Εγκαταστάσεις. Πρόωσης K Νικόλαος Π. Κυρτάτος. Κεφ. 4 Συνεργασία µηχανής/έλικας ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

Εγκαταστάσεις December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 1 K-4 Νικόλαος Π. Κυρτάτος 2009-2010

December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 2 Κεφ. 1. Γενικά / Περιγραφή µαθήµατος Κεφ. 2. Εισαγωγή στη Ναυτική Μηχανολογία / Ιστορία Κεφ. 3. Απαιτήσεις πρόωσης / Ναυτικοί κινητήρες Κεφ. 4. Συνεργασία µηχανής / έλικας Κεφ. 5. Ναυτικοί κινητήρες Diesel Κεφ. 6. Τεχνοοικονοµικά / Αξιοπιστία Κεφ. 7. Αξονικό σύστηµα

December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 3 -Σχεδίαση έλικας Υδροτοµή σωστή για µία θέση (σηµείο σχεδίασης) Μειωµένο β.α. στις άλλες θέσεις -Επιχειρησιακές απαιτήσεις Αρχικός Σχεδιασµός: ιάµετρος έλικας Βήµα Επιφάνεια πτερυγίων

χχχχχχχχ December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 4

Slip-ολίσθηση December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 5

ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΚΑΙΡΟΥ December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 7

December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 8 Εγκαταστάσεις -Νόµος της έλικας (Καµπύλη ζήτησης ισχύος) Κυβική µε στροφές σε περιορισµένη περιοχή ισχύος - προσεγγιστικά! (εξαρτάται από αντίσταση και παρελκόµενα γάστρας) Υπερβολικό βήµα βαρειά έλικα Α Λίγο βήµα - ελαφριά έλικα Β Αλλά αν σχεδιαστεί η έλικα για 100% όταν το πλοίο είναι καινούργιο: - Σε αύξηση αντίστασης λόγω ρύπανσης ή καιρού προσεγγίζεται το όριο ροπής κινητήρα Αρχική σχεδίαση για ελαφριά έλικα ώστε µε την µετακίνηση αριστερά να λειτουργεί ικανοποιητικά ~ Στροφές 100% στο µέσον της περιόδου µεταξύ δεξαµενισµών

December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 9 Για ίδια ταχύτητα πλοίου, µεγαλύτερη διαµετρος ελικας µε λιγότερες στροφές (υψηλότερος β.α: έλικας) λιγότερη απαιτούµενη ισχύς Όµως περιορισµός λόγω ορίων κινητήρα Σηµείο Α δεν µπορεί να χρησιµοποιηθεί Κυρίαρχο στην ζεύξη µηχανής / έλικας Η ΕΛΙΚΑ ΖΗΤΑ ΡΟΠΗ και Η ΜΗΧΑΝΗ ΕΠΙΣΤΡΕΦΕΙ ΜΕ ΣΤΡΟΦΕΣ (Βλ. Φυλλάδιο: Βασικές Αρχές Πλοίου)

December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 10 Οριακό στρώµα στην γάστρα αυξάνει µε την ρύπανση Μειώνεται η ταχύτητα του νερού στον δίσκο της έλικας Για έλικα σταθερού βήµατος: Γιαίδιαισχύνοιστροφέςµειώνονται Ηταχύτηταπλοίουµειώνεται Για να αυξηθεί η ταχύτητα πλοίου, πρέπει να αυξηθεί η ισχύς Υπερφόρτιση κινητήρα Εάν η αντίσταση αυξηθεί πέραν του 30% περιθωρίου (όπως ορίστηκε αυθαίρετα ) δεν επιτυγχάνεται η απαιτούµενη ταχύτητα (υψηλή κατανάλωση, θερµοκρασίες, υπερφόρτιση) Περίπτωση: 50% αύξηση ισχύος 2 χρόνια µετά τον δεξαµενισµό! Selfpolishing υφαλοχρώµατα Καθαρισµός γάστρας µε δύτη Συχνα δεν µένει υφαλόχρωµα ρύπανση γάστρας Αραιά ρύπανση γάστρας

