13. GEMİ MAKİNE SİSTEMLERİ

Transkript

1 13. GEMİ MAKİNE SİSTEMLERİ 13.1 Gemilerin Sevk Zinciri ve Ana Güç Kaynağı Gemilerin görevlerini yerine getirebilmeleri için belli bir hareket yeteneğine sahip olmaları gerekir. Başta ticaret gemileri olmak üzere pek çok deniz taşıtındaki sevk sistemi, genellikle bir ya da birkaç pervanenin bir ana güç kaynağından bir güç nakil sistemi vasıtasıyla gerekli olan gücü almasını temin eder. İstenilen bu güç, değişik sistemler kullanılarak elde edilebilir. Genel olarak bir ana makine seçiminde göz önünde bulundurulması gereken faktörler, aşağıda sıralanmıştır: Ağırlık Hacim İlk yatırım maliyeti İşletme masrafları (özellikle yakıt ve yağlama yağı masrafları) Bakım-tutum masrafları (genel bakım ve yedek parça masrafları) Düşük hızlarda seyir ve manevra istekleri Montaj kolaylığı Gürültü ve titreşim faktörleri Güvenilirlik ve yedek parça bulma kolaylığı Her gemi tipi için bu faktörlerin önemi de değişmektedir. Ağırlık, ticaret gemileri için çok önemli bir faktör değildir. Ancak savaş gemileri, yüksek hızlı tekneler ve katamaranlar için büyük bir önem arz eder. Hacim için de benzer görüşler ileri sürülebilir. Ancak ağır devirli dizellerde, yükseklik bir kısıt olarak ortaya çıkabilir. İlk yatırım maliyeti ticaret gemilerinde en önemli unsur olarak ortaya çıkar. Daha doğru bir yaklaşım, ömür boyu maliyeti göz önüne almaktır. Ömür boyu maliyet kavramı hem ilk yatırım maliyetini hem de işletme ve bakım-tutum masraflarını içine alır. Örneğin ağır yakıt (Heavy Fuel Oil, HFO) maliyeti, deniz tipi dizel yakıtın (Marine Diesel Oil veya Gasoil, MDO) maliyetinin yaklaşık olarak yarısıdır. Dolayısıyla ağır yakıtla çalışan bir dizel makine, işletme açısından daha ekonomik olacaktır. Buna karşılık ağır yakıt kullanımı için bir ön ısıtma sistemi gerekecek ve bu da ilk yatırımı doğal olarak artıracaktır. Düşük hızlarda seyir ve manevra istekleri, bazı makine tiplerinin hiç göz önüne alınmamasını ortaya çıkarabilir. Örneğin böyle bir durumda gaz türbinleri hiç dikkate alınmazlar. 1

