SlideShare a Scribd company logo

More Related Content

What's hot (17)

7
77
7
 
17
1717
17
 
18
1818
18
 
13
1313
13
 
12
1212
12
 
16
1616
16
 
2
22
2
 
14
1414
14
 
11
1111
11
 
4
44
4
 
11
1111
11
 
13
1313
13
 
5
55
5
 
13
1313
13
 
15
1515
15
 
3
33
3
 
23
2323
23
 

Similar to 17

Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] o2.02_u
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] o2.02_uGornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] o2.02_u
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] o2.02_u
Muszex
 
24. Eksploatowanie układów napędowych z maszynami prądu stałego
24. Eksploatowanie układów napędowych z maszynami prądu stałego 24. Eksploatowanie układów napędowych z maszynami prądu stałego
24. Eksploatowanie układów napędowych z maszynami prądu stałego
Lukas Pobocha
 
Technik.mechatronik 311[50] z1.03_u
Technik.mechatronik 311[50] z1.03_uTechnik.mechatronik 311[50] z1.03_u
Technik.mechatronik 311[50] z1.03_u
KubaSroka
 
Technik.urzadzen.sanitarnych
Technik.urzadzen.sanitarnychTechnik.urzadzen.sanitarnych
Technik.urzadzen.sanitarnych
Emotka
 

Similar to 17 (20)

Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] o2.02_u
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] o2.02_uGornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] o2.02_u
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] o2.02_u
 
O2.02
O2.02O2.02
O2.02
 
18
1818
18
 
20. Projektowanie i dobieranie zespołów maszyn
20. Projektowanie i dobieranie zespołów maszyn20. Projektowanie i dobieranie zespołów maszyn
20. Projektowanie i dobieranie zespołów maszyn
 
Technik.elektryk 311[08] z2.04_u
Technik.elektryk 311[08] z2.04_uTechnik.elektryk 311[08] z2.04_u
Technik.elektryk 311[08] z2.04_u
 
Technik.technologii.drewna 311[32] o1.05_u
Technik.technologii.drewna 311[32] o1.05_uTechnik.technologii.drewna 311[32] o1.05_u
Technik.technologii.drewna 311[32] o1.05_u
 
24. Eksploatowanie układów napędowych z maszynami prądu stałego
24. Eksploatowanie układów napędowych z maszynami prądu stałego 24. Eksploatowanie układów napędowych z maszynami prądu stałego
24. Eksploatowanie układów napędowych z maszynami prądu stałego
 
13
1313
13
 
10
1010
10
 
Technik.mechatronik 311[50] z1.03_u
Technik.mechatronik 311[50] z1.03_uTechnik.mechatronik 311[50] z1.03_u
Technik.mechatronik 311[50] z1.03_u
 
Slusarz 722[03] z3.03_u
Slusarz 722[03] z3.03_uSlusarz 722[03] z3.03_u
Slusarz 722[03] z3.03_u
 
5
55
5
 
3
33
3
 
3
33
3
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z2.08_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z2.08_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z2.08_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z2.08_u
 
11
1111
11
 
Lakiernik 714[03] l2.05_u
Lakiernik 714[03] l2.05_uLakiernik 714[03] l2.05_u
Lakiernik 714[03] l2.05_u
 
23. Użytkowanie i obsługiwanie układów sterowania
23. Użytkowanie i obsługiwanie układów sterowania23. Użytkowanie i obsługiwanie układów sterowania
23. Użytkowanie i obsługiwanie układów sterowania
 
8. Stosowanie maszyn i urządzeń energetycznych oraz transportu wewnątrzzakład...
8. Stosowanie maszyn i urządzeń energetycznych oraz transportu wewnątrzzakład...8. Stosowanie maszyn i urządzeń energetycznych oraz transportu wewnątrzzakład...
8. Stosowanie maszyn i urządzeń energetycznych oraz transportu wewnątrzzakład...
 
Technik.urzadzen.sanitarnych
Technik.urzadzen.sanitarnychTechnik.urzadzen.sanitarnych
Technik.urzadzen.sanitarnych
 

More from Emotka

07 2.1 mbewtz_tresc
07 2.1 mbewtz_tresc07 2.1 mbewtz_tresc
07 2.1 mbewtz_tresc
Emotka
 
06 8.1 pproak_tresc
06 8.1 pproak_tresc06 8.1 pproak_tresc
06 8.1 pproak_tresc
Emotka
 
06 7.1 pproak_tresc
06 7.1 pproak_tresc06 7.1 pproak_tresc
06 7.1 pproak_tresc
Emotka
 
06 6.1 pproak_tresc
06 6.1 pproak_tresc06 6.1 pproak_tresc
06 6.1 pproak_tresc
Emotka
 
06 5.1 pproak_tresc
06 5.1 pproak_tresc06 5.1 pproak_tresc
06 5.1 pproak_tresc
Emotka
 
06 4.1 pproak_tresc
06 4.1 pproak_tresc06 4.1 pproak_tresc
06 4.1 pproak_tresc
Emotka
 
06 3.1 pproak_tresc
06 3.1 pproak_tresc06 3.1 pproak_tresc
06 3.1 pproak_tresc
Emotka
 
06 1.1 pproak_tresc
06 1.1 pproak_tresc06 1.1 pproak_tresc
06 1.1 pproak_tresc
Emotka
 
06 2.1 pproak_tresc
06 2.1 pproak_tresc06 2.1 pproak_tresc
06 2.1 pproak_tresc
Emotka
 
05 6.1 pak_tresc
05 6.1 pak_tresc05 6.1 pak_tresc
05 6.1 pak_tresc
Emotka
 
05 5.1 pak_tresc
05 5.1 pak_tresc05 5.1 pak_tresc
05 5.1 pak_tresc
Emotka
 
05 3.1 pak_tresc
05 3.1 pak_tresc05 3.1 pak_tresc
05 3.1 pak_tresc
Emotka
 
05 2.1 pak_tresc
05 2.1 pak_tresc05 2.1 pak_tresc
05 2.1 pak_tresc
Emotka
 
05 1.1 pak_tresc
05 1.1 pak_tresc05 1.1 pak_tresc
05 1.1 pak_tresc
Emotka
 
05 4.1 pak_tresc
05 4.1 pak_tresc05 4.1 pak_tresc
05 4.1 pak_tresc
Emotka
 
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] o1.03_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] o1.03_uTechnik.architektury.krajobrazu 321[07] o1.03_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] o1.03_u
Emotka
 
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z4.03_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z4.03_uTechnik.architektury.krajobrazu 321[07] z4.03_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z4.03_u
Emotka
 
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z4.02_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z4.02_uTechnik.architektury.krajobrazu 321[07] z4.02_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z4.02_u
Emotka
 
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z3.01_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z3.01_uTechnik.architektury.krajobrazu 321[07] z3.01_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z3.01_u
Emotka
 
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z2.04_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z2.04_uTechnik.architektury.krajobrazu 321[07] z2.04_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z2.04_u
Emotka
 

More from Emotka (20)

07 2.1 mbewtz_tresc
07 2.1 mbewtz_tresc07 2.1 mbewtz_tresc
07 2.1 mbewtz_tresc
 
06 8.1 pproak_tresc
06 8.1 pproak_tresc06 8.1 pproak_tresc
06 8.1 pproak_tresc
 
06 7.1 pproak_tresc
06 7.1 pproak_tresc06 7.1 pproak_tresc
06 7.1 pproak_tresc
 
06 6.1 pproak_tresc
06 6.1 pproak_tresc06 6.1 pproak_tresc
06 6.1 pproak_tresc
 
06 5.1 pproak_tresc
06 5.1 pproak_tresc06 5.1 pproak_tresc
06 5.1 pproak_tresc
 
06 4.1 pproak_tresc
06 4.1 pproak_tresc06 4.1 pproak_tresc
06 4.1 pproak_tresc
 
06 3.1 pproak_tresc
06 3.1 pproak_tresc06 3.1 pproak_tresc
06 3.1 pproak_tresc
 
06 1.1 pproak_tresc
06 1.1 pproak_tresc06 1.1 pproak_tresc
06 1.1 pproak_tresc
 
06 2.1 pproak_tresc
06 2.1 pproak_tresc06 2.1 pproak_tresc
06 2.1 pproak_tresc
 
05 6.1 pak_tresc
05 6.1 pak_tresc05 6.1 pak_tresc
05 6.1 pak_tresc
 
05 5.1 pak_tresc
05 5.1 pak_tresc05 5.1 pak_tresc
05 5.1 pak_tresc
 
05 3.1 pak_tresc
05 3.1 pak_tresc05 3.1 pak_tresc
05 3.1 pak_tresc
 
05 2.1 pak_tresc
05 2.1 pak_tresc05 2.1 pak_tresc
05 2.1 pak_tresc
 
05 1.1 pak_tresc
05 1.1 pak_tresc05 1.1 pak_tresc
05 1.1 pak_tresc
 
05 4.1 pak_tresc
05 4.1 pak_tresc05 4.1 pak_tresc
05 4.1 pak_tresc
 
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] o1.03_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] o1.03_uTechnik.architektury.krajobrazu 321[07] o1.03_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] o1.03_u
 
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z4.03_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z4.03_uTechnik.architektury.krajobrazu 321[07] z4.03_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z4.03_u
 
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z4.02_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z4.02_uTechnik.architektury.krajobrazu 321[07] z4.02_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z4.02_u
 
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z3.01_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z3.01_uTechnik.architektury.krajobrazu 321[07] z3.01_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z3.01_u
 
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z2.04_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z2.04_uTechnik.architektury.krajobrazu 321[07] z2.04_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z2.04_u
 

