Fartygsmaskineri
Från Rilpedia
Fartygsmaskineri är det maskineri som finns ombord i ett fartyg. Förutom framdriftsmaskineriet omfattar fartygsmaskineriet elkraftsproduktion, färskvattenproduktion, kylmaskineri, brandsläckningsutrustning, avloppssystem med mera. För driften och underhållet av ett fartygsmaskineri ansvarar fartygsingenjörer.
Innehåll |
Framdrift
Fartygs framdrift sker idag främst med propellrar och i de flesta fall med endast en. Då en stor maskin kräver ett stort djupgående har vissa fartyg två eller flera mindre maskiner för att få ut tillräcklig effekt. Varje propeller är via en propelleraxel förbunden med en framdrivningsmaskin, vanligtvis en dieselmotor. Ibland kopplar man via en växel ihop två motorer till en och samma axel.
Propeller
Fast pitch
På större fartyg har propellern så kallad fast pitch. Fast pitch innebär att propellerbladen är fast monterade på axeln, vilket medför att framdrivningkraften står i direkt proportion till framdrivningsmaskinens varvtal. För att backa med ett fartyg med fast pitch behöver man således ändra axelns riktning. På små fartyg utförs detta med hjälp av ett backslag, en typ av växellåda som byter riktning på axeln. På grund av den stora effekten som fartygsmaskiner utvecklar finns emellertid inga backslag som klarar av den belastning som uppstår när man slår back. På grund av detta måste stora fartyg stoppa sin huvudmaskin, låta propelleraxeln sluta rotera, och starta upp maskinen baklänges.[1] Denna procedur tar en stund att genomföra, vilket innebär att fartygets manöverduglighet minskas. Att starta huvudmaskinen förbrukar även mycket av den tryckluft som används för att blåsa igång maskinerna, varför det bara går att göra ett begränsat antal fram- och backmanövrar.
Variabel pitch
På grund av ovanstående problem har de flesta mindre fartyg idag vad man kallar variabel pitch. Principen utvecklades av det svenska företaget Christinehamns Jernwägs Werkstad, förkortat KaMeWa. Variabel pitch innebär att man med hjälp av hydraulik kan vrida propellerbladen i deras fästen på propelleraxeln. På detta sätt kan man reglera propellerns kraft framåt eller bakåt utan att ändra axelns varvtal.[2] Än idag kallas propellrar med ställbara blad ofta för KaMeWa-propellrar, trots att företaget år 1998 köptes av Rolls-Royce och idag utgör Rolls-Royce Marine AB.[3]
Vattenjet
Till en början användes vattenjet främst i mindre nöjesbåtar. 1998 byggdes det första stora fartyget med vattenjetdrift[4] och idag är vattenjet den vanligaste typen av framdrift för fartyg avsedda för farter över 30 knop.[5] Ett vattenjetaggregat liknar en vanlig propeller, en impeller roterar inne i ett rör vilket får vatten att strömma genom röret. Skillnaden är dock att en propeller driver vartyget framåt genom att åstadkomma en tryckskillnad mellan dess fram- och baksida, medan vattenjetet drivs fram av reaktionsfraften som skapas när vattnet accelererar ut från pumpen. Detta gör det omöjligt att backa med ett vattenaggregat genom att bara rotera impellern åt andra hållet. Därför är aggregaten utrustade med ett så kallat reverseringssystem. Reverseringssystemet består av en "skopa" som kan sänkas ned bakom jetaggregatet. Vid framdrift är skopan uppfälld och allt vatten pumpas rakt bakåt. För att stanna fartyget sänks skopan ned en bit så att lika mycket vatten stömmar framåt som bakåt. Sänks skopan ned ytterligare riktas vattenströmmen framåt och vartyget kommer att backa.[6] Detta ger mycket snabba manövrar mellan fram- och backdrift. Aggregatets munstycke kan även vinklas åt sidorna, varför fartyg med vattenjet inte behöver utrustas med roder.[7]
Voith-Schneider-propeller
En Voith-Schneider-propeller är en speciell typ av propeller som består av en vertikal rotationsaxel med flera blad. Hela aggregatet, eller cirkelplattan som bladen sitter fast på, roterar med konstant hastighet oavsett fartygets hastighet. När fatyget står still är bladen i neutral position men roterar fortfarande runt agregatets centrumpunkt. Bladen rör sig då i vattnet men förflyttar inte vattnet i någon riktning. När man vill ha drivning på fartygen ändras stigningen på bladen så att de förflyttar vatten i motsatt riktning mot fartygets önskade riktning. Beroende på var bladen befinner sig på cirkelplattan så är stigningen olika för att förflytta fartyget i önskad riktning. Detta innebär att bladen ändrar stigning hela tiden under ett helt varv av cirkelplattan. Voith-Schneider-propellern ger mycket goda manöveregenskaper. Den är dock tung, komplicerad och dyr används därför endast i speciella fartyg, såsom vägfärjor och minröjare.[8]
Diesel-elektrisk drift
Ett annat sätt att öka ett fartygs manöverduglighet är att använda sig av diesel-elektrisk framdrift. Detta innebär att man kopplar fartygets huvudmaskiner till generatorer för att generera elektrisk ström som sedan leds till elektriska motorer vilka driver fartyget famåt. Då detta vis kan man steglöst reglera propelleraxelns varvtal medan dieselmaskinernas varvtal är konstant. Denna framdrivningsmetod har även fördelen att den är platsbesparande, då maskinerna som genererar den elektriska strömmen kan placeras på valfi plats i fartyget eftersom inga axlar behövs utan endast kablar till den elekriska framdriftsmotorn. Nackdelen är dock att utrustningen har högre installationskostnad och att verkningsgraden är 7-9 % sämre än för ett dieselelmekaniskt arrangemang.[9]
För att ytterligare spara plats är somliga fartyg utrustade med azipod-drift. Detta innebär att den elektriska motorn sitter på utsidan av fartyget, medan endast elproduktionsutrustningen finns inne i fartyget.
