- 05 Ιαν 2016, 19:00
#203452
Ακομα και κατα τη διαχειρηση που ξεχωριζουμε τα critical equipment η μηχανη δεν ειναι μεσα σε αυτα. Και οπως ειπε και ο d-jet οτι ειναι εξοχως critical ειναι εις διπλουν.
Το παραδειγμα του πλοιου που εμεινε ειναι ζητημα διαχειρησης και οχι τοσο προβληματος...τις περισσοτερες φορες μπορεις εκτιμωντας τις συνθηκες να συνεχισεις μεχρι να βρεις ενα καλυτερο σημειο για να σταματησεις. Τα δε συχνοτερα προβληματα ειναι με το κυκλωμα νερου, λαδιου, πετρελαιου κτλ οπου εκει εχεις διπλες αντλιες...Αν τωρα στην κυρια μηχανη υπαρξει καποιο προβλημα σε καποιον κυλινδρο, αυτος μπορει σχετικα ευκολα/γρηγορα να απομονωθει και να συνεχισεις..
Τωρα για πολεμικα, ειναι αλλος κοσμος τελειως...και η συνολικη δυναμη παιζει ρολο, και ο διαθεσιμος χωρος, και η δυνατοτητα κινησης με μια ή περισσοτερες μηχανες χαλασμενη, και η ευελιξια, η επιταχυνση...
Resistance & Propulsion - Quick introduction
H επιλογη του καταλληλου συστηματος προωσης γινεται με βαση τη συνολικη αντισταση, που επηρεαζεται απο την ταχυτητα, το εκτοπισμα του πλοιου, και το σχημα της γαστρας. Η συνολικη αντισταση προερχεται απο τις παρακατω κυριες κατηγοριες:
- Frictional
- Residual
- Air
Η τριτη κατηγορια ειναι και η μικροτερης σημασιας μιας και που μονο στα μεγαλα container vessel και Roro εχει καποιο σημαντικο ποσοστο επι της συνολικης αντιστασης (10% απο 2%) λογο ογκου αλλα και φυσικα ταχυτητας. Το συνολο λοιπον μας δινει τη δυναμη που χρειαζεται για να κινηθει το πλοιο σε μια ορισμενη ταχυτητα. Η δυναμη που χρειαζεται η προπελα για να κινησει το πλοιο με αυτη την ταχυτητα ειναι σημαντικα μεγαλυτερη.
Η μεγαλυτερη αντισταση ειναι προφανως αυτη του νερου (wave resistance) η οποια σε μεγαλες ταχυτητες αυξανεται με γρηγοροτερο ρυθμο απο το τετραγωνο της ταχυτητας, φτανοντας μεχρι και το 90% της συνολικης αντιστασης. Φανταστειτε οτι το πλοιο κατα την κινηση του στο νερο, σπρωχνει αντιστοιχο του ογκου του νερο. Κι ολα αυτα σε design stage, in service η συνολικη αντισταση απο ρευματα, κυματα κτλ μπορει να αυξηθει απο 50-100%.
Παμε στις προπελες...Χωριζονται σε δυο κυριες κατηγοριες, Fixed Pitch Propeller (FPP) και Controllable Pitch Propeller (CPP). Οι σταθερου βηματος στον καιρο, εφοσον το βημα τους δεν μεταβαλλεται, δεν μεταβαλλεται η αποδοση τους. Σε πλοια που δεν υπαρχει απαιτηση για αυξημενο maneuverability ειναι η επικρατεστερη λυση. Οι CPP ομως, το κοστος των οποιων μπορει να ειναι 2 και 3 φορες μεγαλυτερο απο τις FPP, λογω του μεγαλυτερου hub για να χωρεσει ο μηχανισμος τους ειναι λιγοτερο αποδοτικες. Επισης η πολυπλοκοτητα τους αυξανει το ρισκο επιπλοκων. Παρολα αυτα σε πλοια οπως Roro, ferries κτλ υπερισχυει η ευελιξια, σε αντιθεση με φορτηγα/container που καλυπτουν μεγαλες αποστασεις με σταθερη ταχυτητα σε μεγαλη διαρκεια χρονου.
