Μηχανήματα καταστρώματος πλοίου Σημειώσεις Ναυτικών Μηχανών Βοηθητικά Μηχανήματα -Ασκήσεις α)εργάτης και βαρούλκα άκυρας : Μηχανήματα αγκυροβολίας β) Βαρούλκα προσδέσεως: Μηχανήματα για πρυμνοδέτηση και πλαγιοδέτηση και ρυμούλκηση του πλοίου γ) Βαρούλκα επωτίδων και κλιμάκων : Μηχανήματα καθαίρεσης σωστικών λεμβών δ) Μηχανήματα φορτοεκφόρτωσης ξηρού φορτίου : Γερανοί, καπόνια, βαρούλκα ε) Μηχανήματα φορτοεκφόρτωσης υγρού φορτίου : Αντλίες φορτίου, Framo, τζιφάρια στ) Μηχανήματα φορτοεκφόρτωσης αερίου φορτίου : Αντλίες, αεριοφυλάκια, αδρανές αέριο, ψυκτική εγκατάσταση ζ) Μηχανήματα φορτοεκφόρτωσης εμπορευματοκιβωτίων : Γερανοί γερανογέφυρες κλπ v1.01 επιμέλεια σημειώσεων Λεοντής Γεώργιος 1
η) Μηχανήματα επιβίβασης αποβίβασης οχημάτων : Ράμπες, θύρες κλπ Μηχανήματα ασφαλείας ελέγχου βλαβών πλοίου Αντλία πυρκαιάς : Τροφοδοτεί το δίκτυο πυρκαιάς με θαλασσινό νερό και έτσι έχουμε λήψη νερού σε πολλά σημεία του πλοίου (σταθμούς) με φορητές μάνικες και ακροσωλήνια. Αντλία ραντισμού νερού για κατάσβεση πυρκαιάς : Τροφοδοτεί το δίκτυο sprinkler για κατάσβεση σε ορισμένα σημεία του πλοίου Αντλία πυρκαιάς κινδύνου : Σε περίπτωση βλάβης ή αδυναμίας λειτουργίας της κύριας αντλίας ενεργοποιείται η αντλία κινδύνου που λειτουργεί αυτόνομα ( με πετρέλαιο ή από πηγή ενέργειας ασφαλείας) Αντλία κύτους : Για εκκένωση των χώρων του πλοίου από υγρά Αντλία κινδύνου εξαντλήσεως κυτών : Αντλία κύτους που λειτουργεί σε περίπτωση κινδύνου Μηχανήματα τηλεχειρισμού θυρών, στεγανών φρακτών : Κλείσιμο και άνοιγμα των θυρών από μακριά (γέφυρα,χώρος ελέγχου) με βοήθεια ηλεκτρικών ή υδραυλικών μηχανημάτων για λόγους ασφαλείας (διαρροής, πυρκαιάς κλπ) Αντλίες έρματος : Για την επίτευξη της αναγκαίας διαγωγής του πλοίου για ασφαλή λειτουργία ( σφυρόκρουση, ανάδυση προπέλας κλπ) Αντλίες μεταγγίσεως πετρελαίου : Σε περιπτώσεις πυρκαίας, διαρροής για αποφυγή εξάπλωσης κινδύνου και της ρύπανσης. v1.01 επιμέλεια σημειώσεων Λεοντής Γεώργιος 2
Μηχανήματα πηδαλιουχίας Μηχανισμός πηδαλίου : Έλεγχος της πορείας του πλοίου με την χρήση υδροτομής στην πρύμνη που κινείται με την βοήθεια υδραυλικού ή ηλεκτρικού μηχανισμού. Πάντα υπάρχει και σύστημα ανάγκης με χειροκίνητη λειτουργία. Σε πολλά σύγχρονα πλοία μπορεί η έλικα να συνδυαστεί με το πηδάλιο σε ένα σύστημα azipod δίνοντας στο πλοίο μεγάλες ελεικτικές δυνατότητες. Πηδάλιο Σύστημα Azipod Πρωραία και πρυμναία έλικα χειρισμών : Έλικες κάθετα στο μήκος του πλοίου τοποθετημένες για καλύτερους ελιγμούς ιδίως μέσα στα λιμάνια. Η κίνηση της έλικας γίνεται με λεκτικό ή υδραυλικό κινητήρα. Bow thruster v1.01 επιμέλεια σημειώσεων Λεοντής Γεώργιος 3
