2. Pytania na obrone - funkcja siłownie okrętowe

1. Przedstawić podział (klasyfikację) siłowni okrętowych według różnych kryteriów.

2. Przedstawić wzór na sprawność energetyczną siłowni okrętowej i wymienić techniczne sposoby jej podwyższenia

Sposoby podwyższenia sprawności:

1. stosowanie urządzeń, silników napędu głównego i pomocniczych oraz kotłów opalanych o najwyższych sprawnościach ogólnych.

2. Stosowanie utylizacyjnych kotłów pomocniczych wykorzystujących ciepło spalin silników głównych do produkcji pary

3. Stosowanie prądnic wałowych na głównych układach napędowych

4. Wykorzystywanie pary z kotła utylizacyjnego do napędu turboparowego zespołu prądotwórczego

5. Stosowanie turbosprężarki na M/E

6. Wykorzystywanie energii spalin M/E do napędu turbiny gazowej zwana turbiną mocy

7. Wykorzystywanie energii spalin M/E do napędu turbogazowego zespołu prądotwórczego

8. Wykorzystywanie ciepła z chłodzenia powietrza doładowującego M/E do celów grzewczych

9. Wykorzystanie ciepła wody chłodzącej M/E do celów grzewczych i produkcji wody słodkiej w wyparownikach podciśnieniowych

3. Omówić wady i zalety stosowania prądnic zawieszonych (wałowych) na głównych układach napędowych.

Zalety:

• zmniejszenie kosztów wytwarzania energii elektrycznej, gdyż sprawność silników głównych jest wyższa niż pomocniczych

• stabilizacja pracy silnika głównego

• zmniejszenie kosztów inwestycyjnych o 1 zespół prądotwórczy

• wydłużenie okresów międzynaprawczych i obniżenie kosztów remontów i części zamiennych

• zmniejszenie hałasu i ilości wydzielanego ciepła

Wady:

• wytwarzanie energii tylko podczas pracy M/E

• stabilizacja częstotliwości prądu za pomocą zewnętrznych urządzeń

4. Przedstawić rozdział energii w postaci wykresu Sankey’a nowoczesnego wolnoobrotowego silnika okretowego napedu glownego. Omowic mozliwosci wykorzystania ciepla strat energetycznych silnika w silowni (utylizacja ciepla)

1 - energia doprowadzona z paliwa

2 - energia użyteczna

3 - 25% - straty ciepła spalin

4 - 15% - ciepło chłodzenia IC

5 - 7% - ciepło chłodzenia cylindrów i głowic

6 - 4% - ciepło chłodzenia oleju smarnego

7 - 0,5% - ciepło strat promieniowania

Możliwości wykorzystania ciepła strat energetycznych:

• Stosowanie utylizacyjnych kotłów pomocniczych wykorzystujących ciepło spalin silników głównych do produkcji pary

• Wykorzystanie energii spalin odlotowych M/E do napędu turbosprężarki doładowującej

• Wykorzystanie spalin M/E do napędu turbiny gazowej zwanej turbiną mocy

• Wykorzystanie energiii spalin M/E do napędu turbogazowego zespołu prądotwórczego

• Wykorzystanie ciepła chłodzenia powietrza doładowującego M/E do celów grzewczych

5. Przedstawić schemat obiegu siłowni parowej Clausiusa - Rankine’a, podać wzór na jego sprawność i omówić sposoby jej podwyższania.

Legenda:

ηCR - sprawność cieplna obiegu

lt - praca właściwa turbiny

qk - ciepło właściwe doprowadzone do czynnika

i2 - entalpia właściwa na wlocie do kotła

i3 - entalpia właściwa na wlocie do turbiny

i4 - entalpia właściwa na wylocie z turbiny

Sposoby podwyższenia sprawności:

• podwyższenie ciśnienia i temperatury w kotle

• obniżenie ciśnienia w skraplaczu

• miedzystopniowe przegrzewanie pary

• regeneracyjne podgrzewanie wody zasilającej

• wykorzystanie pary odlotowej z urządzeń pomocniczych do podgrzewania wody zasilającej

• zastosowanie prądnic i mechanizmow pomocniczych zawieszonych na glownym ukladzie napedowym

6. Przedstawić charakterystykę oporową kadłuba statku R=f(V) i omówić czynniki wpływające na zmainę oporu podczas eksploatacji statku

R=k*v^n

R – opór ruchu statku [N, kN]

Czyli siła, z jaką woda przeciwstawia się ruchowi kadłuba.

