Sjømannskap - skip og maskiner 2 : Maskiner [2] [PDF]

Zitiervorschau

PER CHRISTIANSEN

SJØMANNSKAP

SKIP OG MASKINER DEL II MASKINER

Depotbiblioteket

OSLO

1966

FORLAGT AV H. ASCHEHOUG & CO

(W. NYGAARD)

Mariendals Boktrykkeri A/S, Gjøvik

FORORD Meningen var at denne boka skulle ha vært en integrerende del av en ny utgave av min lærebok i faget Sjømannskap. Derfor har også boka fått tittelen: Sjømannskap, Skip og Maskiner med undertittel: Del II,

Maskiner. Da det imidlertid fra mange hold ble hevdet at en ved navigasjonsskolene trengte en bok som gav en enkel framstilling og beskrivelse av det forskjellige maskineri om bord i skipene, så er da denne boka utgitt uavhengig av selve sjømannskapsboka. Ved et seinere høve skal det hele sammenarbeides til én bok, for begrepet Sjømannskap omfatter i dag alt arbeid om bord som har med skipets drift å gjøre. Så er da heller ikke denne boka noen maskinlære i ortodoks betydning. Beregninger og konstruktive detaljer er søkt unngått mest mulig, inn­ holdet er av mer beskrivende art. Det er tatt med litt om automasjon, men den voldson me og raske ut­ viklingen innen skipsfarten har gjort det praktisk talt umulig for lære­ bøkene å kunne følge med, -—- bøkene blir foreldet nesten mens de er i trykken. Men en må ha lov til å anta at de rette myndigheter vil sørge for at området AUTOMASJON TIL SJØS snarest blir belyst gjennom lære­ bøker og håndbøker, skrevet av eksperter på området, og gjort tilgjengelig for våre maritime skoler. En kan trygt si at en ny tidsalder er begynt innen det praktiske sjø­ mannskap, det har vært antydet at den overgangsperiode vi nå er inne i, på mange måter kan sammenlignes med overgangen fra seil til damp for 60 —- 70 år siden. Det å skaffe tidsmessige lærebøker blir det største problem i årene framover og må ses i sammenheng med utdanning av nye lærere og videreutdanning av nåværende lærere. Vi gamle lærebokforfåttere holder ikke mål lenger, vi må bare håpe på at yngre krefter kan ta arbeidet opp, og at lærebokforfatterne blir gitt tilfredsstillende arbeidsvilkår. Det er naturlig at en til en bok som denne henter litt stoff både her og der, og får idéer fra annen litteratur på området. Jeg vil takke utgiverne av tidsskriftene «SKIP», «SKIPSTEKNIKK» og «NORWEGIAN SHIP­ PING NEWS» for deres imøtekommenhet.

En del tekst og billedstoff er hentet fra forskjellige utenlandske publi­ kasjoner. Det finnes i dag mengder av praktisk-teknisk litteratur som den inter­ esserte navigatør kan øse av. Når det gjelder ren skipsmaskinlære, vil jeg nevne maskinistskolenes forskjellige lærebøker, og blant disse da særlig «SKIPSMASKINLÆRE» av Jakob Imsland og «SKIPSKJØLEANLEGG» av Arne Børsum. Sa takker jeg dem som har gitt meg råd med hensyn til denne boka, som har hjulpet med skrivningen, og endelig dem som har lest igjennom manuskriptet. En særlig takk til navigasjonskonsulent O. Myrseth. Oslo 1966.

Per Christiansen.

Innhold Side

Maskinlære .................................................................................................................. Måleenheter ....................................................................

1

Trykk .......................................................................................................................... Kraft ............................................................................................................................ Arbeid ....................................................................................................................... Effekt ....................................................................................................................... Varmeteori og forbrenningslære............................................................................. Varmemengde ............................................................... Varme og mekanisk arbeid .................................................................................

2 3 3 3 4

Varmeverdi

2

4 4

.............................................................................................................

4

Egenvarme ............................................................................................................. Forbrenning ............................................................................................................. Brennstoff....................................................................................................................... Kull ...................................................................................

5 5 6

6

Olje ........................................................................................................................... 7 Framdriftsmaskineriet ............................................................................................... 8 Dampmaskinanlegget ........................................................................................... 9 Dampkjeler ........................................................................................................ 11 Heteflate .................................................................................................... 12 Røykrørskjeler ................................................................................................... 12 Vannrørskjeler ................................................................................................ 14

Donkeykjeler ................................................................................................... 18 Ildfast murverk i skipsdampkjeler........................................................... 24 Kjeleeksplos joner........................................................................................... Kjeleskader for øvrig ..................................................................................

Mettet og umettet damp ............................................................................. Overheter ......................................................................................................... Trekk og forvarmet trekkluft.................................................................... Fødevann og fødevannsforvarmer .......................................................... Kondenseren....................................................................................................... Dampstempelmaskineri ..................................................................................... Ekspansjon .................................................................................................... Triple-ekspansjonsmaskinen ............................................................ • • • • Forskjellige typer dampstempelmaskiner ............................................ Damp turbinen Innledning

....................................................................................................... .......................................................................................................

26 26

27 28 29 29 30 32 34 35 36 38 38

Dampen i stempelmaskinen og iturbinmaskinen................................ Strømmende damp ..................................... Strømmende damp ........................................................................................ Turbiner med hastighetstrinn ogtrykktrinn ........................................

39 39 39 41

Reaksjonsturbinen ................................................................................... ' Aksialt trykk....................................................................................................

43 44

Akteroverturbinen ...................................................................................... Giret ..................................................................................................................

45 47

Den japanske turbintankeren«Nissho Maru» ...................................... Spesialkjele for store dampturbinanlegg .............................. Turbo-elektrisk drift .................................................................................

47 49 50

Gassturbin-maskineri ................................................................................. Atomkraft for drift av skipsmaskineri ..................................................... N/S «Savannah» ...........................................................................................

50 53 56

Atomskipets skrog

......................................................................................

57

Framdriftsmaskineriet — reaktoren ...................................................... Framstillingen av «U-235» ........................................................................ Framtiden ......................................................................................................... Skipsmotorer.........................................................................................................

59 64 66 68

Innledning ....................................................................................................... 4-taktsmotorens virkemåte ............................................................................... 2-taktsmotorens virkemåte ............................................................................. 2-taktsmotor med gnisttenning .................................................................... Forgasseren ......................................................................................... Gnisttenningen .................................................................................................... Semidieselmotoren ........................................................................................... Dieselmotoren .................................................................................................... 4-takts dieselmotor ...................................................................................... 2-takts dieselmotor ...................................................................................... 2-taktsmotorens spyling .............................................................................

68 69 70 71 72 73 74 75 78 79 80

Dieselmotorens overladning ................................................................... Trunkstempel-motor og krysshode-motor ............................................ Dieselmotorens kjølesystem........................................................................ Maskinarrangementet på M/T «Borgsten»............................................ Diesel-elektrisk framdriftsmaskineri ............................................................... Maskinens hestekraft ...........................................................................................

84 86 87 90 92 95

Tungoljedrift av dieselmotorer ........................................................................ Oppvarming .........................................................................................................

98 99

Selve renseanlegget ........................................................................................... Transporten av tungoljen i renseanlegget................................................. Hovedmotoren .................................................................................................... Oljeseparatorer......................................................................................................... Separering av smøreolje ................................................................................. Separering av brenselolje................................................................................. Kompressor ............................................................................................................. Kjøle-frysemaskin.................................................................................................... Teori .................................................................................................................. Kjølegasser .............. ,........................................................................................

101 102 102 103 107 107 108 110 HO 110

Kjølemaskinanlegget ........................................................................................ «Air-conditioning» ............................................................................................. Pumper ......................................................................................................................... Innledning ........................................................................................................... Sugepumpa ...........................................................................................................

111 112 113 113 113

Dobbeltvirkende stempelpumper...................................................................... 116 Roterende pumper ............................................................................................. 117

Skruepumper ...................................................................................................... 120 Ejektorer ................................................................................................................ 122 Evaporatoren................................................................................................................ 124 Lavtrykksevaporatoren ........................................................................................ 125

Flash-evaporatoren ............................................................................................. 126 Ferskvannsgeneratoren......................................................................................... 126 Akslene og deres lagre............................................................................................. 128 Innledning ........................................................................................................... Veivakselen ........................................................................................................... Trustakselen ...........................................................................................................

128 129 129

Trustlageret ........................................................................................................... Mellomakslene ...................................................................................................... Propellakselen ......................................................................................................

130 131 131

Hylsen .................................................................................................................... Propellen Propellens stigning ............................................................................................. Propellens slipp .................................................................................................. Propell med stillbare vinger ........................................................................ Stabilisatorer for skip ............................................................................................. Ror og styremaskiner ............................................................................................. Innledning ........................................................................................................... Styremaskiner ......................................................................................................

132

Dekksmaskineri ...................................................................................................... Innledning ........................................................................................................... Hydrauliske dekksmaskiner............................................................................... Dampvinsjer....................... *............................................................................... Elektrisk drevne dekksmaskiner ...................................................................... Vekselstrøm ........................................................................................................... Ward-Leonardregulerte elektriske dekksmaskiner ................................ Elektrisk drevne ankerspill ............................................................................... Dampdrevne ankerspill....................................................................................... Hydraulisk drevne ankerspill ....................................................................... Fortøyningsvinsjer ............................................................................................. Luke-maskiner ...................................................................................................... Dekkskraner ................................................................................................... Kjørbare portalkraner ........................................................................................ Fjernkontroll av dekkskraner,svingende bommer m. v............................. Framtidige elektriske dekksmaskiner ............................................................ Automasjon til sjøs ................................................................................................. Innledning .......................................................................................................... Noen generelle betraktningerom automasjon ............................................

133 134 134 137 141 141 142 151 151 151 154 154 155 159 161 161 163 164 167

171 173 177 177 179 180 182

Automasjon og instrumentering ................................................................... 187 Elektroniske regnemaskiner............................................................................. 192 Navigasjon ......................................................................................................... Lasteberegninger ................................................................................................ Maskinrommet ...................................................................................................*. Generelt om regnemaskiner .............................................................................

193 194 194 195

Fig. 1: Verdens første dieselmotor. 1897.

MASKINLÆRE Om og om igjen hører en det spørsmål fra navigasjonsskolenes elever: «Hva skal vi med maskinlære, vi som skal bli navigatører om bord?» Det er ikke så lett å svare på et slikt spørsmål. Navigatøren om bord skal jo ikke legge seg bort i maskinistens arbeid, og heller ikke har maski­ nisten noe med navigatørens jobb å gjøre, men slik utviklingen nå peker, må skillet mellom dekk og maskin jevnes ut. Navigatøren vil komme til å bli nødt til å ha noe fartstid i maskinrommet, og maskinfolkene vil uvil­ kårlig få en del av sitt arbeid henlagt til dekket. En må anerkjenne hverandres fartstid. Motormannen som ønsker å be­ gynne på dekket, må kunne få noe av sin maskinfartstid godkjent for styrmannsskolen, og på samme måte den andre veien. Rasjonaliseringen om bord i skipene sammen med automasjonens inn­ tog gjør det nødvendig å bryte med gamle bestemmelser, tradisjoner og fordommer. Maskinlæren her er ikke beregnet for utdanning av dekksmaskinister, men er en innføring i en nyere form for sjømannskap. 1

o

MÅLEENHETER Det forutsettes at skolene under faget fysikk nøye gjennomgår de forskjellige målesystemer og deres enheter. Her i boka skal vi bare nevne de rent tekniske måleenheter som bru­ kes i maskinlæren, med særlig vekt på be­ grepene trykk og hestekraft.

I omtalen av damp- og motormaskineri anvendes stadig uttrykket trykk. Trykket angis i kg pr. cm2 eller i Ibs pr. Q " (pund pr. kvadrattomme). Trykket kan også angis i atmosfærer å 1 kg pr. cm2 (omtrent 14,7 pund pr. kvadrattomme), hvilket temmelig nær motsvarer luftas (atmosfærens) trykk ved middelbarometerstanden 76 cm kvikksølv. I det engelske system er maskinvesenets middelbarometerstand 30" kvikksølv. Absolutt trykk er hele trykket regnet fra absolutt vakuum, fra null. Overtrykk er den del av det absolutte trykk som ligger høyere enn 1 atmosfære. Trykket i en dampkjele angis som overtrykk og måles ved hjelp av et manometer. Et manometers, det såkalte Bourdon-manometers, konstruksjon og vir­ kemåte framgår av fig. 2. Et bøyd rør som er lukket i den ene ende, står ved en rørledning i for­ bindelse med det rom hvis trykk skal måles. Trykket vil søke å rette røret ut, og denne bevegelse overføres ved vektstenger og tannsektorer til en viser som går over en skala. Undertrykk er trykk lavere enn 1 atmosfære. Undertrykket kalles i maskinvesenet for vakuum, og regnes nedover fra 1 atmosfæres trykk. Det såkalte vakuum-meter angir undertrykket i centimeter eller tommer kvikksølvsøyle, altså i henholdsvis 76-dels eller 30-dels atmosfære. Det tilsvarende absolutte trykk, i cm eller tommer, finnes ved å trekke vakuum-meterets visende fra henholdsvis 76 eller 30. Vakuum-meteret er konstruert etter samme prinsipp som manometeret, men etter som trykket synker, vil det bøyde røret krumme seg mer sam­ men, og bevegelsen registreres ved en viser over en skala. Vakuum-meterets skala kan f.eks. være delt fra 0 til 76. 0 betegner atmosfære-trykket, mens 76 betegner det absolutte vakuum.

2

Viser vakuum-meteret f. eks. 68, så er det virkelige trykk, det absolutte trykk, lik 76 — 68, dvs. 8 cm kvikksølv eller 0,105 atm. En kan si at vakuum-meteret viser stigende vakuum ved fallende trykk.

Kraft I fysikken er begrepet kraft definert som den påvirkning som kan fram­ bringe forandring i et legemes bevegelsestilstand. Til teknisk kraftenhet har vi valgt normal tyngden av kilogramloddet; denne kraftenhet kalles kilopond og defineres slik: «Et kilopond er den kraft som ville gi stoffmengden (massen) et kilo­ gram en akselerasjon lik normalverdien av tyngdens akselerasjon, 9,80665 m pr. sek2, dersom stoffmengden fikk bevege seg fritt og upåvirket av andre krefter.» I maskinteknikken anvender vi stadig krefter i forbindelse med en vektstang eller en arm. Produktet av kraft og arm kalles et kraftmoment. I teknikken har en av og til en tilbøyelighet til å anvende betegnelsen kraft hvor en egentlig mener energi. En sier f. eks. at en motor er så og så sterk, har så og så mange hestekrefter, men enheten hestekraft er ikke en kraftenhet.

Arbeid Når en kraft skal sette et legeme i bevegelse eller holde bevegelsen ved like, må den overvinne forskjellige motstander, og vi sier at kraften ut­ fører et arbeid. Størrelsen av det utførte arbeid beror på den motstand som må overvinnes, og på den veilengde som kraften må gjennomløpe. Vi sier at arbeidet er et produkt av kraft og veilengde, og arbeidsenheten blir derfor i det tekniske målesystem: 1 kilopondmeter, —■ dvs, at når en kraft på 1 kilopond har virket over en veilengde på 1 meter, er det utførte arbeid lik 1 kilopond.

Effekt Kraftens arbeidsevne, dens effekt, uttrykkes ved utført arbeid pr. tids­ enhet. Enheten for effekt er i maskinvesenet 1 hestekraft (1 hk) som svarer til 75 kilopondmeter pr. sekund. Men i maskinrommet regner vi med flere forskjellige slags hestekrefter. En maskins indikerte hestekraft (i.hk) måles ved en såkalt indikator direkte på maskinens sylinder. Men denne effekt kommer ikke helt og holdent framdriften til gode, en hel del går jo med til å holde selve maski­ neriet i gang. Den effekt som kommer framdriften til gode, måles i form av bremsehestekrefter eller akselhestekrefter. Forholdet mellom maskinens akselhestekraft og dens indikerte hestekraft, a.hk kaller vi maskinens mekaniske virkningsgrad.

TTk

3

VARMETEORI OG FORBRENNINGSLÆRE

Varmemengde I det metriske målesystem er den tekniske enhet for varmemengde 1 kilogram-kalori. 1 kilogram-kalori er den varmemengde som kreves for å få varmet opp 1 kg reint vann 1° Celsius. 1 gram-kalori er den varmemengde som må til for å varme opp 1 g reint vann 1° Celsius. 1000 gram-kalorier er altså lik 1 kilogram-kalori. 1 kilogram-kalori skrives forkortet 1 kcal. I det britiske målesystem er enheten for varmemengde 1 British Thermal Unit (forkortet 1 B.Th.U.) som svarer til den varmemengde som går med til å varme opp 1 engelsk pund reint vann 1° Fahrenheit. 1 B.Th.U. = 0,252 kcal, og 1 kcal — 1,8 B.Th.U.

Varme og mekanisk arbeid I det praktiske liv ser vi til stadighet at mekanisk arbeid frambringer varme. Det må derfor være naturlig å anta at en bestemt verdi mekanisk arbeid utvikler en bestemt mengde varme. Praktiske forsøk har vist at så er tilfelle, og en har funnet at et arbeid på 427 kilopondmeter gir en varmemengde på 1 kilogramkalori. 427 kilopondmeter kalles varmens mekaniske ekvivalent.

Varmeverdi Et stoffs varmeverdi er den varmemengde som utvikles ved fullstendig forbrenning av 1 kg av stoffet. Vanlig brenselolje har en gjennomsnittlig varmeverdi på 10 000 kcal/ kg eller 18 000 B.Th.U. pr. Ibs. Sammenlignet med oljen har kullene en lavere varmeverdi. De for­ skjellige kullsorters varmeevne varierer også mye. Brunkull kan ha en varmeverdi helt ned til 4000 kcal/kg, mens gode bituminøse kull kan ha varmeverdier på opptil 9000 kcal/kg. Et stoffs varmeverdi bestemmes av dets innhold av karbon (kullstoff) og hydrogen (vannstoff).

4

Egenvarme Ved et stoffs egenvarme, eller spesifikke varme, forstås kilogram-kalorier som må tilføres 1 kg av stoffet, for at dettes skal stige 1° Celsius. Reint vann har altså en egenvarme lik 1 fordi det går med varme opp 1 kg reint vann 1° Celsius. Det er bare gassarten hydrogen (vannstoff) som har høyere enn vann, ca. 3,4, mens alle andre stoffer i forhold til vann egenvarme. Egenvarmen er et ubenevnt tall.

det antall temperatur 1 kcal til å

egenvarme har lavere

Forbrenning Når oksygen forbinder seg kjemisk med et annet stoff, sier vi at det foregår en oksydasjon. Som regel vil en oksydasjon ledsages av en opphetning eller i det minste av en svak temperaturstigning i stoffet. Under visse bestemte forhold kan oksydasjonen skje så raskt og opphetningen bli så stor at stoffet kan begynne å brenne, det skjer en for­ brenning (selvantennelse). At en forbrenning skal kunne komme i gang og deretter holdes gående, er derfor betinget av at det er oksygen og et brennbart stoff til stede, og at det er tilstrekkelig høy temperatur i det vi kan kalle brennkammeret. Til fullstendig forbrenning av 1 kg av et bestemt brennstoff, f. eks. kull eller olje, går det med en bestemt mengde oksygen. Tilføres det således fyrgangen eller motorsylinderen for lite luft, får vi ikke nyttiggjort oss brennstoffets fulle varmeverdi. Dersom vi på den annen side tilfører brennkammeret for mye luft, så må dette luftoverskudd i seg selv varmes opp, og varmen hertil tas fra brennstoffet. Et tilført luftoverskudd representerer derfor et tap, så det gjelder å fyre med så lite luftoverskudd som mulig. Men for å unngå en ufullstendig forbrenning er vi nødt til å arbeide med et lite luftoverskudd. Ufullstendig forbrenning, enten under kjelen eller i motorens sylinder, forårsaker et direkte tap i både varme og effekt og derved også øko­ nomisk. Dårlig forbrenning viser seg ved svart røyk, eller eksos, fra skorsteinen. En røykindikator med avlesning på fyrdørken kan hjelpe til ved fyrin­ gen så denne kan bli mest mulig økonomisk.

BRENNSTOFF

Kull Kullene som brennstoff om bord i skip er i de seinere år blitt full­ stendig fortrengt av oljen, men vi skal likevel nevne litt om dette brensels sammensetning. Det finnes jo ennå kullfyrte skip. Kullforekomster har vi over hele verden, men kullene har svært for­ skjellig sammensetning i de forskjellige leier. 1. Antrasitt-sortene. hører til det vi kaller harde kull. De har høy antenningstemperatur og brenner tungt, men nesten uten røyk. På grunn av denne siste egenskap ble enkelte sorter antrasitt i de kullfyrte skips tid forbeholdt orlogsfartøyene. Kunstig trekkanordning var absolutt nød­ vendig ved bruk av disse kullsorter. Antrasitt inneholder 90 — 95 % karbon, 2 — 5 % hydrogen samt 3—5 % oksygen og nitrogen til sammen. Varmeverdien er ca. 8000 kcal. 2. Bituminøse kull kalles slik fordi de har stort innhold av kulltjærebestanddeler, som under forbrenningen blir avgitt som brennbare gasser. Denne gruppe kullsorter har en varmeverdi, alt etter innholdet av karbon, helt opp imot 9000 kcal, og det var disse kull som var mest brukt som fyringskull, skipskull. 3. Brunkull er lite skikket til skipsbruk. De er lett selvantennelige. Kullene fra Svalbard hører til brunkullsortene. Innen de her nevnte tre grupper kan en plassere nær sagt alle kullsorter enten de brukes til fyring, til framstilling av koks og gass eller til indu­ strielle formål. Gode såkalte skipskull måtte ikke ha for høy antennelsestemperatur, men ha høy varmeverdi. Skipskullene måtte også ha et forholdsvis stort innhold av flyktige karbon/hydrogen-forbindelser, slik at kullenes faste kokssubstans lett kunne komme i brann og fortsette å brenne. Særlig var det viktig at skipskullene inneholdt lite av ubrennbare stof­ fer, stein, aske, slagg m.v. Alle disse stoffer nedsetter kullenes varmeverdi. Er det svovel til stede i kullene, så er jo denne brennbar, men svovelen angriper og ødelegger fyrgangenes rister. Skipskullene bør ha evnen til å «bake» seg noe, dvs. kunne smelte sam­ men og svulme opp på grunn av heten. Gode fyringskull kunne ha omtrent følgende sammensetning: 80 % karbon, 6 % hydrogen, 10 % oksygen og nitrogen, 3 % aske og slagg og 1 % svovel. 6

Olje Oljen har nå stort sett avløst kullene som brennstoff om bord i damp­ skip og er jo enerådende når det gjelder motorskipene. Atomenergi vil kanskje bety en dampskipenes renessanse, men den er vel ennå ikke kom­ mersielt anvendelig. En får håpe at jordas beholdning av olje må strekke til ennå i noen år, men tiden er nok inne til å søke etter andre energikilder for både indu­ stri og skipsfart. Jordolje er en blanding av forskjellige karbon/hydrogen-forbindelser og forekommer i jorda på mange steder i verden, ja noe olje finnes det vel praktisk talt overalt, om en bare kunne få fatt i den. Jordoljen, råoljen, gjennomgår mange prosesser innen den blir bruk­ bar. Vi sier at oljen blir raffinert, destillert eller fraksjonert, og hele denne prosess foregår ved store oljeraffineringsanlegg.

I sin enkleste form kan vi beskrive raffineringsprosessen slik: 1. I et destillasjonsapparat blir råoljen varmet opp til ca. 150° C. Der­ ved fordamper råbensinen. Dampen ledes bort og fortettes igjen. Den framkomne væske har en egenvekt på 0,725. Ved å destillere råbensinen videre får en fram de forskjellige tyngre og lettere bensinsorter. 2.

Etter at råbensinen er utvunnet, oppvarmes den igjen værende råoljeblanding til ca. 270° C; en får da destillert over vanlig petroleum av egenvekt ca. 0,79.

3.

Det som er igjen av råoljen etter at bensin og petroleum er destillert over, utgjør ca. 60 % av den opprinnelige oljemengde og er det vi kaller brenselolje eller tungolje. I navnet brenselolje ligger det at denne oljen er det vi bruker som fyringsolje, både i industrien på landjorda og om bord i skipenes oljefyrte kjeler. Men dessuten har en i 1950-årene funnet fram til at større diesel­ motorer også kan nytte tungoljen til brennstoff. Vi skal komme nær­ mere inn på dette under omtalen av dieselmotoren og dens drift.

4.

Ved videre destillering av tungoljen får en først fram det vi kaller tung lysolje, og deretter den egentlige solarolje som kan brukes til drift av nær sagt alle slags motorer. Solarolje kan imidlertid være svært forskjellig i kvalitet og kan ha egenvekter mellom 0,83 og 0,92.

5.

Det som nå er igjen i destillasjonsapparatet, er en blanding av smøre­ olje, parafinvoks og asfalt eller jordbek. Den videre utvinning av smøreoljen er en meget innviklet prosess, og produksjonen av de forskjellige smøreoljer foregår i dag på strengt vitenskapelig grunnlag. 2. Christiansen

7

FRAMDRIFTSM ASKINERIET På sjøgående handelsfartøyer har vi i dag tre forskjellige typer framdriftsmaskineri: 1. 2. 3.

dampstempelmaskiner dampturbinmaskiner motorer.

Innen hver av disse hovedtyper finnes det så mange forskjellige kon­ struksjoner, avarter og kombinasjoner. En kan vel trygt si at dampstempelmaskinen i dag er avleggs som framdriftsmaskin om bord på skip. Det er dieselmotoren som så å si er ene­ rådende på skip med maskineri opp til 20 tusen hestekrefter. Kommer vi over denne maskinstørrelse, kan kanskje damp turbinen konkurrere med motoren. Dieselmotoren er rimelig i brennstofforbruk, men kostbar i vedlike­ hold og reparasjoner. Turbinmaskineriet har et svært brennstofforbruk, men små reparasjonsutgifter og dermed færre «off hire» dager. Det menes også at turbindrift vil bli lettere å automatisere enn motormaskineri. Anvendelse av atom­ energien til drift av skip forutsetter dampkjeleanlegg og turbinmaskineri. Når det gjelder maskineriets størrelsesorden, så kan dampturbiner konstrueres for så å si ubegrensede størrelser. Det ser i dag ut til at diesel­ motoren i sin utvikling har tatt en pause ved en størrelse mellom 20—25 tusen hestekrefter. Da både dampstempelmaskinen og dampturbinanlegget krever et kjeleanlegg for frambringelse av den nødvendige damp, skal vi først gjennom­ gå hovedtrekkene i forskjellige kjelekonstruksjoner. Om bord på motorskipene har en også til stadighet bruk for damp både til oppvarming, drift av forskjellig hjelpemaskineri, reingjøring av tan­ ker m. v.

8

Dampmaskinanlegget I sin enkleste form består et dampmaskinanlegg av følgende 6 hoved­ deler: 1. Dampkjelen. (Røykrørskjele eller vannrørskjele). 2. Dampmaskinen. (Stempel- eller turbinmaskin). 3. Kondenseren hvori avløpsdampen fra maskinens lavtrykksside blir fortettet, kondensert, til det vi kaller kondensatet. 4. Kjølevannspumpa, eller sirkulasjonspumpa, som pumper kaldt sjø­ vann gjennom kondenseren. 5. Luftpumpa som sørger for å holde trykket lavt i kondenseren. 6. En fødevannspumpe, eller kondensatpumpe, som bringer kon­ densatet tilbake til kjelen.

Alle pumpene kan drives av hovedmaskinen, så noe hjelpemaskineri er det ikke nødvendig å ha. Det har også vært konstruert såkalte rene høytrykksmaskiner hvor av­ løpsdampen slippes rett ut i lufta og hvor således kondenseren og dens pumper er helt overflødige. Men en måtte da ha en fødevannstank og en fødevannspumpe for å skaffe vann til kjelen. I virkeligheten er et dampmaskinanlegg atskillig mer komplisert enn ovenfor antydet. Når det gjelder kjelen, så er det meget viktig at vannstanden her hol­ des konstant, hvilket vil si at det må pumpes vann inn på kjelen tilsva­ rende den damp som tas ut. Men produksjon, forbruk og kondensasjon av damp foregår ikke alltid i det samme forhold, og derfor vil vann­ standen på kjelen bli ujevn. For å avhjelpe dette er det satt inn en føde­ vannstank (kaskadetank, utjevningstank eller varmtvannstank) i anleg­ get. Og fødevannspumpa er en selvstendig drevet pumpe som automatisk stoppes eller settes i gang når vannstanden på kjelen stiger eller synker utover det normale. Kondensatpumpa tar da vannet fra kondenseren og trykker det inn på fødevannstanken. Kondenserens luftpumpe og kondensatpumpe kan være kombinert i én og samme pumpe, men er som oftest særskilte pumper. Fig. 3 viser et blokkdiagram av et forholdsvis enkelt, men gjennom lange tider mye brukt, dampmaskinanlegg. Fra kjelen går den mettede dampen gjennom overheteren og fortsetter som umettet til de forskjellige maskinenheter, som her alle er damp­ drevne. Vi gjennomgår først kretsløpet i hovedmaskinanlegget. Dampen kom­ mer først inn på maskinens høytrykksside, ekspanderer, dvs. utvider seg, og mister noe av trykket og varmen, går videre til mellomtrykks- og lavtrykkstrinnene under stadig ekspansjon, og forlater maskinen for å kom­ me inn på kondenseren som damp av ganske lavt trykk og lav temperatur. 9

Fig. 3. Kondensatpumpe.

