materiały dydaktyczne maszyny i urządzenia okrętowe semestr iii
Post on 11-Jan-2017
262 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
1
Materiały dydaktyczne
Maszyny i urządzenia okrętowe
Semestr III
Wykłady
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
2
Temat 1 (3 godzin): Mechanizmy siłowni okrętowych.
Zagadnienie 1: Rodzaje pomp i układów pompowych.
Pompy są to urządzenia służące do podnoszenia cieczy i zawiesin z poziomu
niższego na wyższy lub przetłaczania jej z obszaru o niższym ciśnieniu na obszar o ciśnieniu
wyższym, kosztem energii doprowadzonej z zewnątrz.
Działanie pomp polega na wytwarzaniu różnicy ciśnień między stroną ssawną
(wlotem do pompy) a tłoczną (wylotem z pompy).
Kryteria podziału pomp
Pompy różnicuje się wg:
- zasady działania: wyporowe, wirowe, strumieniowe;
- konstrukcji : tłokowe, zębate, śrubowe, wirowe, jedno-i wielo- stopniowe;
- rodzaju czynnika : oleju, wody, paliwa, czynników chemicznych, itp.;
- funkcji spełnianych na statku :chłodzenia, smarowania, balastowe, przeciw
pożarowe, sanitarne, transportowe, podające, zęzowe, ładunkowe, itp.;
Rys 1. Ogólna klasyfikacja pomp
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
3
Układ pompowy stanowi pompa wraz z pracującymi z nią przewodami. W układzie
pompa jest maszyna czynną, stąd określenie pompa ssąca lub tłocząca, w odróżnieniu od
pozostałych elementów układu, które pełnią rolę bierną, określane jako rurociąg ssawny,
tłoczny itp.
Rozróżniamy trzy podstawowe układy pompowe:
a) ssący – w których ciśnienie ssania jest mniejsze od ciśnienia tłoczenia ps < pb =
pt, geometryczna wysokość ssania Hsz > 0, geometryczna wysokość tłoczenia Htz
= 0
b) tłoczący – w którym ps = pb < pt , Hsz= 0 , Htz > 0 ,
c) ssąco – tłoczący – łączy oba wymienione układy, w którym ps < pb < pt , Hsz > 0 ,
Htz > 0
Zagadnienie 2: Rodzaje sprężarek.
Sprężarka jest to maszyna robocza do sprężania i przetłaczania czynników gazowych
(najczęściej powietrza). Jako maszyna robocza sprężarka nie wytwarza energii, lecz ją pobiera
od silnika, w który musi być wyposażona.
Sprężarki mogą pracować jako samodzielne jednostki lub mogą wchodzić w skład
bardziej złożonych urządzeń, takich jak chłodziarki, silniki cieplne, kotły parowe, itp
Sprężarki wywołują przyrost ciśnienia czyli różnicę ciśnienia ssania ps i tłoczenia pt,
o wartości powyżej 0,2 MPa, wentylatory zaś do 0,015 MPa.
Wielkości charakteryzujące sprężarkę to: wytwarzane ciśnienie, wydajność
(tj. strumień objętości lub masy), sprawność, natężenie hałasu oraz cechy konstrukcyjne
i eksploatacyjne.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
4
Rys. 2. Klasyfikacja sprężarek wg zasady działania
Ze względu na wartość wytwarzanego przyrostu ciśnienia gazu maszyny sprężające
można podzielić na:
sprężarki – przyrost ciśnienia 0,2 ÷ 200 MPa
dmuchawy – przyrost ciśnienia 15 ÷ 200 kPa
wentylatory – przyrost ciśnienia od 15 kPa
pompy próżniowe - wytwarzające podciśnienie
Zagadnienie 3: Metody oczyszczania i urządzenia do oczyszczania paliw i olejów
smarowych, rodzaje wirówek i filtrów.
Podczas obsługi statku zachodzi konieczność oczyszczania rozmaitych czynników
biorących udział w procesach eksploatacji. Oczyszczanie może być dwojakiego rodzaju:
- profilaktyczne, mające na celu zabezpieczenie maszyn i silników okrętowych przed
ewentualnym uszkodzeniem lub szybszym niż przewidywane zużyciem,
- separacyjne, polegające na rozdzieleniu dwóch czynników zmieszanych ze sobą
z jakichkolwiek powodów.
Oczyszczaniu profilaktycznemu poddawane są wszystkie czynniki biorące udział
eksploatacji maszyn i urządzeń, niezależnie od tego, czy zanieczyszczenie ma miejsce, czy też
istnieje tylko podejrzenie lub możliwość zanieczyszczenia.
Oczyszczaniu separacyjnemu (rozdzielającemu) poddawane są czynniki, co do
których istnieje pewność, że uległy zanieczyszczeniu (zmieszały się różne czynniki)
Urządzenia do oczyszczania paliw i olejów na statkach dzieli się na filtry i wirówki.
Filtry to błona lub warstwa, zaprojektowana do przepuszczania jedynie pewnej grupy
substancji, a zatrzymywania innych.
Filtrowanie jest najbardziej uniwersalną i najczęściej stosowaną na statkach metodą
oczyszczania.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
5
Podział filtrów stosowanych w okrętownictwie
1. Ze względu na materiały:
2. Ze względu na trwałość:
3. Ze względu na klasę filtracji:
4. Ze względu na rodzaj pracy:
Wirówka – urządzenie do rozdzielania zawiesin i emulsji, przez wprawienie
w szybki ruch obrotowy, którego stałe przyspieszenie znacznie przekracza przyspieszenie
ziemskie, wielokrotnie zwiększając szybkość sedymentacji.
Celem oczyszczania w wirówkach jest:
- oddzielenie dwóch nierozpuszczalnych w sobie cieczy o różnych ciężarach
właściwych, przy równoczesnym oddzieleniu cięższych cząstek stałych jako zanieczyszczeń –
proces ten nazywa się puryfikacją i przebiega w wirówkach zwanych puryfikatorami,
- oczyszczanie oleju lub paliwa z zanieczyszczeń w postaci cząstek stałych, przy
równoczesnym oddzieleniu małych ilości cięższych składników zanieczyszczonego oleju,
przede wszystkim wody – proces ten nazywa się klaryfikacją.
Wirowanie, czyli oczyszczanie za pomocą wytwarzanej siły odśrodkowej znacznej
wartości, obejmuje na statku w zasadzie wyłącznie oleje smarowe i paliwa.
Zagadnienie 4: Rodzaje i przeznaczenie wymienników ciepła.
Wymiana ciepła zachodzi między co najmniej dwoma czynnikami o różnych
temperaturach, przy czym właściwości fizyko-chemiczne obu czynników mogą być
takie same lub różne.
Urządzenia w których następuje wymiana ciepła między czynnikami nazywa się
wymiennikami ciepła. Dzieli się je w zależności od przeznaczenia i zachodzącego nich
procesu cieplnego. Na statkach wyróżniamy następujące wymienniki ciepła:
- chłodnice i podgrzewacze,
- skraplacze,
- wyparowniki,
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
6
Najważniejszymi czynnikami uczestniczącymi w procesie wymiany ciepła na statku są:
– woda zaburtowa,
- woda słodka,
- para wodna,
- spaliny wylotowe.
W zależności od zasady działania wszystkie wymienniki ciepła dzielimy na:
- bezpośrednie, zwane też mieszankowymi albo bezprzeponowymi,
- pośrednie, czyli powierzchniowe lub przeponowe.
W zależności od rodzajów tych powierzchni rozróżnia się wymienniki ciepła:
- rurowe ,
- płytowe.
Literatura:
1. Z. Górski, A. Perepeczko, Okrętowe Maszyny i Urządzenia Pomocnicze tom I i II,
Wydawnictwo Trademer, Gdynia 1998. 2. Z.Górski, A.Perepeczko - Okrętowe sprężarki, dmuchawy i wentylatory
3. Z.Górski, A.Perepeczko - Pompy okrętowe
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
7
Temat 2 (3 godzin): Urządzenia pokładowe.
Zagadnienie 1: Rodzaje i przeznaczenie urządzeń pokładowych.
Urządzenia kotwiczne
Urządzeniem kotwicznym nazywamy wszelkie środki techniczne służące do
zakotwiczenia, czyli utrzymania statku w miejscu w czasie postoju na redzie lub, jeśli na to
pozwala głębokość na otwartym morzu oraz odkotwiczenia, czyli zejścia
z kotwicy. W skład urządzenia kotwicznego wchodzą:
- kotwice,
- kluzy kotwiczne,
- łańcuch kotwiczny,
- chwyty łańcuchowe,
- winda kotwiczna,
- przewłoka łańcuchowa,
- komora łańcuchowa.
Urządzenia cumownicze
Urządzenia cumownicze służą do przymocowania statku do nabrzeża, dalb, beczek
cumowniczych lub do innego statku za pomocą lin zwanych cumami oraz do odcumowania
od nich. W skład urządzeń cumowniczych wchodzą:
- liny cumownicze (cumy),
- kluzy (przewłoki),
- półkluzy,
- pachołki (polery),
- kabestany cumowe,
- bębny,
- rzutki,
- odbijacze.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
8
Osprzęt pokładowy i jego przeznaczenie
Osprzętem pokładowym określa się wszystkie przedmioty służące do stałego lub
tymczasowego zamocowania elementów konstrukcyjnych przy urządzeniach pokładowych,
albo określonych części takielunku okrętowego. Najczęściej spotykane są:
- haki,
- klamry (szekle),
- skoble,
- pierścienie,
- chomątka (kausze),
- ściągacze,
- knagi,
- krętliki,
- bloki,
- talie.
Urządzenia ubezpieczające
W skład urządzeń ubezpieczających wchodzą:
- relingi,
- sztormliny (relingi sztormowe),
- stołek bosmański,
- ławka bosmańska.
Zagadnienie 2: Urządzenia sterowe: klasyczne, stery strumieniowe, dysze Korta.
Urządzenia sterowe
Urządzenie sterowe jest jednym z najważniejszych urządzeń okrętowych ze względu
na bezpieczeństwo żeglugi, każdy statek musi być w nie wyposażony. Wymagania, jakie musi
spełniać urządzenie sterowe statku określa Międzynarodowa Konwencja SOLAS oraz
przepisy Towarzystw Klasyfikacyjnych. Wymogi te mogą różnić się od siebie w zależności
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
9
od rodzaju i przeznaczenia jednostki pływającej.
Ster jest to urządzenie służące do nadawania odpowiedniego kierunku ruchu
statku. Działanie steru polega na wytworzeniu dodatkowej siły, uzyskanej zazwyczaj
przez wychylenie płetwy sterowej z płaszczyzny symetrii statku w odpowiednią stronę
przyłożonej niesymetrycznie, po jednej stronie kadłuba statku w stosunku do wody
omywającej kadłub. Powoduje ona zwrot statku w odpowiednią stronę.
Urządzenie sterowe jest to zespół maszyn i mechanizmów służący do wy-
chylenia płetwy sterowej w zależności od sygnałów sterujących.
Urządzenia sterowe dzielą się na bierne i czynne.
Rys. 3. Podział urządzeń sterowych.
o Bierne urządzenia sterowe -działanie związane jest z opływem płetwy steru
przez strugę wody, a taki ma miejsce w przypadku ruchu statku
o Czynne (aktywne) urządzenia sterowe – działają niezależnie od ruchu statku
względem wody, sterowanie jednostką odbywa się za pomocą:
- steru strumieniowego,
- otwarcia lub zamknięcia zasuw lub klap sterujących.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
10
Rys. 4. Dziobowy ster strumieniowy [wikipedia]
Dysza Korta
Składa się z dyszy i umieszczonej w niej śruby napędowej jednostki pływającej.
Powoduje to polepszenie warunków pracy śruby napędowej i zwiększenia jej sprawności.
Dysza Korta może zwiększyć uciąg na palu nawet o 50 procent, a zysk na sprawności maleje
wraz ze wzrostem prędkości i spada do zera przy prędkości około 10 węzłów (19 km/h).
Dysza Korta montowana jest często na jednostkach pływających posiadających klasę
lodową w celu osłony śruby i steru przed fragmentami lodu.[ www.naukowy.pl]
Rys. 5. Schemat działania na szkicu przekroju [www.naukowy.pl]
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
11
Zagadnienie 3: Urządzenia kotwiczne i cumownicze: rodzaje, rozmieszczenie,
przeznaczenie.
Urządzenia kotwiczne.
Urządzenie kotwiczne nie jest przeznaczone do zabezpieczenia statku przed
dryfowaniem lub przemieszczaniem się na wzburzonym otwartym morzu. Do rzucania
i podnoszenia kotwic głównych oraz do utrzymania statku na rzuconych kotwicach głównych
należy ustawić na pokładzie statku, w dziobowej części wciągarki kotwiczne. [Przepisy
Polskiego Rejestru Statku część 3 „Wyposażenie kadłubowe”]
W skład wyposażenia kotwicznego wchodzą:
1.Kotwice główne i zapasowe.
2.Łańcuchy kotwiczne.
3.Kluzy kotwiczne.
4.Stopery służące do mocowania kotwicy w położeniu podróżnym.
5.Komory łańcuchowe.
6.Urządzenia do mocowania i zwalniania końcówek łańcuchów kotwicznych.
7.Mechanizmy służące do rzucania i podnoszenia kotwic głównych oraz do
utrzymania statku na rzuconych kotwicach głównych
Rys. 6. Urządzenia kotwiczne [OrszulokW. WewiórskiS., Wyposażenie pokładowe statku morskiego, Wyd.
Morskie, Gdańsk 1982]
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
12
1.Kotwice prawa. 2.Łańcuchy kotwiczne. 3.Kołnierz burtowy. 4.Kluzy kotwiczne. 5.Kołnierz
pokładowy. 6.Stopery zapadkowy łańcucha. 7.Winda kotwiczna (wciągarka łańcuchowa).
8.Kluza łańcuchowa. 9.Komory łańcuchowe. 10.Końcówka łańcucha. 11.Zwalniak łańcucha
kotwicznego. 12.Podłoga komory łańcuchowej. 13.Pokład dziobówki. 14.Nadburcie
dziobówki. 15.Magazynek dziobowy. 16.Pokład główny. 17.Wzmocnienie wręg skrajnika
Urządzenia cumownicze.
Każdy statek należy wyposażyć w urządzenie cumownicze zapewniające możliwość
dociągania statku do nabrzeży lub przystani pływających i należytego przycumowania
podczas normalnych operacji cumowania. Do wybierania lin cumowniczych można stosować
zarówno specjalnie do tego celu przeznaczone mechanizmy cumownicze (kabestany,
wciągarki), jak i inne mechanizmy pokładowe (wciągarki kotwiczne, ładunkowe itp.) mające
bębny cumownicze.
Rys. 7. Schemat cumowania statku[OrszulokWojciech, WewiórskiStefan, Wyposażenie pokładowe statku
morskiego, Wyd. Morskie, Gdańsk 1982]
1 – dodatkowa cuma wzdłużna; 2 – rufowa cuma podłużna; 3 – rufowa cuma przyciągająca;
4 – dziobowy szpring; 5 – rufowy szpring; 6 – dziobowa cuma przyciągająca; 7 –dziobowa
cuma podłużna;8 –dodatkowa cuma wzdłużna
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
13
Urządzenia cumownicze mogą być rozmieszczone na dziobie, rufie i śródokręciu
w zależności od długości i przeznaczenia jednostki pływającej.
Rys. 8. Usytuowanie wciągarek cumowniczych układ z wciągarkami na śródokręciu [OrszulokWojciech,
WewiórskiStefan, Wyposażenie pokładowe statku morskiego, Wyd. Morskie, Gdańsk 1982
Zagadnienie 4: Urządzenia przeładunkowe bomowe, dźwigowe, bramowe, suwnice.
Urządzenia przeładunkowe na statkach handlowych.
Urządzenia przeładunkowe - urządzenia transportu bliskiego do poziomego lub/i
pionowego przemieszczania materiałów i obiektów o zasięgu ograniczonym lub
nieograniczonym i ruchu przerywanym.
Podział żurawi:
- żuraw bomowy,
- żuraw bomowy lekki
- żuraw bomowy ciężki,
- żuraw pokładowy (wysięgnikowy).
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
14
Rys. 9. Żuraw bomowy .
Suwnice to rodzaj urządzeń dźwigowych, które pomagają przemieszczać różnego
rodzaju ładunki w ruchu zarówno poziomym jak i pionowym na relatywnie krótkich
odcinkach. Suwnice złożone są z pomostu lub bramy, wzdłuż których porusza się wózek
z wyciągarką.
Suwnicą nazywamy dźwignicę złożoną z przejezdnego ustroju nośnego o kształcie
pomostu, mostu, bramy czy półbramy o stosunkowo znacznej rozpiętości (6 i więcej metrów)
oraz z mechanizmu jazdy. Przeznaczona do przemieszczania materiałów i ludzi w pionie,
i poziomie w przestrzeni ograniczonej długością toru jazdy, wysokością podnoszenia
i opuszczania oraz szerokością mostu.
Rys. 10. Podstawowe konstrukcje suwnic.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
15
Temat 3 (5 godzin): Pompy i układy pompowe.
Zagadnienie 1: Podział i klasyfikacja pomp.
Rys. 11. Podział i klasyfikacja pomp.
Zagadnienie 2: Bilans energetyczny pompy i układu pompowego.
Pompa może w zasadzie pracować tylko w połączeniu z przewodami i niezbędną
armaturą, tworząc razem układ pompowy.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
16
Rys. 12. Schemat przenoszenia cieczy za pomocą pompy odśrodkowej (układ pompowy)
1 - zbiornik czerpalny, 2 - przewód ssawny, 3 - pompa odśrodkowa, 4 - przewód tłoczny, 5 - zbiornik
górny. [www.iios.pwr.wroc.pl/tablica_ogl]
Jeżeli za poziom odniesienia przyjmiemy zwierciadło w kanale zasilającym lub
w zbiorniku dolnym, to energia 1 kG cieczy wynosi: na tym poziomie
Ed = pd /γc +cd2 / 2g [kGm/Kg] (1)
na poziomie zwierciadła cieczy w kanale odpływowym lub w zbiorniku górnym
Eg = pg/γc + Hg + cg2 / 2g [kGm/Kg] (2)
u wlotu pompy
Es = Ed - ΣΔ hrs = pd/ γc + cd2 / 2g - ΣΔ hrs [kGm/Kg] (3)
u wylotu pompy
Et = Eg + ΣΔ hrt = pg/ γc + Hg + cg2 / 2g + ΣΔ hrt [kGm/Kg] (4)
gdzie: - pd, pg - ciśnienia nad zwierciadłami cieczy w kanale zasilającym lub
zbiorniku czerpalnym i w kanale odpływowym lub zbiorniku górnym,
kG/m2,
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
17
- γ c - ciężar właściwy cieczy, [kG/m3],
- cd, cg - prędkość cieczy w kanale zasilającym lub zbiorniku
czerpalnym i kanale odpływowym lub zbiorniku górnym, [m/s],
- Hg - wysokość geometryczna podnoszenia, [m],
- ΣΔ hrs, ΣΔ hrt - wysokości strat hydraulicznych w przewodach
ssawnym i tłocznym
ΣΔ hr = ΣΔ hrs, + ΣΔ hrt, [m],
- g - przyśpieszenie ziemskie, [m/s2].
Różnica Et—Es wyrażająca w kGm/kG = m potrzebną energię do przeniesienia 1kG
cieczy z poziomu zwierciadła w kanale zasilającym do poziomu zwierciadła w kanale
odpływowym nazywa się całkowitą wysokością podnoszenia Hc
hr 2
22
gccHgppEEH gddg
stc
[kGm/Kg] (5)
Zagadnienie 3: Wydajność, moc i sprawność pompy.
Wydajność pompy:
Wydajność teoretyczna pompy Qth - jest to natężenie przepływu w pompie idealnie
szczelnej, bez odprowadzenia i użytkowania cieczy pompowanej poza króćcem tłocznym
i przy teoretycznej wysokości podnoszenia Hth.
Wydajność rzeczywista pompy Q – jest to suma natężenia przepływu w przekroju
króćca wylotowego i cieczy odprowadzanej (również przed króćcem tłocznym) na własne
potrzeby pompy, np. chłodzenie łożysk, dławic, itp.
Q = Qth - Qstr (6)
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
18
gdzie Qstr – łączne straty występujące w pompie
Wydajność nominalna pompy Qm – jest to wydajność określona przez producenta,
przy której należy pompę eksploatować i która powinna być określona na tabliczce
znamionowej. Wydajność nominalna pompy Qm występuje przy nominalnej wysokości
podnoszenia Hn i nominalnej prędkości obrotowej n pompy
Wydajność optymalna pompy Qopt – jest to wydajność, przy której pompa osiąga
maksymalną sprawność całkowitą ŋmax. W dobrze skonstruowanej pompie optymalna
wydajność pokrywa się z wydajnością obliczeniową oraz nominalną.
Moc pompy
Moc na wale (sprzęgle) pompy Pw – jest to moc pobierana przez pompę i określona
przez bezpośredni pomiar momentu napędzającego pompę lub określoną pośrednio przez
pomiar mocy pobieranej przez silnik elektryczny Ps
Pw = Ps ŋs (7)
gdzie : ŋs – sprawność silnika elektrycznego
Moc na wale pompy obliczamy również znając parametry pompy
P gQH QHw
10 103 3 (8)
P Qw
p
103
(9)
gdzie: ŋ – całkowita sprawność pompy,
γ – ciężar właściwy w N/m3,
Δp - przyrost ciśnienia w Pa,
Q – wydajność pompy w m3/s,
ς – masa właściwa kg/m3
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
19
Moc użyteczna (efektywna) Pe - nazywamy moc zużytą a zwiększenie energii
pompowanej cieczy
Pe = ςgQHe10-3 = γQH10-3 [kW] (10)
Sprawność pompy
Sprawność całkowita pompy η – określamy stosunkiem mocy użytecznej Pe do
pobieranej Pw przez pompę na wale
33 1010 www
e
PQH
PgQH
PP
(11)
Sprawność objętościowa ηv – nazywamy stosunek wydajności rzeczywistej Q do
wydajności teoretycznej Qth.
vr
th
(12)
Sprawność hydrauliczna ηh – nazywamy stosunek użytecznej wysokości
podnoszenia He do wysokości teoretycznej
he
th
e
e p
HH
HH h
(13)
Sprawność mechaniczna ηm – jest to stosunek różnicy mocy na wale Pw i mocy
zużywanej na pokonanie oporów mechanicznych Pm do mocy na wale
mw
w
P PmP
(14)
Całkowitą sprawność można określić znając sprawności cząstkowe
η = ηv ηh ηm (15)
gdzie: ηv – sprawność objętościowa uwzględniająca straty wydajności,
ηh – sprawność hydrauliczna uwzględniająca straty przepływu w pompie,
ηm – sprawność mechaniczna uwzględniająca opory mechaniczne
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
20
Zagadnienie 4: Pompy: wyporowe tłokowe, zębate, śrubowe, z wirującymi cylindrami,
łopatkowe - budowa i zastosowanie.
W pompach wyporowych przetłaczanie dawki cieczy odbywa się dzięki ruchowi
organu roboczego. Cechą charakterystyczną tych pomp jest stałe szczelne oddzielenie
przestrzeni ssawnej i tłocznej, dzięki czemu pompy te mają zdolność samo zasysania, a po
unieruchomieniu niemożliwy jest powrotny przepływ cieczy.
Organem roboczym w pompach wyporowych mogą być: tłok, przepona, łopatka,
zęby kół zębatych, zęby śrubowe. Mogą wykonywać one ruchy: posuwisto-zwrotne,
obrotowo-zwrotne, obrotowe.
