Materiały dydaktyczne. Siłownie okrętowe. Semestr V. Wykłady

Transkrypt

1 Materiały dydaktyczne Siłownie okrętowe Semestr V Wykłady 1

2 Temat 1 (5 godzin): Ogólna charakterystyka siłowni okrętowych Zagadnienia: A. Klasyfikacja i charakterystyka siłowni okrętowych; (1h) B. Silniki napędów okrętowych; (4h) Zagadnienie: 1.A Klasyfikacja i charakterystyka siłowni okrętowych Wiadomości ogólne. Pojęcie siłowni okrętowej, układu napędowego, elektrowni okrętowej. Podział siłowni okrętowych. Wymagania stawiane siłowniom i ich wpływ na zastosowane rozwiązania konstrukcyjne. 1. Pojęcia i podstawowe cechy Ogólnie siłownię statku stanowią zespoły maszyn i urządzeń wraz z łączącymi je rurociągami i armaturą, aparaturą sterowania i zabezpieczeń oraz aparaturą kontrolno-pomiarową. Zespoły te służą do zamiany części energii chemicznej lub jądrowej, zawartej w paliwie) na inne jej postacie (energia mechaniczna, elektryczna, energia w postaci ciepła i sprężonych płynów). Potocznie pod pojęciem siłowni okrętowej rozumiemy wydzieloną wodoszczelną część kadłuba, w której znajdują się silnik lub silniki napędu głównego, elektrownia statku, urządzenia i maszyny pomocnicze niezbędne do zapewnienia prawidłowej pracy silników napędu głównego, ruchu statku, zasilania urządzeń sterowych nawigacyjnych, ratunkowych, dźwigowych) cumowniczych i innych, zapewnienie działania różnych instalacji okrętowych, a także zapewnienia potrzeb bytowych załogi i ewentualnych pasażerów. Zdecydowana większość wyposażenia maszynowego statku znajduje się w siłowni. Tylko stosunkowo nieliczne urządzenia i mechanizmy, jak np. maszyna sterowa, wciągarki pokładowe (windy) dźwignice, żurawie ładunkowe (dźwigi), awaryjny zespół prądotwórczy, ewentualnie chłodnia oraz urządzenia klimatyzacyjne, mieszczą się poza siłownią. Na statkach towarowych siłownia mieści się zazwyczaj w jednym przedziale wodoszczelnym. Zasadniczą częścią siłowni jest główny układ napędowy, który dostarcza energię zapewniającą ruch statku. Pozostałe układy energetyczne występujące w siłowni nazywamy pomocniczymi. Ich zadaniem jest dostarczenie energii koniecznej dla pracy urządzeń i mechanizmów obsługujących główny układ napędowy, a także dla wszystkich innych urządzeń i odbiorników energii na statku. W przedziale siłowni wyodrębnia się oddzielne pomieszczenia, w których instaluje się grupy urządzeń o określonym przeznaczeniu, np. przedział centrali manewrowo-kontrolnej (CMK), przedział zespołów prądotwórczych (elektrownia statku), urządzenia oczyszczające paliwo i oleje smarowe, tzw. przedział wirówek. Na zbiornikowcach w oddzielnym pomieszczeniu wodoszczelnym grupuje się pompy ładunkowe tworząc przedział pompowy tzw. pompownie. Wyodrębnianie grup urządzeń i mechanizmów w oddzielnych pomieszczeniach w siłowni ma na celu większe bezpieczeństwo (np. przeciwpożarowe). 2. Kryteria podziału siłowni okrętowych Klasyfikacja siłowni okrętowych: 2

3 rodzaj używanego paliwa, rodzaj czynnika roboczego w silnikach napędu głównego, rodzaj silników głównych, sposób przeniesienia napędu na pędniki i liczba pędników. Ze względu na rodzaj paliwa rozróżniamy: Siłownie konwencjonalne, energię do napędu statków uzyskuje się ze spalania oleju ciężkiego czy też napędowego. Siłownie jądrowe, stosowany jest wzbogacony izotop uranu, który w kontrolowanej reakcji jądrowej w reaktorze atomowym przekazuje ciepło rozpadu chłodziwu reaktora (np. płynny sód, woda), a ten z kolei udziela go w tzw. wytwornicach pary właściwemu czynnikowi roboczemu - wodzie, wytwarzając parę wodną. Ze względu na czynnik roboczy siłownie dzielimy na: Siłownie parowe, czynnik roboczy - para wodna, wytwarzana jest w kotłach siłowni konwencjonalnych czy też w wytwornicach pary siłowni jądrowych. Mając podwyższone ciśnienie i temperaturę para rozpręża się w turbinach parowych, pośrednio dając napęd statku. Siłownie spalinowe, czynnik roboczy jest spalany, powstałe gazy ze spalania paliwa ciekłego lub gazowego w cylindrach tłokowych silników spalinowych lub komorach spalania turbozespołów spalinowych, mając podwyższone ciśnienie i temperaturę, rozprężają się w cylindrach tłokowych silników spalinowych czy też w turbinach gazowych, dając pośrednio napęd statku. Siłownie kombinowane o różnych czynnikach roboczych parowo-spalinowe lub spalinowe-parowe. W siłowniach kombinowanych o różnych czynnikach roboczych występują dwa rodzaje czynników, para wodna i spaliny, odpowiednio ekspandujące w turbinach parowych i w tłokowych silnikach spalinowych, bądź w turbozespołach spalinowych. Ze względu na rodzaj silników napędu głównego rozróżniamy: siłownie z turbinami parowymi (TZP), siłownie z tłokowymi silnikami spalinowymi (TSS), siłownie z turbozespołami spalinowymi (TZS), siłownie z silnikami turboodrzutowymi (STO), siłownie kombinowane (TSS+TZS;TZS+TZS;TZP+TZS;TSS+STO;TZS+STO). Ze względu na sposób przeniesienia napędu na pędniki siłownie o napędzie bezpośrednim, siłownie o napędzie pośrednim, z przełożeniem: 1. mechanicznym, 2. elektrycznym, 3. hydraulicznym. 3

4 Literatura Ze względu na liczbę pędników (śrub napędowych) wyróżniamy: siłownie jednowałowe, siłownie wielowałowe. 1. Wojnowski W.: Okrętowe siłownie spalinowe, Tom I, Politechnika Gdańska, Zagadnienie: 1.B Silniki napędów okrętowych Podział silników spalinowych, tłokowych. Zasada działania, klasyfikacja i ogólna budowa silników tłokowych: dwusuwowego i czterosuwowego o zapłonie samoczynnym. Powiązanie zasady działania z rodzajem zastosowanego paliwa, mechanizmu rozrządu, warunkami uzyskania samozapłonu mieszaniny palnej. Obiegi teoretyczne i porównawcze podstawy. Wpływ parametrów obiegu na sprawność teoretyczną. Wskaźniki pracy obiegu teoretycznego i porównawczego. Porównanie rzeczywistego i teoretycznego obiegu pracy silnika. Definicje GMP, DMP, stopień sprężania, pojemność skokowa. Obiegi rzeczywiste - podstawy. Wykresy indykatorowe. Parametry podstawowe procesu - cyklu roboczego. Budowa i klasyfikacja tłokowych silników spalinowych sposób działania, sposób zapalania mieszaniny paliwowo powietrznej, teoretyczny obieg porównawczy, rodzaj paliwa, sposób zasilania paliwem i tworzenia mieszaniny palnej, sposób zasilania powietrzem, cechy konstrukcyjne, przeznaczenie. Podział według sposobu działania czterosuwowe, w których jeden obieg pracy realizowany jest w czasie czterech suwów tłoka, to znaczy w czasie dwóch obrotów wału korbowego, dwusuwowe, w których na jeden obieg pracy przypadają dwa suwy tłoka, to znaczy jeden obrót wału korbowego. Ze względu na kierunek nacisku czynnika roboczego na tłok silniki jednostronnego działania, silniki dwustronnego działania. Te ostatnie jako silniki wielkich mocy, dawniej szeroko stosowane na statkach, obecnie nie są już wykorzystywane do napędu statków. Podział według rodzaju zapłonu Ze względu na sposób zapalania mieszaniny paliwowo-powietrznej wyróżnia się: 4

