Chapter 2 - Antriebstechnik, Propulsionssysteme, Antriebsmaschinen Flashcards
(114 cards)
1
Q
Kapitel 2: Antriebstechnik, Propulsionssysteme Antriebsmaschinen
2.1 Nennen Sie 5 unterschiedliche mechanische Schiffsantriebskonzepte.
A
- Eine klassische Wellenanlage mit Festpropeller + 2 Takt-Kreuzkopfmotor
- Eine klassische Wellenanlage mit Festpropeller, Untersetzungs- und Wendegetriebe + 4 Taktmotor
- zwei oder mehr klassische Wellenanlagen (meist mit 4 Taktmotoren)
- klassische Wellenanlage mit Verstellpropeller, Untersetzungsgetriebe und 4 Taktmotor
- Dieselelektrische Antriebe mit klassischer Wellenanlage
- Dieselelektrische Antriebe mit Pod-Propulsator
- Sonderantriebe (z.B. Schottel, Wasserstrahlantriebe, Diesel-Strahltriebwerke)
2
Q
2.2 Welche Faktoren sind für die Auswahl des Schiffsantriebes entscheidend?
Nennen Sie mind. 6 Fakoren:
A
- Schiffstyp, - Schiffsabmessungen, - geforderte Schiffsgeschwindigkeit, - Fahrprofil, -Umwelt-bedingungen, - Anschaffungskosten, -Betriebskosten, - Einsatzgebiet, Vorschriften für das Einsatzgebiet…)
3
Q
2.3 Welche generellen Vorteile und Nachteile bietet die Verwendung von Verstellpropeller-anlagen auf Schiffen?
A
Vorteile: Vorwärts- und Rückwärtsfahrt ohne Umsteuerung des Motors oder Getriebe, Anpassung der Anlage auf Teillast.
Nachteile: höherer mechanisch-technischer Aufwand, schlechterer Propellerwirkungsgrad, Anschaffungskosten, Wartungskosten …
4
Q
2.4 Welche generellen Vorteile und Nachteile bietet die Verwendung von einer klasssischen Wellenanlage mit Festpropeller und einem 2 Taktkreuzkopfmotor als Propulsionsanlage auf Schiffen?
A
Vorteile: Effizientester Schiffsantrieb (Gesamtwirkungsgrad), Leistungsfähigster Antrieb (Motoren bis > 80.000 KW verfügbar), , sehr zuverlässig, vielstofffähig (z.B. MGO und HFO), wenig Komponenten erforderlich: umsteuerbar und niedrige Drehzahl => auf ein Getriebe kann verzichtet werden …
Nachteile: Motor durch die Bauform groß (hoch). Antrieb wenig dynamisch (Drehzahl-änderung). Motorbetrieb entlang der Propellerkurve (Festpropeller) => Teillastbetrieb
nicht optimal im Motorkennfeld….
5
Q
2.5 Welche generellen Vorteile und Nachteile bietet ein s.g. Pod-Antrieb im Vergleich zu
einer herkömmlichen Propelleranlage?
A
Vorteile: Hohe Manövrierbarkeit, wenig Platzbedarf im Schiff, gute Geräuscheigenschaften, gute Anströmung der Zugpropeller, freie Anordnung des Maschinenraumes, Wegfall der Ruderanlage … Nachteile: Höherer Propulsionswiderstand, höhere Anschaffungskosten, schlechtere Geradeausfahrt
6
Q
2.6 Nennen Sie die prinzipiellen Vorteile von 4 Takt Dieselmotoren gegenüber 2 Takt
Dieselmotoren für Schiffsanwendungen.
A
- kompakte Motoren für kleine und mittlere Leistungsbereiche verfügbar. (bis ca. 12.000 kW)
- günstiges Leistungsgewicht (Motorgewicht/Leistung),
- günstige Baugrößenverhältnis (Motorabmessungen/Leistung),
- bessere Motordynamik (Lastwechselverhalten)
7
Q
2.7 Nennen Sie die prinzipiellen Vorteile von 2 Takt Dieselmotoren gegenüber 4 Takt
Dieselmotoren für Schiffsanwendungen.
A
- Wirkungsgrad höher => Kraftstoffverbrauch pro erzeugter Kilowattstunde niedriger
- Motoren mit wesentlich höheren Ausgangsleistungen verfügbar.
- Niedrige Motordrehzahl und Umsteuerbarkeit => kein Getriebe im Antriebsstrang erforderlich
- Anlagenkomplexität geringer => Betriebs- und Wartungskosten niedriger
8
Q
2.8 Skizzieren Sie den prinzipiellen Aufbau einer Wellenanlage mit einem 2 Takt- Kreuzkopf-
Schiffsmotor und benennen Sie die Komponenten.
A
(siehe Skript. Komponenten: Kupplung, Antriebswelle mit Zwischenwellen und Schwanzwelle, Traglager, Drucklager, Stevenrohr (mit Dichtung und Traglager).)
9
Q
2.9 Skizzieren Sie den prinzipiellen Aufbau eines Gleitlagers und erläutern Sie seine
Funktionsweise.
