İBB & İTÜ İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ GEMİ İNŞAATI VE DENİZ BİLİMLERİ FAKÜLTESİ ARAŞTIRMA VE UYGULAMA GURUBU

Transkript

1 İBB & İTÜ İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ GEMİ İNŞAATI VE DENİZ BİLİMLERİ FAKÜLTESİ ARAŞTIRMA VE UYGULAMA GURUBU T.C. İBB SGDB STRATEJİK PLANLAMA MÜDÜRLÜĞÜ İSTANBUL BOĞAZI NDA YOLCU TAŞIMAYA YÖNELİK DÜŞEY EKSENLİ PERVANELİ DOLMUŞ MOTORU FORM DİZAYNI VE MODEL DENEYLERİ Proje Yöneticisi Proje Grubu Proje Grubu Danışmanları Doç. Dr. Ali Can TAKİNACI Yard. Doç. Devrim Bülent DANIŞMAN Araş. Gör. Yük. Müh. Deniz UŞAR Araş. Gör. Yük. Müh. Ayhan MENTEŞ Prof. Dr. A. Yücel ODABAŞI Prof. Dr. Ömer GÖREN Prof. Dr. Muhittin SÖYLEMEZ Doç. Dr. Emin KORKUT İstanbul/TÜRKİYE EYLÜL Ticari Gizlidir 2007-İstanbul. Bu rapor yazarların izni olmadan çoğaltılamaz ve kopyalanamaz.

2 İÇİNDEKİLER İÇİNDEKİLER GİRİŞ TEKNE FORMU İYİLEŞTİRME/OPTİMİZASYON ÇALIŞMASI TEKNE GEOMETRİSİ VE HİDROSTATİK ANALİZ DİRENÇ DENEYLERİ Deney Koşulları Yüklü Su Hattında Direnç Deneyleri (T baş = T kıç = 2.00 m) SEVK ANALİZİ Voith -Schneider Pervane Sistemi Voith -Schneider Pervane Sisteminin Hidrodinamik Karakteristikleri Sevk Analizi SONUÇLAR VE ÖNERILER

3 İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ GEMİ İNŞAATI VE DENİZ BİLİMLERİ FAKÜLTESİ ARAŞTIRMA VE UYGULAMA GURUBU İ.B.B. İSTANBUL BOĞAZI NDA YOLCU TAŞIMAYA YÖNELİK DÜŞEY EKSENLİ PERVANELİ DOLMUŞ MOTORU FORM DİZAYNI VE MODEL DENEYLERİ BÖLÜM 1 GİRİŞ İstanbul/TÜRKİYE EYLÜL Ticari Gizlidir 2007-İstanbul. Bu rapor yazarların izni olmadan çoğaltılamaz ve kopyalanamaz.

4 1. GİRİŞ Bu çalışmada İstanbul Boğazı nda yolcu taşımacılığına yönelik kavramsal bir dizayn sunulmuştur. Dizaynda öncelikler manevra ve güç talebi olarak sıralandırılmıştır. Bu amaçla önce manevra yeteneği en iyi olan sevk sistemi ele alınmış; ve Voith Schneider pervane sisteminde karar kılınmıştır. Gerek verim gerekse uzun süreli kullanım açısından en uygun sistem olan Voith Schneider sistemi elektrik motorları ile tahrik olduğundan mevcut dizayn, dizel jeneratörlerin yanısıra ağır yakıtlı hatta doğal gazlı jeneratörler kullanımına da açıktır. Dizaynı gerçekleştirmek için önce Beşiktaş-Üsküdar arasında kullanılan mevcut bir dolmuş motoru formu baz alınarak modifiye edilmiştir. Bu form daha önce İTÜ Araştırma ve Uygulama Grubu Tarafından defalarca başarı ile kullanılan form optimizasyonuna tabi tutulmuştur. Optimizasyon sonucunda yarım balp uygulamasının başarılı olduğu görülmüş ve form yarım balplı olarak oluşturulmuştur. Bu uygulama sonucunda dalga direncinde %20 ye yakın tasarruf sağlanmıştır. Optimizasyon yöntemi Bölüm 2 de ayrıntılı olarak anlatılmıştır. Bölüm 3 de optimizasyon sonucunda elde edilen form ve hidrostatikler sunulmaktadır. Form planları ayrıca proje çalışması ile birlikte elektronik olarak sağlanacaktır. Bölüm 4 model deneyi ve direnç tahminlerine ayrılmıştır. Formun 1/11 ölçekli ahşap modeli İTÜ Ata Nutku Gemi Model Deney Laboratuarı nda yapılmıştır. Direnç deneyleri neticesinde formun ekonomik hızının 12 knot olmasına karar verilmiştir. Direnç deneylşerine ait fotoğraf ve video çekimleri proje ile birlikte sağlanacaktır. Sevk analizi Bölüm 5 te yapılmıştır. İTÜ Ata Nutku Gemi Model Deney Laboratuarı nda Voith Schneider model pervanesi olmadığı için sevk katsayıları üretici şirkete; Almanya ya sorulmuş; tahmini sevk katsayıları tarafımıza üretici şirket tarafından sağlanmıştır. Yapılan analiz sonucunda tekneyi 12 knot hızla sevk edebilmek için gerekli makina gücü 448 kw olarak belirlenmiştir. 1-1