K – współczynnik oporu

Zależy m.in. od kształtu kadłuba, zanurzenia, stanu powierzchni kadłuba, warunków pływania itd. I właśnie dlatego na slajdzie wymieniono czynniki wpływające na zmianę �.

v – prędkość statku [m/s, czasem w węzłach]

Im większa prędkość, tym większy opór.

n – wykładnik potęgowy, określający jak szybko opór rośnie wraz z prędkością.

Czynniki wpływające na zmianę k:

• porastanie kadłuba wodorostami, skorupiakami i glonami

• pogorszenie warunków hydrometeorologicznych

• odkształcenie poszycia kadłuba (od fal i ładunku)

• pływanie po wodach ograniczonych (np kanałach) inne rozchodzenie sie fal

7. Omówić rodzaje pędników stosowanych na jednostkach pływających. Wymienić wady i zalety układów napędowych ze śrubą nastawną (rodzaje pędników)

• koła łopatkowe

łopatki zamocowane są obrotowo do koła który napędzany jest wałem. Podczas obrotu koła łopatki zmieniają kąt ustawienia. Wytwarza to napór czym napędza jednostkę. Niska prędskośc obrotowa, napęd spalinowy, elektryczny, hydrauliczny lub parowy. Stosowane rzadko na wycieczkowcach na akwenach zamknietych.

• śruby napędowe

najpowszechniejszy rodzaj pędników. Skrzydła śruby działają jak płaty nośne poruszające sie w srodowisku wodnym. Powstaje sila nosna w srodku naporu skrzydla. Śruba/śruby jest umieszczona w czesci rufowej. Dwie śruby kręcą sie w przecwinym kierunku umiejscowione są symetrycznie. Sprawność dla stałego skoku 70%, dla nastwanej 67%.

• Pędniki strugowodne (wodnoodrzutowe, strumieniowe)

Wytwarzają siłę naporu za pomocą strumienia wody wytłaczanego z dużą prędkością z tunelu wewnątrz kadłuba. Strumień wytwarzany jest przez pędnik o zarysie śruby napędowej, śruby kardana, pompy śmigłowej bądź diagonalnej. Strumień kierowany jest przez dyszę obrotową lub łopatki kierownicze co pozwala na sterowanie.

• pędniki azymutalne (śrubostery)

pełnią funkcję napędową i sterową. Zastosowana śruba jest umocowana do gondoli zawieszonej na trzonie oborotowym pod kadłubem statku. Napęd hydrauliczny umożliwia obrót o 360 stopni, Napędzana jest silnikiem statku poprzez wał i przekładnie kątową.

• pędniki gondolowe

azymutalne dostosowane do przenoszenia wielkich obciążeń i mocy (20000kW)

• pędniki cykloidalne (pędniki Voith-Schneidera)

Pozwalają na napędzanie i sterowanie. Są to pionowe łopatki ustawione na wirującej tarczy. Statek musi być wyposażony w dwa takie pędniki aby się nie obracał. Mogą być napędzane elektrycznie lub spalinowo. Sprawnosc 50%

7. Omówić rodzaje pędników stosowanych na jednostkach pływających. Wymienić wady i zalety układów napędowych ze śrubą nastawną (wady i zalety śruby nastawnej)

Zalety:

• Wykorzystanie pełnej mocy silnika w różnych warunkach pracy

• możliwość zastosowania silnika nienawrotnego

• płynna zmiana prędkości i kierunku pływania przy stałej prędkości obrotowej

Wady:

• trochę niższa sprawność

• bardziej skomplikowana konstrukcja

• większe koszty produkcji

8. Przedstawić pole pracy (dopuszczalnych obciążeń) spalinowego, doładowanego silnika tłokowego napędu głównego. Opisać krzywe (charakterystyki) ograniczające to pole

Obszar mocy dla pracy trwałej - pole: E, 1, 2, 3, 4, 5, E

Obszar mocy dla pracy czasowo ograniczonej - pole Z, 1', 2, 3, 4, 5

Pole pracy możliwego pompowania: 2, 2', 3.

