Klasyfikacja elektrowni okrętowych.

• Elektrownie ogólnego przeznaczenia – znajdują się na wszystkich jednostkach pływających, zasilają ogólnookrętową sieć elektryczną

• Elektrownie specjalne – zasilają wydzielone systemy elektroenergetyczne np. elektryczny napęd główny, układy stabilizacji pozycji na platformach wiertniczych itp.

• Elektrownie awaryjne.

Dobór mocy elektrowni

• Metody wskaźnikowe

1. Równania regresyjne uzależniające wielkość elektrowni od jednego lub więcej parametrów statku (moc silnika głównego, nośność, liczba pasażerów i załogi itp.)

2. Wykresy wskaźnikowe wykonane drogą szacunkowych obliczeń dla określonego typu statku.

• Wykonanie bilansu energetycznego

1. Znajomość wszystkich odbiorników zainstalowanych na statku (ich mocy), wyodrębnienie podstawowych grup urządzeń np. wentylacyjne, pokładowe, gospodarcze itp.

2. Określenie typowych stanów eksploatacyjnych jednostki pływającej wraz z wyszczególnieniem zapotrzebowania na moc poprzez pracujące odbiorniki (średnią, maksymalną)

3. Wykonanie zestawień bilansowych

Współczynnik obciążenia:

Dobór mocy elektrowni – podział mocy na prądnice

• Określenie charakterystycznych stanów eksploatacyjnych jednostki i zapotrzebowania na energię elektryczną w czasie tych stanów np.:

• Postój w porcie

• Przejście morzem

• Manewry

• Postój na kotwicy

• Postój podczas wyładunku

• Wybieranie sieci

• Holowanie.

Prądnice okrętowe.

• Niezależne zespoły prądotwórcze

• Zalety:

• Elastyczność pracy (zazwyczaj 2-6 agregatów)

• Gotowość do działania

• Niezawodność działania

• Wady

• Ciężar i objętość (oddzielne instalacje obsługujące, zajmowane miejsce)

• Duże koszty eksploatacyjne (koszt paliwa lekkiego, koszt obsług)

• Drgania i hałas.

Prądnice wałowe.

• Zalety:

• Niskie koszty wytwarzania energii elektrycznej.

• Możliwość „odstawienia” niezależnych zespołów prądotwórczych

• Zmniejszenie hałasu i drgań

• możliwość „dociążenia” silnika głównego

• Wady:

• konieczność stosowania układów regulacji napięcia (częstotliwości)

• praca prądnicy tylko w czasie pracy układu napędowego.

Turboprądnice zasilane parą z kotłów utylizacyjnych

Pędniki okrętowe

• Charakterystyki oporowe

a – współczynnik kształtu paraboli

m – wykładnik potęgowy (m = 2-3)

v – prędkość jednostki

WZ – warunki zewnętrzne

TJ – typ jednostki (np. kształt kadłuba, ilość wystających części, liczba śrub, załadowanie itp.)

Pędniki

• Pędniki śrubowe:

- Klasyczne

- Inne

• Wodnostrumieniowe

• Cykloidalne

• Śmigło lotnicze

Śruby – współczynnik posuwu

Charakterystyka obrotowa

Śruba w dyszy

Dysza przyspieszająca – podnosi efektywność śruby pracującej przy dużych obciążeniach – małe prędkości, duży napór.

Śruby nastawne

Są to śruby , w których położenie skrzydeł względem osi obrotu , określające skok śruby. Może być zmieniane za pomocą mechanizmu zmiany skoku.

- umożliwiają wykorzystanie pełnej mocy zainstalowanych silników napędowych w różnych warunkach eksploatacyjnych

- umożliwiają zmianę prędkości lub uciągu jednostki pływającej przy zachowaniu stałej prędkości obrotowej silnika

- możliwość realizacji biegu wstecz bez konieczności zmiany kierunków obrotu wału napędowego.

Śruby – kawitacja

Kawitacja - zjawisko wrzenia cieczy opływającej profil ciała, występujące przy jego powierzchni wskutek zmniejszenia się ciśnienia pod wpływem wzrostu prędkości. Gdy ciśnienie statyczne zmaleje poniżej ciśnienia nasycenia odpowiadającego temperaturze w jakiej znajduje się ciecz, następuje wrzenie. Zjawisko to występuje w tych miejscach śruby okrętowej których prędkości opływu są największe.