Pompy tłokowe
Pompy tłokowe mogą być jednocylindrowe i wielocylindrowe oraz jednostronnego
i dwustronnego działania. Organem roboczym może być tłok tarczowy lub nurnik. Pompy
tłokowe napędzane są przeważnie silnikami elektrycznymi za pomocą przekładni zębatej lub
pasowej oraz układu korbowego.
Pompy jednostronnego działania.
Praca pompy jednostronnego działania charakteryzuje się dużą nierównomiernością,
wytłaczana ciecz płynie strumieniem przerywanym, pulsacyjnym, powodującym uderzenia
hydrauliczne we współpracujących elementach. Aby temu zapobiec stosuje się pompy
tłokowe dwustronnego działania.
Rys. 13. Pompa tłokowa jednostronnego działania.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
21
Pompy dwustronnego działania
Wydajność takiej pompy jest prawie dwukrotnie większa (zmniejszona o obecność
trzonu tłoka) od wydajności pompy jednostronnego działania przy tych samych średnicach,
skoku tłoka oraz ilości suwów. Pompę tą cechuje zwarta konstrukcja i duża wysokość
podnoszenia.
Rys. 14. Pompa tłokowa dwustronnego działania.
Zastosowania pomp tłokowych
Stosuje się je na jednostkach morskich jako pompy zęzowe, zęzowo-balastowe,
zasilające kocioł pomocniczy oraz jako pompy hydrauliczne urządzeń sterowych lub napędu
urządzeń pokładowych (głownie wielotłoczkowe).
Rys. 15. Pompa wielotłoczkowa o osiowym układzie cylindrów z regulacją wydajności typu Thoma.
Pompy łopatkowe
Są to najprostsze wyporowe pompy rotacyjne. Posiadają zazwyczaj 6 do 12 łopatek
wysuwanych z wirnika. Jednak ze względu na trudności uszczelnienia czołowego i bocznego
łopatek oraz związane z tym przecieki pompy te charakteryzują się spadkiem wydajności przy
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
22
wzroście ciśnienia. Stosowane niekiedy na statkach jako pompy transportowe oleju
smarowego lub paliwa.
Rys. 16. Pompa łopatkowa obustronnego działania: 1 – blok, 2 – łopatki, 3 – pierścień prowadzący, 4 – kanał
wlotowy, 5 – kanał wylotowy [2]
Pompy zębate
Organem roboczym jest tłok obrotowy w postaci koła zębatego. Posiadają one
najczęściej zęby proste. Zęby kół ślizgając się po wewnętrznej gładzi kadłuba spełniają role
tłoków, zaś ciecz zawarta między nimi (we wrębach międzyzębowych) przetłaczana jest
z obszaru ssawnego do tłocznego. Stosuje się je jako pompy smarowe zawieszone na małych
silnikach spalinowych, sprężarkach oraz jako pompy transportowe oleju, spełniającego
jednocześnie rolę czynnika smarującego pompę..
Rys. 17. Pompa zębata: a) o zazębieniu zewnętrznym, b) o zazębieniu wewnętrznym: 1 – koło zębate
napędzające, 2 – koło zębate napędzane, 3 – króciec wlotowy, 4 – króciec wylotowy [2]
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
23
Pompy śrubowe
Organem roboczym są wirniki posiadające gwint nacięty na zewnętrznej
powierzchni. Rodzaj gwintu, skok i liczba zwojów zależy od typu i konstrukcji pompy.
Są one budowane w następujących odmianach:
- jednowirnikowej - wirnik ukształtowany w postaci jednozwojowej śruby o falistym
zarysie gwintu, toczącej się bez poślizgu po wewnętrznej powierzchni elastycznej tulei
o dwuzwojowym gwincie wewnętrznym.
Rys. 18. Pompa śrubowa jednowirnikowa z gumowym gwintem wewnętrznym [2]
- dwuwirnikowe - z dwoma współpracującymi ze sobą wirnikami, mającymi pojedyncze
lub podwójne uzwojenie śrubowe o przeciwnym kierunku zwojów.
Rys. 19. Pompa śrubowa dwuwirnikowa: 1 – śruba bierna, 2 – śruba czynna, 3 – obszar tłoczny, 4 – zawór
bezpieczeństwa, 5 – obszar ssawny [2]
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
24
- trójwirnikowe - z jednym śrubowym wirnikiem czynnym i współpracującymi z nim
dwoma wirnikami śrubowymi biernymi.
Rys. 20. Pompa śrubowa trójwirnikowa: 1 – śruba bierna, 2 – śruba czynna, 3 – obszar tłoczny, 4 – zawór
bezpieczeństwa, 5 – obszar ssawny [2]
Pompy te służą do przetłaczania cieczy nie wykazujących własności smarowych,
zanieczyszczonych. Na statkach używane są jako pompy obiegowe i transportowe oleju oraz
pompy transportowe paliwa.
Zagadnienie 5: Pompy wirowe kręte, przepływ cieczy przez wirnik, wysokość
podnoszenia wirnika.
Pompami wirowymi nazywane są pompy, których organem roboczym jest wirnik
osadzony na obracającym się wale. Powoduje on zwiększenie krętu (momentu ilości ruchu)
lub krążenia cieczy. W zależności od tego pompy wirowe dzieli się na pompy krętne
i krążeniowe.
Pompy krętne
Działanie polega na tym, iż obracający się wirnik, dzięki odpowiedniemu
ukształtowaniu łopatek, powoduje przepływ cieczy od strony ssawnej ku tłocznej.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
25
Zmniejszenie ciśnienia u wlotu pompy wywołuje zjawisko ssania, a energia przekazywana
przez wirnik powoduje zwiększenie krętu cieczy przepływającej przez jego wnętrze.
Rys. 21. Zasada działania wirowej pompy krętnej: 1 –króciec ssawny, 2 – przestrzeń ssawna, 3 – łopatka
wirnika, 4 – tarcza tylna wirnika, 5 – dyfuzor, 6 – króciec tłoczny, 7,8 – luzy między wirnikiem a kadłubem
pompy, 9 – dławica wału, 10 – wał [2]
Ze względu na kierunek przepływu cieczy przez pompę oraz ukształtowanie wirnika
pompy kręte dzieli się na:
- pompy odśrodkowe - wypływ promieniowy z wirnika złożonego z szeregu łopatek
o krawędzi wlotowej równoległej lub nachylonej względem osi wirnika. Budowane
w układach poziomych (częściej) oraz pionowych (rzadziej), jeśli wymagana jest praca
z napływem lub przy ograniczonym miejscu zainstalowania.
Rys. 22. Pompa wirowa odśrodkowa: 1 – wirnik, 2 – kadłub spiralny, 3 – króciec ssawny, 4 – króciec tłoczny [2]
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
26
- pompy helikolidane - charakteryzują się ukośnym (promieniowo-osiowym)
przepływem przez wirnik, wirnik posiada łopatki o krawędziach wlotowych i wylotowych
nachylonych względem osi. Wykonywane są w układzie poziomym, a dla bardzo dużych
wydajności w układzie pionowym.
Rys. 23. Pompa wirowa helikoidalna: 1 – wirnik o przepływie ukośnym i przestrzennej krzywiźnie łopatek, 2 -
kadłub spiralny, 3 – króciec wlotowy, 4- króciec wylotowy [2]
- pompy diagonalne o przepływie promieniowo - osiowym, z wirnikiem
zaopatrzonym w kilka łopatek o obu krawędziach nachylonych względem osi wirnika,
budowane przeważnie w układzie pionowym (jedno- i wielostopniowe).
Rys. 24. Pompa wirowa diagonalna: 1 – wirnik o przepływie ukośnym i przestrzennej krzywiźnie łopatek,
2 - kadłub z osiowo – symetryczną kierownicą łopatkową, 3 – lej wlotowy [2]
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
27
- pompy śmigłowe - pompy o przepływie osiowym z wirnikiem posiadającym
łopatki w kształcie płatów nośnych. Łopatki wirnika mogą być stałe lub nastawialne.
W pompach śmigłowych o regulacji wstępnym krętem stosuje się przed wirnikiem łopatki
kierownicze nastawialne.
Rys. 25. Pompa wirowa śmigłowa: 1 – wirnik ułopatkowany w kształcie śmigła, 2 – kadłub z osiowo –
symetryczną kierownicą łopatkową, 3 – lej wlotowy [2]
Pompy krętne są powszechnie używane w okrętowych instalacjach wody słodkiej,
zaburtowej, w instalacjach zęzowych i balastowych. Pompy o dużych wydajnościach
budowane są zazwyczaj jako pionowe z silnikiem elektrycznym umieszczonym na pompie.
Dla uzyskania dużych wysokości podnoszenia, koniecznych do instalacji zasilania kotłów,
ppoż., hydroforowej i innych, stosuje się pompy wielostopniowe.
Podstawy teoretyczne i kinematyka przepływu przez wirnik
Rys. 26. Powierzchnia prądu w wirnikach pomp wirowych: a) w pompach odśrodkowych, b) w pompach
helikoidalnych, c) w pompach diagonalnych, d) w pompach śmigłowych
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
28
W pompie wirowej występuje zjawisko ruchu okrężnego wymuszonego,
zastosowanego do przenoszenia energii z silnika napędzającego do podnoszonej cieczy za
pośrednictwem łopatek wirnika. Należy zaznaczyć, iż w pompie wirowej występuje przepływ
burzliwy, co nam pozwoli na porównywanie przepływu dla cieczy doskonałej i rzeczywistej.
Rys. 27. Powierzchnia prądu i ruch cząsteczki cieczy. Wpływ kształtu powierzchni prądu na rodzaj pompy
wirowej
Wysokość podnoszenia wirnika
Rys. 28. Rozkład prędkości w przestrzeni międzyłopatkowej wirnika: a) przy przepływie jednowymiarowym,
b) z uwzględnieniem wpływu zawirowania.
Teoretyczną wysokość podnoszenia Hth nazywamy wysokość, na którą pompa
mogłaby podnosić ciecz, gdyby przy przepływie nie występowały żadne opory hydrauliczne,
a ruch pompy obywał by sie bez tarcia. Przy przepływie cieczy doskonałej przez idealną
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
29
pompę moc udzielona cieczy przez wirnik M w powoduje powiększenie mocy zawartej
w strumieniu cieczy o ciężarze właściwym γ,o wydajności Q i wysokości podnoszenia Hth.
Mw = QHth oo (16)
mgMwH thoo
(17)
gdzie: M - moment obrotowy [Nm],
w- prędkość kątowa [s -1],
m- sekundowa masa cieczy przepływającej przez wirnik [kg/s],
g - przyspieszenie ziemskie [m/s2]
Rzeczywista (użyteczna) wysokość podnoszenia H maszyny roboczej wirowej jest
mniejsza od teoretycznej wysokości podnoszenia Hth z powodu strat tarcia cieczy względni
gazu, zachodzących przy przemianach energetycznych między króćcem ssawnym a tłocznym.
Można ją obliczyć ze wzoru:
H=ηhHth=ηhk Hth oo (18)
gdzie:
ηh - współczynnik sprawności hydraulicznej; ηh=0,65 - 0,96 w zależności od typu
pompy, jej wielkości, konstrukcji i staranności wykonania
Zagadnienie 6: Charakterystyki przepływu, mocy i sprawności pomp wirowych i
wyporowych
Charakterystyka przepływu H = f(Q), obrazująca zmienność wysokości podnoszenia
H od wydajności Q. Jest to główna charakterystyka pracy pompy.
Charakterystyka poboru mocy pampy Pw = f(Q), odniesiona do wału, za pomocą
którego moc silnika napędowego jest przejmowana przez pompę (w literaturze obcej często
nazywana mocą na sprzęgle pompy).
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
30
Charakterystyka sprawności pompy η = f(Q), określająca zmianę stosunku
efektywnej mocy, zużytej na zmianę parametrów pracy, do mocy pobieranej przez pompę
o zmiennej wydajności.
Krzywe charakterystyczne otrzymujemy w wyniku przeprowadzonego badania
(próby) pompy. Zmieniając opory przepływu tłoczenia, najczęściej przez dławienie zasuwą,
zmieniamy tym samym wysokość podnoszenia H, w wyniku czego ulega zmianie wydajność
pompy Q. Otrzymujemy w ten sposób zależność H = f(Q).
Charakterystyki przepływu pomp wirowych
Krzywe przepływu H = f(Q) mogą mieć optimum lub nie, jak to przedstawiono na
rysunku 28. Krzywa charakterystyczna 213 nazywa się stateczną, krzywa 4513 - niestateczną,
gdyż między punktami 4 i 5 jednej wartości wysokości odpowiadają dwie wartości
wydajności pompy.
Rys. 29. Charakterystyka stateczna 213 i niestateczna 4513 przepływu H =f(Q).
Moc
Mocą na wale (sprzęgle) pompy Pw nazywamy moc pobieraną przez pompę równą
mocy dostarczanej przez silnik napędowy, względnie przez przekładnię pośredniczącą między
silnikiem a pompą. Moc na wale pompy Pw otrzymujemy przez bezpośredni pomiar momentu
napędzającego pompę, pośrednio przez pomiar względnie obliczenie poboru mocy Ps przez
silnik elektryczny, wtedy
Pw = Ps η (19)
gdzie η - sprawność silnika elektrycznego,
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
31
lub za pomocą wzoru
Pw = ( γ Qr γHe ) / η [10-3 kW] (20)
Pw = ( Q Δp ) / η [10-3 kW] (21)
gdzie: η - całkowita sprawność pompy,
γ - ciężar właściwy w N/m3,
Δp — przyrost ciśnienia w Pa,
Qr —wydajność pompy w m3/s.
Mocą użyteczną (efektywną) Pe nazywamy moc netto zużytą na zwiększenie energii
pompowanej cieczy. Moc Pe określa się ze wzoru
Pe = γ Qr He [10-3 kW] (22)
Sprawności
Sprawnością objętościową pompy ηv nazywamy stosunek wydajności rzeczywistej
Qr do wydajności teoretycznej Qth
ηv = Qr / Qth (23)
Sprawność objętościowa waha się w granicach ηv = 0,9 - 0,98, przy czym większe
wartości odnoszą się do pomp większych. W pompach wirowych sprawność objętościowa
zależy również od wyróżnika szybkobieżności, jak to pokazano na rysunku 29.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
32
Rys. 30. Zależność sprawności objętościowej ηv od wyróżnika szybkobieżności pompy nsQ
Sprawność mechaniczna pompy ηm jest to stosunek różnicy mocy na wale Pw
i mocy zużywanej na pokonanie oporów mechanicznych Pm występujących w pompie
(w łożyskach i w dławnicach) do mocy na wale
ηm = ( Pw - Pm ) / Pw (24)
Sprawność mechaniczna waha się w granicach ηm = 0,92 - 0,98 — zależnie od
wielkości i jakości wykonania pompy. W pompach bezdławnicowych sprawność ηm = 1,00.
Sprawność całkowitą pompy η określamy stosunkiem mocy użytecznej Pe do mocy
pobieranej przez pompę na wale Pw
η = Pe / Pw = ηv ηh ηm (25)
Całkowita sprawność pomp nie powinna być mniejsza od 0,6. Pompy nowoczesnej
konstrukcji osiągają obecnie wartości η = 0,9. Przeciętne sprawności wynoszą od 0,7 do 0,8.
Zagadnienie 7: Wyróżnik szybkobieżności pomp wirowych.
Kinematyczny wyróżnik szybkobieżności nsq
Wyróżnik szybkobieżności stosuje się jako wskaźnik rodzaju pomp wirowych. Przy
ściśle określonych wartościach parametrów Q [m3/s], H [m], n [obr/min] pompy roboczej,
przyjmując wartości parametrów pracy pompy specjalnej (tj. spełniającej warunki
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
33
podobieństwa) Qs = 1 m3/s, i Hs = 1 m można obliczyć prędkość obrotową pompy modelowej
zwanej kinematycznym wyróżnikiem szybkobieżności
4/3
2/1
HnQnsQ
(26)
Należy podkreślić, iż ściśle określonym wartością parametrów pracy pompy roboczej
odpowiada tylko jedna, ściśle określona wartość wyróżnika szybkobieżności nsQ (wartości
parametrów Q, H, n określone są warunkami technicznymi danego układu pompowego dla
którego dobierana jest pompa). Ponieważ wartość tego wyróżnika określa wzajemny stosunek
parametrów pracy pompy roboczej (wzór 29), a ten z kolei zasadniczo wpływa na kształt
wirnika, zatem wartości wyróżnika szybkobieżności jest wskaźnikiem kształtu wirnika,
a więc i rodzaju pompy. W tym sensie wyróżniki szybkobieżności służą do określania rodzaju
pompy przy jej doborze na żądane wartości parametrów pracy. Kształty wirników
w zależności od wyróżnika szybkobieżności dobiera się na podstawie tabel.
Dynamiczny wyróżnik szybkobieżności nsp
Dynamiczny wyróżnik szybkobieżności nsp jest to prędkość obrotowa pompy
geometrycznie podobnej, której zapotrzebowanie mocy przy wysokości podnoszenia
Hs = 1 m, wynosi Ps = 1 KM
4/5
2/1
HnPnsP
(27)
Ponieważ we wzorze występuje ciężar właściwy cieczy γ, zastosowanie
dynamicznego wyróżnika szybkobieżności do pomp wirowych jest niewłaściwe, gdyż pompa
o określonym kształcie wirnika mogłyby mieć kilka wartości wyróżników nsp zależnie od
ciężaru właściwego cieczy. Zatem wyróżnik ten nie może jednoznacznie określać kształtu
wirnika. Jest parametrem pomocniczym przy doborze rodzaju pompy do układu pompowego.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
34
Niektóre materiały źródłowe podają również bezwymiarowy wyróżnik
szybkobieżności nsf obliczany według wzoru
nsf =3nsQ (28)
Podobnie jak nsp, bezwymiarowy wyróżnik nsf jest parametrem pomocniczym przy
doborze rodzaju pompy do układu pompowego.
Zagadnienie 8: Szeregowa i równoległa współpraca pomp z instalacjami.
W eksploatacji siłowni okrętowych stosowana jest czasami współpraca układów
złożonych z dwu lub więcej pomp, w zależności od warunków pracy układu. Dla każdego
takiego układu punkt pracy współpracujących pomp jest określony punktem przecięcia
wypadkowej charakterystyki (charakterystyki zastępczej) wszystkich pracujących pomp oraz
wypadkowej charakterystyki czynnych rurociągów.
Równoległa współpraca pomp
Równoległą współpracę pomp stosuje się w celu uzyskania większej wydajności układu
pompowego.
Rys. 31. Współpraca równoległa pomp wyporowych.
W przypadku współpracy pomp wyporowych wydajność wzrasta prawie dwukrotnie
(pomniejszona jest jedynie o opory przepływu). Na rysunku 31 przedstawiono współpracę
równoległą pomp wyporowych tłokowych o różnych charakterystykach przepływu.
Charakterystyka zastępcza Q1,2 układu pompowego oraz nowy punkt pracy powstały poprzez
dodanie odciętych obu charakterystyk (wydajności obu pomp Q1 i Q2) przy wysokościach
podnoszenia odpowiadających charakterystykom dla obydwu pomp.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
35
Rys. 32. Współpraca równoległa dwóch pomp tłokowych tłoczących ciecz do wspólnego rurociągu [2]
Współpraca równoległa pomp wirowych
W przypadku równoległej współpracy pomp wirowych w układzie wystąpi
zmniejszenie całkowitej wydajności w porównaniu do sumy wydajności, jaką miałaby każda
pompa współpracująca indywidualnie z rurociągiem. W praktyce połączenie równoległe
powyżej ośmiu pomp wirowych nie powoduje wzrostu wydajności i jest nie opłacalne.
Na rysunku 32 przedstawiono współpracę równoległą pomp wirowych o różnych
charakterystykach. Charakterystyka zastępcza Q1,2 układu pompowego oraz nowy punkt
pracy powstały poprzez dodanie odciętych obu charakterystyk (wydajności obu pomp Q1
i Q2) przy wysokościach podnoszenia odpowiadających charakterystykom dla obydwu pomp.
Rys. 33.Współpraca dwóch pomp wirowych o różnych charakterystykach połączonych równolegle [2]
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
36
Współpraca równoległa pompy wyporowej i wirowej
Na statkach bardzo rzadko stosuje się takie połączenie ze względu na dużą różnicę
wydajności pomp wirowych i wyporowych.
Na rysunku 33 przedstawiono współpracę równoległą pompy wirowej i pompy
wyporowej. Charakterystyka zastępcza Q1,2 układu pompowego oraz nowy punkt pracy
powstały poprzez dodanie odciętych obu charakterystyk (wydajności obu pomp Q1 i Q2) przy
wysokościach podnoszenia odpowiadających charakterystykom dla obydwu pomp.
Rys. 34.Współpraca równoległa pompy wirowej i pompy wyporowej tłokowej [2]
Szeregowa współpraca pomp
Rys. 35. Współpraca szeregowa pomp wirowych
Szeregowa współprace pomp stosuje się w celu zwiększenia wysokości podnoszenia
układu pompowego
Na rysunku 34 przedstawiono współpracę szeregową pomp wirowych o różnych
charakterystykach. Charakterystyka zastępcza H1,2 układu pompowego oraz nowy punkt
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
37
pracy powstały poprzez dodanie rzędnych obu charakterystyk (wysokości podnoszenia obu
pomp H1 i H2 ) przy wydajnościach odpowiadających charakterystykom dla obydwu pomp.
Rys. 36.Współpraca szeregowa dwóch pomp wirowych [2]
Zagadnienie 9: Kawitacja pomp i siły poosiowe.
Kawitacja
Kawitacja jest zjawiskiem występującym wyłącznie w cieczach.
Według Polskiej Normy kawitacja jest to zjawisko wywołane zmiennym polem
ciśnień cieczy, polegające na tworzeniu się, powiększeniu i zanikaniu pęcherzyków lub
innych obszarów zamkniętych (kawern) zawierających parę danej cieczy, gaz lub mieszaninę
parowo-gazową. Inaczej, kawitacja jest to zespół zjawisk, podczas których następuje zmiana
wody w parę wodną (bąbel pary wodnej), spowodowana miejscowym zmniejszeniem się
ciśnienia lub zwiększeniem temperatury, oraz implozja (czyli zapadanie się tegoż bąbla).
Kawitacja w pompach przejawia się obniżeniem wysokości podnoszenia i sprawności
pompy oraz hałasem i drganiami. W pompach odśrodkowych wystąpią uszkodzenia erozyjne;
na łopatkach i bocznych ścianach wirnika oraz końcach łopatek na wylocie i w kierownicy.
Wpływ kawitacji na pracę pompy wirowej
W pierwszym, tzw. zaczątkowym stadium, gdy zaczynają się tworzyć niewielkie
pęcherzyki parowo-gazowe, kawitacja nie wpływa ujemnie na pracę pompy.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
38
W drugim stadium, tzw. rozwiniętej kawitacji, implozje pęcherzyków wywołują
drgania całej pompy, a jednocześnie występują silne nieregularne wahania wskazań
mierników ciśnienia na tłoczeniu..
W trzecim stadium tzw. bardzo silnej kawitacji, występuje załamanie się
charakterystyk (krzywych) przepływu, poboru mocy oraz sprawności.