A
(Lagerschale mit einer weichen Gleitschicht (für Notlauf), Nuten für die Schmierölzufuhr, Welle mit harter Oberfläche. Die Lagerschalen sind geteilt aufgebaut, so dass sie leicht ausgetauscht werden können. Das Schmieröl soll eine Tragschicht zw. der Lagerschale und Welle bilden so dass ein verschleißfreier Lauf möglich ist)
10
Q
2.10 Nennen Sie die Aufgaben eines Druck-/Schublagers in der Antriebsanlage eines
Schiffes. Skizzieren Sie den prinzipiellen Aufbau eines Druck-/ Schublagers.
A
(Skizze siehe Skript. Aufnahme der Schubkraft (axial) des Propellers, Einleitung der Schubkraft in die Schiffsstruktur bei Vorwärtsfahrt, bzw. umgekehrt bei Rückwärtsfahrt)
11
Q
2.11 Nennen Sie die Aufgaben der Traglager in der Antriebsanlage eines Schiffes.
Skizzieren Sie den prinzipiellen Aufbau eines Traglagers.
A
(Skizze siehe Skript. Radiale Fixierung der Welle, Aufnahme aller radialen Kräfte (z.B. durch das Gewicht der Welle), Einleitung der Kräfte in die Schiffsstruktur)
12
Q
2.12 Welche Aufgaben hat das Stevenrohr im Antriebsstrang eines Schiffes?
A
(Wellendurchführung durch die Außenhaut des Schiffes, Lagerung der Welle und Abdichtung der Welle)
13
Q
2.13 Welche Aufgaben haben Getriebe im Antriebsstrang einer Schiffsantriebsanlage mit einem mittelschnelllaufenden 4 Takt Dieselmotor und Festpropeller?
A
Anpassung der Motordrehzahl zur erforderlichen Propellerdrehzahl, Drehrichtungswechsel der Abtriebswelle (Rückwärtsfahrt). Ggf. Zusammenführung mehrerer Antriebsmotoren auf eine Welle, ggf. zweite Abtriebswelle für einen Wellengenerator
14
Q
2.14 Skizzieren Sie den prinzipiellen Aufbau einer Schiffsantriebsanlage mit einem mittelschnelllaufenden 4 Takt Dieselmotor und Verstellpropeller. Benennen Sie die Komponenten.
A
(siehe Skript. Komponenten: Kupplung, Antriebswelle mit Zwischenwellen und Schwanzwelle, Untersetzungsgetriebe, Traglager, Drucklager, Verstellpropellereinheit, Stevenrohr (mit Dichtung und Traglager))
15
Q
2.15 Wie wird die Rückwärtsfahrt bei Schiffen mit einer Antriebsanlage mit Festpropeller realisiert?
A
(Umsteuern des Motors = Wechsel der Drehrichtung des Motors (nur bei 2 Takt Motor möglich), bei 4 Takt Motor ist ein Wendegetriebe erforderlich)
16
Q
2.16 Nennen Sie die physikalischen Größen, die zur Ermittlung des Schiffswiderstandes eines Schiffes notwendig sind.
A
Der Staudruck (und damit die Geschwindigkeit), die benetzte Oberfläche des Rumpfes und der Widerstandsbeiwert des Schiffes
17
Q
2.17 Welche wesentlichen Aufgaben haben die hydrodynamischen Betrachtungen eines Schiffsentwurfes?
A
Finden der optimalen Schiffsform bei der das Schiff, bei festgelegten Hauptabmessungen, die geforderte Geschwindigkeit bei möglichst geringer Antriebsleistung erreicht
18
Q
2.18 Von welchen Faktoren ist der Widerstand eines Schiffes abhängig?
A
Widerstand im Wasser: Schiffsgeometrie, Formgebung des Rumpfes, benetzte Oberfläche, Oberflächenbeschaffenheit) und Widerstand in der Luft: Geometrie der Aufbauten und des Rumpfe oberhalb der Wasserlinie, Formgebung des Schiffes
19
Q
2.19 Erläutern Sie in Stichworten, wie der Schiffswiderstand eines Neubaus ermittelt wird.
A
(siehe Skript)
20
Q
2.20 Welches physikalische Prinzip nutzen Schiffspropeller?
A
(Der Impulssatz)
21
Q
2.21 Wie sind die Propellerleistung und die Wellenleistung von Schiffen definiert?
A
- Propellerleistung Pp = Schub FS · Geschwindigkeit vs,
- Wellenleistung PD = Drehmoment Mp · Umdrehungszahl np · 2π)
22
Q
2.22 Nennen Sie die drei wichtigsten technischen Entscheidungsfaktoren bei der Auswahl
der Propellergeometrie für einen Schiffsentwurf?
A
- Hoher Propellerwirkungsgrad, - Vermeidung von Kavitation, - Vermeidung von Schwingungs-anregung
23
Q
2.23 Wodurch können Propeller zu Drehschwingungen angeregt werden? Welche
Möglichkeiten der Verringerung dieser Drehschwingungen gibt es?
A
- Störungen in der Anströmung des Propellers durch den Rumpf oder Anbauten am Rumpf während eines Teils der Umdrehung der einzelnen Propellerblätter
=> überlappende Form des Propellerblattes Skew
24
Q
2.24 Wie wird aus dem Schiffswiderstand und der Geschwindigkeit die erforderliche Leistung
der Antriebsmaschine ermittelt?
