Εγκαταστάσεις 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 1 K-3Α Νικόλαος Π. Κυρτάτος 2016-2017
11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 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
Τυπική Εγκατάσταση 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 3
Απαιτήσεις Συστήματος Προώσεως 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 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
Απαιτήσεις Συστήματος Προώσεως 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 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
Παράγοντες που επηρεάζουν την επιλογή κύριας μηχανής 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 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 μεταβατική (transient) κατάσταση Αλληλεπίδραση με βοηθητικά μηχανήματα (Συνολική οικονομία εγκαταστάσεων) Ευχέρεια αναπόδισης Αριθμός µελών πληρωμής - Αυτοµατισµοί Κόστος - Αρχικό (Εγκαταστάσεως) - Τρέχον (Καυσίμου-Λιπαντικών) - Ενδεχόμενο (Αξιοπιστία)
Επιλογή Εγκατάσταση 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 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)
Επιλογή Εγκατάσταση 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 8
11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 9 Εγκαταστάσεις Τ αέρα Περιορισμοί Λόγω Περιβάλλοντος (1) 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)
Περιορισμοί Λόγω Περιβάλλοντος (2) - Κινήσεις πλοίου 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 10 Διατοιχισµός Έλικα στον αέρα - Ευκαμψία πλοίου - Κραδασμοί και Θόρυβος -Διάβρωση -Σπηλαίωση
Γραμμές Φόρτωσης 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 11
Κύριες Διαστάσεις 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 12
Συντελεστές Μορφής 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 13
Παράγοντες Εκλογής Μηχανής Κάλυψη απαιτήσεων ισχύος πρόωσης 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 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
Υπολογισμός Ισχύος Δεδομένα (από την υδροδυναμική ανάλυση): 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 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
Χαρακτηριστικές αντιστάσεως 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 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 R V S Η ισχύς ρυμούλκησης (πραγματική ισχύς πρόωσης, EHP) προκύπτει ως : P E RV S PE PE VS
Τυπικες καμπύλες αντίστασης ανά τύπο πλοίου 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 17
Συνιστώσες Αντίστασης Πλοίου R R R R F R A 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 18 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)
Αντίσταση τριβής: R F 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 19 Η αντίσταση τριβής αυξάνεται σημαντικά με τη ρύπανση της γάστρας Αντίσταση τριβής 70-90% της συνολικής αντίστασης για αργά πλοία φορτίου χύδην, tanker) 40% και λιγότερο για επιβατικά, containerships
Υπόλοιπη Αντίσταση:R R 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 20 Περιλαμβάνει την αντίσταση δημιουργίας κυματισμών και την αντίσταση δινών. 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
Υπόλοιπη Αντίσταση:R R Φράγμα ταχύτητας (wave wall) 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 21
Υπόλοιπη Αντίσταση R R 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 22 H υπόλοιπη αντίσταση, η οποία περιέχει την αντίσταση δημιουργίας κυματισμών: 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
Αντίσταση αέρα: R A 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 23 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%
Υπολογισμός απαιτούμενης ισχύος στον άξονα 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 24 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)
Υπολογισμός απαιτούμενης ισχύος στον άξονα Στην περίπτωση πρόωσης με έλικα 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 25 Ισχύς ρυμουλκήσεως 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 1 t P E PS ns nr np PS PC t w Ισχύς μηχανής β.α. πρόωσης (propulsion coef.)
11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 26 καύσιμο Εγκαταστάσεις Υπολογισμός απαιτούμενης ισχύος στον άξονα P S Στην περίπτωση πρόωσης με έλικα: Ισχύς ρυμουλκήσεως Μηχανή 1 t P E PS ns nr np PS PC t w Θερμικές+Μηχανικές απώλειες Ισχύς μηχανής β.α. πρόωσης (propulsion coef.) Άξονας Έλικα Πλοίο Shaft Generator Έδρανα Rotational and Frictional Losses Απώλειες Αντίστασης V s Με δεδομένη την P E (από model tests) θα υπολογίσουμε όλους τους συντελεστές απωλειών ώστε να προκύψει η απαιτούμενη ισχύς μηχανής P S για πλεύση σε δεδομένη ταχύτητα.
11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 27 Εγκαταστάσεις Βαθμός απόδοσης Άξονα η S 1 t 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
11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 28 Εγκαταστάσεις Βαθμός απόδοσης σχετικής περιστροφής η R 1 t P E PS ns nr np PS PC t w
Βαθμός απόδοσης έλικας σε ελευθερη ροή 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 29 1 t P E PS ns nr np PS PC t w Βαθμός απόδοσης έλικας σε ελεύθερη ροή η p : εξαρτάται από τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά της έλικας (διάμετρο, εκτεταμένη επιφάνεια, αριθμό πτερυγίων, ταχύτητα περιστροφής, βήμα, κλπ.) η P =0.35-0.75 Το γινόμενο η P η R καλέιται και behind efficiency η Β καθώς αναφέρεται στο τι γίνεται πίσω από τη γάστρα του πλοίου.
