SVEUČILIŠTE U SPLITU POMORSKI FAKULTET U SPLITU ZAVOD ZA BRODOSTROJARSTVO
BRODSKI ENERGETSKI SUSTAVI
Nastavnik:
Asistent:
dr.sc. Nikola Račić, izv.prof.
SPLIT, rujan 2014.
mr.Đorđe Dobrota
BRODSKI ENERGETSKI SUSTAVI • Brod se može definirati kao plovno sredstvo na vlastiti pogon za prijevoz putnika i transport tereta plovnim putovima. Međutim, on može služiti i za druge svrhe, npr. za ribolov, spašavanje, istraživanje, polaganje kablova, polaganje cjevovoda, tegljenje, itd.
• Podjela brodova prema namjeni: - trgovački (putnički i teretni -generalni, rasuti i tekući teret), - brodovi specijalne namjene, - vojni.
Vrste trgovačkih brodova
Brodovi za prijevoz rasutih tereta (Bulk Carrier )
Vojni brodovi
• S obzirom na namjenu i svojstva brod je organiziran kao tehnički sustav sa zadanom funkcijom cilja, a to je ekonomska učinkovitost i ekološka prihvatljivost. To podrazumijeva kako se aspekti dizajna, rada i
održavanje broda moraju razmatrati kao integrirani sustav.
• Tehnički sustav obično se sastoje od većeg broja podsustava i komponenti povezanih na takav način da je sustav sposoban obaviti niz zahtijevanih funkcija.
• Vrlo često su podsustavi i komponente, od kojih se sastoji sustav, različitih tehnologija čime se povećava složenost sustava. Prema Pahlu, Beitzu, Feldhusemnu i Groteu (2007), osnove tehničkih sustava čine: - sustav, postrojenje, oprema, stroj, sklop i komponenta,
- pretvorba energije, materijala i signala, - funkcionalni međuodnos, - radni međuodnos,
- konstrukcijski međuodnos, - sustavni međuodnos, - ciljevi i ograničenja.
• Tehnički zadaci obavljaju se uz pomoć tehničkih artefakta kao što su postrojenja, oprema, strojevi, sklopovi i komponente, a koji su ovdje
navedeni približno prema stupnju složenosti. • Ovi izrazi ne moraju imati jednaku primjenu u različitim područjima. Tako dio opreme, npr. reaktor, može ponekad biti složeniji od postrojenja, dok artefakti imenovani kao postrojenja u nekim područjima mogu biti opisani kao strojevi u drugima.
• Stroj se sastoji od sklopova i komponenti. • Upravljačka oprema se slično koristi u postrojenjima i u strojevima, te može biti sastavljena od sklopova i komponenti pa možda čak i od manjih strojeva. Različita primjena ovih izraza odražava zapravo povijesni razvoj i područja primjene. •
Svi tehnički sustavi uključuju pretvorbu energije, materijala i/ili signala koja mora biti određena kvantitativnim, kvalitativnim i ekonomskim izrazima.
• U svrhu opisa funkcionalnog međuodnosa tehničkog sustava, potrebno je odrediti opću funkciju sustava s jasnim i jednostavno načinjenim odnosima između ulaza i izlaza. Pri tome ulazi i izlazi svih veličina uključenih u proces moraju imati poznate stvarne ili potrebne karakteristike.
• Opća funkcija sustava može se često podijeliti u prepoznatljive pod funkcije koje odgovaraju pod- zadacima. Odnos između pod -funkcija i opće funkcije je vrlo često upravljana određenim ograničenjima s obzirom da neke podfunkcije moraju biti zadovoljene prije drugih.
• Tehnički artefakti ili sustavi ne djeluju izdvojeno i uglavnom su dijelovi većeg sustava. • Radi ispunjenja svoje ukupne funkcije sustav često uključuje ljude kroz njihovo ulazno djelovanje. Sustav odgovara povratnim djelovanjem ili
signalima koji potiču na dalju akciju. Granica sustava Energija Materija Signali
Energija' Tehnički arfekat
Materija' Signali' P o v
Uznemirujuće djelovanja od okoline
e j o n n a z v a o l l e U j d
i
r o
tn o
p
s
u d v
lo
a n
ja
je e
v
Nuspojave na ljude i okoliš n
a je
Ljudi
Tehnički sustav
Međuodnosi u tehničkom sustavu uključujući ljude.
• Na taj način ljudi podupiru ili omogućuju predviđeno djelovanje tehničkog sustava.
• Osim željenih ulaza, na tehničkih sustav mogu djelovati i neželjeni iz okruženja ili iz susjednih sustava. Takva uznemiravajuća djelovanja mogu izazvati nuspojave kao npr. odstupanja oblika ili položaja. Granica sustava Energija Materija Signali
Energija' Tehnički arfekat
Materija' Signali' P o v
Uznemirujuće djelovanja od okoline
e j o n n a z v a o l l e U j d
i
r o
tn o
p
s
u d v
lo
a n
ja
je e
v
Nuspojave na ljude i okoliš n
a je
Ljudi
Tehnički sustav
Međuodnosi u tehničkom sustavu uključujući ljude.
• Također je moguće da se uz željeno radno djelovanje pojavi i neželjeno, poput vibracija, od pojedine komponente unutar cjelokupnog sustava. Ove
neželjne pojave mogu imati negativan utjecaj na ljude i okolinu. Stoga se mora razlučiti razlika između željenog djelovanja, ulaznog djelovanja, povratnog djelovanja, ulaznih smetnji i nuspojava, te odrediti glavne ciljeve
i ograničenja.
• Sukladno navednim prihvaćenim postavkama teorije tehničkih sustava, standard američke vojske za sigurnost sustava MIL -STD 882E:2012, definira tehnički sustav kao: " organizacija hardvera, softvera, materijala, postrojenja, podataka i službi potrebnih za obavljanje dizajnirane funkcije unutar određene okoline sa naznačenim rezultatima ".
• Standardom ISO 9000:2000 sustav je definira kao skup međusobno povezanih ili djelujućih elemenata. Elementi te zasebne jedinice koriste se zajedno u zahtijevanom radnom (pogonskom) ili podržanom okruženju za obavljanje određenog zadatka ili postizavanje određene namjene, podrške ili zahtijeve misije.
• Nadalje, svaki tehnički sustav ima vezu s ljudima koji mogu obavljati funkcije upravljanja, čišćenja, podmazivanja, ispitivanja i održavanja sustava ili pak mogu biti korisnici sustava.
• Tehnički arfekati se stoga mogu se sagledavati kao sustavi povezani s okolinom koristeći ulaze i izlaze. Sustav se može podijeliti u pod -sustave. Što pripada pojedinom sustavu određeno je granicom sustava. Ulazi i izlazi prijelaze granice. S ovim pristupom moguće je definirati određeni sustav u svakom stupnju njegove apstrakcije, analize i podjele.
• Kompletni opis tehničkog sustava zahtijeva definiranje: - Strukturnog modela koji pokazuje dijelove sustava koji izvode funkcije. - Funkcionalni model koji opisuje različite funkcije. - Model ponašanja (behavioristički model) koji pokazuje način na koji se funkcije obavljaju.
• Kako će se razmatrati tehnički sustav ovisi o vezi tehničkog sustava i ljudi, fazi životnog ciklusa sustava i ciljevima proučavanja sustava. • Tako je kod strukturnog opisa (modela) od područje interesa fizička struktura različitih pod -sustava i komponenti i veze između njih. • Područje interesa kod funkcionalnog opisa su razne funkcije sustava. Stoga, funkcionalni model usmjeren je na ciljeve postignute funkcijama i
omogućuje procjenu posljedica gubitka funkcije, a što je vrlo važno kod analize pouzdanosti tehničkog sustava, analize tizika i sigurnosti. • Budući da se strukturni i behavioristički opis vežu za funkciju, funkcionalna analiza je središnja i iz tog razloga najvažnija. Stoga, sustav je potrebno opisati očekivanim funkcijama i njihovim karakteristikama, a što se izvodi raznim tehničkim metodama.
• Više vrsta dijagrama koriste se radi prikazivanja strukturnog i funkcijskog odnosa u sustavu.
• Mnogi od tih dijagrama se zovu funkcijski blok dijagrami, a koji se mogu poprilično razlikovati u odnosu na simbole i izgled. Pri tome funkcijski blok označava element sustava koji može biti komponenta ili veliki pod -sustav. • Funkcijski blok dijagram je grafički prikaz rada sustava. Obično sadrži ulaze (npr. materijale, izvore energije) koji ulaze unutar granica sustava,
funkcijske blokove koji prikazuju funkcije koje se događaju unutar granica sustava i izlaze (npr. materijali, energija, signali) koji napuštaju granicu sustava.
• Nadalje, za opisivanje toka materijala, energije, signala koji ulaze i izlaze iz sustava i funkcijskih blokova koriste se strjelice. Unutar granica, svaki funkcijski blok prikazuje funkciju koju mora osigurati sustavu radi pretvorbe ulaza u izlaze.
• U brodarstvu, kao i u procesnoj industriji, sustavi se obično prikazuju procesnim i instrumentacijskim dijagramom (eng. Process and Instrumentation Diagram; kratica P&ID) i dijagramom toka procesa (eng. Process Flow Diagram; kratica PFD). Ovi informacijski modeli prikazuju
strukturu postrojenja, te tok mase i energije pod određenim uvjetima.
• Složeni sustav može imati veliki broj zahtijevanih funkcija. Međutim, sve funkcije nisu jednako važne i stoga radi prepoznavanja i analize moraju biti klasificirane.
• Pri tome funkcija mora biti opisana riječju, sredstvom i određenom mjerom performansi.
• Glavne brodske funkcije i sustavi potpore za primjer kontejnerskog broda, a koje se mogu primijeniti i na druge trgovačke brodove prikazane su u tablici 1. Funkcije broda podijeljene su u podfunkcije, a realizacija
podfunkcija omogućena je s potpornim sustavima, koji se zatim mogu rastaviti dok se ne dostigne razina instaliranih komponenti.
FUNKCIJE
PODFUNKCIJE
Sadržaj, zaštita
0. Strukture
Rukovanje brodom
1. Propulzija, smještaj
POTPORNI SUSTAVI 0.1 Oplata 0.2 Palube 0.3 Pregrade 0.4 Podloga
0.5 Nadgrađe
. a d o r b e j n a j l v a t s a r o n l a n o i c k n u F
2. Upravljanje palubom
2.3 Skladištenje
Potpora brodu
3. Navigacija, komunikacija i kontrola
3.1 Navigacija 3.2 Kontrola stroja 3.3 Komunikacija
4. Stabilnost
4.1 Sustav kaljuže
5. Opskrba električnom energijom
4.2 Sustav balasta 4.3 Sustav protiv naginjanja 5.1 Generatori 5.2 Distribucija
5.3 Potrošači
7. Opskrba vodom i parom
5.4 Kontrola 6.1 Klimatizacija i ventilacija 6.2 Sustav komprimiranog zraka 7.1 Sustav morske vode 7.2 Sustav slatke i napojne vode 7.3 Sustav napojne vode 7.4 Proizvodnja i prijenos pare
8. Dovod goriva
8.1 Uskladištenje i prijenos goriva
6. Opskrba zrakom
8.2 Priprema goriva 8.3 Sustav ubrizgavanja 9. Podmazivanje
9.1 Uskladištenje i prijenos ulja 9.2 Priprema 9.3 Cirkulacija
10. Logistička potpora
. 1
a c i l b a T
1.1 Strojevi 1.2 Prijenos snage 1.3 Propulzija 1.4 Kormilarenje 2.1 Sidrenje 2.2 Vezivanje
Sigurnost broda
11. Specijalne funkcije 12. Sigurnosna funkcija
Rukovanje teretom
13. Briga o teretu
10.1 Skladišta 10.2 Radionice 10.3 Alati u strojarnici 11.1 Specijalni brodski sustavi
12.1 Sprječavanje požara 12.2 Gašenje požara 12.3 Detektiranje požara 12.4 Zaštita života 12.5 Sustav električne energije u nuždi 13.1 Ukrcavanje i iskrcavanje
13.2 Održavanje tereta
Životna potpora
14. Fekalije 15. Posada
13.3 Obrada 14.1 Postrojenje za obradu fekalija 14.2 Postrojenje za prikupljanje fekalija 15.1 Spremanje i priprema hrane 15.2 Praonice rublja 15.3 Ljekarna 15.4 Inventar
• S obzirom na funkcionalno rastavljanje broda i procese koji se odvijaju na brodu, brod se kao tehnički sustav može se podijeliti u tri podsustava
Organizacija broda kao tehničkog sustava prema procesima.
• Unutar podsustava u svakom presjeku vremena i prostora u okviru raspoloživog obujma odvijaju se razni procesi koji se međusobno potpomažu. Na svim brodovima, posebno teretnim, ovi procesi omogućavaju u većoj ili manjoj mjeri ostvarenje osnovnog cilja, a to je
• Svaki od tih procesa predstavlja zaokruženu cjelinu ali sa stajališta teorije informacija prožimlju se i ovisni su jedan o drugom. • Energetski proces broda odvijaju se neprestano cijelog radnog vijeka broda uglavnom u okviru energetsko- pogonskog (strojnog) kompleksa broda.
