1. Pytania na obrone - funkcja mechanika okrętowa

1. Omów podstawowe wykresy teoretyczne okrętowych silników tłokowych. (założenie upraszczające)

Wykresy teoretyczne mają odwzorować prace silnika spalinowego podstawowymi przemianami termodynamicznymi. Aby tego dokonać trzeba wprowadzić uproszczenia:

• sprężanie i rozprężanie czynnika odbywa się adiabatycznie (bez wymiany ciepłą z otoczeniem),

• obieg realizowany jest przy niezmiennej ilości czynnika,

• ciepło do obiegu dostarczane jest nie przez spalanie ale przez podgrzewanie gazu (izochryczne - otto, izobaryczne - diesel, izochoryczno-izobaryczne - sabathe),

• ciepło obiegu jest odbierane przez izochoryczne oziębienie gazu,

• ciepło właściwe czynnika jest stałe,

• przemiany zachodzą nieskończenie wolno (nie ma strat przepływu).

1. Omów podstawowe wykresy teoretyczne okrętowych silników tłokowych. (obieg otto)

Obieg Otto:

• 1-2 sprężanie izentropowe

• 2-3 izochoryczne doprowadzenie ciepła

• 3-5 rozprężenie izentropowe

• 5-1 izochoryczne odprowadzenie ciepła

Charakterystyczne: obieg z izochorycznym (przy stałej objętości) doprowadzeniem ciepła

1. Omów podstawowe wykresy teoretyczne okrętowych silników tłokowych. (obieg Diesel)

• 1-3 sprężanie izentropowe

• 3-4 izobaryczne doprowadzenie ciepła

• 4-5 rozprężnie izentropowe

• 5-1 izochoryczne odprowadzenie ciepła

Charakterystyczne - obieg z izobarycznym (przy stałym ciśnieniu) doprowadzeniem ciepła

1. Omów podstawowe wykresy teoretyczne okrętowych silników tłokowych. (obieg Sabathe)

• 1-2 sprężanie izentropowe

• 2-3 izochoryczne doprowadzenie ciepła

• 3-4 izobaryczne doprowadzenie ciepła

• 4-5 rozprężenie izentropowe

• 5-1 izochoryczne odprowadzenie ciepła

Charakterystyczne: izochoryczno-izobaryczne doprowadzenie ciepła

2. Wyjaśnij cel doładowania silników okrętowych i sposób realizacji.

Celem doładowania silników okrętowych jest możliwość całkowitego spalenia większej dawki paliwa w cylindrze.

Doładowanie realizuje się za pośrednictwem turbosprężarki. Dzieli się je na:

• stało-ciśnieniowe - spaliny trafiają do kolektora a pozniej do sprezarki

• pulsacyjne - spaliny trafiają bezpośrednio do t/s

Możliwe jest też stosowanie dmuchawy pomocniczej w 2-suwach przy małych prędkościach

3. Wykaż wpływ doładowania na sprawność ogólną (efektywną) silnika okrętowego.

Na skutek doładowania rośnie:

• pole wykresu indykatorowego

• średnie ciśnienie indykatorowe

• moc indykowana Ni

Mając to na uwadze ze wzoru:

Dla 2T: Ne = p•v•n

Dla 4T: Ne = (p•v•n)/2

i wzoru na sprawność efektywną silnika:

ηe = Ne[kW]∗3600 / Ge∗W

• ηi – sprawność indykowana silnika (bezwymiarowa, wyrażana też w %)

• ηe - sprawność efektywna

• Ne – moc efektywna

• Ge – godzinowe zużycie paliwa, w kg/h

• W (czasem oznaczane też Wu lub Qw) – wartość opałowa (kaloryczność) paliwa, w kJ/kg

• 3600 – współczynnik przeliczeniowy (sekundy na godzinę), potrzebny do ujednolicenia jednostek, bo moc Ni podana jest w kW (czyli kJ/s), a Ge w kg/h

Jasno to pokazuje że wzrost Ni powoduje wzrost sprawności teoretycznej

4. Wymień przyczyny, skutki i sposoby zapobiegania pompowania w układzie doładowania silnika okrętowego.

Dochodzi do niego gdy jest za mały przepływ dla danego ciśnienia doładowania przez co dochodzi do zwrotnego przepływu powietrza.