December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 11 Τα όρια λειτουργίας του κινητήρα µένουν σταθερά Ηκαµπύλη έλικας εξαρτάται από την ταχύτητα νερού στον δίσκο - Βύθισµα - Οριακό στρώµα - Καιρός Σε περίπτωση mismatch η έλικα θα παρασύρει προς τα κάτω τις στροφές µηχανής Μειώνεται η ταχύτητα πλοίου Τυχόν υπερβολική αύξηση της ισχύος (πεδίο λειτουργίας) Υπερφόρτιση εν είναι εφικτό να µεταβληθεί το πεδίο της µηχανής Μεταβολή της καµπύλης έλικας Αλλαγή ταχύτητας οµόρου Μείωση διαµέτρου έλικας (κούρεµα) n prop Αλλαγή βήµατος (ακριβό-περίπλοκο) Σύγκριση κόστους καυσίµου µε κόστος καθαρισµού γάστρας Σύγκριση κόστους επισκευής κινητήρα µε διορθωτική επέµβαση στην έλικα

Συνεργασία Έλικας - Μηχανής εδοµένη η πραγµατική ισχύς πρόωσης (EHP) του πλοίου στην ταχύτητα των προδιαγραφών του December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 12 Εκλογή έλικας, προσδιορισµός παραµέτρων έλικας, βέλτιστων στροφών και βαθµού απόδοσης Μετατροπή της EHP σε ισχύ στον άξονα σε συνδυασµό µε τις αντίστοιχες στροφές (απαίτηση µηχανής P sm, n m ) Προσαύξηση της P sm κατά 10-30% περίπου για να καλυφθεί η προβλεπόµενη αύξηση αντίστασης λόγω ρύπανσης της γάστρας ή/και λόγω αντίθετων καιρικών συνθηκών. (Αντίστοιχη προσαύξηση κατά περίπου 3% της ταχύτητας περιστροφής της έλικας.) Εκλογή κύριας µηχανής πρόωσης µε βάση τις απαιτήσεις αυτές Σε κατάσταση δοκιµών παραλαβής, για ταχύτητα υπηρεσίας η έλικα απορροφά το 80-85% της P sm σε στροφές 2-4% µικρότερες των n m

Συνεργασία Έλικας -Diesel December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 13 Με δεδοµένα την απαίτηση µέγιστης Συνεχούς Ισχύος Psm, στον άξονα και των αντίστοιχων στροφών nm, αναζητούµε κατάλληλο κινητήρα, κινητήρα δηλαδή που θα έχει ισχύ και στροφές που καλύπτουν τις ανισότητες P n D1 D1 P n sm m Η δεύτερη ανισότητα µπορεί να καλυφθεί εύκολα όταν χρησιµοποιείται µειωτήρας στροφών

Συνεργασία Έλικας -Diesel Βήµατα December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 14 - Με δεδοµένη την απαίτηση ισχύος στροφών για το πλοίο µε καθαρή γάστρα και έλικα υπολογίζουµε τον νόµο της έλικας

Συνεργασία Έλικας -Diesel 25000 December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 15 Ισχύς στην έλικα 20000 15000 10000 5000 Απαιτήσεις ισχύος µε καθαρή γάστρα και έλικα 0 40 60 80 100 120 140 Στροφές στην έλικα

Συνεργασία Έλικας -Diesel Βήµατα December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 16 - Με δεδοµένη την απαίτηση ισχύος στροφών για το πλοίο µε καθαρή γάστρα και έλικα υπολογίζουµε τοννόµο της έλικας - Λαµβάνοντας υπ όψιν τα περιθώρια ισχύος λόγω ρύπανσης/καιρού υπολογίζουµε τις αυξηµένες απαιτήσεις ισχύος-στροφών του πλοίου, για την επίτευξη της ταχύτητας υπηρεσίας και υπολογίζουµε τοννόµο τηςέλικαςγιατη ρυπασµένη κατάσταση