A
- Leistungsbedarf für das Schiff: PE = RT · vs (RT = Schiffswiderstand, vs = Schiffsgeschwindigkeit, - Antriebsleistung des Motors: PD = PE / Propulsionsgütegrad
25
2.25 Welche zusätzlichen Aspekte müssen berücksichtigt werden, um die unter idealen
Bedingungen ermittelte Antriebsleistung eines Schiffes den realen Bedingungen auf
See anzupassen?
(Erhöhung der tatsächlich benötigten Antriebsleistung wegen des zusätzlichen Schiffswiderstandes durch Wellen, Stampfen, Tauchen, Rollen, Gieren, Wasserschlag, Ruderlagen)
26
2.27 Wodurch unterscheiden sich Brennstoffe, die heute auf Schiffen eingesetzt werden?
(Chemische Zusammensetzung, (Reinheit/Rückstände), Brennverhalten, Heizwert, Viskosität (Fließfähigkeit), Herstellungskosten, Umweltbelastung, …)
27
2.28 Welche grundsätzliche chemische Vorgänge erfolgen bei der vollständigen, idealen
Verbrennung von herkömmlichen Schiffskraftstoffen?
(Oxidation der Kohlenwasserstoffketten zu Kohlendioxid und Wasser unter Wärmeabgabe., Oxidation des Schwefels im Kraftstoff zu SO2 )
28
2.29 Nennen Sie die wichtigsten Verbrennungsprodukte bei der vollständigen Verbrennung von herkömmlichen Kraftstoffen.
Wärme, Kohlendioxid, Wasser, Schwefeldioxid und Stickoxide
29
2.30 Welche Verbrennungsprodukte treten bei zusätzlich bei unvollständiger Verbrennung von Kraftstoffen auf?
Kohlenmonoxid (CO), unverbrannte/teilverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) und Ruß
30
2.31 Wie ist die physikalische Größe Heizwert H definiert?
(Der Heizwert ist die bei einer Verbrennung maximal nutzbare Wärmemenge bezogen auf die Brennstoffmasse => MJoule/kg)
31
2.32 Wie wird der Luftbedarf für eine vollständige Verbrennung des Kraftstoffes ermittelt?
Sauerstoffanteil in der Luft (Gewicht) = ca. 21%. Mit den prozentualen Anteilen der Verbrennungspartner und deren Atomgewichte kann der min. Luftbedarf errechnet werden.
32
2.33 Wieviel Luft (Masse mLst ) wird bei der idealen Verbrennung von herkömmlichen Schiffskraft-
stoffen benötigt?
Der Wert für mLst liegt bei für Diesel und Schweröl bei etwa 13,8 – 14,6 kg Luft pro 1 kg Brennstoff.
33
2.34 Strengere gesetzliche Vorgaben setzen auf die Verringerung von welchen
Verbrennungsprodukten von Schiffsantrieben?
Schwefeloxide und Stickstoffoxide
34
2.35 Wie können die neuen (bzw. zukünftigen) Grenzwerte für Verbrennungsprodukte von
Schiffsantrieben erreicht werden?
Verwendung von schwefelarmen Dieselkraftstoffen, Verwendung von Erdgas als Brennstoff, Einsatz von Abgasbehandlungssystemen (Scrubber und DeNOx-Anlagen, Ergänzend: Innermotorische Optimierungsmaßnahmen
35
2.36 Wie hoch sind der aktuelle Grenzwert für Schwefel im Kraftstoff bei Befahren der Nord-
und Ostsee?
Seit 1.1. 2015: 0,1% Schwefelanteil im Kraftstoff
36
2.37 Nennen Sie die Hauptbestandteile von Erdgas.
Methan (75-99%) Rest Ethan, Propan, Butan…
37
2.38 Wie wird verflüssigtes Erdgas international bezeichnet?
LNG = Liquified Natural Gas
38
2.39 Bei welchen Temperaturen wird Erdgas unter Normbedingungen flüssig?
ca. - 161° C
39
2.40 Welche generellen Vorteile bietet der Einsatz von verflüssigtem Erdgas (LNG) als
Kraftstoff für Schiffsantriebe?
- LNG ist gut verfügbar und im Verhältnis von herkömmlichen Kraftstoffen preiswert,
- ist schwefelarm / schwfelfrei,
- bei der Verbrennung entsteht kein Ruß sowie weniger CO2 und NOx als bei der Verbrennung als bei
herkömmlichen Kraftstoffen.
- Es stehen die notwendigen Techniken zur Verwendung von LNG auf Schiffen zur Verfügung
(Motoren, Tanks, Transport- und Betankungstechnik,…
40
2.41 Welche generellen Nachteile bietet der Einsatz von verflüssigtem Erdgas (LNG) als
Kraftstoff für Schiffsantriebe?
- Der Heizwert von LNG ist aufs Volumen bezogen nur etwa ½ so hoch wie Diesel => Man benötigt
mehr Treibstoffvolumen.
- LNG ist deutlich aufwendiger in der Handhabung (tiefe Temperaturen des LNG) als herkömmliche
flüssige Brennstoffe. Es müssen einige zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen zur sicheren Handhabung
der tiefkalten Flüssigkeit getroffen werden.
- Die Betankung und Lagerung von LNG ist deshalb deutlich aufwändiger als für herkömmliche
flüssige Brennstoffe.
