ŚRODKI I URZĄDZENIA TRANSPORTU OKREŚLENIE CHARAKTERYSTYK OPOROWYCH ORAZ WSTĘPNY DOBÓR SILNIKA NAPĘDOWEGO JEDNOSTKI PŁYWAJĄCEJ

Transkrypt

1 ŚRODKI I URZĄDZENIA TRANSPORTU OKREŚLENIE CHARAKTERYSTYK OPOROWYCH ORAZ WSTĘPNY DOBÓR SILNIKA NAPĘDOWEGO JEDNOSTKI PŁYWAJĄCEJ

2 Charakterystyka oporowa:

3 Sposoby wyznaczania charakterystyki oporowej: Badania modelowe: metoda Froude a. Przybliżone metody rachunkowe: metoda Taylora-Gortlera korzysta się z wykresów opracowanych na podstawie badań modelowych; seria 60 podobnie jak wyżej, tylko z innymi modelami; metoda Guldhammera-Harvalda oparta jest na linii korelacyjnej model-okręt rzeczywisty; obliczenia oporu okrętu na podstawie badań modelowych jednostki podobnej; przybliżona metoda określenia oporu statku o dużej pełnotliwości dla masowców i zbiornikowców, gdzie δ > 0,8; seria Japońska opracowana na podstawie modeli szybkich drobnicowców; systematyczna seria B.S.R.A. (British Ship Research Association) dla jednośrubowych statków towarowych.

4 Dobór silnika głównego do napędu statku: 1. Przyjmujemy od hydromechaników: charakterystyka oporowa kadłuba statku; projekt śruby napędowej. 2. Wyznaczenie mocy efektywnej silnika głównego: Ne = (R v) / (ζ k ζ r η p η lw η prz ) [kw] gdzie: R opór kadłuba [kn]; v prędkość pływania [m/s]; ζ k współczynnik sprawności kadłuba [-] (1,1 1,4 statki jednośrubowe; 0,95 1,05 statki dwuśrubowe); ζ r współczynnik sprawności rotacyjnej kadłuba [-] (1 1,07 statki jednośrubowe; 0,98 statki dwuśrubowe); η p sprawność pędnika swobodnego [-] (0,35 0,75); η lw sprawność linii wałów [-] (0,96 0,995; 0,985 typowa wielkość) η prz sprawność przekładni [-] (0,96 0,98).

5 Przykład: 1. Dla projektowanej prędkości statku v = 16 w czyli v = 16 0,5144 = 8,23 m/s: siła oporu kadłuba R = 652,3 kn ; prędkość obrotowa śruby n śr = 100 obr/min. 2. Wyznaczenie mocy efektywnej silnika głównego: R = 652,3 kn opór kadłuba; v = 8,23 m/s prędkość pływania; ζ k = 1,1 współczynnik sprawności kadłuba; ζ r = 1 współczynnik sprawności rotacyjnej pędnika; η p = 0,64 sprawność pędnika swobodnego; η lw = 0,98 sprawność linii wałów [-] (0,96 0,995; 0,985 typowa wielkość) η prz nie uwzględniamy, z powodu braku przekładni. Ne = (652,3 0,5144) / (1,1 1 0,64 0,98) = 7781 kw

6 3. Wyznaczenie teoretycznego równania charakterystyki śrubowej: N = c n 3 [kw] gdzie: N moc [kw]; n prędkość obrotowa śruby napędowej [obr/min]; c współczynnik (stała) [-]. 3. Wyznaczenie współczynnika (stałej): N = 7781 kw moc; n = 100 obr/ min prędkość obrotowa śruby napędowej; c = N / n 3 = 7781 / 1003 = 0, ostatecznie: N = 0, n 3 [kw]

7 4. Narysowanie teoretycznej charakterystyki śrubowej. Jeżeli charakterystykę śrubową, która jest krzywą stopnia trzeciego, przedstawimy w skali logarytmicznej to uzyskamy linię prostą. 4. Narysowanie teoretycznej charakterystyki śrubowej: n [obr/min] N [kw] log n log N ,4 1,954 3, ,0 2,000 3, ,5 2,041 4,015

8 Charakterystyka śrubowa: 2 1 4,00 MP 3,95 SP 3,90 PD 3,85 3,80 3,75 1,95 2,00 2,05 1 Charakterystyka śrubową odpowiada tzw. warunkom prób pływania, tzn. kadłub statku czysty (nie porośnięty), siła wiatru nie przekracza 2 B. Punkt PD jest punktem projektowym śruby napędowej. 2 Porastanie kadłuba oraz pogorszenie warunków pogodowych podczas eksploatacji statku symulujemy przesuwając charakterystykę śrubową w prawo (następuje obniżenie prędkości obrotowej śruby, śruba staje się ciężka ) o pewną wartość zwaną marginesem śruby lekkiej, który wynosi 2,5 5% według zaleceń firmy MAN natomiast 3 7% według zaleceń firmy Wartsila. Przyjmijmy: f LR = 5 %. W takim razie: n 2 = 0,95 n PD = 0, = 95 obr/min (log 95 = 1,978).

9 5. Dodawanie marginesów: morski o wartości 15%: N sp = 1,15 N pd [kw] narzucony przez producenta silnika o wartości 10%: N mp = N sp / 0,9 [kw] 6. Określenie prędkości obrotowej: log n mp 5. Dodawanie marginesów: morski o wartości 15%: N sp = 1, = 8949,1 kw co uwzględniamy na wykresie: log 8949,1 = 3,952 narzucony przez producenta silnika o wartości 10%: N mp = 8949,1 / 0,9 = 9942,3 kw co uwzględniamy na wykresie: log 9942,3 = 3, Określenie prędkości obrotowej: log n mp = 2,015, zatem n mp = 103,5 obr/min

10 W przypadku napędu bezpośredniego, gdzie silnik wolnoobrotowy napędza śrubę bez pośrednictwa przekładni, prędkość obrotowa śruby jest równa prędkości obrotowej silnika, zatem parametry kontraktowe silnika są następujące: N x = N MP = 9942,3 kw moc kontraktowa, n x = 103,5 prędkość obrotowa kontraktowa. Bardzo często punkt kontraktowy oznaczany jest symbolem CMCR Contract Maximum Continuous Rating. Silnik dobieramy na punkt kontraktowy. Uwaga! W przypadku silników średnioobrotowych i szybkoobrotowych przy doborze silnika kierujemy się wymaganą mocą kontraktową silnika. Ponieważ prędkość obrotowa silnika będzie większa niż wymagana prędkość obrotowa śruby, konieczne jest zastosowanie przekładni o odpowiednim przełożeniu. Jeżeli silnik oprócz śruby napędowej ma napędzać prądnicę wałową, to należy odpowiednio zwiększyć moc silnika o moc potrzebną do napędu prądnicy.

11 Oprócz parametrów kontraktowych przy doborze silnika istotne są również: gabaryty silnika (czy zmieści się w maszynowni); masa silnika i położenie środka ciężkości (chodzi o stateczność statku); cena zakupu silnika; koszty eksploatacji silnika (zużycie paliwa, oleju, przeglądy, naprawy); dostępność części zamiennych i serwisu; niezawodność silnika. Główni producenci morskich silników okrętowych: MAN ( Wärstilä (