Αντιδιατοιχιστικά πτερύγια (Stabilizer) : Για την μείωση του διατοιχίσμου του πλοίου. Ανοιγοκλείνουν ανάλογα με την επιθυμητή ή όχι λειτουργίας τους και λειτουργούν σε σχετικά μεγάλες ταχύτητες stabilizer Βοηθητικά μηχανήματα ντιζελοκίνητου πλοίου Μηχάνημα επεξεργασίας πετρελαίου : Delaval- φίλτρα- προθερμαντήρες-διαχωριστές Αντλίες παροχής ή τροφοδοτήσεως πετρελαίου Αντλίες ελαίου λίπανσης Ψυγεία ελαίου Φυγοκεντρικός καθαριστής ελαίου Αντλία ψύξεως κεφαλής και κυλίνδρων Ψυγείο νερού ψύξης κύριας μηχανής Αντλία ψύξεως εμβόλων μηχανής : 2Χ μηχανές Ψυγείο ψύξεως υγρού εμβόλων Αντλία κυκλοφορίας : θαλασσινού νερού Αεροσυμπιεστές : για εκκίνηση της μηχανής Φιάλες πεπιεσμένου αέρα : για φύλαξη του αέρα v1.01 επιμέλεια σημειώσεων Λεοντής Γεώργιος 4
Ηλεκτρογεννήτριες Σε κάθε πλοίο υπάρχουν οι απαραίτητες μηχανές παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος για τις ανάγκες των μηχανημάτων. Κάθε πλοίο διαθέτει τουλάχιστον 2 ηλεκτρομηχανές που μπορούν να καλύψουν η κάθε μια όλα τα φορτία. Επίσης τα πλοία διαθέτουν και ηλεκτρομηχανές ανάγκης σε περίπτωση κινδύνου. Αυτές βρίσκονται συνήθως πάνω από το κύριο κατάστρωμα για μεγαλύτερη ασφάλεια στην λειτουργία τους. Οι ηλεκτρογεννήτριες ανάγκης είναι ικανές να τροφοδοτήσουν μόνο τα απαραίτητα μηχανήματα για την ασφαλή λειτουργία του πλοίου ( όργανα ναυσιπλοΐας, βοηθ. μηχ χειρισμών, βαρούλκα, ελάχιστος φωτισμός κλπ) Οι ηλεκτρογεννήτριες αποτελούνται από τον κινητήρα, την γεννήτρια ρεύματος και από κάποιο αναγκαία κυκλώματα και αυτοματισμούς λειτουργίας Ο κινητήρας μπορεί να είναι μια μηχανής ΜΕΚ, ένας ατμοστρόβιλος, μια ατμομηχανή. Υπάρχουν και γεννήτριες ρεύματος προσαρτημένες πάνω στην κύρια μηχανή για οικονομικότερη λειτουργία. Το ρεύμα που παράγουν είναι 110V ή 220 V σε μονοφασικό και 440V και 380V σε τριφασικό αντίστοιχα v1.01 επιμέλεια σημειώσεων Λεοντής Γεώργιος 5
Βραστήρες ή αποστακτήρες Οι συσκευές αυτές χρησιμοποιούνται για παραγωγή απιονισμένου νερού για την χρήση του στο πλοίο. Συνήθως χρησιμοποιείται ενέργεια από τις κύριες μηχανές (θερμότητα νερού ψύξεως) για ατμοποίηση του θαλασσινού νερού και παραγωγή απιονισμένου νερού. Σε σύγχρονες εγκαταστάσεις η παραγωγή απιονισμένου νερού μπορεί να γίνει και με το φαινόμενο της αντίστροφης όσμωσης. Η μέθοδος αυτή, όπως φαίνεται και από το όνομά της, βασίζεται στο φαινόμενο της όσμωσης, κατά το οποίο όταν δυο διαλύματα με διαφορετικές συγκεντρώσεις (πυκνότητες) χωρίζονται από μια ημιπερατή μεμβράνη (δηλ.μεμβράνη που δεν επιτρέπει τη διέλευση κάποιων ουσιών μέσα από αυτή,όπως π.