- Bei der Verbrennung in Dieselmotoren von LNG wird häufig ein (kleiner? ) Anteil unverbranntes
Methan freigesetzt.( Methan ist etwa klimaschädlicher als CO2
41
2.42 Aus welchem Grund entsteht bei der Verbrennung von Erdgas etwa 25% weniger CO2
als bei der Verbrennung der gleichen Energiemenge herkömmlichen Dieselöls?
Der Anteil von Wasserstoff im Verhältnis vom Kohlenstoff ist bei Methan deutlich höher als bei längerkettigen Dieselöl. Daher entsteht bei der Verbrennung von Erdgas im Verhältnis mehr Wasser als CO2 als bei der Verbrennung von Dieselöl.
42
2.43 Erläutern Sie das Funktionsprinzip von „Dual-Fuel Gasmotoren“. Mit Skizze.
Skizze siehe Skript. DF-Gasmotoren arbeiten nach einem gemischten Otto-Diesel- Verbrennungsprozess. Im Gasbetrieb wird das gasförmige Erdgas in der Lufteinlassleitung vor dem Motor mit der Frischluft vermischt und gelangt dann als Gasgemisch (Otto!) in den Verbrennungsraum. Nach dem Verdichtungsprozess wird eine kleine Menge Dieselöl („Zündöl“ mit einem eigenen Einspritzsystem) in den Verbrennungsraum gespritzt, der ist selbständig entzündet (Diesel) und damit die gesamte Verbrennung in Gang setzt. Diese Motoren können im Gasbetrieb (Erdgas mit Zündöl) und im reinen Dieselölbetrieb gefahren werden.
43
2.44 Nennen Sie die vier Arbeitsschritte (Takte) beim Betrieb einer Verbrennungsmaschine
in der richtigen Reihenfolge.
1. Ansaugen,
2. Verdichten,
3. Arbeiten,
4. Ausstoßen
44
2.45 Erläutern Sie den generellen Unterschied bei dem Ablauf der Arbeitsschritte bei
Kolbenarbeitsmaschinen vs. Gasturbinen.
Bei Kolbenmaschinen laufen die 4 Arbeitsschritte (Takte) in einem Raum zeitlich hintereinander ab, bei Gasturbinen gleichzeitig jedoch räumlich voneinander getrennt statt
45
2.46 Wie / wodurch beginnt beim Betrieb eines Dieselmotors die Verbrennung des
Kraftstoffes?
Erhitzung der Verbrennungsluft durch die Verdichtung im Verbrennungsraum, Selbstentzündung des eingespritzten, fein verteilten Brennstoffes durch die heiße Luft und den heißen Verbrennungsraum
46
2.47 Skizzieren Sie den Querschnitt eines 4 Takt Dieselmotors und nennen Sie die
wichtigsten Bauteile.
Skizze siehe Skript. Komponenten: Gehäuse, Zylinder, Kolbentrieb (Kurbelwelle und Pleuel), Kolben mit Kolbenringen, Zylinderkopf mit Ein- und Auslassventil(en) und Ventilsteuerung, Einspritzsystem, Schmierölsystem, Kühlsystem, Abgasturbolader …
47
2.48 Worin liegen die wesentlichen Unterschiede des Verbrennungsprinzips nach Otto und
Diesel?
Bei Ottomotoren erfolgt eine Gemischbildung außerhalb des Brennraumes das verdichtetet wird und durch eine Fremdzündung im Brennraum entzündet wird. Bei Dieselmotoren wird Luft verdichtet und Diesel unter hohem Druck eingespritzt. Der Diesel entzündet sich an der erhitzten Luft.
48
2.49 Wie ist das Verdichtungsverhältnis ε von Verbrennungsmotoren definiert und welche
Aussage ermöglicht dieser Wert?
ε = (Hubvolumen VH + Kompressionsvolumen VC) / Kompressionsvolumen VC . Das Verdichtungsverhältnis sagt aus, wie stark die Verbrennungsluft im Zylinder komprimiert wird
49
2.50 Wie funktioniert in modernen Schiffs- 2-Taktdieselmotoren der Gaswechsel?
Gleichstromspülung = Abgasaustritt durch Auslassventile im Zylinderkopf, Lufteintritt im unteren Bereich des Zylinders durch Einlaßschlitze. Kurz vor Ende der Abwärtsbewegung des Kolbens wird das Abgasventil im Zylinderkopf geöffnet. Der Druck im Zylinder baut sich ab, das Verbrennungsgas strömt aus. Die Verbrennungsluft wird mit Überdruck (Spüldruck ps) im unteren Zylinderbereich durch Einlassschlitze in den Verbrennungsraum geleitet
50
2.51 Welche Aufgaben hat der Kreuzkopf bei einem großen 2- Takt Dieselmotor?
Führung des Kolbens bei langem Hub, Aufnahme der Querkräfte die durch die Drehbewegung der Kurbelwelle entstehen
51
2.51a Welche Vorteile welche Nachteile hat der Einsatz eines Kreuzkopfes bei großen Schiffs-
dieselmotoren?
Vorteil: Durch den Einsatz des Kreuzkopfes kann ein sehr langer Hub im Verhältnis zum Kolbendurchmesser realisiert werden. Dadurch kann die Drehzahl des Motors abgesenkt werden => die Qualität der Verbrennung = Wirkungsgrad steigt.