5 Sonuç olarak elde edilen gücün forma kıyasla çok küçük olduğu vurgulanmış; ancak bu konuda nihai kararın ancak pervane üreticisi tarafından güçlü bir olasılıkla model deneyleri yapılarak teyit edilmesi gerektiği belirtilmiştir. 1-2

6 İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ GEMİ İNŞAATI VE DENİZ BİLİMLERİ FAKÜLTESİ ARAŞTIRMA VE UYGULAMA GURUBU İ.B.B. İSTANBUL BOĞAZI NDA YOLCU TAŞIMAYA YÖNELİK DÜŞEY EKSENLİ PERVANELİ DOLMUŞ MOTORU FORM DİZAYNI VE MODEL DENEYLERİ BÖLÜM 2 TEKNE FORMU İYİLEŞTİRME/OPTİMİZASYON ÇALIŞMASI İstanbul/TÜRKİYE EYLÜL Ticari Gizlidir 2007-İstanbul. Bu rapor yazarların izni olmadan çoğaltılamaz ve kopyalanamaz.

7 2. TEKNE FORMU İYİLEŞTİRME/OPTİMİZASYON ÇALIŞMASI 35.5 m Boğaziçi Dolmuş Motoru, ITU Araştırma ve Geliştirme Grubu tarafından model deneyleri öncesinde hidrodinamik analizlere ve form Optimizasyonuna tabi tutulmuştur. Hidrodinamik analizler ve form optimizasyonu çalışmalarında Araştırma Grubu tarafından geliştirilmiş olan bir yazılım (ITU-Dawson) kullanılmıştır. Bu yazılımda tekne ve etrafındaki serbest su yüzeyi, üzerine sabit şiddette kaynak/kuyu dağılımı yapılmış dörtgen panellerle temsil etmektedir. Gemi ve serbest su yüzeyinin dörtgen panellerle temsili Şekil 2.1 de görülebilir. Hidrodinamik analizler neticesinde yumrubaşı olmayan başlangıç formuna ( * ) yumrubaş (balp) entegrasyonunun direnç açısından önemli kazançları olduğu görülmüştür. Yumrubaş entegre edilirken yumrubaş ın tekneden çıkıntısının çok küçük olmasına dikkat edilmiş, böylece yolcu indirme/bindirme aşamasında karşılaşılabilecek olumsuz durumlardan kaçınılmaya çalışılmıştır. Şekil 2.2 ve Şekil 2.3 te başlangıç ve optimal formun enkesitleri ve profillerinin karşılaştırması görülmektedir. Şekil 2.4 te gemi profili üzerinde hesaplanmış olan dalga deformasyonlarının karşılaştırması verilmiştir. Şekil 2.5 ve Şekil 2.6 da genel bir karşılaştırma yapılabilmesi için gemi etrafındaki dalga deformasyonlarının kontur (eşyükselti) çizimleri verilmiştir. Bu grafiklerde gemi etrafındaki dalga deformasyonlarının optimal formda daha az olduğu görülmektedir. Şekil 2.7 de ise karşılaştırmalı dalga direnci eğrileri veirlmiştir. Yapılan hesaplamalar neticesinde optimal formun başlangıç formuna göre 12 knot dizayn hızında dalga direncinde %18 civarında daha kazançlı olduğu görülmüştür. Bu da toplam dirençte yaklaşık %10 kazanca karşılık gelmektedir. ( * ) Kasapoğlu K., Voith-Schneider Sevk Sistemi Kullanacak ve İstanbul Boğazı nda Çalışacak Olan Dolmuş Motoru Dizaynı, Bitirme Çalışması, Mayıs 2007, İTÜ Gemi İnşaatı ve Deniz Bilimleri Fakültesi Kütüphanesi 2-1

8 Ata Nutku Gemi Model Deney Laboratuarı X Şekil 2.1. Gemi ve etrafındaki serbest su yüzeyinin dörtgen panellerle temsili. Baslangic Optimal Şekil 2.2 Başlangıç ve optimal formların enkesitlerinin karşılaştırması. Baslangic Optimal Şekil 2.3 Başlangıç ve optimal formların profillerinin karşılaştırması. 2-2

9 Ata Nutku Gemi Model Deney Laboratuarı Başlangıç Optimal Şekil 2.4. Gemi profili üzerindeki dalga deformasyonlarının karşılaştırması. 2-3

10 Ata Nutku Gemi Model Deney Laboratuarı Baslangic Optimal V Şekil 2.5. Başlangıç formların gemi etrafındaki dalga deformasyonları kontur grafiği. Baslangic Optimal V Şekil 2.6. Başlangıç formların gemi etrafındaki dalga deformasyonları kontur grafiği, baş tarafa yakınlaştırılmış görünüm. 2-4

11 Ata Nutku Gemi Model Deney Laboratuarı Başlangıç Optimal Rw [kn] V [knot] Şekil 2.7. Başlangıç ve optimal formların hesaplamalı dalga dirençlerinin karşılaştırması. 2-5

