ΘΕΜΑ ΠΡΟΜΕΛΕΤΗΣ ΠΡΟΩΣΤΗΡΙΑΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΝΑΥΠΗΓΩΝ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΝΑΥΤΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΜΑΘΗΜΑ: Εγκαταστάσεις Πρόωσης ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Ν. Π. Κυρτάτος, Καθηγητής ΘΕΜΑ ΠΡΟΜΕΛΕΤΗΣ ΠΡΟΩΣΤΗΡΙΑΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ: Δαφέρμος Γεώργιος ΕΞΑΜΗΝΟ: 7 ο

Περιεχόμενα ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 3 ΕΡΩΤΗΜΑ 1: Εκλογή Κύριας Μηχανής Πρόωσης... 3 ΕΡΩΤΗΜΑ 2: Επιλογή Μειωτήρα... 4 ΕΡΩΤΗΜΑ 3: Εγκατάσταση Παραγωγής Ηλ. Ενέργειας... 5 ΕΡΩΤΗΜΑ 4: Διάγραμμα Περιοχής Λειτουργίας... 6 ΕΡΩΤΗΜΑ 5: Διάγραμμα Φόρτισης Κύριας Μηχανής... 7 ΕΡΩΤΗΜΑ 6: Σύστημα Εκκίνησης Κύριας Μηχανής... 8 ΕΡΩΤΗΜΑ 7: Θερμικός Ισολογισμός Κύριας Μηχανής... 10 ΕΡΩΤΗΜΑ 8: Διαστάσεις Αξονικού Συστήματος... 12 ΕΡΩΤΗΜΑ 9: Υπολογισμών Δύο Πρώτων Ιδιοσυχνοτήτων Ισοδύναμου Αξονικού Συστήματος και Έλεγχος Συντονισμών στο 70-100% της Μέγιστης Περιστροφικής Ταχύτητας... 14 Χρήση διβάθμιου ασύμμετρου συστήματος... 14 Χρήση απλού μονοβάθμιου ασύμμετρου συστήματος... 16 ΕΡΩΤΗΜΑ 10: Σχέδιο Γενικής Διάταξης Μηχανοστασίου... 17 ΕΡΩΤΗΜΑ 11: Ημερήσια Κατανάλωση Καυσίμου και Λιπαντικών... 19 ΕΡΩΤΗΜΑ 12: Τεχνοοικονομική Εκτίμηση Κόστους... 21 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ... 22 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α: ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΩΝ... 23 ΘΕΡΜΙΚΟΣ ΙΣΟΛΟΓΙΣΜΟΣ... 24 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΔΙΑΣΤΑΣΕΩΝ ΑΞΟΝΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ... 26 ΜΕΛΕΤΗ ΣΤΡΕΠΤΙΚΩΝ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΩΝ ΑΞΟΝΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ... 28 ΗΜΕΡΗΣΙΑ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΚΑΥΣΙΜΟΥ ΚΑΙ ΛΙΠΑΝΤΙΚΩΝ... 29 ΤΕΧΝΙΚΟΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ... 30 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β: ΚΩΔΙΚΕΣ MATLAB... 32 ΚΩΔΙΚΑΣ ΓΙΑ ΤΗ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ... 33 ΚΩΔΙΚΑΣ ΓΙΑ ΤΗ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ... 34 2

ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η παρούσα εργασία, εκπονείται στα πλαίσια του μαθήματος «Εγκαταστάσεις Πρόωσης», στη σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών, με στόχο την προκαταρκτική μελέτη για την επιλογή της προωστήριας εγκατάστασης του πλοίου. ΕΡΩΤΗΜΑ 1: Εκλογή Κύριας Μηχανής Πρόωσης Για την εκπόνηση του θέματος δόθηκαν, υπό μορφή πίνακα, η συνολική ζητούμενη ισχύς, από την έλικα, οι στροφές λειτουργίας και το είδος του πλοίου, ως συνάρτηση του πρώτου γράμματος του ονόματος και του επωνύμου του κάθε σπουδαστή. Για τη συγκεκριμένη εργασία, έχουμε: P ON [kw]=p(επωνύμου)+p(ονόματος)=12500 N ΟΝ [RPM]=N(επωνύμου)=102 Τύπος πλοίου: Γενικού Φορτίου Σε αυτό το σημείο πρέπει να αναφερθεί ότι η ισχύς περιλαμβάνει προσαύξηση 25%, ενώ οι στροφές περιλαμβάνουν αύξηση κατά 3,1% και αντιστοιχούν σε κατάσταση ρυπασμένης γάστρας και έλικας, για πλεύση σε ήρεμη θάλασσα. Για την κατάσταση καθαρής γάστρας και έλικας και πλεύση σε ήρεμη θάλασσα, υπολογίζουμε τη ζήτηση ισχύος και τις στροφές λειτουργίας από τις σχέσεις: P CLEAN =P ON /1,25 N CLEAN =N ON /1,031 Για να καταλήξουμε στα μεγέθη ισχύος και στροφών λειτουργίας για τον κινητήρα, υποθέτουμε βαθμό απόδοσης αξονικού συστήματος η=0,99 και υπολογίζουμε: P FOULED =P ON /η P CLEAN= P CLEAN /η Οι σχετικοί υπολογισμοί, παρατίθενται στον πίνακα που ακολουθεί: Μέγεθος Σύμβολο Τιμή Μονάδες Ονομαστική ισχύς (ισχύς στην έλικα) P ON ή DHP F 12500 kw Ονομαστικές στροφές λειτουργίας n ΟΝ ή n F 102 RPM Ισχύς στην έλικα για καθαρή γάστρα P' CL ή DHP CL 10000 kw Στροφές για καθαρή γάστρα n CL 98,93 RPM Βαθμός απόδοσης αξονικού συστήματος η 0,99 Ισχύς κινητήρα P MCR 12626 kw Ισχύς κινητήρα για καθαρή γάστρα P CL 10101 kw Πίνακας 1: Αρχικά Δεδομένα και Υπολογισμοί 3

Με βάση τους παραπάνω υπολογισμούς, εξετάσαμε διάφορους κινητήρες και καταλήξαμε στον συγκριτικό πίνακα με τα μοντέλα κινητήρων, που ανταποκρίνονταν καλύτερα στις απαιτήσεις ισχύος και στροφών, με βάση το Διάγραμμα Περιοχής Λειτουργίας τους (Layout Diagram). Engine Constructor Wartsila Model RT-flex 58T-D-ER3 RT-flex 58T-D X62 Number of Cylinders 7 6 5 Maximum Power (L1 or R1) [kw] 14.245 13.560 13.300 Minimum Power@max RPM (L2 or R2) [kw] 9.940 9.480 10.000 Maximum Power@min RPM (L3 or R3) [kw] 10.850 10.860 10.550 Minimum Power (L4 or R4) [kw] 7.560 9.480 7.950 Maximum RPM [RPM] 105 105 103 Minimum RPM [RPM] 80 84 77 SFOC (Full Load) [g/kwh] 167,0 169,0 166,0 SFOC (Part Load) 85% R1 [g/kwh] 163,4 165,4 162,4 SFOC (Part Load) 70% R1 [g/kwh] 163,0 165,0 162,0 Minimum Engine Length [mm] 8.393 7.387 7.000 Engine Weight [tons] 377 322 325 Πίνακας 2: Συγκριτικός Πίνακας Επικρατέστερων Μηχανών για τις δεδομένες απαιτήσεις Με βάση τον παραπάνω πίνακα, επιλέγουμε τον κινητήρα της Wartsila Generation X62, ο οποίος έχει τον μικρότερο αριθμό κυλίνδρων, εμφανίζει τις χαμηλότερες καταναλώσεις, ενώ ταυτόχρονα το χαμηλό βάρος και το μικρό μήκος μηχανής, καθιστούν δυνατό τον περιορισμό των διαστάσεων του μηχανοστασίου. Αξίζει να αναφερθεί ότι η συγκεκριμένη μηχανή είναι σχεδιασμένη για slim line σχεδιάσεις, επιτρέποντας τη διαμόρφωση της γάστρας με μικρότερο πλάτος στην περιοχή του μηχανοστασίου, παρέχοντας έτσι πιο ομοιόμορφη παροχή ομόρρου προς την έλικα και βελτίωση του βαθμού απόδοσης της. ΕΡΩΤΗΜΑ 2: Επιλογή Μειωτήρα Η κύρια μηχανή πρόωσης που επιλέχθηκε, είναι δίχρονος αργόστροφος κινητήρας, με αποτέλεσμα να μην απαιτείται η παρεμβολή μειωτήρα στροφών, καθώς η έλικα συνδέεται απευθείας με τον κινητήρα. 4