E – eksploatacyjny punkt współpracy silnik–śruba
Z – znamionowy punkt współpracy silnik–śruba

k_z​ – charakterystyka śruby znamionowa
k_u – charakterystyka śruby (najcięższa)
p – granica pompowania
r, r′ – charakterystyki regulatorowe
h_e1 – eksploatacyjna nastawa paliwa

h_e2 – eksploatacyjna nastawa paliwa poniżej której może wystąpić pompowanie
h_z (M_0max) - nastawa znamionowa paliwa, powyżej blokada listwy (moment maksymalny)
h_m – nastawa biegu jałowego

n_min⁡ – minimalne obroty silnika

1 - praca na uwięzi

2 - punkt pompowania przy nastawie h_e2

3 - minimalna prędkość obrotowa

9. Wymienić elementy spalinowego silnika tłokowego napędu głównego podlegające obiegowemu chłodzeniu wodą słodką chłodzącej cylindry. Wymienić zadania zbiornika wyrównawczego w tej instalacji.

Chłodzeniu podlegają:

• tuleje cylindrowe

• głowice

• korpusy i gniazda zaworowe

• dławice trzonów tłokowych

• korpusy turbosprężarek

Zbiornik wyrównawczy pozwala na:

• grawitacyjny napływ wody na ssanie pompy

• uzupełnienie wody chłodzącej

• dozowanie chemikaliów

• odpowietrzenie instalacji

10. Wymienić odbiorniki wody morskiej w siłowni z konwencjonalną instalacją (starszego typu). Jakie zalety i wady posiada centralny system chłodzenia (instalacja z chłodnicą centralną) w stosunku do konwencjonalnego rozwiązania starszego typu.

(Odbiorniki)(12)

Odbiorniki konwencjonalnej instalacji chłodzenia wodą morską:

1. woda słodka w obiegach chłodzenia silników głównych i pomocniczych

2. silniki główne i pomocnicze w trybie awaryjnym

3. olej smarowy w obiegach smarowania i chłodzenia

4. olej hydrauliczny (np. mechanizmu śruby nastawnej)

5. olej napędowy w obiegach chłodzenia wtryskiwaczy

6. łożyska linii wałów

7. powietrze doładowujące silnik

8. sprężarki powietrza

9. skropliny pomocniczych instalacji parowych

10. para wodna w skraplaczach wyparowników (FWG)

11. pary czynników chłodniczych

12. instalacje ppoż/balastowe sanitarne

10. Wymienić odbiorniki wody morskiej w siłowni z konwencjonalną instalacją (starszego typu). Jakie zalety i wady posiada centralny system chłodzenia (instalacja z chłodnicą centralną) w stosunku do konwencjonalnego rozwiązania starszego typu.

(Wady i zalety)

Wady centralnego systemu chłodzenia:

• większa złożoność instalacji

• wyższe koszty inwestycyjne

Zalety centralnego systemu chłodzenia:

• ograniczenie odkładanie zanieczyszczeń

• zmniejszone koszty napraw

• możliwość zastosowania tańszych materiałów na budowę np. ruruociągów

• bardziej stabilne warunki chłodzenia silników i powietrza doładowującego

11. Omówić cele (zadania) obiegowego smarowania silników i maszyn. Wymienić elementry okrętowego spalinowego silnika tłokowego podlegające obiegowemu smarowaniu.

(zadania)

Zadania (7):

• zapewnienie tarcia płynnego między współpracującymi elementami

• odprowadzenie ciepła powstającego podczas tarcia

• odprowadzenie ciepła z elementów chłodzonych olejem

• odprowadzenie produktów zużycia

• ochrona przed korozją

• chłodzenie tłoków

• hydrauliczny napęd zaworów wydechowych, lubrykatorów, pomp wtryskowych

11. Omówić cele (zadania) obiegowego smarowania silników i maszyn. Wymienić elementry okrętowego spalinowego silnika tłokowego podlegające obiegowemu smarowaniu.

(Odbiorniki)

Odbiorniki (8):

• łożyska główne i korbowe

• łożyska sworzni tłokowych, wału rozrządu

• dzwignie zaworowe

• łożyska turbosprężarek

• układy rozrządu

• trzony zaworów

• łożyska oporowe

• łożyska i prowadnice wodzików

12. Przedstawić zadania instalacji sprężonego powietrza, wymienić elementy (odbiorniki) siłowni zasilane sprężonym powietrzem. Omówić wymagania towarzystw klasyfikacyjnych stawiane tym instalacjom na statku.