5 Z zapłonem samoczynnym - w silnikach z zapłonem samoczynnym, zwanych również silnikami wysokoprężnymi, zapłon następuje po podgrzaniu mieszaniny paliwowopowietrznej do temperatury samozapłonu. Podgrzanie następuje na skutek sprężania ładunku czynnika roboczego w cylindrze. W silnikach tego typu paliwo doprowadzane jest w końcu suwu sprężania powietrza, gdzie odparowuje i następuje zapłon. Wyjątek stanowią wysokoprężne silniki dwupaliwowe, w których paliwo gazowe doprowadzane jest na początku suwu sprężania. Z obcym źródłem zapłonu - W silnikach z obcym źródłem zapłonu, zwanych często silnikami z zapłonem iskrowym, zapłon mieszaniny następuje od iskry elektrycznej. Ciśnienie sprężania w nich jest niższe niż w silnikach z zapłonem samoczynnym, a temperatura sprężanego powietrza jest niższa od temperatury zapłonu paliwa. Do grupy silników z obcym źródłem zapłonu należą również silniki dwupaliwowe (gaz i paliwo ciekłe), w których stosuje się dawkę zapłonową paliwa ciekłego. Podział według obiegu porównawczego Ze względu na teoretyczny obieg porównawczy wyróżnia się silniki ze spalaniem: przy stałej objętości (V=const) - silniki o niskim stopniu sprężania z obcym źródłem zapłonu, silniki iskrowe (obieg Otto), przy stałym ciśnieniu (p=const) - silniki o wysokim stopniu sprężania, paliwo rozpylane jest za pomocą sprężonego powietrza (obieg Diesla), przy stałej objętości i stałym ciśnieniu (obieg Sabathe) - wszystkie współczesne wysokoprężne silniki spalinowe z hydraulicznym rozpylaniem paliwa w cylindrze. 1. Obiegi teoretyczne silników Rys. 1. obieg Otto obieg Diesla obieg Sabathe Podział według rodzaju paliwa Według rodzaju stosowanego paliwa wyróżnia się silniki: gazowe - zasilane gazem ziemnym, generatorowym lub innymi rodzajami gazu, na paliwo ciekłe - zasilane benzyną, naftą, spirytusem, olejem napędowym lub olejem opałowym, wielopaliwowe - przystosowane do spalania paliw płynnych różnego pochodzenia lub paliwa gazowego i ciekłego. 5

6 Do tej ostatniej grupy należą silniki dwupaliwowe stosowane na zbiornikowcach do przewozu gazów LNG (Liquid Natural Gas). Podczas spalania paliwa gazowego w tych silnikach, paliwo ciekłe stosowane jest jako paliwo zapłonowe. Podział według sposobu zasilania paliwem Według sposobu zasilania paliwem i tworzenia mieszaniny palnej wyróżnia się silniki: Gaźnikowe - zasilane mieszaniną powietrza i par paliwa ciekłego lub mieszaniną powietrzno-gazową. Ilościowy skład mieszaniny zależy od warunków obciążenia silnika i reguluje samoczynnie urządzenie zwane gaźnikiem (dla paliw płynnych) lub zaworem mieszankowym dla paliw gazowych, Wtryskowe - zasilane powietrzem i oddzielnie paliwem płynnym; paliwo jest wtryskiwane do komory spalania w końcu suwu. Wtrysk paliwa stosuje się również w silnikach z zapłonem iskrowym. W tym wypadku wtrysk następuje do kanału dolotowego powietrza lub komory spalania. Skład mieszaniny reguluje elektroniczny układ regulacyjny. Podział według sposobu zasilania powietrzem Według sposobu zasilania powietrzem wyróżnia się silniki: Niedoładowane - w których powietrze lub mieszanina palna dopływa do cylindra pod wpływem podciśnienia wywołanego ruchem tłoka - suw ssania (silniki czterosuwowe), lub niewielkiego nadciśnienia wystarczającego do pokonania oporów przepływu ładunku (silniki dwusuwowe). Tego typu silniki nazywa się silnikami wolnossącymi, albo samozasysającymi, Doładowane - w których ładunek jest wstępnie sprężany przed doprowadzeniem do cylindra za pomocą specjalnych sprężarek. Silniki tego typu niekiedy nazywa się silnikami kombinowanymi, ponieważ obok silnika tłokowego posiadają dodatkową sprężarkę, najczęściej wirnikową, która podaje powietrze do silnika pod zwiększonym ciśnieniem. Podział według cech konstrukcyjnych W tej grupie wyróżnia się takie cechy, jak: liczbę i układ cylindrów, sposób prowadzenia tłoka, prędkość obrotową wału, średnią prędkość tłoka, nawrotność. Ze względu na liczbę i układ cylindrów wyróżnia się silniki: jednocylindrowe, wielocylindrowe, Silniki jednocylindrowe budowane są wyłącznie jako silniki małej mocy, zaś silniki wielocylindrowe jako rzędowe, widlaste i w układzie gwiaździstym oraz silniki z tłokami przeciwbieżnymi 6

7 Silniki rzędowe mogą być ustawione pionowo, poziomo lub pod pewnym kątem, w układzie od 2 do 12 cylindrów. Silniki widlaste mają kąt rozwidlenia 90, 60 lub 45, a liczba cylindrów wynosi od 8 do 16. Silniki tego typu są znacznie krótsze od silników rzędowych. Silniki gwiazdowe budowane są jako jedno i wielorzędowe, o nieparzystej liczbie cylindrów w rzędzie Ze względu na prędkość obrotową wału korbowego wyróżnia się silniki: wolnoobrotowe (n <250 obr/min), średnioobrotowe (250 < n < 1200 obr/min), szybkoobrotowe (n > 1200 obr/min). W literaturze spotyka się także inny podział wyróżniający dodatkowo grupę silników o podwyższonych obrotach 750 < n < 1500 obr/min. W tym wypadku granice silników średnio i szybkoobrotowych są odpowiednio przesunięte. Ze względu na średnią prędkość tłoka (C avrg ) wyróżnia się silniki: wolnobieżne (C avrg < 6 m/s), średniobieżne (6 < C avrg < 9 m/s), szybkobieżne (9 < C avrg < 15 m/s). Ze względu na nawrotność wyróżnia się silniki: nienawrotne o jednym kierunku obrotów w "prawo" lub "lewo" - kierunek obrotów w "prawo" przyjmuje się za zgodny z ruchem wskazówek zegara, widziany od strony koła zamachowego, nawrotne, mogące się obracać w obu kierunkach - nawrotność jest cechą charakterystyczną silników napędzających śrubę okrętową o stałym skoku. Ze względu na przeznaczenie wyróżnia się silniki: napędu głównego (bezpośredniego i pośredniego) - jako silniki napędu głównego bezpośredniego stosowane są zazwyczaj dwusuwowe, wolnoobrotowe silniki wodzikowe jednostronnego działania, o mocy do 5000 kw/cyl. i średnicy cylindra do 800 mm (rzadziej 1060 mm). Silniki takie wykonuje się jako nienawrotne, jeżeli przeznaczone są do bezpośredniego napędu śruby nastawnej i nawrotne - w wypadku śruby o stałym skoku. Jako silniki napędu głównego pośredniego, tak zwane silniki przekładniowe, wykorzystuje się czterosuwowe, średnioobrotowe silniki doładowane o mocy do 1500 kw/cyl. i prędkości obrotowej od 400 do 1500 obr/min. oraz średnicy cylindra od 250 do 650 mm. pomocnicze różnego przeznaczenia - zespołów prądotwórczych. Silniki poszczególnych grup, a także wewnątrz tych grup, mogą różnić się cechami konstrukcyjnymi. Wspólną cechą tych silników jest wielo-cylindrowość, wtrysk i samozapłon paliwa, a także rodzaj paliwa (olej napędowy lub opałowy) oraz doładowanie. 7