ΕΡΩΤΗΜΑ 3: Εγκατάσταση Παραγωγής Ηλ. Ενέργειας Το μέσο ηλεκτρικό φορτίο, για κάθε ηλεκτρογεννήτρια, μπορεί να υπολογιστεί από τη σχέση: Pe M =100+0,55*P MCR 0,7. Οι σχετικοί υπολογισμοί παρατίθενται στον επόμενο πίνακα: Μέσο ηλεκτρικό φορτίο (από σχέση προμελέτης) P em 508,56 kw Αριθμός ηλεκτροκινητήρων Ν eg 3 Ισχύς ηλεκτροκινητήρων (από σχέση προμελέτης) P el 1526 kw Πίνακας 3: Υπολογισμοί Απαίτησης Ισχύος Ηλεκτροκινητήρων (σχέση προμελέτης) Ο επιλεχθείς ηλεκτροκινητήρας είναι ο τετρακύλινδρος 645W4L20 της Wartsila, ο οποίος δίνει 645 kw e, στα 60Hz, με ισχύ 680kW στις 900 RPM. Οπότε η συνολική διατιθέμενη ηλεκτρική ισχύς για τα βοηθητικά μηχανήματα είναι: P e total = 2040 kw. Η διακύμανση του φορτίου είναι της τάξης του 10%, καθώς θεωρούμε ότι δεν υπάρχουν ιδιαίτερες, επιπρόσθετες απαιτήσεις, για ηλεκτρική ενέργεια στο πλοίο γενικού φορτίου, όμως αφήνουμε ένα περιθώριο για τα πιθανά φορτοεκφορτωτικά μέσα. Στον αριθμό γεννητριών δεν συμπεριλαμβάνεται η εφεδρική ηλεκτρογεννήτρια, η οποία χρησιμοποιείται για μερικό φωτισμό και βασικές λειτουργίες, για περιπτώσεις έκτακτης ανάγκης. Ελέγχοντας τις τιμές απαίτησης ισχύος για βοηθητικά συστήματα, από το παρακάτω διάγραμμα βλέπουμε ότι τόσο η απαίτηση ισχύος που προέκυψε από τη σχέση προμελέτης, όσο και η ισχύς που αποδίδεται από τους τρεις επιλεγέντες ηλεκτροκινητήρες είναι πολύ κοντά στις τιμές του διαγράμματος για ισχύ κύριας μηχανής 12626 kw=16932 BHP και πλοία General Cargo. Διάγραμμα 1: Απαίτηση ισχύος για βοηθητικά συστήματα 1 1 Installation Aspects of MAN B&W Main and Auxiliary Engines, page 6, Figure 6 5

ΕΡΩΤΗΜΑ 4: Διάγραμμα Περιοχής Λειτουργίας Επιλέξαμε βραδύστροφο, δίχρονο κινητήρα, του οποίου το διάγραμμα λειτουργίας παρατίθεται παρακάτω. Το διάγραμμα περιοχής λειτουργίας (Layout Diagram), χαράχτηκε με βάση πληροφορίες που βρέθηκαν στο site της εταιρίας κατασκευής, καθώς και στο project guide του κινητήρα. Οι σχετικές πληροφορίες, είναι αυτές που παρατέθηκαν και παραπάνω, όπου παρουσιάστηκε ο συγκριτικός πίνακας για τις διάφορες μηχανές. Για την κατασκευή του διαγράμματος, χρησιμοποιήθηκε κώδικας MATLAB ο οποίος παρατίθεται στο παράρτημα Β. 14.000 Layout Diagram Wartsila X62 13.000 Layout Diagram Fouled Hull Oper. Point (MCR) Clean Hull & Calm Weather Oper. Point 12.000 Power P [kw] 11.000 10.000 9.000 8.000 7.000 75 80 85 90 95 100 105 Engine speed n [RPM] Διάγραμμα 2: Διάγραμμα Περιοχής Λειτουργίας για τον κινητήρα Wartsila X62 6

ΕΡΩΤΗΜΑ 5: Διάγραμμα Φόρτισης Κύριας Μηχανής Το διάγραμμα φόρτισης του κινητήρα, κατασκευάστηκε με βάση το project guide του κατασκευαστή. Για την κατασκευή του διαγράμματος και τους απαραίτητους υπολογισμούς χρησιμοποιήθηκε κώδικας MATLAB ο οποίος παρατίθεται στο παράρτημα Β. Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας, γίνεται η παραδοχή του νόμου της έλικας, δηλαδή ότι η σχέση απαίτησης ισχύος και στροφών, από την έλικα, είναι κυβική, δηλαδή P=Cn 3. Προκειμένου να κατασκευαστούν οι καμπύλες ζήτησης ισχύος από την έλικα, και να υπερτεθούν στο διάγραμμα φόρτισης, χρειάζεται ο προσδιορισμό των συντελεστών C, για κάθε μια από τις καταστάσεις που θέλουμε να μελετήσουμε. Ο προσδιορισμός του συντελεστή C, καθίσταται μονοσήμαντος, αν γνωρίζουμε ένα σημείο λειτουργίας. Έτσι για το συνδυασμό P CLEAN, N CLEAN βρίσκουμε το συντελεστή C 1 = P CLEAN (N CLEAN ) 3 = 0,01043 και άρα την καμπύλη ζήτησης για καθαρή γάστρα κι έλικα, σε ήρεμη θάλασσα, για το συνδυασμό P FOULED, N ON βρίσκουμε το συντελεστή C 2 = P FOULED (N FOULED ) 3 = 0,01190, για ρυπασμένη γάστρα και ήρεμη θάλασσα και από το συνδυασμό 1,2*P FOULED, N ON βρίσκουμε το συντελεστή C 3 = 1,2 P FOULED (N FOULED ) 3 = 0,01428 για ρυπασμένη γάστρα και θάλασσα με ισχυρούς κυματισμούς. Για την τελευταία καμπύλη, βρίσκουμε το όριο υπερφόρτισης του κινητήρα, το οποίο χαρακτηρίζεται από το παρακάτω ζεύγος ισχύος- στροφών, όπως προκύπτει από τον κώδικα του MATLAB : P overload =8408,11 kw N overload =83,82 RPM Power [kw] 20.000 18.000 16.000 14.000 12.000 10.000 Clean Hull & Calm Weather Prop. Curve Fouled Hull Prop. Curve Fouled Hull & Heavy Weather Prop. Curve Constant Torque through MCR Overload Limit 104% Speed Limit for continuous running Overspeed Limit Admissible Torque Limit Maximum Torque Limit, in transient conditions Clean Hull & Calm Weather Oper. Point Fouled Hull Oper. Point (MCR) Overload Limit for Fouled Hull & Heavy Weather Load Diagram, 2-Stroke Engine, Wartsila X62 8.000 6.000 4.000 2.000 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 Engine Speed [RPM] Διάγραμμα 3: Διάγραμμα Φόρτισης για τον επιλεγμένο κινητήρα και για τα δεδομένα σημεία λειτουργίας 7

ΕΡΩΤΗΜΑ 6: Σύστημα Εκκίνησης Κύριας Μηχανής Για να βρούμε τα χαρακτηριστικά του συστήματος εκκίνησης του κινητήρα, χρησιμοποιούμε το Project Guide του κινητήρα. Σύμφωνα με το Project Guide, στο εδάφιο 11.1.1 Starting and Control Air Systems, βρίσκουμε ότι ο κινητήρας χρειάζεται για την εκκίνηση του, δύο μονάδες συμπιεστή- αεροφυλακίου, με τα εξής χαρακτηριστικά: Μέγεθος Σύμβολο Μονάδες Τιμή Παρατηρήσεις Ποσότητα εισερχόμενου αέρα από κάθε συμπιεστή (Free Air Delivery) FAD [m 3 /h] 165 Πίεση συμπιεσμένου αέρα p [bar] 30 [m 3 ] 5,5 Όγκος εκάστου αεροφυλακίου V REC [l] 5500 Πίνακας 4: Απαιτήσεις συστήματος εκκίνησης του κινητήρα Project Guide κινητήρα, εδάφιο 11.1.1 Για το δεδομένο όγκο του αεροφυλακίου, υπολογίζουμε την απαιτούμενη παροχή αέρος από το συμπιεστή με βάση τη σχέση: V AIR,COMP = 1,7V REC (p 9). Η υπολογιζόμενη παροχή αέρος που απαιτείται από κάθε συμπιεστή είναι 196,35 m 3 /h. Με βάση τα παραπάνω χαρακτηριστικά, επιλέξαμε το συμπιεστή 60.1.3.00.22, της εταιρείας ΝΚ-Neuenhauser Kompressorenbau GmbH, ο οποίος είναι υδρόψυκτος, με τρείς βαθμίδες συμπίεσης και δυνατότητες παροχής όγκου αέρα 216 m 3 /h, σε πίεση 30 bar και στροφές λειτουργίας 1500RPM. Η προβλεπόμενη, από τον κατασκευαστή, κατανάλωση ισχύος είναι 54 kw. Ελέγχουμε τη συνολική ισχύ, της κάθε βαθμίδας, του κάθε συμπιεστή με βάση τη σχέση: 1 n, όπου n 1 ψ = p e z, ο λόγος πιέσεων, z ο αριθμός βαθμίδων και n ο πολυτροπικός συντελεστής, όπου εδώ λαμβάνεται ίσος με 1,32. Το V i = m v i, είναι η παροχή κατ όγκο του συμπιεστή σε κάθε βαθμίδα, m η παροχή μάζας και v i ο ειδικός όγκος στην αρχή κάθε βαθμίδας. Με δεδομένο ότι από στάδιο σε στάδιο η πίεση στην αρχή κάθε βαθμίδας αυξάνει γεωμετρικά με το λόγο πιέσεων και με την παραδοχή ότι στα ενδιάμεσα στάδια συμπίεσης, ο αέρας ψύχεται στην αρχική θερμοκρασία των 25 C, τότε το v i μπορεί να υπολογιστεί, από την καταστατική εξίσωση p i v i = RT. Έτσι για την πρώτη βαθμίδα όπου γνωρίζουμε την κατ όγκο παροχή του συμπιεστή V 1 και βρίσκοντας τον ειδικό όγκο v i, από την καταστατική εξίσωση μπορούμε να υπολογίσουμε τη σταθερή παροχή μάζας του αέρα m, που διέρχεται από το συμπιεστή. Με γνωστή την παροχή μάζας και βρίσκοντας το v i για κάθε στάδιο, από την καταστατική εξίσωση, μπορούμε να υπολογίσουμε το V I κάθε βαθμίδας. Αντικαθιστώντας τις τιμές που υπολογίζουμε για κάθε βαθμίδα συμπίεσης, στη σχέση υπολογισμού της ισχύος μπορούμε να υπολογίσουμε την ισχύ κάθε βαθμίδας. Αθροίζοντας τις προκύπτουσες τιμές ισχύος για κάθε βαθμίδα μπορούμε να υπολογίσουμε τη συνολική ισχύ που καταναλώνει κάθε συμπιεστής. Η υπολογισθείσα ισχύς, με βάση τους υπολογισμούς είναι 23,5 kw, για κάθε συμπιεστή. Η διαφορά μεταξύ της θεωρητικά υπολογιζόμενη ισχύος και την ισχύ που προβλέπεται από τον κατασκευαστή, είναι της τάξης του 56,5%. Η σημαντική αυτή απόκλιση, οφείλεται στο γεγονός ότι ο τύπος που χρησιμοποιείται για τους υπολογισμούς, προέρχεται από τη 8 N i = p i V i (ψ ) n 1 n 1 p a