χ. άλατα) τότε το διάλυμα με τη μικρότερη συγκέντρωση θα περάσει μέσα από τη μεμβράνη προς το πυκνότερο διάλυμα, μέχρι να εξισωθούν οι συγκεντρώσεις τους. Το φαινόμενο αυτό απαντάται πολύ συχνά στη φύση και στους ζωντανούς οργανισμούς, ανάμεσά τους και ο άνθρωπος, καθώς πολλές κυτταρικές λειτουργίες βασίζονται σ αυτό, για παράδειγμα το δέρμα,τα νεφρά, οι πνεύμονες και τα ίδια τα κύτταρα λειτουργούν λίγο ως πολύ ως μεμβράνες. Η πίεση που πρέπει να ασκηθεί στην πλευρά του πυκνότερου διαλύματος για να μην λάβει χώρα το φαινόμενο της όσμωσης ονομάζεται οσμωτική πίεση. v1.01 επιμέλεια σημειώσεων Λεοντής Γεώργιος 6
Αντλίες Αντλίες ονομάζουμε τα μηχάνημα που αναρροφούν από ένα σημείο και καταθλίβουν σε άλλο σημείο ένα ρευστό. (υγρό ή αέριο) Σε κάθε πλοίο υπάρχει μεγάλος αριθμός αντλιών που εξυπηρετούν κάθε ανάγκη για την προωστήρα εγκατάσταση, τα βοηθητικά μηχανήματα και τα μηχανήματα φορτοεκφόρτωσης. Τα βασικά χαρακτηριστικά των αντλιών είναι : 1) Τα ύψη της αντλίας, το μέγιστο ύψος αναρρόφησης και κατάθλιψης 2) Η παροχή : η ποσότητα του ρευστού που μπορεί να αναρροφήσει και να καταθλίψει 3) Ο βαθμός απόδοσης ή το έργο της αντλίας 4) Η ισχύς της αντλίας ή η ιπποδύναμη που απαιτείται για την λειτουργία της Η σειρά αυτή παίζει σημαντικό ρόλο στην επιλογή της κατάλληλης αντλίας για κάθε χρήση. Βασικές κατηγορίες αντλιών Αντλίες Εκτοπίσεως : 1) Εμβολοφόρες αντλίες : Παρέχουν μεγάλα ύψη αλλά μικρές παροχές ενώ έχουν και μεγάλες φθορές v1.01 επιμέλεια σημειώσεων Λεοντής Γεώργιος 7
2) Περιστροφικές αντλίες : Κυρίως κυκλοφορητές μηχανών με μεγάλη διάρκεια ζωής και αρκετά καλή παροχή Αντλίες Φυγοκεντρικές : Οι αντλίες αυτές παρουσιάζουν μεγάλη παροχή, μικρά ύψη αλλά μεγάλη διάρκεια ζωής Υπάρχει ένα στροφείο που περιστρέφεται και με την βοήθεια ης φυγοκέντρου δύναμης γίνεται η αναρρόφηση και κατάθλιψη. framo v1.01 επιμέλεια σημειώσεων Λεοντής Γεώργιος 8
Καταναλώσεις Ορίζουμε ως ειδική κατανάλωση την κατανάλωση μιας μηχανής ανά ίππο και ώρα. Με τον τρόπο αυτό μπορούμε να συγκρίνουμε ως προς την οικονομική τους λειτουργία τις μηχανές. Αναλυτικά παρουσιάζονται οι ειδικές καταναλώσεις για τις μηχανές : Δίχρονες πετρελαιομηχανές Τετράχρονες πετρελαιομηχνές Σύστημα λέβητα-ατμοστροβίλου Σύστημα λέβητα-παλ. Ατμομηχανής Αεριοστρόβιλοι 110-140 gr/hp*h 130-210 gr/hp*h 200-240 gr/hp*h 250-400 gr/hp*h 200-250 gr/hp*h Εννοείται ότι όταν συγκρίνουμε τις μηχανές μεταξύ τους αναφερόμαστε στο ίδιο καύσιμο. Τι γίνεται όμως η ενέργεια του καυσίμου? Σε μια δίχρονη μηχανή ο θερμικός ισολογισμός παρουσιάζεται παρακάτω : Θερμικός ισολογισμός δίχρονου κινητήρα v1.01 επιμέλεια σημειώσεων Λεοντής Γεώργιος 9