• Energetski proces sastoji se u neprestanom stvaranju, pretvaranju, transportu, trošenju energije. • U procesu stvaranja i pretvaranja, energija mijenja materijalne nosioce, a ukupnost informacija, koje prate energiju i proces također prolaze stanja stvaranja, pretvaranja, transporta i trošenja.
• Struktura brodskog energetskog sustava: Brodski energetski sustav
Pori vni sustav
Pomoćni energetski sustav
Porivni stroj Osovinski vod Reduktor i prekretne spojke (po potrebi) Propulzor (najčešće brodski vijak -propeler)
Brodska energetika
Brodski sustavi
Električna energija
Brodske pogonske službe
Brodske pogonske službe
Toplinska energija
Sustavi za boravak posade i putnika
Sigurnost i zaštita broda
Energija fluida
Pogonski materijali Voda
Zdravstvena zaštita Razonoda Vibracije Buka Klimatizacija Prehrana
Slatka Morska
Balast Hlađenje Ispiranje
Maziva Goriva Radni mediji Pitka Sanitarna Rashladna
Požar Eksplozija Naplavljivanje Korozija Obraštanje trupa broda
• Najveći dio energetskih procesa odvija se u sustavu " porivni ( propulzijski ) sustav " koji osigurava energetske tijekove za realizaciju zadatka pokretljivosti-poriva broda. U okviru ovog sustava energija doživljava
pretvaranje u smislu najvećih snaga, pa je i sustav specifično najsnažniji, gabaritno najveći i sazdan od najvećeg broja elemenata. • Ostali dio energije, sadržan u osnovnom energentu, neophodan za odvijanje osnovnog energetskog procesa u porivnom sustavu, kao i za odvijanje ostalih brodskih procesa, transformira se u okviru sustava pod nazivom " pomoćni energetski sustav ". Ovaj sustav, s pripadajućim podsustavima realizira zadatke: osiguranje energetskih tijekova porivnom
sustavu, zaštita broda, komfor i "život" broda u širem smislu. • Svaki od navedenih sustava sastoji se od pripadajućih podsustava koji se nadalje organiziraju ili po tipu materijalnog nosioca energije ili funkcije, te
na taj način čine strukturu energetskih procesa broda.
PROPULZIJSKI SUSTAV BRODA • Glavni čimbenici pri dizajniranju porivnog sustava broda je odnos između porivnog stroja, transmisijskog sustava i propulzora.
• Poriv broda ostvaruje se glavnim pogonskim sustavom koji se još naziva propulzijski sustav.
• Dijelovi propulzijskog-porivnog sustava: - glavni propulzijski-porivni stroj, - osovinski vod, - reduktor i prekretne spojke (po potrebi), - propulzor (propeler-brodski vijak).
• Vrste propulzijskih sustava prema porivnom stroju: - dizelmotorni,
- parnoturbinski, - plinskoturbinski, - dizelelektrični, - kombinirani.
Iskoristivost Iskoristivost brodskih propulzijskih postrojenja 1a - nove generacije dizel-motora:
Sulzer RTA, B&W MC-MCA, 1b - stariji dizel-motori, 2 - parne turbine s visoko pregrijanom parom, 3 - parne turbine, 4 - plinske turbine Toplinska iskoristivost
LNG brod
sporohodni dizel motor
srednjokretni srednjokretni dizel motor
kombinirani ciklus parne turbine turbine
plinska turbina turbina parna turbina turbina
Snaga MW
• Kod trgo trgovač vačkih kih brodov brodova a kao porivn porivnii stroj stroj najče najčešće šće se se rabe rabe dizels dizelski ki motor motorii zbog povoljnog stupnja iskoristivosti.
• Međuti Međutim, m, pored pored stup stupnja nja isko iskoris ristiv tivost ostii propul propulzij zijsko skog g stroja stroja važn važnii su i mnogi mnogi drugi čimbenici, npr. ekološki, iskoristivost prostora, masa i gabariti porivnog stroja, itd.
• Zbog Zbog toga toga se za pori porivne vne stroje strojeve ve rabe rabe još: još: parn parne e turbin turbine, e, plins plinske ke turb turbine ine i niz niz kombinacija dizelskih motora, parnih turbina i plinskih turbina.
• U raznim kombinacijama rabe se i elektromotori zbog njihovih povoljnih odlika, kao što je npr. pogodnost ostvarivanja vožnje “naprijed” i “krmom”.
ELEMENTI PROPULZIJSKOG (PORIVNOG) SUSTAVA BRODA
Elementi porivnog sustava broda
• Osnovni elementi porivnog (propulzijskog) sustava su: - porivni stroj,
- osovinski vod, - reduktor i prekretne spojke (po potrebi), potrebi) , - propulzor (propeler-brodski vijak).
• Uobičajeni energetski tok na brodu prikazuje Sankey-ev dijagram za tanker ili brod za rasuti teret (eng.bulk carrier). Oko 64% svjetske trgovačke flote odnosi se na ove brodove. Uobičajeno brodsko propulzijsko postrojenje ovih brodova uključuje jednoradni, dugog hoda, prekretni, sporohodni dvotaktni dizelski motor s prednabijanjem koji je direktno spojen preko osovinskog voda na brodski vijak s fiksnim krilima velikog promjera.
• Slika se odnosi na iskorištenje snage bez mjera za povećanje energetske učinkovitosti broda. Od 100% energije (kemijske) sadržane u gorivu, samo je oko 27% snage raspoloživo brodskom vijku.
Gubici brodskog vijka
Gubici osovinskog voda 100% ulaz
Snaga poriva= Sila poriva x Brzina broda
Brodski vijak
Osovinski vod
Motor
Uobičajeno iskorištenje snage na tankeru ili brodu za rasuti teret
Osovinski vod • Zakretni moment kojega stvara porivni stroj osovinski vod prenosi na brodski vijak koji može imati istu ili različitu brzinu vrtnje od porivnog stroja. • Porivni strojevi s malom brzinom vrtnje izravno su priključeni na osovinski vod.
• Porivni strojevi s većom brzinom vrtnje ( >200 o/min) priključeni na osovinski vod indirektno preko zupčanih prijenosa -reduktora za dobivanje optimalnog broja okretaja brodskog vijka.
• Dakle, prijenos snage s motora na brodski vijak može biti : a) neposredno predavanje snage na brodski vijak; b) predavanje snage reduktorom, koji reducira brzinu vrtnje vratila motora na vrtnje brodskog vijka;
c) prijenos reduktorom i prekretnom spojkom, koja omogućuje promjenu smjera vrtnje osovine brodskog vijka u odnosu na smjer vrtnje vratila motora;
e) električni prijenos glavnim dizelskim generatorima i osovinskim elektromotorom.
• Svaki brod mora imati manevarske sposobnosti koje se postižu: - promjenom smjera vrtnje porivnog stroja skupa s osovinskim vodom i brodskim vijkom (prekretni motori), - prekretnim spojkama (neprekretni motori),
- promjenom položaja krila brodskog vijka (vijak s prekretnim krilima).
• Veza između porivnog stroja i brodskoga vijka ostvaruje se osovinskim vodom.
• Osovinski vod sastoji se od niza osovina, tj. od međuosovina i osovine koja nosi brodski vijak-propeler . Njihov broj ovisi o položaju strojarnice. Osovine se spajaju prirubnicama ili rastavljivim spojkama.
• Osovinu brodskog vijka nose ležajevi u statvenoj cijevi koja prolazi kroz krmenu statvu, a međuosovine radijalni ležajevi. • Pri vrtnji brodskog vijka i stvaranju porivne sile, stvara se aksijalna sila koja se prenosi na osovinu brodskog vijka i čitav osovinski vod do odrivnog ležaja.
•Na prikladnom mjestu na osovinskom vodu ugrađuje se kraća grebenasta ili odrivna osovina koja porivnu silu prenosi preko temelja odrivnog ležaja na konstrukciju broda.
•Osovine se izrađuju od kovanjem od ugljičnog čelika, mogu biti punog ili šupljeg presjeka.
Osovinski vod
Međuosovina • Spaja osovinu vijka s porivnim strojem. Njihov broj ovisan je o položaju strojarnice.
• Da bi se istrošenost međuosovine na mjestu ležajeva mogla popraviti, promjer osovine na tim mjestima je nekoliko mm veći (obično 6 mm). Međuosovina
• Osovine osovinskog voda izrađuju se kovanjem od ugljičnog čelika prekidne čvrstoće 440-700 MPa. Osovine mogu biti i šuplje. Ako je promjer šupljine manji od 0,4 vanjskog promjera osovine, ne treba povećavati vanjski promjer. Ako je promjer šupljine veći od navedenog, vanjski se promjer mora povećati toliko da moment otpora presjeka šuplje osovine ostane isti.
• Duljina međuosovine za velike brodove kreće se od 5 do 7 m. • Debljine prirubnica međuosovine, te odrivne osovine i osovine brodskog vijka moraju biti najmanje 0,2 promjera međuosovine. • Za manje brzine vrtnje ugrađuju se klizni radijalni ležajevi koji imaju kučište od lijevanog željeza u kojima se nalaze brončane blazinice obložene bijelom kovinom. Bijela kovina: kositar (Sn), antimon -7,5% (Sbpolumetal), bakar 3,3% (Cu). Radijalni klizni ležaji
• Prakticira se da prvi ležaj do porivnog stroja i zadnji ležaj do statvene cijevi imaju gornju i donju blazinicu.
• Ostali radijalni ležajevi (s obzirom da je radijalno opterećen samo donji dio) imaju blazinicu samo s donje strane.
• Prema HRB, promjer međuosovine ne smije biti manji od iznosa dobivenog prema izrazu:
gdje je: P -proračunska snaga porivnog stroja, kW, n-proračunska brzina vrtnje međuosovine, okr/min, F - faktor vrste porivnog uređaja
• F=95 – za turbinske uređaje, motore s untarnjim izgaranjem s kliznom spojkom i za elektromotorni poriv • F=100 – za ostale motore s unutarnjim sagorijevanje
K - faktor izvedbe • K =1,0 – za izvedbu s prirubnom spojkom iz
istog komada i za izvedbu s navučenom spojkom spojenom steznim spojem bez klina • K =1,1 - za izvedbu s utorom za klin i za
izvedbu s radijalnim ili poprečnim provrtom • K=1,2 -za izvedbu s uzdužnim prorezom Rm-prekidna čvrstoća materijala, MPa, d u -promjer šupljine, mm d v- vanjski promjer osovine, mm
Odrivna osovina • Odrivna osovina s odrivnim grebenom služi za prijenos aksijalne sile s brodskog vijka na kučište s odrivnim ležajem, a odatle s konstrukciju broda. • Izvodi se što kraća i s jednim grebenom. Odrivna osovina
Odrivni ležaj • Najviše se koristi Michellov ležaj s jednim grebenom i slobodno postavljenim segmentima po obodu.
• Ležaj se postavlja iza porivnog stroja i iza reduktora (ako je (ugrađen), u kučištu ili izvan kučišta motora. • Obodna brzina do 30 m/s. Odrivni Mitchellov ležaj
• Broj segmenata od bijele kovine 6 - 8 -12. Kod prekretnih motora segmenti se postavljaju s obje strane.
• Segmenti se s unutrašnje strane oslanjaju na odrivni prsten, a s vanjske
• Za podmazivanje uglavnom koriste ulje pod tlakom iz sustava podmazivanja glavnog motora, ali u nekim slučajevima i pomoću grebena koji je donji dijelom uronjen u ulje.
• Ulje je potrebno hladiti. • Zbog velikih obodnih brzina između segmenata ležaja i grebena stvara se uljni sloj u obliku klina koji omogućuje hidrodinamičko plivanje segmenata.
• Za manje porivne sile i veće brzine vrtnje koriste se aksijalni kuglični ili valjni ležajevi.
Osovina brodskog vijka • Nosi na svom stražnjem dijelu brodski vijak, a na prednjem je spojena s ostalim dijelom osovinskog voda.
• Ima veći promjer od međuosovina te je opterećena tlačnim i vlačnim silama kao i momentom savijanja.
Osovina brodskog vijka
• Mora biti pouzdano zaštićena od morske vode. Brončana navlaka štiti od djelovanja mora i mehaničkog trošenja, a omogućena je njena zamjena nakon istrošenja ili oštećenja.
• Na velikim brodovima s osovinom i vijkom velikih promjera koriste se posebne matice koje u sebi sadrže hidrauličnu napravu za sastavljanje i rastavljanje brodskog vijka i osovine.
Hidraulička naprava za sastavljanje i rastavljanje brodskog vijka i osovine tvrtke SKF
• Na jednoosovinskim brodovima osovina brodskog vijka izvlači se prema pramcu, u unutrašnjost broda. Izvlačenje prema van je otežano zbog kormila. Ako je brod dvoosovinski, brodski su vijci smješteni bočno od kormila te se mogu izvući prema van. U tom slučaju osovina mora imati skidljivu prirubnicu.
• Spoj glavčine vijka i konusa osovine može biti s klinom ili bez klina.
