Fichas

Grundlagen des Schiffsmaschinenbaus

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Fichas del conjunto (78)

1Beschreiben Sie mit wenigen Worten die Verstelleinrichtung eines Verstellpropellers.1.Propellerwelle ist eine Hohlwelle mit Hydraulikleitung
2.Durch Druck wird eine Längsbewegung verursacht, die über einen Stempel in eine Rotationsbewegung der Propellerblätter umgewandelt wird
2Nennen Sie die Vorteile eines Verstellpropellers1.Manövrierfähigkeit wird verbessert. 2.Umsteuervorrichtung der Antriebsmaschine entfällt
3.Schonender Betrieb des Motes
4.Motor und Propeller können beim optimalen Gesamtwirkungsgrad
betrieben werden
5.Möglichkeit konstanter Wellendrehzahl bei Anlagen mit Wellengenerator
6.Anpassungsmöglichkeit an stark unterschiedliche Propellerdrehmomente (bei Schleppern
und Fischereifahrzeugen)
3Nennen Sie die Nachteile eines Verstellpropellers1.Erheblich höhere Bau- und Wartungskosten
2.Wirkungsgrad wegen der dickeren Nabe 1 bis 3% schlechter
4Skizzieren Sie das Wärmetechnische Schema einer Abgaskesselanlage mit Kombikessel. Benennen Sie die einzelnen Bauteile des Kessels und der Anlage. Welchen typischen Zustand hat der in einem Kombikessel erzeugte Dampf?
5Bennen Sie in der Schiffstechnik übliche Kupplungstypen für die Verbindung von Wellenenden (2Typen)1.fester Flansch
2.Öldruck Hülsenkupplung
6Bennen Sie in der Schiffstechnik übliche Kupplungstypen für die Verbindung von Motor und Getriebe (2 Typen)1.Lamellenkupplung
2.elastische Kupplungen
7Bennen Sie in der Schiffstechnik übliche Kupplungstypen Wendegetriebe (1Typ)Lamellenkupplung
8Aus welchen Komponenten besteht die Abgasanlage eines großen Containerschiffes und wie sind sie angeordnet?
9Welche Kriterien sind bei der Auslegung der Rohrquerschnitte einer Schiffsabgasanlage zu berücksichtigen?1.maximale Abgasgeschwindigkeit: 40-50 m/s
2.Die Summe aller Strömungswiderstände zwischen Motor und Austritt am Schornstein sollte weniger als 25 bis 30 mbar betragen.
10Ursachen für typische Erregerfrequenzen und deren WertePropeller im inhomogenen Nachstromfeld: f_err= i * z_p * n_p, mit i= 1,2,3,4...
schwankende Gaskräfte im Motor: f_err= i * z * n, mit i=1,2,3,4...[2T] bzw. i=0.5,1,1.5....[4T]
Zylinderausfall: f_err= i * z(Anzahl Ausfallzylinder) * n, mit i=1,2,3,4...[2T] bzw. i=0.5,1,1.5....[4T]
11Nennen Sie 3 Aufgaben der dem Maschinenraum zugeführten Luft1.Zumutbare Arbeitsbedingungen für das Maschinenpersonal (max. 35 °C)
2.ausreichende Verbrennungsluft für Haupt- und Hilfsmaschinen (einschl. Hilfskessel)
3.genügend Kühlluft, um die von den Aggregaten durch Strahlung und Konvektion abgegebene Wärme abzuführen
4.Schutz temperaturempfindlicher Apparate vor Überhitzung
12Nennen Sie drei Bauarten von Propellern, die sich besonders für den Einsatz von Schleppern eignen. Begründen Sie Ihre Angaben mit Stichworten.1.Voith-Schneider-Propeller
2.Ruderpropeller
(schnelles Umsteuern, Schub in jede Richtung)
3.Düsenpropeller/Kortdüse
(zusätzlicher Schub durch Strömungsumlenkung)
13Nennen Sie die wichtigsten Komponenten einer Schiffsdampfanlage
14Stellen Sie für die Dampfturbine und einen Dieselmotor in einem Diagramm den spezifischen Kraftstoffverbrauch im Teillastbetrieb in Abhängigkeit von der Leistung dar.
