Eesti Mereakadeemia
Õppeaine:
Laevajõuseadmed ja abimehhanismid
Õppeaine
raudvara
A Füüsikalised suurused ja
mõisted
Rõhk:
1Pa = 1 N/m2,
1 MPa = 106
Pa,
1 bar = 105
Pa;
1 kgf/ cm2 = 0,981 bar
Temperatuur:
absoluutne T (K), t (0C) T = t + 273 K
Jõud:
1 N = 1 kg/msek2,
1 KN = 103
N,
1 kgf = 9,81 N
Töö:
1 J = 1Nm, 1 kJ = 103
J
Võimsus:
1 kW = 1 J/sek , 1 HJ (HP) = 75 kgfm/sek = 0,735 kW
Soojushulk 1 J = 0,239 cal
Pöörete
arv n = 2π60
1/min, kus
on
nurkkiirus 1/rad
Tihedus
(kg/m3);
erikaal
= g
(N/ m3)
Soojusväärtus
Q (kJ/kg);
nafta baasil kütustel 39500…
44000 kJ/kg (39,5…44
MJ/kg)
Viskoossus ,
kinemaatiline
(m2/s,
mm2/s,
cSt)
B Fundamentaalsed loodusseadused
mehaanika : mehaanika põhiseadused, liikumisimpulsi seadus, potentsiaalne ja kineetiline energia, tsentrifugaaljõud;
termodünaamika: I ja II põhiseadus, ideaalsete gaaside protsessid – isobaarsed, isotermilised, isohoorsed, adiabaatsed, polütroopsed, gaasi olekuvõrrand ; gaaside voolamine läbi düüside;
hüdrodünaamika: Bernoulli seadus, staatiline ja dünaamiline rõhk; hüdrostaatiline rõhk.
C Õppeaines käsitletud olulised
mõisted ja rakendused
Laevaseadmete
liigitus jõuseadmeteks, abimehhanismideks, laevaseadmeteks ja
tekiseadmeteks. Laeva
jõuseade, propulsiivseade ja propulsiivlompleks
– nende koostisosad ja omavahelised funktsionaalsed seosed.
Jõuseadmete paigutus laeval: ahtri-, keskmine – ja nihutatud,
nende kasutusalad ja võrdlus.
Primaarsed energiaallikad ja nende kasutusvõimalused. Orgaanilised kütused.
Nafta baasil toodetud vedelkütused,
nende põhiomadused ja eelised teiste kütuseliikide ees.
Laevale
mõjuvad jõud ühtlasel liikumisel: laeva
keretakistus
ja käiturite summaarne efektiivne
tõukejõud.
Laeva
keretakistus ja selle komponendid – õhutakistus ja veetakistus.
Teada, et õhutakistuse osa enamikul laevadest on mõned protsendid kogutakistusest. Veetakistuse koostisosad: hõõrdetakistus,
lainetakistus, kujutakistus ja lisatakistused.
Hõõrdetakistuse olemus ja selle tekkepõhjus – vee viskoossus.
Kujutakistuse tekkepõhjused ja olenevus laevakere kujust .
Lainetakistus kui gravitatsiooniline,inertsjõududest ja vee
tihedusest tingitud takistusekomponent. Laeva poolt liikumisel
tekitatavad lainesüsteemid. Laevakere takistuse sõltuvus laeva
kiirusest, süvisest ja tehnilisest seisukorrast; abinõudest laeva
keretakistuse vähendamiseks.
Kasulik
(pukseerimis-) võimsus
ja võimsus
võllil.
Pukseerimisvõimsuse sõltuvus laeva kiirusest antud tingimustel.
Käituri
otstarve ja liigid: sõuratas, tiivikkäitur (Voith-Schneideri
käitur), jugakäitur ja sõukruvi – nende eelised, puudused ja
kasutusvaldkonnad.
Sõukruvi
tööpõhimõte ja ehitus. Sõukruvi parameetrid : geomeetrilised
(läbimõõt, geomeetriline samm, pöia labimõõt, geom. sammusuhe,
kettasuhe, pöia suhteline läbimõõt, labade arv), kinemaatilised
(käigusamm, libisemine , suhteline käigusamm ja – libisemine) ja
hüdrodünaamilised
(tõukejõud, pöördemoment ja kasutegur).
Sõukruvi
töörežiimid : käitur, paralüüs, hüdroturbiin.
Sõukruvi
ja laevakere koosmõju sõukruvi töötamisel: imemine
ja kaasavool
.
Propulsiivtegur
ja selle seos sõukruvi kasuteguri ja kere mõju teguriga.
Sõukruvi
tunnusjoon.