12 İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ GEMİ İNŞAATI VE DENİZ BİLİMLERİ FAKÜLTESİ ARAŞTIRMA VE UYGULAMA GURUBU İ.B.B. İSTANBUL BOĞAZI NDA YOLCU TAŞIMAYA YÖNELİK DÜŞEY EKSENLİ PERVANELİ DOLMUŞ MOTORU FORM DİZAYNI VE MODEL DENEYLERİ BÖLÜM 3 TEKNE GEOMETRİSİ VE HİDROSTATİK ANALİZ İstanbul/TÜRKİYE EYLÜL Ticari Gizlidir 2007-İstanbul. Bu rapor yazarların izni olmadan çoğaltılamaz ve kopyalanamaz.

13 3. TEKNE GEOMETRİSİ VE HİDROSTATİK ANALİZ İ.T.Ü. Uygulama ve Araştırma Grubu tarafından dolumuş motoru tekne formu optimize edilmiş; model deneyleri gerçekleştirmiştir. Optimizasyon çalışmasına ait ayrıntılar 2. Bölüm de verilmiştir. Deney çalışması için, 1/11 ölçeğinde ve M295 olarak kodlanan tekne modeli, İ.T.Ü. Ata Nutku Gemi Model Deney Laboratuvarında inşa edilmiştir. İ.T.Ü. Ata Nutku Model Deney Laboratuvarında dizayn draftta, tam yüklü trimsiz (T = 2.0 m) model deneyleri yapılmıştır. M295 tekne formuna ait çeşitli geometrik detaylar Şekil 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5 ve 3.6 da gösterilmiştir. Model deneyi yapılan tekneye ait geometrik ve hidrostatik detaylar Tablo 3.1 de gösterilmiştir. Tam yüklü trimsiz durumdaki enkesit alanları eğrisi Şekil 3.7 ve hidrostatik detayları gösteren grafik Şekil 3.8 de verilmiştir. Önerilen genel yerleşim planı Şekil 3.9 da, temsili üç boyutlu geometri Şekil 3.10 da verilmektedir. Detay çizimler ve tekne üç boyutlu geometrisi raporla birlikte disk içinde verilecektir. 3-1

14 Ata Nutku Model Deney Laboratuvarı Tablo 2.1. M295 formu model ve gemi karakteristikleri - T baş = T kıç =2.00 m. Model Numarası M295 Ölçek (α) 11 Yükleme Durumu Dizayn draftı Model Gemi Dikeyler arası boy L BP (m) Su hattı boyu L WL (m) Islak boy L WS (m) Genişlik (maks.) B (m) Draft (mastori) T (m) Draft (AP) T A (m) Draft (FP) T F (m) Deplasman hacmi (m 3 ) Deplasman Δ (ton) Islak yüzey alanı A WS (m 2 ) Toplam dümen alanı A R (m 2 ) Toplam takıntı alanı A A (m 2 ) Balb kesit alanı A B (m 2 ) Balb kesit alan merkezi H B (m) Kıç ayna alanı A T (m 2 ) Kıç ayna alan merkezi H T (m) Blok katsayısı C B Prizmatik katsayı C P Orta kesit alan katsayısı C M Su hattı alan katsayısı C WP Hacim merkezinin boyuna yeri LCB (m) (+ başa) Yüzme merkezinin boyuna yeri LCF (m) (+ başa) Servis Hızı V S 1.86 m/s 12.0 knot 3-2

15 Ata Nutku Model Deney Laboratuvarı Şekil 3.1. M295 modelinin baş posta kesitleri. 3-3

16 Ata Nutku Model Deney Laboratuvarı Şekil 3.2. M295 modelinin kıç posta kesitleri. 3-4

17 Ata Nutku Model Deney Laboratuvarı Şekil 3.3. M295 modelinin kıç profil resmi. 3-5

18 Ata Nutku Model Deney Laboratuvarı Şekil 3.4. M295 modelinin baş profil resmi 3-6

19 Ata Nutku Model Deney Laboratuvarı Şekil 3.5. M295 Modelinin kıç su hatları resmi. 3-7

20 Ata Nutku Model Deney Laboratuvarı Şekil 3.6. M295 modelinin baş su hatları resmi 3-8

21 Ata Nutku Model Deney Laboratuvarı 12 En Kesit Alanları Eğrisi 10 8 A [m^2] X [m] Şekil 3.7. M295 modelinin tam yüklü halde enkesit alanları eğrisi. 3-9

22 Ata Nutku Model Deney Laboratuvarı MTc 2 Immersion (TPc) KML Draft m 1.5 KMt KB LCF 1 LCB WPA 0.5 Wet. Area Disp Displacement tonne Area m^ LCB, LCF, KB m KMt m KML m Immersion tonne/cm Moment to Trim tonne.m Şekil 3.8. M295 modelinin hidrostatik eğrileri (Hydromax çıktısı). 3-10

