Podstawy Automatyzacji Okrętu

Politechika Gdańska Wydział Oceaotechiki i Okrętowictwa St. iż. I stoia, sem. IV, kieruek: Oceaotechika, sec.: ZiMwGM Podstawy Automatyzacji Okrętu 9 SEROWANIE NAPĘDU SAKU M. H. Ghaemi Marzec 7 Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku

9. Sterowaie aędu statku W skład kowecjoalego układu sterowaia aędu statku wchodzi:. silik aędowy,. rzekładia, 3. śruba aędowa, 4. wały rzeoszące aędu (wał silikowy omiędzy silikiem a rzekładią, wał śruby omiędzy rzekładią a śrubą aędową), 5. regulator aędu (sygałem regulowaym jest z reguły rędkość kątową śruby) Uroszczoy schemat układu sterowaia aędu statku, H- skok śruby aędowej, w- rędkość kątowa wału silika aędowego Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku

atężeie rzeływu owietrza turbodołado warka atężeie rzeływu sali momet oorowy + - regulator rędkości serwomotor oma aliwa silik + - śruba okrętowa kadłub statku ołożeie listwy aliwowej atężeie rzeływu aliwa momet aędowy mierik rędkości Przykładowy schemat blokowy sterowaia aędu statku (saliowy silik wysokoręży z doładowaiem owietrza, jako silik aędowy statku, oraz śruba aędowa o stałym skoku) 9.. Charakterystyki statycze śrub aędowych. śruby o stałym skoku. śruby o skoku zmieym (regulowaym), tzw. śruby astawe Własości śrub zależą ogólie od trzech wielkości: rędkości wody w śladzie kadłuba: w [m/s] szybkości obrotowej śruby: [obr/s] średicy śruby: D [m] Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku 3

Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku 4 D J w Q Q K K J D Q K D K 5 4 bezwymiarowy wsółczyik rędkości: bezwymiarowy wsółczyik siły aoru śruby bezwymiarowy wsółczyik mometu aędowego śruby srawość śruby (w wodzie otwartym) Defiicje moc obieraa moc rzekazywaa 5 4 Q Q D D D w w ) ( Ie straty: w w ) ( ; w w: wsółczyik strumieia adążającego ),4, ( w straty związae z siłą ssaia śruby: t ) ( t: wsółczyik siły ssaia śruby ),,5 ( t w t w t t w H ) ( ) ( ) ( wsółczyik efektywości kadłuba:

Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku 5

Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku 6 wsółczyiki mometu i siły aoru śruby a wodzie otwartej i za kadłubem statku różią się: QB Q B K K 3 straty mechaicze ),95,8 ( m srawość całkowitą aoru ędika: m B H calk J D Q J D 5 4 Q J K J K Przykład charakterystyk śruby aędowej

Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku 7 Q J K J K wsółczyik aoru śruby z regulowaym skokiem (wyłączie w staach ustaloych) Dla śruby z regulowaym skokiem:

wsółczyik mometu obrotowego śruby z regulowaym skokiem Zalety aędu statku śrubami z regulowaym skokiem:. bezawroty (jedokierukowy) ruch śruby. łatwość zatrzymaia statku 3. łatwość cofaia statku 4. łatwość zmiay rędkości statku 5. lesza srawość aędu rzy częściowym obciążeiu 6. osiągięcie omialej mocy w różych warukach eksloatacyjych 7. ie są iezbęde aędy omocicze (zmiejszeie całkowitej mocy istalowaej) 8. mały oór śrub ie aędzaych (ustawieie w chorągiewkę ) Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku 8

9.. Charakterystyki dyamicze śrub aędowych rówaie różiczkowe ruchu śruby Q s Q Q lub: s f J : momet bezwładości śruby aędowej, wraz z wodą towarzyszącą Q : momet ooru śruby Q f : momet tarcia Q s : momet aędowy silika : rędkość kątowa śruby d J dt d J dt Q Q Q f w ostaci oeratorowej Q s + - J s ( s) s f J s w (, w Q(, w ) ) Q ( s) Q( s) ; ( Q ) Q t w R Kadłub statku m ( t) R Uroszczoy schemat blokowy sterowaia rędkości kątowej śruby aędowej statku. Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku 9