Eksploatacyjne sposoby zapobiegania kawitacji
- ustawianie pomp z zapewnieniem możliwie małej wysokości ssania lub dużego
napływu,
- eksploatowanie w pobliżu nominalnej wydajności - przy nadmiernym zwiększeniu,
jak również i zmniejszeniu wydajności występuje kawitacja,
- zabezpieczenie przed wzrostem temperatury cieczy,
- zabezpieczenie przed nieprzewidzianym zwiększeniem prędkości obrotowej
pompy,
- dopuszczanie do obszaru powstawania pęcherzyków pary pewnej ilości powietrza
Siły poosiowe
W każdej pompie wirowej powstaje napór osiowy na wirnik, wywołany różnicą
ciśnień po obu jego stronach. Wypadkowa siła osiowa pochodzącą od naporu działa
w kierunku wlotu wirnika (przeciwnym do kierunku dopływu cieczy do wirnika). Siła ta jest
proporcjonalna do wysokości podnoszenia i np. w wysokoprężnych pompach zasilających
może wynosić kilkaset kN.
Napór osiowy w pompie odśrodkowej o pojedynczej krzywiźnie łopatek
Rys. 37. Rozkład ciśnień po obu stronach jednostrumieniowego wirnika odśrodkowego.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
39
U wylotu wirnika panuje ciśnienie statyczne Hp. Z dostatecznym przybliżeniem można
przyjąć, że ciśnienie to napiera równomiernie na przednią i tylną tarcze wirnika. Rzeczywisty
rozkład ciśnienia w przestrzeniach I, II będzie zatem sumą algebraiczną obu ciśnień. Wobec
jednakowego rozkładu ciśnień po obu stronach wirnika siły działające na pola między
promieniami rsz i r2 (z obu stron wirnika) równoważą się. Pozostaje natomiast siła działająca
na tylną ścianę wirnika, na pole o promieniach od rw do rsz. Siła F1 jest zwrócona w kierunku
wlotu na wirnik (kierunek przeciwny dopływowi wody do wirnika).
Rys. 38. Schemat obliczenia siły osiowej.
Na skutek zmiany kierunku przepływu cieczy z osiowego na promieniowy
(w pompach odśrodkowych zmiana kierunku wynosi 90°) wystąpi na wirniku siła reakcji F2,
działająca w kierunku przeciwnym do F1. W przypadku wirnika osadzonego na końcu wału
wystąpi trzecia siła F3 działająca na przekrój wału.
Wypadkowa siła osiowa będąca sumą sił składowych, będzie różnicą sił.
F= ΣFi = F1 -F2 -F2 (29)
Równoważenie naporu osiowego
Równoważenie naporu osiowego stosuje się w pompach odśrodkowych,
diagonalnych i helikoidalnych. Istnieje kilka sposobów równoważenia naporu osiowego:
Stosowanie otworów odciążających
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
40
Rys. 39. Wirnik z pierścieniami uszczelniającymi i otworami odciążającymi.
Przewody upustowe
Rys. 40. Pompa z pierścieniami uszczelniającymi i przewodem upustowym 3 do wyrównania ciśnienia w
obszarach 1 i 2.
Wirniki dwustronne. Ustawienie przeciwstawne wirników
Rys. 41. a) Schemat wirnika dwustrumieniowego, b) zrównoważenie siły osiowej przez symetrycznie
usytuowanie stopni w pompie odśrodkowej wielostopniowej
a) b)
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
41
Zastosowanie żeber promieniowych
Rys. 42. Równoważenie naporu osiowego za pomocą żeber promieniowych.
Zastosowanie tarczy odciążającej
Rys. 43. Równoważenie naporu osiowego za pomocą tarczy odciążającej.
Napór promieniowy i jego równoważenie
Napór promieniowy powstaje w pompach ze spiralnym kanałem zbiorczym
w wyniku różnicy ciśnień na obwodzie. Ponadto dalszą przyczyną nierównomiernego
rozkładu ciśnienia wokół wirnika stanowią wiry i prądy powrotne na początku i zbiorczej
przy opływie krawędzi początku spirali zwanej „języczkiem”.
Rys. 44. Napór promieniowy w kanale zbiorczym spiralnym: pojedynczym, b) podwójnym
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
42
Dokładne obliczenie wartości naporu promieniowego Fr jest dość trudne.
W technicznych obliczeniach można posługiwać się przybliżonym n/w wzorem
doświadczalnym.
Fr=Kr pt d2 b2 (30)
gdzie: Kr -współczynnik doświadczalny, który może być określony z wykresu
pt -ciśnienie wytworzone przez pompę [Pa]
d2 - średnica zewnętrzna wirnika [cm],
b2 - szerokość wirnika łącznie z tarczami [cm].
Zagadnienie 10: Pompy wirowe krążeniowe: zasada pracy, budowa.
Działanie pompy krążeniowej polega na tym, iż krążenie ciecz w obrębie wirnika lub
na jego obwodzie jest proporcjonalne do momentu przekazywanego wirnikowi przez wał.
Są to pompy samozasysające tzn. posiadające zdolność wysysania powietrza z przewody
ssawnego i zassania wody.
Pompy z bocznymi kanałami krążeniowymi
Pompy z bocznymi kanałami krążeniowymi - w bocznych ścianach kadłuba znajdują
się kanały, które w częściach końcowych stopniowo zwiększają lub zmniejszają swoją
głębokość. Przy obrocie wirnika przestrzenie łopatkowe, przesuwając się w zakresie
znikającego kanału bocznego, doznają zmniejszenia objętości i wytłaczają nadmiar cieczy do
otworu tłocznego. Następnie, przesuwając się po zwiększającej się części kanału, doznają
zwiększenia objętości i powodują zasysanie cieczy z otworu ssawnego
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
43
Rys. 45.Pompa krążeniowa z bocznymi kanałami pierścieniowymi: 1 – otwór ssawny, 2- otwór tłoczny, 3 –
kanał boczny, 4 – wirnik [2]
Pompa z pierścieniem cieczy
Pompa z pierścieniem cieczy - organem roboczym pompy jest wirnik o prostych
łopatkach, obracających się mimośrodowo w kadłubie. Przed uruchomieniem pompy zalewa
się ją częściowo cieczą. Podczas pracy pompy woda zostaje odrzucona na zewnątrz, tworząc
pierścień o stałej grubości. Wskutek mimośrodowego umieszczenia wirnika między
łopatkami wirnika a pierścieniem cieczy tworzy się wolna, zmieniająca okresowo swoją
objętość, przestrzeń o kształcie sierpa.
Pompy takie używane są do czynników dwufazowych (ciecz + gaz) oraz jako pompy
próżniowe (do 97 % próżni). Na statkach używane są jako stopnie samozasysające pomp
odśrodkowych, a także oddzielnie jako pompy próżniowe wyparowników podciśnieniowych
oraz skraplaczy.
Rys. 46. Pompa wirowa z pierścieniem wodnym: a) częściowe zalanie kadłuba, b) tworzenie się pierścienia
wodnego, 1 – kadłub, 2 – wirnik, 3 – kanał ssawny, 4 – kanał tłoczny [2]
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
44
Zagadnienie 11: Elementy konstrukcyjne pomp i eksploatacja pomp.
Elementy konstrukcyjne pomp tłokowych
- kadłub,
- tłoki,
- dławice trzonów tłokowych.
Rys. 47. Dławica zewnętrzna trzonu tłokowego: 1 – kadłub pompy, 2 – trzon tłoka, 3 – szczeliwo, 4 -dławik,
5 – śruby dociskowe, 6 – tuleja prowadząca [2]
- zawory,
Rys. 48. Zawory pomp tłokowych: a) talerzowy, b) jednopierścieniowy
1 – ogranicznik, 2 – trzon zaworu, 3 – talerz (pierścień na rys. b), 4 – gniazdo, 5 – kadłub [2]
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
45
Elementy konstrukcyjne pomp wirowych
Podstawowymi elementami pompy są: wirnik, wał, kierownica, dławica oraz kadłub
z komorą zbiorczą.
Wirniki są zwykle odlewane z żeliwa razem z łopatkami, dla większych prędkości
obwodowych - ze staliwa, z brązu lub stopów lekkich. W pompach niskiego ciśnienia stosuje
się zwykle tylko komorę spiralną, stanowiącą część kadłuba. Po obróbce wirnik wymaga
starannego wyrównoważenia dla uniknięcia drgań w czasie pracy.
Uszczelnienie kadłuba w miejscu przejścia przezeń wału pompy zapewnia dławnica.
Jako szczeliwa używa się bawełny nasyconej łojem - w przypadku pompy do wody zimnej
a teflonu lub bawełny nasyconej np. grafitem - dla cieczy o podwyższonych temperaturach.
Uszczelnienia wirnika w kadłubie zapobiegają zbytniemu przeciekowi cieczy z powrotem do
wlotu wirnika. Wykonywane są one w postaci wymiennych brązowych pierścieni
uszczelniających.
Eksploatacja pomp
Eksploatacja pomp na statku nie nastręcza dużych trudności pod warunkiem
przestrzegania warunków określonych w instalacjach obsługi. Bieżąca obsługa sprowadza się
do kontroli wskazań manometrów, słuchowej kontroli szumów i innych dźwięków pracy,
kontroli czy nie wystąpiły przecieki na dławnicach oaz sprawdzaniu czy pompa się nie
grzeje. Po kontroli stanu dławic i sprawdzeniu ilości smaru w łożyskach należy
- w przypadku pomp nie mających zdolności samozasysania, nie posiadających urządzeń
samozasysających lub też nie pracujących z napływem - zapełnić cieczą przewód ssawny
(zalać pompą). Przed uruchomieniem pomp wyporowych należy otworzyć zawór tłoczny
i ssawny oraz upustowy, a w przypadku pomp wirowych odśrodkowych należy zamknąć
zasuwę ma tłoczeniu i otworzyć zasuwę na ssaniu pompy.
Pompy wirowe helikoidalne i diagonalne mogą być uruchamiane zarówno przy
otwartych, jak i zamkniętych zaworach na ssaniu i tłoczeniu. Pompy wirowe śmigłowe
powinny mieć przed uruchomieniem otwarty zawór na tłoczeniu, aby nie przeciążyć silnika.
Po uruchomieniu należy wyregulować wydajność pompy, zwracając uwagę na obciążenie
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
46
silnika. Przed wyłączeniem należy stopniowo doprowadzić zawory, względnie zasuwy, do
takiego położenia, jakie było przed uruchomieniem silnika.
Zagadnienie 12: Pompy strumieniowe: zasada pracy, budowa i eksploatacja.
Pompy strumieniowe (strumienice) służą do przenoszenia gazów, cieczy lub ciał sypkich.
Są urządzeniami działającymi na zasadzie zjawiska Venturiego polegającego na tym, że
przepływający przez dysze z przewężeniem czynnik roboczy powoduje powstawanie
w miejscu przewężenia podciśnienia i wskutek czego z przestrzeni ssawnej zasysany jest
czynnik przetłaczany.
Strumienice dzielimy na :
- eżektory – przenoszą czynnik do obszaru o ciśnieniu nie wyższym od ciśnienia
atmosferycznego
- inżektory - przenoszą czynnik do obszaru o ciśnieniu wyższym od ciśnienia
atmosferycznego
Na statkach używane są głownie jako eżektory, w których czynnikami roboczymi są
woda i para.
Strumienice wykorzystywane są najczęściej jako pompy próżniowe w
wyparownikach podciśnieniowych, do usuwania solanki z wnętrza wyparownika, usuwania
nieczystości, awaryjnego osuszania zęz siłowni, osuszania zęz ładowni, resztkowania
zbiorników balastowych. Czasami stosowane są również jako stopnie samozasysające dużych
pomp wirowych.
Rys. 49.Strumienica (smoczek próżniowy): 1 – czynnik roboczy, 2 – dysza, 3 – czynnik przetłaczany, 4 - wylot
[www.pompa.pl]
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
47
Temat 5 (5 godzin): Sprężarki.
Zagadnienie 1: Wiadomości teoretyczne na temat procesu sprężania, sprawność
wolumetryczna.
Istnieją dwie podstawowe zasady sprężania powietrza (gazu); zasada wyporu
i sprężanie dynamiczne. Wśród sprężarek wyporowych możemy wymienić np. sprężarki
tłokowe i różne typy sprężarek obrotowych. W sprężarce tłokowej powietrze jest zasysane do
komory sprężania, której wlot zostaje zamknięty. Następnie objętość komory się zmniejsza
i powietrze jest sprężane. Jeżeli ciśnienie osiągnie taką samą wartość jak ciśnienie panujące
w rozgałęźnym kanale wylotowym to zawór zostaje otwarty i powietrze pod stałym
ciśnieniem zostaje wypuszczane przy stale zmniejszającej się objętości komory sprężania.
W sprężaniu dynamicznym powietrze zasysane jest do szybko obracającego się wirnika
i przyspieszane, aż do osiągnięcia dużej prędkości. Następnie gaz jest wypuszczany przez
dyfuzer (zwężkę rozpraszającą), gdzie energia kinetyczna jest zamieniana na ciśnienie
statyczne. Wyróżniamy sprężarki dynamiczne o przepływie osiowym i promieniowym.
Wszystkie są przystosowane do dużych ilości przepływającego powietrza.
Rys. 50. Wykres pracy indykowanej tłokowej sprężarki jednostopniowej.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
48
Na rysunku przyjęto następujące oznaczenia:
∆ps – opory ssania,
∆pt – opory zaworu tłocznego,
ps – ciśnienie ssania,
pt – ciśnienie tłoczenia,
pa – ciśnienie atmosferyczne (otoczenia),
Vsk – objętość skokowa,
Vo – objętość przestrzeni „szkodliwej” (zwykle Vo = od 3% do 8%),
Vsk – w zależności od konstrukcji sprężarki, umieszczenia zaworów i stosunku skoku
do średnicy tłoka),
Vs – objętość ssania (dotyczy gazu zassanego przy ciśnieniu
w punkcie 1), Vi – objętość indykowana – odczytana z wykresu
Przyjmuje się następujące średnie wykładniki politropy: przy rozprężaniu m1 = 1,25 do 1,3
i przy sprężaniu m2 = 1,4 do 1,35. Wartość ich zależy od rodzaju gazu, sposobu chłodzenia
i prędkości obrotowej sprężarki
Rzeczywistą wydajność sprężarki określa wzór:
Qrz = λ Qteor (31)
przy czym: Qteor= F s n ic (32)
gdzie: F – powierzchnia tłoka,
s – skok,
n – liczba obrotów,
ic – ilość cylindrów,
F s = Vsk- objętość skokowa.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
49
Rzeczywisty współczynnik zassania λ wylicza się przy pomocy formuły:
λ= λs λd λg λn= λi α (33)
gdzie: 1pp
VV
1λm
a
t
sk
os
- współczynnik przestrzeni szkodliwej,
a
1d p
pλ - współczynnik dławienia,
a
1g T
Tλ - współczynnik grzania ścian,
a
1n V
Vλ współczynnik nieszczelności (Va -objętość gazu zassanego przy
parametrach pa i Ta),
sk
idsi V
Vλλλ - indykowany współczynnik objętościowy,
ngλλα zależy od stosunku sprężania a
t
ppε oraz intensywności
chłodzenia cylindra i pokryw.
Sprężanie jedno i wielostopniowe
Sprężanie gazu odbywa się wg przemiany politropowej, więc przyrost temperatury
jest funkcją przyrostu ciśnienia zgodnie z zależnością:
m1m
a
t
a
t
pp
TT
(34)
Ze względu na smarowanie, szczególnie płytek zaworowych, temperatura końcowa
nie może przekraczać 473 K 493 K (200 220oC). Z tych względów w jednym stopniu
,ciśnienie sprężania nie może przekraczać 6 – 7 bar. Jeżeli ε = pt / pa › 7, to wskutek
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
50
zbytniego nagrzewania się gazu podczas sprężania smarowanie jest mocno utrudnione lub
nawet zanika. Wzrasta też zużycie mocy potrzebnej do napędu, maleje indykowany
współczynnik zassania λi. Te niekorzystne zjawiska można zmniejszyć stosując sprężanie
dwu lub wielostopniowe w zależności od wartości stopnia sprężania całkowitego.
Rys. 51. Wykres pracy indykowanej tłokowej sprężarki dwustopniowej
Pierwszy stopień 1 – 2 – 3 – 4 - 1 , drugi stopień 4 – 5 – 6 – 7 – 4
Objętość gazu z pierwszego stopnia (V3–V4) wskutek schłodzenia zmniejsza się do
wielkości (V5 – V4). Punkt 5 leży teoretycznie na izotermie przeprowadzonej przez punkt 2.
Pole zakreskowane 3-t-6-5-3 odpowiada oszczędności mocy napędowej uzyskanej wskutek
zastosowania dwustopniowego sprężania.
W sprężarce dwustopniowej gdy temperatura gazu przepływającego przez chłodnicę
międzystopniową osiąga początkową T5 = T2 i gdy jest ona dobrze zaprojektowana ,
to T6 = T3.
Wtedy :
m1m
c
t
5
6m
1m
a
c
2
3
pp
TT
pp
TT
(35)
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
51
Zatem: a
t
c
t
a
c
ppε
pp
pp
(36)
Dla n-stopni n
a
t
pp
ε (37)
. Pracę techniczną można też wyliczyć przy pomocy wzoru:
1pp
vp1m
mLm
1m
a
taatpol
[J/kg] (38)
W przypadku m = κ, co ma miejsce w szybkobieżnych sprężarkach otrzymamy pracę
adiabatyczną obiegu zgodnie z wzorem:
at
κ1κ
a
taaad ii
ppvp
1κκL
(39)
Przy czym pt, pa w Pa, va w m3/kg, zaś it, ia w J/kg. Posługując się wykresem i – s dla
danego gazu łatwo jest określić różnicę entalpii czynnika w stanie końcowym i początkowym.
Prócz tego można odczytać temperaturę i objętość właściwą dla poszukiwanych punktów
przemiany cieplnej.
Wykresy ciepła w zastosowaniu do procesu sprężania.
Rys. 52. Wykresy T-s i i-s dla sprężarek tłokowych
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
52
Wykres T – s służy do ustalenia ilości ciepła, które bierze udział w procesie oraz do
określenia parametrów stanu gazu. Jednak do określenia (adiabatycznej) pracy sprężania
lepiej jest posługiwać się układem i – s , ponieważ lt = i2 – i1. W układzie T – s :
Linia 1- 2 sprężanie adiabatyczne qad = 0 ( adekwatne polu pod linią 1 – 2)
Linia 1 – 3 sprężanie politropowe qpol = polu zakreskowanemu na czerwono,
Linia 1 – 4 sprężanie izotermiczne qizot = adekwatnie polu zakreskowanemu na
niebiesko.
Przemiana politropowa wymaga ustalenia punktu 3 przy pomocy wzoru:
m1m
1
213 P
PTT
bo p3 = p2 (40)
Ilość ciepła, jaką należy odprowadzić podczas przemiany politropowej można określić
przybliżonym wzorem: qpol ≈ 0,5( s1 – s3 ) (T1 + T3) . Przy izotermicznym sprężaniu gazu
ilość ciepła odprowadzonego podczas przemiany wynosi: qizot = (s1 – s4) T1 , bo T1 = T4 .
Sprężanie dwustopniowe w układzie T – s (lewy) oraz rzeczywisty proces sprężania
w sprężarce wirnikowej (prawy) przedstawia rysunek 51.
Rys. 53. Wykres T-s dla spężarki dwustopniowej (po lewej ) i rzeczywisty proces sprężania w układzie i-s.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
53
Sprawność sprężarek
Sprawności sprężarek tłokowych
Moc indykowana sprężarek jednostopniowych wynosi:
Ni = F s n pi [J/kg] (41)
gdzie: F- przekrój cylindra [m2],
s- skok tłoka [m],
n- prędkość kątowa wału [rd/s],
pi- średnie ciśnienie indykowane o stałej wartości, odpowiadające polu
wykresu indykatorowemu [Pa].
Moc potrzebna do sprężania G kg gazu w przemianie:
a) izotermicznej Niż = G liż = GRa
11 p
plnT ,
b) adiabatycznej Nad = G lad = G(it – ia) ,
c) politropowej Npol = G lpol = G
1pp
vp1m
m m1m
a
taa
Wartość pracy można określić za pomocą odpowiedniego wykresu. Do oceny pracy
sprężarek służy współczynnik sprawności indykowany, określony następującymi wzorami dla
poszczególnych przemian:
a) izotermicznej 00,7 do 0,52NN
i
izizi ,
b) adiabatycznej 50,7 do 0,58NNη
i
adadi
,
c) politropowej 0,72 do 0,55N
Nη
i
polpoli
Moc na wale sprężarki Nw = Ni/ηm. Stąd współczynnik sprawności mechanicznej
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
54
0,96 do 0,85NNη
w
im (42)
Moc silnika napędowego liczymy z zależności przek.
ws η
NN .
Współczynnik sprawności przekładni w napędzie sprężarek tłokowych wynosi
przekł.= 0,96 do 0,99.
Sprawności sprężarek wirnikowych (rotodynamicznych)
Moc na wale sprężarki wirnikowej wynosi Nw = Nu/o. Przy czym współczynnik
sprawności ogólnej
o = mhv (42a)
gdzie o – współczynnik sprawności ogólnej waha się w granicach 0,7 do 0,94,
m – współczynnik sprawności mechanicznej waha się w granicach 0,98 do
0,99;
h- współczynnik sprawności hydraulicznej przyjmuje wartości od 0,75 do 0,98
oraz
v- współczynnik sprawności wolumetrycznej (na przecieki) osiąga wartość
>od 0,98.
Moc użyteczną Nu sprężarek wirnikowych wylicza się ze wzorów:
Nu = V ΔHu lub Nu = G lu. (42b)
przy czym: V- rzeczywiste natężenie przepływu gazu [m3/s],
G- rzeczywiste natężenie przepływu gazu [kg/s],
ΔHu- przyrost ciśnienia w sprężarce [Pa],
lu- praca włożona dla sprężania kg gazu wg jednej z przemian cieplnych.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
55
Zagadnienie 2: Budowa sprężarek tłokowych, śrubowych i łopatkowych.
Sprężarki wyporowe
Zasada działania sprężarek wyporowych polega na zassaniu gazu wskutek
powiększenia objętości komory roboczej, a następnie na sprężeniu go w wyniku zmniejszenia
się objętości komory, i dalej – wyparciu do urządzeń odbiorczych. Sprężenie gazu jest
wywołane za pomocą elementu roboczego, którym może być tłok lub wirnik z łopatkami.
W związku z tym rozróżniamy sprężarki tłokowe wyporowe i rotacyjne.
Sprężarki tłokowe
W sprężarce tłokowej sprężanie czynnika roboczego następuje na skutek postępowo-
zwrotnego ruchu tłoka w cylindrze. Tłok jest napędzany silnikiem za pośrednictwem
mechanizmu korbowego. W głowicy cylindra znajdują się dwa zawory, otwierające się
samoczynnie pod wpływem różnicy ciśnienia, a zamykające się pod działaniem sprężyn.
Rys.54. Schemat sprężarki tłokowej (1 – cylinder, 2 – tłok, 3 – zawór ssawny, 4 – zwór tłoczny)
Praca sprężania czynnika jest równa pracy technicznej przemiany 1-2 (pole
zakreskowane na rysunku. 53). Jej wartość ulega zmianie w zależności od przebiegu krzywej
1-2.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
56
Rys. 55. Przebieg sprężania w teoretycznej sprężarce tłokowej.
Sprężarki tłokowe wielostopniowe
Między poszczególnymi stopniami sprężarki wielostopniowej stosuje się chłodnice,
w których czynnik jest chłodzony do temperatury początkowej i dopiero wtedy kierowany do
kolejnego cylindra. Zmniejsza to pracę oraz ogranicza temperaturę końcową sprężanego
czynnika.
