Appunti lezioni Impianti navali

Propulsione non convenzionale

Propulsione non convenzionale > tutto ciò che non va solo a Diesel: turbine a gas per applicazioni navali, motori elettrici per propulsione navale, impianti combinati, propulsione ibrida/elettrica, alternatore asse.

1) TAG

Camera di iniezione combustione combustibile (Diesel) · scarico carico meccanico IC compressore Walbero assiale turbina assiale.

Applicazione pratica: turbogetto dell’aviazione ugello V] - getto di gas a ~ elevata velocità 4 gas ad elevata IC > energia albero I serve a trascinare il compressore.

Per il principio di conservazione della quantità di moto abbiamo che c’è una generazione di spinta dovuta alla differenza di velocità (v, vj) d accelerazione del flusso che provoca una spinta fa (vj v) T = -z l'aria 1 per = su una nave non si può fare!! H201000 per =.

In campo navale si usano le turbine per propulsione meccanica.

Avio di derivazione aeronautica T Turbine per propulsione meccanica navali heavy duty di derivazione industriale -m > non è più utilizzata.

Heavy duty e turbine ad asse continuo

Pensate per alimentare generatori di scarico aspirazione > correnti o pompe di gasdotti in mezzo al deserto o in Antartide >>> sono molto V /I affidabili ⑳ T[ Usate in passato in navi gasiere per l’asse 7 continuo 8 propulsione (oggi si usano altre tecnologie I con rendimenti in alti).

Questa turbina è molto diversa dalla precedente: quella in aviazione serve SOLO a trascinare il compressore, mentre questa serve ANCHE ad estrarre energia del carico (è una turbina che estrae tutto il lavoro dal fluido).

La turbina è grande perché bisogna espandere tutto il fluido e lenta = - Wil compressore gira a giri bassi V rendimenti molto bassi y(0.3.

TAG di derivazione aeronautica ad asse tagliato

TAG di derivazione aeronautica - ad asse tagliato [(M2500) collegamento n 0.36 = fluidodinamico NB l’asse è tagliato, quindi non riduttore doppio c’è collegamento meccanico ma I E solo fluidodinamico. 8 PT2: T È di derivazione aeronautica perché è uguale all’esempio fatto nella pagina precedente, I generatore di gas solo che al posto dell’ugello ho (genera gas ad alta la turbina di potenza (anche gli energia) elicotteri hanno questo tipo di Power Turbine elevati giri TAG). È più grande e gira a giri più bassi. È collegata al riduttore (con riduzione doppia) rpm 3600*.

Esiste una variante con generatore di gas a doppio asse concentrico: · wa 8 IC PT intercooler.

Vantaggi e svantaggi TAG

• Vantaggi TAG: leggere.
• Vantaggi TAG: potenti.
• Vantaggi TAG: compatte.
• Svantaggi TAG: non sono invertibili.
• Svantaggi TAG: consumi elevati.
• Svantaggi TAG: condotte aria invasive.

Aria massa a = 0.45 = combustibile massa.

Esempio di TAG

Esempio di TAG 1 flangia di accoppiamento dell’asse dell’elica A1W tutto ciò sta dentro il box => L TT2 condotta di scarico (è molto più grande della asse turbina!) tagliato - flangia di accoppiamento W -> con riduttore è anulare all’esterno ⑭ turbina boxata box insonorizzato impianto-antincendio a CO2 TBP compressore TAPW 4 filtra aria supporti antivibranti.

Installazione a bordo 4 Scarico - box tag-a asse inclinato.

Diagramma di carico di una TAG

Diagramma di carico di una TAG. Questo oggetto non ha problemi di pompaggio del compressore, è solo limitato dalla portata di combustibile.

PA n 3600 max rpm = minn ii mit max · SFOC minimo 2209/kW n 0.38 nN = imit ii -n.

Confronto con un motore Diesel 4t

Confronto con un motore Diesel 4t P Diesel 4t N PB(n) TAG.

La coppia massima che può erogare una TAG ampio a velocità parziali è consistente: se io mi trovo margine!! a v e voglio andare a v, tanto più è brusca N2 l’accelerazione, tanto più l’accelerazione è di I questo tipo:

• Accelerazione molto brusca.
• Er accelerazione meno brusca.
• Vi accelerazione quasi statica (lungo un tempo infinito) > si muove --n VI lungo la curva di assorbimento.

