Brodski Pogoni Sve

1

BRODSKI POGONI

1

2

• • • • • • • • • • • •

Sistemi Brodskog Pogona ฀ Kombinacijom različitih propulzivnih pogona i goriva mogu se zadovoljiti zahtjevi tereta koji brodovi prevoze. ฀ Svaki od mogućih pogonskih uređaja ima svoje prednosti i svoje nedostatke. Najveći broj plovnih jedinica izveden je s jednim pogonskim uređajem, a od toga najveći dio s motornim pogonom. ฀ Za neke se brodove moraju, prema namjeni, koristiti i kombinacije pogonskih uređaja. ฀ Sistem propulzivnih uređaja najčešče je izveden kao: ฀ Sistem sa jednim propulzivnim uređajem ฀ Sistem sa dvojnim propulzivnim uređajem ฀ Sistem sa unakrsno spojenim propulzivnim uređajima 2

3

Podjela i vrste brodskih pogona •

Motor je pogonska mašina koja neki vid energije pretvara u mehanički rad

3

4

• • • • • • • • • • • • •

Važni termini i definicije Hod klipa motora, S Klip se kreće od UMT do SMT opisujući hod klipa. Prečnik cilindra motora, D Kreće se od 40 mm kod malih industrijskih motora do 640 mm kod 4-taktnih srednjehodnih brodskih motora do 1080 mm kod dvotaktnih motora sa ukrsnom glavom. Odnos S/D Ovaj odnos varira od cca 0.8 do 1.5 kod 4taktnih motora, i od 2 do 4 kod 2-taktnih sa ukrsnom glavom.

4

5

• • • •

Važni termini i definicije Hodna zapremina, Vh Zapremina motora izmedju SMT i UMT, jedinica cm3 ili u litrama.

• • • •

Kompresiona zapremina, Vc Zapremina motora izmedju SMT i glave cilindra. Stepen kompresije, ε

5

6

• •

Kod 4-taktnog motora radni ciklus se odvija za vrijeme dva okretaja koljenastog vratila, odnosno 4 hoda klipa ili 4 takta

6

7

• • • • • • • • • • • • • • • • •

Radni ciklus 4-taktnog motora se obavi za četiri takta (četiri hoda klipa između SMT i UMT), ili za dva puna obrtaja koljenastog vratila. Ti taktovi su : ฀ punjenje, ili usisavanje, ฀ sabijanja, ili kompresija, ฀ širenje, ili ekspanzija, ฀ pražnjenje, ili izduvavanje. ฀ Za obavljanje svih faza radnog ciklusa motora potrebno je da koljeno koljenastog vratila opiše ugao od 720฀ KV (฀KV – ugao koljenastog vratila). ฀ Ugao 0฀KV definiše položaj kada je klip u spoljnoj mrtvoj tački (SMT) i na početku takta usisavanja. ฀ Punjenje cilindra počinje nešto prije SMT, a završava se nešto iza UMT. Pražnjenje cilindra počinje prije UMT i završava se nešto poslije SMT. Proces sagorijevanja počinje prije SMT (kad se kod oto motora električnom varnicom pali komprimovana smješa, a kod dizel motora ubrizgava gorivo u komprimirani vazduh), a završava se nešto iza SMT, tj. u dijelu ekspanzije produkata sagorijevanja. Takt širenja je jedini takt u kome se potencijalna energija gasova pretvara u korisnu mehaničku energiju.

7

8

Uporedba efikasnosti raznih sistema brodskih pogona

8

9

Razvoj brodskih pogonskih strojeva • •

Pogon na jedra Povijest plovidbe stara je koliko i ljudski rod. Čovjek je zaplovio najprije na kakvom trupcu, pa splavi, a tek kasnije došao na misao da izdubi čamac i izradi vesla. • Prvi narod za koji se zasigurno zna da se bavio brodogradnjom i pomorstvom bili su Egipčani, što potvrđuju reljefi na egipatskim spomenicima iz doba 4000 godina prije Krista. Plovili su po rijeci Nil, ali i po moru sve do Cipra i Krete. Izumili su jedro pa čak i kormilo koje se sastojalo od dva, tri ili četiri oveća vesla. • Prvim istinskim pomorcima smatraju se Feničani, koji su se usudili ploviti i otvorenim morem. • Tijekom 3. stoljeća prije Krista stvorili su Rimljani na Apeninskom poluotoku moćnu državu. Svoje brodove počeli su graditi po uzoru na jednu veliku i tešku kartašku penteru. Kasnije su ove teške brodove zamijenili novim tipom broda, liburnom. Taj su tip broda Rimljani preuzeli od vještih brodograditelja i pomoraca, ilirskog plemena Liburna s naše obale Jadrana. Liburna je najbolje opisani brod antike. Tisućama godina koristio se pogon na jedra i u 19. stoljeću doživio je svoj vrhunac i pad. Sredinom 19. stoljeća Amerikanci na pacifičkoj obali grade vrlo brze brodove dugog i vitkog trupa s jedriljem svih vrsta: brikova, škuna i križnjaka. Tako je nastao najsavršeniji tip jedrenjaka - kliper, koji je postizavao maksimalne brzine i do 17 uzlova, a uz povoljne vjetrove prelazio je velike udaljenosti s prosječnom brzinom i do 13 uzlova.

9

10

Parni stapni stroj •

• • •

•

Začetnik industrijske revolucije Thomas Newcomen (1663-1729) je u Tiptonu, Staffordshire 1712. konstruirao prvi parni stroj koji je radio u praksi. James Watt rođen 19. siječnja 1736. godine u Greenock-u Škotska, izumio je značajno usavršeni parni stroj s ekspanzijom pare u cilindru i automatskim razvodom koji je imao kondenzator i uređaj za isisavanje zraka i kondenzirane pare. 1769. godine patentirao je svoj parni stroj koji je za osiguranje broja okretaja imao centrifugalni regulator. 1781. izrađuje prvi stroj kojemu je izlazni pogon bio rotacijski. Time se pojavljuje mogućnost brodskog strojnog pogona. Prvi brodovi na parni pogon bili su William Symington-ov remorker s krmenim lopatičnim kolom "Charlotte Dundas" na kanalu Forth & Clyde u Škotskoj 1802. godine i Robert Fultonov "Clermont" koji je plovio rijekom od New York-a do Albany-ja od 1807. godine. Istovremeno započinje uvođenje željezne konstrukcije trupa. Prvi parobrod koji je prešao Atlantik isključivo strojevima bio je "Great Western", 1838. godine. Brod je imao 1320 t dužine 72 m i pogonski parni stroj od 300 kW. Konstruirao ga je i sagradio britanski inženjer, po ocu francuskog porijekla, Isambard Kingdom Brunel. "Great Western" je potrošio svega tri četvrtine zaliha ugljena na brodu, raspolagao je s dovoljno tovarnog prostora i snažnim pogonom koji je jamčio doseg za prekooceansku plovidbu, a istovremeno je imao mjesta za putnike. U to vrijeme dolazi do praktične primjene brodskog vijka koji je posebno za pomorske brodove bio mnogo pogodnji od osjetljivih i glomaznih bočnih kotača. Prvi brod s brodskim vijkom kao propulzorom bio je engleski trgovački brod "Archimedes", a koji je zaplovio 1839. godine. 10

11

Parno turbinski pogon Brzi razvoj broda započet u 19. stoljeću nastavlja se još intenzivnije u 20. stoljeću. Englez Charles Parsons konstruira prvu brodsku parnu turbinu i 1897. godine sa brodom "Turbinia", kojeg je također sam konstruirao, postiže i za današnje relacije izuzetnu brzinu od 34 uzla.

11

12

Diesel motor • Izumom motora s kompresijskim paljenjem kojeg Rudolf Diesel patentira u veljači 1892. i studenome 1893., započinje razvoj ovog jedinstvenog motora između 1893. i 1897. godine u tvornici Maschinenfabrik Augsburg uz financijsku pomoć Fried. Krupp iz Essena. • U veljači 1897. uspješno je predan jednocilindarski Diesel motor snage 17.8 KSpri 154 min-1 pri punom opterećenju. Pri ovom opterećenju motor je imao ukupnu efikasnost od 26.2% što je bilo dvostruko više od najboljih parnih stapnih strojeva u to doba.

12

13

Diesel motorni pogon •

•

Prvi brod pogonjen Diesel motorom bio je ruski tanker "Vandal" dug 75 m s tri brodska vijka. Brod je bio u vlasništvu tvrtke Nobel Petroleum Co. iz Sankt Peterburga a plovio je rijekom Volgom i Kaspijskim morem. Prvo putovanje bilo je u proljeće 1903. Tri trocilindarska Diesel motora isporučila je na jesen 1902. Ludwig Nobel Machine Co. također iz Sankt Peterburga. Isporučeni motori razvijali su 120 KSpri 250 min -1 i omogućili plovidbu "Vandala" brzinom do 8 uzlova. Budući da motori nisu bili reverzibilni, pogonili su DC generatore od 87 kW pri 500V, koji su proizvedenu električnu energiju isporučivali elektromotorima snage 75 kW svaki, spojenih na propelerne osovine. Dakle, radilo se o Diesel električnom pogonu. MS"Selandia" 6800 tdw je bio prvi oceanski brod na Diesel pogon, zaplovio je u veljači 1912. godine s dva Burmeister & Wain osam cilindarska motora, svaki s 1250 bhp. Krenula je na svoju službu Danska – Daleki istok da bi uvjerila brodarske kompanije u ekonomičnost i pouzdanost Diesel motorne propulzije za brodove oceanske plovidbe. Oba 4-t motora s križnom glavom tog broda s dva propelera, trošila su dnevno 10 do 12 tona gorivog ulja. Parni brod jednake veličine trošio je 40 do 45 tona ugljena dnevno. 13

14

Pogon na jedra • •

Povijest plovidbe stara je koliko i ljudski rod. Čovjek je zaplovio najprije na kakvom trupcu, pa splavi, a tek kasnije došao na misao da izdubi čamac i izradi vesla. Prvi narod za koji se zasigurno zna da se bavio brodogradnjom i pomorstvom bili su Egipčani, što potvrđuju reljefi na egipatskim spomenicima iz doba 4000 godina prije Krista. Plovili su po rijeci Nil, ali i po moru sve do Cipra i Krete. Izumili su jedro pa čak i kormilo koje se sastojalo od dva, tri ili četiri oveća vesla.

Trgovački brod drevnog Egipta 2550 god. prije Krista 14

15

Pogon na jedra • •

Prvim istinskim pomorcima smatraju se Feničani, koji su se usudili ploviti i otvorenim morem. Tijekom 3. stoljeća prije Krista stvorili su Rimljani na Apeninskom poluotoku moćnu državu. Svoje brodove počeli su graditi po uzoru na jednu veliku i tešku kartašku penteru. Kasnije su ove teške brodove zamijenili novim tipom broda, liburnom. Taj su tip broda Rimljani preuzeli od vještih brodograditelja i pomoraca, ilirskog plemena Liburna s naše obale Jadrana. Liburna je najbolje opisani brod antike.

Model rimske Liburne

15

Razvoj brodskih pogonskih strojeva

16

Pogon na jedra

Kliper “Ship Lighting”

Tisućama godina koristio se pogon na jedra i u 19. stoljeću doživio je svoj vrhunac i pad. Sredinom 19. stoljeća Amerikanci na pacifičkoj obali grade vrlo brze brodove dugog i vitkog trupa s jedriljem svih vrsta: brikova, škuna i križnjaka. Tako je nastao najsavršeniji tip jedrenjaka - kliper, koji je postizavao maksimalne brzine i do 17 uzlova, a uz povoljne vjetrove prelazio je velike udaljenosti s prosječnom brzinom i do 13 uzlova. 16


17

Parni stapni stroj •

Začetnik industrijske revolucije Thomas Newcomen (1663-1729) je u Tiptonu, Staffordshire 1712. konstruirao prvi parni stroj koji je radio u praksi. James Watt rođen 19. siječnja 1736. godine u Greenock-u Škotska, izumio je značajno usavršeni parni stroj s ekspanzijom pare u cilindru i automatskim razvodom koji je imao kondenzator i uređaj za isisavanje zraka i kondenzirane pare. 1769. godine patentirao je svoj parni stroj koji je za osiguranje broja okretaja imao centrifugalni regulator. 1781. izrađuje prvi stroj kojemu je izlazni pogon bio rotacijski. Time se pojavljuje mogućnost brodskog strojnog pogona.

Watt-ov parni stroj iz 1788. god

17


18

Parni stapni pogon •

•

Prvi brodovi na parni pogon bili su William Symington-ov remorker s krmenim lopatičnim kolom "Charlotte Dundas" na kanalu Forth & Clyde u Škotskoj 1802. godine i Robert Fulton-ov "Clermont" koji je plovio rijekom od New York-a do Albany-ja od 1807. godine. Istovremeno započinje uvođenje željezne konstrukcije trupa.

Fulton-ov parni brod Clermont 18


19

Parni stapni pogon •

•

Prvi parobrod koji je prešao Atlantik isključivo strojevima bio je "Great Western", 1838. godine. Brod je imao 1320 t dužine 72 m i pogonski parni stroj od 300 kW. Konstruirao ga je i sagradio britanski inženjer, po ocu francuskog porijekla, Isambard Kingdom Brunel. "Great Western" je potrošio svega tri četvrtine zaliha ugljena na brodu, raspolagao je s dovoljno tovarnog prostora i snažnim pogonom koji je jamčio doseg za prekooceansku plovidbu, a istovremeno je imao mjesta za putnike. U to vrijeme dolazi do praktične primjene brodskog vijka koji je posebno za pomorske brodove bio mnogo pogodnji od osjetljivih i glomaznih bočnih kotača. Prvi brod s brodskim vijkom kao propulzorom bio je engleski trgovački brod "Archimedes", a koji je zaplovio 1839. godine.

SS Great Western

Skica Resselovog vijka 19


20

Parno turbinski pogon Brzi razvoj broda započet u 19. stoljeću nastavlja se još intenzivnije u 20. stoljeću. Englez Charles Parsons konstruira prvu brodsku parnu turbinu i 1897. godine sa brodom "Turbinia", kojeg je također sam konstruirao, postiže i za današnje relacije izuzetnu brzinu od 34 uzla.

Turbinia - prvi brod pogonjen parnom turbinom 20


21

Diesel motor •

•

Izumom motora s kompresijskim paljenjem kojeg Rudolf Diesel patentira u veljači 1892. i studenome 1893., započinje razvoj ovog jedinstvenog motora između 1893. i 1897. godine u tvornici Maschinenfabrik Augsburg uz financijsku pomoć Fried. Krupp iz Essena. U veljači 1897. uspješno je predan jednocilindarski Diesel motor snage 17.8 KSpri 154 min-1 pri punom opterećenju. Pri ovom opterećenju motor je imao ukupnu efikasnost od 26.2% što je bilo dvostruko više od najboljih parnih stapnih strojeva u to doba.

Prvi Diesel motor pušten u probni rad 26.06.1895. 21


22


Prvi brod pogonjen Diesel motorom bio je ruski tanker "Vandal" dug 75 m s tri brodska vijka. Brod je bio u vlasništvu tvrtke Nobel Petroleum Co. iz Sankt Peterburga a plovio je rijekom Volgom i Kaspijskim morem. Prvo putovanje bilo je u proljeće 1903. Tri trocilindarska Diesel motora isporučila je na jesen 1902. Ludwig Nobel Machine Co. također iz Sankt Peterburga. Isporučeni motori razvijali su 120 KSpri 250 min -1 i omogućili plovidbu "Vandala" brzinom do 8 uzlova. Budući da motori nisu bili reverzibilni, pogonili su DC generatore od 87 kW pri 500V, koji su proizvedenu električnu energiju isporučivali elektromotorima snage 75 kW svaki, spojenih na propelerne osovine. Dakle, radilo se o Diesel električnom pogonu.