Rys. 56. a) Schemat sprężarki tłokowej o dwóch stopniach sprężania, b) Przebieg sprężania w teoretycznej
sprężarce tłokowej o dwóch stopniach sprężania
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
57
Gdy sprężanie czynnika od ciśnienia p1 do p3 odbywało się w jednym cylindrze, stan
końcowy czynnika byłby określony punktem 5, a praca sprężania byłaby równoważna polu
wykresu A-1-5-C-A. W przypadku sprężania dwustopniowego całkowita praca sprężania
odpowiada mniejszemu polu A-1-2-3-4-C-A. Zaoszczędzonej w ten sposób pracy sprężania
odpowiada więc pole 3-2-5-4 (zakreskowane na rys.).
Sprężarki rotacyjne
W sprężarkach rotacyjnych element roboczy wykonuje ruch obrotowy. Elementem
tym może być wirnik wyposażony w łopatki, ale mogą to być też wirujące tłoki lub śruby.
Obracając się elementy te tworzą wraz z obudową szereg komór o zmieniającej się cyklicznie
objętości. Po stronie ssawnej objętość tych komór się zwiększa, a po stronie tłocznej
zmniejsza, co powoduje zasysane, sprężanie i wytłaczanie czynnika gazowego. Podobnie jak
w sprężarkach tłokowych, procesy te nie zachodzą w sposób ciągły, lecz dawkami.
Typowe rozwiązania konstrukcyjne
Spośród wielu odmian sprężarek rotacyjnych najbardziej znane są sprężarki:
łopatkowe, z wirującym pierścieniem wodnym, z wirującymi tłokami (krzywkowe) oraz
śrubowe. Najszersze zastosowanie znalazły sprężarki łopatkowe.
Sprężarka łopatkowa
Wirnik 2 takiej sprężarki (rysunek 55.) obraca się mimośrodowo w cylindrze 1.
Płaskie łopatki 3 mogą się przesuwać w rowkach wirnika. Użebrowany cylinder jest
chłodzony powietrzem za pomocą wentylatora osadzonego na przedniej końcówce wału
wirnika. Łopatki wirnika dzielą przestrzeń gazową na komory, w których odbywa się
sprężanie.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
58
Rys. 57. Przekrój poprzeczny sprężarki łopatkowej KR-2,
1 – cylinder, 2 – mimośrodowy wirnik, 3 – ruchome łopatki, 4 – osłona
Wydajność rzeczywista (strumień objętości) Qr sprężarki łopatkowej oblicza się wg.
Wzoru:
zgDnleQr 60
2 [m3/s] (43)
gdzie: e – mimośrodowość [m];
l – długość cylindra [m];
n – prędkość obrotowa wirnika [obr/min];
D – średnica cylindra [m];
g – grubość łopatki [m];
z – liczba łopatek;
λ – współczynnik wydajności (λ = 0,7 ÷ 0,97)
Sprężarka z pierścieniem wodnym
Sprężarka z pierścieniem wodnym jest podobna do sprężarki łopatkowej z tą różnicą,
że jej kadłub jest częściowo wypełniony wodą. Ruch obrotowy wirnika powoduje odrzucenie
wody na ścianki kadłuba i wytworzenie uszczelniającego pierścienia wodnego. Powierzchnia
wewnętrzna tego pierścienia odgrywa rolę cylindra.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
59
Rys. 58. Schemat sprężarki z pierścieniem wodnym pojedynczego działania.
Sprężarki z pierścieniem wodnym mają ograniczone zastosowanie z powodu dużej
wilgotności sprężonego przez nie gazu.
Sprężarki z wirującymi tłokami (krzywkowe)
Organem czynnym takiej sprężarki jest wirnik (lub dwa wirniki) roboczy
wyposażony w tłoki o kształtach krzywek. Wirniki – roboczy i pomocniczy (bierny)
– obracające się w przeciwnych kierunkach, są napędzane za pośrednictwem tej samej
przekładni zębatej umieszczonej na zewnątrz kadłuba sprężarki. Kształty tłoków i cylindra są
tak dobrane, że podczas obrotu tłoki pozostają w stałym styku z gładzią cylindra.
Spośród wielu odmian sprężarek z wirującymi tłokami najbardziej rozpowszechniły
się sprężarki typu Roots.
Rys.59. Schemat sprężarki krzywkowej typu Roots (1 – kadłub, 2 – wirnik).
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
60
Sprężarki śrubowe
Sprężarki śrubowe są to sprężarki wyporowe, których dwa wirniki w kształcie śrub
obracają się w odpowiednio ukształtowanym kadłubie. Wirniki wzajemnie się zazębiają,
obracając się w przeciwnych kierunkach. Wirnik napędzający może mieć dwa lub cztery
zwoje śrubowe.
Rys. 60.Schemat sprężarki śrubowej
1 – kadłub, 2 wirnik napędzający, 3 – wirnik napędzany,
4 – przekładnia zębata sprzęgająca wrzeciona
Zagadnienie 3: Rozrząd sprężarek.
Rozrząd sprężarki służy do otwierania i zamykania we właściwym czasie połączenia
cylindra sprężarki z przewodami ssawnym i tłocznym. Właściwe działanie rozrządu ma
zasadniczy wpływ na pracę sprężarki. Stosowane są następujące rodzaje rozrządu:
z zaworami samoczynnymi; z suwakami sterowanymi w sposób wymuszony, głównie
w pompach próżniowych; ze szczelinami sterowanymi tłokiem (wyłącznie w małych
sprężarkach) oraz rozwiązania mieszane.
Najczęściej są stosowane (i mają główne znaczenie) zawory samoczynne, które
otwierają się i zamykają wskutek różnicy ciśnień po obu stronach zaworu, tj. różnicy między
okresowo zmiennym ciśnieniem w cylindrze oraz w przybliżeniu stałym ciśnieniem
w przewodach ssawnym i tłocznym.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
61
Rys. 61. Widok zaworu płytkowego z prowadzeniem centralnym;
a - elementy zaworu ssawnego, b - elementy zaworu tłocznego
Zależnie od typu zaworu występują także elementy dodatkowe, jak np. sprężyna
dociskająca element ruchomy do siodła, płytki lub sprężyny tłumiące drgania elementu
ruchomego oraz elementy mocujące, ustalające czy prowadzące poszczególne części zaworu.
Są też stosowane tzw. zawory samosprężynujące, w których element zamykający, wykonany
ze stali sprężynowej, spełnia jednocześnie funkcje kilku z wymienionych elementów.
Rys. 62. Zawory sprężarek: a) grzybkowy, b) pierścieniowo-płytkowy, c) listwowy
1 – grzybek, 2 – sprężyna odciążająca, 3 – korpus, 4 – gniazdo, 5 – zderzak, 6 i 7 – płytki zamykające, 8 i 9 –
sprężyny walcowe, 10 – listwy
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
62
Zagadnienie 4: Eksploatacja sprężarek tłokowych.
Obsługa sprężarek powinna być zgodna z zaleceniami producenta podanym
w instrukcji obsługi sprężarki.
Podstawowe procedury obsługi sprężarki dotyczą następujących stanów
eksploatacyjnych:
- przygotowanie do ruchu i rozruch,
- praca ciągła,
- zatrzymanie i przerwanie pracy.
Przed uruchomieniem sprężarki należy otworzyć zawór na dopływie wody chłodzącej
oraz sprawdzić jej przepływ. Później konieczne jest sprawdzenie poziomu oleju w karterze
sprężarki, poziom oleju powinien zawierać się pomiędzy kreskami wskazującymi jego
maksymalny i minimalny poziom na bagnecie olejowym. Następnie trzeba otworzyć
wszystkie zawory tłoczne na sprężarce i na rurociągu łączącym sprężarkę z butlą oraz na butli
sprężonego powietrza, a także zawory odpowietrzające i odwadniające. Dalej można przejść
do uruchomienia silnika elektrycznego napędzającego sprężarkę, w trakcie rozruchu należy
obserwować prąd rozruchowy na amperomierzu, zakończenie rozruchu jest widoczne jako
spadek prądu rozruchowego i ustalenie prędkości obrotowej. Następnie należy sprawdzić
ciśnienie oleju smarującego na manometrze. Po osiągnięciu przez sprężarkę właściwych
obrotów, należy zamknąć zawory odpowietrzające i odwadniające i sprawdzić ciśnienie
sprężanego powietrza na manometrach I i II stopnia.
W trakcie pracy ciągłej sprężarki należy kontrolować:
- ciśnienie i temperaturę wody chłodzącej,
- ciśnienie i temperaturę oleju smarującego,
- ciśnienie i temperaturę na tłoczeniu z każdego stopnia sprężarki,
- temperaturę skrzyni korbowej,
- okresowo otwierać zawory odwadniające w celu usunięcia wody ze sprężanego
powietrza.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
63
Parametry kontrolowane powinny zawierać się w granicach podanych przez
producenta. Dla sprężarek powietrza zalecane parametry to:
- temperatura wody chłodzącej na wylocie 25-35 0C, poniżej 40 0C,
- temperatura powietrza na wylocie z każdego stopnia poniżej 200 0C,
- ciśnienie oleju smarnego 0,2 - 0,3 MPa,
- temperatura oleju smarującego poniżej 50 0C,
- temperatura skrzyni korbowej poniżej 50 0C.
Powyższe procedury dotyczą ręcznego sterowania pracą sprężarki. W przypadku
sterowania automatycznego zawory instalacji chłodzenia i sprężonego powietrza pozostają
otwarte. Praca sprężarki uzależniona jest od ciśnienie w zbiorniku sprężonego powietrza.
Sprężarka uruchamia się przy minimalnym dopuszczalnym ciśnieniu roboczym w zbiorniku,
a zatrzymuje się przy ciśnieniu maksymalnym. Układ automatyki kontroluje procedury
rozruchu i zatrzymania oraz parametry pracy ciągłej sprężarki i silnika napędowego.
W normalnych warunkach pracy sprężarki, czyli dla umiarkowanych temperatur zasysanego
powietrza maksymalna jego temperatura na wylocie z każdego stopnia sprężarki nie powinna
przekraczać 200 0C.
Duże znaczenie dla prawidłowej pracy sprężarki ma zastosowanie właściwego oleju
smarującego. Należy go dobierać pod kątem temperatur otoczenia w jakich pracuje sprężarka
oraz systemu smarowania sprężarki. Trzeba też uwzględnić zalecenia producenta. Ogólną
cechą oleju powinny być dobre właściwości smarowe przy wysokich temperaturach, należy
jednak uwzględnić:
- rodzaj oleju – mineralny lub syntetyczny,
- temperaturę zapłonu – powyżej 2000C,
- lepkość - 6 do 100E, przy 500C,
- liczbę kwasową – maksymalnie 0,20 mg KOH/g
- odczyn wyciągu wodnego – obojętny,
- zawartość wody – poniżej 0,1 %,
- zawartość popiołu – poniżej 0,02 %.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
64
- zawartość asfaltów – 0 %,
- pozostałość po koksowaniu – poniżej 0,35 %,
- zawartość stałych ciał obcych – poniżej 0,01 %,
- temperatura krzepnięcia – poniżej +50C
W warunkach prawidłowej konserwacji sprężarki, zawory pierwszego stopnia
sprężania powinny być błyszczące i pokryte cienką warstwą oleju. Mocne zaoliwienie
wskazuje na zbyt obfite smarowanie. Zawory drugiego stopnia powinny być ciemnego koloru
oraz suche. Osad z koksu wskazuje na zbyt obfite smarowanie lub niedostateczne odolejenie
w odolejaczu międzystopniowym.
Zagadnienie 5: Przepisy towarzystw klasyfikacyjnych dotyczące sprężarek.
W Polsce nadzorem klasyfikacyjnym nad sprężarkami okrętowymi zajmuje się
Polski Rejestr Statków. Według jego przepisów liczba głównych sprężarek powietrza
rozruchowego na statkach o nieograniczonym rejonie żeglugi powinna być nie mniejsza od
dwóch, jedna z tych sprężarek może być sprężarką podwieszoną pobierającą napęd od silnika
głównego. W przypadku awarii sprężarki o największej wydajności, wydajność pozostałych
powinna być wystarczająca do napełnienia w ciągu jednej godziny zbiorników powietrza
rozruchowego silnika głównego, od ciśnienia 0,5 MPa do ciśnienia wystarczającego do
wykonania dwunastu rozruchów, naprzód i wstecz dla silnika głównego nawrotnego lub
sześciu rozruchów dla silnika nie nawrotnego. Ze względów bezpieczeństwa istnieje
wymaganie, które nakazuje by główne sprężarki powietrza rozruchowego miały możliwość
uruchomienia w czasie nie dłuższym niż jedna godzina – na statku całkowicie pozbawionym
powietrza rozruchowego jak i innego źródła energii np. w skutek awarii. Może do tego służyć
sprężarka ręczna lub niezależny spalinowy zespół sprężarkowy z rozruchem ręcznym.
Nadzorowi towarzystwa klasyfikacyjnego podlegają, już na etapie budowy sprężarki
powietrza za wyjątkiem sprężarek napędzanych ręcznie. Zatwierdzeniu przez Polski Rejestr
Statków podlegają: rysunki zestawieniowe budowanej sprężarki, rysunki wałów korbowych,
kół zębatych, przekładni redukcyjnych oraz napędzanych i napędzających elementów
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
65
sprzęgieł, rysunki elementów spawanych. Przepisy Polskiego Rejestru Statków stawiają
również wymagania materiałowe dla następujących elementów:
- wał korbowy – materiał: stal kuta, żeliwo lub staliwo,
- korbowód, trzon tłokowy – materiał: stal kuta,
- tłok – materiał: stal kuta, żeliwo, staliwo, stop miedzi lub stop aluminium,
- blok cylindrowy, głowica cylindra – materiał: żeliwo lub staliwo,
- tuleja cylindrowa – materiał: żeliwo.
Polski Rejestr Statków wymaga ponadto, aby sprężarki i ich urządzenia napędowe
mogły długotrwale pracować z pełnym obciążeniem, a każdy stopień sprężania powinien być
wyposażony w zawór bezpieczeństwa, który będzie się otwierał przy wzroście ciśnienia do
wartości 1,1 ciśnienia nominalnego. W przypadku gdy objętość skrzyni korbowej sprężarki
przekracza 0,5 m3 powinna ona być wyposażona w zawór bezpieczeństwa.
Według wymagań PRS temperatura powietrza przy wylocie z chłodnicy nie powinna
przekraczać 900C a na wylocie bezpośrednio za sprężarką powinna być umieszczona płytka
topikowa lub urządzenie sygnalizujące działające przy temperaturze powietrza na poziomie
120± 50C. Chłodnice powietrza powinny być tak zabezpieczone, żeby w razie pęknięcia
rurki powietrze mogło swobodnie ujść na zewnątrz. Króćce wlotowe do sprężarki powinny
być wyposażone w filtry, natomiast króćce wylotowe powinny mieć zainstalowane
termometry i manometry do pomiaru temperatury i ciśnienia powietrza. Na wylocie z każdego
stopnia sprężarki powinny być zainstalowane manometry, dla umożliwienia kontroli stosunku
ciśnień w trakcie pracy sprężarki.
W ramach okresowych przeglądów klasyfikacyjnych statków, których w Polsce
dokonuje PRS, co rok przeprowadza się próby działania sprężarek, co cztery lata oprócz prób
działania przeprowadza się również oględziny stanu cylindrów, wału korbowego i łożysk
głównych, głowic cylindrów oraz zaworów, natomiast co dwanaście lat dokonuje się ponadto
próby hydraulicznej chłodnicy powietrza.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
66
Zagadnienie 6: Sprężarki wirowe: podział i zastosowanie.
Podział sprężarek
Sprężarki wirowe dzieli się na osiowe, promieniowe i osiowo-promieniowe. Są one
budowane jako jedno- i wielostopniowe. Liczbę stopni sprężarki określa liczba wirujących
wieńców łopatkowych.
Przyjmuje się, że w teoretycznej sprężarce wirnikowej, podobnie jak w sprężarkach
tłokowych, krzywa sprężania jest adiabatą. Ponieważ w przypadku sprężarki teoretycznej nie
uwzględnia się strat, więc zachodząca w niej przemiana adiabatyczna jest przemianą
odwracalną, tzn. izentropową.
Sprężarka osiowa
Sprężarka osiowa składa się z następujących podstawowych elementów
przepływowych: króćca wlotowego 1, kompletu stopni, w skład którego wchodzą wirujące
wieńce łopatkowe 5 (zamocowane na wirniku) i nieruchome wieńce łopatkowe 2 (osadzone
w kadłubie), dyfuzora 3 oraz króćca wylotowego 4.
Rys. 63. Schemat sprężarki osiowej
1 – króciec wlotowy, 2 – nieruchome wieńce łopatkowe (kierownicze), 3 – dyfuzor,
4 – króciec wylotowy, 5 – wirujące wieńce łopatkowe
Wirnik sprężarki osiowej może mieć konstrukcję bębnową lub może się składać
z oddzielnych tarcz zamocowanych na jednym wale.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
67
Sprężarka promieniowa
W jej skład wchodzą następujące elementy przepływowe: króciec wlotowy 1, koło
wirnikowe 2 z łopatkami, dyfuzor bezłopatkowy 3, kolektor zbiorczy 4 i króciec wylotowy 5.
Sprężarka ta jest napędzana za pośrednictwem przekładni przyspieszającej 6 i jest
wyposażona w pompę oleju 7.
Dla uzyskania większego stopnia sprężania są budowane sprężarki wielostopniowe
(do 12 stopni), z wirnikami połączonymi szeregowo. Sprężarka wielostopniowa jest
wyposażona w chłodnice międzystopniowe.
Rys. 64. Jednostopniowa sprężarka promieniowa
1 – króciec wlotowy, 2 – koła wirnikowe, 3 – dyfuzor bezłopatkowy, 4 – kolektor zbiorczy,
5 – króciec wylotowy, 6 – przekładnia przyspieszająca, 7 – pompa oleju
Zagadnienie 7: Podstawy teoretyczne pracy sprężarek wirowych i wentylatorów.
Sprężarki wirowe
Podstawą do obliczeń sprężarek wirnikowych każdego typu są dwie zasady:
Równanie ciągłości – czyli zasada zachowania masy:
0.ρ
dρc
dcA
dA
,v
cAv
cAlubcρAcρA
,mm
2
22
1
11222111
21
(44)
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
68
I zasada termodynamiki – czyli zasada zachowania energii. Jak wiadomo, w sprężarkach
praca jest dostarczana z zewnątrz do gazu, powodując wzrost jego entalpii spiętrzenia:
,liiq,dldidq
2t11221
t
(45)
.1ppRT
1κκl
,iil,iil
:otrzymamy0,q że zalożenie,przyjmując
κ1κ
1
212-t1
122-t1
122t1
21
(46)
Jest to wzór na pracę techniczną izentropowego sprężania 1 kg gazu od ciśnienia p1 do p2.
Występujący w nim stosunek ciśnień za i przed sprężarką 1
2
pp – to spręż sprężarki πS. Jak
wspomniano, sprężanie powietrza w silniku turboodrzutowym odbywa się tak we wlocie jak
i w sprężarce, pójdźmy zatem powietrza śladem.
Sprężanie we wlocie.
Podczas tej przemiany do gazu nie dostarczana jest z zewnątrz praca. Wlot jest
kanałem rozszerzającym się – czynnik przepływający przezeń z prędkością poddźwiękową
zostaje wyhamowany, co zgodnie z równaniem Bernoulliego powoduje wzrost jego ciśnienia.
Do obliczeń wlotu służą więc dwa równania – ciągłości i Bernoulliego.
.2cp
2cp
,cAcA
21
1
12H
H
H
111HHH
(47)
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
69
Wykorzystując powyższe równania, można wyprowadzić zależność określającą spręż wlotu
πWl.
.p2
)cc(cAcA
p2)cc(
,pp
H
21
2H
111
HH
H
21
2H
1H
1Wl
H
1Wl
(48)
Sprężanie w sprężarce osiowej.
W tym przypadku dostarczamy pracę do gazu z zewnątrz. W silniku turbinowym
pracę tę wykonuje turbina, osadzona na wspólnym wale ze sprężarką. Sprężanie może być
izotermiczne, politropwe lub izentropowe.
Rys. 65. Przemiany sprężania w układzie p-v.
Najkorzystniejsza jest przemiana izotermiczna – wymaga bowiem najmniejszego wkładu
pracy technicznej (pole zakreskowane) dla osiągnięcia danego sprężu. Sprężanie izotermiczne
jest możliwe tylko wówczas, gdy:
- zachodzi bardzo powoli,
- zapewnione jest idealne chłodzenie sprężanego czynnika.
Praca techniczna sprężania izentropowego:
1RT1
l1
S1s21t , (49)
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
70
Praca techniczna sprężania politropowego:
1RT1n
nl n1n
S1n21t , (50)
Praca techniczna sprężania izotermicznego:
.lnRTl S1T21t (51)
Poniżej przedstawiono przemiany sprężania w układzie T-s.
Rys. 66. Przemiany sprężania w układzie T-s.
Sprężarki osiowe konstruuje się tak, by prędkość przepływu czynnika na wlocie była równa
prędkości na wylocie c1 = c2, wskutek czego równanie ciągłości upraszcza się:
.AA
,AA
2
112
2211
(52)
Stosunek gęstości powietrza na wlocie i wylocie sprężarki wyznaczamy w oparciu o równanie
Clapeyrona:
,RTp,RTp2
2
21
1
1
(53)
Dzieląc przez siebie powyższe równania otrzymujemy:
.TT1
TT
pp
2
1
S2
1
2
1
2
1
(54)
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
71
Temperaturę na wylocie T2 z kolei wyznaczamy z równania politropy sprężania:
.TT 1n1n
S2
(55)
Wentylatory
Sprężanie powietrza we wlocie. Strumień masy sprężanego powietrza jest równy
całkowitemu strumieniowi przepływającemu przez silnik Hm . Wzrost ciśnienia strumienia
powietrza odbywa się kosztem jego prędkości – zgodnie z równaniem Bernoulliego:
H
HHH
H
H
HW p
cccA
Ap
cc C
2)(
2)( 2
12
111
21
21
(56)
Rys. 67. Sprężanie powietrza we wlocie i w wentylatorze.
Sprężanie powietrza w wentylatorze. Sprężany strumień masy jest równy strumieniowi
całkowitemu Hm . Zakładając, że sprężanie odbywa się politropowo, jednostkowa praca
techniczna sprężania wynosi:
.pp
,1RT1n
nl
1
PW
n1n
W1P1t
(57)
W powyższym wzorze πW jest sprężem wentylatora.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
72
Zagadnienie 8: Wentylatory i instalacje wentylacyjne.
Wentylatory należą do grupy maszyn przepływowych służących do przetłaczania
i sprężania par i gazów. Spiętrzenie całkowite Δpc sprężanego czynnika nie przekracza
13 kPa. Proces przekazywania energii w wentylatorze odbywa sie w sposób ciągły podczas
przepływu czynnika przez wirnik. Wskutek ruchu obrotowego wirnika cząstki gazu
znajdujące sie w przestrzeni miedzy łopatkowej przemieszczają sie w kierunku zależnym od
konstrukcji wentylatora (osiowym, promieniowym). W wyniku tego ruchu powstaje miedzy
łopatkami wirnika podciśnienie, które powoduje zasysanie przez wlot wentylatora kolejnych
cząstek gazu. Zgodnie z PN-71/M-43000 wentylatory dzielą sie ze względu na kierunek
głównego przepływu czynnika na:
- osiowe,
o śmigłowe
o normalne
o przeciwbieżne
- promieniowe,
o normalne
o bębnowe
- diagonalne,
- poprzeczne.
