Gemi Makine ve Sistemleri Dr. Seyfettin Bayraktar Makine (Motor) Nedir? Yakıtın yakılmasıyla elde edilen ısı enerjisini hareket enerjisine çeviren sistemlere motor denir. 2 İlk çağlardan beri insan yaşamına etki eden buluşlardan bazıları: Ateşin bulunması Hayvanların ehlileştirilmesi Matbaanın bulunması Buhar makinelerinin bulunması İçten yanmalı motorların bulunması Elektriğin bulunması.. 3 1
Motorlarin Siniflandirilmasi A. Yakitin Yakilma Yerine Gore Motor Çeşitleri: 1. Distan Yanmali Motorlar 2. Icten Yanmali Motorlar B. Silindir Sayilarina Gore Motor Çeşitleri: 1. 2-Silindirli (2-S), 4-Silindirli (4-S), 6-S, 8-S, 10-S, 12-S, 16-S 2ZB3.SWF 4 4-S motor 12-S motor Motorlarin Siniflandirilmasi C. Silindir Birlestirme Sekillerine Gore Motor Çeşitleri: : 1. Sira tipi 2. V tipi 3. Boksor tipi 4. Yildiz tipi 5. X tipi 6.. 5 Motorların Sınıflandırılması 6 D. Zamanlarına Gore Motor Çeşitleri: 1. 2-zamanlı 2. 4-zamanlı E. Çevrimlerine Gore Motor Çeşitleri: 1. Otto Cevrimi 2. Dizel Cevrimi 3. Karma (Selliger) Cevrimi F. Yaktığı Yakitlara Gore Motor Çeşitleri: 1. Benzinli motorlar 2. Dizel motorlar 3. LPG motorlar 4. Gaz türbinli motorlar G. Soğutma Sistemlerine Gore Motor Çeşitleri: 1. Su soğutmalı motorlar 2. Hava soğutmalı motorlar Nikolaus Otto, 1832-1891) Rudolf Diesel, 1858-1913) 2
Yakıtın Yakılma Yerine Gore Motorlar Yakıtın Yakılma Yerine Gore Makineler (Motorlar) Dıştan yanmalı makineler Her iki makine de hava girişi ve egzoz çıkışı için valfler mevcuttur. İçten yanmalı makineler 7 piston kazan buhar su Yanma odası piston ICTEN YANMALI MOTOR DISTAN YANMALI MOTOR Dıştan Yanmalı Makineler Buhar türbini gibi dıştan yanmalı makinelerde, buhar pistonun dışında üretildikten sonra pistonu itmekte kullanılır. Bu tip motorlarda buharın üretilmesi amacıyla bir kazana (boiler) ihtiyaç vardır. Su bu kazanda buharlaştırılır ve bu buhar basınç altında silindire gönderilerek pistonu aşağıya itmesi sağlanır. İki ana gruba ayrılabilirler: 1. Pistonlu Buhar Makinesi (verimleri düşük olduğundan (%18) gemilerde kullanılmazlar) 2. Buhar Türbini (850 000 BG e kadar güç üretebilirler, Yüksek güç istenen ticari ve askeri gemilerde kullanılabilirler. 8 Buhar Türbini Cevrimi Buhar Türbini Polonya destroyerinde kullanilmis bir buhar turbini buhar buhar Yüksek basınç türbini Orta-basınç türbini Düşük basınç türbini 9 buhar egzoz 3
Yakıtın Yakılma Yerine Gore Motorlar: ICTEN YANMALI MAKINELER 1. DIZEL MOTORLAR Dizel motorlarında, temiz hava makine silindirleri içine emilir veya kuvvetle doldurulur. 10 Silindir içinde piston tarafından sıkıştırılan havanın basıncı (28-35 bar) ve sıcaklığı (450-650 0 C) yükselir. Bu kızgın havanın içine püskürtülen yakıt zerrecikleri, havanın sıcaklığı yakıtın tutuşma sıcaklığından yüksek olduğundan, kendiliğinden tutuşur. Yanma sonucunda oluşan gazların basınç ve sıcaklığı 40-80 bar, 1400-1900 0 C ye yükselir ve pistonu silindir içinde hareket ettirerek isi oluştururlar. İş pistonlu buhar makinelerinde olduğu gibi hareketli bir donanım yardımıyla krank miline iletilir. Dizel motorlar yakıt harcamalarının düşük, verimlerinin yüksek ve manevra yeteneklerinin ustun olması nedeniyle çok yaygın olarak gemi sevk makinesi olarak kullanılırlar. Dizel motorlarının en önemli