Συνεργασία Έλικας -Diesel 25000 December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 17 Ισχύς στην έλικα 20000 15000 10000 5000 Απαιτήσεις ισχύος µε ρυπασµένη γάστρα και έλικα Απαιτήσεις ισχύος µε καθαρή γάστρα και έλικα 0 40 60 80 100 120 140 Στροφές στην έλικα

Συνεργασία Έλικας -Diesel Βήµατα December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 18 - Με δεδοµένη την απαίτηση ισχύος στροφών για το πλοίο µε καθαρή γάστρα και έλικα υπολογίζουµε τον νόµο της έλικας - Λαµβάνοντας υπ όψιν τα περιθώρια ισχύος λόγω ρύπανσης/καιρού υπολογίζουµε τις αυξηµένες απαιτήσεις ισχύος-στροφών του πλοίου, για την επίτευξη της ταχύτητας υπηρεσίας και υπολογίζουµε τον νόµο της έλικας για τη ρυπασµένη κατάσταση - Επιλέγουµε κινητήρα ο οποίος καλύπτει τις απαιτήσεις για καθαρή και ρυπασµένη γάστρα

Συνεργασία Έλικας -Diesel 25000 December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 19 Ισχύς στην έλικα 20000 15000 10000 5000 Απαιτήσεις ισχύος µε ρυπασµένη γάστρα και έλικα 1 Απαιτήσεις ισχύος µε καθαρή γάστρα και έλικα Χαρακτηριστική Κινητήρα 0 40 60 80 100 120 140 Στροφές στην έλικα

Συνεργασία Έλικας -Diesel December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 20 Ισχύς στην έλικα 25000 20000 15000 10000 5000 Μέγιστη ισχύς που µπορεί να απορροφηθεί από τον κινητήρα σε ρυπασµένη κατάσταση (όριο µεγίστης iσχύος) 1 Μέγιστη ισχύς που µπορεί να απορροφηθεί από τον κινητήρα σε κατάσταση δοκιµών (όριο µεγίστων στροφών) οκιµή τουκινητήρα 0 40 60 80 100 120 140 Στροφές στην έλικα

Συνεργασία Έλικας -Diesel 25000 December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 21 Ισχύς στην έλικα 20000 15000 10000 5000 Καµπύλη ισχύος σε ακόµη µεγαλύτερη ρύπανση εν µπορεί να επιτευχθεί η ταχύτητα υπηρεσίας (όριο µέγιστης ροπής) 1 0 40 60 80 100 120 140 Στροφές στην έλικα

Συνεργασία Έλικας Diesel+ εξαρτηµένης ηλεκτρογεννήτριας 25000 December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 22 Ισχύς στην έλικα 20000 15000 10000 5000 SG Καµπύλη ισχύος µε ρύπανση και γεννήτρια άξονα SG SG 1 Τελική Απαίτηση Ισχύος SG 0 40 60 80 100 120 140 Στροφές στην έλικα

Ηλεκτρογεννήτρια άξονα December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 23 Καλύτερος βαθµός απόδοσης της Κ.Μ. Οικονοµικότερη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Φθηνότερο καύσιµο τηςκ.μ. Οικονοµικότερη παραγωγή ενέργειας Ακριβότερη εγκατάσταση.