Wentylacja ogólna nawiewno - wywiewna daje dobre rezultaty właściwie tylko, przy
zwalczaniu zysków ciepła i wilgoci i tylko wtedy, jeżeli nie występują jednocześnie
zanieczyszczenia szkodliwe dla zdrowia. We wszystkich innych przypadkach należy
stosować jak najdalej posuniętą hermetyzację i odciągi miejscowe.
Aeracja może mieć zastosowanie do wentylacji pomieszczeń produkcyjnych przy
znacznych zyskach ciepła jawnego. Jednak w przypadku równoczesnego występowania
wilgoci i ciepła stosowanie aeracji jest niewłaściwe.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
73
Zanieczyszczania w postaci gazu, pary i pyłu występujące jednocześnie z ciepłem
lub bez niego wymagają zastosowania odciągu miejscowego i wentylacji nawiewnej, a
czasem dodatkowej wentylacji wywiewnej.[www.hajahamana.info.pl]
Zagadnienie 9: Współpraca wentylatora z siecią przewodów.
Wentylatory wmontowane są w instalacje pojedynczo lub w postaci zespołów.
Zespoły mogą się składać z wentylatorów połączonych szeregowo lub równolegle
Połączenie szeregowe
Przy szeregowym łączeniu strumień objętości gazu przepływającego przez wentylatory
jest stały. Współpraca szeregowa wentylatorów jest stosowana wtedy gdy spręż jednego
wentylatora nie jest wystarczający do pokonania oporów w przewodach lub też przy
transporcie pneumatycznym w celu uniknięcia zbyt dużych prędkości obwodowych, które
mogłyby spowodować uszkodzenie wirnika cząstkami transportowanych materiałów.
Połączenie równoległe
Współpraca równoległa wentylatorów umożliwia uzyskanie większej wydajności
w tych przypadkach, gdy w katalogu wentylatorów nie występuje wentylator o odpowiednio
dużej wydajności, a zwiększenie wydajności wentylatora nie może być osiągnięte przez
podwyższenie prędkości obrotowej
Zagadnienie 10: Charakterystyki dławienia, mocy i sprawności.
Charakterystyki wentylatorów
Do charakterystyk wymiarowych zalicza się:
- charakterystykę sprężu całkowitego Δp = f(Q),
- charakterystykę sprężu statycznego Δpst = f(Q),
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
74
- charakterystykę mocy N = f(Q),
- charakterystykę sprawności η = f(Q).
Charakterystyki bezwymiarowe
Charakterystyki wymiarowe geometrycznie podobnych wentylatorów mogą być
sprowadzone do jednej bezwymiarowej charakterystyki dla całej serii wentylatorów
podobnych.
Przyrost ciśnienia, sprawności i moc pobierana przez wentylator przy stałych
obrotach zmienia się wraz z jego wydajnością. Zależności przyrostu ciśnienia, zużycia mocy
oraz sprawności od wydajności objętościowej lub masowej przy niezmiennej prędkości
obrotowej i niezmiennych parametrach termodynamicznych nazywamy pełną charakterystyką
wentylatora.
Pełna charakterystyka wentylatora składa się, więc z trzech charakterystyk:
- z charakterystyki podstawowej Δpc= f (V) zwanej krzywą charakterystyczną,
- charakterystyki sprawności ηw= f (V )
- charakterystyki mocy Nef = f (V )
Charakterystyki te można wyznaczyć na drodze doświadczalnej lub analitycznej.
Doświadczalnie wyznacza się charakterystyki wentylatorów, mierząc ich wydajności V,
przyrost ciśnienia Δp oraz przeliczając sprawności przy równych położeniach przepustnicy
wbudowanej w przewód tłoczny.
Charakterystyka aerodynamiczna wentylatora dzieli się na dwa zakresy pracy: stateczny
i niestateczny. Użyteczny zakres pracy jest stateczny, gdy wraz ze zmniejszeniem się
strumienia objętości gazu wzrasta jego spiętrzenie. Zakres pracy od strumienia objętości V= 0
do odpowiadającej maksymalnemu spiętrzeniu Δpc max nazywa się niestatecznym. Praca
wentylatora w tym zakresie nie jest wskazana, ze względu na niską sprawność, skłonność do
powstawania pulsacji przepływającego czynnika, oraz możliwości wystąpienia silnych drgań
elementów wentylatora zagrażających ich wytrzymałości.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
75
Rys. 68. Charakterystyka wentylatora.
Zagadnienie 11: Pompowanie turbosprężarek, przyczyny, skutki i zapobieganie.
Stabilna praca sprężarki rotodynamicznej możliwa jest tylko w obszarze na prawo od
krzywej g zwane krzywą pompowania. Jeśli punkt współpracy silnika ze sprężarką leży
w obszarze na lewo od krzywej pompowania, nieznacznemu zmniejszeniu wydajności V
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
76
sprężarki towarzyszy znaczny spadek ciśnienia sprężania p2. W tych warunkach, wobec
ciśnienia w zasobniku pd > p2, następuje gwałtowny chwilowy przepływ powrotny powietrza
do otoczenia, aż do wyrównania ciśnienia sprężania p2 do wartości paw zasobniku, Po czym
następuje powrót do normalne pracy. Zjawisko to, powtarzające się cyklicznie nazywa się
pompowaniem Towarzyszące temu efekty dźwiękowe, w zależności od gwałtowności
i częstotliwości zjawiska.
Rys. 69. Zespół silnik-sprężarka. a) charakterystyki; b) schemat ideowy
1 - sprężarka, 2 - zasobnik powietrza ładującego, 3-- silnik
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
77
Temat 5 (4 godzin): Urządzenia do oczyszczania paliw i olejów.
Zagadnienie 1: Zanieczyszczenia paliw i olejów oraz ich wpływ na eksploatację silnika.
Współcześnie do napędu silników okrętowych wykorzystywane są najczęściej
paliwa tzw. pozostałościowe, pozostałe po procesie krakingu ropy naftowej. Zawierają one
liczne zanieczyszczenia w postaci rozmaitych ciał stałych i cieczy, różne też mogą być
sposoby ich zanieczyszczania.
Głównymi rodzajami zanieczyszczeń wchodzącymi w skład paliw i olejów są:
- woda słona pochodząca z surowej ropy naftowej,
- zanieczyszczenia określane ogólnie jako popioły,
- różnego rodzaju związki chemiczne (głównie siarkowe i zasadowe)
- wtrącenia najczęściej ciał stałych (piasek, rdza, kurz) dostające się w trakcie
transportu lub magazynowania ,
- woda słodka.
Czasami zanieczyszczenia powstają na skutek zmieszania dwóch różnych rodzajów
olejów, wskutek czego mogą się wytrącać różne niepożądane składniki, które wcześniej
występowały w znacznie mniej szkodliwej formie. Niektóre z wymienionych wyżej
zanieczyszczeń podczas spalenia w silniku lub kotle okrętowym mogą przyczynić się do
szeregu niepożądanych zjawisk takich jak różnego rodzaju uszkodzenia tych urządzeń, jak
również obniżenie ich sprawności. Ciała stałe powodują nadmierne zużywanie się pomp
wtryskowych, tulei cylindrowych i pierścieni tłokowych, natomiast woda powoduje
pogorszenie procesu spalania, a co za tym idzie powstawanie sadzy i koksu na zaworach
wylotowych, końcówkach wtryskiwaczy, tłoku. Poza tym składniki zawarte w wodzie
morskiej powodują działanie korozyjne elementów mających z nią styczność. W kotłach
okrętowych uszkodzeniom mogą ulegać palniki kotłowe i ich końcówki.
Obecność ciał stałych, o wymiarach przekraczających grubość warstewki oleju
powstającej podczas smarowania, prowadzi do zwiększenia tarcia pomiędzy
współpracującymi częściami, ich porysowania i przedwczesnego zużycia.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
78
Zanieczyszczenie oleju produktami utleniania oraz niezupełnego spalania paliw
powoduje zmianę własności fizykochemicznych (produkty utleniania powstałe w wyniku
starzenia się oleju powodują wzrost lepkości oleju), wystąpienie właściwości korozyjnych,
powstawanie szlamu i ogólne zanieczyszczenie części smarowanych
Zagadnienie 2: Metody oczyszczania paliw sedymentacja grawitacyjna, wirowanie,
filtrowanie.
Oczyszczanie wstępne metodą sedymentacji grawitacyjnej
Polega na składowaniu paliwa zbiornikach zwanych zbiornikami osadowymi. Na jej
efektywność mają wpływ głównie czynniki takie jak: wysokość zbiornika osadowego,
temperatura paliwa w tym zbiorniku (lepkość), czas, w którym paliwo przebywa w zbiorniku,
oraz gatunek oczyszczanego paliwa.
Proces opadania zanieczyszczeń polega na osiadaniu pod działaniem sił ciężkości
ciał stałych lub cieczy o gęstości większej od gęstości fazy ciągłej, czyli oczyszczanego oleju.
Wydzielone w ten sposób zanieczyszczenia wędrują na dno zbiornika skąd muszą być
usuwane.
Wirowanie
Proces oczyszczania paliw i olejów w wirówkach opiera się również na zjawisku
sedymentacji, której efekt jest jednak wielokrotnie zwiększony w porównaniu ze zbiornikami
osadowymi, dzięki działającym na cząstki zanieczyszczeń siłom odśrodkowym. Jest to
skuteczna pod warunkiem zachowania prawidłowych warunków procesu (doboru optymalnej
wydajności wirówki, temperatury wirowanego oleju i odpowiedniej średnicy tarczy
selekcyjnej). W takim przypadku efekt wirowania spełnia wymogi stawiane obecnie przez
producentów silników co do jakości paliw jakie mogą być w nich spalane.
Sposoby oczyszczania olejów w wirówkach:
- puryfikator (inaczej wirówka oczyszczająca) – przeznaczony do oczyszczania paliw
głównie z wody. Następuje w nim rozdział dwóch nierozpuszczalnych w sobie
cieczy, oraz oddzielenie cięższych cząstek stałych.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
79
- klaryfikator (wirówka klarująca) – stosowana najczęściej jako drugi stopień
oczyszczania, zaraz za puryfikatorem, a używana do oczyszczania cieczy
z zanieczyszczeń stałych.
Homogenizacja
Homogenizacja jest rodzajem oczyszczania, który był stworzony z myślą o obróbce
paliw niskogatunkowych, pozostałościowych, a także wskutek wzrostu wartości odpadów
traconych podczas wirowania.
Możemy rozróżnić dwie jej metody:
- wysokociśnieniową,
- bezciśnieniową.
Filtracja
Metoda oddzielania substancji stałych od cieczy poprzez mechaniczne zatrzymanie
jednego ciała stałego w przegrodach porowatych (filtrach) przy użyciu odpowiednich
przegród
Metoda oczyszczania paliw jaką jest filtracja nie nadaje się do samodzielnego
zastosowania. Łączy ona w sobie wady wirówki jakimi są niedokładna separacja cząstek
stałych oraz wody jak również powstawanie szlamu, oraz wady homogenizatora czyli
wymieszanie wszystkich składników paliwa. Rację bytu ma jedynie połączenie jej z tymi
metodami.
Zagadnienie 3: Podstawy teoretyczne procesu wirowania.
Zasadę pracy wirówki przedstawia rysunek 67. Ciecz do oczyszczania zostaje
doprowadzona do wirującego walca z prędkością n (obr/min). Siła odśrodkowa wytworzona
we wnętrzu walca układa ciecz wzdłuż ścianek cylindra. Grubość h wirującego pierścienia
cieczy jest zależna od wymiaru przegrody ustawionej w górnej części walca.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
80
Rys. 70. Zasada działania wirówki:
1- dolot cieczy, 2- odlot cieczy odwirowanej
Wirówkę paliw można przedstawić jako zbiornik osadowy, w którym następuje
pewien przepływ cieczy. Siła ciężkości, która działa pionowo w dół jest zastąpiona siłą
ośrodkową skierowaną prostopadle do osi obrotu, co powoduje, że cząstki zanieczyszczeń
osadzają się na wewnętrznej ściance wirującego cylindra.
Vr = 22
min
18
rd
(58)
Siła odśrodkowa powstała podczas pracy wirówki jest większa niż siła przyciągania
ziemskiego. Stosunek tych sił to tzw. Współczynnik wielokrotności przyspieszenia wirówki
.
900
22 nrg
rgb
(59)
gdzie: 2 rb -przyspieszenie odśrodkowe;
30n
- prędkość kątowa
Określa on, że przy takiej samej ilości powierzchni osadzania i takich samych
minimalnych średnicach zanieczyszczeń wirówka może pracować z wydajnością razy
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
81
większą od wydajności identycznego zbiornika osadowego z przepływem ciągłym. Przy pracy
z jednakową wydajnością jak zbiornik osadowy, wirówka potrafi oddzielić cząstki, których
średnica jest razy mniejsza.
Aby zrozumieć zasadę działania wirówki oczyszczającej należy poznać działanie
zbiornika osadowego o niewielkim ciągłym przepływie, którego zadanie polega na
rozdzieleniu mieszaniny dwóch cieczy o różnych gęstościach, np. oleju i wody.
Rys. 71. Schemat porównujący wnętrze misy wirówki do zbiornika osadowego.
Spełnieniem warunku rozdzielenia dwóch cieczy jest wcześniejsze napełnienie
zbiornika cięższą cieczą, aż do przelewu przez niżej umieszczony otwór odpływowy.
Jeżeli doprowadzimy do zbiornika mieszaninę oleju, np. o gęstości 1 i wody 2
(zbiornik napełniono wodą).W przestrzeni za przegrodą 1 na górnej powierzchni zacznie się
gromadzić lżejszy czynnik - czyli w tym przypadku olej. Całkowity odpływ odbywa się
początkowo niższym otworem, a równocześnie w przestrzeni między przegrodami 1 i 2
poziom cieczy będzie się podnosił ze względu na różne gęstości obu cieczy.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
82
Rys. 72. Siły działające na cząstkę zanieczyszczeń w przestrzeni międzytalerzowej.
Zagadnienie 4: Budowa wirówek.
Rodzaje wirówek:
- hydrocyklon,
- misa cylindryczna,
- wirówka komorowa,
- separator talerzowy (wirówka z talerzami),
- dekanter – separacja: ciało stałe – ciecz lub ciało stałe – ciecz – ciecz..
Najczęściej używaną na statkach wirówką jest wirówka z talerzami (dyskami).
Najprostszą formą jest zamknięta misa zawierająca serie dysków. Cząsteczki stałe osądzają
się na ścianach wewnątrz wirówki, a następnie osad musi być usunięty ręcznie po
zatrzymaniu urządzenia. Osadzony materiał jest usuwany z wirówki w różny sposób, również
poprzez wyloty stale otwarte. W bardziej skomplikowanych formach wyloty otwierają się
automatycznie, kiedy osadzony materiał osiąga odpowiednią grubość warstwy, a zamykają
w momencie, gdy większość osadzonego materiału zostaje usunięta. W najbardziej
skomplikowanym przypadku misa wirówki otwiera się na krótki czas, co jest kontrolowane
również poprzez grubość warstwy osadzonego materiału.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
83
Rys. 73. Budowa wirówki talerzowej.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
84
Zagadnienie 5: Dobór parametrów wirowania.
Dobór tarczy selekcyjnej
W procesie wirowania w wirówkach oczyszczających istotne jest dobranie
odpowiednich wielkości trzech średnic: dp, d1 i d2, w zależności od tego jakie gęstości mają
obie wirowane ciecze. Ma to podstawowy wpływ na jakość oczyszczania.
Z racji tego, że średnica wypływu czynnika cięższego d1 oraz średnica dp
cylindrycznej powierzchni podziału ustalana położeniem otworów w talerzach są stałe, jedyną
wartością regulowaną w konstrukcyjnych rozwiązaniach wirówek jest średnica wypływu
cięższego z wirowanych czynników d2, zwana średnicą tarczy wodnej.
Odpowiedni jej dobór ma kapitalne znaczenie dla prawidłowego przebiegu
oczyszczania. Gdyby okazało się, że dla istniejącego stosunku gęstości dwóch cieczy
1/ 2, była ona zbyt mała, wówczas średnica podziału przesunęłaby się w stronę osi
obrotu co mogłoby spowodować zanieczyszczeniem oleju wodą. W sytuacji odwrotnej, zbyt
dużej średnicy d2, strefa podziału dwóch wirujących cieczy mogłaby przesunąć się poza
obwód talerzy wirówki, a to z kolei spowodowałoby wydostawanie się oleju wraz z wodą
i jego straty.
Niepożądany efekt o którym mowa może być spowodowany dwiema przyczynami:
- zmianą temperatury podgrzewanego oleju przed wirowaniem (następuje
nieproporcjonalna zmiana gęstości zarówno oleju jak i wody),
- zmianą rodzaju wirowanego oleju(zmiana gęstości oleju),
- może wystąpić kombinacja dwóch powyższych przypadków.
Aby właściwie dobrać tarczę wodną w starszych rozwiązaniach wirówek stosuje się
trzy metody:
- za pomocą obliczeń,
- specjalnego wykresu,
- metodą prób.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
85
Dobór temperatury i wydajności wirowania
Temperatura wirowanego paliwa ma wpływ na lepkość oczyszczanego czynnika.
Wiadomo, iż im mniejsza lepkość paliwa tym mniejsze cząstki mogą być z niego usunięte,
przez co jakość oczyszczania paliwa znacznie wzrasta. Obniżenie lepkości otrzymuje się
drogą podgrzania i utrzymania temperatury wirowania. Najczęściej odnośnie temp. wirowania
korzystamy z zaleceń producenta( który podaje różne lepkości czynników i temp. ich
oczyszczania oraz wydajności). W innym przypadku posługujemy się wykresami. Lepkość na
dolocie nie może być większa od 35cSt.
Temperaturę i wydajności wirowania dobiera się w oparciu o diagram na podstawie
znanej lepkości wirowanego paliwa.
Rys. 74. Diagram doboru temperatury i wydajności wirowania dla paliw.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
86
Zagadnienie 6: Eksploatacja wirówek paliwowych.
Uruchamianie wirówki.
Przed uruchomieniem wirówki należy sprawdzić:
- dociśnięcie pokrywy wirówki śrubami przegubowymi,
- położenie hamulca(czy jest zwolniony czy napięty),
- poziom oleju smarującego przekładnie(powinien znajdować się powyżej środka
szybki wziernika poziomu oleju,
- stopień napełnienia zbiornika wody sterującej(poziom powinien znajdować się w
górnej części wodowskazu),
- otwarcie zaworu wlotu oleju z pompy podającej do podgrzewacza.
Podstawowe czynności związane z uruchomieniem:
a).osiągnięcie żądanych obrotów
b). ustalenie temperatury na podgrzewaczu
c).zamknięcie bębna
d).zalanie bębna wodą
e). ustalenie wydajności na dolocie
Po włączeniu silnika elektrycznego należy zaczekać aż bęben wirówki osiągnie pełną
prędkość obrotową. Zazwyczaj osiąga on ją po siedmiu do ośmiu minut pracy silnika co
można zaobserwować stabilną pracę wirówki i spadkiem natężenia prądu na amperomierzu do
wartości znamionowej. W tym, momencie powinno się otworzyć dopływ wody pod
przesuwną podstawę bębna, aby napełnić komorę zamykającą bęben wodą. Zapełnienie
komory sygnalizowane jest pokazaniem się wody w rurce przelewowej. Oznacza to
równocześnie że bęben został zamknięty. Wtedy należy ustawić zawór sterujący wlotem
wody w położenie robocze, tzn. połączyć przestrzeń pod bębnem ze zbiornikiem wody
sterującej pod ciśnieniem równym wysokości słupa cieczy wynikającym z wysokości
zainstalowania zbiornika ponad wirówką. W procesie puryfikacji należy teraz doprowadzić
wodę do zamknięcia wodnego, otwierając odpowiedni zawór , w tym kurek umieszczony na
głowicy wirówki. Istnienie zamknięcia wodnego potwierdza przelew wody przez rurę
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
87
odprowadzenia cięższego czynnika co sprawdza się zwykle szkle kontrolnym. Po uzyskaniu
zamknięcia wodnego należy powoli wprowadzać olej do bębna wirówki, nagłe bowiem jego
uderzenie może doprowadzić do przerwania zamknięcia wodnego co spowoduje wyrzucanie
oleju i cięższych zanieczyszczeń płynnych przez wylot wody. W procesie klaryfikacji bęben
wirówki należy wypełniać olejem możliwie szybko.
Nadzór podczas pracy.
Obsługa wirówki w czasie pracy obejmuje sprawdzanie prawidłowej jej pracy,
parametrów, temperatury podgrzewania czynnika oczyszczonego, oczyszczanie ręczne bębna
lub odstrzeliwanie.
Zatrzymywanie wirówki.
W celu zatrzymania wirówki należy przerwać doprowadzanie cieczy wirowanej,
wyłączyć silnik i wyhamować obroty bębna. Pozostała w bębnie ciecz wypływa
automatycznie po zatrzymaniu jego ruchu. Nie wolno podnosić pokrywy wirówki w czasie
wirowania bębna. Po zatrzymaniu obrotów bębna należy zwolnić hamulec
Niesprawności wirówek.
Niewłaściwe oczyszczanie oleju.
- nieodpowiednie osłony selekcyjne (tarcze wodne ) lub uszkodzone automatyczne
ustalenie położenia powierzchni podziału,
- bęben wirówki obraca się zbyt wolno z powodu częściowego hamowania
hamulcem, uszkodzenie części elektrycznej , uszkodzenie lub zaolejenie okładzin
ciasnych sprzęgła odśrodkowego,
- przestrzeń szlamowa bębna jest zapełniona z powodu zbyt długiego okresu miedzy
kolejnymi oczyszczeniami,
- zbyt długi dopływ oleju do wirówki z powodu niewłaściwego działania zaworu
przelewowego,
- zbyt niskie temp. wirowania.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
88
W czasie uzupełniania zamknięcia woda nie ukazuje się we wzierniku wylotu wody lub
ukazuje się zbyt późno (po 15s)
- otwarty bęben wirówki,
- uszkodzony pierścień uszczelniający,
- uszkodzona przesuwna podstawa bębna,
Przerwanie zamknięcia wodnego.:
- niewystarczający dopływ wody,
- zbyt duża średnica tarczy selekcyjnej,
- złe uszczelnienie dolnej tarczy wodnej,
- uszkodzony pierścień uszczelniający pokrywę bębna,
- uszkodzona przesuwna podstawa bębna.
Wyrzucanie wraz z wodą znacznych ilości oleju:
- przelanie zamknięcia wodnego,
- zmiana temperatury, a wiec i gęstości oraz ciężaru oczyszczanego oleju,
Niewłaściwy nierówny bieg wirówki.
- zbyt słabe lub zbyt mocne dokręcenie śrub kotwicznych fundamentu,
- niewłaściwy montaż bębna,
- uszkodzona końcówka wału bębna lub uszkodzona piasta bębna,
- uszkodzone mechaniczne przenoszące napęd (łożyska, wały),
Bęben wirówki nie otwiera się lub nie zamyka w procesie samoczyszczenia lub otwiera się
samoczynnie.
- brak wody w zbiorniku wody sterującej,
- zatkanie lub zacięcie się zaworu doprowadzającego wodę ze zbiornika do wirówki,
- uszkodzenie urządzenia rozdzielczego, uszkodzenie elementów urządzenia
samoczyszczenia wewnątrz wirówki
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
89
Zagadnienie 7: Wirowanie olejów smarowych.