Temperaturen kan være nede i 40 — 35 grader Celsius, hvilket er mulig som følge av det lave trykk. I kondenseren blir dampen fortettet, og kondensatet blir av den kom­ binerte luft- og kondensatpumpe pumpet inn på fødevannstanken. Kjølevann til kondenseren pumpes opp fra sjøen ved hjelp av kjølevannspumpa og går over bord igjen etter å ha passert kondenseren. Kjølevannspumpa er dampdrevet, likeledes kondensatpumpa. Lysmaskinen og styremaskinen er også dampdrevne, og det leveres likeledes damp til oppvarming av lugarer etc. Den dampen som passerer varmeanleggene, føres til slutt inn på fødevannstanken og fortettes der. Dampen som har vært nyttet til lysmaskinen og styremaskinen samt til de forskjellige pumpene, ledes gjennom en eksosledning inn på for­ barmeren hvor den nyttes til oppvarming av fødevannet på dettes vei fra fødevannstanken til kjelen. Eksosdampen fortettes etter hvert, og kon­ densatet ledes gjennom en drenledning inn på fødevannstanken. Fødevannspumpa tar fødevannet fra fødevannstanken og pumper det inn på kjelen, idet det på veien går gjennom en rørkveil i forvarmeren, som nevnt foran. En ekstra fødevannsforvarmer kan også plasseres i kjelens røykopptak, idet man da nytter røykgassenes varme til oppvarming av fødevannet. Røykgassene avgir da varme, og skorsteinsvarmen synker, noe som er like viktig som at fødevannet blir så varmt som mulig. En slik fødevannsfor­ varmer i røykopptaket kalles ofte for en «economizer».

10

For å kunne vedlikeholde en tilfredsstillende forbrenning under kjelen trenges ekstra lufttilførsel. Det brukes da en vifte, men en lar gjerne trekklufta passere en luftforvarmer oppe i røykopptaket innen den blåses inn i fyrgangen. Det er dårlig varmeøkonomi å føre kald luft inn i kjelens brennrom. Teoretisk sett skulle dampmaskinanlegget være et lukket system, vannet skulle bli til damp som igjen skulle bli til vann, uten at noe ble borte på veien. Men det er selvsagt lekkasjer i anlegget, og det må derfor spes på med ekstra vann til fødevannstanken. Spe-vannet kan skipet føre med seg i en særskilt kjelevannstank, eller en kan destillere sjøvann og på den måten skaffe seg det nødvendige ferskvann. Et slikt destillasjonsapparat kalles en evaporator. Et større dampmaskinanlegg er nok atskillig mer innviklet med alt sitt hjelpemaskineri og sin automatikk, men prinsippet er det samme hvor stort og hvor komplisert anlegget enn måtte være.

Dampkjeler Av skipsdampkjeler har vi to hovedtyper: røykrørskjele og vannrørskjele. Innen disse to typene har vi mange forskjellige konstruksjoner, kanskje flest når det gjelder vannrørskjelen. Begge de nevnte kjeletyper har sine fordeler og mangler. Den alminnelige røykrørskjele er av enkel konstruksjon, er forholdsvis lett å betjene og holde i orden, og den er meget driftssikker. Kjelens store vannvolum, opptil 20 — 25 tonn, gjør det lett å holde jevn vann­ stand og jevnt trykk. Men røykrørskjelen er stor og tung og er ikke skikket for det store damptrykk som brukes om bord i dag. Et damptrykk på 15 — 20 kg/cm2 er maksimum for en røykrørskjele, mens et damptrykk på bortimot 80 kg/cm2 kan være nødvendig i et større dampturbinmaskineri. Røykrørskjelen må ha sylinderform. Dens store stålflater og mange sammenføyninger gjør at den lett utsettes for materialspenninger. Kjelen må derfor fyres langsomt opp og, når det blir nødvendig, også avkjøles langsomt. Vannrørskjelen er mye lettere enn røykrørskjelen, tar mindre plass og har lite vannvolum. Den er rask å fyre opp, men stiller store krav til kjelevannet som må være absolutt reint, helst destillert vann. Kjelens vann­ stand må passes nøye. Begge kjeletyper kan konstrueres for enten kullfyring eller oljefyring, likesom de om bord i motorskip ved særskilte innretninger også kan nyttig­ gjøre seg varmen fra eksosgassen.

11

Heteflate En dampkjeles størrelse angis ved dens heteflate. Den direkte hete­ flate har på den ene siden direkte berøring med ilden og på den andre siden direkte berøring med kjelevannet. Den indirekte heteflate har berøring med kjelevannet på den ene siden og på den andre siden med varme gasser eller varm røyk. Heteflaten an­ gis gjerne i kvadratmeter, og kan komme opp i et ganske stort areal.

Røykrørskjeler Høy, liggende sylindrisk røykrørskjele med horisontale fyrganger og tilbakegående røykrør var den dampkjele som gjennom lange tider så å si var enerådende om bord i handelsskipene. I hele sin eksistenstid har røykrørskjelen, eller den skotske kjele som den også gjerne har vært kalt, ikke vært gjenstand for større konstruksjonsendringer. Og selv om en røyk­ rørskjele nå er utstyrt med overhetere, forvarmere for både trekkluft og fødevann, pumper for sirkulasjon av kjelevannet samt en gjennomført varmeisolasjon, så har røykrørskjelen måttet gi opp overfor vannrørskjelen.

Røykrørskjelen består av en stålsylinder med plane endeflater (fig. 4 og 5). Sylinderens diameter er oftest større enn kjelens lengde. Kjelen er klinket eller sveist sammen, og de to endeveggene er avstivet innbyrdes ved såkalte langstag. Den her omtalte sylinder kalles ytterkjelen. Inne i ytterkjelen er så innerkjelen bygd. Den består av en eller flere fyrganger, ildkassene og røykrørene. Fyrgangen er en stålsylinder sveiset eller klinket til kjelens frontvegg; åpningen her lukkes ved fyrdøren. Den andre enden av fyr­ gangen munner ut i ildkassen. Ildkassen er holdt på plass ved hjelp av mange og solide stagbolter. Mellom ildkassen og kjelens frontvegg har vi så røykrørene. Som nevnt kan en kjele ha flere fyrganger, og den kan likeledes ha flere ildkasser, en for hver fyrgang, og en får da det vi kaller flere rørsatser mellom ildkassene og frontveggen i kjelen. Fig. 4 viser en større skotsk kjele med 4 fyrganger for kullfyring. Ved fyrdøren deles fyrgangen i to ved de skråttliggende ristene som innerst ligger an ved den såkalte ildbrygga, den oppmurte overgangen fra fyr­ gang til ildkasse. Under ristene har vi askerommet. Selve fyrgangen er korrugert, og det gir den større overflate og gjør den sterkere enn om den hadde vært helt jevn. Fig. 6 viser en oljefyrt skotsk kjele med to fyrganger. På figurene ser vi også alle stagboltene som forbinder ildkassen til kjeleveggene. 12

©

OObOOdQOQOOO ooooooooooooo ooooooooooooo oooooooooooooo oooooooooooooo oooooooooooooo oooooooooooooo oooooooooooooo oooooooooooooo oooooooooooooo ooo oo

o

oooooooo oooooooo oooooooo oooooooo oooooooo oooooooo oooooooo oooooooo oooooooo oooooooo oooooooo oooooooo oooooooo oooooooo oooooooo oooooooo ooooooo ooooooo ooooooo...

g

oooooooo oooooooo oooooooo oooooooo oooooooo oooooooo oooooooo oooooooo oooooooo oooooooo oooooooo oooooooo oooooooo oooooooo oooooooo oooooooo ooooooo ooooooo ooooooo

oooooooooooo ooooooooooooo ooooooooooooo oooooooooooooo OOOOOOOOOOOOOO; oooooooooooooo OOOOOOOOOOOOOO oooooooooooooo s oooooooooooooo j OOOOOOOOOOOOOO ooo oo o

IflimilllllllHIllHIIIHI

7 i

.

'

L-,

v

Fig- 5.

13

Skorstein

De små skraverte feltene på fig. 5 angir sinkblokker for galvanisk beskyttelse av kjelen. På fig. 4 er sinkbeskyttelsen merket med 5. Det er ikke få røykrør i en stor kjele. Rørene kan ha en diameter fra 4 til 10 cm, og blir vanligvis festet i hullene i ildkassens og kjelens veg­ ger ved at rørendene valses ut. I konkurranse med vannrørskjelene har en i de seinere år forsøkt seg med forskjellige røykrørskjeler av helt andre konstruksjoner enn den ortodokse skotske kjele. En skal ikke komme inn på disse typer kjeler her, idet det har vist seg at vannrørskjelen likevel har seiret helt og hol­ dent over røykrørskjelen.

V annrørsk j eier Vannrørskjelene har altså i dag fortrengt den skotske kjele. De er mer elastiske, har kortere oppfyringstid, reagerer hurtigere ved belastningsvariasjoner og har en god vannsirkulasjon. Vannrørskjelene arbeider gjerne med høyere trykk enn røykrørskjelene, krever mindre plass, har mindre vekt og har større heteflatebelastning. Mens en røykrørskjele kan ha en vannbeholdning på inntil 25 tonn, så har en vannrørskjele sjelden et vanninnhold på over 10 tonn. Fig. 7 viser en forholdsvis enkel type oljefyrt vannrørskjele. A er den egentlige kjele, en liggende, sterkt konstruert sylinder. Fra A renner vannet ned i B og derfra inn i rørsatsen C. D er ildrommet, og vi ser at rørsatsen ligger midt i dette rommet. Da rørene har forholdsvis lite kaliber, vil vannet inne i dem fordampe meget raskt, og dampen stiger opp i E og videre gjennom rørene F til damprommet i kjelen A. Rørene 14

F ligger også i ildrommet. Fra kjelen går dampen via røret H til overheteren L og så endelig ut hoveddamprøret N til maskinen. (Overheteren skal omtales seinere.) Hele kjeleanlegget er innebygd i en godt isolert stålkasse. R er røykopptaket. Fig. 8 a og b viser fotografier av mer kompliserte vannrørskjeler. Foto­ grafiene viser kjelene delvis gjennomskåret, og en kan sammenligne dem med den enkle skisse i fig. 7. Det finnes utallige typer vannrørskjeler, veldige kompliserte anlegg, som stiller store krav til maskinbesetningens både teoretiske og praktiske utdanning. Selv om vannrørskjelen til å begynne med hadde mange barnesykdom­ mer, må vi si at kjelen i dag er blitt en god og driftsikker type med liten korrosjonsfare ved riktig kjelevannsbehandling. Kjelene krever nemlig reint kjelevann for ikke å få for mye belegg i rørene. Tilbakeføringen av dampkondensatet fører ofte med seg forurensninger som har lett for å brenne seg fast inne i rørene. Dette gir dårlig varmegjennomgang og synkende dampproduksjon, med fare for skade på rørene. De store, kompliserte vannrørskjelene krever en hel del tilleggsutstyr for å kunne gi full effekt.

Fig. 7.

15

Fig. 8 a.

16

Fig. 8 b.

17

Donkeykjeler Om bord på alle skip har en behov for damp, om ikke til framdriftsmaskineriet så til hjelpemaskiner, oppvarming og til reingjøring av olje­ tanker. Damp til formål som her nevnt, blir produsert i mindre dampkjeler, hjelpekjeler eller mest kjent som donkeykjeler. Størrelse og antall hjelpekjeler varierer med vedkommende skips behov for damp. Donkeykjelen kan være en vanlig røykrørskjele, eller en vannrørskjele, ofte på dieselmotorskip kombinert med en eksosgasskjele. Felles for de forskjellige donkeykjeletyper er at de er forsynt med utstyr, automatikk etc. som gjør at de krever lite pass fra maskinbesetningens side. Brenneren kan være termostat- eller pressostatstyrt, og automatisk fødevannskontroll m. v. hører til standardutstyret. Av plasshensyn om bord blir gjerne donkeykjelene bygd vertikale, slik fig. 9, 10 og 11 viser. Fig. 9 er en røykrørsmodell hvor A er brennkammeret, B er en fortsettelse av brennkammeret; begge rom er delvis foret

18

Exhaust Gas I n let Exhaust Gas Outlet

Oil Fired Outlet

Fig. 10.

Fig- 11-

med ildfast stein. Gjennom røykrørene går så røykgassene over i sotkassen C og videre opp i skorsteinen ved D. Fig. 10 viser en kombinert røykrør- og eksosgasskjele. Fig. 11 viser en vannrørskjele for oljefyring og eksosoppvarming. Brenngassene stiger opp ved B og stryker her langs vannrørssatsen innen de går opp i skorsteinen ved E. En får en sterk sirkulasjon av vannet fra den undre delen av kjelen til den øvre. Fra overkjelen synker vannet til­ bake til underkjelen gjennom de store rørene C, for så atter å stige opp gjennom vannrørssatsene. Den øvre vannrørssatsen varmes opp av eksosgassen. Kjelens vannrom er merket V og dens damprom H. Foruten kombinerte fyrte og eksosoppvarmede kjeler har en også reine eksoskjeler, og slike kjeler er meget utbredt idet det jo er nødvendig å få nyttiggjort seg brenslets varmeverdi så langt det er praktisk mulig. Slike eksoskj eiers ytelse er avhengig av de mengder eksosgass som avgis fra hovedmotoren, samt av eksosgassens temperatur. Denne temperaturen er

19

ca. 290° C for totaktsmotorer og ca. 400° C for firetaktsmotorer, noe varierende med motortype. Da behovet for damp om bord kan variere sterkt, samtidig som den avgitte eksosmengde er konstant, må eksoskjelene bygges slik at det er mulig å regulere kjelens dampproduksjon. En slik regulering kan foretas på tre måter:

Ved hjelp av et spjeld i eksosrøret kan en del av eksosgassen føres utenom kjelen. 2. Ved spesielle kjeletyper kan en senke vannstanden slik at den vannberørte heteflaten reduseres. 3. Ved å konstruere kjelen slik at arbeidstrykket kan økes, kan den over­ skytende del av avgassvarmen brukes til å øke damptrykket. På denne måten heves vanntemperaturen i kjelen, og temperaturdifferansen mellom eksosgassen og vannet minskes. 1.

I eksosfyrte kjeler er temperaturdifferansen mellom varmegassen og kjelevannet mye mindre enn i en vanlig fyrt kjele. Av den grunn kon-

20

Damp til systemet

Fig. 14.

Damp til systemet

Fig. 15 a.

strueres eksoskjeler med så lavt arbeidstrykk som mulig for å oppnå større temperaturdifferanse og dermed større varmegjennomgang i rørene. På 'fig. 12 er vist en typisk eksosfyrt røykrørskjele, den såkalte «Spanner»-kjelen. Fig. 13 viser en eksosfyrt vannrørskjele. Eksosgassen ledes rundt vannrørssatsen. Midt i rørsatsen har en et godt dimensjonert fallrør slik at det blir sterk sirkulasjon i vannet. Som før nevnt, kan eksoskjelen bygges kombinert med en vanlig fyrt kjele, men ofte er den bygd som en egen enhet. Eksoskjelen kan da ar­ beide som en egen dampproduserende enhet, som vist på fig. 14. Den kan også levere damp eller damp og vann til den oljefyrte kjelen, eller den kan brukes som forvarmer i den oljefyrte donkeykjeles fødevannssystem. (Fig. 15 a og b).

21

Fig. 16 viser donkeykjeleanlegget på et dieselmotordrevet tankskip. De forskjellige enkeltheter framgår av følgende: 1. Turboalternator. 2. Turbindrevne lasteoljepumper. 3. Kondenser med ejektor og kondensatpumper. 4. Sirkulasjonspumpe for kondenseren. 5. Kondenser for atmosfærisk trykk. 6. Sirkulasjonspumpe for sistnevnte kondenser. 7. Pumpe for sirkulering av vannet på eksoskjelen. 8. Eksoskjele. Fig. 17 viser en helsveiset skotsk kjele. Heteflaten er på ca. 400 m'2, og kjelen har en kapasitet på 12 tons damp pr. time. Fig. 18 viser en spesialkjele, en såkalt «Double Evaporation Boiler». Kapasiteten kan være fra 8 til 30 tons damp pr. time. Kjelen er særlig skikket til å levere damp til oppvarming av olje i lastetankene og til drift av lasteoljepumper. Denne slags kjeler gir ekstra sikkerhet mot komplikasjoner som følge av olje eller andre forurensninger av kjelevannet. 3. Christiansen

23

Opprettstående vannrørskjeler, helsveiset, og beregnet for en kapasitet på inntil 6 tons pr. time, er vist på fig. 19. Denne donkeykjelen er hurtig i oppfyring og tar liten plass.

Ildfast murverk i skipsdampkjeler (Fra tidsskriftet «Skipy>)

En detalj som vedlikeholdsmessig har meget stor betydning i skip med kjeleanlegg, er kjelens ildfaste murverk. Den konvensjonelle utførelse som har utviklet seg over en årrekke, går i korthet ut på at spesiell formstein boltes fast til kjelecasingen. For å få full tilpassing må en sveise disse bolter til casingen med nøyaktig inn­ byrdes avstand, og for å få dekket veggflatene er en avhengig av et stort antall forskjellige formstein i en enkelt kjele. 24

Det blir fra kjeleleverandørens side som regel levert med skipet et ekstra antall av de aktuelle formstein, slik at mannskapet seinere kan er­ statte skadde stein etter behov. Nevnte konstruksjonsform gir en ganske tilfredsstillende levetid, men når murverket omsider er modent for reparasjon, har det i praksis vist seg å være en vanskelig oppgave å skifte deler av murverket uten at de over­ liggende partier siger ned under arbeidet, og det blir ofte nødvendig å hogge til steinene for å kunne få dem plassert. Det neste problem mannskapet (eller reparatørene) støter på, er at man etter en eller to mindre reparasjoner av de mest utsatte deler av kjelemurverket, har brukt opp nettopp den formstein som passer for disse deler. Flere reparasjoner kan da ikke utføres så lenge en mangler erstat­ ning for den oppbrukte spesialstein. Nettopp her kommer heldigvis utviklingen til unnsetning ved at en i større og større grad går over til å installere de såkalte «plastiske, ild­ faste materialer». Disse materialer ble i begynnelsen nettopp brukt ved reparasjoner, og har nok reddet situasjonen for mang en maskinist. Plastiske, ildfaste materialer ble innført på det amerikanske marked allerede i 1914, og har gjennomgått en rivende utvikling fra de første spede forsøk for 50 år siden til dagens produksjon av en mengde for­ skjellige spesialmasser til nær sagt alle slags fyringsanlegg. For bruk i skipskjeler er det imidlertid bare 2 — 3 hovedtyper som kommer til anvendelse, selv om det naturligvis innen hver type finnes mange forskjellige kvaliteter. Disse typer er følgende:

1) Høyildfaste bankemasser som leveres ferdige til bruk i plastkledde kartonger eller drums. 2) Ildfaste støpemasser som leveres som sekkegods og blandes med vann før bruken. Støpemassene kan deles inn i 2 undertyper, selv om gren­ sene mellom disse undertyper kan være noe flytende: a) tyngre, tette støpemasser, og b) lette, porøse, isolerende masser.. Skillet mellom de to hovedtyper ligger i at de høyildfaste bankemasser i første rekke brukes til å bygge opp murverket i kjelens ildsted, hvor en har høye temperaturer og direkte flammepåkjenning. De tyngre, ildfaste støpemasser nyttes til den indre foring mot varmesiden, f. eks. langs rørsatsen eller bak rørvegger i vannkjølte ildsteder hvor materialet ikke blir utsatt for regelmessig flammebestrykning. De lette, isolerende støpemasser danner så skiktet mellom den indre foring og casingen.

25

Kj eleeksplosj oner (Skule Ørstad i «Skipsteknikk») I likhet med annet maskineri er dampkjeler utsatt for skader av for­ skjellig slags og av forskjellige årsaker. Mest alminnelig er reduksjon i plate- eller rørtykkelse som følge av tæringer, og alle dampkjeler er derfor underkastet en omhyggelig inspek­ sjon ved bestemte besiktelsesterminer. Det er i grunnen sjelden at det forekommer ulykker på grunn av materialsvikt i kjeler som arbeider un­ der normale forhold. Blir imidlertid materialene utsatt for ekstraordinært høye temperaturer, mister de sin styrke, og dersom et alvorlig materialbrudd oppstår, blir resultatet som oftest total ødeleggelse av kjelen, store skader på omgivelsene og i verste fall tap av menneskeliv. Når det tales om kjeleeksplosjoner, må en skille mellom virkelige eksplosjoner som finner sted i kjelens røykgass-system, og som skyldes antenning av en eksplosiv gassblanding, og på den annen side en spreng­ ning av selve kjelen, noe som ikke er en eksplosjon i vanlig forstand, men som likevel kan virke helt eksplosjonsartet. Enhver som har med pass av kjeler å gjøre, må være klar over hvilken kolossal sprengkraft som ligger i en trykkbeholder når den springer. Det første, største og siste bud for en kjelepasser må være å ha kjelens vannstand under kontroll, enten det nå er ved fjernvannstandsvisere eller sikrest ved hjelp av vanlige vannstandsglass. Nyere kjeler er også utstyrt med automatisk alarm for vannstanden. Det må nevnes at om vannstan­ den er blitt borte i glasset, så må en ikke uten videre pumpe mengder av kaldt vann inn på en kanskje allerede overopphetet del av kjelen. Eksplosjoner i kjelens røykgass-system forekommer oftest under ufor­ siktig oppfyring eller ved defekte brennere. Enhver ansamling av olje i forbrenningsrommet kan bevirke at det ved fordamping av oljen dannes eksplosive gassblandinger. En effektiv utlufting av systemet er derfor alltid påkrevd før brennerne tennes.

Kjeleskader for øvrig Kjelevannets beskaffenhet er av overordentlig stor betydning. Praktisk talt alt udestillert vann inneholder faste bestanddeler som vil avleire seg på kjeleveggene, fyrgangene og rørene. Avleiringene benevnes under ett som kjelestein. Kjelesteinen er varmeisolerende. Varmen fra røykgassene trenger fritt inn i rørene, men kjelesteinen hindrer varmen i å bli ført over på vannet. Derved stiger rørtemperaturen, gasstemperaturen stiger videre, og risikoen for nedbrenning av rørene er til stede. Tilsetting av visse kjemikalier til kjelevannet kan felle ut kjelesteinen i form av slam, men viktigst er det at selve kjelevannet er reint, noe som kan oppnås ved bruk av gode evaporatoranlegg. 26

Ved dampstempelmaskiner kan en del olje komme til å følge med dampen til kondenseren og derfra gjennom fødevannet til kjelen. Oljen kan holde seg fint fordelt i det varme kjelevannet, men kan også sammen med kjelevannets faste stoffer brenne seg fast i kjelen. Olje, fett og andre ureinheter som flyter på kjelevannsoverflaten, vil hindre en jevn og rolig dampdannelse og kan forårsake overkoking av kjelen. Overkoking består i at noe av vannet jages eller føres med dampen ut i hoveddamprøret til maskineriet, noe som kan lage ganske store hava­ rier, dersom vannet ikke tappes av snarest mulig. (Alle dampførende ledninger og rom i maskineriet er forsynt med tappekraner.) Overkoking av kjelen kan også skje ved ujevn fyring og ved en plutse­ lig minsking av damptrykket. Oppfyringen av en dampkjele må alltid skje langsomt og under full kontroll, av hensyn til de svære temperaturspenninger som kan opptre i materialene. Det samme gjør seg gjeldende når kjelen skal slokkes.

Mettet og umettet damp Når vi varmer opp vann i en kjele og vannoverflaten har åpen for­ bindelse til atmosfæren, vil vannet begynne å koke ved ca. 100° C. At vannet koker, vil si at det dannes dampblærer i vannets indre, og disse dampblærer stiger opp til overflaten og brister. Vannet koker altså ved ca. 100° C ved normalt atmosfæretrykk (76 cm kvikksølv). Dampen ved vannoverflaten vil ha samme temperatur som vannet og ha samme trykk som atmosfæren. Stenger vi nå av kjelen, slik at dampen ikke kan slippe ut, og passer på at vanntemperaturen holder seg på 100° C, vil dampen ogsa holde denne temperatur og holde sitt opprinnelige atmosfæretrykk. Den dampen som nå befinner seg inne i kjelen, sier vi er mettet, idet det i dette damprommet ikke kan opptas mer damp av nevnte temperatur og trykk. Fyrer vi nå opp under kjelen, så stiger vannets og dermed dampens temperatur. Der dannes mer damp, og dette merker vi ved at damptryk­ ket stiger (vi måler trykket ved et manometer). Men dampen inne i kjelen er fremdeles mettet. Det viser seg at det til en bestemt temperatur hører et bestemt metningstrykk. Dersom nå denne mettede dampen gjennom et rør blir ført inn pa en dampmaskin, ville både dens temperatur og trykk synke, og dette ville ha til følge at en del av dampen gikk over til vann igjen. Vannet ville legge seg i damprøret og i maskinen, og etter som dampen fortsatte gjennom maskinen, ville temperaturfallet og trykkfallet fortsette og mer damp ga over til vann i maskinen. Og vann i maskinens dampkanaler er av det onde, det vil nok alle forstå. 27

En måtte derfor se til å skaffe seg damp som tålte både et trykkfall og et temperaturfall uten å gå over til vann igjen. Slik damp skaffer en seg ved å tilføre dampen fra kjelen ytterligere varme, varme den opp i såkalte overheteranlegg, før den slapp inn i selve maskinen. Denne overhetede, eller umettede dampen vil så kunne avgi sin ekstra tilførte varme, bli av­ kjølt til bortimot sin opprinnelige kjeletemperatur innen den begynner å fortette og gå over til vann igjen. Hvilken grad av overheting en skal gå til, er avhengig av dampens trykk og den vei den har å passere gjennom maskinen. Dette er en rent praktisk forklaring vedrørende mettet og umettet damp, men i fysikkens varmelære vil det hele være mer teoretisk forklart. Umettet damp følger gasslovene, mettet damp ikke. Ved dampstempelmaskiner nyttes damp av 300° C og et trykk mellom 14 og 16 kg/cm2. I turbinmaskiner kan damptemperaturen komme opp i 450° C med et damptrykk på helt opptil 80 kg/cm2.

Overheter Damp som kommer direkte fra kjelens damprom, er mettet. Ethvert varmetap i rørledning og sylindre må således føre til fortetting og en tilsvarende nedsettelse av damptrykket. Foruten slikt direkte tap av kraft, har også de forskjellige ulemper som vanndannelse i sylindrene med-

Fig. 20.

28

fører, atskillig betydning for maskinens økonomiske drift. De fleste mo­ derne kjeleanlegg har derfor anordninger for dampens overheting. Fig. 20 viser en del av en røykrørskjele under bygging, samt anbrin­ gelse av en Schmidfs overheter. — A og B er to rørkasser, anbrakt i lodd­ rett stilling ved kjelens frontplate, midt ut for enden av røykrørene. Ved a tilkoples damprøret som kommer fra kjelen, mens hoveddamprøret til maskinen går ut fra flensen b. Den mettede dampen kommer således til den ytterste rørkasse (A); herfra strømmer den gjennom en hel del tynne dobbelt-bøyde (U-formede) rør, stålrør, som ligger med sine bukter et godt stykke inne i et antall av røykrørene. Etter således å ha passert inn og ut gjennom disse røykrørene, kommer dampen i overhetet tilstand til rørkassen B og derfra videre til maskinen. Er dampen tilstrekkelig over­ hetet, vil varmetap i rørledning og sylinder bare føre til en lavere overhetingsgrad, men ikke til fortetting eller noen nevneverdig minsking av damptrykket. I vannrørskjelene anbringes overheteren, i form av rørsatser, mellom eller over vannrørene inne i kjelen.

Trekk og forvarmet trekkluft Ved oljefyrte kjeler trenges det omkring 15 — 16 kg luft for hvert kilogram olje som skal forbrennes, og denne lufta må skaffes til veie i form av det vi kaller trekk. I dampskipenes barndom og ungdom skaffet en seg naturlig trekk ved høye skorsteiner, men fant snart ut at kunstig trekk ved hjelp av vifteanlegg gav bedre resultater. Alle dampkjeleanlegg har i dag kunstig trekk, og trekklufta blir varmet opp før den blåses inn i fyrgangen. Oppvarmingen av trekklufta kan foregå ved at vifta trykker lufta gjennom en rørsats som kan være anbrakt i kjelens røykopptak. Herved blir røykgassene avkjølt, noe som øker kjelens virkningsgrad. Ved varm trekkluft oppnås høyere temperatur i fyrgangen eller brennkammeret, og mer tungbrent brennstoff kan brukes. En har også andre konstruksjoner av luftforvarmere, og felles for dem alle er at de krever pass og ettersyn om de skal være til nytte. Det kan nevnes at en luftforvarmer anbrakt i røykopptaket vil samle ikke så lite sot som er direkte brannfarlig. Luftforvarmeren må derfor ofte blåses rein.