Ruski riječni tanker Vandal prvi brod na Diesel motorni pogon 22


23


MS"Selandia" 6800 tdw je bio prvi oceanski brod na Diesel pogon, zaplovio je u veljači 1912. godine s dva Burmeister & Wain osam cilindarska motora, svaki s 1250 bhp. Krenula je na svoju službu Danska – Daleki istok da bi uvjerila brodarske kompanije u ekonomičnost i pouzdanost Diesel motorne propulzije za brodove oceanske plovidbe. Oba 4-t motora s križnom glavom tog broda s dva propelera, trošila su dnevno 10 do 12 tona gorivog ulja. Parni brod jednake veličine trošio je 40 do 45 tona ugljena dnevno.

MS Selandia prvi oceanski brod na motorni pogon 23


24

Diesel motorni pogon

Prvi B&W Diesel motor DM8150X za MS Selandia 24


25

Turbinski pogon • •

Prvi brod pogonjen plinskom turbinom je topovnjača "MGB 2009", 1947. godine u Velikoj Britaniji. 1954. godine zaplovila je i prva podmornica na nuklearni pogon "Nautilus" izgrađena u USA, gdje se parna turbina pokreće parom dobivenom isparavanjem vode toplinom iz nuklearnog reaktora.

Nuklearni reaktor tipa PWR u brodskoj propulziji 25


26

Suvremena brodska postrojenja • • • • •

1903. zaplovio je riječni tanker Vandal, prvi brod na Diesel motorni pogon. Danas, oko 97% brodova pogoni se Diesel motorima. Samo najveći LNG tankeri koriste za pogon parne turbine. Zadnjih godina u LNG tankere uglavnom se ugrađuju dual-fuel Diesel motori. Samo veoma brzi ferries i moderni cruise vessels ponekad se pogone plinskim turbinama. (Gore izloženo ne odnosi se na ratne brodove)

Rolls-Royce Marine Spey plinsko turbinski modul 26


27

Suvremena brodska postrojenja • 1903. zaplovio je riječni tanker Vandal, prvi brod na Diesel motorni pogon. • Danas, oko 97% brodova pogoni se Diesel motorima. • Samo najveći LNG tankeri koriste za pogon parne turbine. Zadnjih godina u LNG tankere uglavnom se ugrađuju dual-fuel Diesel motori. • Samo veoma brzi ferries i moderni cruise vessels ponekad se pogone plinskim turbinama. • (Gore izloženo ne odnosi se na ratne brodove) 27

28

Razvoj motora s unutrašnjim izg.

28

29

Razvoj motora s unutrašnjim izgaranjem U razvoju Diesel motora, kao dominantnog primarnog stroja današnjice, najveću zaslugu imaju izumitelj načela dr. Rudolf Diesel i tvrtka MAN koja izrađuje prvi uspješni motor. Također, velike zasluge imaju F. Rundlof koji prvi ostvaruje dvotaktni Diesel motor, te Alfred Büchi, bez čijeg izuma turbonabijanja, Diesel motor ne bi mogao konkurirati plinskoj turbini. Uvođenje međuhlađenja također zaslužuje posebnu pažnju jer značajno povećava litarsku snagu motora. Ovako visoko efikasan stroj ne bi bio moguć ni bez izuma visokotlačne pumpe James McKechnie-ja, te njenog usavršavanja posebice u tvrtki Bosch. Visoko efikasan rad Diesel motora i čist ispuh pri raznim opterećenjima, omogućen je u novije vrijeme primjenom common rail tehnologije i elektronike. 29

30

Diesel motorni pogon - podjela Po nominalnoj brzini vrtnje Diesel motori se dijele na: < 250 min-1 250 - 1 200 min-1 > 1 200 min-1

• • •

sporohodne srednjehodne brzohodne

•

Sporohodni motori su 2-t motori i direktno se spajaju na propelernu osovinu. Srednjehodni i brzohodni Diesel motori su 4-t i uobičajeno se spajaju na propelernu osovinu preko kopče/ reduktora ili kao Diesel električna propulzija. Proizvođači brzohodnih Diesel motora imaju pak svoju podjelu po brzohodnosti; brzine ispod 1200 min-1 su sporohodni motori (750 ÷ 1200), od 1200 do 1800 min-1 su srednjehodni motori, a oni iznad 1800 min-1 (do 5500 min-1) su brzohodni.

• •

snage do 97 300 kW snage do 24 600/ 35 000 kW snage do 9 100 kW

30

31

Diesel motorni pogon - proizvođači • Samo tri firme razvijaju sporohodne 2-t Diesel motore: MANB&W, Wärtsilä i Mitsubishi • Najveći proizvođači 4-t srednjehodnih Diesel motora su: Wärtsilä, MAN, Caterpillar/ MAK, Mitsubishi, MTU, Nigata, Rolls-Royce, Hyundai...

31

32

Sporohodni 2-t Diesel motori

2007. MAN Diesel proizvodi 14K108ME-Cnajveći Diesel motor na svijetu. 14 cilindara promjera 108 cm pri 94 rpm razvijaju snagu od čak 97 300 kW ili 130 000 BHP. Poprečni presjek 2-t motora 32

33

Srednjehodni 4-t Diesel motori

Wärtsilä W64 4-t srednjehodni Diesel motor

33

34

Brzohodni 4-t Diesel motori • •

Brzohodni motori su 4-t brzine vrtnje >1200 min-1, ali se često uzimaju > 750 min-1 Kod nas su prisutni: Caterpillar, Cummins, John Deere, MTU, Iveco, Fiat, Yanmar, MAN, Isuzu, Volvo, Scania, Daewoo Doosan, Perkins, Nany...

34

35

Vrste propelera i propulzije • • • •

Danas postoji nekoliko tipova brodskih propulzora koji se međusobno znatno razlikuju po načinu djelovanja, smještaja na brodu i konstrukcijskoj izvedbi. To su: vijčani propulzor (propeler) ili brodski vijak cikloidni ili Voith-Schneiderov propeler vodomlazni propulzor zračni turbopropelerni propulzor. Voith-Schneiderov propeler i vodomlazni propulzor, osim što stvaraju porivnu silu, služe i za kormilarenje (Steering Propulsion Unit). Brodski vijak je i dalje dominantan propulzor, ali postoje brojne različite izvedbe. Također, brodski vijak može biti s nepromjenjivim usponom FPP, ili s promjenjivim usponom krila CPP. Nadalje, veza propelerne osovine i motora može biti direktna kao što je slučaj kod sporohodnih brodskih motora, ili preko reduktora, kao što je slučaj srednjehodnih i brzohodnih motora.

Direktan spoj motora i propelerne osovine

Motor – kopča/ reduktor – propelerna osovina 35

36

Propelerna propulzija

Propeler u sapnici ( do 5% do 20knts)

Wärtsilä Energopac (2...6%)

Becker Mewis Duct (2...9%)

Propeler s Winglets krilcima ( do 4%)

36

37

Propulzijsko upravljački sustavi

Arneson djelomično uronjeni propeler

Vodomlazna propulzija

Voith-Schneider propulzija

LIPSModular Thruster 37

38

Visokoefikasna propulzija

Podded CRP

Wing pod machinery

38

39

Izbor propulzora

Prema RENK Symposium 2004 39

40

Suvremene izvedbe plovila

Lebdjelica – zračni turbopropelerni propulzor

Voith Water Tractor

Katamaran - vodomlazni

USN experimental SLICE (SWATH >) 40

41

Suvremene izvedbe plovila

“Hrvatska” Suezmax Oil Tanker

“Isabella” Car/ Passenger Ferry

“Trein Maersk” Container ship

“Split” Handy Bulk Carrier 41

42

Proračun efikasnosti propulzije

ηS  0.995

ηGB  0.97  0.98

ηb  0.40

ηP  0.55

ηT = ηb ∙ ηGB ∙ηS ∙ ηP = 0.4 ∙ 0.97 ∙ 0.995 ∙ 0.55 = 0.21 PT = 0.21 Pfuel u slobodnoj plovidbi (PT = T∙ vA) ηT = ηb ∙ ηGB ∙ηS ∙ ηP = 0.4 ∙ 0.97 ∙ 0.995 ∙ 0.4 = 0.15 PT = 0.15 Pfuel u režimu vuče (PE = RT∙ v)

42


43

Propisi emisija ispušnih plinova s brodova

43


44

Razvoj brzohodnih Diesel motora i Common Rail •

•

•

• • •

Prva naftna kriza 1973. potvrdila je da je vrijeme jeftine nafte prošlo. Zbog toga su proizvođači motora morali razvijati motore što manje potrošnje pri svim režimima rada. Većina svjetskih proizvođača Diesel motora odlučila se za elektronski upravljane motore i primjenu ubrizgavanja goriva pri konstantnom tlaku – common rail. Razvija se elektromagnetsko upravljanje ventilima, što će omogućiti promjenjivo otvaranje i zatvaranje ventila i poboljšanu izmjenu radne tvari u svim područjima rada motora. Električne instalacije bi trebale priječi na 42V. Očekuje se daljnje povećanje tlaka ubrizgavanja, ali veći i promjenjivi tlak prednabijanja. Moguće je bolje optimiranje omjera zrak/ gorivo, a pokušava se uvesti motor s promjenjivim kompresijskim omjerom.

44


45

Razvoj 2-t Diesel motora (Inteligentni motori)

-

Proizvođači velikih 2-t i 4-t motora također su prišli razvoju motora sa sustavima elektronske automatizacije: precizno ubrizgavanje (common rail + elektronika) kontrola rada ispušnog ventila Prvi takav motor MAN B&W 7S ME-C ugrađen je na Chemical tanker “Bow Cecil” Oct, 1998. Prvi Wartsila RT-flex 58T-B ušao u pogon Sep, 2001. 7SME-C prvi komercijalni inteligentni motor 45


46

Razvoj 2-t Diesel motora (smanjenje NOx emisija) 1 SCR reaktor 2 Zaobilazni vod turbopunjača 3 Osjetnik temperature nakon SCR reaktora 4 El. motori za pomoćne turbo punjače 5 Ubrizgač uree 6 Zaobilazni vod SCR reaktora 7 Osjetnik temperature prije SCR reaktora 8 Dodatna prirubnica na sabirniku ispušnih plinova (SCR smanjuje NOx za 85 do 95%) 4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O 2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O

Selective Catalytic Reduction 46


47

Razvoj 2-t Diesel motora (smanjenje NOx emisija)

Recirkulacija ispušnih plinova 47


48

Razvoj 2-t Diesel motora (smanjenje potrošnje i CO2 emisija)

WHR sustav 48


49

Razvoj 2-t Diesel motora (na prirodni plin) •

•

Najveći 2-t motori za brodove za prijevoz kontejnera su ujedno i najveći motori. Kako bi se smanjile emisije, razvijaju se 2-t motori na prirodni plin, koji je veoma čisto gorivo. Time se smanjuju emisije, posebice CO2 i SOx. Da ne bi došlo do gubitka goriva s ispirnim zrakom, gorivo se ubrizgava pri visokom tlaku tijekom stapaja kompresije. Zapaljenje se postiže ubrizgavanjem manje količine MDO u potrebnom momentu. Ubrizgavanje prirodnog plina i Diesel pilot goriva 49


50

Primarna energija - Shell Blueprint U svijetu koji je 2005. godine trošio proračunato 80 miliona barela nafte dnevno, utjecaj svih alternativnih goriva ostaje na razini jedne kapljice po barelu (1 barel = 159 lit.). Glavni razlog je u visokoj cijeni proizvodnje alternativnih goriva.

Shell Blueprint • • • • •

Održivi razvoj Umjereni porast potrošnje energije Usklađenost na globalnoj razini Razvijena nova infrastruktura, CCS Ekonomski rast uz smanjenje CO2 emisija

•

Konvencionalna goriva ostaju primarni izvor energije Povećanje efikasnosti strojeva Uvođenje alternativnih goriva: GTL, CTL, biogoriva, vodik, CNG,…

• •

50


51

Potrošnja energije u transportu

ExxonMobil: Outlook for Energy 51


52

Budućnost koja dolazi?

•

• •

Hoće li brodovi budućnosti biti pogonjeni isključivo energijom Sunca? MSTuranor PlanetSolar, katamaran izrađen iz ugljičnih vlakana, dužine 31 m, s 537 m2 solarnih panela efikasnosti 18,8%. Instalirana snaga 93,5 kW, Litij ionske baterije težine 13 t. Dva el. motora pogone dva propelera iz ugljičnih vlakana, s 5 lopatica svaki. (Kiel, Njemačka) Max. brzina 14 knots, brzina krstarenja 8,5 knots Inicijator projekta: Raphaël Domjan 52


53

Budućnost Diesel motora • • • • • • • • • •

• • •

Diesel motor – 97% u brodarstvu najefikasniji i najpouzdaniji prime mover u brodskom transportu, niska potrošnja goriva, može izgarati tekuća goriva najlošije kvalitete, sporohodni ne treba reduktor, održavanje i popravci nisu zahtjevni, zbog visoke efikasnosti nizak je sadržaj CO2 u ispuhu, zbog visokih temperatura visok je sadržaj NOx, kod korištenja goriva visokog sadržaja S, visok je i sadržaj sumpornih oksida, moguće korištenje B20, sintetičkog Diesela i prirodnog plina (DNV razvija VLCC na LNG), max. snaga 97 300 kW uz efikasnost od 50% Plinske turbine se koriste na ratnim brodovima, na veoma brzim trajektima i ponekad na modernim cruising brodovima. Koristi goriva visoke kvalitete – skupa goriva. Premda zahtjeva reduktor, od 2-t Diesel motora lakša je 20×, a od srednjehodnog 4-t motora oko 5×. Max. snaga brodske jedinice 145 410 kW, na kopnenim turbinama oko 400 000 kW uz efikasnost 40% 53


54

Budućnost Diesel motora • • • • •

Parne turbine parametri 70 bar i 560°C postižu efikasnost do 35% (LNG tankeri) superkritične parne turbine na kopnu 285 bar i 620°C postižu efikasnost do 46% razvijaju se superkritične parne turbine 350 bar 700°C s η iznad 50%. Mogu koristiti bilo kakvo gorivo, uključujući ugljen, tako da dugoročno ih ne treba isključiti iz razmatranja. Daljnjim razvojem nuklearnog reaktora očekuje se primjena i u trgovačkoj mornarici Kombinirana plinsko/ parna turbinska postrojenja imaju efikasnost od 40 do 47% na brodovima ali zahtijevaju kvalitetno gorivo. Kopnena Combi postrojenja postižu efikasnost od 60%.

• •

Gorivni članci zbog visoke efikasnosti, tihog rada i čistog ispuha su veoma interesantni (Njemačka ih ugrađuje u podmornice) kratkoročno moguća je primjena samo umjesto Diesel agregata + specijalni slučajevi najpovoljnije su kad koriste vodik kao gorivo (skupo gorivo) kada rade na druga goriva zahtijevaju reformer postrojenje koje dodatno poskupljuje ali i snizuje efikasnost postrojenja kod korištenja Diesel goriva efikasnost im je ispod efikasnosti Diesel motora. današnja cijena gorivnih članaka je 20× viša od cijene Diesel postrojenja.

•

Solarni paneli za proizvodnju el. energije za brodske potrebe, ili kao buster Diesel motoru.

• • •

54


55

BRODSKI MOTORI I Na in polaganja: - 2 kolokvijuma - Zavr ni ispit - Seminarski rad - Prisustvo nastavi

(max 25 bodova/kol) (max 30 bodova) (max 15 bodova) (max 5 bodova)

56

DEFINICIJE I VRSTE MOTORA Motor je pogonska ma ina koja neki vid energije pretvara u mehani ki rad

M OTORI ElektroM otori

Toplotni M otori

H idrauli~ni M otori

M otori SSS Parna Klipna M a{ina

Pneumatski M otori

M otori SU S Parna Turbina

Strujni M otori

M otori Promjenjljive Z apremine

Gasna Turbina

Rotacioni M otori

Podjela i vrste pogonskih ma ina

Klipni M otori

57

MOTORI SA UNUTRA NJIM SAGORIJEVANJEM (SUS) Motor sa unutra njim sagorijevanjem (SUS) je toplotna ma ina koja pretvara hemijsku energiju goriva u mehani ki rad.