Olej smarny, przepływający obiegowo w instalacji smarnej silnika głównego ulega
zanieczyszczeniu w czasie pracy silnika i powinien być oczyszczony przez wirowanie.
Znaczne wydajności olejowych pomp smarnych nie pozwalają na wstawienie wirówki
szeregowo w obieg czynnika. W praktyce podłączenie instalacji wirowania oleju smarnego,
równolegle do głównego obiegu smarnego jest zupełnie wystarczające.
Rozróżnia się dwa rodzaje wirowania oleju: ciągłe i okresowe.
Podobnie jak wirowane oleje pędne, oleje smarne również powinny mieć
odpowiednią temperaturę wynoszącą od 70 do 90°C.
Rys. 75. Schemat instalacji smarowej silnika spalinowego i instalacji oczyszczania ciągłego oleju smarnego
Wirowanie okresowe polega na wypompowaniu oleju przepracowanego ze zbiornika
ściekowego silnika do zbiornika oleju brudnego, napełnienie obiegu czystym olejem,
a następnie wirowanie ze zbiornika oleju brudnego do zbiornika oleju oczyszczonego.
Pozwala to na swobodną regulację parametrów wirowania, a tym samym uzyskanie dużego
stopnia oczyszczania oleju. Dodatkowo poprawę stopnia oczyszczenia uzyskuje się przez
przeprowadzenie przed wirowaniem procesu sedymentacji grawitacyjnej w zbiorniku oleju
brudnego, co jest niemożliwe w systemie wirowania ciągłego.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
90
Temat 6 (3 godzin): Filtry, filtracja i czyszczenie.
Zagadnienie 1: Podstawy teoretyczne filtracji.
Filtrowanie jest metodą oddzielenia płynów od substancji stałych, a zwłaszcza
cieczy od substancji nierozpuszczalnych w tych cieczach. Polega ona na przepuszczaniu
zanieczyszczonych płynów przez przegrody filtracyjne. Ciecz, która przeszła przez
przegrodę zwana jest filtratem, a zatrzymane cząstki osadem.
Efekt filtrowania jest parametrem charakteryzującym zdolność filtra do oczyszczania
określonej objętość czynnika. Miarą efektu filtrowania stanowi ubytek zanieczyszczeń
w badanym czynniku, określony funkcją czasu przy wielokrotnym przepływie przez filtr
zainstalowany w układzie zamkniętym.
Filtrowany olej podczas przepływu przez przegrodę filtracyjną realizowany jest
następująco:
- zatrzymywanie się cząstek przewyższających rozmiary wlotowych przekrojów por,
u wlotu do tych por;
- osadzanie się cząstek różnych rozmiarów na przegrodzie filtracyjnej w miejscach
miedzy porami, jak również tworzenia się skupisk nad wlotami do por,
- absorbcja cząstek mniejszych od rozmiarów por, wewnątrz porowych kanałów.
Zatrzymywane na przegrodzie filtracyjnej zanieczyszczenia zatykają pory tej
przegrody oraz tworzą osad, co w efekcie daje dodatkowy opór przy przepływie cieczy
w filtrze. Znajduje to odbicie w zwiększeniu spadku ciśnienia w filtrze przy stałym wydatku
cieczy lub w zmniejszeniu wydatku cieczy przy stałym spadku ciśnienia.
Badania i doświadczenia prowadzone przy stałym spadku ciśnienia cieczy w filtrze
pozwoliły ustalić następujące prawa filtrowania:
- prawo filtrowania z tworzeniem osadu,
- prawo filtrowania z pełnym zatykaniem por, zwane również prawem ze
zmniejszeniem liczby odtykanych por,
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
91
- prawo filtrowania z częściowym zatykaniem por zwane standardowym,
- prawo filtrowania pośredniej postaci.
Zagadnienie 2: Przegrody filtracyjne.
Przegroda filtracyjna (porowate środowisko) to ciało zawierające puste przestrzenie
zwane porami. Pory w przegrodach filtracyjnych filtrów tworzone są przez:
- włókna w materiałach włóknistych, do których należą różne rodzaje i gatunki
wełny, bawełny, filcu technicznego, tkanin, papieru filtracyjnego, tektury,
- ziarna w materiałach filtracyjnych ziarnistych – prasowanych, do których należą
materiały ceramiczne i metalowo-ceramiczne,
- materiały metalowe, do których należą metalowe siatki, metalowe elementy
filtrujące szczelinowe,
- materiały filtracyjne z różnego rodzaju mas plastycznych.
Wskaźniki charakteryzujące przegrodę filtracyjną.
Do porównywania filtrów, a właściwie ich przegród porowatych wprowadzono
szereg wskaźników:
- współczynnik porowatości, wyznaczany jest w procentach jako stosunek objętości
porów w materiale wkładu filtracyjnego do ogólnej objętości części wkładu,
- przeciętna średnica por, pozwala na porównanie ze sobą materiałów filtracyjnych pod
względem wielkości por,
- współczynnik właściwej wewnętrznej powierzchni przegrody, pozwala ocenić ilość
asfaltowo - smolistych substancji zatrzymanych przez przegrodę filtracyjną,
- prędkość przepływu cieczy w porach,
- opór hydrauliczny, różnica między ciśnieniem czynnika filtrowanego pomierzonym
przed filtrem i po przejściu przez filtr,
- skuteczność i dokładność oczyszczania, stosunek ilości zatrzymanych na filtrze
zanieczyszczeń do całkowitej ilości zanieczyszczeń zawartych w filtrowanym
czynniku,
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
92
- przepustowość filtru, pojęcie określające wydatek filtru w funkcji ciśnienia i czasu
pracy oraz w funkcji lepkości oczyszczanego czynnika.
Zagadnienie 3: Budowa i eksploatacja filtrów paliwowych i olejowych.
Filtry ze względu na przeznaczenie dzielimy na:
- wstępne,
- dokładne,
- zgrubne,
- kombinowane.
Filtry ze względu na rodzaj zastosowanej przegrody filtracyjnej dzielą się na:
- filtry o przegrodzie z materiałów włóknistych (filc techniczny, wełna mineralna),
- filtry o przegrodzie z metalu,
- filtry o przegrodzie z materiałów ziarnistych (mąka drzewna),
- filtry o przegrodzie z materiałów metalowo-ceramicznych,
- filtry o przegrodzie z tektury,
- filtry o przegrodzie z papieru.
Filtry ze względu na działanie dzielą się na:
- powierzchniowe,
- objętościowe,
- o działaniu złożonym (powierzchniowo-objętościowe).
Podziału filtrów można dokonać także w zależności od metody oczyszczania
czynnika. Na statkach mają zastosowanie dwie takie metody:
- mechaniczna,
- energetyczna.
W zależności od materiału i rodzaju wkładu filtracyjnego filtry o mechanicznej
metodzie oczyszczania dzieli się na:
- powierzchniowe (szczelinowe, siatkowe, włoskowate),
- wgłębne (objętościowe).
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
93
W metodzie energetycznej do oddzielenia zanieczyszczeń stosuje się pola
magnetyczne, grawitacyjne lub odśrodkowe. Na statkach zastosowanie mają filtry
magnetyczne i odśrodkowe.
Budowa filtra
Filtry samooczyszczający typu 6.46 jest przeznaczony do filtrowania olejów pod
ciśnieniem roboczym 2 do 10 bar.
Filtr automatyczny ma za zadanie ochronę łożysk, czopów, wałków i innych części
maszyn przed szkodliwymi zanieczyszczeniami oleju. Obróbka oleju, tj. usuwanie części
stałych z układu olejowego, jest zadaniem separatora, filtrów obejściowych lub
zainstalowanego filtra oleju płuczącego.
Rys. 76. Budowa Filtra Boll & Kirch 6.46: 1 – kołnierz wlotowy, 2 – górna część komory, 3 – świeca filtrująca,
4 – wylot oczyszczonego oleju, 5 – turbina, 6 – ramię płuczące, 7 – otwór inspekcyjny, 8 – zawór przelewowy,
9 – wkład filtracyjny, 10 – manometr różnicowy.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
94
Zagadnienie 4: Odolejanie wód zęzowych, odolejacze - budowa i eksploatacja.
Wody zęzowe maszynowni to mieszaniny wody morskiej, wody słodkiej, wody
z układów chłodzenia, przecieków paliwa i oleju smarnego. Często zawierają one różne
środki powierzchniowo czynne (SPC) stosowane przy myciu urządzeń w maszynowni, środki
antykorozyjne dodawane do układów chłodzenia, różnego rodzaju dodatki do uzdatniania
wody kotłowej oraz ścieki z umywalni mieszczących się w pomieszczeniach maszynowni.
[Rezolucja IMO MEPC 107/49, konwencja Marpol 73/78 PRS 2005.]
Odolejacze (separatory) to urządzenia do usuwania z wód zęzowych zanieczyszczeń
olejowych w takim stopniu aby zaolejenie wody usuwanej ze statku do morza (na akwenach
dozwolonych przepisami do zrzutu) nie przekraczało 15 ppm.
Budowa odolejacza
Odolejacz MAR-C-120 stanowi konstrukcję zwartą, w której skład wchodzi:
− zbiornik grawitacyjny; oddzielający grubo zdyspergowany olej od wody,
− moduł membranowy - membrana ceramiczna o długości 1,0 m,
− zbiornik czystej wody; służy do płukania wstecznego modułu,
− miernik kontrolny zaolejenia - rejestruje zawartość oleju w wodzie oraz datę
i czas, daje sygnał do przesterowania zaworu trójdrogowego przy przekroczeniu
15 ppm,
− śrubowe pompy: zasilająca i koncentratu,
− odśrodkowa pompa cyrkulacyjna.
Odolejacze MAR-C są systemami oczyszczania wody zęzowej przebiegającymi
w dwóch etapach. W pierwszym etapie woda zęzowa transportowana jest ze zbiornika
gromadzącego do separatora, gdzie cząsteczki oleju są usuwane przez siły grawitacyjne do
górnej przestrzeni zbiornika. Oczyszczona woda zawiera emulsję olejową tłoczona jest na II
stopień odolejania, w którym znajduje się moduł z ceramiczną membraną. Dzięki membranie
zostaje w 100% zatrzymany olej z emulsji, koncentrat za pomocą pompy kierowany jest do
zbiornika procesu, natomiast permeat usuwany jest za burtę. W przypadku przekroczenia
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
95
stężenia oleju w wodzie powyżej 15 ppm następuje automatyczne przesterowanie zaworu
trójdrogowego i woda jest kierowana do zbiornika gromadzącego.
Rys. 77. Przebieg procesu odolejania wewnątrz odolejacza AQUACLEANER MAR-C: 1 – separator
grawitacyjny, 2 – zbiornik gromadzący, 3 – zbiornik oleju wydzielonego, 4 – filtr, 5 – miernik kontrolny, 6 –
zawór trójdrogowy, 7 – zbiornik wody czystej (płuczącej), A – pompa zasilająca, B – pompa cyrkulacyjna, C –
pompa koncentratu
Zagadnienie 5: Spalarki – budowa i eksploatacja.
Najbardziej skutecznym sposobem likwidowania zarówno śmieci stałych, jak
i odpadów olejowych - np. pozostałości szlamowych po wirowaniu olejów pędnych,
opałowych lub smarowych - jest ich spalanie.
Spalarka typu ASWI firmy Atlas (Dania), jest przeznaczona do spalania osadu
i wszelkich palnych odpadów statkowych.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
96
Rys. 78. Schemat urządzenia do spopielania typu ASWI (firmy Atlas - Dania)
1 - piec A5WI; 2 - zbiornik szlamu; 3 - spirala podgrzewacza zbiornika szlamu; 4 - komora spalania odpadów
stałych; 5 - komora spalania wstępnego; 6 - komora spalania wtórnego; 7 - popielnik; 8 - komora mieszania; 9 _
pompa mieszająca; 10 - pompa cyrkulacyjna; 11 - filtr; 12 - pompa dozująca osad; 13 - palnik szlamowy; 14 -
palnik pomocniczy; 15 - pompa dozująca wody słodkiej; 16 - zbiornik wody słodkiej; 17 - zbiornik oleju
opałowego; 18 - pompa dozująca oleju napędowego; 19 - dmuchawa powietrza pierwotnego; 20 - wentylator
wyciągowy spalin; 21, 22 - przełączniki termostatyczne; 23 - 27 - zawory elektromagnetyczne; 28 - urządzenie
pływakowe
Włączając urządzenia do pracy należy uruchomić pompę mieszającą 9
i pompę cyrkulacyjną 10. Pompa mieszająca 9 zasysa szlam ze zbiornika i rozdrabnia
go. Wskutek spalania oleju napędowego ze zbiornika 17 w komorze S, następuje silne
nagrzewanie uprzednio załadowanej komory spalania odpadów stałych 4, osuszenie
i odparowanie tych odpadów. Gdy w komorze 5 zostanie osiągnięta temperatura
700 0C. następuje automatyczne uruchomienie pompy dozującej osad 12 oraz pompy
dozującej olej napędowy 18 i zapala się palnik szlamu 13. Palnik pomocniczy 14
gaśnie wskutek zamknięcia zaworu 27. W temperaturze 850 oC zatrzymuje się pompa
dozująca olej napędowy 18 i w dalszym ciągu następuje spalanie wyłącznie szlamu.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
97
Zagadnienie 6: Urządzenia do obróbki ścieków sanitarnych - budowa i
eksploatacja.
Najpraktyczniejszym rozwiązaniem problemu ściekó-w sanitarnych jest wyposażenie
statku w urządzenia do przechowywania i obróbki ścieków:
- zbiorniki retencyjne,
- urządzenia rozdrabniające i dezynfekujące lub oczyszczalnie ścieków
- instalacje zrzutu ścieków obrobionych.
- instalacje zdawania ścieków w portach, zakończone znormalizowanymi złączami
wylewowymi (tzw. łącznikami międzynarodowymi).
Oczyszczalnie są najbardziej zaawansowanymi urządzeniami obróbki ścieków.
Zadaniem ich jest redukcja zanieczyszczeń w wodzie zrzutowej do poziomu przyjętego za
bezpieczny dla środowiska morskiego.
Rys. 79. Urządzenie do oczyszczania ścieków typu Termobiomac
A - przedział napowietrzania; B - przedział oddzielająco-osadowy; C - przedział chlorowania i opróżniania
1 - rozdrabniacz; 2 - spirala grzewcza; 3 - napowietrzacz; 4 - chlorator; 5 - pompa obiegowa; 6 - pompa
opróżniająca
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
98
W oczyszczalniach mogą być stosowane różne metody obróbki ścieków:
biologiczne, mechaniczne, elektromechaniczne, elektrochemiczne i chemiczne. Najczęściej na
współczesnych statkach instalowane są oczyszczalnie z podstawowym biologicznym
modułem oczyszczania oraz dodatkowym zastosowaniem metod mechanicznych
i chemicznych. Wstępna obróbka ścieków polega na mechanicznym rozdrabnianiu
i filtrowaniu większych zanieczyszczeń. Moduł biologiczny realizuje proces rozkładu
związków organicznych (białka, tłuszcze, węglowodany) na związki mineralne (azotany,
fosforany, siarczany, dwutlenek węgla), przez bakterie tlenowe (aerobowe), które samoistnie
rozwijają się w ściekach zawierających tlen. Na statkach nie wykorzystuje się bakterii
beztlenowych, ponieważ produkty rozkładu beztlenowego zawierają gazy wybuchowe, jak
metan, siarkowodór i wodór. Ze względu na zawartość w ściekach bakterii
chorobotwórczych, które nie są w całości likwidowane podczas oczyszczania, końcowa
obróbka ścieków polega na ich dezynfekcji przez chlorowanie.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
99
Temat 7 (3 godzin): Linie walów
Zagadnienie 1: Sprzęgła napędu głównego.
- sprzęgło hydrokinetyczne umiejscowione w taki sposób, że możliwe jest przekazywanie
całej energii silnika do napędu prądnicy; realizowane jest to przez ominięcie wału śrubowego;
znajduje to zastosowanie w przypadku zwiększonego zapotrzebowania na energię
elektryczną,
- sprzęgło cierne usytuowane na wale napędzającym, pozwalające odłączyć silnik od systemu
napędowego i napędzać wał śrubowy prądnicą, działającą wówczas jako silnik elektryczny;
energia do napędu dostarczana jest wówczas przez spalinowe zespoły prądotwórcze;
umożliwia to awaryjną jazdę w sytuacji awarii silnika głównego.
Zagadnienie 2: Przekładnie napędów okrętowych.
Ze względu na sposób przeniesienia napędu na pędniki rozróżniamy dwa rodzaj
siłowni:
- o napędzie bezpośrednim;
- o napędzie pośrednim (z przekładnią)
o mechaniczną
o elektryczną,
o hydrauliczną.
Rys. 80. Napęd główny statku pośredni: A - z przekładnią mechaniczną, B - z przekładnią elektryczną, l - silnik
główny, 2 - przekładnia mechaniczna z łożyskiem oporowym, 3 - sprzęgło rozłączne, podatne, 4 - prądnica; 5 -
silnik elektryczny napędu głównego, 6 - przekładnia redukcyjna (mechaniczna z łożyskiem oporowym)
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
100
Zagadnienie 3: Łożyska w napędach okrętowych.
Łożyska ze względu na rodzaj czynnika smarnego możemy podzielić na dwie grupy:
- smarowane olejem;
Charakteryzuje się ono następującymi zaletami i wadami:
- Prawidłowo zaprojektowane zapewnia zaistnienie smarowania hydrodynamicznego
dzięki któremu zmniejsza się zużycie pary ciernej. Poza tym klin smarny ma
dobre właściwości tłumiące (tłumienie drgań od pędnika), a współczynnik tarcia
praca takiego łożyska jest bardzo niski.
Łożysko takie ma wysoki „zapas” nośności co ma duże znaczenie w stanach
awaryjnych jak np. deformacja pędnika i powstanie dodatkowej dynamicznej siły
poprzecznej.
- Łatwość naprawy – regeneracji tzw. wylewanie metalu białego, co obniża koszty
remontu
Wady:
- Wysokie koszty remontu
- Cena takiego rozwiązania niewątpliwie podwyższa koszty niezbędnych uszczelnień
(od strony pędnika i wału pośredniego).
Jest to rozwiązanie niekorzystne dla środowiska naturalnego, gdyż instalacja
olejowa pracuje w nadciśnieniu względem otoczenia, czyli w przypadku awarii
olej wydostaje się do wody.
- smarowane wodą.
W ostatnim czasie coraz szerzej stosuje się łożyska ślizgowe z tworzyw
sztucznych smarowane wodą. Stało się to możliwe dzięki dynamicznemu
rozwojowi technologii polimerów. Rozwiązanie konstrukcyjne jest bardzo proste.
W panwi z tworzywa pracuje wał ze stali nierdzewnej (ewentualnie na wale jest
umieszczona nierdzewna tuleja). Najczęściej węzeł cierny smarowany i chłodzony
jest przez filtrowaną wodą zaburtową. Jest ona przetłaczana od wewnątrz pochwy
wału kolejno przez obydwie panwie a następnie wypływa przy pędniku.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
101
Temat 8 (4 godzin): Wymienniki ciepła
Zagadnienie 1: Podział, budowa, charakter wymiany ciepła, dane charakterystyczne
wymienników i ich eksploatacja.
Wymiennikami ciepła nazywa się urządzenia, w których zachodzi umyślna wymiana
ciepła między czynnikami. Ze względu na rodzaj rozróżniamy następujące typy
wymienników ciepła:
- wymienniki przeponowe -rekuperatory,
- wymienniki z wypełnieniem -regeneratory,
- wymienniki mieszankowe.
Wymienniki ciepła dzieli się w zależności od przeznaczenia oraz zachodzącego
w czasie pracy procesu cieplnego. W podgrzewaczach i chłodnicach mamy do czynienia
jedynie ze zmianą temperatury czynników biorących udział w wymianie ciepła.
W skraplaczach zachodzi proces zmiany stanu skupienia dzięki odprowadzeniu ciepła.
W wyparownikach zachodzi bardziej złożony proces polegający na podgrzewaniu
czynnika do temperatury wrzenia, częściowym odparowaniu a następnie ochłodzeniu
uzyskanej pary aż do jej skroplenia.
Najważniejszymi czynnikami uczestniczącymi w procesie wymiany ciepła na statku są:
- woda zaburtowa,
- woda słodka,
- para wodna,
- spaliny wylotowe.
W zależności od zasady działania wszystkie wymienniki ciepła dzielimy na:
- bezpośrednie, zwane też mieszankowymi albo bezprzeponowymi,
- pośrednie, czyli powierzchniowe lub przeponowe.
W bezprzeponowych wymiennikach ciepła oba czynniki wymieniające ciepło mieszają się
i w ten sposób następuje zmiana ich temperatur. W powierzchniowych wymiennikach ciepła
wymiana ciepła odbywa się poprzez ściankę uniemożliwiającą zmieszanie się obu czynników
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
102
wymieniających ciepło. Jeden z czynników oddaje ciepło ściankom, drugi czynnik przejmuje
je od ścianek. Wymienniki mieszankowe stosowane są na statkach sporadycznie. Częściej
spotykane są powierzchniowe wymiennikach ciepła. Spotyka się różne rozwiązania
konstrukcyjne powierzchni wymiany ciepła, czyli ścianek oddzielających czynniki
wymieniające ciepło. W zależności od rodzajów tych powierzchni rozróżnia się wymienniki
ciepła: rurowe i płytowe.
Wymienniki płytowe.
Do zasadniczych zalet wymienników płytowych zaliczyć można:
- uzyskanie dużych współczynników wymiany ciepła przy stosunkowo małych
oporach przepływu,
- zwartą i hermetyczną budowę,
- najmniejsze zużycie materiału na jednostkę przepływającego ciepła,
- łatwy dostęp do wnętrza wymiennika i możliwość łatwego czyszczenia powierzchni
wymiany ciepła,
- łatwa technologia wykonania elementów wymiennika i możliwość jej
zmechanizowania,
- w wielu procesach wymienniki płytowe okazały się najbardziej ekonomiczne.
Współczynniki przenikania ciepła w wymiennikach płytowych w przypadku
przepływu mediów takich jak woda i wodne roztwory soli, wynoszą ok. 3500-4100W/m2 ˚C ,
a więc są 2-3 razy większe niż w wymiennikach płaszczowo rurowych. Badania wykazują, że
w tego typu wymiennikach istnieje możliwość uzyskania jeszcze większych współczynników
przenikania ciepła. Przepływ ciepła między mediami następuje w cienkich warstwach
w turbulentnym ich ruchu. Różnica temperatur między mediami może być mała (2-3˚C), co
zapobiega przepaleniu i koagulacji produktu. W wymiennikach płytowych można ogrzewać
lub chłodzić różne media poczynając od gazów i par do cieczy bardzo lepkich, a także
emulsje i suspensje. Wymienniki płytowe umożliwiają automatyzację regulowanie
technologicznych procesów. Czyszczenie powierzchni wymiennika płytowego może odbywać
się mechanicznie po rozebraniu wymiennika lub przez przemywanie za pomocą różnego
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
103
rodzaju roztworów (metoda chemiczna). Zakres ciśnień, w jakich pracują wymienniki
płytowe, na ogół nie przekracza 10-16 bar. Sam aparat może być skonstruowany jako
jednosekcyjny, wielosekcyjny lub kombinowany. Jednosekcyjnymi wymiennikami ciepła
nazywamy wymienniki, w których uczestniczą tylko dwa robocze media. Jeżeli
w wymienniku ciepła zachodzi kilka wzajemnie związanych procesów przebiegających
w różnych strefach wymiennika.
