INSTALACJA SPALIN WYLOTOWYCH
Instalacja spalin wylotowych ma za zadanie odprowadzić spaliny z siłowni poza statek i zabezpieczyć załogę przed możliwością przypadkowych oparzeń, czy też zatrucia spalinami wskutek nieszczelności przewodów. Musi też zapewniać bezpieczeństwo przeciw pożarowe statku i dawać gwarancję, że woda zaburtowa nie przedostanie się do instalacji do silników.
Objętość spalin jest średnio (2.5÷3) razy większa niż objętość doprowadzonego powietrza - głównie z powodu ich wysokiej temperatury. Mimo że w rurociągach spalin odlotowych stosuje się dość duże prędkości przepływu, 25÷50 m/s. Niewłaściwie zaprojektowana i niestarannie wykonana instalacja spalin odlotowych może prowadzić do dużych oporów przepływu spalin, co obniża radykalnie sprawność i moc silników. Przewody spalin powinny być możliwie krótkie i proste - z jak najmniejszą liczbą łuków i zagięć. Dopuszczalne sumaryczne za turbosprężarkami powietrza doładowującego opory przepływu spalin, według wymagań producentów silników okrętowych napędu głównego powinny wynosić do ok. 25÷4,0 kPa. Są to wartości bardzo niewielkie i nie jest łatwo spełnić te wymogi. Warto pamiętać, że każde 10 kPa wzrostu oporów na odlocie spalin obniża bezwzględnie ogólną sprawność tłokowego silnika spalinowego o około 2,5%. Znaczy to, że w przypadku wzrostu przeciwciśnienia spalin do ok. 0,2 MPa moc efektywna będzie równa zeru.
Na statkach rurociągi spalin wylotowych prowadzone są do komina, gdzie umieszczone są tłumiki i łapacze iskier. Z zasady każdy z silników ma oddzielny tłumik. Można także stosować wspólny tłumik dla wszystkich silników pomocniczych, np. niezależnych zespołów prądotwórczych siłowni, ale pod warunkiem, że silniki niepracujące będą zabezpieczone przed dostawaniem się do nich spalin z silników aktualnie pracujących. Tłumiki mają za zadanie obniżenie poziomu hałasu wylotu pulsującego ciśnienia spalin, a działaj na zasadzie nagłych zmian przekrojów oraz kierunków przepływu, a także pochłaniania. Firmy produkujące silniki przeważnie oferuje gotowe, najbardziej odpowiednie dla ich silników, sprawdzone w działaniu, dające stosunkowo małe opory przepływu i poważny efekt tłumienia. Tłumiki spalin, ze względu na zasadę ich działania, dzielimy na dwa rodzaje:
absorbcyjne (akcyjne - A), efektywne w tłumieniu hałasu wysokich częstości, a ich działanie polega na aktywnym pochłanianiu dźwięków przez materiały dźwiękochłonne. Zrozumiałe, że stosowane materiały dźwiękochłonne muszy być odporne na wysokie temperatury i działanie chemiczne składników spalin.
rezonansowe (reakcyjne - B, refleksyjne), są bardziej efektywne w przypadku hałasu o niskich częstościach. Ich istotą są komory rozprężeniowe, które działaj jak filtry wąskopasmowe.
absprbcyjno-reflksyjne.
Tłumiki rezonansowe, schematycznie przedstawione na rysunku składają się z dwóch komór połączonych ze sobą jednym lub kilkoma przewodami łączącymi, które posiadają na całym obwodzie i całej długości otwory o określonej średnicy (rysunek a) lub też wzdłużne wycięcia zastępujące otwory (rysunek b). Takie rozwiązanie stosuje się w zakresie wysokich częstotliwości, co jest szczególnie istotne dla silników współpracujących z turbosprężarkami doładowującymi.
Tłumiki absorpcyjne pracują na zasadzie tłumienia hałasu przez pochłanianie dźwięku przez materiały dźwiękochłonne (wióry stalowe, wełna mineralna), umieszczone w tłumiku. Materiał absorbujący fale akustyczne powinien dodatkowo zachować odporność na działanie wysokich temperatur, działania chemiczne składników spalin i ich zanieczyszczeń stałych oraz mieć odpowiednie własności wytrzymałościowe (odporność na drgania).