Più velocemente accelero, più mi allontano dalla = curva ideale. È importante avere margine per le accelerazioni > brusche.

Esempio diagramma di carico 2209/kwh.

Legge di variazione del consumo specifico (SFOC) in funzione della potenza: aSFOC Non ho il minimo come nei motori Diesel all’85% > non ho un minimo v >p 100%.

Problemi

Problemi: elevato: a 45 = non c’è uno stadio di raffreddamento dell’aria aspirata, l’aria aspirata va diretta dentro il compressore (a parte il caso della tag con intercooler).

5 a elevate temperature la densità dell’aria diminuisce le elevate temperature limitano Pmax. Le turbine a gas non sono felici di ciò = mentre un motore a Diesel aspira aria dalla sala macchine, una turbina a gas aspira aria dall’esterno (se - l’aria è molto calda si aspira aria calda) ↑ max M Ad elevate temperature la Pmax si riduce => i drasticamente "TT 25°C = 5104.

2) Impianti combinati

Quando abbiamo una nave con un profilo operativo che richiede elevata flessibilità operativa (traghetti, navi militari, navi speciali..).

AT Nave traghetto con profilo estate inverno crociera L Nave da carico pattugliamento inverno E a estate ↓ Nave militare tu forzd I > v Voles.

Non esiste una vera e propria condizione di progetto.

Se avessimo 1 solo motore per asse, succederebbe questo: a velocità I estiva Firn - velocità invernale. Lavoro per tanto tempo con uno SFOC molto elevato e bassi carichi del motore.

Soluzione: frazionamento della potenza e uso di tecnologie eterogenee (= diversi tipi di macchine) wsfrutto i pregi delle varie tecnologie e compenso i difetti rispondo al problema della flessibilità operativa => impianti combinati (= diverse macchine collegate meccanicamente) =>.

• Svantaggi: costi.
• Svantaggi: impianti complessi e ingombranti.

Classificazione impianti combinati

Classificazione impianti combinati and/or ACO - lettera - A/O - lettera.

Struttura nome di un impianto combinato L I combined tipo di D: diesel macchinario G: gas turbine 7 S: steam turbine L o E: electric DL: Diesel electric.

Esempio CODOG: combined Diesel or gas (classe orizzonte) - COGAG: combined gas and gas (Cavour)! CODAD: combined diesel and diesel (Suprema/Superba) CODAG: combined Diesel and gas (traghetti veloci Tirrenia) CODLAG: combined diesel-electric and gas (Fremm) CODAGOL: combined Diesel and gas or electric (PPA) I ecc.

Differenza tra and e or solo Diesel 7. In una configurazione CODAG ho 3 configurazioni solo gas 7 Diesel e gas ~ solo Diesel. In una configurazione CODOG ho 2 configurazioni > solo gas 7 W or.

In una configurazione or non uso mai tutta la potenza installata contemporaneamente (se ho 80MW installati a bordo, non andranno mai tutti contemporaneamente: avrò O il gas O il Diesel, quindi o 50 o 30 ad esempio).

Non ho un uso ottimale dello spazio, perché ho sempre a bordo => qualcosa che è spento PERÒ l’impianto è più semplice (quindi magari risparmio spazio nel riduttore che è più semplice, oppure non ho per forza bisogno di pale orientabili ma posso usare anche pale fisse ecc) 3 PB formula dell’ammiragliato.

NB quando usiamo la e calcoliamo il coefficiente dell’ammiragliato, cioè -23 e lo usiamo per calcolare in similitudine la potenza della nostra nave:

• In un CODAG avremo un coefficiente dell’ammiragliato totale che mi dà la potenza totale installata.
• In un CODOG ho 2 coefficienti dell’ammiragliato: uno con la velocità di gas è uno con la velocità di Diesel, uno con la potenza gas è uno con la potenza Diesel.

CODAD + CPP

CODAD+CPP > tipico di navi traghetto. Il rapporto di riduzione è sempre lo stesso per tutti i motori, quindi abbiamo una configurazione del tipo (diagramma matching): DH cpr P/D 2 motori P x asse agli impianti D In combinati 4 hanno quasi i stesso per tutti i motori P/D 1 motore f sempre 2 assi x asse DAcpr DAE giunti che fanno sì che i -n motori possano essere motore collegati e scollegati eli Cd0E.