Spajanje osovina • Osovine osovinskog voda mogu se spajati prirubnicama ili pomoću specijalnih rastavljivih, najčešće hidrauličkih spojki. Spajanje prirubnicama
Spajanje specijalnih rastavljivim spojkama
Statvena cijev • Omogućava izlaz osovinskog voda iz trupa broda i spriječava prodiranje vode u osovinski tunel, tj. strojarnicu.
• Proteže se od prednje pregrade krmenog pika do kraja krmene statve. • Izrađuje se od lijevanog željeza, lijevanog čelika ili čeličnog debelog lima oblikovanog zavarivanjem u okrugli presjek.
• Osovina propelera mora biti poduprta u najmanje dva radijalna klizna ležaja. Za veće brzine koriste se valjkasti ležaji.
• Ranije izvedbe s navučenom brončanom navlakom u kojoj su po obodu naslagane letve od svetog drveta (otvorene statvene cijevi-podmazivanje vodom).
• Danas, ležajevi od sivog lijeva ili bronce s bijelim metalom koji se podmazuju uljem (zatvorene statvene cijevi). Nema navlake na osovini.
• Potrebno je osigurati brtvljenje kako bi se spriječio izlaz ulja prema vani i prodor morske vode u statvenu cijev. Pored ugrađenih prednjih i stražnjih brtvenica današnje izvedbe statvenih cijevi na velikim brodovima radi sigurnosti izvode se s dodatnim brtvljenjem uljem ili zrakom (konstantni tlak zraka-0,3 bara iznad hidrostatskog tlaka mora).
• Podmazivanje iz gravitacijskog tanka iznad linije najvećeg urona. Ulje se hladi ili posredno preko tanka krmenog pika ili direktno cirkulacijom s
ugrađenom pumpom i rashladnikom.
• Ulje se mora kontrolirati najmanje jednomu šest mjeseci, a rezultati analize pohraniti na brodu.
Statvena cijev s dodatnim uljnim brtvljenjem
p=psw+(0,3÷0,5) bara
p=psw - 0,3 bara
Statvena cijev s dodatnim zračnim brtvljenjem
• Danas su primjeni i statvena cijev s ležajevima od polimera podmazivani vodom.
Stupanj djelovanja osovinskog voda •Stupnj djelovanja (iskoristivosti) η osovinskog voda je jednak omjeru snage prenesene brodskom vijku P v i snage koju daje porivni stroj P p , na izlaznom vratilu:
P V P p
•Ovisi o nagibu osovinskog voda i podmazivanju osovinskih ležajeva. •Obično se iznosi oko 0,985, ali može varirati između 0,96 i 0,995.
Reduktori • Njihova je zadaća reduciranje brzine vrtnje porivnog stroja i da njegovu snagu s malim gubitkom prenesu na osovinu vijka.
• Na brodovima se najviše koriste zupčasti reduktorski prijenosi koji se sastoje od niza zupčanika u zahvatu. • Prijenosni omjer: i=n1 /n2 =d 2 /d 1=z 2 /z 1 gdje je: i - prijenosni omjer, n1- broj okretaja pogonskog zupčanika, okr/min, n2 -broj okretaja gonjenog zupčanika, okr/min, z 1 - broj zubaca pogonskog zupčanika, z 2 - broj zubaca gonjenog zupčanika, d 1 – radijus pogonskog zupčanika, d 2 – radijus gonjenog zupčanika,
• i >1- prijenos na manju brzinu (redukcija) • i < 1- prijenos na veću brzinu (multiplikacija)
Podjela zupčastih prijenosa brodskih reduktora
• Sta tand ndar ardn dnii zup zupča čani ni pr prijije eno nosi si brodskih reduktora pogonskog sustava su najjednostavniji jednostupanjski zupčani prijenosi. • Pogons Pogonski ki zupč zupčani anikk ovih ovih prije prijenos nosa a ima ima manji manji broj broj zuba zubaca, ca, veću veću brzinu brzinu vrtnje, a spojen je s pogonskim strojem, dok gonjeni zupčanik ima veći broj zubaca i manju brzinu vrtnje i spojen je na osovinski vod.
• Takav Takav je je zupča zupčani ni prij prijeno enoss najče najčešće šće spojen spojen elasti elastično čnom m spoj spojkom kom.. • Zupčan Zupčanici ici koji koji se se primje primjenju njuju ju u takvi takvim m redukt reduktori orima ma su su čelnic čelnicii s ravnim ravnim ili ili kosim zubima.
• Leža Ležaje jevi vi ovi ovih h prije prijeno nosa sa mog mogu u biti biti kliz klizni ni i kotr kotrljljaj ajuć ući.i. Kod jednostupanjskog zupčanog prijenosnika, maksimalni prijenosni omjer iznosi: - i=7:1 kod reduktora - i= 1:7 kod multiplikatora
Obični zupčani prijenos s višestrukim zahvatom
• Zbog dijeljenja ili spajanja okretnog momenta s jednog na dva para zupčanika ili na više parova, kod zupčanih prijenosa s višestrukim zahvatom manje je opterećenje zupčanika, koristi se manji modul, a ima za posljedicu manji volumen i težinu prijenosa. Zupčanici u ovom prijenosu su čelnici sa strelastim ozubljenjem.
Spojke Njihova namjena je: - spajaju dvije osovine u svrhu prenošenja snage, - omogućuju prenos snage i ako postoje manja odstupanja u centriranju vratila, - prigušuju vibracije torzijskog momenta i umanjuju torzijska naprezanja, - omogućuju uključivanje i isključivanje stroja bez udaraca i bez njegova zaustavljanja.
• Prema izvedbi spojke se dijele na: torzijske krute spojke, elastične, hidraulične, tarne, elektromagnetske. • Mogu biti prekretne i neprekretne. Prekretne spojke ugrađuju kod neprekretnih motora. Zadatak prekretnih spojki da pri jednom smjeru
okretanja motora omogući brodskom vijku okretanje u istom smjeru s motorom, da miruje ili da se vrti u suprotnom smjeru od vrtnje motora .
Elastična spojka Kruta spojka(ljuskasta)
Tarna spojka
Hidraulička spojka
Otpor i propulzija broda • Da bi brod mogao ploviti traženom brzinom potrebno je svladati silu otpora broda u plovidbi. Tu silu mora stvoriti propulzor broda.
• Potrebna snaga za pogon broda ovisi o otporu koji trup broda pruža gibanju i o iskoristivosti propulzora koji stvara silu poriva.
• Proračun sile otpora broda ima značajno mjesto u projektu broda i utječe • • •
na odabir pogonskog postrojenja, odabir glavnog pogonskog stroja i brodskog vijka. Na otpor broda utjecaj imaju brzina plovidbe, istisnina i oblik trupa broda. Oblikovanjem trupa nastoji se smanjiti otpor dok se djelotvornost propulzora osigurava oblikovanjem krmenog dijela broda i projektiranjem optimalnog propulzora. Kretanju broda kroz tekućinu suprotstavljaju se hidrodinamičke sile
tekućine i aerodinamičke sile zraka. • Ukupna sila otpora broda posljedica je djelovanja tri različita otpora: - otpora viskoznog trenja, - preostali otpori koji uključuju otpor valova i otpora virova (iza istaknutih dijelova broda i krme), - otpora vjetra.
Vrsta otpora
% od ukupne sile otpora Spori brodovi
Brzi brodovi
RF Sila otpora viskoznog trenja
90
45
RW Sila otpora valova
5
40
RE Sila otpora virova
3
5
RA Sila otpora zraka
2
10
Sile otpora vožnje broda i njihov udio u ukupnoj sili poriva broda
Pri plovidbi broda kroz vodu zapažaju se slijedeće osnovne pojave: - u neposrednoj blizini brodskog trupa formiraju se vrtlozi zbog trenja vode o brodski trup ( granični sloj), - po krmi broda opažaju se veliki virovi, - stvaraju se valovi koji “prate” brod.
Brzina broda V
Otpor R je sila u [N] koja se suprotstavlja kretanju broda.
Sila otpora broda zbog viskoznog trenja- R F • Osnovna komponenta ukupnog otpora za većinu brodova te iznosi od
50% do 90% od ukupnog otpora - 70 do 90% kod brodova manje brzine plovidbe (tankeri, brodovi za rasuti teret) ili ponekad manje od 40% kod
brodova za velike brzine plovidbe (vitki putnički brodovi).
• Posljedica je viskoznosti vode. • U tankom sloju vode uz površinu tijela, koji se zove granični sloj, odvija se •
prijenos energije s broda na okolnu vodu i generiranje otpora trenja. Granični sloj se proširuje od krme prema pramcu jer se povećanjem
duljine broda sve veća površina vode obuhvaćena trenjem • Na otpor trenja utječe slijedeće: – hrapavost vanjske oplate broda, utječe 15 do 20% – veličina podvodne površine, – brzina broda, – dužina broda.
• Sila otpora viskoznog trenja je: As , ukupna površina uronjenog dijela broda (zajedno s kormilom), m2 ρ, gustoća tekućine, kg/m3 v , brzina broda, m/s F C F , koeficijent otpora viskoznog trenja (eksperimentalno, opisuje trup broda)
R
CF AS
v 2
2
Preostali otpori- R W
• Preostali otpori uključuju otpor valova i otpor virova. • Otpor valova se odnosi na gubitke energije koju uzrokuju valovi stvorenih od broda.
• Otpor virova se odnosi na gubitke uzrokovane odvajanjem protoka koje uzrokuju vrtlozi posebno na krmi broda i brodski privjesci (ljuljne kobilice, skrokova, kormila, stabilizatori i sl.)
• Otpor valova nastaje zbog otpora vode koja se odupire promjeni vlastitog stanja. • Povećanjem brzine broda, povećavaju se valovi. • Valovi se javljaju samo kod brodova koji plove površinom • Otpor valova ovisi o: – povećanju brzine (raste veličina i otpor poprečnih valova) – formi broda, – povećanjem dužine broda smanjuje se otpor valova, – pramčanom bulbu – pri većim brzinama smanjuje otpor i do 18%
• Sila otpora valova, R W , pri malim brzinama plovidbe proporcionalna je kvadratu brzine. Kod većih brzina plovidbe ona raste mnogo brže. • Udio sile otpora valova u ukupnoj sili otpora kod sporih brodova je 8 do 25%, dok je kod brzih brodova taj udio jednak 40 do 60%.
Uobičajeno širenje valova s poprečnim i razilaznim valovima
• Sila otpora vrtloga, R E , nastaje zbog toga što strujnice vode na krmi ne prianjaju točno uz formu trupa broda. Tlak na krmi nema istu vrijednost kao i tlak na pramcu pa razlika tlakova čini otpor virova. • Ovisi o brzini i formi krme.
• Izračunavanje sile preostalih otpora vrši se na sličan način kao i kod sile trenja, primjenom koeficijenta preostalih otporaC R uz napomenu da vrijednost toga koeficijenta ovisi o
brzini plovidbe i dužini broda: R R
RW
RE
CR AS
v 2
2
Sila otpora zraka-R A
• Sila otpora zraka, R A, ovisi o brzini vjetra i izloženoj površini i obliku nadvodnog dijela. Kod mirnog vremena otpor vjetra je približno proporcionalan kvadratu brzine broda i površini sjene nadvodnog dijela broda u smjeru vožnje. Otpor vjetra u takvim uvjetima predstavlja oko 2% ukupnog otpora broda.
• U svrhu smanjenja otpora vjetra potrebno je izgraditi što niže nadgrađe, zaokružiti nadgrađe i dati mu strujni oblik koliko je to moguće, te izvesti strukturu nadgrađa stupnjevanu prema pramcu i prema krmi.
• Otpor vjetra može se dati izrazom baziranim na 90% dinamičkom tlaku zraka brzine, v : R A •
0,90 C A AW
W v
2
2
gdje je W gustoća zraka, a AW je površina poprečnog presjeka nadvodnog dijela broda.
• Ukupna sila otpora vožnje ili sila teglja broda (Towing resistance) R T jednaka je sumi svih sila otpora:
R T = R F + R W +R E + R A • Odgovarajuća efektivna snaga potrebna za vožnju ili tegalj broda je:
P E = v ·R T gdje je v brzina broda.
• Stvarna snaga koja je predana brodskom vijku je nešto veća od efektivne snage P E zbog uvjeta protoka oko vijka i njegovog stupnja djelovanja.
Povećanje otpora tijekom eksploatacije broda • Tijekom eksploatacije broda može doći do otpadanja boje s oplate. Na tim će mjestima započeti erozija i obrastanje broda različitim živim organizmima (alge, trava, školjke). • Nevrijeme zajedno s neodgovarajuće ukrcanim teretom može izazvati savijanje limova oplate broda, što može dodatno promijeniti silu otpora kod plovidbe broda.
• Isto tako i površina krila brodskog vijka može postati hrapava i obrastena. Povećanje ukupnog otpora vožnje može narasti za 25 do 50% tijekom životnog vijeka broda. • Otpor broda može se povećati u nevremenu na teškom moru, zbog pojačanog vjetra ili zbog jakih morskih struja. Ukupni otpor vožnje broda može u jakom nevremenu općenito narasti za 50 do 100% obzirom na ono koje brod ima pri mirnom moru.