17

  • 1. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” MINISTERSTWO EDUKACJI NARODOWEJ Piotr Dubis RozróŜnianie elementów konstrukcyjnych i wyposaŜenia siłowni 314[03].Z3.01 Poradnik dla ucznia Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy Radom 2007
  • 2. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 1 Recenzenci: mgr inŜ. BoŜena Kuligowska mgr inŜ. Ireneusz Kocoń Opracowanie redakcyjne: mgr inŜ. Piotr Dubis Konsultacja: dr inŜ. Marcin Chrzan Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 314[03].Z3.01 „RozróŜnianie elementów konstrukcyjnych i wyposaŜenia siłowni”, zawartego w modułowym programie nauczania dla zawodu technik mechanik okrętowy. Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007
  • 3. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 2 SPIS TREŚCI 1. Wprowadzenie 3 2. Wymagania wstępne 5 3. Cele kształcenia 6 4. Materiał nauczania 7 4.1. Podstawowe wiadomości o siłowniach okrętowych 7 4.1.1. Materiał nauczania 7 4.1.2. Pytania sprawdzające 11 4.1.3. Ćwiczenia 11 4.1.4. Sprawdzian postępów 13 4.2. Układy i urządzenia składowe siłowni 14 4.2.1. Materiał nauczania 14 4.2.2. Pytania sprawdzające 35 4.2.3. Ćwiczenia 35 4.2.4. Sprawdzian postępów 36 4.3. Układ napędowy statku 37 4.3.1. Materiał nauczania 37 4.3.2. Pytania sprawdzające 39 4.3.3. Ćwiczenia 40 4.3.4. Sprawdzian postępów 41 4.4. Zarządzanie pracą siłowni okrętowej 42 4.4.1. Materiał nauczania 42 4.4.2. Pytania sprawdzające 46 4.4.3. Ćwiczenia 46 4.4.4. Sprawdzian postępów 47 5. Sprawdzian osiągnięć 48 6. Literatura 52
  • 4. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 3 1. WPROWADZENIE Poradnik ten będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy o budowie i obsłudze siłowni okrętowych. Pozwoli ukształtować umiejętności posługiwania się dokumentacją techniczną. W poradniku znajdziesz: − wymagania wstępne, czyli wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć juŜ ukształtowane, aby bez problemów opanować treści nauczania w ramach jednostki modułowej „RozróŜnianie elementów konstrukcyjnych i wyposaŜenia siłowni”, − cele kształcenia, czyli wykaz umiejętności, jakie powinieneś nabyć podczas zajęć w ramach tej jednostki modułowej, − materiał nauczania, czyli niezbędne minimum wiadomości teoretycznych, wymaganych do opanowania treści jednostki modułowej, − zestaw pytań przydatny do sprawdzenia, czy juŜ opanowałeś wymagane treści nauczania, − ćwiczenia, podczas których będziesz doskonalił umiejętności praktyczne w oparciu o wiedzę teoretyczną, zaczerpniętą z poradnika i innych źródeł, − sprawdzian osiągnięć, czyli przykładowy zestaw zadań i pytań. Pozytywny wynik sprawdzianu potwierdzi, Ŝe dobrze wykorzystałeś zajęcia i uzyskałeś niezbędną wiedzę i umiejętności z zakresu tej jednostki modułowej, − wykaz literatury uzupełniającej. Poradnik zawiera materiał nauczania składający się z 4 rozdziałów: − Podstawowe wiadomości o siłowniach okrętowych – w którym zostaną sklasyfikowane i scharakteryzowane siłownie okrętowe, oraz opisane elementy składowe siłowni. − Urządzenia składowe siłowni – w tym rozdziale będą podane wiadomości wyjaśniające budowę i zastosowanie poszczególnych urządzeń siłowni. − Układ napędowy statku – w tym rozdziale będą określone moŜliwości eksploatacyjne układów napędowych statku, mechanizmów i urządzeń siłowni. − Zarządzanie pracą siłowni okrętowej – rozdział ten zawiera zasady regulacji parametrów pracy systemów siłowni oraz opis komend na ster i telegraf maszynowy. JeŜeli masz trudności ze zrozumieniem tematu lub ćwiczenia, to poproś nauczyciela lub instruktora o wyjaśnienie i ewentualne sprawdzenie, czy dobrze wykonujesz daną czynność. Po przerobieniu materiału spróbuj zaliczyć sprawdzian z zakresu jednostki modułowej W czasie pobytu w pracowni naleŜy bezwzględnie zwrócić uwagę na przestrzeganie: zasad jakie tam obowiązują, regulaminów, przepisów bhp i higieny pracy oraz instrukcji przeciwpoŜarowych, wynikających z rodzaju wykonywanych prac. Z przepisami tymi naleŜy zapoznawać się na początku trwania nauki i naleŜy je bezwzględnie stosować.
  • 5. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 4 Schemat układu jednostek modułowych 314[03].Z3.02 Eksploatowanie siłowni okrętowych 314[03].Z3.01 RozróŜnianie elementów konstrukcyjnych i wyposaŜenia siłowni 314[03].Z3.03 Wykonywanie remontów maszyn i urządzeń pomocniczych siłowni okrętowych Moduł 314[03].Z3 Siłownie okrętowe
  • 6. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 5 2. WYMAGANIA WSTĘPNE Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć: − sklasyfikować materiały konstrukcyjne, − wyjaśnić wpływ budowy strukturalnej materiałów na właściwości metali i stopów, − rozróŜnić gatunki stali, staliwa, Ŝeliwa, metali nieŜelaznych i ich stopów, − scharakteryzować procesy metalurgiczne i odlewnicze, − zastosować metody zapobiegające powstawaniu korozji, − dobrać materiały konstrukcyjne i eksploatacyjne zgodnie z normami technicznymi, − dobrać materiał niemetalowy do określonego zastosowania, − posłuŜyć się normą techniczną podczas doboru materiałów konstrukcyjnych i eksploatacyjnych, − rozróŜnić rodzaje materiałów eksploatacyjnych, − sklasyfikować paliwa okrętowe zgodnie z normami ISO i PN, − określić właściwości paliw okrętowych, − sklasyfikować oleje smarowe zgodnie z normami ISO i PN, − określić wpływ zanieczyszczeń w olejach na trwałość i niezawodność pracy silnika, − sklasyfikować rodzaje wód występujących na statkach, − określić wpływ zanieczyszczeń wody na pracę silnika i urządzeń kotłowych, − zastosować przepisy bezpiecznej higienicznej pracy podczas stosowania materiałów konstrukcyjnych i eksploatacyjnych, − określić znaczenie normalizacji w rysunku technicznym, − skorzystać z norm podczas wykonywania rysunku technicznego, − rozróŜnić rodzaje rysunków technicznych, − dobrać przybory kreślarskie oraz materiały rysunkowe do wykonywania rysunków, − zorganizować stanowisko kreślarskie zgodnie z przepisami bezpieczeństwa i higieny pracy oraz wymaganiami ergonomii, − sporządzić szkice figur płaskich i brył geometrycznych z zastosowaniem zasad rzutowania prostokątnego, − wyjaśnić zjawisko przejmowania, przenikania i przewodzenia ciepła, − wyjaśnić pojęcie pracy zewnętrznej, uŜytecznej i technicznej, − rozróŜnić obiegi termodynamiczne, − wyjaśnić procesy spalania, − określić rodzaje spalania, − wyjaśnić na podstawie wykresów zasadę pracy spręŜarek jedno– i wielostopniowych, − rozróŜnić podstawowe części maszyn okrętowych, − rozróŜnić główne urządzenia siłowni okrętowych, − wyjaśnić zasady działania maszyn i urządzeń okrętowych, − określić przyczyny awarii maszyn okrętowych, − wydać typowe komendy i polecenia związane z rozruchem i obsługą maszyn i urządzeń.
  • 7. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 6 3. CELE KSZTAŁCENIA W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć: − sklasyfikować siłownie okrętowe, − scharakteryzować rodzaje siłowni, − wymienić elementy składowe siłowni, − wyjaśnić budowę poszczególnych urządzeń siłowni, − określić zastosowanie poszczególnych urządzeń siłowni, − odczytać rysunki techniczne i schematy instalacji, − scharakteryzować układy napędowe statku, − określić moŜliwości eksploatacyjne układów napędowych statku, − określić parametry pracy mechanizmów i urządzeń siłowni, − określić zasady regulacji podstawowych parametrów pracy systemów siłowni, − zinterpretować komendy na ster i telegraf maszynowy.
  • 8. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 7 4. MATERIAŁ NAUCZANIA 4.1. Podstawowe wiadomości o siłowniach okrętowych 4.1.1. Materiał nauczania Siłownia okrętowa (maszynownia okrętowa) – podsystem funkcjonalny statku wodnego, którego podstawowym zadaniem jest wytworzenie trzech rodzajów energii: − mechanicznej (słuŜącej do napędu statku), − elektrycznej (pokrywającej zapotrzebowanie jednostki na prąd elektryczny podczas Ŝeglugi i postoju w porcie), − cieplnej (niezbędnej do grzania pomieszczeń, ładunku, uzyskiwania ciepłej wody uŜytkowej, pary technologicznej). Siłownia okrętowa rozmieszczona jest w jednym lub w kilku przedziałach wodoszczelnych. KaŜda siłownia okrętowa ze względu na pełnione funkcje składa się z: − siłowni okrętowej głównej – bezpośrednio związaną z realizacją podstawowego zadania siłowni okrętowej: napędzania wału śruby (lub kilku wałów) lub dostarczaniem energii elektrycznej do silnika elektrycznego (lub kilku) napędzających pędnik wodny – np. przy napędzie spalinowo–elektrycznym, − siłowni okrętowej pomocniczej odpowiadającej za zabezpieczenie pracy mechanizmów głównych oraz realizującej pozostałe zadania siłowni okrętowej takie jak wytwarzanie energii elektrycznej, cieplnej, pracę mechanizmów pomocniczych, instalacji statkowych. Siłownie ze względu na sposób wytwarzania energii mechanicznej dzielą się na: − siłownie okrętowe parowe: turbinowe, − siłownie okrętowe spalinowe: tłokowe, − siłownie okrętowe atomowe (róŜniące się tylko sposobem wytwarzania energii cieplnej niezbędnej do uzyskiwania pary – w reaktorze atomowym). W siłowniach spalinowych (najbardziej rozpowszechnionych) stosuje się układy napędowe: − bezprzekładniowe, o strukturze: silnik wolnoobrotowy, wały pośrednie, wał śrubowy, śruba napędowa o stałym lub zmiennym skoku, − przekładniowe, o strukturze: silnik średnioobrotowy lub szybkoobrotowy, sprzęgło, przekładnia redukcyjna, wały pośrednie z łoŜyskami nośnymi pośrednimi, wał śrubowy, śruba napędowa o stałym lub zmiennym skoku. Spotyka się teŜ róŜne rozwiązania układów energetycznych. Okrętowe układy energetyczne są projektowane w zaleŜności od: − wielkości wymaganych rodzajów energii na statku, − cech charakterystycznych eksploatacji danego statku. Orientacyjny udział procentowy poszczególnych form energii jest następujący: − mechaniczna od 70% do 85%, − cieplna od 10% do 20%, − elektryczna od 5% do 20%. Oczywiście na kaŜdym statku suma tycz trzech typów energii daje 100%, lecz ich udział w tej sumie zmienia się w zaleŜności od typu statku.
  • 9. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 8 Te trzy formy energii występujące na statku są wytwarzane z róŜną sprawnością. JeŜeli chodzi o energię mechaniczną w zaleŜności od typu silnika moŜe ona wahać się od 40% do 55% w silnikach wysokopręŜnych spalinowych. Sprawność turbin parowych mieści się w granicach od 25% do 40%. Turbiny gazowe mają natomiast sprawność od 20% do 40%. Przy wytwarzaniu energii cieplnej w układach pary grzewczej sprawność tych układów wynosi podobnie jak w układach oleju grzewczego od 80% do 90%. Energię elektryczną wytarza się ze sprawnością od 38% do 53% w prądnicach wałowych lub podwieszonych. W zespołach prądotwórczych pomocniczych energię elektryczną wytwarza się ze sprawnością na poziomie od 30% do 40%. Wytwarzanie energii w turbogeneratorach parowych lub paliwowych odbywa się ze sprawnością od 15% do 30%. Do strat na samym wytwarzaniu róŜnych rodzajów energii trzeba dodać jeszcze straty energii spowodowane przesyłaniem. Jako najpopularniejsze urządzenia do wytwarzania energii napędu głównego statku wykorzystuje się: a) wysokopręŜny silnik spalinowy, b) turbinę parową, c) turbinę gazową. Ze względu na wysokie ceny paliwa, a co za tym idzie – wysoki udział kosztów paliwa w ogólnych kosztach eksploatacji statku, szczególnie duŜe znaczenie ma sprawność energetyczna siłowni. Poprawia się ją przez stosowanie regenerację energii odpadowej. We flocie handlowej jako napęd główny powszechnie stosowane są wysokopręŜne silniki spalinowe wolno lub średnioobrotowe, osiągające sprawność energetyczną ponad 50% (nawet do 55% w przypadku silników wolnoobrotowych). Przy takich sprawnościach moŜna uzyskać energię równą 1 kW ze 166 gramów paliwa (wtedy jednostkowe zuŜycie paliwa osiąga wartość ge = 0,166 kg/kWh). Na zbiornikowcach, gazowcach i statkach pasaŜerskich stosowane są równieŜ jako napęd główny turbiny parowe, mimo Ŝe jednostkowe zuŜycie paliwa osiąga wówczas od 0,200 do 0,240 kg/kWh (30–50% więcej niŜ w silnikach spalinowych). Napęd taki ma jednak pewne zalety, takie jak: − większa sprawność przy duŜych mocach silników (superzbiornikowce), choć w dalszym ciągu jednostkowe zuŜycie paliwa jest większe o około 20% od silnika dwusuwowego, − moŜliwość wykorzystania pary do celów grzania przewoŜonego ładunku jeŜeli jest to konieczne, − moŜliwość wykorzystania pary do zasilania pomocniczych turbin parowych słuŜących do napędu pomp ładunkowych (pobierają one duŜe moce, w przypadku napędu silnikami elektrycznymi lub hydraulicznymi konieczne jest znacznie zwiększenie zapotrzebowanie na energię elektryczną na statku), − mniejsze gabaryty turbiny w stosunku do silnika spalinowego o podobnej mocy, − moŜliwość wykorzystania odpadowego paliwa gazowego (na gazowcach), − mniejsze drgania kadłuba, mniejszy hałas, co jest istotne na statkach pasaŜerskich.