sakıncası tek bir birimden elde edilen gücün sinirli olmasıdır. Yüksek güç gereken yerlerde ya birden fazla motor kullanılmalı ya da buhar türbinleri göz önüne alınmalıdır. Yakıtın Yakılma Yerine Gore Motorlar: ICTEN YANMALI MAKINELER 2. BENZINLI MOTORLAR Belirli oranlarda karıştırılan hava-yakıt karışımı silindir içine emilir veya kuvvetle doldurulur. Hava-yakıt karışımı karbüratör adi verilen bir cihazla hazırlanabildiği gibi emme borusuna veya silindir içerisine yakıt püskürten sistemler de mevcuttur. Hava-yakıt karışımı piston tarafından sıkıştırılır. Sıkıştırma sonucunda yakıt, hava ile çok iyi yanıcı bir karışım oluşturur. Bu karışım dizel motorlarında olduğu gibi kendiliğinden tutuşmaz. Buji adi verilen bir elektriksel cihazın elektrodlarıarasında oluşturulan bir kıvılcım hava-yakıt karışımını ateşler. Yakıtın tümü birden patlama seklinde yandığından bu makinelere `patlamalı motorlar` adi da verilir. Yanma sonucunda oluşan yüksek gazlar isi oluşturarak dizel motorlarına benzer bir donanım yardımıyla krank milinin dönmesini sağlarlar. Benzinli motorlar bazı küçük güç gerektiren dıştan takma motor uygulamaları dışında gemilerde kullanılmazlar. Bunun nedeni hem küçük güçleri nedeniyle sevk makinesi görevi yapamamaları hem de yakıtlarının düşük parlama noktası nedeniyle yangın risklerinin yüksek olusudur. 11 Yakıtın Yakılma Yerine Gore Motorlar: ICTEN YANMALI MAKINELER 3. GAZ TURBINLERI Bu makinelerde kompresör atmosferden aldığı temiz havayı sıkıştırmakta, basınç ve sıcaklığı yükselen hava yanma odasına gönderilmektedir. Yanma odasına gönderilen havanın sıcaklığı içine püskürtülecek yakıtın yanmasını sağlayacak değerdedir. Böylece elde edilen basınçlı ve sıcak gazlar, yapısı buhar türbinlerine benzeyen türbinde genişletilmekte ve is elde edilmektedir. Son yıllarda genel verimlerinin yüksek olması ve Bunker C (No.6 Fuel-oil) ile çalışma yetenekleri gaz türbinlerinin hem gemi ana makinesi olarak hem de elektrik enerjisi üretmek üzereyaygın bir bicimde kullanılmaktadır. Türbin giriş sıcaklığının malzeme dayanımı ile ilgili olarak sinirli olması esas problemlerden biridir. 12 4
Yakıtın Yakılma Yerine Gore Motorlar: ICTEN YANMALI MAKINELER 3. GAZ TURBINLERI 13 Basit bir gaz turbini tesisi Yakıtın Yakılma Yerine Gore Motorlar: ICTEN YANMALI MAKINELER 3. GAZ TURBINLERI 14 Yakıtın Yakılma Yerine Gore Motorlar: ICTEN YANMALI MAKINELER 3. GAZ TURBINLERI 15 5
İçten Yanmalı Motorların Çalışma Prensibi ve Motor Elemanlarının Tanıtılması 16 Tanımlar ve Terimler silindir ÜÖN Silindir hacmi piston AÖN 17 Tanımlar ve Terimler ÜÖN Kurs(Strok) AÖN 6
Tanımlar ve Terimler ÜÖN Silindir hacmi Kurs(Strok) AÖN 19 19 Tanımlar ve Terimler fourstrokeanimation.mp4 20 Tanımlar ve Terimler silindir ÜÖN Yanma odası hacmi piston Silindir hacmi 21 AÖN 7
Tanımlar ve Terimler 22 Sıkıştırma Oranı cc: cubic centimer=cm 3 2300 cc lik bir motor demek, silindirlerinin toplam hacmi 2300 cm 3 =2.3 lt olan motor demektir. Silindir hacmi (Vh) + Yanma odası hacmi (Vc) Sıkıştırma Oranı = Yanma odası hacmi (Vc) 750 cc+50cc 800 = = 16 23 50cc 50 1 Motor Elemanlarinin Tanitilmasi yanma odasi Silindir kafasi Valf ceketi Atesleme sistemi Karburatorden geliş Egzost valfi piston Biyel (Konekting rod) kamşaft giris valfi valf kolu (manivela) dişliler krankşaft 24 Şekilde 4-zamanlı, içten yanmalı ve TEK SILINDIRLI bir benzinli motor gösterilmektedir. 8
