[FREMDRIVNINGS OPTIMERING]...Jim Lindegaard Nielsen – A11548 Fremdrivnings optimering Side 3 af 44 Resume Passagerskibet Crown Seaways fra rederiet DFDS sejler mellem København

2015

Aarhus Maskinmesterskole Jim Lindegaard Nielsen

[FREMDRIVNINGS OPTIMERING]

Jim Lindegaard Nielsen – A11548 Fremdrivnings optimering

Side 1 af 44

Forfatter: Jim Lindegaard Nielsen – A11548

Titel: Fremdrivnings optimering

Uddannelse: Maskinmester

Uddannelses sted: Aarhus Maskinmesterskole, Navitas

Vejleder: Anders Parbo, Lektor Aams

Dato for aflevering: 1. juni 2015

Rapport art: Afsluttende Bachelor Projekt

Antal normalsider: 60798 tegn - 25,3 normalsider af 2400

anslag

XJim Lindegaard Nielsen


Side 2 af 44

Abstract The passenger ship DFDS Crown Seaways is sailing a route from Copenhagen to Oslo. This

trip takes approximately 17 hours where after it will stay in port for seven hours before

returning again. Five of the 17 hours at sea is inside the fjord of Olso or Ørresund. These

waterways are calm without any major waves. The objective of this report is to

investigate the possibility of optimizing the ships efficiency.

The ships propulsion system consists of four main engines which are coupled together via

a reduction gear in pairs of two. Each pair is connected to a Controllable Pitch Propeller

(CPP). The CPP is controlled by the bridge or engine control room via a propeller curve.

This Curve interprets the signal from the bridge and converts it in to a pitch on the

propeller and a matching speed of revolution. This propeller curve is designed with a sea

margin of about 15 % this is to account for the fouling of hull and propeller and an

increase of resistance due to high wind, waves and currents. One sixth of the journey is in

calm waters with little change in resistance in the form of waves. This report will

investigate the possibility of a more fuel efficient propeller curve for sailing in calm

waters. This is done by reducing the sea margin to increase the load on the propeller and

engine. This will raise the combustion pressure and this will have a positive effect on the

engines efficiency. The rise in efficiency is at the cost of extra power at the given rate of

revolution. This means less power for increased load by waves and less power for

accelerations meaning acceleration will be slower.

The report will cover all the relevant theory such as the losses and efficiencies of a

diesel engine and friction theory. The methods of taking all the necessary data for

the calculations are explained as well.


Side 3 af 44

Resume Passagerskibet Crown Seaways fra rederiet DFDS sejler mellem København og Oslo. Turen

varer ca. 17 timer, hvorefter den ligger i havn i syv timer. Ud af turens 17 timer foregår

fem af dem indenskærs. Rapporten vil forsøge at belyse muligheden for at optimere

driften af skibet. Skibets fremdrivnings system består af fire hovedmaskiner, der er koblet

sammen af et reduktionsgear i to par. Skibet er udstyret med to CPP’er propeller med

variable stigning. Motorerne og propellerne bliver styret af kombinater kurver. Der er tre

propellerkurver, en propellerkurve til manøvre i havn, en propellerkurve med en motor

på hver aksel og én med to motorer. På broen styres skibets fremdrivning på et håndtag

med ti stillinger frem og ti stillinger bak. En stilling på håndtaget svarer til et bestemt antal

omdrejninger og en bestemt stigning, der er styret af propellerkurverne. Dette giver en

vis belasting på hovedmaskinerne. Kurverne er lavet sådan, at der er taget højde for

belastnings forøgelser i form af høje bølger og modvind. Denne margin for belastnings

ændringer kaldes en sø margin. Rapporten vil belyse mugligheden for, at reducere denne

sø margin mens skibet er i rolige farvande. Det vil sige, at der skal laves en ny kombinater

kurve til indenskærs brug. Fordelen ved dette er, at skibet kan opnå højere effektivitet

ved at hæve det effektive middeltryk på hovedmaskinerne. Rapporten beskriver den

grundlæggende teori bag mine målinger og beregninger, før selve analysen af målingerne

og beregningerne finder sted.


Side 4 af 44

Indholdsfortegnelse Abstract ...................................................................................................................................... 2

Resume ....................................................................................................................................... 3

Nomenklaturliste........................................................................................................................ 6

Forord ......................................................................................................................................... 6

Indledning .................................................................................................................................. 6

Læsevejledning ........................................................................................................................... 7

DFDS Crown Seaways ................................................................................................................. 7

Nylige optimeringer ................................................................................................................... 7

Hovedmaskine 2 ......................................................................................................................... 8

Problemstilling ........................................................................................................................... 8

Problemformulering ................................................................................................................... 8

Afgrænsning ............................................................................................................................... 8

Metode ....................................................................................................................................... 8

Teorifelt .................................................................................................................................... 10

Effekter og tab i fremdrivning .................................................................................................. 10

Tilført effekt ............................................................................................................................. 10

Varmetab.................................................................................................................................. 11

Den indicerede effekt ............................................................................................................... 11

Friktions tab ............................................................................................................................. 11

Effekt leveret til skruen ............................................................................................................ 12

Tab i skruen .............................................................................................................................. 12

Effekt leveret til vandet ............................................................................................................ 12

Skibets godhedsgrad ................................................................................................................ 13

Oversigt over effekt, tab og virkningsgrader ........................................................................... 14

Friktion ..................................................................................................................................... 15

PI diagrammer .......................................................................................................................... 16

Teoretisk PV diagram ............................................................................................................... 16

Det faktiske PV diagram ........................................................................................................... 17

PV diagrammet ......................................................................................................................... 17

PA diagrammet ......................................................................................................................... 18

Motor belastningsdiagram og Sø faktor .................................................................................. 19

Målinger ................................................................................................................................... 21


Side 5 af 44

Diesel Doktor ............................................................................................................................ 21

Opsætning ................................................................................................................................ 21

Program opsætning .................................................................................................................. 23

Maihak ...................................................................................................................................... 24

System beskrivelse ................................................................................................................... 25

Elektrisk styresystem ................................................................................................................ 25

CPP ........................................................................................................................................... 26

Propeller ................................................................................................................................... 26

Hydraulik .................................................................................................................................. 27

Hovedmaskiner ........................................................................................................................ 28

System tegning ......................................................................................................................... 29

Driftsprofil ................................................................................................................................ 30

Driftsanalyse ............................................................................................................................. 30

Analyse af drift i Oslofjorden ................................................................................................... 31

Sikkerhed og lovgivning............................................................................................................ 33

Risiko vurdering ........................................................................................................................ 33

Lovgivning ................................................................................................................................ 34

Sikkerheds foranstaltninger ..................................................................................................... 35

Optimering ............................................................................................................................... 35

Del Konklusion .......................................................................................................................... 37

Propeller virkningsgrad ............................................................................................................ 38

Konklusion ................................................................................................................................ 40

Perspektivering ........................................................................................................................ 41

Litteraturliste............................................................................................................................ 42

Bilag .......................................................................................................................................... 43

Bilag 1 Test resultater for cylinder A1 og B1 ............................................................................ 43

Bilag 2 Målinger fra test 1 ........................................................................................................ 44

Bilag 3 Målinger fra test 2 ........................................................................................................ 44


Side 6 af 44

Nomenklaturliste KMW – KaMeWa

SFOC – Specifik fuel oil consumption

TDC – Top Dead Center

BDC – Bottom Dead Center

ECR – Engine Control Room

CPP – Controllable Pitch Propeller

FPP – Fixed Pitch Propeller

PLC – Programmable Logic Controller

OD – Oil Distribution

MGO – Marine Gas Oil

HFO – Heavy Fuel Oil

MIP – Mean Indicated Pressure

MEP – Mean Effective Pressure

POW – Power

Pmax – Maks tryk

VIT – Variable injection timing

SMS – Safety Management System

Forord Bachelorprojektet er skrevet i praktikperioden ombord på DFDS Crown Seaways som et

afsluttende led af maskinmesteruddannelsen. Rapporten er skrevet med råd og

vejledning fra de ombordværende maskinmestre samt underviserer fra Aarhus

maskinmesterskole. Projektet har til formål at vise min tekniske forståelse af de systemer,

som jeg har arbejdet med. Jeg er blevet inspireret til af de ombordværende maskinmestre

til at skrive om det valgte emne.

Indledning Formålet med denne rapport er at undersøge muligheden for at forbedre skibets

fremdrivning, ved optimering af fremdrivnings maskineri. Rapporten starter med en

problemstilling, som gør udgangspunkt i en problemformulering, efterfuldt af en

afgrænsning. Derefter vil jeg gennemgå relevant historisk og teoretisk baggrund, som kan

hjælpe med at forstå rapporten egentlige indhold. Derefter vil jeg gennemgå den

dataindsamling, som jeg har fortaget mig og lave en driftsanalyse af den nuværende drift.

Ud fra Driftsanalysen vil rapporten indeholde nogle beregninger, der beviser en mulig

drifts forbedring samt usikkerhed og mulige fejlkilder i beregningerne. Mulighederne for

at implementere driftsforbedringerne vil også blive beskrevet. I Den endelige konklusion

vil eventuelle drifts forbedringer samt fordele og ulemper blive belyst.


Side 7 af 44

Skibet Crown Seaways sejler færgefart mellem København og Oslo. Der er afsejling kl

16.30 hver dag og ankomst 9.30, det giver en tur hen over natten på 17 timer. Der er 275

nm mellem København og Oslo. Det giver 16,2 knob, for at kunne nå turen på den

anslåede tid. Crown Seaways har en design fart på 22.5 knob.

Fremdrivningssystemet består af 4 hoved motorer. Hovedmotorerne fungerer i par, koblet sammen af et reduktions gear. For enden af hver aksel sidder en CPP, styret af et KaMeWa system. Dette system "fortolker" et frem signal fra broen til et bestemt omdrejnings tal på akslen samt en stigning på propellerbladene. Dette forhold mellem omdrejninger og stigning på propeller bladene er styret af propellerkurver. De nuværende kurver giver et maksbelastning på hovedmaskinerne på 74 %.

Læsevejledning Rapporten starter med en problemstilling der er baggrund for min problemformulering.