Αντίσταση πλοίου Νόμος της έλικας Σημειώσεις Ναυτικών Μηχανών Βοηθητικά Μηχανήματα -Ασκήσεις Ένα πλοίο που κινείται στο νερό δέχεται τις παρακάτω αντιστάσεις : Ανάλογα με τον τύπο του πλοίου οι συνιστώσες αλλάζουν. Σε ένα δεξαμενόπλοιο η αντίσταση τριβής είναι το 70 με 90% της συνολικής. Αντίθετα σε ένα γρήγορο επιβατηγό δεν ξεπερνάει το 40 % και η υπόλοιπη αντίσταση λαμβάνει μεγάλα ποσοστά 50-55%. Η αντίσταση αέρα δεν ξεπερνά το 2 % Πως μπορούμε όμως να επιλέξουμε το κατάλληλο σύστημα πρόωσης? Γενικά στα συμβατικά πλοία από μια ταχύτητα και πάνω η ολική αντίσταση του πλοίου αυξάνεται πάρα πολύ!!! Η ταχύτητα αυτή εξαρτάται από το μήκος του πλοίου σε μεγάλο ποσοστό. Ισχύει ο νόμος της έλικας που μας δίνει την σχέση μεταξύ αντίστασης του πλοίου και ταχύτητας : v1.01 επιμέλεια σημειώσεων Λεοντής Γεώργιος 10
Αν έχουμε ένα διάγραμμα της σχέσης αυτής βλέπουμε ότι : Από μια ταχύτητα και πάνω η αντίσταση του πλοίου αυξάνεται πάρα πολύ και όση και ισχύ να έχει η μηχανή δεν αναπτύσσει μεγαλύτερη ταχύτητα. Θα λέγαμε δηλαδή ότι το συγκεκριμένο πλοίο μπορεί να κινηθεί σε υπηρεσιακή ταχύτητα μεταξύ 15 και 18 knots. Σε αυτήν την περιοχή λειτουργίας ισχύει : P = c. V 3 Για αύξηση της ταχύτητας 1 μιλίου απαιτείται αύξηση τριπλάσια στην ισχύ! v1.01 επιμέλεια σημειώσεων Λεοντής Γεώργιος 11
Άσκηση 1 Έστω ότι πλοίο διαθέτει μια μηχανή 10000 HP τετράχρονη και έχει μέγιστη ταχύτητα 15 knots. α) Ποιά περίπου η κατανάλωση του πλοίου την ημέρα για την πλεύση του στην μέγιστη ταχύτητα? β) Πόση κατανάλωση θα είχε αν κινούνταν με 1 knot λιγότερο? α) Εστω ότι η τετράχρονη μηχανή είχε ειδική κατανάλωση e=150gr/hp*h Αρα η κατανάλωση για μία ημέρα στην μέγιστη ταχύτητα θα είναι : Κατανάλωση =( 150gr/HP*h) * 24h * 10000 HP = 36000000 gr =36 tn β) Λόγω του νόμου της έλικας ισχύει : P = c. V 3 Άρα μεταξύ δύο καταστάσεων P 1 / P 2 =V 1 3 / V 2 3 P 2 = P 1 * (V 2 3 / V 1 3 ) = 10000HP (14 3 / 15 3 ) = 8130 HP Η ιπποδύναμη χρειάζεται για την πλεύση του στα 14 knots Αρα η κατανάλωση την ημέρα θα είναι : Κατανάλωση (14knots) =( 150gr/HP*h) * 24h * 8130HP = 292693333 gr =29.3 tn v1.01 επιμέλεια σημειώσεων Λεοντής Γεώργιος 12
Ολίσθηση έλικας Βήμα της έλικας P είναι η απόσταση που θα προχωρούσε σε μια πλήρη περιστροφή της έλικα (360 ο ). Η έλικα όμως όταν περιστρέφεται ολισθαίνει μέσα στο νερό. Εάν η έλικα δεν ολίσθαινε καθόλου, δηλαδή, εάν το νερό μέσα στο οποίο "βιδώνεται" δεν υποχωρούσε (δηλαδή, εάν το νερό δεν επιταχυνόταν προς τα πίσω), η έλικα θα προχωρούσε μπροστά με ταχύτητα p x n, όπου n είναι ο ρυθμός περιστροφής της έλικας Υπάρχει η φαινόμενη και η πραγματική ολίσθηση μιας έλικας Ο φαινόμενος λόγος ολίσθησης S A, που υπολογίζεται από το πλήρωμα, δίδει μία αποτύπωση των φορτίων, που ασκούνται στην έλικα κάτω από διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας. Ο φαινόμενος λόγος ολίσθησης αυξάνεται, μεταξύ άλλων, όταν το σκάφος πλέει αντίθετα με τον άνεμο ή τα κύματα, σε ρηχά νερά, όταν η γάστρα είναι ρυπασμένη, και όταν το σκάφος επιταγχύνει. Γενικά ο φαινόμενος λόγος ολίσθηση μας δίνει την αίσθηση της κίνηση του πλοίου ως προς την ξηρά. Ο φαινόμενος λόγος ολίσθησης S A, που είναι αδιάστατος, ορίζεται ως: v1.01 επιμέλεια σημειώσεων Λεοντής Γεώργιος 13