Motor Elemanlarinin Tanitilmasi Krank mili (kranksaft) 25 Motor Elemanlarinin Tanitilmasi Krank mili (kranksaft) 26 Motor Elemanlarinin Tanitilmasi Kam mili 27 9
Motor Elemanlarinin Tanitilmasi Motor Blogu 28 Motor bloğu 29 Motor Elemanlarinin Tanitilmasi Silindir Kapagi 30 10
Motor Elemanlarinin Tanitilmasi Piston ve Piston Kolu (biyel) 31 Motor Elemanlarinin Tanitilmasi Subaplar Volan 32 33 11
gaz hava Emme kamşaftı Egzoz kamşaftı Buji Zamanlama kayışı Egzoz gazları krankşaft 34 Motor Elemanlarinin Tanitilmasi Silindir ve piston: Tipik bir motorun her bir silindirinde ileri-geri veya aşağı-yukarı hareket eden bir piston vardır. Piston, biyel (konekting rod) adi verilen bir bağlantı elemanı yardımıyla kranksaft`a bağlanır. Motordaki piston(lar) yanma odasında yakıtın yanmasıyla oluşan gücü biyel vasıtasıyla krankşafta iletir. Pistonun üst tarafı düz, konkav (çukur, içbükey) olabileceği gibi dışbükey veya türbülans oluşturarak daha iyi karışıma neden olması daha karmaşık şekillerde de olabilir. biyel (Konekting rod) ve kranksaft: Pistonun aşağı-yukarı hareketi karşılıklı hareket olarak bilinir. Bu karşılıklı hareket vasıtayı hareket ettirmek için dönel (rotary) harekete çevrilmelidir. Bu ise kranksaft ve biyel ile sağlanır. Piston pini (Biyel) Konekting rod Krank pini Krank şaft civata piston Sızdırmazlık elemanı 35 Motor Elemanlarinin Tanitilmasi Biyel (piston rodu, konekting rod) kranksaft volan Güç aktarımı piston 36 silindir 12
Motor Elemanlarinin Tanitilmasi 37 Biyel (piston rod) silindirler krankşaft 38 39 13
Silindir bloğu ve doğrusal silindir düzenlemesi 40 Makine Temeli 41 Motor blogu 42 14
Silindir kafasi 43 Piston ve segmanlar 44 biyel 45 15
Krank mili ve yataklari 46 animasyon Ford motor 47 Egzoz gaz alicisi Egzoz valfi Yakit pompasi Turbosarser Hava alicisi Kamsaft Hava sogutucu su Yaglama yagi devresi Konekting rod Krankrod sizdirmazlik elemani Motor alt kismi 48 Kranksaft Motor alti 16
Silindir kapagi Egzoz gaz alicisi Egzoz valfi silindir piston Piston rodu Krankkeys yuvasi Krankpin sizdirmazlik elemani Krankkeys yatagi Korset sizdirmazlik elemani Konektin rod kranksaft disli 49 Temel civatasi Dusuk orta devirli motor 50 RTA96 DIZEL MOTORU 51 17
4-zamanli bir dizel motorun calismasini gosteren video 52 MOTORUN CALISMASI 6. Hava-yakit karisimi pistona girer 1. Hava karburatore girer Her iki valf kapalidir 7. Egzoz valf kapanir 8. Piston asagiya hareket eder 5. Emme valfi acilir 2. Yakit karburator borusundan cikar Hava-yakit karisimi sikistirilir 4. Valf manivelasi valfi kaldirir Piston yukari cikar 3. Kam lobu valf manivelasini kaldirir 53 EMME STROKU SIKISTIRMA MOTORUN CALISMASI Her iki valf kapalidir 3. Egzoz valfi acilir 4. Emme valfi kapalidir Kivilcim karisimi tutusturur Piston asagiya iner 2. Valf manivelasi (kolu) valfi yukari hareket ettirir 5. Piston yukari hareket eder 1. Kam lobu valf manivelasini yukari kaldirir GUC STROKU EGZOST STROKU 54 18