Derefter vil der være et teorifelt, der beskriver den teoretiske viden bag min data

indsamling samt beregning og analyse af disse. Derefter kommer hoved delen af

rapporten, hvor jeg beskriver min data indsamling samt selve analysen af den indsamlede

data. Denne analyse samt vurderinger omkring vedligehold og driftssikkerhed bliver til

den endelige konklusion, der besvarer problemformuleringen.

DFDS Crown Seaways Kølen på skibet Crown of Scandinavia blev lagt i Kroatien i 1991 og søsat i 1994. Skibet

blev oprindelig bestilt af rederiet Euroway, og skulle sejle under navnet Frans Kockum,

men kom aldrig i drift. Skibet blev efter søsætning sejlet til Italien, hvor den blev

færdigbygget. DFDS købte den 2. maj i 1994 skibet og det blev endelig leveret den 11.

juni 1994. Hvorefter den blev sejlet til Tyskland, hvor der blev etableret ekstra opdrift i

agterskibet for at forbedre skibets stabilitet. Den 26. juli 1994 blev hun døbt Crown of

Scandinavia og sejlede færgefart mellem København, Helsingborg og Oslo. I oktober 2006

ophørte anløbningen af Helsingborg, af økonomiske årsager, og skibet har efterfølgende

sejlet den rute hun gør i dag.

Nylige optimeringer

Skibet har været under flere ombygninger siden 1994. Den mest interessante for

projektet er en udskiftning sf skruerne fra stål til en aluminium-bronze legering. De nye

skruer har givet en stor besparelse i brændstof forbruget. De nye skruer har dog også

taget skibet ud af is klassen, samt reduceret den tilladte akseleffekt til 6700 kW pr. aksel

grundet styrken af selve skruerne. Dette er ikke nogen udfordring så længe, der køres

med en hovedmaskine på hver aksel, da vores maskiner har en max effekt på 5940 kW.

Grænsen kan dog overskrives med to hovedmaskiner på hver aksel.


Side 8 af 44

Hovedmaskine 2

Den 27. april 2014 harverede hovedmaskine 2 ombord på Crown of Scandinavia.

Harveriet skete i Kattegat. Skibet drev i 30 min., hvorefter situationen var under kontrol,

og skibet kunne ved egen kraft sejle videre. Skibet sejler normalt med to hovedmaskiner,

og en tredje hvis vejr forholdene kræver, det så skibet nåede i havn, uden store

forsinkelser. Hovedmotor to er stadig under reparation.

Problemstilling Jeg vil som så mange andre undersøge mulighederne for at reducere skibets

brandstofforbrug af økonomiske og miljømæssige årsager. Dette er en af de store

driftsmæssige omkostninger på et skib, hvilket der gør at der har og vil der altid være

meget fokus på dette område. Opgaven ligger i at finde en balance mellem drift sikkerhed

og høj effektivitet. Sikkerhedsmæssigt skal Søfartsstyrelsens regler overholdes, samt

DFDS´s regler omkring motorbelastning ligeledes overholdes. Her kan det være værd at

undersøge om man, under de rigtige forhold, kan belaste maskinerne på en anderledes

måde med henblik på reducering af brandstofforbruget.

Problemformulering

Kan man operere skibet anderledes?

Kan man optimere propellerkurverne til højere effektivitet i rolige farvende?

Hvilke krav er der fra rederiet og myndigheder til sikker drift?

Afgrænsning

Eventuelle besparelser vil blive oplyst i SFOC

Målinger og beregninger vil blive lavet ud fra en af hovedmaskinerne

Metode Rapporten vil have grundlag i bachelor praktikken ombord på Crown Seaways. Data brugt

i denne rapport vil være fra Crown Seaways eget arkiv samt indsamlede data fra bachelor

praktikken. Den indsamlede data vil danne grundlag i en driftsanalyse af skibet.

Driftsanalysen og i rapporten beskrevet teori vil være grundlag for beregninger, der

belyser en mulig driftsoptimering. Beregningerne samt overvejelser omkring sikkerhed vil

danne baggrunden for den endelige konklusion.

Mine tanker omkring dette projekt er at sænke omdrejningerne på hovedmaskinerne

og hæve stigningen på propellerne. Dette vil hæve forbrændingstrykket inde i

motorerne samt motorens virkningsgrad. På moderne motorer, ofte

krydshovedmotorer, kan man ved dellast opnå større forbrændingstryk ved at rykke


Side 9 af 44

indsprøjtningstidspunktet til lidt tidligere. Dette betyder at forbrændingen starter

tidligere, hvor volumen i forbrændingskammeret er mindre. Dette giver det højere

forbrændings tryk. Det gøres ved hjælp af et VIT system, som fungerer ved at man

sænker eller løfte hele pumpehuset på brændoliepumperne. Herved ændres

tidspunktet hvor kammen har kontakt med pumpens stempel. På motorer med

elektronisk indsprøjtning kan dette reguleres i styrringssystemet.

Indsprøjtningstidspunktet kan også reguleres på Crowns motorer, men ikke under

drift. Dette fungere ved at man fjerner eller tilføjer shims under pumpehuset, som

igen har samme effekt som et VIT system. Når man sejler i åbent farvand, kan

modstanden i fremdrivningen stige på grund af bølger og modvind. Derfor regner

man med en sø faktor. Begrebet sø faktor er forklaret i kapitlet på side 19. En

femtedel af skibets rejse foregår indenskærs i rolige farvande. Derfor vil jeg

undersøge muligheden for at sænke denne sø faktor, som kan beskrives som en

reservering af kraft til belastningsændringer i form af bølger. For at gøre dette har

jeg overvejet sikkerheden i det at sænke denne sø faktor. Deriblandt også hvilken

lovgivning og eventuelle firmapolitikker, der er omkring emnet. Dette er beskrevet i

kapitlet Sikkerhed og lovgivning på side33. Først og fremmest vil jeg ved målinger

med Diesel Doktoren, som er beskrevet i afsnittet Diesel Doktor side 21, belyse den

nuværende drifts situation. Målingerne tages i en drifts situations i Oslofjorden med

stille vejr og en fart på 16,2 knob. Denne fart er den nominerede fart for at nå de 275

nm mellem København og Oslo på 17 timer. Den nuværende driftsprofil er beskrevet

i afsnittet Driftsprofil på side 30. Formålet med målingerne er at finde ud af, hvad det

nuværende forbrændingstryk er. Disse målinger vil fortælle, hvor tæt på det

maksimale forbrændingstryk motoren er. Disse tal vil danne grundlag for vurdering

af en eventuel ændring i motorens belastning samt senere beregninger.

Målingerne er taget over en kort periode på rejsen i fjorden. Det giver et statisk billede af

driftssituationen. Beregningerne i denne rapport er baseret på dette statiske billede af

driftssituationen. Ideelt vil en række målinger ved forskellige vejrforhold give et mere

dynamisk resultat. Disse tal vil også kunne fortælle noget om hvor stabil eller ustabil

driftssituationen er.

For at danne et billede af hvor stabil forbrændingstrykket er, er der lavet en række

målinger af max tryk og det indicerede middeltryk. Målingerne er foregået over ti min., og

resultaterne tages med i vurderingen af, hvor meget forbrændingstrykket forsvarligt kan

hæves. Vurderingen laves af statiske målinger, der giver et billede af en mulig besparelse.

Her vurderes ud fra deviationen på de målinger der er taget med Diesel Doktoren.

Målingerne er taget på en dag, som er vurderet til at være mild i vejret. Her bør man ved

fremtidige målinger observere og notere vind styrke og vinkel samt strømforhold under

prøvetagning. Eventuelt ved en mere effektivt data indsamlingsmetode. Et eksempel

kunne være en data opsamling på tid, hvor man efter målinger er taget kan sammen


Side 10 af 44

holde data fra samme tidspunkt. Data indsamling med Diesel Doktoren er begrænset af

max temperaturen på tryktransmitterne på 300oC, som ikke må overskrides i mere end ti

min. Derfor kan man komme i problemer ved høje belastninger, hvor

udstødningstemperaturen stiger.

Målingerne med Diesel Doktoren fortaget i forbindelse med denne rapport, blev ikke

taget på korrekt vis. Når man tilslutter Diesel Doktoren til indikatorhanerne, skal det som

standart procedure gøres fra svinghjulets side. Jeg har gjord det fra modsatte side. Dette

gør at nummereringen af cylindrene er forkert, med derudover er målingerne korrekte.

Det vil sige, det ikke har betydning for rapporten. Det er efterfølgende erfaret at man kan

reversere denne rækkefølge som en del af opsætningen, inden prøven tages. Dette

medvirker til at fremtidige målinger sikrer, da målekabler ellers skal hænge hen over

koblingen på hovedmotoren.

Ud fra fabrikstesten er der lavet en analyse, hvorved der bevises en forbedring af

virkningsgraden ved højere forbrændingstryk. I rapporten er der lavet en sammenligning

mellem stigning i effekt ved konstant omdrejningstal og virkningsgraden. Dette bruges til

en vurdering af effektiviseringen. Før konklusionen overvejes belastningsændringernes

indvirkning på propellerne.

Teorifelt Herunder vil den relevante teori blive beskrevet blandt andet friktions teori samt tab og

virkningsgrader i motoren. Dette er ikke en del af min konklusion, men bagrund for mine

beregninger og beslutninger, samtidig har den til formål at sikre bedre forståelse af

rapporten.

Effekter og tab i fremdrivning

Tab i fremdrivning er forholdet mellem den energi, der er i brændolien og den energi, der

bliver leveret til vandet. På Figur 2 side 14 ses en oversigt over effekter, tab og

virkningsgrader i fremdrivningen.

Tilført effekt

Den ind fyrrede effekt er den energi, der er i brændolien, altså brændværdien.

Brændværdien er defineret som den varme, der frigøres ved fuldstendig forbrænding, af

en enhed af et brændbart materiale. Brændværdien er delt op i en nedre og en øvre

brændværdi. Mange brændstoffer indeholder også vand. Den del af brændstoffet, som er

vand, trækker energi ud af forbrændingen til fordampningsvarmen. Den øvre brændværdi

tager ikke højde for fordampningsenergien, hvorimod den nedre brændværdi er

fratrukket energien, som går til fordampning. Det vil sige, at den nedre brændværdi altid

er lavere end den øvre. Brændværdien kan bestemmes matematisk eller eksperimentelt.