15Was ist im Vergleich vom Dieselmotor zur Gasturbine der entscheidende Nachteil der Dampfturbine?geringer Wirkungsgrad bzw. höherer spez. Brennstoffverbrauch
16In welchem Bereich des Schiffbaus werden heute noch Dampfturbinen eingesetzt?Im Bereich der großen Gastanker
17Skizzieren Sie die wesentlichen Teile einer vorderen Stevenrohrlagerung einschließlich Abdichtung.
18Skizzieren Sie die wesentlichen Teile einer hinteren Stevenrohrlagerung einschließlich Abdichtung.
19Nach welchem (Haupt-) Kriterium wird der Schmieröldruck im Stevenrohr festgelegt?Der Öldruck im Stevenrohr muss stets höher als der Wasserdruck sein, damit im Schadensfall zwar Öl austreten, aber kein Seewasser eindringen kann.
Dazu wird der Schmierölanschluss mit einem Hochtank verbunden, so dass immer ein Ölüberdruck von 0,2 . . . 0,3 bar vorhanden ist.
20Nennen Sie die Aufgaben des Drucklagers.Das Drucklager überträgt überträgt den Propellerschub auf den Schiffskörper.
21Wo befindet sich das Drucklager bei verschiedenen Anlagen?1.2T-Direktantrieb: im Motor integriert bzw. in der Grundplatte des Motors
2.Motor mit Getriebe: im Getriebe integriert
3.Diesel-elekrisch: freistehendes Drucklager (Michell-Drucklager)
22Skizzieren Sie schematisch den Aufbau eines Michell-Drucklagers und deuten Sie die Drehrichtung der Druckscheibe an.
23Welche Ziele wollen Sie i.d.R. erreichen, wenn Sie eine Wellenstudie durchführen?Berechnung der Lagerkräfte und Verformungen der Welle, um die optimale Anordnung der Lager und die sich daraus ergebenden
Positionen der Flanschkupplungen (Versatz und Klaffung) vor dem Zusammenbau zu ermitteln.
24Welche Schwingungsarten sind für die Auslegung von Wellenanlagen auf Schiffen von Bedeutung?1.Drehschwingungen
2.Längsschwingungen
3.Biegeschwingungen
25Welche Aussage haben die mittlere Kolbengeschwindigkeit und der effektive Nutzmitteldruck?mittlere Kolbengeschwindigkeit c_m: Maß für mechanische Belastung des Motors
effektiver Nutzmitteldruck p_e: Maß für thermische Belastung des Motors
26Erläutern Sie warum es nicht sinnvoll ist, einen Fischtrawler mit einem Festpropeller auszurüsten.Man hätte nicht die Möglichkeit im Schleppbetrieb die günstige Kombination zwischen Propellerdrehzahl und Drehmoment zu wählen, da die Drehzahl durch die Schiffsgeschwindigkeit vorgegeben.
27Welche weiteren Schwingungsarten müssen insbesondere beim 2T-Motor außer der Drehschwingung noch berücksichtigt werden.Besonders: die Längsschwingungen: Wegen der langen Kurbelwellenkröpfungen entstehen durch die Gaskräfte Anregungen der Propellerwelle in Längsrichtung.
28Skizzieren Sie das Kennfeld eines Viertakt-Schiffsdieselmotors und benennen Sie die Grenzen.hermische Belastungsgrenze: p_en
Mechanische Belastungsgrenze: n_n
29Tragen Sie die Propellerkurven für Probefahrtbedingungen und erhöhten Schiffswiderstand in ein Leitungs-Drehzahl-Diagramm ein.
30Erläutern Sie die Begriffe „Sea Margin“ und „Engine Margin“.Sea-Margin: kompensiert Widerstandserhöhungen durch Schlechtwettereinflüsse
sowie Bewuchs von Rumpf und Propeller.