Huvudmaskin
I det stora flertalet av fartyg består huvudmaskineriet av en eller flera dieseldrivna tvåtakts- eller fyrtakts-motorer. Vilken typ av maskin som används beror på hur fartyget ser ut, samt hur det skall användas. Fyrtaktsmotorer tar i regel upp mindre plats än tvåtaktsmotorer, stora tvåtaktsmotorer kan vara uppemot 20 meter höga. I de flesta fartyg, framför allt tankfartyg, är maskinrummet komprimerat till en så liten längd som möjligt för att ge så mycket utrymme som möjligt till lastrum. Fartyg med överbyggnad i aktern har normalt ett maskinrum som sträcker sig lika långt som överbyggnaden. I dessa maskinrum är det därför mest optimalt att ha en stor huvudmaskin för framdrift.
I roro-, kryssnings- och passagerarfartyg spelar dock maskinrummets höjd större roll än dess längd. I dessa fartyg har består framdrivningsmaskineriet oftare av flera mindre huvudmaskiner, vilka inte tar upp lika stor plats i höjdled. På detta är bilden till höger ett bra exempel. De två maskinerna skulle kunna ersättas med en större men då skulle maskinrummet ta upp mycket större plats i höjdled. För att ytterliga minska utrymmet som maskinrummet tar upp använder många färjor och kryssningsfartyg diesel-elektriks framdrift, då maskinerna kan placeras ut på helt valfri plats i fartyget.
Elkraftsproduktion
Då fartyg inte är kopplade till något elnät måste all elkraft till belysning, värme och så vidare produceras ombord. Elektriciteten som används ombord är i regel trefas växelström med spänningen 440 volt och frekvensen 60 Hz.[10]
Axelgenerator
För elkraftsproduktion har de flesta fartyg en generator kopplad till propelleraxeln. Dessa fartyg har normalt propeller med variabel pitch då propelleraxelns varvtal måste vara konstant för att få konstant frekvens på strömmen. Moderna fartyg är dock ofta utrustade med frekvensomformare som gör det möjligt att hålla strömmens frekvens konstant även vid variationer av axelns varvtal.[10] En generator på propelleraxeln ger dock endast kraft så länge fartyget har huvudmaskinen igång.
Generatoraggregat
För att inte behöva köra huvudmaskinen konstant är fartyg utrustade med separata generatoraggregat för elproduktion under hamnuppehåll. Dessa aggregat kallas i dagligt tal för hjälpmaskiner eller hjälpkärror. För att minska risken för strömavbrott måste fartyg ha minst två stycken generatoraggregat. Varje aggregat skall då själv kunna förse fartyget med tillräcklig elkraft, skulle den ena haverera kan den andra ta över hela lasten.[11] Många fartyg har även ett tredje så att man kan ställa av en för underhåll och ändå ha två kvar i beredskap.[10]
Turbogenerator
Stora huvudmaskiner producerar mycket stora mängder överflödig värme som avleds genom kylvattnet och avgaserna. Denna värmeenergi kan man ta tillvara på med hjälp av en turbingenerator som omvandlar värmeenergin till elektrisk energi.[10]
Nödgenerator
För att säkerställa att de viktiga funktionerna ombord alltid skall kunna få elkraft måste fartyg vara utrustade med ett nödgeneratoraggregat. Dessa funktioner innefattar nödbelysning, brandpumpar, navigationsutrustning, styrmaskin etc. Vid ett strömavbrott, eller black-out som det kallas, skall nödgeneratorn starta automatiskt och direkt börja generera ström till nödförbrukarna. Då en brand i maskinrummet skulle kunna sätta de vanliga generatorerna ur bruk måste nödgeneratorn vara placerad i ett utrymme helt avskiljt från det vanliga maskinrummet. Nödgeneratorn måste även ha en separat tank från de andra generatorerna, ifall dålig bränslekvalitet skulle orsaka maskinhaveri.