Kawitacja:

• Spadek sprawności

• Erozja kawitacyjna

• Szumy.

Zapobieganie:

• stosowanie odpowiednich profili np. mała względna grubość profilu;

• zwiększenie powierzchni skrzydła;

• zmniejszenie liczby skrzydeł;

• zwiększenie zanurzenia osi śruby.

Przekładnie azymutalne (śrubo stery)

Realizacja przez pędnik dwóch funkcji : napędu i sterowania.

Istotą rozwiązań tych pędników jest to , że śruba , odmiennie niż w klasycznym rozwiązaniu linii wałów , napędzana jest przez przekładnię typu “Z” z równoczesną możliwością obrotu wokół pionowej osi przekładni

Pędnik cykloidalny

Cechy charakterystyczne pędników cykloidalnych:

• bezstopniowe sterowanie naporem zarówno pod względem wielkości jak i kierunku w pełnym zakresie 360o

• sprawność pędnika jest taka sama w całym zakresie 360o i dlatego moc silnika głównego może być wykorzystana maksymalnie natychmiast w dowolnym kierunku

• silnik napędowy może pracować ze stałą lub zmienną prędkością obrotową optymalnie przystosowaną do warunków pracy i stałym kierunkiem obrotów w czasie wszystkich manewrów

• prędkość obrotowa pędnika jest względnie mała, co sprawia, że konstrukcja jest niezwykle solidna i wytrzymała - układ napędowy działa niezawodnie i pewnie nawet w ekstremalnie trudnych warunkach

• układ napędowy i układ sterowania stanowią jeden wspólny, zwarty, a tym samym prosty w obsłudze system.

Pędnik wodnostrumieniowy

Zasadę działania napędu strugowodnego opisuje III zasada dynamiki Newtona: Jeśli ciało A działa na ciało B siłą F (akcja), to ciało B działa na ciało A siłą (reakcja) o takiej samej wartości i kierunku, lecz o przeciwnym zwrocie. W wyniku odrzucania masy wody powstaje reakcja będąca w tym przypadku naporem, który wykorzystywany jest do napędzania oraz manewrowania jednostką.

Pędnik wodno strumieniowy – sprawność napędowa

Pompy:

• osiowe

• odśrodkowe

• diagonalne

• śmigłowe

Pędniki wodnostrumieniowe – zalety:

• wysoka sprawność dla dużych prędkości

• zwarta konstrukcja – niewielkie rozmiary

• małe zanurzenie jednostki pływającej

• wysoka trwałość

• brak oporów pędnika niepracującego.

Instalacje rurociągów okrętowych:

• Siłownie:

• Paliwowe

• Oleju smarowego

• Chłodzenia

• Spalin wylotowych.

• Ogólnookrętowe

• Przeciwpożarowe

• Sanitarne

• Wentylacyjne.

• Specjalne.

Klasyfikacja instalacji rurociągowej okrętowej

• Siłownie - przeznaczone do obsługi układu napędowego oraz mechanizmów pomocniczych siłowni; zlokalizowane przede wszystkim w obrębie przedziału maszynowego.

• Ogólnookrętowe - przeznaczone do obsługi jednostki pływającej w zakresie:

• Bezpieczeństwa ppoż.

• Zachowania stateczności i niezatapialności jednostki pływającej

• Potrzeb socjalno – bytowych załogi.

• Specjalne - występują w zależności od przeznaczenia jednostki pływającej (jej specyfiki) np.:

• Instalacje transportowe ładunku płynnego na zbiornikowcach,

• Instalacje technologiczne na jednostkach rybołówstwa,

• Instalacje obsługi uzbrojenia na okrętach itp.

Maszyny i urządzenia stosowane w instalacji rurociągów okrętowych.

• Pompy

• Wyporowe np.:

- tłokowe

- śrubowe

- zębate

• Wirowe

• Strumieniowe

• Sprężarki:

• Wyporowe

• Tłokowe.