Dane charakterystyczne:
- wysokie wartości w zakresie przenoszenia ciepła,
- niezawodność i bezawaryjność,
- uszczelnienia płyt uniemożliwiają zmieszanie się dwóch stosowanych przy wymianie
ciepła mediów,
- dostosowanie wymiennika do zmieniających się warunków procesowych poprzez
dodawanie lub odejmowanie płyt,
- płyty wykonane z kwasoodpornej stali nierdzewnej,
- niewielka waga robocza urządzenia oraz szybki rozruch oraz wyłączenie całej
instalacji,
- prosta instalacja, niewielki zakres wymaganej konserwacji, wygodna obsługa,
- mała objętość zatrzymywania płynu.
Rys. 81. Płytowy wymiennik ciepła.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
104
Wymienniki płaszczowo - rurowe.
W wymiennikach płaszczowo - rurowych jeden z czynników przepływa wewnątrz
rurek, drugi omywa rurki z zewnątrz. Omywanie może następować zarówno w przepływie
współprądowym, przeciwprądowym, jak i krzyżowym lub mieszanym. W wymiennikach
wieloprzepływowych występuje zmiana kierunku przepływu mająca na celu polepszenie
warunków wymiany ciepła lub zmniejszenie długości wymiennika. W praktyce stosowane są
wymienniki od jedno- do czteroprzepływowych, z tym że większą liczbę przepływów spotyka
się w urządzeniach o znacznych wymiarach. Przepływ czynnika omywającego rutki
wymiennika ciepła może być również regulowany za pomocą odpowiednich przegród.
Regulacja dotyczy zarówno kierunku jak i rodzaju oraz prędkości przepływu.
Dane charakterystyczne:
- wysokie parametry przenoszenia ciepła
- zdejmowane komory umożliwiają łatwe czyszczenie rurek
- płaszcz wymiennika i komory wykonane ze stali węglowej lub kwasoodpornej
- rurki wymiennika i dna sitowe wykonane: stal, miedź, mosiądz lub miedzionikiel
Rys. 82. Płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła;
1 - rura, 2 - płyta sitowa, 3 - płaszcz, 4 – głowica wymiennika, 5 - króćce (wlot, wylot) przestrzeni rurowej, 6 -
króćce (wlot, wylot) przestrzeni międzyrurowej
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
105
Zagadnienie 2: Wyparowniki: rodzaje, budowa, obsługa i eksploatacja.
Proces oczyszczania w wyarowniku odbywa się poprzez jej odparowanie. Następuje
ono wskutek dostarczonej z zewnątrz enerii cieplnej w zależności od rodzaju tej energii
wyparowniki dzieli się na:
- parowe (ogrzewane parą świeżą lub wylotową),
- wodne (ogrzewane wodą wylotową z silnika głównego),
- elektryczne.
Ze względu na sposób pracy rozróżnia się:
- wyparowniki wrzące,
- wyparowniki ekspansyjne,
- wyparowniki sprężarkowe.
Ze względu na ilość stopni wyparowniki dzieli się na:
- jednostopniowe i wielostopniowe.
Ze względu na ciśnienie uzyskiwanej pary wtórnej podczas procesu odparowania
instalacje wyparowników dzieli się na:
- nadciśnieniowe,- stosowane w siłowniach starszych typów ogrzewane parą. W
budowanych współcześnie parowych siłowniach okrętowych z głównym napędem
turbiną najczęściej czynnikiem grzewczym jest w instalacji wyparownika para o
niskim ciśnieniu, pobierana z jednego z końcowych zaczepów regeneracyjnych
turbiny, z tym że wyparownik może być zarówno typu podciśnieniowego jak i
nadciśnieniowego. W czasie postoju w porcie instalacja wyparownika może być
zasilana parą z kotła o odpowiednio zredukowanym ciśnieniu.
- podciśnieniowe, zwane również próżniowymi- stosowane we współczesnych
siłowniach z napędem tłokowymi silnikami spalinowymi, podgrzewane wodą
z obiegu chłodzenia silnika głównego. Stosowanie wyparowników podciśnieniowych
na statkach jest korzystne z dwóch powodów: odparowanie może się odbywać poniżej
temperatury wytrącenia się kamienia kotłowego, dzięki temu nie powstają osady na
rurkach baterii wrzenia zwiększające opory cieplne (a tym samym utrudniające
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
106
wymianę ciepła pomiędzy wodą grzewczą a odparowywaną wodą morską), a
wyparownik wykorzystuje ciepło odpadowe z chłodzenia silnika głównego
poprawiając tym samym sprawność całej siłowni i pracuje w instalacji jako dodatkowa
chłodnica silnika głównego. Spotykane są również niekiedy rozwiązania z
możliwością stosowania ogrzewania parą z kotłów: pomocniczych lub utylizacyjnych.
Rys. 83. Budowa i zasada działania wyparownika podciśnieniowego płytowego.
Eksploatacja wyparownika zasilanego wodą zaburtową powinna odbywać się
wyłącznie na pełnym morzu. Ustalono że nie należy uruchamiać instalacji destylacyjnej
w odległości mniejszej niż 10 mil od brzegu. Również nie wskazana jest praca instalacji
w ujściach dużych rzek, na redach portów itp. Może to powodować szybsze zanieczyszczenie
powierzchni wymiany ciepła w podgrzewaczu wody (tzw. baterii wrzenia), a w razie
produkowania wody do picia może wystąpić znaczne skażenie destylatu różnymi bakteriami
chorobotwórczymi, występującymi w wyżej wymienionych akwenach.
Włączenie wyparownika.
Uruchomienie instalacji destylowanej ogrzewanej wodą chłodzącą silnik główny
rozpoczyna się od uzyskania w wyparowniku odpowiedniego podciśnienia, a więc od
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
107
uruchomienia instalacji próżniowej oraz pompy usuwającej solankę. Po osiągnięciu stopnia
próżni właściwego dla rodzaju wyparownika oraz odpowiedniej temperatury wody chłodzącej
otwiera się kolejno: dopływ wody chłodzącej skraplacz, dopływ wody zasilającej oraz dopływ
wody grzewczej. Tę ostatnią należy doprowadzać stopniowo, ponieważ gwałtowne
doprowadzenie dużej ilości ciepła do wyparownika może spowodować gwałtowne wrzenie
a tym samym porywanie przez parę wody słonej. W momencie, gdy w wodowskazie
umieszczonym na skraplaczu (we wzierniku lub w innym przyrządzie pomiarowym) ukaże się
poziom destylatu, należy uruchomić pompę skroplinową. Pierwsze partie destylatu należy
skierować do zęzy ze względu na możliwość bardzo dużego zasolenia występującego
najczęściej w wyniku porywania przez parę wtórną wody w pierwszej fazie odparowania.
Gdy solomierz wskaże zasolenie < 15 mg NaCl/l, należy skierować destylat do zbiornika
a solomierz ustawić na pracę automatyczną. Obsługa instalacji destylacyjnej sprowadza się do
obserwacji i kontroli wszystkich parametrów pracy instalacji a zwłaszcza:
- wskazań manometru próżniowego, a jako dodatkowej kontroli tych wskazań
obserwację temperatury panującej w komorze wrzenia,
- stopnia zasolenia destylatu na solomierzu,
- wskazań wydajności wyparownika w przepływomierzu umieszczonym na
przewodzie tłocznym pompy skroplin.
Korzystne jest również okresowe badanie metodami chemicznymi zawartość soli
w produkowanej wodzie w celu sprawdzenia wskazań solomierza.
Wyłączenie wyparownika.
Przy wyłączaniu wyparownika należy zachować następującą kolejność czynności:
- odłączyć dozownik chemikaliów,
- odciąć dopływ wody (lub pary) grzewczej i zamknąć zawór wylotu skroplin pary
grzewczej,
- zatrzymać pompę destylatu (jeżeli istnieje blokada powodująca automatyczne
zatrzymanie pompy zasilającej smoczki próżniowe, to przed zatrzymaniem pompy
destylatu należy wyłączyć blokadę i przejść na sterowanie ręczne),
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
108
- odciąć wlot i wylot wody chłodzącej skraplacz.
W tej sytuacji przez wyparownik przepływa jedynie woda zasilająca, która chłodzi
podgrzewacz wody, wypłukuje pozostałą solankę i usuwa ewentualne zanieczyszczenia. Po
pewnym czasie, kiedy wyparownik ostygnie, należy wyłączyć zasilanie wyparownika wodą
słoną a po wyssaniu całej zawartości wody z wyparownika należy zatrzymać pompę
solankową (lub pompę zasilającą smoczki: solankowy i próżniowy).
Ostatnią czynnością – poza zamknięciem odpowiednich zaworów – jest
napowietrzenie wnętrza wyparownika przez wpuszczenie do środka powietrza z otoczenia.
Odbywa się to bądź przez specjalny kurek napowietrzający lub przez kurek probierczy na
rurociągu destylatu.
Zagadnienie 3: Rodzaje korozji w wymiennikach ciepła, sposoby zapobiegania.
Zjawiska korozyjne mogą być klasyfikowane wg różnych kryteriów.
Według mechanizmów powstawania
Korozja elektrochemiczna – korozja, podczas której zachodzi, co najmniej jedna reakcja
anodowa (proces utleniania – korozji metalu) i jedna reakcja katodowa (proces redukcji –
przyjmowania elektronów).
Korozja wywołana prądami zewnętrznymi – korozja elektrochemiczna wywołana działaniem
zewnętrznego źródła prądu elektrycznego (prądy błądzące przepływające mogą doprowadzić
do procesu galwanizacji, czego pierwszym objawem może być perforacja grzejników
stalowych)
Korozja galwaniczna - korozja wywołana działaniem ogniwa korozyjnego Najczęściej znana
pod nazwą „korozji bimetalicznej” gdzie elektrody (elementy instalacji) utworzone są z
dwóch różnych metali. (Najczęściej występujący problem z miedzią i aluminium lub stalą i
miedzią w instalacji)
Korozja mikrobiologiczna –korozja wywołana działaniem mikroorganizmów obecnych w
układzie korozyjnym (bakterie, glony, powodujące uszkodzenia korozyjne metali a także
osady-narośla)
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
109
Według umiejscowienia zniszczeń.
Korozja ogólna – korozja zachodząca na całej powierzchni metalu eksponowanego w
środowisku korozyjnym (przykładowa korozja „tlenowa” żelaza w wodzie)
Korozja lokalna – korozja występująca wybiórczo w wyróżnionych miejscach powierzchni
metalu poddanego działaniu środowiska korozyjnego”. Może przybrać różne formy;
Korozja wżerowa – korozja lokalna wywołująca tworzenie się wżerów postępujących od
powierzchni w głąb metalu (występuje gdy w środowisku znajdują się jony zdolne do
niszczenia warstwy pasywnej np. rury miedziane
w wodzie o dużej ilości siarczanów, aluminium w wodzie o dużej ilości chlorków itp.
Korozja szczelinowa – korozja lokalna związana i występująca w wąskiej szczelinie, lub w
bezpośrednim jej sąsiedztwie (korozja powstająca na miejscach połączeń elementów
wywołana różnym poziomem tlenu w szczelinie i poza nią)
Korozja podosadowa – korozja lokalna związana z osadem produktów korozji lub innej
substancji (korozja rozwijająca się np. pod rdzą w elementach żelaznych lub rurach
stalowych)
Według mechanizmów powstawania – w zależności do określonych materiałów / miejsc.
Korozja selektywna - odcynkowanie mosiądzu– korozja mosiądzu polegająca na usuwaniu
cynku z mosiądzu (np. przy zastosowaniu wody destylowanej
w instalacji)
Korozja międzykrystaliczna – korozja występująca na granicach ziaren metalu lub w
obszarach do nich przylegających (dot. głównie austenicznych stali nierdzewnych)
Korozja naprężeniowa – proces w którym równocześnie występuje korozja
z naprężeniem metalu (dot. głównie stopów metali takich jak aluminium, miedź, stal, stal
kwasoodporna, nikiel w miejscach np. tłoczenia, gięcia, spawania)
Większość typów korozji może wystąpić w płytowym wymienniku ciepła podczas
jego eksploatacji.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
110
Sposoby zapobiegania korozji.
Jakość wody:
- Temperatura: Ogólna zasada mówi, że zwiększenie temperatury powoduje
zwiększenie stopnia korozji większości metali. Dla miedzi w podgrzewanej wodzie,
prawdopodobieństwo korozji wżerowej jest większe przy temperaturach powyżej
60°C. Również ryzyko wystąpienia korozji naprężeniowej powodującej pęknięcie stali
nierdzewnej jest większe w temperaturach większych niż 600 0C. Podobnie korozja
wżerowa oraz korozja szczelinowa w stali nierdzewnej uzależniona jest od
temperatury,
- pH: Korozja ogólna miedzi, w głównej mierze zależy od poziomu pH, ryzyko
wystąpienia korozji jest najmniejsze gdy pH zostaje utrzymane pomiędzy poziomem
7,5 a 9.0,
- alkaliczność: Jeśli poziom wodorowęglanów (HCO3) w wodzie jest niski – np. poniżej
60mg/l, produkty korozji miedzi zostaną rozpuszczone i uwolnione
w systemie,
- przewodność: Wysoka przewodność w wodzie wodociągowej oznacza, że
w wodzie tej znajduje się wysokie stężenie substancji jonowych. Wynika z tego, że
zwiększenie przewodności wody wodociągowej zwiększy ryzyko powstania korozji
większości metali. Maksymalna przewodność 500 μS/cm jest ogólnie przyjętą
odpowiednią wartością graniczną,
- twardość: Miedź jest podatna na korozję w bardzo miękkiej wodzie i stosunek [Ca2+,
Mg2+] / [HCO3-] powinien być większy od 0,5.
- chlorki: Pojawienie się chlorków w wodzie zwiększa ryzyko pojawienia się korozji
miejscowej w stali nierdzewnej.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
111
Inhibitory korozji
Inhibitory korozji są to substancje, które dodane w małych stężeniach do środowisk
wilgotnych powodują zmniejszanie szybkości korozji w wyniku zahamowania procesu
anodowego, katodowego lub obu równocześnie
Ze względu na sposób działania inhibitory dzieli się na anodowe, katodowe
i mieszane. Inhibitor
- anodowy przesuwa potencjał korozji w stronę dodatnią,
- katodowy przesuwa potencjał korozji w stronę ujemną,
- mieszany (anodowo-katodowy) działa w obu kierunkach a kierunek wypadkowy
zależy od względnej wielkości efektów.
Ochrona elektrochemiczna
Elektrochemiczna ochrona przed korozją polega na takiej zmianie potencjału
elektrodowego na granicy metal – środowisko, która powoduje zahamowanie lub
ograniczenie szybkości rozpuszczania metalu. W zależności od kierunku przesuwania
potencjału metody ochrony elektrochemicznej dzieli się na katodowe i anodowe.
Przesunięcie potencjału w stronę katodową powoduje uzyskanie stanu odporności
metalu, a w stronę anodową – stanu pasywności.
Powłoki ochronne
Powłoki ochronne stosowane jako ochrona czasowa lub trwała, ze względu na skład
chemiczny dzieli się na: organiczne (malarskie i z tworzyw sztucznych), niemetalowe
i metalowe.
Materiały odporne na korozję
Za materiały odporne na korozję uważa się te, które mogą być stosowane w
agresywnych środowiskach bez dodatkowych zabiegów ochronnych. Stopień odporności
zależy od składu i struktury materiału oraz rodzaju środowiska.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
112
Zagadnienie 4: Wpływ czynników eksploatacyjnych na sprawność wymiennika ciepła.
Do najczęściej spotykanych usterek można zaliczyć:
- nadmierną zawartość soli w produkowanej wodzie,
- spadek wydajności,
- spadek stopnia próżni,
- zanieczyszczenie powierzchni wymiany ciepła,
- zakłócenia w pracy pompy skroplinowej
Zwiększenie się zawartości soli w destylacje może być spowodowane:
- zbyt wysokim poziomem wody morskiej w baterii wrzenia wynikającej ze zbyt
obfitego zasilania,
- zbyt mała wydajność pompy solankowej
- gwałtownym wrzeniem wody w baterii wrzenia z powodu dostarczania zbyt dużej
ilości ciepła
- przeciekiem wody zaburtowej w skraplaczu,
Spadek wydajności może być spowodowany:
- spadkiem stopnia próżni,
- zbyt małą ilością ciepła dostarczanego do parownika,
- zanieczyszczeniem powierzchni wymiany ciepła baterii wrzenia,
- zapowietrzeniem przestrzenia, w której znajduje się woda grzewcza
- zbyt wysoką temperaturą parowania wskutek spadku próżni,
- zanieczyszczeniem powierzchni wymiany ciepła baterii skraplania,
- niemożliwością skroplenia się dostatecznej ilości pary wtórnej w skraplaczu
z powodu zbyt małej ilości wody chłodzącej skraplacz lub zbyt wysokiej jej
temperatury,
- przeciekami destylatu na drodze od wyparownika do zbiornika,
- spadkiem ilości wody zasilającej wyparownik.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
113
Przyczyny spadku próżni mogą być następujące:
- ucieczka powietrza przy połączeniach kołnierzowych, w pompach, dławicach itp.,
- zbyt małą ilością wody chłodzącej,
- zbyt wysoką temperaturą wlotu wody chłodzącej skraplacz,
- zanieczyszczeniem powierzchni wymiany ciepła baterii skraplania
- zapowietrzenie wnętrza skraplacza od strony wody morskiej,
- zbyt wysokim poziomem destylatu w skraplaczu,
- za wysoką temperaturą wody zasilającej strumieniową pompę próżniową,
- zasysanie przez próżniową pompę strumieniową nieskroplonej pary ze skraplacza,
- uszkodzenie dysz pompy próżniowej,
- zbyt niskie ciśnienie zasilające strumieniową pompę próżniową,
- uszkodzenie lub zapowietrzenie pompy zasilającej próżniową pompę strumieniową,
- zbyt duże przeciwciśnienie po stronie tłocznej strumieniowej pompy próżniowej.
Zanieczyszczenie osadem powierzchni wymiany ciepła baterii wrzenia może być
spowodowane:
- zbyt wysoką temperaturą parowania,
- zbyt wysoką temperaturą wody grzewczej przy jednoczesnym spadku stopnia próżni,
- zbyt dużym stopniem zasolenia solanki
- zbyt wysoką zawartością soli w wodzie morskiej(ta sytuacja może występować w
rejonach tropikalnych, w płytkich morzach lub zatokach).
Zakłócenia w pracy pompy skroplinowej występują gdy nie zasysa ona lub nie odbiera
odpowiedniej ilości destylatu:
- nieszczelności rury ssawnej pompy,
- pracą pompy bez przeciwciśnienia,
- pracą pompy przy zbyt dużym przeciwciśnieniu,
- zbyt wysokim stopniem próżni w skraplaczu,
- nieszczelnością dławicy pompy.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
114
Temat 9 (6h): Urządzenia sterowe.
Zagadnienie 1: Urządzenie sterowe, podział.
Urządzenie sterowe składa się z dwóch niezależnych zespołów napędowych, układu
sterowania i elementów wykonawczych działających na trzon steru. Systematyka urządzeń
sterowych wynika z rodzaju elementów wykonawczych czyli odbiorników energii ciśnienia i
obejmuje cztery podstawowe grupy urządzeń: maszyny nurnikowe, tłokowe, łopatkowe i
toroidalne. Każda z maszyn posiada cechy decydujące o zakresie zastosowania oraz rodzaju
wyposażenia układu sterowania. Dalsze podziały mogą wynikać z rodzaju pomp
obsługujących instalację hydrauliczną oraz sposobu sterowania ich wydajnością. Budowane
są więc urządzenia sterowe z pompami o stałej lub zmiennej wydajności. Pompy o zmiennej
wydajności mogą być sterowane mechanicznie lub hydraulicznie.
Zagadnienie 2: Zwrotność i stateczność kursowa statku.
Zwrotność statku, czyli zdolność do zmiany kursu, mierzona jest czasem potrzebnym
do zmiany kursu przez jednostkę płynącą z ustaloną prędkością. Decyduje ona o własnościach
manewrowych jednostki. Stateczność kursowa statku dotyczy zachowania się statku podczas
pływania z określoną prędkością w określonym kierunku, czyli jest zdolnością do utrzymania
żądanego kursu. Decyduje ona o własnościach jednostki podczas podróży morskiej.
Stateczność kursowa, przy stałej wartości zakłócających sił hydro i aerodynamicznych jest
tym wyższa, im mniejsze wychylenia steru potrzebne są do utrzymania stałego kursu. Oba
parametry zależą od kształtu linii teoretycznych kadłuba i konstrukcji części nadwodnej,
rodzaju i sposobu lokalizacji urządzenia sterowego, momentów bezwładności kadłuba oraz
wpływu warunków hydrometeorologicznych. Stateczność kursowa i zwrotność są cechami
przeciwstawnymi.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
115
Zagadnienie 3: Teoria płata i obciążenia urządzenia sterowego.
Podczas względnego ruchu płetwy sterowej wody wychylonej pod katem zwanym
katem natarcia w stosunku do strumienia napływającej wody powstaje siła hydrodynamiczna
prostopadła do osi wzdłużnej przekroju płetwy. Siłę hydrodynamiczną można rozłożyć na
składowe: równoległą do kierunku strumienia zwaną siła oporu i prostopadłą do kierunku
ruchu zwaną siła nośną płata. Siła nośna decyduje o wartości momentu powodującego zmianę
kursu statku. Wartość sił hydrodynamicznych jest proporcjonalna do powierzchni płetwy
sterowej, gęstości wody, kwadratu prędkości strumienia wody oraz bezwymiarowego
współczynnika uwzględniającego smukłość i kształt płetwy oraz charakter napływu
strumienia wody.
Zagadnienie 4: Rodzaje uszkodzeń urządzeń sterowych.
Typowe uszkodzenia maszyn sterowych obejmują: przecieki złączek, uszczelnień i
dławnic siłowników, zacinanie się suwaków rozdzielaczy, nadmierne nieszczelności
wewnętrzne urządzeń obniżające skuteczność działania oraz zużycie i nadmierne luzy łożysk
ślizgowych i przegubów trzonu sterowego, rumpla i siłowników.
Zagadnienie 5: Budowa i obsługa elektrohydraulicznej maszyny sterowej: tłokowej,
łopatkowej, toroidalnej.
Każdy z dwóch układów napędowych najbardziej rozpowszechnionych tłokowych
urządzeń sterowych składa się zazwyczaj z pompy głównej o zmiennej wydajności oraz
pompy pomocniczej o stałej wydajności, napędzanych tym samym silnikiem elektrycznym.
Pompa pomocnicza pracuje w układzie otwartym a jej zadania sprowadzają się do
zapewnienia ciśnienia sterowania rozdzielaczy układu sterowania oraz filtracji i dopełniania
cieczy roboczej w obiegu głównym. Pompa pomocnicza zasila przez zawór zwrotny
niskociśnieniową stronę pompy głównej, pracującej w układzie zamkniętym. Pompę główną
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
116
łączy z elementem wykonawczym układ sterowania składający się z dwustanowego
rozdzielacza głównego ze sterowaniem hydraulicznym oraz zaworów łączących oba układy
napędowe i zaworów bezpieczeństwa.
W układach maszyn z pompami o stałej wydajności, kierunek przepływu cieczy
roboczej w obwodzie elementów wykonawczych zależy od przesterowania trzystanowego
rozdzielacza głównego, sterowanego elektrycznie lub w sytuacji awaryjnej mechanicznie.
