CT 2 n n n n T1 T1 Ανηγµένη Ισχύς Στροβίλου 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Ανηγµένες Στροφές Έλικας
Ατµοστρόβιλοι Η ροπή ενός εξιδανικευµένου Ατµοστροβίλου είναι ευθεία στο διάγραµµα Μ-n December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 25 M dt PT 30C T n = = 2 ω πn n T1 T1 Ανηγµένη Ροπή Στρέψεως Στροβίλου 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Ανηγµένες Στροφές Έλικας
Ατµοστρόβιλοι Πραγµατικοί ατµοστρόβιλοι December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 26 n n PT = CT A n T1 n T1
Ατµοστρόβιλοι Πραγµατικοί ατµοστρόβιλοι December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 27 M dt PT 30C T n = = A ω πn n T1 T1
Συνεργασία Έλικας και Ατµοστροβίλου December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 28 Στρόβιλος ανάποδα Τροχός Curtiss Απαίτηση : 80% ροπής πρόσω σε 50% στροφών πρόσω. ηλαδή σε 0% στροφών 96% + ροπής Πρέπει να ληφθεί υπ'όψη στη σχεδίαση του άξονα χαµηλής πιέσεως
Αεριοστρόβιλοι December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 29
Αεριοστρόβιλοι - ύο κύριες οικογένειες Αεροπορικοί, Βιοµηχανικοί December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 30 Βελτιώσεις των επιδόσεων: - Υψηλότερο λόγω συµπιέσεως στον συµπιεστή Βελτίωση βαθµού αποδόσεως συµπιεστή Αεροδυναµικήσχεδίασηπτερυγίων - Υψηλότερη θερµοκρασία εισόδου στην τουρµπίνα Ανθεκτικότερα υλικά - Βελτίωση βαθµού αποδόσεως τουρµπίνας Αεροδυναµικήσχεδίασηπτερυγίων - Βελτίωση βαθµού αποδόσεως θαλάµου καύσεως - Ψύξη αέρα συµπιέσεως - Αναθέρµανση καυσαερίων - Αναζωογόνηση - Ανάκτηση απορριπτόµενης θερµότητας Πλεονεκτήµατα: - Απλότητα κατασκευής - Μικρό βάρος ( Μεγάλος λόγος ισχύος Ι βάρους) - Λίγα παρελκόµενα + βοηθητικά - Ευχέρεια αυτοµατοποιήσεως µηχανοστασίου Μειονεκτήµατα: - Υψηλήειδικήκατανάλωσηκαυσίµου -(Χαµηλή θερµοκρασία εισόδου τουρµπίνας) - Ευαισθησία σε θερµοκρασία περιβάλλοντος Τ= 1Ο Ρ=5%
Αεριοστρόβιλοι December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 31 Οι χαρακτηριστικές του Αεριοστροβίλου είναι στην εξιδανικευµένη τους µορφή ίδιες µε τις χαρακτηριστικές του Ατµοστροβίλου Ανηγµένη Ισχύς Στροβίλου 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Ανηγµένες Στροφές Έλικας Ανηγµένη Ροπή Στρέψεως Στροβίλου 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Ανηγµένες Στροφές Έλικας
Αεριοστρόβιλοι Χαρακτηριστικές ίδιες µε ατµοστρόβιλο δράσεως December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 32 Συνδυασµοί Αεριοστροβίλων κ άλλων κινητήρων CODAG: Combination Diesel And Gas Turbine CODOG: Combination Diesel Or Gas Turbine
Αεριοστρόβιλοι Πραγµατικοί ατµοστρόβιλοι December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 33
Συνεργασία Έλικας και Αεροστροβίλου December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 34 Αντίστοιχο µε ατµοστρόβιλο Το σηµείο σχεδιασµού είναι και το σηµείο ελάχιστης καταναλώσεως. Περιθώριο ισχύος 5% Περιθώριο στροφών µικρότερο ή και Ο Έλεγχος: - Καύσιµο - Μεταβλητή γεωµετρία ( κυρίως στροβίλου ισχύος) Αναπόδιση µε συµπλέκτη και µειωτήρα ανάποδα ( Πειραµατικά µε µεταβλητή γεωµετρία) Περιορισµένοι τύποι αεριοστρόβιλων (Πιθανόν προβλήµατα στην επιλογή κατάλληλου) Standard µειωτήρες µε περιορισµένο αριθµό σχέσεως Κόστος µειωτήρα αυξάνει όσο αυξάνει ο λόγος µειώσεως. Ορισµένοι κατασκευαστές προσφέρουν τον ίδιο τύπο αεριοστρόβιλου σε δύο ισχείς: Pmax - Pnom (µε µικρότερη θερµοκρασία εισόδου τουρµπίνας) (Η µικρότερη ισχύς προσφέρει µικρότερη κατανάλωση και φθορές) Λόγω µεγάλου λόγου ισχύος / βάρους χρησιµοποιείται ο αεριοστρόβιλος σαν επιπλέον κινητήρας σε συνδυασµούς CODOG CODAG COGOG COGAG COSAG COSOG COGAS COGOS Σε ορισµένες εφαρµογές κυρίως πολεµικών πλοίων