Zadania (10):

1. rozruch spalinowych silników tłokowych głównych i pomocniczych

2. zasilanie syreny okrętowej (tyfonu)

3. zasilanie zdmuchiwaczy sadzy kotłów i instalacji wylotu spalin silników

4. przedmuchiwanie instalacji chłodzenia wtryskiwaczy, ppoż, kingstonów, logów ciśnieniowych (prędkościomierzy)

5. hydrofory

6. zamykanie zaworów wydechowych silników wolnoobrotowych

7. zasilania układów automatyki i sterowania pneumatycznego

8. celów gospodarczych i warsztatowych

9. napędu narzędzi pneumatycznych

10. napędu urządzeń takich jak (obracarki, windy, wciągarki itp.)

Wymagania:

1. minimum 2 spręzarki, wydajność ich ma wystarczyć do napełnienia w ciągu 1h zbiorników głównych do ciśnienia niezbędnego na: 12 rozruchów silników głównych nawrotnych i 6 rozruchów silników nienawrotnych

13. Przedstawić rodzaje paliw stosowanych w siłowniach okrętowych. W jaki sposób klasyfikowane sa paliwa według norm ISO 8217?

Rodzaje:

• oleje gazowe GO

• oleje napędowe (lekkie) DO

• oleje opałowe (cięzkie) HFO

Klasyfikacja według:

• typu (pozostałościowe, destylacyjne)

• gęstości maks w temp 15°C

• lepkości kinematycznej maksymalnej w 100 i 50°C w cSt [mm²/s}

• zawartości siarki

Oznaczenia:

• pierwsza litera określa rodzaj (D-distiled lub R-residual)

• druga litera określa przeznaczenie (M-marine)

• Trzecia litera jest jedną z ciągu im dalsza tym gorsze paliwo

14. Omówić własności i parametry pary stosowanej na cele grzewcze w siłowni spalinowej, wymienić elementy (odbiorniki) siłowni zasilane parą grzewczą. Omówić role odwadniacza termodynamicznego (gestra) w instalacji pary grzewczej.

Jest to para nasycona o ciśnieniu 0,4-1,8MPa i temperaturze 144-208°C

Odbiorniki (12):

• podgrzewanie WODY chłodzącej cylindry, wtryskiwacze

• podgrzewanie OLEJU smarnego

• podgrzewanie PALIWA w wszelkiego rodzaju systemach paliwowych

• podgrzewanie SZLAMU z wirówek oraz odolejaczy

• podgrzewanie WODY BALASTOWEJ w skrajnikach dziobowym i rufowym celem ochrony przed zamarznięciem

• podgrzewanie WODY SANITARNEJ

• podgrzewanie POWIETRZA w systemach klimatyzacji i ogrzewania pomieszczeń

• celów technologicznych na statkach rybackich

• ogrzewania ŁADUNKÓW ZBIORNIKOWCÓW

• napędu niektórych maszyn i urządzeń jak turbopompy ładunkowe

• zasilania wyparowników

• zasilania instalacji ppoż

Odwadniacze termodynamiczne to zawory które dzielą instalację pary grzewczej na część wysokociśnieniową i niskociśnieniową (skroplinową) zapobiegając wypływowi pary do części skroplinowej co skutkowałoby znacznym spadkiem efektywnosci obiegu grzewczego.

15. Omówić zalety i wady stosowania instalacji oleju grzewczego w stosunku do instalacji pary grzewczej.

Zalety:

• instalacja oleju grzewczego jest instalacją niskociśnieniową (0,25-0,5MPa)

• Osiągane temperatury czynnika grzewczego są znacznie wyższe w porównaniu z instalacją parową, a czynnik ma znacznie niższe ciśnienie

• Brak właściwości korozyjnych

• Mniejszy stopień komplikacji, łatwiejsza obsługa

Wady:

• wysokie koszty zakupu oleju na wypadek wymiany lub jego uzupełnienia

• znaczne zagrożenie pożarowe podczas jego wycieku z nagrzewnicy