December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 24

Συνεργασία Έλικας Μεταβλητού βήµατος- Diesel December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 25 Μπορεί να γίνει ρύθµιση του βήµατος ώστε να συνεργάζεται καλύτερα ο κινητήρας µε τηνέλικα, ανάλογα µε τις απαιτήσεις του πλοίου τη δεδοµένη στιγµή Οι παράγοντες που επηρεάζουν οικονοµικά την συνολική απόδοση της συνεργασίας κινητήρα-έλικας είναι - Οβαθµός απόδοσης της έλικας στο επιλεγµένο βήµα - Η ειδική κατανάλωση καυσίµου του κινητήρα - Η συνολική ισχύς στην οποία εργάζεται ο κινητήρας (έµµεσο κόστος λόγω µεγαλύτερων φθορών του κινητήρα όταν αυτός εργάζεται σε υψηλότερες τιµές ισχύος) Η βελτιστοποίηση µπορεί να γίνει µε κάθε ένα από τα παραπάνω κριτήρια

Συνεργασία Έλικας Μεταβλητού βήµατος- Diesel December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 26

Συνεργασία Έλικας Μεταβλητού βήµατος- Diesel December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 27 Συνδυασµός στροφών βήµατος έλικας για την επίτευξη ελάχιστης ισχύος σε κάθε ταχύτητα (µέγιστος βαθµός απόδοσης έλικας) Ελάχιστη δυνατή φθορά της µηχανής για δεδοµένη ταχύτητα

Συνεργασία Έλικας Μεταβλητού βήµατος- Diesel December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 28 Συνδυασµός στροφών βήµατος έλικας για την επίτευξη ελάχιστης ειδικής κατανάλωσης του κινητήρα σε κάθε ισχύ

Συνεργασία Έλικας Μεταβλητού βήµατος- Diesel December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 29 Συνδυασµός στροφών βήµατος έλικας για την επίτευξη ελάχιστης τιµής του γινοµένου P e b e (παροχή καυσίµου ανά ώρα λειτουργίας) για κάθε ταχύτητα Ελάχιστη κατανάλωση καυσίµου για κάθε µίλι, µε δεδοµένη ταχύτητα

Συνδυασµός µηχανών, CODAD x2 4000 December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 31 Ισχύς (kw) 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 Α Γ Β 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Ταχύτητα πλοίου (knots)

Συνδυασµός µηχανών CODAG December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 32

Επιλογή µηχανών από τα εγχειρίδια των κατασκευαστών 4-Χ Κινητήρας + µειωτήρας December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 33

Επιλογή µηχανών από τα εγχειρίδια των κατασκευαστών 2-Χ Κινητήρας Layout Diagram December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 34 ΖΕΥΞΗ ΥΠΕΡΠΛΗΡΩΤΗ ΣΥΜΠΙΕΣΗ ΧΡΟΝΙΣΜΟΣ ΕΓΧΥΣΕΩΣ Βέλτιστο σηµείο λειτουργίας ΟΠΟΥ ΗΠΟΤΕ

Επιλογή µηχανών από τα εγχειρίδια των κατασκευαστών 2-Χ Κινητήρας Layout Diagram December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 35

Επιλογή µηχανών από τα εγχειρίδια των κατασκευαστών 2-Χ Κινητήρας Load diagram December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 36

Επιλογή µηχανών από τα εγχειρίδια των κατασκευαστών 2-Χ Κινητήρας Load diagram December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 37