Συγκριτικά Στοιχεία Κινητήρων 1. ΙΣΧΥΣ ΑΝΑ ΑΞΟΝΑ December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 35 ΑΤΜΟΣΤΡΟΒΙΛΟΣ : Μεγίστη ισχύς εξαρτάται από την ισχύν που µπορεί να απορροφήσει µία έλικα ΟIΚΟΝΟΜΙΚΟ ΜΙΝΙΜUΜ 15000 KW - MAXIMUM : όρια έλικας ΑΡΓΟΣΤΡΟΦΟΣ DIESEL (αµέσου συνδέσεως) 5000 kw -- > 5000 kw/κύλινδρο Πιθανόν προβλήµατα κραδασµών µε µεγάλες ισχείς σε εύκαµπτη γάστρα DIESEL µε ΜΕΙΩΤΗΡΑ 200 KW -- > 18000 KW
Συγκριτικά Στοιχεία Κινητήρων 2. ΑΝΑΠΟ ΙΣΗ ( ΟΠΙΣΘΟ ΡΟΜΙΣΗ) L. R.: Ισχύς ανάποδα ώστε να διατηρείται ο έλεγχος του πλοίου σε οποιαδήποτε κατάσταση December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 36 Ατµοστρόβιλος Ανάποδα : 80% ροπής πρόσω 50% rpm πρόσω Επίσης: 70% rpm πρόσω για 30 min χωρίς υπερβολική θέρµανση του στροβίλου πρόσω Μέρος του ατµού ανάποδα, αντί για το ψυγείο πιθανόν να προχωρήσει προς τον LΡ στρόβιλο που περιστρέφεται ανάποδα και λειτουργεί σαν συµπιεστής. Ο πυκνός θερµός ατµός µπορεί να δηµιουργήσει βλάβη (παραµόρφωση) στο κάλυµµα τουηρ στροβίλου Γενικά: Γρήγορη απόκριση (καλή ροπή) αλλά όχι µεγάλη ισχύς.
ιαδικασία οπισθοδροµήσεως Diesel & Στροβίλου December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 37 Diesel Αργόστροφος Οι κινητήρες αυτοί είναι αναστρέψιµοι ιαδικασία οπισθοδροµήσεως: Κόβονται πετρέλαια Κινητήρας ακολουθεί ροπή ανάποδα λόγω τριβών 40% rpm : Αέρας ανάποδα 30% rpm: πετρέλαια (ανάποδα) Αρχικά η ροπή είναι µικρή αλλά τελικά Τπρόσω = Τ Πιθανόν προβλήµατα µε υπερπλήρωση στην µεταβατική κατάσταση. Χρήση ηλεκτρικών φυσητήρωνενσειρά Παλαιότερα, προβλήµατα λόγω κοπώσεως χιτωνίων από το θερµικό shock του (κρύου) αέρα ανάποδα
Diesel µε µειωτήρα 1. Κινητήρας αναστρέψιµος (αέρα) 2. Μειωτήρας και συµπλέκτη ανάποδα (Ρεβέρσα) December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 38 Συµπλέκτες ιαδικασία οπισθοδροµήσεως Ο συµπλέκτης τοποθετείται στον υψηλόστροφο άξονα ώστε να µεταφέρει λιγότερη ροπή Τριβής Υδραυλικοί Ηλεκτρικοί
Diesel µε µειωτήρα ιαδικασία οπισθοδροµήσεως Diesel µε µειωτήρα και συµπλέκτη: December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 39 Κόβονται πετρέλαια Στροφή κινητήρα και έλικας πέφτουν Ταχύτητα πλοίου περίπου αµετάβλητη Μηδένροπήστονάξονασε7-10 sec Αποσύµπλεξη Κινητήρας αναστρέφεται ίδονται αρκετές στροφές για να µην σβήσει στην σύµπλεξη Τµήµατα συµπλέκτη περιστρέφονται αντίθετα. Σύµπλεξη / Ολίσθηση συµπλέκτη Ηθερµότητα που δηµιουργείται µέσω τριβής πρέπει να απαχθεί (µε κατάλληλη σχεδίαση του συµπλέκτη) Ταχύτητα πλοίου παραµένει σχεδόν αµετάβλητη. Με αναµονή να πέσει η ταχύτητα του πλοίου ο χρόνος της διαδικασίας οπισθοδροµήσεως αυξάνεται σηµαντικά Ολίσθηση σταµατά Αύξηση στροφών ανάποδα µέχρι µέγιστο Μείωση της ταχύτητας πλοίου, µηδενική ταχύτητα πλοίου, πλοίο ανάποδα.