8 Obiegi cieplne silników spalinowych Obiegi teoretyczne i porównawcze służą do względnej oceny rzeczywistych procesów termodynamicznych. W obiegach teoretycznych czynnikiem roboczym jest gaz doskonały, co pozwala na porównanie rzeczywistych przebiegów zachodzących w silniku z założeniami, według których silnik powinien pracować. Obiegi teoretyczne: z doprowadzeniem ciepła przy stałej objętości - obieg Otto, z doprowadzeniem ciepła przy stałym ciśnieniu - obieg Diesla, z doprowadzeniem ciepła przy stałej objętości i stałym ciśnieniu - obieg Sabathe. Obieg porównawczy Do obliczeń cieplnych silnika wykorzystuje się obieg porównawczy, najczęściej obieg Sabathe. Obieg porównawczy umożliwia dokonanie oceny procesów zachodzących w rzeczywistym silniku w sposób bardziej zbliżony do obiegu rzeczywistego niż obieg teoretyczny. Obieg rzeczywisty Różnice między obiegami teoretycznymi i rzeczywistymi wynikają z warunków w jakich te procesy zachodzą i dotyczą: napełnianie cylindra powietrzem, procesu sprężania, procesu spalania, procesu rozprężania, wylotu spalin. Literatura 1. Piotrowski I. Witkowski K, Okrętowe silniki spalinowe, Trademar, Gdynia Temat 2 (16 godzin): Podstawowe instalacje siłowni okrętowych Zagadnienia: A. Podstawowe instalacje siłowni okrętowych; (1h) B. Instalacje chłodzenia silników wodą słodką; (2h) C. Instalacje wody morskiej; (1h) D. Instalacja oleju smarnego; (2h) E. Instalacja paliwowa; (3h) F. Instalacja sprężonego powietrza; (1h) G. Budowa i obsługa kotłów parowych; (2h) H. Instalacja parowa pomocnicza; (2h) I. Instalacje ogólnookrętowe; (2h) 8

9 Zagadnienie: 2.A Podstawowe instalacje siłowni okrętowych Zadania i podział instalacji, schematy ideowe oraz podstawy ich budowy i eksploatacji. Budowa instalacji obsługujących silniki okrętowe tłokowe główne i pomocnicze. Podstawy budowy i eksploatacji instalacji: zasilania paliwem, smarowej, chłodzenia, sprężonego powietrza - rozruchowego. Literatura 1. Urbański P., Instalacje okrętów i obiektów oceanotechnicznych: instalacje spalinowych siłowni okrętowych, Politechnika Gdańska, 1994, 2. Wojnowski W.: Okrętowe siłownie spalinowe, Tom II, Politechnika Gdańska, Zagadnienie: 2.B Instalacje chłodzenia silników wodą słodką Czynniki wpływające na prawidłowe chłodzenie cylindrów i ich wpływ na rozwiązanie i eksploatację systemu. Chłodzenie silników, układy chłodzenia cylindrów silników wolnoobrotowych i średnioobrotowych, rola zbiornika wyrównawczego, grzanie silnika, odpowietrzanie systemu, wpływ wyparownika próżniowego na eksploatację systemu, parametry ruchowe systemu i ich regulowanie, instalacja chłodzenia cylindrów z ciśnieniowym zbiornikiem wyrównawczym. Zasada przepływu w obiegu niskotemperaturowym i wysoko-temperaturowym, parametry eksploatacyjne i regulacja instalacji. Chłodzenie tłoków wodą słodką, zalety i wady wody słodkiej jako czynnika chłodzącego tłoki, schemat podstawowy instalacji, jej elementy składowe i aspekty eksploatacyjne. Chłodzenie wtryskiwaczy, instalacje podstawowe na wodę słodką, olej smarowy i olej napędowy, zasady eksploatacji poszczególnych instalacji. Chłodzenie silników okrętowych - wiadomości podstawowe Chłodzenie silnika wynika z potrzeby utrzymania temperatury elementów tworzących komorę spalania - głowicy, tłoka, tulei cylindrowej na poziomie gwarantującym ich poprawne działanie, niezawodność i trwałość. Chłodzi się także łożyska oraz prowadnice wodzika, to znaczy te elementy silnika, które nagrzewają się kosztem ciepła równoważnego stratom tarcia. Oprócz elementów silnika chłodzi się także powietrze ładujące. Chłodzenie silnika powoduje nieuniknione straty energetyczne wynoszące ok % energii doprowadzanej w paliwie. Jako czynnik chłodzący stosuje się: 1. wodę słodką, 2. olej smarny, do chłodzenia tłoków i łożysk, 3. wodę zaburtową (morską) do chłodzenia powietrza ładującego. Pobrane z silnika ciepło woda słodka i olej smarny oddają w chłodnicach wodzie zaburtowej. Zadania układu chłodzenia silników okrętowych Celem chłodzenia silnika spalinowego jest: 1. utrzymanie stałych, dopuszczalnych wartości (niezależnie od obciążenia) średnich temperatur jego elementów, 9