Παράδειγµα 1 December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 51 Για την κίνηση µε ταχύτητα15 kn ενός πλοίου µε καθαρή γάστρα και έλικα, απαιτείται ισχύς 12500 kw και αντίστοιχη περιστροφική ταχύτητα τη έλικας 115 RPM. Ο κινητήρας που τελικά επιλέχθηκε αποδίδει µέγιστη συνεχή ισχύ στην πέδη 16000 kw στις 460 RPM και συνδέεται στην έλικα µέσω µειωτήρα στροφών ο οποίος παρέχει λόγο µείωσης i=4 καιέχειβαθµό απόδοσης0.98. Για τον κινητήρα επιτρέπεται για συνεχή λειτουργία υπερτάχυνση 4% των ονοµαστικών στροφών του µε σταθερή ισχύ. Αν ισχύει ο νόµος της έλικας, ζητούνται: Α) Να υπολογισθεί το περιθώριο ισχύος του κινητήρα για ταχύτητα 15 kn στην κατάσταση δοκιµών Β) Να υπολογιστεί η µέγιστη ταχύτητα του πλοίου, χωρίς υπερφόρτωση του κινητήρα στην κατάσταση δοκιµών. Πόση ισχύ καταναλώνει στο σηµείο αυτό ο κινητήρας και ποια είναι η ροπή στρέψης του ως ποσοστό της µεγίστης; Γ) Ποια είναι η µέγιστη περιστροφική ταχύτητα της έλικας αν λόγω ρύπανσης υποθέσουµε αύξηση της απαίτησης ισχύος κατά 20% και αντίστοιχη αύξηση της περιστροφικής ταχύτητας κατά 2% γιαναεπιτευχθείταχύτητα15 kn; Ποια είναι η ροπή στρέψεως του κινητήρα στο σηµείο αυτό ως ποσοστό της µεγίστης; ) Υπάρχει δυνατότητα µε αλλαγή του λόγου µείωσης να µπορεί ο κινητήρας να αποδώσει την µέγιστη ισχύ του σε καθαρή γάστρα, ενώ ταυτοχρόνως να ικανοποιεί τις απαιτήσεις σε ρυπασµένη γάστρα; Αν ναι, ποιος είναι ο βέλτιστος λόγος µείωσης;

Παράδειγµα 1 20000 December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 52 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 c 1 f fmax cmax 0 0 20 40 60 80 100 120 140

Παράδειγµα 1 20000 December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 53 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 c 1 f 0 0 20 40 60 80 100 120 140

Μεταβατικά φαινόµενα December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 54 Ένα σηµαντικό και αρκετά ενδιαφέρον µεταβατικό φαινόµενο είναι η αναπόδιση του πλοίου (crash-stop) 2-X κινητήρες. Αναστροφή της µηχανής 4-Χ κινητήρες. Αναστροφή της µηχανής ή χρήση ρεβέρσας Όλες οι περιπτώσεις: Έλικα µεταβλητού βήµατος

Μεταβατικά φαινόµενα December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 55 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

ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 56

December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 57 Εγκαταστάσεις Κινήσεις πλοίου κατά τη διάρκεια µεταβατικών φαινοµένων 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 58 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 59

Αναπόδιση 1. Λειτουργία έλικας ως υδρόµυλου December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 60 Ισχύς Πρόσθετη τριβή φρένου άξονα Απώλειες τριβών αξονικού Ισχύς έλικας ως στροβιλος Kaplan 2. Χαρακτηριστικές έλικας στο πλοίο (4-τεταρτηµόρια) Έλικα σταθερού βήµατος Τροπή Στροφές Vs=0 Πλοίο δεµένο Vs=max -Ν ανάποδα Ν στροφές πρόσω Vs=0 -Τ Μέγιστος βα, ως στρόβιλος Kaplan

Αναπόδιση αναστρεψίµων 2-X µηχανών December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 61 Σταµάτηµα πετρελαίων Μείωση της ταχύτητας έλικας και κινητήρα. Η ταχύτητα του πλοίου παραµένει σχεδόν αµετάβλητη Στο 30-40% των στροφών της έλικας εισάγεται αέρας ανάποδα στη µηχανή. Οι στροφές µειώνονται και αναστρέφονται. Στο -30% των στροφών της έλικας εισάγεται πετρέλαιο (ανάποδα) Η διαδικασία επαναλαµβάνεται µέχρι να εκκινηθεί ανάποδα η µηχανή

Αναπόδιση 4-X µηχανών µε µειωτήρα και συµπλέκτη December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 62 Σταµάτηµα πετρελαίων Μείωση της ταχύτητας της έλικας στροφών κινητήρα. Η ταχύτητα του πλοίου παραµένει σχεδόν αµετάβλητη. Η ροπή στον άξονα µηδενίζεται Αποσύµπλεξη Αναστροφή κινητήρα. ίδονται αυξηµένες στροφές για να µην σβήσει κατά στην σύµπλεξη Σύµπλεξη / ολίσθηση συµπλέκτη (παραγωγή θερµότητας που πρέπει να απαχθεί). Ταχύτητα παραµένει σχεδόν αµετάβλητη. Τέλος ολίσθησης συµπλέκτη Αύξηση στροφών ανάποδα µέχρι τις µέγιστες Μείωση ταχύτητας του πλοίου, µηδενική ταχύτητα του πλοίου, πλοίο ανάποδα.

