Skipsmaskineri II Drift og vedlikehold
1. TEORI GRUNNLAG I dette kapittelet skal vi kort beskrive grunnleggende teori med tilknytning til drift og vedlikehold av skipsmaskineri.
1.1 Termodynamikk Innledning - energiloven Energiloven, også kalt 1. hovedsetning, er en erfarings-lov som kan formuleres slik: Energi kan verken oppstå eller forsvinne, den kan bare omformes fra en form til en annen. Av dette følger at den totale energien i et system er konstant. Den energien vi «ser» rundt oss i forskjellige former har derfor alltid eksistert. Når vi forbruker energi, for eksempel til fremdrift av et skip, vil energien ikke forsvinne, men den vil gå over til en lavere kvalitet, slik at vi ikke kan utnytte den til nyttig arbeid. Ved bruk av energiloven skiller vi mellom et lukket- og åpent system.
1.1.1 Energiomforming – Lukket system (sylinderprosess) Lukket system (sylinderprosess)
Et lukket system er kjennetegnet ved at stoffmengden i systemet er konstant, mens energi i form av varme eller arbeid kan passere systemgrensen. Figuren til venstre viser et lukket system der systemgrensen omslutter gassen i en sylinder med et bevegelig stempel. Systemgrensen kan her flyttes, men massen er konstant og vi har derfor et lukket system. Energi i form av varme (Q) eller arbeid (W) kan bli ført inn eller ut av systemet.
For dette systemet får vi energiligningen: Q = ΔU + W
(ΔU = endring av indre energi)
Varme og arbeid Varme er definert som energioverføring forårsaket av en temperaturforskjell. Overført varme ved henholdsvis konstant trykk og konstant volum er bestemt ved: Konstant trykk: Qp = m(kg) ⋅ c p (kJ/kgK) ⋅ (T 2 − T 1 )(K) (kJ) Konstant volum: Qv = m(kg) ⋅ c v(kJ/kgK) ⋅ (T 2 − T 1 )(K) (kJ) Her er c p og c v spesifikk varmekapasitet1 ved henholdsvis konstant trykk og konstant volum. Når både trykk og volum endres, er overført varmemengde avhengig av hvordan denne overføringen foregår, og vi må da ha flere opplysninger om prosessen for å beregne overført varmemengde. Dette kommer vi tilbake til senere.
Arbeid (W)
Mekanisk arbeid (W) er produktet av kraft og forskyvning langs kraftens angrepslinje. I en sylinder med et bevegelig stempel blir kraften F = p⋅A, der p er trykk i N/m2 og A er areal i m 2 . I regelen er trykket i en sylinder ikke konstant under arbeidsslaget, men varierer i forhold til stempelets posisjon. For å ta hensyn til dette, må vi i prinsippet bruke integralregning og får da at utført arbeidet (W) er lik arealet under tilstandskurven i et pV diagram. Se figuren under. I figuren under er vist et lukket system, der en gass ekspanderer fra tilstand (1) til (2) langs den heltrukne ekspansjonskurven. Gassen utfører da arbeidet W = skravert areal. Merk at den stiplete ekspansjonskurven gir forskjellig areal, dvs. W er en funksjon av «veien» mellom de to tilstandene. Når tilstandskurven er kjent, kan vi derfor beregne gass-arbeidet ved innsetting i diverse formler, se formelsamlingen.
Polytrop tilstandsendring i motorsylindre En polytrop tilstandsendring er definert ved: p ⋅ = konstant ⇒ p 1 ⋅ V1 n = p 2 ⋅ V2 n n = polytropeksponent (n ≈ 1,3 - 1,36 for kompresjon) Kompresjon av luft og ekspansjon av forbrenningsgasser i en motorsylinder er eksempel på polytrope prosesser. Indre friksjonstap i slike motorprosesser er som regel, små sammenlignet med arbeid utviklet i sylinderen (indikert arbeid), og vi kan derfor se bort fra indre tap. Overført arbeid (W) blir da lik volumendringsarbeidet. (Se formelsamling). W=
pdV =
=
(J)
Polytrop ekspansjon Polytrop kompresjon For polytrop kompresjon får vi kompresjonstrykket (p k): pk = p1 ⋅
(kPa)
Her er (p k) kompresjonstrykket i kPa, (p 1 ) er starttrykket i kPa, (V 1 ) er startvolumet i m 3 , (V 2 ) er sluttvolumet i m3 og (n) er polytropeksponenten. (Alle trykk i absolutt verdi).
I figuren til venstre er vist tre eksempler på polytrop kompresjon i et pV-diagram. Merk at lav n–verdi gir lavt kompresjonstrykk. Lavt kompresjonstrykk kan i prinsippet skyldes sterk kjøling, men i praksis er lavt kompresjonstrykk som regel, et tegn på feil ved kompresjonsringene eller lekke avgass- og/eller innsugsventiler.
Polytrop kompresjon
Download
Download Ebook