Fødevann og fødevannsforvarmer Kjelen må stadig tilføres vann til erstatning for den produserte damp. Å tilføre kjelen kaldt vann ville jo bety en direkte nedsettelse av effek­ ten, derfor blir alltid fødevannet varmet opp, innen det pumpes inn på kjelen.

29

En fødevannsforvarmer kan være konstruert på samme måte som en luftforvarmer, idet fødevannet kan ledes gjennom en rørsats i røykopptaket hvor det altså varmes opp av de varme røykgassene, som til gjengjeld blir noe avkjølt. Ofte kombineres trekkluftforvarmeren og fødevannsforvarmeren til en fast enhet. På dette felt eksisterer det mange konstruksjoner. Varmeteknikerne har vel ennå ikke funnet fram til det beste på dette område.

Kondenseren Fra kjelen slippes det gjennom overheteren umettet, eller overhetet, damp inn på maskinen, dampstempelmaskinen eller dampturbinmaskinen. Etter som dampen passerer maskinens høytrykks-, mellomtrykks- og lavtrykkstrinn, ekspanderer den; dens trykk og temperatur synker, og når den har passert maskinens siste lavtrykkstrinn, er dampens trykk sunket til under atmosfærens, men dampen er fremdeles umettet. Damp av slikt lavt trykk lar seg ikke uten videre lede vekk fra maski­ nens lavtrykkstrinn, den må ha avløp til et rom, eller en beholder, med enda lavere trykk for der å bli fortettet, kondensert, og så som vann igjen bli ført tilbake til fødevannstanken og derfra igjen til kjelen. Denne beholderen med det lave trykk er det vi benevner kondenseren, og den er en av dampmaskinanleggets viktigste enheter. Fig. 21 viser rent skjematisk kondenserens konstruksjon. Kondenseren består av en solid stålsylinder, sveiset sammen av forholdsvis tykke plater. I sylinderens ender er det ved flenser festet solide rørplater, og mellom disse går det en mengde rør, opptil flere tusen stykker. Både rør og rørFig. 21.

S k i 11 e p late

30

plater er framstilt av en særlig sjøvannsbestandig og sterk legering. Rørene er enten valset fast i rørplatenes huller, eller de er montert i pakningsbokser. Kondensersylinderens ender er lukket med avrundete, solide støpejernslokk, festet ved flenser og bolter. Lokkene er formet slik at det er et hulrom foran rørplatene; dette hulrommet benevnes gjerne vannboksen. Den liggende kondensersylinderen har i bunnen avløp til en såkalt varmtvannsbrønn som står i forbindelse med et kraftig pumpe- eller ejektoranlegg. Dette pumpeanlegget skal sørge for å holde så lavt trykk som mulig i kondenseren, samtidig med at kondensatet skal fjernes. I nyere kondenseranlegg er det alltid to pumpesystemer, ett for luft og ett for kondensatet. I stedet for å si at kondenseren skal ha lavt trykk, sier vi helst at den skal ha høyt vakuum. Kondenserens luftpumpeanlegg er en meget kompli­ sert affære og skal ikke gås nærmere inn på her. Kondenseren har åpen forbindelse med maskinens lavtrykkstrinn gjen­ nom en forholdsvis vid kanal, så avløpsdampens hastighet og dermed dens trykkfall ikke skal bli unødig stort. Ved hjelp av sirkulasjonspumpa, eller kjølevannspumpa, pumpes det sjøvann inn i kondenseren slik det er angitt på figuren. Sjøvannet passerer gjennom den nederste rørsats, over i den øverste og deretter over bord igjen. (Se fig- 21). Det er store mengder kjølevann som trenges, for en turbinmaskin på mellom 15 og 20 tusen hk bortimot 2500 tonn pr. time. Ventiler, rørledninger og selve pumpene har derfor svære dimensjoner. Avløpsdampen fra maskinen blir altså fortettet, kondensert, idet den treffer de kalde kondenserrørene. Dampen avgir derved ikke så ganske lite varme til rørene og kjølevannet, og denne varmen blir rett og slett pumpet over bord. Altså et direkte tap. En må derfor sørge for å utnytte avløpsdampens varme mest mulig før dampen når fram til kondenseren. Det gjelder med andre ord å få minst mulig damp til kondenseren. En del av avløpsdampen kan f.eks. ledes unna og benyttes til oppvarming av fødevannet. Særlig for turbinmaskiner er det viktig at det holdes et høyt vakuum i kondenseren, og denne bør kunne ha et undertrykk på 0,95 kg/cm2, eller 95 % vakuum. Imidlertid er det en rekke faktorer som kan medføre at kondenserens effektivitet nedsettes. Høy sjøvannstemperatur gir dårlig kjøling. Ureint kjølevann, som f.eks. i havnebassenger, avgir belegg i rørene og nedsetter kjøleevnen. Det er dog sørget for renseluker i endelokkene slik at vannboksene og rørene kan reingjøres. Ved dampstempelmaskinen føres ofte olje med dampen inn på kon­ denseren. Oljen legger seg på rørene og virker isolerende på disse. Lekkasjer kan også oppstå, både sjøvannslekkasjer og luftlekkasjer.

31

Dampstempelmaskineri Dampstempelmaskinene er alltid dobbeltvirkende maskiner, hvilket vil si at dampen, den bevegende kraft, slippes inn i sylinderen vekselvis på overkant og underkant av stemplet. Denne fordelingen av dampen fore­ går ved hjelp av sle ider eller ventiler. Sleiden er en skyveventil som ved sleidstang, bueslag og eksenterstenger står i forbindelse med to eksenterskiver på veivakselen. Dampstempelmaskinens gangskifting, fra forover til akterover eller omvendt, skjer ved at sleidenes stilling skiftes slik at dampen, f.eks. iste­ denfor å ledes inn i bunnen av sylinderen, altså under stemplet, blir ledet inn over dette. Sleidens skifting foregår manuelt eller mekanisk. På fig. 22 er vist prinsippet for gangskiftingen. ex og e2 er de to eksen­ terskiver som er fastkilt på veivakselen a. Eksenterstengene x og y er fes­ tet til hver sin ende av bueslaget b. Sleidstanga S bærer sleiden, går gjen­ nom styre- og pakningslageret c, og er ved g forbundet til bueslaget ved et glidelager. Fig. 23 og 24 viser detaljene ved bueslaget. Slik eksenterstenger og sleidstang er stilt på fig. 22, står maskinen i stoppstilling eller pendler litt fram og tilbake, gangskifte skjer ved å bringe den ene eller andre av eksenterstengene direkte inn under sleid­ stanga. Som nevnt er det også dampmaskiner som er utstyrt med ventiler iste­ denfor sleider. Lentz-maskinen f. eks. har fjærbelastede ventiler som åpnes ved hjelp av kamaksler som står i forbindelse med veivakselen. Gang­ skiftingen foregår da enten ved en dreining av kamakselen eller ved at kamakselen forskyves i lengderetning, hvorved et annet sett kammer kommer under ventilene. Systemet med kamaksel brukes også ved omkasting av dieselmotorer. Dampstempelmaskinen kan ha fra 1 opptil 5 sylindere, men som framdriftsmaskin for skip har helst vært anvendt en 2-sylindret kompoundmaskin eller en 3-sylindret maskin kjent under betegnelsen triple-ekspansjonsmaskin. Den foran nevnte Lentz-maskinen og den norske Fredrikstaddampmotor er 4-sylindrete maskiner satt sammen av 2 kompoundmaskiner. Fig. 25 viser et detalj snitt av stempel og sleid. S er stemplet med stempelstanga. r er stempelfjæra som ligger an mot sylinderveggen, k er sleidkassen med sleidstanga. Sleiden ligger inne i sleidskapet, som altså ikke er vist på figuren. Dampen kommer fra kjelen inn i sleidskapet, ligger utenom sleiden og trykker denne godt an mot veggen inn mot sylinderen (sleidfjeset). Dersom sleiden nå beveget seg nedover, ville den åpne for damptilstrømning til sylinderen gjennom den øverste dampkanalen d. Samtidig ville eksosdampen under stemplet pas­ sere gjennom den undre kanal d, inn i sleiden og ut gjennom x. 32

33

Prosessen framgår også tydelig av fig. 26 a, b, c og d.

Ekspansjon De første dampstempelmaskiner var reine høytrykksmaskiner. Her ble dampen sloppet fra kjelen og direkte inn på hver enkelt sylinder. Den brukte damp, eksosdampen, gikk fra sylinderen rett ut i lufta, eller ble ledet opp i skorsteinen for å hjelpe på trekken. Slike maskiner var uøko­ nomiske i aller høyeste grad. For bedre å utnytte dampen lar en den i de såkalte ekspansjonsmaskiner under en del av stempelslaget virke ved sin utvide kraft eller ekspansjon, idet sleiden stenger av for dampinnstrømning til sylinderen, når stemplet har tilbakelagt et stykke av sitt slag. Den del av stempelslaget hvorunder dampen strømmer inn, kalles fyllingen; under den gjenstående delen av slaget virker dampen ved sin ekspansjonskraft. Er det 1/2 fylling, blir ekspansjonsgraden 2; med 1/4 fylling er den 4 osv. Jo høyere kjeletrykk en har, desto mindre fylling og høyere ekspansjonsgrad kan en anvende. Likevel må denne ikke økes utover en rimelig grense, i én og samme sylinder. Under dampens ekspansjon faller ikke alene dens trykk, men samtidig også dens temperatur. Herav følger at sy­ linderen etterhånden blir avkjølt, mens ekspansjonen foregår. Frisk damp av høy temperatur, som ved neste slags begynnelse strømmer inn i en slik delvis avkjølt sylinder, blir gjenstand for et visst temperaturfall med der­ 34

til svarende fortetting og avsetting av vann. Under den nye ekspansjon går dette vannet atter over til damp, hvilket medfører ytterligere avkjøling og tap av kraft. Det gjelder derfor å begrense ekspansjonsgraden, så for­ skjellen i dampens temperatur ved begynnelsen og enden av slaget ikke blir for stor. Den utvidekraft dampen fremdeles besitter etter avpasset ekspansjon i den ene sylinderen, kan på lignende måte utnyttes i en annen og større sylinder, der dampens trykk og temperatur i det hele tatt blir mindre. Den hele utvidelse er i så tilfelle foregått i to trinn; men det kan også være anledning til å la den foregå i flere trinn, alt etter dampens trykk fra den første begynnelsen av. Ved en riktig avpassing av den trinnvise utvidelse unngår en således ulempene ved for store temperatur­ forskjeller i hver enkelt sylinder. Andre hjelpemidler til å bøte på ovennevnte ulemper er å omgi sylindrene med varm damp i damp trøyer, og enn videre ved å bruke overhetet damp til maskinens drift. Ved trinnvis ekspansjon i flere sylindere oppnår en ikke bare en best mulig utnytting av dampen, men får også høve til riktig fordeling av maskinkraften over veivakselens lengde, hvilket igjen virker til jevn og rolig gang og en godt avbalansert maskin. En gir derfor helst dampen sin trinnvise utvidelse i sylindere som er stilt opp ved siden av hverandre, slik at dens arbeid kan fordeles jevnt på like mange veiver som der er sylindere. Etter antallet av sylindere — med ekspansjon i to, tre eller fire trinn — benevnes disse maskiner kompound-, trippel- og kvadruppel-m&skmet. Da damptrykket faller etter hvert som dampen utvider seg, må en — for å få omtrent like stort arbeid i alle sylindrene — gjøre disse av forskjellig størrelse, således at produktet av trykk og stempelareal blir noenlunde ens i hver av dem. Den minste sylinderen, hvor dampen kommer først og med størst trykk, kalles høytrykkssylinderen; den største, som ved eksosrøret står i forbindelse med kondenseren, kalles lavtrykkssylinderen; mellom disse to kan være anbrakt en eller to mellomtrykkssylindere.

Triple-ekspansjonsmaskinen Triple-ekspansjonsmaskinen har gjennom flere menneskealdre vært den mest brukte om bord i skipene. Dampen kommer gjennom hoveddamprøret først inn i høytrykkssleidskapet hvor den så av høytrykkssleiden dirigeres inn på høytrykkssylinderen. Fra høytrykkssylinderen går dampen til mellomtrykks mellomkammer og videre til mellomtrykkssylinderen. Herfra går den til lavtrykks mellom­ kammer og lavtrykkssylinderen, og herfra gjennom eksosrøret til kon­ denseren. Her blir dampen avkjølt og fortettet og faller ned i bunnen av 35

kondenseren i form av ferskt vann, som av luftpumpa pumpes ut i varmtvannsbrønnen. Herfra fører fødevannspumpene vannet tilbake på kjelene. Den alminnelige trippelmaskin virker på tre veiver i 120° vinkel med hverandre. — Skjønt forholdet mellom sylindrenes kubikkinnhold kan være noe forskjellig, så er det nokså alminnelig at lavtrykkssylinderen har ca. 7 ganger så stort volum som høytrykkssylinderen. Meget store trippelmaskiner er derfor alminnelig bygd med to lavtrykkssylindere, slik at det altså blir fire sylindere i alt, og fire veiver. Herved unngår en å gjøre lavtrykkssylinderen så overhendig stor, og maskinen blir samtidig bedre balansert. I alminnelighet blir én lavtrykkssylinder anbrakt i forkant og én i akterkant av de to andre, men det brukes flere forskjellige anord­ ninger. For stempelmaskiner er utviklingen gått i retning av økt bruk av overhetet damp, i forbindelse med fjærbelastede dampventiler (istedenfor sleid), forbedrede metoder til oppvarming av fødevann og trekkluft, samt bedre gjennomført varmeisolasjon av maskinen. Et økende antall stempelmaskiner blir kombinert med eksosturbin, hvorved effekten for­ høyes betydelig.

Forskjellige typer dampstempelmaskiner Det er tidligere nevnt at triple-ekspansjonsmaskinen gjennom tidene har vært den mest anvendte skipsmaskin, men vi har også hatt andre typer dampmaskiner som, kanskje for en kortere tid, har vært meget populære. I mindre skip (1000 — 3000 tons) var det en tid meget alminnelig å installere en såkalt kompoundmaskin, en maskin med bare to sylindere, en høytrykks- og en lavtrykkssylinder. Veivene på en slik maskin stod vanligvis i 90 graders vinkel til hverandre. Ofte ble det også koplet en eksosturbin til kompoundmaskinen, noe som imidlertid satte store krav til kondenseranlegget som jo måtte ha et ekstra høyt vakuum. Turbinen virket bare for gang forover, og ble koplet ut ved maskinmanøver. Den norske patenterte Fredrikstad Dampmotor var en tid en meget populær maskin som også ble bygd på lisens av en rekke utenlandske verksteder. Maskinen var satt sammen av to kompoundenheter. Dampen ble ledet inn på enhetenes høytrykkssylindere ved en sylindersleid eller rundsleid, en til hver sylinder. Fra høytrykkssylinderen går dampen via samme nevn­ te rundsleid direkte inn på lavtrykkssylindrene uten å passere noe mellomkammer. I lavtrykkssylinderen er det porter (store åpninger) for avløp av eksosdampen til kondenseren.

Fig- 27.

Fig. 27 viser en av kompoundenhetene. Til venstre har vi høytrykkssylinderen, deretter kommer rundsleiden og til høyre har vi lavtrykkssylinderen. Høytrykksstemplet har nettopp vært i toppstilling og er på vei ned­ over, dampen under stemplet strømmer direkte inn i lavtrykkssylinderen, hvis stempel er på vei oppover. Lavtrykksstemplet har vært i bunnstilling, og da var portene i sylinderveggen avdekket slik at dampen over stem­ plet strømmet til kondenseren som måtte ha et meget høyt vakuum. Av hensyn til portenes av- og tildekking måtte lavtrykksstemplet være tem­ melig høyt. Maskinens veiver var anordnet slik at det under gang ble et jevnt dreiemoment på akselen. Lenz-maskinen består av to sammenstilte kompoundmaskiner. Dampen ledes inn på de to høytrykkssylindrene som står i midten, og går derfra til lavtrykkssylindrene i for- og akterkant. Lenz-maskinen har ikke sleidmeka37

nisme, men dampen ledes ved et ventilsystem som styres ved en kamaksel, og en eksenterskive på veivakselen. I hver av de to kompoundenhetene står høytrykks- og lavtrykksveivene i 180 graders vinkel til hverandre, mens veiwinkelen de to enheter seg imellom er 90 grader. Fig. 28 viser en kompoundenhet i Lenz-maskinen.

Dampturbinen Innledning Som framdriftsmaskineri for skip har dampturbiner vært nyttet i bortimot 70 år. I løpet av denne tiden har det skjedd en utvikling fra små en-akslete turbiner med lave varmefall fram til de svære konstruksjoner, dimen­ sjonert for effekter på over 30 000 akselhestekrefter, med trykk på 62 kg/cm2 og damptemperatur på 500° C. Dampturbinens utvikling har imidlertid vært preget av motgang og medgang, der har vært perioder med markerte framskritt avløst av tidsrom uten spesielle forandringer. En sier gjerne at aksialturbinen har hatt to fedre: Gustav de Laval (1845 -—- 1913) og Sir Charles A. Parsons (1854 — 1931). Begge var sterkt opptatt med de særlige problemer som knyttet seg til skipsinstallasjoner, og da spesielt vanskeligheten med turbinens høye omdreiningstall i forhold til det nødvendige lave turtall for propellen. De Laval konstruerte det dobbelt spiralskårne tannhjul til sitt reduksjonsgir, mens Parsons arbeidet med den direkte koplede turbin. Reduksjonsgiret har vist seg å være den heldigste løsning på problemet, og har også vist seg mest prak­ tisk anvendelig. Direkte koplede turbiner har dog fått anvendelse i for­ bindelse med turbo-elektrisk drift. Et turbin-maskineri er vanligvis bygd opp som en kombinasjon av følgende komponenter: 38

høytrykksturbin, lavtrykksturbin med akteroverturbin, kondenser, dobbelt-reduks j onsgir, reguleringsutstyr.

En har etter hvert søkt å redusere antall komponenter og å øke graden av fjernkontroll og sentralisert kontroll for derved å forenkle håndterin­ gen av maskineriet. En har også prøvd å øke anleggets pålitelighet gjen­ nom bruk av enkle arrangementer, samt arbeidet med en mulig reduksjon av brenselsforbruket. Et dampturbinmaskineri anses å være mer pålitelig enn noe annet framdriftsmaskineri for skip, og reparasjonskostnader og generelle drifts­ utgifter er lave. Målet har vært å kunne få redusert anskaffelseskostna­ dene. Det er giret og lavtrykksturbinen som representerer den største de­ len av kostnadene, bortimot to tredjedeler av hele anlegget.

Dampen i stempelmaskinen og i turbinmaskinen Dampen har i seg en bunden energi i form av varme. I dampstempelmaskinen er det den varme dampens trykkenergi som nyttiggjøres. Damp av høyt trykk og høy temperatur ledes inn i en sylin­ der hvor den avgir sin varme ved å ekspandere, trykke, mot sylinderveg­ gene og mot stemplet. Stemplet settes i bevegelse, og dets rettlinjete bevegelse omsettes til rotasjon gjennom en veivaksel. I dampturbinen lar en dampen oppnå en viss hastighet gjennom et trykkfall over en dyse, et dampløp, og i og med at damp er et fysisk legeme, får den under sitt løp opparbeidet en bevegelsesenergi, vi kan også kalle det en hastighetsenergi, og det er denne som nyttiggjøres i turbinen. Dampens varmeenergi blir omformet til bevegelsesenergi, og denne energi overføres på løpeskovlene i et turbinhjul enten etter aksjonsprinsippet eller etter reaksjonsprinsippet. I dampstempelmaskinen nytter vi altså dampens trykkenergi, mens vi i dampturbinen nytter dens bevegelsesenergi. Når det gjelder varmeforbruket, så regner en med at det i damptur­ binen kan nyttiggjøres ca. 230 kcal/kg damp, mens det i dampstempel­ maskinen bare lar seg nyttiggjøre ca. 140 kcal/kg. En overladet dieselmotor har et varmebehov på ca. 1400 kcal/hkt, en dampturbin ca. 2000, mens en dampstempelmaskin har et behov på ca. 4000 kcal/hkt.

Strømmende damp En dyse er et rør eller et munnstykke hvorigjennom det kan strømme damp, vann, brennstoff e. 1. Dysens hulrom kan gis forskjellig form, og utløpsåpningen kan være skråttskåret, rett eller gitt en for hvert tilfelle 4. Christiansen

39

Fig. 29.

passende snittflate. Fig. 29 viser et turbinhjul med 4 skrått-stilte dyser som fører damp til hjulets skovler. Ser vi på den nærmeste gjennomskårne dysen, så vil vi legge merke til at åpningen er vid der hvor dampen strømmer inn i dysen. Så smalner dampløpet av, vi sier at dysen konvergerer, for så atter å vide seg jevnt utover i form av en tut. En slik dyse benevnes ofte en konvergerende — divergerende — Lavaldyse. Laval-dysen brukes på turbiner som kan nytte store damphastigheter.

Aksjonsprinsippet Ved aksjonsturbiner lar en dampens hele trykkfall foregå over faste dyser. Dampstrålen kommer ut av dysene rettet mot den krumme inn­ siden av skovler som er anbrakt på periferien av et løpehjul. En kan tenke seg at dampstrålen treffer skovlen som en kule, skovlens form tvinger dampstrålen til å endre retning, men derved utøver dampen et trykk mot skovlen, et aksjonstrykk som setter hjulet i rotasjon. Teoretisk skulle forholdet mellom dampens avløpshastighet fra dysen og hjulets periferihastighet være lik 0,5, og dampens hastighet være null ved utløpet fra skovlene. Dampen forlater skovlene i en retning som er nesten motsatt av retningen ved innløpet. Imidlertid må jo også dampen bort fra skovlhjulet når den har passert dette, og derfor må den ha noe hastighet i behold. Dampstrålen kan heller ikke ledes direkte rett inn på skovlene, den må komme inn under en viss 40

vinkel, og skovlene må være slik konstruert at dampens utløpsvinkel er lik dens innløpsvinkel. Aksjonsturbiner omsetter bare dampens hastighet til bevegelsesenergi. Dampens trykk er konstant gjennom løpehjulet, derved vil også dampens volum være konstant under passeringen, og dette medfører at mellomrom­ mene mellom løpehjulets skovler må være konstante, ha samme dimen­ sjoner fra innløp til utløp.

Turbiner med hastighetstrinn og trykktrinn Fig. 30 viser et snitt av en del av et turbinhjul med en skovlrad. Vi vet at et varmekraftanleggs varmevirkningsgrad øker med stigende begynnelsestemperatur og avtagende sluttemperatur; altså ensbetydende med høyt kjeledamptrykk med sterk overheting og dertil lavt kondensertrykk. Dette vil medføre store damphastigheter ved utløpet av dysen, hvilket igjen vil medføre svær periferihastighet på turbinhjulet. Imidlertid er det en grense for hvor stor periferihastighet et hjul kan ha, og damp av høyt trykk og høy temperatur kan derfor ikke nyttig­ gjøres i en turbin med bare én skovlrad.

Hus

Skovl nr. I

Fig. 30.

Omstyringsskovl

Skovl nr. 2

Fig. 31.

For å kunne utnytte de fordelene som ligger i høyt damptrykk, sterk overheting og lavt kondensertrykk må turbinene bygges med flere skovlhjul etter hverandre. Hver enkel skovlrad utnytter så en del av dampens hastighet. Vi kan si at denne hastighetsoppdeling i trinn så noenlunde tilsvarer dampstempelmaskinens utnyttelse av dampens ekspansjon i trinn. I Curtis-turbinen (Curtis-hjulet) nyttes dampen delt opp i hastighets­ trinn. På fig. 31 er rent skjematisk vist et Curtis-hjul med to skovlrader og en omregulering. 41

På fig. 32 ser vi dysen lengst til venstre, deretter 1. skovlrad, omstyringsskovlene og til høyre 2. skovlrad. I dette Curtis-hjulet er 1. skovlrad konstruert slik at dampen ved utstrøm­ ningen fremdeles har i behold omtrent halvparten av sin hastighet. Fra 1. skovl­ rad strømmer dampen så inn i et sett omstyringsskovler som er fast i turbinhuset. I omstyringsskovlene blir bare dampens strømningsretning forandret slik at vinkelen i forhold til 2. skovlrad blir riktig. Og i 2. skovlrad blir resten av dampens hastighet nyttet så langt ned Fig. 32. som mulig. Dampens hastighet avtar altså etter hvert ved gjennomstrømningen, og derfor må Curtis-hjulets skovllengder økes i dampens strømningsretning, dvs. dampløpets tverrsnitt må økes. Dampens trykk og volum endres jo ikke, men når vi ønsker at samme vektmengde damp hele tiden skal slippe igjennom pr. tidsenhet, så må løpets tverrsnitt økes når hastigheten avtar. (Hjulets skovler kalles ofte for løpeskovler, og de faste omstyrings­ skovler blir også benevnt vendeskovler.) Curtis-hjulet kan ha opptil 3 — 4 skovlrader med mellomliggende vendeskovler. Curtis-turbinen er kraftig og robust, den er enkel i konstruksjonen med sitt ene løpehjul, og brukes i stor utstrekning som selvstendig turbin til drift av pumper, elektriske generatorer m. v. Den brukes også som 1. trinn i akteroverturbinen, men har et forholdsvist stort dampforbruk pr. hk. Ved aksjonsturbiner med trykktrinn deles dampens trykkfall fra kjele til kondenser opp i trinn ved hjelp av et antall dyserader med mellom­ liggende løpehjul. I løpehjulene nyttiggjøres hastighetsenergien, som alt­ så gjøres om til mekanisk arbeid. Damptrykket er imidlertid konstant gjennom løpehjulet, og dysene dimensjoneres slik at varmefallet blir like stort i alle rader. Derved blir også dampens hastighetsøkning like stor ved gjennomløpet av hver dyserad. Ved et tilstrekkelig stort antall trykktrinn, løpehjul, kan en i de her nevnte aksjonsturbiner få omdreiningstallet ned slik at det er mulig å sløyfe gir-anlegget. Men friksjonstap o. 1. øker med antall trinn, og turbinens virkningsgrad blir mindre. Det er også kostbarere å bygge en turbin med mange trinn enn med få. Fig. 33 viser litt av en lavtrykksturbin i snitt slik at en kan se de 11 trykktrinn. Veggene som dysene sitter i, er festet til selve turbinhuset som er delt i en øvre og en undre del. Dyseveggen må være helt tett og slutte

42

Fig. 33.

godt til overalt slik at dampen bare kan komme fram gjennom dysene og ikke noe annet sted. Lengden av skovlene på løpehjulene, dvs. dampens gjennomløpstverrsnitr, øker i dampens strømningsretning, ikke på grunn av at dampens hastighet avtar etter hvert, men fordi dampens volum, på grunn av trykk­ fallet fra hjul til hjul, blir større etter hvert og må ha mer plass. Vi har her nevnt aksjonsturbiner med hastighets- eller trykktrinn. En kan imidlertid også kombinere disse to typer. F. eks. kan en turbinmaskin være konstruert med et Curtis-hjul etterfulgt av en rekke trykktrinn.

Reaksjonsturbinen I reaksjonsturbinen benyttes ikke dyser til å lede dampen inn på løpe­ hjulene. Turbinen er bygd opp som et system av ledekranser og løpekranser som begge er forsynt med skovler, konstruert slik at dampen strupes ved gjennomstrømningen. Ved strupingen oppstår det et trykk­ fall og en hastighetsøkning, og dette foregår både i ledekransenes og i løpekransenes skovler. Overlærer J. Imsland ved Oslo maskinistskole forklarer reaksjonsturbinens prinsipp således: Dampen ekspanderer i de fastsittende ledeskovlene og får en viss hastighet. Med denne hastigheten strømmer dampen inn i løpeskovlene og utfører et vanlig aksjonsarbeid på disse, på samme måte som i en aksjonsturbin. 43

Løpeskovlene er imidlertid formet nøyaktig lik ledeskovlene, og dampen ekspanderer og øker sin hastighet like mye i løpeskovlene som i ledeskovlene (fig. 34). Denne økningen i hastighet betyr at dampen på en måte må spenne fra på løpeskovlene, og det er dette «fraFig. 34. sparket» som utgjør reaksjonsvirkningen. Reaksjonsturbinens rotor er en konisk formet trommel på en aksel, og på trommelens periferi er løpeskovlene montert. Ledeskovlene er fast montert i selve turbinhuset. Et reaksjonsturbinanlegg for skip, levert av det tyske firmaet Howaldswerke, er bygd opp på følgende måte: Som første trinn i høytrykksturbinen er benyttet et aksjonshjul. Dette medfører at det her kan nyttes manøvredyser inndelt i grupper, og ved dysene kan det muliggjøres et forholdsvis stort trykkfall, slik at den etter­ følgende reaksjonsturbin får tilført damp av passende lavt trykk. Selve reaksjonsturbinen består så av ca. 7 —-9 trinn etterfulgt av en tappedampsone, og så ytterligere 12 — 14 trinn. Dampen fra høytrykks­ turbinen ledes så over på lavtrykksturbinen, som har ca. 22 trinn, avbrutt av en tappedampsone etter ca. 15 trinn. Akteroverturbinen består av to serie-monterte Curtis-hjul, plassert i lavtrykks turbinhuset. Blant de tekniske data for et turbinanlegg som det her omtalte, oppgir verkstedet: Damptrykk fra overheteren 45 ata av 450 grader C. Kondenseren skal holde 0,05 ata ved 21 graders kjølevannstemperatur. Effekten ca. 9000 hk ved 115 omdreininger pr. minutt. Akteroverturbinen har en effekt på ca. 40% av forovereffekten.