2 Gürültü ve titreşim faktörleri hem makine dairesi içinde hem de makinenin oluşturduğu zorlamalar sonucu yaşam mahallerinde birtakım sorunlar meydana getirirler. Günümüzde hem gürültü hem de titreşim için uyulması gereken uluslararası birtakım standartlar geliştirilmiştir. Güvenilirlik, seçilen marka ve modelin daha önceki uygulamaları sonucu oluşan bir izlenimdir. Sık sık arıza yapan sistemler genellikle istenmezler. Benzer şekilde yedek parça bulma kolaylığı söz konusu olmayan ana güç kaynakları da geminin navlun ve hatta bazen kontrat kaybına (iş kaybına) sebep olabileceğinden dolayı armatörlerce tercih edilmezler. Günümüzde gemilerde kullanılan ana güç kaynakları çoğunlukla dizel makineler ve gaz türbinleridir. Çok yakın bir tarihe kadar ana güç kaynağı olarak buhar türbinleri de kullanılmaktaydı Ana Makine Tipleri Ticaret gemilerinin büyük çoğunluğunda ana makine olarak dizel motorları kullanılır. Dizel motorlarında yakıtın yanması sonucu elde edilen enerji mekanik enerjiye çevrilir. Pulverize edilmiş (zerreler halindeki) yakıtın hava ile karışımı sıkıştırılarak ateşlenir ve ateşleme sonucu meydana gelen genişleme; piston ve piston kolu (biyel) vasıtasıyla krank şafta iletilir. Böylece mekanik enerji, krank şaftın dönmesiyle elde edilmiş olunur. Eğer ateşleme pistonun her en üst konuma ulaştığında oluyor ise bu tiplere iki zamanlı dizel motorları denilir. Eğer ateşleme pistonun her iki yükselişinde bir defa yapılıyor ise bu tiplere de dört zamanlı dizel motorları denilir. İki zamanlı dizel motorlarında, piston yükselirken hava ve yakıt karışımı silindire alınır ve valfler kapanır. Sıkışma en üst seviyeye ulaştığında ateşleme yapılır ve piston aşağıya doğru inmeye başlar. Daha sonra yanma sonucu oluşan gaz karışımı silindirden alınır (Şekil 13.1). Dört zamanlı motorlarda ise piston aşağıya doğru inerken hava ve yakıt karışımı silindirin içine alınır. Piston en üst noktada iken ateşleme yapılır. Ateşleme sonucu genişleyen gaz karışımı pistonu aşağıya doğru iter. Pistonun yukarıya çıkışında da yanma sonucu oluşan gazlar egzoza verilir (Şekil 13.2). Gemilerde kullanılan dizel motorları dakikada 60 ile 3000 arasında değişen devir sayılarına sahiptir. Bu nedenle dizel motorları; düşük, orta ve yüksek devirli olmak üzere üç farklı biçimde sınıflandırılır. Genellikle RPM dakikadaki devir sayısı, düşük devirli dizel motorlarında 60 ile 150 arasında, orta devirli dizel motorlarında da 450 ile 800 arasında ve yüksek devirli dizel motorlarında ise 1000 ile 3000 arasında değişir. Tablo 13.1 de 7000 kw güç değeri için düşük, orta ve yüksek devirli dizel motorlarının mertebe olarak bir karşılaştırılması verilmiştir. 2

3 Şekil 13.1 İki zamanlı dizel motorların çalışma prensibi. Şekil 13.2 Dört zamanlı dizel motorların çalışma prensibi. 3

4 Tablo 13.1 Yaklaşık 7000 kw güç değeri için dizel tiplerinin mertebe olarak karşılaştırılması. Özellikler Düşük Devirli Orta Devirli Yüksek Devirli RPM Dakikadaki Devir Sayısı (dev/dak) Ağırlık (ton-f) Ton-f başına m 3 Olarak Hacim Değeri Ton-f Başına kw Olarak Güç Değeri Ancak dizel motorlarında güç sınırları mevcuttur. Örneğin istenen güç değeri kw ı aşar ise o zaman sadece düşük devirli bir dizel motor veya gaz türbini kullanılabilir. Günümüzde hem düşük hem de orta devirli dizellerde ağır yakıt (HFO) kullanılabilir ve özgül yakıt sarfiyatları yaklaşık olarak 170 gr-f/(kwxsaat) mertebesindedir. Ancak yüksek devirli dizel motorları sadece dizel yakıtı (MDO) kullanır ve özgül yakıt sarfiyatları da yaklaşık olarak 200 gr-f/(kwxsaat) mertebesindedir. Şekil 13.3 ve Şekil 13.4 te düşük devirli bir dizelin resmi ve şematik olarak kesiti görülmektedir. Gaz türbinlerinin diğer ana güç kaynaklarına göre en büyük avantajları, hacim ve ağırlık değerlerinin oldukça az olmalarıdır. Örneğin kw lık düşük devirli bir dizelin ağırlığı 770 ton-f iken aynı gücü verebilen bir gaz türbininin ağırlığı yaklaşık olarak 22 ton-f tir. Buna karşılık özgül yakıt sarfiyatı 235 ile 285 gr-f/(kwxsaat) mertebesinde olup, özel yakıt kullanılması gerekir. Dolayısıyla gaz türbinleri özellikle savaş gemilerinde ve yüksek hızlı gemilerde kullanılır. Gaz türbinleri de yakıt enerjisini mekanik enerjiye çeviren bir sisteme sahiptir. Yakıtın yanması sonucu oluşan enerjinin sıkıştırdığı gaz, türbin üzerinden geçerek kanatçıklara uyguladığı kuvvet sonucunda türbin şaftını çevirir ve böylece mekanik enerji elde edilmiş olunur. Deniz tipi bir türbinin resmi ve tipik boyutları Şekil 13.5 te verilmiştir. 4