PROPULZORI • Zadatak im je pretvorba snage propulzijskog stroja u silu poriva broda: • Propulzori mogu biti izvedeni kao brodski vijci ili mlazni propulzori.
Brodski vijak • Na suvremenim brodovima, vijak (propeler) je najrašireniji tip brodskog propulzora i gotovo jedino sredstvo poriva. Možemo ga predočiti kao vijak koji na osovini okreće brodski stroj i tako okrećući se u vodi kao matici, snagu brodskog stroja pretvara u kretanje, tj. ostvaruje poriv .
•
Sila poriva vijka:
T
KT n
2
4
gdje je: T -sila poriva broda, N, K T-koeficijent poriva, ρ-gustoća vode, kg/m3, n-broj okretaja vijka, 1/s d - promjer vijka, m.
• Snaga vijka:
P D
Q
Q
d N
2
gdje je: P D-stvarna snaga vijka, W, Q- zakretni moment vijka, Nm, ω-kutna brzina vrtnje vijka, rad/s,
•
Stupanj djelovanja vijka :
n
P t P
W
Izvedbe brods kog vijk a • Izvedbe: - brodski vijak s fiksnim krilima - brodski vijak s prekretnim krilima - izvedba u sapnici, - podtrupni propulzori.
• Propulzijski sustavi s vijcima sa fiksnih ili prekretnim krilima izvode se kao kombinacija propulzora (poriv) i kormila (smjer plovidbe)-(eng. Propulsor&Rudder Combination; kratica PRC ).
• Propulzijski sustavi s izvedbom vijka u sapnici ili kao podtrupnog propulzora imaju uređaj koji omogućuje i upravljanjem porivom i kormilarenje (eng.Steering propulsion unit ; kratica SPU).
• Sila poriva vijka:
T
gdje je:
KT n
2
4
d N
T -sila poriva broda, N, Teorija brodskog vijka (propelera) se bazira na modelu.
K T-koeficijent poriva, ρ-gustoća vode, kg/m3, n-broj okretaja vijka, 1/s d - promjer vijka, m. Snaga vijka:
P D
Q
Q
2
n
gdje je: P D-stvarna snaga vijka, W, Q- zakretni moment vijka, Nm, ω-kutna brzina vrtnje vijka, rad/s,
•
Stupanj djelovanja vijka :
gdje je P teoretska snaga vijka u [W]
P t P D
W
Vijak s fiksnim krilima (eng.Fixed pitch propeller ; kratica FPP )
Glavne karakteristike: - jednostavnost izrade, - male dimenzije glavčine, - dizajniran za jednu točku rada, - brzina broda mijenja se promjenom brojem okretaja porivnog stroja ( jedina radna varijabla je brzina vrtnje)
• Vijak s fiksnim krilima najviše se upotrebljava, najjeftiniji je, najmanje podložan kvarovima i ima najveći stupanj iskoristivosti. • Brodski vijci s fiksnim krilima se lijevaju u jednom komadu zajedno s glavčinom. Oni se izrađuju iz legura bakra (olovna bronza, legura bakra, nikla i aluminija CuNiAl). • Kutni položaj krila i uspon brodskog vijka ne mogu se mijenjati tijekom rada. Oni su fiksirani zauvijek. To znači da kad brodski vijak radi u teškim uvjetima plovidbe, npr. u nevremenu, možda će zbog promjene u krivulji otpora vožnje doći do nepotpunog iskorištenja raspoložive snage motora. • Većina brodova od kojih se ne traže dobra manevarska svojstva opremljena je danas brodskim vijcima s fiksnim krilima.
Vijak s zakretnim krilima (eng. C ontrollable P itch P ropeller; kratica C P P )
• Brodski vijak s zakretnim krilima osigurava dodatni stupanj slobode zbog mogućnosti promjene uspona krila radi promjene brzine broda i/ili smjera vožnje broda, te podešavanja brzine zbog savladavanja uvjeta otpora Upravljački mehanizam uspona
broda.
Dobava ulja Klipnjača
Ukoliko hidraulički sustav koji izvršava određenu funkciju višestruko uvećava silu aktiviranja tada se taj
sustav naziva hidraulički a) vanjska hidraulička aktivacija
servomehanizam ili Dobava ulja
Hidraulički klip
Hidraulički cilindar
servouređaj
Uljne cijevi
b) unutrašnja hidraulička aktivacija
• Nije mu potreban sustav za prekretanje stroja iz vožnje naprijed u vožnju krmom i obratno jer se osovina okreće uvijek u istom smjeru. Vožnja krmom ostvaruje se prekretanjem krila pomoću hidrauličnog servouređaja ugrađenog u glavčini vijka. Ovakvi vijci i uređaji skuplji su od običnih vijaka. Osim toga, nedostatak im je i taj što takvi vijci zbog lakšeg prekretanja krila redovito koriste krila s manjom površinom, a većim brojem okretaja vijka. Zbog toga po valovitom moru ovakvi brodovi više gube
STEERING PROPULSION UNIT – SPU Jedinice za propulziju i kormilaranje • Dvije podskupine: azimutne (azimuthing) SPU i nezazimutne SPU jedinice.
• Azimutne SPU jedinice ostvaruje silu poriva u bilo kojem smjeru (ali ne jednaku u svim smjerovima), tj. u području kutova od 0 0 do 3600. • Neazimutne SPU jedinice ostvaruje (pri plovidbi pramcem) silu poriva samo u ograničenom području kutova unutar dva krmena kvadranta.
Brodski vijak u sapnici (eng. Ducted propeller ) •
Vijak u sapnici primjenjuje se na brodovima koji moraju imati mali gaz, pa je vijak manji od optimalnog. Zadatak je sapnice poboljšanje stupnja korisnog djelovanja vijka.
•
Razmak između vrhova krila i sapnice treba biti što manji (idealna bi bila izvedba bez zračnosti), jer se s većim razmakom potpuno gubi povoljno djelovanje sapnice. Ovaj razmak, u ovisnosti o promjeru vijka, može biti od 2 do 10 mm. Brzina broda: promjenom brzine propulzijskog motora (FPP) ili CPP vijkom. Vožnja krmom: zakretanjem
jedinice pomoću hidrauličkog sustava.
Uobičajena izvedba
Prednosti: - dobro upravljanje smjerom poriva, - nije potreban kormilo uređaj, - povećavaju se manevarske sposobnosti broda. - može se koristiti vijak s fiksnim i zakretnim krilima. Nedostaci: - mehanička složenost, - za manje brzine od 20 Nm/h.
VOITH –SCHNEIDEROV porivni uređaj (cikloidni vijak) • Sastoji se od četiri do šest krila raspoređenih po obodu okomito na ploču vodoravnoga rotirajućeg kotača. • Rotacijom kotača voda struji oko lopatica i stvara poriv, čija veličina i smjer ovise o položaju lopatica.
Brzina broda: promjenom brzine porivnog stroja ili uspona krila. Vožnja krmom: zakretanjem krila u smjeru
za vožnju krmom pomoću hidrauličkog sustava.
Prednosti: - dobro upravljanje smjerom poriva, - nije potreban kormilo uređaj , - povećavaju se manevarske sposobnosti broda. Nedostaci: - mehanička složenost, - za manje brzine od 20 čv.
Četverotaktni dizel motor
Elektromotor
Isključiva primjena kod dizel -električkog propulzijskog sustava. Brzina broda: promjenom brzine
porivnog elektromotora (električna regulacija)
Vožnja krmom: prekretom elektromotora ili zakretanjem jedinice
pomoću hidrauličkog sustava.
• Azipod sustav prikladan je za snage propulzijskog motora do 25 MW i za brzine vrtnje 0-200 o/min.
• Prednosti azimutalnog propulzijskog sustava su : - mehanički je jednostavniji od ostalih tipova propulzijskih sustava, jer se izostavljaju dugačke osovine, ležajevi, kormilarski zupčanici, kormila, reduktori, a nema ni složenih propelera s prekretnim krilima; - znatno poboljšanje manevarskih sposobnosti; - smanjena potrošnja energije, manji troškovi održavanja i manje zagađenje okoliša; - propulzijske karakteristike pri vožnji naprijed ili nazad su gotovo iste, te je pogodan male i velike brzine neovisno o vremenskim uvjetima
plovidbe; - znatno smanjenje buke i vibracija brodskog trupa; - omogućena je ušteda prostora za ostale potrebe brodskog postrojenja; - mogućnost ugradnje svega 2 tjedna prije porinuća broda što znatno
olakšava ugradnju i smanjuje troškove proizvodnog procesa broda.
• Nedostaci ovog sustava: - veća početna financijska ulaganja; - potrebna je promijenjena konstrukcija brodskog trupa zbog
karakterističnog položaja pogonske gondole van broda o čemu treba voditi računa prije konstruiranja broda; - u slučaju većeg kvara na propulzijskom motoru nužno je vađenje broda na kopno zbog popravka što znatno poskupljuje postupak servisiranja.
SSP azimutalni sustav • Za razliku od klasičnog azimutalnog pogona gdje postoji jedan vijak s četiri krila kod SSP (Siemens-Schottel Propulsion) izvedbe koriste se dva vijka s tri
krila. Sastoji se od azimutalnog i porivnog modula. Vijci su smješteni na početku i na kraju porivnog dijela. Krila se okreću u istom smjeru, te su opterećenja među propelerima maksimalno iskoristiva.
Propulzijski modul konstruiran tako da je omogućeno njegovo sklapanje i rasklapanje dok je brod u moru, pa nije potrebno vađenje broda zbog servisiranja.
• Prednosti: - dobro upravljanje smjerom poriva, - nije potreban kormilo uređaj , - povećavaju se manevarske sposobnosti broda. - Nedostaci: - mehanička složenost, - za manje brzine od 24 čv.
Brzina broda: promjenom brzine
porivnog elektromotora (električka regulacija) ili porivnog četverotaktnog dizel motora.
Vožnja krmom: prekretom porivnog stroja ili zakretanjem jedinice pomoću hidrauličkog sustava.
Izvedba s četverotaktnim dizel motorom kao porivnim strojem Izvedba s elektromotorom kao porivnim strojem (dizel-električki propulzijski sustav)
Propulzija vodenim mlazom (eng. Waterjet ) Ubrzava vodu koristeću pumpu koja se nalazi unutar broda, umjesto da koristi vijak koji se nalazi izvan broda. Voda se usisava na dnu broda, ubrzava u pumpi i izbacuje na krmi stvarajući potisak ili poriv. Vrlo je dobra upravljivost. Unutarnja povr šna pumpe i brzine su jako velike, što ima za posledicu velike gubitke, pa je stupanj korisnog djelovanja manji nego kod otvorenog vijka. Ugradnjom jet (vodomlaznog) propulzora na vrlo brze poludeplasmanske brodove (> 30 čv.), istisnine veće od 100 tona ukupna, iskoristivost propulzije veća je nego za konvencijonalni otvoreni vijak.
Brzina broda: promjenom brzine
porivnog stroja (četverotaktni dizel motora ili plinska turbina).
Vožnja krmom: prekretom usmjerivača pomoću hidrauličkog sustava
Porivni stroj četverotaktni dizel motor
Porivni stroj plinska turbina
Dimenzije brodskog vijka Osnovni pojmovi koji karakteriziraju vijak
• Dijametar vijka d je promjer opisanog kruga oko vrhova krila. Promjer brodskog vijka d ima veliki utjecaj na korisnost pogona broda. Za veću korisnost pogona broda odabire se uvijek brodski vijak s čim većim promjerom. Gaz broda i smještaj (oblik krme broda, izvedba kormila i potrebna minimalne zračnosti između krila vijka i trupa broda) određuju mogući maksimalni promjer. Zbog ograničenja u čvrstoći materijala i proizvodnim kapacitetima, promjer brodskih vijaka ne prelazi 10 m, a snaga za pogon jednog brodskog vijka ne prelazi 90 MW. Najveći promjer vijka do sada proizveden je 11 m s četiri krila.
• Uspon vijka p (eng. Pitch) je linearni je pomak koji vijak prođe u jednom punom okretu za 360 °. Korak ovisi o kutu usponu krila, tj. veći kut veći uspon. Kako se uspon može mijenjati po visini krila, obično se uspon uzima na 70% radiusa krila (gdje je r d /2). Tako npr., kod brodova za rasute terete uzima se uspon obično na r =0,65d , a na kontejnerskim brodovima na r =0,74d .
• Omjer uspona (eng. pitch) i promjera brodskog vijka p/d ima isto tako značajni utjecaj na korisnost brodskog vijka.