θεωρία της θερμοδυναμικής και προβλέπει ψύξη του αέρα σε περιβαλλοντικές συνθήκες στα ενδιάμεσα στάδια συμπίεσης, μια παραδοχή η οποία μεταβάλλει σημαντικά τα αποτελέσματα. Εμείς δεχόμαστε ότι ο κατασκευαστής έχει τα ακριβέστερα δυνατά αποτελέσματα. Οι σχετικοί υπολογισμοί παρατίθενται στον παρακάτω πίνακα: Αεροφυλάκια- Αεροσυμπιεστές Μέγεθος Σύμβολο Μονάδες Τιμή Παρατηρήσεις Ποσότητα εισερχόμενου αέρα από κάθε συμπιεστή (Free Air Delivery) FAD [m 3 /h] 165 Πίεση συμπιεσμένου αέρα p [bar] 30 Όγκος εκάστου αεροφυλακίου V REC [m 3 ] 5,5 [l] 5500 Project Guide κινητήρα, εδάφιο 11.1.1 Παροχή κάθε κύριου συμπιεστή V' AIR,COMP =1,7*V REC *(p-9) [l/h] 196350 Συστ. και [m 3 /s] 0,05454 Βοηθ. Μηχ., [m 3 /h] 196,35 σελ 80, σχ 5 Επιλογή Συμπιεστή ΝΚ-Neuenhauser Kompressorenbau GmbH Capacity 60.1.3.00.22 [m 3 /h] 216 3-stages@1500 RPM/2 [m 3 /s] 0,06 units [bar] 30 Number of Stages 3 Κατανάλωση Ισχύος [W] 54000 Λόγος πιέσεων ψ'=(p e /p a ) 1/z 3,11 Πολυτροπικός συντελεστής n 1,32 n/(n-1) 4,125 (n-1)/n 0,24242 Σταθερά αερίου R [J/KgK] 287 Θερμοκρασία περιβάλλοντος T [K] 298 Πίεση στην αρχή της βαθμίδας p 1 [N/m 2 ] 100000 Ειδικός όγκος στην 1η βαθμίδα v 1 =RT/p 1 [m 3 /Kg] 0,855 Παροχή μάζας m'=v' 1 /v 1 [Kg/s] 0,070 Κατ' όγκο παροχή αέρα 1η βαθμ. V' 1 [m 3 /s] 0,060 Ισχύς 1ης βαθμίδας N 1 =p 1 V' 1 [(ψ') (n-1)/n -1]n/(n-1) [W] 7829 Ειδικός όγκος στην 2η βαθμίδα v 2 =RT/p 2 [m 3 /Kg] 0,275 Κατ' όγκο παροχή αέρα 2η βαθμ. V' 2 =m'v 2 [m 3 /s] 0,019 Ισχύς 2ης βαθμίδας N 2 =p 2 V' 2 [(ψ') (n-1)/n -1]n/(n-1) [W] 7829 Ειδικός όγκος στην 3η βαθμίδα v 3 =RT/p 3 [m 3 /Kg] 0,089 Κατ' όγκο παροχή αέρα 3η βαθμ. V' 3 =m'v 3 [m 3 /s] 0,006 Ισχύς 3ης βαθμίδας N 3 =p 3 V' 3 [(ψ') (n-1)/n -1]n/(n-1) [W] 7829 Συνολική ισχύς κάθε συμπιεστή N [W] 23487 Πίνακας 5: Υπολογιστικό φύλλο στοιχείων συστήματος εκκινήσεως Συστ. και Βοηθ. Μηχ., σελ 81, σχ. 7-8 και Μέθοδος Προμελέτης Ναυτικών Συστημάτων με Κινητήρες Diesel, παράρτημα Α, σχ. Α.1 9

ΕΡΩΤΗΜΑ 7: Θερμικός Ισολογισμός Κύριας Μηχανής Για το θερμικό ισολογισμό της κύριας μηχανής, για το σημείο Μέγιστης Συνεχούς Λειτουργίας, σε τροπικές συνθήκες (Design Conditions) αρκεί να ελέγξουμε αν η παρακάτω εξίσωση είναι αληθής: Q καυσίμου = P e + Q καυσαερίων + Q ψύξης + Q ακτινοβολίας Για να υπολογίσουμε τη θερμική ισχύ του καυσίμου, αρκεί να βρούμε τη θερμική ικανότητα του καυσίμου και την παροχή μάζας καυσίμου που εισέρχεται στο θάλαμο καύσης. Η θερμική ικανότητα του καυσίμου RMG-35, βρίσκεται από πίνακα 2, που βρίσκουμε στη βιβλιογραφία και είναι 39550 kj/kg. Γνωρίζοντας την ειδική κατανάλωση καυσίμου BSFC des, από στοιχεία του κατασκευαστή, για καύσιμο θερμικής ικανότητας 42700kJ/Kg που βρέθηκαν μέσω χρήσης του προγράμματος netgtd, στον ιστότοπο της Wartsila και με γνωστό το λόγο των θερμικών ικανοτήτων των καυσίμων, διορθώνουμε την ειδική κατανάλωση ως εξής: BSFC = BSFC des 42700 kj/kg 39550 kj/kg Γνωρίζοντας, επίσης, το μέγεθος της ωφέλιμης ισχύος P e, μπορούμε να υπολογίσουμε την παροχή μάζας καυσίμου, από τη σχέση: m = (BSFC)P e. Η συνολική ισχύς του καυσίμου είναι Q καυσίμου = m ΘΙ καυσίμου. Η θερμική ισχύς απωλειών, λόγω της απόρριψης των θερμών καυσαερίων στο περιβάλλον, λόγω ψύξης σε διάφορα σημεία του κινητήρα και λόγω ακτινοβολίας, μπορεί να βρεθεί από το Project Guide του κινητήρα, όπου δίνονται ενδεικτικές τιμές των θερμικών απωλειών. Οι θερμικές απώλειες καυσαερίων και ακτινοβολίας δίνονται από τον κατασκευαστή. Όσον αφορά στις θερμικές απώλειες κατά την ψύξη, γνωρίζουμε ότι: Q ψύξης = Q SCR + Q Lubr.Oil + Q Cylinder όπου οι τιμές θερμικής ισχύος ψύξης του κυλίνδρου, Q Cylinder, του ελαίου λίπανσης, Q Lubr.Oil και του αέρα υπερπλήρωσης (Scavenge Air), Q SCR, δίνονται από τον κατασκευαστή. Παραθέτουμε στον παρακάτω πίνακα, τις τιμές των όρων της σχέσης του θερμικού ισολογισμού, που υπολογίσαμε, με βάση το Project Guide και την εφαρμογή netgtd : Μέγεθος Σύμβολο Μονάδες Τιμή (Pr. G.) Τιμή (netgtd) Θερμική Ισχύς Καυσίμου Q καυσίμου [kw] 25010 25010 Ωφέλιμη Ισχύς P e [kw] 12626 12626 Ισχύς Καυσαερίων Q καυσαερίων [kw] 2969 3143 Ισχύς ψύξης Q ψύξης [kw] 8536 8738 Ισχύς ακτινοβολίας Q ακτινοβολίας [kw] 136 136 Ισχύς καυσίμου από θερμ. ισολογισμό Q καυσίμου, θεωρ [kw] 24267 24643 Απόκλιση [%] 2,97 1,47 Πίνακας 6: Τιμές όρων θερμικού ισολογισμού 2 «Μέθοδος Προμελέτης Ναυτικών Συστημάτων με Κινητήρες Diesel, σελίδα 18, πίνακας 3-1 10