Istorijat motora SUS: 1700 1860 1867 1876 1880 1892 1957 -

Parna ma ina Lenoarov gasni motor ( = 5%) Otto-Langen motor ( = 11%, 90 o/min max.) Otto 4-taktni motor sa prinudnim paljenjem smje e ( = 14%, 160 o/min max.) 2-taktni motor, kotski in injer Dugald Clerk Diesel etvorotaktni motor sa samopaljenjem smje e Wenkel-ov rotacioni motor

58

BRODSKI POGON ISTORIJAT

Brodski pogon Jedrenje potpomognuto ljudskom snagom

veslanje

Brodovi na jedra (< 1800.god.)

Brodovi na parni pogon (1800-1910)

Brodovi na motorni pogon (1910

do danas)

59

60

Brodski dizel pogon 1898

Dizel prodaje licencu Branobel-u, ruskoj naftnoj kompaniji. In injeri ove kompanije su potro ili 4 godine konstrui u i dizel motor za pogon broda .

1899:

Dizel prodaje licencu proizvo a ima Krupp i Sulzer, koji postaju ubrzo glavni proizvo a i.

1902:

do 1910 MAN proizvodi 82 kopije prvih stacionarnih dizel motora.

1903:

Sormovo Brodogradili te porinulo "Vandal" naftni tanker dizel motorom.

1904:

Francuzi napravili prvu dizel podmornicu , Z.

1910:

Norve ki istra iva ki brod Fram je prvi brod na svijetu sa dizel pogonom . Do 1960.god. dizel pogon je u potpunosti istisnuo parne turbine .

1912:

Danci napravili prvi trgova ki prekookeanski brod na dizel pogon Selandia. Prva lokomotiva sa dizel pogonom.

1914:

Njema ki U-Boat pogonjeni MAN dizelima.

prvi brod pogonjen

61

Performanse prvih brodova na dizel pogon

62

OSNOVNI PRINCIPI MOTORA SUS

63

Osnovni principi rada klipnih motora SUS Unutra{ nja hemijska energija goriva

Sagorijevanje

Toplotna energija

Potencijalna energija

Pove} anje piT

ematski prikaz transformacije energije u klipnim motorima

Mehani~ki rad

64

Uporedne karakteristike motora SUS

a) Prednosti motora SUS : 1. Visok efektivni stepen iskori tenja: dizel-motori e = 0,3-0,45 oto-motori e = 0,25-0,38 2. Mala specifi na masa: dizel-motori 4-8 kg/kW oto-motori 2-5 kg/kW avionski motori 0.5-1 kg/kW 3. Kompaktnost konstrukcije. 4. Mala mogu nost nastanka po ara, ili eksplozivnog razaranja u toku eksploatacije. 6. Brzo startovanje i mogu nost prihvatanja optere enja. b) 1. 2. 3. 4.

Nedostaci motora SUS : Upotreba kvalitetnih goriva. Relativno visoko zaga enje okoline otrovnim supstancama iz izduvnih gasova. Potreban poseban izvor energije za po etak rada motora (startovanje). Relativno slo ena konstrukcija.

Klasifikacija motora SUS Po namjeni motora SUS 1. Motori za transportna sredstva (saobra ajna sredstva): -za putni ka i privredna vozila, -za traktore i poljoprivredne ma ine, -za brodove, -za eljezni ke i druge lokomotive, -za transportna sredstva i mehanizacije u gra evinarstvu i rudarstvu. 2. Stacionarni motori: -manje elektrane, -pumpne i kompresorske stanice, -razni pogonski agregati, specijalne namjene. 3. Motori za sportska vozila, motocikle i sl.

65

66

- podjela prema upotrebi na brodu

1. glavne motore, koji pogone brodski propeler neposredno ili preko reduktora, 2. pomo ne motore, koji pokre u elektrogeneratore, pumpe, kompresore i druge brodske ure aje.

Klasifikacija motora SUS Po na inu ostvarivanja radnog ciklusa 1. etvorotaktni motori. 2. Dvotaktni motori.

Prema vrsti idealnog termodinami kog procesa 1. u motore s OTTO procesom; 2. u motore s DIZEL procesom; 3. u motore sa SABATHE procesom,

Po vrsti kori tenog goriva

1. Motori sa lakim te nim gorivima. 2. Motori sa te kim te nim gorivima. 3. Motori sa gasovitim gorivima. 4. Motori sa mje avinom gasovitih i te nih goriva.

67

68

Po na inu stvaranja smje e

1. Motori sa spolja njom pripremom smje e, 2. Motori sa unutra njom pripremom smje e,

Po na inu paljenja gorive smje e

1. Motori sa prinudnim paljenjem smje e 2. Motori sa samopaljenjem smje e,

Po na inu punjenja cilindra 1. Usisni motori, 2. Prehranjivani motori

69

Po srednjoj brzini klipa, tj. brzohodnosti 1. Sporohodni motori, cm < 8 m/s, 2. Srednje brzohodni motori, cm = 8 - 10 m/s, 3. Brzohodni motori, cm > 10 m/s. Po srednjem broju obrtaja koljenastog vratila, tj. brzohodnosti 1. Sporohodni motori, n < 250 o/min 2. Srednjehodni motori, n = 250 950 o/min 3. Brzohodni motori, n > 950 o/min

Primjer 1. Hod klipa 0.2m Srednja brzina klipa 10 m/s Cm 2 x S x n n 1500 o/min Brzohodi 4-taktni namijenjen za propulziju manjih plovila ili za proizvodnju el. energije

70

Po konstruktivnom izvo enju 1. Prema broju cilindara. 2. Prema me usobnom polo aju cilindara, jednoredni motori, dvoredni motori (Vmotori i bokser-motori), vi eredni (W; H; zvjezdasti , delta, etvorougaoni motori). 3. Prema polo aju cilindara razlikuju se, vertikalni (stoje i) motori , horizontalni (le e i) motori, kosi motori (pod nagibom) 4. Prema na inu transformacije kretanja, motori sa krivajnim mehanizmom i bez ukrsne glave - to su obi no motori do 1500 kW po cilindru i pre nika cilindra do 0,6 m, motori sa krivajnim mehanizmom i ukrsnom glavom kod kojih ukrsna glava preuzima bo ne sile klipa;

Linijski motor (1), V motor (2), zvjezdasti motor (3), bokser motor (4), U motor (5) i motor sa klipovima suprotnog smjera i dvije radilice (6)

Brzina motora u o/min

Klasifikacija motora za upotrebu na brodovima

Snaga u kW

71

72

Pore enje linijskih i V motora

Linijski motori. Kod ovih motora ose cilindara su u ravni.

Maksimalni broj cilindara kod velikih 2-taktnih motora sa ukrsnom glavom je obi no 12. Sa porastom veli ine broda mogu se proizvoditi i sa 14-16 cilindara u liniji. Ukupna du ina ovih motora tada naraste od 25 do ak 35 metara ! Broj cilindara standardnog linijskog srednjehodnog brodskog motora obi no ne prelazi 10-12. V motori. Kod ovih motora ose cilindara su pod uglom od 45 do 120º jedan u odnosu na drugi. Veliki brodski V motori obi no imaju 16-18 cilindara a rijetko do 20. Po to je hod klipa S kra i mo e se ovom motoru pove ati broj obrtaja n a da ostane ista brzina klipa Cm motora kao kod linijskog.

Dvotaktni brodski motori

73

74

etvorotaktni brodski motori

4-taktni motor

75

76

Glavne komponente motora Klip

prenosi kretanje klipnja i

Klipnja a vratilo

prenosi kretanje na koljenasto

Koljenasto vratilo

transformi e

pravolinijsko u obrtno kretanje

77

Osnovni djelovi motora SUS 1. elo klipa 2. Cilindar 3. Osovinica klipa 4. Klipnja a 5. Krivaja 6. Koljenasto vratilo 7. Glava cilindra 8. Usisni ventil 9. Izduvni ventil 10. Usisna cijev 11. Izduvna cijev 12. Ku ica motora 13. Karter Zamajac

Va ni termini i definicije

78

Hod klipa motora, S

Klip se kre e od UMT do SMT opisuju i hod klipa.

Usisni ventil

Izduvni ventil

Pre nik cilindra motora, D

Kre e se od 40 mm kod malih industrijskih motora do 640 mm kod 4-taktnih srednjehodnih brodskih motora do 1080 mm kod dvotaktnih motora sa ukrsnom glavom. Odnos S/D

Ovaj odnos varira od cca 0.8 do 1.5 kod 4taktnih motora, i od 2 do 4 kod 2-taktnih sa ukrsnom glavom.

Pre nik cilindra

SMT Hod klipa

UMT

Va ni termini i definicije

79

Hodna zapremina, Vh Zapremina motora izmedju SMT i UMT, jedinica cm3 ili u litrama.

Vh

D2 4

s

SMT

Kompresiona zapremina, Vc Zapremina motora izmedju SMT i glave cilindra. Stepen kompresije,

Vmax Vh Vc Vmin Vc

UMT

Hodna zapremina

Kompresiona zapremina

80

Ventili

Svje ica kod Oto motora Brizga kod Dizel motora

Kompresiona zapremina

Spoljna Mrtva Ta ka (SMT)

Zid Cilindra

Hod

SMT 0o

Unutr. Mrtva Ta ka (UMT) Koljenasto vratilo

q

270o

Klip

90o 180o UMT

Kod 4-taktnog motora radni ciklus se odvija za vrijeme dva okretaja koljenastog vratila, odnosno 4 hoda klipa ili 4 takta

81

Radni ciklus 4-taktnog motora se obavi za etiri takta ( etiri hoda klipa izme u SMT i UMT), ili za dva puna obrtaja koljenastog vratila. Ti taktovi su : punjenje, ili usisavanje, sabijanja, ili kompresija, irenje, ili ekspanzija, pra njenje, ili izduvavanje. Za obavljanje svih faza radnog ciklusa motora potrebno je da koljeno koljenastog vratila opi e ugao od 720 KV ( KV ugao koljenastog vratila). Ugao 0 KV defini e polo aj kada je klip u spoljnoj mrtvoj ta ki (SMT) i na po etku takta usisavanja. Punjenje cilindra po inje ne to prije SMT, a zavr ava se ne to iza UMT. Pra njenje cilindra po inje prije UMT i zavr ava se ne to poslije SMT. Proces sagorijevanja po inje prije SMT (kad se kod oto motora elektri nom varnicom pali komprimovana smje a, a kod dizel motora ubrizgava gorivo u komprimirani vazduh), a zavr ava se ne to iza SMT, tj. u dijelu ekspanzije produkata sagorijevanja. Takt irenja je jedini takt u kome se potencijalna energija gasova pretvara u korisnu mehani ku energiju.

Taktovi 4-taktnog Dizel motora

82

Takt 1: Usisavanje. Vazduh se uvodi u cilindar kroz usisni ventil. Pritisak na kraju usisavanja je 0,85 0,95 bar dok je temperatura 310 350K. Takt 2: Kompresija. Vazduh se komprimira. Pritisak 30 50 bar a temperatura 800 900 K. Takt 3: Ekspanzija. Sagorijevanje (pri konstantnom pritisku) se odigrava i produkti sagorijevanja ekspandiraju odaju i rad. Prit 4 8 bar, a temp 1200 1500 K Takt 4: Izduvavanje. Gasoviti produkti se izbacuju van cilindra kroz izduvni ventil. Pritisak 1.15 bar, temp 900K.

Taktovi 4-taktnog Oto motora

83

Takt 1: Punjenje ili usisavanje. Smje a vazduh-gorivo se ubacuje u cilindar kroz usisni ventil. Na kraju takta usisavanja, pritisak usisane smje e kre e se od 0,75 do 0,95 bar, a temperatura 340 400 K. Takt 2: Sabijanje ili kompresija. Smje a vazduh-gorivo se sabija . Na kraju takta sabijanja smje a ima pritisak 10 14 bar i temperaturu 430 700 K. Prije nego to klip dospije u SMT, tj. pri uglu pretpaljenja dolazi do paljenja smje e eletri nom varnicom i po inje proces sagorijevanja. Takt 3: irenje ili ekspanzija. Sagorijevanje (pri skoro konstantnoj zapremini) se odigrava dok se produkti sagorijevanja ire odaju i rad . Maksimalni pritisak sagorijevanja dosti e se neposredno po to je klip krenuo od SMT ka UMT, 50 90 bar , temp. gasova 1900 2500 K. Takt 4: Pra njenje ili izduvavanje. Produkti sagorijevanja izlaze iz cilindra kroz izduvni ventil. Izduvni gasovi na kraju takta imaju pritisak 1,05 do 1,25 bar, a temp 700 800K.

84

Lijevo: indikatorski dijagram 4T-motora. Oznake: UO, UZ usisni ventil otvara / zatvara; IO, IZ izduvni ventil otvara / zatvara; IP, IK sagorijevanje po etak / kraj. Desno: razvijeni indikatorski dijagram (gore) i podizaj ventila (dolje).

85

Obrtni (torzioni) momenat motora Stvorena energija po jednom obrtaju motora kao posljedica sagorijevanja goriva. Jedinica [N m] Obrtni moment se defini e kao sila koja stvara (ili te i da to uradi) obrtnu silu na objektu. To mo e biti klip koji obr e koljenasto vratilo. Dalje, ovaj momenat obr e propeler na brodu, to ak na vozilu i sl.

Momenat = F x b

86

Snaga motora Stvorena energija po jedinici vremena [W ili J/s]. 1kW = 1,36 KS 1 KS = 0,736 kW

Snaga = Obrtni Momenat x Ugaona Brzina

P=M

= M2 n

87

Dizel motor ima ve i obrtni moment, ali i manju brzinu. Ve i hod klipa dizel motora kako bi se ostvarila ve a kompresija. Dizel gorivo ima ve u energiju po jedinici zapremine. Dizel ciklus je efikasniji pa takt ekspanzije du e traje. Zbog te ih pokretnih djelova dizel motor ima manju brzinu od oto motora.

88

DIZEL vs. OTTO Usisna smjesa Sagorijevanje Gorivo Stepen kompresije Efikasnost Turbo punjenje Specifi na snaga

Dizel

Otto

Vazduh

Vazduh i gorivo

Samopaljenje, usljed visokih pritisaka i temperatura unutar cilindra Mora da lako ispari i da se samozapali (visoki cetanski broj) Najve i mogu i (15 do 24) Ve a, ~35%

Kadgod je mogu e. Pove ava efikasnost i pobolj ava sagorijevanje Manja

Paljenje svje icom Mora biti otporno na samopaljenje (visok oktanski broj) Ograni en karakteristikama goriva (9 do 12) Manja, < 30%

Nije uobi ajeno, ali postaje popularnije Ve a

89

DIZEL vs. OTTO Potro nja goriva Cijena goriva Te ina

Vibracija i buka Brzina motora Obrtni moment Cijena motora Emisija

Dizel

Otto

Ni a

Vi a

Obi no ni a, ali zavisi od veli ine taksi koje su na snazi u pojedinim zemljama

Vi a

Te e

Lak e i kompaktnije

Visoka

Niska

Ograni ena karakteristikama ciklusa i goriva

Visoka

Ve i

Manji

Vi a

Ni a

NOx, SOx, a

CO2, CO, HC

90

DIZEL vs. OTTO Dizel

Propulzija broda

Stacionarni motori

Upotreba

Poljoprivredne ma ine Generatori

Mehanizacija Vojna vozila

Auto industrija

Otto Ru ne ma ine Auto industrija

Vanbrodski motori Manji avioni

Brzohodi 4-taktni brodski dizel motor

91

Ovi motori za upotrebu na brodu imaju brzinu od oko 950 o/min pa navi e. Industrijski motori imaju brzinu motora uglavnom oko 2000 o/min. Pre nik cilindra varira od 40mm do oko 200-300 mm.