Aksialt trykk På grunn av dampens trykk mot skovlene i løpehj ulene vil det alltid oppstå et aksialt trykk i turbinen. Dette trykk kan kompenseres på for­ skjellig vis. En kan bl.a. anordne en form for et trustlager, eller en kan plassere to turbiner på samme aksel, men motsatt rettet, slik at trykket i den ene oppheves av trykket i den andre. En slik montasje går under navn av en tvillingturbin. Ved reaksjonsturbinen blir det aksiale trykk oftest avlastet ved et så­ kalt «dummy-stempel». 44

Akteroverturbinen En turbinmaskin kan ikke reverseres. En må derfor ha en særskilt tur­ bin, akteroverturbinen, som bare trer i funksjon under manøvrering. Akteroverturbinen er vanligvis plassert i lavtrykksturbinhuset og be­ står gjerne av et Curtis-hjul med to hastighetstrinn og ett trykktrinn, eller også av to Curtis-hjul i serie. Akteroverturbinen er altså fast montert på foroverturbinens aksel og følger med under gang forover. En søker å la akteroverturbinen, under maskinens gang forover, gå i et så høyt vakuum som mulig, men den er likevel en belastning og yter en ganske stor motstand for hele anlegget. Det som skjer ved en maskinmanøvre, er at dampen stenges av for foroverturbinen slik at denne stanser, hvoretter dampen slippes på akter­ overturbinen. Herunder utsettes akteroverturbinen for svære temperaturspenninger. Det hevdes at det skal la seg gjøre å slippe dampen på akter­ overturbinen samtidig som en stenger av for foroverturbinen, for på den måten å få en hurtig manøvre gjennomført. Foroverturbinen må trekkes med under gang akterover og må, for å yte så liten motstand som mulig, gå i vakuum. Omkastningen tar en viss tid, og dette sammen med den lave akterovereffekt, må en ta hensyn til ved manøvre. Akteroverturbinen bruker mye damp, noe en må være opp­ merksom på ved eventuelle langvarige manøvrer. Fig. 35 viser en anordning med manøvredyser, hovedventilen er ikke vist. Hovedventil Fig. 36 viser systemet noe mer skjematisk. u 1

Fig- 35.

Manøvredyser (General Electric, USA). Hovedventilen står i direkte kontakt med 7 dyser. Ved å åpne på de andre ventilene settes nye dysegrupper inn og gir økt effekt.

45

Fig. 37.

Low Pressure

Turbine

Fig. 38.

Giret Som tidligere nevnt, er giret det kostbareste, tyngste og mest plass­ krevende ved hele skipsturbinanlegget. At giret krever plass, ser vi tydelig av fig. 37 og 38. Høytrykksturbinen har et omdreiningstall på mellom 3000 og 6000 omdr. pr. min., mens lavtrykksturbinens turtall ligger mellom 2500 og 5000 omdr. pr. min. Det skal altså et ganske komplisert girsystem til for å kunne få omdreiningstallet ned slik at det passer for propellen og sam­ tidig samkjører de to turbiners forskjellige turtall.

Den japanske turbintankeren „Nissho Maru” Fig. 37 viser T/T «Nissho Maru»s hovedturbin og reduksjonsgir åpnet for overhaling. Anlegget består av en «cross compound turbine» med dobbelte reduk­ sjonsgir og en hestekraft på 28 000 på akselen. Etter å ha passert overheteren har dampen en temperatur på 480 grader Celsius og et trykk på 59,8 kg/cm2. Fig. 38 viser rent skjematisk et skipsturbinanlegg som det der er vist i fig. 37.

En kan ikke her, i en bok for navigatører, komme nærmere inn på nyere og mer kompliserte turbinanlegg med alle de hjelpemaskiner og det til­ leggsutstyr som kreves. Prinsippet ved turbindriften er dog det samme ved alle typer anlegg. 47

48

Fig. 41.

Spesialkjele for store dampturbinanlegg Fig. 39 og 40 viser en Foster-Wheeler dampkjele beregnet for store turbinanlegg, som f. eks. om bord i marinefartøyer eller store, hurtiggåen­ de passasjerskip. Kjelen er en vannrørskjele med forvarmet fødevann, og trekkluft, og produserer overhetet damp av høy temperatur og trykk. Forbrenningsgassen er i besittelse av så stor varme at den nyttiggjøres i en gassturbin, som igjen driver kompressoren for trekklufta. Amerikanerne påstår at denne kjele er andre kjeletyper overlegen bl. a. på grunn av liten vekt, lite plassbehov, usedvanlig rask oppfyring og dens øyeblikkelige reaksjonsevne overfor belastninger. Kjelen er fullt automatisert med trykknappkontroll. Fig. 41 viser et fullt automatisert turbinanlegg for skip. Anlegget er en japansk konstruksjon, og det hevdes å være mer arbeidsbesparende, ta mindre plass og være mer effektivt enn noe annet eksisterende tilsvarende anlegg. Særlig skal de japansk konstruerte dobbelttrykkskjeler være effektive.

49

Turbo-elektrisk drift Ved turbo-elektrisk drift er turbinene koplet direkte til elektriske dyna­ moer, som så leverer strøm til elektromotorer koplet til propellakselen. Reversering, omkastning, skjer ved en strømvender. Turbinene beholder altså sin gangretning, mens elektromotorene kastes om, slik det foregår ved en elektrisk vinsj fra hiv til lår. Turbo-elektrisk drift passer godt for automatisering, men har ikke vun­ net virkelig innpass innen skipsfarten. Det elektriske opplegg blir kost­ bart og komplisert.

Gassturbin-maskineri. I korthet kan grunnprinsippet for en skipsgassturbin forklares slik: Drivstoffet er en blanding av meget sterkt komprimert luft og oljegass. Sammenblandingen av luft og gass foregår i et forbrenningsrom. Brenseloljen sprøytes inn i forbrenningsrommet, hvor den høye kom­ presjon gjør at den straks forgasser seg, og olje/luft-blandingen brenner under utvikling av meget høy temperatur, ca. 600 — 700 grader Celsius eller kanskje mer, alt avhengig av hva materialet i anlegget kan tåle. På grunn av sin høye temperatur og sterke kompresjon er gassblandingen i besittelse av en veldig ekspansjonskraft som blir omsatt til ar­ beid i selve turbinen, hvortil gassen ledes gjennom dyser fra forbrennings­ rommet. Turbinakselen koples til propellakselen gjennom et reduksjonsgir på samme måte som en dampturbinaksel. Men spørsmålet om en hurtig og effektiv reversering byr på flere vanskeligheter når det gjelder gassturbinen. Tidligere har vi omtalt ord­ ningen for reversering av en dampturbin. Når dampen slippes på akter­ overturbinen, så roterer nemlig de andre turbinene praktisk talt motstandsløst i det høye vakuum som forbindelsen med kondenseren da fram­ bringer i deres turbinhus. Ved gassturbinen kan denne metode ikke brukes, idet gassen jo ikke lar seg kondensere. En har funnet fram til forskjellige metoder, som imidlertid alle er svært kompliserte og kostbare. Man har to generelle typer gassturbiner for bruk om bord i skip:

1. Fri-stempel-kraftanlegget 2. «Regenerative cycle»-drift. I fri-stempelanlegget forbrenner oljen i et forgasseranlegg (gasifier). Denne «gasifier» er en totakts diesel fri-stempel motor slik som vist på fig. 42. Brenselet antennes i rommet mellom de to motgående stemplene. Stemplet til høyre avdekker eksosportene og slipper den varme gassen 50

Diesel Cylinder

Fig. 42.

Diagrammatic sketch of basic gasifier cycle piston inner dead point position.

Diagrammatic sketch of basic gasifier cycle piston outer dead point position.

inn på turbinen. Stemplet til venstre avdekker spyleporter og brennstoffinntak. I den angitte «bounce cylinder» støter stemplene mot en luft­ pute, og som følge av undertrykket under dem farer de tilbake til midtstilling igjen. I «the regenerative cycle gasturbine» (fig. 43) forbrenner oljen inne i turbinens forbrenningskammer. Her fås gass til en høytrykksturbin som driver en luftkompressor. Eksosen fra høytrykksturbinen driver en lavtrykksturbin, og til denne er propelleren koplet. Eksosen fra lavtrykksturbinen brukes til å forvarme lufta i kompressoren. I begge typer anlegg kan den endelige eksos også brukes i eksosdampkjeler. I skrivende øyeblikk (1965) er det visstnok ingen sjøgående skip i drift utstyrt med gassturbinanlegg. 51

Fig. 43. 1. Inlet air casing

15. Power turbine blade diaphragm

2. Inlet end bearings and seals

16. Power turbine rotor blading

3. Compressor rotating blading

17. Power turbine casing

4.

Compressor blade diaphragms

18. Exhaust manifold

5. Fuel nozzle

19. Exhaust end bearings and seals

6. Combustor

20. Power turbine rotor disc

7.

Regenerator connections

21. Turbine casing support

8.

Combustor deflector

22.

Compressor turbine casing

9.

Combustor transition piece

23.

Compressor turbine rotor disc

Compressor turbine rotor blading

24.

Combustor casing

10.

11. Compressor turbine blade rings

25. Compressor rotor discs

12.

Compressor turbine blade diaphragms

26. Compressor casing

13.

Intermediate turbine casing

27. Inlet end support

14. Internal bearings and seals

Atomkraft for drift av skipsmaskineri. I 1955 gjennomførte den atomkraftdrevne amerikanske undervanns­ båten «Nautilus» sine første prøveturer. Prøvene ble meget vellykte, og den amerikanske marine har siden da bare benyttet atomkraft i framdriftsmaskineriet for sine undervanns­ båter. Vi må også huske at atomkraftmaskineriet har den store fordel at det er uavhengig av lufttilførsel. Den amerikanske marine har også en rekke atomkraftdrevne overflatefartøyer i drift. Den reaktor som anvendes i de amerikanske marinefartøyer, er av den såkalte trykkvannstypen. Prinsippet for denne reaktortypen er at varmen som utvikles i brenselselementene, føres bort av kjølevannet uten at van­ net i kjelen som omgir brenselselementene koker. Temperaturen blir jo svært høy, ca. 250 — 360 grader Celsius, og skal koking unngås, må trykket ligge på omkring 100 — 150 atmosfærer. Dette trykket stiller store krav til både materiale og dimensjoner i trykktank og i rørsystemene. Dersom en i reaktoren nytter alminnelig vann, det som atomfysikerne kaller «lettvann», til kjølemedium, består gjerne også moderatoren, neutron-bremsematerialet, av alminnelig vann, som da inngår i selve systemet. Varmen i reaktorkjernen går altså over på kjølevannet og avgis gjen­ nom varmeveksler i sekundære dampkjeler for produksjon av damp til skipets framdriftsmaskineri. En kan jo også si at disse kjelene blir indi­ rekte oppvarmet. En annen reaktortype er den såkalte kokende lettvannsreaktor med tvungen vannsirkulasjon. Kjølemiddel og moderator er samme medium, som regel alminnelig vann, og inngår i et felles system. Reaktortypen tillater koking i selve reaktorkjelen, og dampen herfra kan gå direkte på turbinen (framdriftsmaskineriet) og gjennom kondenseren tilbake til kjelen. Dette gir altså en direkte sirkulasjon som har den fare ved seg at hele maskineriet blir utsatt for påvirkning av radioaktiv damp og for­ urensninger. Anlegget må derfor skjermes radiologisk. Fordelen ved syste­ met er at damptrykket er forholdsvis lavt og er det samme i både reaktor, rørsystem og maskineri. Den kokende lettvannsreaktor kan også nyttes til indirekte oppvarming og produksjon av framdriftsdamp gjennom varmeveksler i sekundære kjeler. Et slikt anlegg blir imidlertid ganske komplisert og har få fordeler framfor trykkvannsreaktoren som er omtalt ovenfor. I begge typer re^.ktoranlegg går så vel vann som damp i helt lukkede systemer. Drift av skip med atomkraft vil komme til å gi dampmaskineriet et «come back» og muligens sette dieselmotoren ut av spillet når det gjelder store skip. Inntil 1965 er det bare bygd ett handelsskip for atomkraft og med tur53

Reaktor

Propellermaskineri

Reduksjonsveksel

Propeller

Fig. 44: Modell til en 20 000 AHK maskin for atomdrift.

biner som framdriftsmaskineri. Det er det amerikanske N/S «Savannah», et kombinert laste- og passasjerskip på ca. 22 tusen tons deplasement, en dødvektstonnasje på 10 tusen tons og med plass for 60 passasjerer. Reak­ toren er av trykkvannstypen, og dampturbinen utvikler 22 000 bremsehestekrefter (bhk). Selve reaktoren med varmeveksler og hjelpeutstyr er plassert omtrent midtskips og er innebygd i en beskyttelsesbeholder med isolasjonsmateriale bestående av nesten 2 000 tons jern, bly, polyetylen, betong og vann. (Nærmere omtale av dette skip på side 57.) I Russland har en i flere år hatt i drift isbryteren «Lenin» med atom­ kraft som framdriftsmaskineri. Denne isbryteren på ca. 16 tusen tons død­ vekt har hele tre trykkvannsreaktorer om bord, men av disse står alltid én som reserve. Maskineriet utvikler ca. 44 000 bhk, og fartøyet kan forsere 2 meter tykk is med en fart på 2 knop. I 1962/63 kom det i stand et europeisk samarbeid for å planlegge og vurdere mulighetene for bygging av ett eller flere atomkraftdrevne han­ delsskip. Det ene prosjektet dreiet seg om et tankskip på 49 tusen tons dødvekt og med en maskinkraft på 20 000 bhk. Farten skulle være noe over 16 knop. Skipet skulle utstyres med en trykkvannsreaktor som arbeidet med 140 atmosfærers trykk ved en temperatur på 237 grader Celsius. Den indirekte produserte damp for turbinanlegget skulle ha et trykk på 38 atmosfærer med 0,5 % fuktighet. Reaktorbrenslet skulle bestå av 4 tons av en uranforbindelse, og med denne brenselsmengde skulle anlegget kunne holdes gående i omtrent 2 ar. O

54

Reaktoren var planlagt plassert mellom selve maskinrommet og pumperommet i en sikkerhetsbeholder 9 meter i diameter og 11 meter høy. Isola­ sjonsmaterialet var vann, stål, bly og betong. Reaktoranlegget inklusiv isolasjonen hadde en vekt på 1700 tons. Fartøyet var beregnet å skulle koste (1962) 120 millioner norske kroner, herav var 40 millioner kroner for reaktoranlegget. De første 4 tons uranbunkers ville komme til å koste 12 millioner kroner, og brenselsomkostningene ble anslått til å ville bli ca. 3 øre pr. bremsehestekrafttime. Totale årlige driftsomkostninger var anslått til ca. 10 millioner norske kroner. Et annet prosjekt dreiet seg om et bulkfartøy på ca. 19 tusen tons død­ vekt. Farten skulle være 15 knop ved en maskinkraft på 8500 bhk. For dette fartøyet ble det planlagt et kokende lettvannsreaktoranlegg som skulle plasseres i en sikkethetsboks like foran selve maskinrom­ met som var beliggende helt akter. Reaktoranlegget var også her ment å skulle beskyttes ved svære isola­ sjoner av stål, bly, betong og vann. Reaktoren med skjermingen etc. ville få en vekt på ca. 1340 tons. Den svære skjerming av reaktoren er nødvendig både av radiologiske grunner og som en sikkerhetsforanstaltning ved en eventuell grunnstøtning eller kollisjon med et annet skip. Det må jo i alle tilfeller hindres at radioaktivt stoff frigjøres. Brenselsmengden for dette bulkfartøyet skulle være 1,3 tons uranforbindelse, og man skulle ikke behøve å bunkre igjen før etter ett og tre­ kvart års jevn drift. Byggeomkostningene (1962) var anslått til 53 millioner norske kroner, herav for reaktoren 18 millioner. Brenselsomkostningene var beregnet til å skulle bli på 3,7 øre pr. bremsehestekrafttime, og samlet årlig driftsut­ gift 6 millioner kroner. Både for tankskipet og for bulkfartøyet lå de beregnede kapital- og driftsomkostninger langt høyere enn for samme typer konvensjonelle skip, og skulle altså et atomkraftdrevet skip være økonomisk konkurransedyktig, så måtte selve skipskonstruksjonen forenkles og brenselsutgiftene bringes nedover. Den norske sammenslutning REDERIATOM har gitt Instituttet for Atomenergi i oppdrag å foreta en rekke studier med henblikk på å få undersøkt hva som kan gjøres for å bringe atomkraftdrevne skip ned på lønnsomhetsnivået. Selvsagt er det det første eller de første skip som blir kostbare, siden det hele er noe nytt og uprøvd, men etter som en høster erfaringer, burde det være mulig å bringe både investeringer og omkostninger nedover. Instituttet for Atomenergi tok for seg et tankskip på 60 tusen tons dødvekt og en maskin på 25 000 bhk. Skipet ble den gang ansett å være av en passende størrelse, men hadde det vært i dag, ville en nok ha valgt et 5. Christiansen

55

noe større skip. Det har vist seg ved de utførte beregninger at jo større skipet er, desto forholdsvis rimeligere blir alle investeringer og drifts­ omkostninger. Gjennom en lang rekke studier og et omfattende forskerarbeid kom en til at omkostningene for et 4. eller 5. generasjons skipsatorfianlegg ville dreie seg om 9 millioner kroner, og brenselsutgiftene ville bli ca. 2 øre pr. bremsehestekrafttime. Ved atomdrift må en dog regne med en rekke uforutsette driftsutgifter i den første tiden, men en har også lov til å regne med en noe økt laste­ kapasitet for et atomdrevet skip i forhold til et lignende konvensjonelt skip. Det er bunkersforholdet som spiller inn her. Det antas at økningen i lastekapasiteten for et tankskip på 60 tusen tons dødvekt på en reise på 10 000 n. mil vil være ca. 2 500 tons. Altså økt fraktinntekt. De økonomiske problemer er avhengige av skipets størrelse, reisens lengde, lastens art m.v., og kan ikke analyseres i detaljer. Foreløpig må en si at atomskipet er uten muligheter for å kunne konkurrere økonomisk med konvensjonelle skip. Når det gjelder sikkerheten, så mener en nå å ha funnet fram til for­ holdsregler, slik at drift og bruk av atomdrevne skip ikke skulle by på ekstra vanskeligheter. I Norge har en hatt en stor komité i arbeid under Sjøfartsdirektoratets ledelse for å finne fram til nødvendige sikkerhets­ foranstaltninger for slike skip. Dersom planene av 1964 bringes ut i livet, vil det i 1968 antakelig være i drift både ett tysk, ett japansk og ett engelsk atomkraftdrevet han­ delsfartøy foruten det amerikanske «Savarsnah».

N/S „Savannah5’ Navnet Savannah har både i dette og i det forrige århundre vært et pionérnavn i internasjonal skipsfart. Den 22. mai 1819 stevnet 320-tonneren S/S «Savannah» ut fra havne­ byen Savannah i staten Georgia i USA for å krysse Atlanterhavet som det første dampskip i fart mellom den gamle og den nye verden. Skipet var rigget som tremastet seilskip, og selvsagt spilte seilene en ganske stor rolle under overfarten til Liverpool, som tok 29 døgn og 11 timer. Men skipets dampmaskin hadde dog vært i gang i 89 timer under reisen, dvs. så lenge bunkersbeholdningen av kull og ved varte. Havenes industrielle revolusjon var begynt. Under en reise fra England til Helsingør tvang en storm «Savannah» til å søke nødhavn i Arendal, noe som formelig satte byen på ende. En avis kommenterte begivenheten således: «Storparten av Arendals befolk­ ning benyttet anledningen til å beskue denne nyskapningen, da et lig­ nende skip trolig aldri igjen vil passere disse kyststrøk.»

56

Fig. 45: S/S «Savannah» av 1819-

Dette var den 22. oktober 1819, men utviklingen har gjort journalistens spådom til skamme. Dampmaskinen var innledningen til en ny epoke i skipsfartens historie. Den 22. mai 1958 ble kjølen til et nytt skip med navn «Savannah» strukket i Camden, New Jersey, og en tør vel si at dermed ble grunn­ laget for nok en ny epoke innen skipsfarten lagt. For øvrig skal en nevne at datoen 22. mai er amerikanernes sjøfartsdag, deres Maritime Day. Det første skipet under navnet «Savannah» var et dampskip, så er også skipet «Savannah» av 1964, men drivstoffet om bord er endret fra kull og ved til energi utviklet ved spalting av atomer.

Atomskipets skrog Lengde overalt: 178 meter. Største bredde: 23,77 meter. Dypgående på last: 9 meter. 13 599 registertonn brutto. 7 513 registertonn netto. 9 900 tons dødvekt. 21 840 tons deplasement på last. 57

Fig. 46: N/S «Savannah».

Skipet kan ta 60 passasjerer og har et mannskap på 110 mann. Sjøsettingen fant sted 21. juli 1959, mens ordinær drift først tok til i 1964. Skipet antas å ha kostet 55 millioner dollars. Skroget har elegante linjer og bærer preg av styrke og fart. Laste- og losseuts tyret er, etter amerikansk skikk, basert på konvensjonelle bomarrangementer, rigget i sterkt loggende, selvstagende mastekonstruksjoner. Det finnes ikke kraner om bord. Ståldeksler på alle luker, vanlige alumi­ niums livbåter. I alle lugarer, salonger og korridorer er det anvendt kunstfiberstoffer i stor utstrekning, likeledes glass og lettmetaller. Alt er smakfullt og holdt i flotte farvekombinasjoner. Skroget har en spesielt forsterket indre kjøl, eller kjølsvin, som er konstruert for å ta opp og å fordele vekten av atomreaktoren og dens beskyttelsesbeholder over en størst mulig bæring. Skipssidene er også konstruert med tykkere stålplater enn vanlig på skip av denne størrelse. 58

Skipet har tre gjennomgående dekk, ti vanntette tverrskipsskott og er konstruert med vanlige tverrskipsspant. Dobbeltbunnen er bygd etter et kombinert tverrskips- og langskips spantesystem og med ekstra forsterkede bunnstokker under reaktorrommet. Det er tatt særlig strenge forholdsregler for å kunne beskytte reaktoranlegget ved en eventuell kollisjon med annet fartøy. Langs skipssidene, på hver side av den beholderen som omgir reaktoren, har skipet særlig sterkt konstruerte langskipsgående «kollisjonsskott». Innenfor disse skottene har en bygd noe en kan kalle «kollisjonsmatter», som består av sammensatte lag av stål og treplanker. Stålplatene er 1 tom­ me tykke og plankene 3 tommer. Hele «mattens» tykkelse er 2 fot. Disse forsterkningene gir skipet en svær materialtyngde, men som det heter i verkstedets beskrivelse: «Som verdens første kommersielle ikke-stasjonære atomkraf tan legg måtte «Savannah» få en skipsarkitektonisk og konstruksjonsmessig utførelse som resulterte i et skip med langt høyere sikkerhetsgrad enn en tidligere hadde krevd av noe fartøy. De sikkerhetsmessige hensyn gjør seg først og fremst gjeldende for to forskjellige, men nær forbundne faktorer. 1. Så vel skroget som den indre struktur må oppfylle den høyeste sik­ kerhetsstandard, sett både fra et konvensjonelt sjømannsmessig syn og i lys av den mulige risiko som måtte følge med installasjonen av et atomkraftanlegg. 2. Reaktoranlegget må ikke innebære større fare for mannskap og passasjerer, eller for andre mennesker og skip i nærheten, enn maskinen om bord på et vanlig damp- eller motordrevet fartøy. En må altså til enhver tid ha full kontroll over den radioaktivitet som spaltningsprosessen i reaktoren medfører.»

Takket være de foretatte sikkerhetsforanstaltninger kan et menneske sitte i ett år der hvor han er mest utsatt for strålingen om bord (i laste­ rommet 'foran reaktoren) uten å bli påvirket av større radioaktivitet enn den som kommer fra et alminnelig selvlysende armbåndsur. Skipet er utstyrt med stabilisatorer og er meget manøvredyktig. En 180 graders sving med roret i borde under full fart forårsaker bare en umerke­ lig krengning.

Eramdriftsmaskineriet — reaktoren Framdriftsmaskineriet om bord i N/S «Savannah» består av et de Laval-turbinanlegg, omfattende høy- og lavtrykksturbin, akteroverturbin og reduksjonsgir samt det nødvendige hjelpemaskineri. Anlegget utvikler 59

Fig. 47.

ca. 20 000 hk og gir skipet en toppfart som ligger mellom 20 og 25 knop. Propellen er 5-bladet. Maskinrommet ligger noe aktenfor midtskips og like i akterkant av reaktorrommet. Fig. 47 viser noe av kontrollrommet for maskin og reaktor. Reaktoranlegget består av en trykkvannsreaktor, trykktank og primære kjølekretser. Varmen som blir opptatt av det primære kjølemiddel i reaktoren, avgis gjennom varmeveksler til selve dampproduksjonen for turbinmaskineriet. En kan gjerne si at reaktoren med sin kjølekrets erstatter fyringsanlegget (med kull eller olje) i et ordinært dampkjeleanlegg. Brennstoffet som benyttes i reaktoren, består av 7965 kg uranoksyd tilsatt 310 kg «U-235», som er det spaltbare og varmeutviklende element. Brennstoffet foreligger i form av staver 1,5 meter lange og samlet i 32 brennstoffelementer. Hvert element består av 164 staver og er kledd i rustfritt stål. Fig. 49.

Fig. 49:

60

Skjematisk tegning av en av de 32 brennstoffstavene som fyller reaktortanken om bord i N/S «Savannah».

Fig. 48: Reaktor og maskinanlegg på N /S «Savannah».

(V N

Fig. 50 a: Mannskapet må være godt beskyttet under nedfiringen av brennstoffelementet i kjernen.

Brennstoffelementene er anbrakt i en sylindrisk kjerne 168 cm høy og med en gjennomsnittsdiameter på 158 cm. Fig. 50 a og b viser nedfiringen av et brennstoff element i kjernen, fig. 51 viser et snitt av reaktorkjernen. Den foran nevnte mengde brennstoff på ca. 8 tons uranoksyd og 310 kg «U-235» vil være nok til å holde skipet i kontinuerlig drift i mer enn 3 år. Energien fra 453 g «U-235» svarer til energien i 700 tons brenselolje. Det er imidlertid ikke på det nåværende tidspunkt (1965) mulig å sette opp noen beregninger som kan vise det økonomiske forhold mellom atomdrift og konvensjonell brenseloljedrift av skip. En må være klar over at N/S «Savannah» er et prøveskip, et eksperimentskip, og at en under 62

Control-rod drive

Accumulators

Fig. 50 b — og her er brennstoffelementet nesten nedfirt.

6.5“ vessel wall I” outer outer thermal I 1®— '" K

I inner thermal shield (69.5“ i.d.) Fuel-element container (I of 32) /

Fig. 51: Snitt av reaktoren.

(89.5 2" core-support thermal shield (76" i.d.)

Control rod ' (I of 21)

driften stadig vil finne fram til forbedringer både av teknisk og økono­ misk art. (N/S står for Nuclear Ship). Den primære beskyttelse rundt reaktorkjernen er en tank ca. 5 meter høy som. skal absorbere det meste av den radioaktive strålingen. Hele reaktoranlegget med kjeler, pumper etc. er så omgitt av en svær stålbeholder, som igjen er armert med lag av bly, betong og polyetylen-plast. Denne svære beskyttelse har en vekt på bortimot 2000 tons. Hertil kommer så det som foran er nevnt om særlige skrogforsterkninger. Selve reaktoren virker på følgende måte: Et såkalt neutron, en subatomisk partikkel av materie, som drives med stor hastighet inn mot midten, eller kjernen, av et atom uraniumbrensel,

63

vil spalte denne kjernen og frigi dens energi i form av varme. Når en uraniummasse på denne måten bombarderes med neutroner i en atomovn, en reaktor, oppstår det en kjedereaksjon med en kontinuerlig spalting av brenselskjernene og en dermed følgende kontinuerlig produksjon av varme. Kjernespaltingen, altså varmen, reguleres ved kontrollstenger av stål som kan føres inn i brenselskjernen. Helt ført inn i brenselskjernen absor­ berer stengene neutronene og stenger derved reaktoren ved at kjedereak­ sjonene forstyrres. Når stengene trekkes ut igjen, begynner atter neutronbombardementet. Varmen reguleres altså ved å forskyve disse stålstengene i brenselskjernen. Stengenes stilling reguleres av reaktormaskinisten i kontrollrommet. Det primære vannkretsløp, vannet som absorberer reaktorvarmen og fører den over til de sekundære varmeveksler, har en temperatur på gjennomsnittlig 500 grader Fahrenheit og et trykk på 1,7 Ibs pr. kvadrattomme. Da dette er en trykkvannsreaktor, koker altså ikke vannet. Skulle reaktoren av en eller annen grunn «løpe løpsk», komme ut av kontroll, så ville ikke dette resultere i noen eksplosjon. Reaktoren ville bare komme til å utvikle så mye varme at hele kjernen smeltet, og derved ville spaltingsprosessen opphøre. Beskyttelsesbeholderen rundt reaktoran­ legget ville stenge av for det flytende metall, og det hele ville omsider kjølne av. Det skal også nevnes at spalting av atomer ikke er noen forbrenningsprosess, derfor er ikke reaktoren avhengig av lufttilførsel og trenger heller ikke noe eksosavløp. Det er dette som gjør atommaskineriet så betydnings­ fullt for undervannsbåter.