Παρατηρούμε ότι υπάρχει απόκλιση μεταξύ της ισχύος του καυσίμου που υπολογίσαμε αρχικά και της ισχύος του καυσίμου που υπολογίζουμε από τη σχέση του θερμικού ισολογισμού, αντικαθιστώντας τις τιμές στους όρους του δεξιά μέλους της σχέσης. Η απόκλιση αυτή εξηγείται από το γεγονός ότι οι τιμές που υπολογίσαμε, είναι ενδεικτικές κι όχι απολύτως ακριβείς, ενώ υπάρχουν άδηλες απώλειες, οι οποίες είναι δύσκολα υπολογιζόμενες και δε λαμβάνονται υπόψη στα πλαίσια της εργασίας. Σε κάθε περίπτωση, πάντως, η απόκλιση είναι της τάξης του 1-3%, συνεπώς οι τιμές μπορούν να θεωρηθούν αποδεκτές. Η σχέση του θερμικού ισολογισμού μπορεί να γραφεί σε αδιάστατη μορφή, διαιρώντας με τη θερμική ισχύ του καυσίμου, όλους τους όρους του ισολογισμού, ως εξής: 1 = η e + a + k + r Αδιάστατος συντελεστής Τιμή (Project Guide) [%] Τιμή (netgtd) [%] η e 52,03 51,24 a 12,23 12,75 k 35,17 35,46 r 0,56 0,55 Πίνακας 7: Όροι αδιάστατης μορφής θερμικού ισολογισμού Σχετικά με τον υπολογισμό της εκμεταλλεύσιμη ισχύος από τα καυσαέρια, παραθέτουμε τον παρακάτω πίνακα με τιμές σε kw και kj/h. Αξίζει να αναφέρουμε ότι η τιμή που δίνεται είναι η ισχύς των καυσαερίων στην έξοδο από τη μηχανή. Δηλαδή, η τελική εκμεταλλεύσιμη θερμική ισχύς από τα καυσαέρια, εξαρτάται από τη θέση και τις ενδιάμεσες θερμικές απώλειες, μεταξύ του κινητήρα και της θέσης όπου θα γίνει η εκμετάλλευση των καυσαερίων, δηλαδή της θέσης του λέβητα. Μέγεθος Σύμβολο Μονάδες Τιμή Παρατηρήσεις [kw] 2969 Project Guide Θερμική ισχύς καυσαερίων Q καυσαερίων κινητήρα, εδάφιο [kj/h] 1,07E+07 7.1.1 Θερμική ισχύς για παραγωγή ατμού (Steam Production Power) SPP kw 3143 [kj/h] 1,13E+07 Πίνακας 8: Εκμεταλλεύσιμη θερμική ισχύς καυσαερίων netgtd Ο παραπάνω θερμικός ισολογισμός, έγινε, όπως προαναφέρθηκε για τροπικές συνθήκες, όπως ορίζονται από το project guide του κινητήρα. Το περιβάλλον, που περιγράφει ο κατασκευαστής ως τροπικό, συντίθεται από θερμοκρασία μηχανοστασίου 45 C, θερμοκρασία αέρα 45 C, νερό θαλάσσης σε θερμοκρασία 36 C, βαρομετρική πίεση 1 bar και σχετική υγρασία αέρα 60%. Στο παράρτημα για τους υπολογισμούς παραθέτουμε τους σχετικούς υπολογισμούς. Επίσης έγινε χρήση δεδομένων κι από την εφαρμογή netgtd, για το θερμικό ισολογισμό, τα οποία ήταν ακριβέστερα. 11

ΕΡΩΤΗΜΑ 8: Διαστάσεις Αξονικού Συστήματος Η διαστασιολόγηση του αξονικού συστήματος έγινε με βάση τους κανονισμούς του Lloyd s Registry of Shipping και του γερμανικού νηογνώμονα GL, καθώς και οι δύο νηογνώμονες είναι εναρμονισμένοι με τον κανονισμό Universal Rule M68 του IACS. Ελέγχοντας το Project Guide του κινητήρα, βρήκαμε ότι ο κινητήρας έχει ενσωματωμένο το ωστικό έδρανο, γεγονός που σημαίνει ότι χρειάζεται να υπολογίσουμε μόνο τον ενδιάμεσο άξονα (intermediate shaft) και τον άξονα χοάνης (sterntube shaft), καθώς ο άξονα ώσης (thrust shaft) είναι εντός του σώματος της μηχανής. Η διάμετρος των αξόνων υπολογίζεται σύμφωνα με τους κανονισμούς, από τη σχέση: 3 d = F k P N 560 σ u + 160 Όπου F=100, για κινητήρες Diesel, k, ένας συντελεστής τύπου της ατράκτου με τιμές 1 για τον ενδιάμεσο άξονα και 1,22 για τον άξονα χοάνης, P=12626kW, η μεταφερόμενη ισχύς, N=102 RPM, οι στροφές λειτουργίας και σ u =590MPa, η αντοχή σε εφελκυσμό του υλικού, το οποίο επιλέξαμε και ήταν χάλυβας E335 κατά DIN EN 10025. Τα μήκη των ατράκτων επιλέχθηκαν κατ εκτίμηση 6,5 μέτρα ο ενδιάμεσος άξονας και 4 μέτρα ο άξονας της χοάνης, οδηγώντας σε ένα συνολικό μήκος αξονικού συστήματος 10,5 μέτρα. Σχετικά με τις διαστάσεις των εδράνων, για τα έδρανα του ενδιάμεσου άξονα επιλέξαμε τυποποιημένα έδρανα Cederval Size 450, με εσωτερική διάμετρο 453mm, εξωτερική διάμετρο 859mm και μήκος 602mm. Για τα έδρανα της χοάνης, το μήκος τους πρέπει να είναι το προβλεπόμενο μήκος από τους κανονισμούς, οπότε το μήκος του πρωραίου εδράνου χοάνης είναι 0,8*D stern =441,6mm και το μήκος του πρυμναίου εδράνου χοάνης είναι 2*D stern =1104mm. Σχετικά με το πλήθος των εδράνων, ο κανονισμός προβλέπει 2 έδρανα στη χοάνη, ενώ για τα ενδιάμεσα έδρανα προβλέπεται μέγιστη ισαπόσταση που δίνεται από τη σχέση: 2 l max = K 1 D inter [mm] και μας έδωσε τιμή με βάση των υπολογισμό περίπου 9,5 μέτρα. Ωστόσο ενώ έχουμε μήκος ενδιάμεσου άξονα 6,5 μέτρα, οπότε θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε ένα ενδιάμεσο έδρανο, εμείς επιλέξαμε να χρησιμοποιήσουμε δύο, για λόγους ασφαλείας, δηλαδή ακόμα κι αν υπάρξει βλάβη σε κάποιο έδρανο, λόγω ελλιπούς λίπανση, να μπορεί να παραλάβει τα φορτία το άλλο έδρανο. Ο κανονισμός προβλέπει επίσης διαστασιολόγηση των φλατζών σύνδεσης. Σε κάθε περίπτωση επιλέξαμε διάμετρο φλάτζας, διπλάσια από τη διάμετρο του άξονα, έχοντας πάντα υπ όψιν ότι όταν δύο φλάτζες διαφορετικής διαμέτρου πρόκειται να συνδεθούν, όπως για παράδειγμα η φλάτζα του ελικοφόρου άξονα χοάνης και του ενδιάμεσου άξονα, η διάμετρος της φλάτζας είναι η μέγιστη των δύο προβλεπόμενων. Το πάχος της φλάτζας για τον ενδιάμεσο άξονα είναι 0,2*D inter, ενώ το φιλέτο μετάβασης είναι 0,08*D inter, ενώ η φλάτζας σύνδεσης ελικοφόρου- έλικας έχει πάχος 0,25*D stern και φιλέτο μετάβασης 0,125*D stern. 12

Επιπρόσθετα, ο κανονισμός προβλέπει τη διάμετρο των κοχλιών σύνδεσης των φλατζών, με 106 P βάση τη σχέση: D s = 16 [mm], οπότε υπολογίζουμε διάμετρο κοχλιών 100mm N D κοχ z σ u για 6 κοχλίες σύνδεσης των φλαντζών του άξονα ελικοφόρου-ενδιαμέσου και 100mm για 8 κοχλίες σύνδεσης των φλατζών ενδιαμέσου άξονα. Στον παραπάνω τύπο, η διάμετρος D κοχ, είναι η διάμετρος της θέσης των κοχλιών κι επιλέγεται η μέση διάμετρος μεταξύ της διαμέτρου της φλάτζας και της διαμέτρου απόληξης του φιλέτου πάνω στη φλάτζα. Τέλος ο κανονισμός προβλέπει το ελάχιστο πάχος του χιτωνίου του ελικοφόρου, σύμφωνα με τη σχέση: s = 0,03 D stern + 7,5 [mm]. Το πάχος με βάση των κανονισμό υπολογίζεται στα 24,06 mm και το τυποποιούμε στα 25mm. Κλείνοντας το ερώτημα για τη διαστασιολόγηση του αξονικού συστήματος, παρατίθενται υπό μορφή πίνακα οι διαστάσεις των αξόνων, ο αριθμός και τα μήκη των εδράνων, τα οποία είναι τα βασικά μεγέθη που ζητούνται. Εξάρτημα Μέγεθος Τιμή Ενδιάμεσος άξονας Διάμετρος [mm] 453 Μήκος [m] 6,5 Ελικοφόρος άξονας Διάμετρο [mm] 552 Μήκος [m] 4 Ενδιάμεσα έδρανα Πλήθος 2 Διάμετρος (εξ.) [mm] 859 Διάμετρος (ες.) [mm] 453 Μήκος [mm] 602 Έδρανα χοάνης Πλήθος 2 Μήκος πρωραίου εδράνου [mm] 441,6 Μήκος πρυμναίου εδράνου [mm] 1104 Πίνακας 9: Διαστάσεις βασικών τεμαχίων αξονικού συστήματος 13