Ηλεκτρική µετάδοση December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 40 Γεννήτρια σταθερής συχνότητας Συνήθως AC Μερικές φορές DC (Με αλλαγή πεδίου για ανάποδα) Ταχύτατη απόκριση : - Παγοθραυστικά - Πλοία τοποθετήσεως καλωδίων (σταθερή τάση καλωδίου) - Πλατφόρµες, τρυπάνια, εκσκαφείς - Επιβατηγά ( του παρελθόντος) [ $ + 6% Απώλειες + 6% ] Ηλεκτρική µετάδοση µε αεριοστρόβιλο-γεννήτρια - ιαφορετική υπερκατασκευή λόγω βάρους - Ελαχιστοποίηση απαιτούµενου χώρου Υπεραγώγιµοι κινητήρες Έλικες µεταβλητού βήµατος
Συνδυασµοί Μηχανών December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 41 CODAD, Combined Diesel and Diesel COGAG, Combined Gas turbine And Gas turbine CODAG, Combined Diesel And Gas turbine COSAG, Combined Steam And Gas turbine CODOG, Combined Diesel Or Gas turbine COGOG, Combined Gas turbine Or Gas turbine CONAG, Combined Nuclear And Gas turbine
Συνδυασµοί Μηχανών December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 42
CODAG December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 43
CODOG December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 44
Μεταβολή ισχύος December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 45 Αλλαγή ισχύος κινητήρων --> Μεταβολή θερµοκρασίας Θερµική Αδράνεια ιαφορική διαστολή Ανόµοια θέρµανση Aτµός σε κρύο στρόβιλο Θερµικές τάσεις Μηχανικές τάσεις από συµπυκνωµένο ατµό Πιθανή στρέβλωση κελύφους Θερµικές τάσεις > Κόπωση > Αστοχία Προβλήµατα κοπώσεως και ρηγµάτων λόγω κυκλικής µεταβολής ισχύος (αέρας εκκινήσεως στα χιτώνια Diesel) Εναλλάκτης (Regenerator) αεριοστροβίλου. Προβλήµατα λόγω απότοµης αυξήσεως θερµοκρασίας κατά την εκκίνηση Προθέρµανση: (ενδεικτικές τιµές) Ατµοστρόβιλοι, Αργόστροφοι Diesel 4-8 h Μεσότροφοι Diesel 0.5 h Αεριοστρόβιλοι Αεροπορικοί 5min, Βιοµηχανικοί 1 h
Κόστος Καυσίµου December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 46 Κύριο κριτήριο για τη αγορά: Ιξώδες (και τύπος) καυσίµου Στοιχεία όπως περιεκτικότητα σε θείο, βανάδιο κλπ δεν αναφέρονται. Ιξώδες συνήθως σε κλίµακα: Redwood / Centistokes Το βανάδιο επηρεάζει όλα τα εξαρτήµατα υψηλής θερµοκρασίας: - Υπερθερµαντήρα - Λέβητα - Πτερύγια αεριοστρόβιλου - Βαλβίδες εξαγωγής στη DieseI ( ηµιουργία οξειδίου V205 επιταχύνει την οξείδωση και θερµή διάβρωση των µεταλλικών επιφανειών) Το θείο σε ευνοϊκές συνθήκες σε συνδυασµό µε τοη2ο απότηνκαύση, δηµιουργεί H 2 S0 4 που διαβρώνει µεταλλικές επιφάνειες. Τα στοιχεία που πρέπει να ληφθούν υπ'όψιν σχετικά µε την κατανάλωση καυσίµου: 1. Ώρες χρήσης / έτος π.χ. Για bulk carrier: 300 + ηµέρες / έτος Για cargo liner: 150 + ηµέρες / έτος 2. Τύπος καυσίµου 3. Ειδική κατανάλωση κύριας µηχανής βοηθητικών µηχανηµάτων Συνολική κατανάλωση λιπαντικών 4. Τυχόν ειδικοί παράγοντες