23 Ata Nutku Model Deney Laboratuvarı WHEEL HOUSE SLUDGE CO2 FRESH DO ROOM BALAST BALAST TANK WATER TANK TANK TANK SEAWAGE LAUNDRY EMERGENCY TANK GENERATOR PERSON PERSON PERSON BALAST TANK BALAST TANK BALAST TANK 1 PERSON 1 PERSON 1 PERSON SEAWAGE TANK SERVICE TANK DO TANK CO2 ROOM BALAST TANK FRESH WATER BALAST TANK STORE I.T.Ü. GEMI INSAATI VE DENIZ BILIMLERI FAKÜLTESI ALI CAN TAKINACI 35.5 m YOLCU MOTORU GENEL YERLESTIRME PLANI ÖLÇEK: 1/150 Şekil 3.9. M295 modelinin önerilen genel yerleşim planı (AutoCAD çıktısı proje dosyası ekindedir.). 3-11

24 Ata Nutku Model Deney Laboratuvarı Şekil M295 modelinin temsili üç boyutlu geometrik resimleri (Maksurf ve Rhino çıktıları proje dosyası ekindedir.). 3-12

25 İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ GEMİ İNŞAATI VE DENİZ BİLİMLERİ FAKÜLTESİ ARAŞTIRMA VE UYGULAMA GURUBU İ.B.B. İSTANBUL BOĞAZI NDA YOLCU TAŞIMAYA YÖNELİK DÜŞEY EKSENLİ PERVANELİ DOLMUŞ MOTORU FORM DİZAYNI VE MODEL DENEYLERİ BÖLÜM 4 DİRENÇ DENEYLERİ İstanbul/TÜRKİYE EYLÜL Ticari Gizlidir 2007-İstanbul. Bu rapor yazarların izni olmadan çoğaltılamaz ve kopyalanamaz.

26 4. DİRENÇ DENEYLERİ M295 kod numaralı model 2.0 m draftlı düz su hattında optimizasyon sonucunda elde edilmiştir. Daha sonra model 1/11 ölçekli olarak Ata Nutku Gemi Model Deney Laboratuvarı nın atölyesinde ağaçtan imal edilmiş ve dizayn draftında (T = 2.0 m) direnç deneylerine tabi tutulmuştur. Bu bölümde direnç deneylerine ait efektif güç tahminleri sunulmuştur. 4.1 Deney Koşulları Bütün deneyler Ata Nutku Gemi Model Deney Laboratuvarı büyük deney havuzunda yapılmıştır. Deney havuzu 160 m uzunluğunda 6 m genişliğinde ve 3.4 m derinliğinde olup; deney mürettebatı tarafından idare edilen, 6 m/sn hıza kadar çıkabilen ve raylar üzerinde giden deney arabasını haizdir. Deneylerdeki türbülans benzerliği modelin baş tarafına ve doğrusal stabilite sağlayıcıları üzerine yapıştırılan ve Fotoğraf 4.1 ve 4.2 de gösterilen pinler yardımıyla sağlanmaktadır. Deneylerde hesaba alınan takıntılar Tablo 4.1 de açıklanmıştır. Teknede boydan boya uzanan skeg tekne ile entegre olduğundan takıntı olarak sadece doğrusal stabilite sağlayıcıları alınmıştır. Direnç analizinde hava direnci etkisi hesaba alınmamıştır. Tüm direnç deneyleri doğrusal stabilite sağlayıcıları ile gerçekleştirilmiştir (Bkz. Fotoğraf 4.2). Deneyler sakin suda yapılmış olup, model trim ve dalıp-çıkmaya karşı serbest, yan öteleme ve savrulma hareketlerine karşı sabitlenmiştir. Form faktörü analizi Prohaska Yöntemi uyarınca yapılmış; elde edilen değer Tablo 4.2 de sunulmuştur. Tam ölçeğe ekstrapolasyon 80 mikron pürüz yüksekliği ile, 1999 yılında tekrar düzenlenen ITTC 1978 performans tahmin yöntemi kullanılarak yapılmıştır. Direnç analizi tablolarında kullanılan değişkenler Tablo 4.3 de açıklanmışlardır. Gemi ve modele ait, deneylerin yapıldığı şartlara karşı gelen, hidrostatik özellikler Tablo 4.4 de verilmiştir. 4-1

