Luento 2: Laivan koneiston valinta. Kul Laivaprojekti. Sovellettu mekaniikka Meritekniikan tutkimusryhmä. Sisältö.

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Luento 2: Laivan koneiston valinta. Kul-24.4110 Laivaprojekti. Sovellettu mekaniikka Meritekniikan tutkimusryhmä. Sisältö."

Väinö Majanlahti
7 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 Luento 2: Laivan koneiston valinta Kul Laivaprojekti Sovellettu mekaniikka Meritekniikan tutkimusryhmä Sisältö Luennon tavoite Tarkastellaan laivan kuljetuskoneiston valintaan liittyviä tekijöitä. Eri kriteerit esitellään. Moottorin ja potkurin vuorovaikutus. Koneiston toimintapisteen valinta. Laivan energiakulutuksen koostumus. Luennon jälkeen sinulle on muodostunut näkemys laivan kuljetuskoneiston valinnasta ja siihen vaikuttavasti tekijöistä. laivan koneistot kuljetuskoneiston vaihtoehdot kuljetuskoneiston valinta propulsiolaite kuljetuskoneiston mitoitus laivan kuljetuskoneistovalinta, esimerkkejä eri energiamuodot ja laiva yhteenveto kirjallisuutta: 1. Häkkinen, P., Laivan koneistot, TKK laivalaboratorio, 2. Harrington, R., Marine Engineering, SNAME, 1992

Moottorin ja potkurin vuorovaikutus. Koneiston toimintapisteen valinta. Laivan energiakulutuksen koostumus.

2 Laivan koneistot kuljetuskoneisto: päämoottori akselijohto ja mahdollinen alennusvaihde propulsiolaite eli työnnönkehitin energiantuotantokoneistot sähkönkehitys: generaattorit lämmönkehitys: kattilalaitos edellisten koneistojen apujärjestelmät poltto-, voiteluaine-, jäähdytysvesijärjestelmä pakokaasu- ja paineilmajärjestelmä LVI-koneistot ilmastointi ja tuuletus juomavesi ja saniteetti laivajärjestelmät: tyhjennys, palontorjunta, painolasti kansivarustelu MT Tervin konehuone Kuljetuskoneiston vaihtoehdot PÄÄMOOTTORI VOIMANSIIRTO PROPULSIOLAITE hidaskäyntinen dieselmoottori mekaaninen suorakytkentä kiintosiipi potkuri höyryturbiini keskinopea dieselmoottori keskinopea dieselmoottori mekaaninen alennusvaihteella säätösiipi potkuri nopeakäyntinen dieselmoottori sähköinen potkurikäyttö potkurilaite hidaskäyntinen diesel höyryturbiini hydraulinen potkurikäyttö vesisuihku laite kaasuturbiini ilmapotkuri

laivajärjestelmät: tyhjennys, palontorjunta, painolasti kansivarustelu MT Tervin konehuone Kuljetuskoneiston vaihtoehdot PÄÄMOOTTORI VOIMANSIIRTO PROPULSIOLAITE hidaskäyntinen dieselmoottori

3 Laivan koneiston valintakriteerit Laivan alkusuunnittelussa suoritetaan kuljetuskoneiston valinta ja konehuoneen tilavaraus laivan yleisjärjestelyssä. Päätöksenteon kriteerit: laivatekninen: paino - tila - hinta, teknisen käytettävyys: moottorin kuormitettavuus ja teho- sekä pyörimisnopeus, taloudellisuus: valmistus- ja käyttökustannukset ympäristönsuojelu varustamon politiikka: kokemukset ja huolto Laivan koneiston valintaprosessi tarkistetaan koneiston käyttöprofiili ja toimintapisteet: avovesi, jääajo, hinaus, päämoottoriratkaisu, voimansiirtojärjestelmä ja propulsiolaite valitaan kuljetuskoneiston apujärjestelmien laiteratkaisut määritetään sähkö- ja höyrybilanssit ja laiteratkaisut, tarkistetaan konehuoneen tilasuunnitelma ja painot sekä kustannukset määritetään laivan polttoaineenkulutus ja tarkistetaan tankkikapasiteetit lasketaan koneiston ympäristövaikutukset ( värähtely, melu ja päästöt).

ympäristönsuojelu varustamon politiikka: kokemukset ja huolto Laivan koneiston valintaprosessi tarkistetaan koneiston käyttöprofiili ja toimintapisteet: avovesi, jääajo, hinaus, päämoottoriratkaisu,