Ατµοστρόβιλος Κόστος Καυσίµου December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 47 Το χειρότερο καύσιµο 850 cst Κατανάλωση υψηλότερη από αργόστροφη Diesel : 210 g / KW.hr Κατανάλωση λαδιού ασήµαντη Αργόστροφη Diesel Μέγιστο όριο ιξώδους 600cSt Πρακτικά ευρύτερη χρήση : IFO 380 Για λόγους ευκολίας υλικονοµικής υποστήριξης Κατανάλωση ~170 g / KW.hr + 5% για στροβιλογεννήτρια ή ντηζελογεννήτρια (Γεννήτρια άξονα ή στρόβιλος λέβητα καυσαερίων περιέχονται στην βασική τιµή) Το τµήµα καύσεως διαχωρίζεται από το µηχανικό µέρος µε ένα διάφραγµα. Γιαναεξουδετερωθούνταόξιναπροϊόντακαιτακατάλοιπα, χρησιµοποιείται αλκαλικό λιπαντικό στον κύλινδρο που χάνεται (καίγεται και απορρίπτεται) Το διάφραγµα προστατεύει το λιπαντικό των µηχανικών τµηµάτων στο κάρτερ (ελαιολεκάνη)
Μεσόστροφοι Diesel December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 48 Ειδική κατανάλωση > 180 g / KW.hr Ιξώδες έχει αυξηθεί Οριακά µέχρι 700 cst Με IFO 380 µπορεί να τροφοδοτηθούν ηκύριαµηχανή ( βραδύστροφη) οι ντηζελογεννήτριες ( µεσόστροφες) (πλοίο ενός καυσίµου: unifuel) Προσοχή όµως στον καθαρισµό καυσίµου! Προβλήµατα αυξηµένων φθορών από την παρουσία Cat-(aIytic) fines σε ποσοστό > 330 ppm Ιδιαίτερα σκληρά υπολείµµατα καταλυτών που χρησιµοποιούνται στην διύλιση του πετρελαίου Μίξη καυσίµου (FueI blending) διαφορετικών ποιοτήτων (το χειρότερο είναι και φθηνότερο) Λόγω κατασκευής το λιπαντικό µολύνεται από τα προϊόντα καύσεως Συχνότερες αλλαγές λιπαντικού + 1 % κατανάλωση καυσίµου + 10% κόστος λόγω αυξηµένου κόστους λιπαντικού
Μεσόστροφοι Diesel Αεριοστρόβιλοι December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 49 1. «Αεροπορικοί» Καύσιµο: κηροζίνη (+50% κόστος) Κατανάλωση λιπαντικού ασήµαντη Λιγότερα βοηθητικά µηχανήµατα Ειδική κατανάλωση = 250g/KWh 2. «Βιοµηχανικοί» Καύσιµο 400 cst (χωρίς Βανάδιο) Κατανάλωση = 260g/KWh
Λειτουργία Σε Μερικό Φορτίο (Μειωµένη Ισχύ) Ατµοστρόβιλος December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 50 Diesel Σε 50% µείωση φορτίου η ειδική κατανάλωση αυξάνει +10-20% Προσοχή σε µείωση ταχύτητας πλοίου για µείωση κατανάλωσης Αεριοστρόβιλος Για 50% φορτίο + 30% ειδ. Κατανάλωση Σηµαντική αύξηση της ειδ. καταναλώσεως µε µείωση ισχύος (σε περιοχές off design) (εκτός βέλτιστου σηµείου σχεδιασµού)
Συγκριτικά Στοιχεία Κινητήρων Απαιτούµενος Χώρος και Βάρος Τα µηχανήµατα και το καύσιµο πρέπει να θεωρηθούν ως η «άεργος µάζα» που πρέπει να µεταφερθεί χωρίς κέρδος. December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 51 Βάρος Τα στοιχεία που δίδονται περιλαµβάνουν: - Κύρια µηχανή + παρελκόµενα - Βοηθητικά µηχανήµατα - Γεννήτριες - Άξονα + έλικα - Καπνοδόχους κλπ Οι τιµές είναι µόνο για σύγκριση Ατµοστρόβιλος 65 kg / kw Λέβητας + Καπνοδόχοι + Αεραγωγοί ~ 30 % συνολικού βάρους Στρόβιλος + Μειωτήρας + Ψυγείο ~ 15% Αργόστροφη Diesel ~ 90 kg / kw Μεσόστροφη Diesel ~ 55 kg / kw Βοηθητικά µηχανήµατα και παρελκόµενα Κ.Μ. ~ 60 + % συνολικά Αεριοστρόβιλος 50 kg / kw (βιοµηχανικού τύπου) Το βάρος καυσίµου πρέπει να προστεθεί!