Engine-Margin: kompensiert Motorausfälle o.ä. (Zylinderausfall, Verschleiß, Verschmutzung...)
31Skizzieren Sie die typische Befestigungsart eines Festpropellers und benennen Sie die einzelnen Bauteile.
32Erläutern Sie stichwortartig die Montage und Demontage eines FestpropellersFür Montage oder Demontage wird Drucköl durch die Nabenbohrung in gewindeähnliche
Nuten von 0,5 mm Tiefe gepresst, so dass die Nabe aufgeweitet wird.
33Welche wesentlichen Aufgaben erfüllt der Dampf aus der Abgaskesselanlage eines Schiffes mit einem Dieselmotor als Hauptantrieb.Versorgt:
1.Schwerölendvorwärmer
2.Separatoren
3.Frischwassererzeugung
4.Bunkertankheizung
5.Klimaanlage(Heizung)
34Nennen Sie Vorteile von Thermalöl statt Wasser.1. für Schiffe in Eisgewässern: Thermalöle, die bis -30°C pumpfähig sind
2.Chemikalientanker: keiner Gefähdung der Ladung
3.Systemdruck steigt nicht so stark mit der Temperatur
4.keine Aufbereitung nötig
5.keine Korrosionsgefahr
35Nennen Sie Nachteile von Thermalöl statt Wasser.1.schlechterer Wärmeübergang: Systemkomponenten größer und Installastionskosten erheblich höher
2.Alterung begrenzt die Einsatzdauer
36Nennen Sie Vorteile einer Gasturbinenanlage.1.Geringe Gewichte und Abmessungen der Gasturbine
2.Kurze Montagezeiten (Bauzeit des Schiffes)
3.Leichte Auswechselbarkeit der Gasturbine
4.Kurze Anfahrzeit und hohe Manövrierfähigkeit
5.Gute Laufruhe
6.Niedrige NOx-Emissionen, da hoher Luftdurchsatz
37Nennen Sie Nachteile einer Gasturbinenanlage1.Hohe Anfoderungen an die Kraftstoffqualität
2.Hoher Kraftstoffverbrauch
3.Ungünstiges teillastverhalten
4.Wirkungsgrad und Leistung start abhängig vom Zustand der Außenluft
5.Große Luft- und Rauchgaskanäle
6.Verstellpropeller oder Wendegetriebe erforderlich
38Durch welche Möglichkeiten lässt sich das Drehschwingungssystem einer Kurbelwelle-Wellenleitung-Propeller verstimmen?Eigenfrequenzen senken:
1.Zusätzliche Massen (zB Schwungrad)
2.Dämfung: z.B. durch elastische Kupplung
Eigenfrequenzen erhöhen:
1.System steifer (zB größerer Wellendurchmesser)
39Nennen Sie die wichtigsten Bestandteile einer Schiffsgasturbinenanlage und skizzieren Sie das Anlagenschema.
40Skizzieren Sie den thermodynamischen Vergleichsprozess einer Schiffsgasturbinenanlage und benennen Sie die Zusandsänderungen.Jouleprozess:
1 → 2 Verdichtung
2 → 3 isobare Wärmezufuhr
3 → 4 Entspannung
4 → 1 isobare Wärmeabfuhr
41Welchen spezifischen Brennstoffverbrauch erreichen moderne Gasturbinen für den Einsatz an Bord von Schiffen?spezifischer Brennstoffverbrauch:
b_e = 0,23...0,30 kg/kWh
42Nennen Sie Vor- und Nachteile eines Zweitaktmotors.Nachteile:
Große Anlagenabmessungen
Hohes Gewicht der Anlage
Vorteile:
guter Wikungsgrad
kleine Drehzahl → kein Getriebe erforderlich
HFO-geeignet
43Erläutern Sie den Begriff „Kombinatorbetrieb“.Mit einem Verstellpropeller ergibt sich die Möglichkeit den Betriebspunkt so zu wählen, dass bei schonender Fahrweise sich ein möglichst geringer Kraftstoffverbrauch einstellt.