Przyczynami mogą być:

• źle dobrany system turbosprężarki - zła ilość spalin napędzających w stosunku do powietrza doładowującego

• Wady w systemie paliwowym - powietrze w paliwie, woda w paliwie, niskie ciśnienie paliwa/wtrysku (pogorszenie jakości spalania)

• nagła zmiana obciążeń

Sposoby zapobiegania:

• Regularne mycie turbosprężarki

• regularne mycie filtrów

• obserwowanie i kontrolowanie instalacji pobocznych (np. paliwowych)

• dla warunków sztormowych warto zmniejszyć obciążenie silnika

• upuścić powietrze z zasobnika powietrza i obserwować temp. na cylindrach

Objawy:

• Drgania

• Hałas

• Wzrost temp spalania

5. Porównaj przebieg procesu wymiany ładunku w okrętowym silniku tłokowym dwusuwowym i czterosuwowym.

Procesy wymiany ładunku różnią w zależności od typu silnika.

Dla 4-suwa proces wymiany ładunku zajmuje 450° - 460° OWK (obrotu wału korbowego)

• faza 1 - OZW tuż przed DMP - końcówka suwu pracy

• faza 2 - DMP do OZD tuż przed GMP (oba zawory jednocześnie otwarte pod koniec) - suw wydechu

• faza 3 - GMP a chwile po nim ZZW - suw ssania

• faza 4 - DMP a po nim ZZD - suw sprężania

Dla 2-suwa proces zajmuje ok 150° OWK

• faza 1 - OZW 40° - 60° przed DMP - suw pracy

• faza 2 - otwarcie okien przepłukujących 30° - 50° przed DMP (początek przepłukania) - suw pracy

• faza 3 - DMP a 30° - 50° po nim zamknięcie okien przepłukujących (koniec przepłukania) - suw sprężania

• faza 4 - ZZW 40° - 60° po DMP - suw sprężania

6. Pokaż na rozwiniętym wykresie indykatorowym kolejne okresy procesu spalania silnika okrętowego i podaj ich krótką charakterystykę. (faza 1)

Fazy procesu spalania:

• faza 1 - zwłoka zapłonu lub okres indukcji. trwa od wtrysku do zapłonu. Powstanie gorącej mieszaniny, zapłon lekkich frakcji.

• (Wpływ na proces spalania ma nie tylko “mechaniczna” strona związana z pracą układu wtryskowego ale procesy fizykochemiczne. Krople paliwa wtryskiwane do cylindra mają styczność z gorącym powietrzem (parametry powietrza uzyskane w procesie sprężania). Dochodzi do ich odparowania i mieszania sie z powietrzem. Intensywnosc tego procesu zalezy m.in. od wielkosci kropel paliwa, jakości rozpylenia, od predkosci ruchu kropel paliwa wzgledem powietrza, od temperatury i cisnienia powietrza oraz od rodzaju paliwa. Powstające pary paliwa odrywaja sie od kropel i mieszają z powietrzem. Początkowo powstaje jednak niejednorodna mieszanina, bowiem odparowaniu w pierwszej kolejnosci podlegaja najlzejsze frakcje paliwa. Na skutek tej niejednorodnosci do zaplonu tylko dojdzie w niektorych rejonach komory spalania, a w innych dojdzie pozniej. Podsumowując można powiedzieć, że w 1 fazie procesu spalania tworzy się tzw. Gorąca mieszanina co składa się rozpad paliwa na krople, tworzenie się strugi, przenikanie strugi w głąb objętości powietrza, podgrzewanie kropel ich odparowanie i dalsze się mieszanie, a także procesy chemicznego przygotowania mieszaniny do spalania. Opisany okres obejmuje przedział wyznaczony punktami odpowiadającymi momentowi wtrysku paliwa do cylindra i samozapłonu paliwa w cylindrze)

6. Pokaż na rozwiniętym wykresie indykatorowym kolejne okresy procesu spalania silnika okrętowego i podaj ich krótką charakterystykę. (faza 2)

• faza 2 - faza szybkiego spalania paliwa. Przedział od samozapłonu do pmax, znaczny wzrost p, szybkość zależy od dawki paliwa, nie wszystko się spala.