Snaga motora varira u irokim granicama i kre e se do oko 5000 kW.

Srednjehodi 4-taktni brodski dizel motor

92

Ovi motori za upotrebu na brodu imaju brzinu izme u 250 i 950 o/min. Pre nik cilindra varira od 200 mm do oko 640 mm. Snaga motora varira u irokim granicama i kre e se do oko 30,000 kW. Ovi motori se koriste kao glavni brodski motori i pomo ni brodski motori. Koriste se na brodovima gdje je iskori tenje prostora va an aspekt, npr. trajekti, RoRo brodovi i dr. Uglavnom se kod velikih brodova ovi motori koriste kao pomo ni brodski motori.

Wartsila 4-taktni brodski dizel motori Grupe motora 20, 20, 26, 32, 34, 38, 46, 50, 64 Wärtsilä 16V34DF 16 broj cilindara V Konfiguracija cilindara: V-motor = V, linijski motor = L 34 Grupa motora, 34 = 340mm pre nik cilindra DF Tehnologija (ako se primjenjuje)

93

94

MAN 4-taktni brodski dizel motori

95

2-taktni motori

96

Kod dvotaktnog motora cijeli ciklus se odvija za vrijeme jednog punog okreta koljenastog vratila, tj. dva hoda klipa ili dva takta. To su: 1.

Takt Kompresije (ispiranje, kompresija, paljenje).

2.

Radni takt (sagorijevanje, ekspanzija, izduvavanje i po etak ispiranja).

Taktovi 2-taktnog Oto motora

Takt 1: gorivo/vazduh se ubacuje u cilindar i nakon toga sabija, sagorijevanje zapo inje pri kraju takta Takt 2: Produkti sagorijevanja ekspandiraju ostvaruju i rad Izlazni kanal Sabijanje Smje{e Gorivo/vaz. Ventil Koljenasto vratilo

Ekspanzija

Usisavanje ( Ispiranje )

Izduvavanje

Smje{a Gorivo/vazduh Kompresija

Paljenje

97

98

ema dvotaktnog oto motora sa predsabijanjem u karteru

99

100

Taktovi 2-taktnog Dizel motora Takt 1: Vazduh se ubacuje u cilindar i nakon toga sabija, ubrizgavanje goriva i sagorijevanje zapo inje pri kraju takta Takt 2: Produkti sagorijevanja ekspandiraju ostvaruju i rad Na kraju takta sabijanja pritisak vazduha u cilindru dosti e do 50bar, a temperatura 900 1000K. Maksimalni pritisak je oko 70

100bar, a temperatura oko 2300K.

Na po etku izduvavanja sagorjelih gasova, pritisak u cilindru pada na 1,05 1,2bar, a temperatura na oko 900K.

101

102

103

Na ini ispiranja kod dvotaktnih motora

Popre~no

Povratno

Jednosmjerno

104

ema dvotaktnog dizel motora sa popre nim ispiranjem

105

Sporohodi 2-taktni brodski dizel motor

106

Ovi motori imaju brzinu do 250 o/min. Primjenjuju se uglavnom za pogon velikih brodova npr. tankera, kontejnerskih brodova i sl. Pre nik cilindra varira od 260 mm do 1080 mm. S/D se kre e od 3.0 do 4.2. Snaga motora ide do 97,300 kW za najve i pre nik cilindra, 14 cilindara i sa hodom klipa od 2660 mm. Najve i motor te i 2300 tona, 28 m je duga ak a 14 m visok. Srednji efektivni pritisak je oko 20 bar kod prehranjivanih motora. U procesu sagorijevanja max pritisci su sa nekih 50 narasli na 160 bar. Jednosmjerno ispiranje sa izduvnim ventilom se primjenjuje kod ovih motora. Specifi na potro nja goriva se spu ta i do 156 g/kWh. Efikasnost ciklusa ovih motora je najve a i iznosi 55%. Ovi motori koriste goriva najlo ijeg kvaliteta.

Moderne konstrukcije sporohodnih 2 taktnih motora sa jednosmjernim ispiranjem: MAN B&W: S90MC-C (D = 900 mm); Mitsubishi: UEC85LsII (D = 850 mm); Wartsila¨ RT-flex82C (D =820 mm)

Wärtsilä 2-taktni brodski dizel motori

RTA i RT-flex serije motora, snaga do 80.080 kW. RTA-serija motora: RT-flex serija motora: Ovi motori se koriste za pogon velikih brodova. Motori se proizvode irom svijeta pod licencom Wärtsilä Switzerland.

107

Wärtsilä 2-taktni brodski dizel motori

Mape snage i brzina za Wartsila program 2-taktnih dizel motora

108

MAN B&W 2-taktni brodski dizel motori

109

110

MAN B&W 2-taktni brodski dizel motori

ME Program GI Dual Fuel Engines MC Program

111

4-taktni vs. 2-taktni Konstrukcija Izmjena radne materije Snaga

4 taktni

2 taktni

Slo enija

Jednostavnija

Bolja

Lo ija zbog manje raspolo ivog vremena

Manja

Dvotaktni motor s istim brojem cilindara teorijski daje dvostruku snagu od etvorotaktnog. Prakti ki se pove anje snage posti e samo 1,7 do 1,8 puta, jer se kod dvotaktnog motora tro i 5-10% snage za ispiranje. Zbog ve e snage po cilindru kod istog broja okretaja dvotaktni je motor lak i i zauzima manje prostora od jednako sna nog etverotaktnog.

Te ina

Potro nja

Manja

Termi ko optere enje

Manje

Ve a. Specifi na potro nja goriva je ve a uglavnom zbog lo eg ispiranja cilindara takvih dvotaktnih motora, i gubitka svje e smjese odnosno vazduha. Zbog gubitka svje e smjese pri ispiranju dvotaktni Otto motori imaju posebno veliku specifi nu potro nju goriva. Ovo va i za brzohodne i srednjehodne motore. Kod sporohodnih motora razlika je mala. Vi e, zbog ve eg broja radnih taktova u jedinici vremena, ako su istih brzina motori

112

Brodski 4-taktni vs. 2-taktni Cijena Visina motora Period do generalnog remonta Reduktor brzine Gorivo Stepen iskori

enja

4 taktni

2 taktni

Skuplji

Jeftiniji

Manja, bolje iskori tenje prostora

Ve a

Kra i

Du i

Obavezan, ire mogu nosti osiguranja optimalne brzine okretanja propelera

Nije

MDO/HFO

HFO

Manji

Ve i

Brodski 4-taktni vs. 2-taktni

Pore enje u veli ini motora 4 taktnog i 2 taktnog istih snaga

113

Brodski 4-taktni vs. 2-taktni

114

Specifi na potro nja goriva za oto motore kod pune snage Vrsta oto motora etvorotaktni dvotaktni

Vrsta dizel motora

brzohodni i srednjehodni sporohodni

g/kWh 273 - 338 338 - 435 etvorotaktni usisni normalno prehranjivani dvotaktni prehranjivani etvorotakni s najve im prehranjivanjem dvotaktni i etvorotaktni

g/kWh 216 - 273,6 239,4 298,8 183,6 oko 205

4-taktni Dizel motori se lak e rade kao brzohodni, jer kod njih ima vi e vremena na raspolaganju za izmjenu radne materije nego kod dvotaktnih motora, i manje su termi ki optere eni od dvotaktnih motora.

S primjenom 2 takta dobiva se prema tome vi e kod onih motora kod kojih brzina obrtanja mora biti mala, kao to je to slu aj kod brodskih glavnih motora. Mali i srednji motori za pogon brodskih elektrogeneratora su 4-taktni, jer je za njih mogu e upotrijebiti ve i broj obrtaja.

Efikasnost Dizel Motora

115

116

Efikasnost , %

Efikasnost Dizel Motora

Brzina motora, o/min

117

Brzina klipa, m/s

Srednja brzina klipa dizel motora


118

pm , bar

Srednji efektivni pritisak dizel motora


119

Pcil , kW

Snaga cilindra dizel motora


Brodske gasne turbine

120

Prednosti gasnih turbina

Ve i odnos snaga/te ina u pore enju sa motorima SUS (gustina snage); Manji u odnosu na motore SUS istih snaga. Pokre e se samo u jednom smjeru, sa manje vibracija od motora SUS. Manje pokretnih djelova od motora SUS. Niski radni pritisci. Visoke radne brzine. Manji tro kovi i potro nja ulja za podmazivanje. Jednostavan rad i lako odr avanje.

Mane gasnih turbina

Cijena je mnogo ve a od motora SUS za istu veli inu s obzirom da materijali moraju biti vr i i otporniji na toplotu. Obrada materijala je kompleksnija; Manje efikasan od motora SUS, posebno pri praznom hodu. Odgo en odziv na promjenu optere enja.

121

Sistemi Brodskog Pogona

122

Kombinacijom razli itih propulzivnih pogona i goriva mogu se zadovoljiti zahtjevi tereta koji brodovi prevoze.

Svaki od mogu ih pogonskih ure aja ima svoje prednosti i svoje nedostatke. Najve i broj plovnih jedinica izveden je s jednim pogonskim ure ajem, a od toga najve i dio s motornim pogonom. Za neke se brodove moraju, prema namjeni, koristiti i kombinacije pogonskih ure aja. Sistem propulzivnih ure aja naj e

e je izveden kao:

Sistem sa jednim propulzivnim ure ajem

Sistem sa dvojnim propulzivnim ure ajem

Sistem sa unakrsno spojenim propulzivnim ure ajima

123

U pravilu se gasne turbine koriste za ve e snage, brze brodove i za ve e putni ke brodove, a elektropropulzija se koristi ve inom za putni ke brodove.

Sve se e e ugraduju i IPS-pogoni (Integrated Power System) u kojima se vi ak proizvedene elektri ne energije koristi za propulziju (generator/motor kombinacija). CO kombinacija D

dizel (motorni) pogon

G

gasno-turbinski pogon

L

elektropogon

A

i (and)

X

unakrsni spoj

O

ili (or)

Sistemi sa jednim propulzivnim ure ajem

CODAD

124

COGAG

COGOG

125

Sistemi sa dva propulzivna ure aja

CODOG

CODAG

CODLAG

126

CODAG (kombinacija dizel motora i gasne turbine).

Sistemi sa unakrsno spojenim propulzivnim ure ajima

CODOX & CODAX

COGAGX

CODAGX CODADX COGAGX-DX

127

Ostale tehnologije brodskih motora

128

Wärtsilä

129

Wärtsilä DF Dual Fuel Sistem Motori (Prirodni Gas Dizel gorivo) Gasna faza: Oto ciklus Ulazak gasa pod niskim pritiskom Pilot dizel ubrizgavanje

Dizel faza: Dizel ciklus Dizel ubrizgavanje

130

131

Gas ciklus:

Wärtsilä Gas-Diesel Motori

Dizel ciklus: Fuel Sharing ciklus: Odnos koli ine te nog i gasovitog goriva se mo e kontrolisati tokom rada. Odnos gas/te nost varira od 80/20 do 15/85 zavisno od optere enja.

132

133

Wärtsilä Gas Motori Spark Gas SG su motori sa prinudnim paljenjem siroma ne smje e.

134

135

Oto ciklus

MAN B&W Gas engine

Uvo enje gasa pod niskim pritiskom Gas se pali ili svje icom ili pilot dizel gorivom

In.

****** ******** *** *

136

Ex. In.

Usisavanje vazduha i gasa

Ex.

******** Kompresij vazduha i gasa

SI-Koncept Ex.

In.

Paljenje smje e svje icom

MP-Koncept In.

Ex.

Paljenje smje e pilot dizel gorivom

MAN B&W W34SG

Gas engine SI Koncept

137

138

MAN B&W 32/40 PGI engine PGI - Performance Gas Injection

PGI - element

Oto ciklus

Uvo enje gasa pri niskom pritisku

Mikro-Pilot ubrizgavanje gasa, cca 1%

Paljenje pilot gasovitog goriva na vreloj povr ini unutar pretkomore Nema svje ice ! In.

****** ******** ****

PGI - Koncept

Ex. In.

Usisavanje vazduha i gasa

Ex.

In.

******** Kompresija vazduha i gasa

Paljenje pilot gasa

Ex.

139

140

MAN B&W Dual Fuel High Pressure Gas Injection Engine S70ME-GI

Prirodni Gas (LNG, CNG)

141

Veoma niske vrijednosti izduvne emisije: isto gori

Uglavnom ne sadr i primjese

Metan sadr i najve i sadr aj vodonika po jedinici energije od svih fosilnih goriva manja emisija CO2 Oto proces sa siroma nom smje om omogu ava niske emisije NOx

Prirodni gas u pore enju sa dizelom: Smanjenje CO emisija cca 75%

Smanjenje CO2 emisija cca 20%

Smanjenje NOx emisija cca 80% Bez SOx emisija

Znatno manja emisija estica Bez vidljivog dima

142

143

Pomorski fakultet - Split

ELEKTRIENA PROPULZIJA

Maja KrFum

144

UVOD

Da bi brod plovio nekom odreJenom brzinom, treba upotrijebiti odgovaraju@u silu koja @e svladati njegov otpor pri toj brzini. Izvor energije koji proizvodi silu potrebnu za plovidbu moﾘe biti izvan broda (kad se brod tegli uﾘetom ili se pokre@e silom vjetra i jedrima) ili moﾘe biti u samom brodu, pri Femu posebna naprava, tzv. propulzor (najFeｻ@e brodski vijak, tj. propeler) pretvara snagu preuzetu od pogonskog stroja u poriv, silu kojom on svladava silu otpora broda.

145

UVOD

Projektiranje i izradba propelera vrlo je odgovoran posao. Projektant koji rjeｻava brodski oblik istodobno odluFuje kolika je efektivna snaga porivnog stroja potrebna da brod plovi odreJenom brzinom. Da se udovolji tim uvjetima, projektant mora odrediti najpovoljnije mjere i oblik propelera. NajFeｻ@i je oblik propelera onaj koji ima krila s glavinom izlivenima u jednom komadu. To je tzv. propeler s fiksnim krilima. Propeler s fiksnim krilima projektira se za odreJene radne uvjete. Ako se ti uvjeti promijene, propeler viｻe nije optimalan, mijenja mu se brzina vrtnje, moment i optere@enje, zbog Fega se smanjuje stupanj njegova djelovanja, a remeti se i optimalni rad pogonskog stroja. To je osobito nepovoljno kad je pogonski stroj dizelski motor, ｻto ima za posljedicu pove@ani potroｻak goriva (preoptere@enje ili podoptere@enje dizelskog motora), a moﾘe izazvati i ve@i kvar dizelskog motora.

146

UVOD

Drugi je oblik propeler s krilima koja su priFvrｻ@ena na glavinu, a mogu se zakretati i mijenjati uspon kontinuirano. To je tzv. propeler s prekretnim krilima. Propeler s prekretnim krilima omogu@uje da se za vrijeme plovidbe posebnim mehanizmom zakre@u krila oko osi okomito na osovinu propelera. Zbog toga se mijenja uspon krila, a time i brzina vrtnje propelera, moment i porivna sila. Prekretanjem krila takav se propeler prilagoJava svakom optere@enju, ｻto omogu@uje ekonomiFni pogon i duﾘi vijek trajanja pogonskog stroja.