ΕΡΩΤΗΜΑ 9: Υπολογισμών Δύο Πρώτων Ιδιοσυχνοτήτων Ισοδύναμου Αξονικού Συστήματος και Έλεγχος Συντονισμών στο 70-100% της Μέγιστης Περιστροφικής Ταχύτητας Για τον προσδιορισμό των ιδιοσυχνοτήτων του αξονικού συστήματος, χρησιμοποιήσαμε δύο διαφορετικές μεθόδους, προκειμένου να έχουμε μια καλύτερη αίσθηση των δυναμικών χαρακτηριστικών του αξονικού συστήματος. Αρχικά, προκειμένου να μελετήσουμε τα χαρακτηριστικά του αξονικού συστήματος, απαιτείται να έχουμε πληροφορίες σχετικά με την πολική ροπή αδράνειας του κινητήρα, της έλικας και τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά των αξόνων. Σχετικά με τη ροπή αδράνειας του κινητήρα, την προσδιορίσαμε από το project guide του κινητήρα, 68000 Kgm 2, ενώ για τη ροπή αδράνειας της έλικας, έχουμε μια προσέγγιση από ένα σχέδιο που κατασκευάσαμε με χρήση του σχεδιαστικού προγράμματος Autodesk Inventor και συγκρίνοντας το με αντίστοιχου μεγέθους έλικες, θεωρούμε ότι είναι αρκετά καλή εκτίμηση. Ως έλικα, επιλέξαμε μια τετράπτερη έλικα, διαμέτρου 5,5 μέτρων και κατασκευασμένη από χυτό μπρούτζο πυκνότητας 8730 Kg/m 3. Η ροπή αδράνειας της έλικας, είναι κατ εκτίμηση 26690 Kgm 2. Τέλος αναφορικά με τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του αξονικού συστήματος, ήδη έχει γίνει ο υπολογισμός τους από το προηγούμενο ερώτημα. Χρήση διβάθμιου ασύμμετρου συστήματος Η πρώτη μέθοδος υπολογισμού, ήταν η μοντελοποίηση του αξονικού συστήματος ως ένα σύστημα διακριτών ροπών αδρανείας, η πρώτη εκ των οποίων εξομοιώνει τον κινητήρα, η τελευταία την έλικα και εισάγουμε και μια ενδιάμεση ροπή αδρανείας που εξομοιώνει τη συγκεντρωμένη ροπή αδράνειας του αξονικού συστήματος. Θεωρούμε, χωρίς μεγάλο σφάλμα, ότι η συγκεντρωμένη ροπή αδράνειας βρίσκεται στο σημείο σύνδεσης του ελικοφόρου με τον ενδιάμεσο άξονα. Σε αυτή την περίπτωση έχουμε ένα σύστημα με τρεις διακριτές ροπές αδράνειας συνδεόμενες ανά δύο με ένα υποτιθέμενο ελατήριο κατάλληλης ακαμψίας. Η ακαμψία του κάθε ελατηρίου μπορεί να υπολογιστεί ως: k i = G I pi L i, όπου k η ακαμψία του κάθε τμήματος της ατράκτου, G το μέτρο διάτμησης του χάλυβα 79 GPa, I pi, η γεωμετρική ροπή αδράνειας της κάθε ατράκτου και L i, το μήκος του κάθε τμήματος της ατράκτου. Θεωρώντας τις μεθόδους της ιδιοδιανυσματικής δυναμικής ανάλυσης, χρησιμοποιώντας τις διαφορικές εξισώσεις για κάθε δίσκο αδρανείας και επιλύοντας τη χαρακτηριστική εξίσωση προσδιορισμού των ιδιοσυχνοτήτων, μπορούμε να υπολογίσουμε τις 2 ιδιοσυχνότητες του συστήματος. Παραθέτουμε παρακάτω τις διαφορικές εξισώσεις, που διέπουν το αξονικό σύστημα, εν συνεχεία το γράφουμε σε μητρωική μορφή και τέλος δίνουμε τη χαρακτηριστική εξίσωση προσδιορισμού των ιδιοσυχνοτήτων. Έχουμε, λοιπόν: J eng φ 1 + k 1 φ 1 k 1 φ 2 = 0 J ενδ φ 2 k 1 φ 1 + (k 1 + k 2 )φ 2 k 2 φ 3 = 0 J prop φ 3 k 2 φ 2 + k 2 φ 3 = 0 14

Όπου J ενδ το άθροισμα των ροπών αδρανείας των δύο τμημάτων του αξονικού, με k 1 μοντελοποιούμε την ακαμψία του ενδιάμεσου άξονα, με k 2 του ελικοφόρου, ενώ με φ 1,φ 2,φ 3 είναι οι στροφές για κινητήρα, ενδιάμεσο δίσκο-άτρακτο και έλικα, αντίστοιχα. Θεωρώντας αρμονική απόκριση, δηλαδή φ i =Φ i cos(ωt), το σύστημα διαφορικών εξισώσεων μπορεί να γραφτεί σε μητρωική μορφή: k 1 ω 2 J eng k 1 0 Φ 1 0 k 1 (k 1 + k 2 ) ω 2 J ενδ k 2 Φ 2 = 0 0 k 2 k 2 ω 2 J prop Φ 3 0 Για να υπάρχει λύση διαφορετική της τετριμμένης πρέπει το μητρώο των συντελεστών των Φ, να έχει μηδενική ορίζουσα. Αυτή είναι ουσιαστικά η χαρακτηριστική εξίσωση, η οποία μπορεί να γραφεί σε τελική μορφή ως: J eng J ενδ J prop ω 6 + k 2 J eng J ενδ k 1 J ενδ J prop k 1 J eng J prop k 2 J eng J prop ω 4 + k 2 1 J prop + k 1 k 2 J prop + k 1 k 2 J ενδ + k 1 k 2 J eng + k 2 1 J prop ω 2 = 0 Επειδή η λύση ω=0, αντιπροσωπεύει την ακινησία, μπορούμε διαιρώντας με ω 2 την παραπάνω σχέση, να καταλήξουμε σε ένα τριώνυμο με συντελεστές A,B,C και διακρίνουσα D. Οι τιμές των συντελεστών αυτών φαίνονται στον σχετικό πίνακα, στο παράρτημα υπολογισμών. Με βάση την παραπάνω διαδικασία, προσδιορίζονται δύο ιδιοσυχνότητες: ω 1 = 6546, 47 RPM, ω 2 = 470, 26 RPM Από αυτές τις δύο, μας ενδιαφέρει περισσότερο η δεύτερη γιατί είναι ίδιας τάξης μεγέθους με τις στροφές λειτουργίας του κινητήρα, αν και σαν απόλυτες τιμές είναι πολύ μακρινές, καθώς ο μέγιστο αριθμός στροφών λειτουργίας του κινητήρα είναι 102 RPM. Η πολύ μεγάλη τιμή της πρώτης ιδιοσυχνότητας, εξηγείται, λόγω της πολύ μικρής ροπής αδράνειας της ατράκτου, συγκριτικά με τις ροπές αδράνειας κινητήρα κι έλικας. Σχήμα 1: Σχηματική αναπαράσταση διβάθμιου ασύμμετρου συστήματος 15

Χρήση απλού μονοβάθμιου ασύμμετρου συστήματος Ως δεύτερη μέθοδο προσδιορισμού των ιδιοσυχνοτήτων του αξονικού συστήματος, χρησιμοποιήσαμε μια απλούστερη μοντελοποίηση, σύμφωνα με την οποία το αξονικό σύστημα μπορεί να αναπαρασταθεί, ως δύο συγκεντρωμένες ροπές αδράνειας, ο κινητήρας και η έλικα, προσαρμοσμένες στα άκρα ενός ελατηρίου. Η διαδικασία που ακολουθήθηκε είναι η ίδια με πριν και η εξίσωση προσδιορισμού των ιδιοσυχνοτήτων είναι η: ω 2 = k J eng+j prop J eng J prop Η ακαμψία του νοητού ελατηρίου, δίνεται ως: k = G I p L όπου και πάλι G το μέτρο διάτμησης του χάλυβα, I p η γεωμετρική ροπή αδράνειας του αξονικού συστήματος και L το συνολικό μήκος του. Επειδή η άτρακτος, αποτελείται από δύο χαρακτηριστικά τμήματα, επιλέγουμε να χρησιμοποιήσουμε σα γεωμετρική ροπή αδράνειας, ένα σταθμισμένο, ως προς το μήκος, μέσο όρο των ροπών αδρανείας. Δηλαδή: I p = I p1l 1 + Ip 2 L 2 L 1 + L 2 όπου με δείκτη 1 τα μεγέθη για ενδιάμεσο και με δείκτη 2 τα μεγέθη για τον ελικοφόρο, άξονα. Αντικαθιστώντας τις τιμές, βρίσκουμε ω=464,66 RPM. Οι σχετικοί υπολογισμοί παρατίθενται στο παράρτημα υπολογισμών. Σχήμα 2: Σχηματική αναπαράσταση ασύμμετρου μονοβάθμιου συστήματος Συγκρίνοντας την τιμή της ιδιοσυχνότητας που προκύπτει από τη μέθοδο με το μονοβάθμιο σύστημα και την τιμή ω 2 που προκύπτει από τη μέθοδο με το διβάθμιο σύστημα, βλέπουμε ότι για ω=464,66 RPM και ω 2 =470,26 RPM, η απόκλιση των τιμών είναι της τάξης του 1,2%. Αυτό οφείλεται στις διαφορετικές προσεγγίσεις που γίνονται για την κάθε περίπτωση και οι οποίες, ουσιαστικά είναι εγγενείς στον τρόπο επίλυσης των διαφορικών εξισώσεων. Σε κάθε περίπτωση, πάντως, αυτό που διαφαίνεται είναι ότι η ιδιοσυχνότητα του συστήματος είναι επαρκώς μακριά από τις στροφές λειτουργίας, γεγονός που οδηγεί στο συμπέρασμα ότι δεν υπάρχει κίνδυνος συντονισμού του συστήματος σε στρεπτικές ταλαντώσεις. Όλα τα σχήματα έχουν γίνει με χρήση του σχεδιαστικού προγράμματος Autodesk Inventor. 16

ΕΡΩΤΗΜΑ 10: Σχέδιο Γενικής Διάταξης Μηχανοστασίου Εικόνα 1: Πλάγια όψη μηχανοστασίου 17

