scan0017

oddaw*a przez silnik, jest niniejsza od mocy indykowanej (wewnętrznej). Określa to współczynnik sprawności mechanicznej sibaka

Te* sposób pomiaru może być obarczony błędem nawet dook.3%1

Podobnie jak o moc, iriełkny moment obrotowy siklika i wyróżniamy:

•    moment użyteczny,

•    moment na wale,

•    momoit na stożku    śruby.

Stosunkowo często stosowany jest wskaźnik długości siłowni względem długości statku. Na rys. 1.24 przedstawiono, jak kształtuje się ten wskaźnik dla statków handlowych o siłowniach spalinowych z napędem bezpośrednim waz pośrednim spalinowo-elektrycznym. dla siłowni na rufie i na śródokręciu. Przedstawione na tym rysunku zależności mają charakter tylko orientacyjny, gdyż nie występuje na nim parametr prędkości statku.

napędem turboparowym poprzez przekładnię elektryczną 70*90 kgśkW,

8.    dla małych szybkich    statków

wypornościowych i półślizgowych z napędem turbozespołami spaitoowymi 3* 10 k#kV,

9.    dla wodolotów z    napędem

turbozespołami spalinowymi 2*3 kgrtcW,

10.    dla poduszkowców z    napędem

turbozespołami spalinowymi 1* 1,5 kgdcW.

Tre =    '^p

p TT e	Pe
^ tq CD	•ji-n

Qp = B-W_d

siłowni na rufie statku i orientacyjne jej wielkości

P, - moc użyteczna (efektywna) silnika mierzona na końcówce wału poboru mocy.

Następne stntfy występują w przekładni i sprzęgle. Określa to wspóiezynnft sprawności przekładni

(mechanicznej, elektrycznej, hydraulicznej) sprzęgła.

P. - moc na wale (mierzona za przekładnią).

Można również dzidić straty w samej przekładni - rj, i w sprzęgle - rj^, wprowadzając sprawność przekładni 1 sprawność sprzęgła.

Wówczas:

^T1r^=T1_Ip'^Tlsp

W przypadku przekładni elektrycznej:

Tl*- sprawność prądnicy (generatora)

i^c - spraw siwci elektr

n, - spraw silnika elektrycznego

Z kolei straty w linii wałów (tarcie w łożysku oporowym, w dławnicach. w łożyskach nośnych, w łożyskach pochwy i uszczelnieniach wału śrubowego) ujmuje współezyrmk sprawności Unii walów.

Między momentem a macą oraz prędkością obrotową zachodzi zależność:

Tu, - [Nm],

P.-OT.

w - [rad],

n-[V).

IV.    WSKAŹNIKI    ENERGETYCZNE

OKRĘTOWYCH NAPĘDÓW GŁÓWNYCH

Stopień wykorzystania energii dostarczonej do wykonania pracy mechanicznej nazywany jest sprawnością. Sprawność jest miernikiem strat zachodzących w siłowni jako całości, bądź w poszczególnych maszynach i urządzeniach wchodzących w jej skład. Zwykle wyodrębnia się straty o podobnym charakterze, nadając im odpowiednie nazwy.

Sprawność jest wskaźnikiem energetycznym, a pośrednio eksploatacyjnym i ekonomicznym, gdyż stopień wykorzystania energii świadczy o walorach eksploatacyjnych maszyny i o kosztach jej eksploatacji.

Punkiem wyjścia dla określenia sprawności siłowni okrętowej jest ilość energii Q, [kJ] jaką można by uzyskać z zupełnego i całkowitego spalenia dostarczonego paliwa, przy czym z reguły przyjmujemy dolną wartość opałową paliwa.

Wskaźniki te będą nieco większe w razie uwzględnienia masy płynów w siłowni (bez zapasów), co stalowi dodatkowo na przykład ok. 4-8% masy siłowni suchg przy napędzie silnikami wolnoobrotowymi i ok. 6-15%, gdy napęd jest pośredni silnikami średnioobrotowymi.

Natomiast uwzględnienie masy zapasów paliwa, jakie statek musi zabierać na rejs, w sposób istotny rzutuje na łączny wskaźnik masy siłowni i zapasów.

Masa zapasów paliw* dla statków o dużym zasięgu pływania może być większa od masy całej siłowni suchej. To może powodować zmiany hierarchii wskaźników różnych rodzajów napędów. Ma to miejsce np. w przypadku napędu wolnoobrotowymi tłókowymi silnikami spalinowymi i napędu turboparowego. Na rys. pokazano, jak układają się względem siebie łączne wskaźniki masy siłowni oraz zapasy paliwa tych dwóch rodzajów napędu statków. Sytuacja przedstawia się odwrotnie niż u dołu rysunku - dla siłowni suchych. Pomijając nawet aspekt ekonomiczny różnicy kosztów eksploatacji tych dwóch rodngów siłowni, mniej sprawna siłownia turboparowa spala na tyle więcej paliwa, że dla rejsów dłuższych od ok. dwóch tygodni konieczność większych zapasów paliwa niweczy cały zysk ciężarowy siłowni parowych.

P, - moc na stożku śruby - pobierana przez śrubę.

Występują również straty napędowe wynikające z faktu, że tylko część energii dostarczanej na stożek śruby wykorzystywana jest do wytworzenia siły na poru. Pozostała jq część zużyta zostaje nieefektownie min na pokonanie oporów tarcia skrzydeł śruby i nadanie przyspieszenia wodzie. Określa lo współczynnik sprawności napędowej śruby lub pędnika.

B - ilość spalanego paliwa [kg],

W* - dolna wartość opałowa paliwa [I/kgj.

P_h • moc holowania statku.