• S obzirom na karakteristike vode kao tekućine postoji gubitak u koraku koji se zove se skliz S (eng. Slip). Skliz je najveći u početku kada vijak kreće, a brod još stoji. On iznosi od 10% pa naviše. Najveći je u početku kada stroj tek zaveze, a brod još uvijek stoji. Tada iznosi 100%. Kako se brzina povećava skliz se postepeno smanjuje i najmanji je kod optimalne brzine pri mirnom vremenu. Skliz uglavnom ovisi o brzini, broju okretaja vijka, podvodnom obliku broda (glavnom o otporu broda), usponu vijka itd. Manji
je kod manjeg broja okretaja vijka. Kod naročito opterećenih vijaka, npr. tegljača, poželjno je da broj okretaja bude manji, a površina krila veća. Osim toga, brodovi s većom površinom krila i manjim brojem okretaja manje gube na brzini pri lošim vremenskim uvjetima. Takvi brodovi bolje se zaustavljaju vozeći krmom, tj. imaju kraći zalet. Kako se brzina broda povećava skliz se postepeno smanjuje . Kod opterećenijih vijaka, poželjno je da broj okretaja bude manji, a površina krila veća. • Brzina napredovanja vijka v A (eng.speed of advance), tj. brzina pritjecanja čestica vode vode vijku, a koja se daje kao prosječna brzina na cijeloj površini vijka. Naime, kada brod plovi u moru, oko njega se stvara pojas vode koju brod «vuče» za sobom zbog viskoznog trenja. Brzina kojom ova voda nastrujava brodski vijak je manja od brzine plovidbe broda.
• •
Kut uspona vijka , tj. zakrenutost krila (eng. Skew ). Napadni kut vijka, tj. nakošenost krila vijka (eng. Rake). Napadni kut vijka (nakošenost krila)
Tlačna (prednja) strana
Kut uspona vijka (zakrenutost krila) Razvijeni obris
Usisna Projicirani (stražnja) obris strana
s u j i d a R
Glavčina vijka Presjeci krila
•
Ulazni i izlazni brid vijka-Ulazni brid onaj je koji zahvaća vodu, te je preko tlačne plohe lista potiskuje prema izlaznom bridu.
• •
Usisna strana vijka –strana okrenuta prema pramcu. Na njoj se javlja podtlak. Tlačna strana vijka strana krenuta prema krmi. To je područje višeg tlaka. Ova
strana zahvaćenoj vodi daje ubrzanje i potiskuje je prema krmi. Na njoj je područje visokog tlaka. • Razlikujemo desnookretne i lijevookretne vijke.
• Broj krila: Brodski vijci sa samo 2 krila se koriste na malim brodovima. Veliki brodovi koriste brodske vijke s 4, 5 ili 6 krila. Većina trgovačkih brodova s manjom brzinom plovidbe ima brodske vijke s 4 krila. Brzi
brodovi s većim opterećenjem brodskog vijka, npr. kontejnerski brodovi, imaju brodske vijke s 5 ili 6 krila.
Brzina broda i skliz
• Uspon je udaljenost koju bi prešao brodski vijak probijanjem kroz vodu bez klizanja za jedan puni okretaj. Kako se uspon može mijenjati po visini krila, obično se uspon uzima na 70% radiusa krila (gdje je r d /2).
• Kada bi voda bila "čvrst" medij, korak bi bio potpun, a brzina broda v u [m/s] bi bila jednaka koraku p pomnoženom s brojem okretaja vijka n.
v
p n
• Međutim, u vodi koja nije "čvrst" medij, korak nema punu vrijednost. • Gubitak u koraku zove se skliz ili slip (prividna razlika brzina) . • On iznosi od 10% pa naviše. Skliz je najveći u početku kada stroj tek zaveze, a brod još uvijek stoji. Tada iznosi 100%. Kako se brzina povećava skliz se postepeno smanjuje i najmanji je kod optimalne brzine pri mirnom vremenu. Skliz uglavnom ovisi o brzini, broju okretaja vijka, podvodnom obliku broda (uglavnom o otporu broda), usponu vijka itd. Skliz je manji kod manjeg broja okretaja vijka.
• Obzirom da pri radu brodskog vijka u vodi imamo prividnu razliku brzina, tj. skliz jednak:
v p n v tada možemo koeficijent prividnog skliza prikazati kao:
S A
v
p n
pn v pn
1
v p n
• Koeficijent prividnog skliza S A indicira nam opterećenja brodskog vijka u različitim uvjetima rada. S A se povećava s opterećenjem brodskog vijka, npr. pri plovidbi uz vjetar ili valove, što znači da je tada potrebno povećati brzinu vrtnje brodskog vijka da bi održali jednaku brzinu broda.
• Koeficijent stvarnog skliza S R je veći od koeficijenta prividnog skliza S A jer je stvarna brzina napredovanja brodskog vijka v A manja od brzine broda v . Koeficijent stvarnog skliza daje nam točniju sliku o radu brodskog vijka. On se definira kao:
S R
p n v A
p n
1
vA p n
• Da bi postigli što višu korisnost propulzije za zadani promjer brodskog vijka potrebno je naći najpogodniji omjer uspona i promjera obzirom na brzinu vrtnje brodskog vijka. Kod manje brzine vrtnje potrebno je povećati omjer uspona i promjera i obrnuto.
• Ako želimo održati nisku brzinu vrtnje i ako to gaz omogućava, odabire se čim veći promjer brodskog vijka. Istovremeno nam se povećava i korisnost propulzije.
Kavitacija • Kod hidrodinamičkog strujanja realnih tekućina pojam kavitacija se može općenito shvatiti kao dinamički proces stvaranja i implozije šupljina unutar strujnog toka koje su ispunjene parama kapljevine, a koje nastaje u
područjima niskog tlaka. • Uslijed pada tlaka vode oko krila vijka na vrijednost tlaka isparavanja vode pojavljuju se mjehurići pare, tj.kavitacija. • Mjehurići pare bivaju nošeni u područje višeg tlaka, gdje implodiraju (ponovo se pretvaraju u kapljevitu fazu) pri čemu ako implodiraju u blizini krila vijka dolazi i do oštećenja stjenke vijka. • Pri tome, kavitacija se prvo javlja na vrhovima krila gdje je najveća brzina strujanja.
• Kavitacija je općenito štetna pojava koja uzrokuje tlačne udare u strujom toku kapljevine, a što dovodi do stvaranja mehaničkih vibracija, buke, erozije materijala te smanjenje hidrodinamičkog stupnja djelovanja. •
Posljedice kavitacije:
1) Pad učinkovitosti propelera 2) Oštećenja vijka i trupa broda 3) Vibracije 4) Buka
Vrste kavitacije
Primjer vrtloga s efektom piruete između brodskog trupa i brodskog vijka na podtrupnoj propulzijskoj jedinici
Fotografija vrtložne kavitacije vrha lopatica i glavčine brodskog vijka
Dizel-motorni propulzijski sustav • Danas, propulzijski sustav velike većine trgovačkih brodova koristi brodske dvotaktne i četverotaktne dizelske motore kao primarne pokretače brodskog vijka. Postoje tri osnovna razloga za ovu činjenicu: - Dizel motori imaju najveći toplinski stupanj iskoristivosti (oko 50%) u odnosu na druge propulzijske strojeve. - U velikim dizel motorima može izgarati jeftinije teško gorivo što omogućuje
korištenje alkalnih ulja za podmazivanje cilindara motora koje izgara zajedno s gorivom. - Sporohodni dizel motori mogu se preko osovinskog voda direktno spojiti
na brodski vijak čime se eliminira potreba za reduktorom/ili spojkom pa se izvode kao prekretni motori.
• Na brodovima uvijek susrećemo: - dvotaktne dizel-motori koji su u pravilu glavni porivni strojevi, - četverotaktne dizel -motori koji mogu biti glavni porivni strojevi i služe za pogon generatora.
Dvotaktni dizel motori • Izvode se kao sporohodni (sporookretni) motori (do 250 okr/min). • Danas oko 95% trgovačkih brodova s dizel motornim propulzijskim sustavom koristi ove motore.
• Snage i do 80000 KW. • Propeler (brodski vijak): fiksna krila, prekretni. • Prednosti: - veliki stupanj korisnog djelovanja (η=40 -50%), - ekonomičnost u potrošku goriva, - spremnost na pogon gotovo trenutačna, - sigurniji na požar i eksplozije, - nema reduktora.
• Nedostaci: - buka i vibracije, - kompliciranost i masivnost strojarnice, - složeni cjevovodi.
Sankey diagram* brodskog sporohodnog dvotaktnog dizelskog motora MAN B&W 12K 98ME.
• * Sankey dijagram je dijagram toka u kojem je širina strjelice proporcionalna veličini (magnitudi) Obično se koristi za vizualizaciju (prikaz) energije ili materije prenesene u procesu.
toka.
Dizelski motori naziv su dobili po njemačkom izumitelju ing.Rudolf Diesel. p [Pa]
pk =p2= p3
T 2 Q dov 2
3
T 3
Q34=0 W
1'-1-punjenje cilindra čistim zrakom 1-2 adijabatska kompresija 2-3-dovođenje topline kod konstantnog tlaka 3-4-adijabatska ekspanzija plinova izgaranja 4-1-odvođenje topline kod konstantnog volumena 1-1‘-ispuh plinova izgaranja
Ing. Rudolf Diesel
.
1858. – 1913
Q12=0
4
p4 p0=p1
1'
T 0
V 2 GMT
T 1
1
V 3
T 4
V 1=V 4
Qodv V [m3]
Kompresioni omjer ε =V 1 /V 2 DMT
Teoretski p-V dijagram prvog dizelskog motora
U svom originalnom patentu dizelski motor je radio u ciklusu u kojem se toplina dodavala pri konstantnom tlaku (Qdov =Q2-3) , odvodila pri konstantnom volumenu (Qodv =Q4-1). Danas se pojam dizel koristi za opisivanje svakog povratno translatornog motora (eng. reciprocating engine) u s unutrašnjim izgaranjem kojem toplina dobivena "
"
•
Suvremeni dizelski motori rade u mješovitom , tj. Sabatheov-om procesu kod kojeg se jedan dio topline dovodi pri konstantnom volumenu, a drugi pri konstantnom tlaku. p [Pa] pk =p3= p4
T 3 Q dov 3
4
Qdov
T 4 1'-1-punjenje cilindra čistim zrakom 1-2 adijabatska kompresija 2-3-dovođenje topline kod konstantnog volumena 3-4-dovođenje topline kod konstantnog volumena 4-5-adijabatska ekspanzija plinova izgaranja 5-1-odvođenje topline kod konstantnog volumena 1-1‘-ispuh plinova izgaranja
T 2 p2
2
Q45=0 W
Q12=0
5
p5 p0=p1 1'
V 2=V 3
T 0
1
V 4
GMT
V 1=V 5
T 5 Qodv T 1 V [m3]
DMT Kompresioni omjer ε =V 1 /V 3
Teoretski p-V dijagram Sabathe procesa dizelskog motora
• Uobičajeno brodsko propulzijsko postrojenje uključuje jednoradni, dugog hoda, prekretni, sporohodni dvotaktni dizelski motor s prednabijanjem koji je direktno spojen preko osovinskog voda na brodski vijak s fiksnim krilima velikog promjera.
• Ova konfiguracija omogućuje veliku izlaznu snagu (do 80 MW po jedinici) i radnu pouzdanost zbog svoje konceptualne jednostavnosti. Naime,
sporohodni dvotaktni dizel motori obično se izrađuju s manjim brojem cilindara.
• Dvotaktni motori općenito imaju jednostavniji dizajn iz razloga što nemaju usisne ventile. Zbog manjeg broja okretaja motora dijelovi manje se
habaju. Time se smanjuje broj gibajućih dijelova i mogući kvarovi što ima za posljedicu povećanje pouzdanosti porivnog sustava. • Sporije odvijanje procesa izgaranja povećava njegovu učinkovitost, dok prednabijanje motora omogućava povećanje snage motora. Uz to što se povećava snaga motora smanjuje se specifčna potrošnja goriva. • Većina dvotaktnih motora koje susrećemo na brodovima imaju dizajn s križnom glavom. Time se omogućuje dizajn motora s dugim hodom stapa, a što znači da u motoru može sagoriti veća količina goriva čime se postiže veća snaga. • Budući da se sporohodni dvotaktni motori dizelski motori mogu preko osovinskog voda direktno spojiti na brodski vijak čime se eliminira potreba
Primjer propulzijskog sustava s sporohodnim dizel motorom i brodskim vijkom s fiksnim krilima
DIZEL MOTOR
Statvena cijev Radijalni ležaj
Jednoradni, dugog hoda, prekretni, sporohodni dvotaktni dizelski motor s prednabijanjem
Strojarnica motornog propulzijskog sustava s sporohodnim dvotaktnim dizelskim motorom
• Uobičajeni energetski tok na brodu prikazuje Sankey-ev dijagram za tanker ili brod za rasuti teret (eng.bulk carrier ). Oko 64% svjetske trgovačke flote odnosi se na ove brodove. Uobičajeno brodsko propulzijsko postrojenje ovih brodova uključuje jednoradni, dugog hoda, prekretni, sporohodni dvotaktni dizelski motor s prednabijanjem koji je direktno spojen preko osovinskog voda na brodski vijak s fiksnim krilima velikog promjera.
• Slika se odnosi na iskorištenje snage bez mjera za povećanje energetske učinkovitosti broda. Od 100% energije (kemijske) sadržane u gorivu, samo je oko 27% snage raspoloživo brodskom vijku.