Ved brug af et bombekaloriemeter, som er et termisk isoleret forbrændings kammer, kan


Side 11 af 44

man bestemme brændværdien eksperimentelt. En given mængde brændstof er brændt af

og forskellen i temperaturen er målt. Dette kan bruges til beregning af brændværdien. På

et laboratorie kan brændstoffets kemiske sammensætning fastsættes. Brændværdien kan

derefter beregnes ud fra viden om de enkelte deles varmefrigivelse ved den kemiske

proces, der foregår i forbrændingen, altså brændværdien. De enkelte brændværdier

ligges sammen og fratrækkes den energi som går til fordampningsvarmen for

vandindholdet i brændstoffet. (Lauritsen & Eriksen, 2012, s. 221-24)

Varmetab

Den termiske virkningsgrad i motoren er forholdet mellem den tilførte effekt og den

effekt, der er afleveret til stemplerne, altså den indicerede effekt. På 4 takts maskiner er

mellem 75 og 45 % af den tilførte effekt er tab i for af varmeenergi. På to takts maskiner

er tabet nede på omkring 35 %. Varmetabet sker i form af:

Udstødningsgas

Kølevand

Køling af smøreolie

Strålevarme fra motoren.

De fleste kan beregnes med nedenstående formel.

P m c t

Eksempelvis massen af udstødningsgas gange dens specifikke varmefylde gange forskellen

i temperatur på den tilførte luft og udstødningsgassen. Hvorimod Strålevarmen ikke let

kan beregnes, men denne udgør kun en lille procentdel af det samlede varmetab. Meget

af varmetabet bliver brugt til andre formål. Et eksempel er udstødnings kedler til

dampproduktion. Man kan argumentere for at dette ikke medregnes for et reelt tab, men

når det handler om at øge fremdrivningens effektivitet er det et tab. (Kuiken, 2008, s. 50-

52)

Den indicerede effekt

Den indicerede effekt er den tilførte effekt fratrukket varmetabet i motoren, også kaldet

nytteeffekten. Den indicerede effekt kan beregnes ud fra PI diagrammer på de enkelte

cylindre på motoren.

Friktions tab

Den mekaniske virkningsgrad på en motor er forholdet mellem den indicerede effekt og

bremse effekten, altså den effekt, som måles på akslen lige efter motoren. Der er dog

også friktionstab i kobling, gear, tryk og bærerlejer osv. Dog er der på mange store

motorer ikke gear eller kobling. Dette har også en virkningsgrad, som er forholdet mellem

bremse effekten og den effekt, der leveres til skruen. Friktionstab opstår alle de steder i


Side 12 af 44

drivlinjen, hvor to medier bevæger sig i forhold til hinanden. Den yderligere årsag til

friktionstab er beskrevet senere i kapitlet om friktion.

Effekt leveret til skruen

Effekten, der leveres til skruen, er den effekt er den tilførte effekt fratrukket det termiske

tab og det mekaniske tab. Hvis denne effekt holdes sammen med den tilførte effekt fås

den økonomiske virkningsgrad. Det kommer sig af at man bruger det specifikke brændolie

forbrug pr kWh som udgangs punkt i optimeringer. Den effekt kan nemlig nemt måles.

Dette giver også en rigtig god indikation om de eventuelle tiltag har en effekt på driv

linjens virkningsgrad. Det forholder sig dog ikke til sømil pr kW, som er den enhed man

bør bruge, hvis man ændre på skrog udformning eller andre udvendige tiltag.

Tab i skruen

Tabene i skruen er et meget stort og kompliceret emne. Det har meget med blandt andet

flowforhold omkring skruen og modstand i skroget at gøre. En skrue har også et slip, det

sker fordi vandet giver efter og skaber et flow bagudrettet. Hvis nu det antages at vandet

var stift, ville skibet bevæge sig med stigningen gange omdrejningerne på propellerne.

Slippet i skruen har også meget at gøre med farten på det vand som den bevæger sig i.

Slippet er også større når skibet accelererer. Lad og sige at skibet holder stille og starter

op i fuld frem, i starten vil det vand skruen løber i have meget lav fart i forhold til den

teoretiske fart på skruen. Dette vil sige, at slippet i skruen er meget stor. På det tidspunkt

hvor farten bliver stabil vil den effekt, der bliver leveret til skruen være lig med skrogets

modstand og slippet i skruen på dette tidspunkt vil slippet også være mindst (MAN Diesel

& Turbo, 2011, s. 20-21).

Effekt leveret til vandet

Den effekt, der leveres til vandet kan måles ved pæletræk. Effekten måles ved at man

måler trækkræften mellem skib og fast punkt på land. Denne metode anvendes dog mest

på slæbebåde, fiskeskibe og andre mindre fartøjer. Ved større fartøjer bestemmes dette

ved beregninger.


Side 13 af 44

Figur 1 Forklaring af kræfter og effekter i skibet (MAN Diesel & Turbo, 2011, s. 14)

Skibets godhedsgrad

Den effektive effekt er vist på Figur 1. Skibets godhedsgrad er forholdet mellem Effekten

leveret til vandet og den effektive effekt. Denne virkningsgrad kan ligge over 1. Hvilket

umiddelbart virker underligt. Den effekt som skruen aflevere til vandet er mindre end den

effektive effekt. Det er fordi at den effektive effekt er den effekt, som skal til at trække

skroget igennem vandet. Her har skruen ingen indvirkning. Men når skruen skubber

skroget suger den vand foran sig. Dette sug ændre på modstanden i agter enden af

skroget i en negativ retning. Men kan på en simpel måde sige at skruen suger i skroget.

Hvilket vil sige, at den kraft som skruen aflevere til vandet, skal være lig det sug som den

selv laver, samt skrogets egen modstand. Derfor vil man i nogle tilfælde kunne se en

virkningsgrad på mere end 1. Dette kan også ses i formlen for T, som beskriver kræften

skruen aflevere til vandet. 1

RT

t

I en ideel situation ville modstanden skulle være lig den påvirkende kræft ved konstant

fart. Altså T R (MAN Diesel & Turbo, 2011, s. 14-16)


Side 14 af 44

Oversigt over effekt, tab og virkningsgrader

Dette diagram viser, hvor de forskellige tab finder sted, og hvad de forskellige

virkningsgrader fortæller noget om.

ilført effekt i formaf brændolieoP T

Varmetabimotorentermisk tabP

IndiceredeeffektiP

Friktions tabimotorenmekanisk tabP

bremseeffektbP

Friktions tabigear ogakselmekanisk tabP

Effekt leveret tilskruensP

tabi formaf slipiskruentabi skrueP

Effekt leveret til vandetTP

i

,m motor

, &m gear aksel

s

tot

motor

g

EffektiveffektEP

, forskellige tabsomeffekt af skrogetsformtab skrogP

Figur 2 Effekt, tab og virkningsgrader i fremdrivning (Forfatters eget arkiv)


Side 15 af 44

Friktion

Fiktion i en maskine opfattes både som en fordel og en ulempe. Friktion i lejer generere

varme, som er tab. Friktion i en kobling, der skal få to roterende dele til at opnå samme

hastighed, er en god ting. Så jo større

friktion i lejer jo mere tab, og jo større

friktion i koblinger, bremser osv. Jo

bedre.

Hvis vi kikker på friktion fra bunden af.

Som vist på Figur 3 ses legeme på en

vandret overflade. Her opstår ingen

friktion, da der ingen bevægelse er i

legemet. De eneste kræfter, der påvirker legemet er tyngde kræften og normal kræften.

Hvis man ser på Figur 5 er underlaget

tiltet en smule, og der vil hermed opstå

friktion. Friktionen er markeret ed en

sort pil, og tyngdekræften er delt op i

en x og y del i forhold til underlaget.

Det vil sige at den kraft, der virker

direkte ned på underlaget er mindre

ligesom normalkræften der virker

modsat. Dette er repræsenteret af y

delen af tyngde kræften. X delen af

tyngdekræften har derimod rettet sig

ned af planet. Dette ville resultere i en bevægelse, hvis ikke legeme og underlag havde

friktion mellem sig. Dette er ikke en kræft, der kan måles, men er bevist af Newtons

anden lov. Denne lov beskriver at et

legeme med en masse m og en

resulterende kræft F vil accelerere med

accelerationen a. Vores legeme

accelerere ikke, derfor må den

resulterende kræft være lig nul. Hvilket

viser at der må være en modsatrettet

og lige så stor friktionskræft. Denne

form for friktion kaldes statisk friktion,

da der ikke forekommer bevægelse

mellem legeme og underlag. Dette er

samme princip som en kobling fungere

efter. Her gelder det om at have så stor

friktion som muligt mellem legemer.

Figur 3 Friktion (Forfatters eget arkiv)

Figur 5 Friktion (Forfatters eget arkiv)

Figur 4 Friktion i bevægelse (Forfatters eget arkiv)


Side 16 af 44

På Figur 4 ses et legeme i bevægelse, her ses det at x delen af tyngdekræften, der virker i

planets retning, er større end friktionskræften Fg dette resultere i en resluterende kræft.

Denne kraft giver en accereletion. Dette kaldes dynamsik friktion, altså friktion i

bevægelse. Hvilket bevirker at et legme i bevægelse vil bremse op hvis ikke en kræft, der

er lige så stor som friktionskræften opretholdes i modsatte retning. (Nielsen & Nielsen,

2002, s. 77-79)

PI diagrammer

PI (Pressure Indikator) diagram måler tryk i forhold til

volumen eller vinklen på krumtappen. PI diagrammer tages

på toppen af stemplet som vist på Figur 6. Det teoretisk

ideelle PV (pressure Volume) diagram er vist på Figur 7.

Teoretisk PV diagram

1. BDC. Bottom Dead Center. Her er stemplet i bund,

og skal til at lave sin kompression. I den ideelle verden

udføres kompressionen Isentropisk. Det vil sige en

adiabatisk reversibel proces, der forløber uden

varmeveksling med omgivelserne.