Obsługa maszyn sterowych poza wymianą filtrów oraz kontrolą i wymianą cieczy
roboczej sprowadza się kliku podstawowych czynności takich jak: odpowietrzanie układu i
jego elementów, smarowanie smarem stałym elementów które nie są smarowane olejem,
kontrola parametrów pracy i ustalenie przyczyn przekroczenia wartości dopuszczalnych,
usuwanie nieszczelności łączników i dławnic przez regulację docisku lub wymianę, usuwanie
zanieczyszczeń zewnętrznych, regulację luzów w połączeniach przegubowych.
Zagadnienie 6: Regulacja maszyny sterowej.
Regulacja maszyn sterowych polega na synchronizacji elementów kontroli położenia
steru i sprzężenia zwrotnego z zadajnikami kata wychylenia. Przy prawidłowej regulacji
maszyny sterowej zadany kąt wychylenia steru (w tym położenie zerowe) odpowiada
rzeczywistemu położeniu płetwy sterowej.
Zagadnienie 7: Przepisy towarzystw klasyfikacyjnych, eksploatacja maszyny sterowej.
Przepisy towarzystw klasyfikacyjnych nakazują poddanie urządzeń sterowych
zainstalowanych na statkach próbom szczelności oraz próbom ruchowym. Polegają one
zazwyczaj na sprawdzeniu czasu wychylenia steru przy pełnej prędkości, czasu przywrócenia
sterowności po przełączaniu zespołów napędowych, działania układu napełniania olejem,
sprawdzeniu zasilania i sterownia awaryjnego. Eksploatacja maszyny sterowej polega na
zachowaniu planowych procedur dotyczących zachowania stanu technicznego urządzeń oraz
cieczy roboczej.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
117
Temat 10 (6h): Śruby nastawne.
Zagadnienie 1: Śruby nastawne, budowa mechanizmów śrub nastawnych, systemy
sterowania śrubami.
Zasada działania mechanizmu śruby nastawnej polega na przeniesieniu ruchu
osiowego tłoka, poruszanego ciśnieniem oleju podawanego na jedną z dwóch stron komory
piasty, na sworznie zamontowane w tarczach obrotu kąta wychylenia płatów. Olej podawany
jest do komór piasty wierceniami wewnętrznymi wału śrubowego. Ciśnienie oleju
wytwarzane jest przez dwa niezależne układy napędowe a kierunek przepływu oleju zależy od
przesterowania rozdzielaczy układu sterowania. Przecieki wewnętrzne układu uzupełniane są
ze zbiornika kompensacyjnego napełnianego z przelewem przez pompę pomocniczą. Poza
sterowaniem wychyleniem płatów zadaniem oleju jest uszczelnianie oraz smarowanie pochwy
wału.
Zagadnienie 2: Eksploatacja śrub nastawnych.
Obsługa instalacji hydraulicznych śrub nastawnych jest podobna jak w przypadku
innych układów hydraulicznych. Polega na przestrzeganiu procedur zawartych w planowym
systemie utrzymania stanu technicznego. Poza wymianą filtrów oraz kontrolą i wymianą
cieczy roboczej sprowadza się do takich czynności jak: odpowietrzanie układu i jego
elementów, smarowanie smarem stałym elementów które nie są smarowane olejem, kontrola
parametrów pracy i ustalenie przyczyn przekroczenia wartości dopuszczalnych, usuwanie
nieszczelności łączników i dławnic przez regulację docisku lub wymianę, usuwanie
zanieczyszczeń zewnętrznych, regulację luzów w połączeniach przegubowych.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
118
Temat 11 (4h): Urządzenia kotwiczne.
Zagadnienie 1: Windy kotwiczne i kabestany elektryczne, budowa i eksploatacja.
Układ kinematyczny wind kotwicznych i kabestanów elektrycznych jest podobny do
układów z napędem hydraulicznym. Inaczej realizowane jest hamowanie silnika i kontrola
oraz zmiana momentu obrotowego i prędkości wydawania i wybierania liny lub łańcucha.
Służą do tego elektryczne lub energoelektroniczne układy sterownia.
Zagadnienie 2: Windy kotwiczne i kabestany hydrauliczne, budowa i eksploatacja.
Napędy hydrauliczne wind kotwicznych i kabestanów są podobne konstrukcyjnie i
eksploatacyjnie. W najprostszym rozwiązaniu układ hydrauliczny składa się z pompy o
stałym kierunku tłoczenia i zmiennej wydajności pracującej w układzie zamkniętym z
nawrotnym silnikiem o stałej chłonności. Przecieki wewnętrzne układu zamkniętego
kompensowane są przez pompę dopełniającą pracującą w układzie otwartym. Kierunek
obrotów silnika i prędkość obrotowa zależą od ustawienia regulatora przepływu w układzie
sterowania. Pompa wyposażona jest w sterowny ciśnieniowo regulator zerowej wydajności,
który przestawia pompę na minimalną wydajność w chwili, gdy kotwica wejdzie do kluzy i
ciśnienie w układzie zamkniętym rośnie do wartości przełączania.
W układach z pompami o zmiennej wydajności i dwóch kierunkach tłoczenia stosuje
się nawrotne silniki o stałej chłonności pracujące w obiegu zamkniętym. Pompa pomocnicza
pracująca w układzie otwartym uzupełnia przecieki wewnętrzne oraz zasila układ sterowania
wydajnością pompy głównej oraz układy pomocnicze. Układ główny umożliwia: wybieranie i
opuszczanie kotwicy, wybieranie i wydawanie cumy pod nominalnym obciążeniem, szybkie
wydawanie i wybieranie cumy luźnej, automatyczne utrzymanie stałego uciągu w cumie,
nawijanie liny głowicą linową. Układ pomocniczy realizuje: wybór rodzaju pracy
(cumowanie ręczne, cumowanie automatyczne, praca kotwicy) oraz sterowanie hamulcami
bębnów wciągarek. Mechanizmem wykonawczym hamulców są siłowniki hydrauliczne.
Podczas pracy z kotwicą, pracują jednocześnie dwa silniki hydrauliczne zapewniające
podwójny moment obrotowy, a podczas pracy z linami tylko jeden silnik hydrauliczny.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
119
Temat 12 (2h): Urządzenia hydrauliczne pokryw lukowych
Zagadnienie 1: Budowa i eksploatacja pokryw lukowych.
Otwieranie i zamykanie pokryw lukowych może być realizowane poprzez:
podnoszenie i opuszczanie pokryw układem dźwigniowym z siłownikami hydraulicznymi
liniowymi (typu Mac Gregor)
podnoszenie i opuszczanie pokryw siłownikami hydraulicznymi obrotowymi
rozsuwanie i zsuwanie pokryw wzdłuż lub w poprzek osi statku za pomocą silników
hydraulicznych napędzających układ jezdny z przekładnią łańcuchową lub listwą zębatą
Układ hydrauliczny składa się z dwóch zespołów napędowych, układu sterowania i
zespołu urządzeń wykonawczych. W instalacjach z siłownikami liniowymi i układem
dźwigniowym układ napędowy stanowią dwie pompy o stałej wydajności i stałym kierunku
tłoczenia. Tłoczyska siłowników działają poprzez dwuramienne dźwignie i przegubowe
łączniki na oba człony pokrywy. Człon pokrywy w którym znajduje się siłownik obracany
jest na zawiasie. Człon napędzany przez dźwignię przesuwany jest na rolkach po zrębnicy.
Często pompa rezerwowa o wydajności mniejszej od pompy głównej uruchamiana jest
automatycznie przy wzroście zapotrzebowania spowodowanym jednoczesnym otwieraniem
kilku pokryw lukowych. Ciecz robocza dopływa do siłowników poprzez rozdzielacze 4/3.
W instalacjach z siłownikami obrotowymi elementy wykonawcze o kacie obrotu 180o są
umieszczone między członami pokrywy tworząc zawias pozwalający na obrót obu członów
pokrywy względem siebie. Siłowniki o kącie obrotu 90o stanowią zawias pomiędzy zrębnicą
luku a pokrywą. Elementy sterujące w postaci rozdzielacza 4/3 doprowadzają ciecz roboczą z
pompy o stałej wydajności i stałym kierunku tłoczenia do elementów wykonawczych. W
położeniu neutralnym rozdzielacza pompa pozostaje w pełni odciążona do zbiornika.
Pokrywy z siłownikami obrotowymi stosowane są na masowcach, gdzie szerokość luków jest
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
120
niewielka w porównaniu z szerokością pokładu. Siłowniki obrotowe stosowane są poza tym
do napędu bram rufowych i burtowych oraz furt dziobowych i zamknięć dokowych.
W układzie z rozsuwanymi pokrywami pompa o stałej wydajności i jednym kierunku
tłoczenia zasila w układzie otwartym silnik hydrauliczny o stałej chłonności i zmiennym
kierunku obrotów. Poza silnikami w układzie znajdują się siłowniki podnoszące pokrywy i
stawiające rolki jezdne na szynach. W położeniu neutralnym układu sterownia pompa
odciążona jest do zbiornika przez zawór przelewowy. Przemieszczanie pokryw lukowych
odbywa się za pośrednictwem łańcuchów napędzanych kołem łańcuchowym osadzonym na
wale wolnobieżnego silnika hydraulicznego. W przypadku przewozu materiałów palnych
napęd łańcuchowy zastępowany jest napędem zębatkowym.
Zagadnienie 2: Eksploatacja instalacji.
Obsługa instalacji hydraulicznych pokryw lukowych jest podobna jak w przypadku
innych układów hydraulicznych. Polega na przestrzeganiu procedur zawartych w planowym
systemie utrzymania stanu technicznego. Poza wymianą filtrów oraz kontrolą i wymianą
cieczy roboczej sprowadza się do takich czynności jak: odpowietrzanie układu i jego
elementów, smarowanie smarem stałym elementów które nie są smarowane olejem, kontrola
parametrów pracy i ustalenie przyczyn przekroczenia wartości dopuszczalnych, usuwanie
nieszczelności łączników i dławnic przez regulację docisku lub wymianę, usuwanie
zanieczyszczeń zewnętrznych, regulację luzów w połączeniach przegubowych.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
121
Temat 13 (4h): Urządzenia przeładunkowe.
Zagadnienie 1: Windy ładunkowe topenantowe, gajowe, budowa, obsługa i eksploatacja.
Hydrauliczne urządzenia przeładunkowe wykorzystują zarówno otwarte jak i
zamknięte układy hydrauliczne. Do napędu mechanizmu podnoszenia w windach
ładunkowych stosowane są zazwyczaj silniki hydrauliczne połączone bezpośrednio z bębnem
nawijającym linę. W mechanizmach podnoszenia mogą być również stosowane siłowniki.
Jednak ze względu na dużą wysokość ponoszenia (wyższą zazwyczaj od 10 m) konieczne jest
zastosowanie w takim wypadku wielokrążków. Wadą takiego rozwiązania są duże gabaryty.
Zabezpieczenie przed swobodnym opadaniem ciężaru w układach hydraulicznych
otwartych realizowane jest przez zawory dławiące ze zmiennym przekrojem, sterowane
zawory zwrotne lub hamulce szczękowe sterowane siłownikami hydraulicznymi. W układach
hydraulicznych zamkniętych zabezpieczenie przed samowolnym opadaniem i kontrola
prędkości opuszczania realizowana jest przez odwrócenie roli silnika i pompy. Silnik
hydrauliczny napędzany opuszczanym ciężarem przechodzi w stan pracy pompowej
napędzając pompę hamowaną silnikiem elektrycznym pracującym jako prądnica.
Obsługa instalacji hydraulicznych wind ładunkowych jest podobna jak w przypadku
innych układów hydraulicznych. Polega na przestrzeganiu procedur zawartych w planowym
systemie utrzymania stanu technicznego. Poza wymianą filtrów oraz kontrolą i wymianą
cieczy roboczej sprowadza się do takich czynności jak: odpowietrzanie układu i jego
elementów, smarowanie smarem stałym elementów które nie są smarowane olejem, kontrola
parametrów pracy i ustalenie przyczyn przekroczenia wartości dopuszczalnych, usuwanie
nieszczelności łączników i dławnic przez regulację docisku lub wymianę, usuwanie
zanieczyszczeń zewnętrznych, regulację luzów w połączeniach przegubowych oraz kontrolę
lin mechanizmów podnoszenia.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
122
Zagadnienie 2: Dźwigi hydrauliczne, budowa i obsługa.
Dźwigi hydrauliczne o małym udźwigu nominalnym mniejszym od 500N
wykorzystują jedną pompę dla wszystkich mechanizmów roboczych, czyli podnoszenia,
obrotu i zmiany wysięgu. W urządzeniach o udźwigu nominalnym 500- 1500N każdy
mechanizm roboczy posiada własną pompę hydrauliczną, przy czym wszystkie pompy
napędzane są jednym silnikiem elektrycznym lub spalinowym. Urządzenia o udźwigu
nominalnym większym od 1500N posiadają indywidualne napędy hydrauliczne
poszczególnych mechanizmów.
Mechanizm podnoszenia i opuszczania dźwigów zbudowany jest podobnie jak w
przypadku wind ładunkowych. Przy udźwigu nominalnym mniejszym od 500N do napędu
mechanizmów wysięgu i obrotu stosuje się układ hydrauliczny otwarty z mechanizmem
wykonawczym w postaci siłownika tłokowego, ze względu na jego prostą budowę. Siłownik
tłokowy zabezpieczony jest przed samowolnym ruchem za pomocą sterowanych zaworów
zwrotnych. Równomierny ruch tłoka uzyskuje się niezależnie od warunków zewnętrznych
takich jak napór wiatru czy przechyły statku dzięki zastosowaniu regulacji prędkości opartej
na regulatorze wydajności przepływu. Zmianę kierunku ruchu siłownika uzyskuje się za
pomocą rozdzielacza 4/3. Ciecz robocza dostarczana jest przez pompę o jednym kierunku
tłoczenia.
W urządzeniach o dużym udźwigu nominalnym stosuje się układy hydrauliczne
zamknięte lub otwarte z pompami o zmiennej wydajności i zmiennym lub stałym kierunku
tłoczenia oraz silnikami o stałej chłonności i zmiennym kierunku obrotów. W układach
zamkniętych sterowanie realizowane jest za pomocą sterowanego ręcznie rozdzielacza 4/3
współpracującego z regulatorem ciśnienia pompy głównej opartym na wzmacniaczu
hydraulicznym. Silnik hydrauliczny połączony bezpośrednio z pompą jest unieruchomiony
podczas pracy jałowej pompy głównej za pomocą tarczy hamulcowej. Szczęki hamulcowe
dociskane są do tarczy za pomocą siłownika hydraulicznego zasilanego przez rozdzielacz
sterowany z regulatora ciśnienia pompy głównej. Siłownik hamulcowy uruchamiany jest
również przy spadku ciśnienia w obwodzie pompy głównej co stanowi zabezpieczenie na
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
123
wypadek pęknięcia rurociągów. W przypadku utraty zasilania elektrycznego awaryjny zawór
elektromagnetyczny powoduje również zadziałanie hamulca silnika hydraulicznego.
Pomocnicza pompa dopełniająca zapewnia uzupełnianie przecieków wewnętrznych obiegu
głównego oraz zasilanie układu sterowania.
W układach otwartych sterowanie realizowane jest za pomocą sterowanego ręcznie
rozdzielacza 4/3 współpracującego z regulatorem ciśnienia i blokiem zaworowym
odpowiedzialnym za wydajność pompy głównej. Kierunek obrotu silnika zmienia się za
pomocą rozdzielacza 4/3. który w położeniu neutralnym kieruje ciecz roboczą przez filtr
spływowy do zbiornika. Podczas opuszczania ciężaru spływ z silnika dławiony jest w
podwójnym bloku zaworowym złożonym z regulatora wydajności i sterowanego ciśnieniem
regulatora prędkości. Pomocnicza pompa zapewnia ciśnienie sterowania układu regulacji
wydajności pompy głównej oraz regulatora prędkości opuszczania.
Obsługa instalacji hydraulicznych dźwigów ładunkowych jest podobna jak w
przypadku innych układów hydraulicznych. Polega na przestrzeganiu procedur zawartych w
planowym systemie utrzymania stanu technicznego. Poza wymianą filtrów oraz kontrolą i
wymianą cieczy roboczej sprowadza się do takich czynności jak: odpowietrzanie układu i
jego elementów, smarowanie smarem stałym elementów które nie są smarowane olejem,
kontrola parametrów pracy i ustalenie przyczyn przekroczenia wartości dopuszczalnych,
usuwanie nieszczelności łączników i dławnic przez regulację docisku lub wymianę, usuwanie
zanieczyszczeń zewnętrznych, regulację luzów w połączeniach przegubowych oraz kontrolę
lin mechanizmów podnoszenia.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
124
Temat 14 (4h): Urządzenia sterowe
Zagadnienie 1: Rodzaje stabilizatorów.
Na statkach wykorzystuje się pasywne i aktywne stabilizatory przechyłów.
Hydrauliczne stabilizatory przechyłów należą do grupy urządzeń aktywnych. Zasada pracy
polega na wytwarzaniu przez parę płetw stabilizacyjnych, zamontowanych po obu stronach
kadłuba pod powierzchnią wody, momentu przeciwdziałającego bocznym przechyłom statku.
Zagadnienie 2: Zasada pracy stabilizatorów.
Każda z dwóch płetw stabilizatora zamocowana jest prostopadle do obła kadłuba i
napędzana przez parę siłowników tłokowych zasilanych w układzie otwartym przez pompę o
stałej wydajności i stałym kierunku tłoczenia. Kierunek ruchu siłowników zależy od
przesterowania rozdzielacza 4/3, którego pozycja zależy od sygnału elektrycznego
pochodzącego z układu sterowania. W położeniu neutralnym pompa jest odciążona do
zbiornika przez filtr spływowy. Sygnały sterujące wypracowane są w oparciu o sygnał
elektryczny pochodzący z układu żyroskopowego znajdującego się w układzie kontrolnym na
mostku. Poza normalną pracą stabilizatora możliwe jest wybranie opcji likwidacji stałego
przechyłu bocznego.
Ciecz robocza doprowadzana jest do siłowników przez wysokociśnieniowe filtry
ochronne i elastyczne przewody zbrojone. Smarowanie trzonu płetwy oraz przegubów
siłowników odbywa się za pomocą układu centralnego smarowania z układem czasowym.
Poza siłownikami roboczymi w układzie znajdują się siłowniki unieruchamiające płetwy
stabilizatorów w położeniu zerowym, czyli w tak zwanej pozycji parkowania. W przypadku
wycieku w jednym z układów hydraulicznych może on być odcięty a stabilizacja realizowana
jest przez układ na przeciwnej burcie. Pozycja neutralna podczas unieruchamiana płetw
kontrolowana jest przez układ wyłączników zbliżeniowych lub krańcowych. W przypadku
awarii układu hydraulicznego lub zasilania, płetwy stabilizatorów mogą być ustawione w
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
125
położeniu neutralnym za pomocą awaryjnej pompy ręcznej. Pracujące płetwy są częściowo
hydrodynamicznie odciążone. W związku z tym w położeniu neutralnym po wyłączeniu
zasilania istnieje ryzyko samoczynnej zmiany kąta natarcia (opadania) w wyniku przecieków
wewnętrznych siłowników. W takim wypadku podczas pływania bez użycia stabilizatorów
konieczne jest okresowe włączanie układu parkowania, celem likwidacji momentu
obracającego statek w wyniku utraty położenia neutralnego płetw.
Zagadnienie 3: Eksploatacja stabilizatorów przechyłów.
Obsługa instalacji hydraulicznych i mechanizmów stabilizatora przechyłów jest
podobna jak w przypadku innych układów hydraulicznych. Polega na przestrzeganiu procedur
zawartych w planowym systemie utrzymania stanu technicznego. Poza wymianą filtrów oraz
kontrolą i wymianą cieczy roboczej sprowadza się do takich czynności jak: odpowietrzanie
układu i jego elementów, smarowanie smarem stałym elementów które nie są smarowane z
układu centralnego smarowania, kontrola parametrów pracy i ustalenie przyczyn
przekroczenia wartości dopuszczalnych, usuwanie nieszczelności łączników i dławnic przez
regulację docisku lub wymianę, usuwanie zanieczyszczeń zewnętrznych, regulację luzów w
połączeniach przegubowych oraz kontrolę i wymianę łożysk ślizgowych i uszczelnień
trzonów płetw.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
126
Temat 15 (4h): Windy łodziowe
Zagadnienie 1: Budowa i obsługa mechanizmów wind łodziowych.
Napędy hydrauliczne wind łodziowych stosowane są równolegle z napędami
elektrycznymi. Ze względu na niewielkie obciążenia nominalne instalacje hydrauliczne
budowane są w prostym układzie otwartym. Mechanizm zmiany wysięgu realizowany jest za
pomocą siłownika tłokowego a podnoszenia za pomocą silnika hydraulicznego ze względu na
dużą wysokość podnoszenia od lustra wody na pokład.
Napędy hydrauliczne i elektryczne wind różnią się zarówno pod względem budowy
jak i eksploatacji. Porównanie charakterystyk napędowych urządzeń elektrycznych i
hydraulicznych podobnej mocy pozwala na stwierdzenie, że układ elektryczny zapewnia
maksymalną prędkość ruchu wyłącznie bez obciążenia a prędkość maleje wraz ze wzrostem
obciążenia. Układ hydrauliczny zapewnia stałą maksymalną prędkość pracy przy obciążeniu
windy w zakresie 0- 40% obciążenia nominalnego. Cykl pracy windy hydraulicznej tej samej
mocy jest średnio 25% krótszy od cyklu windy elektrycznej. W windzie z napędem
elektrycznym każdy mechanizm (zmiany wysięgu i podnoszenia oraz ewentualnie obrotu przy
łodziach roboczych) posiada indywidualny napęd i podział mocy jest niemożliwy. W układzie
hydraulicznym istnieje możliwość łatwego podziału strumienia cieczy roboczej
generowanego przez jedną pompę na kilka mechanizmów i dopasowanie go do aktualnych
potrzeb.
Winda łodziowa z napędem hydraulicznym posiada niezawodną, bezstopniową
regulację prędkości obrotowej mechanizmu opuszczania i podnoszenia, nawet przy
największych obciążeniach, co jest istotne przy środkach ratunkowych. Istnieje skuteczna
możliwość zabezpieczenia elementów instalacji i elektrycznego silnika napędowego. Podczas
pracy hydraulicznej windy łodziowej statkowa instalacja elektryczna nie jest na rażona na
szczytowe pobory prądu a obsługa techniczna windy jest zdecydowanie prostsza niż przy
napędzie elektrycznym.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
127
Obsługa instalacji hydraulicznych wind łodziowych jest podobna jak w przypadku
innych układów hydraulicznych. Polega na przestrzeganiu procedur zawartych w planowym
systemie utrzymania stanu technicznego. Poza wymianą filtrów oraz kontrolą i wymianą
cieczy roboczej sprowadza się do takich czynności jak: odpowietrzanie układu i jego
elementów, smarowanie smarem stałym elementów które nie są smarowane olejem, kontrola
parametrów pracy i ustalenie przyczyn przekroczenia wartości dopuszczalnych, usuwanie
nieszczelności łączników i dławnic przez regulację docisku lub wymianę, usuwanie
zanieczyszczeń zewnętrznych, regulację luzów w połączeniach przegubowych oraz kontrolę
lin mechanizmów podnoszenia.
top related