10 2. wyrównanie, w możliwie największym stopniu, temperatur w różnych punktach chłodzonych elementów. Podstawowym warunkiem stałości temperatury chłodzonych części silnika są ustalone obciążenia silnika i warunki jego chłodzenia, kiedy to ilość ciepła przejmowana przez silnik równa się ilości ciepła oddawanego czynnikom chłodzącym. W zmiennych warunkach obciążenia występują nieznaczne wahania temperatur elementów chłodzonych. Czynnikami ograniczającymi maksymalną temperaturę elementów chłodzonych są: 1. spadek wytrzymałości materiału, 2. wzrost naprężeń cieplnych, 3. rozszerzalność materiałów i wynikający stąd zanik luzów, których wartość określają względy ruchowe w stanie zimnym silnika. Ze względu na smarowanie tulei cylindrowej temperatura jej ścianki nie może przekraczać określonej wartości. W zbyt wysokiej temperaturze olej doprowadzony na gładź cylindrową ulegałby koksowaniu i spalaniu. Gdyby elementy silnika, stykające się bezpośrednio ze spalinami nie były chłodzone, ich maksymalne temperatury wynosiłyby, co najmniej C. Współczesne stosowane materiały konstrukcyjne nie są odporne na tak wysokie temperatury. Elementy silnika wymagające chłodzenia - czynniki chłodzące We współczesnych silnikach okrętowych chłodzi się te elementy i zespoły, które stykają się bezpośrednio ze spalinami lub, na których powierzchniach powstają znaczne ilości ciepła wskutek tarcia. Chłodzenia wymagają: tuleje cylindrowe, głowice, korpusy zaworów wylotowych, korpusy turbosprężarek, tłoki (jeśli D>300 mm), wtryskiwacze, prowadnice wodzików, łożyska układu tłokowo-korbowego (łożyska wodzikowe. korbowe, główne i oporowe). Wymienione elementy, z wyjątkiem łożysk, są chłodzone czynnikami chłodzącymi obiegowym lub przepływającymi w specjalnie do tego celu przewidzianych instalacjach, natomiast. Łożyska układu tłokowo-korbowego chłodzi się olejem, którego głównym zadaniem jest smarowanie współpracujących powierzchni. Oprócz elementów silnika chłodzone są także czynniki z nim współpracujące, jak powietrze ładujące i olej obiegowy. Do chłodzenia elementów silników okrętowych stosuje się głównie wodę słodką. Rolę czynnika chłodzącego spełnia także olej smarowy i w ograniczonym stopniu olej napędowy. Wodą słodką chłodzi się tuleje cylindrowe, głowice, korpusy zaworów wylotowych, korpusy turbosprężarek strony spalinowej, tłoki oraz wtryskiwacze. Woda słodka używana do chłodzenia współczesnych silników musi odpowiadać określonym wymogom jakościowym, a w szczególności nie może powodować powstawania osadów kamienia kotłowego i szlamów oraz korozji na omywanych powierzchniach. Z tych 10

11 względów zaleca się stosowanie destylatu wody słodkiej, kondensatów z systemu parowego lub wodę odmineralizowaną z dodatkiem odpowiedniej jakości inhibitorów korozji. Ciepło chłodzenia Ilość ciepła przejmowana przez czynniki chłodzące (straty chłodzenia) zależy od mocy silnika i stopnia jego obciążenia, sposobu pracy silnika (dwu, czy czterosuwowy), stopnia doładowania oraz od wielu innych czynników zarówno konstrukcyjnych, jak i eksploatacyjnych. Straty chłodzenia wyznacza się w stosunku do jednostkowej pracy silnika: Qch qch Pe gdzie: Q ch [kj/h] godzinowe straty chłodzenia, P e moc użyteczna silnika [kw]. Z czynników konstrukcyjnych wpływających na straty chłodzenia należy wymienić: 1. kształt komory spalania, 2. rodzaj materiału tłoka i sposób jego chłodzenia. Silniki z wtryskiem bezpośrednim, dla których stosunek powierzchni do objętości komory spalania jest mniejszy niż dla silników z komorami dzielonymi, mają z tego powodu mniejsze straty chłodzenia. Chłodzenie tłoków oraz stosowanie do ich budowy stopów lekkich wpływa na wzrost ciepła przenikającego do czynników chłodzących. Ważniejszymi czynnikami eksploatacyjnymi wpływającymi na straty chłodzenia są: 1. moment zapłonu i przebieg spalania, 2. stopień obciążenia silnika, 3. prędkość obrotowa. Należy dążyć do zachowania prawidłowych warunków zapłonu i spalania, gdyż zarówno przedwczesny zapłon (wzrost maksymalnej temperatury spalania), jak i za późny oraz związane z tym przewlekłe spalanie (duże, odsłonięte przez tłok powierzchnie komory roboczej) wpływają niekorzystnie na wzrost strat chłodzenia. Jeżeli czynniki konstrukcyjne wpływające na straty chłodzenia nie wywierają zasadniczego wpływu na wielkość łączonych strat, a jedynie wpływają na ich przegrupowanie (spadek lub wzrost strat w spalinach kosztem wzrostu lub spadku strat chłodzenia), to wzrost strat chłodzenia wywołany czynnikami eksploatacyjnymi, odbywający się kosztem spadku mocy efektywnej silnika, powoduje spadek jego sprawności. Na straty chłodzenia składają się: 1. straty chłodzenia tulei cylindrowych i głowic, 2. straty chłodzenia tłoków, 3. straty chłodzenia wtryskiwaczy, 4. straty chłodzenia turbosprężarek, 5. straty chłodzenia oleju smarowego, 6. straty chłodzenia oleju smarowego turbosprężarek, 7. straty chłodzenia powietrza ładującego. Jednostkowe ciepło chłodzenia q ch dla doładowanych silników wynosi orientacyjnie: małej mocy i zespołów prądotwórczych kj/kwh, 11

12 czterosuwowych średniej mocy kj/kwh, czterosuwowych dużej mocy kj/kwh, dwusuwowych średniej mocy kj/kwh, dwusuwowych dużej mocy kj/kwh. Najistotniejszym składnikiem strat chłodzenia jest ciepło chłodzenia tulei cylindrowej i głowic. Ciepło to przejmowane przez wodę chłodzącą w obiegu chłodzenia tulei cylindrowych i głowic wynosi orientacyjnie dla doładowanych silników: czterosuwowych małej mocy kj/kwh, czterosuwowych dużej mocy kj/kwh, dwusuwowych średniej mocy kj/kwh, dwusuwowych dużej mocy kj/kwh. Jeżeli z tego obiegu chłodzi się korpusy turbosprężarek, to podane wartości są większe o kj/kwh. Ciepło chłodzenia tłoków jest znaczącą pozycją strat w bilansie strat chłodzenia, wynosi ono dla: czterosuwowych silników średniej mocy kj/kwh, czterosuwowych silników dużej mocy kj/kwh, dwusuwowych silników średniej mocy kj/kwh, dwusuwowych silników dużej mocy kj/kwh. Straty chłodzenia wtryskiwaczy są niewielkie i dla wszystkich typów silników mieszczą się w granicach 5070 kj/kwh. Olej smarowy podgrzewa się kosztem ciepła równoważnego stratom tarcia i ciepła chłodzenia tłoków. Przeciętne wartości wynoszą dla: czterosuwowych silników z tłokami chłodzonymi olejem kj/kwh, dwusuwowych silników z tłokami chłodzonymi olejem kj/kwh, dwusuwowych silników z tłokami chłodzonymi wodą 7080 kj/kwh. Z powyższego wynika, że decydujący udział w stratach chłodzenia oleju ma ciepło chłodzenia tłoków. Jednym ze sposobów zwiększenia gęstości powietrza ładującego, a przez to masy ładunku doprowadzanego do silnika jest obniżenie jego temperatury. Odbywa się to w chłodnicach powietrza. Ciepło chłodzenia powietrza ładującego zależy głównie od stopnia doładowania silnika i wynosi od kj/kwh dla silników umiarkowanie doładowanych do kj/kwh dla silników wysokoładowanych. Instalacje chłodzenia Silniki okrętowe chłodzi się z zasady wodą słodką. Tylko małe silniki napędu głównego na jednostkach pomocniczych - łodziach roboczych lub ratunkowych mogą być chłodzone wodą morską. Wyjątek stanowią silniki chłodzone powietrzem, na wzór niektórych silników pojazdów mechanicznych. W grupie tej spotyka się, między innymi, silniki awaryjne zespołów prądotwórczych. Dalsze rozważania będą dotyczyć chłodzenia silników wodą. 1. Chłodzenie bezpośrednie, 2. Chłodzenie pośrednie. 12