147

UVOD

Vrtnja se propelera najFeｻ@e ostvaruje parnim ili motornim pogonom. U nekim okolnostima i zbog posebnih razloga upotrebljava se elektriFna propulzija, tj. propeler se vrti elektromotorom. Propelerski elektromotori mogu se smjestiti u brodskoj krmi pa nisu potrebni dugaFki osovinski vodovi. IzmeJu propelerskog elektromotora i osovine propelera ugraJuje se reduktor ako se, zbog manjih dimenzija i niﾘe cijene propelerskog elektromotora, time postiﾘe uｻteda na prostoru i na troｻkovima cijelog postrojenja. Izvor elektriFne energije kojima se napajaju elektromotori propelera mogu biti akumulatorska baterija, generator, kombinacija dizelskoga generatora i akumulatorske baterije ili gorive @elije. Prema tome, s obzirom na izvore elektriFne energije razlikuju se: ü potpuno elektriFna propulzija, ü kombinirana propulzija, ü propulzija s elektriFnim prijenosom.

148

UVOD

Potpuno elektriFna propulzija sluﾘi se za pogon elektromotora akumuliranom elektriFnom energijom (npr. akumulatorska baterija), kombinirana propulzija koristi dva ili viｻe razliFitih vrsta izvora elektriFne energije (npr. akumulatorska baterija i dizelski generator), a propulzija s elektriFnim prijenosom koristi za pogon elektromotora elektriFnu energiju iz generatora, tj. izmeJu glavnoga pogonskog stroja (npr. parna ili plinska turbina i dizelski motor) i propelera uvijek je prikljuFen elektriFni prijenosni Flan. Ⅻ ElektriFni pogon propelera akumulatorskom baterijom ograniFen je kapacitetom baterije. Akumulatorske baterije imaju veliku masu za relativno malu energiju koju mogu dati, zahtijevaju punjenje i paﾘljivo odrﾘavanje. Ⅻ Za pogon elektriFnih generatora sluﾘe turbine i dizelski motori. Turbinski pogon uobiFajen je na velikim brodovima (najFeｻ@e putniFkim), i to uglavnom s trofaznim elektriFnim sustavom, a dizelski pogon na brodovima svih veliFina i namjena.

149

UVOD

mehaniFki pogon- mehaniFki pogon dizelskim motorom izravno povezanim s propelerskom osovinom potpuno elektriFna propulzija- elektromotor napajan iz akumulatorske baterije vrti propeler propulzija s elektriFnim prijenosom - mehaniFka se energija dizelskog motora posredstvom elektriFne kombinacije generator-motor dovodi na osovinu propelera

NaFelne sheme pogona brodskog propelera Napajanje propelerskog elektromotora ostvaruje se ve@inom vlastitim turbinskim generatorom ili dizelskim generatorom. Na brodovima s viｻe propelera, pri manjoj brzini plovidbe, moﾘe jedan turbinski generator napajati viｻe propelerskih elektromotora, pa se na taj naFin postiﾘe ve@a ekonomiFnost pogona. Dizelsko generatorsko postrojenje ponekad ima ve@i broj manjih agregata koji se ukljuFuju prema potrebi, tj. lako se prilagoJuje svim promjenama optere@enja propelera, a kvar jednog dizelskog motora ne sprjeFava normalnu plovidbu.

150

UVOD

ElektriFki pogon propelera kombinacijom dizelskoga generatora i akumulatorske baterije ima, kao i pogon akumulatorskom baterijom, izvor energije praktiFno konstantnog napona. Jedno je rjeｻenje da se propelerski elektromotor napaja iz akumulatorske baterije, a dizelski generator pri konstantnoj brzini vrtnje sluﾘi za punjenje akumulatorskih baterija. Drugo je rjeｻenje da dizelski motor radi na istoj osovini s propelerskim elektromotorom, pa pri malim brzinama dizelski motor pokre@e i propeler i generator ｻto puni akumulatorske baterije, a pri ve@im brzinama propelerski elektromotor napaja se i iz akumulatorske baterije. Manevriranje i promjena smjera vrtnje propelerske osovine izvodi se samo elektromotorom. Kao izvorom elektriFne energije za napajanje propelerskih elektromotora moﾘe se koristiti i gorivim @elijama, koje neposredno pretvaraju kemijsku energiju u elektriFnu. Iako ih je otkrio 1839. godine W. R. Grove, do danas nema njihove ve@e uporabe za elektriFnu propulziju. U literaturi se spominje da su struFnjaci njemaFke tvrtke Siemens prije Fetrdeset godina (1965.) eksperimentirali s gorivim @elijama snage od 0,5 kW koje su napajale istosmjerni motor od 0,37 kW ｻto je vrtio propeler Famca, a nakon toga su se pokusno rabile i na podmornicama. OFekuje se da @e se gorive @elije upotrebljavati i na brodovima, u poFetku za manje snage propulzije iako se danas izvode pokusi s @elijama snage ve@e od 100 kW.

151

UVOD

Promjene otpora broda, izazvane promjenom njegove brzine, djelovanjem valova i vjetra itd., utjeFu na promjenu brzine vrtnje propelera i na promjenu porivne snage. UreJaj za propulziju mora se prilagoJavati tim promjenama. Kad se za pogon upotrebljavaju motori istosmjerne struje, to se pouzdano postiﾘe ve@ samom karakteristikom strojeva koji pri preoptere@enju daju propeleru pove@ani moment, a pri rastere@enju imaju ograniFenu brzinu vrtnje. Ve@i trofazni pogoni imaju posebni regulacijski ureJaj koji u preoptere@enju pove@ava uzbudu generatora i propulzijskih elektromotora, i time osigurava stabilnost sustava. Zadatak je regulatora brzine vrtnje strojeva za pogon generatora da osiguraju gornju granicu brzine vrtnje i stroj prilagode potrebnoj snazi. Automatsko prilagoJavanje momenta istosmjernih propulzijskih motora potrebnom momentu na propeleru osigurava da se preveliki moment ne prenese na pogonski stroj.

152

UVOD

Za dimenzioniranje elektriFnih propulzijskih strojeva mjerodavne su ekstremne toFke u procesu prekretanja stroja. Manevar prekretanja stroja, zbog zaustavljanja broda ili zbog promjene voﾘnje naprijed u voﾘnju natrag, jako je vaﾘan za sigurnost broda pri pristajanju uz obalu ili za izbjegavanje nesre@a na moru. Prilikom manevriranja broda, kad se mijenja smjer voﾘnje, najprije treba usporiti i zaustaviti brodsku masu u kretanju, masu propelera i osovine, masu vode ｻto je potiskuje propeler i masu rotora propulzijskog stroja, a zatim ih u suprotnom smjeru ubrzati. Radni procesi pri tom manevriranju detaljno su istraﾘeni i razraJene su metode za proraFun momenata propulzijskog sustava u pojedinim fazama procesa. Prekretanje stroja definirano je izrazom gibanja broda: m× J×

dv = Fu = T - R dt

dw = Mu = M z - Mv - Mt dt

m masa broda i dodatna masa mora, v brzina broda, t vrijeme, Fu sila ubrzanja (usporenja), T poriv propelera, R otpor broda, J moment tromosti rotiraju@ih masa sustava i dodatne mase mora, kutna brzina, Mz zakretni moment porivnog elektromotora, Mv moment propelera i Mt moment trenja osovinskog voda.

153

UVOD

OP?I PRINCIPI Analiziraju@i danaｻnje sustave elektriFne propulzije broda, moﾘe se generalno primijetiti da se oni sastoje od sljede@ih osnovnih cjelina: Ⅻ propeler (propulzor) Þ s fiksnim krilima Þ s prekretnim krilima Ⅻ propulzijski motor Þ istosmjerni Þ izmjeniFni ® sinkroni ® asinkroni Ⅻ pretvaraF frekvencije Þ tiristorski kontrolirani d.c. pogon Þ PWM Þ synchroconverter Þ cycloconverter Ⅻ izmjeniFni sinkroni generator Ⅻ srednjehodni dizel motor-primarni pokretaF Poｻto se zadnje dvije cjeline malo razlikuju za pojedine tipove propulzijskih sustava, odnosno, te razlike su ovisne o tipu proizvoJaFa, one nisu predmet razrade ve@ je paﾘnja viｻe usmjerena na prve tri cjeline koje su detaljnije prikazane u daljnjem izlaganju. U propulzijski sustav, takoJer, spadaju propulzijski transformatori, glavna sklopna ploFa i sustav automatizacije i upravljanja te su i oni u daljnjem izlaganju pobliﾘe prikazani.

154

UVOD

Mnogi parametri su od odluFuju@eg znaFaja pri izboru elektriFne propulzije koja se primjenjuje za pojedini tip broda. U ovisnosti o namjeni, potrebnoj propulzijskoj snazi i ﾘeljenim manevarskim sposobnostima broda odabiru se pojedini elementi elektriFnog propulzijskog sustava i u skladu s time se obavlja dimenzioniranje cjelokupnog pogona zajedno sa svim prate@im elementima.

155

ELEKTRIENI PRIJENOSI

Podjela elektriFnog prijenosa za propulziju moﾘe biti razliFita, tj. najFeｻ@e prema: Ø vrsti glavnog stroja, Ø znaFajkama pogona, Ø vrsti struje. Prema vrsti glavnog stroja elektriFna se propulzija dijeli na: ü dizelsko♠elektriFnu, koja rabi dizelske motore brzine vrtnje od 700 do 1.500 r min1, snage do pribliﾘno 6.000 kW, i to za istosmjerne, izmjeniFne i izmjeniFnoistosmjerne sustave; ü turbinsko-elektriFnu, koja rabi parne ili plinske turbine brzine vrtnje od 3.000 do 6.000 r min-1 s pojedinaFnom snagom do 45 MW, i to za izmjeniFne i izmjeniFnoistosmjerne sustave. Prema znaFajkama pogona elektriFni prijenos moﾘe se podijeliti prema: ü uFestalosti pokretanja, ü brzini pokretanja, ü zahtjevima opsega promjene brzine, ü veliFini promjene napona, ü snazi itd.

156

ELEKTRIENI PRIJENOSI

Prema vrsti struje elektriFni se prijenos moﾘe podijeliti na: ü istosmjerno-istosmjerni, sastavljen od istosmjernog generatora i istosmjernog porivnog elektromotora s razliFitim meJusobno izvedenim spojevima, ü izmjeniFno-istosmjerni, sastavljen od sinkronoga generatora koji preko neupravljivih i upravljivih pretvaraFa napaja istosmjerni porivni elektromotor, ü izmjeniFno-izmjeniFni, sastavljen od sinkronoga generatora koji daje elektriFnu energiju sinkronom ili asinkronom porivnom elektromotoru. Najbolji se pogon dobiva onda ako se izmjeniFni motori ne napajaju izravno iz izmjeniFnoga generatora (brodske izmjeniFne mreﾘe), nego preko statiFkog pretvaraFa frekvencije. Fina regulacija brzine vrtnje propelera, a time i konstantan napon i frekvencija generatora, u izmjeniFno-istosmjernom ili izmjeniFno-izmjeniFnom prijenosu, osigurava se s pomo@u reguliranih elektroniFkih pretvaraFa, ｻto takoJer omogu@uje da se iz brodske mreﾘe pouzdano napajaju sva na nju prikljuFena elektriFna troｻila.

157

Propeler s prekretnim krilima (eng. CPP = contollable-pitch propeler) -

krila priFvrｻ@ena na glavinu

-

mogu se zakretati i mijenjati uspon kontinuirano. Za vrijeme plovidbe se posebnim mehanizmom zakre@u krila oko osi okomito na osovinu propelera. Zbog toga se mijenja uspon krila, a time i brzina vrtnje propelera, moment i porivna sila. Prekretanjem krila takav se propeler prilagoJava svakom optere@enju, ｻto omogu@ava ekonomiFan pogon i duﾘi vijek trajanja pogonskog stroja. Time se dobivaju bolje radne karakteristike i olakｻano je manevriranje brodom, Zbog odreJenih nedostataka (ve@a nabavna cijena, teﾘe odrﾘavanje, kra@i vijek trajanja, ve@a buka i kavitacija,▁i dr.) moﾘe se re@i da u modernom brodarstvu gubi utrku pred sustavima s promjenjivom brzinom vrtnje u koje su ugraJeni propeleri s fiksnim krilima.

-

-

158

Propeler s fiksnim krilima (eng. FPP = fixed-pitch propeller)

-

-

-

Krila i glavina izliveni u jednom komadu. Jeftiniji su, lakｻi za odrﾘavanje i dugotrajniji, mana im je, ukoliko je propulzijski sustav mehaniFki, nefleksibilnost na promjenjive radne uvjete (''teｻko more'', promjena brzine, izroni propelera, ▁i dr.). Ovaj tip propelera ne zadovoljava u potpunosti na onim brodovima koji tijekom plovidbe znatnije mijenjaju brzinu, a naroFito na tegljaFima kojima brzina ovisi o otporu objekta kojeg tegle. Ovaj nedostatak nadilazi u elektriFnoj propulziji broda uporabom sustava s promjenjivom brzinom vrtnje (eng. VSD = variable speed drives). Tiristorski frekventni pretvaraFi kontroliraju brzinu i zakretni moment elektriFnog (najFeｻ@e sinkronog) propulzijskog motora mijenjanjem napona i frekvencije njegovog napajanja u ovisnosti o optere@enju.

-Povoljne manevarske sposobnosti uz maksimalni zakretni moment pri svim brzinama vrtnje, a upravo su to one karakteristike koje su se takoJer, ali s manjom efikasnoｻ@u dobivale kod propulzijskih sustava s prekretnim krilima.

159

Propeler s fiksnim krilima (eng. FPP = fixed-pitch propeller)

Prednosti sistema s promjenjivom brzinom vrtnje koji koriste propelere s fiksnim krilima u odnosu na pogone s prekretnim krilima su : Ⅻ Gubitci prekretnog propelera pri niﾘim optere@enjima iznose, otprilike, 25% ukupne snage propulzijskog sustava, dok gubitci synchro-pretvaraFa dostiﾘu jedva 1%; Ⅻ Struja tijekom ubrzanja pogona na nominalnu brzinu je gotovo jednaka struji pri samoj nominalnoj brzini (zbog Fega ne dolazi do oｻtrih naponskih skokova u distribucijskoj mreﾘi); Ⅻ Tijekom djelomiFnog optere@enja propeleri s fiksnim krilima uzrokuju manje buke i kavitacija nego oni s prekretnim krilima; Ⅻ U uvjetima bez optere@enja sustavi s promjenjivom brzinom vrtnje zahtijevaju (ukljuFuju@i i uzbudu) manje od 5 % nominalne struje pogona, dok asinkroni motori zahtijevaju od 20 % do 35 %.

ⅫPoznate tvrtke za proizvodnju svih tipova propelera su : «Otto Piening» i «Schottel» iz NjemaFke, «John Crane-Lips» iz Velike Britanije, «Brunvoll» iz Norveｻke, «Hundested propeller A/S» iz Danske,▁i dr.

160

PROPULZIJSKI MOTOR Istosmjerni propulzijski motor

Ⅻ

Ⅻ

Ⅻ

Neki pogoni kao ｻto su elektriFni vlakovi, podmornice i platforme koriste d.c. propulzijske motore. Njihova upotreba je bila mnogo raｻirenija u proｻlosti nego ｻto je to danas. Joｻ uvijek se koriste u pogonima gdje je potreban veliki zakretni moment i / ili veoma precizna kontrola brzine vrtnje. Armaturna struja i magnetski tok se mogu odvojeno kontrolirati pa istosmjerni motor omogu@ava vrlo povoljne karakteristike zakretnog momenta i brzine za pogon. Za regulaciju brzine vrtnje i zakretnog momenta te prekretanje propulzora koriste specijalne a.c.Þ d.c. pretvaraFe . Glavni nedostatak istosmjernih motora je ｻto se potrebna komutacija armaturne struje vrｻi pomo@u mehaniFkog komutatora na rotiraju@oj osovini. Oni zahtijevaju odrﾘavanje kao i njihove ugljene Fetkice, a glavni su razlog da je primijenjeni napon armature ograniFen na oko 750 V d.c.