Nachteil: Die Höhe des Motors steigt um die Einbauhöhe des Kreuzkopfes
52
2.52 Welche Dieselmotorbauformen werden auf Schiffen eingesetzt?
- Reihe (4T + 2T) / V- Motoren (4 T),
- Langsam-, Mittelschnell-, Schnellläufer,
- 2 Takt mit Kreuzkopf,
- 4 Takt (alle Motoren mit ATL)
53
2.53 Wie ist die Drehrichtung von Schiffsmotoren definiert?
R = Rechtslauf: Der Motor dreht im Uhrzeigersinn bei Blickrichtung auf die kraftabgebende Seite(Kupplung), Links: Drehung gegen den Uhrzeigersinn
54
2.54 Schiffsdieselmotoren werden nach ihrer Drehzahl eingeteilt. Nennen Sie die Unter-
scheidungskriterien.
Langsam Läufer (100 – 300 U/min), Mittelschnell Läufer (400 – 900 U/min), Schnell Läufer (1000 – 2200 U/min), (Die Abgrenzungen sind fließend)
55
2.55 Wie ist der Gesamtwirkungsgrad von Dieselmotoren definiert?
ηe ist das Verhältnis der Energie die am Wellenflansch abgegeben werden kann zur vom Brennstoff zugeführten Energie
56
2.56 Wie kann die Nutzleistung eines Motors ermittelt werden?
Messung des Drehmomentes M (mit Dehnungsmeßstreifen) und der Drehzahl n am Wellenflansch => Pe = M x 2 π x f (f = n/60)
57
2.57 Wie hoch ist der Gesamtwirkungsgrad von modernen Dieselmotoren?
4-Takt bis zu 45%, 2 Takt bis zu 52%)
58
2.58 Wie /womit wird die Verlustwärme eines Dieselmotors abgeführt?
Im Abgas, im Kühlwasser, durch Abstrahlung
59
2.59 Kann die Verlustwärme aus der Motorverbrennung (zumindest teilweise) genutzt
werden? Wenn ja, wie?
Z.B. durch Nutzung der Abgaswärme zur Dampferzeugung ggf zur zusätzlichen Stromerzeugung
60
2.60 Wie sind nach DIN/ISO der Normalbetrieb und der Überlastbetrieb einer Maschinen-
anlage definiert?
Die Nennleistung muss bei der zugehörigen Drehzahl und festgelegten Bezugsbedingungen innerhalb eines Instandsetzungsintervalls als Dauerleistung abgegeben werden können. Die Überlastbarkeit (Overload Power) des Motors von 10% soll auf dem Prüfstand nachgewiesen werden. Diese Überlast soll der Motor ohne Schaden für eine definierte Zeit (z.B. 1 Stunde innerhalb von 12 Stunden Betrieb) zu Verfügung stellen können
61
2.61 Wie ist der spezifische Kraftstoffverbrauch be definiert?
(be = mk / Pe(t) = Kraftstoffverbrauch [kg] /effektive Leistung [kWh])
62
2.62 Was bedeutet die Angabe 90% MCR für Dieselmotoren?
Die maximal mögliche Dauerleistung des Motors wird als MCR (maximum continuous rating) angegeben = 100% MCR. Viele Motorenanlagen sind mit einer Leistungsreserve versehen und nutzen dauerhaft nur 90% dieser Leistung = 90% MCR
63
2.63 Was bedeutet der Begriff „aufgeladen“ für Dieselmotoren?
Die Verbrennungsluft wird nicht vom Motor angesaugt (Unterdruck bei Verdichtungsbeginn) sondern durch einen Verdichter/Kompressor mit einem Überdruck (0,5 – 3 bar) in den Zylinder gedrückt
64
2.64 Warum werden moderne Dieselmotoren aufgeladen?
Erhöhung der Luft = Sauerstoffmenge im Brennraum => es kann bei gleichem Hubraum mehr Brennstoff verbrannt werden =>mehr Motorleistung
65
2.65 Welche Möglichkeiten der Aufladung von Dieselmotoren gibt es?
mechanisch angetriebene Verdichter => Kompressoren, vom Abgas angetriebene Verdichter> Abgasturbolader
66
2.66 Nennen Sie die 4 Hauptbauteile eines Abgasturboladers.
Turbine, Verdichter, Welle und Gehäuse
67
2.67 Welche Grenzen hat der Einsatz eines Turboladers.
Abgastemperatur, Pumpgrenze des Verdichters, Turbinendrehzahl, Aufladedruckverhältnis
68
2.68 Wie hoch ist die durchschnittliche Druckerhöhung der Ansaugluft durch einen Abgasturbolader?
0,5 – 3 bar
69
2.69 Können 2 Takt Motoren ohne Aufladung der Ansaugluft betrieben werden? Antwort mit
kurzer Begründung.
Nein, bzw. nur sehr eingeschränkt. Im Zylinder des 2 Taktmotors entsteht bei Gasaustauschtakt kein Unterdruck, durch den die Frischluft angesaugt werden kann. Dadurch gelangt ohne Aufladung zu wenig Frischluft in den Brennraum
70
2.70 Welche Herausforderungen stellen Abgasturbolader (ATL) beim Teillastbetrieb von 2
Takt Dieselmotoren da?