December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 63 Εγκαταστάσεις ιάγραµµα Robinson - Αναπόδιση πλοίου Μηχανή µε συµπλέκτη όρια κινητήρα ροπή κινητήρα ροπή έλικας ροπή συµπλέκτη Ροπή +Τ τριβές εδράνων αξονικού -N E 0 Αρχική µείωση N λόγω σύµπλεξης (governor) Vso Πλοίο δεµένο Έλικα πίσω ώση D C Έλικα N=0 φρεναρισµένη stop Ολίσθηση συµπλέκτη -T Vso Πλοίο δεµένο Έλικα εµπρός ώση V=0 Μέγιστος βα, σε λειτουργία έλικας ως στρόβιλου Kaplan B A Vsf=full Μέγιστη ταχύτητα πλοίου εµπρός Έλικα εµπρός ώση Σηµείο ισορροπίας η έλικα ως Kaplan ισορροπεί τις τριβές αξονικού +N Στροφές Η ροπή ανάποδα κατά την ολίσθηση συµπλέκτη φαίνεται σαν αύξηση τριβών στο αξονικό. Αν είναι µεγαλύτερη από την ροπή Kaplan της έλικας, το αξονικό θα φρενάρει Μέγιστη ταχύτητα πλοίου εµπρός Vsf Τελικό σηµείο, Μέγιστες στροφές έλικας µέγιστηεθνικο ώση όπισθεν ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ώση όπισθεν Vso<Vs<Vsf

Καµπύλες Robinson - Αναπόδιση December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 64 1. Πλοίο κινείται µε πλήρη ταχύτητα µπροστά Α. Κόβονται τα πετρέλαια στη µηχανή Α-Β. Οι στροφές της έλικας πέφτουν γρήγορα χωρίς να αλλάζει αισθητά η ταχύτητα του πλοίου λόγω αδράνειας Β-C. Το πλοίο αρχίζει να επιβραδύνεται λόγω των µηχανικών απωλειών του κινητήρα. C-D. Αναστροφή µηχανής (αέρας ανάποδα). Επιβράδυνση του πλοίου D-E. Πετρέλαια (ανάποδα). Η µηχανή εκκινείται και η έλικα προσδίδει αρνητική ώση 10 λεπτά µετά την εντολή για αναπόδιση το πλοίο έχει ταχύτητα πρόσω 4 kn και έχει διασχίσει 3 km

Καµπύλες Robinson - Αναπόδιση December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 65

Καµπύλες Robinson - Αναπόδιση December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 66

Τρεις βασικές µονάδες: ΜΟΝΤΕΛΟ SPSM/ ΕΝΜ December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 67 Γάστρα Χαρακτηριστικά έλικας Υδροδυναµική απόδοση (Ώση και Ροπή) Έλικα Χαρακτηριστικά Μηχανής Θερµοδυναµική απόδοση Χαρακτηριστικά Υπερπληρωτή Μηχανή Χαρακτηριστικά µορφής γάστρας Αντίσταση πλοίου