  • 10. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 9 Rys. 1. Przekrój turbiny parowej: W jednym kadłubie znajdują się dwie turbiny: a – biegu naprzód, b – biegu wstecz [1, s. 61] Turbiny gazowe powoli torują sobie drogę na statki marynarki handlowej dzięki zaletom takim jak: − bardzo mała masa silnika w stosunku do mocy nominalnej, − małe gabaryty (łatwość demontaŜu), − moŜliwość szybkiego uruchomienia, krótkotrwałego dochodzenia do mocy nominalnej (rzędu kilku minut) – co staje się atutem dla statków pływających na niewielkie odległości, − niewielka emisja szkodliwych substancji do atmosfery (ochrona środowiska), − moŜliwość daleko idącej automatyzacji siłowni. Do wad naleŜy zaliczyć: − konieczność spalania lepszych gatunkowo paliw (paliwa lekkie lub lepsze gatunki paliw cięŜkich z koniecznością ich odpowiedniego przygotowania – oczyszczenia, a przez to droŜszych), − zwiększone jednostkowe zuŜycie paliwa o około 20 – 30% w stosunku do okrętowych silników wysokopręŜnych, − znaczące zwiększenie jednostkowego zuŜycia paliwa dla obciąŜeń częściowych, − krótsze okresy między remontami, szczególnie dla turbin wysokiego ciśnienia. W rezultacie turbiny gazowe ze względu na ekonomię spotyka się na statkach takich jak: − superszybkie promy o prędkości pływania rzędu 40–50 węzłów (do 95 km/h), np. na trimaranach o napędzie pędnikami strugowodnymi, − promy uprawiających Ŝeglugę na niewielkich odległościach, między wyspami lub w cieśninach, − współczesne statki pasaŜerskie, ze względu na bardzo zróŜnicowane zapotrzebowanie na róŜne formy energii w poszczególnych stanach eksploatacyjnych (np. na potrzeby obsługi 3–4 tysięcy pasaŜerów),
  • 11. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 10 − statki z układami kombinowanymi w połączeniu z innymi silnikami wysokopręŜnymi (CODAG) np. „Queen Mary II" lub turbiną parową (COGES) np. statki typu „Millenium", − gazowce typu LNG, na których wykorzystuje się jako paliwo do zasilania turbin (praktycznie czysty metan CH4 – wysokiej jakości i czystości paliwo) ładunek, który odparował i naleŜało go odprowadzić z przestrzeni ładunkowej. Silnik główny spalinowy Na współczesnych statkach handlowych głównym napędem są niemal wyłącznie silniki spalinowe. Ich działanie opiera się na zamianie energii chemicznej paliwa w energię cieplną poprzez spalanie, a następnie energii cieplnej – w energię mechaniczną. Zamiana jednej energii w drugą odbywa się zawsze z pewnymi stratami. Spowodowane są one niezupełnym spalaniem paliwa, tarciem poszczególnych elementów, niedostatecznym dopływem niezbędnego w procesie spalania powietrza, itd. Stosunek efektywnie uzyskanej energii mechanicznej do ilości energii potencjalnie zawartej w zuŜytym paliwie nazywamy sprawnością silnika. Wskaźnik ten jest bardzo waŜny w eksploatacji statku. Koszty paliwa są jedną z najwyŜszych pozycji w kosztach eksploatacji statku. WyŜsza sprawność silnika powoduje mniejsze zuŜycie paliwa na jednostkę przebytej drogi i jednostkę przewiezionego ładunku, a zatem niŜsze koszty to większy zysk armatora. Przyjmuje się, Ŝe silniki spalinowe posiadają sprawność od 40% (silniki średnioobrotowe) do 55% (wolnoobrotowe). Zasada działania silnika spalinowego jest znana. Na statkach handlowych uŜywane są silniki czterosuwowe i dwusuwowe wielocylindrowe, które ze względu na prędkość obrotową wału dzielimy na: − wolnoobrotowe (70–240 obr/min), − średnioobrotowe (240–1200 obr/min), − wysokoobrotowe (1200–2500 obr/min). Najczęściej stosowane na statkach pełnomorskich są silniki wolnoobrotowe, chociaŜ na statkach takich jak kontenerowce, ro–rowce (w tym promy) są uŜywane równieŜ silniki średnioobrotowe. W większości silników kierunek obrotu wału korbowego jest odmienny przy biegu naprzód i wstecz. Są to tzw. silniki nawrotne, które współpracują ze śrubami o stałym skoku. Na statkach, na których zastosowano tzw. śruby nastawne, pracują silniki o stałym kierunku obrotów, zwane nienawrotnymi. Silnik okrętowy jest złoŜonym systemem układów o róŜnych funkcjach: − kadłuba (korpusu), − układu korbowo – tłokowego, − układu wymiany czynnika roboczego, − układu rozruchowo – nawrotnego, − układu zasilania paliwem, − układu smarowania, − układu chłodzenia, − układu kontroli i sterowania, − urządzeń pomocniczych.
  • 12. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 11 Rys. 2. Dwusuwowy spalinowy silnik napędu głównego [5, s. 108] 4.1.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Jakie rodzaje energii wytwarza siłownia okrętowa? 2. Jak dzieli się siłownia ze względu na pełnione funkcje? 3. Jak dzieli się siłownia ze względu na sposób wytwarzanej energii mechanicznej? 4. Na jaki udział procentowy rozkłada się energia wytworzona w maszynowni statku? 5. Jakie urządzenia wykorzystuje się do wytwarzania energii napędu głównego? 6. Jakie wady i zalety mają turbiny gazowe? 7. Z jakich układów zbudowany jest silnik okrętowy? 4.1.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Na otrzymanym zdjęciu zaznaczono elementy i podzespoły silnika głównego statku. Nazwij je, a następnie scharakteryzuj w kilku zdaniach. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) zapoznać się z elementami silnika głównego. Pamiętaj, Ŝe interesującą Cię wiedzę moŜesz znaleźć za pomocą popularnych wyszukiwarek internetowych, 2) zapisać w notatkach nazwy elementów i podzespołów silnika głównego.
  • 13. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 12 WyposaŜenie stanowiska pracy: − zdjęcia silników okrętowych, − przybory do pisania, − komputer z dostępem do Internetu. Ćwiczenie 2 Porównaj rodzaje siłowni okrętowych pod względem sposobu wytwarzania energii mechanicznej i wpływu na środowisko naturalne. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) wyszukać w róŜnych źródłach informacje na temat stosowanych rozwiązań siłowni okrętowych, 2) na podstawie literatury zweryfikować ich zakres stosowania, 3) przedstawić oddziaływanie poszczególnych siłowni na środowisko naturalne, 4) wskazać zastosowanie poszczególnych siłowni w określonych typach statków. WyposaŜenie stanowiska pracy: − przybory do pisania, − komputer z dostępem do Internetu. Ćwiczenie 3 Wyszukaj w dostępnych źródłach metody obliczania sprawności silników spalinowych. Wypisz straty energii towarzyszące procesowi pracy silnika spalinowego oraz usystematyzuj je według wielkości. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) wyszukać w róŜnych źródłach informacji na temat silników spalinowych, 2) na podstawie literatury zweryfikować ich parametry, 3) przedstawić oddziaływanie poszczególnych strat na sprawność silnika, 4) określić sposoby minimalizacji tych strat. WyposaŜenie stanowiska pracy: − przybory do pisania, − komputer z dostępem do Internetu.
  • 14. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 13 4.1.2. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) scharakteryzować wykorzystanie poszczególnych energii na statku? 2) opisać główną i pomocniczą siłownie okrętową? 3) scharakteryzować rodzaje napędów silników? 4) określić układy napędowe siłowni spalinowych? 5) opisać sprawność poszczególnych urządzeń w siłowni okrętowej? 6) opisać zalety i wady silników parowych? 7) scharakteryzować silnik główny spalinowy?
  • 15. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 14 4.2. Układy i urządzenia składowe siłowni 4.2.1. Materiał nauczania We flocie handlowej praktyczne zastosowanie znalazły przede wszystkim silniki wysokopręŜne wolnoobrotowe napędzane cięŜkimi frakcjami olejowymi ropy naftowej takimi jak mazut. Budowane są jako silniki w układzie rzędowym (cztero- i dwusuwowe) i charakteryzują się bardzo duŜymi rozmiarami, a co za tym idzie równieŜ masą. W celu uzyskania moŜliwości ruchu statku do tyłu mają moŜliwość pracy nawrotnej (obroty wału silnika w obu kierunkach). Funkcjonowanie ich zabezpieczają instalacje: paliwowe, podgrzewania paliwa, rozruchowe (powietrzna i elektryczne), chłodzące, smarujące, wydechowe, kontrolno-pomiarowe, przeciwpoŜarowe, oraz automatyka. Siłownie z silnikami wolnoobrotowymi są zazwyczaj budowane jako jednoprzedziałowe w układzie z jednym wałem. W siłowni znajdują się równieŜ: agregaty prądotwórcze napędzane silnikami wysokopręŜnymi (zazwyczaj wysokoobrotowymi), kotły dostarczające ciepłą wodę i parę, wirówki (separatory) oczyszczające paliwo, chłodnice silnika (chłodzone wodą zaburtową), spręŜarki, pompy, rozdzielnie elektryczne, zbiorniki rozchodowe paliwa, centrala kontrolno manewrowa (CMK) oraz warsztat maszynowy (mały warsztat mechaniczny). Elementy wchodzące w skład głównego silnika okrętowego Na rysunku 3 przedstawiony jest przekrój poprzeczny silnika okrętowego wysokopręŜnego. Podstawowe elementy konstrukcyjne wolnoobrotowego silnika to: − rama fundamentowa, zwana teŜ podstawą silnika, − stojak, − blok cylindrowy, − głowica z górną częścią bloku cylindrowego, wraz kanałami doprowadzającymi wodę chłodzącą. Tłok jest to element zamykający przestrzeń roboczą cylindra od strony skrzyni korbowej. Przenosi siłę wywieraną przez ciśnienie spalin poprzez trzon, wodzik, korbowód na wał korbowy. NaraŜony jest przy tym na działanie wysokiej temperatury spalin. Trzon tłokowy to element łączący tłok z wodzikiem w silnikach wodzikowych. Wykonuje się go ze stali węglowej lub stopowej. Do łączenia trzonu z wodzikiem słuŜy nakrętka trzonu tłokowego. Wodzik przenosi siłę normalną na stojak silnika poprzez prowadnicę oraz składową siły gazowej na korbowód. Po prowadnicy przesuwa się przy pomocy łyŜwy. Ze względu na ruch oscylacyjny korbowodu w cięŜkich warunkach pracują łoŜyska wodzika. Wymagają one doprowadzenia oleju pod ciśnieniem. Olej doprowadzany jest do wodzika specjalnymi wahaczami (rurami teleskopowymi). Korbowód łączy wodzik (albo tłok) z wałem korbowym wykonując złoŜony ruch posuwisto-zwrotny i wahadłowy. W wyniku tego podlega on działaniu sił ściskających i zginających. WyróŜnia się w nim elementy: − łeb z łoŜyskiem sworznia wodzikowego lub tłokowego, − trzon, − stopa z łoŜyskiem korbowym obejmującym czop wału korbowego. Wał korbowy pod wpływem siły przekazywanej przez korbowód od tłoka, wytwarza moment obrotowy silnika, przekazywany dalej do odbiornika mocy. Od wału korbowego napędzane są równieŜ mechanizmy umoŜliwiające pracę silnika: napęd zaworów, pomp wtryskowych, a czasami równieŜ pomp oleju smarowego, chłodzącej, prądnicy wałowej itp.
  • 16. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 15 Wały korbowe silników duŜej mocy wykonuje się jako składane elementy kute lub odlewane. Łączy się je skurczowo bez dodatkowych zabezpieczeń. Czopy główne są drąŜone w celu doprowadzenia oleju do łoŜyska korbowego. ŁoŜyska układu tłokowo-korbowego to: − łoŜyska sworzni tłokowych (lub wodzikowych), − łoŜyska korbowe, − łoŜyska główne (ramowe), − łoŜyska oporowe. Rys. 3. Przekrój poprzeczny przez wodzikowy silnik RTA 84Mfirmy Sulzer[1, s. 74] Kadłub silnika składa się z ramy fundamentowej przedstawionej na rysunku 4, bloku cylindrowego i głowicy. Spełnia on rolę obudowy silnika. Układ tłokowo-korbowy składa się m.in. z tłoka, korbowodu, wodzików i łoŜysk. Ma on za zadanie zamianę ruchu posuwisto- zwrotnego tłoka na ruch obrotowy wału korbowego.
  • 17. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 16 Rys. 4. Rama fundamentowa wolnoobrotowego silnika okrętowego napędu głównego. 1 – wzdłuŜnica, 2 – poprzecznica, 3 – gniazdo łoŜyska głównego [1, s. 76] Układ wymiany czynnika roboczego ma za zadanie dostarczanie do silnika powietrza niezbędnego w procesie spalania oraz usuwanie powstałych w jego wyniku spalin. Do układu tego naleŜy m.in. spręŜarka i chłodnica powietrza, zawory zwrotne i wylotowe (wydechowe). Układ rozruchowo – nawrotny ma za zadanie dostarczenie do silnika przez zawór rozruchowy powietrza spręŜonego do ciśnienia, jakie jest niezbędne aby nadać silnikowi rozruchową prędkość obrotową. Powietrze w maszynowni zanieczyszczone jest dodatkowo zwiększoną ilością gazów. dwutlenku węgla (CO2), dwutlenku siarki (SO2) oraz parami paliw i olejów. System spręŜonego powietrza Powietrze jest to czynnik uŜywany w szerokim zakresie między innymi do: − wentylacji i klimatyzacji pomieszczeń mieszkalnych i ogólnego uŜytku, − wentylacji ładowni, − procesu spalania paliwa w kotłach i silnikach spalinowych, − rozruchu silników spalinowych, − układów sterowania i automatyki, − wytwarzania gazu obojętnego, − napędu narzędzi pneumatycznych. Instalacja spręŜonego powietrza umoŜliwia uzyskiwanie, przechowywanie i doprowadzanie do odbiorów spręŜonego powietrza o określonych parametrach. WyróŜnia się instalacje spręŜonego powietrza do: − rozruchu silników, − automatyki i sterowania, − celów gospodarczych. Spotyka się rozwiązania łączące te instalacje w jeden system lub stanowiące niezaleŜne instalacje. SpręŜone powietrze jest czynnikiem roboczym o bardzo szerokim zastosowaniu na statku. Posiadanie odpowiedniego zapasu powietrza o określonym ciśnieniu jest elementem niezbędnym do pracy urządzeń siłowni. Zapas spręŜonego powietrza gromadzony jest w zbiornikach ciśnieniowych. Układ zbiorników przedstawiony jest na rysunku 5.