Die ATL können nur bis 40-50% Teillast des Motors selbstständig laufen, darunter reicht die Energie des Abgases nicht mehr au => es gelangt nicht mehr genügend Luft in den Brennraum
71
2.71 Welche Vorteile bietet eine Ladeluftkühlung im Dieselmotorbetrieb?
Die Verbrennungsluft wird durch die Verdichtung im ATL stark erhitzt. Die Luft wird im Ladeluftkühler wieder abgekühlt. Damit erhöht sich die Luftmasse, die in den Verbrennungsraum gelangt => Leistungssteigerung des Motors
72
2.72 Welche Gefahr geht von einer übermäßigen Ladeluftkühlung aus?
Kondensation von Wasser im Lufteinlassbereich => Korrosion, Wasserschlag …)
73
2.73 Welcher mathematischen Grundfunktion folgt die Widerstandkurve/Propellerkurve
eines Schiffes über der Geschwindigkeit?
y= k ∙ f(x³) (k = Schiffswiderstandbeiwert)
74
2.74 Welche Aufgaben hat die Kurbelwelle eines Hubkolbenmotors?
Umsetzen der Auf- und Ab-Bewegung des Kolbens/Pleuel in eine Drehbewegung. Übertragung der Drehbewegung auf den Abtriebsflansch, …)
75
2.75 Welche geometrische Größe des Motors bedingt den Abstand des Zapfens einer Kurbelwelle von seiner Drehachse?
Der doppelte Abstand der Mittelpunkte der Zapfen vom Mittelpunkt der Kurbelwelle entspricht dem Kolbenhub
76
2.76 Welche Aufgaben haben die Kolben eines Verbrennungsmotors?
Übertragung der Gaskraft (senkrecht und Kolbennormalkraft, Kinematische Führung (4 Takt), Aufnahme der Kolbenringe, Begrenzung und Gestaltung des Brennraumes, Wärmeabfuhr
77
2.77 Welche Aufgaben haben die Kolbenringe eines Motors und wie erfüllen sie diese
Aufgaben?
Die Kompressionsringe eines Verbrennungsmotors sollen den Brennraum zum Kurbelraum (4 T) bzw. Spülluftkanal (2T) abdichten, sowie einen Teil der Kolbenwärme an die Zylinderwand abführen. Zusätzliche Ölabstreifringe sollen bei 4 Taktmotoren das Schmieröl auf der Zylinderlauffläche verteilen …)
78
2.78 Wie erfolgt der Gaswechsel (Austausch Abgas – Frischgas) bei einem modernen 2 Takt
Schiffsdieselmotor?
Gleichstromspülung => Gegen Ende der Abwärtsbewegung des Kolbens wird das Auslassventil geöffnet, das Abgas entweicht durch den Zylinderkopf. Frischluft wird mit Überdruck durch Spülschlitze im unteren Bereich in den Zylinder geleitet. Verstärkt durch die beginnende Aufwärtsbewegung des Kolbens wird das restliche Abgas aus dem Zylinder gedrückt, bis das Abgasventil schließt und die Verdichtung beginnt.
79
2.79 Wie erfolgt der Gaswechsel (Austausch Abgas – Frischgas) bei einem 4 Takt Diesel-
motor?
Für den Gaswechsel steht eine vollständige Umdrehung des Motors zur Verfügung. Nach Ende des Arbeitshubes öffnet das Abgasventil und das Abgas wird vom Kolben aus dem Brennraum gedrückt. Bei Erreichen des oberen Totpunktes wird das Einlassventil geöffnet und das Abgasventil geschlossen, die Frischluft fließt während der Abwärtsbewegung des Kolbens in den Zylinder.)
2.75 Welche Aufgaben haben die Ventile eines 4 Taktdieselmotors? (Steuerung des Gaswechsels, Abdichtung des Brennraumes zum Lufteintrittskanal und Abgaskanal
80
2.80 Wie werden die Ventile eines 4 Takt Dieselmotors angesteuert (bewegt)?
(Ventile werden durch Federn im geschlossenen Zustand fixiert. Die Bewegung der Ventile wird durch ein oder zwei im Zylinderkopf untergebrachte Nockenwellen, oder bei großen Motoren durch eine in der Nähe der Kurbelwelle angebrachte Nockenwelle, die die Bewegung über Stößel und Kipphebel auf die Ventile überträgt, realisiert
81
2.81 Welche Aufgaben haben die Einspritzpumpen eines Dieselmotors?
(Hochdruckerzeugung und Brennstoffförderung, zeitliche Steuerung der Einspritzung, Dosierung der Einspritzmenge, Gleichzumessung der einzelnen Zylinder)
82
2.82 Welche Bauformen von Einspritzpumpensystemen gibt es?
Einzelpumpen, Pumpe- Düse- System, Reihenblockpumpen mit separaten Einspritzdüsen, Common- Rail Systeme
83
2.83 Welche Aufgaben haben die Einspritzdüsen eines Dieselmotors?
Einspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum, exakte Öffnung und exaktes Schließen der Kraftstoffzufuhr in den Brennraum, Vollständige Abdichtung der Brennstoffzufuhr außerhalb der Einspritzung, möglichst feine Zerstäubung des Kraftstoffes beim Einspritzen in den Brennraum
84
2.84 Welche Vorteile hat ein hoher Einspritzdruck des Brennstoffes in den Brennraum?
Kürzere Einspritzzeit, dadurch bessere Steuerung der Verbrennung, kleinere Tröpfchen verbessern die Verbrennung,…)
85
2.85 Welche Parameter können (mindestens) von einer Einspritzpumpe in Abhängigkeit von
der Drehzahl des Motors und Leistung des Motors angepasst werden?