161

PROPULZIJSKI MOTOR IzmjeniFni (A.C.) propulzijski motor Asinkroni ( indukcijski ) motor Ⅻ Koristi se za male i srednje snage propulzije (1-5 MW) najFeｻ@e u kombinaciji s PWM pretvaraFima frekvencije. U poFetku primjene elektriFne propulzije su se najviｻe upotrebljavali zbog jednostavnosti konstrukcije i manje teﾘine, Fime se izbjegla regulacija uzbude glavnih polova kako je to sluFaj kod sinkronih motora. Ⅻ Postupnim pojeftinjenjem elektriFnih motora i upotrebom tiristorsko-tranzistorskih pretvaraFa frekvencije dolaze do izraﾘaja mnogobrojne prednosti sinkronih motora pa asinkroni kavezni motori gube dominaciju u primjeni. Ⅻ Trofazna struja napajanja statora proizvodi okretno magnetsko polje koje inducira struju u kaveznom namotaju rotora. MeJudjelovanjem statorskog magnetskog toka i rotorske struje stvara se zakretni moment na pogonskoj osovini. Da bi se mogla inducirati struja u rotoru njegova brzina okretanja treba biti neｻto manja nego brzina okretnog magnetskog polja statora. Ta razlika se zove klizanje (s). Ⅻ Glavne mane su im manji zraFni raspor izmeJu rotora i statora te manji faktor snage (cosj = 0.8) i korisnost h ｻto zahtjeva ve@u nazivnu snagu generatora. Visoka potezna struja (7-8 puta ve@a od nominalne) prilikom pokretanja motora predstavlja dodatni problem o Femu treba voditi raFuna pri projektiranju sistema (upotreba tzv. soft startera).

162

PROPULZIJSKI MOTOR IzmjeniFni (A.C.) propulzijski motor Sinkroni motor Ⅻ Ovaj tip elektriFnog motora je stekao najｻiru primjenu kao propulzijski motor u suvremenim sistemima elektriFne propulzije broda. Ⅻ Rotor im se sastoji od para magnetskih polova s d.c. uzbudom i rotira u sinhronizmu s okretnim magnetskim poljem statora tako da nema klizanja kao kod asinkronih motora. Ve@e dimenzije i cijena, u odnosu na asinkrone, kao glavni nedostatci ovog motora su prevladani brojnim prednostima koje pruﾘa u radu. Sinkroni motori rade s faktorom snage cosj = 1 i s ve@om korisnoｻ@u h pa su im pogonski generatori i kabelska mreﾘa lakｻi nego kod asinkronih. Ⅻ U konstruktivnom pogledu prednost im je u ve@em zraFnom rasporu izmeJu rotora i statora pa su prikladniji za montaﾘu na brodu. Na uzburkanom moru dolazi do savijanja brodskog trupa, a time i do savijanja temeljne ploFe motora, ｻto moﾘe uzrokovati dodirivanje rotora sa statorom i dovesti do njihovog oｻte@enja.

163

PROPULZIJSKI MOTOR IzmjeniFni (A.C.) propulzijski motor Sinkroni motor Ⅻ Uzbudu sinkronih motora treba napajati iz najmanje dva poluvodiFka izvora, a u sluFaju kvara jednog od njih preostali mora u potpunosti osigurati snagu potrebnu za uzbudu i pri pove@anom optere@enju do kojeg dolazi pri manevriranju. Strujni krugovi uzbude su opremljeni ureJajem za poniｻtenje magnetskog polja u sluFaju izgaranja namota uzbude. Ⅻ Joｻ jedna velika prednost im je da se na brodovima s viｻe propelera moﾘe posti@i potpuna sinkronizacija u radu svih propelera ｻto znatno smanjuje vibracije broda. Ⅻ Prekretanje motora (voﾘnja naprijed « voﾘnja krmom) se u naFelu vrｻi zamjenom dviju faza napajanja, uslijed Fega nastaje promjena smjera vrtnje okretnog magnetskog polja, a time i vrtnje rotora (danas se to iskljuFivo obavlja pomo@u tiristorskih pretvaraFa). Zbog zamaｻnih masa samog propelera rotor motora se ne moﾘe trenutno prekrenuti pa se odreJeno kratko vrijeme okre@e u smjeru protivno novom smjeru okretnog magnetskog polja. To je tzv. podruFje motornog koFenja. Da bi manevar prekretanja bio ｻto brﾘe i efikasnije izveden, u polne nastavke rotora je ugraJen dodatni kavezni namotaj koji mu omogu@uje da kod pokretanja i prekretanja radi pri iskljuFenoj uzbudi kao asinkroni motor, a time se postiﾘe i asinkrono koFenje. Takav motor djeluje u sinkronizmu kao sinkroni, a izvan sinkronizma kao asinkroni.

164

PROPULZIJSKI MOTOR IzmjeniFni (A.C.) propulzijski motor

Permanentno uzbuJeni sinkroni motor Ovaj tip sinkronog motora se od 1997.g. ugraJuje u SSP azimutalne pogonske jedinice koje saFinjavaju najmoderniji sustav elektriFne propulzije danaｻnjice. U usporedbi s klasiFnim sinkronim motorom promjer ovog motora je za 40 % manji ｻto znatno poboljｻava hidro-dinamiFka svojstva propulzijskog pogona, a takoJer mu je i teﾘina za 15 % manja. Unutar motora magnetski tok se generira visoko-uFinskim permanentnim magnetima koji su smjeｻteni na rotoru i zamjenjuju uobiFajene uzbudne namote i dodatne sklopove kao ｻto su kolektorski prstenovi i ispravljaFi. Zbog takve konstrukcije znatno su smanjeni volumen i teﾘina, a poｻto se sam motor nalazi u ''gondoli'' van broda, kao glavni rashladni medij sluﾘi more pa dodatni rashladni sustavi nisu potrebni ｻto znaFajno smanjuje dimenzije i teﾘinu propulzijskog pogona. Kontinuirana uzbuda uzrokuje da motor djeluje kao pod-uzbuJeni sinkroni stroj.

165

PROPULZIJSKI MOTOR IzmjeniFni (A.C.) propulzijski motor Permanentno uzbuJeni sinkroni motor Sinkronog motora (na slici- PERMASYN propulzijski motor za podmornice tvrtke Siemens) predstavlja najnovije tehnoloｻko dostignu@e u toj grani brodogradnje. Ima ekstremno nizak nivo buke, visoku uFinkovitost te smanjen volumen i teﾘinu. PERMASYN motor predstavlja propulzijski motor posljednje generacije klase 212 podmornica NjemaFke i Talijanske vojske. Propulzijski koncept za AIP (eng.air independent propulsion) obuhva@a PERMASYN motor u kombinaciji s najmodernijom PEM tehnologijom gorivih @elija kao primarnim pokretaFem.

166

PROPULZIJSKI MOTOR Osnovna kontrola brzine vrtnje motora

Za d.c. motor sa konstantnim naponom napajanja to se lako postiﾘe upotrebom otpornika u armaturnom ili uzbudnom krugu za kontrolu armaturne struje ili magnetskog polja uzbude (ili oboje). Nedostatak je smanjena efikasnost zbog pada napon na tom regulacijskom otporniku. Za a.c. asinkroni ili sinkroni motor sa konstantnim naponom i frekvencijom napajanja, kontrola brzine regulacijskim otpornikom bi djelovala samo na veliFinu radne struje, a brzina bi ostala ista s obzirom na nepromijenjenu frekvenciju napajanja. Zato se mora djelovati i na frekvenciju struje statora (upotrebom pretvaraFa frekvencije). Da se sprijeFi pregrijavanje (zbog premagnetiziranja) motora, mijenjaju@i frekvenciju proporcionalno se mijenja i napon napajanja ( U / f = konst.).

167

PretvaraFi

Dok se kod d.c. propulzijskih motora brzina vrtnje regulira samo promjenom napona napajanja, kod a.c. motora se moraju mijenjati i napon i frekvencija. Na taj naFin se reguliraju brzina vrtnje i zakretni moment, a ureJaji koji to omogu@uju zovu se pretvaraFi frekvencije. Po principu rada postoje dva glavna tipa pretvaraFa frekvencije : Direktni ♠ izravno se iz valnog oblika ulaznog a.c. napona sintetizira ﾘeljeni oblik izlaznog napona i frekvencije, poluvodiFkih ¯ ¯ -uklapanjem/isklapanjem ¯ ventila; Indirektni ♠ ulazni a.c. napon se ispravlja u d.c. napon, sintetizira i obraJuje pa ponovno vra@a u a.c. oblik. ISPRA VLJAE

Þ

Þ ISTOSMJERNI

IZMJENJIV AE d.c.Þ a.c.

MEIUKRUG

a.c.Þ d.c.

¯ ¯ UPRAVLJAEKI

¯ -

UREIAJ

168

PretvaraFi

Vrste pretvaraFa s primjenom u brodskoj elektriFnoj propulziji su : Ø Tiristorski kontrolirani d.c. pogon (a.c.Þ d.c.) za d.c. motore; Ø PWM (pulse with modulation) (a.c.Þ d.c.Þ a.c.) za kavezne asinkrone motore; Ø Synchro pretvaraF (a.c.Þ d.c.Þ a.c.) za sinkrone motore; Ø Cyclo pretvaraF (a.c.Þ a.c.) za klasiFne ili permanentno uzbuJene sinkrone motore i asinkrone

169

PretvaraFi

Tiristorski kontrolirani d.c. pogon Regulacija brzine vrtnje se moﾘe ostvariti naponom i poljem tj. promjenom iznosa napajanja i mijenjanjem magnetskog polja promjenom uzbudne struje. Dva tiristorska ispravljaFa razliFitih snaga se koriste za odvojeno upravljanje armaturne i uzbudne struje za stvaranje magnetskog toka (F). Neki sistemi imaju konstantnu struju uzbude, dakle, u uzbudnom krugu je obiFni diodni most bez regulacije izlazne struje. Prekretanje motora se postiﾘe promjenom smjera armaturne ili uzbudne struje (ne obje zajedno).

170

PretvaraFi

PWM pretvaraF frekvencije Ovaj tip pretvaraFa se najFeｻ@e koristi u kombinaciji s asinkronim propulzijskim motorima za manje snage pogona (0.5-8 MW). Kod njih imamo dvostruku konverziju energije (a.c.Þ d.c.Þ a.c.) pa se sastoje od diodnog ispravljaFa i tranzistorskog izmjenjivaFa. Koristi se PWM izmjenjivaF s modulacijom ｻirine impulsa (eng. PWM = pulse width modulation ) po kojem je ovaj pretvaraF i dobio naziv .

171

PretvaraFi PWM pretvaraF frekvencije Istosmjerni napon se sjeFe u naponske impulse promjenjive ｻirine ali konstantne razine u kompjutorski kontroliranom izmjenjivaFu uz upotrebu IGBT (eng. insulated gate bipolar transistor) tranzistora. Ovaj postupak se zove modulacija ｻirine impulsa ili PWM. Mijenjanjem ｻirine i polariteta impulsa d.c. napona mogu@e je generirati sinusoidalni a.c. izlazni napon na velikom frekvencijskom rasponu (0.5 ♠ 120 Hz) pa je nuﾘna upotreba reduktora. Promjenom frekvencije mijenja se i brzina propulzijskog motora. Za razliku od tiristora, tranzistori se mogu uklapati i isklapati pri vrlo visokim frekvencijama (20 kHz kod PWM pretvaraFa). Zato je prednost PWM postupka pred drugim postupcima koji koriste relativno niske sklopne frekvencije u lakｻem filtriranju neﾘeljenih harmonika na izlazu. Naime, frekvencija neﾘeljenih harmonika je kod PWM postupka mnogo ve@a, odnosno, neﾘeljeni harmonici su premjeｻteni na viｻe frekvencije. Tako je olakｻano filtriranje.

172

PretvaraFi

PWM pretvaraF frekvencije Pet paralelnih (800 kVA, 690V) standardnih IGBT pretvaraFa napajaju asinkroni motor. Tronamotajni transformator napaja dva 6-pulsna diodna ispravljaFa direktno, s 30° faznog pomaka izmeJu dva sekundarna namotaja u spoju trokut i zvijezda. Tako se dobiva 12-pulsni povrat u mreﾘu i d.c. napajanje za PWM izmjenjivaF s vrlo malom valovitoｻ@u. HarmoniFka izobliFenja koja ovaj pretvaraF unosi u brodsku mreﾘu u 12-pulsnom naFinu rada (rad u luci i emergency situacije ) mogu se znatno smanjiti 24pulsnim naFinom rada za vrijeme navigacije. Tada je THD (eng. Total Harmonic Distortion) faktor manji od 5% ｻto je u skladu s onim ｻto nalaﾘu klasifikacijska druｻtva

PWM pretvaraFki sistem koji se koristi za kontrolu brzine vrtnje asinkronih propulzijskih motora snage 3.1 MW na trajektima ''blizancima'' «Deutchland» i «Schlesvig Holstein» NjemaFke brodarske tvrtke DFO

173

Cyclo pretvaraF frekvencije (eng. Cycloconverter)

Glavna primjena cyclo pretvaraFa je za izmjeniFnu pretvorbu u podruFju srednjih i veoma velikih snaga (0.5-20 MW) dok je za male snage preskup. PoluvodiFke komponente koje imaju potrebnu naponsku i strujnu opteretivost u ovom podruFju veoma velikih razina snaga su tiristor i IGBT, a u novije vrijeme i IGCT (eng. Integrated Gate Commutated Thyristor) koji je razvila i usavrｻila tvrtka ABB i koji donosi dodatna poboljｻanja u radu propulzijskog pogona. Za razliku od synchro pretvaraFa koji mogu proizvesti izlaznu frekvenciju dvostruko ve@u od ulazne (0 ♠ 120 Hz), cyclo pretvaraFi su ograniFeni na svega jednu tre@inu izlazne frekvencije u odnosu na ulaznu (0 ♠ 20 Hz). Zbog toga su cyclo pretvaraFi pogodni za napajanje pogona s malim brzinama (80-200 o/min) gdje se izostavljaju reduktori.

174


Za svaku fazu posebno, postoje dva paralelna pretvaraFa s obrnuto usmjerenim tiristorima; to su most «A» tzv. pozitivni pretvaraF koji daje pozitivnu poluperiodu struje i most «B» tzv. negativni pretvaraF koji daje negativnu poluperiodu struje. Oba pretvaraFa se sastoje od po 6 tiristora, a poｻto postoje 3 faze ukupan broj tiristora u cyclo pretvaraFu je 36. Tako velik broj tiristora se odraﾘava i na cijenu pogona pa predstavlja jedan od nedostataka cyclo pretvaraFa. Izlazni naponski valni oblik dosta nazubljen (tzv.brujanje) ｻto se joｻ viｻe pogorｻava kako izlazna frekvencija raste. To je glavni razlog ograniFenja najve@e korisne izlazne frekvencije.

175


Cyclo pretvaraF se moﾘe napajati direktno preko visoko-naponske sabirnice, ali je Feｻ@e preko transformatora za sniﾘenje napona. Tako se smanjuje napon motora i njegov potrebni izolacijski nivo, a osigurava dodatna linijska impedancija za smanjenje eventualnih struja kratkog spoja i naponskih harmoniFkih izobliFenja na glavnoj sabirnici napajanja. Kod iznimno velikih cyclo pretvaraFkih sustava (npr. krstare@ih putniFkih brodova) koji u brodsku mreﾘu unose puno harmoniFkih izobliFenja uobiFajeno je da se umjesto transformatora koristi par motor-generatorskih jedinica. Na ovaj naFin se osigurava ''Fisto'' napajanje bez prisustva harmoniFkih izobliFenja.