Framstillingen av „U-235” Uran-235 er det spaltbare element som muliggjør en kontinuerlig de­ ling av atomene i en kjedereaksjon, som så skaffer den nødvendige varme til dampkjelene om bord. Til å utvinne ca. 300 kg Uran-235 går det med bortimot 10 tusen tonn uranmalm. De eksisterende urangruver inneholder malm med en gehalt fra ett til fem kg uran pr. tonn malm. Veien fra malm til rent uran er lang og utgjør en uhyre komplisert prosess. Først knuses malmen til finkornet sand som deretter varmes opp og vaskes med vann. Så utsettes sanden for en rekke kjemiske behandlinger med syrer, oppvarming og tørkeprosesser, og en får fram rå uranoksyd, som er et gråsvart pulver. Gjennom fortsatte syrebehandlinger skilles ut uønskede andre metaller, og en får et rent, brunlig uranoksyd. Oksygenet i dette oksydet blir så erstattet med fluor, og en får fram et såkalt «grønt salt» som inneholder en blanding av isotopene Uran-235 og Uran-238.

64

Fig. 52: Reaktor og maskinanlegg på N /S «Savannah».

Det gjenstår så å skille ut Uran-235. Ved videre behandling med fluor forvandles det grønne salt til uranium hexafluorid. Stoffet har fått dette navnet fordi molekylene består av seks atomer fluor for hvert atom uran. Dette er den eneste uranforbindelsen som kan gjøres om til gass, noe som er nødvendig fordi de to nevnte uranisotopene lar seg skille ved gassformig diffusjon. Ved ordinær temperatur er uranium hexafluorid et sterkt etsende og tærende stoff, men ved høy temperatur går stoffet over til gass. Denne gassen blir silt gjennom et filter med milliarder mikrosko­ piske hull. Begge isotoper går langsomt gjennom disse små hullene, men Uran-235 isotopene passerer filteret i større mengder enn det noe mer massive Uran-238. Derved øker konsentrasjonen av Uran-235 i gassen, som atter og atter ledes gjennom det porøse filter, tusener av ganger i løpet av flere må­ neder, og endelig kommer en fram til stoffet Uran-235 i nesten ren form.

Framtiden En tør kanskje si at reaktoranlegget om bord i «Savannah» var avleggs, eller at det i hvert fall lå tilbake for nykonstruksjonene, allerede da skipet ble satt i fart. Den tekniske utvikling går så utrolig fort. Verden over arbeides det med å finne fram til enklere og fram for alt lettere reaktorkonstruksjoner, samtidig som også det rent økonomiske vies en intens oppmerksomhet. Det kan i denne forbindelse være interessant å sitere hva direktøren i Det norske Veritas, G. Vedeler, i september 1964 uttalte som svar på følgende spørsmål: «Hva er Deres syn på atomdriftens framtid i den kommersielle skips­ fart, og hvordan står norsk skipsfart i bildet i så måte? Tror De det er mulig at vitenskapen i løpet av relativ nær framtid kan finne fram til andre alternativer for skips framdrift som setter atomdriften i bak­ grunnen?» Direktør Vedeler svarte: «Fordi den største delen av den norske handelsflåten er dieseldrevet, mens de store land stort sett nytter dampdrift for sine større skip, vil atomdrift bli konkurransedyktig på et seinere tidspunkt for norske skip enn for skip tilhørende de store land. Imidlertid er det et annet spørsmål som kanskje er viktigere når det gjelder atomdrift av bevegelige transportmidler som f.eks. skip. Radio­ aktiviteten er farlig, hvorfor reaktorene må skjermes, hvilket i første omgang betyr større kapitalinvestering. Men det betyr også at transport­ midlet under hele sin levetid vil bli belastet med en ekstra ansvarsfor­ sikring med en årlig premie som ser ut til å bli av størrelsesorden 10 ■—-15 millioner kroner pr. skip, i hvert fall de første årene. De kalkyler som 66

foreligger fra Atomforskningsinstituttet, beskjeftiger seg ikke med dette spørsmål, idet en øyensynlig går i de store lands fotspor og synes å mene at en gang i framtiden vil alle skip bli atomdrevne. Men en ekstrapremie som nevnt kan ikke bæres av noe privatrederi i konkurranse med de lands skipsfart som er statssubsidiert eller statsdrevet. Atomdrift kan derfor komme til å bety døden for norsk skipsfart, og det kan neppe være et ønskelig mål for norsk forskning. På den annen side vil et så stort premidbeløp som det antydede, gi rom for framstilling av et ufarlig, syntetisk brensel med lignende egenskaper som den olje som nyttes nå, og som kan bli konkurransedyktig fordi det ikke vil bli beheftet med den store ansvarsforsikring. Kraftstasjonene på land vil bli mye mer økonomiske enn skipsanleggene, fordi de er av en ganske annen størrelsesorden. De vil ytterligere øke mulighetene for framstillingen av et konkurransedyktig syntetisk brensel ved hjelp av energi fra stasjonære anlegg. Min oppfatning er at en gang i framtiden vil en vesentlig del av alle transportmidler, og da først og fremst alle mindre enheter, bli drevet med slikt relativt ufarlig syntetisk brensel. Bare med slikt brensel vil norsk skipsfart fortsatt kunne eksistere. Med tiden vil det bli naturlig at norsk forskning interesserer seg for framstillingen av et slikt brensel. Kan noe av vår relativt billige vannkraft komme til anvendelse her, vil det kunne være et nyttig mål.» «Hva mener De om gassturbinens framtid?» «Gassturbinen har i mange år ventet på brukbare materialer som kan tåle omkring 100 grader høyere driftstemperatur enn den den går med nå. Da først vil gassturbinen bli konkurransedyktig med dieselmotoren. En annen vanskelighet ved gassturbinen har vært det belegg en får på skovlene dersom en bruker et relativt billig brensel.» Så vidt direktør Vedeler.

SKIPSMOTORER Innledning En motor er en varmekraftmaskin, en forbrenningsmaskin, en stempelmaskin, som ved forbrenning av flytende brennstoff i sylinderen direkte omsetter brennstoffets varmeenergi til mekanisk arbeid. Motoren er en stempelmaskin. Den kan være enkeltvirkende eller dobbeltvirkende. Ved den enkeltvirkende motoren foregår forbrenningen bare på den ene siden av stemplet, mens den dobbeltvirkende motoren har for­ brenning på begge sider av stemplet (dampstempelmaskinen er dobbelt­ virkende). En motor kan også i sylinderen ha to stempler, to motgående stempler, og forbrenningen skjer da mellom stemplene som derved skyves fra hverandre. Sylinderen må være forsynt med en del ventiler eller porter. Vi har brennstoffventilene som slipper brennstoffet inn i rette øyeblikk, videre har vi innsugingsventiler for luft som jo er nødvendig for forbrenningen, og vi har eksosventilene som sørger for at forbrenningsproduktene, ekso­ sen, slipper ut. I enkelte motortyper har sylinderen istedenfor ventiler store porter eller åpninger for eksosen og for ekstra innblåsing av spyleluft for å få forbrenningsgassene fort ut. Etter den måten motoren arbeider på, benevner vi den 4-taktsmotor eller 2-taktsmotor. En «takt» svarer til et stempelslag, dvs. stemplets be­ vegelse fra topp til bunn i sylinderen. Brennstoffet i sylinderen skal jo også antennes, og etter den måten det antennes på, inndeler vi motorene i tre typer:

1. 2. 3.

Motorer med gnisttenning (forgassermotorer). Motorer med glødehodetenning (semi-dieselmotorer). Dieselmotorer hvor antenningen skjer ved et høyt trykk (kompresjonstenning).

De her nevnte tre motortyper kan arbeide både som 4-takts- og 2-taktsmotorer. Motorene kan ha bare en sylinder, men kan også ha et praktisk talt ubegrenset antall. Sylinderne kan stilles etter hverandre, de kan stilles i V-form eller de kan være i stjerneform rundt akselen og rotere med denne (flymotorer). Vi har også noe som kalles fristempel-motorer og en helt ny type som benevnes «planetmotor». 68

4-taktsmotorens virkemåte Ved 4-taktsmotoren skjer antennelsen av brennstoffet bare annen hver gang stemplet er i toppen av sylinderen, altså ved hvert fjerde stempelslag, derav navnet 4-taktsmotor. En slik motor må ha minst 2 ventiler, én for innsuging av brennstoffet blandet med luft og én for utstøting av eksosen. Men motoren kan også ha 3 ventiler, én for luft, én for brennstoff og én for eksos. Vi må alltid huske på at en motor må ha både luft og brennstoff for å få en for­ brenning i stand. De nevnte ventilene må åpnes og stenges i en bestemt syklus, dirigert av stemplets bevegelse, gjennom tannhjul, vektstenger og kamaksler. Hele prinsippet framgår av fig. 53 a—b—c—d, og fig. 54. Motoren her har 2 ventiler, én for luft/brennstoff-blanding og én for eksos. Ventilene er fjærbelastet.

69

Fig. 54: Firetakts bensinmo­ tor. P stempel. E ventil som slipper gassblanding inn til sylinderen. D ventil for ekso­ sen. H aksel med krumtapp. 1, 2, 3, 4, de fire takter.

I fig. 53 a har stemplet nettopp vært på toppen og er på vei nedover. Luft/brennstoffventilen A er åpen (løftet av kamakselen P). Under stemplets gang nedover, første takt, suges nå brennstoffblanding inn i sylinderen, og når stemplet passerer sin nederste stilling, lukkes ventilen. Sylinderen er nå full av luft/brennstoff som under stemplets gang opp­ over presses sammen, komprimeres, og derved også når en høy temperatur. Begge ventilene er lukket under kompresjonstakten, annen takt, (fig. 53 b til c). Idet stemplet når toppen, antennes brenselsladningen enten ved elektrisk gnist, ved glødehode eller ved kompresjon alene, og stemplet trykkes nedover av gasstrykket. Begge ventilene er fremdeles lukket. Den­ ne tredje takt kalles også for arbeidstakten, idet det jo er under denne takten at motoren får sin impuls, sin drivkraft. Når så stemplet når bunnen, svinger over dødpunktet, og begynner å gå oppover igjen, åpnes eksosventilen B ved kamakselen P, og eksosen presses ut etter hvert som stemplet går oppover (fjerde takt, eksostakten). Se også fig. 54. Ensylindrede 4-taktsmotorer må ha store, tunge svinghjul for å holde det hele i gang mellom arbeidstaktene. Har motoren flere sylindere, er veivene stilt i forskjellige vinkler til hverandre slik at dødpunkter unngås. Man kan godt si at jo flere sylin­ dere, desto jevnere gang.

2-taktsmotorens virkemåte I 2-taktsmotoren antennes brennstoffblandingen hver gang stemplet er på toppen. Mens 4-taktsmotorens ventilsystem praktisk talt er det samme for alle typer slike motorer, så er anordningen med hensyn til innsuging av luft, tilførsel av brennstoff og utstøting av eksos ved 2-taktsmotoren noe for­ skjellig alt ettersom det gjelder en liten tennpluggsmotor, en semidiesel-

70

motor eller en ren dieselmotor. Men 2-taktsmotoren er i sin oppbygning mye enklere enn 4-taktsmotoren idet den ikke behøver det kompliserte ventilsystemet.

2-taktsmotor med gnisttenning Fig. 55 viser prinsippet for en slik motor. Veivhuset er lukket og tjener som forkammer for brenselblandingen (forgasset brennstoff og luft). Under stemplets gang oppover i sylinderen dannes det et undertrykk i veivhuset, og gassblandingen suges inn gjennom ventilen E (fig. 55 d).

6. Christiansen

71

Når stemplet har vært på topp og går nedover igjen, stiger trykket i veivhuset, ventilen E lukker seg, og gassblandingen komprimeres. Når stemplet går nedover, avdekker det først porten A (fig. 55 b) og eksosen strømmer ut. Når det nesten har nådd sin laveste stilling, avdekkes porten B (fig. 55 c), og den komprimerte gassblanding strømmer fra veivhuset inn i sylinderen og jager restene av eksosen ut. Legg merke til den lille kammen på oversiden av stemplet, den gir den innstrømmende gassblanding en retning oppover, så den ikke direkte blander seg med restene av eksosen og forsvinner ut med denne. Når så stemplet går oppover igjen, stenges først porten B. og seinere A, hvoretter gassblandingen i sylinderen presses sammen og antennes ved en elektrisk gnist, idet stemplet atter er på topp. Og imens er det sugd ny gassblanding inn i veivhuset. Ved 2-taktsmotorer med gnisttenning blir alltid brennstoffet forgasset og blandet med luft før det suges inn i sylinderen. Det samme er for­ resten tilfelle ved små 4-taktsmotorer for gnisttenning.

56.

Forgasseren Blandingen av luft og forgasset brennstoff skjer i det vi kaller en for­ gasser eller karburator. En slik svært enkel forgasser er vist i snitt på fig. 56. Brennstoffet kommer fra tanken inn til forgasseren ved pilen nederst til høyre og strømmer inn i beholderen B. Høyden, mengden, av brennstoff

72

i denne beholderen reguleres av en flottør F som gjennom nålventilen V—I kan stenge eller åpne for tilførselen. Forgasseren er forbundet med motoren ved K. K i seg selv represen­ terer et spjeld hvormed man regulerer tilgangen på gassblanding til mo­ toren, og dermed regulerer motorens omdreininger, farten. E er en oppgjenget nålventil, den såkalte finskruen, som gjennom åpningen D regu­ lerer brennstoff tilgangen til rommet C. Luft suges inn ved A og når luft­ strømmen passerer D, river den med seg og forstøver (forgasser) det innstrømmende brennstoff og blander seg med dette, slik at det er en eksplo­ siv gassblanding som ved spjeldet K passerer inn i motoren. Ved finskruen E kan man altså regulere brennstofftilgangen, ved A lufttilførselen og ved K gassblandingen. Det finnes mange typer forgassere, mye mer kompliserte enn den som er beskrevet her, men prinsippet er det samme for dem alle. En motor, 4-takts eller 2-takts, med gnisttenning av brennstoffblandin­ gen, kan til brennstoff bruke både bensin og petroleum, ja endog solarolje. Men ved bruk av de tyngre oljesorter må det gjerne skje en forvarming av oljen før den slippes inn på forgasseren.

Gnisttenningen Den gnisten som antenner gassblandingen, skaffes til veie ad elektrisk vei. Øverst i sylin­ deren er det skrudd inn en tennplugg, en gnistbane (fig. 57). 3 er en metallelektrode som øverst er tilknyttet strømkildens ene pol (1). 2 og 6 er en porselensisolasjon som isolerer elektroden 3 fra tennpluggens metallhylse 4. 4 er oppgjenget nederst og skrus inn i sylin­ deren. 8 er elektrode nr. 2 som står i direkte forbindelse med 4 og derigjennom med metallgodset i selve motoren. Strømkildens annen pol er derfor forbundet til motorgodset og bruker dette som ledning. Gnisten dannes mellom elektrodene 3 og 8. En skal ikke her komme nærmere inn på de forskjellige strømkilder som kommer til an­ vendelse, men bare nevne at den elektriske høyspente strøm enten skaffes til veie ved et batteri, en akkumulator, og en induksjonsrull, en sperrekasse, eller ved en liten høyspent vekselstrømsdynamo, en såkalt magnet.

Fig- 57.

73

Semi dieselmotoren Ordet semi betyr halv. En semidieselmotor er en halv-dieselmotor, idet det i tillegg til kompresjonen i sylinderen også kreves en ekstra tenningsanordning for å få antent gassblandingen. I dieselmotoren derimot klarer det seg med kompresjonstrykket alene. Semidieselmotoren er alltid en 2-taktsmotor.

Fig. 58.

Virkemåten av en slik motor vil gå fram av fig. 58. Det høye stemplet er vist i sin nederste stilling, og både luftporten B og eksosporten A i sylinderen er åpne. Veivhuset er lukket og tjener som beholder for rein luft. Lufta suges inn i veivhuset gjennom ventiler i lokket (9) hver gang stemplet går oppover. Tenker vi oss nå at motoren på fig. 58 er i gang, så vil det over stem­ plet være bare rein luft som er kommet inn i sylinderen fra veivhuset gjennom kanalen til høyre og porten B. Under stemplets gang oppover

74

trykkes lufta sammen inne i glødehodet (3), og samtidig suges ny luft inn i veivhuset. Når stemplet så nesten har nådd toppen, sprøytes det automatisk inn olje gjennom ventilen (4—5) i det varme glødehodet. Innsprøytingen stanser idet stemplet er i toppstilling. På grunn av den komprimerte lufts og glødehodets høye temperatur blir det innsprøytede brennstoff øyeblikkelig forgasset, blander seg med lufta til en eksplosiv blanding og antennes. Under stemplets gang nedover i arbeidstakten trykkes lufta i veiv­ huset sammen. Litt før stemplet når nederste stilling, avdekkes først eksosporten A slik at forbrenningsproduktene slipper ut i lyddemperen C og videre ut; like etter avdekkes luftporten B, og luft fra veivhuset strøm­ mer opp i sylinderen, spyler den rein for restene av eksosen og fyller den med rein luft klar for neste kompresjonstakt. Når semidieselmotoren skal startes, må først glødehodet varmes opp ved hjelp av en blåselampe. Under gang vil som regel glødehodet holde seg tilstrekkelig varmt uten bruk av lampa. Nyere semidieselmotorer har et innvendig glødelegeme, og bruker elektrisk startoppvarming (en glødetråd med strøm fra en akkumulator). Det kan også benyttes en såkalt tennpatron ved starten. Innsprøytingen av brennstoff kan reguleres ved ventilen (4—5), og i luftkanalen fra veivhuset til sylinderen er det et spjeld merket 12, hvor­ med lufttilgangen kan reguleres. Semidieselmotorene kan bygges ganske store, opptil 150 hk pr. sylinder og med inntil 4 sylindere. Brennstoffet er solarolje. Små semidieselmotorer kan sveives i gang for hånd, mens større mo­ torer må startes med trykkluft fra en startflaske eller startetank.

Dieselmotoren Vi har i det foregående snakket om forgassermotorer og semidiesel­ motorer, men det er den reine dieselmotoren som i dag representerer fram­ driftsmaskineriet i norske skip, og vel også i de fleste av hele verdens handelsskip. Den må derfor ofres særlig omtale. En av definisjonene på en dieselmotor lyder: En dieselmotor er en forbrenningsmaskin hvori brennstoff blir sprøytet inn i komprimert luft og antent av luftas høye temperatur oppnådd under kompresjonen. Et annet sted heter det: Dieselmotorer er maskiner som arbeider med et meget høyt kompresjonstrykk, 30—35 atmosfærer eller mer, og kalles derfor ofte for høytrykksmotorer. I dieselmotoren er det bare rein luft som blir komprimert; noen ladning, gassblanding, er ikke til stede ved kompresjonens slutt, og det blir da heller ikke tale om noen eksplosjon i antennelsesøyeblikket. Innsprøytingen av brennstoff begynner når stem-

75

plet skal til å gå over øvre dødpunkt, og fortsetter under ca. 10 % av arbeidstakten. På grunn av den meget høye kompresjonstemperatur an­ tennes brennstoffet etter hvert som det kommer inn i sylinderen, og for­ brenningen foregår altså under økende volum i forbrenningsrommet, men, etter en liten stigning i begynnelsen, under konstant' trykk. Prinsippet for dieselmotoren ble utviklet av tyskeren Rudolf Diesel, og den første dieselmotor ble bygd i 1897. Motoren var på ca. 25 heste­ krefter og hadde en total virkningsgrad på ca. 26 %. Dieselprosessen foregår i fire fa2___ 3 ser som er søkt anskueliggjort ved i \ p.g .9 diagrammet i fig. 59. Diagrammet \ \ ’ ' må dog betraktes som strengt teopT \ \ retisk. Ved punkt 1 antas sylinderen \ x. å være fylt med luft, stemplet pres\ ser lufta sammen til et volum svarende til punkt 2 og som er ca. 8 % —______ av det opprinnelige. Men trykket -------------------------- ------------------ har økt til 30—40 kp/cm2, og kompresjonen har bevirket en tem­ peraturstigning til over selvantennelsestemperaturen for brennstoffet. Fra punkt 2 til 3 foregår innsprøyting og forbrenning av brennstoff, idet volumet øker, fordi stemplet nå skyves tilbake. Men på grunn av for­ brenningen og den økende temperatur holder trykket seg konstant. Ved punkt 3 er forbrenningen slutt, og det foregår en gassekspansjon under stemplets videre gang nedover. Trykket faller inntil punkt 4, hvor eksosportene avdekkes og forbrenningsgassene slippes ut. Rudolf Diesel benyttet luft av meget høyt trykk til å blåse brennstoffet inn i sylinderen med. Denne høytrykkslufta ble produsert i en kompressor som ble drevet av motoren selv, noe som medførte en merkbar senkning av motorens totalvirkningsgrad. I 1910 kom engelskmannen McKecknie med et innsprøytingssystem som bestod i direkte innsprøyting av brennstoffet under høyt trykk ved hjelp av en særskilt høytrykkspumpe. Den svære og tungtdrevne kompres­ soren kunne da fjernes fra motoren. Omkring 1930 gikk de fleste dieselmotorfabrikker over til å lage de såkalte kompressorløse motorer, altså motorer med direkte innsprøyting av brennstoffet ved pumpe. Ved det nye systemet lot imidlertid forbrenningen seg ikke reguleres så nøyaktig som tidligere, og trykket i sylinderen kunne ikke holdes kon­ stant under forbrenningen. Den kraftige høytrykkspumpa tillater imid­ lertid et lavere kompresjonsforhold, og en kan derfor teoretisk sett la første del av forbrenningen foregå under konstant volum og seinere ved konstant trykk. Denne prosess anskueliggjøres ved diagrammet i fig. 60. Kompresjonen foregår fra punkt 1 til punkt 2. Ved 2 begynner inn76

sprøytingen av brennstoffet og dermed forbrenningen, og trykket øker til punkt 3. Fra 3 til 4 fortsetter innsprøyting og forbrenning, men nå ved konstant trykk, og stemplet beveger seg utover i sylinderen. Ved 4 er forbrenningen slutt, og ved 5 avdekkes eksosportene, og trykket synker. De to her beskrevne prosesser, er som nevnt, helt teoretiske og gjelder ikke i praksis hvor så mye avviker fra de helt ideelle forhold. Luft/brennstoffblandingen er ikke alltid den reine, fine blanding som teorien forut­ setter, vi har varmetap, og vi har lekkasjer i ventilene, rester av eksos­

gassen blir hengende igjen i sylinderen osv. Et virkelig praktisk trykk/ volumdiagram er derfor nokså forskjellig fra det teoretiske. Fig. 61 viser et vanlig arbeidsdiagram for en 2-takts dieselmotor. Den skraverte flaten representerer det arbeid som utføres i sylinderen, og forholdet mellom dette og det til­ svarende teoretiske arbeid represen­ tert ved diagrammet i fig. 60, angir sylmderens indikerte virkningsgrad. Av det arbeid som utføres i sylinde­ ren, vil fra 10 til 20 % gå med til å overvinne friksjon, til drift av pum­ per knyttet til selve motoren etc. Resten er nyttbar energi. Pa større motorer er den totale virkningsgrad 40—45 %, dvs. at av den varmemengde som tilføres moto­ ren gjennom brennstoffet, omgjøres 40—45 % til nyttbar energi, bremsehestekrefter. Brennstoffets energifordeling går fram av fig. 62.

77

4-takts dieselmotor Som ved andre 4-taktsmotorer foregår arbeidsprosessen i dieselmotoren også gjennom 4 takter, eller 2 fulle omdreininger av akselen. (Fig. 63). 1.

Under innsugingstakten beveger stemplet seg utover i sylinderen mens innstrømningsventilen står åpen. Rein luft suges inn, eller tryk­ kes inn. Ved slutten av denne takten er sylinderen fylt med rein luft, og innstrømningsventilen stenges.

Under kompresjonstakten beveger stemplet seg innover i sylinderen, alle ventiler er stengt, og lufta presses sammen, mens temperaturen sti­ ger til over brenslets selvantennelsespunkt. Ved slutten av takten sprøytes brennstoffet inn og forbrenner. Tryk­ ket stiger. 3. Stemplet passerer øvre dødpunkt, og i begynnelsen av ekspansjonstakten, arbeidstakten, fortsetter innsprøytingen av brennstoff som forbrenner under høyt trykk og høy temperatur. Etter at stemplet har beveget seg nedover i ca. 10 % av slaglengden, slutter innsprøytingen, og forbrenningsgassen ekspanderer videre. 4. Siste takt er eksostakten. Stemplet går innover, eksosventilen er åpen, Flg- 64. og forbrenningsgassene trykkes ut. Fig. 64 viser et typisk trykk/volum r~'~~—diagram for en 4-takts diesel~1 Volum motor. Trykk

2.

78

2-takts dieselmotor 2-taktsmotoren «tenner» hver gang stemplet er på topp, og for å opp­ nå dette er 4-taktsmotorens innsugingstakt og eksostakt eliminert ved bruk av store «porter» i den nedre delen av sylinderen. Motoren har eksosventil i sylinderdekslet. Frisk luft strømmer inn gjennom portene nederst i sylinderen samtidig med at eksosventilen åpnes, den friske lufta formelig jager, spyler, eksosen ut. 2-taktsmotorens virkemåte ses av fig. 65.

Eksosventilen er åpnet og spyleportene avdekket noe før stemplet er i sin laveste stilling. Rein luft strømmer inn samtidig med at eksos­ gassen slippes ut. Stemplet passerer så sin laveste stilling og litt etter, under sin gang oppover, dekker det til luftportene, og eksosventilen stenges. Lufta i sylinderen blir nå presset sammen, trykket stiger sammen med stigende temperatur, og når stemplet nesten er i øverste stilling, sprøytes brennstoffet inn, og forbrenningen tar til. 2. Trykket stiger inntil stemplet passerer sin øverste stilling, og for­ brenningen fortsetter litt mens stemplet går nedover igjen. Forbrenningsgassene ekspanderer inntil eksosventilen åpnes og spyleluftportene avdekkes.

1.

Vi har her omtalt en 2-takts dieselmotor med eksosventil, innsprøyting av brennstoffet ved høytrykkspumpe og forsynt med spyleluftsporter i sylinderveggen.

79

a

b

c

d

På fig. 66 vises et snitt av en 2-takts-dieselmotor utstyrt med brennstoffventil (25) øverst i sylinderen, ventilen styres av kamakselen (24). (40) er stemplet. (26) er spyleluftbeholderen som står under trykk, (41) er spyleluftporten i sylinderen og (42) er eksosporten, mens (43) er eksosoppsamleren. Vi ser hvorledes stemplet i d først avdekker eksosporten, og deretter i a også spyleluftpor­ ten. Portene er anbrakt i litt forskjellig høyde og på hver sin side av sylinderen. En kan se dette av fig. 67. De lyse (åpne) pilene angir spylelufta, og de helt mørke pilene eksosgassen. Ved 4-taktsmotoren foregår alle inn- og ut­ strømninger (luft, eksos) gjennom ventiler i sylinderdekslet. Ventilene styres ved vekt­ stenger, regulert av kammer på en kamaksel, som er direkte koplet til hovedakselen på moto­ ren. Ventilene er fjærbelastet, og åpningen og lukkingen foregår meget raskt. Da 4-taktsmotoren har en egen takt for eksostømming og en egen takt for innsuging Fig. 67. av luft, får sylinderen en helt rein ladning. Ved 2-taktsmotoren stiller saken seg annerledes, idet utblåsing av eksos og tilføring av luft her skal foregå så å si samtidig. En 2-taktsmotors effektivitet står og faller med muligheten av å få sylinderen spylt rein mellom hvert slag, og dette problemet har vært gjenstand for stadige eksperimenter. Vi skal her bare kort nevne noen av de spylesystemer som er i bruk i dag.

2-takstmotorens spyling 1.

80

Ved tverrspyling har stemplet en knast eller kant på overflaten. Denne knasten gjør at lufta som strømmer inn gjennom spyleporten, gis en oppadgående retning.

2.

Som det ses av fig. 68, sitter spyleluftportene og eksosportene på motsatt side i sylinderen, og vi ser at eksosporten er høyere enn spyleluftporten, slik at den blir avdekket først når stemplet går nedover. En er imidlertid kommet til at det er uheldig å ha en slik ujevn overflate på stemplet. En søker derfor å gi portene en reisning oppover slik at gass- og luftstrømmene ledes på rett vei. Dette har vist seg brukbart, og stemplet Fig. 68. kan da gjøres slettere på toppflaten. Ved vendespyling er luftportene og eksosportene plassert enten over hverandre på samme side i sylinderen (eksosportene øverst), eller ved siden av hverandre omtrent i samme høyde (eksosportene noe høyere enn luftportene). Vendespyling gir en meget god spylevirkningsgrad. Til venstre: Vende­ spyling

Til høyre: Fig. 70. Lengdespyling

3.