2. TDC Top Dead Center. Her er stemplet i toppen af sin

kompression. Her er tryk og temperatur steget til den maksimale inden brændstoffet

indsprøjtes. Nu skal stemplet til at lave sit arbejdes slag. Fra punkt 2 til 3 foregår der en

ren Isobar proces, i den ideelle verden. Det vil sige at

trykket holdes i takt med, at stemplet trækker sig tilbage.

3. Her er forbrændingen ovre og resten af

arbejdsslaget foregår igen i en Isentropisk proces igen.

4. Her vil der ske en Isokorisk proces hvor under

konstant volumen røggassen vil udstødes indtil temperatur

og tyk er ved udgangspunktet.

Stemplet er nu klar til at gentage en ny cyklus. Dette

gælder dog kun for 2 takts motorer. For 4 takts motorer er

der en cyklus, hvor kompressionen er erstattet med

udstødning, og arbejdsslaget er erstattet en indsugning. (Lauritsen & Eriksen, 2012, s.

190-191)

Figur 6 Indikatorhane placering (Forfatters eget arkiv)

Figur 7 Teoretisk PV diagram (Lauritsen & Eriksen, 2012, s. 63)


Side 17 af 44

Det faktiske PV diagram

Den entelige proces ser dog en del

anderledes ud. På Figur 8 ses et PV

diagram for en 4 takts motor. Her

skitseres også den fulde 4 takts

cyklus med kompressions takten,

arbejdes takten, udstødnings

takten og indsugnings takten.

Indsugning og udstødning på dette

PV diagram ligger ved atmosfærisk

tryk, derfor er denne motor uden

turbolader. Hvis motoren havde

turbolader ville man se

Udstødning og indsugning ligge

mellem 0,5 og 3 bar over

atmosfæretryk. Grunden til den

ændrede udseende er hovedsageligt fordi, at processerne ikke sker adiabatisk, hvilket

betyder at der er en varmeudveksling med omgivelserne.

PV diagrammet

PV diagrammet bruges til at bestemme

det indicerede middeltryk. Dette gøres

ved at måle arealet af det felt indikeret

af a på Figur 9. Arealet under den

nederste linje fra BDC til TDC

repræsenterer kompressions arbejdet.

Oven i dette ligger vi den tilføjelse af

energi i form af varme. Dette er

repræsenteret af den øverste linje fra

TDC til BDC. De to arealer trækkes fra

hinanden og arealet a beregnes. Rent

matematisk fungerer det ved at integrere

arealet under den nederste del af

diagrammet og arealet under den øverste del af diagrammet og derefter trække dem fra

hinanden. Dette er den positive energi, som ender som effekt på akslen. Dette diagram er

tit refereret til som et banandiagram.

Figur 8 Det reelle PV-Diagram (Kuiken, Diesel Engines I, 2008, s. 56)

Figur 9 Bestemmelse af det indicerede middeltryk (Kuiken, Diesel Engines I, 2008, s. 57)


Side 18 af 44

PA diagrammet

PA (Pressure Angle)diagram er meget ligesom PV diagrammet. Her er volumen erstattet

med vinklen på krumtappen. På PA diagrammet vil det være nemmest at overskue tryk

ændringer. Her kan man også se

antændingstidspunktet, da der vil være

en pludselig trykstigning. På Figur 10 ses

et pa diagram hvor

indsprøjtningstidspunktet bliver

tydeliggjort. Indsprøjtningen sker lige før

TDC, så brændolien kan nå at fordampe

og være klar til antænding kort efter

TDC.

Figur 10 PA diagram (Kuiken, Diesel Engines I, 2008, s. 56)


Side 19 af 44

Motor belastningsdiagram og Sø faktor Sø faktoren er til for at give

overskudskraft til

situationer med belastnings

ændringer. På Figur 12 ses

et diagram, der typisk vil

bliver opstalt ved

dimensionering af en motor.

Her har man ud fra

beregninger eller test fra

modeller af skibet beregnet

den nødvendige kraft, der

skal leveres til vandet for at

opnå den ønskede

hastighed. Ud fra denne

beregning laves en

propellerkurve. Denne

propellerkurve er ved et

rent skib i roligt farvand

uden bølger og modvind

kurven vises på Figur 12

som nummer 6. Her ligger

propellernes design punkt. I

det her tilfælde er der tillagt

en 15 % sø margin. Det giver

en lavere hastighed på

skruen på 5 %. Her ligger der

en propellerkurve parallel

med den første. Dette er

kurven for en tungere

belastet propeller. Her ved

samme omdrejningstal som

propellernes design punkt

ligger fremdrivningens

service punkt, altså det punkt

man regner som værende

det højest kontinuerlige

driftspunkt medregnet et

tilgroet skrog og dårlige vejr forhold. Oven i dette ligger man ofte en motor margin på 10

%. Det punkt, som er markeret med MP på Figur 12, repræsenterer den højeste effekt

Figur 12 Diagram over krav til motor (MAN Diesel & Turbo, 2011, s. 28)

Figur 11 Motor belastnings diagram (MAN Diesel & Turbo, 2011, s. 30)


Side 20 af 44

motoren kontinuerligt kan levere. Linjen fra L3 til L1 og fra L4 til L2 repræsenterer linjer

med konstant effektivt tryk. Det vil sige forholdet mellem omdrejninger og effekt stiger

med en faktor på 1. Linjerne fra L4 til L3 og L2 til L1 repræsenterer konstant omdrejning

på propeller og motor. Propellerkurverne stiger med en faktor 3 i forhold til

propellerloven 3

BP c n . Ud fra kravene til motorens omdrejninger og ydelse vælges

motoren hvis belastnings diagram ses på Figur 11. Det grønne felt, omgivet af linjerne

4,5,7 og 3 er det felt hvor motoren kontinuerligt kan operere. På Figur 11 Motor

belastnings diagram er propellerkurven for en hårdt belastet skrue (1) og en let belastet

skrue (6) tegnet ind. Linjen 2 som er den hårdt belastede propeller kurve går gennem

motorens maksimale output. Linje 3 repræsenterer maksomdrejninger for motoren. Linje

4 er maksimale effekt ved et givent omdrejningstal. Ved højere effekt vil luft overskuddet

ikke længere være stort nok til at garantere en god og effektiv forbrænding. Dette vil have

indvirkning på det moment motoren kan levere ved det fastsatte omdrejninger.

Overskrides dette punkt kan det ske at forbrændingen fortsætter ud gennem

udstødningen eller at dele af brændolien bliver udstødt u forbrændt. Dette giver et stort

effekttab og et stort slid på udstødnings ventil og ventilsæder. Linje 5 repræsenterer det

maksimale effektive middeltryk. Efter punktet M kan hastigheden på motoren og

propeller hæves uden stigende effekt. Linje 9 er hertil at skibet er testet ved skibets første

søsættelse. Her er det ofte den mekaniske eller elektriske guvener vil stoppe

brændstoftilførslen til motoren og dermed tage den ud af drift. Mellemrummet mellem

linje 2 og 4 på Figur 11 er et udtryk for det kræftoverskud, der skal til accelerationer og

andre belastningsændringer. Her kan lavt vand have effekt på propeller belastningen. Det

vil sige at hvis vi flytter linje 2, altså kurven for en højt belastede propeller tættere på linje

4 vil eventuelle accelerationer blive træge. Dette skyldes at det kræftoverskud, der er til

at accelerere hele drivlinjen, formindskes og motoren skal først opbygge omdrejninger,

før turboen kan generere større luftoverskud til den forøgede forbrænding, der skal

foregå ved accelerationen. Oftest har skibe i dag en elektrisk guvener med belastnings

begrænsning. Det vil kunne fungere, ved at guveneren måler på luft trykket og

sammenholder det med motorens omdrejninger. Den kan også måle på

brændoliepumpens indeks i forhold til motorens omdrejninger, altså egentlig måler den

moment i forhold til omdrejninger. Ud fra disse målinger kan den elektriske guvener

reducere brændoliepumpens indeks, indtil luftoverskud og omdrejninger igen tillader

stigninger. Dette forklarer også, at man i skibets propellerkurve til manøvrering hæver

omdrejningerne i forhold til skruestigning, da det giver stort kræftoverskud til ændringer i

belastning. Det grønne areal på Figur 11 begrænset af linje 4,5,7 og 3 kan i nødstilfælde

overskrides ud i det røde felt for en kort stund, ind til belastningen når linje 8 hvor

motoren vil blive taget ud af drift på grund af overlast. Dette gøres ved at man fjerne

belastnings begrænseren fra den elektroniske guvener. Propellerne er designet efter at

fungere bedst ved et rent skib og propeller samt i roligt farvand. Derfor forringes

propeller virkningsgraden ved drift i kurven for højt belastet propeller altså ved høj sø og


Side 21 af 44

begroet skib og propeller. Denne forringelse er dog lille i forhold til forbedringen i

motorens virkningsgrad ved denne ekstra belastning (MAN Diesel & Turbo, 2011, s. 27 -

31)

Målinger Dette afsnit beskriver det måleudstyr, der er brugt i forbindelse med rapporten.

Diesel Doktor

Diesel Doktor er det udstyr, som befinder sig ombord til performance test på diesel

motorerne. Måleudstyret består af DocHub e-932, som indsamler data fra

tryksensorerne, monteret på indikatorhanerne på maskinerne. Til DocHub er der også

koblet udstyr til at vise vinklen på krumtapakslen. DocHub’en fungere sammen med en

tablet (Toughpad) gennem Wireless LAN. Gennem det tilhørende program kan man

indsamle og analysere data, ligesom man ville kunne på et almindeligt PI- diagram. Til at

oprette det trådløse netværk har vi en almindelig trådløs router, hvor både DocHub’en og

tabletten er kobler sammen.

Opsætning

Da hovedmaskinerne er

af v konfiguration har

de en A og en B side.

Tilslutningen er

forklaret herunder på

Figur 13

A. Tilslutning til A

sidens indikatorhaner

B. Tilslutning til B

sidens indikatorhaner

C. Tilslutning til

vinkelvisning på

krumtapakslen

Figur 13 Opsætning af Diesel Doctor


Side 22 af 44

Figur 14 viser tilslutningen

af tryktransmitterne på

indikatorkanerne. Før man

tilslutter

tryktransmitterne, er det

vigtigt at blæse

indikatorhanen af, ved at

åbne hanen i et par

sekunder. Dette er for at

undgå tilstoppede

indikatorhaner, der kan

have effekt på

målingerne.