44Welche Schadstoffe im Abgas eines Schiffsdieselmotors werden durch internationale Gesetze direkt oder indirekt limitiert?direkt: Stickoxide NOx → in g/kWh
(wird auf 2,5-7,5 g/kWh reduziert)
indirekt: Schwefeloxide → Schwefelgehalt im Brennstoff limitiert
(0,1% SECA, 0,5% weltweit ab 2020/2025)
45Welche weiteren Schadstoffe im Abgas sind umweltrelevant?1.Kohlenstoffdioxid CO2
2.Kohlenmonoxid CO
46Ein Hochseeschlepper entwickelt bei einem Schleppmaöver einen maximalen Trossenzug von 190t, dabei wird an den beiden Drucklagern insgesamt ein Schub von 160t gemessen. Erläutern Sie den Grund für diese Differenz.Der Schlepper hat einen Düsenpropeller/Kortdüse. Durch das Tragflügelprofil des Düsenquerschnittes wird bei Umströmung eine Auftriebskraft erzeugt, die den Trossenzug verstärkt.
47Skizzieren Sie die Durchbiegung der Wellenleitung einer Antriebsanlage mit 2T-Dieselmotor vom Propeller bis zum freien Kurbelwellenende des Motors
48Einsatzgebiete von Dampfturbinen, Gasturbinen und Dieselmotoren in modenen Schiffsantriebsanlagen.Dampfturbinen: große Gastanker
Kombinierte Gas- und Dampfturbinenanlagen: Passagierschiffe
Dieselmotoren (weit über 95% aller Schiffsantriebe)
49Skizzieren Sie den prinzipiellen Aufbau eines Tunnel-Getriebes.
50Ein Fährschiff ist mit vier Viertakt-Dieselmotoren ausgerüstet, die auf zwei Verstellpropeller wirken. Was muss für den Fall eines Schadens an einer der Hauptmaschinen berücksichtigt werden?Wenn eine Hauptmaschine ausfällt sollten die beschädigte Hauptmaschine sowie eine Hauptmaschine des anderen Strangs ausgekuppelt werden, sodass man mit einer Hauptmaschine pro Strang weiterfährt
51Ein Fährschiff ist mit vier Viertakt-Dieselmotoren ausgerüstet, die auf zwei Verstellpropeller wirken. Zwei dieser Motoren, die auf einen gemeinsamen Propeller wirken fallen aus. Welche Maßnahmen sind dann während der Seereise sinnvoll.Auskuppeln der beschädigten Motoren und Weiterfahrt mit Ruderlage.
52Wie verändert sich der Kraftstoffverbrauch im Laufe der Betriebszeit oder bei dem Einsatz von Schweröl (HFO) statt Marine-Gasöl (MGO)?Im Laufe der Betriebszeit nimmt der Kraftstoffverbrauch zu, weil Bewuchs von Propeller und Rumpf den Schiffswiderstand erhöhen. Außerdem findet Verschleiß der Maschinenteile statt.
Beim Verbrauch von Schweröl nimmt der Kraftstoffverbrauch ebenfalls zu, weil zusätzlich Separatoren betrieben werden müssen, und der Kraftstoff nicht so hochwertig ist und einen geringeren Brennwert hat.
53Wie setzt sich der Propulsionsgütegrad zusammen? (Kurze Erläuterung).