Det system som imidlertid synes å gi den beste spyling, er den såkalte lengdespyling. Av fig. 70 ses at spylelufta kommer inn gjennom porter i nedre delen av sylinderen og eksosgassen strømmer ut, enten gjennom porter i sylinderens øvre del, eller gjennom ventiler i sylinderdekslet. Er det porter i øvre delen av sylinderen, må disse åpnes og lukkes enten ved et motgående stempel eller ved spesielle eksossleider. Mot­ gående stempler og sleider styres ved eksenterskiver og stenger fra motorens hovedaksel. Eksosventiler i sylinderdekslet blir styrt ved kamaksler i forbindelse med hovedakselen. En regner å få reinere luft i sylinderen ved lengdespyling enn ved andre spylemetoder, idet spylelufta som kommer inn nederst i sylin­ deren formelig skyver eksosgassen foran seg oppover og ut. 81

82

.

.

.

Luft fra viften feier gjennom sylinderen, renser ut all eksosgass fra brennkam m eret og avkjøler sylinder, stempel og ventiler. Etter som stem plet gar nedover, blåses luft inn i sylinderen. Inntaksventilen stenger når stem plet er nær laveste dødpunkt.

.

like før stem plet når øverste dødpunkt. 5. Brennstoffblandingen brenner og driver stem plet nedover. 6. Trykket i eksosgassen gir kraft til turbinen og luftvifta.

4. Lufta blir kom prim ert og brennstoff sprøytet inn — antennes

Fra en engelsk læ rebok har en hentet de to følg en d e illustrasjoner som viser 4-takts og 2-takts dieselm otoren s virkem åte

04

cO

83

2-taktsdieselmotorens virkemåte

Dieselmotorens overladning Med overladning forstås at spylelufta presses inn i sylinderen under overtrykk. Derved fås mer luft til forbrenningen, mer brennstoff kan sprøytes inn, og motorens ytelse økes. Spyleluftas overtrykk skaffes til veie enten ved en av motoren selv drevet mekanisk overlader, eller gjennom en turbokompressor drevet av forbrenningsgassene fra motoren. Den mekanisk drevne overladeren kan bestå av en stempelpumpe drevet gjennom en leddforbindelse fra krysshodet eller underkanten av trunkstemplet, eller overladeren kan være i form av en roterende luftblåser drevet ved tannhjul eller kjedetrekk fra hovedakselen. Den mekanisk drevne overladeren kan ikke nyttes til større overtrykk enn 0,1 — 0,2 kp/cm2, da arbeidet med å komprimere spylelufta ellers vil bli større enn økningen i motorens ytelse. Ved å anvende turbokompressorer kan en imidler­

Fig. 73-

84

tid oppnå et høyere spylelufttrykk (0,4 — 0,5 kp/cm2) uten belastning for motoren. Kompressoren drives av en eksosturbin som nyttiggjør seg resttrykket i eksosgassen idet denne strømmer ut av sylinderen. Turbinen og den ett-trinns sentrifugalkompressoren er bygd sammen med felles aksel til en kompakt enhet, montert sammen med motoren. Fig. 73 viser et snitt gjennom en motor med turbolader montert øverst til venstre. Eksosgassen går ut gjennom eksosventilen i sylinderdekslet og inn på turbinen, for deretter å gå opp i eksosledningen og opp i skor­ steinen. Den traktlignende åpningen som vender hit på bildet er luftinntaket. Den komprimerte spylelufta kommer ned i beholderen A og herfra gjennom portene inn i sylinderen. Fig. 74 viser i detalj turboladerens turbinhjul og sentrifugalkompressorhjulet. Når det gjelder driften av turboladeren, snakker en om konstant-trykksystemet og om impuls-systemet. Ved den førstnevnte metode samles eksosgassen fra alle motorens sylindere først i en stor beholder, en godt dimensjonert rørledning som kan strekke seg i hele motorens lengde, og herfra strømmer så gassen inn på turbinen under praktisk talt jevnt

Fig. 74.

85

Fig. 75 B. Konstant trykksystem.

konstant trykk. Den store gassoppsamleren må isoleres godt mot varmetap. Hele anlegget krever stor plass. På fig. 75 A og B er (1) gassoppsamleren, (2) turbinen, (3) kompressoren og (4) eksosledningen opp til skorstei­ nen. På figurene ser vi også tydelig både spyleluftportene og eksosportene i sylinderen, som har vendespyling. Ved impuls-systemet nyttiggjøres ikke bare eksosgassens trykk, men også dens bevegelsesenergi idet den med stor fart strømmer ut av sylinderen. En turbolader etter dette systemet må derfor plasseres så nær inntil sylinderens eksosåpning som mulig. Det kan av ovenstående høres som om det bare er 2-taktsmotorene som nytter overladning, men selvsagt brukes dette også for 4-takts diesel­ motorer, og da helst ved turboladere etter konstant-trykk-systemet. En 4-taktsmotor kan overlades til den dobbelte ytelse av en ikke overladet motor, mens en ved 2-taktsmotorene må ta hensyn til de termiske belast­ ninger som vil være en følge av den økte ytelse.

Trunkstempel-motor og krysshode-motor Fig. 76 A, B og C viser svært enkelt og skjematisk prinsippet ved de to nevnte typer motorer. I fig. A har vi en motor med trunkstempel. Stemplet er forholdsvis langt og er åpent i underkant. Den kombinerte veivstang og stempelstang er lagret i en solid bolt inne i stemplet. Sidetrykket under gang opptas her av sylinderen, og sylinderveggen — foringen — slites gjerne oval sidelengs. I krysshode-motoren møtes stempelstang og veivstang i et solid ledd, krysshodet, og sidetrykket blir fanget opp av det vi kaller geiden, på sam­ me måte som ved dampstempelmaskinen. I fig. B har vi en enkel geide. Sidetrykket den ene veien tas opp av geidelister slik det går fram av tverrsnittet øverst. I fig. C har vi en dobbelt geide. 86

På fig. 77 ser vi et typisk trunkstempel fra en mindre motor. Vi ser lagerbolten i stemplet og veivlageret nederst. Se også fig. 78 og 79 på neste side. I stemplet er det riller for stempelfj ærene.

Dieselmotorens kjølesystem Ved dampmaskinanlegg gjelder det alltid å ta vare på varmen, å isolere kjeler, dampførende rørledninger og hele maskinen. Det er varmen som koster penger og som er drivkraften. Motorene er også varmekraftmaskiner, men her får en varme i overflod, ja, så mye at en blir nødt til å lede noe av den vekk ved særlige kjøleforanstaltninger. Bortsett fra på enkelte småbåtmotorer som kan være luftkjølte, så er vann det mest anvendte kjølemedium for motorer. Det nyttes sjøvann eller ferskvann, eller en kombinasjon av sjøvanns/ferskvannskjøling. I visse til­ feller kan også oljekjøling komme til anvendelse. Motorens sylinderblokk er som regel framstilt av støpestål, likeledes sylinderdekslet. På mindre motorer, uten sylinderforing, er det kjølevannskanaler rundt i selve sylinderblokken. På motorer med løs sylinder­ foring ligger kjølevannskappen rundt foringen. I dekslet er det også kjølevannskanaler som står i forbindelse med sylinderens kanaler. 7. Christiansen

87

Fig. 78 til venstre viser et stempel med stempel­ stang, krysshode med geideklosser, veivstang og veivlager. Stempelstanga har flens i sin øverste ende og er boltet til stemplet. Geideklossene som er festet til krysshodet — lageret — er meget kraftig utfor­ met, likeledes veivstanga. I veivlageret kan vi se smøreriller hogd ut i lagermetallet.'

Fig. 79 under, viser hvilke dimensjoner det dreier seg om når vi taler om store dieselmotorer. Mannen står inne i veivhuset, og det er veivstanga som går opp midt på bildet. Den store mutteren under mannens høyre hånd er mutteren til veivlagerbolten, dvs. bolten som holder øvre og undre lagerhalvdel sammen.

88

Til kjølevann kan brukes ferskvann som da føres med på en egen kjølevannstank. Det blir ved slik kjøling den samme vannmengde som stadig sirkulerer gjennom motoren, og vannet kan til slutt bli temmelig varmt. Ferskvannet blir da kjølt ned igjen ved et eget sjøvannskjølesystem. Sepa­ rate elektriske eller dampdrevne pumper sørger for kjølevannssirkulasjonen. Store dieselmotorer må også ha kjøling av stemplene, og her brukes hovedsakelig olje som kjølemedium. Oljen må dog også kjøles ned igjen fordi den lett blir for varm. Ferskvann har vært brukt på stemplene, men ved en eventuell lekkasje kan det komme vann i oljen med derav følgende ulemper. Stemplene er jo i stadig bevegelse, så kjøleoljen må tilføres dem gjen­ nom såkalte teleskoprør, et anlegg som krever en gjennomført nøyaktighet. På dobbeltvirkende motorer, motorer med forbrenning både over og under stemplet, måtte en også ha kjøling på stempelstanga som jo lå midt inne i undre brennkammer. Doxfordmotoren har to motgående stempler i sylinderen. Det øverste stemplet er i alminnelighet vannavkjølt, mens det undre er oljekjølt. Fig. 80 viser maskinens manøvre- og kontrollrom om bord på det ja­ panske skip «Kinkasan Maru». Det hevdes at dette skip er det første virkelig store lasteskipet som ble utstyrt med full fjernkontroll. Skipet ble satt i fart i 1963.

Fig. 80.

89

21— a

15^

60 □ fc)26

29

10

plan of lub.oil cooler flat

Part Macliinery Arrangement in the "Borgsten”

Plan of Engine Rootn Flat Fig. 81a.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.

90

Boiler feed pumps F.W. circ. pump S.W. circ. pump F.W. pump. F.W. & S.W. pressure tanks L.O. pump L.O. disch. strainer L.O. trans, pump L.O. purifiers F.W. coolers F.W. evaporator Alt. F. W. pump

13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25.

Sea water pump Butterworth pump Ballast pump Bilge pump Air compressor Fuel oil clarifiers Heavy oil purifiers Cargo pump turbines Diesel oil trans, pump Cargo pump motor Heavy oil trans, pump G.S. pump San. pumps

26. Fire pump 27. Alt. S.W. pumps 28. Air cond. S.W. circ. pump 29. Lift shaft 30. Alt. air bottle 31. Emer. air compressor 32. Camshaft lub. unit 33. Hydraulic-driven pump unit 34. Filter tank 35. Atmos. condenser 36. Cargo obs. drain tank

Fig. 81 b.

37. Fuel valve surcharge pumps 38. Boiler feed make-up pumps 39. Boiler feed heater 40. Primary boiler refill pumps 41. Dom. refrig. S.W. circ. pump 42. Stern tube L.O. pumps 43. Engine Controls 44. Cargo pump regen.

45. 46. 47. 48.

4950.

51. 52. 53.

condenser Extraction pumps Air storage tanks Butterworth heater Turbo, blower L.O. drain Oil burning unit Ext. gas boiler circ. pumps Escape hatch Transformers Alternator exhaust

54. Alt. & cargo pump switchboard 55. Group starter board 56. El. workshop and store 57. Oily water separator 58. Calorifier 59. Boiler oil tank 60. Alarm panel 61. Fuel valve cooling pumps 62. Purifier heaters

91

DIESEL-ELEKTRISK FRAMDRIFTSMASKINERI Elektrisk overføring av energien fra skipets hovedmaskiner til én eller flere framdriftspropeller er av gammel dato, og det foreligger i dag (1965) en omfattende teoretisk behandling av emnet, likesom en sitter inne med stor praktisk erfaring på området. Elektrisk drift av framdriftspropellene er i dag ikke økonomisk kon­ kurransedyktig på større havgående skip. Etter at en sluttet å bygge de populære såkalte T-2 tankskip, har elektrisk propellerdrift bare vært aktuell på forskjellige spesialfartøyer så som trålere, isbrytere, slepebåter, kabelleggere, enkelte ferger, forskjellige fartøyer som er avhengige av en smidig og hurtig manøvrering i trange farvann, i kanaler og sluser, samt på forskjellige krigsfartøyer. Blant de viktigste momenter for diesel-elektrisk anlegg om bord på skip kan nevnes: 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

92

Mulighet for reversering og for enkel, hurtig og nøyaktig regulering av omdreiningstallet på propell og forskjellig hjelpemaskineri, gjerne fra kommandobroen direkte, og eventuelt fra andre steder om bord. Anlegget er plassbesparende, og hovedmaskineriet kan plasseres hvor som helst om bord. Driftssikkerheten økes ved at en kan fortsette reisen med redusert fart selv ved driftsstans på ett eller flere av hovedaggregatene. God driftsøkonomi på fartøyer som skal gå i lengre tid med redusert fart, f. eks. trålere, kabelleggere m. fl. Ett eller flere av hovedaggregatene kan stanses, mens de øvrige går med den mest økonomiske belastning. Mulighet for å la hovedaggregatene gå med full hastighet og avgi maksimal ytelse til propellen også når denne ikke kan gå med fullt omdreiningstall. (Slepebåter og isbrytere.) Hurtig og riktig betjening av selv meget kompliserte anlegg kan redu­ seres til enkel trykknappbetjening. Automatisering vil kunne gjennom­ føres atskillig lettere enn på konvensjonelle skip. Mulighet for å legge ut de elektriske maskinene og deres styring slik at overbelasting av dieselmotorene blir helt utelukket også ved plut­ selig reversering av propellen, eller låsing av samme p.g.a. is eller lignende.

De viktigste momenter maskineri er:

1.

2.

3.

mot å velge

diesel-elektrisk

framdrifts-

Høyere anskaffelsesomkostninger, selv om en jo kan velge hurtigløpende dieselmotorer. Noe lavere virkningsgrad og derfor noe dårligere brennstofføkonomi ved full propellytelse i forhold til direkte koplede, langsomt gående dieselmotorer for tungoljedrift. Mer kompliserte anlegg. Diesel-elektriske anlegg kan gjøres meget enkle å betjene, ved f. eks. trykknapper, og de kan ved hjelp av enkle elektriske forriglinger og ved egnet utlegging av de elektriske maskinene, gjøres «idiotsikre». De elektriske komponentene kan gjøres vesentlig mer driftsikre enn dieselmotorer. Justeringen og utbedringen av eventuelle feil krever imidlertid høyt kvalifisert og kostbar arbeidskraft, arbeidskraft som kan være vanske­ lig å skaffe.

Det skulle således gå fram at en ikke burde velge elektrisk overføring av energien til framdriftspropellen, der hvor det ikke stilles spesielle krav til reguleringsmulighetene. Foreligger det imidlertid slike særlige krav, bør en se litt på de for­ skjellige overføringssystemer som eksisterer. Vekselstrømsoverføringer med synkronmaskiner har høyest virknings­ grad og blir billigst i anskaffelse, selv om synkronmaskinene må legges ut noe spesielt for dette formål. Disse systemer gir også best brennstoffutnyttelse ved full propellytelse. Vekselstrømsoverføringer er imidlertid å betrakte som noe stive over­ føringer ved all normal drift, unntagen ved den kortvarige asynkrone drift ved omkasting av propellens omdreiningsretning. Overføringen kan sammenlignes med en mekanisk, elastisk kopling der propellens omdreiningstall følger dieselmotorens turtall med et bestemt omsetningsforhold som blir fastlagt en gang for alle ved utleggingen av maskinene. Denne stivhet i overføringen gjør selvfølgelig at de fleste av de tid­ ligere nevnte fordeler ved en elektrisk drift bortfaller. Reguleringsmulig­ hetene blir ikke stort bedre enn ved den direkte mekaniske kopling. Det har også vært bygd elektriske energioverføringer med asynkron­ motorer for propellerdrift. Asynkronmotorene er billigere og enklere enn synkronmotorene — de krever bl. a. ikke noe regulert likestrømsmagnetiseringsutstyr — men de har lavere virkningsgrad og kan ikke som synkronmaskinene løpe med maksimal effektfaktor 1,0. Asynkronmotorene har også en vesentlig mindre luftspalte mellom rotor og stator, noe som er ugunstig ved de spesielle påkjenninger som kan forekomme i skipsskrog.

93

Det er likestrømsoverføringene som imidlertid i den seinere tid har vært viet størst oppmerksomhet ved energioverføringssystemer for propellen. Man snakker her om to hovedsystemer:

1.

2.

Ward-Leonard systemet består i at en regulerer omdreiningstallet på propellermotoren ved å regulere ankerklemmespenningen ved hjelp av generatormagnetiseringen. Ved å legge ut og kople maskinene på forskjellige måter kan en gi dem forskjellige karakteristikker som bl.a. kan utelukke enhver mulighet for overbelasting av dieselmotorene. I konstantstrøm-systemet holdes ankerstrømmen på en konstant verdi ved å styre eller regulere generatormagnetiseringen, mens momentet på propellakselen varieres ved å styre motormagnetiseringen. Propel­ lens turtall stiller seg da inn etter belastningen.

Generelt kan en si at Ward-Leonard systemet som regel er gunstigst ved enklere overføringer med relativt få dieselaggregater og få forbru­ kere, mens konstantstrøm-systemet faller heldigst ut ved mer kompliserte anlegg med mange og gjerne ulike store forbrukere, som alle skal regu­ leres hurtig og nøyaktig.

Det arbeides stadig med problemene, og når det gjelder spesialfartøyer som trålere, fabrikkskip og ferger, foreligger det ofte spørsmål om dieselelektriske maskinanlegg.

MASKINENS HESTEKRAFT Fra fysikken vet vi at et arbeids størrelse angis som et produkt av den virkende kraft og den veilengde under hvilken kraften har virket. Skal vi ha fatt i et uttrykk for arbeidsevnen, effekten, må den anvendte tid også bli tatt i betraktning. Effekt er jo arbeid pr. tidsenhet, f. eks. kgm pr. sek. Stemplet i en dampmaskin eller i en motors sylinder utfører et arbeid under sin bevegelse, og for å finne størrelsen av dette arbeid må vi kjenne verdien av den bevegende kraft og den veilengde stemplet gjennomløper under innflytelse av nevnte kraft. Ønsker vi å finne stemplets eller ma­ skinens effekt, må også en eller annen tidsenhet tas med i beregningen, alt etter den måleenhet vi ønsker. Den bevegende kraft i en dampmaskin eller motor er det trykk som dampen eller forbrenningsgassen utøver på stemplet. Da dette trykket ikke er konstant under stemplets bevegelse, snakker vi gjerne om middeltrykket, og dette angis i kg pr. cm2. Vi må altså også kjenne stempelflatens størrelse for å finne den totale trykkraft. Veilengden i denne arbeidsberegningen representeres ved det vi kaller stempelslaget, dvs. den distanse stemplet beveger seg fra ytterstilling til ytterstilling. Skal vi ha fatt i veilengden i en viss tid, må vi bruke maskinens omdreiningstall pr. tidsenhet og huske på at stemplet tilbakelegger to slaglengder pr. om­ dreining. Et eksempel tjener best til å forklare det foranstående: Stempelflatens diameter er 50 cm. Slaglengden er 75 cm. Middeltrykket er 4 kg pr. cm2. Omdreiningstallet er 96 pr. minutt. Stempelflatens areal blir (tt • r2) — 3,14 • 252 = 1962,5 cm2.

Trykket på stempelflaten blir 4 • 1962,5 = 7850 kg. Da vi skal ha arbeidet uttrykt i kgm, må vi ha veilengden i meter. Veilengden pr. minutt blir da 2 • 0,75 • 96 = 144 m. Maskinens utførte arbeid pr. minutt blir: 7850 kg • 144 m = 1130400 kgm/min. 95

Fra fysikken vet vi at målenheten 1 hk svarer til 75 kgm/sek. Vi må derfor dividere verdien 1130400 kgm/min. med faktoren (75 • 60), eller 4500, for å få effekten ut i hestekrefter (hk).

1130400

Når en har funnet hver enkelt sylinders indikerte hestekraft, blir sum­ men av disse lik maskinens totale effekt. Benevnelsen ihk, indikert hestekraft, angir den effekt som virkelig utvikles i maskinens indre. En hel del av denne effekt går med til drift av sleider, ventiler, eventuelle pumper etc. samt til å overvinne friksjonen i alle maskinens lagre. Det som kommer selve framdriften til gode, blir den såkalte effektive hestekraft (ehk) som også angis som bremse-hestekrefter, eller aksel-hestekrefter. Dampstempelmaskinen er en såkalt dobbeltvirkende maskin, idet den jo får dampen tilført både under og over stemplet. Formelen for den indikerte hestekraft ved en dobbeltvirkende maskin kan settes opp slik:

A • p • 2j- • n ihk - ■ ----- -----------4500

A betegner stemplets flateinnhold i cm2 p » middeltrykk i kg pr. cm2 J » slaglengden i meter n » omdreiningstallet pr. min. For en dobbeltvirkende totaktsmotor er hestekraftformelen den samme som for dampstempelmaskinen. For en enkeltvirkende totaktsmotor blir formelen: ihk = 4-'-fJ'” 4500

idet trykket (kraften) her bare virker på stemplet den ene veien. For en firetaktsmotor (alltid enkeltvirkende) som jo bare har en arbeidstakt for hver annen omdreining, blir formelen:

ihk = 7" 2•4500 Sylinderens middeltrykk finnes ved hjelp av et spesielt instrument, indikatoren, som koples inn på maskinen. Indikatoren gir oss et indikatordiagram, og av det kan middeltrykket finnes på forskjellig måte.

96

Fig. 82: Et diagram fra en dampmaskins lavtrykkssylinder. Det ene er fra stemplets topp-side, det andre fra bunnsiden.

Fig. 83: En dampmaskins høytrykksdiagram.

Fig. 84: Diagrammet for en dieselmotor.

Når det gjelder en dampturbins indikerte hestekraft, så er beregningen av denne nokså komplisert og krever solide dampteoretiske kunnskaper. Den foran nevnte effektive hestekraft kan finnes på forskjellig vis. En alminnelig metode er bruken av et torsjonsmeter. Med dette kan en måle den lille torsjon, eller vridning, som finner sted i akselen når ma­ skinen går. Andre metoder går ut på en direkte avbremsing av maskinen, enten ved vannbrems, eller ved elektrisk belasting. Forholdet ehk ihT

angir maskinens mekaniske virkningsgrad.

97

TUNGOLJEDRIFT AV DIESELMOTORER Etter «Skip», maritimt!teknisk tidsskrift. Dieseldrift med tungolje ble innført i midten av 1950-årene, og en kan regne med at de fleste dieselmotorskip bygd etter denne tid, er utstyrt med det nødvendige hjelpemaskineri og anlegg for slik drift. Et slikt an­ legg omfatter separatorer, forvarmere, filtre og instrumenter som mulig­ gjør bruk av tungolje med viskositet opp til ca. 3500 sec. Redwood 1 ved 100 grader Fahrenheit. Bunker «C», som er den amerikanske betegnelse på ublandet tungolje, er meget rimelig i innkjøp i forhold til vanlig dieselolje. I 1964 lå tungoljeprisen på omkring halvparten av prisen på dieselolje, hvilket utvil­ somt gir en besparelse av betydning på bunkerskontoen. Men en får heller ikke noe gratis i denne verden, og med den billige tungolje følger f. eks. ulemper med hensyn til ujevn kvalitet. Tungoljens kvalitet er stadig synkende, idet oljeselskapenes destillasjonsmetoder sta­ dig forbedres, og en kan med høyt oppdrevet teknikk utvinne stadig flere og bedre destillasjonsprodukter av oljen (råoljen). Resultatet er at res­ tene, bunker «C», jevnt over synker i kvalitet. Fra forbrukerens side er det ønskelig at en kan formulere visse mini­ mumskrav til oljens kvalitet, slik at maskineriet vil kunne drives sikkert og med relativt rimelig vedlikehold. Foruten at oljens viskositet ikke bør overstige 3500 sec. Redwood 1, bør dens egenvekt ligge under 0,97 ved 15 grader Celsius. Det siste kreves for at separeringen i ombordværende separatorer skal kunne foregå noen­ lunde effektivt. Videre må oljens flammepunkt være over 55 grader Celsius, men dette blir av sikkerhetshensyn også kontrollert fra leveran­ dørenes side. Oljen bør heller ikke inneholde over 1 % vann og uoppløselige bestanddeler, og heller ikke mer enn ca. 3,5 % svovel, av hen­ syn til sylinderslitasje og korrosjonsrisiko i hovedmaskineriet. Dessverre hører det til sjeldenhetene at oljeleverandørene garanterer noe utover viskositeten, og geografisk sett er oljekvaliteten også svært variabel. Når en tar for seg et nyere skips tungoljeanlegg, installert ved skipets levering, så er dette så nøye planlagt og dimensjonert så rikelig, at en av og til undres på om alt utstyret og alle finessene er strengt nødvendige. Dette blir en imidlertid tvunget til å studere nærmere dersom det gjelder

98

ombygging til tungoljedrift av et allerede eksisterende dieselanlegg, og hvor prisen for ombyggingen må vurderes nøye med hensyn til avskriv­ ning av kapitalutlegget. En spesifikasjon for en ombygging av denne art vil tydelig vise de minimumsanskaffelser og minstearbeider som er nød­ vendige for et driftsikkert anlegg. Den følgende beskrivelse er basert på en slik spesifikasjon. Et tungoljeanlegg for dieselmotordrift kan deles opp i følgende funk­ sjoner:

Oppvarming av oljen med dertil hørende foranstaltninger mot varmetap. 2. Rensing av oljen gjennom separatorer og filtre. 3. Transport av oljen i anlegget. 4. Spesielle foranstaltninger for beskyttelse av hovedmaskineriets en­ kelte deler i forbindelse med tungoljedriften. 1.

Oppvarming Det forutsettes at dampanlegget om bord er konvensjonelt, med pro­ duksjon av mettet damp ved et trykk på 12—13 kg/cm2. Likeledes går en ut fra at anlegget inkluderer en dampkjele fyrt med eksosgass fra hovedmotoren, stor nok til å dekke det normale behov inkludert tungoljeanleggets varmebehov i sjøen. Den primære oppvarming av tungoljen foregår i hovedbunkertankene ved hjelp av dampvarmerør. Oppvarmingen må være tilstrekkelig til å gjøre oljen pumpbar, dvs. oppvarming til 30—40 grader Celsius. En slik temperatur kan i alminnelighet oppnås med en heteflate av varmerørene på ca. 0,5 kvadratfot pr. tonn olje. Den videre oppvarming av oljen vil skje i dagtanker og i separatorforvarmere. I dagtankene bør en kunne holde 80—85 grader Celsius, og det regnes med at en heteflate på 1 kvadratfot pr. tonn olje er tilstrekke­ lig for heterørene, dersom dagtankene er godt isolerte. Isoleringen skjer ikke utelukkende for bevaring av varmen, men også for å hindre en for stor temperatur i maskinrommet. Separatorforvarmerne må kunne heve oljetemperaturen til ca. 90 grader Celsius, en temperatur som sikrer at tungoljen blir tilstrekkelig tynn for en effektiv separering. Da separatorene også vil bli tilført olje fra dag­ tankene for rundseparering, bør separatorforvarmerne være termostat­ styrte for å kunne holde en konstant temperatur. Det som en vanligvis kaller sekundæroppvarmingen, er den oppvar­ ming som foretas før oljen leveres til hovedmotoren. Denne siste forvarmeren må kunne varme opp oljen slik at påkjenningen på høytrykksbrennstoffpumper og ventiler ikke blir for stor. En må opp i en tempe­ ratur på ca. 120 grader Celsius når oljens viskositet ligger på ca. 3500 sec. 99

1. Hovedmotors dagtanker 2. Dagtank for dieselolje 3. Filter 4. Direktedreven forpumpe

5. 6. 7. 8. 9. 10.

El. sirkulasjonspumpe Sekundærforvarmer Tungoljefilter Viskositetsregulator Tungoljeseparator Separatorforvarmer

11. 12. 13. 14. 15.

Stand-by separator Kjøleoljepumper Kjøleoljekjøler Kjøleoljereservoar 3-veis kiker

Redwood 1. Til sammenligning kan nevnes at olje med en viskositet på 1500 sec. Redwood 1 kan klare seg med en oppvarming til ca. 90 grader Celsius. Ved disse høye temperaturer må en regne med et temperaturfall på 10—20 grader fra forvarmer til høytrykkspumpe. En må derfor søke å plassere forvarmeren så nær pumpene som mulig. Sekundærforvarmingen kan styres manuelt ved hjelp av termometer og viskositetskurver, men en er etter hvert kommet til at det lønner seg å regulere forvarmingen automatisk.

100

Det finnes således instrumenter som direkte måler viskositeten på oljen etter at denne har passert forvarmeren, og så automatisk styrer damptilførselen til forvarmeren slik at oljens viskositet holder seg kon­ stant etter en på forhånd innstilt verdi. Når en har funnet fram til en oljeviskositet som passer maskineriet, behøver en (teoretisk) ikke lenger å bekymre seg om dennes verdi, idet viskositeten automatisk vil bli regulert innenfor grensene av forvarmerens damptilførsel. Eksosdampen fra forvarmerne ledes til bunkerstankenes heterør, og kondensatet herfra til en observasjonstank hvor en kan kontrollere var­ meanleggets tetthet. Tungoljeførende ledninger må isoleres godt, men de dampførende «tracer» — ledninger som tidligere ble lagt langs oljeledningene, anses nå for å være overflødige. Ved lekkasjer på «tracer»-ledningene ble olje­ ledningenes isolasjon lett ødelagt. Det samme gjelder isolasjonen av høytrykksrørene til brennstoffventilene; isolasjonen her har lett for å bli sølt til og skadet under arbeid på hovedmotoren, og varmetapet uten isola­ sjon regnes å ha mindre betydning.