4 Potkurin ja moottorin yhteensovittaminen (matching) teho P [%] laivan potkurin ottama teho eri käyttötilanteissa ja moottorin kuormitusalue kuvataan teho - pyörimisnopeus diagrammille moottorin tekniset ominaisuudet määrittävät käytettävissä olevan kuormitusalueen, Moottori optimoidaan lähelle nimellistehoa (MCR, maximum continuous rating), joka on korkein jatkuvaan käyttöön soveltuva teho. lastissa potkuri toimii raskaasti, jolloin vaaditaan lisätehoa, painolastissa potkuri toimii kevyemmin nopeilla aluksilla potkurikäyrässä voi olla voimakas kynnys eli hump teho - pyörimisnopeus diagrammi lastitilanne kaksi moottoria painolastitilanne yksi moottori suhteellinen pyörimisnopeus n [%] MCR-piste Teho - pyörimisnopeus diagrammin muodostaminen Laivan hinausteho nopeuden funktiona on peruskäyrä Potkurin vääntömomentti-, työntö- ja hyötysuhdekäyrät muodostavat lähtöaineiston, jonka avulla potkurikäyrän muodostetaan kiinteä siipinen potkuri: potkurin vastaanottama teho on verrannollinen pyörimisnopeuden 3. potenssiin moottorin toimintapistettä kutsutaan CSR:ksi (continuous service rating) ja se on 85 % MCR. säätösiipipotkuri mahdollistaa vapaan moottorin tehon ja pyörimisnopeuden valinnan, esim. jääajo

lastissa potkuri toimii raskaasti, jolloin vaaditaan lisätehoa, painolastissa potkuri toimii kevyemmin nopeilla aluksilla potkurikäyrässä voi olla voimakas kynnys eli hump 100 50 0 teho -

5 Säätösiipi CP-potkuri edut ovat seuraavat: portaaton ja nopea tehonsäätö eteen- ja taaksepäin, ohjailukyky hyvä, mahdollisuus vakiopyörimisnopeuteen, jolloin akseligeneraattoria voidaan käyttää erikoisia siipiratkaisuja, koska potkuri pyörii yhteen suuntaan. haitat ovat seuraavat: potkurin hinta ja tekninen monimutkaisuus, hyötysuhde alhaisempi peruutuksessa työntö pieni M.S. Hoegh Dene valtameriliikenteessä oleva monikäyttöinen lastilaiva kuljetuskoneisto muodostuu kiinteä siipiseen potkuriin suoraankytketystä hidaskäyntisestä pitkäiskuisesta 4- sylinterisestä dieselmoottorista, potkuriakseliin on kytketty akseligeneraattori: yksinkertainen ja luotettava koneisto, polttoainekustannukset alhaiset konehuone perässä, jolloin se ei vie tilaa lastilta.

S. Hoegh Dene valtameriliikenteessä oleva monikäyttöinen lastilaiva kuljetuskoneisto muodostuu kiinteä siipiseen potkuriin suoraankytketystä hidaskäyntisestä pitkäiskuisesta 4-

M.S. Wellamo Itämeren matkusta-autolautta M.S. Wellamon bruttovetoisuus GT on 33 829 ja päämitat: L OA = 168.0 m, B = 27.60 m ja T max = 6.50 m.

6 M.S. Wellamo Itämeren matkusta-autolautta M.S. Wellamon bruttovetoisuus GT on ja päämitat: L OA = m, B = m ja T max = 6.50 m. Kuljetuskoneisto muodostuu neljästä päämoottorista yhteisteholtaan kw ja kahdesta CP-potkurista. Yhteen potkuriakseliin on alennusvaihteen välityksellä kytketty siten kaksi keskinopeaa dieselmoottoria. Sähköenergia tuotetaan erillisillä apukoneilla. Kuljetuskoneistoratkaisulle on ominaista 22 solmun nopeuden vaatima suuri moottoriteho ja autokannen rajoittama konehuoneen korkeus. Lisäksi kaksi potkuriratkaisu parantaa ohjailua. Turun ja Tukholman välisellä reitillä osatehojen käyttö on runsasta joten käynnissä olevien päämoottoreiden lukumäärä vaihtelee. Ms Wellamon ajoprofiili Turun ja Tukholman reitillä. Talviolosuhteissa tehotaso on noin 5 % suurempi teho % 100 ajo kahdella moottorilla ajo neljällä moottorilla MS Wellamon konehuoneen leikkaukset

Yhteen potkuriakseliin on alennusvaihteen välityksellä kytketty siten kaksi keskinopeaa dieselmoottoria. Sähköenergia tuotetaan erillisillä apukoneilla.