54Nennen Sie Gründe für den Einbau von Wellengeneratoren.1.Das Schiff kann möglicherweise ohne Hauptmaschine fahren und über den Wellengenerator betrieben werden (PTI)
2.Die Hilfsmaschinen werden eingespart (Platz-, Gewicht-, Kosteneinsparung
55Welche Gründe sprechen für eine Vater-Sohn-Anlage mit Motoren gleichen Typs?1.gute Anpassung für verschiedenen Leistungsbedarf (flexible Leistungserzeugung bei gutem Wirkungsgrad)
2.Einheitliche Ersatzteile
56Was muss bei der Ermittlung der Tankkapazitäten für den Schwerölbetrieb zusätzlich berücksichtigt werden?1.Es müssen Heizungen für die Schweröltanks eingebaut werden
2.Es werden größere Tanks für die gleiche Reichweite benötigt, weil der Brennwert geringer ist als bei hochwertigen Kraftstoffen
57Aus welchen Gründen muss die Propellersteigung eines Verstellpropellers bei veränderter Schiffsgeschwindigkeit verändert werden?Wenn die Drehzahl beibehalten wird, muss die Propellersteigung variiert werden um die Schiffsgeschwindigkeit zu verändern. Das Problem der Drehzahldrückung wird damit umgangen.
58Skizzieren Sie das Konstruktionsprinzip eines einstufigen Wendegetriebes.
59Bis zu welcher Antriebsleistung werden Wendeuntersetzungsgetriebe eingesetzt?Der übliche Einsatzbereich endet bei modernen Schiffsantriebsanlagen bei ca. 5MW (8MW).
60Nennen Sie Gründe, die für den Einsatz eines „CODAG-Antriebes“ sprechen.Für diese Konfiguration spricht, dass für den Sonderfall, dass das Schiff mit Höchstfahrt fahren muss, nur eine relativ kleine/leichte Gasturbinenanlage installiert werden muss. Der relativ schlechte Wirkungsgrad fällt dabei nicht ins Gewicht, weil nur selten bei Höchstfahrt gefahren wird.
61Welche Antriebskombinationen gibt es?
62Seit einiger Zeit haben viele Reedereien entschieden, die Reisegeschwindigkeit ihrer Schiffe deutlich zu reduzieren. Erläutern Sie stichwortartig mögliche Gründe.1.Abnahme des Transportvolumens durch Überkapazitäten in der weltweiten Schifffahrt
2.Anstieg der Brennstoffpreise/Rohölpreise
63Welche Vor- bzw. Nachteile sich daraus, dass viele Reedereien entschieden haben, die Reisegeschwindigkeit ihrer Schiffe deutlich zu reduzieren?Vorteile:
1.absolut geringerer Verbrauch
Nachteile:
1.Schiff und Propeller sind nicht für diese Geschwindigkeiten optimiert
2.Motor fährt in ungünstigem Betriebspunkt
3.Abgaswärmenutzung ist nicht für geringe Abgasströme ausgelegt
4.insgesamt höherer Verbrauch pro kWh / schlechterer Wirkungsgrad
64Skizzieren Sie die Drehmomentenkennlinie eines M=f(n) eines aufgeladenen Schiffsdieselmotors und einer Dampfturbine mit gleichem Nennzustand (100% M, 100% n).
65Erläutern Sie in Stichworten, nach welchen Kriterien die Propellerwelle eines Seeschiffes ausgelegt wird. Welche Regeln müssen dabei eingehalten werden?1.Torsion (Drehmomentübertragung)
2.Längskraft (Übertragung des Propellerschubs)
Die Durchmesser der Propellerwelle haben den Vorschriften der Klassifikationsgesellschaft zu genügen
66Skizzieren Sie das Nachstromfeld eines Schiffes mit Einwellenanlage und markieren Sie qualitativ den Schubmittelpunkt.Schubmittelpunkt i.d.R. immer exzentrisch: (Anhaltswert: ΔR=(0,1...0,15)R ; Richtung 45° - 120°)
→ wegen Rotation befindet sich der Schubmittelpunkt nicht auf der Mittschiffslinie.
67Beurteilen Sie, ob es sinnvoller ist eine Schiffsantriebsanlage mit mittelschnelllaufendem Viertakt-Dieselmotor in typischer Ausführung auf Schiffen mit häufigem Manövrierbetrieb mit Wellengenerator auszustatten oder im Kombinatorbetrieb zu fahren.Bei Schiffen mit häufigem Manövrierbetrieb ist es sinnvoller im Kombinatorbetrieb zu fahren, damit der Motor immer in einem günstigem Betriebspunkt gefahren wird.