  • 18. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 17 Rys. 5. Układ zbiorników spręŜonego powietrza. 1 – zbiorniki główne, 2 – zbiorniki do rozruchu silników pomocniczych, 3 – zbiornik spręŜonego powietrza dla układów zdalnego sterowania i automatyki, 4 – zbiornik rozruchowy zespołu awaryjnego, 5 – silnik główny, 6 – silniki pomocnicze, 7 – zasilanie syreny okrętowej, 8 – cele pomocnicze, 9 – silnik awaryjny zespołu prądotwórczego, 10 – presostat [1, s. 145] Zbiornik ciśnieniowy powietrza musi mieć waŜny atest i być wyposaŜony w odpowiedni zestaw zaworów: − zawór zwrotny do ładowania butli, − zawór główny poboru powietrza, − zawory poborów pomocniczych, − zawór bezpieczeństwa, − zawór odwadniający, − zawór do manometru. Zawór bezpieczeństwa powinien otwierać się przy ciśnieniu w butli, przewyŜszającym nominalne o około 10% (np. przy ciśnieniu nominalnym 30 bar – ciśnienie otwarcia zaworu bezpieczeństwa winno wynosić 33 bar). Zbiorniki są okresowo dopełniane przez spręŜarki powietrza, które mogą być włączane ręcznie lub automatycznie. Instalacja powietrza rozruchowego SpręŜone powietrze z instalacji rozruchowej słuŜy do rozruchu silników spalinowych głównych i pomocniczych. W szczególnych przypadkach spręŜone powietrze moŜe słuŜyć do hamowania silników głównych w czasie rewersowania (zmiany kierunków obrotów). Musi mieć ono określone ciśnienie, które najczęściej wynosi od 2,2 do 3,0 MPa. Doprowadzane jest przez główny zawór rozruchowy do kolektora powietrza. Aby powietrze rozruchowe dostało się do cylindra poprzez zawór rozruchowy, musi zostać on otwarty powietrzem sterującym podanym przez rozdzielacz (rys. 6).
  • 19. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 18 Rys. 6. Schemat ideowy rozruchu silnika spalinowego spręŜonym powietrzem: 1 – główny samoczynny zawór manewrowy, 2 – rozdzielacz, 3 – zawór rozruchowy, 4 – kolektor powietrza [1, s. 146] SpręŜone powietrze powinno dostać się tylko do tych cylindrów silnika, które są przy danym ustawieniu wału korbowego w suwie pracy. Stąd wniosek, Ŝe rozdzielacz to zawór sterowany połoŜeniem tego wału. W silnikach wielocylindrowych powietrze rozruchowe moŜe być dostarczane tylko do niektórych cylindrów. Przykładowo, w silnikach o układzie cylindrów typu „V” powietrze rozruchowe doprowadzane jest jedynie na jedną stronę cylindrów np. znajdujących się od strony lewej burty. Powietrze spręŜone uŜywane do innych celów powinno mieć ciśnienie zredukowane do 0,2–1,0 MPa, co uzyskuje się przez zastosowanie zaworów redukcyjnych. SpręŜone powietrze do celów gospodarczych Do celów gospodarczych potrzebne jest powietrze o ciśnieniu rzędu 0,3–0,6 MPa. Ciśnienie to jest regulowane reduktorem powietrza. Powietrze gospodarcze stosuje się do: − przedmuchiwania róŜnych instalacji (parowej, przeciwpoŜarowej, itd), − przedmuchiwania skrzyń zaworów dennych wody zaburtowej, − wytwarzania i odnawiania poduszek powietrznych w hydroforach, − napędu narzędzi pneumatycznych (szlifierki, młotki, wiertarki, pistolety do malowania, itp), − innych prac gospodarczych i warsztatowych. Obecnie na statkach coraz częściej spotyka się przenośne spręŜarki powietrza, umieszczane poza siłownią i słuŜące do celów gospodarczych. SpręŜone powietrze do celów automatyki i sterowania Wymagane tu jest spręŜone powietrze o ciśnieniu od 0,2 do 1,0 MPa, najczęściej 0,6 MPa. Pobiera się je z butli spręŜonego powietrza przystosowanych do takiego ciśnienia lub z butli o wyŜszym ciśnieniu, poprzez zawór redukcyjny. Istnieje konieczność dokładnego oczyszczenia powietrza do automatyki i sterowania z pyłów, wilgoci i oleju. Instalacja paliwa – przyjmowanie i transport Układ zasilania paliwem składa się z pompy wtryskowej i wtryskiwaczy. Dostarczają one w odpowiednim momencie paliwo w postaci rozpylonej do silnika. System paliwowy statku składa się z dwóch połączonych części; systemu poboru paliwa oraz systemu transportu wewnętrznego.
  • 20. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 19 Na statku musi znajdować się plan bunkrowania paliwa. Przedstawione są w nim zasady bezpiecznego przyjmowania paliwa oraz procedury, które naleŜy wykonać na wypadek rozlewu paliwa w czasie bunkrowania. Pobieranie paliwa odbywa się poprzez specjalny stały rurociąg wyposaŜony w armaturę, przy pomocy której podłączany jest do instalacji wąŜ z barki, samochodu lub stacji lądowej. Miejsce, w którym instalacja statkowa jest podłączana do lądowej nazywa się stacją bunkrowania. Konstrukcja samej stacji, jak i całej instalacji jest taka, aby zminimalizować moŜliwość przelania paliwa. Temu celowi słuŜą wanny pod stacjami paliwa, odpowietrzenia i rurociągi przelewowe oraz zbiornik (lub zbiorniki) przelewowe. Stacje poboru paliwa są umieszczane na pokładzie głównym symetrycznie po obu burtach; na statkach mniejszych spotyka się jedną stację. Podłączenie węŜa transportowego jest moŜliwe poprzez znormalizowane kołnierze. Pobór paliwa (rys. 7) odbywa się poprzez podłączenie na pokładzie otwartym , zwykle znajdujące się tuŜ przed nadbudówką. Dalej na rurociągu znajduje się zawór odcinający oraz filtr i kolejny zawór odcinający. Ten system zabezpieczeń moŜna w razie konieczności obejść poprzez tzw. by-pass. Rys. 7. System poboru paliwa [1, s. 137] Dalej na rurociągu znajduje się wziernik kontrolny. Poprzez skrzynię zaworową paliwo dostaje się do zbiorników zapasowych. KaŜdy zbiornik wyposaŜony jest w kosz ssawny oraz rurę sondaŜową, a ponadto odpowietrzenie prowadzące na pokład otwarty i podłączenie do rurociągu przelewowego, odprowadzające nadmiar paliwa do zbiornika przelewowego. W normalnej eksploatacji paliwo ze zbiornika zapasowego przy pomocy pompy transportowej jest przemieszczane do zbiornika osadowego, wyposaŜonego w szkło wziernikowe, pozwalające na ocenę ilości paliwa w jego wnętrzu. Paliwo jest zmagazynowane w zbiornikach paliwowych, umieszczonych najczęściej w dnie podwójnym. PoniewaŜ jest ono stosunkowo gęste, w klimacie umiarkowanym, a tym bardziej zimnym, jego transport rurociągami jest trudny. Z tego względu zbiorniki dna
  • 21. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 20 podwójnego są wyposaŜane w węŜownice grzewcze, a ponadto w czasie transportu paliwa do silnika głównego jego temperatura jest kilkakrotnie podnoszona w tzw. podgrzewaczach. Ze zbiorników dennych paliwo jest transportowane do zbiornika osadowego, w którym następuje wstępne wytrącenie się wody i zanieczyszczeń (zbiornik ten, podobnie jak kolejne, znajduje się w siłowni), a następnie poprzez podgrzewacz do wirówek, gdzie następuje jego oczyszczenie z wody i zanieczyszczeń. Dalej jest pompowane do zbiornika rozchodowego i poprzez pompy zasilające oraz kolejny podgrzewacz – do silnika głównego. Nadmiar paliwa, nie zuŜytego w silniku jest odprowadzany z powrotem do zbiornika rozchodowego. Rys. 8. Ideowy schemat zasilania silników paliwem, 1 – zbiornik rozchodowy paliwa lekkiego, 2 – zbiornik rozchodowy paliwa cięŜkiego, 3 – zbiornik powrotny paliwa, 4 – rurociąg powrotny, 5 – wiskozymetr, 6 – szafka kontrolna, 7 – chłodzenie wtryskiwaczy paliwa, 8 – samooczyszczający filtr paliwa cięŜkiego, 9 – zawór sterowany ręcznie lub pneumatycznie, 10 – zawór regulujący ciśnienie na rurociągu powrotnym paliwa cięŜkiego, 11 – chłodnice paliwa lekkiego, 12 – zawór regulujący ciśnienie na rurociągu cyrkulacyjnym paliwa lekkiego, 13 – zawór regulujący ciśnienie na rurociągu powrotnym paliwa lekkiego [1, s. 140] Instalacja zasilania silników paliwem Najprostsza instalacja zasilająca to instalacja grawitacyjna ze zbiornikiem rozchodowym paliwa umieszczonym powyŜej silnika. Stosowana moŜe być dla silników niewielkiej mocy, np. dla agregatów awaryjnych zasilanych paliwem lekkim. Okrętowe silniki główne spalają powszechnie paliwo cięŜkie. Wymaga ono podgrzania do odpowiedniej temperatury, aby osiągnąć zalecaną lepkość paliwa, niezbędną dla poprawnej pracy pomp wtryskowych. Jeśli silnik główny pracuje tylko na paliwie cięŜkim wskazana jest ciągła cyrkulacja paliwa zasilającego pompy wtryskowe, aby nie doszło do spadku jego temperatury, poniŜej której pogarszają się warunki wtrysku (zbyt duŜa lepkość). Na rysunku 8 pokazano zbiornik powrotny paliwa. Ma on zapobiegać pienieniu się paliwa w czasie przełączania instalacji na drugi gatunek paliwa oraz pozwalać na odgazowywanie części wysokociśnieniowej instalacji. Zasilanie paliwem lekkim wymaga niekiedy chłodzenia paliwa powrotnego (nadmiarowego) w chłodnicach, aby nie wzrastała temperatura paliwa w zbiorniku rozchodowym. Temperatura paliwa lekkiego nie powinna przekraczać 40°C, gdyŜ grozi to zatarciem pomp wtryskowych. Zasilanie paliwem cięŜkim wymaga podgrzewania paliwa do
  • 22. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 21 takiej temperatury, aby uzyskać właściwą lepkość paliwa na dolocie do pomp wtryskowych. Temperaturę podgrzania paliwa reguluje wiskozymetr. Oddziałuje on na ilość pary, która trafia do podgrzewacza. Im więcej pary tym wyŜsza temperatura paliwa i tym niŜsza jego lepkość. W instalacji zasilania paliwem cięŜkim stosuje się powszechnie zbiornik powrotny paliwa. Dzięki niemu w zbiorniku rozchodowym moŜe być niŜsza temperatura paliwa, bo podgrzane paliwo wracające (nadmiarowe) z pomp wtryskowych zasadniczo nie wraca do zbiornika rozchodowego tylko poprzez zbiornik powrotny zasila ponownie pompy cyrkulacyjne. Zbiornik powrotny jest zbiornikiem ciśnieniowym – pozwala to utrzymywać nadciśnienie w instalacji paliwowej. Większe ciśnienie paliwa utrudnia odparowanie lŜejszych frakcji zawartych w paliwie cięŜkim (mniej wydobywa się gazu przez odpowietrzenia). Istotną sprawą dla właściwej pracy instalacji zasilania paliwem jest jej właściwe odpowietrzenie i odwodnienie. Zapowietrzona instalacja po uruchomieniu silnika uniemoŜliwia osiągnięcie właściwej prędkości obrotowej, moŜe powodować niestabilność pracy silnika, lub w przypadku skrajnym nawet jego nieudany rozruch. Instalacja oczyszczania paliwa Paliwo cięŜkie, przyjmowane na statek jest zanieczyszczone. Ilość zanieczyszczeń wzrasta w czasie transportu i przechowywania w zbiornikach zapasowych. Typowe zanieczyszczenia to: − woda, − rozpuszczone w niej sole, − piasek, − pył, − rdza itd. Paliwo zawiera równieŜ zanieczyszczenia takie jak: wanad, siarka, sód, które po spaleniu tworzą związki będące przyczyną przyspieszonej korozji elementów silnika. Obecność zanieczyszczeń mineralnych (pyły) prowadzi dodatkowo do zwiększonego zuŜycia pomp wtryskowych, tulei cylindrowych i pierścieni tłokowych. Mniej wraŜliwe na zanieczyszczenia w paliwie są palniki w kotłach, choć i tu moŜe dochodzić do zatykania otworów dysz palników, powstawania koksu na końcówkach dysz, pogorszenia jakości rozpylania paliwa i zaniku płomienia. Z tych przyczyn powszechnie stosuje się urządzenia mające na celu poprawę jakości paliwa. Z wyjątkiem lekkich olejów napędowych, samo filtrowanie nie jest wystarczającą metodą oczyszczania paliwa. Dlatego ze zbiornika zapasowego paliwo cięŜkie jest pompowane do zbiornika osadowego. Zbiorniki te są grzane do ok. 70°C, co przyspiesza osadzanie się na dnie wody i niektórych elementów stałych. Przy dolnych krawędziach zbiorników osadowych są montowane zawory umoŜliwiające usuwanie z nich wody. Ponadto w skład instalacji oczyszczania paliwa wchodzą wirówki i specjalne filtry. Wirówki mogą pracować jako: − klaryfikator (do usuwania zanieczyszczeń stałych), − puryfikator (do usuwania zanieczyszczeń stałych i wody). Jeśli silniki pracują na dwóch rodzajach paliwa, w siłowni istnieją osobne instalacje oczyszczające paliwo lekkie i cięŜkie. Oczyszczanie paliwa cięŜkiego jest oczywiście bardziej kłopotliwe i instalacja jest bardziej rozbudowana.
  • 23. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 22 Układ smarowania Układ smarowania dostarcza olej smarowy do miejsc, gdzie współpracujące elementy silnika trą o siebie: są to wszystkie łoŜyska, przeguby, przekładnie napędowe i gładzie tulei cylindrowych. W skład tego układu wchodzą m.in. pompa olejowa, filtr i chłodnica oleju. Podstawowym celem smarowania jest zmniejszenie tarcia (i zuŜycia) współpracujących części silnika. Dodatkowo olej smarowy odprowadza nadmiar ciepła (chłodzi elementy) i usuwa produkty ścierania. Efektem prawidłowego smarowania jest przedłuŜony czas niezawodnej pracy urządzeń. Zmniejszanie oporów ruchu powoduje ograniczenie strat mocy wynikłych z tarcia a więc wzrost mocy efektywnej silnika. Olej smarowy zapobiega równieŜ procesom korozji, a poprzez dodatki uszlachetniające neutralizuje kwaśne produkty spalania. Olej dostarczany jest do wszystkich miejsc silnika wymagających smarowania: − łoŜysk układu tłokowo-korbowego, − tłoków i tulei cylindrowych, − wodzików i ich prowadnic, − łoŜysk wałów rozrządu, − łoŜysk turbospręŜarek, itd. WyróŜnia się trzy systemy smarowania silnika: − smarowanie obiegowe, które jest najbardziej rozpowszechnione, − smarowanie przepływowo-kroplowe tulei cylindrowej, − smarowanie mgłą olejową (dotyczy to głównie elementów znajdujących się w skrzyni korbowej). Instalacja oleju smarowego obiegowego W skład instalacji wchodzą: − instalacja obiegowa smarowania i chłodzenia olejowego tłoków, − instalacja oczyszczająca, − instalacja transportowa. Olej smarowy w silniku spalinowym słuŜy do: − smarowania współpracujących ze sobą elementów, − odprowadzania ciepła tarcia, − odprowadzania produktów ścierania, − zabezpieczania przed korozją, − chłodzenia tłoków, − niekiedy chłodzenia wtryskiwaczy.