“Kerge”
ja “raske”
sõukruvi mõiste. Peamasina töörežiimide ala jäiga ja
reguleeritava sammuga sõukruvide puhul. Osata selgitada
reguleeritava sõukruvi eeliseid ja puudusi võrreldes jäiga sammuga
sõukruviga.
Sõukruvi
efektiivsuse parandamise võimalused ja tehnilised lahendused.
Sõukruvi pöörlemissuuna valik.
Võlliliini
otstarve ja ehitus. Deidvudseade,
kandelaagrid, peatugilaager, võllipidur,
vaheseinatihendid. Võlliliini elementide omavahelise ühenduse
liigid. Veega
ja õliga
määritavad
täävitorud ja nende võrdlus. Mõista, miks õliga määritavatel
metallist täävitorulaagritel peab olema ahtritihend. Simplex-
ja Cederwalli
võllitihendite tööpõhimõte ja ehitus.
Võlliliinita laevad.
Laeva
peadiiseljõuseadmete põhiskeemid, nende koostisosad ja ülesehitus.
Otseülekandega,
diiselreduktor- ja diiselelekterjõuseadmed,
nende kasutus ja võrdlus.
Diiselmootorite
põhitunnused ja liigitamine otstarbe, ehituse, pöörete arvu ja
töötsükli järgi.
Ristpea -
ja ristpeata mootorid .
Diiselmootori põhimõisted: takt,
ÜSP, ASP, kolvikäik, silindri läbimõõt, silindri kogumaht,
töömaht ja põlemiskambri maht; surveaste
ja selle tähtsus ja väärtuste piirid. 4-taktilise
ja 2-taktilise
diiselmootori tööpõhimõte, indikaatordiagrammid ja töötsüklid.
Diiselmootori
indikaator-
ja efektiivsed näitajad. Keskmine indikaatorrõhk
kui mootori silindrimahu kasutamise efektiivsust iseloomustav tinglik suurus ja selle määramine indikaatordiagrammi alusel.
Indikaatorvõimsus,
indikaatorkasutegur
ja kütuse
indikaatorerikulu.
Mehaaniline kasutegur.
Mootori efektiivsed näitajad ja nende seos mehaanilise kasuteguri ja
vastavate indikaatornäitajatega. Keskmine
efektiivne rõhk, efektiivne võimsus, efektiivne kasutegur
ja efektiivne
kütuse erikulu .
Diiselmootori
ehitus, põhidetailid – ja sõlmed. Diiselmootori
ülelaadimine.
Tähtis on mõistmine, miks
diiselmootorid
on kõige suurema kasuteguriga soojusjõumasinad.
Laeva
aurujõuseadme
termodünaamiline töötsükkel
ja selle kujutamine T-S diagrammil . Aurujõuseadme põhiosad ja
töökeha oleku muutused. Süsteemi vesi-aur omadused,
keemistemperatuuri
sõltuvus rõhust, aurustussoojus, küllastunud
ja ülekuumendatud
auru
mõisted.
Laeva
aurukatlad, nende liigitamine pea-
ja abikateldeks.
Leektoru- ja veetorukatlad,
nende tööpõhimõte ja ehitus.Katelde põhiparameetrid: auru tootlikkus , auru rõhk, ülekuumendatud auru temperatuur, kütusekulu,
kasutegur. Katlas toimuvad protsessid.
Auruturbiini
tööpõhimõte, liigitamine ja ehitus. Aktiivturbiinid
ja reaktiivturbiinid.
Auru liikumine düüsides. Auruturbiinjõuseadmete kasutamine
tänapärva laevadel.
Gaasiturbiini
tööpõhimõte,
termodünaamiline töötsükkel ja ehitus, kasutusalad . Võrdlus
teiste soojusjõumasinatega.
Pumbad:
otstarve, põhinäitajad ja paigutus laeval. Pumba
tootlikkus, surve, survekõrgus, imemiskõrgus, kasutegur. Pumpade liigitamine: mahtpumbad
ja dünaamilised p.-d .
Mahtpumbad: kolb -,
hammasratas-, kruvi- ja siiberpumbad:
tööpõhimõte ja ehitus.
Dünaamilised
labapunbad: tsentrifugaal -, propeller - ja pöörispumbad;
tööpõhimõte ja ehitus. Jugapumbad, rotatsioon -kolbpumbad.
Pumpade võrdlus ja kasutusalad.
Kompressorid
ja ventilaatorid
- otstarve, tööpõhimõte ja ehitus. Mitmeastmelised
suruõhukompressorid diiselmootorite käivitamiseks. Tsentrifugaal-
ja telgventi-laatorid.
Soojusvahetite
otstarve, liigitamine, ehitus. Manteltoru-
ja plaatsoojusvahetid,
nende võrdlus.