Κατα την κινηση του λοιπον του πλοιου, η τριβη της γαστρας θα δημιουργησει ενα boundary layer ή friction belt νερου γυρω απο αυτην. Η ταχυτητα του νερου μεσα σε αυτη τη ζωνη ισουται με την ταχυτητα του σκαφους, αλλα μειωνεται οσο μεγαλωνει η αποσταση απο την επιφανεια της γαστρας. Στο εξωτερικο οριο (σε σχεση με τη γαστρα) της ζωνης αυτης επομενως η ταχυτητα του νερου ειναι ιση με το 0. Το παχος αυτης της ζωνης αυξανεται με την αποσταση απο το σημειο εισοδου (πλωρη) και ειναι σχεδον αναλογο του μηκους της ισαλου (Lwl - waterline length). Αυτο σημαινει οτι η μεγαλυτερη τιμη βρισκεται στην πρυμνη του πλοιου. Επομενως η προπελα δουλευει μεσα στα απονερα απο την τριβη, και αυτα που δημιουργουνται απο το εκτοπιζομενο νερο απο τον ογκο του πλοιου, εμπρος και πισω απο αυτο. Η δε ταχυτητα των απονερων λογω τριβης, ενω εχει την ιδια κατευθυνση, ειναι μικροτερη απο αυτη του πλοιου.
Ολο αυτο μας δινει το wake fraction coefficient (w) το οποιο εξαρταται απο το σχημα της γαστρας, αλλα και απο τη θεση και το μεγεθος της προπελας, και συνεπως επηρεαζει την αποδοτικοτητα της. Επισης ο λογος της διαμετρου της προπελας d με το μηκος του πλοιου (Lwl) επηρεαζει το συντελεστη w, ετσι ωστε οσο μεγαλυτερος ειναι (d/Lwl) τοσο μικροτερο w εχουμε. Τελος μεγαλο w αυξανει το ρισκο για σπηλαιωση (cavitation) στην προπελα λογω της ανομοιογενους ταχυτητας του νερου πανω στην προπελα. Τα nozzles που τοποθετουνται γυρω απο τις προπελες σκοπο εχουν να καταπολεμησουν αυτη την ανομοιογενεια. Ο πιο σωστος τροπος βεβαια ειναι ο καταλληλος σχεδιασμος της πρυμνης.
Μετα εχουμε το thrust deduction coefficient..ειναι το νερο που ρουφαει απο πισω της η προπελα, το οποιο προστιθεται στις αντιστασεις του πλοιου.
Ο συντελεστης αποδοσης του αξονα ειναι 0.96-0.99, επομενως με σωστη ευθυγραμμιση, καταλληλη λιπανση, εδραση, ρουλεμαν, οι απωλειες απο εκει ειναι ελαχιστες.
Τωρα για τη βελτιστη αποδοτικοτητα του συστηματος προωσης, παμε στη μεγαλυτερη διαμετρος προπελας. Υπαρχουν ομως αρκετοι περιορισμοι οπως το σχημα της πρυμνης, το βυθισμα στην περιοχη λειτουργιας του πλοιου (blue star πχ), ακομα και η αναγκη στα φορτηγα σε ballast condition να ειναι fully submerged...Για κατασκευαστικους λογους και για λογους αντοχης η μεγαλυτερη διαμετρος ειναι στα 10 μετρα. Γενικα οσο μεγαλυτερη ειναι η προπελα τοσο πιο αποδοτικη ειναι και τοσο μικροτερη ταχυτητα περιστροφης χρειαζεται. Επισης οσο λιγοτερα φτερα τοσο καλυτερα, αλλα για λογους αντοχης στα φορτια που δεχονται το ελαχιστο ειναι τα 4 (για βαρκες - who cares - εχουν και λιγοτερα). Σε πλοια με πολυ μεγαλες μηχανες βλεπουμε 5 φτερες και 6 φτερες. Η ιδανικη ταχυτητα περιστροφης επισης καθοριζεται απο τον αριθμο των φτερων, ετσι μια 6 φτερη εχει 10% χαμηλοτερη ιδανικη ταχυτητα απο μια 5 φτερη. Τελος υπαρχει και το ζητημα των κραδασμων αναλογα με τον αριθμο των φτερων, το μεγεθος κτλ.