13 Literatura 1. Urbański P., Instalacje okrętów i obiektów oceanotechnicznych: instalacje spalinowych siłowni okrętowych, Politechnika Gdańska, 1994, 2. Wojnowski W.: Okrętowe siłownie spalinowe, Tom II, Politechnika Gdańska, Zagadnienie: 2.C Instalacje wody morskiej Ogólna charakterystyka, połączenia szeregowe, równoległe i mieszane elementów chłodzonych, właściwości eksploatacyjne systemu, regulacja parametrów, zapobieganie korozji, erozji i osadom. Centralne instalacje chłodzenia: zalety i wady, układy podstawowe. Zasady eksploatacji pomp stosowanych w tych układach i chłodnic centralnych. Literatura 1. Urbański P., Instalacje okrętów i obiektów oceanotechnicznych: instalacje spalinowych siłowni okrętowych, Politechnika Gdańska, 1994, 2. Wojnowski W.: Okrętowe siłownie spalinowe, Tom II, Politechnika Gdańska, Zagadnienie: 2.D Instalacja oleju smarnego Instalacja oleju cylindrowego: budowa i zasada działania. Cechy instalacji konwencjonalnej lubrykatorowej oraz współczesnej obiegowej, sterowanej elektronicznie. Instalacja obiegowego smarowania i chłodzenia tłoków: instalacja poboru i transportu oleju. Instalacje obiegowe smarowania silników okrętowych, elementy składowe instalacji ich budowa i zasady eksploatacji (zbiorniki obiegowe, pompy obiegowe, chłodnice, filtry). Instalacje obiegowe smarowania: przekładni, turbosprężarek i wałów śrubowych. Instalacja olejowa oczyszczająca: zbiorniki, układ wirówek oraz dobór wydajności wirówki i krotności wirowania oleju obiegowego przy wirowaniu ciągłym, filtrowanie niepełno-przepływowe, współczesny system oczyszczania oleju obiegowego. Wiadomości ogólne Instalacje oleju smarowego siłowni spalinowych związane są przede wszystkim z obecnością spalinowych silników tłokowych. Silniki te w odróżnieniu od pozostałych maszyn i urządzeń zainstalowanych na statku charakteryzują się specyficznymi warunkami ich smarowania, czego konsekwencją jest istnienie dość rozbudowanej zewnętrznej instalacji oleju smarowego. Pozostałe maszyny i urządzenia siłowni wymagające smarowania, takie jak np. przekładnie, sprężarki powietrza, sprężarki chłodnicze itp. mają własne niezależne układy smarowania. Jest to podyktowane innymi wymaganiami, jakie muszą spełniać stosowane w tych urządzeniach oleje smarowe. Zadaniem instalacji oleju smarowego jest: 1. przyjmowanie i przechowywanie zapasów potrzebnych rodzajów olejów smarowych, 2. uzupełnianie ubytków oleju, 3. doprowadzanie oleju smarowego i chłodzącego o odpowiednich parametrach, 13

14 4. oczyszczanie oleju smarowego, 5. przechowywanie i oddawanie oleju nie nadającego się do dalszego użytkowania. Te wielorakie funkcje w odniesieniu do tłokowych silników spalinowych spełniają następujące instalacje oleju smarowego: 1. Instalacja transportowa, 2. Instalacja oczyszczająca, 3. Instalacja obiegowego smarowania i chłodzenia, 4. Instalacja oleju cylindrowego. Mimo odrębnych zadań jakie te instalacje spełniają, są one ze sobą w większym lub mniejszym stopniu funkcjonalnie powiązane tworząc system oleju smarowego. W silniku spalinowym olej smarowy służy do smarowania współpracujących ze sobą części i odprowadzania ciepła tarcia, co zabezpiecza te części przed nadmiernym zużyciem. Olej smarowy zabezpiecza smarowane części, głównie łożyska i tuleje cylindrowe, przed korozją oraz utrzymuje je w czystości. W niektórych typach silników wodzikowych i z reguły w silnikach bezwodzikowych o większych średnicach cylindrów olej smarowy jest stosowany do chłodzenia tłoków. Rzadziej olej smarowy jest stosowany do chłodzenia wtryskiwaczy (silniki Sulzera A25). Wymagania i charakterystyka głównych elementów instalacji oleju smarowego Zbiornik obiegowy Ściekowy zbiornik obiegowy jest zbiornikiem bezciśnieniowym wstawianym lub kadłubowym umieszczonym w dnie podwójnym. Końce rur ściekowych z miski olejowej silnika do zbiornika ściekowego powinny są tak rozmieszczone, aby podczas pracy silnika były one stale zanurzane w oleju. Zbiorniki oleju smarowego są oddzielone od zbiorników paliwa ciekłego i wody kotłowej przedziałami ochronnymi. Jeżeli takich przedziałów nie przewidziano, to na rurociągach ściekowych z karterów silników są zainstalowane zawory zwrotne lub zaporowe, sterowane znad podłogi maszynowni, celem uniemożliwienia przedostania się wody do silnika i siłowni przy uszkodzeniu poszycia w obrębie zbiornika oleju. Jeżeli zbiornik jest typu kadłubowego, to jest zapewniony swobodny przepływ oleju do końcówek ssących pomp obiegowych oraz oleju, szlamu i wody oraz do końcówek ssących pomp zasilających wirówek, przez zastosowanie odpowiednio dużych otworów w dennikach. Instalacja oleju smarowego obiegowego ze ściekowym zbiornikiem obiegowym, zwana również instalacją z suchą misą olejową (suchym karterem), jest stosowana dla wolnoobrotowych silników większej mocy, napędzających śrubę. W instalacjach tego typu olej po przejściu przez punkty smarne oraz olej spływający z chłodzonych tłoków ścieka rurami ściekowymi do ściekowego zbiornika obiegowego usytuowanego w dnie podwójnym pod silnikiem. Aby zapobiec gromadzeniu się oleju w misie olejowej silnika, w przypadku istnienia przegłębienia rufowego względnie dziobowego, stosuje się, co najmniej dwie rury ściekowe. Połączenie misy olejowej ze zbiornikiem musi być wykonane jako elastyczne, ze względu na drgania występujące w czasie pracy silnika. 14