Ανάλυση των παραμέτρων w και t 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 30 Συντελεστής μείωσης ώσης t: Αναπαριστά την αύξηση της αντίστασης λόγω της αναρρόφησης που δέχεται το πλοίο από τη λειτουργία της προπέλας Ποσοστο Ομόρρου w: Άναπαριστά τη διαφορά της απόδοσης της έλικας λόγω του γεγονότος ότι η έλικα δέχεται ροή ταχύτητας V A και όχι V (V=ταχύτητα πλοίου) λόγω του ότι εργάζεται πίσω από το πλοίο (στον ομόρρου του, wake)
Βαθμός Απόδοσης Έλικας σε ελεύθερη Ροή 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 31
Συγκεντρωτικά μεγέθη Αντίστασης 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 32
Νόμος της έλικας 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 33 Η καμπύλη αντίστασης 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 όχι πολύ μεγαλύτερο του 0,5 μπορούν να γίνουν ορισμένες απλοποιητικές παραδοχές
Ν. Έλικας: Παραχοχές ως προς την αντίσταση 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 34 Σε μεγάλα πλοία εκτοπίσματος (bulkers,tankers κλπ) η R F είναι το 90-95% της συνολικής αντίστασης. R F >>R R R F >>R A Επομένως μπορούμε να κάνουμε την παραδοχή υποθέσουμε για την ολική αντίσταση του πλοίου είναι ίση με: R C V R 2 S
Ν. Έλικας: Παραδοχή ως προς το t 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 35 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 cv T T c V const t const 2 R s 2 R s TH s Επομένως και για την ώση Τ μπορούμε να κάνουμε την παραδοχή ότι είναι ανάλογη του τετραγώνου της ταχύτητας του πλοίου
Μηχανικός βαθμός απόδοσης του αξονικού συστήματος 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 36 Γενικά με πολλή καλή προσέγγιση ο μηχανικός βαθμός απόδοσης του αξονικού συστήματος μπορεί να θεωρηθεί σταθερός και ανεξάρτητος της ταχύτητας του πλοίου η s = constant 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 η R = constant Δηλαδή η επίδραση της ύπαρξης του πλοίου μπροστά από την έλικα παραμένει σταθερή ανεξαρτήτως της ταχύτητας του πλοίου
Ν. Έλικας: Παραδοχή για σταθερό K T,K Q και J 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 37 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 KQ Q Q ή M 2 5 ds cm n nd P M 2 n60 P c n γ) s ds 3 2 s p Mds cm n 2 =const
Ν. Έλικας: Παραδοχές (Σύνοψη) 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 38
Σημαντικές διευκρινήσεις Ο νόμος της έλικας ισχύει προσεγγιστικά για πλοία εκτοπίσματος με έλικα, τα οποία κινούνται με χαμηλές μέσες ταχύτητες 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 39 Για το ίδιο πλοίο, ο συντελεστής του νόμου της έλικας αλλάζει με τη φόρτωση (βύθισμα) 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)
11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 40
Σχόλια για τον σχεδιασμό με βάση τον νόμο της έλικας 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 41 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 1 t PE PS ns nr np 1 w PE Ps 1 t ns nr np 1 w
Σχόλια για τον σχεδιασμό με βάση τον νόμο της έλικας 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 42 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 Υποθέτουμε ότι ισχύει ο νόμος της έλικας c p P c n Όμως το σημείο (P S, 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
Περιορισμοί στο Νόμο της Έλικας 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 43 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
Έλικα μεταβλητού βήματος 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 44 Μηχανισμός που δίνει τη δυνατότητα περιστροφής των πτερυγίων της έλικας Για κάθε γωνία των πτερυγίων ισχύει διαφορετικός νόμος της έλικας Για αναπόδιση δεν απαιτείται η αντίθετη περιστροφή της μηχανής
Έλικα μεταβλητού βήματος 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 45
Έλικα μεταβλητού βήματος 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 46
11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 47
Συγκριτικά Στοιχεία Κινητήρων 3. Ευελιξία Κινητήρων 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 48 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
Συγκριτικά Στοιχεία Κινητήρων 3. Ευελιξία Κινητήρων 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 49 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
Προωθητήρες αντίδρασης (water -jets) 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 50
Προωθητήρες αντίδρασης (water -jets) 1 Εισαγωγή 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 51 2 Πτερωτή 3 Στάτης 4 Ακροφύσιο 5 Πηδαλιουχία 6 Πλήμνη 7 Άξονας
Προωθητήρες αντίδρασης (water -jets) 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 52
Προωθητήρες αντίδρασης (water -jets) 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 53 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
Υπολογισμός απαίτησης P-n προωθητήρων Έστω ότι έχει επιλεγεί προωθητήρας για την πρόωση ενός πλοίου. 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 54 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
Υπολογισμός απαίτησης P-n προωθητήρων 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 55 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 m V 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
Υπολογισμός απαίτησης P-n προωθητήρων 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 56 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 n s a s Επομένως καταλήγουμε στην καμπύλη PV a, nv s Επιλέγουμε κινητήρα ο οποίος καλύπτει τις απαιτήσεις ισχύος-στροφών s
Σύγκριση Έλικα / Waterjet P E = P D. (QPC) 11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 57 QPC = η h x η o x η T Αντίσταση βρεχόμενων τμημάτων σε μεγάλη ταχύτητα (άξονας, πηδάλιο, στηρίγματα)
11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 58
11/10/2016 Εγκαταστάσεις 2016-2017 Νικόλαος Π. Κυρτάτος Page 59