Εικόνα 2: Κάτοψη μηχανοστασίου Εικόνα 3: Απόψεις μηχανοστασίου 18

ΕΡΩΤΗΜΑ 11: Ημερήσια Κατανάλωση Καυσίμου και Λιπαντικών Στο ερώτημα 11, ζητείται η ημερήσια κατανάλωση καυσίμου και λιπαντικών. Η κατανάλωση του καυσίμου, καθορίζεται κυρίως από την κατανάλωση καυσίμου στην κύρια μηχανή και στα ηλεκτροπαραγωγά ζεύγη ηλεκτρογεννητριών, ενώ λόγω έλλειψης στοιχείων για επιμέρους ανεξάρτητες ηλεκτρογεννήτριες για αντλίες ή φορτοεκφορτωτικά μέσα, δεν ασχολούμαστε με τον καθορισμό της κατανάλωσης καυσίμου σε αυτά τα μηχανήματα. Ομοίως, για την κατανάλωση λιπαντικών, μας απασχολεί η κατανάλωση στην κύρια μηχανή και στις ηλεκτρογεννήτριες, ενώ δεν περιλαμβάνουμε στη μελέτη, κατανάλωση λιπαντικού σε έδρανα, στο χιτώνιο της χοάνης και σε άλλες βοηθητικές συσκευές. Στα πλαίσια της μελέτης, θεωρούμε ότι η μηχανή λειτουργεί στο MCR της και με τις τρείς ηλεκτρογεννήτριες σε λειτουργία, προκειμένου να προσδιορίσουμε τη μέγιστη δυνατή κατανάλωση καυσίμων και λιπαντικών, σε μία ημέρα. Όλοι οι υπολογισμοί παρατίθενται στο παράρτημα υπολογισμών. Ήδη από το ερώτημα για το θερμικό ισολογισμό, έχουμε προσδιορίσει την κατανάλωση καυσίμου για βαρύ καύσιμο, για την κύρια μηχανή. Στο σημείο αυτό πρέπει να αναφερθεί ότι θεωρούμε ότι το βαρύ καύσιμο περιέχει περίπου 2% νερό, οπότε η ημερήσια κατανάλωση καυσίμου είναι επαυξημένη κατ αυτό το ποσοστό. Σχετικά με την κατανάλωση κυλινδρέλαιου, βρήκαμε την ειδική του κατανάλωση από το project guide του κινητήρα, οπότε πολλαπλασιάζοντας την με την ισχύ και με 24 ώρες/ ημέρα μπορούμε να βρούμε την ημερήσια κατανάλωση κυλινδρέλαιου. Όσον αφορά στην κατανάλωση λιπαντικού ελαίου στο σύστημα λίπανσης, πάλι το project guide, παραθέτει μια ενδεικτική ημερήσια κατανάλωση 6 Kg, ανά κύλινδρο. Με δεδομένο ότι η μηχανή είναι πεντακύλινδρη βρίσκουμε ημερήσια κατανάλωση λιπαντικού στο σύστημα λίπανσης, 30 Kg/ ημέρα. Προκειμένου να βρούμε την κατανάλωση καυσίμου και λιπαντικού για το κάθε ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος, χρησιμοποιήσαμε το project guide της γεννήτριας από τον κατασκευαστή. Η ειδική κατανάλωση είναι 196g/kW e h για καύσιμο MGO, θερμογόνου ικανότητας 42700 kj/kg. Επειδή κατά βάση οι ηλεκτρογεννήτριες δουλεύουν, στα πλαίσια του σεναρίου που θεωρήσαμε, με καύσιμο RMG-25, θερμογόνου ικανότητας 39600 kj/kg, διορθώνουμε την ειδική κατανάλωση με το λόγο της θερμογόνου ικανότητας των δύο καυσίμων. Πολλαπλασιάζοντας τη διορθωμένη ειδική κατανάλωση με την παραγόμενη ηλεκτρική ισχύ και στη συνέχεια με 24 ώρες/ημέρα βρίσκουμε την ημερήσια κατανάλωση καυσίμου, ανά ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος. Σε αυτή την περίπτωση υποθέσαμε και πάλι ύπαρξη νερού στο καύσιμο, σε ποσότητα 1%. Πολλαπλασιάζοντας την ημερήσια κατανάλωση κάθε ζεύγους με το πλήθος των ζευγών, βρίσκουμε τη συνολική ημερήσια κατανάλωση των γεννητριών για ταυτόχρονη λειτουργία τους. Και πάλι από το project guide βρίσκουμε την ειδική κατανάλωση λιπαντικού ελαίου 0,5g/kW e h. Με όμοιο τρόπο μπορούμε να βρούμε την κατανάλωση ελαίου για τις τρείς ηλεκτρογεννήτριες. 19

Στον παρακάτω πίνακα παρουσιάζονται συνοπτικά οι ημερήσιες καταναλώσεις καυσίμου και λιπαντικών, για το προφίλ λειτουργίας που περιγράφηκε παραπάνω: Ημερήσια Κατανάλωση Καύσιμο κύριας μηχανής Καύσιμο ηλεκτροπαραγωγών ζευγών Κυλινδρέλαιο Σύστημα λίπανσης κύριας μηχανής Σύστημα λίπανσης ηλεκτροπαραγωγών ζευγών Τιμή 55,73 t/day 10,44 t/day 0,182 t/day 0,03 t/day 0,024 t/day Πίνακας 10: Ημερήσια κατανάλωση καυσίμου και λιπαντικών Οι σχετικοί υπολογισμοί παρατίθενται στο παράρτημα υπολογισμών. 20

ΕΡΩΤΗΜΑ 12: Τεχνοοικονομική Εκτίμηση Κόστους Σύμφωνα με την εκφώνηση δίνονται τιμές καυσίμων και λιπαντικών, καθώς και το κόστος κτήσης και συντήρησης για δίχρονους και τετράχρονους κινητήρες, ανά kw ισχύος. Προκειμένου να υπολογίσουμε το κόστος κτήσης, συντήρησης, καυσίμου και λιπαντικών, πρέπει να καθορίσουμε ένα προφίλ λειτουργίας του πλοίου. Ορίζουμε ένα προφίλ λειτουργίας, το οποίο προβλέπει 65 ημέρες στο λιμάνι, που αντιστοιχούν σε περίπου μία ημέρα την εβδομάδα, 100 ημέρες θεωρείται ότι το πλοίο βρίσκεται σε παράκτιες περιοχές και οι υπόλοιπες 200 ημέρες αντιστοιχούν σε πλεύση σε ανοιχτές θάλασσες. Στα πλαίσια του σεναρίου, θεωρούμε ότι όσο το πλοίο είναι στο λιμάνι, χρησιμοποιεί και τα τρία ηλεκτροπαραγωγά ζεύγη προκειμένου να εξυπηρετήσει τις ανάγκες για φορτωεκφορτωτικά μέσα και σαν καύσιμο έχει το MGO. Όταν το πλοίο βρίσκεται σε παράκτιες περιοχές, η κύρια μηχανή δουλεύει με καύσιμο IFO-180 (RMG-25) και δουλεύουν 2 γεννήτριες με χρήση ίδιου καυσίμου. Τέλος, όταν το πλοίο πλέει σε ανοιχτές θάλασσες, η μηχανή δουλεύει με καύσιμο IFO-380 (RMG-35) και δουλεύουν 2 γεννήτριες με χρήση καυσίμου IFO-180 (RMG-25). Ως χρονικό παράθυρο λειτουργίας θεωρούνται τα 25 έτη. Προφανώς το κόστος κτήσης είναι μια μοναδική χρηματορροή στη διάρκεια λειτουργίας του πλοίου και υπολογίζεται εύκολα πολλαπλασιάζοντας το κόστος κτήσης ανά kw με τη συνολική ιπποδύναμη της μηχανής. Το κόστος συντήρησης, βρίσκεται πολλαπλασιάζοντας το κόστος συντήρησης ανά kwh και πολλαπλασιάζοντας με το σύνολο ωρών λειτουργίας της μηχανής, δηλαδή για συνολικά 200 ημέρες. Στα πλαίσια των υπολογισμών, οι οποίοι παρατίθενται στο παράρτημα υπολογισμών, έχουμε τις ημερήσιες καταναλώσεις καυσίμων για την εκάστοτε περιοχή λειτουργίας του πλοίου και το κόστος καυσίμου ανά τόνο, οπότε μπορούμε να υπολογίζουμε το κόστος καυσίμου σε κάθε περιοχή λειτουργίας. Ομοίως για τα λιπαντικά έλαια και το κυλινδρέλαιο, μπορούμε να υπολογίσουμε το συνολικό ετήσιο κόστος τους με βάση τις ημερήσιες καταναλώσεις και το χρόνο λειτουργίας ανά έτος (π.χ έλαια μηχανής, κυλινδρέλαια για 200 ημέρες, έλαια 2 γεννητριών για 365 μέρες και έλαια για άλλη μια γεννήτρια για τις 65 μέρες, στο λιμάνι). Οπότε παραθέτουμε στον παρακάτω πίνακα, τα επιμέρους κόστη, όπως υπολογίστηκαν, όπως φαίνεται και στο παράρτημα υπολογισμών: Κόστος Τιμή Κόστος κτήσης Κ.Μ. 5050505 $ Κόστος συντήρησης Κ.Μ. 242424 $ Κόστος καυσίμων 21680138 $ Κόστος λιπαντικών 320224 $ Συνολικό ετήσιο κόστος 22242786 $ Συνολικό κόστος σε βάθος 25ετίας 561120153 $ Πίνακας 11: Ανάλυση κόστους κύριας μηχανολογικής εγκατάστασης 21

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Παπαδόπουλος, Χρήστος; Φραγκόπουλος, Χρίστος; SNAME. Μέθοδος Προμελέτης Ναυτικών Συστημάτων με Κινητήρες Diesel. Αθήνα : Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Ε.Μ.Π, 2008. 2. Wartsila. [Ηλεκτρονικό] http://www.wartsila.com/en/home. 3. Wartsila. Wartsila X62 Marine Installation Manual. s.l. : Wartsila Switzerland Ltd., 2013. 4. ΝΚ-Neuenhauser Kompressorenbau GmbH. NK-air. [Ηλεκτρονικό] http://www.nkair.de/en/products/starting-air-compressors/water-cooled/3-stages.html. 5. Μακρής, Παναγιώτης Α. Στοιχεία Μηχανών Ι. Αθήνα : Εκδόσεις ΕΜΠ, 1998. 6. Cederval. [Ηλεκτρονικό] http://cedervall.se/products/brochure. 7. Germanischer Lloyd. Section 4- Main Shafting. GL Rules and Guidelines. 2008. 8. Lloyd's Register. Part 5: Main and Auxiliary Machinery- Chapter 6: Main Propulsion Shafting. Lloyd's Register Rules and Guidelines. 2012. 9. Wartsila Auxpac Product Guide. s.l. : Wartsila Finland OY, 2011. 22