15 Zbiornik oleju zużytego Do przechowywania oleju zużytego, tj. oleju, który utracił swoje właściwości w takim stopniu, że nie nadaje się do dalszej eksploatacji instaluje się zbiornik oleju zużytego, zwany również zbiornikiem oleju brudnego. Zbiornik ten powinien mieć taką samą pojemność, co zbiornik obiegowy silnika głównego. Zbiornik ten z reguły umieszcza się w dnie podwójnym. Jest on opróżniany w porcie pompą transportową. Zbiornik zapasowy oleju obiegowego Na statkach nieograniczonego rejonu i ograniczonego rejonu żeglugi przewiduje się rezerwowy zbiornik o pojemności wystarczającej do napełnienia olejem układu smarowania do stanu roboczego. W zbiorniku tym, noszącym nazwę zbiornika zapasowego, przechowywany jest zapas oleju umożliwiający całkowitą wymianę oleju w obiegu jak również uzupełnianie naturalnych ubytków oleju spowodowanych nieszczelnościami, stratami w procesie wirowania itp. Ponieważ silniki pomocnicze mają własne, niezależne układy smarowania, mają one również odrębny zbiornik zapasowy oleju smarowego. Zbiornik ten jest prawie zawsze zbiornikiem umieszczonym poza dnem podwójnym. Pompy Jako pompy oleju obiegowego stosowane są z reguły pompy śrubowe napędzane silnikami elektrycznymi, względnie pompy zębate napędzane od silnika. Instalacja oleju smarowego jednego silnika głównego powinna być obsługiwana, przez co najmniej dwie pompy, z których każda powinna mieć wydajność wystarczającą do pracy silnika. Jedna z pomp może być napędzana przez silnik. W silnikach z suchą misą olejową i pompą osuszającą warunek ten uważa się za spełniony, jeżeli możliwa jest awaryjnie praca silnika z mokrą misą olejową i czynnej tylko jednej (dowolnej) pompie oleju smarowego. Zależnie od rozwiązania i usytuowania zbiornika obiegowego rozróżnia się trzy typy instalacji obiegowego smarowania i chłodzenia silników. Na statkach ograniczonego rejonu żeglugi niezależnie od liczby silników głównych, mogą nie być zainstalowane pomp rezerwowe. Jako pompy transportowe stosowane są pompy zębate i łopatkowe (z tłokiem obrotowym) napędzane silnikami elektrycznymi, a jako pompy rezerwowe oraz dla mniejszych wydajności pompy tłokowe z napędem ręcznym. W instalacjach z dwoma silnikami głównymi są przewidziane po jednej pompie dla każdego z silników oraz jedna niezależna pompa rezerwowa o wydajności wystarczającej do pracy każdego silnika. Filtry Celem ochrony przed przedwczesnym zużyciem części smarowanych silnika, przekładni oraz samych pomp w instalacjach oleju smarowego instaluje się filtry. Na rurociągach układów smarowania obiegowego powinny być zainstalowane na: 1. rurociągu ssącym pomp przekładni zębatych - filtr magnetyczny, 2. rurociągu ssącym pompy - jeden filtr zgrubny (siatka), 15

16 3. rurociągu tłoczącym pompy - dwa filtry równoległe, jeden przełączalny filtr podwójny lub jeden filtr samo oczyszczający się. Wymiar oczek siatek filtrów instalowanych na tłoczeniu pomp obiegowych wynosi 30 do 50 m. Przepustowość każdego filtru oleju smarowego powinna być o 10% większa od wydajności największej pompy w obiegu. Filtry nie powinny być przewymiarowane, ponieważ stwierdzono zjawisko katalitycznego oddziaływania materiału siatki na proces starzenia oleju i związane z tym procesem wyczerpywanie się zawartych w oleju dodatków uszlachetniających. Dodatkowe filtry (zazwyczaj podwójne) instaluje się również w układzie smarowania łożysk turbozespołów doładowujących oraz w odrębnych obiegach smarowania łożysk wału rozrządczego (silniki Burmaister & Wain) i wodzików (np. silniki Szulera typu RND-M) Chłodnice Zadaniem chłodnic w instalacjach obiegowego smarowania i chłodzenia silników jest odprowadzanie ciepła tarcia części smarowanych oraz ciepła olejowego chłodzenia tłoków. Czynnikiem odbierającym ciepło od oleju smarowego jest woda zaburtowa (morska), a w centralnych układach chłodzenia woda słodka. W instalacjach dużych, wolnoobrotowych silników najczęściej stosowane są dwuprzepływowe chłodnice płaszczowo-rurowe z przegrodami segmentowymi, oraz chłodnice płytowe. W układach obiegowego smarowania silników pomocniczych spotyka się również chłodnice rurowe innych typów, niekiedy konstrukcyjnie zespolone z chłodnicą wody. Chłodnice takie łącznie z pozostałymi elementami instalacji oleju smarowego są dostarczane razem z silnikiem. Układ rurociągów Jeżeli w siłowni znajdują się dwa lub więcej głównych silników, każdy z nich powinien mieć własny, niezależny układ smarowania z osobnym zbiornikiem obiegowym. Takie rozwiązanie eliminuje możliwość zanieczyszczenia oleju we wszystkich silnikach w wypadku awaryjnego zanieczyszczenia oleju w jednym z obiegów smarowania. Również każdy silnik pomocniczy powinien mieć własny niezależny układ smarowania. W silnikach tych najczęściej spotykanym rozwiązaniem jest umieszczenie na silniku całej instalacji obiegowego smarowania silnika, składającej się z pompy (lub pomp) napędzanej od silnika, chłodnicy, filtra (filtrów), rurociągów i armatury. Instalacje oleju cylindrowego silników spalinowych Do smarowania gładzi tulei cylindrowych dużych, wolnoobrotowych silników wodzikowych stosuje się specjalne gatunki olejów smarowych zwane olejami cylindrowymi. Oleje te w porównaniu z obiegowymi olejami smarowymi charakteryzują się wysoką, rzędu około l00 mgkoh/g, wartością całkowitej liczby zasadowej, większą lepkością w granicach cst w 50 C, co odpowiada klasie lepkości SAE 40 i SAE 50, oraz tworzeniem małej ilości osadów po ich spaleniu. Oleje te dzięki dużej alkaliczności zabezpieczają tuleję cylindrową, przed tzw. zużyciem korozyjnym związanym z obecnością siarki w paliwie i umożliwiają spalania w tych silnikach paliw pozostałościowych (olejów ciężkich) o zawartości siarki dochodzącej nawet do 5%. 16

17 Przy smarowaniu gładzi tulei cylindrowych istotne jest doprowadzanie do cylindrów oleju o określonym ciśnieniu i w odpowiedniej ilości, ponieważ zarówno zbyt małe jak i zbyt intensywne smarowanie pociąga za sobą zwiększone zużycie tulei cylindrowej i pierścieni tłokowych. Przy zbyt małej ilości doprowadzanego oleju może występować lokalnie przerwanie filmu olejowego prowadzące do zwiększonego zużycia, natomiast przy zbyt dużej ilości oleju smarowego pojawia się w cylindrze zwiększona ilość osadów (koksu) pozostających po spaleniu oleju, co prowadzi do zwiększonego zużycia współpracujących części. Instalacje smarowania tulei cylindrowych konstrukcje nowej generacji Koszty eksploatacyjne wynikające ze zużycia oleju cylindrowego są bardzo wysokie. Nawet niewielka różnica jednostkowego zużycia oleju cylindrowego wynosząca 0.1 g/kwh może przynieść znaczne oszczędności. Stąd, trwają intensywne poszukiwania sposobów poprawienia skuteczności smarowania tulei cylindrowej i jednocześnie obniżenia jego zużycia. Olej cylindrowy musi być wtryśnięty do wnętrza tulei precyzyjnie i w określonej ilości. Nie można tego uzyskać wykorzystując konwencjonalne układy zaprezentowane wcześniej. Firma MAN B&W w 1998 roku wprowadziła elektroniczny układ smarowania tulei cylindrowych Alpha. Zasada działania tego układu opiera się na zasadzie zmniejszenia ilości wtrysków dawek oleju i mogą one wynosić: jeden wtrysk na cztery lub więcej obrotów silnika. Instalacja obiegowego smarowania i chłodzenia silników spalinowych Smarowanie łożysk głównych i korbowodowych, łożysk wału rozrządczego, łożysk ślizgowych turbozespołów doładowujących oraz wszelkich pozostałych, wymagających smarowania elementów silnika, jak również chłodzenie olejowe tłoków odbywa się obiegowo pod ciśnieniem. W instalacji obiegowego smarowania i chłodzenia, olej o odpowiednim ciśnieniu i temperaturze, a tym samym lepkości, jest doprowadzany do poszczególnych miejsc wymagających smarowania względnie chłodzenia dzięki ciśnieniu wytwarzanemu przez pompę obiegową. Po spełnieniu przez olej swoich, funkcji smarowania i chłodzenia, olej spływa grawitacyjnie do misy olejowej l silnika, względnie do zbiornika znajdującego się pod silnikiem, skąd jest zasysany i tłoczony do silnika przez pompę, krążąc w obiegu - stąd nazwa smarowania względnie chłodzenia obiegowego. Olej przepływając przez silnik podgrzewa się, odprowadzając w ten sposób ciepło tarcia smarowanych części, a w niektórych silnikach również ciepło chłodzenia tłoków. Dla zapewnienia stałej temperatury, a tym samym i lepkości oleju doprowadzanego do silnika instaluje się na tłoczeniu pompy chłodnicę3, w której woda zaburtowa schładza krążący w obiegu olej do wymaganej temperatury regulowanej zaworem termostatycznym. Takie usytuowanie chłodnicy zapewnia dobre warunki zasysania oleju przez pompę oraz uniemożliwia w czasie pracy silnika zanieczyszczenie oleju obiegowego wodą zaburtową. Ponieważ ciśnienie oleju w obiegu jest wyższe od ciśnienia wody chłodzącej, w przypadku powstania nieszczelności w chłodnicy, spowodowanej np. pęknięciem rurki, obserwować się 17