Κατι τελευταιο για τις προπελες ειναι οτι ειναι πιο αποδοτικες οταν 'τραβανε' αντι να 'σπρωχνουν. Η διαφορα ειναι μικρη και σε συμβατικα πλοια θα μπερδευε περισσοτερο την κατασταση (ροη στο πηδαλιο, θεση), αλλα αυτος ειναι ο λογος που βλεπουμε τα azipods η προπελα να ειναι μπροστα.
Για να μην το κουραζω παραπανω, αφου βρουμε ολα τα παραπανω νουμερα (και αρκετα ακομη
), κανουμε optimize οπου μπορουμε, προσθετουμε σχεδον σε καθε stage κι ενα margin ασφαλειας (πχ resistance 15-20%, propeller power 20-30%) και καταληγουμε στις απαιτησεις ιπποδυναμης για συγκεκριμενη ταχυτητα, και αναλογα επιλεγουμε μηχανη.
D-Jet έγραψε:Από τη μία έχεις μια 12κύλινδρη short stroke μεγαλύτερη (12Κ98MC-C) και από την άλλη 2 μικρότερες (ο Θεός να τις κάνει δλδ) 7κύλινδρες super long stroke (7S90MC-C) .
Επέλεξα αυτές τις δύο, αγνοώντας εντελώς ότι θα μπουν σε πλοίο με τον οποιονδήποτε περιορισμό (χώρος, προπέλες κλπ κλπ), επειδή έχουν παρόμοια ισχύ στο σύνολο με MCR (maximum continuous rating) κάτι λιγότερο από 69000kW.
Συγκεκριμένα, από το φυλλάδιο, βλέπω ότι η πρώτη το δίνει στις 104rpm (κοντή, είπαμε) με ισχύ 5710kW ανα κύλινδρο και αντίστοιχη ειδική κατανάλωση 171g/kWh.
Στη δεύτερη περίπτωση έχουμε 76rpm με 4890kW per Cyl στα 167g/kWh SFOC
Αν κάνεις τις πράξεις θέλοντας να βγάλεις κάποιο συμπερασμα είναι:
5710kW/cyl x 12cyl x 171g/kWh x 24h = 281.2 τόνοι κατανάλωση την ημέρα στο MCR και
2 x 4890kW/cyl x 7cyl x 167g/kWh x 24h = 274.4 τόνοι κατανάλωση την ημέρα στο MCR
Παντως στα triple E το λενε και οι ιδιοι...το ζητημα ειναι περισσοτερα κουτια με την ιδια καταναλωση...
Σαν Performance Indicator χρησιμοποιουμε το EEOI....Ο τυπος δινει ποσο CO2 εκλυθηκε για καθε τοννομιλι. Επομενως αν στην ιδια αποσταση, μεταφερεις περισσοτερο φορτιο με την ιδια καταναλωση, εχεις σημαντικα μειωμενο EEOI...Για πλοια in service μπορουν να εχουν το ιδιο αποτελεσμα με slow steaming. Γι αυτο και δεν βλεπω τα triple E ως κατι σοβαρα πρωτοπορειακο.
) γίνεται πάντοτε έχοντας αυτά τα συγκεκριμένα μεγέθη στο νου και κατόπιν πολλών θεωρητικών και πρακτικών δοκιμών. Και λέω πρακτικών διότι τα ναυπηγεία, γενικότερα, δεν σχεδιάζουν κάθε βαπόρι ξεχωριστά (τουλάχιστον όχι από την αρχή) αλλά έχουν συγκεκριμένες σειρές παραγωγής και εκτός από τις προσομοιώσεις μπορούν να έχουν και πραγματικά στοιχεία για την συμπεριφορά του εκάστοτε hull σε πραγματικές συνθήκες (λέμε τώρα) και τα αποτελέσματα του "παντρέματος" με μια μηχανή. Πολύ συχνά, δε υπάρχουν και μαϊμουδεμένα στοιχεία τα οποία ο ναυπηγος, σε ρόλο ντέτεκτιβ πλέον, πρέπει να τα ανακαλύψει προτού είναι πολύ αργά για τον πλοιοκτήτη! 