Gubici brodskog vijka
Gubici osovinskog voda 100% ulaz
Snaga poriva= Sila poriva x Brzina broda
Brodski vijak
Osovinski vod
Motor
Uobičajeno iskorištenje snage na tankeru ili brodu za rasuti teret
• Postoji više načina povećanja efikasnosti i raspoložive energije za propulzijske svrhe.
• Jedan od najčešće korištenih načina je povrat otpadne topline ( eng.Waste Heat Recovery ;kratica WHR) iz ispušnih plinova motora, uz određena ograničenja kao što je točka rosišta agresivinih spojeva (SOx plinovi) u ispušnim plinovima dizelskih motora.
Četverotaktni dizel motori • • •
Izvode se kao srednjehodni (250-750 okr/min) ili brzohodni (750-1500 okr/min). Propeler: fiksna ili prekretna krila. Prednosti: - veliki stupanj korisnog djelovanja (η=40 -50%),
- manje dimenzije strojarnica, - kod pogona s dva ili tri motora primjena
dvoosovinskog ili trosovinskog pogona što povećava njegovu sigurnost.
• •
Nedostaci:reduktor,vibracije, buka i kompliciranost.
Primjena kod putničkih i RO-RO brodova.
Strojarnica dizel-motornog propulzijskog sustava s četverotaktnim dizelskim motorom
Parnoturbinski propulzijski sustav • Pogonski strojevi najvećih snaga. Parna turbina upotrebljava se na brodovima kao: - porivni pogonski stroj kada potrebna snaga poriva prelazi 40.000 kW (gornja granica za sporohodne brodske motore po jedinici), - kao pomoćni uređaj za pogon električnih generatora (turbogeneratora), te za pogon pumpi tereta na tankerima.
• Koriste na velikim tankerima (velike količine pare za grijanje tereta), ratnim i nekim putničkim brodovima zbog razvijanja velikih brzina broda i malih vibracija u usporedbi s vibracijama motornih postrojenja.
• Grade se u jednoj jedinici do snaga od oko 100000 kW, dok se na ratnim brodovima grade do snaga od blizu 300000 kW.
•Prednosti: - vrlo miran(male vibracije) i tih rad, - sigurnost u pogonu, - manji troškovi održavanja, - veća trajnost,
- dobar zakretni moment i pri malom broju okretaja, te
mogućnost vožnje s vrlo malim brojem okretaja propelerske osovine. Nedostaci: - viši potrošak goriva, - potreba posebne turbine za vožnju unazad, jer se parne turbine mogu okretati samo u jednom smjeru, -manji η(40%), - veliki broj okretaja →reduktor
• Turbina je toplinski stroj u kojemu se brojnim statorskim i rotorskim lopaticama kinetička energija strujanja radnog fluida (pare ili plina), nastala pretvorbom dijela njegove toplinske energije, pretvara u
mehanički rad u obliku vrtnje rotora. Pretvorba dijela toplinske u kinetičku energiju očituje se intenzivnim strujanjem, a praćena je naglim padom tlaka i temperature, te odgovarajućim povećanjem obujma radnoga fluida.
Parna turbina
Plinska turbina
• Parne turbine su strojevi koji energiju sadržanu u pari pretvaraju u mehaničku radnju. Potencijalna energija (tlak i volumen) sadržana u pari pretvara se najprije u kinetičku energiju (brzinu) i to ekspanzijom u sapnicama ili privodnim lopaticama u statorskom dijelu turbine, a potom se vođenjem kroz zakrivljeni strujni kanal na rotoru turbine izazove sila koja zakreće rotor što rezultira mehani čkom radnjom.
MEHANIČKA REDUKTOR ENERGIJA
PROPELER
• Podj Podjel ela a tur turbi bina na prem prema a nač način inu u rad rada: a: - akcijske akcijske ( (de de Laval )-tlak )-tlak pare se pretvara u brzinu samo u nepokretnom dijelu (sapnicama), dok u rotoru ostaje stalan. Akcijska turbina
-
Reakcijska turbina
reakcijske (Parsons (Parsons))- potencijalna energija energija pare (tlak) pretvara se u
kinetičku energiju energiju (brzinu) (brzinu) u statoru i rotoru.
• Prema Prema broju broju stupnj stupnjeva eva:: jednos jednostup tupanj anjske ske i više višestu stupan panjsk jske e • Prema ispuhu: - ispušne (ispuh u atmosferu) - protutlačne (para se iz turbine koristi se u druge svrhe) - kondenzacijske (para se odvodi u kondenzator).
• Prema smjeru strujanja pare: aksijalne i radijalne • Danas se uglavnom koriste brodske porivne turbine akcijskog tipa, višestepene i kondenzacijske.
• U parno-turbinskim postrojenjima dolazi do preobrazbe izvornog oblika energije (kemijski vezane u gorivu) u toplinsku, mehani čku (ili elektri čnu energiju-turbogenerator). Mehanička energija sadržana u vrtnji rotora parne turbine prenosi se preko reduktora na propeler.
TOPLINSKA
PARNA
MEHANIČKA REDUKTOR
TURBINA GENERATOR
ENERGIJA
ENERGIJA
PARE
• Kao primarni oblici energije, primjenjuju se n ajčešće tekuća i plinovita goriva koja u generatorima pare izgaranjem osloba đaju toplinsku energiju.
Turbina W 4-5
4
Pregrijač pare 5
3
Q1-4
2
Kotao
Q5-6
1
Kondenzator W 6-1
Napojna pumpa
6
Toplinski kružni proces u termoenergetskom postrojenju.
1-2→dovođenje topline za zagrijavanje vode, 2-3→dovođenje topline za isparavanje vode, 3-4→ dovođenje topline za pregrijanje pare, 4-5→ ekspanzija pregrijane pare (dobiveni rad W 4-5), 5-6→ odvođenje topline kondenzacije pri pri pregrijanoj pari 6-1→ napajanje kotla vodom (utrošeni rad potreban za rad pumpe W 6-1)
• Parni kotao je generator pare, koji proizvodi paru koristeći energiju sagorenog goriva u ložištu kotla. Dobivena toplina koristi se zagrijavanje napojne vode, isparavanje vode i pregrijanje pare. Kotao mora održavati jednaku razinu vode i vodene pare uz konstantan predviđeni tlak. • Parne turbine su strojevi koji energiju sadržanu u pari pretvaraju u mehaničku radnju. Potencijalna energija (umnožak tlaka i volumena) sadržana u pari pretvara se najprije u kinetičku energiju (brzinu) i to ekspanzijom u sapnicama ili privodnim lopaticama u statorskom dijelu turbine, a potom se vo đenjem kroz zakrivljeni strujni kanal na rotoru turbine izazove sila koja zakre će rotor što rezultira mehani čkom radnjom.
• Kondenzator je uređaj koji skuplja paru na izlazu iz turbine ili bilo kojeg drugog potrošača i procesom kondenzacije je pretvara u vodu. Da bi vruću paru kondezirali, potrebno joj je odvesti toplinu, a što se na brodovima postiže hlađenjem pare pomoću morske vode. • Napojna pumpa je glavna pumpa parnog kotla koja nadomještava potrošenu vodu u kotlu s novom ili kondenziranom vodom iz spremnika. Pumpe pretvaraju mehaničku energiju primarnog pokretača u hidrauličku energiju, tj. protok i tlak.
K T [K] Pregrijana Zasićena para para
Vrela kapljevina
p2
T p
4 p2=konst.
2
T z
p1
0
x =
T k
p2
3
Pregrijavanje pare
W
1'
3'
p1=konst.
x =
1
5
3'
0
p1 a
c
b
d s [kJ/ kg K]
Grijanje vode
Isparavanje vode
Teorijski Clausius –Rankinov proces parnog procesa u T-s dijagramu
1-2→dovođenje topline za zagrijavanje vode pri konstantnom tlaku, 2-3→dovođenje topline za isparavanje vode, 3-4→ dovođenje topline za pregrijanje pare, 3 –3' → adijabatska ekspanzija zasićene pare kada nije ugrađena turbina i nema pregrijanja pare, 4-5→ ekspanzija pregrijane pare, 5-1→ odvođenje topline kondenzacije pregrijanoj pari pri konstantom tlaku, 3'-1→ odvođenje topline kondenzacije pri zasićenoj pari,
• Proizvodnja pare: -
proizvodi se u kotlu u kojem se izgaranjem goriva kemijska energija pretvara u toplinu,
-
Voda se grije pri čemu se proizvodi para i to zasićena (iste temperature kao voda) koja se zatim dodatno grije u pregrijaču pare radi otklanjanja vlage i dobivanja pregrijane pare,
-
Pregrijana para se odvodi u turbinu.
• Ekspanzija - Toplinska energija se pretvara u mehaničku. Para ekspandira prolaskom kroz visokotlačnu i niskotlačnu turbinu. • Kondenzacija - glavni kondenzator zaprima paru od niskotlačne turbine, - para se hladi i tlak pada (stvara se vakum), - para se vraća u kapljevito stanje.
• Napajanje -
Kondenzat postaje napojna voda ( odzračena)
-
Zagrijač vode zagrijava napojnu vodu prije ulaska u kotao.
• Pregrijana para iz kotlova služi za pogon glavnog porivnog (pogonskog) stroja -parne turbine. Pri vožnji naprijed pregrijana para prolazi najprije kroz turbinu visokog tlaka (VT turbina), a potom kroz turbinu niskog tlaka
(NT turbina) u kojoj ekspandira do vakuuma. Pri vožnji krmom para ulazi u turbinu za vožnju krmom.
• Izlazna para iz niskotlačne turbine (ili turbine za vožnju krmom) odlazi u glavni kondenzator koji se hladi morskom vodom. U kondenzatoru se para pretvara u vodi. Parno-turbinski propulzijski sustav
• Turbina za vožnju krmom: Kod trgovačkih brodova, turbina za vožnju krmom ostvaruje oko 40 % snage za turbine za vožnju naprijed (u nekim slučajevima i do 70 -75%). To znači kako zakretni moment kod vožnje krmom iznosi 80- 90% zakretnog momenta za vožnju naprijed pri 50% broju okretaja.
• Na ratnim brodovima, odnos snaga turbina za vožnju krmom i naprijed kreće se oko 80-90%. • Vrijeme prekretanja iz vožnje naprijed u vožnju krmom i obratno iznosi oko 20 sekundi. Vrijeme da se postigne puni broj okretaja kreće se od 1 3 minute.
• Jednostupanjski zupčasti reduktori koriste se za brzine vrtnje od 2000 6000 okr/min, a dvostupanjski od 3000-15000 okr/min.
• Regulacija turbine : Podešavanje snage turbine prema vanjskom opterećenju može biti: - promjenom količine pare koja ulazi u turbinu, - regulacijom prigušivanja, - kombiniranom regulacijom.
• Regulator broja okretaja regulira snagu turbine kako bi broj okretaja bio stalan, bez obzira kako se mijenja opterećenje na brodskom vijku .
Sklop parno-turbinskog propulzijskog stroja
Brodska višestupanjska kondenzacijska porivna turbina, tip UA- Kawasaki Heavy Industries, Ltd.
Parno-turbinski propulzijski sustav i elektroenergetski sustav LNG tankera
Strojarnica parno-turbinskog pogona broda
Nuklearni propulzijski sustav • Parni ciklus je jednak konvencionalnom. • Atomski reaktor proizvodi paru (zamjenjuje kotao) pomoću toplinske energije oslobođene iz nuklearne fisije. • Neovisan o zraku za izgaranja (idealan za podmornice), • Primarni krug-voda grijana reaktorom. • Sekundarni krug- glavni parni proces. • Nema kontakta između tih dvaju krugova.
Plinskoturbinski propulzijski sustav Plinske turbine spadaju u toplinske pogonske strojeve u kojima se iskorištava energija vrućih plinova dobivenih izgaranjem tekućih ili plinovitih goriva, a u posljednje vrijeme i ugljene prašine ili je to neki pogodni plin kao na primjer vodik. helij, zrak ili neki drugi.
• Plinska turbina pretvara energiju izgaranja plinova u mehanički rad pomoću lopatica na vratilu plinske turbine s kojom je spojeno vratilo nekog radnog stroja, npr. brodski vijak (propeler), električni generator ili
• Primjena na brodovima ratne ili trgovačke mornarice kojima je potrebna pogonska snaga od 20000 do 50000 kW po pogonskoj osovini.
• Osim kao čisto pogonski stroj, plinska turbina može biti ugrađena i kao dodatni izvor pogonske snage, što se rabi na brodovima ratne mornarice i obalne straže. • Prednosti: -
brzo startanje i dobar odnos snage P i mase m (ratni brodovi),
-
kvalitetnije gorivo (zaštita okoliša) ,
-
jednostavnost jer ima manje strojnih sustava.
• Nedostaci: - manji η(30%), -
veliki broj okretaja što zahtjeva primjenu reduktora.
• Postoji mišljenje da će u budućnosti prevladati plinska turbina kao porivni stroj, zbog njene jednostavnosti. To je stroj bez kotla, bez kondenzatora, bez vode za hlađenje i bez kompliciranih pomoćnih uređaja .
• Prema obliku proizvedene energije razlikujemo: - Mlazne motore; ne daju mehaničku energiju na spojci, već povećavaju kinetičku energiju strujanja vrućih plinova koji stvaraju reaktivni potisak. - Sve ostale tipove plinskih turbina koji proizvode mehaničku energiju koju preko spojke predaju nekom radnom stroju ili transportnom sredstvu.