5 Şekil 13.3 Düşük devirli bir dizel makine. Şekil 13.4 Düşük devirli bir dizel makinenin şematik olarak kesiti. 5

6 Şekil 13.5 Deniz tipi bir gaz türbininin resmi ve tipik boyutları. 6

7 13.3 Ana Makineden Güç Nakli Ana makinede üretilen gücün pervane veya su jetine iletilmesi gerekir. Güç iletimi aşağıda verilen üç yöntemden birisi kullanılarak yapılır: Doğrudan Tahrik Yöntemi: Doğrudan tahrik yönteminde ana makine bir şaft vasıtasıyla doğrudan pervaneye bağlanır. Genellikle düşük devirli dizel motorlarında bu yöntem kullanılır. Eğer gemide pervane yerine su jeti kullanılıyor ise o zaman orta devirli dizel motorlar da sistemi doğrudan tahrik edebilir. Eğer sabit hatveli pervane kullanılıyor ise bütün manevralar yani hız düşürme ve geri hareket makine devir hızı ve devir yönü değişimi ile sağlanır. Dişli İle Tahrik Yöntemi: Bu tür bir sistemde pervane devri ile makine devri farklı olduğundan genellikle makinenin devir sayısı çok daha yüksek olduğundan dolayı bir dişli kutusu ile devir dönüşümü sağlanır. Dişli kutusu aynı zamanda makine devir yönü değişmeden pervane dönüş yönünü değiştirebilecek şekilde de dizayn edilebilir. Dolayısıyla sevk zinciri; ana makine, dişli kutusu, şaft ve pervaneden oluşur (Şekil 13.6). Elektrikli Tahrik Yöntemi: Bu sistemde dizel motorlar jeneratörleri tahrik ederek elektrik üretirler. Bu yöntemde ana makine ile pervane arasında doğrudan bir mekanik ilinti yoktur. Pervane bir elektrik motoru yardımıyla çevrilir. Sistemin avantajı gemi sevk gücü ve diğer enerji taleplerinin hepsi elde edilen elektrik enerjisi ile karşılanır ve yeterince yedekleme olduğundan dolayı güç kesintisi söz konusu olmaz. Ayrıca doğrudan mekanik bir ilinti olmadığı için, makine dairesi gemi kıç bölgesi yerine başka bir yerde örneğin baş tarafta olabilir. Şekil 13.6 Orta devirli bir dizel makineden güç nakli. 7

