oddawana przez silnik, jest mniejsza od mocy

Ten sposób pomiaru może być obarczony błędem nawet

Stosunkowo często stosowany jest wskaźnik długości

napędem

turboparowym

poprzez

przekładnię

indykowanej (wewnętrznej). Określa to współczynnik

do ok. 3%.

siłowni względem długości statku. Na rys. 1.24

elektryczną 70÷90 kg/kW,

sprawności mechanicznej silnika

przedstawiono, jak kształtuje się ten wskaźnik dla

8.

dla

małych

szybkich

statków

Podobnie jak o moc, dzielimy moment obrotowy

statków handlowych o siłowniach spalinowych z

wypornościowych

i

półślizgowych

z

napędem

silnika i wyróżniamy:

napędem bezpośrednim oraz pośrednim spalinowo-

turbozespołami spalinowymi 3÷10 kg/kV,

L

P

elektrycznym, dla siłowni na rufie i na śródokręciu.

9.

dla

wodolotów

z

napędem

e

e

η =

=

•

moment użyteczny,

Przedstawione na tym rysunku zależności mają

turbozespołami spalinowymi 2÷3 kg/kW,

m

•

moment na wale,

charakter tylko orientacyjny, gdyż nie występuje na nim

10.

dla

poduszkowców

z

napędem

L

P

i

i

•

moment na stożku śruby.

parametr prędkości statku.

turbozespołami spalinowymi 1÷1,5 kg/kW.

Pe – moc użyteczna (efektywna) silnika mierzona na

Wskaźniki te będą nieco większe w razie

końcówce wału poboru mocy.

Między momentem a mocą oraz prędkością

uwzględnienia masy płynów w siłowni (bez zapasów),

obrotową zachodzi zależność:

co stanowi dodatkowo na przykład ok. 4-8% masy

Następne straty występują w przekładni i sprzęgle.

siłowni

suchej

przy

napędzie

silnikami

Określa to współczynnik sprawności przekładni

wolnoobrotowymi i ok. 6-15%, gdy napęd jest pośredni

(mechanicznej, elektrycznej, hydraulicznej) sprzęgła.

P

P

silnikami średnioobrotowymi.

e

T

e

=

=

Natomiast uwzględnienie masy zapasów paliwa,

tq

L

P

jakie statek musi zabierać na rejs, w sposób istotny

ω

⋅ π ⋅

w

w

2

n

η =

=

rzutuje na łączny wskaźnik masy siłowni i zapasów.

r

L

P

Masa zapasów paliwa dla statków o dużym zasięgu

e

e

Ttq – [Nm],

pływania może być większa od masy całej siłowni

Pe – [N],

suchej. To może powodować zmiany hierarchii

P

ω - [rad],

w - moc na wale (mierzona za przekładnią).

wskaźników różnych rodzajów napędów. Ma to miejsce

n – [s-1].

np. w przypadku napędu wolnoobrotowymi tłokowymi

Można również dzielić straty w samej przekładni - η

rp

silnikami spalinowymi i napędu turboparowego. Na rys.

i w sprzęgle - η

sp,

wprowadzając sprawność

pokazano, jak układają się względem siebie łączne

przekładni i sprawność sprzęgła.

IV.

WSKAŻNIKI

ENERGETYCZNE

wskaźniki masy siłowni oraz zapasy paliwa tych dwóch

Wówczas:

OKRĘTOWYCH NAPĘDÓW GŁÓWNYCH

rodzajów napędu statków. Sytuacja przedstawia się

odwrotnie niż u dołu rysunku - dla siłowni suchych.

Stopień wykorzystania energii dostarczonej do

Pomijając nawet aspekt ekonomiczny różnicy kosztów

wykonania

pracy

mechanicznej

nazywany

jest

η = η ⋅ η

eksploatacji tych dwóch rodzajów siłowni, mniej

r

rp

sp

sprawnością.