Όπου V : φαινόμενη ταχύτητα πλοίου P : βήμα της έλικας n : αριθμός στροφών έλικας Στην πραγματικότητα όταν το πλοίο κινείται τότε δημιουργείται ένα στρώμα νερού γύρω από την επιφάνεια της γάστρας και κινείται μαζί με το πλοίο. Αυτό λέγεται ομόρους του πλοίου και εξαρτάται από την μορφή της γάστρας του πλοίου και την ταχύτητα. Το πλοίο και άρα η έλικα λειτουργεί (περιστρέφεται) μέσα σε νερό το οποίο κινείται μαζί με το πλοίο και όχι σε σχέση με την υπόλοιπη θάλασσα. Άρα η πραγματική ολίσθηση της έλικας είναι ακόμη μεγαλύτερη Ο πραγματικός λόγος ολίσθησης θα είναι μεγαλύτερος από τον φαινόμενο, γιατί η πραγματική ταχύτητα προχώρησης V A της έλικας είναι, όπως προαναφέρθηκε,μικρότερη από την ταχύτητα του πλοίου V. Γενικά η πραγματική ολίσθηση είναι δύσκολο να υπολογισθεί ειδικά πάνω από το πλοίο. Περισσότερο υπολογίζουμε την φαινόμενη ολίσθηση. v1.01 επιμέλεια σημειώσεων Λεοντής Γεώργιος 14
Άσκηση 2 Έστω πλοίο που πραγματοποίησε ταξίδι μεταξύ δύο λιμένων. Η μέση ταχύτητα του πλοίου ήταν 12 knots. Το πλοίο διαθέτει έλικα βήματος P = 5 m και ο ρυθμός περιστροφής της έλικας σε όλο το ταξίδι ήταν 80 στροφές το λεπτό. Ποιά είναι η φαινόμενη ολίσθηση του πλοίου? Αν η πραγματική ταχύτητα προχώρησης είναι 11 knots ποιά θα είναι η πραγματική ολίσθηση? Η φαινόμενη ολίσθηση δίνεται από τον τύπο : S A =1-(V/pxn) V=12 knots = 12*0.5144*60 = 370 m/min P=5m N=80rpm/min Άρα : S A =1-(370/5x80)=0.075 ή 7,5% ολίσθηση Η πραγματική ολίσθηση είναι : V=12 knots = 11*0.5144*60 = 339.5 m/min S R =1-(V A /pxn) Άρα : S A =1-(339.5/5x80)=0.15 ή 15% ολίσθηση v1.01 επιμέλεια σημειώσεων Λεοντής Γεώργιος 15
Άσκηση 3 Έστω πλοίο που πραγματοποίησε ταξίδι μεταξύ δύο λιμένων. Η μέση ταχύτητα του πλοίου ήταν 15,5 knots. Η θεωρητική ταχύτητα του πλοίου είναι 16 knots Ποιά η ολίσθηση της έλικας? Αν το πλοίο διαθέτει έλικα βήματος P = 5,1 m ποιός ο ρυθμός περιστροφής της έλικας σε όλο το ταξίδι? Εαν ξέρουμε την ταχύτητα του πλοίου και την θεωρητική ταχύτητα μπορούμε να υπολογίσουμε την ολίσθηση : Ολίσθηση = (Vθεωρ V) / Vθεωρ= (16-15.5)/16 = 0.03125 ή 3,125 % Αν ξέρουμε το βήμα και την ταχύτητα του πλοίου μπορούμε να υπολογίζουμε τις στροφές της μηχανής : Ταχύτητα θεωρητική = Βήμα Χ Στροφές έλικας => Στροφές έλικας = Ταχύτητα θεωρητική/βήμα= = 16knots *0.5144*60/5.1m=493.8m/min/5.1=96.8 RPM v1.01 επιμέλεια σημειώσεων Λεοντής Γεώργιος 16