Tryktransmitterne brugt til målingerne ombord, har en max temperatur på 300oC dette

kan dog godt overskrives hvis målingerne ikke tager mere end ti min. Selve studsen er

mellem 50oC og 70oC og derfor kan man montere alle tryktransmittere og lave

tilslutningen til DocHub’en uden at bekymre sig om temperaturer. Man først åbner for

indikatorhanerne, når man

er klar til at tage

målingerne.

Forbindelsen til visning af

krumtapaksel vinkel er vist

på Figur 15, hvilket er en

samle boks, der er fast

monteret. Dette gør det

nemt og risikofrit at lave en

tilslutning. Selve føleren er

en induktiv, føler der taster

på tastepunkter, som er monteret på svinghjulet.

Figur 14 Tilslutning af tryktransmittere på indikatorhaner

Figur 15 Tilslutning for Krumtapaksel vinkel visning


Side 23 af 44

Program opsætning

Når programmet først bruges skal motorenes data

programmeres ind. Programmeringen omfatter alle de

data, man som normalt ville bruge til at lave

beregningerne. Derefter vil man kunne vælge den

pågældende motor, man vil teste på. Efter valget af

motor kan man vælge, hvordan man vil tage målingen.

Der er fire forskellige måle mugligheder.

1. Selected sycles: Her kan man vælge et bestemt

antal cyklus, man vil tage målingen over.

2. Cycle Median: Her tager den mediaværdierne

over en bestemt tidsperiode.

3. Cycle Adverage: Her tages gennemsittet af

målingerne over en bestemt tidsperiode.

4. Individual cycles. Her kan den sættes til at tage

for eksempel hver eller hver femte værdi eller hvilket

som helst interval man vælger. Dette gøres også over

tid, og her gemmes alle målinger. Dette giver nogle

store filer ved længere tids data indsamling.

Umiddelbart lige før målingen starter skal følgende

målinger tastes ind. Lade luft tryk for A og B banken.

Motorens belastning indtastes også i procent. Her har

jeg brugt brænd olie pumpens indeks som

belastningsgrad. Nu er Diesel Doktor programmet klar til at tage målingerne, og indikator

hanerne kan åbnes. Herefter startes målingerne ved at trykke ”Go”. Ved tidsbestemte

målinger stopper Diesel Doctoren selv, hvorefter man kan trykke ”Save” for at gemme de

sidste målinger. Herefter kan målingerne analyseres i programmet, og sammenlignes med

tidligere målinger.

Figur 16 Diesel Doktor program (Forfatters eget arkiv)


Side 24 af 44

Maihak

Maihak måleudstyret beregner effekten i akslen ved hjælp af to målinger. Den ene måling

er en præcis måling af omdrejningerne, denne fungerer ved en induktiv måler, der taster

adskillige gange på en omdrejning. Den anden måling er momentet i akslen. Det fungere

ved to vibrating string transmittere som er monteret mellem to akselringe.Transmitterne

kan registrere vriddet i akslen. dette er yderligere uddybet på Figur 17.

Figur 18 viser, at strengen bliver sat i svingninger, og at frekvensen af vibrationer er

afhængig af længden mellem støttepunkterne. Ombord på Crown Seaways er der to

effektmålings systemer Maihak og Brolich de fungere begge efter det samme princip.

Maihak er den mest præcise af de to.

Figur 17 Montering af de vibrerende strenge (Maihak)

Figur 18 Princip tegning på moment måling (Maihak)


Side 25 af 44

System beskrivelse Skibets fremdrivnings system er opbygget af fire hovedmotorer, af mærket S. E. M. T

Pielstick. I drivenden af hver motor sidder en kobling, som kobler hovedmotorerne

sammen i par, via et reduktions gear. Reduktionsgearene har en reduktion på 1 til 0,259.

På akslen, efter reduktionsgearet, er der monteret udstyr til effekt måling og omdrejnings

måling. Derefter er hydraulik styringen af propellerne, som er efterfulgt af et bæreleje,

inden akslen ender i stevnrøret og slutter i CPP propellerne.

De enkelte systemer er beskrevet mere detaljeret senere i rapporten.

Elektrisk styresystem

Det elektroniske styrer system (PLC) indsamler alle input og styrer alle output, ud fra

inputtene og propellerkurver. Altså foregår der en regulering, faktisk sker der to

individuelle reguleringer. Regulering af motorenes hastighed sker på bagrund af en

tilbagemelding om akslernes omdrejnings hastighed. Dette er styrret gennem

hovedmotorernes brændolie pumpe indeks, som er styrret af et 4-20 mA signal fra

PLC’en. Set punktet for denne styrring er bestemt af stillingen på et håndtag på broen

eller i ECR. Dette signal er omsat i propellerkurver til en stigning og omdrejnings

hastighed. For eksempel stilling ti frem på håndtaget svarer til 100 % omdrejninger på

akslerne ved, normal drift.

Reguleringen af propellerstigningen foregår ud fra en tilbagemelding fra OD boksen.

Styrersignalet til hydraulikken for propeller stigning er også et 4-20 mA signal. Set punktet

er styreret fra samme håndtag, som bliver fortolket af PLC’en, ud fra propellerkurven. For

eksempel så svarer stilling ti frem til 95 % stigning på propellerne i frem position.

Dette er kaldt kombinater kurver, altså håndtaget på broen og i ECR ændre på set punktet

for både omdrejninger på akslen og stigning på propellerne. Der er tre kombinater kurver.

En for normaldrift med en hovedmaskine på hver aksel. En for 2 hovedmotorer på en

aksel, hvor belastningen er hævet en smule. Og endelig en til havnemanøvre, hvor den

nederste grænse for omdrejningerne på akslen er hævet fra 56 % til 83 % dette giver stort

kræft overskud til store ændringer i belastninger ved manøvrer.

I stedet for at bruge kombinater kurverne kan man kører konstant omdrejninger. Her

hæves omdrejningerne på hovedmotorerne til 500 RPM, og nu er det kun set punktet på

propellerstigningen, der ændres.

Endelig kan omdrejninger og stigning styrres hver for sig i nødsituationer, hvis der opstår

problemer med styringen.

Alle belastningsændringer på maskinerne er styreret af et load increse control system.

Dette system styrer belastningen forøgelser på motorerne, så for store pludselige

belastninger ikke overbelaster hovedmaskinerne, og i sidste ende kobler ud.


Side 26 af 44

CPP

Propeller

Vi starter fra propeller siden.

Propellerne kan styrres, hvilket

fungere hydraulisk. Selve

propellen består af et hub, som

huser styrermekanismen. På

hubben er der monteret et ende

dæksel og i dette tilfælde fire

propellerblade. Denne hub skal

være stærk, da den overfører

belastningerne fra

propellerbladene til akslen. Alt

dette er vist på Figur 19. Inden i

hubben er selve mekanismen, der

har fat i propellerbladene, det er

markeret med gul inde i hubben. I

enden af hubben sidder der et hydraulik stempel, som påvirker mekanismen der drejer

propellerbladene. Propellerbladene er boltet fast fra ydersiden på en flange, som sider på

indersiden. I denne flange sidder tætningen mellem flange og hub. Flangen har en

ekscentrisk stift, der har fat i en slæde, som sidder i driv mekanismen inden i hubben.

Servo stemplet som sidder i enden af hubben er forsynet gennem et rør inde i akslen. Det

er faktisk to rør det ene rør inden i det andet. Den grønne del på Figur 19 går på

ydersiden af stemplet og den røde del på indersiden.

Crown Seaways har skiftet propeller fra stål til en aluminium-bronze legering. Formen er

også skiftet på propellen fra formen vist på Figur 20.

Denne form og materielet har fordelene af at være

utrolig stærk. Dette har gjort at Crown tidligere har

været i is klassen. Bladene var også meget

modstandsdygtige over for træring fra kavitation.

Ulemperne ved denne form for propellerblade er den

store vægt, som der bliver et stort svinghjul som

motorerne skal trække. Bladene kan også medføre

vibrationer i skibet da, de enkelte blade ikke dækker

over særlig stort område. For eksempel er der tit højere

belastning på bladene i top end i bund eller omvendt alt

afhængigt skrogets form.

Figur 19 Propeller hub (Kuiken, 2008, s. 379)

Figur 20 Form på tidligere stål propellerblade (Kuiken, Diesel Engines II, 2008, s. 377)


Side 27 af 44

Figur 21 viser de nye propeller blade.

Fordelen ved disse blade er den kraftig

reduceret vægt på grund af den nye

form og materiale valg. Den længere

hale som propeller bladene har, gør at

bladene bliver udsat for forskellige

belastningsområder. Dette er med til at

skabe en mere jævn belastning og

mindre vibrationer. Ulemperne ved disse

nye propeller er at skibet er kommet ud

af is klassen. Her har man vurderet, at

det ikke længere vil være nødvendigt. På

grund af propellerbladenes styrke kan de

ikke belastes med mere end 6700 kW,

det vil sige når der er koblet to

hovedmaskiner på en aksel, skal

belastningen holdes under dette niveau. Det svarer ca. til stilling 9 ¾ på håndtaget ved

den tilhørende kombinater kurve. Grundet det forholdsvis bløde materiale som

propellerne er lavet af, er de mere udsatte for kavitering.

Hydraulik

Hydraulik stationen

består af to

hydraulik pumper,

der fungerer

uafhængigt af

hinanden. To

ventiler sender olie

ind på den ene side

eller den anden

side af stemplet, i

enden af propellen.