27 4.2 Yüklü Su Hattında Direnç Deneyleri (T baş = T kıç = 2.00 m) Yüklü su hattında model deneyleri doğrusal stabilite sağlayıcılar ile gerçekleştirilmiş olup; model direnç karakteristikleri Tablo 4.5 de ve Şekil 4.1 de verilmişlerdir. Gemiye karşı gelen değerler ise Tablo 4.6 ve Şekil 4.2 de verilmiştir. V s = 12 knot gemi hızına karşı gelen efektif güç, P e = 298 kw olarak belirlenmiştir.. Deneylerde form optimizasyonundan dolayı her hızda mükemmele yakın baş dalgası oluşumları gözlemlenmiştir. Dalga oluşumlarında problemli bir durum saptanmamıştır. Baş dalgalarında görülen dalga kırılması formun genişliğinden dolayı kaçınılmaz olup; etkinliği optimizasyon ile minimize edilmiştir. Fotoğraflar 4.3 ve 4.4 de 9.93 knot gemi hızına karşı gelen hızlarda baş ve kıç dalgası oluşumları verilmiştir. Fotoğraflar 4.5 ve 4.6 da knot gemi hızına karşı gelen hızlarda baş ve kıç dalgası oluşumları verilmiştir. Fotoğraflar 4.7 ve 4.8 de knot gemi hızına karşı gelen hızlarda baş ve kıç dalgası oluşumları verilmiştir. Fotoğraflar 4.9 ve 4.10 da knot gemi hızına karşı gelen hızlarda baş ve kıç dalgası oluşumları verilmiştir. Fotoğraflar 4.11 ve 4.12 de knot gemi hızına karşı gelen hızlarda baş ve kıç dalgası oluşumları verilmiştir. Fotoğraflar 4.13 ve 4.14 de knot gemi hızına karşı gelen hızlarda baş ve kıç dalgası oluşumları verilmiştir. Daha yüksek hızlarda,tekne işletmenin ekonomik olmadığı, aşırı dalga kırılması ve serpinti oluşumu sebebi ile deney yapılmamıştır. 4-2

28 Ata Nutku Gemi Model Deney Laboratuvarı Tablo 4.1 Formda bulunan takıntılar. Takıntı Alan Doğrusal Stabilite Sağlayıcıları ~6.70 m 2 Tablo 4.2 Dizayn draftta belirlenen form faktörü. Yükleme Durumu Form Faktörü (1+k) T baş = T kıç =2.00 m Tablo 4.3 Direnç analizinde kullanılan değişkenler. V S Gemi hızı (knot) Fn Forude sayısı - Vs / gl C f C v C r C a C t R m P e ITTC 1978 formülü uyarınca kullanılan direnç katsayısı. Viskoz direnç katsayısı: C v =(1+k)C f Artık direnç katsayısı. Model-gemi korelasyon katsayısı. Toplam direnç katsayısı. Ölçülen toplam model direnci (Newton). Efektif güç (kilowatt). 4-3

29 Ata Nutku Gemi Model Deney Laboratuarı Tablo 4.4. M295 formu model ve gemi karakteristikleri - T baş = T kıç =2.00 m. Model Numarası M295 Ölçek (α) 11 Yükleme Durumu Dizayn draftı Model Gemi Dikeyler arası boy L BP (m) Su hattı boyu L WL (m) Islak boy L WS (m) Genişlik (maks.) B (m) Draft (mastori) T (m) Draft (AP) T A (m) Draft (FP) T F (m) Deplasman hacmi (m 3 ) Deplasman Δ (ton) Islak yüzey alanı A WS (m 2 ) Toplam dümen alanı A R (m 2 ) Toplam takıntı alanı A A (m 2 ) Balb kesit alanı A B (m 2 ) Balb kesit alan merkezi H B (m) Kıç ayna alanı A T (m 2 ) Kıç ayna alan merkezi H T (m) Blok katsayısı C B Prizmatik katsayı C P Orta kesit alan katsayısı C M Su hattı alan katsayısı C WP Hacim merkezinin boyuna yeri LCB (m) (+ başa) Yüzme merkezinin boyuna yeri LCF (m) (+ başa) Servis Hızı V S 1.86 m/s 12.0 knot 4-4

30 Ata Nutku Gemi Model Deney Laboratuvarı Tablo 4.5 Yüklü su hattındaki model direnç katsayıları T baş = T kıç =2.00 m. V s Fn C f C v C r C t R m (Knots) *1000 *1000 *1000 *1000 (N) M295 FORMU: FORM FAKTÖRÜ (1+k) = OLAN MODELİN DİRENÇ KATSAYILARI Cf, Cv, Ct, * Fn - Froude Sayısı Cf Ct Cv Şekil 4.1 Yüklü su hattındaki model direnç katsayıları T baş = T kıç =2.00 m 4-5

31 Ata Nutku Gemi Model Deney Laboratuvarı Tablo 4.6 Yüklü su hattındaki gemi direnç katsayıları ve efektif güç gereksinimi T baş = T kıç =2.00 m. V s C f C v C r C a C t P e (Knots) *1000 *1000 *1000 *1000 *1000 (kw) GÜÇ (kw) M295 FORMU: FORM FAKTÖRÜ (1+k) = OLAN GEMİNİN EFEKTİF GÜÇ GEREKSİNİMİ HIZ (Knot) Şekil 4.2 Yüklü su hattındaki gemi efektif güç gereksinimi T baş = T kıç =2.10 m 4-6

32 Ata Nutku Gemi Model Deney Laboratuvarı Fotoğraf 4.1 Model başına yapıştırılan türbülans yapıcı pinler. Fotoğraf 4.2 Model arkasındaki doğrusal stabilite sağlayıcıları. Türbülans yapıcı pinler ayrıca doğrusal stabilite sağlayıcılara da yapıştırılır. 4-7

33 Ata Nutku Gemi Model Deney Laboratuvarı Fotoğraf 4.3 V s =9.93 knot gemi hızı için model baş dalgası. Fotoğraf 4.4 V s =9.93 knot gemi hızı için model kıç dalgası 4-8