Χώρος December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 52 Απαιτούµενο µήκος µηχανοστασίου: Ατµοστρόβιλος 700 kw / m Αργόστροφη Diesel 600 kw / m Μεσόστροφη Diesel 1000 kw / m Η απαίτηση να µπορούν να αφαιρεθούν όλα τα εξαρτήµατα της µηχανής µε γερανό καθαρίζει το ύψος µηχανοστασίου. Κρίσιµο στην περίπτωση αργόστροφης Diesel λόγω ύψους εµβόλου + βάκτρου Γι' αυτούς τους κινητήρες το µήκος µηχανοστασίου εξαρτάται από το µήκος του κινητήρα. Επίσης η µεγαλύτερη κατανάλωση αέρα ( 2-Χ, αποπλύση, Α / F ~ 30-40) απαιτεί µεγαλύτερους αεραγωγούς από ότι στον ατµοστρόβιλο Σε εγκαταστάσεις ατµοστρόβιλου ένας λέβητας είναι πιο οικονοµικός και καταλαµβάνει λιγότερο χώρο. Αλλά για περισσότερη αξιοπιστία πιθανόν δύο λέβητες, ίσως σε διάταξη "πατέρας- γιος" Σε πλοία µε απαιτήσειςχαµηλού µηχανοστασίου όπως RORO, ferries χρησιµοποιούνται µεσόστροφες ή πολύστροφες Diesel
Αξιοπιστία Κινητήρων December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 53 Ποιότητα µηχανηµάτων και εξαρτηµάτων Κόστος σταµατηµένου πλοίου >$ 3 ΤΟΝ / µήνα (δηλ. για 200.000 TONS >$20.000 / ηµέρα) Αξιοπιστία: Πιθανότηταότιδενθαυπάρξειαστοχίαµέσα σε χρόνο t. Αναµενόµενη συχνότητα βλαβών λ βλάβες / µονάδα χρόνου Αξιοπιστία R= e -λτ (R = Iim N λειτουργούντων /Ν συνολικό ) Μέσος χρόνος µεταξύ βλαβών (MTBF) = 1 / λ Καµπύλη µπανιέρας (bath tub) Σηµ.: Οι κινητήρες Diesel ελέγχονται στην κλίνη δοκιµών του κατασκευαστή και µετά στέλνονται στο ναυπηγείο. Οι εγκαταστάσεις ατµοστρόβιλων δεν µπορούν να ελεγχθούν πριν µπουν στο πλοίο.
Αξιοπιστία Κινητήρων Σύνθετα συστήµατα (διπλά, πολλαπλά) R = 0.9 (Αναξιοπιστία 10%) December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 54 Rσυνολ = 2 R-R 2 = 0.99 (Αναξιοπιστία 1%) (δηλ., 10-πλάσια αύξηση της πιθανότητας επιβίωσης) Συστήµατα σειράς (π.χ αξονικό): Βλάβη ενός βλάβη συστήµατος Rσυνολ = R1.R2.R3 Συστήµατα µε εφεδρεία: - Παράλληλα (λειτουργούν όλα) - Stand-by (Αναµονή) (λειτουργούν ορισµένα) Βλάβη όλων βλάβη συστήµατος Αναξιοπιστία Q=1-R Qσυνολ.=Q1.Q2 Προγραµµατισµένη συντήρηση υναµική συντήρηση µε συνεχή παρακολούθηση καταστάσεως και έλεγχο µηχανηµάτων (Conditioning monitoring and Control) Επισκευασιµότητα (Maintainability) Πλήρης επισκευή σε t ιαθεσιµότητα (Availability) Πιθανότητα ικανοποιητικής λειτουργίας
December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 55