VIDEO 2-STROKLU, 4-STROKLU MOTORLAR KRANKSAFTIN IKI DEVRI VE KAMSAFTIN BIR DEVRI ILE 4-STROKLU BIR MOTOR, CEVRIMINI TAMAMLAMIS OLUR. BU TIP BIR MOTOR 4-STROKLU ya da OTTO-CEVRIMLI MOTOR OLARAK ADLANDIRILIR. 1976 YILINDA ILK DEFA DR.N.A.OTTO TARAFINDAN UYGULANDIGINDAN DOLAYI BU ISIMLE DE ADLANDIRILIR. 2-STROKLU BIR MOTORDA ISE EMME, SIKISTIRMA, GUC VE EGZOST STROKLARI PISTONUN IKI STROKUNDA TAMAMLANIR. 55 2-ZAMANLI (STROK) MOTORLAR 2-stroklu bir benzinli motorda geri kalan tüm stroklar guc strokudur. Her bir zamanda piston aşağıya inerek güç stroku oluşturur. Emme, sıkıştırma, güç ve egzoz stroklari olmasına rağmen tümü sadece 2-strokta gerçekleşir. Emme ve egzoz portlari, silindir kafası yerine silindir çeperi üzerinde açılmıştır.güç strokunda piston aşağıya indiğinde, önce egzoz portunu açarak yanmış gazların dışarı atılmasını sağlar. Daha sonra emme portunu açarak yanma odasına hava-yakıt karışımının alınması sağlanır. Daha sonra yukarı doğru hareketinde her iki portu da ayni anda kapatarak tutuşma ve daha sonraki stroklar için sıkıştırma işlemini başlatır. Buradaki pistonlar genelde gelen hava-yakıt karışımının doğrudan yukarı yönlendirilmesi amacıyla özel olarak tasarlanmışlardır. Ayni zamanda krank gövdesinde hava-yakıt karışımının girmesi için bir giriş daha vardır. Bu giriş, piston yukarı doğru hareket ederken açılırken, piston aşağıya inerken kapanır. Piston aşağıya inerken krank gövdesindeki karışımı yavaşça sıkıştırır ve karışımın basıncını artırarak, karışımın emme portuna gitmesini sağlar. Bu işlem süpürme ya da skavenc işleminin verimini artırır. 56 2-Zamanlı Motor Silindir kafası Soğutma finleri Egzoz portu Emme portu Biyel (konekting rod) krankşaft Piston Transfer portu karter 57 19
Sıkıştırma Zamanı (Compression) Piston sıkıştırma zamanı için yukarı doğru hareket ederken egzoz portunun kapatılıp, emme portunun açılması sağlar. Emme portundan sadece havanın veya hava-yakıt karışımının alınması gerçekleşir. 58 Ateşleme Zamanı (Ignition) Sıkıştırma zamanının sonunda, sıkıştırılarak basıncı artırılmış havanın veya hava-yakıt karışımına, eğer sadece hava emilmişse yakıt püskürtülerek, eğer hava-yakıt karışımı alınmış ise karışımın içine ateşleme yapmak suretiyle karışımın ateşlenmesi sağlanır. Ateşlenen karışım pistonu aşağıya iterek İŞ yapılmasını sağlar. 59 Egzoz ve İş Zamanı (Work) Ateşleme sonunda silindir içerisinde oluşmuş yüksek basınç pistonun aşağıya inmesini sağlar. Piston aşağıya doğru hareket ederken önce egzoz portunu açarak yanmış gazların silindirden atılması gerçekleşir. Bu sırada emme portu ve transfer portu piston tarafından kapatılmış olduğundan silindire henüz temiz hava veya haya-yakıt karışımı alınmamıştır. Ancak pistonun aşağıya hareketinden dolayı karterdeki hava veya havayakıt karışımı basınçlandırılmış olur. 60 20
Emme Zamanı (Intake) Piston aşağıya doğru hareketine devam ettiğinde transfer portunu açarak, karterde bekleyen basınçlandırılmış havanın silindire dolması sağlanır. Transfer portundan gelen hava veya hava-yakıt karışımı basınçlı olduğundan henüz tamamen atılmamış olan egzoz gazlarının da atılmasını sağlar. Bu sırada piston sıkıştırma zamanı için yukarı doğru hareketine başlamıştır. 