Ein Wellengenerator benötigt eine konstante Drehzahl.
68Aus welchem Grund wurden Propeller mit Leitrad eingesetzt?Durch ein Leitrad kann der Propellerwirkungsgrad um bis zu 10% verbessert werden. Beim Leitrad handelt es sich um ein hinter dem Propeller angeordnetes zweites Vortriebsorgan mit größerem Durchmesser, das frei rotierend gelagert ist.
Der vom Leitrad zusätzlich erzeugte Schub wird über ein Axiallager auf die Propellerwelle übertragen. Die erheblichen Kosten und insbesondere die technischen Probleme beschränkten bislang den Einsatz von Leiträdern auf wenige Einzelfälle.
69Was verbirgt sich unter der Bezeichnung „SECA“. Was ist hinsichtlich des Motorbetriebs zu beachten?SECA= Sulfur-Emission-Control-Area
- geringere Schwefelemissionen erlaubt (Schwerölbetrieb: Nachbehandlung → Scrubber)
70Bei der Probefahrt stellt man fest, dass sich die Schwingungsanregungen von Motor und Propeller ungünstig überlagern. Welche Maßnahme könnte kurzfristig helfen?Verdrehen des Propellers gegenüber dem Motor um eine oder mehrere Lochteilungen des Wellenflansches.
71Benennen Sie die Komponenten des 2T-Motors.
72Welchen Bohrungsdurchmesser hat der Motor MAN S35MC6?D=350mm
73Wie lange dauert das Arbeitsspiel eines 2T-Motors in °Kurbelwinkel?360°
74Welche Aufgabe erfüllt der Kreuzkopft?1.Lagert die Treibstange drehbar und überträgt Querkräfte auf die Führung.
2.Sorgt dafür, dass die Schubstange nur noch Längsbewegungen ausführt
75Was passiert wenn eine kurzzeitig zugelassene Geschwindigkeit über längere Zeit gefahren wird?1.Verschleiß
2.Überhitzung von Bauteilen
3.Abbau des Zylinderölfilms
76Erläutern sie das Aufladekonzept(Turbolader) „Stoßaufladung“Bei der Stoßaufladung wird das Abgas von zwei, drei oder gelegentlich
auch vier Zylindern in einer Leitung zusammengefasst. Hierbei ist zu beachten, dass sich die Auspuffvorgänge der verbundenen Zylinder nicht gegenseitig stören. Die Abgasleitungen sind kurz und strömungsgünstig zu gestalten, um die Strömungsverluste zu verringern. Durch die Stoßaufladung wird die kinetische Energie des Abgases (Stoßwellen) genutzt, so dass dieses Verfahren bei Teillastbetrieb und bei schnellen Lastaufschaltungen
Vorteile bietet. Die stoßartige (instationäre) Beaufschlagung der
Abgasturbine ist allerdings insbesondere im Volllastbetrieb mit höheren Verlusten
verbunden.
77Erläutern sie das Aufladekonzept(Turbolader) „Staufaufladung“Bei der Stauaufladung strömen die Abgase der einzelnen Zylinder in einen Sammler, wobei der während der Auslassphase veränderliche Druck im Zylinder (vor dem Auslassventil) auf den niedrigeren Druck imSammelbehälter heruntergedrosselt wird (Exergieverluste). Die Abgasturbine wird mit einem stationären Abgasstrom beaufschlagt, so dass hier insbesondere
im oberen Leistungsbereich die Energieumsetzungen günstiger sind.
Dieser Umstand sowie konstruktive und fertigungstechnische Vorteile haben dazu geführt, dass langsamlaufende Zweitaktmotoren ausschließlich mit
Stauaufladung gebaut werden.
78Benennen Sie die Komponenten des 4T-Motors.