18 będzie ubytek oleju w obiegu, a nie jego zanieczyszczenie wodą, prowadzące w konsekwencji do korozji i awarii silnika. Podczas smarowania i chłodzenia silnika w oleju smarowym pojawiają się różnego rodzaju stałe zanieczyszczenia, jak: cząstki metalu, rdzy, piasku, koksu itp. Celem ochrony części smarowanych przed ich przedwczesnym zużyciem w każdym obiegu oleju smarowego jest zainstalowany filtr 5. Jeśli chodzi o usytuowanie filtra w obiegu, spotyka się umieszczanie filtra zarówno przed jak i za chłodnicą. Umieszczenie filtra przed chłodnicą zabezpiecza chłodnicę przed gromadzeniem się w niej zanieczyszczeń oraz pozwala na filtrację oleju przy mniejszej różnicy ciśnień. Takie usytuowanie filtra nie zabezpiecza jednak silnika przed możliwością przedostania się skupisk zanieczyszczeń, które mogą przypadkowo oderwać się w chłodnicy po dłuższym okresie jej eksploatacji. Pełne zabezpieczenie silnika przed możliwością przedostania się zanieczyszczeń, które mogłyby spowodować uszkodzenie smarowych części, zapewnia umieszczenie filtra za chłodnicą, możliwie jak najbliżej silnika. Takie usytuowanie filtra jest zalecane obecnie przez większość producentów silników, wymaga jednak stosowania filtrów dopuszczających większą różnicę ciśnień na siatkach filtracyjnych. Literatura 1. Urbański P., Instalacje okrętów i obiektów oceanotechnicznych: instalacje spalinowych siłowni okrętowych, Politechnika Gdańska, 1994, 2. Wojnowski W.: Okrętowe siłownie spalinowe, Tom II, Politechnika Gdańska, Zagadnienie: 2.E Instalacja paliwowa Wymagania norm i wytwórców silników dotyczące paliw okrętowych oraz wpływ własności paliw na budowę i eksploatację systemu. Instalacja paliwowa transportowa: instalacja pobierania, przechowywania i transportu paliwa, zabezpieczenia przed wylewem paliwa, przechowywanie, zdawanie i utylizacja odpadów paliwowych. Instalacja paliwowa oczyszczająca: metody oczyszczania paliw okrętowych, czynniki decydujące o prawidłowym oczyszczaniu paliwa w wirówkach i ich wpływ na budowę i eksploatację systemu oczyszczania, budowa i eksploatacja zbiorników osadowych, zastosowanie niekonwencjonalnych metod oczyszczania i uzdatniania paliwa (homogenizatory, filtry niepełno-przepływowe, dodatki do paliw), współczesny układ oczyszczania. Instalacja paliwowa zasilająca: układ atmosferyczny (konwencjonalny) i ciśnieniowy na olej opałowy, układ elementów układu, rola zbiornika zwrotnego (odpowietrzającego), podgrzewanie i regulacja lepkości paliwa przed silnikiem, filtrowanie paliwa w układzie zasilającym, regulacja ciśnienia paliwa, instalacje zasilające na paliwo zmieszane, instalacje jednopaliwowe siłowni, instalacja zasilająca kotła pomocniczego. Zadania Zadaniem instalacji paliwa jest: przyjmowanie - bunkrowanie i przechowywanie paliwa, oczyszczanie paliwa, 18

19 doprowadzanie odpowiednio przygotowanego paliwa do silników, kotłów i innych urządzeń energetycznych. Cechą charakterystyczną tych instalacji jest spełnianie określonych wymagań związanych z rodzajem stosowanego paliwa i zasilanymi urządzeniami, przy równoczesnym zapewnieniu pełnego bezpieczeństwa przeciwpożarowego. Z tych też powodów instalacje paliwa ciekłego na statkach są projektowane szczególnie starannie i uwzględniają zarówno przepisy Towarzystw Klasyfikacyjnych jak i zalecenia producentów urządzeń okrętowych. W skład systemu instalacji paliwa ciekłego siłowni spalinowych wchodzą następujące instalacje: 1. Instalacje transportowe; 2. Instalacje oczyszczające; 3. Instalacje zasilania silników i kotłów pomocniczych. Paliwa ciekłe stosowane w siłowniach spalinowych Paliwa ciekłe stosowane w silnikach z zapłonem samoczynnym noszą ogólną nazwę olejów pędnych. Aktualnie stosowane paliwa w okrętowych silnikach spalinowych są pochodzenia mineralnego i stanowią produkty przeróbki ropy naftowej. Oleje pędne pochodzenia mineralnego można podzielić na dwie grupy, różniące się w istotny sposób pod względem własności fizycznych, zawartości zanieczyszczeń i ceny, a mianowicie na: Oleje napędowe lekkie - destylowane, do których zalicza się również oleje gazowe, są paliwami o wyższej jakości, a więc droższymi i stanowią czyste frakcje z procesów destylacji zachowawczej lub rozkładowej ropy naftowej względnie ich mieszaniny. Oleje napędowe charakteryzują się niewielką gęstością, lepkością oraz małą zawartością zanieczyszczeń, dzięki czemu mogą być spalane w silnikach bez konieczności specjalnego ich oczyszczania i podgrzewania przed silnikiem. Silniki o prędkościach obrotowych n > 1000 obr/min. (np. silniki zespołów awaryjnych oraz niektóre typy silników napędzających prądnice) wymagają stosowania paliw charakteryzujących się małą zwłoką zapłonu, a więc wysoką liczbą cetanową, w granicach 45 do 50. Paliwami takimi są oleje napędowe lekkie. Ponieważ lepkość olejów napędowych w temperaturze 20 C zawarta jest w granicach wymaganych dla zapewnienia prawidłowego rozpylenia paliwa, oleje napędowe nie wymagają podgrzewania przed ich doprowadzeniem do pomp wtryskowych. Dla silników średnioobrotowych (n = obr/min.) liczba cetanową powinna wynosić, co najmniej 35 oznacza to, że w takich silnikach mogą być spalane oleje ciężkie o lepkości nie przekraczającej 500 sec. Red. I w temperaturze 37,8 C. W silnikach przystosowanych do spalania olejów ciężkich, oleje napędowe lekkie mogą być stosowane jako paliwo przy rozruchu silnika, manewrach i zatrzymaniu silnika (starsze typy). Ciężkie oleje napędowe, zwane również paliwami pozostałościowymi lub niezupełnie słusznie olejami opałowymi, są paliwami gorszej jakości, a więc znacznie tańszymi. Stanowią one mieszaniny pozostałości podestylacyjnych lub po-krakingowych z nieznacznym dodatkiem oleju napędowego lekkiego, którego zadaniem jest zmniejszenie ich lepkości do określonego poziomu. Oleje ciężkie charakteryzuje duża gęstość, lepkość oraz znaczna zawartość zanieczyszczeń, co stwarza konieczność ich oczyszczania i podgrzewania zarówno celem umożliwienia ich bunkrowania, pompowania, oczyszczania, jak i prawidłowego rozpylania w procesie wtrysku. 19