Ventilerne er

styrret af

magnetventiler, og

kan nødstyrres i tilfælde af svigt i kommunikationsvejen mellem broen eller ECR og

hydraulikstationen. Fra Hydraulikstationen vist på Figur 23 KaMeWa hydraulik station

ombord på Crown (forfatters eget arkiv)Figur 23 er der forbindelse til OD boksen, som er

vist på Figur 24 på side 28. OD boksen skaber den hydrauliske forbindelse til centrum af

akslen. Midt i akslen er røret, som leverer olie til den ene side af stemplet. Dette rør er på

Figur 21 Nye propeller blade af alu bronze (Kuiken, Diesel Engines II, 2008, s. 377)

Figur 22 Hydrauliksystem princip tegning (Kuiken, Diesel Engines II, 2008, p. 382)


Side 28 af 44

bagkanten forbundet til en aksel ring. Denne aksel ring vil i takt med stemplets aktivering

flyttes, og dette er tilbage melding på propellernes stigning. Her kan stigningen også

aflæses manuelt. Aflæsningen foregår i millimeter på en lineal.

Hovedmaskiner

Hovedmaskinerne er fransk produceret dieselmotor, fra firmaet S.E.M.T Pielstick, som

blev grundlagt i 1988 og senere opkøbt af MAN, der i dag hedder MAN Diesel & Turbo.

Hovedmaskiner: 4x Pielstick 12 Pc2-6/2V

Type: 4 takt V konfigurering

Cylindre: 12

Borring: 400 mm

Slaglængde: 460 mm

Effekt ved fuldlast: 5940 kW

RPM: 520 O/min

Maks tryk: 137 Bar

Figur 23 KaMeWa hydraulik station ombord på Crown (forfatters eget arkiv)

Figur 24 OD boks ombord på Crown (forfatters eget arkiv)


Side 29 af 44

System tegning

Elektronisk

styresystem

Elektronisk

styresystem

ME

1

ME

2

BB Gear

Broen

ECR

ME

3

ME

4

SB Gear

RPM transmittere

Hydraulik til

stignings styrring

Hydraulikstationer

med styrer ventiler


Side 30 af 44

Driftsprofil Skibet tilbringer 7 timer i havn 12 timer i Kattegat åbent farvand og sammenlagt 5 timer i

Oslofjorden eller Ørresund altså roligere farvande. Samlede set er turen ca. 510 km altså

275 nm. Det giver en fart på 16,2 knob for at kunne nå turen på de 17 timer. Det vil sige,

at ca. 30 % af turen foregår i rolige farvande indenskærs.

D

r

i

f

t

s

a

n

a

l

y

s

e

U

n

I min praktikperiode ombord på Crown Seaways, har skibet sejlet på MGO (Marine Gas

Oil). Dette er på grund af emissions krav. Skibet har i januar måned været i dok, hvor

installationen af skrubbere begyndte med henblik på igen, at kunne sejle på HFO, og

samtidig holde sig under de gældende emissions krav. Projektet er på nuværende

tidspunkt ikke færdiggjort endnu. Det vil sige at de målinger, der danner grundlag for

denne rapport, kun vil være valide for en drifts situation, hvor der bruges MGO. Nye

målinger og beregninger vil være nødvendige, når skibet kommer tilbage i dets normale

drifts situation og sejler på HFO.

HFO har en meget højere viskossitet i forhold til MGO. HFO’en varmes op for at opnå en

mere fordelagtig viskossitet. Ændringer, i viskossitet, har indflydelse på atomiseringen af

olien ved indsprøjtning gennem brænd olie dyserne. Dette har indvirkning på

antændingstidspunktet, da den indsprøjtede olie skal opnå selvantændelses temperatur,

før dette sker. Olier med et højt karbon indhold, som blandt andet heavy fuel, har i

forvejen større forsinkelse i antænding. Der er også forskel i brændværdien, som ofte er

lavere ved HFO på grund at højere vand og svovl indhold. Det vil sige at den tilføjede

energi til motoren er mindre.

7

2 12

3

Driftsprofil over 24 timer

Havne ophold

Ørresund

Kattegat

Olso fjorden


Side 31 af 44

Analyse af drift i Oslofjorden

For at undersøge mugligheden for at hæve det effektive middeltryk på hovedmaskinerne

har jeg taget målinger af det indicerede middeltryk. Dette er gjort i Oslofjorden ved en

fart på 16,2 knob. Der er taget to målinger over 10 min. Dette gav i alt 10 målinger af det

indicerede middeltryk. Målingerne er vist i skemaet herunder.

Indicerede middeltryk

Indicerede effekt pr cylinder

Maks trykket Vinkel efter TDC for

makstryk

Middel værdi 16,7 Bar 373,3 kW 109,1 Bar 16o

Deviation 0,89 Bar 19,96 kW 4,02 Bar 2,09o

Deviation i % 5,7 % 5,7 % 3,8 % 13,1 %

Lade trykket under målingerne var 1,25 Bar på A siden og 1,54 Bar på B siden. Fuel olie

pumpernes indeks stod på 87% og effekt målingen viste 4400 kW. Resultaterne fra

cylinder A1 og B1 kan ses på Bilag 1 Test resultater for cylinder A1 og B1. Alle målinger

er ikke vist i et diagram, da dette bliver uoverskueligt og nærmest ubrugeligt.

Middelværdierne for begge prøver kan også ses i Bilag 2 Målinger fra test 1 og Bilag 3

Målinger fra test 2. Målingerne med de individuelle cyklusser har jeg gemt som om

komma separeret fil, hvilket vil sige jeg kan åbne dem i Excel med henblik på analyse.

Disse filer vil ikke ligge som en del af rapporten, men tal derfra vil blive anvendt. Dette

skyldes at filerne indeholder omkring 300.000 talværdier hver.

Nedenstående skema indeholder en sammenligning mellem de 2 tests.

Test 1 RPM

MIP [Bar]

Pow [kW]

Pmax [Bar]

Total

4482,7

Average 463,1 16,7 373,6 109,9

Deviation

0,94 20,88 4,16

Deviation [%]

5,6 5,6 3,8

Test 2 Total

4459,2 Average 463,1 16,7 371,6 109,7

Deviation

0,94 21 4,16

Deviation [%]

5,7 5,7 3,8

Sammenligning Total

4470,95 Average 463,1 16,7 372,6 109,8

Deviation

0,94 20,94 4,16

Deviation [%]

5,65 5,65 3,8


Side 32 af 44

Makstrykket på motoren ligger på 76,5 % med en deviation på 3,8 %

max 109% 100 100 76,5%

max 137

målt

tilladt

PMakstryk i

P

Det er ved en belasting på 4400 kW altså en belastningsprocent på 74,1 %

,max

4400% 100 100 74.1%

5940

E

E

PBelastning i

P

Det maksimale effektive middeltryk er

,max

max2 2

59402055 20,6

5000,4 0,46 12

4 60 2 4 60 2

EPpe kPa Bar

nD S Z

Kees Kulkien beskriver i hans bog Diesel Engines at den energi, der afgår til friktion ikke

ændres ved ændringer af omdrejninger og tryk i motoren, eller at de er så små, at de kan

regnes for konstant. Det vil sige, at hvis vi skaber højere modtryk i motoren ved at øge

stigningen på skruven ved samme omdrejningstal, stiger den indicerede effekt uden at

den effekt, der afgår til friktionstab ændre sig. Derved må virkningsgraden i motoren

stige.

Friktionseffekten i motoren ligger på 70kW.

4470 4400 70F I EP P P kW

Det effektive tryk ved denne driftsituation er 16,4 Bar

2 2

44001644 16,4

4630,4 0,46 12

4 60 2 4 60 2

EPpe kPa Bar

nD S Z

Det giver et friktionstryk på 0,3 Bar

16,7 16,4 0,3pf pi pe Bar

Forbruget i denne driftssituation er ca. 1,88 l/kWh Skibets sidste brændolie analyse viste

en brændværdi på 42,61 MJ/kg med en massefylde på 859,9 kg/m3


Side 33 af 44

859,91,88 1,62

1000k l o

kWh kWh

kSFOC SFOCkWh

1,62 440042620 84387

3600

44000,05 5%

84387

oo

Etot

o

P m hi kW

Pn

P

Effekt målingen som fuel måleren på skibet bruger, sidder på akslen efter

reduktionsgearet. Det har fornyligt ikke været muligt at kalibrere dette udstyr. Det har

givet nogle upålidelige målinger og det kan være årsagen til det tvivlsomme resultat ved

beregningen af motorens virkningsgrad.

For at holde værdierne op mod noget har jeg lavet samme beregninger ud fra test

rapporten fra fabrikken. Her har motoren et forbrug på 191,32 g/kWh ved en

bremseeffekt på 4432 kW. Testen er lavet med brændolie med en nedre brændværdi på

42.588 kJ/kg effekten er her målt på akslen lige efter motoren.

0,19132 443242588 10031

3600

44320,442 44,2%

10031

o o

Etot

o

P m hi kW

P

P

Disse resultater virker mere sandsynlig og derfor vil jeg vurdere den tidligere beregning til

at være forkert.

Sikkerhed og lovgivning I dette afsnit vil jeg forsøge at finde og beskrive den relevante lovgivning, der er

indvirkning på projektet. Derudover vil jeg vurdere sikkerheden i projektet, og hvad

eventuelle fejl vil medføre samt alvoren af disse fejl.

Risiko vurdering

Den nye propellerkurve vil mindske den overskudskræft, der er til belastningsændringer i

form af begroninger på skroget samt hårdt vejr med modvind og høje bølger. Den nye

kurve skulle gerne være designet således, at overbelastninger ikke forekommer ved

korrekt brug. Jo flere målinger, com er taget i vejrforhold, der skaber højere modstand jo

mere præcist bliver billede af hvor meget forbrændings trykket variere. Resultatet kan

bruges til vurderingen af, hvor tæt man kan gå på makstrykket. Hvis der i disse

beregninger sker en fejl, således at motorerne vil blive overbelastet, vil motorerne ikke

kunne nå den ønskede belastning på grund af et ”Load Increase controller”. En andet

mulighed for at forhindre en eventuel overbelastning af motoren er et system koblet

sammen med den elektriske governor. Her sammen holdes brændoliepumpernes indeks

med omdrejningstallet, dette forhold kan fortælle noget om belastningsgraden af


Side 34 af 44

motoren. Det sammenholdes med motorens belastings diagram. Ved overbelastninger

kan den elektroniske governor reducere indeks på brændoliepumperne.