Sprawność

jest

miernikiem

strat

sprawna siłownia turboparowa spala na tyle więcej

zachodzących w siłowni jako całości, bądź w

paliwa, że dla rejsów dłuższych od ok. dwóch tygodni

W przypadku przekładni elektrycznej:

poszczególnych

maszynach

i

urządzeniach

konieczność większych zapasów paliwa niweczy cały

wchodzących w jej skład. Zwykle wyodrębnia się

zysk ciężarowy siłowni parowych.

straty

o

podobnym

charakterze,

nadaj

Rys: Mo

ąc

im

żliwości rozmieszczenia różnego rodzaju

odpowiednie nazwy.

siłowni na rufie statku i orientacyjne jej wielkości

η = η ⋅ η ⋅ η

re

g

sc

sp

Sprawność jest wskaźnikiem energetycznym, a

η

pośrednio eksploatacyjnym i ekonomicznym, gdyż

g – sprawność prądnicy (generatora)

η

stopień wykorzystania energii świadczy o walorach

sc – spraw siwci elektr

η

eksploatacyjnych maszyny i o kosztach jej eksploatacji.

sp – spraw silnika elektrycznego

Punktem wyjścia dla określenia sprawności

Z kolei straty w linii wałów (tarcie w łożysku

siłowni okr

ętowej jest ilość energii Q

oporowym, w dławnicach, w ło

p [kJ] jaką

żyskach nośnych, w

mo

żna by uzyskać z zupełnego i całkowitego spalenia

łożyskach pochwy i uszczelnieniach wału śrubowego)

dostarczonego

paliwa,

przy

czym

z

reguły

ujmuje współczynnik sprawności linii wałów.

przyjmujemy doln

ą wartość opałową paliwa.

L

P

s

s

η =

=

Q = B ⋅ W

w

L

P

p

d

w

w

P

B - ilość spalanego paliwa [kg],

Rys: Zależność wskaźnika łącznej masy siłowni (wraz z

s - moc na stożku śruby - pobierana przez śrubę.

Wd - dolna wartość opałowa paliwa [J/kg].

zapasami paliwa) od mocy napędu głównego i czasu

Występują również straty napędowe wynikające z

trwania rejsu

faktu, że tylko część energii dostarczanej na stożek

TSS - dla siłowni z wolnoobrotowym tłokowym

śruby wykorzystywana jest do wytworzenia siły naporu.

Niezależnie od jego rodzaju silnika cieplnego,

silnikiem spalinowym,

Pozostała jej część zużyta zostaje nieefektownie m.in.

przetwarzającego

energię

cieplną

na

energię

TSP - dla siłowni z turbiną parową

na pokonanie oporów tarcia skrzydeł śruby i nadanie

mechaniczną, dostarcza się w czynniku roboczym ilość

przyspieszenia wodzie. Określa to współczynnik

-

Qd

energii

cieplnej.

W

wyniku

procesów

sprawności napędowej śruby lub pędnika.

termodynamicznych

część

tej

energii

zostanie

Na przestrzeni lat w budownictwie okrętowym

zamieniona na energię mechaniczną. Zgodnie z II

obserwuje się ciągłe zmniejszanie się jednostkowych

zasadą

termodynamiki

sprawność

teoretyczna

współczynników masowych silników, mechanizmów,

L

P

h

h

(termodynamiczna) tej zamiany wyrazi się wzorem:

urządzeń, instalacji i całych siłowni. Pozwoliło to na

η =

=

h

koncentrację coraz większych mocy w siłowniach i na

L

P

pływanie z większymi prędkościami. To zmniejszenie

s

s

L

mas jednostkowych uzyskiwano poprzez:

t

P

η =

h - moc holowania statku.

t

•

stosowanie

nowych

materiałów

Q

Mocą holowania - Ph nazywamy iloczyn oporu statku

d

konstrukcyjnych,

holowanego (bez śruby) R [N] i

•

dokładniejsze obliczenia wytrzymałościowe,

prędkości v [m/s].

•

L

stosowanie nowych konstrukcji elementów i

t - teoretyczna praca obiegu [Nm],

Q

całych maszyn czy też urządzeń,

d - energia doprowadzana do czynnika

w rzeczywistym obiegu pracy [J].

•

doskonalenie rozwiązań energetycznych i

utylizację ciepła odpadowego,

= ⋅

P

R v

Przy czym:

•

zwiększanie niezawodności pracy, co prowadzi

h

do zmniejszenia ilości części zapasowych na statku.