Selve renseanlegget Den viktigste rensingsprosess av tungoljen foregår i separatorene. Det er derfor av stor betydning ai separatorene er godt dimensjonert, har rikelig kapasitet. Separatoranleggets kapasitet bør være minst 50 % større enn hovedmotorens forbruk, for å muliggjøre en kontinuerlig rundseparering med relativ liten gjennomstrømning i separatorene. Dette sikrer en best mulig utskilling av vann, slam og faste bestanddeler. Tungoljeseparatorene kan være av den selvrensende typen, og under dem må det plasseres en slam-tank, dimensjonert etter anleggets størrelse. Fra 1 til 3 kubikkmeter er vanlig. Dersom separatorene er plassert på selve maskindørken, kan det være forbundet med visse vanskeligheter å få anbrakt slamtanken under dem. Det må nemlig være en viss helling på avløpsrøret fra separatorene for å sikre slamavgangen. En prøver derfor å få plassert brennoljeseparatorene på en plattform noe over dørken. I forbindelse med slamtanken monteres en slampumpe eller ejektor for tømming av tanken etter behov. I forbindelse med separatoranlegget trenges en arbeidsbenk med vaske­ kum, og en bjelke med løpekatt for å lette transporten av separatorkula til og fra arbeidsbenken. Antall separatorer og disses dimensjoner er selvsagt avhengig av hoved­ maskinens størrelse. Mindre enn to tungoljeseparatorer kan en ikke ha. Og i tillegg til tungoljeseparatorene kommer separatorer for vanlig diesel­ olje til hjelpemotorene, samt separatorer for smøreoljen. De siste er ikke de minst viktige om bord.

101

Filterenhetene må vies særlig oppmerksomhet. De såkalte magnetkulefiltre har vist seg å være meget effektive og lite arbeidskrevende. Det finnes også spesielle finfiltre med utskiftbare innsatser beregnet for de høye temperaturer tungoljedriften medfører. Filtrene settes best inn i tilførselsledningen til hovedmotoren etter den sekundære forvarmeren.

Transporten av tungoljen i renseanlegget En original diesel transferpumpe vil kanskje kunne være tilstrekkelig, men det anbefales dog å installere en spesiell tungoljepumpe. Påkjennin­ ger på motorer og aksler i sentrifugalpumper kan bli meget store ved tungoljetransport, og det har ikke så sjelden forekommet brente motorer og awridde aksler der hvor påpasselighet med oppvarmingen av oljen ikke har vært tilfredsstillende. Godt dimensjonerte pumper er derfor å anbefale. Under hovedmotorens normale gang anvendes den vanlige tilførselspumpa for transport av oljen fra dagtankene til høytrykkspumpene. Sekundærforvarmeren innføres på trykksiden av denne pumpa, da det ellers kan være risiko for gassdannelse på pumpas sugeside. Imidlertid vil det være bruk for ennå en uavhengig pumpe til å sirku­ lere tungoljen under stopp så den ikke stivner i tilførselsrørene.

Hovedmotoren I første rekke må det på hovedmotoren monteres et særlig kjøleanlegg for kjøling av brennstoffventilene når det nyttes tungolje. For en del motortyper er det hensiktsmessig å benytte dieselolje som kjølemedium. Tilstrekkelig kjøling er absolutt nødvendig for å kunne oppnå en til­ fredsstillende forstøving av oljen, og det lønner seg ikke å knipe på kapasiteten når det gjelder kjøler og kjølepumper. Hovedmotorens brennstoffventiler må ha dyser, kjølekammer, nålehus og nåler egnet for tungoljedrift. Av varmetekniske grunner ville det være ønskelig om en kunne unngå å føre tungolje på bunntankene. Økonomisk sett ville jo dette også være av betydning. Føres tungoljen i høytanker, bør det arrangeres en høysuksjon 1 — 2 meter over tankens laveste punkt. En må nemlig regne med utfellinger i disse tankene. På tankskip hvor det jo brukes tungolje til fyring under alle hjelpekjelene, bør det kunne kontrolleres hvor mye olje som brukes til kjelene om disse får olje fra de vanlige dagtanker. Dette kan arrangeres ved et «flowmeter», eller ved at en nytter særlige dagtanker for kjelene.

102

OLJESEPARATORER (Etter «Skip», maritimt/teknisk tidsskrift.) Ved separering av olje, enten det gjelder smøreolje eller brenselolje, er hensikten den å skille ut vann og faste partikler fra oljen. Den simpleste form for separering har en i en settlingtank hvor det skjer en bunnfelling av de tyngre partikler og en utskilling av olje og vann — alene basert på tyngdekraften. I en såkalt separatorkule foregår utskillingen etter samme prinsipp som i en settlingtank, men tyngdekraften er erstattet med sentrifugalkraften, som i en god separator er ca. 6—7000 ganger større enn den naturlige tyngdekraft. Separatorkula er innrettet med konisk formede skåler av polert rustfritt stål, såkalte tallerkener. Disse har fra én til en halv millimeters avstand fra hverandre, og deler oljestrømmen i mange tynne sjikt. De faste par­ tikler og vannet har derved en meget kort vei å vandre mellom tallerke­ nene for å komme bort fra oljestrømmen. Fig. 86 viser oppbyggingen av en separatorkule. Det er den korte avstand mellom tallerkenene sammen med stor sentrifugalkraft som i separatorkula gir den effektive og hurtige separering. Oljers viskositet (tykkelse) graderes etter forskjellige skalaer, f. eks. Englergrader eller Sec. Redwood I, og med høy viskositet menes tykk olje. Er oljens viskositet høy, vil oljen yte stor motstand mot utslynging av slampartikler og derved nedsettes hastigheten på separeringen. Dette motvirkes ved å forvarme oljen slik at viskositeten synker. En temperatur­ økning fra 80 til 90 grader Celsius vil for tungolje øke separatorkapasiteten med ca. 40 %. En separatorkule kan anvendes enten som «purifier» eller som «clarifier». Forskjellen er i realiteten bare den at «purifier»-kula har avløp for både renset olje og vann, mens «clarifier»-kula ikke har avløp for vann, idet dette oppsamles i kulas slamrom. «Clarifier»-kule brukes i de tilfeller hvor den oljen som skal behandles, bare inneholder ubetydelige mengder vann, og ved rensing av tungolje når to separatorer kjøres i serie. En viktig ting ved «purifier»-kula er den såkalte vannlås som etableres ved at kula fylles med vann før starten. Under gangen dannes det en loddrett sylindrisk skilleflate mellom oljen og vannet, og denne skille­ flatens beliggenhet er avhengig av oljens egenvekt. Jo tyngre oljen er, 8. Christiansen

103

Fig. 86.

desto lenger ut mot kulas periferi kommer skilleflaten. Skilleflaten må ikke ligge for langt inn mot sentrum, for i så fall er det for mye vann i kula på bekostning av olje, og både kapasitet og renseeffekt settes ned. Ved hjelp av reguleringsskruer i kulas vannavløp kan skilleflaten inn­ stilles riktig i forhold til egenvekten av den olje som separeres. En må her være oppmerksom på at både egenvekten ved den temperatur oljen har under separeringen og vannets egenvekt ved samme temperatur, er bestemmende. Både olje og vanns egenvekt avtar ved stigende tempe­ ratur, men ikke i samme grad. Den største forskjell i egenvekt for vann og olje er ved 70—80 grader Celsius, og denne forskjell holder seg om­ trent uforandret opp til ca. 100 grader Celsius. Separatoren virker slik: Den urensede oljen strømmer inn i midten av kula og fordeler seg mellom tallerkenene. Slampartikler og vann slynges ut av oljen mot tallerkenenes underside og passerer langs tallerkenene ut mot kulas periferi. Slammet passerer gjennom vannlåsen, skilleflaten, og samles opp i slamrommet, mens vannet opptas i vannlåsen, og det overflødige vann går over skilleplaten og ut av vannavløpet. Den rensede oljen passerer langs tallerkenenes overside inn mot sentrum, videre opp­ over og ut. (Se fig. 86.) Den selvrensende separatorkula er i prinsippet konstruert på samme måte. Ved slamrommet i kulas periferi er det imidlertid anbrakt spalteformede åpninger som holdes lukket med et ringformet stempel (lukkering) som går mot en pakning. Denne ringen manøvreres gjennom en ventil som leder en vannstråle inn under kula. Strålen fanges opp i et

104

kammer på undersiden av kula, og går derfra gjennom kanaler til lukkeringen. Sentrifugalkraften skaper et stort vanntrykk som påvirker lukkeringen opp eller ned og lukker eller åpner for spaltene mens maskinen kjører. Når kula skal renses for slam, stenges oljetilførselen, spaltene inn til slamrommet åpnes med manøvreventilen, og på grunn av det store inn­ vendige trykk i kula presses slammet ut gjennom spaltene. Så lukkes spal­ tene igjen, oljetilførselen settes på, og separeringen fortsetter. Den hele renseprosess har tatt i alt ca. 15—20 sekunder. Fig. 87 viser en vanlig separator med pumper for tilløp og avløp. Den loddrette spindel som bærer kula, roterer med ca. 6000 omdreininger pr. minutt, og drives av den vannrette aksel gjennom et snekkehjul. Alle roterende deler smøres fra snekkehjulskassen nederst. Overdelen opp­ fanger den rensede oljen og det fraseparerte vannet som så ledes til de respektive avløp.

105

En separator av den her viste type gjøres rein ved at separatoren stoppes, spenningen og overdelen tas av, hvoretter separatoren lukkes igjen og startes opp. På grunn av den skrå kuleveggen slynges slammet ut, så kula er rein når omdreiningene har nådd ca. 2000 pr. minutt. Deretter stoppes maskinen, overdel og spennring settes på plass, og separatoren er klar igjen. Ved de selvrensende separatorer (fig. 88) er kulespindel og drivmekanisme konstruert som forklart foran, og omdreiningstallet er det samme som for den vanlige separator. Slammet som slynges ut av kula, passerer ut gjennom en slamtut. For øvrig er konstruksjonen som for en annen separator.

Oljeseparatorene er, på grunn av den store hastighet hvorunder de arbeider, omhyggelig avbalanserte og må ha godt pass og vedlikehold. Kulas forskjellige deler i den enkelte separator er nøyaktig avbalansert i forhold til hverandre, og en må derfor ikke blande deler fra forskjellige kuler når apparatene skal settes sammen etter en større overhaling. Ved en slik sammenblanding kan det oppstå farlige vibrasjoner under separa­ torens gang med derav følgende nedkjøring. 106

Separering av smøreolje Ved større dieselmotorer er mengden av den smøreolje som sirkulerer, så stor at separatorer av praktisk størrelse ikke kan overkomme å separere den sirkulerende systemolje direkte. Separatoren er derfor montert i «bypass» til bunntanken, og i mot­ setning til ved brenselsolje-separering innstilles kapasiteten slik at mest mulig slam separeres ut pr. time uten hensyn til hvor rein oljen blir. Oljen bør forvarmes til ca. 80 grader Celsius ved separeringen, og separatoren bør kjøre døgnet rundt, også ved land. Systemoljen blir gjerne sur som følge av forurensing ved forbrenningsog oksydasjonsprodukter, og det kan da bli aktuelt å tilsette litt vann un­ der separeringen for derved å få vasket ut syren. Det må imidlertid ut­ vises stor forsiktighet med denne vanntilsettingen, og en bør på forhånd ha konferert med oljeleverandøren om dette.

Separering av brenselolje De fleste skip er i dag utstyrt for tungoljedrift. Tungoljen inneholder store mengder ureinheter, og det stilles så store krav til separatorene at det nesten er påkrevd bare å bruke selvrensende apparater, slik at en kan overkomme reingjøringen og separeringen kan gå kontinuerlig. Godt vedlikeholdte separatorer med kulene i full orden kan kjøres med opp til en hel måned mellom hver fullstendige atskillelse og reingjøring. For tungoljedrift har en alltid minst to separatorer som da enten kjøres i serie eller i parallell. Ved parallelldrift passerer den halve oljemengde en gang gjennom hver separator, og det har vist seg at parallelldrift gir den beste rensing av oljen. Separatoranlegget bør ha gode forvarmere da det kan være nødvendig å varme opp oljen til 95—100 grader Celsius for å sette ned viskositeten og øke forskjellen i egenvekten mellom vann og olje. Høy temperatur kan også eliminere emulsjonsproblemer ved separeringen. Det kan bli nødvendig med vanntilsetting under separeringen, da vannet i vannlåsen kan dampe bort i den høye temperaturen. Automatisering er jo nå sterkt i forgrunnen når det gjelder driften i maskinrommet. For oljeseparatorene vil dette ikke by på ekstra vanskelig­ heter. I større fabrikkanlegg som nytter separatorer for sine fyringsan­ legg, har automatisering vært i anvendelse lenge. En har således gjennom­ prøvde systemer å holde seg til.

KOMPRESSOR Til start av blant annet dieselmotorene om bord trengs det trykkluft, komprimert luft, og denne trykklufta skaffer en seg ved hjelp av en kom­ pressor. Ved kjølemaskinanlegg har en også behov for kompressorer idet kjølegassen skal komprimeres, slik at den ved etterfølgende avkjøling kan gå over i flytende form. Vanligvis blir kompressorene drevet elektrisk, men kan også koples direkte til en hjelpemotor. Fig. 89 viser rent skjematisk hvorledes en to-sylindret to-trinns kom­ pressor er konstruert. Det er ikke tegnet inn veivaksler og drivmotor. Når stemplet i lavtrykkssylinderen (LT) beveger seg nedover, suges luft inn ved A gjennom ventilen E. Ventilen F (trykkventilen) er da stengt. Når lavtrykksstemplet er i bunnstilling, er høytrykksstemplet (HT) i toppstilling. Idet lavtrykksstemplet begynner å gå oppover, stenges ventilen E. og når lufta over stemplet har nådd en viss grad av kompresjon, åpner ven­ tilen F og slipper den komprimerte lufta inn på kjøleren K. På tegningen er antydet en kjølerørskveil (kan også være én eller flere kjølerørssatser), hvorigjennom pumpes sjøvann.

Fig. 89.

108

Den varme, komprimerte lufta fra lavtrykkssylinderen blir så avkjølt, og da høytrykksstemplet (HT) nå beveger seg nedover, suges lufta fra kjøleren inn i høytrykkssylinderen gjennom denne sugeventilen. Etter at høytrykksstemplet derpå har vært i bunnstilling og begynner å bevege seg oppover, stenges sugeventilen, mens sylinderens trykkventil åpner når lufta i sylinderen har nådd den nødvendige kompresjon. Lufta strømmer så inn i kjøleren L og videre gjennom B til f. eks. startetanken, som selvsagt har en tilbakeslagsventil på tilførselsledningen. Både lavtrykks- og høytrykkssylinderen har kjølekapper. Det samme lig­ ger rundt kjølerne K og L. Ventiler og stempler må være tette, og klaringsvolumet over stemplene må være så lite som mulig. Kompressoren er ut­ styrt med sikkerhetsventiler og manometere. Det vil alltid være en del fuktighet i den innsugde lufta slik at det vil danne seg kondens i rørledningene og i startetanken. Det må derfor sørges for avtapping av kondensvannet. En del alvorlige ulykker har hendt om bord som følge av kompressoreksplosjoner. Nøyaktighet og påpasselighet må kreves ved vedlikeholdet og driften.

KJØLE-FRYSEMASKIN Teori Når en sterkt komprimert gass blir tilstrekkelig avkjølt, vil den gå over til flytende form. Det er for de enkelte gassarter et bestemt forhold mel­ lom trykk og avkjøling, høyt trykk krever mindre avkjøling for aggregatforandring. Ved et trykk på 36 atmosfærer går karbonsyre (CO) over til flytende form ved 0 grader C. Ammoniakkgass blir flytende ved f. eks. 7 atmosfærers trykk og + 16 grader C. Dersom nå trykket minskes på en slik flytende gassart, begynner den, så sant ikke temperaturen også synker, straks å koke og går tilbake til gassform. Men kokingen og overgangen til gassform krever varme, og denne varme, fordampingsvarme, tas fra omgivelsene som derved blir sterkt avkjølt. Heri ligger prinsippet for de fleste kjøle/frysemaskiner. En gassart blir komprimert og avkjølt til flytende form, og ledes så gjennom en strupeventil til en varmeveksel. Ved strupingen synker trykket, og væsken går atter over til gassform idet den tar varme fra varmevekselen og dens om­ givelser, som derved blir avkjølt. Denne avkjølingen kan så nyttiggjøres på forskjellig vis ved nedkjøling av luft, vann eller en saltoppløsning for overføring til kjøle/fryserommene om bord.

Kjølegasser Karbonsyre (kullsyre) (CO) og ammoniakk (NH) har vært mye brukt ved kjøle- og frysemaskinanlegg. Karbonsyre er et praktisk talt nøytralt stoff, mens derimot ammoniakk har en skarp, gjennomtrengende lukt, angriper metaller og er ellers etsen­ de og giftig. Selv om karbonsyre krever et forholdsvis høyt kompresjonstrykk og derved kraftige maskiner og større kostnader, har den så å si helt fortrengt ammoniakkgassen ved kjøleanlegg om bord i skip. Imidlertid har også en del andre gasser kommet til anvendelse i den seinere tid, gasser i kompliserte forbindelser og med lange underlige navn. En har dog for lettvinthets skyld gitt disse gassene enten korte navn eller et nummer, til bruk i det daglige praktiske liv. 110

En av disse nye gassene kalles FREON 12. Den er luktfri, angriper ikke metaller, er ikke ildsfarlig og heller ikke giftig. Kompresjonstrykket ligger mellom 6—8 atmosfærer.

Kjølemaski nanlegget Fig. 90 viser rent skjematisk og helt enkelt oppbyggingen av og prin­ sippet for en kjølemaskin. Kretsløpet dannes av de to rørkveilene i beholderne F og E. Forbindelsesledningen ved ventilen R og kompressoren K er fylt med gass. Under gang forbrukes noe av gassen, og en må også regne med noe lekkasje. Systemet må derfor stå i forbindelse med et reservebatteri av gassflasker for stadig etterfylling. I kompressoren K blir gassen komprimert, slik som beskrevet under avsnittet om kompressorer, og presses over i rørkveilen f i beholderen F hvor gassen avkjøles og går over til flytende form. Beholderen F med rørkveilen er altså hva en kaller en «kjøler», men er nok atskillig mer komplisert i sin konstruksjon enn her antydet. Kjøleren F får sitt kjølevann fra sjøen, og det er derfor klart at sjøvannstemperaturen har stor innflytelse på hele kjølemaskinanleggets effektivitet. Som tidligere nevnt kan avkjølingen av den komprimerte gassen foregå i flere trinn. Ut fra kjøleren strømmer så den flytende gassen gjennom strupeventilen R over i rørkveilen e. Ved strupingen synker trykket så den flytende gassen begynner å koke, og går så over til gassform igjen. Herunder blir rørene og omgivelsene sterkt avkjølt, og det er denne «kulde» som skal nyttiggjøres i kjølerom og fryserom samt et eventuelt «airconditioning»anlegg.

Fig. 90.

111

På fig. 90 er rørkveilen e omgitt av en isolert beholder E. Denne be­ holderen er fylt med en sterk saltoppløsning, «brine», enten klornatrium eller klorkalsium. En slik saltoppløsning tåler en svær avkjøling uten å fryse. Ved sirkulasjonspumpa P pumpes så den kalde saltoppløsningen gjen­ nom godt isolerte ledninger ut i et sterkt forgreinet rørsystem i laste- eller proviantrom. Her avgir saltoppløsningen sin kulde og går tilbake til E gjennom rørene B. En kan si at et slikt kjøleanlegg som her omtalt, har to kretser: en primær (kjølegassens kretsløp), og en sekundær (saltoppløsningens kretsløp). I en annen type kjøleanlegg lar man luft ved hjelp av kraftige vifter blåse henover rørkveilen e og deretter gjennom luftkanaler inn i lasterommene, hvor det så må sørges for sirkulasjon og ventilering. Lufta trer altså i saltoppløsningens sted. I et slikt luftkjøleanlegg har en også an­ ledning til å regulere luftas fuktighetsgrad, noe som kan ha stor be­ tydning for forskjellige sorter kjølelast.

„Airconditioning” «Airconditioning»-anlegg er i det seinere blitt mer og mer alminnelig om bord på skip. Et «airconditioning»-anlegg er et luftprepareringsanlegg, dvs. et anlegg som gjør det mulig til enhver tid å holde lufta i oppholdsrom, lugarer, messer etc. passe temperert, frisk og av riktig fuktighetsgrad. Anlegget kan godt i prinsippet sammenlignes med det foran beskrevne luftkjølean­ legg, men med den forskjell at det ikke bare blåses kald luft gjennom kanalene rundt i rommene, men også, når det behøves, varm luft. An­ legget omfatter også særskilt bortventilering av den brukte lufta samt rensing, filtrering m.v. av den tilførte lufta.

PUMPER Innledning

Helt fra dengang en om bord i skipene skiftet øsekaret ut med en eller annen form for en pumpe, har pumpene hørt med til det obligatoriske, mest nødvendige og mest brukte utstyr i dag. Et skip, eller et skipsmaskineri, ville i dag ikke kunne drives uten med­ virken av de mange forskjellige pumper om bord. Vi har mange slags pumpekonstruksjoner, og kan dele dem inn i be­ stemte grupper. Første inndeling kan være i 1. 2. 3.

stempelpumper roterende pumper skruepumper.

Innen disse tre grupper har vi så: a. sugepumper b. kombinerte suge/trykk-pumper og innen gruppen stempelpumper har vi dessuten

I. enkeltvirkende pumper II. dobbeltvirkende pumper. Denne inndelingen følger pumpekonstruksjonenes grunnprinsipp, men det finnes selvsagt utallige utførelser og patenter innen de enkelte typer, og det har ingen hensikt å fordype seg i detaljerte konstruksjoner her.

Sugepumpa Det er i grunnen feil å si at en pumpe suger. Den såkalte «sugepumpe» sørger bare for at det dannes et vakuum, et undertrykk, og så er det luftas (atmosfærens) trykk som sørger for at dette undertrykk blir fylt igjen gjennom pumpas «sugeledning». Vi snakker nå om pumper til bruk for vann og andre væsker; seinere skal vi også nevne litt om luftpumper. 113

I a Fig. 91.

Fig. 92.

Fig. 91 viser en reint enkeltvirkende sugepumpe. Sugeledningen ved K går ned i væsken. Når pumpestemplet beveges oppover, vil ventilen L lukke seg, det vil dannes et undertrykk under stemplet, og ventilen ved 5 åpner seg. Luft og seinere væske vil stige opp gjennom sugeledningen, drevet av luftas trykk på væskeoverflaten. Når så stemplet føres nedover, lukkes ventilen 5, mens ventilen L åpnes slik at luft (og seinere væske) strømmer opp i rommet over stemplet. Ved neste stempelslag oppover åpnes atter 5, og L lukkes, det dannes et nytt og større vakuum under stemplet, som jevnes ut ved at den ytre lufta trykker mer væske opp gjennom sugeledningen. Væske på overkant av stemplet løftes ut ved R. En enkeltvirkende pumpe gir en støtvis væskestrøm. Da vekten av en ca. 10 meter loddrett vannsøyle svarer til verdien av det normale lufttrykket, kan sugeledningens vertikale høyde teoretisk ikke overstige 10 meter (når det gjelder vann). I praksis blir imidlertid løftehøyden ytterst sjelden over 6—8 meter idet det alltid vil være noe lekkasje i pumpesystemet. Dette gjelder alle slags pumpekonstruksjoner. Fig. 92 viser forskjellige konstruksjoner av suge/løfte-pumper. På fig. a løftes væsken over stemplet ut gjennom ventilen T. Denne ventilen lukkes igjen når stemplet går nedover. På fig. b og c kommer det overhodet ikke væske over stemplet. Når stemplet går nedover, lukkes ventilen S. og ventilen T åpnes så væsken trykkes ut. Stemplet i fig. c er helt massivt, og en pumpe med et slikt stempel kalles en plurjgerpumpe.

114

Fig. 93.

Fig. 93 viser en sterk, enkeltvirkende suge- og løftepumpe. Pumpestemplet slutter tett til sylinderveggen. Ventilene er sirkelrunde og er laget av vulkanisert og spesielt preparert gummi, eller også av ganske tynne elastiske metallskiver. Ventilsetene er plane rister av metall, slik at ventilene får godt anlegg. Ventilenes løftehøyde begrenses av en metallskål festet med bolt i senter av ventil og ventilsete.

115

Dobbeltvirkende stempelpumper Fig. 94 viser en dobbeltvirkende suge- og trykkpumpe. A er sugeledning og B er trykkledning. Når stemplet beveger seg -nedover, er ventilen R lukket mens V er åpen, og væske under stemplet trykkes ut gjennom V. Samtidig er ventilen T lukket mens 5 er åpen, og gjen­ nom denne suges væske inn i rommet over stemplet. Når så stemplet går oppover, lukkes 5 mens T åpnes, og væsken over stemplet trykkes ut her. Ventilen V er lukket, mens R er åpen og tillater innsuging av væske. En dobbeltvirkende pumpe gir en mer kontinuerlig væskestrøm enn den enkeltvirkende. Ved store stempelpumper har en ofte 2 dobbeltvir­ kende pumper montert sammen, de såkalte duplekspumper. Fig. 95 viser en slik pumpe. Nederst til høyre er flens for sugerøret og oppe til høyre er trykkledningen. Den store, opprettstående beholderen er en vindkjele som hjelper til å skaffe en jevn væskestrøm. Pumpa er dampdreven ved en liten dampstempelmaskin.

116

Dampmaskinen med sleidmekanismen er til venstre på figuren. Det er nevnt før at sugepumpa har en begrenset sugehøyde. Trykkhøyden derimot er det ingen begrensning av, den er bare avhengig av drivkraften samt pumpas og materialenes dimensjoner og styrke.

Roterende pumper Av roterende pumper har vi tre hovedtyper: 1. 2. 3.

sentrifugalpumper tannhjulspumper roterende stempelpumper.

Som navnet antyder, nytter sentrifugalpumpa sentrifugalkraften i sin konstruksjon og bruk. Inne i et sneglehuslignende pumpehus settes et skovlhjul i hurtig rotasjon. Ved sentrum dannes det da et vakuum, og pumpas sugeledning munner ut nettopp i sentrum av skovlhjulet. Væsken slynges så ut mot hjulets og pumpehusets periferi og derfra ut i trykkledningen.

Prinsippet går fram av fig. 96 og 97. Trengs det større trykk enn det en enkelt pumpe kan gi, blir flere pumper koplet sammen. Væsken fra første pumpes trykkledning sendes inn på nestes skovlsentrum og får så gjennom denne pumpa større hastig­ het og trykk. Fig. 98 viser en slik tvillingpumpe. Sentrifugalpumpene gir en jevn væskestrøm, og har den fordel at de uten skade kan holdes gående selv om trykkledningens avløp stenges.

117

Prinsippet for en tannhjulspumpe ses av fig. 99. Prinsippet for en roterende stempelpumpe er vist på fig. 100. I midtlinjen av det sylindriske pumpehus a, er faststilt en tykk sylindrisk omdreiningstapp c, for det roterende system. Tappen, som altså ikke er dreibar, har i sin lengderetning to utboringer som danner pumpas for­ bindelser til suge- og trykkrør. Tappen er slik formet at den får to at­ skilte rom, ett på overkant og ett på underkant av midtaksen, der de nevn­ te utboringene munner ut (på skissen er de to munninger angitt som runde porter). Tett omkring tappen slutter et metallhjul, sylinderhjulet d, som har syv radielle utboringer hvori pumpestemplene kan vandre. De ytre ender av de syv pumpestempler (plungerformet) er på passende måte forbundet til en bred ring, stempelringen b. Denne kan utenfra flyttes rett ut til begge sider ved de to skyvbare tapper r og r1, som går gjennom pumpehuset og støter an mot ringen. Når sylinderhjulet settes i hurtig omdreiende bevegelse ved sin tilkoplede motor, vil pumpas effekt bero på stempelringens stilling i forhold til hjulets omdreiningsakse. I stilling som på skissen er stempelringen forskjøvet til venstre. Der­ med er stemplene på høyre side av tappen blitt ført et stykke innover, og 118

stemplene på venstre side et tilsvarende stykke utover, i sine respektive sylindere. Hvis nå pumpesystemet går rundt i urviserens retning, så holdes derved samtlige stempler i stadig bevegelse. Hvert enkelt stempel vil under den øvre halvdel av om­ dreiningen (fra venstre mot høyre) trykke gjennom den øverste porten, og under den nedre halvdel suge fra den underste porten. Dersom stempelringen sentreres nøyaktig på tappen, får stemplene ingen pumpebevegelse. Forskyves stempelringen ut til høyre side, vil stemplene suge fra øverste port og trykke til nederste.

Det finnes også mange andre konstruksjo­ ner av slike pumper.

Fig. 101, 102 og 103 viser forskjellige utførel­ ser av pumper med egne driftsmaskiner.

Fig. 102.

9. Christiansen

119

Skruepumper (Fra tidsskriftet «Skip».) Skruepumpa har en rekke spesielle fortrinn som gjør at den er velegnet for visse formål om bord på skip. Disse fortrinn er:

1.