9.3. Model matematyczy silika aędowego 8 emertura, ciśieie, rędkość 7 65 Wskaźik aliwa, srawość. a. Charakterystyki statycze 6 6 emeratura gazu wylotowego (sali), [K]. 55 Średie ciśieie efektywe 4 8 5 45 4 35 3 5 Średie ciśieie efektywe, [MPa] Wskaźik aliwa Ciśieie owietrza srężego, [kpa] Ciśieie gazu wylotowego (sali), [kpa] Prędkość końca łoaty srężrki, [m/s].9.8.7.6 5 rędkość kątowa silika, [obr./mi.] Charakterystyki statycze silika saliowego 4L6-MC MAN-B&W 6 5 Efektywa srawość termicza.5 4.4 3 4 5 6 7 8 9 Power [%] Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku

8 emertura, ciśieie, rędkość 7 Wskaźik aliwa, srawość. 65 6 6 emeratura gazu wylotowego (sali), [K]. 55 Średie ciśieie efektywe 4 8 5 45 4 35 3 5 Średie ciśieie efektywe, [MPa] Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku 5 Wskaźik aliwa Ciśieie owietrza srężego, [kpa] Ciśieie gazu wylotowego (sali), [kpa] Prędkość końca łoaty srężrki, [m/s].9.8.7.6

b. Charakterystyki dyamicze Qs s) h( s) ( s e K s s s h : ołożeie listwy aliwowej, : czas zwłoki, omiędzy zmiaą ołożeia listwy aliwowej, a zmiaą atężeia rzeływy aliwa założeia: - średia moc silika jest roorcjoala do wskaźika atężeia doływy aliwa - silik dwusuwowy - małe odchyleia od stau ustaloego - szybkość obrotowa: 5-5 obr/mi Q s h czas zwłoki aroksymuje się jako ołowy czasu omiędzy kolejymi załoami stała czasowa: s Z,9 Z Z (Z : liczbą cylidrów) wsółczyik wzmocieia: K s Q ( h( Stała czasowa turbodoładowarki wyosi -3s! s ) ) Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku

B ra k e E g i e P o w e r 9 8 7 Power [kw] 6 5 4 3 3 4 5 6 7 8 im e [ s ] Przykładowa charakterystyka dyamicza silika saliowego 4L6-MC MAN-B&W (zależość mocy efektywej od czasu rzy skokowym zmiaie w ołożeiu listwy aliwowej) asmo rzeoszeia tego tyu układu sterowaia jest miejsza od wartości dla wysokorężych silików średioobrotowych (5-5 obr/mi): a bazie statystyczej idetyfikacji Q s ( s) h( s) K s s s s s Qs ( s) h ( s ) K s s s Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku 3

* V * Regulator rędkości kątowej Ukad Kombiatorowy H * D Regulator skoku Silik saliowy ma Dmuchawy ma m a 3 Srężarka omocicze M C Chłodica owietrza a m clr m am, am Kolektor owietrza X f m f m a Porty owietrza, hr cyli tc dyamika walu turbodoadowarki m,, F cyli Cylidry i m g Zawory wydmuchowe m gm, gm, Fgm, gm, sur Kolektor sali urbia M wyj M e Układ trasmisji mocy Q Pędik Vw H D Kadłub V Sygały mechaicze Sygały sterujące Charakterystyki ędika zajdującego się za kadłubem statku Sygały termodyamiczo-rzelywowe Schemat ideowy modelu dyamiki układu aędowego statku Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku 4

* V * Regulator rędkości kąt owej Ukad Kombiat orowy H * D Regulator skoku X f Silik saliowy ma Dmuchawy ma m a 3 Srężarka omocicze Chłodica owiet rza a m clr m f m, am am m a Kolekt or owiet rza Porty owiet rza, hr m,, F cyli cyli Cylidry i m g Zawory wydmuchowe m gm, gm, Fgm, gm, sur Kolekt or sali M C tc dyamika walu t urbodoadowarki Sygały mechaicze Sygały st erujące Sygały t ermodyamiczo-rzelywowe Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku 5

H D urbia wyj M e Układ trasmisji mocy Pędik Kadłub V Q Vw M Charakt eryst yki ędika zajdującego się za kadłubem statku Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku 6

9.4. Model matematyczy regulatora aędu statku regulator rędkości kątowej + - mierik rędkości kątowej czło ksztatujący sygał sterujący wzmaciacz h silik saliowy - J s Q s + Q Schemat blokowy układu sterowaia rędkości śruby okrętowej, : rędkość kątowa śruby, Q: momet ooru śruby, Q s : momet aędu silika. mierik rędkości kątowej: mechaiczo-hydrauliczy: elektryczo-hydrauliczy: G Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku 7 M G M s m m m s m s m. czło kształtujący sygał sterujący: G ( s) K ( s ) 3. wzmaciacz: G w ( s) w s m s R R Rd Ri dla regulatorów mechaiczo-hydrauliczych: Rd