• Prema vrsti radnog procesa: - strojeve s otvorenim procesom - strojeve sa zatvorenim procesom - kombinirano parno-plinsko turbinsko postrojenje.
• Princip rada plinske turbine u velikom dijelu sliči onome u parnoj turbini. Kao i kod parnih turbina, radni medij (plin) ekspandira duž puta strujanja, tako da se toplina pretvara u kinetičku energiju plina, a ona se nakon toga u rotoru pretvara u mehanički rad. • Postrojenja plinskih turbina imaju određene prednosti u usporedbi s parnoturbinskim postrojenjima, prije svega: 1. Ona su mnogo kompaktnija, obzirom da gorivo izgara izravno u maloj komori izgaranja uz samu plinsku turbinu, a ne u ogromnom generatoru pare. Osim toga, plinska turbina nema kondenzatora. 2. Plinske turbine se mogu vrlo brzo startati i opteretiti u roku od 30 s do 30 minuta 3. Plinske turbine su jednostavnije konstrukcije i lakše za održavanje. 4. Za njihovu konstrukciju i izvedbu troši se manje materijala za istu snagu stroja. 5. Njihova cijena je manja nego za parnoturbinsko postrojenje. 6. Za razliku od parnih turbina, one nemaju potrebu za rashladnom vodom.
• S druge strane, plinske turbine imaju i nedostatke u usporedbi s parnim turbinama:
1. Njihova specifična snaga je manja. 2. Njihov stupanj djelovanja je manji, iako se mnogo radi na njegovu
povećanju. 3. Imaju češću potrebu za servisiranjem i održavanjem.
4. Mnogo su osjetljivije na kvalitetu goriva. One na primjer nisu osjetljive na
korištenje ugljena i tu se radi na iznalaženju novih tehnologija. S druge strane one su vrlo osjetljive na korištenje teških goriva, pri čemu se susreću s teškim i nerješivim problemima.
• Postoje dva osnovna procesa (ciklusa) po kojima mogu raditi plinske turbine: I) otvoreni proces, II) zatvoreni proces.
• Prema tijeku ekspanzije plinske turbine mogu biti akcijske i reakcijske. • Prema tipu kompresora postoje plinsko-turbinsko postrojenje s aksijalnjm i radijalnim kompresorom.
• Proces koji odvija u parnoj turbini naziva se Braytonov proces. Naime, Američki inženjer George Brayton (1830 -1892), patentirao je 1872. godine ciklični stroj na vrući zrak koji je mogao raditi jednako tako i na naftu. U formi otvorenog ciklusa takav proces je postao osnova rada svih postrojenja s plinskim turbinama i mlaznim motorima. Koristi se i kao zatvoreni ciklus s vanjskim izgaranje što omogućava smanjenje emisije štetnih plinova . Ponegdje se naziva i Jouleov proces.
• To je otvoreni desnokretni kružni proces koji proizvodi stalni izlazni rad (zakretni moment) na spojci izlaznog vratila. Gorivo
Komora izgaranja
2 Kompresor
Zagrijač zraka
3
2
Plinska turbina W 3-4
W 1-2
4
Otvoreni Braytonov proces 1-2-usis i kompresija zraka (utrošeni rad W 1-2) 2-3-izgaranje gorive smjese u komori izgaranja 3-4-ekspanzija plinova izgaranja u turbini (dobiveni rad W 3-4)
i ispuštanje plinova u atmosferu
Qdov
Plinska turbina W 3-4
W 1-2
Qodv
Zrak
Zrak 1
Kompresor
3
1
4
Hladnjak zraka
Zatvoreni Braytonov proces 1-2-usis i kompresija zraka (utrošeni rad W 1-2) 2-3-zagrijavanje zraka u zagrijaču (dovođenje topline Qdov ) 3-4-ekspanzija zagrijanog zraka u turbini (dobiveni rad W 3-4) 4-1-hlađenje zraka u hladnjaku zraka (odovođenje topline Qodv )
• Proces se sastoji od dvije izobare i dvije izentrope (idealne adijabate).
Toplina se dovodi (Qdov =Q2-3) i odvodi (Qodv =Q4-1) pri konstantnom tlaku. T [K]
p2=p3
3
T 3
qdov p1=p4 T 2 T 4
T 1
2 W
4
qdov
1 s1=s2
s3=s4
s [kJ/kg K]
Teorijski otvoreni Braytonov proces u p-V i T-s dijagramu 1-2-adijabatska (izentropska) kompresija zraka (utrošeni rad W k =W 1-2) 2-3-dovođenje topline ( Qdov ) izgaranjem pri konstantnom tlaku (izobara) 3-4- adijabatska (izentropska) ekspanzija plinova u turbini (dobiveni rad W t =W 3-4) 4-1-odvođenje topline ( Qodv ) pri konstantnom tlaku u slobodnu armosferu (izobara)
• Termodinamički proces u p-V i T -s dijagramu je konstruiran uz sljedeće
glavne pretpostavke: 1. Proces je zatvoren i masa radnoga medija u njemu je konstantna i ista.
Radni medij je idealni plin konstantnoga sastava i konstantnih specifičnih toplina.
2. Sve promjene u procesu su povrative, tj. odvijaju se bez termičkih,
mehaničkih ili hidrauličkih gubitaka.
3. Kompresija u kompresoru i ekspanzija u turbini odvijaju se adijabatski.
• Obzirom da nema gubitaka, ovi se procesi odvijaju pri konstantnoj entropiji. • Linija 1-4 na taj način prikazuje izentropsku kompresiju zraka u kompresoru, koja obuhvaća povećanje temperature i tlaka od početnog stanja p1 i T 1 na p2 i T 2.
• Toplina se radnom mediju dovodi u komori izgaranja po izobari 2- 3, pri čemu temperatura raste od T 2 na T 3.
• Linija 3-4 prikazuje izentropsku ekspanziju radnog medija, pri čemu se tlak smanjuje na p4, a temperatura se spušta na T 4. • Odvođenje topline iz termodinamičkog procesa prikazano je izobarom 4-1. U ovome procesu se temperatura radnoga medija smanjuje na svoju početnu vrijednost T 1.
• Termički stupanj djelovanja termodinamičkog procesa može se odrediti izraza:
t
W
Qdov
Qdov
Qodv
Qdov
1
Qodv Qdov
1
m c p (T4
T1 )
m c p (T3 T2 )
1
T4
T 1
T3 T2
gdje je Qdov količina dovedene topline u procesu, a koja je jednaka
Qdov
m c p (T3 T2 ) J/ciklus
dok je Qodv odvedena toplina iz procesa, a koja se može izračunati pomoću izraza
Qodv
m c p (T4 T1 ) J/ciklus
gdje je c p je specifična toplina u [kJ/kgK] plina pri konstantnom tlaku.
• S W je označen rad dobiven iz procesa, koji je jednak razlici dovedene i
odvedene topline, a koji je opet jednak razlici izentropskih radova turbine W t i kompresora W k :
W
Wt
W k
J/ciklus
• Budući da je p1= p4 i p2= p3, za izentropske promjene stanje 1-2 i 3-4 vrijedi:
p T T p
T2
T3
3
1
4
4
1
p p
1
1
r
2
1
gdje je κ koeficijent izentrope koji je jednak
c p cv
• U gornjem izrazu je c p je specifična toplina u [kJ/kgK] plina pri konstantnom tlaku, a c v je specifična toplina u [kJ/kgK] plina pri konstantnom volumenu. • Sada se termički stupanj korisnog djelovanja može se napisati i u obliku: T 4
t
1
T1 T3 T 2
1 T1
1
T2
1
T 1 T 2
1
1
T 2 T 1
1
1
1
r
odakle se vidi kako kako termički stupanj korisnog djelovanja idealnog kružnog
procesa plinske turbine ovisi samo o omjeru tlakova ((kontinuirano se povećava
• Jedna od najraširenijih izvedbi plinske turbine izvedba je s otvorenim procesom.
Plinska turbina s otvorenim procesom
• Općenito, plinska turbina teoretski je vrlo jednostavna. Sastoji se od tri osnovna dijela: - kompresora, - komore izgaranja i - turbine.
• Kompresor usisava zrak iz atmosfere (kroz filtere) i povećava mu tlak i temperaturu. Stupanj kompresije uobičajeno se kreće od 5:1 do 20:1. Kompresori su centrifugalnog ili aksijalnog tipa koji pogonsku snagu
dobivaju direktno od turbine (od visokotlačne turbine).
Plinska turbina s otvorenim procesom 1-motor za pokretanje kompresora; 2-pomoćni uređaji; 3-kompresor zraka, 4-komora izgaranja; 5-plinska turbina; 6-reduktor; 7-brodski vijak (propeler); 8-dovod goriva za izgaranje.
• Komprimirani zrak ulazi u komoru za izgaranje u koju se ubrizgava gorivo Nastalu gorivu smjesu pali v rući zrak čime se stvaraju plinovi izgaranja visokog tlaka koji zbog čistoće goriva sadrže mali udio nečistoća. Temperatura plinova kreće se od 850 do 1100ºC.
• Od ukupno dovedenog zraka samo se 20 do 40% dovedenoga zraka koristi s za izgaranje goriva i ulazi u primarnu zonu izgaranja. Taj zrak nazivamo primarni zrak . Ostatak od 60 do 80% zraka obilazi tu zonu i miješa se s
produktima izgaranja izvan zone primarnog izgaranja. Pri miješanju s produktima izgaranja, taj zrak vrši hlađenje smjese prije nego je dovedemo do turbine. Taj zrak nazivamo sekundarni ili rashladni zrak.
• Plinovi izgaranja ulaze u turbinu kao njen radni medij (odatle i naziv plinska turbina). Plinovi izgaranja u turbini ekspandiraju do tlaka koji je približno jednak početnom tlaku. • Mehanička energija dobivena ekspanzijom plinova u turbini pokreće jednim dijelom kompresor, a ostatak se preko spojke predaje radnom stroju kao korisno dobivena mehanička energija plinsko -turbinskog postrojenja.
• Osim kompresora i radnog stroja turbina pokreće i pomoćne uređaje (pumpu za gorivo, uljnu pumpu, regulator i dr.). Kako izgaranje u komori ne može početi dok se ne uspostavi strujanje zraka, tj. dok se agregat ne zavrti tako da kompresor počne dobavljati zrak, svaka plinska turbina ima i motor za pokretanje koji se nakon uspješnog starta isključuje. • Promjena smjera vožnje broda kod klasične izvedbe s osovinskim vodom u većini slučajeva obavlja se s s vijkom s zakretnim krilima. • Pored vijčane propulzije, kao propulzor kod parno -turbinskog propulzijskog sustava susreće se i mlazni propulzor.
Plinske turbine s otvorenim procesom izvode se kao:
Plinska turbina
Tok primarnog i sekundarnog zraka i mješanje sa plinovima u komori izgaranja
Sustav paljenja goriva u komorama izgaranja
Uputni motor plinske turbine
Dijelovi aksijalnog kompresora plinske turbine
• Plinska turbina s zatvorenim procesom: Zatvoreni s us tav plins ke turbine .
Radni medij, zrak ili neki drugi
pogodniji plin, u ovom slučaju cirkulira u zatvorenom sustavu. Ista masa medija prolazi kroz kompresor,
zagrijava se u zagrijaču, ekspandira u turbini, zatim se hladi u hladnjaku i ponovo ulazi u kompresor.
U zagrijaču radni medij ne dolazi u dodir s gorivom i plinovima izgaranja,
kao što je to bio slučaj u komori izgaranja kod otvorenog procesa, već se toplina izmjenjuje kroz metalnu
stijenku cijevnog zagrijača.
Nedostaci: - relativna složenost postrojenja i - velika potrošnja rashladne vode .
• Prednosti: - visoki tlakovi omogućuju protjecanje velikih masenih protoka radnog medija kroz umjerene presjeke, što omogućava manje dimenzije lopatica i izmjenjivača topline. - gorivo i produkti izgaranja odvojeni od radnog medija, tako da se radni
medij ne prlja prilikom rada, pa lopatice i izmjenjivači ostaju dugo čisti.
- slobodu u izboru radnog medija.
Kombinirano plinsko-parno turbinsko postrojenje
1 - brodski vijak; 2 - vratilo brodskog vijka; 3 - oslonac temeljnog ležaja; 4 - odrivni ležaj; 5 - reduktor; 6 - niskotlačna turbina (radna turbina); 7 - visokotlačna turbina (za pogon kompresora); 8 - kompresor; 9 - parna turbina; 10 - kondenzatna pumpa; 11 - kondenzator, 12 - električni generator; 13 - parna turbina; 14 - regulacijski ventil; 15 - otplinjač, 16 - napojna pumpa; 17 - loženi kotao; 18 - ispuh do dimnjaka, 19 -utilizator; 20 - regulator tlaka; 21 - regenerator; 22 - komora izgaranja, 23 - dovod goriva
Plinsko-turbinski propulzijski sustav s kombiniranim procesom na LNG tankeru Povrat otpadne topline (eng.Waste Heat Recovery ;kratica WHR )
označava postupak iskorištavanja gubitaka topline u plinovima izgaranja i pretvaranje iste u električnu energiju za korištenje na brodu. Time se smanjuje potrošnja goriva pomoćnih motora i do 10%.