  • 24. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 23 Rys. 9. Ideowy schemat instalacji obiegowej oleju smarowego silnika: 1 – karter silnika (misa olejowa), 2 – pompa oleju, 3 – chłodnica, 4 – zawór termostatyczny, 5 – filtr oleju [1, s. 129] Aby zapewnić stałą temperaturę oraz lepkość oleju na dolocie do silnika w instalacji znajduje się chłodnica (rys. 9) z zaworem termostatycznym. Ciśnienie oleju w obiegu jest wyŜsze niŜ ciśnienie wody chłodzącej, co zabezpiecza przed przeciekiem wody i awarią silnika. W oleju smarowym pojawiają się róŜnego rodzaju zanieczyszczenia jak: cząstki metalu, rdzy itp. Aby zabezpieczyć silnik przed przedostawaniem się zanieczyszczeń filtr umieszcza się w instalacji jak najbliŜej silnika. Praca wirówki obiegowego oleju smarowego nie ma bezpośredniego wpływu na parametry oleju obiegowego. Wirówka wraz z podłączeniem stanowi oddzielną instalację oczyszczania oleju smarowego (wirówka moŜe pracować okresowo, np. 6 godzin na dobę lub bez przerwy 24 godziny na dobę). Smarowania wymagają równieŜ łoŜyska turbospręŜarek. Smarowanie to moŜe być realizowane w osobnym obiegu. MoŜliwy jest teŜ układ wspólny, gdzie olej jest podawany jako odgałęzienie głównego obiegu smarowego silnika (zwykle stosuje się dodatkowe filtry olejowe). Oddzielną instalację oleju smarowego stanowią z reguły: − instalacja oleju smarowania i chłodzenia przekładni redukcyjnej, − instalacja oleju smarowania i chłodzenia łoŜysk linii wałów, − instalacja oleju cylindrowego. Uzupełnieniem instalacji oleju smarowego jest instalacja transportowa i oczyszczająca. UmoŜliwia ona pobranie oleju smarowego do odpowiednich zbiorników, transport pomiędzy zbiornikami zapasowymi, transport do odpowiednich zbiorników obiegowych jako uzupełnienie ubytków oraz wirowanie oleju obiegowego.
  • 25. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 24 Instalacja oleju cylindrowego W przypadku duŜych, wolnoobrotowych silników wodzikowych, zachodzi potrzeba doprowadzenia oleju do gładzi cylindrowej, ze względu na konstrukcyjne oddzielenie karteru od przestrzeni podtłokowej. Potrzeba taka moŜe zaistnieć dla silników średnioobrotowych o duŜych średnicach cylindrów, poniewaŜ obserwuje się niewystarczające smarowanie tulei cylindrowych mgłą olejową – poprawić warunki smarowania moŜna przy pomocy podawania na gładź tulei cylindrowej oleju cylindrowego. Funkcję tę wykonuje instalacja oleju cylindrowego. Ilość podawanego oleju cylindrowego ogranicza się poniewaŜ zwiększa to zuŜycie tego oleju, podnosząc koszty, zwiększa zuŜycie tulei cylindrowej tworząc więcej osadów skoksowanego oleju na gładzi tulei, zwiększa ryzyko pękania tulei sprzyjając korozji zasadowej. Z tych powodów ilość oleju kontroluje się do wartości około 0,8–1,2 g/kWh. Większe dawki podaje się tylko w czasie rozruchu silnika i ewentualnie w czasie manewrów. Ze zbiornika zapasowego oleju cylindrowego olej trafia do zbiornika rozchodowego, a następnie przy pomocy lubrykatorów (rys. 10), zwanych teŜ praskami smarnymi trafia na gładź tulei cylindrowych. Olej jest podawany na gładź tulei cylindrowej tylko w takiej ilości, aby zapewnić wytworzenie odpowiedniej warstwy smarnej rozdzielającej pierścienie tłokowe od tulei cylindrowej oraz zneutralizować kwaśne produkty spalania paliwa. W tym celu stosowane są specjalne gatunki olejów, zwane olejami cylindrowymi. Charakteryzują się one wysoką wartością całkowitej liczby zasadowej (TBN) oraz większą lepkością. Rys. 10. Praska smarowa (lubrykator) [1, s. 132] Dozowanie oleju w określone miejsca tulei cylindrowej w odpowiednim momencie (we właściwym połoŜeniu tłoka) i we właściwej ilości zapewniają praski smarowe zwane potocznie lubrykatorami. Olej podawany jest rurką poprzez zawór zwrotny (sztucer) wbudowany w tuleję cylindrową. Punktowo podany olej ścieka rowkiem („wąsem”) po obwodzie tulei, natomiast pierścień tłokowy rozprowadza go po tulei cylindrowej. Na jednej tulei cylindrowej znajduje się zwykle co najmniej sześć punktów doprowadzających olej cylindrowy.
  • 26. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 25 Instalacja oleju smarowego przekładni zębatych Przekładnie zębate mogą być smarowane rozbryzgowo (małe i lekko obciąŜone) lub obiegowo pod ciśnieniem. Powszechnie przekładnie zębate napędu głównego są smarowane obiegowo. Dodatkowo najczęściej ciśnienie oleju smarowego umoŜliwia załączanie i wyłączanie sprzęgieł. W silnikach małej mocy instalacja smarowa przekładni moŜe być czasem wspólna z instalacją smarową silnika. Zęby współpracujących ze sobą kół zębatych są smarowane olejem rozpylanym przy pomocy dysz. Z karteru przekładni pompa obiegowa zasysa olej i tłoczy przez filtr i chłodnicę. Dalej olej dostaje się do dysz i pozostałych punktów smarnych w przekładni. Temperaturę oleju na dolocie do dysz przekładni stabilizuje zawór termostatyczny. Kadłuby przekładni są wyposaŜone w odpowietrzenie. Mają one za zadanie zapobiegać wzrostom ciśnienia w przekładni. Układ chłodzenia silnika Układ chłodzenia ma za zadanie utrzymanie odpowiedniej temperatury poszczególnych elementów silnika. W skład układu wchodzi pompa i chłodnica. Głowica, tuleja cylindrowa są chłodzone wodą słodką, która następnie oddaje ciepło wodzie morskiej w chłodnicy. Podstawowym warunkiem stosowania wody słodkiej w układach chłodzących jest, aby w przestrzeniach wymiany ciepła nie tworzyła osadów (kamienia kotłowego) oraz by przeciwdziałała zjawiskom korozyjnym. Dlatego teŜ do tego celu wykorzystuje się wodę z urządzeń destylacyjnych na statku. Woda ta powinna wykazywać właściwości lekko alkaliczne (zasadowe). Wraz ze wzrostem temperatury pH wody maleje. Do wody w systemie chłodzącym dodaje się ponadto specjalne oleje antykorozyjne (emulsja wodno-olejowa tworzy na powierzchni wymiany ciepła cienką warstwę ochronną) lub odpowiednie związki nieorganiczne (np. chromiany sodu lub potasu). W czasie eksploatacji, okresowo, najczęściej raz w tygodniu przeprowadza się kontrolę wody chłodzącej, pobierając próbki wody z kurków probierczych. Dokonujemy pomiaru alkaliczności, pH roztworu i stęŜenia środków antykorozyjnych, w razie potrzeby dodajemy je do wody chłodzącej (najczęściej odmierzone ilości trafiają poprzez zbiornik kompensacyjny do systemu wody chłodzącej). Mimo wszystko, po dłuŜszym okresie eksploatacji silników gromadzą się w przestrzeniach wymiany ciepła osady kamienia kotłowego. Powodują one pogorszenie chłodzenia i wzrost temperatury elementów chłodzonych. Powoduje to konieczność okresowego (np. raz na rok) rozpuszczania osadów. Instalacja chłodzenia wodą zaburtową W warunkach podróŜy morskiej ogólnie dostępnym czynnikiem chłodzącym, spełniającym wymagania: − stosunkowo niskiej temperatury, − duŜej pojemności cieplnej (praktycznie braku ograniczeń ilościowych), jest woda morska. Z tego względu uŜywana jest ona powszechnie w systemach chłodzenia, pomimo swoich wad: − jest czynnikiem korozyjnym, − powoduje wytrącanie się soli w urządzeniach, i innych. Korozja jest istotnym czynnikiem warunkującym Ŝywotność urządzeń statkowych, podczas gdy osady soli – zmniejszają ich wydajność. Na powierzchniach wymiany ciepła osadzają się wytrącone w wyniku podgrzewania osady soli, zmniejszają przekroje, przez które woda przepływa i w efekcie pogarszają warunki wymiany ciepła.
  • 27. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 26 Woda morska stosowana jest m.in. do: − chłodzenia wody słodkiej chłodzącej silnik główny i silniki pomocnicze, − chłodzenia oleju smarowego (ewentualnie równieŜ chłodzenia) silników głównych, pomocniczych i przekładni, − chłodzenia powietrza doładowującego w silnikach spalinowych, − chłodzenia paliwa w obiegach chłodzenia wtryskiwaczy, − chłodzenia oleju w łoŜyskach linii wału, − chłodzenia skroplin w instalacjach parowych, − skraplania destylatu (pary) w skraplaczach i do ich zasilania, − awaryjnego chłodzenia silników głównych i pomocniczych (zamiast wody słodkiej), − zasilania instalacji wodnej przeciwpoŜarowej, − zasilania instalacji balastowej i zęzowej, − zasilania instalacji sanitarnej. Poboru wody morskiej do powyŜszych celów dokonuje się zazwyczaj z magistrali kingstonowej w postaci rurociągu o duŜej średnicy, umieszczonego w siłowni (zawory burtowe i denne). Rys. 11. Schemat ideowy instalacji chłodzenia wodą zaburtową: 1 – skrzynia zaworowa, 2 – zawór denny (tzw. kingston), 3 – zawór burtowy, 4 – rurociąg główny wody morskiej ( magistrala kingstonowa), 5 – pompa wody chłodzącej, 6 – zawór odlotowy, zwrotny, 7 – zawór termostatyczny, 8 – poziom wody zaburtowej [1, s. 123] Woda, po pobraniu z magistrali, jest tłoczona do wymienników ciepła. Następnie, w zaleŜności od jej temperatury, zawór termostatyczny podaje ją za burtę lub z powrotem do obiegu. Niska temperatura wody dolotowej powoduje zwiększenie jej recyrkulacji i odwrotnie. W wyniku takiego działania istnieje moŜliwość utrzymania temperatury wody morskiej w obiegu w pewnych stałych granicach, a zatem – zapewnienia stałych warunków chłodzenia. Woda morska pobierana do obiegu w portach, kanałach, rzekach itd. jest zwykle zanieczyszczona i istnieje ryzyko zasysania wraz z nią szlamu czy piasku. W takiej sytuacji zasilanie magistrali przestawia się z zaworów dennych na burtowe. Ze względu na to, Ŝe wodę morską doprowadzamy do kilku wymienników ciepła, w zaleŜności od obsługiwanego typu silnika i wymagań jego producenta, mamy do czynienia z charakterystycznym układem chłodnic. Najczęściej spotykany układ chłodnic to: − chłodnica powietrza doładowującego, − równolegle lub szeregowo pracujące z nią wspólnie chłodnice olejowe, − chłodnica wody słodkiej chłodzącej tuleje cylindrowe i głowice.
  • 28. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 27 Ze względu na to, Ŝe w instalacji chłodzenia znajdują się chłodnice silników pomocniczych i głównych, tworzących jeden lub dwa rozdzielone układy, istnieje wiele róŜnorodnych moŜliwości wzajemnych połączeń elementów instalacji. Z uwagi na wspomniane wady wody morskiej jako czynnika chłodzącego, stosuje się niekiedy układy bardziej rozbudowane (dwustopniowe), w których woda morska chłodzi wodę słodką w duŜych chłodnicach centralnych, a wszystkie urządzenia i czynniki siłowni chłodzone są wyłącznie wodą słodką. Układ taki zwany jest centralnym układem chłodzenia. System chłodzenia wodą słodką Instalacja chłodzenia tulei cylindrowych. Temperatura wymagana w instalacji chłodzenia tulei cylindrowych i głowic silnika (60–85°C) wyklucza zastosowanie wody morskiej. Dlatego w instalacji tej powszechnie stosuje się jako czynnik chłodzący wodę słodką, a zasadniczo wodę techniczną odpowiednio chemicznie przygotowaną. W systemie tym najczęściej chłodzone są następujące elementy silnika: − tuleje cylindrowe, − głowice, − zawory wylotowe (wydechowe), − dławice trzonów tłokowych, − korpusy turbospręŜarek. Chłodzenie jest realizowane przez instalację typu obiegowego. Przepływ wody wymuszony jest pracą pompy. Wymóg stałej temperatury na dolocie lub odlocie z silnika realizuje się dzięki zaworowi termostatycznemu. Rys. 12. Schemat ideowy instalacji chłodzenia tulei cylindrowych wspólny dla silnika głównego i pomocniczych (B&W): 1 – silnik główny, 2 – oddzielacz powietrza, 3– zbiornik wyrównawczy (kompensacyjny) 4 – pompa wody chłodzącej, 5 – rezerwowa pompa wody chłodzącej, 6 – wyparownik, 7– chłodnice wody, 8 – zawór termostatyczny, 9 – silniki pomocnicze, 10 – portowa pompa wody chłodzącej, 11 – kryza (zwęŜka) [1, s. 125] Układ przedstawiony na rysunku 12 jest układem wspólnym dla silników pomocniczych i silnika głównego. Spotyka się równieŜ układy rozdzielone, gdy wymagane są róŜne temperatury (ciśnienia) czynnika na dolocie i odlocie z róŜnych gałęzi obiegu.
