NOTATKI Z WYKŁADU DLA STUDIÓW
DZIENNYCH ZAOCZNYCH ORAZ KURSÓW SDKO
WSM W SZCZECINIE
STEROWANIE I EKSPLOATACJA UKŁADU NAPĘDOWEGO STATKU ZE ŚRUBĄ NASTAWNĄ
JERZY SZCZEŚNIAK ADAM STĘPNIAK
SZCZECIN 1999
1 Podstawowe charakterystyki obiektu sterowania...................................6
1.1 Definicje i podstawowe parametry kadłuba statku............................................................6
1.1.1 Rodzaje statków...................................................................................................................6
1.1.2 Statkowe linie ładunkowe.....................................................................................................6
1.1.3 Opis kształtów kadłuba
1.2 Struktura obiektu sterowania
1.3 Związki energetyczne występujące w układzie napędowym statku.
1.3.1 Sprawności występujące w głównym układzie energetycznym statku
1.4 Charakterystyka oporowa statku.
1.4.1 Zależność oporu statku od jego prędkości.
1.5 Charakterystyki śrub okrętowych
1.5.1 Parametry geometryczne śrub okrętowych
1.5.2 Pojęcie napędu statku
1.5.3.2 Oddziaływanie śruby na kadłub statku
1.5.4 Sprawność napędowa i sprawność śruby
1.5.5 Określenie posuwu i poślizgu
1.5.6 Charakterystyki hydrodynamiczne śrub swobodnych
1.5.7 Charakterystyki hydrodynamiczne śrub nastawnych
1.5.8 Charakterystyki hydrodynamiczne w wersji komputerowej
1.5.9 Charakterystyki obrotowe
1.6 Charakterystyki tłokowych silników spalinowych napędu głównego
1.6.1 Obciążenie znamionowe silnika
1.6.2 Pola obciążeń silników głównych
1.6.2.1 Przykłady pól obciążeń
1.6.3 Ograniczenia eksploatacyjne pól obciążeń
1.6.4 Charakterystyka obrotowa silnika przy stałej nastawie paliwowej.
1.6.5 Charakterystyki śrubowe
1.6.6 Jednostkowe zużycie paliwa (ge)
1.7 Współpraca silnika ze śrubą okrętową
1.7.1 Układy napędowe ze śrubą stałą
1.7.1.1 Dobór silnika wolnoobrotowego współpracującego ze śrubą stałą
1.7.1.2 Dobór układu silnik - prądnica wałowa - śruba statku
1.7.2 Układy napędowe ze śrubą nastawną
1.7.2.1 Pole współpracy silnika ze śrubą nastawną
1.7.2.2 Charakterystyka optymalnej sprawności układu napędowego ze śrubą nastawną
1.7.2.3 Przykład charakterystyki układu napędowego bazy rybackiej wyposażonej w silnik Sulzer ZL40 i śrubę nastawną
2 Sterowanie zespołem napędowym ze śrubąnastawną 5
Zależnie od rodzaju ładunku, a czasem od sposobu załadunku i wyładunku statki mogą być zestawiane w różne kategorie, klasy, a także typy - niektóre z nich są wymienione w tabeli 1. Dwie największe kategorie statków to masowce (do przewozu masowych towarów takich jak ziarno, węgiel, rudy itp.) oraz zbiornikowce, które znowu mogą być podzielone na mniejsze bliżej określające je typy i klasy. Zbiornikowce mogą być pogrupowane na takie, które przewożą paliwo, gaz, chemikalia lub ich różne kombinacje. Tabela l przedstawia tylko pobieżny podział. W rzeczywistości jest wiele innych kombinacji np. takich jak wielozadaniowe masowce przystosowane do przewozu kontenerów.
Tabela 1. Przykładowy podział statków
Namalowany w połowie długości burt znak PlimsolTa (Plimsoll Mark) składa się z linii i liter, które odnoszą się do zanurzenia wolnej burty wg przepisów IMO (International Maritime Organisation) i władz portowych. Linie wskazują zanurzenie, do którego statek może być bezpiecznie załadowany
6
zgodnie z porą roku oraz zasoleniem wody. Linie na tym znaku odnoszą się do pływania w wodzie słodkiej, słonej, a także z podziałem na warunki tropikalne, letnie i zimowe.
Zgodnie z międzynarodowymi przepisami wolnej burty, zanurzenie letnie w wodzie morskiej jest równe zanurzeniu konstrukcyjnemu, które jest używane do wymiarowania kadłuba. Zanurzenie zimowej wolnej burty jest mniejsze niż wartość letniej wolnej burty ponieważ zimą występuje większe ryzyko złych warunków pogodowych. Analogicznie zanurzenie letniej wolnej burty jest mniejsze od zanurzenia tropikalnego.