• Wentylatory, dmuchawy

• Wymienniki ciepła:

• Kotły parowe

• Podgrzewacze (wodne, parowe, elektryczne) – wody, powietrza, oleju smarowego, paliwa

• Chłodnice – wody chłodzącej, oleju smarowego, powietrza doładowującego

• Wyparowniki.

Rodzaje układów przenoszenia napędu

• spalinowo – mechaniczny

• spalinowo – elektryczny

• spalinowo – hydrauliczny.

Napęd bezpośredni silnikiem tłokowym

1 –wał pośredni; 2 – łożysko montażowe; 3 – uziemienie; 4 – łożysko nośne; 5 – wał śrubowy;

6 –uszczelnienie przednie pochwy wału śrubowego; 7 – łożysko pochwy;

8 – uszczelnienie tylne pochwy; 9 – śruba napędowa; 10 – kołpak; 11 – koło zamachowe;

12 – silnik główny; 13 – gródź skrajnika rufowego; 14 – połączenie kołnierzowe

Przekładnie:

• Mechaniczne

• Zębate

• Koła o zębach prostych

+ proste wykonanie

- głośna praca

• Śrubowych – skośnych

+ cicha praca

+ większa niż przy zębach prostych nośność

- występuje siła wzdłużna

• Łukowych

• Daszkowych – strzałkowych

+ cicha praca

+ wysoka nośność

+ siła wzdłużna znosi się (czyli jej brak)

- skomplikowana konstrukcja i obróbka

• Pasowe

• Łańcuchowe

• Hydrokinetyczne

• Elektryczne.

Przekładnie planetarne

• przenoszenie dużych mocy i uzyskiwanie dużych przełożeń przy stosunkowo małych wymiarach,

• pośredniczące działanie pomiędzy kołem centralnym a wieńcem może spełniać więcej niż jeden satelita, co umożliwia zastosowanie zasady wewnętrznego podziału obciążenia,

• kilkakrotnie lżejsze od zwykłych przekładni o podobnych parametrach.

Charakterystyka przekładni mechanicznej

1. Przekładnie geometryczne

1. Przekładnie kinematyczne

1. Współczynnik przełożenia kinematycznego

1. Sprawność przekładni

1. Współczynnik przełożenia dynamicznego

Charakterystyka przekładni hydrokinetycznej

1. Zmiana prędkości obrotowej i momentu obrotowego

Przekładnie elektryczne

Przekładnia elektryczna - w odniesieniu do okrętowych napędów głównych - obniża wprawdzie nieco sprawność ogólną siłowni, jednak ma wiele bardzo cennych zalet, m.in.:

1. Pozwala realizować nawrotność przy nienawrotnym silniku głównym i zapewnia pełną moc biegu wstecz.

2. Ułatwia manewrowanie, tj. zmiany prędkości obrotowej śruby, rozruch i zatrzymanie statku, w stosunku do układów napędowych bezpośrednich lub z przekładnią mechaniczną, stanowisko sterowania siłownią można łatwo umieścić w dowolnym miejscu.

3. Umożliwia najkorzystniejsze rozmieszczenie głównych urządzeń statku, usuwa potrzebę stosowania długich linii wałów.

4. Przy kilku zespołach prądotwórczych zwiększa niezawodność pracy siłowni oraz jej elastyczność i ekonomiczność przez stopniowe dostosowywanie mocy do aktualnego zapotrzebowania.

Ogólna budowa sprzęgła linii wałów

Zadania sprzęgła

• Połączenie poszczególnych odcinków linii wałów

• Tłumienie drgań

• Kompensacja załamania osi linii wałów

• Umożliwienie odłączenia wału napędowego od wału napędzanego.

Klasyfikacja sprzęgieł

• Sztywne

• Elastyczne

• Rozłączne

• Cierne

• Hydrokinetyczne

• Nierozłączne

• Kołnierzowe

• Zębate

• Tarczowe

• Kłowe

• Palcowe

• Oponowe

• Przeponowe

Łożyska linii wałów

• Oporowe

• Nośne

• Wału śrubowego

• Wzdłużne – poprzeczne

• Ślizgowe – toczne

Sprawność ogólna silnika

Sprawność ogólna silnika określa stosunek uzyskanej mocy do strumienia energii doprowadzanej w formie ciepła, a uzyskane ze spalania paliwa