  • 29. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 28 Bardzo waŜną rolę odgrywa w instalacji zbiornik wyrównawczy zwany równieŜ kompensacyjnym. Umieszcza się go z reguły w szybie maszynowym powyŜej silnika (połączony jest rurociągiem ze stroną ssącą pompy). Do tego zbiornika doprowadzone są wszystkie odpowietrzenia elementów silnika, w których istnieje moŜliwość powstania korków powietrznych. Zbiornik taki poprawia ponadto warunki pracy pompy (pracuje ona z napływem), umoŜliwia kompensację zmian objętości wody w wyniku zmian jej temperatury, uzupełnia system wodą, umoŜliwia dodawanie środków chemicznych w celu poprawy parametrów wody chłodzącej. Ponadto cała instalacja pracuje pod ciśnieniem wynikającym z połoŜenia zbiornika wyrównawczego, co jest niezbędne przy wysokich temperaturach czynnika chłodzącego (zabezpiecza to przed miejscowym parowaniem wody). Najczęściej ubytki wody w tym zbiorniku uzupełniane są wodą sanitarną (słodką) z instalacji hydroforowej lub destylatem – wodą z wyparownika. Ilość ciepła odprowadzana w wodzie chłodzącej tuleje cylindrowe i głowice jest bardzo duŜa i sięga wartości 10–12% ilości ciepła zawartego w spalanym paliwie (tj. strumień ciepła odpadowego sięga około 20–25% mocy znamionowej silnika). Dlatego teŜ próbuje się odzyskać część tego ciepła (temperatura tej wody ma 65–85°C), dokonując tzw. utylizacji. Dla przykładu powszechnie montuje się w tych instalacjach wyparowniki wykorzystujące ciepło wody chłodzącej w celu odparowania wody morskiej (wytwornice wody słodkiej). Istotnym parametrem wody chłodzącej jest jej ciśnienie; najczęściej 0,25–0,50 MPa. Zapewnia ono dotarcie wodzie chłodzącej do wszystkich elementów chłodzonych silnika. Ciśnienie wody słodkiej jest wyŜsze od ciśnienia wody morskiej chłodzącej; zabezpiecza to, w przypadku awarii chłodnicy, przed przedostawaniem się wody morskiej do wody słodkiej. Odpowiednie ciśnienie wody słodkiej powinniśmy otrzymać przy w pełni otwartym zaworze na tłoczeniu pompy. Aby nie ulegało ono wahaniom w wyniku zmian charakterystyki instalacji (np. wskutek tworzenia się osadów i zmniejszenia się przekrojów na powierzchniach wymiany ciepła) umieszcza się za silnikiem, na odlocie wody chłodzącej, stałą kryzę dławiącą. Ma ona tak dobrany przekrój, aby zapewnić wymagane ciśnienie i natęŜenie przepływu wody chłodzącej. W przypadku zastosowania turbospręŜarek chłodzonych, rolę czynnika chłodzącego pełni woda z instalacji chłodzenia głowic i tulei cylindrowych, pobierana w układzie bocznikowym. Dobranie odpowiedniej kryzy dławiącej pozwala na zapewnienie właściwego przepływu równieŜ na tej gałęzi rurociągu. Zmiana obciąŜenia silnika powoduje zmianę ilości ciepła odbieranej przez wodę chłodzącą. Aby zapewnić tę samą temperaturę wody na odlocie z silnika, konieczna jest regulacja ilości wody kierowanej do chłodnicy. Ten proces regulacji jest obecnie zautomatyzowany poprzez zastosowanie zaworu termostatycznego. Odpowiednią temperaturę wody chłodzącej silnik otrzymuje się w wyniku zmieszania dwu strumieni: wody przepływającej i omijającej chłodnicę. W układach z centralną chłodnicą wody słodkiej (zasadniczo stosowane obecnie najczęściej) od strony wody słodkiej wyróŜnia się dwa obiegi: − obieg niskotemperaturowy (oznaczany LT – ang. Low Temperature), który słuŜy do usuwania ciepła odpadowego w chłodnicach: powietrza doładowującego, ewentualnie wody chłodzącej tłoki, oleju smarowego obiegowego oraz jako ostatniej w szeregu chłodnicy tulei cylindrowych i głowic; − obieg wysokotemperaturowy (oznaczany HT – ang. High Temperaturę) słuŜący do bezpośredniego chłodzenia tulei cylindrowych i głowic.
  • 30. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 29 Instalacja wody słodkiej chłodzącej przedstawiona na rysunku 13 jest wspólna dla silnika głównego i silników pomocniczych. Woda z obiegu wysokotemperaturowego (HT), zaznaczona liniami przerywanymi, jest schładzana w chłodnicach, w których odprowadzane jest ciepło odpadowe z silnika głównego, silników zespołów prądotwórczych i innych urządzeń siłowni. Tylko część tej wody uzupełnia obieg wysokotemperaturowy. Bocznikowo w ten obieg moŜna włączyć wyparownik wody słodkiej. W czasie pracy tego wyparownika – jego bateria grzewcza pełni funkcję jednej z chłodnic wody słodkiej obiegu HT. Temperaturę tego obiegu reguluje (stabilizuje) zawór termostatyczny znajdujący się na ssaniu pomp. Temperaturę obiegu niskotemperaturowego (NT) regulują zawory termostatyczne znajdujące się na odlocie z chłodnic centralnych. Jedną z wielu zalet tego systemu jest moŜliwość stabilizacji parametrów wymiany ciepła chłodnicach, w tym utrzymania natęŜeń przepływu czynników przez chłodnice (czyli ich prędkości przepływu przez chłodnice). Rys. 13. Instalacja wody słodkiej chłodzącej z chłodnicą centralną: 1 – silnik główny, 2 – zespoły prądotwórcze, 3 – główne spręŜarki powietrza, 4 – pompy wody słodkiej chłodnicy centralnej, 5 – pompa portowa chłodnicy centralnej, 6 – pompy wody słodkiej chłodzące tuleje cylindrowe silnika głównego, 7 – wyparownik, 8 – skraplacz nadmiarowy pary wodnej, 9 – chłodnice centralne; 10 – chłodnice oleju smarowego, 11 – podgrzewacz wody słodkiej, 12 – zbiornik kompensacyjny wody słodkiej centralnego chłodzenia, 13 – zbiornik kompensacyjny wody silnika głównego, 14 – chłodnice pozostałych urządzeń pomocniczych siłowni [1, s. 127] ––––––––––– obieg HT obieg LT
  • 31. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 30 Instalacja chłodzenia tłoków wodą słodką Tłoki, o średnicy do 200 mm, nie wymagają instalacji chłodzącej. Poprzez kontakt pierścieni tłokowych z tuleją cylindrową i tłoka poprzez sworzeń z korbowodem, odprowadzana jest bowiem wystarczająca ilość ciepła do zachowania temperatury denka tłoka, która nie powoduje pogorszenia wytrzymałości mechanicznej materiału. Dla tłoków o średnicach większych zachodzi potrzeba obniŜenia temperatury denka (od strony gazów spalinowych czyli komory spalania). Wykorzystuje się w tym celu: a) w silnikach bezwodzikowych: olej obiegowy smarowy, b) w silnikach wodzikowych: − olej obiegowy smarowy (w silnikach np. MAN B&W), − wodę słodką (np. w silnikach RND firmy Sulzer). Woda zapewnia znacznie lepsze chłodzenie niŜ olej. W silnikach bardziej wysilonych cieplnie zachodzi konieczność chłodzenia tłoków wodą słodką. Rozwiązaniem powszechnie stosowanym jest osobna instalacja chłodzenia tłoków. Przyczyną tego wyodrębnienia jest moŜliwość przeniknięcia do wody chłodzącej pewnych ilości oleju, gazów spalinowych (zakwaszenie wody) i powietrza. Rys. 14. Ideowy schemat instalacji chłodzenia tłoków wodą słodką dla silnika Sulzera RND:1– zbiornik obiegowy wody 2– pompa, 3– chłodnica, 4– zawór termostatyczny, 5– teleskopy [1, s. 128] Układ sterowania Układ kontroli i sterowania słuŜy ocenie prawidłowości działania silnika, mierzy on: − prędkość obrotową silnika, − moment obrotowy, − parametry powietrza, − parametry wody chłodzącej, − parametry oleju. Moc silnika statkowego musi być wystarczająca do osiągnięcia zaplanowanej prędkości, pokonania w tym celu oporu wody i powietrza, a takŜe pokrycia strat powstałych na linii
  • 32. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 31 wału, w sprzęgle, przekładni i śrubie napędowej. Silnik okrętowy moŜe napędzać śrubę bezpośrednio lub teŜ poprzez przekładnię redukcyjną. W takim przypadku śruba obraca się z inną prędkością niŜ silnik. Instalacja spalin wylotowych Instalacja ta słuŜy bezpiecznemu wyprowadzeniu spalin poza obręb siłowni. Podstawowy warunek, jaki musi spełniać, to zapewnienie bezpieczeństwa przeciwpoŜarowego statku. W skład tej instalacji wchodzą: − przewody spalin (rurociągi izolowane), − tłumiki hałasu, − łapacze iskier. Wylot spalin jest jednym z głównych źródeł hałasu w siłowni; przepisy dopuszczają maksymalny poziom w tym pomieszczeniu do 90 dB i stąd konieczne jest stosowanie tłumików spalin. Są one konstruowane w oparciu o wykorzystanie róŜnych zjawisk fizycznych. Zastosowanie dodatkowych, rezonansowych komór bocznych (odpowiednio dostrojonych) tłumi hałasy o określonych częstotliwościach. Tłumiki wyposaŜane są w otwory wyczystkowe, słuŜące do okresowego przeglądu i czyszczenia, zawory odwadniające oraz doprowadzenia dwutlenku węgla CO2 i pary wodnej do gaszenia ewentualnego poŜaru (w przypadku zapalenia się sadzy). Na końcu traktu wylotowego montowane są tzw. łapacze iskier. SłuŜą one do gaszenia iskier powstałych w wyniku dopalania cząstek paliwa (sadzy) oraz uniemoŜliwiają wydostawanie się z instalacji spalin wylotowych popiołu i sadzy, które mogą zanieczyścić pokłady statku. Stosowane są dwa podstawowe typy łapaczy, tzw. mokre i suche. Wykorzystane jest w nich zjawisko kurtyny wodnej lub parowej, lub teŜ tzw. cyklonu. W tym ostatnim rozwiązaniu, po nadaniu spalinom ruchu po spirali, siła odśrodkowa odrzuca na zewnątrz cząstki stałe, które osadzają się w specjalnych komorach i są stamtąd okresowo usuwane. Czystość traktu spalin utrzymuje się poprzez stosowanie środków chemicznych wdmuchiwanych do przewodów wylotowych. Powodują one wypalanie sadzy i osadów. Powszechnie stosuje się teŜ zdmuchiwanie osadów przy pomocy pary wodnej pod ciśnieniem lub spręŜonego powietrza. Rys. 15. Łapacz iskier typu mokrego: 1 – dolot spalin, 2 – wylot spalin, 3 – rozpylacz wody zaburtowej, 4 – odprowadzenie wody, 5 – korpus zewnętrzny, 6 – okap, 7 – odprowadzenie cząstek stałych [1, s. 148]
  • 33. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 32 Silnik i urządzenia pomocnicze Siłownia współczesnego statku to zespół wzajemnie powiązanych ze sobą licznych urządzeń zapewniających sprawną jego eksploatację. NajwaŜniejszymi, obok silnika głównego, urządzeniami w siłowni statku są zespoły prądotwórcze, czyli silniki połączone z generatorami prądu zmiennego. W zespołach tych stosowane są silniki średnioobrotowe o mocy 20–140 kW z cylindra. Obok nich spotykane są na statkach tzw. prądnice wałowe. Są to urządzenia budowane na wale głównym, wykorzystujące jego ruch obrotowy w czasie pracy SG (silnika głównego). Z tego względu prądnice wałowe są bardziej uŜyteczne na statkach z nastawną śrubą, obracającą się cały czas nawet w trakcie manewrów w porcie, niŜ na statkach ze śrubą o stałym skoku. Na tych ostatnich prądnica wałowa jest uŜywana tylko w czasie podróŜy morskiej przy względnie ustabilizowanych obrotach silnika głównego. Drugą, obok róŜnorodnych silników elektrycznych, najliczniejszą grupą urządzeń pomocniczych w siłowni są pompy, obsługujące instalacje chłodzenia, transportowe, zęzowe, balastowe, sanitarne, ładunkowe, p.poŜ. i inne. W zaleŜności od spełnianej funkcji słuŜą one do przemieszczania wody słodkiej, morskiej, paliwa, olejów, ładunków ciekłych, w tym chemicznych. Najszersze zastosowanie mają pompy ssące i ssąco-tłoczące. Liczną grupą urządzeń siłowni są wymienniki ciepła, do których zaliczamy podgrzewacze, chłodnice, skraplacze i wyparowniki. Podgrzewacze słuŜą do podnoszenia temperatury silnika głównego przed jego uruchomieniem, paliwa cięŜkiego w zbiornikach zapasowych oraz rozchodowych i osadowych a takŜe paliwa i oleju przed ich oczyszczeniem w wirówkach, wody sanitarnej do mycia i ogrzewania pomieszczeń. Chłodnice słuŜą do obniŜania temperatury oleju smarującego silnika głównego i silnika pomocniczego, przekładni, wody chłodzącej SG oraz powietrza doładowawczego, spręŜonego powietrza gospodarczego oraz powietrza do instalacji chłodniczych i klimatyzacyjnych. Skraplacze są stosowane do kondensacji wody w głównym lub pomocniczym obiegu siłowni lub instalacjach chłodniczych. Wyparowniki słuŜą natomiast do odparowania wody i oczyszczenia jej w ten sposób z róŜnego rodzaju zanieczyszczeń, głównie soli. Stosowane są one do produkcji na statkach wody słodkiej do celów sanitarnych oraz wody do zasilania kotłów parowych. SpręŜarki są urządzeniami słuŜącymi do spręŜania gazów. Są one wykorzystywane m.in. do spręŜania powietrza słuŜącego do rozruchu SG i silników pomocniczych, obsługi urządzeń automatyki pneumatycznej oraz spręŜania czynnika chłodzącego w obiegu instalacji chłodniczych prowiantowych i ładunkowych, a takŜe do celów gospodarczych (technicznych). Wirówki są urządzeniami słuŜącymi do usuwania z paliwa i olejów zanieczyszczeń oraz wody. Wstępne oczyszczanie ma miejsce w zbiornikach osadowych i rozchodowych (odwadnianie), a ostateczne – w wirówkach i filtrach. Paliwo jest wprowadzane do wirówki od dołu: w obracającym się z szybkością kilku tysięcy obrotów na minutę bębnie cięŜsze od paliwa zanieczyszczenia układają się wskutek działania siły odśrodkowej przy jego ścianach zewnętrznych, zaś lŜejsze, oczyszczone paliwo odprowadzane jest kanałem do góry.
  • 34. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 33 Wirówki słuŜące do oczyszczania oleju nazywamy puryfikatorami (jeśli oddzielają zanieczyszczenia ciekłe) lub klaryfikatorami (jeśli usuwają głównie zanieczyszczenia stałe). Rys. 16. Wirówka oleju: A – dolna część urządzenia, B – górna część urządzenia, C – silnik, D – kołpak ramy, E – wąŜ elastyczny wody, F – podłączenie elastyczne powietrza, I – tabliczka identyfikacyjna, J – szafka sterowania, K – zespół zaworów odprowadzających olej, L – tor kablowy, M – elastyczne podłączenie – upust odfiltrowanej wody [1, s. 181] Pomocnicze kotły parowe to urządzenia do produkcji pary dla celów innych niŜ główny napęd statku. Na starych typach statków była ona wykorzystywana do napędu wind cumowniczych, kotwicznych i ładunkowych, a nawet maszyn sterowych. Obecnie stosuje się je do podgrzewaczy paliwa i wody sanitarnej, ogrzewania statku, ładunku w zbiornikach, czyszczenia (parowania) zbiorników oraz gaszenia w nich poŜarów. Kotły mogą wykorzystywać ciepło spalin wydechowych silnika głównego (są to kotły utylizacyjne) lub są opalane paliwem. Stosowane są równieŜ kotły kombinowane, wykorzystujące ciepło spalin wydechowych silnika w czasie podróŜy morskiej, natomiast w trakcie postoju w porcie lub na kotwicy – opalane paliwem. Na rysunku 17 pokazano umiejscowienie kotła w systemie gazów spalinowych.
  • 35. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 34 Rys. 17. Kocioł okrętowy kombinowany (opalany olejem i wykorzystujący temperaturą spalin) i jego umiejscowienie w systemie gazów spalinowych [1, s. 66] TurbospręŜarka jest urządzeniem, które wykorzystując energię cieplną spalin wydechowych SG, zasila go dodatkowo powietrzem, przez co poprawia warunki spalania, a tym samym zwiększa moc silnika i jego sprawność. Szereg urządzeń znajdujących się w siłowni jest następstwem wprowadzanych w Ŝycie przepisów o ochronie środowiska naturalnego. NaleŜą do nich przede wszystkim spalarka, urządzenia do obróbki ścieków i separator wód zaolejonych. Spalarka jest rodzajem pieca do spalania śmieci i innych odpadów, wspomaganego paliwem, w którym spalanie przebiega z dodatkowym zasilaniem powietrzem. Popioły pozostałe po spalaniu są z reguły niegroźne dla środowiska i mogą być usuwane do morza. Wyjątek stanowią popioły po spalaniu tworzyw sztucznych, które muszą być przechowywane na statku i zdawane na ląd. Urządzenia do obróbki sanitarnych ścieków statkowych pozwalają na chemiczną i biologiczną neutralizację ścieków normalnie groźnych dla środowiska i zamianę ich w płyn neutralny. Separatory wód zaolejonych pozwalają na oddzielenie pozostałości olejowych od wód zęzowych i oczyszczenie ich do takiego stopnia, Ŝe mogą być usuwane za burtę bez groźby zanieczyszczenia środowiska. Do badania stopnia zanieczyszczenia wód olejami słuŜą specjalne czujki, które po stwierdzeniu stęŜenia niedopuszczalnego powodują automatyczne zamknięcie zaworów burtowych i skierowanie wody z powrotem do zbiornika i do ponownego oczyszczania. W związku z wejściem w Ŝycie nowych konwencji o ochronie środowiska juŜ obecnie do wyposaŜenia statków wprowadzane są kolejne urządzenia słuŜące oczyszczaniu spalin oraz wód balastowych.