176

Synchro pretvaraF frekvencije (eng. Synchroconverter)

Principijelna shema synchro pretvaraFa u kombinaciji sa sinkronim propulzijskim motorom

Ovaj tip pretvaraFa se koristi za velike a.c. sinkrone motorne pogone tzv. synchro pogone (eng. synchrodrive) i nudi brojne prednosti kod primjene u brodskoj elektriFnoj propulziji. Zahvaljuju@i svojoj konstrukciji na izlazu moﾘe dati frekvenciju i duplo ve@u od ulazne tj. mreﾘne frekvencije (0 ♠ 120 Hz). Sastoji se od kontroliranog ispravljaFkog i izmjenjivaFkog dijela, a oba se oslanjaju na prirodno uklapanje (linijska komutacija) tiristora pomo@u 3 ♠ faznog a.c. napona. IzmeJu njih je reaktorska zavojnica za strujno glaJenje koja tvori d.c. vezu (eng. d.c. link). Postoji operativna sliFnost izmeJu synchro pogona i d.c. motornog pogona, tako da ispravljaFki dio djeluje kao d.c. napajanje, a kombinacija izmjenjivaF/sinkroni motor kao d.c. motor. Uklapaju@i izmjenjivaF djeluje kao statiFki komutator. U nekoj literaturi ovi pretvaraFi se mogu na@i i pod nazivom LCI (eng. loadcommutated inverter).

177


Pojednostavljeno objaｻnjenje rada synchro pretvaraFa bi bilo da strujni izvor (kontrolirani ispravljaFki dio) osigurava ﾘeljeni zakretni moment motora, a izmjenjivaFki dio ﾘeljenu brzinu. Kolika @e biti frekvencija motora (a time i brzina) ovisi o brzini uklapanja izmjenjivaFkih tiristora. Za normalan rad sinkronog motora je potrebno osigurati uzbudno polje rotora, a to je ostvareno posebnim tiristorski kontroliranim ispravljaFkim krugom. Izuzetak su, danas jako popularni, permanentno uzbuJeni sinkroni motori koji ne zahtijevaju poseban uzbudni sklop, jer za uzbudu koriste specijalne permanentne magnete.

178


U brodskoj elektriFnoj propulziji synchro-pretvaraFki pogoni nude niz prednosti u odnosu na cyclo-pretvaraFke pogone: ü Jednostavnija struktura elektroniFkih komponenti za napajanje, kontrolu i nadzor; synchro-pretvaraFki pogoni zahtijevaju svega tre@inu poluvodiFkih elemenata, propulzijskih transformatora i rastavljaFa, ｻto utjeFe na cijenu pogona, a sistem je robusniji i jednostavniji za kontrolu i nadzor; ü Nisu potrebni dodatni brzi mehaniFki prekidaFi strujnog kruga za kratko-spojnu zaｻtitu; ü Unose manje harmoniFkih izobliFenja u brodsku mreﾘu, znaFi i manji THD (eng. Total harmonic distortion) faktor mreﾘe ｻto je u skladu sa specifikacijama klasifikacijskih druｻtava.

179

PRIMJENA VISOKOG NAPONA NA BRODOVIMA S DIZEL ELEKTRIENOM PROPULZIJOM

Najve@i problem visokonaponskih sustava je veliki rizik od smrtonosnih strujnih udara, zato se na takvim brodovima koriste posebne mjere predostroﾘnosti i zaｻtite, a osoblje zaduﾘeno za odrﾘavanje HV opreme mora biti posebno osposobljeno i upoznato sa svim sigurnosnim postupcima u radu.

180

PRIMJENA VISOKOG NAPONA NA BRODOVIMA S DIZEL ELEKTRIENOM PROPULZIJOM Primjer brodskog visoko-naponskog sustava elektriFne propulzije. HV generatori tvore centralnu jedinicu snage za sve brodske potroｻaFe elektriFne energije. Na velikim putniFkim brodovima s elektriFnom propulzijom svaki generator moﾘe imati vrijednosti 10 MW ili viｻe i proizvoditi 6.6 kV, 60 Hz 3-faznog a.c. napona. Glavni potroｻaFi su dva sinkrona 3 kV a.c. propulzijska elektriFna motora, svaki sa zahtjevom od 12 MW i viｻe u uvjetima punog optere@enja. Motori imaju po dva odvojena 6 MW statorska namota i svaki taj polunamot se napaja s HV rasklopne ploFe preko 6.6/3.0 kV propulzijskog transformatora i statiFkog 6-pulsnog synchro pretvaraFa. 24-polni motori daju brzinu okretaja osovine 0-145 o/min kontroliranu od pretvaraFa s izlaznim frekvencijskim rasponom 0-29 Hz.

181

PRIMJENA VISOKOG NAPONA NA BRODOVIMA S DIZEL ELEKTRIENOM PROPULZIJOM

Upotrebom dva pretvaraFa po motoru koji napajaju dva odvojena statorska namota pomaknuta za 30° postiﾘe se 12-pulsni zakretni moment na propelerskoj osovini Fime se smanjuju vibracije. Neｻto sloﾘenijom izvedbom napajanja transformatora i pretvaraFa moﾘe se dobiti i joｻ povoljniji 24-pulsni zakretni moment na osovini. S visokonaponske sabirnice se joｻ napaja: nekoliko velikih asinkronih motora (pogonski thrusteri i kompresori klimatizacije), bezkontaktna uzbuda za sinkrone motore sa sniﾘenim naponom 6.6/0.44 kV preko statiFkih transformatora, tiristorski kontroler, a.c.Þ a.c. rotacijski transformator (unutar motora) i par na osovini smjeｻtenih dioda za zavrｻno ispravljanje u d.c. napon. Postoji i tre@e (standby) statiFko uzbudno napajanje i kontroler, ali nisu prikazani na slici zbog jednostavnosti. Najve@a razlika izmeJu nisko i visoko naponskih sustava je u glavnoj sklopnoj ploFi. Za visoko naponske sustave prekidaFi mogu biti : zraFni, uljni, plinski (Sf 6) ili vakuumski. Konstrukcija namota za generatore, transformatore i motore je sliFna kao i kod nisko naponskih sustava osim ｻto se koriste neｻto bolji izolacijski materijali. Upotreba standardnih megger test instrumenata, koji induciraju 500 V za mjerenje kvalitete izolacije, kod HV opreme nema smisla, jer je za provjeru izolacije 6,6 kV- ureJaja nuﾘan 5 000V IR tester (eng. IR = insulated resistor).

182

FUNKCIONIRANJE PROPULZIJSKOG SUSTAVA Kompjutorska jedinica prima ulaznu komandu (postavka brzine) i mnogo povratnih signala (napon, struja, snaga, frekvencija,▁i dr), pri Femu je najvaﾘnija regulacijska veliFina brzina osovine koja tvori zatvorenu kontrolnu petlju. Osnovni parametri kontrole su veliFina statorske struje motora (za podeｻavanje zakretnog momenta) i frekvencija motora (za podeｻavanje brzine osovine). · Sinkronizacija rada propelera je jedna od vaﾘnijih prednosti ovakvih pogona, a vrｻi se preko kontrolnog sustava na komandnom mostu odabirom osovinskog sinkro-faznog naFina rada (eng. shaft synchro-phasing mode) kada se oba motora dovode u ujednaFen rad s razlikom u brzini okretaja manjom od 5%. Na taj naFin se znatno smanjuju vibracije propulzijskih osovina, a time i broda. · Postoje dva naFina rada sustava u ovisnosti o brzini: Pulsni naFin rada Þ za brzine manje od 10%; Sinkroni naFin rada Þ za brzine ve@e od 10%.

183

FUNKCIONIRANJE PROPULZIJSKOG SUSTAVA

Pri brzinama manjim od 10%, motor ne generira dovoljnu povratnu elektromotornu silu potrebnu za automatsko isklapanje tiristora (linijska komutacija). Kao ｻto znamo tiristor se isklapa kada mu radna struja postane jednaka nuli, a to u ovom sluFaju nije mogu@e kod tiristora kontroliranog izmjenjivaFkog dijela. Ovaj problem se rjeｻava pulsnim naFinom rada (eng. pulse mode) gdje se struja trenutno dovodi u nulu tiristorima iz kontroliranog ispravljaFkog dijela ｻto omogu@uje isklapanje izmjenjivaFkih tiristora. Kada brzina poraste iznad 10% elektromotorna sila motora postane dovoljno velika da omogu@i normalno isklapanje izmjenjivaFkih tiristora pa se moﾘe pre@i u sinkroni naFin rada (eng. synchronous mode). Tada svi tiristori isklapaju na uobiFajeni naFin uz pomo@ izmjeniFnih napona iz mreﾘe (ispravljaFki dio-mreﾘni most) i iz motora (izmjenjivaFki dio-motorni most). · Prekretanje motora / propulzijske osovine se obavlja zamjenom faze struje napajanja pomo@u izmjenjivaFkih tiristora. Tako se mijenja smjer okretnog magnetskog polja statora, a time i smjer vrtnje rotora tj. propulzijske osovine. Da bi se izbjegli snaﾘni strujni udari u sustavu, potrebno je prije prekretanja postupno usporiti propulzijsku osovinu sve do miruju@eg stanja. Prilikom prekretanja dolazi do motornog koFenja, a u tom stanju mreﾘni (eng. network bridge) i strojni most (eng. machine bridge) zamjenjuju svoje uloge

184


Sistem upravljanja snage (eng. PMS = power management system) omogu@uje kontrolu i nadzor : üAutomatsko ograniFenje snage propulzijskim motorima; üAuto-start, sinkronizaciju i raspodjelu optere@enja standby generatora; üOgraniFenje snage za glavne generatore; üKontrola povrata snage u mreﾘu od strane propulzijskih motora tijekom motornog koFenja i prekretanja; üNadzor dizel motora i vremena rada generatora i propulzijskih motora. Kontrolne upravljaFke stanice brodske elektriFne propulzije smjeｻtene su na komandnom mostu, u upravljaFkoj sobi strojarnice (eng. ECR = engine control room) i lokalno (u prostoriji HV sklopne ploFe). Za vrijeme navigacije komande za brzinu okretaja propulzijske osovine se postavljaju s komandnog mosta i ponavljaju u ECR-u, dok je u luci cijela kontrola premjeｻtena u ECR. Lokalna kontrola se uglavnom koristi za testiranja i postupke odrﾘavanja, ali takoJer i u sluFaju nuﾘde. Odabir jednog od mjesta upravljanje se vrｻi pomo@u sklopke na propulzijskom pultu u ECR-u strojarnice.

185


Na svim kontrolnim stanicama postoji i emergency telegraf uputnik za zadavanje postavki brzine u sluFaju nuﾘde. Propulzijski regulator i boFni regulatori thrustera se mogu kombinirati u glavni joy-stick upravljaF Fime se dobije cjelokupna kontrola za precizno manevriranje u luci.

186

AZIMUT

Tvrtka ABB u suradnji s finskim brodogradiliｻtem Kvaerner Masa ♠ Yards razvila je azimutalni pogonski sustav za elektriFnu propulziju pod danaｻnjim nazivom AZIPOD (eng. Azimuthing Podded Drive). Ideja za takav pogon je nastala joｻ 1980.g., a prvi put je ugraJen 1990.g. na Finski servisni brod «Seili». Prvi komercijalni brod s ugraJenim Azipod pogonom bio je proizvod-tanker «Uikku» 1993.g , a prvi putniFki brod «Elation» 1998.g . Danas postoje 4 tipa azimutalnih sustava od kojih je AZIPOD najpoznatiji (opｻirnije u 4. poglavlju)..

187

AZIMUT

Za razliku od klasiFnih propulzijskih sustava gdje se elektriFni propulzijski motor nalazi unutar broda, ovdje je on smjeｻten u posebno konstruiranoj gondoli izvan brodskog trupa. Eitava gondola se moﾘe zakretati za puni krug (360°) Fime je nestala potreba za klasiFnim kormilarskim sustavom, a viｻe nije potrebno ni prekretanje propulzijskog motora koji se sada moﾘe okretati stalno u istom smjeru. Time su znatno poboljｻane manevarske sposobnosti pa viｻe nije neophodna ni upotreba pramFanih thrustera (smanjenje zakretnog radijusa za 40%). Kao propulzijski motor se koriste sinkroni i asinkroni elektriFni motor, a u najsuvremenijim SSP azimutalnim pogonima permanentno uzbuJeni sinkroni motor znatno manje teﾘine i dimenzija u odnosu na standardni sinkroni pa su tako dodatno poboljｻana hidro-dinamiFka svojstva broda. Motor je preko vrlo kratke osovine povezan s propelerom (s fiksnim krilima) ｻto znatno smanjuje vibracije brodskog trupa, a poｻto su motor i gondola duboko uronjeni u more kao glavni rashladni medij motoru sluﾘi okolno more ｻto dodatno sniﾘava cijenu sustava. Prikladan je za snage do 25 MW propulzijskog motora i za brzine vrtnje 0-200 o/min.

188

AZIMUT

Prednosti azimutalnog propulzijskog sustava su : ü MehaniFki je jednostavniji od ostalih tipova propulzijskih sustava, jer se izostavljaju dugaFke osovine, leﾘajevi, kormilarski zupFanici, kormila, reduktori, a nema ni sloﾘenih propelera s prekretnim krilima; ü Znatno poboljｻanje dinamiFko-hidrauliFkih i manevarskih sposobnosti; ü Smanjena potroｻnja energije, manji troｻkovi odrﾘavanja i manje zagaJenje okoliｻa; ü Propulzijske karakteristike pri voﾘnji naprijed ili nazad su gotovo iste, pogodan za tlaFne i vlaFne operacije, male i velike brzine neovisno o vremenskim uvjetima plovidbe;

189

AZIMUT

ü Znatno smanjenje buke i vibracija brodskog trupa; ü Omogu@ena je uｻteda prostora za ostale potrebe brodskog postrojenja; ü Mogu@nost ugradnje svega 2 tjedna prije porinu@a broda ｻto znatno olakｻava ugradnju i smanjuje troｻkove proizvodnog procesa broda. ü MeJutim postoje i odreJeni nedostaci ovog sustava : ü Ve@a poFetna financijska ulaganja; ü Potrebna je promijenjena konstrukcija brodskog trupa zbog karakteristiFnog poloﾘaja pogonske gondole van broda. O tome treba voditi raFuna prije konstruiranja broda; ü U sluFaju ve@eg kvara na propulzijskom motoru nuﾘno je vaJenje broda na kopno zbog popravka ｻto znatno poskupljuje postupak servisiranja.

190

Perspektive uporabe elektriFne propulzije

Danas se sve viｻe uvodi elektriFna propulzija u brodskim novogradnjama. Pritom znaFajnu ulogu ima ne samo dizel-elektriFni ve@ i turbinsko-elektriFni pogon, ne samo na putniFkim brodovima (trajektima) ve@ i na razliFitim tipovima trgovaFkih i specijalnih brodova. Dosadaｻnja su istraﾘivanja pokazala da je sve manje razloga koji prijeFe uporabu dizel-elektriFne propulzije na brodu. Dva bitna nedostatka: manja korisnost i ve@a poFetna financijska ulaganja u usporedbi sa standardnom mehaniFkom propulzijom, nisu viｻe odluFuju@a. Prvo, smanjenje korisnosti, koja se odnosi samo na mehaniFku snagu potrebnu za pokretanje brodskog propelera, ve@ danas je mogu@e poniｻtiti boljom iskoristivoｻ@u elektriFne energije za propulziju, a drugo, ugradnjom sve viｻe serijski proizvedene elektriFne opreme visoke kvalitete izradbe bitno smanjuje i poFetna financijska ulaganja.