20 Przy spalaniu olejów ciężkich istotną rolę odgrywają zanieczyszczenia występujące w tych paliwach. Paliwa ciężkie z dużą zawartością popiołu, wanadu i sodu są niekorzystne, ponieważ te zanieczyszczenia zwiększają zużycie tulei cylindrowej i pierścieni tłokowych oraz powodują korozję wysokotemperaturową i niskotemperaturową. Na ten rodzaj korozji (wysokotemperaturowej) są narażone szczególnie zawory wylotowe silników czterosuwowych. Stosunkowo wysoka zawartość siarki występująca w olejach ciężkich wymaga odpowiedniego doboru olejów cylindrowych oraz stwarza niebezpieczeństwo występowania korozji niskotemperaturowej tulei cylindrowych, rurociągów instalacji wydechowych, tłumika i kotła na spaliny odlotowe, szczególnie w przypadku przekroczenia punktu rosy spalin. Duża ilość zanieczyszczeń występujących w paliwach ciężkich oznacza, więc konieczność ich odpowiedniego oczyszczania, które jest realizowane w zbiornikach osadowych, wirówkach i filtrach. W silnikach wolno i średnioobrotowych, zarówno głównych jak i pomocniczych, mogą być spalane oleje ciężkie o tym wyższej lepkości im mniejsza jest prędkość obrotowa silnika. W silnikach wolnoobrotowych liczba cetanowa paliwa powinna wynosić, co najmniej 25, czemu odpowiada lepkość 3500 sec. Red. I w 37,8 C (max sec. Red. I w 37,8 C). Podstawowe wymagania i charakterystyka głównych elementów instalacji paliwowej Usytuowanie i konstrukcja zbiorników paliwa Zbiorniki paliwa mogą być usytuowane zarówno w pomieszczeniach maszynowych, lub też poza nimi, np. na otwartych pokładach i w nadbudówkach. Niezależnie od wielkości i typu statku wybór miejsca umieszczenia zbiorników paliwa podyktowany jest bezpieczeństwem przeciwpożarowym, zarówno w sensie możliwości zapalenia się paliwa ciekłego lub jego par w wyniku zetknięcia się z elementami o podwyższonej temperaturze, iskrami itp., jak i skutków ewentualnego zapalenia się paliwa. Najczęściej spotyka się zbiorniki paliwa umieszczone w obrębie siłowni. Na wszystkich statkach z wyjątkiem towarowych o pojemności brutto poniżej 500 RT zbiorniki paliwa nie powinny w zasadzie znajdować się w pomieszczeniach maszynowych, w których znajdują się: silniki główne pracujące na paliwie ciekłym, inne silniki pracujące ha paliwie ciekłym o mocy od 375 kw wzwyż, kotły opalane paliwem ciekłym, zespoły paliwowe, oraz szyby wymienionych pomieszczeń (nie dotyczy to zbiorników w dnie podwójnym). Awaryjne opróżnianie zbiorników Spełnienie warunków bezpieczeństwa przeciwpożarowego stwarza konieczność wyposażenia wyżej położonych zbiorników paliwa (zbiorników osadowych i rozchodowych) w urządzenia służące bądź do ich szybkiego awaryjnego opróżniania, bądź do szybkiego, zdalnego odcinania poboru paliwa z tych zbiorników. W ten sposób w przypadku pożaru w siłowni ogranicza się możliwość podsycania ognia zapasami paliwa znajdującymi się w wyżej położonych zbiornikach. W zbiornikach umieszczonych w obrębie szybu maszynowego mogą 20

21 być zainstalowane urządzenia do ich szybkiego opróżniania do zbiorników dennych lub przelewowych. Przelewy i zbiornik przelewowy Wszystkie zbiorniki, w których znajduje się paliwo, (za wyjątkiem zbiornika przelewowego) są wyposażone w rurociągi przelewowe. Rur odpowietrzających będących zarazem rurami przelewowymi nie doprowadza się do rury odpowietrzającej zbiornik przelewowy, lecz bezpośrednio do tego zbiornika lub do innej doprowadzonej do niego rury przelewowej o wystarczającej średnicy. Jeżeli zbiornik przelewowy nie służy do awaryjnego opróżniania zbiorników umieszczonych w obrębie szybu maszynowego, wówczas pojemność zbiorników przelewowych paliwa jest nie mniejsza od 10-minutowej wydajności pompy transportowej paliwa. Rury odpowietrzające Każdy zbiornik do przechowywania paliwa ciekłego jest wyposażony w rury odpowietrzające, zwane również odpowietrzeniami. Rury odpowietrzające wszystkich zbiorników usytuowanych w dnie podwójnym i zbiorników przyległych do zewnętrznego poszycia kadłuba są wyprowadzone powyżej pokładu grodziowego. Rury odpowietrzające zbiorniki wyprowadza się z górnej części zbiorników i w zasadzie z miejsca najbardziej oddalonego od rurociągu napełniającego. Liczba i rozmieszczenie rur są dobrane w zależności od kształtu i wielkości zbiorników i powinny uniemożliwiać tworzenie się przestrzeni powietrznych. Rurociągi paliwowe Rurociągi paliwowe powinny są oddzielone od innych instalacji celem całkowitego wyeliminowania możliwości przypadkowego przedostania się paliwa do innych instalacji. Rurociągów paliwa w zasadzie nie prowadzi się nad silnikami spalinowymi, rurociągami gazów spalinowych, rurociągami pary (z wyjątkiem rurociągów do podgrzewania paliwa), kotłami parowymi i ich przewodami spalinowymi. W wyjątkowych przypadkach rurociągi paliwa są prowadzone nad tymi mechanizmami i urządzeniami - pod warunkiem, że rurociągi w ich obrębie nie będą posiadały rozbieralnych złączy lub w odpowiednich miejscach są zainstalowane wanny ściekowe uniemożliwiające przedostanie się paliwa na te mechanizmy i urządzenia. Instalacje transportowe paliwa Zadaniem instalacji transportowej paliwa jest: 1. pobieranie (bunkrowanie) paliwa, 2. przechowywanie w zbiornikach zapasowych, 3. przepompowywanie paliwa pomiędzy tymi zbiornikami, 4. napełnianie zbiorników osadowych lub rozchodowych, 5. podawanie paliwa na pokład (oddawanie paliwa). Pobieranie paliwa ciekłego na statek odbywa się przez stały rurociąg zaopatrzony w niezbędną armaturę zapewniającą doprowadzenie paliwa do wszystkich głównych zbiorników paliwa. Rurociąg do napełniania zbiorników paliwem doprowadzony jest możliwie jak najbliżej do dna zbiornika. Na statkach pasażerskich napełnianie zbiorników paliwem dokonywane jest przez specjalne stacje poboru paliwa, oddzielone od pozostałych 21