Fino adesso abbiamo ottenuto la curva di assorbimento moltiplicando i giri del motore per il rapporto di riduzione. Possiamo anche fare il rovescio: lasciare la curva di assorbimento dove è e trascinarci sopra il diagramma di carico dividendo i giri motore per il rapporto di riduzione.

2 approcci:

• 1) Porto elica nei giri motore A -..7 I abbiamo 2 sistemi di riferimento: noi fino ad ora abbiamo sempre usato 1).
• 2) Porto motore nei giri elica M I i6::I5 >3608.

CODAG + CPP

CODAG + CPP > tipico di navi militari. TAG e Diesel hanno rapporti di riduzione diversi Dcoo8 FAG TAG-cot · D.

Rappresentiamo nel piano giri-potenza senza considerare le riduzioni: PN 'PB(n): TAG: I TAG X Diesel: Diesel I -M 3600 1000 rpm 140 rpm rpm.

P L’elica quando sono in velocità di crociera gira molto veloce con P/D molto basso > l’elica cavita ↳ antied ha un rendimento che fa schifo. Se ho una velocità di tutta forza molto alta è una velocità di crociera molto bassa, potrei avere interesse a ridurre un po’ i giri dell’elica in velocità di crociera.

Si fa un riduttore con doppio rapporto di riduzione per i Diesel (quindi ha il cambio). Anziché avere una sola coppia di ruote per il Diesel, ho 2 accoppiamenti che posso switchare sul rapporto di irpm140 riduzione con il seguente risultato: elica.

CODAG con doppio rapporto di riduzione per i Diesel, per ridurre i giri e aumentare passo a velocità di crociera.

P Diesel in configurazione AND M . ~ Diesel con rapporto di ~ TAG riduzione “and” ~ Diesel PD avessi Diesel il se non di doppio riduzione rapporto .............. "1I ..........------ 5 [2 1I !-I in Diesel isolato Diesel con rapporto di riduzione isolato.

CODOG + CPP/FPP

CODOG + CPP/FPP (differenza con CODAG: TAG e il Diesel non funzionano insieme e quindi se voglio posso usare FPP).

P ↑ l---:i - TAG I -5 I- I ~ I ~ I ~ i ~ ↑ I...--S... I* I...n II: DIESEL i.......... "------ ↓ i-M Diesel.

I diagrammi non si sommano perché non li uso mai assieme: ho 2 impianti separati per le 2 velocità => (ognuno ha il suo rapporto di riduzione).

CODOD “father & son”

CODOD “father & son” is SON Diesel per basse velocità D >8 FATHER FPP D 3 ↑ iF Diesel per trasferimento D8 velocità basse per Diesel D >.

Funzionamento analogo a quello di un CODOG: Pa non è una configurazione molto diffusa 7 · in V alta · U bassa -n 12104.

3) Motori elettrici per la propulsione navale

Un motore sincrono e un motore asincrono, accoppiati al proprio sistema di controllo, danno grossomodo lo stesso risultato dal pt del diagramma di carico.

Tensione e corrente variabile. C’è un motore elettrico tensione frequenza che muove un carico. Il N 50HZ 680V motore elettrico è s s 111I11 alimentato da un cavo II M N trifase (o comunque a A I corrente alternata), nel corrente quale ciò che viene alternata regolato è la frequenza regola il convertitore drive e la tensione. funzionamento motore W.

Dà in uscita corrente e tensione variabile: il fatto che la tensione e la corrente siano variabili permette di regolare il funzionamento del motore, che può essere sincrono oppure asincrono.

Per noi il motore elettrico è la macchina elettrica più il convertitore (tutto ciò che c’è nel disegno sopra).

La tecnologia utilizzata per controllare questo tipo di oggetti si chiama PWM: permettono di avere in ingresso un’alimentazione con tensione e frequenza nota.

Variando la frequenza cambia la velocità di sincronismo, e cambiando la tensione si varia la massima coppia che si va a erogare. (La tensione è parente della coppia e la frequenza è parente della velocità di rotazione).

Rendimento motore EPM

Rendimento motore EPM = electric propulsion motor. Potenza elettrica PEDi. assorbita 8 -M Rendimento motore a potenza meccanica al 0.91 0.95 & Epi = freno.