61 2-zamanli motor animasyonu 62 2-Strok ve 4-Stroklu 4 Motorlarin Mukayesesi Iki motor arasindaki en onemli fark, urettikleri guc ve gucu urettikleri strok sayisidir. Ayni buyuklukte ve ayni hiza sahip sahip 2-zamanli motorlarin 4-zamanli motorlara gore iki kat daha fazla guc urettigi dusunulebilir. Oysaki durum bu sekilde degildir. Guc strokunun sonunda yanmis gazlarin atilmasi ve egzoz ve emme portlarinin her ikisinin de acik olmasi esnasinda iceriye giren taze hava-yakit karisimi egzoz gazlariyla karisarak egzoz portundan egzoz gazlariyla beraber disari atilir. Ayrica daha kisa zaman diliminde gerceklesmesi dolayisiyla emme strokunda daha az miktarda hava-yakit karisimi iceriye alinmis olur. 4-zamanli motorda uretilen guce nazaran 2-zamanli motorda elde edilen gucte daha az olur. Bu durumu biraz olsun duzeltmen amaciyal iceriye daha fazla hava-yakit karisimi alinmasi icin bir takim yontemlere basvurulur. Bunlardan ikisi SUPERCHARGER ve TURBOCHARGER dir. 63 21
Dizel Motoru Benzinli Motor İcat eden Rudolf Diesel 1892 Nicholas Otto 1876 Sıkıştırma Hava Karışım Sıkıştırma oranı 14/1-22/1 7/1-11/1 Sıkış. sonu sıcak. 500-700 o 300-500 o Sıkış. sonu basıncı 30-45 bar 10-1515 bar Yakıt sistemi Ateşleme Eksoz gazı Yakıt cinsi Pompa/Enjektör Sıcak hava CO miktarı az Motorin Karbüratör Buji kıvılcımı CO miktarı fazla Benzin Alev alma noktası 65 o C 21 o C altında Döndürme momenti 100-700 Nm 100-150150 Nm Yanma Sabit basınçta Sabit hacimde Yakıt Tüketimi 190-285 g/kwh 285-345 g/kwh 64 Yapı 4 Zamanlı Motorlar 2 Zamanlı Motorlar Masraflı, pahalı ve daha çok hareketli parça basit, ucuz ve daha az hareketli parça Çevrim 720 o 360 o Aşıntı Aşırı Doldurucu Güç Yakıt sarfiyatı Maliyeti Soğutma 1 kat 2 kat Var 1 kat Az Pahalı Zor Var X 1.5 kat Çok Ucuz Kolay 65 Gemi Sevk Sistemi Geminin sevki icin gerekli olan guc sevk makinesi tarafindan uretilir ve sevk cihazina (ornegin pervane) gonderilir. Sevk cihazi tarafindan alinan guc teknenin sevki icin itme kuvvetine cevrilir. 66 22
Şaft jeneratörü ana makine çalışırken geminin elektrik ihtiyacını karşılar. pervane Şaft jeneratörü Pervane şaftı Stern tüp redüktör Makine şaftı Ana makine Redüktör, ana makinenin devrini 1000 rpm den 200 rpm gibi düşük devirlere düşürür (5:1) 67 Sevk Zinciri BHP: Break Horse Power: Kayipsiz haldeki guc SHP: Shaft Horse Power: Shafttaki kayiptan sonraki guc DHP: Drawbar Horse Power: Tekneden sonra, pervaneden once olculen guc EHP: Effective Horse Power: Tum kayiplardan sonra ise yarayan guc THP: True Horse Power: Tum kayiplardan sonra ise yarayan nihai guc 68 Beygir gücü Yaklaşık olarak 1 saniyede 75 kilogramlık ağırlığı 1 metre yüksekliğe kaldırabilen kuvvete 1 beygir gücü denir. 69 1 Kw = 1.36 BG 1 BG = 75 kgm 23
Efektif Beygir Gücü 70 Direnç Eğrisi 71 Ana Tahrik Sistemi Gemileringörevlerini yerine getirebilmesiiçin belli bir hareket yeteneğinin var olması gerekir Su jeti Jeneratör Dizel Motorlar Pervane Jeneratör Redüktör Gas Türbini Redüktörler Çapraz Bağlantı 72 24
jeneratör Makine dairesi ve ana makine 73 Hidrodinamik tersanesinde MV dinamik gemisine ana makinenin yerlestirilmesi 74 Ana makinenin geminin ilk montaj asamasinda tekneye konulmasi 75 25
Makine dairesi 76 77 78 26
79 80 81 27
82 83 84 28
85 Ana Tahrik Sistemi Gemileringörevlerini yerine getirebilmesiiçin belli bir hareket yeteneğinin var olması gerekir Su jeti Jeneratör Dizel Motorlar Pervane Jeneratör Redüktör Gas Türbini Redüktörler Çapraz Bağlantı 86 29