34 Ata Nutku Gemi Model Deney Laboratuvarı Fotoğraf 4.5 V s =10.54 knot gemi hızı için model baş dalgası. Fotoğraf 4.6 V s =10.54 knot gemi hızı için model kıç dalgası. 4-9

35 Ata Nutku Gemi Model Deney Laboratuvarı Fotoğraf 4.7 V s =11.09 knot gemi hızı için model baş dalgası. Fotoğraf 4.8 V s =11.09 knot gemi hızı için model kıç dalgası. 4-10

36 Ata Nutku Gemi Model Deney Laboratuvarı Fotoğraf 4.9 V s =11.54 knot gemi hızı için model baş dalgası. Fotoğraf 4.10 V s =11.54 knot gemi hızı için model kıç dalgası. 4-11

37 Ata Nutku Gemi Model Deney Laboratuvarı Fotoğraf 4.11 V s =12.02 knot gemi hızı için model baş dalgası. Fotoğraf 4.12 V s =12.02 knot gemi hızı için model kıç dalgası. 4-12

38 Ata Nutku Gemi Model Deney Laboratuvarı Fotoğraf 4.13 V s =12.44 knot gemi hızı için model baş dalgası. Fotoğraf 4.14 V s =12.44 knot gemi hızı için model kıç dalgası. 4-13

39 İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ GEMİ İNŞAATI VE DENİZ BİLİMLERİ FAKÜLTESİ ARAŞTIRMA VE UYGULAMA GURUBU İ.B.B. İSTANBUL BOĞAZI NDA YOLCU TAŞIMAYA YÖNELİK DÜŞEY EKSENLİ PERVANELİ DOLMUŞ MOTORU FORM DİZAYNI VE MODEL DENEYLERİ BÖLÜM 5 SEVK ANALİZİ İstanbul/TÜRKİYE EYLÜL Ticari Gizlidir 2007-İstanbul. Bu rapor yazarların izni olmadan çoğaltılamaz ve kopyalanamaz.

40 5. SEVK ANALİZİ Bu bölümde, M295 kod numaralı modelin 2.0 m draftlı düz su hattında optimizasyon sonucunda elde edilen efektif güç gereksinimleri kullanılarak; Voith-Schneider Pervane seçimi yapılmış ve sevk analizi sonucunda forma konulması gerekli makine gücü tahmin edilmiştir. 5.1 Voith -Schneider Pervane Sistemi Günümüzde ülkemizde kullanım alanı çok az olan Voith Schneider sevk sistemi (Şekil 5.1) Dünya da pek çok ülkede kullanılmaktadır. Voith pervaneleri her yönden gelebilecek darbe, çarpma, halat zincir sarma ve diğer vurmalara karşı en emniyetli pervane muhafazasına sahiptir. Diğer sistemlerde ise hem emniyetli bir pervane muhafazası yoktur (her yönden gelecek tehlikeleri önleyebilecek ) hem dibe vurma ve pervanelere yabancı madde sarması olayında köprü üstünde kaptanın birkaç saniye gibi anlık durumlarda düğmeye basarak ana makinalar ve pervaneler arasındaki klaç ı ayırması mümkün olmamakta dolayısı ile hem romorkörlerde hemde manevra yaptırılan gemilerde hasar riski doğmaktadır. Ayrıca diğer sistemlerde tek makine ve tek pervane sistemi ile göreve devam etmek için makine dairesinde gerekli düzenlemelerin yapılmasıda ayrıca vakit almaktadır. Voith pervane sistemlerinde pervaneler ve ana makinalar arasında hidrolik turbo kaplinler yer almaktadır. Bilindiği üzere hidrolik turbo kaplinler güç iletimini en emniyetli, düzgün, salınımsız ve vibrasyonsuz iletirler. Romorkörlerde hidrolik kaplinler ana makinalardan gelen her türlü vibrasyon ve şokları absorb ederek pervane tarafına geçirmez ve aynı zamanda pervane sisteminde olabilecek arızalardada ana makinalara en emniyetli korumayı sağlar. Bir başka tür kaplinle teknik olarak bu şekilde performans ve emniyet sağlanmaz. Diğer pervane sistemlerinde ise hidrolik turbo kaplinler kadar emniyetli ve performansı olmayan elastik kaplinler ve klaçlar kullanılmaktadır. 5-1