Dizel-električni propulzijski sustav • Električna propulzija brodova je pogon brodskog propelera pomoću elektromotora.
• Primjena na brodovima sa velikim zahtjevima za potrošnjom električne energije, dobrom manevarskom sposobnosti i čestim promjenama brzine kao što su putnički brodovi, trajekti, ledolomci, brodovi za polaganje cjevovoda i kabela i platforme.
• Koristi se načelo elektrane, odnosno visokonaponska brodska mreža. Tipični visoki naponi u brodarstvu su 3,3 kV ili 6,6 kV, dok se 11 kV koristi na platformama.
• Prvi pogonski stroj danas je u daleko najvećem broju slučajeva dizelski motor. Parna turbina je znatno slabije zastupljena, a plinska turbina samo
u malom broju slučajeva.
a) Leonardova shema s istosmjernim strojevima naći će se samo na starim brodovima.
b) U izmjeničnoj tehnici i nalazi se na manjem broju brodova. Obično se kombinira s prekretnim propelerom (controlled pitch propeller-CPP)
c) Iz novijeg razdoblja, a sadrži istosmjerni motor napajan preko poluvodičkog pretvarača. Naći će se na relativno velikom broju brodova, ali se više ne projektira i ne ugrađuje na nove brodove. d) S izmjeničnim motorom (sinkroni ili asikroni) i poluvodičkim pretvaračem frekvencije je današnje rješenje.
• Današnji sustavi električne propulzije broda u koncepciji broda s potpuno integriranim elektroenergetskim sustavom (eng. Integrated Full Electric Ship; kratica IFEP ) sastoji se od slijedećih osnovnih cjelina: - propeler (propulzor): s fiksnim krilima ili sa zakretnim krilima, u novije vrijeme zakretni podrupni potisnici (POD)
- propulzijski motor (istosmjerni,izmjenični: sinkroni asinkroni) - pretvarač frekvencije: tiristorski kontrolirani D.C. pogon, sinkrokonverter, ciklokonverter), - izmjenični sinkroni generator, - srednjohodni dizel motor (primarni pokretač), - propulzijski transformatori, glavna sklopna ploča, te sustav
automatizacije i upravljanja.
• U koncepciji broda s potpuno integriranim elektroenergetskim sustavom (IFEP - Integrated Full Electric Ship) pretpostavlja četiri stupnja konverzije energije:
(1) mehaničko-električnu konverziju u sinkronim generatorima,
(2) transformaciju napona u propulzijskim transformatorima, (3) regulaciju frekvencije i napona u propulzijskim
pretvaračima frekvencije i transformatorima (4) električko-mehaničku konverziju u propulzijskim elektromotorima.
• U električnom prijenosu energije do brodskog vijka sveukupno se izgubi između 8 i 12 % snage.
Sustav električne propulzije broda u koncepciji broda s potpuno integriranim elektroenergetskim sustavom
Suvremeni sustav dizel-električne propulzije broda s podtrupnim propulzorima Generatori Glavne razvodne ploče napajanja Transformatori napajanja Frekvencijski pretvarači Porivni elektromotori Azipod propulzori
Dizelski motori
• Uobičajena izvedba: • 4 srednjohodna dizel motora za pogon sinkronih generatora za opskrbu pogona broda i opskrbu brodskih uređaja, • 2 vijka pokretana dvonamotnim propulzijskim elektromotorima napajanim iz ukupno četiri pretvarača frekvencije sa zasebnim propulzijskim transformatorima.
• Prednosti: - manja buke, jer su dizelski generatori neovisni od osovina i mogu se
montirati na elastične nosače; - manje vibracije, jer nema mehaničke veze između trupa broda i motora; - nema reduktora; - smanjenje potrošnje goriva; - smanjenje emisije štetnih plinova (rade s konstantnim okretajima); - povećanje brodskog prostora za teret, veći broj kabina ili viši standard na
putničkim brodovima zbog povoljnijeg smještaja pogonskih strojeva unutar jedne ili više proizvoljno raspoređenih manjih strojarnica; - visok stupanj raspoloživosti pogona broda; - bolja manevarska svojstva; - manju opasnost od požara širih razmjera.
Iskorištenje brodskog prostora kod različitih koncepcija propulzije
• Nedostaci: • Manja korisnost zbog dvostruke pretvorbe energije.Stupanj korisnosti mehaničke propulzije je 95 do 98%, a električne 86 do 92%. • Viša cijena te veća početna financijska ulaganja. Danas se ona bitno smanjuju ugradnjom sve više serijski proizvedene električne opreme visoke kvalitete izrade i sve niže cijene. • Veća masa postrojenja te veći broj visokokvalificiranog osoblja za nadzor i rukovanje kompliciranijim električnim instalacijama, što može isto utjecati na povećanje troškova pogona broda.
• Novi zamah električna propulzija dobiva uvođenjem zakretnih podtrupnih potisnika početkom 90 -tih, koji dodatno potenciraju sve eksploatacijske prednosti električne propulzije. AZIPOD-Azimuthing Podded Drive
Za razliku od klasičnih propulzijskih sustava gdje se električni propulzijski motor nalazi unutar broda, ovdje je on
smješten u posebno konstruiranoj gondoli izvan brodskog trupa. Čitava gondola se može zakretati za puni krug (360°) čime je nestala potreba za klasičnim kormilarskim sustavom, a više nije potrebno ni prekretanje propulzijskog motora koji se sada
može okretati stalno u istom smjeru. Time su znatno poboljšane manevarske sposobnosti pa više nije neophodna ni upotreba pramčanih propulzora.
prikladan je za snage propulzijskog motora do 25 MW i za • Azipod sustav prikladan brzine vrtnje 0-200 o/min.
• Prednosti azimutalnog propulzijskog sustava su : - mehanički je jednostavniji od ostalih tipova propulzijskih sustava, jer se izostavljaju dugačke osovine, ležajevi, kormilarski zupčanici, kormila, reduktori, a nema ni složenih propelera s prekretnim krilima; - znatno poboljšanje dinamičko -hidrauličkih i manevarskih sposobnosti; - smanjena potrošnja energije, manji troškovi održavanja i manje zagađenje okoliša; - propulzijske karakteristike pri vožnji naprijed ili nazad su gotovo iste, te je pogodan male i velike brzine neovisno o vremenskim uvjetima plovidbe; - znatno smanjenje buke i vibracija brodskog trupa; - omogućena je ušteda prostora za ostale potrebe brodskog postrojenja; - mogućnost ugradnje svega 2 tjedna prije porinuća broda što znatno
olakšava ugradnju i smanjuje troškove proizvodnog procesa broda.
• Nedostaci ovog sustava: - veća početna financijska ulaganja; - potrebna je promijenjena konstrukcija brodskog trupa zbog
karakterističnog položaja pogonske gondole van broda o čemu treba voditi računa prije konstruiranja broda; - u slučaju većeg kvara na propulzijskom motoru nužno je vađenje broda na kopno zbog popravka što znatno poskupljuje postupak servisiranja.
SSP azimutalni sustav
• Za razliku od klasičnog klasičnog azimutalno azimutalnog g pogona gdje postoji postoji jedan propeler propeler s četiri krila kod SSP (Siemens -Schottel Propulsion) izvedbe koriste se dva propelera s tri tri krila. Sastoji se od azimutalnog i porivnog modula. Propeleri
su smješteni na početku i na na kraju porivnog dijela. Krilca se okreću u istom smjeru, te su opterećenja među propelerima maksimalno iskoristiva. jedinica kružnog procesa za glavne i pomoćne jedinice
propulzijska soba hidraulični motor
elektrohidraulički sustav kormilarenja
okretljivi ležaj za usmjeravanje
dio za usmjeravanje
Propulzijski modul konstruiran tako
pomoćni uređaj
da je omogućeno njegovo sklapanje i rasklapanje dok je brod u moru, pa
nije potrebno vađenje broda zbog servisiranja.
potporanj
sustav kaljužnih pumpi
linija broda
propelerska osovina propulzijski dio stražnja krilca propelera
prednja krilca propelera spojke rotora
poklopac
sustav ležajeva, ležajeva, brtvljenja i kočenja
krilca
sinkroni motor s stalnom uzbudom
poklopac
Kombinirani propulzijski sustavi • Da bi se postigla bolja ekonomičnost propulzijskog sustava u različitim uvjetima brzina plovidbe, poriv brodova često se ostvaruje u različitim kombinacijama pogonskih strojeva koje se uobičajilo označavati engleskim kraticama: Isti tip porivnog stroja: - CODAD: COmbined Diesel And Diesel engine propulsion system - COGAG: COmbined Gas And Gas turbine propulsion system - COGOG: COmbined Gas Or Gas turbine propulsion system Dva tipa porivnih strojeva: - CODOG: COmbined Diesel Or Gas turbine propulsion system - CODAG: COmbined Diesel And Gas turbine propulsion system - COGAS: COmbined Gas And Steam turbine propulsion system - COSAG: COmbined Steam And Gas turbine propulsion system - CONAS: COmbined Nuclear And Steam turbine propulsion system - CODELOG: COmbined Diesel-ELectric Or Gas turbine propulsion system - CODELAG: COmbined Diesel-ELectric And Gas turbine propulsion system - CODELOD: COmbined Diesel-ELectric Or Diesel engine propulsion system LEGENDA:
CO-kombinacija porivnih strojeva D – dizelski motor
S-parna turbina N-nuklearni pogon
A- I O-ILI
CODAD-COmbined Diesel And Diesel engine • Porivni sustav se sastoji od dva zasebna sustava sa dva porivna četverotaktna dizelska motora i s brodskim vijkom (propelerom) s zakretnim krilima po osovini.
• Istovremeni rad dizelskih motora je moguć. Stoga, u zavisnosti o željene brzine broda mogu se koristiti oba, te jedan ili drugi dizelski motor po
osovini koji mogu biti iste (u ovom primjeru) ili različite snage.
COGOG-COmbined Gas Or Gas turbine
• Manja turbina se upotrebljava za krstarenje a velika turbina u slučaju potrebe za većim brzinama plovidbe. Efekat ovog sustava sa aspekta potroška goriva je veći nego li kod COGAG sustava.
COGOG-COmbined Gas Or Gas turbine
• Manja turbina se upotrebljava za krstarenje a velika turbina u slučaju potrebe za većim brzinama plovidbe. Efekat ovog sustava sa aspekta potroška goriva je veći nego li kod COGAG sustava.
CODOG-COmbined Diesel Or Gas Turbine
• Porivni sustav se sastoji od dva zasebna sustava s dva brodska vijka s zakretnim krilima. Istovremeni rad dizelskih motora i plinskih turbina nije moguć. Dakle, mogu raditi sami, tj. samo dizelski motor ili plinska turbina po osovini. U pogonu je kod manjih brzina samo dizelski motor, a kod većih brzina samo plinska turbina. Uključivanje porivnih strojeva vrši se spojkama.
CODAG-COmbined Diesel And Gas turbine
• Središnje postavljena turbina koristi se samo postizavanje velike brzine. Za krstareće brzine koriste se oba dizelska motora. • Sustav omogućuju punu fleksibilnost. Moguć je rad s jednim dizelskim motorom koji pogoni oba brodska vijka, pojedinačni rad o oba dizelska motora i pripadajućeg vijka, pogon oba vijka s plinskom turbinom ili puna brzina s svim porivnim strojevima.
Kombinirano (CO) Dizelski motor (D) I (A) Plinska turbina (G)
CODELOD-COmbined Diesel-ELectric Or Diesel engine
• Porivni sustavi koji kombiniraju mehanički i elektromotorni (dizel -električni sustav) pogon brodskog vijka često se nazivaju hibridni sustavi . • Porivni sustav se sastoji od dva zasebna sustava sa dva porivna četverotaktna dizelska motora i porivnog elektromotora, te s brodskim vijkom (propelerom) sa zakretnim krilima po osovini. • Dizel-generatori osiguravaju potrebnu električnu snagu za pogon propulzijskog elektromotora motora na malim brzinama. Dizelski motori se
kapčaju prema potrebi na većim brzinama. Stoga, u zavisnosti o željene
brzine broda mogu se koristiti oba, te jedan ili drugi dizelski motor po osovini
koji mogu biti iste (u ovom primjeru) ili različite snage. • Istovremeni rad svih porivnih strojeva nije moguć.
Kombinirano (CO) Dizel-električni (DEL) Ili (O) Dizelski motor(D)
Sustav omogućuje da elektromotori i dizelski motori rade paralelno (CODELAG) ili samo dizelski motor ili elektromotor (CODELOD) Pored dodavanje snage preko elektromotora (eng.Power Take-In;kratica PTI ) postoji (opcija) i oduzimanje snage (eng.Power Take-Off ; kratica PTO)
čime se omogućuje da motor radi kao generator.
Osnovni elementi hibridnog porivnog sustava CODELAD ili CODELOD ( MAN B&W )