Niezależnie od jego rodzaju silnika cieplnego, przetwarzającego energię cieplną na energię mechaniczna, dostarcza się w czynniku roboczym ilość - Q₄ energii cieplnej. W wyniku procesów termodynamicznych część tg energii zostanie zamieniona na energię mechaniczną. Zgodne z U zasadą termodynamiki sprawność teoretyczna (tcrmodynanuczna) tg zamiany wyrazi się wzorem:

Rys: Zależność wskaZruka łącznej masy siłowni (wraz z zapasami paliwa) od mocy napędu głównego i czasu trwania rejsu

TSS - dla siłowni z wolnoobrotowym tłokowym si bukiem spalinowym.

TSP - dla siłowni z turbiną parową

Mocą holowania - i\, nazywamy iloczyn oporu statku !kołowanego (bez śruby) R fN| i prędkości v (m/a).

L. - teoretyczna praca obiegu [Nm).

Q* - energia doprowadzana do czynnika w rzeczywistym obiegu pracy [ J].

Przy czym:

W przypadku napędu statku ze śrubą, jeśli ma on poruszać się z prędkością v. śruba naisi wytworzyć siłę naporu T, przy czym:

TżR

Wielkość strat i sprawności rzutuje bezpośrednio na jednostkowe zużycie paliwa, które jest ilością paliwa zużytego przez silnik w ciągu I godziny na 1 kilowat mocy. Zwykło się używać następujących oznaczeń dotyczących jednostkowego zużycia paliwa przez silniki główne w siłowniach okrętowych:

•    bi - jerkioetkowe zużycie paliwa odpowiadające

mocy indy kowanej w ciągu godziny [g/kWh]

• b, - jednostkowe zużycie paliwa odpowiadające mocy użytecznej (efektywnej) w ciągu godziny [g/kWh],

• b. - jednostkowe zużycie paliwa odpowiadające mocy na wale w ciągu godziny [g/kW-h].    _

gdzie:    -

Bh - godzinowe zużyrie paliwa przez silnik [kg/h], P. - moc indy kowana (wewnętrzna) [kW],

P, - moc użyteczna (efektywna) [kWJ,

P„ - moc na wale [kW],

Qd =Q_P-Q

Na przestrzeni lat w budownictwie okrętowym obserwuje się ciągłe zmniejszanie się jednostkowych współczynników masowych silników, mechanizmów, urządzeń, instalacji i całych siłowni. Pozwoliło to nn koncentrację coraz większych tnocy w siłowniach i na pływanie z większymi prędkościami. To zmniejszenie mas jednostkowych uzyskiwano poprzez:

•    stonowmie    nowych    materiałów

konstrukcyjnych.

•    dokładragszc obliczana wytrzymałościowe.

•    stosowanie nowych konstrukcji elementów    i

całych maszyn czy też urządza),

•    doskonalenie rozwiązań energetycznych    i

utylizację ciepła odpadowego,

•    zwiększanie niezawodności pracy, co prowadzi do zmniejszenia ilości części zapasowych na statku.

Q« - straty cieplne spowodowane niezupełnym i niecałkowitym spalaniem paliwa i ewentualną dysocjacją w cylindrze silnika podczas jednego obiegu pracy [J].

W przypadku tłokowych silników spalinowych wielkość wyżej wymienionych jest stosunkowo niewielka i w praktycznych obliczeniach przewważnie przyjmuje się. że Q« = Q,

Wtedy:

*1.

_r L,

B-W_d

Wskutek nieuniknionych strat wewnętrznych w silniku cieplnym, część energii zostaje rozproszona (wymiana ciepła z otoczeniem, raeszrzriności, zawirowania czynnika roboczego, str*y dławienia przy jego przepływach itp.). Ujmuje to współczynnik sprawności wewnętrznej (mdykowang).

Podczas projektowania statku, już na etapach początkowych pojawia się konieczność oszacowania wielkości (objętości, powierzchni i długości) siłowni. Pomocne w tym są wskaźniki objętościowe (gabarytowe) zwane też wskaźnikami nasyceni* siłowni mocą.

Wskaźniki te zazwyczaj odniesione są do objętości siłowni V, jej powierzchni F„ i do długości U. 0 długości siłowni decyduje przede wszystkim długość silnika napędu głównego, o powierzchni dodatkowo szerokość statku w obrębie siłowni, a o objętości także wysokość. Wymagana minimalni szerokość i wysokość siłowni, a tym samym i ewentualne miejsce jej na statku, zalety głównie od rodzaju napędu.

Na przykład w razie napędu bezpośredniego siłownia musi być wysoka, gdyż silniki sięgają nawet powyżej pokładu głównego. Podobna sytuacja może występować w siłowniach turboparowych z powodu wysokich kotłów.

Ponieważ o powierzchni, a nawet o długości siłowni w jakimś stopniu decyduje także wielkość elektrowni okrętowej (niezależnych zespołów prądotwórczych), wielkość ta me może być pomijana. Najczęścig stosowane wskaźniki gabarytowe mają postać:

L, — praca indykowana

P.+Pd

V_s

[kW/ra’1

ŁtS.

F_s

Pę+P_d

L_s

[kw/nfl

[kW/m]

Sprawność ogólna silnika 1 jego jednostkowe zużycie paliwa zależą od typu silnika i jego rozwiązania konstrukcyjnego. Współzawodnictwo pomiędzy różnymi rodzajami silników głównych

Straty mechaniczne w silniku, takie jak tarcie w łożyskach wałów silnika, tarcie w cyliiukach itp. oraz pobór mocy przez mechanizmy zawieszone na silniku powodują że moc użyteczna (efektywna) silnika.