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α: ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΩΝ 23

ΘΕΡΜΙΚΟΣ ΙΣΟΛΟΓΙΣΜΟΣ Θερμικός Ισολογισμός Μέγεθος Σύμβολο Μονάδες Τιμή Θερμογόνος ικανότητα καυσίμου (Project Guide) Θερμογόνος ικανότητα καυσίμου (RMG-35) Ειδική κατανάλωση καυσίμου (Design Condition) ΘΙ [kj/kg] 42700 ΘΙ καυσίμου [kj/kg] 39550 Παρατηρήσει ς Μέθοδος Προμελέτης, σελ. 18, Πίνακας 3-1 Ωφέλιμη ισχύς P e =P MCR [kw] 12626 [g/kwh] 167 netgtd Specifications BSFC des 4,64E- on [Kg/kJ] 05 Performance, σελ. 3 Ειδική κατανάλωση καυσίμου (Design Condition) BSFC [g/kwh] 180,3 [Kg/kJ] 5,01E- 05 Παροχή μάζας καυσίμου κινητήρα m' FUEL =(BSFC)P e [Kg/s] 0,63237 Θερμική ισχύς καυσίμου Q καυσίμου =(m' FUEL )ΘΙ καυσίμου [kw] 25010 Θερμική ισχύς καυσαερίων Q καυσαερίων [kw] 2969 Θερμική ισχύς ψύξης αέρα απόπλυσης (Scavenge Air Q SCR [kw] 5274 Cooler) Project Guide κινητήρα, εδάφιο 7.1.1 Θερμική ισχύς ψύξης κυλίνδρου Q cylinder [kw] 2044 Θερμική ισχύς ψύξης λιπαντικού λαδιού Q lub.oil [kw] 1218 Θερμική ισχύς ψύξης Q ψύξης =Q SCR +Q cylinder +Q lub.oil [kw] 8536 Θερμική ισχύς ακτινοβολίας Q ακτινοβολίας [kw] 136 Ωφέλιμη ισχύς (θερμικός Q καυσ,θ =P e +Q καυσαερίων +Q ψύξης +Q ακτι ισολογισμός) νοβολίας [kw] 24267 Απόκλιση (Q καυσίμου -Q καυσ,θ )/Q καυσίμου % 2,97 Αποδεκτό η e % 52,03 Αδιάστατοι συντελεστές a % 12,23 k % 35,17 r % 0,56 Πίνακας 12: Θερμικός ισολογισμός με βάση δεδομένα του Project Guide 24

Θερμική ισχύς καυσαερίων Q καυσαερίων [kw] 3143 Θερμική ισχύς ψύξης αέρα απόπλυσης (Scavenge Air Q SCR [kw] 5728 netgtd Cooler) Θερμική ισχύς ψύξης κυλίνδρου Q cylinder [kw] 1914 Specifications on Θερμική ισχύς ψύξης Performance, Q λιπαντικού λαδιού lub.oil [kw] 1096 σελ. 5 Θερμική ισχύς ψύξης Q ψύξης =Q SCR +Q cylinder +Q lub.oil [kw] 8738 Θερμική ισχύς ακτινοβολίας Q ακτινοβολίας [kw] 136 Ωφέλιμη ισχύς (θερμικός Q καυσ,θ =P e +Q καυσαερίων +Q ψύξης + ισολογισμός) Q ακτινοβολίας [kw] 24643 Απόκλιση (Q καυσίμου -Q καυσ,θ )/Q καυσίμου % 1,47 Αποδεκτό η e % 51,24 Αδιάστατοι συντελεστές a % 12,75 k % 35,46 r % 0,55 Πίνακας 13: Θερμικός ισολογισμός με βάση την εφαρμογή netgtd Θερμική ισχύς καυσαερίων Θερμική ισχύς για παραγωγή ατμού (Steam Production Power) Q καυσαερίων SPP [kw] 2969 Project Guide [kj/h] 1,07E+07 κινητήρα, εδάφιο 7.1.1 kw 3143 netgtd Specifications [kj/h] 1,13E+07 on Performance, σελ. 5 Απόκλιση (Q καυσαερίων -SPP)/Q καυσαερίων % 5,86 Αποδεκτό Πίνακας 14: Θερμική ισχύς καυσαερίων 25

ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΔΙΑΣΤΑΣΕΩΝ ΑΞΟΝΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Υπολογισμός Διαστάσεων Αξονικού κατά Lloyd's Register Μέγεθος Σύμβολο Μονάδες Τιμή Παρατηρήσεις Μέγιστη συνεχής ισχύς (MCR) P [kw] 12626 Στροφές λειτουργίας N [RPM] 102 Συνολικό μήκος αξονικού L shaft [m] 10,5 Ενδιάμεσος άξονας (Intermediate Shaft) Σταθερά F F 100 Εγκατάσταση Diesel, χωρίς υδρ. Συνδ. Ολισθ. Όριο θραύσης σε σ εφελκυσμό u [N/mm 2 Χάλυβας Ε335 κατά ] 590 DIN EN 10025 Σταθερά k k 1 Αξονικό με φλάτζες και συντ. ασφαλείας Διάμετρος άξονα d=f*k((p/n)*(560/(160+σ u ))) 1/3 [mm] 452,134 Τυποποίηση διαμέτρου άξονα D inter [mm] 453 Μήκος ενδιάμεσου άξονα L inter [m] 6,5 Εσωτερική διάμετρος εδράνου D i [mm] 453 Εξωτερική διάμετρος εδράνου D o [mm] 859 Μήκος εδράνου L [mm] 602 Συντελεστής Κ 1 Κ 1 450 Μέγιστη ισαπόσταση l max =Κ 1 (D inter ) 1/2 [mm] 9578 εδράνων Αριθμός εδράνων N εδράνων =L inter /l max 1 Διόρθωση αριθνού εδρανων Διαστάσεις εδράνου ενδιάμεσου άξονα Cederval Size 450 GL Regulations Ν' εδράνων 2 Λόγοι ασφάλειας 26

ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΔΙΑΣΤΑΣΕΩΝ ΑΞΟΝΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ (ΣΥΝΕΧΕΙΑ) Άξονας χοάνης (Sterntube Shaft) Σταθερά F F 100 Όριο θραύσης σε εφελκυσμό σ u [N/mm 2 ] 590 Σταθερά k k 1,22 Διάμετρος άξονα d=f*k((p/n)*(560/(160+σ u ))) 1/3 [mm] 551,603 Τυποποίηση διαμέτρου άξονα Μήκος άξονα χοάνης Μήκος πρυμναίου εδράνου χοάνης Μήκος πρωραίου εδράνου χοάνης D stern [mm] 552 L stern [m] 4 L for.bear. =0,8*D stern [mm] 441,6 L aft.bear. =2*D stern [mm] 1104 Φλάντζες για ενδιάμεσο άξονα Διάμετρος φλάτζας D φλάτζα =2*D inter [mm] 906 Εγκατάσταση Diesel, χωρίς υδρ. Συνδ. Ολισθ. Χάλυβας Ε335 κατά (DIN EN 10025) Αξονικό με φλάτζες και συντ. ασφαλείας Πάχος φλάτζας S φλάτζα =0,2*D inter [mm] 91 GL Regulations Φιλέτο στη βάση της φλάτζας r φλάτζα =0,08*D inter [mm] 37 Lloyd's Regulations Φλάντζες για σύνδεση προπέλας Διάμετρος φλάτζας D φλ.έλικα =2*D stern [mm] 1104 Πάχος φλάτζας S φλ.έλικα =0,25*D stern [mm] 138 GL Regulations Φιλέτο στη βάση της φλάτζας r φλ.έλικα =0,08*D stern [mm] 69 Lloyd's Regulations Υπολογισμός κοχλιών σύνδεσης των φλατζών ενδιάμεσου άξονα Πλήθος κοχλιών ανά φλάτζα z 8 Διάμετρος κύκλου κοχλιώσεων D κοχ [mm] 716,5 Διάμετρος κοχλιών d S =16*(10 6 P/(N*D κοχ *z*σ u ) 1/2 [mm] 97 GL Regulations Πλήθος κοχλιών ανά φλάτζα Διάμετρος κύκλου κοχλιώσεων Υπολογισμός κοχλιών σύνδεσης φλάτζας έλικας z 6 D κοχ [mm] 897 Διάμετρος κοχλιών d S =16*(10 6 P/(N*D κοχ *z*σ u ) 1/2 [mm] 100 GL Regulations Υπολογισμός πάχους χιτωνίου ελικοφόρου άξονα Πάχος χιτωνίου s=0,3*d stern +7,5 [mm] 24,06 GL Regulations 27