Tłumiki typu mieszanego (refleksyjno-absorpcyjne) są najczęściej spotykanym rozwiązaniem stosowanym w okrętownictwie. Najlepsze efekty uzyskuje się przez połączenie w jedną konstrukcję tłumika refleksyjnego rezonansowego z tłumikiem absorpcyjnym lub odpowiednie połączenie tłumika komorowego, rezonansowego i absorpcyjnego. Tłumik rezonansowo-absorpcyjny przedstawia rysunek. W rozwiązaniu tym zastosowano dodatkową bocznikową komorę rezonansową, odpowiednio dostrojoną do tłumienia hałasów o określonych częstotliwościach.
Tłumik akcyjno-reakcyjny
Tłumiki powinny być wyposażone w otwory wyczystkowe, króćce odwadniające przestrzeń wewnętrzni i powinny mieć doprowadzenie pary wodnej albo CO2 dla gaszenia pożaru w razie zapalenia się sadzy w tłumiku. Strata ciśnienia w tłumiku nie powinna przekraczać 6 kPa dla silników 4-suwowych i 3 kPa dla 2-suwowych. W przypadku, gdy na odlocie spalin zastosowany jest kocioł utylizacyjny, może on spełniać rolę tłumika, ale zazwyczaj wymaga to zastosowania dodatkowych rezonansowych komór tłumiących.
Innym urządzeniem jakie jest instalowane na rurociągach wylotu spalin są łapacze iskier. Służą one do gaszenia iskier (cząstek niedopalonego paliwa) oraz usuwają popiół i sadze niesione przez spaliny. Rozróżniamy dwa zasadnicze rozwiązania konstrukcyjne łapaczy iskier:
Mokre - zasadą suchych łapaczy jest kierowanie strumienia spalin na zewnętrzne ścianki łapacza, które są stosunkowo chłodne, co powoduje, że padające na nie iskry gasną. Bywa, że iskry są wytracane na zasadzie siły odśrodkowej.
Suche - spaliny przepływaj przez kurtynę wodną lub parową, gdzie są gaszone. Oddzielone ze spalin zgaszone iskry i inne cząstki stałe gromadzą się w komorach łapaczy, skąd okresowo są usuwane.
Tłumik i łapacz iskier mogą tworzyć jedną zintegrowaną konstrukcję, co daje w efekcie zmniejszenia ciężaru i gabarytów w stosunku do dwóch niezależnych od siebie elementów. Jeszcze jednym przykładem takiej konstrukcji może być rozwiązanie przedstawione na rysunku poniżej. Rury rezonansowe tłumika w swej górnej części- przechodzą w odpowiednio ukształtowane kolana, dzięki czemu strumień spalin jest wprawiany w ruch wirowy. Pod działaniem sił odśrodkowych cząstki stałe znajdujące się w spalinach są odrzucane na pobocznicę górnego walca, która ma na całej długości szczelinę zaopatrzoną w łopatkę skierowującą zanieczyszczenia do bocznej komory. Komora ta jest połączona króćcem ze zbiornikiem części stałych.
Tłumiki wyposażone są w otwory wyczystkowe pozwalające na okresowe czyszczenie i kontrolę stanu wewnętrznego przestrzeni tłumika oraz króćce służące do odwodnienia przestrzeni wewnętrznej, oraz do doprowadzenia CO2 i pary wodnej w przypadku zapalenia się części stałych zawartych w spalinach.
Instalacja spalin wylotowych musi mieć możliwość kompensacji długości - jako że temperatura w czasie pracy jest bardzo wysoka, w stosunku do temperatury instalacji nie pracującej. Stosowane są kompensatory typu dławnicowego lub odcinki rur typu falistego z wewnętrznymi wstawkami wygłuszającymi przepływ. Nie stosuje się łuków kompensacyjnych ze względu na duże opory przepływu spalin.
W celu zapobiegania przenikaniu hałasów spalin wylotowych na konstrukcję kadłuba, mocowanie przewodów spalinowych powinno być elastyczne. Przykład takiego mocowania przedstawia rysunek.