Hvis der sker store momentane overbelastninger af motoren, som systemet ikke kan nå at

reagere på, skulle der gå en sikkerhedsventil. Der sidder en Sikkerhedsventilen i

topstykkerne på alle stempler. Disse sikkerhedsventiler åbner ved et tryk på over 180 Bar.

Ved store overbelastninger vil hovedmaskinerne i værste tilfælde havarere, men med alle

de sikkerhedsforanstaltninger der er, vil de højest sandsynligt lukke ned på

overbelastning.

Derfor er det vigtigt med forsøg under kontrollerede og overvågede forhold. Efter flere

forsøg, der viser en sikker drift med den nye propeller kurve, vil den kunne blive en del af

den normale drift.

Lovgivning

Jeg har forsøgt at finde lovgivning, der omhandler belastning af maskiner og sø margin.

Det har jeg ikke haft held med.

På Retsinformations hjemme side har jeg fundet en forskrift med titlen: Bekendtgørelse

om Meddelelser fra Søfartsstyrelsen B, teknisk forskrift om skibes bygning og udstyr m.v.

Kapitel IX ”Sikker skibsdrift”. I dette kapitel er der beskrevet at der skal forekomme

dokumenter, der beviser sikker drift af skibet. Dette er skibets Safety Management

System (SMS) I SMS’en er alle procedurerne beskrevet. Det skal dokumenteres at skibet

overholder ISM koden. (Søfartsstyrelsen, 2012) Jeg har kun adgang til et uddrag af ISM

koden. I afsnit 7 står følgende.

”The Company should establish procedures, plans and instructions, including checklists as

appropriate, for key shipboard operations concerning the safety of the personnel, ship and

protection of the environment. The various tasks should be defined and assigned to

qualified personnel.” (International Maritime Organization)

Det betyder, som også beskrevet af søfartsstyrelsen, at der skal være en procedure for

alle opgaver, der har med sikkerhed af personale, skib og miljø.

I afsnit 10 Vedligehold af skib og udstyr står følgende i punkt 3.

“The Company should identify equipment and technical systems the sudden

operational failure of which may result in hazardous situations. The safety

management system should provide for specific measures aimed at promoting the

reliability of such equipment or systems. These measures should include the regular

testing of stand-by arrangements and equipment or technical systems that are not in

continuous use.” (International Maritime Organization)


Side 35 af 44

Det betyder at udstyr og tekniske systemers fejl, der kan medfølge farlige situationer, skal

identificeres. SMS’en skal specificere metoder til vedligehold eller forbedring af dette

udstyr. SMS’en skal også inkludere regulere test af stand by systemer.

Sikkerheds foranstaltninger

Som nævnt i tidligere afsnit skal der laves en procedure for brugen af en propellerkurve til

indenskærs brug. Denne procedure skal være en del af SMS’en ligesom en hotwork

permit. Normalt bliver udkast til proceduren sendt ind til rederiet, hvor den bliver

vurderet og godkendt hvis den er fundet tilstrækkelig.

Ting der skal med i overvejelserne er.

Hvor skal den nye propeller kurve bruges?

Kan den bruges hele vejen hvis vejrforholdene tillader det?

Hvis ja hvor er grænsen for hvor den ikke må bruges længere?

Skal der skiftes mellem kurverne manuelt eller automatisk?

Optimering På Tabel 1 Analyse af fabriks test er der lavet otte målinger fra fabrikken. Disse tests er

udført ved forskellige belastninger og ved forskelligt effektivt middeltryk. Her kan vi se et

sammenhæng mellem det effketive middeltryk og virkningsgraden på motoren. Friktions

tabet regnes som konstant, da ændringerne er forsvindende lille. Det vil sige, at forskellen

mellem det indicerede middeltryk og det effektive middeltryk er konstant. Fra måling fem

til måling fire holdes konstante omdrejninger med en forøgelse i det effektive middel tryk.

Dette giver en forøgelse i effektiviteten. I kolonden længst vil højer Bar/RPM,

sammelholder jeg det effektive middeltryk med omdrejningerne. Der ses det også at jo

højere trykket er ved lavere omdrejninger jo bedre effektivitet.

Tabel 1 Analyse af fabriks test

Måling nr.

Motor effekt

Spicifik brændolie forbrug

Tilført effekt Total virkingsgrad

Effektiv Middel Tryk

RPM Bar/RPM

1 3.009 kW 194,97 g/kWh 6.940 kW 43,36 % 11,78 Bar 442 0,0267

2 4.432 kW 191,32 g/kWh 10.031 kW 44,18 % 16,31 Bar 470 0,0347

3 5.072 kW 190,81 g/kWh 11.449 kW 44,30 % 17,83 Bar 492 0,0362

4 6.029 kW 189,26 g/kWh 13.499 kW 44,66 % 20,02 Bar 521 0,0384

5 5.999 kW 191,11 g/kWh 13.563 kW 44,23 % 19,92 Bar 521 0,0382

6 5.963 kW 191,35 g/kWh 13.498 kW 44,18 % 19,84 Bar 520 0,0382

7 5.971 kW 191,08 g/kWh 13.497 kW 44,24 % 19,86 Bar 520 0,0382

8 6.585 kW 193,86 g/kWh 15.102 kW 43,60 % 21,21 Bar 537 0,0395

Brændværdi af brændolie 42.588 kJ/kg


Side 36 af 44

Det effektive middeltryk ligger i den nuværende drifts situation på 74,1 %. Det giver

25,9 % til belastningsændringer. Den største deviation i det effektive middeltryk er

5,7 % på de målinger som er foretaget. Det vil sige, at den største forøgelse i trykket

er 2,9 %. Disse målinger er dog taget over ti minutter på en dag, hvor vejret er

vurderet til at være mildt. Det giver et statisk billede, som beregninger kan laves ud

fra. Derfor vil jeg ikke komme med en endelig vurdering af en forøgelse af det

effektive middeltryk. Derimod vil jeg beregne, hvilken effekt en forøgelse af det

effektive middeltryk på 10 % teoretisk har på hovedmaskinerne. Det giver et

kræftoverskud på 15,9 % til accelerationer og belastningsændringer. Den ekstra

belastning sættes på ved at hæve stigningen på propellerne ved konstante

omdrejninger.

Det svarer til en trykstigning på.

max 0,1 20,6 0,1 16,4 18,46 1846nype pe pe Bar kPa

Den nye effekt leveret til akslen ved samme omdrejningstal.

2 2

,

4630,4 0,46 12 1846 4940

4 60 4 60 2E ny ny

nP D S Z pe kW

a

Hvis vi går ud fra, at virkningsgraden på propellerne er konstant, så vil vi nu have

overført 470 kW ekstra til vandet. Ifølge propeller loven er effekten proportional

med skibets fart i tredje potens. 3

EP c v Hvor c er en konstant for skibet.

3

3 3

1 13 3,

1 13 3

44701,05

16,2

494016,7

1,05

EE

E ny

ny

PP c v c

v

pv knob

c

Den øgede fart er ikke ønsket derfor kan omdrejningerne reduceres.

2

2 2

4 60

4 60 4 60 2 4470418

min0,4 0,46 12 1846

E ny

E

ny

nP D S Z pe

a

a P onD S Z pe

Her vil jeg gerne referere tilbage til Figur 11 Motor belastnings diagram på side 19.

Her er linjer med konstant effektivt middeltryk. Disse linjer har ikke samme stigning

som den linje, der definere motorens max moment ved et givent omdrejningstal. Det

vil sige, at en måling ved 418 o/min skal laves, hvorefter en ny beregning kan udføres,


Side 37 af 44

hvor man hæver trykket det ønskede niveau. En række målinger ved forskellige trin

vil kunne give en ny propellerkurve med den ønskede belasting.

Hvis vi kigger på målingerne fra fabrikstestens specifikke målinger 5 til 4 og 6 til 7,

har man ved konstante omdrejninger hævet belastningen.

Effektforøgelsen ved rapportens opstillet målinger i forhold til fuld last:

,%

,max

4940100 100 7,9%

5940

EE

E

PP

P

Måling Effekt

forøgelse i %

Forøgelse af virkningsgrad

i % 7,9 %

5 til 4 0,50 0,43 6,86

6 til 7 0,13 0,06 3,68

I tabellen herover vises forøgelsen i effekt sammenlignet med forøgelsen i virkningsgrad.

Hvis vi antager, at forbedringen af virkningsgraden er konstant, kan det ses ud af

kolonnen længst til højre 7,9 %, hvad det vil give i forøgelse af virkningsgrad ved

rapportens beregning. Ud fra dette ses det, at forøgelsen i virkningsgrad ikke er konstant.

Til dette skal der også tages højde for usikkerhed og eventuelle fejlkilder. Der ses dog en

tydelig forbedring i virkningsgrad, i forhold til belastningsgraden, ind til det punkt, hvor

motoren når dens maksbelastning ved kontinuerlig drift. Herefter vil den ved højere

hastighed overskride motorens makshastighed og gå i overspeed. Ved højere belastninger

kan der ikke opretholdes tilstrækkeligt lufttryk til opretholde en effektiv forbrænding,

derfor vil effektiviteten falde.

Del Konklusion

De statiske målinger, brugt i rapporten, har givet et billede af en mulig optimering på

bekostning af kraftoverskud til belastningsændringer. Derfor er der udført en række

målinger af motorens effektive middeltryk, der viser en lille deviation. Den største

deviation er målt til 5,7 %, motorens belastningsgrad er målt til 74,1 %. Det er normalt at

have en motor margin på 10 % og en sø margin på 15 %, hvilket giver en motorbelastning

på 75 %. Det er rapportens mål at bevise, at sø marginen kan reduceres til fordel for en

forbedret virkningsgrad uden at forringe sikkerheden. Deviationsmålingerne viser, at sø

marginen sikkert kan reduceres. Der bør dog laves flere målinger, der verificere dette ved

forskelige vejrforhold og belastninger.


Side 38 af 44

Propeller virkningsgrad I dette afsnit vil jeg belyse hvilken effekt, belastnings ændringer kan have på propellerne.