ΜΟΝΤΕΛΟ ΕΝΜ Γάστρα December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 68 Ισορροπία δυνάµεων στο πλοίο dvs ms + T( Vs, n) + R ( Vs) = 0 dt R= f (Μορφή Γαστρας, Βύθισµα, Καιρός, Ταχύτητα Πλοίου) Πρόβλεψη Συνολικής Αντίστασης Πλοίου: Εµπειρικές Μέθοδοι (e.g.holtrop-mennen) οκιµές εξαµενών οκιµές σε ανοιχτή θάλασσα - Sea trials Επίλυση µε χρήση µεθόδων υπολογιστικής ρευστοµηχανικής υναµικά µοντέλα αντίστασης ειδικών συνθηκών (Ice ridges, Shallow water, etc.) Resistance (N) 80000 60000 40000 20000 0 0 2 4 6 8 10 12 14 Ship Speed (knots)

ΜΟΝΤΕΛΟ ΕΝΜ Έλικα December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 69 Εξισώσεις Ροπής και Ώσης Συστηµατικές Σειρές Cq 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00-0.05-0.10 ( εωµετρ α,,, P ) S M = f Γ ί V n dp ( εωµετρ α,,, P ) S T = f Γ ί V n dp D D Λειτουργία τεσσάρων τεταρτηµορίων -0.15-0.20 BLUE : - P/D RED : + P/D 0 45 90 135 180 225 270 315 360 Advance Angle (deg)

ΜΟΝΤΕΛΟ ΕΝΜ Μηχανή December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 70 dω ΣΘ +, +, = 0 dt Ισορροπία ροπών του αξονικού συστήµατος του πλοίου Mdp ( Vs n) MdM ( F n) Ισορροπία ροπών στον άξονα dω του υπερπληρωτή Θ = M M dt Επίλυση µε χρήση λογισµικού προσοµοίωσης λειτουργίας κινητήρών TC T C Π.χ.

ΜΟΝΤΕΛΟ ΕΝΜ December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 71 Παράδειγµα Εφαρµογής: Πλεύση δεξαµενόπλοιου (ice class) σε πάγους µε εµβολισµό και προσπέλαση στερεού τµήµατος πάγου (ice ramming cycle) MARINE DIESEL ENGINE DATA Bore (mm) 500 Stroke (mm) 2200 Number of cylinders 4 Nominal Speed (rpm) 120 Nominal Power (kw) 6700 PROPELLER CHARACTERISTICS Series Gutsche-Shroeder Diameter (m) 6.0 Number of blades 3 Expanded Blade Area Ratio 0.70 Wake Fraction 0.2927 Thrust Deduction Factor 0.1721 HULL PARTICULARS Type Ice Class Tanker Class IA Length (m) 100 Breadth (m) 18 Draught (m) 8.5 Displacement (tn) 7000

ΜΟΝΤΕΛΟ ΕΝΜ December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 72 Συνολική Αντίσταση Πλοίου Αντίσταση σε ανοικτή θάλασσα [Holtrop - Mennen] Αντίσταση πλεύσης σε θρυµµατισµένο πάγο [Englund -Wilhelmson] Αντίσταση πρόσκρουσης σε στέρεο πάγο [Riska]

ΜΟΝΤΕΛΟ ΕΝΜ Στάδια κύκλου θραύσης πάγου: December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 73 Πρόσκρουση στον πάγο µε ταχύτητα V Σταδιακή εισχώρηση στον πάγο και µείωση της ταχύτητας (µέχρι ακινητοποίησης) Αναπόδιση του πλοίου και αποκόλληση από τον πάγο εύτερη πρόσκρουση στον πάγο, θραύση και προσπέλαση του εµποδίου

Αποτελέσµατα: ΜΟΝΤΕΛΟ ΕΝΜ December 2009 Εγκαταστάσεις 2009-2010 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 74 Ροπή Μηχανής Ταχύτητα Μηχανής T/C Speed (rpm) Engine Torque (knm) Engine Speed (rpm) Ταχύτητα Υπερπληρωτή Ταχύτητα Πλοίου 600 500 400 300 200 100 120 110 100 90 18000 16000 14000 12000 10000 6 Ship Speed (knots) 3 0-3 -6 P/D 0.8 0.4 0.0-0.4-0.8 P/D 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 Running Time (sec)