ΜΕΛΕΤΗ ΣΤΡΕΠΤΙΚΩΝ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΩΝ ΑΞΟΝΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Μελέτη Ταλαντώσεων Μέγεθος Σύμβολο Μονάδες Τιμή Παρατηρήσεις Μέτρο διάτμησης χάλυβα G [Pa] 7,9E+10 Πυκνότητα χάλυβα ρ [Kg/m 3 ] 7600 Ροπή αδράνειας κινητήρα J eng [Kg*m 2 ] 68000 Project Guide Ροπή αδράνειας έλικας J prop [Kg*m 2 ] 26690 Σχέδιο, Cast Bronze, Inventor Διάμετρος ενδιάμεσου άξονα D inter [m] 0,453 Μήκος ενδιάμεσου άξονα L inter [m] 6,5 Γεωμετρική ροπή αδράνειας ενδιάμεσου άξονα I pinter =(π/32)*d 4 inter [m 4 ] 4,13E-03 Ροπή αδράνειας ενδιάμεσου άξονα J inter =I pinter *ρ*l inter [Kg*m 2 ] 204,23 Ισοδύναμη σταθερά ελατηρίου k 1 [N/m] 5,0E+07 Διάμετρος ελικοφόρου άξονα D stern [m] 0,552 Μήκος ελικοφόρου άξονα L stern [m] 4 Γεωμετρική ροπή αδράνειας ελικοφόρου άξονα I pstern =(π/32)*d 4 stern [m 4 ] 9,11E-03 Ροπή αδράνειας ελικοφόρου άξονα J stern =I pstern *ρ*l stern [Kg*m 2 ] 277,10 Ισοδύναμη σταθερά ελατηρίου k 2 [N/m] 1,8E+08 Ροπή αδράνειας ενδιάμεσου δίσκου J ενδ =J inter +J stern [Kg*m 2 ] 481,33 Μέθοδος με συγκεντρωμένη αδράνεια αξονικού (Διβάθμιο σύστημα) Συντελεστής Α Α 8,74E+11 Συντελεστής B Β -4,13E+17 Συντελεστής C C 9,96E+20 Συντελεστής D D 1,67E+35 Τετράγωνο πρώτης ιδιοσυχνότητας 2 ω 1 469971,80 Τετράγωνο δεύτερης ιδιοσυχνότητας ω 2 2 2425,11 Πρώτη ιδιοσυχνότητα ω 1 [rad/s] 685,54 [RPM] 6546,47 Δεύτερη ιδιοσυχνότητα ω 2 [rad/s] 49,25 Μέση γεωμετρική ροπή αδράνειας ατράκτου [RPM] 470,26 Μέθοδος με απλό μονοβάθμιο σύστημα I p [m 4 ] 6,03E-03 Τετράγωνο ιδιοσυχνότητας ω 2 [rad 2 /s 2 ] 2367,67 Ιδιοσυχνότητα ω [rad/s] 48,66 [RPM] 464,66 28

ΗΜΕΡΗΣΙΑ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΚΑΥΣΙΜΟΥ ΚΑΙ ΛΙΠΑΝΤΙΚΩΝ Κατανάλωση Καυσίμου και Λιπαντικών Μέγεθος Σύμβολο Μονάδα Τιμή Παρατηρήσεις Κινητήρας Θερμογόνος ικανότητα καυσίμου ΘΙ [kj/kg] 42700 (Project Guide) Θερμογόνος ικανότητα καυσίμου (RMG-35) ΘΙ καυσίμου [kj/kg] 39550 Ωφέλιμη ισχύς P e =P MCR [kw] 12626 Ειδική κατανάλωση καυσίμου BSFC des [g/kwh] 167 (Design [Kg/kJ] 4,64E-05 Condition) [g/kwh] 180,3 (Design Ειδική κατανάλωση καυσίμου BSFC Condition + [Kg/kJ] 5,01E-05 RMG-35) Παροχή μάζας καυσίμου κινητήρα m' FUEL =(BSFC)P e [Kg/s] 0,6324 [Kg/d] 55729 100% MCR, συνεχής Ημερήσια κατανάλωση καυσίμου κινητήρα m FUEL =1,02*3600*24* m' FUEL [t/d] 55,73 Κατανάλωση κυλινδρελαίου m' cyl. Oil [g/kwh] 0,6 Hμερήσια κατανάλωση κυλινδρελαίου m cyl.oil =m' cyl.oil *P e *24 [t/d] 0,182 Κατανάλωση συστήματος [Kg/cyl/ m' λίπανσης oil d] 6 Ημερήσια κατανάλωση [Kg/d] 30 m λιπαντικού στο σύστημα λίπανσης oil [t/d] 0,03 Ηλεκτροπαραγωγά Ζεύγη Θερμογόνος ικανότητα καυσίμου ΘΙ [kj/kg] 42700 Θερμογόνος ικανότητα καυσίμου (MGO) ΘΙ καυσίμου [kj/kg] 42700 Θερμογόνος ικανότητα καυσίμου (IFO-180) ΘΙ καυσίμου [kj/kg] 39650 Ηλεκρική ισχύς ανα γεννήτρια P el [kw] 680 Ειδική κατανάλωση καυσίμου γεννήτριας BSFC g [g/kwh] 211,08 Κατανάλωση καυσίμου γεννήτριας m' FUEL-g =BSFC g *P el [Kg/h] 143,53 Ημερήσια κατανάλωση καυσίμου m FUEL-g =m' FUEL-g [Kg/d] 3479,22 γεννήτριας *24*1,01 [t/d] 3,48 Ημερήσια κατανάλωση καυσίμου γεννητριών m FUEL-3g =N gen *m FUEL-g [t/d] 10,44 Κατανάλωση λιπαντικού γεννήτριας m' Oil-g [g/kwh] 0,5 Ημερήσια κατανάλωση λιπαντικού γεννήτριας m oil-g =m' oil-g *P el *24 [Kg/d] 8,16 Ημερήσια κατανάλωση λιπαντικού 3 γεννητριών M oil-g =3*m oil-g [Kg/d] 24,48 λειτουργία, 2% νερό Project Guide Project Guide 1% νερό 29

ΤΕΧΝΙΚΟΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ Τεχνοοικονομικά Στοιχεία Μέγεθος Σύμβολο Μονάδες Τιμή Παρατηρήσεις Κόστος MGO C MGO [$/t] 1030 Κόστος MDO C MDO [$/t] 950 Κόστος IFO 180 C IFO-180 [$/t] 700 Κόστος IFO 380 C IFO-380 [$/t] 670 Κόστος κυλινδρελαίου C CYL. OIL [$/t] 4400 Κόστος ελαίου συστήματος C OIL [$/t] 5180 Ισχύς κινητήρα P MCR [kw] 12626 Ειδικό κόστος κτήσης Κ.Μ. ΚΚ/P MCR [$/kw] 400 Κόστος κτήσης Κ.Μ. ΚΚ [$] 5050505 Ειδικό κόστος συντήρησης Κ.Μ. ΚΣ/P MCR [$/kwh] 0,004 Κόστος συντήρησης Κ.Μ. ΚΣ [$] 242424 200 ημέρες λειτουργίας Παραμονή στο λιμάνι Χρόνος στο λιμάνι d port [days] 65 Ημερήσια κατανάλωση καυσίμου γεννήτριας m FUEL-g [t/d] 3,23 MGO Αριθμός γεννητριών εν ενεργεία N gen 3 Συνολική ετήσια κατανάλωση καυσίμου γεννήτριων Κόστος καυσίμου γεννητριών M FUEL-g =m FUEL-g *N gen *d port Κ FUEL-g =C MGO *M FUEL-g [t/y] 629,85 [$/y] 648746 Πλεύση σε παράκτιες περιοχές Χρόνος στο λιμάνι d bay [days] 100 Κατανάλωση καυσίμου ΚΜ m FUEL [t/d] 55,73 Ετήσια κατανάλωση καυσίμου ΚΜ M FUEL =m FUEL * [t/y] 5573 Κόστος καυσίμου ΚΜ Ημερήσια κατανάλωση καυσίμου γεννήτριας d bay Κ FUEL =C IFO-180 *M FUEL-g [$/y] 3901100 m FUEL-g [t/d] 3,48 IFO-180 Αριθμός γεννητριών εν ενεργεία N gen 2 Συνολική ετήσια κατανάλωση καυσίμου γεννήτριων Κόστος καυσίμου γεννητριών M FUEL-g =m FUEL-g *N gen *d bay Κ FUEL-g =C IFO-180 *M FUEL-g [t/y] 696 [$/y] 8785917 30

Πλεύση σε ανοιχτή θάλασσα Χρόνος στο λιμάνι d open [days] 200 Κατανάλωση καυσίμου ΚΜ m FUEL [t/d] 55,73 Ετήσια κατανάλωση καυσίμου ΚΜ M FUEL =m FUEL * d open [t/y] 11146 Κόστος καυσίμου ΚΜ Κ FUEL =C IFO-380 *M FUEL-g [$/y] 7467820 Ημερήσια κατανάλωση καυσίμου γεννήτριας m FUEL-g [t/d] 3,48 IFO-180 Αριθμός γεννητριών εν ενεργεία N gen 2 Συνολική ετήσια κατανάλωση καυσίμου γεννήτριων Κόστος καυσίμου γεννητριών M FUEL-g =m FUEL-g *N gen *d open [t/y] 1392 Κ FUEL-g =C IFO-180 876555 *M FUEL-g [$/y] Hμερήσια κατανάλωση κυλινδρελαίου m cyl.oil [t/d] 0,182 Ετήσια κατανάλωση κυλινδρελαίου Μ cyl.oil =m cyl.oil * 300 [t/y] 54,55 Ετήσιο κόστος κυλινδρελαίου Κ cyl.oil [$/y] 240000 Ετήσια κατανάλωση λιπαντικού M oil [t/y] 15 Ετήσιο κόστος λιπαντικών Κ oil =C OIL *M oil [$/y] 80224 Συνολικό ετήσιο κόστος Κ [$/y] 22242786 Κόστος στη διάρκεια ζωής Κ total [$] 561120153 25 χρόνια 31

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β: ΚΩΔΙΚΕΣ MATLAB 32

ΚΩΔΙΚΑΣ ΓΙΑ ΤΗ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ 33

ΚΩΔΙΚΑΣ ΓΙΑ ΤΗ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ 34

35