Bränslesystem
År 1920 var 80 procent av världens fartyg ångfartyg, de flesta koleldade.[12] Idag används oftast dieselolja eller tjockolja som fartygsbränsle. Dieseloljan är mycket renare än tjockoljan, men även mycket dyrare. Då tjockoljan har en hög viskositet, vilket innebär att den är trögflytande, behöver den värmas innan den sprutas för att kunna pumpas, och ännu mer för att kunna sprutas in i motorn.
Ett fartygs bränslesystem består normalt av flera olika delar. När fartyget bunkras släpps oljan ned i vad som kallas för förrådstankar (en: storage tanks). Därefter pumpas oljan till en eller flera settlingstankar. Dessa tankar är smala och höga för att oljan skall skikta sig så att eventuellt vatten sjunker ned till botten av tanken där det kan dräneras ut. Efter settlingstanken pumpas oljan till en separator, som med hjälp av rotation åstadkommer en konstgjort gravitation som gör att vatten och andra föroreningar kan separeras ut ur oljan. Efter separatorn går oljan till en tank som kallas för servicetank eller dagtank. Efter servicetanken pumpas oljan till en så kallad booster-enhet som värmer upp oljan tillräckligt för att kunna sprutas in i motorn. Därefter pumpas den till bränslepumparna vilka pumpar in oljan i cylindrarna.
Färskvattenproduktion
Somliga fartyg fyller under sina hamnuppehåll upp sina färskvattentankar. De allra flesta oceangående fartyg producerar emellertid sitt eget eget färskvatten. Detta kan göras med två metoder, den vanligaste är att man använder sig av en evaporator. Denna metod använder sig av fenomenet att vattens kokpunkt sjunker med sjunkande tryck. Man använder därför en ejektor för att suga ned ett utrymme till ett tryck där vattens kokpunkt hamnar under den temperatur huvudmaskinens kylvatten håller, vilket är cirka 80 grader.[13] Genom att ha det varma kylvattnet cirkulerande i värmeväxlare i tanken kan man därefter koka havsvatten, som också pumpats in i tanken, och därefter ta tillvara på ångan som sedan blir till dricksvatten.[14] De detta vatten är destillerat behöver det efter evaporatorn passera ett mineralfilter där metaller och mineraler tillsätts.
Den andra metoden man kan använda sig av kallas för omvänd osmos. Denna metod innebär att man med högt tryck pressar havsvattnet genom ett membran, med så små hål att salt inte kan ta sig igenom, och vattnet på andra sidan blir färskt.[14]
Länsvattensystem
Vatten och eventuella oljeläckage i ett maskinrum samlas upp i något som kallas för länsgropar. Dessa kan vara utformade som hål eller rännor i vilka oljan rinner ned. Frän länsgroparna pumpas det så kallade länsvattnet till en länsvattentank. Från länsvattentanken pumpas vattnet sedan till en länsvattenseparator, som renar vattnet tills det har ett oljeinnehåll av max 15 ppm vartefter det pumpas ut i havet. Länsvatten med högre oljeinnehåll pumpas istället till en tank som kallas för sludgetank.[15] Till denna tank kommer även andra spilloljor, såsom de bortseparerade föroreningarna från oljeseparatorn. Denna olja pumpas oftast iland där den tas om hand. Somliga fartyg har dock incineratorer som bränner upp oljan.
Källor
Noter
- ↑ Van Dokkum, Klaas: Ship Knowledge, DOKMAR, Enkhuizen, Nederländerna 2007, sid. 238. ISBN 978-90-71500-06-0.
- ↑ Andersson, Tommy: Maskinlära för Sjöpersonal, Stockholm [1987] 2002, sid. 272. ISBN 91-631-1900-5.
- ↑ Rolls-Royce Marine History Mall:Description läst 2009-03-15
- ↑ Van Dokkum, 2007 sid 277
- ↑ Andersson, 2002 sid 276
- ↑ Andersson, 2002 sid 277
- ↑ Van Dokkum, 2007 sid 277
- ↑ Voith Turbo Mine Countermeasure Vessels with Voith Schneider Propellers läst 2009-03-23
- ↑ Andersson, 2002 sid 273
- ↑ 10,0 10,1 10,2 10,3 Van Dokkum, 2007 sid 248
- ↑ International Maritime Organisation, International Convention for the Safety of Life at Sea (SOLAS), 1974 läst 2009-03-24
- ↑ Exxon: Bränslen och smörjmedel för fartyg, Stockholm.
- ↑ Andersson, 2002 sid 322
- ↑ 14,0 14,1 Van Dokkum, 2007 sid 250
- ↑ Van Dokkum, 2007 sid 252
Webbkällor
- Warsash Maritime Academy, www.marinediesels.co.uk läst 2009-03-25
Tryckta källor
- Van Dokkum, Klaas: Ship Knowledge, DOKMAR, Enkhuizen, Nederländerna 2007, sid. 238. ISBN 978-90-71500-06-0.
- Andersson, Tommy: Maskinlära för Sjöpersonal, Stockholm [1987] 2002, sid. 272. ISBN 91-631-1900-5.
- Exxon: Bränslen och smörjmedel för fartyg, Stockholm.