Oss. I motori elettrici sono invertibili: se al posto dell’elica ci metto un motore diesel ho una potenza in uscita.

Rendimento alternatore => Diesel generatore. Modo standard con cui si genera potenza a 48 v0.e/0.9521 bordo di una nave: faccio andare un motore = diesel e la trasformo in corrente elettrica -- .........~S II Diesel 11IA II PelPB I potenza elettrica fornita I - . . . . . . . dall’alternatore -- fornita dal motore diesel (meccanica).

Domanda PS Conviene? Ho un 10% di perdita in MEpin 21 PB cavi PS18" i Diesel A = più rispetto a un classico motore PB diesel (risposta più avanti, nei vantaggi del motore elettrico) elettrico) motore (prestazioni elettrico motore un di carico di Diagramma.

• Coppia massima costante da 0 a n nominali.
• Potenza costante fino a 120-140% n nominali.
• In alcuni casi sovracoppia allo spunto (a giri nulli) fino al 110% P.

A questo punto identifica Q la taglia del motore a Ii S I 110% I Inom, Quoml! I 100% I ! > Ii i overspeed, IIi 100 140% -H -n I0 Mom.

Confronto con il motore a Diesel

Confronto con il motore a Diesel P ..PieceM Altro motore con la coppia un po’ più i~ indietro, che però in overspeed arriva al MEP MCR. Il motore giusto sarebbe quello arancio, perché in generale l’overspeed non è una condizione troppo giusta. ~.. -n.

Il motore elettrico è in grado di erogare coppie molto elevate a giri bassi. In questo caso siamo in grado di erogare coppia a giri nulli (un motore a combustione interna non lo può fare). È un motore molto performante a giri bassi =>>.

Curve iso rendimento MEP

Curve iso rendimento MEP M nominal propeller RQ curve 485 a I0.03 -i Unom n (in questa parte di piano) Tranne che a giri molto bassi, il rendimento è costante per la maggior parte del range di giri. > R.

Esempi di diagrammi di carico.

Il motore elettrico dobbiamo vederlo all’interno dell’asse elettrico (comprende tutto ciò che c’è tra l’elica e l’effettiva generazione a bordo dell’energia).

Esempio quadro principale eventuale a alternatori collegati a dei riduttore motori Diesel IA 11/ DI WMN 11 I di norma il controllo della frequenza di rete si v 11 I A D fa con i giri del Diesel (cioè faccio girare il motore collegato ad motore diesel in modo tale che in uscita ho un suo invertitore la frequenza desiderata) integrato.

Ognuna di queste cose ha un rendimento (comporta diverse perdite) >.

Presenza di riduttore

Presenza di riduttore: z-drive (è un riduttore fatto a coppie coniche) -> coppie coniche con un certo rapporto di riduzione ML · I ↳ della Scafo have Gondola esterna.

Svantaggi e vantaggi dell’asse elettrico

• Svantaggi: rendimento basso dell’asse elettrico, perché ho trasformazioni di energia aggiuntive.
• Svantaggi: costo.
• Svantaggi: pesa tanto (per questo in ambito militare non è molto usata).
• Vantaggi: flessibilità delle sistemazioni a bordo.
• Vantaggi: elevata ridondanza >>> sistema affidabile ↳ 8 poco affidabile: se si rompe una It componente la nave si ferma.

& E linea d’assi: allineamento motore-elica-cuscinetti > vincolo su lunghezza D è più affidabile ma comunque poco 8 se comparato ad un sistema elettrico D.

Configurazione tipica con 2 quadri D DD DI IA A A A sistema più affidabile e i componenti sono poco 7 ~ ingombranti (cavi) e requisiti di sistemazione meno stringenti / C VWe altre altre utenze utenze M2 M1 Ad Es.

Configurazione POD

Configurazione POD. Ho una specie di siluro dentro al quale ho elica, asse e motore. Questo siluro è collegato con un cavo ai quadri. È azimutale e quindi non richiede timone.

St L-drive: prevede che il motore venga posizionato in verticale, collegato con una coppia conica all’elica I se. Molta libertà sul posizionamento dei macchinari 7.

Altri vantaggi:

• Possibilità di adattare il numero di DG alla richiesta di potenza (con la propulsione elettrica sono in grado di accendere il numero di generatori minimo che mi permette di avere il massimo rendimento possibile).