=

−

W przypadku napędu statku ze śrubą, jeśli ma on

Q

Q

Q

d

p

ns

poruszać się z prędkością v, śruba musi wytworzyć siłę

Podczas projektowania statku, już na etapach

naporu T, przy czym:

początkowych pojawia się konieczność oszacowania

T ≥ R

Qns – straty cieplne spowodowane

wielkości (objętości, powierzchni i długości) siłowni.

niezupełnym i niecałkowitym spalaniem

Pomocne

w

tym

są

wskaźniki

objętościowe

Wielkość strat i sprawności rzutuje bezpośrednio

paliwa i ewentualną dysocjacją w

(gabarytowe) zwane też wskaźnikami nasycenia

na jednostkowe zużycie paliwa, które jest ilością

cylindrze silnika podczas jednego obiegu

siłowni mocą.

paliwa zużytego przez silnik w ciągu l godziny na l

pracy [J].

Wskaźniki te zazwyczaj odniesione są do objętości

kilowat mocy. Zwykło się używać następujących

siłowni Vs jej powierzchni Fs, i do długości Ls. O

oznaczeń dotyczących jednostkowego zużycia paliwa

W przypadku tłokowych silników spalinowych

długości siłowni decyduje przede wszystkim długość

przez silniki główne w siłowniach okrętowych:

wielkość

wyżej

wymienionych jest stosunkowo

silnika napędu głównego, o powierzchni dodatkowo

•

b

niewielka i w praktycznych obliczeniach przewważnie

i - jednostkowe zużycie paliwa odpowiadające

szerokość statku w obrębie siłowni, a o objętości także

mocy indykowanej w ciągu godziny [g/kW⋅h]

przyjmuje się, że Qd = Qp

wysokość. Wymagana minimalna szerokość i wysokość

siłowni, a tym samym i ewentualne miejsce jej na

Wtedy:

statku, zależy głównie od rodzaju napędu.

Na przykład w razie napędu bezpośredniego

B

h

siłownia musi być wysoka, gdyż silniki sięgają nawet

b =

i

L

powyżej pokładu głównego. Podobna sytuacja może

t

η ≅

P

występować w siłowniach turboparowych z powodu

i

t

wysokich kotłów.

B ⋅ W

•

b

d

e

-

jednostkowe

zużycie

paliwa

odpowiadające mocy użytecznej (efektywnej) w ciągu

Ponieważ o powierzchni, a nawet o długości

godziny [g/kW⋅h],

siłowni w jakimś stopniu decyduje także wielkość

elektrowni

okrętowej

(niezależnych

zespołów

Wskutek nieuniknionych strat wewnętrznych w

prądotwórczych), wielkość ta nie może być pomijana.

silniku cieplnym, część energii zostaje rozproszona

Najczęściej stosowane wskaźniki gabarytowe mają

B

h

(wymiana

ciepła

z

otoczeniem,

nieszczelności,

postać:

b =

e

zawirowania czynnika roboczego, straty dławienia przy

P

jego przepływach itp.). Ujmuje to współczynnik

e

P + P

e

el

sprawności wewnętrznej (indykowanej).

[kW/m3]

•

b

w

-

jednostkowe

zużycie

paliwa

V

odpowiadające mocy na wale w ciągu godziny

s

L

P

[g/kW⋅h].

i

i

η =

=

i

B

L

P

P + P

[kW/m2]

h

t

t

e

el

b =

w

P

F

w

s

gdzie:

B

[kW/m]

h - godzinowe zużycie paliwa przez silnik [kg/h],

P

i - moc indykowana (wewnętrzna) [kW],

P

+ P

e

el

P

e – moc użyteczna (efektywna) [kW],

P

w - moc na wale [kW].

Li – praca indykowana

L

s

Sprawno

ść ogólna silnika i jego jednostkowe

Straty mechaniczne w silniku, takie jak tarcie w

zużycie paliwa zależą od typu silnika i jego

łożyskach wałów silnika, tarcie w cylindrach itp. oraz

rozwiązania konstrukcyjnego. Współzawodnictwo

pobór mocy przez mechanizmy zawieszone na silniku

pomiędzy różnymi rodzajami silników głównych

powodują że moc użyteczna (efektywna) silnika,