191


Osnovna prednost dizel-elektriFnog pogona je u tomu ｻto se njime postiﾘe optimalna operativna fleksibilnost u brodskom elektromotornom pogonu. Uporabom ve@eg broja identiFnih strojeva osigurava se potrebna energija velikom broju ugraJenih elektriFnih troｻila na brodu. Jednako tako, dizelelektriFna propulzija dopuｻta da se dizelski strojevi mogu postaviti u brod toFno gdje su najdjelotvorniji, tj. nisu ograniFeni duﾘinom propelerske osovine jer se napajanje, upravljanje i regulacija brzine vrtnje propelerskog motora ostvaruju elektriFnim prijenosom. Zbog toga se na suvremenim brodovima dizelski sinkroni generatori mogu ugraJivati i u brodsku strojarnicu na jednome, a propelerski motori na drugome mjestu. Dizel-elektriFni pogoni imaju prednost u odnosu prema klasiFnim dizelmehaniFkim pogonima jer je mogu@e kontinuirano mijenjati brzinu vrtnje propelera u cijelom opsegu regulacije brzine od 0 do 100%. Istraﾘivanja su pokazala da s obzirom na sigurnost i zalihost, tj. manevriranje i rad s jednim dizelskim strojem, propeler s promjenljivim krilima (prekretni propeler) ima bolja svojstva, dok je s obzirom na cijenu godiｻnjeg odrﾘavanja jeftiniji propeler s fiksnim krilima (fiksni propeler).

192


Prednosti elektriFne propulzije su: Ø smjeｻtaj glavnih strojeva i generatora ne ovisi o poloﾘaju osovinskog voda, tj. dade se po volji odabrati i prilagoditi tipu broda, Ø jedna propelerska osovina moﾘe se pokretati energijom viｻe agregata, Ø postiﾘe se bolje iskoriｻtenje prostora strojarnice jer elektriFni strojevi imaju manje dimenzije od glavnoga pogonskog stroja, Ø elektriFna energija koju proizvode generatori za propulziju, moﾘe se koristiti i za napajanje drugih brodskih elektriFnih troｻila, Ø mogu se odabrati najpovoljnije brzine vrtnje propelera i pogonskog stroja jer izmeJu njih nema mehaniFkog spoja, Ø brzina vrtnje propelera regulira se u ｻirem podruFju rada, Ø prekretanje propelera obavlja se bez promjene smjera vrtnje glavnih pogonskih strojeva, Ø udarci i vibracije s propelera ne prenose se na glavni pogonski stroj, Ø bolje su manevarske sposobnosti broda jer se daljinskim upravljanjem lako i brzo mijenja reﾘim rada postrojenja, Ø mogu se iskljuFiti pojedini agregati kad je pri manjim brzinama broda dostatno manja snaga.

193


Nedostaci elektriFne propulzije su: Ø viｻa cijena u usporedbi s drugim propulzijama, Ø niﾘa korisnost zbog dvostruke pretvorbe energije (elektriFna propulzija: h = 0,86 ♠ 0,92, mehaniFka propulzija: h = 0,95 ♠ 0,98), Ø ve@i broj visokoobrazovne posade potrebne za rukovanje i nadzor postrojenja.

Poredbeni prikaz ulaganja u opremu za dizelsko-elektriFnu (tamna ploha) i standardnu mehaniFku propulziju

194


Zbog vaﾘnosti i ve@ danas velike zastupljenosti glavnih elektriFnih pogona s izmjeniFnim motorima napajanima preko pretvaraFa frekvencije, oFekuje se da @e u budu@nosti na brodovima za elektriFnu propulziju prevladavati pogoni s izmjeniFnim (sinkronim i asinkronim) motorima. Pretpostavlja se da @e se u budu@nosti izvor za elektriFnu propulziju broda biti i gorive @elije, koje su se do danas ugraJivale u svemirske brodove, a neki su pokusi provedeni i na podmornicama. Osnovna je prednost uporabe gorivih @elija visoki stupanj korisnosti i vrlo mali negativni utjecaj na okoliｻ. Stupanj je korisnosti znatno viｻi nego u svih do danas koriｻtenih toplinskih procesa za proizvodnju elektriFne energije (viｻe od 70%), dok se pri izgaranju ne stvaraju nikakvi ｻtetni sastojci. Do danas je razvijeno viｻe gorivih @elija s obzirom na vrstu goriva, elektrode, elektrolit i oksidante. Uglavnom rade na niskim temperaturama, a napon je jedne @elije malen, tako da se viｻe njih spaja serijski.

195


Goriva @elija radi vrlo jednostavno. Ako se na elektrode @eliji dovodi npr. vodik (H2) kao gorivo i kisik (O2) kao oksidant, tada @e do@i do njihova spajanja i oslobaJanja elektriciteta. SliFno kao u galvanskih elemenata, izmeJu elektroda (anode i katode) stvorit @e se napon, a kada se na te elektrode spoji neko troｻilo, kroz njega @e pote@i istosmjerna struja. Rezultat reakcije joｻ je Fista voda (H2O) i otpadna toplina. Kada se toj @eliji doda regenerator i separator te dovodi energija za elektrolizu na vodik i kisik, dobiva se zatvoreni proces. Da di se mogao pokrenuti elektromotor propelera, potreban je samo izmjenjivaF za pretvorbu istosmjerne struje pribliﾘno konstantna napona. Takvi su pretvaraFi danas jednostavni, jeftini i rade sa stupnjem korisnosti ve@im od 99%.

196


Velika pozornost daje se primjeni strojeva sa supravodljivim namotima u elektriFnoj propulziji. U takvim strojevima rabi se pojava da se hlaJenjem namota na vrlo nisku temperaturu postigne supravodljivost, tj. stanje u kojemu elektriFni otpor namota ima zanemarivo malu vrijednost. Zbog toga se znatno smanji prostor za smjeｻtaj namota, a vrlo velike vrijednosti jakosti uzbudne struje bez otpora uzbuJuju jaka magnetska polja. U usporedbi s klasiFnim strojevima, takvi strojevi imaju mnogo manju masu i volumen, manje gubitke, bolju korisnost, ve@e graniFne snage i ve@u pogonsku fleksibilnost. OFekuje se da @e zbog navedenih prednosti, ali i zbog otkri@a novih materijala i usavrｻavanja tehnike niskih temperatura, elektriFna propulzija sa supravodljivim elektriFnim strojevima na@i svoju namjenu i na brodu.

197

PRIMJENA ELEKTRIENE PROPULZIJE NA BRODOVIMA

PUTNIEKI KRSTARE?I BRODOVI (eng. Cruise liners) ElektriFna propulzija je svoju veliku primjenu naｻla upravo na velikim putniFkim krstare@im brodovima, gdje njena upotreba osigurava sve one povoljne karakteristike neophodne za ｻto komforniju plovidbu uz odliFna manevarska svojstva. Moﾘe se re@i da se upravo u ovoj grani brodarstva oFekuju velike perspektive u njenoj daljnjoj primjeni.

198


RO-RO BRODOVI I TRAJEKTI Razlog upotrebe elektriFne propulzije na ovakvim tipovima brodova su dobre manevarske sposobnosti koje su neophodne zbog Festih uplovljavanja i isplovljavanja s obzirom da uglavnom prometuju na kra@im relacijama. Dosta je Festa voﾘnja krmom pa poｻto je mnogo jednostavnije prekrenuti elektriFni propulzijski motor nego glomazni dizel stroj, oFite su prednosti koje donosi elektriFna propulzija ovakvom tipu brodova. Poｻto se uglavnom radi o propulzijskim sustavima manjih snaga i jedni i drugi uglavnom koriste pogone s asinkronim propulzijskim motorima napajanim preko PWM pretvaraFa frekvencije, dok se ve@i RO-RO brodovi mogu na@i i u synchrodrive izvedbi sa sinkronim motorom i synchro pretvaraFima frekvencije..

199

PRIMJENA ELEKTRIENE PROPULZIJE NA BRODOVIMA BRODOVI ZA SPECIJALNE NAMJENE U ovu skupinu brodova spadaju svi ostali tipovi brodova kao ｻto su polagaFi cijevi, viｻenamjenski brodovi, brodovi za buｻenje (eng. drill ships), FPSO tankeri (eng. floating production and storage), ledolomci, viｻenamjenski brodovi,▁I dr. Svi oni zahtijevaju iznimno dobre manevarske karakteristike s Festim prekretanjima ｻto im upotreba elektriFne propulzije i omogu@ava. Platforme, brodovi buｻaFi (drill ship), shuttle tankeri i FPSO tankeri (floating production and storage) principijelne sheme Za platforme su karakteristiFna kratka pozicioniranja, a za ove brodove Festi manevri na kratkim relacijama s mnogobrojnim prekretanjima. Tim karakteristikama najbolje udovoljava elektriFna propulzija koja je i tu naｻla svoju primjenu.

200


BRODOVI ZA SPECIJALNE NAMJENE

201

Prednosti i mane elektriFne propulzije

a) Prednosti elektriFne propulzije Ø Mogu se odabrati razliFite optimalne brzine vrtnje propelera u cijelom opsegu regulacije brzine od 0 do 100%. Ø Prekretanjem propelera bez promjene smjera vrtnje primarnih strojeva na turbinskim brodovima otpada potreba za turbinom za kretanje krmom. Ø Primjenom brzohodnih nereverzibilnih primarnih strojeva pojednostavnjuje se konstrukcija toplinskih strojeva i produﾘuje se period rada do glavnog popravka, postiﾘu se uｻtede u masama i gabaritima te prema tome bolje je iskoriｻtenje strojarnice (sl. 28.). Ø Prostor strojarnice je bitan, jer je svaki kubni metar strojarnice oduzet od korisnog prostora broda. Optimalnim smjeｻtanjem glavnih strojeva mogu@e je ili smanjiti ukupnu duﾘinu broda i s tim u svezi i troｻkove Felika, ili pove@ati duﾘinu tankova tereta odnosno kapacitet broda. Ø Dizel strojevi se mogu postaviti na brodu toFno gdje su najdjelotvorniji tj. nisu ograniFeni duﾘinom propelerske osovine jer se napajanje, upravljanje i regulacija brzine propelerskog motora ostvaruje elektriFnim prijenosom. Zbog toga se, na suvremenim brodovima, dizelski sinkroni generatori i propelerski motori smjeｻtaju u prostorije koje najbolje odgovaraju za odreJeni tip broda. Rezultat je znatna uｻteda prostora u usporedbi s dizel-motorima male brzine ili turbinama.

202

Prednosti i mane elektriFne propulzije ·Poboljｻavaju se hidro-dinamiFke i manevarske sposobnosti broda ｻto se posebno odnosi, na ve@ spomenute najmodernije azimutalne propulzijske sustave. Moderna elektronika dovela je upravljanje i regulaciju do vrlo velikih mogu@nosti. U jednom modernom elektriFnom postrojenju danas su sve veliFine pod kontrolom tj. reguliraju se, ograniFavaju i nadziru. Na taj naFin se postrojenja mogu voditi prema optimalnim kriterijima i iz njih se moﾘe dobiti viｻe nego prije.

203

Prednosti i mane elektriFne propulzije

Ø Omogu@ena je upotreba propelera s fiksnim krilima bez gubitka na propulzijskim karakteristikama broda, jer elektriFni propulzijski motori koji se pokre@u preko statiFkih pretvaraFa frekvencije osiguravaju brodskom vijku konstantno maksimalni zakretni moment, Fak i kod vrlo niskih brzina i u oba smjera vrtnje. Ovo je ujedno i najve@e pojednostavljenje osnovnog dijela pogonskog sustava, Fime je pove@ana pouzdanost sustava i sigurnost broda. Ø Generatori propulzijskog sustava mogu se upotrijebiti i za napajanje drugih brodskih elektriFnih ureJaja. Ø Smanjena buka i vibracije. Ova karakteristika je od presudnog znaFaja kod putniFkih brodova gdje komfor putnika predstavlja vrlo bitan zahtjev. Motori i elektriFni sustavi koji su izvedeni da omogu@e rad pri razliFitim brzinama vrlo su tihi. Srednjehodni dizel-generatori mehaniFki su neovisni o osovinskom vodu te se mogu ugraditi na mehaniFke podloｻke. Ovaj sustav ugradnje lak je za konstrukciju budu@i se motori okre@u pri konstantnoj brzini. Za razliku od uobiFajenih izvedbi, ne postoje direktne mehaniFke veze izmeJu trupa i stroja (motora) koje su glavni izvor vibracija.

204

IzmjeniFno-izmjeniFni elektriFni prijenos Poteｻko@e koje nastaju radi promjenljive frekvencije danas su rijeｻene s pomo@u statiFkih pretvaraFa frekvencije. S njima se moﾘe upravljati sinkroni i asinkroni propelerski elektromotor, tj. osiguran je izmjeniFno-izmjeniFni elektriFni prijenos: sinkroni generator ♠ statiFki pretvaraF frekvencije ♠ izmjeniFni pogonski elektromotor.

Tako je mogu@e u novim brodovima izmjeniFni osovinski generator iskoristiti i kao propelerski elektromotor. Za vrijeme plovidbe osovinski generator proizvodi elektriFnu energiju, a preko statiFkog pretvaraFa frekvencije odrﾘava konstantnu frekvenciju napona brodske mreﾘe neovisno o promjeni brzine vrtnje glavnoga propulzijskog dizelskog motora. Ako zataji taj glavni propulzijski motor, ali i za potrebe malih manevara u luci, osovinski generator moﾘe raditi kao propulzijski motor ako mu je statiFki pretvaraF frekvencije reverzibilan. Energiju za pogon daju dizelski generatori brodske mreﾘe. ZakljuFuje se da je uporaba energetske elektronike na brodu omogu@ila izmjeniFni elektriFni prijenos pri elektromotornom pogonu propelera. Zato se i statiFki pretvaraF frekvencije danas koristi u dvije osnovne izvedbe: üs istosmjernim meJukrugom ♠ koristi se za napajanje kaveznih motora za pogon pramFanih propelera i üizravno- koristi se za napajanje sinkronih motora, i daje izlaznu frekvenciju uvijek manju (npr. 20 ♠ 25 Hz) od frekvencije napona brodske mreﾘe.

205

IzmjeniFno-izmjeniFni elektriFni prijenos NaFelna shema spoja tri trofazna propulzijska sinkrona motora upravljana statiFkim pretvaraFima frekvencije koja je karakteristiFna za trgovaFki brod, prikazana je na slici. Rjeｻenja s propelerskim sinkronim motorima napajanima preko statiFkog pretvaraFa frekvencije daju izvrsne karakteristike, u prvom redu pri niﾘim brzinama vrtnje. Takvi pogoni ne zahtijevaju skupi nadzor i Festa odrﾘavanja kao istosmjerni pogoni, i mnogo su manji i lakｻi. ｺest turbinskih generatora prikljuFeno je na sabirnice glavne sklopne ploFe, a ｻest sinkronih motora, napajanih preko ｻest tiristorskih pretvaraFa, spojeno je tako da pri prekidu jedne polovice sabirnica mogu nastaviti pokretati tri brodska propelera, ali s polovicom snage. Napon brodske mreﾘe od 440 V moﾘe se osigurati i s pomo@u dva motor-generatora.

206

IzmjeniFno-izmjeniFni elektriFni prijenos

1- ｻest dizelskih generator 2 - rasklopno postrojenje za 6,6 kV, 60 Hz 3 - motori kompresora za klima-ureJaj 4 - motori za pramFana i krmena kormila 5 - glavni pogon s dva sinkrona motora upravljana izravnim pretvaraFem frekvencije 6 - niskonaponsko razdjelno postrojenje 7 - motor-generator za povezivanje postrojenja 6,6 kV i 440 V 8 - transformatori snage 6,6/0,44 kV

Zahtjevi za novim rjeｻenjima glavnih elektriFnih pogona i brodskih elektriFnih postrojenja putniFkih brodova za kruﾘna putovanja rezultirali su njihovim kvalitetnijim izvedbama. Brodska mreﾘa sastoji od sklopnog postrojenja 6,6, kV s uzduﾘnim rastavljanjem i integriranom niskonaponskom razdiobom. Osnovi izvor elektriFne energije osigurava ｻest dizelskih generatora srednje brzine, elastiFno ovjeｻenih i zvuFno izoliranih, pa su vibracije i buka manje. Glavni elektriFni pogon ne treba reduktor, a poradi ekonomiFnosti pogona ukupna potrebna snaga smanjena je za 10 do 20% u odnosu prema mehaniFkom pogonu.

Brodski Pogoni Sve

Recommend Documents