Magevee
vajadus ja valmistamise võimalused laeval. Plaatsoojusvahetitega
vaakuum- veemagesti tööpõhimõte
ja ehitus.
Kütuse
ja öli puhastamine. Filtrid
ja separaatorid .
Separatsiooniteooria alused, Stokes´i
seadus.
Tsentrifugaalseparaatori tööpõhimõte, ehitus ja kasutusalad.
Merevee
reostust laevadelt vältivad seadmed . MARPOL
73/78 nõuded ja
meetmed nende tagamiseks. Pilsivee separaatorid, heit- ja reovee
puhastusseadmed, tahkete ja naftat sisaldavate vedeljäätmete
käsitlemine laeval. Insineraatorid.
Laeva
rooliseadmete
otstarve ja liigitamine. Rooliseadme
põhiosad.
Labaroolile
mõjuvad jõud ja momendid:
laeva
pöörav moment, pöördemoment balleril, külgjõud. Triivimine
tsirkulatsioonil, triivnurk.
Nõuded
rooliseadmetele.
Rooliajamite põhiliigid. Aktiivroolid
ja stabilisaatorid
– otstarve ja tööpõhimõte.
Laeva
tekimehhanismid: töste-, ankru- ja vaierdusseadmed ning luugikatted.
Tõsteseadmete liigitus. losspoomid ,
kraanad ja paadiseadmed,
otstarve ja ehitus. Ankruseadmed:
otstarve, nõuded,
liigitamine, ehitus. Ankrupelid ja –kepslid. Vaierdusseadmed:
otstarve ja liigitamine.
Laeva üldsüsteemid: liigitamine, otstarve,
ülesehituspõhimõtted. Trümmi- ja tuletõrjesüsteemid.
D Õppeaines käsitletud olulised
võrrandid
Laeva ühtlase sirgjoonelise
liikumise põhitingimus
ΣTe
= R(v),
kus:
ΣTe
– käiturite arendatav summaarne tõukejõud ja R(v) laevakere kogutakistus kiirusel v
Laevakere
kogutakistus
R
= Rf
+ Rk
+ Rw
+ Rõ
+ Rvo
+ Rm
+ Rj
kus kogutakistuse komponendid on vastavalt hõõrde-, kuju- ja
lainetakistus ning takistuse lisaelemendid - õhu-, laevakere
väljaulatuvatest osadest, ilmastikutingimustest ja jääst tingitud
takistused.
Kasulik
e. pukseerimisvõimsus
Pt
(EPS) = R(v)v = ΣPev
Võimsus võllil
Ps(WPS)
= Mpω (kW)
kus Mp on käituri
töölepanemiseks vajalik pöördemoment kNm, ω nurkkiirus rad/sek
Propulsiivtegur
Ideaalse
käituri arendatav tõukejõud
T
= mwa
(N)
m
– käiturit läbiv veemass kg/sek, wa
– lisatud kiirus m/sek.
Kuna
veele täiendava kineetilise energia mw2/2 andmiseks peab kulutama lisavõimsust, on käituri, s.h. sõukruvi
kasutegur seda suurem, mida suurem on sekundis käiturit läbiv
veemass ja väiksem lisatud kiirus.
Sõukruvi
geomeetrilised parameetrid: läbimõõt D, samm P, geomeetriline
sammusuhe P/D, kettasuhe
Θ
= Ae
/A0
kus
Ae
on sõukruvi labade summaarne sirgestatud pindala ja A0
sõukruvi ketta pindala A0
= πD2/4;
Sõukruvi
kinemaatilised parameetrid:
käigusamm
ha
= vp
/n
Suhteline käigusamm
J
= ha
/D = vp
/nD
Libisemine
S
= P - ha
Suhteline
libisemine
kus
vp
–sõukruvi
kiirus vee suhtes m/sek
n - sõukruvi pöörete arv p/sek
Sõukruvi
hüdrodünaamilised parameetrid vabas vees:
Tõukejõud
T
= KTρn2D4
Pöördemoment
Mp
= KQρn2D5
Kasutegur
KT
ja KQ
on tõukejõu ja pöördemomendi tegurid, ρ vee tihedus, vp
– vee aksiaalkiirus sõukruvi suhtes ja n – pöörete arv p/sek
Sõukruvi
ja laevakerekoosmõju avaldub kaasavoolu ja imemise kaudu.