41 Voith pervane sisteminde ise hem pervane muhafazası sayesinde kanatlarda en az hasar riski elde edilmekte ve hidrolik kaplinler kullanmaklada böylesi tehlikeli durumlarda ana makinalar ve pervaneler birbirinden ayrılmakta, olası büyük hasarlar engellenmekte ve geminin her an tek pervane ve tek ana makina ile anında ve vakit kaybetmeksizin göreve devam etmesi sağlanmaktadır.dolayısı ile Voith sistemi diğer sistemlere göre en güvenilir, en emniyetli ve en az hasar riski taşıyan pervane sistemidir. Voith pervanelerinde devir diğer pervanelerin ortalama 4 te 1 idir. Düşük pervane devri az aşınma, az yıpranma daha az tamir, bakım ve yedek parça kullanımı sağlar ve pervane sisteminin daha uzun ömürlü olmasını sağlar. Voith pervane sisteminde genel revizyon süresi normal çalışma şartlarında ila saat olup diğer pervane sistemlerinde revizyon süreleri çok kısa olmaktadır. Örneğin romorkörün ortalama yıllık 3000 saat çalışma süresi baz alınırsa Voith sisteminde revizyon yaklaşık 15 yıl sonra gerekmekte fakat buna karşın diğer pervane sistemleri aynı sürede en az üç kere fazla revizyona girip bakım onarım yedek parça giderleri bu oranda artmakta ve ekonomik işletme ömürleri kısalmaktadır. Binlerce Voith pervane sistemi 75 yıldan beri romorkörlerde, yolcu ve araba vapurlarında, yüzer vinçlerde, çıkarma gemilerinde, mayın gemilerinde, v.s. deniz araçlarında kullanılmaktadır. Ekonomik ömrünü doldurmuş ve eskimiş teknelerdeki Voith pervane sistemleri bakımdan geçirilerek yeni inşa teknelere dahi monte edilip kullanılmaktadır. (Long life cycle). Voith pervane sistemlerinin güvenilirliği, dayanıklılığı ve revizyon kayıtları ile ilgili çarpıcı örneklerden biriside Almanya, Avusturya ve İsviçre sınırında Constance gölünde çalışan Augsburg ve Austria isimli feribotlardır. Bunlardan Augsburg feribotu 27 yıl boyunca hiçbir ana revizyon görmeden çalışmıştır. Austria feribotu ise 1937 yılında inşa edilmiş ve ilk ana revizyon ise 1964 yılında yapılmıştır. Voith pervane sisteminde uzun süre yedek parça gerekmemekte ve gemi daha uzun süre görevde kalmaktadır. Voith pervane sisteminde elde edilen itme her yönde her açıda eşit olarak uygulanmakta ve böylece en yüksek manevra kabiliyeti elde edilmektedir. Puruva 5-2

42 pupa hattına paralel olarak sancak veya iskele tarafa gidebildiği gibi kendi ekseni etrafında 360 derece dönebilirler. Bu da göstermektedir ki Voith sistemiyle donatılmış gemilerin manevra kabiliyeti diğer pervane sistemleriyle donatılmış gemilerden çok üstündür. Voith pervaneleri diğer pervanelere göre daha sessiz olup su altından tekneye yansıyan ses ve titreşim en düşük seviyededir. Voith sisteminde kumanda kontrol sistemi mekanik tipte olup hiçbir elektrik ve elektronik güç kaynağına bağımlı değildir. Böylelikle tevzi tablolarında ve jenaratörlerde olabilecek bir arızadan dolayı tekne atıl ve manevra yapamaz durumda kalmaz. Diğer pervaneli romorkörler ise elektrik elektronik kumandalıdır. Pervane kontrol kumandası bir direksiyon ve bir pervane için birer adet olmak üzere 2 adet hız kolu (Speed lever) ile gücün yönünün 360 derece kontrolü sağlanmaktadır. İki hız kolu ayrı ayrı veya her ikisi birlikte aynı anda iki pervaneye birden kontrol sağlamakta kullanılır. Pervane itme kuvveti direksiyon ve hız kolları ile ana makine devrini değiştirmeden istenilen yönde kullanılır. Voith ile çalışan gemilerde ana makine yada pervane sisteminden birisi (Power trains) devre dışı kalırsa gemi % 50 kapasite ile çalışmaya devam ederek manevra ve çalışmasını tamamlar. Şekil 5.1 Voith-Schneider pervanenin genel görünüşü ve çalışma prensibi. 5-3

43 5.2 Voith -Schneider Pervane Sisteminin Hidrodinamik Karakteristikleri Voith-Schneider pervaneleri klasik pervanelerden farklı olduğu için hidrodinamik performans tanımları da farklıdır. Bunlar da klasik pervane gibi boyutsuz katsayılar cinsinden verilmektedir (Tablo 5.1) Tablo 5.1 Voith-Schenider Pervane Hidrodinamik Karakteristikleri Voith Tanımı İlerleme Katsayısı V λ = A π nd İtme Katsayısı T ks = 1 2 ρdlu 2 Moment Katsayısı 4M kd = 2 2 ρd Lu k Açık Su Verimi η0 = k S D λ Yukarıdaki tabloda kullanılan değişkenler; V A : Pervane ilerleme hızı m/2 n : Pervane devir hızı - RPS u : Kanat çevresel hızı m/s (u=πdn) D : Kanat çevresel çapı (m) L : Kanat uzunluğu (m) T : Pervane itme kuvveti (N) M : Pervanenin absorbe ettiği moment (Nm) ρ : Akışkan yoğunluğu kg/m 3 Şeklinde tanımlıdır. Bu katsayılar aynen klasik pervane tanımlamalarında olduğu gibi açık su diyagramları şeklinde ifade edilmişlerdir. Formda kullanılması uygun görülen pervane Voith 12K/90 tip pervane olup açık su değerleri Şekil 5.2 ve Tablo 5.2 de verilmiştir. Pervanenin teknik resim çizimi ise Şekil 5.3 de verilmiştir. 5-4