Jeg har forsøgt at

skaffe data på

propellerne uden

held, derfor forholder

jeg mig til teorien bag,

og bruger dette i min

konklusion. Figur 25

viser en graf over et

skib med konstant

hastighed på 14.5

knob. Grafen

tydeliggør forholdet

mellem

propellerhastigheden

og effekten. Den blå

kurve er ikke relevant,

da det er FPP

Propeller med forskellige diametre. Den viser at større propeller ved lavere hastighed,

giver en bedre virkningsgrad. Den røde kurve viser en CPP ved forskellige stigninger og

omdrejninger, der giver 14,5 knob. Her bliver det tydeligt at det optimale forhold mellem

diameter og stigning på propellerne er 0,7 ved denne fart (MAN Diesel & Turbo, 2011, s.

20).

Denne viden kan have indvirkning i både en positiv og negativ retning for rapportens mål.

Rapporten er baseret på at ændre belastningen ved at ændre på stigningen i forhold til

omdrejningerne. Man må gå ud fra, at propeller fabrikanten har designet propellerne, så

de har bedste virkningsgrad ved skibets normaldrift ved et rent skib uden belastninger fra

vind og vejr. Det vil sige, at propeller og propellerkurve er designet på en måde, så der er

plads til belastnings ændringer i form af begroninger på skib og propeller samt modvind

og bøjer. Efterhånden som skibets modstand bliver større og større, vil propellerne blive

hårdere belastet og dermed bevæge sig ud af dens bedste virkningsgrad. Når så den nye

propellerkurve belaster propellerne mere, må dens virkningsgrad blive forringet. Derfor

vil jeg tilføje et citat.

“The recommended use of a relatively high light running factor for design of the

propeller will involve that a relatively higher propeller speed will be used for layout

design of the propeller. This, in turn, may involve a minor reduction of the propeller

efficiency, and may possibly cause the propeller manufacturer to abstain from using a

large light running margin. However, this reduction of the propeller efficiency caused

Figur 25 Propeller design (MAN Diesel & Turbo, 2011, s. 20)


Side 39 af 44

by the large light running factor is actually relatively insignificant compared with the

improved engine performance obtained when sailing in heavy weather and/or with

fouled hull and propeller.” (MAN Diesel & Turbo, 2011, s. 31)

Det beskriver at man under design stadiet af en propeller, dimensionerer propellen efter

en let belastet propeller. Dette gør at propellerne har højere hastighed, dette giver en lidt

dårligere virkningsgrad. Dette er dog ubetydeligt i forhold til den forbedrede

virkningsgrad på hovedmotoren under sejlads med en hårdt belastet propeller.


Side 40 af 44

Konklusion Teorien og målingerne, der er fortaget til denne rapport, viser en mulig optimering af

skibets fremdrivningssystem. Optimereingen sker på bekostning af effekt overskud til

belastnings ændringer. Altså sænkes sø marginen for at hæve belastningen på

hovedmotorerne. Hvilket sker ved, at der laves en ny propeller kurve til brug i roligt

farvand. Der er fortaget målinger, der viser deviationen på det effektive middeltryk. Disse

målinger er foregået over ti min, og giver derfor kun et meget statisk billede af

deviationen. Deviationen er målt til en max på 5,7 % fra det laveste til det højeste tryk. En

gennemsnits beregning af det effektive middeltryk viste 74,1 % af det max tilladelige tryk.

Alle disse målinger er foretaget på en dag, hvor vejret er vurderet til at være mildt. For at

kunne lave en bedre beslutning af, hvor meget belastningen skal hæves, bør der laves

flere målinger ved forskellige vejrforhold og belastninger. Jeg lavede beregninger ved en

stigning på 10 % i effektivt middeltryk. Resultatet var en effekt stigning på 7,9 % ved

samme omdrejningstal. For at få en ide om en øget virkningsgrad lavede jeg en

sammenligning mellem øget effekt ved konstant omdrejningstal og forbedret

virkningsgrad. Dette er gjort mellem to sæt målinger fra fabrikstesten. Ud fra antagelsen

af at forbedringen af virkningsgraden er konstant, i forhold til effekt forøgelser ved

konstant omdrejninger, er disse beregninger sammenlignet med den forøget effekt i

beregningen på 7,9 %. Det har givet to forskellige tal, en forbedring i virkningsgrad på 3,6

% og 6,8 %. Det viser først og fremmest, at der er en besparelse ved den hævede

belastning. Det viser dog også, at man ikke kan regne forbedringen af virkningsgraden i

forhold til forøgelsen i effekt som værende konstant. Derfor bør der laves en test under

kontrollerede forhold, da det er svært at bestemme virkningsgraden ved beregning. Den

ændring i propellernes belastning har også en indvirkning på propellernes virkningsgrad.

Dette er dog ifølge teorien ubetydelig lidt i forhold til forbedringen af motorens

virkningsgrad ved højere belastning.

Med hensyn til love, omkring motorbelastning, har jeg ikke kunne finde nogen konkret

lov, der belyser problemstillingen. Motoren er lavet efter en standart, som er godkendt

inden for et vist arbejdsområde. Så længe belastningen ikke bevæger sig uden for det

område, er det ikke et problem. Men der skal laves en procedure for brugen af

propellerkurven til roligt farvand, som en del af skibets Safety Management System. Der

kan nemlig opstå et problem, hvis der ikke skiftes tilbage til normal drift, og skibet derfor

sejler ud på åbent vand, hvor bølgerne har stor indvirkning på skibets modstand. Her vil

man kunne risikere at motorernes belastning overstiges, hvilket kan resultere at en motor

sætter ud på grund af overlast eller i værste fald havarerer. Der er dog en række

sikkerhedsforanstaltninger, der skulle forhindre dette. Disse sikkerhedsforanstaltninger

bliver også kontrolleret med jævne mellemrum.


Side 41 af 44

Perspektivering De store fordel ved den ændrede belastning er en eventuel besparelse i form af

brændstof. Der kan være nogle fordele og ulemper der følger med ændringerne af

belastning som følge af den nye propellerkurve. Skibet DFDS King Seaways har igennem

en periode haft problemer med rystelser i skibet, det problem blev løst ved at sænke

belastningen i forhold til omdrejningerne, så omdrejningerne på propellerne blev hævet.

Det vil sige at der kan forekomme ændringer i mængden af vibrationer til det værre eller

bedre. Derudover sænker man den overskudskræft, skibet har ved et givent

omdrejningstal, dermed er der mindre kræftoverskud til at accelerationer. Det gør

accelerationer træge.


Side 42 af 44

Litteraturliste International Maritime Organization. (u.d.). Our Work: IMO. Hentede 25. 05 2015 fra IMO:

http://www.imo.org/OurWork/HumanElement/SafetyManagement/Pages/ISMCode.aspx

Kuiken, K. (2008). Diesel Engines I. Onnen: Target Gobal Energy Traning.

Kuiken, K. (2008). Diesel Engines II. Onnen: Targer Global Energy Traning.

Lauritsen, A. B., & Eriksen, A. B. (2012). Termodynamik (3 udg.). København: Nyt Teknisk

Forlag.

Maihak. (u.d.). Ship Preformance . Hentede 21. 05 2015 fra Hoppe Marine:

http://www.hoppe-marine.com/?q=en/node/9

MAN Diesel & Turbo. (2011). Basic Principles of Ship Prupulsion. København: MAN Diesel &

Turbo.

Nielsen, A., & Nielsen, J. (2002). Mekanisk Fysik og Varmelære (9 udg.). Odense:

Ehervervsskolernes Forlag.

Søfartsstyrelsen. (02. 04 2012). Retsinformation. Hentede 25. 05 2015 fra Retsinformation:

https://www.retsinformation.dk/forms/R0710.aspx?id=141283&exp=1#Bil14


Side 43 af 44

Bilag

Bilag 1 Test resultater for cylinder A1 og B1

Cro

wn

Sea

way

s -

ME

4: A

1, B

1 -

03/0

5/20

15 1

4:28

:31

4030

2070

6050

-30

9010

0-2

0-1

010

080

Cra

nk

ang

le [

deg

]

74 6670 5864 60 5472 6878 76 62 56

Cylinder pressure [bar]


Side 44 af 44

Bilag 2 Målinger fra test 1

Engine Cyl RPM MIP [Bar]

Pow [kW]

Pmax [Bar]

ME 4 A1 463.5 15.2 339.0 105.4

ME 4 A2 463.0 15.2 338.4 104.4

ME 4 A3 463.0 17.0 379.3 106.9

ME 4 A4 463.5 15.5 345.8 106.6

ME 4 A5 463.1 17.0 380.2 108.9

ME 4 A6 462.8 16.8 373.9 115.5

ME 4 B1 463.1 17.3 386.7 113.0

ME 4 B2 463.0 17.5 389.3 109.6

ME 4 B3 463.0 17.5 390.7 114.4

ME 4 B4 463.0 17.9 399.5 112.6

ME 4 B5 463.0 17.2 384.6 115.7

ME 4 B6 463.1 16.8 375.4 105.7

Total 4482.7

Average 463.1 16.7 373.6 109.9

Deviation 0.22 0.94 20.88 4.16

Deviation [%] 0.0 5.6 5.6 3.8

Bilag 3 Målinger fra test 2

Engine Cyl RPM MIP [Bar]

Pow [kW]

Pmax [Bar]

ME 4 A1 463.1 15.0 334.8 102.9

ME 4 A2 463.3 15.1 336.2 105.9

ME 4 A3 463.1 17.0 379.4 105.9

ME 4 A4 463.1 15.5 345.3 108.3

ME 4 A5 463.0 16.9 376.2 109.3

ME 4 A6 463.0 17.0 378.1 115.6

ME 4 B1 463.1 17.3 385.3 112.3

ME 4 B2 463.1 17.2 383.8 109.0

ME 4 B3 463.0 17.4 387.1 115.0

ME 4 B4 463.0 17.9 398.7 110.8

ME 4 B5 463.1 17.1 382.1 115.2

ME 4 B6 463.0 16.7 372.2 106.1

Total

4459.2 Average

463.1 16.7 371.6 109.7

Deviation

0.12 0.94 21.00 4.16

Deviation [%]

0.0 5.7 5.7 3.8

Documents

[FREMDRIVNINGS OPTIMERING]...Jim Lindegaard Nielsen – A11548 Fremdrivnings optimering Side 3 af 44 Resume Passagerskibet Crown Seaways fra rederiet DFDS sejler mellem København