  • 36. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 35 4.2.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Jakie wyróŜniamy podstawowe elementy konstrukcyjne silnika wolnoobrotowego? 2. Jakie wyróŜniamy łoŜyska układu tłokowo-korbowego? 3. Jaką funkcję pełnią wodziki? 4. Jakie zadanie ma układ rozruchowo-nawrotny? 5. Do czego słuŜy spręŜone powietrze w siłowniach okrętowych? 6. W jakie zawory naleŜy wyposaŜyć instalację powietrzną na statku? 7. W jakim celu jest wytworzone powietrze gospodarcze? 8. Jakie ma ciśnienie powietrze do celów automatyki i sterowania? 9. Co oznacza określenie „bunkrowanie paliwa”? 10. Jakie występują zanieczyszczenia paliwa? 11. Jaką funkcję pełni układ smarowania w silniku spalinowym? 12. Jakie wyróŜnia się systemy smarowania silnika? 13. Do czego słuŜą oleje cylindrowe? 14. Jaki odczyn kwasowości powinna mieć woda w urządzeniach chłodniczych silnika? 15. W jakich systemach chłodniczych, stosuje się wodę zaburtową? 16. Jakie elementy silnika chłodzone są wodą techniczną? 17. Co wchodzi w skład instalacji spalin wylotowych? 4.2.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Wyszukaj w dostępnych źródłach informacje, na temat zastosowania spręŜonego powietrza na statkach handlowych jako czynnika roboczego. Zaproponuj alternatywne systemy wykorzystujące inne rozwiązania techniczne. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) wyszukać w róŜnych źródłach informacje na temat systemów spręŜonego powietrza, 2) na podstawie literatury zweryfikować ich parametry, 3) przedstawić alternatywne systemy wykorzystujące inne rozwiązania techniczne, 4) określić ekonomiczne aspekty ewentualnej wymiany na alternatywne systemy. WyposaŜenie stanowiska pracy: − przybory do pisania, − komputer z dostępem do Internetu. Ćwiczenie 2 Dokonaj analizy dostarczonego przez nauczyciela planu bunkrowania paliwa. Zweryfikuj przedstawione w nim zasady bezpieczeństwo i procedury wypadkowe. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) zapoznać się z przykładowym planem bunkrowania paliwa,
  • 37. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 36 2) przeanalizować zawarte w nim treści, 3) przedyskutować na forum grupy ewentualne zastrzeŜenia do zawartych procedur, 4) podać propozycje zmian. WyposaŜenie stanowiska pracy: − przykładowe plany bunkrowania paliwa − przybory do pisania, − komputer z dostępem do Internetu. Ćwiczenie 3 Dokonaj analizy ideowego schematu instalacji zasilania silników paliwem. Nazwać poszczególne symbole, określić ich zadania w systemie zasilania paliwem. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) zapoznać się z elementami systemu zasilania silników paliwem, 2) zapisać w notatkach nazwy elementów i podzespołów systemów zasilania. 3) określić zadania spełniane przez poszczególne elementy systemu zasilania paliwem. WyposaŜenie stanowiska pracy: − schematy ideowe systemu zasilania, − przybory do pisania, − komputer z dostępem do Internetu. 4.2.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) opisać budowę silnika głównego? 2) scharakteryzować systemy spręŜonego powietrza? 3) omówić instalacje paliwowe? 4) scharakteryzować sposoby zasilania silników spalinowych? 5) określić metody oczyszczania paliwa? 6) opisać układy smarowania? 7) scharakteryzować instalacje olejowe? 8) scharakteryzować układy chłodzenia silnika? 9) omówić instalacje spalin wylotowych? 10) scharakteryzować siłowniki i urządzenia pomocnicze?
  • 38. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 37 4.3. Układ napędowy statku 4.3.1. Materiał nauczania Energia do napędu statku Wielkość energii potrzebnej do napędu statku określa się najczęściej wartością mocy na wale napędowym. ZaleŜna jest ona przede wszystkim od: − wielkości kadłuba, − kształtu części podwodnej kadłuba, − masy statku − wymaganej prędkości eksploatacyjnej statku. Moc potrzebną do napędu statków moŜna w przybliŜeniu wyznaczyć ze wzorów doświadczalnych i na podstawie badań modelowych kadłuba w specjalnych basenach. Na statkach towarowych i pasaŜerskich typowym pędnikiem jest śruba okrętowa, natomiast na statkach specjalnych i holownikach wykorzystuje się równieŜ inne pędniki. Największą sprawność śruby uzyskuje się przy znacznej jej średnicy i przy stosunkowo niskich obrotach. Optymalną sprawność powinna osiągać przy prędkości obrotowej od 70 do 200 obr./min. Orientacyjne wartości mocy silnika głównego wynoszą dla: − holowników: 500–3500 kW, − statków o nośności ok. 10 000 DWT: 4 000–12 000 kW, − promów pasaŜersko-samochodowych: 10 000–20 000 kW, − duŜych statków pasaŜerskich: 30 000–70 000 kW, − statków o nośności 100 000 DWT: 10 000–20 000 kW, − duŜych kontenerowców rzędu 6 000 TEU: 40 000–80 000 kW, − superzbiornikowca o nośności powyŜej 350 000 DWT: 20 000–50 000 kW. Rozwiązania statkowych układów napędowych Jako tzw. pędniki powszechnie wykorzystywane są śruby stałe, ale coraz częściej stosuje się równieŜ śruby nastawne, posiadające zmienny skok z moŜliwością jego płynnej regulacji. Pozwala to na zmianę prędkości statku bez potrzeby zmiany obrotów SG. Wadą śrub nastawnych jest ich mniejsza sprawność, wysoki koszt oraz skomplikowany mechanizm zmiany skoku. Na nowoczesnych statkach, głównie pasaŜerskich stosowane są inne rodzaje pędników, jak np. AZIPOD. Są to tzw. silniki gondolowe o napędzie elektrycznym zapewniające bardzo cichą pracę, a jednocześnie znacznie polepszające właściwości manewrowe statku. Spotyka się teŜ napędy tzw. strugowodne, dysze Korta i inne. System napędowy statku to urządzenia słuŜące przekazaniu energii mechanicznej pracującego silnika do pędnika (najczęściej jest to śruba napędowa). Przykładowe rozmieszczenie elementów składowych tego układu pokazano na rysunkach 18 i 19.
  • 39. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 38 Rys. 18. Linia wału napędowego [1, s. 60] Rys. 19. System napędowy przekładniowy z uszczelnieniem pochwy wału typu Glacu: 1 – przekładnia, 8 – wał śrubowy, 2 – wał oporowy, 9 – uszczelnienie końca wału śrubowego, 3 – łoŜysko oporowe, 10 – śruba napędowa, 4 – wał pośredni, 11 – gródź skrajnika rufowego, 5 – wspornik wału, 6 – łoŜysko wału pośredniego, 12 – skrajnik rufowy, 7 – uszczelnienie wału, 13 – stewa rufowa [1, s. 66] Ze względu na sposób wytworzenia energii mechanicznej rozróŜniamy siłownie: − spalinowe, − parowe, − jądrowe. W siłowniach spalinowych (najbardziej rozpowszechnione) stosuje się układy napędowe: − bezprzekładniowe w skład którego wchodzą: silnik, wały pośrednie, wał śrubowy, śruba napędowa o stałym lub zmiennym skoku, − przekładniowe w skład którego wchodzą: silnik, sprzęgło, przekładnia redukcyjna, wały pośrednie z łoŜyskami nośnymi pośrednimi, wał śrubowy, śruba napędowa o stałym lub zmiennym skoku. Warunki współpracy silnika i śruby Silnik okrętowy moŜe przekazywać przetworzoną w sobie energię bezpośrednio na śrubę lub za pomocą przekładni redukcyjnej. W pierwszym przypadku silnik jest sztywno sprzęgnięty za pomocą wału pośredniego ze śrubą napędową. Prędkość silnika i śruby jest w tym przypadku jednakowa. Współpraca silnika ze śrubą jest moŜliwa dla kaŜdego ustalonego stanu pracy, jeśli moment obrotowy silnika pomniejszony o straty równa się momentowi obrotowemu śruby. Z tego wynika, Ŝe moc efektywna silnika pomniejszona o straty jest równa mocy na stoŜku śruby. W przypadku, gdy moc silnika jest przekazywana na śrubę za pośrednictwem przekładni to naleŜy wziąć teŜ pod uwagę sprawność tej przekładni.
  • 40. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 39 Współpraca silnika ze śrubą stałą Podstawowym warunkiem współpracy silnika ze śrubą napędową jest równość mocy przekazywanej na śrubę i mocy przejmowanej przez nią. Dla bezpośredniego napędu śruby moŜna przyjąć upraszczające załoŜenie, Ŝe moc efektywna silnika jest równa mocy przyjmowanej przez śrubę. Wobec niewielkich strat na linii wałów błąd wyniku w tym załoŜeniu jest niewielki, a jednocześnie pozwala na wykorzystanie charakterystyki stałej nastawy paliwa do wyznaczenia warunków współpracy silnika i śruby. Jeśli w układzie współrzędnym moc – prędkość obrotowa nałoŜymy na siebie charakterystykę śrubową i charakterystykę stałej nastawy paliwa, to przetną się one w punkcie, który będzie wyznaczał warunki współpracy silnika i śruby. Punktowi temu odpowiada moc i prędkość nominalna. Moc nominalna jest mocą efektywną rozwijaną przez silnik przy nominalnej prędkości obrotowej, a zarazem mocą przejmowaną przez śrubę przy tej samej prędkości obrotowej. Dla danej charakterystyki śrubowej zmiana mocy i prędkości obrotowej moŜe nastąpić jedynie wtedy, gdy zmieni się charakterystyka silnika. Zmianę charakterystyki silnika dokonuje się przez zmianę dawki paliwa. Ze względów eksploatacyjnych i zachowania koniecznej rezerwy mocy, moc trwała silnika, rozwijana podczas eksploatacji silnika, jest mniejsza od mocy nominalnej. BieŜące dostosowanie charakterystyki silnika do charakterystyki śruby jest szczególnie konieczne w czasie pływania w zmiennych warunkach, na przykład w czasie sztormu. Kołysanie wzdłuŜne statku powoduje częściowe wynurzanie się z wody śruby napędowej, przez co maleje przejmowany przez nią moment obrotowy, co zmienia wartość mocy pobieranej przez śrubę. W takim przypadku układ regulacji prędkości powinien w sposób ciągły przywracać równowagę w układzie napędowym. KaŜda zmiana prędkości obrotowej w kierunku wzrostu lub spadku powoduje zadziałania regulatora na pompy wtryskowe i zmianę ilości zadanego paliwa. Powtarzające się okresowo zmiany obciąŜeń powodują ciągłe przyspieszanie i opóźnianie biegu silnika w zmiennych warunkach sztormowych. Ze względów na wymagania eksploatacyjne silnika zmniejszenie jego prędkości obrotowej jest konieczne wtedy, gdy jej spadek przekracza około 10%, pomimo zwiększania nastaw paliwa przez regulator do wartości nominalnej. Współpraca sinika ze śrubą napędową nastawną Śruby nastawne pozwalają na wykorzystanie pełnej mocy silnika napędowego w zmiennych warunkach pływania oraz zmianą prędkości i kierunku ruchu statku przy stałej prędkości obrotowej silnika. Zmiana skoku śruby powoduje zmianę jej charakterystyki napędowej. W czasie pływania swobodnego statku współpraca silnika i śruby ustalona jest w punkcie, któremu odpowiada obciąŜenie silnika mocą nominalną, przy prędkości obrotowej nominalnej i momencie nominalnym. Podczas, na przykład, holowania, trałowania wzrastają opory pływania wskutek czego moc silnika moŜe zmaleć wraz z prędkością obrotową. Jeśli jednak zmniejszony zostanie skok śruby, to charakterystyka śrubowa stanie się mniej stroma i moŜna w ten sposób powrócić do obciąŜenia silnika mocą nominalną. 4.3.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Od czego zaleŜy wielkość energii potrzebnej do napędu statku? 2. Jakie rozróŜniamy wartości mocy silników głównych, w zaleŜności od rodzaju statku? 3. Co to są pędniki? 4. Z jakich elementów zbudowana jest linia wału? 5. Z czego wynika moc na stoŜku śruby? 6. Jak wyznacza się warunki współpracy silnika i śruby? 7. Co spowoduje zwiększenie skoku śruby nastawnej?
  • 41. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 40 4.3.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Korzystając z literatury lub Internetu odszukaj i zapisz definicje pojęć podanych w tabeli. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) odszukać definicje podanych pojęć, 2) wpisać do tabeli ich definicje. Pojęcie Definicja gródź łoŜysko oporowe pędnik stewa rufowa WyposaŜenie stanowiska pracy: − komputer z dostępem do Internetu, − literatura i inne źródła informacji. Ćwiczenie 2 Korzystając z literatury lub Internetu dobierz do określonych rodzajów statku układ napędowy, uzasadnij wybór. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) rozróŜnić układy napędowe statków, 2) scharakteryzować parametry układów napędowych. 3) wymienić parametry mające wpływ na dobór układu napędowego. Rodzaj statku Uzasadnienie doboru układu napędowego holownik prom pasaŜersko-samochodowy statek wycieczkowy tankowiec lodołamacz