Einspritzbeginn, Einspritzmenge
86
2.86 Wodurch ergibt sich die Drehzahl eines Dieselmotors im Betrieb?
((Nur!) durch Variation der Einspritzmenge (Die Drehzahl ergibt sich dann in Abhängigkeit von der Last des Motors))
87
2.87 Wie (aus welchen Komponenten) ist die Drehzahlregelung eines Dieselmotors
aufgebaut?
(Sollwertsteller, Drehzahlmesser, Vergleicher Soll/Ist, Stellglied (Aktuator, Stabilisator)
88
2.88 Welche Aufgaben hat das Schmierölsystem in einem Dieselmotor?
(Verschleiß klein halten, Wärme abführen, Verschmutzungen abführen, Korrosionsschutz im Motor, Abdichtung der Brennräume unterstützen)
Verschleiß klein halten, Wärme abführen, Verschmutzungen abführen, Korrosionsschutz im Motor, Abdichtung der Brennräume unterstützen
89
2.89 Welche Aufgaben haben die Additive im Schmieröl?
Verhinderung von Ablagerungen, Neutralisation von Säuren, Anpassen der Viskosität des Öls
90
2.90 Wie ist die Umwälzzahl für das Schmieröl definiert und welche Bedeutung hat sie?
Die Umwälzzahl z gibt die durchschnittliche Häufigkeit des Durchlaufes von einem Tropfen Schmieröl durch den Motor an. Je häufiger das Öl pro Stunde durchläuft, desto schneller verschleißt das Schmieröl.
91
2.91 Welche Einflüsse beschleunigen die Alterung des Schmieröls?
Thermische Einflüsse, Wasser im Motor, Kontakt mit Brennstoff)
2.88 Welche Auswirkungen hat die Nutzung von überaltertem Schmieröl?
(Verschleiß des Motors wird erhöht, das Motorinnere verschmutzt
92
2.92 Erläutern Sie den grundsätzlichen Aufbau des Schmierölsystems bei einem 2 Taktmotor-Kreuzkopf (mit Skizze).
Für den Kurbelraum, mit dem Kreuzkopf und der Nockenwelle, und angebauten Motorteile wie die ATL wird ein Schmierölsystem vergleichbar mit einem 4 Taktmotor verwendet. Für die Zylinder-Laufbuchsenschmierung wird ein eigenes Schmierölsystem verwendet, dass spezielles Öl durch Schmierungsbohrungen /Nuten über den Umfang des Zylinders auf einer oder mehreren Hubhöhen gesteuert einspritzt.
93
2.93 Welche grundsätzlichen Betriebszustände gibt es für Dieselmaschinen auf Schiffen?
Konstante Drehzahl mit variabler Leistung; Propellercharakteristik, Konstantes Drehmoment bei variabler/schwankender Drehzahl (Drehzahldrückung))
94
2.94 Welcher Motorzustand wird unter Drehzahldrückung verstanden und was bewirkt sie?
Leistungsabforderung bei einer fest eingestellten Drehzahl über die Nennleistung des Motors bei dieser Drehzahl hinaus. => Übersteigt die abgeforderte Leitung die Leistungsreserve kann die Drehzahl nicht gehalten werden, sie sinkt (=> Drückung). Ergebnis: steigende Abgastemperatur, steigende Bauteiltemperatur, sinkender ATL Wirkungsgrad, stark sinkendes Verbrennungs-luftverhältnis)
95
2.95 Wie reagiert ein Dieselmotor auf veränderte Umgebungsbedingungen wie
- höhere Umgebungstemperatur? (=> siehe Skript)
- niedrigerer Luftdruck? (=> siehe Skript)
- höherer Abgasgegendruck? (=> siehe Skript)
96
2.96 Welche Vorteile hat eine Verstellpropelleranlage im Hinblick auf den Motorbetrieb
gegenüber einer Festpropelleranlage?
Der wesentliche Vorteil der Verstellpropelleranlagen ist, dass im Teillastbereich die Steigung des Propellers angepasst werden kann. Eine Drückung wird vermieden. Das bedeutet, dass der Motor über einen weiten Bereich bei Nenndrehzahl betrieben werden kann und damit im Teillastbereich günstigere Verbrauchswerte und bessere Beschleunigungswerte (=> siehe ATL) aufweist.
97
2.97 Wie werden Dieselmotoren als Antrieb von Stromgeneratoren betrieben, welche
Betriebszustände sind dabei kritisch?
Konstante Drehzahl mit wechselnder Last, kritische Betriebszustand: schnelle Lastsprünge => die Drehzahl kann dann nicht exakt gehalten werden => Schwankungen im Stromnet
98
2.98 Erläutern Sie den prinzipiellen Aufbau einer Gasturbine für Schiffsantriebe. (mit Skizze)
siehe Skript: Verdichter, Turbine, Brennkammer und Abtriebswelle. Bei Schiffs-Gasturbinen werden 2 Wellen Anlagen verwendet, bei denen eine Welle den Verdichter antreibt und eine zweite Welle die Abtriebswelle
99
2.99 Welche Vorteile haben Gasturbinen als Schiffsantriebe gegenüber Dieselmotoren,
welche Nachteile gibt es?