Kaasavoolu
tegur
Imemine väljendub
laevakeretakistuse suurenemise näol töötava sõukruvi toimel
Imemistegur
Nendest valemitest vp
= v(1 - w) ja
Te
= T(1 – t)
Asendades
propusiivteguri avaldises Pe
ja v ülaltoodud valemitest, saame propulsiivteguri väljendada:
Kus
p,
ηR ja
k on vastavalt sõukruvi kasutegur, suhteline ringkasutegur ja nn.
kere mõju tegur
Diiselmootori
põhimõõtmed:
Silindri
läbimõõt D ja kolvikäik S
Silindri
töömaht on silindri kogumahu Va
muutuv osa 1 kolvikäigu jooksul
Põlemiskambri
maht Vc
= Va
- Vs
Surveaste
Keskmine
indikaatorrõhk – tinglik rõhk, mis konstantsena sooritaks 1
kolvikäigu vältel töö, mis on võrdne tegeliku kasuliku tööga
silindris 1 töötsükli jooksul, ja mis iseloomustab silindrimahu
ärakasutamise astet.
kus Lits silindris töötsüklis saadud kasulik töö indikaatordiagrammilt
mõõdetuna või soojusarvutusega.
Indikaatorvõimsus
Kus
n – pöörete arv 1/min, i – silindrite arv, z – taktilisuse
tegur (2-taktilisel z =1,
4-taktilisel
z = 0,5)
Indikaatorkasutegur
või
kus
Bh
– kütuse tunnikulu kg/h, Qa
– kütuse alumine soojusväärtus, gi
– kütuse indikaatorerikulu.
Kui
mehaaniline kasutegur on m,
siis efektiivne võimsus
Pe
= Pim
ja
keskmine efektiivne rõhk järelikult
pe
= pim
Vastavalt efektiivne kasutegur
e
= im
ja
kütuse efektiivne erikulu
Mootori efektiivsele kasutegurile 0,5
vastab kütuse efektiivne erikulu standard- kütusega
0,160 kg/kWh
Aurukatla põhiparameetrid: aurutootlikkus D (kg/h, t/h), töörõhk p(Mpa),
ülekuumendatud auru temperatuur t (0C),
vee mass katlas m (kg, t), kütuse tunnikulu Bh
(kg/h), kasutegur ,
suhteline veesisaldus
kus
h1
ja h2
on vastavalt toitevee ja auru entalpia kJ/kg
Bernoulli
võrrand energia jäävuse kohta ideaalse mittekokkusurutava vedeliku
liikumisel jäigas torus (1 kg vedeliku kohta)
Võrrandi
2 esimest liiget on potentsiaalne energia (z – asendienergia e.
kõrgus nulltasandist; p – vedelikujoa staatiline rõhk), kolmas
liige kineetiline energia.
Pumba
tootlikkus (jõudlus) mahu järgi Q (m3/h,
m3/sek,
l/min jne), tootlikkus massi järgi Qm
= Q
Pumba
surve on ühe kaaluühiku vedeliku energia suurenemine pumba
läbimisel ja võib väljenduda pumbatava vedelikusamba kõrgusena
meetrites või rõhkude vahena
enne
ja pärast pumpa .
Pumba
kasulik e. hüdrauliline võimsus
Nh
= QρgH = QγH
Kui
pumba kasulik võimsus on Nh ja käimapanemiseks vajalik
võimsus Ne, siis kasutegur
kus:
mehaaniline kasutegur ηm = Ni/Ne,
hüdrauliline kasutegur ηh = H/Ht
ja
mahuline kasutegur ηv = Q/Qt
Tsentrifugaalsepareerimise
teoreetiline alus – Stokes´i seadus
kus vs – osakese
settimiskiirus pidevas keskkonnas ( vedelikus ), D osakese ekvivalentne läbimõõt, ρ2 ja ρ1 vastavalt osaakese ja
pideva keskkonna tihedus,
g – raskuskiirendus ning η –
dünaamiline viskoossus.
Laeva pöörav moment labarooliga
roolimisel ja rooliballerile mõjuv moment
Ml
= NLcosα/2 Mb
= Na
kus
N – roolilabale mõjuv hüdrodünaamiline kogujõud, L – laeva
pikkus,
α
– roolilaba kaldenurk keskasendist, a – hüdrodünaamilise
kogujõu rakenduspunkti kaugus balleri teljest .
Roolilabade
summaarne pindala
F
0LT
kus
tegur 0
merelaevadele on 0,015…0,023, L – laeva pikkus perpendikulaaride
vahel, T – suurim süvis.
Seisuankru
massi ligikaudseks määramiseks võib kasutada valemit
kus
-
veeväljasurve (m3)
100
m ankruketi mass võrdub ligikaudu 2,15 G
Suurim
tõmbejõud ankru hiivamisel kuni 8G
hhhhhhhhhhhhhhhhhjkMootoriMMMMMMMMMMMMMMMmm
Kõik kommentaarid