Επιλογή μηχανών πλοίων

[nikos325]

Καλησπέρα συνάδελφοι

Είμαι ναυπηγός φοιτητής και γιαυτο θα ζητήσω την επιείκεια σας για οποία τυχόν λάθη μου.

Λοιπόν στο μάθημα της μηχανολογίας μελετάμε τις σχέσης ροπής -ισχύς -πιέσεως των μηχανών κ.α. Καθώς μελετούσα για μια εργασία αλλά και για την εξεταστική άρχισα να έχω αρκετές απορίες .Λοιπόν θα τις παραθέσω εδώ και όποιος έχει χρόνο και δν βαριέται να γραφεί και να υπολογίζει ας με βοηθήσει .Θα τα πάρω τα πράγματα από την αρχή.

Από την θεωρία γνωρίζουμε ότι P=(Pb*VD*N)/(60*k)

Οπότε και αυτό σημαίνει ότι η ισχύς είναι ανάλογη του όγκου εμβολισμού και των στροφών.

Η πρώτη μου σκέψη ήταν να μελετήσω γιατί χρησιμοποιούμε μεγάλο όγκο εμβολισμού στις ναυτικές μηχανές και όχι μεγάλο αριθμό στροφών

πχ αν χρειαζόμαστε 6000ΚW και 100 rpm στην προπέλα, θα αγοράσουμε μια 4χρονη μηχανή με VD= 0,32m3 , 600 rpm και μείωση 5:1

θα μπορούσαμε λοιπόν να διαλέξουμε μια μηχανή με VD= 0,045m3 και 6000 rpm.

Τότε όμως θα έχουμε πολύ χαμηλή ροπή Τ = 9,6 KNm και όπως μας λένε όλοι οι καθηγητές σε μια μηχανή αυτό που αγοράζουμε/πληρώνουμε είναι η ροπή της.

Αυτό με οδήγησε στο επόμενο ερώτημα. Γιατί λοιπόν αναζητούμε μηχανές με βάση την ισχύ τους και όχι την ροπή τους? Κανένας φαντάζομαι δν θα ψάχνει πρώτα στους καταλόγους των εταιριών την ροπή και μετά θα κοιτάζει τα ΚW.

Αν όμως μας ενδιαφέρει η ροπή τότε γιατί να αγοράσουμε μια μεγάλη και ογκώδη μηχανή 6000 Kw και να μην προτιμήσουμε μια 1047 KW στις 100 rpm 2χρονη, η οποία έχει πολύ μικρότερο όγκο VD=0,099m3 και την ίδια ροπή Τ=100 KNm

Θεωρώ σε όλους τους υπολογισμούς ότι έχουμε μια σταθερή μέση πραγματική πίεση στα 27 bar.

Eυχαριστώ!!

[miltos]

Μια μηχανή πρέπει πρωτίστως να σε καλύπτει από άποψη ισχύος. Την ροπή την προσαρμόζεις με το κατάλληλο σύστημα μετάδοσης. (Η ισχύς ως δεν αλλάζει με τα συστήματα μετάδοσης...)

 

Έχε κατά νου τη σχέση P=ωΤ. Επικρατεί γενικά μια σύγχηση μεταξύ ροπής και ισχύος. Για να περιγράψουμε την μέγιστη απόδοση μιας μηχανής σε διαφορετικούς ρυθμούς περιστροφής, αρκεί μόνο ένα από τα διαγράμματα ροπής ή ισχύος. Με βάση την παραπάνω σχέση, από το ένα διάγραμμα προκύπτει το άλλο.

 

Αν όμως μας ενδιαφέρει η ροπή τότε γιατί να αγοράσουμε μια μεγάλη και ογκώδη μηχανή 6000 Kw και να μην προτιμήσουμε μια 1047 KW στις 100 rpm 2χρονη, η οποία έχει πολύ μικρότερο όγκο VD=0,099m3 και την ίδια ροπή Τ=100 KNm

 

Νομίζω ότι μπορείς να απαντήσεις μόνος σου. Σε ποιες στροφές δίνει αυτή τη ροπή?

Edited Σεπτέμβριος 6 , 2012 by miltos

[nikos325]

Μίλτο σε ευχαριστώ πολύ για την απάντηση συσχετικά με την πρώτη σου απάντηση για το πως μπορούμε να αυξήσουμε την ροπή αλλάζοντας το σύστημα μετάδοσης τότε στην πρώτη υπόθεση για μια μηχανή 45.000 cm3 δν θα είχαμε πρόβλημα με την ροπή αφού θα μπορούσαμε να έχουμε ένα σύστημα που να αυξάνει την ροπή μειώνοντας τις στροφες.(θα μπορούσαμε δλδ να κινήσουμε ένα πλοίο με έναν κινητήρα αυτοκίνητου πχ.5-6000 κυβικών με απόδοση 6000 ΚW στις 14.000 στροφές βάζοντας απλά έναν μειωτήρα μεγάλο λόγο (150:1)???