• (szybkie spalanie paliwa, opisany jest przedziałem wyznaczonym przez punkty odpowiadające samozapłonowi paliwa w cylindrze i uzyskaniu w cylindrze pmax. Cechą charakterystyczną tej fazy jest znaczny przysrost cisnienia w funkcji stopni obrotu wału korbowego. Podstawowym czynnikiem który decyduje o dynamice tej fazy jest ilosc paliwa podana podana w fazie pierwszej. W tej fazie zazwyczaj nie zdazy sie spalic cala dawka paliwa dostarczana do cylindra.)

6. Pokaż na rozwiniętym wykresie indykatorowym kolejne okresy procesy spalania silnika okrętowego i podaj ich krótką charakterystykę. (faza 3)

• faza 3 - intensywne wydzielanie sie ciepla lub izobarycznego spalania. Faza ta trwa od pmax do momentu zakonczenia podawania paliwa przez wtryskiwacz. Spalana jest ta czesc paliwa w otoczeniu powietrza która wczesniej spalaniu nie ulegla. Do fazy trzeciej spalane jest 70-80% wtryskiwanego paliwa. Charakterystyczne dla tej fazy jest instensywne wydzielanie sie ciepla powodujac uzyskanie tmax.

6. Pokaż na rozwiniętym wykresie indykatorowym kolejne okresy procesu spalania silnika okrętowego i podaj ich krótką charakterystykę. (faza 4)

• faza 4 - dopalenie 20%-30% dawki paliwa (za późno). Negatywny wpływ na wskaźniki ekonomiczne. Trwa od KWP do końca dopalania (50°-60° po GMP)

• (Jak wynika z poprzednich analiz w poprzednich fazach nie dochodziło do spalenia całkowitego wtryśniętej dawki paliwa, 20 do 30% dawki dopala się w fazie 4, jest to proces niekorzystny. Spalenie paliwa w fazie 4 wpływa zazwyczaj na obniżenie wskaźników ekonomicznych pracy silnika.)

7. Podaj zasady regulacji chwilowej wydajności pomp wtryskowych, sposoby regulacji. (podział na dwa rodzaje)

Aby pompa wtryskowa mogła dostosować swą chwilową wydajność proporcjonalnie do mocy silnika, musi być wyposażona w mechanizm regulacji wydajności (dawki, nie prędkości pompy). Ze względu na sposób regulacji chwilowej, pompy wtryskowe dzielimy na dwa rodzaje:

• z pokrętnymi (obrotowymi) tłokami

• z regulacją zaworową

7. Podaj zasady regulacji chwilowej wydajności pomp wtryskowych, sposoby regulacji. (z pokrętnymi obrotowymi tłokami)

Tłoczek ma specjalnie ukształtowaną krawędź/rowek helikalny. Obracając tłoczek względem tulei, zmienia się moment, w którym paliwo zostaje odsłonięte do kanału przelewowego.

7. Podaj zasady regulacji chwilowej wydajności pomp wtryskowych, sposoby regulacji. (z regulacją zaworową)

• zaworem przelewowym na tłoczeniu (Pompa paliwowa może podawać paliwo w czasie gdy sterowany zawór jest zamknięty)

• zaworem przelewowym na ssaniu (Pompa paliwowa może podawać paliwo w czasie gdy sterowany zawór jest otwarty)

• zaworem przelewowym na tłoczeniu i ssaniu (rys)

8. Omów funkcje obiegowego oleju smarnego silnika okrętowego.

• zmniejszenie tarcia pomiędzy współpracującymi wzajemnie częściami silnika

• chłodzenie

• ochrona przeciwkorozyjna

• usuwanie z powierzchni trących produktów zużycia ciernego

• amortyzacja w niewielkim stopniu obciążenia (np. czop z panwią łożyska głównego)

9. Wyjaśnij jaka jest zależność pomiędzy zawartością siarki w paliwie a doborem oleju cylindrowego.

Im większa zawartość siarki w paliwie tym większą alkaicznością powinien cechować się olej cylindrowy. Olej cylindrowy chroni przed korozją siarkową powodowaną przez kwaśne produkty spalania, ze względu na zawartość siarki w paliwie.

10. W oparciu o uproszczony schemat typowego układu rozruchowego silnika okrętowego omów jego budowę. Wyjaśnij rolę rozdzielacza powietrza.

Rozdzielacz - przekazuje powietrze na konkretne cylindry ( te które są w suwie pracy) Steruje otwarciem i zamknięciem zaworów rozruchowych w okresie rozruchu/hamowania silnika.