8 13.4 Diğer Güç Sistemleri Gemi sevki ve görev ifasında ana makine, dişli kutusu, şaft ve pervane dışında işlev veren pek çok unsur daha mevcuttur. Bunlar sırasıyla aşağıda açıklanmıştır: Sevk Zinciri Destek Sistemleri: Bunlar yağlama yağı, yakıt, soğutma, ilk hareket, tatlı su oluşturma vs. gibi sistemler olup, bunların bir kısmı makine üstüne monte edilir ve diğer bir kısmı da ayrı olarak konuşlandırılır. Diğer Güç Üreticileri: Bunların başında elektrik gücü üretimi gelir. Uluslararası kurallar gereği bir gemide en az hangi kapasitede ve kaç tane jeneratör olacağı bellidir. Gerçek kapasite değerleri gemi güç analizi yapılarak belirlenir ve yüzde yüz yedekleme esas alınır. Ayrıca liman hizmetleri ve acil durumlar için de bir dizel jeneratörün bulunması zorunludur. Ekonomik nedenlerle bugün pek çok gemide elektrik enerjisi seyir sırasında bir şaft jeneratörü yardımıyla temin edilir. Şaft jeneratörü bir dişli vasıtasıyla şaft devrini jeneratör devrine dönüştürerek sisteme elektrik gücü sağlar. Gemilerdeki başka bir güç kaynağı da kazanlardır. Kazanlar doğrudan yakıt yakarak ısı enerjisi yaratabileceği gibi, egzoz gazındaki ısıdan da yararlanabilir (örneğin baca kazanı gibi). Hizmet Sistemleri: Bu sistemler geminin işlevini yerine getirmesi için gerekli unsurlarla, gemideki hizmetlerin teminini sağlarlar. Balast pompa sistemi, temiz su sistemi, atık su sistemi, seperatörler (ayırıcılar), yakıcılar vs. bu tip sistemler için tipik örneklerdir. Şekil 13.7a ve Şekil 13.7b de tipik bir konteyner gemisinin makine dairesi aranjmanı verilmiştir: Şekil 13.7a Tipik bir konteyner gemisinin makine dairesi düzenlemesinin profil görünüşü. 8

9 Şekil 13.7b Tipik bir konteyner gemisinin makine dairesi düzenlemesinin üstten görünüşü Yakıtlara Ait Temel Bilgiler: Genellikle termik (ısıl) değeri olan bütün temel yakıtlar yani petrol ürünleri, kömür, ağaç, doğalgaz vb. gibi maddeler yakıt olarak kullanılabilir. Ayrıca bazı ülkelerin belli tip savaş gemilerinde nükleer yakıt da kullanılmaktadır. Ancak günümüzde en çok kullanılan yakıtlar petrol türevleridir. Petrol ürünleri çoğunlukla özelliklerine göre sınıflandırılırlar. Bu kapsamda petrol ürünlerinin göz önüne alınan özellikleri aşağıda sıralanmıştır: Isıl Değer: Bu değer yakıtın yanma sonrası vereceği enerjiyi belirler ve kj/kg-f cinsinden tanımlanır. Ateşleme Gecikmesi: Bu ölçüt, ateşleme-yanma süresi hakkında izafi bir fikir verir. Yüksek bir değer, ateşleme gecikmesinin kısa olmasını gösterir ve yüksek devirli dizel motorların yakıtları için oldukça önemli bir özelliktir. 9

10 Yoğunluk: Bu özellik yakıtın arındırılması yönünden önemlidir (su ile olan karışımın arındırılması gibi). Yoğunluk su yoğunluğuna yaklaştığında, ayrışım için yakıtın ısıtılıp yoğunluğunun azaltılması gerekir. Akma Noktası veya Viskozite: Akma noktası yakıtın ısıtılması sonucu hangi sıcaklıkta kendiliğinden akacağını gösterir. Parlama Noktası: Yakıt buharının hangi sıcaklıkta parlayacağını gösterir. Güvenlik yönünden kabul edilebilir en düşük parlama sıcaklığının 60 santigrat derecenin üstünde olması gerekir. Saflık: Bu, yakıt içinde bulunan istenmeyen su, sediment (tortu) vb. gibi maddelerin oranını gösterir. Pas Yaratma: Bu ölçüt, korozyona (aşınmaya) neden olabilecek sülfür, potasyum, sodyum ve kalsiyum gibi istenmeyen kimyasal maddelerin yakıttaki oranını belirler. Petrol ürünleri ayrıca bazı test ve standart kuruluşlarınca guruplandırılır ve numaralandırılır. Ancak gerçek değerlendirme yukarıda belirtilen özelliklere göre yapılır. 10