Για το δεύτερο ερώτημα: αυτή τη ροπή την δίνει στις 100 rpm χωρίς μειωτήρα απευθείας στην έλικα.

Προφανώς κάπου στην υπόθεση μου υπάρχει λάθος γιατί δν θα είμαι ο πρώτος που το σκέφτηκε αλλα απο τις μηχανολογικές σχέσεις δν βγαίνω σε κάποιο αδιέξοδο πχ 4536 bar πίεση

Edited Σεπτέμβριος 6 , 2012 by miltos
Αλλαγή μεγέθους γραμματοσειράς

[miltos]

Για το δεύτερο ερώτημα: αυτή τη ροπή την δίνει στις 100 rpm χωρίς μειωτήρα απευθείας στην έλικα.

 

H άλλη επιλογή όμως δίνει την ίδια ροπή στις 600rpm, οπότε με τη μείωση, θα καταλήξει εξαπλάσια ροπή στην έλικα.

[AlexisPap]

Μία γενική παρατήρηση:

 

Όσο μειώνεται η ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα, τόσο αυξάνει ο όγκος και το βάρος του για δεδομένη ισχύ.

 

Επομένως, η φθηνή επιλογή είναι ταχύστοφος (σχετικά) κινητήρας μικρού αρχικού κόστους, βάρους και όγκου, που θα μεταδώσει την κίνηση με μείωση.

 

Αυτά στο θεωρητικό καθαρά μέρος του ζητήματος.

 

Στο πρακτικό μέρος, ανάλογα με τον τύπο του πλοίου και το είδος των πλόων που θα εκτελεί, καθορίζεται και ο τύπος του κινητήρα:

 

Φθηνοί, ταχύστροφοι, τετράχρονοι, για μικρά πλοία που εκτελούν σύντομους πλόες. Συνδέονται στον άξονα με κιβώτιο που αλλάζει την σχέση μετάδοσης και επιτρέπει εύκολα τον χειρισμό "ανάποδα".

 

Ακριβοί, δίχρονοι, υψηλής απόδοσης και μεγάλου χρόνου ζωής για μεγάλα πλοία (εμπορικά κυρίως) που εκτελούν ασταμάτητα μεγάλα ταξίδια. Συνδέονται άμεσα στον άξονα και το "ανάποδα" είναι μία κουβέντα που δεν ακούγεται σχεδόν ποτέ...

Edited Σεπτέμβριος 6 , 2012 by AlexisPap

[nikos325]

Μιλτο συμφωνώ απόλυτα μαζί σου. τελικά μετά την μείωση έχουμε ροπή 580KNm . εξαπλάσια απο την αρχική. Αυτό σημαίνει όμως οτι με την μηχανή των 6000KW @ 6000 rpm και με αρχικη ροπή Τ=9,66 ΚNm , μετά την μείωση (60:1) στις 100 rpm θα έχουμε Τ=579,6ΚNm. Δηλαδή θα έχουμε το βέλτιστο

 

P 6000ΚW @ 100rpm

T 580KNm

VD 0,045 m3

 

Την ισχύ, την ροπή και τις στροφές που χρειάζεται η προπέλα και ταυτόχρονα 7 φορές μικρότερο όγκο εγκατάστασης.

[Pavlos]

Να πω την αλήθεια, δεν πολυκατάλαβα τον προβληματισμό σου. Όχι δεν διαλέγω μηχανή ανάλογα με την ροπή! Αυτό που χρειάζομαι είναι η ισχύς. Η ισχύς με την ροπή συνδέονται μέσω του τύπου P=T2πn, (Τ= Ροπή, n=συχνότητα περιστροφής). Ο κινητήρας έχει συγκεκριμμένη ισχύ σε συγκεκριμμένες στροφές. Η ροπή που αποδίδει ο στροφαλοφόρος άξονας βάση του παραπάνω τύπου είναι συγκεκριμμένη για συγκεκριμμένες στροφές. Με τον μειωτήρα όποια και να ναι η σχέση μετάδοσης μεταβάλονται μόνο οι στροφές στην προπέλλα. Η ισχύς (αν αμελήσουμε τον βαθμό απόδοσης) παραμένει η ίδια. Η δε προπέλλα ανάλογα με τα γεωμετρικά της χαρακτηριστικά χρειάζεται σε συγκεκριμμένες στροφές (n) συγκεκριμμένη ροπή (T) για να παράγει την απαιτούμενη ώθηση σε συγκεκριμμένη ταχύτητα (ίση με την αντίσταση της γάστρας στην προκειμένη ταχύτητα) και άρα συγκεκριμμένη ισχύ στον άξονά της (P=2πnT, η οποία παράγεται από την κ.μηχανή-μη ξεχνάμε και το 1ο αξίωμα της θερμοδυναμικής). Tώρα το αν θα πάρω βραδύστροφο ή ταχύστροφο κινητήρα, αυτός θα πρέπει πχ στην cruise speed (έστω 15 κόμβους) στις στροφέςπου θα λειτουργεί να παράγει την ίδια απαιτούμενη ισχύ (έστω 6000 kW -να σημειώσουμε βέβαια ότι κινητήρας αυτοκινήτου με 6000 κιλοβατ όπως είπες=περίπου 8000 άλογα δεν υπάρχει!- είτε λειτουργεί στις 100 σαλ είτε στις 2000 σαλ- που και τέτοιος κινητήρας μεκ δεν υπάρχει). Τώρα αναλογίσου αν υποθέσουμε ότι παράγουμε 6000κιλοβαττ στις 2000 σαλ, τι διάμετρο κυλίνδρου, πόσους κιλύνδρους, τι διαδρομή πιστονιού, τι πιέση καύσης χρειάζομαι και επίσης την διαστασιολόγιση των επιμέρους εξαρτημάτων.