  • 42. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 41 WyposaŜenie stanowiska pracy: − komputer z dostępem do Internetu, − literatura i inne źródła informacji. Ćwiczenie 3 Na podstawie otrzymanych danych wyznaczyć moc, prędkość obrotową i moment obrotowy silnika okrętowego w określonych warunkach eksploatacyjnych dla silnika współpracującego ze śrubą stałą. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) wyznaczyć moc eksploatacyjną na podstawie obliczeń, 2) obliczyć moment eksploatacyjny, 3) obliczyć prędkość eksploatacyjną obrotową. WyposaŜenie stanowiska pracy: − przybory do pisania, − komputer z dostępem do Internetu. 4.3.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) określić wielkość zapotrzebowanej mocy na wale? 2) dokonać podziału statków ze względu na moc silnika głównego? 3) scharakteryzować pędniki? 4) opisać linie wału? 5) opisać współprace silnika i śruby?
  • 43. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 42 4.4. Zarządzanie pracą siłowni okrętowej 4.4.1. Materiał nauczania Centrala kontrolno-manewrowa (lub manewrowo-kontrolna) CMK stanowi pomieszczenie na statku, najczęściej w przedziale maszynowni, w którym zgromadzone są instrumenty kontrolne silnika głównego i mechanizmów pomocniczych. Z pomieszczenia tego moŜna teŜ uruchomić większość systemów (pompy, kompresory itp) oraz regulować obroty silnika głównego. Zaletą CMK jest to, Ŝe będąc odizolowaną od pomieszczenia maszynowni cieplnie i akustycznie zapewnia znacznie lepsze warunki pracy mechanikowi wachtowemu. Dodatkowo, mając wszystkie waŜniejsze wskaźniki zgrupowane w jednym miejscu moŜna na bieŜąco kontrolować pracę mechanizmów i systemów. W nowoczesnych CMK wszystkie mierzone parametry są wyświetlane na ekranie komputera. Na statkach małych i średnich, (o ile są wyposaŜone w CMK) w centrali znajduje się równieŜ główna tablica rozdzielcza, pozwalająca kontrolować pracę statkowej elektrowni i rozdział energii elektrycznej. Rys. 20. Centrala manewrowo-kontrolna [11]
  • 44. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 43 Rys. 21. Tablica kontrolna silnika głównego [11] Telegraf maszynowy – urządzenie do wydawania poleceń sterujących do maszynowni statku z mostku kapitańskiego. Sygnały są przekazywane mechanicznie lub elektrycznie. Standardowo za pomocą dźwigni na tarczy ustawia się odpowiednią skalę szybkości: − stop, − bardzo wolno naprzód (wstecz), − wolno naprzód (wstecz), − pół naprzód (wstecz), − cała naprzód (wstecz). Rys. 22. Telegraf maszynowy [11] Telegraf maszynowy – urządzenie do przekazywania komend dotyczących ruchu maszyn z pomostu nawigacyjnego do maszynowni. Nastawiona rączka telegrafu maszynowego na odpowiednią komendę, oznaczoną na tarczy na mostku, powoduje za pomocą przekładni mechanicznej lub prądu elektrycznego takie samo ustawienie się wskazówki na tarczy telegrafu maszynowego w maszynowni. W podobny sposób maszynownia przesyła na pomost potwierdzenie przyjęcia rozkazu. Na telegrafie maszynowym są zwykle oznaczone następujące skale szybkości (naprzód i wstecz, stop, wolno, mała, pół, cała)
  • 45. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 44 Telegraf przyciskowy – podstawowymi zespołami telegrafu są nadajnik i odbiornik. Nadawanie i potwierdzanie komend odbywa się poprzez wciśnięcie przycisku w odpowiednim polu komendy. Sygnalizacja nadawania komend zrealizowana jest poprzez podświetlenie przycisku światłem migającym oraz akustycznie (sygnał przerywany). Po potwierdzeniu komendy przycisk podświetlany jest światłem ciągłym (z moŜliwością ściemniania w nadajniku) a sygnał akustyczny zanika. Nadajnik telegrafu wyposaŜony jest w układ sygnalizacji optycznej i akustycznej zaniku napięcia zasilania podstawowego, zasilany z dodatkowego zewnętrznego źródła napięcia. Istnieje moŜliwość współpracy nadajnika z dwoma odbiornikami. Potwierdzenie komend moŜliwe jest z jednego odbiornika, wybranego przełącznikiem wyboru, a drugi odbiornik pełni w tym czasie rolę wskaźnika komend bez moŜliwości ich potwierdzania. Nadany sygnał jest odbierany i pokazywany na podobnej tarczy w maszynowni. Następnie mechanicy obsługujący maszynę potwierdzają odebranie sygnału. Urządzenia sterowe Urządzenie sterowe składa się z: − telemanipulatora steru, czyli urządzenia słuŜącego do sterowania pracą maszyny sterowej (podstawową częścią telemanipulatora jest kolumna sterowa), − maszyny sterowej (silnik elektryczny, siłownik hydrauliczny, przekładnia pomiędzy silnikiem, a sterem), − steru, Sterowanie pracą maszyny sterowej odbywa się z kolumny sterowej znajdującej się na mostku. Na wielu statkach znajdują się poza tym dodatkowe stanowiska sterowania tak na mostku (manewrowe stanowiska sterowania ze skrzydeł mostka, jak i w maszynowni. Komendy sterowe wymagają zachowania odpowiednich prawideł i są określone. Tabela 1. Komendy na ster angielskie polskie znaczenie komendy midships, (midships wheel) środek ster połoŜyć ster na środek port five ster lewo pięć wyłoŜyć ster do połoŜenia 5” w lewo port twenty–five ster lewo dwadzieścia pięć wyłoŜyć ster do połoŜenia 25” w lewo starboard five ster prawo pięć wyłoŜyć ster do połoŜenia 5” w prawo starboard twenty starboard easy prawo dwadzieścia powoli wprawo wyłoŜy ster w prawo dwadzieścia stopni wychylić ster tak, aby statek powoli zmieniał kurs wprawo port easy hard a starboard powoli w lewo prawo na burtę wychylić ster tak, aby statek powoli zmieniał kurs w lewo wyłoŜyć ster całkowicie naprawą burtę hard a port lewo na burtę wyłoŜyć ster całkowicie na lewą burtę easy to five ster powoli do pięciu zredukować wychylenie steru do pięciu stopni i przytrzymać
  • 46. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 45 steady steady as she goes how is her head? przytrzymać tak trzymać ile leŜy? powstrzymać obracanie statku jak najszybciej sterować według kursu wskazywanego podać aktualny kurs is she steering? report if she does not answer the wheel! czy słucha steru? zameldować, jeśli nie będzie słuchać steru! podać, czy statek reaguje na wychylenia steru zameldować, jeśli nie steruje: „she is not steering”„ port, steer one – two – five w lewo, sterować sto dwadzieścia pięć wychylić ster w lewo i sterować sto dwadzieścia pięć stopni finished with the wheel koniec na sterze koniec manewrów na sterze: moŜna wyłączyć pompy steru Komendy do maszyny teŜ wymagają zachowania pewnych prawideł. Doświadczeni kapitanowie są przeciwni na przykład stosowaniu komendy „mała naprzód”, którą łatwo pomylić z „cała naprzód”. Na statkach przyjęty jest system następujących komend: − cała wstecz, − pół wstecz, − wolno wstecz, − bardzo wolno wstecz, − stop maszyna, − bardzo wolno naprzód, − wolno naprzód, − pół naprzód, − cała naprzód. Manewry awaryjne: − awaryjna (podwójna) cała wstecz, − awaryjna (podwójna) cała naprzód, Wszystkie komendy powinny być wypowiadane głośno i wyraźnie! Czynności związane z przejęciem i pełnieniem wachty w siłowni okrętowej moŜna podzielić na dwie grupy. Czynności związane z przejmowaniem wachty w siłowni określają: − czas na przejęcie wachty i sposób kontroli wszystkich pracujących maszyn, mechanizmów pomocniczych i systemów, będących pod nadzorem maszynowni podczas przejmowania wachty, − zapisywanie odchyleń od normalnych wartości pomiarów parametrów systemów oraz wyjaśnienie przyczyn odchyleń, − sposób kontroli aktualnego poziomu mediów roboczych, − sposób kontroli waŜniejszych parametrów pracy wszystkich pracujących systemów i maszyn, − sposób kontroli stanu zęz w siłowni, − prowadzenie dziennika maszynowego, − wyjaśnienie uwag i przejęcie wachty.
  • 47. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 46 Czynności związane z pełnieniem wachty w siłowni odnoszą się do: − sposobu nadzorowania pracy wszystkich pracujących mechanizmów i urządzeń w regularnych odstępach czasu, − kontroli i rejestracji waŜniejszych parametrów pracy silnika głównego i innych urządzeń podczas pełnienia wachty, − sprawdzanie stanu obciąŜenia silnika, − przeprowadzania pomiarów związanych z obliczaniem mocy efektywnej, zuŜycia paliwa i sporządzaniem bilansów. 4.4.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Jaką funkcję pełni centrala manewrowo-kontrolna? 2. Do czego słuŜy telegraf maszynowy? 3. Do czego słuŜą komendy na ster? 4. Jakie czynności są podejmowane podczas przejmowania wachty maszynowej? 5. Jakie informacje są przekazywane przez telegraf maszynowy? 4.4.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Korzystając z dostępnych źródeł informacji, opracuj protokół przekazania wachty w maszynowni. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) określić sposób kontroli pracujących maszyn, mechanizmów i systemów będących pod nadzorem maszynowni, 2) określić sposób kontroli poziomu mediów roboczych, 3) określić sposób kontroli stanu zęz siłowni, 4) stworzyć dokument przekazania wachty. WyposaŜenie stanowiska pracy: − komputer z dostępem do Internetu, − literatura i inne źródła informacji. Ćwiczenie 2 Tablica kontrolna silnika głównego jest wyposaŜona w szereg przyrządów pomiarowych. Przedstaw jakie wielkości charakteryzujące prace silnika moŜna z nich odczytać. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) rozróŜnić podstawowe wielkości charakteryzujące prace silnika głównego, 2) określić prace urządzeń i mechanizmów siłowni, 3) odczytać wskazania przyrządów pomiarowych, 4) zapisać wielkości wskazywane przez przyrządy, 5) określić stan poszczególnych podzespołów silnika głównego.
  • 48. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 47 WyposaŜenie stanowiska pracy: − zdjęcia tablic kontrolnych silników głównych, − komputer z dostępem do Internetu, − literatura i inne źródła informacji. Ćwiczenie 3 Na telegrafie maszynowym podana jest komenda: „pół naprzód”. Otrzymujesz komendę awaryjną: „podwójna wstecz”. Przeprowadź procedurę wykonania tej komendy na symulatorze. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) potwierdzić komendę z mostka dźwignią telegrafu maszynowego, 2) przeprowadzić procedurę wykonania komendy. WyposaŜenie stanowiska pracy: − symulator siłowni okrętowej, − przybory do pisania, − komputer z dostępem do Internetu. 4.4.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) scharakteryzować centrale manewrowo-kontrolną? 2) omówić telegraf maszynowy? 3) posłuŜyć się telegrafem maszynowym? 4) wydawać komendy na ster? 5) scharakteryzować komendy do maszyny? 6) określić czynności związane z przejmowaniem wachty maszynowej?
  • 49. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 48 5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ INSTRUKCJA DLA UCZNIA 1. Przeczytaj uwaŜnie instrukcję. 2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi. 3. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych. 4. Test zawiera 20 zadań i sprawdza Twoje wiadomości z zakresu posługiwania się pokładowymi środkami łączności. Tylko jedna odpowiedź do kaŜdego zadania jest prawidłowa. 5. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi. Skreśl prawidłową odpowiedź. 6. JeŜeli się pomylisz, błędną odpowiedź weź w kółko i skreśl odpowiedź prawidłową. JeŜeli skreślisz więcej niŜ jedną odpowiedź do jednego zadania, nie zostanie one ocenione. 7. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania. 8. Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, odłóŜ jego rozwiązanie na później; wrócisz do niego, gdy zostanie Ci wolny czas. 9. Na rozwiązanie testu masz 45 minut. Powodzenia! ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1. Siłownia okrętowa nie wytwarza energii a) elektrycznej. b) mechanicznej. c) cieplnej. d) jądrowej. 2. Sprawność mechaniczna turbin parowych, mieści się w granicach a) 20–45%. b) 25–40%. c) 15–20%. d) 60–80%. 3. Zadaniem siłowni głównej jest dostarczanie energii do układu a) pomp ładunkowych. b) chłodniczego. c) napędowego. d) elektrycznego. 4. Ze względów ekonomicznych, szczególnie duŜe znaczenie ma a) płynność pracy siłowni. b) sprawność energetyczna siłowni. c) łatwość regulacji prędkości. d) cicha praca siłowni.
  • 50. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 49 5. Sprawność silnika spalinowego wolnoobrotowego, moŜe wynosić a) 80%. b) 100%. c) 70%. d) 50%. 6. W statkach pasaŜerskich stosuje się jako napęd turbiny parowe, gdyŜ charakteryzują się one a) zwiększonym jednostkowym zuŜyciem paliwa. b) mniejszymi drganiami kadłuba i mniejszym hałasem. c) bardzo mała masą silnika. d) koniecznością spalania lepszych gatunkowo paliw. 7. Silniki spalinowe wolnoobrotowe mają prędkość obrotową wału w granicach a) 70–240 obr/min. b) 10–24 obr/min. c) 240–1240 obr/min. d) 700–2400 obr/min. 8. Silniki spalinowe nawrotne współpracują ze śrubą a) pędnikiem. b) śrubą skrętną. c) nastawną. d) o stałym skoku. 9. Trzon tłokowy w silnikach wodzikowych a) to element łączący tłok z wodzikiem. b) łączy wodzik z głowicą. c) łączy wodzik z wałem korbowym. d) zamyka przestrzeń roboczą cylindra. 10. Przekroczenie ciśnienia w butli powietrza o 10% ciśnienia nominalnego a) włączy system poŜarowy. b) uruchomi zraszanie łodzi. c) uszkodzi zawór główny poboru butli. d) otworzy zawór bezpieczeństwa. 11. SpręŜone powietrze do celów gospodarczych, powinno mieć ciśnienie, rzędu a) 0,1–0,2 MPa. b) 1,3–1,6 MPa. c) 0,3–0,6 MPa. d) 3–6 MPa. 12. Układ zasilania paliwem składa się w silniku spalinowym z a) systemu poboru paliwa i systemu transportu wewnętrznego. b) pompy wtryskowej i wtryskiwaczy. c) systemu przyjmowania paliwa i systemu bunkrowania paliwa. d) pompy paliwowej i dyszy.