7 Dieselsähköinen koneistojärjestelmä vaihtovirta eli AC- ACjärjestelmä ja voimalaitoskäyttö: jäänmurtajat, syy potkurin vääntömomentti jäissä ja pyörimisnopeudensäätö kaapeli- ja poralaivat, tekniset laitteet toimivat sähkökäytöllä matkustajalaivat: suuri hotellipuolen sähköntarve ja osatehot. Q [%] sähkömoottori höyryturbiini höyrymäntäkone dieselmoottori kaasuturbiini n [%] Risteilijän kuljetuskoneisto

toimivat sähkökäytöllä matkustajalaivat: suuri hotellipuolen sähköntarve ja osatehot.

8 RO-RO-laivan kuljetuskoneisto Perinteinen alennusvaiheella varustettu mekaaninen voiman välitys: kustannuksiltaan pienin CP-potkuri antaa hyvän mahdollisuuden satamaoperointiin ja osatehojen käyttöön. Diesel-sähköinen voiman siirto ja siihen liittyvä voimalaitoskäyttö hankintahinnaltaan kalliimpi, mutta tarjoaa edullisesti tuotettua sähköenergiaa hotellikulutukseen satamaoperointi hyvä POD-laitteistolla varustettu kuljetuskoneisto antaa kallein, luotettavuus ongelmia lisätilaa lastille ja lisäksi POD-laitteisto korvaa peräsimet perälaivan tilavaraus on ongelma Lisäksi POD:n propulsiohyötysuhde on parempi kuin perinteisen potkurijärjestelmän. Energian säästömahdollisuudet koneiston hyötysuhteen parantaminen diesel moottorin sylinteri lkm, männän iskupituus hukkalämmön talteenotto sähkön tuotanto akseligeneraattoreilla POD-propulsio 1,82 MW 3,97 MW 1,93 MW 4,485 MW 10,74 MW 27,86 MW 0,97 MW 4,25 MW 4,37 MW 1,15 MW 2,93MW GE AE 11,50 MW 3,03 MW 1,40 MW

POD-laitteistolla varustettu kuljetuskoneisto antaa kallein, luotettavuus ongelmia lisätilaa lastille ja lisäksi POD-laitteisto korvaa peräsimet perälaivan tilavaraus on ongelma Lisäksi POD:n

9 Polttoaineen säästömahdollisuudet kuljetussuorite ennallaan toimenpiteet säästö % PÖ kust peruslaivaan nähden tyypillinen 100 lastilaiva ennen energiakriisiä 15 % nopeuden pudotus omapainon 2 73 kevennys rungon muoto 8 68 rungon 6 64 pinnoitus päämoottorin rpm 110 k/min 60 k/min suulakkeet tai 5 53 vast. päämoottorin PÖ o.kulutus sähkö ja lämpö 1 44 säästö akseligenaraatt hukkalämpö 2 42 Energian säästömahdollisuudet laivan operointi reittioptimointi, nopeus ja merenkäynti laivan syväys ja trimmi telakontivälin optimointi

k/min 60 k/min suulakkeet tai 5 53 vast. päämoottorin PÖ 16 45 o.kulutus 210 175 sähkö ja lämpö 1 44 säästö akseligenaraatt.

10 Laivan ympäristövaikutukset IMO: Energy Efficiency Operational Index EEOI Energy Efficiency Operational Index for all ships (new/existing) obtained from fuel consumption, voyage and cargo data

11 Yhteenveto laivan koneiston osuus laivan OKA:sta on huomattavan suuri, varustamon laivan käyttömenoista suuri osa kytkeytyy koneistoihin, pääratkaisut tehdään konseptisuunnittelussa laivasuunnittelijan toimesta ja kaikki vaihtoehdot on tarkasteltava, laivatyypillä ja sen käyttöprofiililla keskeinen vaikutus ratkaisuihin dieselmoottorilla ja potkuripropulsiolaitteella valta-asema, sähköinen voimansiirto voittamassa alaa, ympäristötekijöiden: melu, värähtely ja päästöt, vaatimukset tiukkenevat.

tarkasteltava, laivatyypillä ja sen käyttöprofiililla keskeinen vaikutus ratkaisuihin dieselmoottorilla ja

Samankaltaiset tiedostot

LUENTO 2: LAIVAN KULJETUSKONEISTON VALINTA

1 LUENTO 2: LAIVAN KULJETUSKONEISTON VALINTA Luennon tavoite Tarkastellaan laivan kuljetuskoneiston valintaan liittyviä tekijöitä. Eri kriteerit esitellään. Moottorin ja potkurin vuorovaikutusta. Koneiston