44 Ata Nutku Gemi Model Deney Laboratuvarı Şekil 5.2 Voith Pervane Açık Su Diyagramı (*) Tablo 5.2 Voith Pervane Açık Su Değerleri (*) λ k S k D η (*) Voith tarafından sağlanmıştır. 5-5

45 Ata Nutku Gemi Model Deney Laboratuvarı Şekil 5.3 Kullanılan pervanenin teknik resim çizimi (*) (*) Voith tarafından sağlanmıştır. 5-6

46 5.3 Sevk Analizi M295 formu sevk analizi sevk katsayıları Voith Şirketine sorularak gerçekleştirilmiştir. Aslında sevk analizinin sevk deneyi ile yapılması gerekirdi. Fakat laboratuar bünyesinde Voith model pervanesi bulunmadığı için analiz Voith e danışılarak gerçekleştirilmiştir. Analiz sonucu Tablo 5.3 ve Şekil 5.4 de verilmiştir. Bu tabloda ve şekillerde: V s : Gemi Hızı (knot) P e : Efektif güç (kw) P d : Pervaneye verilmesi gereken güç (kw) η : d Genel sevk verimi ηd = ηηη H 0 r η : H Tekne verimi η = ( 1 t) ( 1 w ) η : Açık su pervane verimi 0 η : Bağıl (rölatif) dönme verimi r w t : İz katsayısı t : Emme (itme azalması) katsayısı P bmin : H %96 İletim verimi ile belirlenen minimum makina gücü (kw) t M295 formunu dizayn draft ve takıntılı durumda 12 knot hızda sevk edebilmek için gerekli minimum makine gücü dizayn pervane değerleri ile P bmin =4 48 kws (çift makine toplam gücü) olarak bulunmuştur. 5-7

47 Ata Nutku Gemi Model Deney Laboratuvarı Tablo 5.3 M295 formuna ait dizayn draft ve takıntılı durum için minimum güç gereksinimi V s P e P d P w bmin t t η H η 0 η r η d (knots) (kws) (kw) (kw) Güç (kw) Pe Pbmin Hız(knot) Şekil 5.4 M295 formuna ait dizayn draft ve takıntılı durum için güç gereksinim eğrileri (sevk analizi sonuçları - T baş= Tkıç=2.00 m). 5-8

48 İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ GEMİ İNŞAATI VE DENİZ BİLİMLERİ FAKÜLTESİ ARAŞTIRMA VE UYGULAMA GURUBU İ.B.B. İSTANBUL BOĞAZI NDA YOLCU TAŞIMAYA YÖNELİK DÜŞEY EKSENLİ PERVANELİ DOLMUŞ MOTORU FORM DİZAYNI VE MODEL DENEYLERİ BÖLÜM 6 SONUÇLAR VE ÖNERİLER İstanbul/TÜRKİYE EYLÜL Ticari Gizlidir 2007-İstanbul. Bu rapor yazarların izni olmadan çoğaltılamaz ve kopyalanamaz.

49 6. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Bu çalışmada İstanbul Boğazı nda yolcu taşımacılığına yönelik kavramsal bir dizayn sunulmuştur. Dizaynda öncelikler manevra ve güç talebi olarak sıralandırılmıştır. Bu amaçla önce manevra yeteneği en iyi olan sevk sistemi ele alınmış; ve Voith Schneider pervane sisteminde karar kılınmıştır. Gerek verim gerekse uzun süreli kullanım açısından en uygun sistem olan Voith Schneider sistemi elektrik motorları ile tahrik olduğundan mevcut dizayn, dizel jeneratörlerin yanısıra ağır yakıtlı hatta doğal gazlı jeneratörler kullanımına da açıktır. Gerçekleştirilen dizayn sonucunda elde edilen formun Voith sevk sistemi kullanması ile tekneyi 12 knot hızla sevk edebilmek için gerekli makina gücü 448 kw olarak belirlenmiştir. Bu sonuç bu tip bir form için oldukça düşüktür. Sonuç olarak dizaynın ekonomik olduğu açıkça söylenebilir. Burada unutulmaması gerekli nokta sevk katsayılarının pervane üreticisi tarafından teyit edilmesidir. Bunun sebebi İTÜ Model deney laboratuarında Voith Schneider model pervanesi olmadığı için sevk deneyinin yapılamamasıdır. Bu aşamadan sonra yapılacak olan dizaynın iyi bir dizayn büro tarafından projelendirilmesidir. Yaklaşık 500 kilowatt kurulu gücü besleyebilecek dizel jeneratörün yanında son zamanlarda fiyatından dolayı kullanım oranı hızla artan ağır yakıt yakan jeneratörler de kullanılabilir. Hatta daha da ileri gidilerek uygun fizibilite çalışması ile doğal gaz ile çalışan jeneratörler de tercih edilebilir. Geliştirilen form kaliteli bir projelendirme ile kısa sürede inşa edilebilir. 6-1