9.5. Dwu lub wielosilikowy aęd śruby okrętowej siliki tego samego rodzaju,. dwa siliki wysokoręże, dwie turbiy gazowe, dwie turbiy arowe, siliki różego rodzaju,. silik saliowy i turbia gazowa, turbia gazowa i turbia arowa CODOG: COmbied Diesel Or Gas turbie CODAD: COombied Diesel Ad Diesel CODLAG: COmbied Diesel-eLectric Ad Gas turbie CODAG: COmbied Diesel Ad Gas turbie COGAG: COmbied Gas turbie Ad Gas turbie CONAS: COmbied Nuclear Ad Steam COSAG: COmbied Steam Ad Gas turbie COGAS: COmbied Gas Ad Steam turbie CODEG: COmbied Diesel ad Electric roulsio Gas turbie Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku 8

Naędy mechaicze z wykorzystaiem silików saliowych diesla Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku 9

Naędy elektrycze z wykorzystaiem silików saliowych diesla Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku

Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku

Diesel Electric Drie POD Proulsio htt://www.imcbrokers.com/blog htt://www.marielog.com Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku

Układy aędowe z wykorzystaiem turbiy arowej dla statków LNG Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku 3

silik silik silik silik sygał sterujący sygał sterujący regulator sygał sterujący regulator regulator sygały mierzoe rądica rądica Uroszczoy schemat struktury układu sterowaia dwusilikowego aędu śruby okrętowej, z idywidualymi regulatorami silików. Uroszczoy schemat struktury układu dwusilikowego aędu śruby okrętowej, ze wsólym regulatorem. Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku 4

Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku 5 9.6. Sterowaie rędkości liiowej statku R t m ) ( rówaie ruchu statku: m: masa statku : siła aoru śruby okrętowej R : siła ooru kadłuba statku c b a siła aoru: R R siła ooru (aroksymacja): ) ( t c b a t m ieliiowe rówaie różiczkowe! liearyzacja: rozwiięcie ieliiowej fukcji w szeregu aylora rzy małych odchyleń od stau rówowagi (ustaloego) oraz odstawieie w szeregu aylora tylko składowe liiowe.

Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku 6 w staie rówowagi: ) ( R t R R R t t m ) ( ) ( c b a R R dt d m dt d m dt d m m ) ( ) (

Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku 7 Rozwiąć w szereg Maclauria fukcję : R t ) ( c b b a b c b a R R b t c b a t t ) ( ) (

Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku 8 b t c b a t dt d m ) ( liiowe rówaie ruchu kadłuba statku: b a b t c m t ) ( s + + Schemat blokowy ruchu kadłuba statku

9.7 Dobór algorytmu fukcyjego kombiatora orzez miimalizacji zużycia aliwa 8 7 9 MCR 7 6 5 Qmax 3 Ne [kw ] 5 9 4 7 5 3 3 [t/day] 85 9 95 5 5 [rm] Przykładowa ogóla charakterystyka zużycia aliwa silika Przykładowa charakterystyka zużycia aliwa dla kokretego silika Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku 9

Przykładowa charakterystyka układu aędowego statku dla róże wartości wsółczyika skoku śruby oraz rędkości liiowej statku Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku 3

4....9.8.7 V=6 [K.] 35 3 he M iimum Fuel Cosum tio Cure (MFCC).6 5 5 FC [t/day] 5 4 H/D=.5 3 5 75 8 85 9 95 5 5 [rm] Zużycie aliwa w zależości od wsółczyika skoku śruby oraz rędkości liiowej statku jako fukcja rędkości kątowej silika Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku 3

a) b).95 5.9 H/D [-].85.8 [rm] 5 95.75 9.7 3 4 5 6 V [K.] 85 3 4 5 6 V [K.] Otymale sygały zadae układu sterowaia aędu statku, tj. rogram układu kombiatorskiego: a) zaday skok śruby, b) zadaa rędkość kątowa silika w zależości od zadaej Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku 3

Dodatek Wielosilikowe i/lub wielośrubowe układy aędowe statków Podstawy automatyzacji okrętu 9. Sterowaie aędu statku 33