Wyporność i nośność
Zgodnie z prawem Archimedesa na każde ciało zanurzone w cieczy działa siła wyporu Fw skierowana pionowo ku górze i równa ciężarowi cieczy wypartej przez to ciało.
' r w~ Pcieczy ' S ' ' ciała części zanurzoną
Wyporność jest więc równa ciężarowi (licząc wszystko) załadowanego statku do odpowiedniej linii ładunkowej w normalnych warunkach w wodzie słonej o gęstości 1,025 t/m3 (1025 kg/m3). Na wyporność składa się ciężar statku pustego (nie załadowanego) oraz jego nośność. Nośność odpowiada więc ciężarowi przewożonego ładunku, balastów, paliwa, smarów oraz innych produktów potrzebnych do napędu statku, a także zapasów wody, żywności, ciężar pasażerów ich bagaży, ciężar części zapasowych ponadnormatywnych, rtp. Nośność (w tonach t lub w jednostkach DWT - deadweight tonnage bądź tdw) określa różnicę pomiędzy wypornością, a ciężarem pustego statku wyrażoną w tonach:
. nośność (DWT) = wyporność - ciężar statku pustego
Oznaczenie DWT nie jest akceptowane przez PN, wg PN należy używać określenia tona t. Słowo „tona" nie zawsze wyraża tę samą wartość. Tona metryczna to 1000 kg, natomiast tona angielska to 1016 kg znana również jako „long ton" w odróżnieniu od „short ton" która w przybliżeniu wynosi 907 kg.
i
Do określenia wielkości statku nie jest używany ciężar statku pustego tylko jego nośność wyrażona w tonach DWT opierająca się na ładowności statku mierzoną w tonach metrycznych przy zanurzeniu do letniej linii ładunkowej. W tabeli 2 przedstawiono zależności (stosunki) pomiędzy wypornością, nośnością! ciężarem statku pustego.
Tabela 2
wyporność statKu wyraża się często w m wypanej wooy przez siaieK, nazywana jesi wypornością objętościową i oznaczona symbolem V.
Wymiary gabarytowe kadłuba statku odniesione są do zanurzenia konstrukcyjnego, które jest mniejsze bądź równe letniej linii ładunkowej. Wybór znaku zanurzenia zależy od stopnia załadowania, pogody, rodzaju usługi. Najczęściej występujące zanurzenia mieszczą się pomiędzy pełnym załadowaniem^ a zanurzeniem odpowiadającym pływaniu pod balastem.
Długości statku loa, lwl, lh> (Lc, L, LPP)
Całkowitej długości statku loa nie bierze się pod uwagę przy określaniu oporów kadłuba. Do tego celu używa się długości na wodnicy konstrukcyjnej lwl bądź długości między pionami Lpp, rys. l .2. Długość lpp między pionami jest to długość pomiędzy najdalej wysuniętym do przodu pionem (zwykle pionowa linia przechodząca przez dziobowe przecięcie się z linią wodną) i najdalej w kierunku rufy wysuniętym pionem, który zwykle przechodzi przez oś steru. Długość LPP jest mniejsza od długości na linii wody lwl i jest przyjmowana zawsze jako LPP = 0,97 lwl. W Polsce wymiary konstrukcyjne są oznaczane literami dużymi bez symboli l=lwl, b=bwl, H, T=D, lc=loa •
(Rysunki ł oznaczenia wzięte są z opracowania [56]; w nawiasach podano oznaczenia polskie)
8
Zanurzenie konstrukcyjne D (T)
Zanurzenie konstrukcyjne statku D jest definiowane jako odległość mierzona od wodnicy konstrukcyjnej do punktu najbardziej zanurzonej części kadłuba; rys. 1.2 i 1.3. Dziobowe zanurzenie jest to zanurzenie najdalej wysuniętej części dziobu, a rufowe dotyczy najbardziej zanurzonych części rufy. Zwykle są to te same wartości gdy statek jest całkowicie załadowany załadowany i płynie na tzw. "równej stępce" tj. bez przegłębienia.
Szerokość konstrukcyjna bwl (B)
Innym ważnym parametrem jest największa szerokość kadłuba na wodnicy konstrukcyjnej oznaczony symbolem bwl(b); rys. 1.2 i 1.3.
Współczynnik pełnotliwości kadłuba cb (5)
Różne współczynniki używane są do wyrażenia kształtu kadłuba. Najważniejszym z tych współczynników jest współczynnik pełnotliwości kadłuba, który jest definiowany jako stosunek między wypornością V w jednostkach objętościowych i objętością figury (sześcianu) o wymiarach lwl • bwl ' D; rys. 1.3
tzn. współczynnik pełnotliwości odnosi się do długości konstrukcyjnej lwl (L). Jednak projektanci często używają współczynnika pełnotliwości opartego na długości między pionami Lpp. Wobec czego współczynnik ten będzie nieznacznie większy, ponieważ lpp jest zwykle nieznacznie mniej...
drakomir