Edited Σεπτέμβριος 10 , 2012 by Pavlos

[ariss]

Ενδιαφέρων θέμα.

Ηθελα να βάλω και το θέμα του χρόνου ζωής σε σχέση με την ταχύτητα περιστροφής.

Καθώς και το αν είνα πρακτικά δυνατόν να κατασκευαστούν ταχύστροφοι κινητήρες με τέτοια ισχύ λόγω άλλων περιορισμών. Εκτός αν έχουμε κινητήρες με προδιαγραφές FERRARI που αμφιβάλω αν είναι συμφέρουσα λυση.

Μήπως οι μεγάλοι ναυτικοί κινητήρες ξεκινάνε το σχεδιασμό με βάση αυτές τις στροφές και προσαρμόζουν τις διαστάσεις στην απαιτούμενη ισχύ, ροπή?

[Pavlos]

Μήπως οι μεγάλοι ναυτικοί κινητήρες ξεκινάνε το σχεδιασμό με βάση αυτές τις στροφές και προσαρμόζουν τις διαστάσεις στην απαιτούμενη ισχύ, ροπή?

Δεν το γνωρίζω από πρώτο χέρι αν όντως γίνεται έτσι, αλλά για ένα πράγμα είμαι 100% σίγουρος. Η προπέλλα πρέπει να παράγει μια συγκεκριμμένη ώθηση (υπολογισμένη ανάλογα με την αντίσταση της γάστρας στο νερό). Αυτό θεωρητικά είτε επιτυγχάνεται με προπέλλα ''μεγάλης'' διαμέτρου σε χαμηλές στροφές ή με με προπέλλα ''μικρής'' διαμέτρου σε υψηλές στροφές. Εδώ όμως υπάρχει και το πρόβλημα της σπηλαίωσης, που όσο μικρότερη η προπέλα τόσο ποιό επιρρεπής είναι στη σπηλαίωση. Άρα ξεκινάμε΄υπολογίζοντας την ώθηση ( και επομένως την ισχύ, αφού P=Fu [Nm/s]) κατόπιν τις στροφές (αφούέχουμε επιλέξει προπέλλα) κι έπειτα κοιτάμε τη μηχανή χρειαζόμαστε (που να έχει την ανάλογη ισχύ) κι αν απαιτείται μειωτήρας (για να μεταδόσουμε την ισχύ του κινητήρα στην προπέλλα με τις κατάλληλες στροφές).

[ariss]

Να αναλύσω περισότερο την άποψή μου.

Θεωρητικά ο νίκος μπορεί να έχει δίκιο χωρίς να έχω ψάξει τις σχέσεις. Αλλα λαμβάνει υπόψην του μόνο τον όγκο εμβολισμού.

Αν υποθέσουμε ότι κατασκευάζαμε έναν τέτοιο κινητήρα τι δυνάμεις θα αναπτύσονταν στα διάφορα εξαρτήματα και τι διαστάσεις θα έπρεπε να έχουν και απο τι υλικό θα έπρεπε να είναι κατασκευασμένα για να μη σπάσουν?

Για πόση ώρα θα μπορεί να λειτουργεί στις 6000 στρ?

Τι απόδοση καυσίμου θα έχει σε αυτές τις στροφές?

Τι σύστημα λίπανσης και ψύξης θα χρειαζόταν?

Επίσης η φθορά στα διάφορα εξαρτήματα εξαρτάται απο την ταχύτητα περιστροφής. Κάθε πότε θα χρειαζόταν συντήρηση?

Τι συνολικό κόστος λειτουργίας θα είχε για όλη τη διάρκεια ζωής του?

Ενας μηχανικός πρέπει να λαμβάνει όλους τους παράγοντες υπόψην του. Αλλιώς λέγεται φυσικός . Καλοπροαίρετα πάντα Νίκο αλλα η νοοτροπία του μηχανικού ξεφευγει απο το να λύσουμε μια άσκηση στην εξεταστική χρησιμοποιώντας τύπους. Οχι οτι δεν χρειάζετια κιαυτό. Αλλα περισότερο μετράει η κριτική σκέψη.

Καλη επιτυχία