materiały dydaktyczne maszyny i urządzenia okrętowe semestr iii

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




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 wielostopniowe;

- 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




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.




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.




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,




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




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.




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




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.




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]




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]




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




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).




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.




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.




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,




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)




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




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

QQ

(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




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.




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




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]




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]




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.




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]




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]




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




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




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).




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,




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.




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




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.




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.




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]




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




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.




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.




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




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)




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




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




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]




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]




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




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]




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.




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.




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




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)




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




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.




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




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.




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.




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




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.




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.




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).




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.




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




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.




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 %.




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




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.




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.




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)




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)




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)




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)




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.




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.




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),




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.




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




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




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.




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.




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.




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




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.




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.




83

Rys. 73. Budowa wirówki talerzowej.




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.




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.




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




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.




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




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.




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,




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,




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).




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.




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




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.




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.




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




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.




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)




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.




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




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




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.




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




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




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




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),




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)




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.




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.




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.




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.




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.




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.




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




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.




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





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.




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




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











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







zanieczyszczeń zewnętrznych, regulację luzów w połączeniach przegubowych oraz kontrolę

lin mechanizmów podnoszenia.




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




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






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




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.




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.




127

Obsługa instalacji hydraulicznych wind łodziowych jest podobna jak w przypadku









materiały dydaktyczne maszyny i urządzenia okrętowe semestr iii

Documents