Vorteile: Kompakte Anlagen mit hoher Leistung, Wartungsfreundlich => nur rotierende Teile, wenig Schwingungen, …, Nachteile: schlechtes Teillastverhalten, hoher Kraftstoffverbrauch (insbesondere im Teillastbereich), große Zuluft- und Abgaskanäle notwendig, …
100
2.100 Welche Vorteile hat ein schnell laufender 4 Taktmotor gegenüber einem mittelschnell laufendem (gleich großen) Dieselmotor, welche Nachteile hat er?
Vorteile: Sehr kompakt und leistungsfähig, Leistungssprünge und dynamische Motorkenn-linien können bei geeigneter Auswahl der Abgasturboaufladung (z.B. Registeraufladung) gut gefahren werden, Nachteile: Teuer, hohe thermische und mechanische Belastung der Motorkomponenten, nur für Dieselöl geeignet, Wartung/Instandhaltung schwierig
101
2.101 Wozu werden Drehschwingungsrechnungen /-messungen bei den Schiffsantriebs-anlagen durchgeführt?
Erkennen und vermeiden von unzulässig hohen Schwingungsanregungen, die zu einer Beschädigung des Antriebssystems oder der Schiffsstruktur führen können, Erkennen von kritischen Frequenzen (Resonanzfrequenzen), damit Festlegung von Drehzahlbereichen, in denen die Anlage nicht betrieben werden soll
102
2.102 Wie funktioniert das Umsteuern eines 2 Taktdieselmotors prinzipiell?
Stoppen des Motors, Umschalten (Umsteuern) der Ventil- und Einspritzsteuerung (Verschieben der Nockenwelle), Starten des Motors mit umgekehrter Drehrichtung
103
2.103 Welche Aufgaben hat das Abgassystem eines herkömmlichen Schiffsdieselmotors?
Sammeln und Ableitung des Abgases, Ableitung von Wärme, ggf. Wärmerückgewinnung, Geräuschdämpfung
104
2.104 Nennen Sie die Hauptkomponenten eines herkömmlichen Abgassystems.
Abgassammelrohr (am Motor), Abgaskompensatoren, Dampferzeuger, Abgasschalldämpfer, Abgasleitung, Abgasaustritt
105
2.105 Wie kann das Abgas von Schiffsdieselmotoren gereinigt/ aufbereitet werden?
Entschwefelungsanlagen (naß / trocken) Katalysatoren zur NOx-Reduktion
106
2.106 Welches Reaktionsprodukt entsteht bei der s.g. „trockenen Entschwefelung“?
Gips
107
2.107 Welches chemische Zusatzmittel wird bei NOx- Katalysatoren benötigt?
Harnstoff => Ammoniak (Handelsname: AdBlue
108
2.108 Erläutern Sie die grundsätzliche Wirkungsweise und Aufgaben des Dampfsystems auf einem modernen Schiff mit Dieselmotorantrieb.
Im Abgassystem befindet sich ein Heizkessel, in dem mit Hilfe der Abgaswärme Wasserdampf erzeugt wird. Dieser Wasserdampf wird durch Rohrleitungen durch die Schwerölbunker und –tanks sowie entlang der Treibstoffleitungen geleitet. Durch die Erwärmung wird der Kraftstoff fließfähig. Zusätzlich wird der Wasserdampf zur Erzeugung von Warmwasser (für die Besatzung und Heizung) sowie für den Frischwassererzeuger genutzt.
109
2.109 Wie muss Schweröl aufbereitet werden, bevor es als Kraftstoff in einem Dieselmotor verwendet werden kann?
Erwärmung (zur Verbesserung der Fließfähigkeit) , Filterung (Entfernung von Feststoffen), Separierung (Entfernung von Wasser) und Entgasung
110
2.110 Welche Aufgabe hat das Druckluftsystem für Schiffsantriebe?
Anlassluft zum Starten der Motoren
111
2.111 Wie ist das Kühlwassersystem eines 2 Takt Dieselmotors (als zentrales Kühlsystem) prinzipiell aufgebaut?
Seewasserkreislauf mit einem oder zwei Seewasser/Frischwasser Wärmetauschern, ein Niedertemperaturkühlkreislauf für die generelle Motorkühlung, ein Hochtemperaturkühlkreislauf zur Kühlung der Zylinderlaufbuchsen, Zylinderköpfe usw.
112
2.112 Welche Aufgaben müssen die Seekühlwasserpumpen im Maschinenraum eines
Schiffes im Notfall übernehmen können?
Lenzen / Laut GL Vorschrift muss die größte Pumpe im Maschinenraum (=SKW-Pumpe) auch zum Notlenzen verwendet werden können
113
2.113 Wie kann der Seekühlwasserbetrieb auch nach dem Ausfall der Seekühlwasser-pumpen aufrecht erhalten werden?
Nutzung der Ballastwasserpumpe als Not-Seekühlwasserpumpe
114
2.26 Welche Brennstoffe werden heute nahezu ausschließlich zum Antrieb von Schiffen eingesetzt?
(Produkte aus Erdöl wie Schweröl und Marine Dieselöl, …)
(Produkte aus Erdöl wie Schweröl und Marine Dieselöl, …)