2.

3.

a)

b)

Skruepumpa er en roterende fortrengningspumpe, det vil si pumpetypen hører til den gruppe pumper hvor fortrengningselementene (skruene) kan konstrueres slik at en teoretisk oppnår en fullstendig tetting av pumpekammeret. Dette medfører at skruepumpa er selvsugende. Teoretisk sett er skruepumpas kapasitet uavhengig av mottrykket. I praksis vil dette si at det ved en gitt pumpekapasitet er mulig å beregne pumpas tilhørende rørsystem og kraftbehov nøyaktig. Dette er som kjent ikke tilfelle med sentrifugalpumper, hvor det ofte inntreffer karakteristiske kapasitetsvariasjoner, forårsaket av for­ andringer i pumpas mottrykk. Da væsken i en skruepumpe blir fortrengt i aksial retning, kan roto­ renes diameter gjøres mindre enn for andre roterende fortrengningspumper hvor væsken blir fortrengt i radial retning. Derved vil det også være mulig å benytte høyere omdreiningshastigheter for skrue­ pumper. De eksisterende skruepumpetyper kan deles inn i to kategorier: En skrueaksel som driver de andre (eller den andre) skrueakslen(e) direkte, det vil si ved hjelp av skruesidene. Den drevne skrueaksel driver den andre akselen indirekte ved hjelp av tannhjul.

Pumper av kategorien a), kan bare benyttes for reine, mer eller mindre smørende væsker, mens utførelse nevnt under b) kan benyttes for pumping av væsker som til en viss grad er forurenset, såvel som for ikke-smørende væsker. Pumper med utvendig drev har ikke kontakt mellom skrueflatene og kan derfor kjøres tørre uten å ta skade. Videre vil en ikke få slitasje på selve skruene, men på drevene som sitter utvendig og som derfor er lette å skifte ut. Som følge av det som er nevnt ovenfor, er pumper av kategorien b) benyttet som losse- og strippingspumper om bord på tankskip så vel som dyptankpumper i lasteskip. Skruepumpefabrikkene kan levere en rekke forskjellige typer lossepumper. Valg av type vil nødvendigvis være av­ hengig av den last som skal pumpes. For vanlig last som crudeoil og lig­ nende vil en pumpe med utvendig lagring og innebygd varmekveil være å foretrekke. Pumpas drev og lågere går i eget smøresystem og kan ikke ødelegges av den væske som pumpes.

120

Varmekveilens hensikt er i første rekke å lette oppstarting av pumpa og ved en eventuell ufrivillig stopp i pumpingen hindre at lasten kjøles av i pumpehuset. Derved forebygges virkningen av startemomenter på pumpas drivmotor og overføringer. Ved spesiallaster som solvents og laster som trenger ekstreme temperaturer, må valg av pumpemateriale og rørmateriale gjøres med største omhu. De fleste kjente skruepumpefabrikker har i dag et stort erfaringsmateriale å bygge på slik at barnesykdommenes tid er forbi. Imidlertid er valg av korrekt pumpetype av­ hengig av en så nøyaktig spesifisering som mulig av de laster som skal føres, og her er det ofte vanskelig å gi eksakte opplysninger. Spesialpumpene kan leveres i en rekke materialer fra støpejern til rustfritt stål. Ved ekstreme laster som krever temperaturer på 200—300° C vil det være nødvendig med kjøling av pakkbokser og drev. I slike tilfeller vil pakkboksen ha kjølekappe for vannkjøling. Lagrene vil vanligvis kjøles ved hjelp av trykksmøring, og smøreoljen avkjøles ved hjelp av en innebygd kjølespiral i pumpas oljetro. Skruepumpene kan pumpe væsker over et meget stort viskositetsområde, og ofte skal én og samme pumpe være egnet f. eks. for bensin og asfalt. I slike tilfelle bør en ha en mulighet for å kjøre pumpa med to hastigheter. Skruepumpas kapasitet er direkte proporsjonal med omdreiningstallet. Ved å benytte lave omdreiningstall på pumpa ved høye viskositeter og høye omdreiningstall ved lave viskositeter kan pumpas kraftbehov holdes konstant for de to ekstreme væsketyper. En meget brukt løsning er å installere gir med to eller flere hastighetstrinn. Dette er ofte billigere enn f. eks. å benytte polomkoppelbar elektromotor. Skruens pakkbokser kan være av to typer, vanlige pakkbokser eller mekanisk tetting. Begge utførelser har sine fordeler og mangler. Me­ kanisk tetting av pumpeakslene vil spesielt anbefales der hvor pumpas sugeside står under trykk. En mekanisk tetting er imidlertid ikke så mot­ standsdyktig overfor forurensninger, slik at det vil være å foretrekke vanlig pakkboks for de laster som til en viss grad inneholder faste par­ tikler. En mekanisk pakkboks vil i alminnelighet gi tilfredsstillende resultater over en lengre periode, men en eventuell utskifting vil medføre at pumpa må demonteres. Skruepumpene kan leveres i en rekke forskjellige monteringsalternativer i horisontale og vertikale utførelser. I vertikal stilling kan således pumpa arrangeres hengende i motorstativet, med påbygd brakett for døreller skottmontering, eller også hengende neddykket i væsken. Da skruepumpene har en meget god selvsugende effekt, er det i al­ minnelighet ikke nødvendig å plassere pumpa under væskenivå. Videre vil pumpa ikke miste sin sugeeffekt selv om det skulle forekomme store mengder gass eller luft. Etter det som er nevnt ovenfor, er det en rekke alternativer med hensyn

121

til plassering av pumpa. Dette er av betydning for greiere og enklere inspeksjon og vedlikehold av pumpa så vel som av drivmotoren. Skruepumper kan drives av alle kjente drivanordninger, som elektromotorer, dieselmotorer, girede damp- og gassturbiner eller hydrauliske motorer. I de fleste tilfeller koples pumpa direkte til drivmotoren uten feduksjonsgir. (Se også fig. 126 på side 147.)

Ejektorer Ejektorer er en form for pumper som mer og mer kommer til anven­ delse om bord i skip. Selve ejektorprinsippet ses av fig. 104.

Drivkraften i ejektoren er vann fra en av skipets vanlige pumper, f.eks. sirkulasjonspumpa, ballastpumpa, strippingpumpa e.l. Vannet trykkes inn ved A. Ved utløpet av dysen E får vannet en stor hastighet, og det vil ved B danne seg et vakuum som vil suge luft, vann, olje, slam, rustpartikler m.v. gjennom ejektorhuset D. Denne oppsugede væske e.l. vil ved B blande seg med driwannet og etter hvert gå over i en rolig væskestrøm med forholdsvis lavt trykk ved C. Ejektoren må være hydtodynamisk riktig konstruert, og da den inn­ vendig er utsatt for sterk kavitasjon, må den være laget av en særlig slitesterk bronselegering. Dysen E må også være av hardt og samtidig seigt materiale. Ejektoren brukes bare for lensing og har en usedvanlig sugeevne. I laboratorier brukes ejektorer som luftpumper for å tilveiebringe sterke vakuum, og også i industrien har denne slags pumpeanordninger stor anvendelse. Drivkraften kan være damp istedenfor vann, men bruk av damp vil være svært uøkonomisk. Ejektoren har ingen bevegelige deler, noe som jo betyr minimale ved­ likeholdsutgifter. Ejektorens sugeevne er så stor at en får nærmest perfekt lensing av f. eks. en tank. Dens sugeevne opphører ikke om den suger en blanding av væske, luft og faste partikler. Ved bruk av ejektor kan en godt sløyfe silen i enden av sugeledningen idet selv faste partikler, rustflak etc. jo ikke kan skade ejektoren. 122

Ejektorer er billige i anskaffelse sammenlignet med vanlige pumper, og de kan konstrueres til svære kapasiteter. Virkningsgraden er dog noe lavere enn ved andre lensemidler. Foran er sagt at «drivvæsken» er vann, men selvfølgelig kan også andre væsker nyttes. Ejektorer kan f. eks. brukes ved etterlensing av oljelast, og drives da med samme sort olje som den som losses. Ved tanksjau kan ejektoren med stor fordel brukes under lensingen; den suger med seg slam, rustpartikler og annet, og ved at man kopler en fleksibel ledning til enden av selve sugeledningen, kan ejektoren brukes som den rene «støvsuger» rundt i tanken. En ejektor kan være helt transportabel så sant en bare kan få de nød­ vendige rørledninger koplet til gjennom slanger. (Se fig. 105.)

Leveringsslange

Fig. 105.

Sugeslange

EVAPORATOREN Evaporatoren er et destillasjonsapparat som en bruker om bord til å framstille ferskvann av sjøvann. I sin aller enkleste form består evaporatoren av en opprettstående sylindrisk kjele hvor sjøvann kan kokes og fordampes. Driwarmen kan være damp fra hovedmaskineriet eller eksosgass fra skipets hovedmotorer. Dampen eller eksosgassen ledes gjennom rørspiraler eller rørsatser inne i kjelen, som for øvrig må være utstyrt med vannstandsglass, fødevannspumpe, nødvendige ventiler og annen kjelearmatur. Etter som sjøvannet fordamper og ledes bort til kondenser og videre til skipets ferskvannstanker, stiger saltgehalten av vannet inne i evaporatorkjelen, og til slutt avsettes saltet på varmerørene og ellers inne i kjelen. Dette krever stadig reingjøring og ettersyn.

Fig. 106: Lavtrykks evaporator for turbinskip.

124

Evaporatorkonstruksjonen har imidlertid gjennomgått en like rivende utvikling som skipsmaskineriet for øvrig i de siste 10—12 åra, og den er i dag et naturlig og nødvendig element i skipets maskineri. Skip som har høytrykks vannrørskjeler og dampturbinmaskineri, er helt avhengige av evaporatoranlegg for framstilling av tilfredsstillende kjelevann. Uansett type bygges evaporatoranleggene i dag som kompakte aggregater med innebygd kondenser, varmeveksler, nødvendige pumper, ejektorer, separator, manometere, termometere, saltmåler, ventiler m.v., fig. 106. En slik kompakt konstruksjon krever forholdsvis liten plass, er over­ siktlig og enkel å betjene og faller rimeligere i anskaffelse enn anlegg bestående av atskilte komponenter. Praktisk talt alle evaporatorer bygges nå som lavtrykksanlegg, dvs. at sjøvannets fordamping foregår under høyest mulig vakuum (90—95 %) slik at koketemperaturen kan holdes på ca. 50 grader C. Herved oppnås en økonomisk drift, minimal avleiring av salter på varmeflatene, det blir unødvendig med stadig manuell reingjøring av kjelen, og en sikres en konstant kapasitet. Eventuelle saltavsetninger kan fjernes ved tilføring av spesielle kjemi­ kalier, belegg på varmerørene eller varmevekslene kan også fjernes ved såkalt «termisk sjokking». Slik «sjokking» foregår på den måten at en tapper evaporatoren tom og åpner fullt for damp eller eksosgass til varmevekslene. Når disse er blitt godt oppvarmet, fylles kjelen raskt med forholdsvis kaldt vann, og ved denne brå avkjølingen trekker varmerørene seg sammen med den følge at kjelesteinsbelegget sprekker og faller av. Alt etter de forskjellige typer driftsmaskineri anvender en følgende evaporatorkonstruks j oner: Lavtrykksevaporator. Flash-evaporator. Ferskvannsgenerator.

Lavtrykksevaporatoren. Som varmekilde anvendes her vanligvis lavtrykks tappedamp fra hovedturbinen. Tappedampen bør ikke ha trykk over 0,9 atmosfærer. Jo lavere trykk desto bedre. Evaporatorens kondenser kjøles på vanlig måte med sjøvann, enten i forbindelse med maskineriets kjølevannssystem eller ved egen kjølevannspumpe. Fødevannet, altså sjøvannet, tas fra kondenserkjølerens utløp, fødevannet er derved på en måte forvarmet. Det nødvendige vakuum i evaporatorens kondenser, hus og varme­ veksler skaffes til veie ved hjelp av en dampejektor. 125

Flash-evaporatoren Denne type evaporator drives på dampfartøyer med overskuddseksosdamp som nyttes til forvarming av evaporatorens sjø-fødevann. På dieselmotorskip er det mulig å holde avgående sjøkjølevann fra hoyedmotorene pa en temperatur av ca. 50 grader C. Når dette kjølevannet brukes som fødevann på evaporatoren, vil det være overflødig med videre forvarming. I korte trekk er flash-evaporatorens virkemåte slik: Fødevann fra motorkjølevannets overbordledning ledes, om nødvendig, gjennom evaporatorens fødevannsforvarmer hvor det da oppvarmes ved tappedamp eller eksosgass til ca. 50 grader C. I fødevannsforvarmeren er trykket høyere enn atmosfæretrykket, så her foregår ingen fordamping. Fra forvarmeren ledes fødevannet til «flash-kammeret» som står under høyt vakuum. Metningstemperaturen i kammeret er derfor mye lavere enn temperaturen på det tilførte fødevann. Når således fødevannet kom­ mer inn i «flash-kammeret», vil en del av det straks fordampe. Dampen ledes gjennom en separator til kondenseren og derfra som reint ferskvann til ferskvannstankene. Det fødevann som ikke fordamper, pumpes etter hvert ut av «flashkammeret» og over bord. Vannmengden i evaporatoren holdes hele tiden konstant. Det foregår altså ikke noen form for koking i denne evaporatoren. Effektiviteten er avhengig av muligheten av å holde et konstant høyt vakuum i «flash-kammeret» og i kondenseren. Vakuum opprettholdes ved en totrinns damp- eller vannstråleejektor. Kondenseren får sitt kjølevann fra maskineriets kjølevannssystem for øvrig.

Ferskvannsgeneratoren arbeider fullstendig uten damptilførsel og pas­ ser derfor særlig om bord på motorskip. Generatoren nytter varmeinnholdet i hovedmotorens ferskvannskjøling for fordamping av sjøvannet. Ferskkjølevannet har gjerne en temperatur på 60 —-70 grader C og tilføres varmevekslerens rørsats som driwarme, som så avgis til sjøvannet i evaporatorhuset. Den produserte damp fortettes i kondenseren og pumpes over i ferskvannstankene. Det sjøvannet som ikke fordamper, pumpes over bord igjen. Fødevannet (sjøvannet) tas fra kondenserkjølevannsutløpet. Vakuum skaffes ved en vannringspumpe.

126

Selvsagt krever også de her nevnte typer evaporatorer vedlikehold og reingjøring, men da fordampingen skjer uten koking, blir avleiringen av salt minimal. Varmevekslerne bør gis en kjemisk utkoking av og til. Rørledninger, ventiler etc. på sjøvannssiden kan utsettes for tilstopping. Alle flenser, pakkbokser m.v. i vakuumsystemet må være tette; luftlekkasje nedsetter straks evaporatorens effekt. Fig. 107 viser et evaporatoranlegg hvor det er brukt plateveksler både i den dampproduserende delen og i kondenserseksjonen. Et slikt anlegg kan konstrueres for kapasiteter helt opp til 60 tonn ferskvann pr. døgn.

Fig. 107.

AKSLENE OG DERES LAGRE Innledning Akselen fra maskinen og akterover til propellen er sammensatt av flere deler, samtlige av stål og fast forbundet til hverandre ved flenser og koplingsbolter. De enkelte akseldeler benevnes: Veivakselen, trustakselen, mellomakslene og til slutt propellakselen. Store aksler er hule for materialvektens skyld.

128

Fig. 109.

Veivakselen Veivakselen er innbygd i maskinen, rett under sylinderne, og er for­ synt med et antall veiver, eller krumtapper, antallet avhengig av maskin­ typen (se fig. 108). Turbinmaskiner har selvsagt ikke veivaksel. Veivakselens lagre, rammelagrene, er beliggende i maskinens bunnramme slik at det kommer et lager på hver side av hver veiv. Hvert lager er delt i et overlager og et underlager, støpt i gult metall og med sliteflate av hvittmetall. Bunnramma danner underlaget for maskinen og tjener til å holde dens forskjellige deler støtt sammen i riktig innbyrdes stilling. Bunnramma hviler igjen på det egentlige maskinfundament. Veivakselen er ofte forsynt med en spesiell tannhjulsinnretning slik at akselen, når maskinen står stille, kan tørnes ved håndkraft. Tørnemaskinen kan også være basert på elektrisk eller hydraulisk drift.

Trustakselen Trustakselen er koplet til veivakselen i akterkant av maskinen. Det er denne akselen som, i forbindelse med trustlageret, skal ta opp propellens trykk. Hadde en ikke et trustlager og en trustaksel, ville det oppstå bend i veivakselens veivlagre, idet propellen under gang ville bevirke en for­ skyvning av akselen i lengderetning. Trustakselen hviler i vanlige bærelagre. Turbinmaskiner har også trust­ aksel og trustlager.

129

Fig. 110.

Trustlageret Et trustlager av eldre type, som tydelig viser prinsippet, er avbildet i fig. 110. Selve lagerbukken eller lagerramma kan være av støpejern eller stål, eller den kan være en sveiset konstruksjon (K på figuren). Ramma er fast forbundet til maskinfundamentet. I rammas for- og akterkant har vi bærelagrene (£). Den delen av akse­ len som ligger mellom bærelagrene, er forsynt med en rekke solide krager eller falser (r), nøyaktig planslipt. I mellomrommene mellom kragene settes det ned kraftige stålsegmenter (r). Segmentene er forbundet til selve lagerramma, og vil derfor overføre propellens drivtrykk til denne og dermed til skipet. Segmentflatene som ligger an mot akselkragene, er belagt med hvittmetall, og det er sørget for effektiv smøring. Segmentenes forbindelse til lagerramma må være slik at hvert av dem kan stilles litt fram eller tilbake, så alle får sin del av trykket. Segmentene har derfor på begge sider en framspringende labb som griper over to lange oppgjengede stålspindler, anbrakt parallelt med akselen, en på hver side, og fast forbundet til lagerramma. For hvert segment har spindlene to muttere, og ved hjelp av disse kan så segmentene finstilles og holdes på plass. Mindre maskiner mangler ofte særskilt trustaksel, idet de foran nevnte krager kan være anbrakt på aktre ende av selve veivakselen. Det såkalte Michell-lageret er en enklere og nyere konstruksjon av et trustlager. Her har trustakselen bare én krage eller ring, mens de før om­ talte segmenter er erstattet av et antall «metallputer» med sliteflater av hvittmetall. Putene er slik konstruert at de kan vippe en ytterst liten vinkel med anleggsflaten mot kragen på akselen. Derved blir det alltid et ganske tynt, kileformet lag olje mellom trykkflatene. Friksjonskoeffisienten ved dette lageret skal være bare 1/20 av den en regner med ved et vanlig trustlager. 130

Fig. 111 viser den underste halvdel av et Michell-lager. Metallputene er merket (A).

Mellomakslene Mellom rrustakselen og propellakselen har vi én eller flere mellomaksler. De hviler i bærelagre anbrakt i lagerbukker. Har skipet maskineriet midtskips, eller i hvert fall ikke helt akter, så er mellomakslene omgitt av tunnelen, en ståltunnel, som går fra aktre maskinskott til hylseskottet. Helt akter er tunnelen utvidet noe, så en kan komme til å arbeide med propellakselen når denne trekkes inn for ettersyn eller skifting. Ved maskinskottet kan inngangen til tunnelen stenges ved en vanntett dør, som skal kunne manøvreres fra begge sider samt fra dekket. Akter i tunnelen er det gjerne en nødutgang gjennom en sjakt opp til dekket.

Propellakselen Propellakselen er koplet til den aktre korte mellomakselen og går i hylsen ut gjennom propellerstevnen. Aktre ende av propellakselen er konisk og har kilespor og stoppmutter for å holde propellen på plass. Vi snakker nå om vanlig fast propell, og ikke om vripropellanlegg. Den delen av propellakselen som ligger i hylsen, har en påkrympet metallforing, en lagerforing.

131

Hylsen Hylsen er i virkeligheten ikke annet enn et langt stålrør som går fra hylseskottet og ut gjennom propellerstevnen, fast forbundet med skroget. Det som har betydning ved hylsen, er lagrene og pakningsboksene. I hver ende av hylserøret er det lagt inn metall-lagre passende til propellakselens lagerforing, likesom det er anbrakt pakningsbokser i begge ender. Disse pakningsboksene gjør det mulig å holde hulrommet inne i hylsen og dermed lagrene fylt med olje under trykk. Det er jo ofte svære dimensjoner det arbeides med når det gjelder propellaksler, så disse pak­ ningsboksene kan ikke sammenlignes med en vanlig hylsepakning på en snekke, men prinsippet er dog det samme. Det finnes kanskje ennå skip som er konstruert med det vi kaller en pokkenholtshylse. I en slik hylse var det bare pakningsboks ved hylse­ skottet, og istedenfor metallforing hadde hylserøret lagt inn lange ribber av pokkenholt, en særlig hard tresort. Propellakselen hadde påkrympet metallforing, som da hvilte i hylsens pokkenholtslager. Lagret ble smurt av sjøvann som fritt kunne trenge inn i hylsen aktenfra. På dobbelt-skrueskip har en jo ikke propellerstevn i vanlig forstand, men hylsene er ført ut av skroget på begge sider av akterskipet, som her er gitt en utbygning for å skaffe støtte til aksel, hylse og propell. Selve hylseprinsippet er det samme som på et enkelt-skrueskip.

PROPEIÆEN Propellen, eller skruen som den også kalles, består av to, tre, fire eller fem propellblad (vinger), anbrakt på et felles boss. Bladene kan være støpt i ett med bosset, eller de kan være støpt hver for seg og festet til bosset ved bolter. Fig. 112. Bosset har konisk utboring for propellakselen med spor for en eller flere langkiler. Akselenden er oppgjenget, og propellen stenges ved en svær mutter. De fleste propeller framstilles av en eller annen bronselegering (mangan- eller fosforbronse), eller av rustfritt stål. Tidligere ble propellene også laget av støpejern eller støpestål. Hvert propellblad er et stykke av en skrueflate, eller gjenge, og beregningen, konstruksjo­ nen og støpingen av en propell er en hel viten­ skap for seg. Det er i propellen maskinkraften skal gi utslag, og dersom propellen ikke passer til maskinen og skipsskroget, gir dette ikke bare uøkonomisk drift, men kan også forårsake uheldige vibrasjoner i skrog og maskin med derav følgende havarier.

Propellens stigning Som nevnt, er hvert propellblad et stykke av en skrueflate, og hele propellen kan derfor betraktes som en del av en skrue. Med propellens stigning forstår vi det stykke vei som den ville forflytte seg i aksial retning ved én omdreining, dersom den gikk i en fast mutter.

Fig. 112.

133

Selve propellbladenes utforming og sliping kan være høyst forskjellig. Problemet er jo blant annet å få en propell som virker tilfredsstillende både for gang forover og akterover. På de aller fleste enkelt-skrueskip brukes høyreskåren propell, dvs. at propellen, under gang forover og når en ser den aktenfra, dreier seg med urviseren. På dobbelt-skrueskip er propellene gjenget hver sin vei. Vanligvis er styrbords propell høyreskåret og babords venstreskåret, slik at propellene under gang forover dreier seg fra hinannen, «slår utover».

Propellens slipp Multipliserer vi propellens stigning med antall omdreininger pr. time, får vi det som kalles maskinens fart, dvs. den fart skipet ville gjøre der­ som propellen hadde arbeidet i en fast mutter. Imidlertid gir vannet etter for propellens trykk, det slipper, og skipets loggede fart blir derfor alltid mindre enn maskinens fart. Forskjellen mellom maskinens fart og logget fart kalles propellens slipp, og angis i prosent av maskinens fart. Eks. Logget fart er 18 knop. Propellens stigning er 3 meter og antall omdreininger pr. minutt er 200. Finn propellens slipp.

r 200-3*60 Maskinens fart-------—~ 19,4 knop 1852

Logget fart

..............................

Propellens slipp

....................

= 18,0

=

»

1,4 • 100 1,4 eller ——-—-----

=

7,2 %

En slipp på 7,2 % må sies å være meget bra. Normalt ligger slippen mellom 8 og 12 prosent.

Propell med stillbare vinger Propellen med de stillbare vinger, vribar propell, vripropellen, kom som et alternativ til giret, dvs. reverseringsgiret, og også som et alternativ til den omkastbare motor. Ved dampmaskinanlegg har vripropellen aldri hatt anvendelse. De første vripropellene kom i bruk ved århundreskiftet, og på grunn av sine store fordeler framfor andre motor-reverseringsmetoder har vri­ propellen etter hvert fått større og større anvendelse også for virkelig store motorer på opp til 20 000 hk.

134

Det stilles stadig større krav til muligheten av fjernstyrt framdriftsmaskineri. Automatisk overbelastningskontroll har vært i bruk lenge. Hensynet til pålitelighet, sikkerhet og nøyaktighet kommer selvsagt i første rekke, men kravet til en automatisk styring av propellens stigning har stadig gjort seg gjeldende. Den fulle kontroll av skipet må skje fra en kommandoplass, en manøvresentral, og vripropellens fordeler viser seg under slike forhold sterkere og sterkere. Vripropellens fordeler sammenlignet med den ordinære faste propells er delvis avhengig av skipets art og typen av framdriftsmaskineri, men kan sies å være: Hurtig reversering (forandring av fartsretning). Nøyaktig manøvrering. Enkel styring fra kommandoplassen. Enkel tilpasning av propellens optimale stigning til den ønskede maskinbelastning. Framdriftsmaskineriet kan forenkles. Redusert maskinbetjening. Muliggjør tungoljedrift av dieselmotorer også ved lave omdreiningstall, idet motorbelastningen og temperaturen kan holdes oppe ved å gi propellen det som kalles «overstigning».

Når det gjelder den såkalte «økonomiske fart» med tilpasset maskinytelse, så har vi muligheten av å kunne benytte manøvresystemer med innbygde regnemaskiner som kan ta hensyn til vær, vind, strøm, fart, dypgående og maskinbelastning, slik at den ønskede maskinytelse auto­

10 Christiansen

135

matisk blir overført fra kommandoplassen med optimal total virknings­ grad ved en tilpasning av omdreiningstall og propellerstigning. Vripropellen er således en selvfølgelighet innen de automatiserte skipsmotoranlegg. Et vripropell-anlegg består av den hule propellaksel som'ender i propellerbosset, to, tre eller fire propellblad, trekkstengene fra bosset gjen­ nom akselen og endelig en hydraulisk, eller elektrisk, servomotor. På fig. 113 ser vi det temmelig grovt dimensjonerte boss med de fire pro­ pellblad. Vi ser også den påkrympede hylseforing på propellakselen. Propellakselen er koplet til en forholdsvis kort mellomaksel, og ved denne er servomotoren koplet til. Hele anleggets dimensjoner ses i for­ hold til mannen som står på plattformen ved mellomakselen. Propellbladene er festet til lagerskiver på bosset, som også er hult, og til lagerskivene er trekkstengene festet slik at en aksial forskyvning av disse bevirker en dreining av de nevnte lagerskiver og dermed propell­ bladene. Trekkstengene forskyves ved hjelp av servomotoren som må være kraftig nok til å vri propellen fra forover til akterover, eller omvendt, under full belastning på et minimum av tid (10 — 20 sek.). Den hule akselen og bosset er fylt med olje under trykk. Vanligvis blir propellakselen trukket inn i skipet, inn i tunnelen, når hylselager m.v. skal etterses. Ved vripropellanlegg må akselen trekkes ut for inspeksjon. Aksel og trekkstenger løses ved sine flenstilkoplinger, olje­ trykket tas av, og det er ordnet slik at hele hydraulikken forblir uberørt av akseltrekket.

STABILISATORER FOR SKIP Gjennom lange tider har skipskonstruktører verden over vært opptatt med å finne midler til å kunne oppheve, eller dempe, skipenes ubehagelige bevegelser i sjøgang. Sterk sjøgang utsetter skipet for to slags bevegelser, enten rulling eller stamping. Rulling oppstår når bølgene kommer inn tverrskips, mens stamping foregår med sjøen rett i baugen. Det kan også hevdes at skipet kan få en tredje form for bevegelse, nemlig hiving, når sjøen kommer inn akterlig eller på låringen. Hiving kan dog også betraktes som en form for rulling. Det er rullebevegelsen som skipsingeniørene særlig har beskjeftiget seg med, selv om det også har vært gjort forsøk med montering av en slags finner nær skipets baug, finner som skulle redusere stampingen, men med dårlig resultat. Et skips rulling er en pendelbevegelse om en likevektstilling, og svinge­ tiden med amplituden er i første rekke avhengig av skipets stabilitet, dets metasenterhøyde. Liten metasenterhøyde gir lang rulleperiode og makelige bevegelser for skipet. Stor metasenterhøyde gir et stivt skip med brå og ubehagelige bevegelser i sjøgang. Av hensyn til skipets sikkerhet under alle forhold kan dog ikke metasenterhøyden reduseres ubegrenset bare for å framskaffe et behagelig skip å være om bord på. En måtte finne andre metoder for å redusere rullebevegelsene. Montering av slingrekjøler var det første en grep til, og med godt resultat. Slingrekjølene frambringer en slags hydrodynamisk demping av rullebevegelsen. I en del skip har det vært installert såkalte anti-rulletanker. Dette er to eller flere vanntanker anbrakt etter hverandre tverrskips omtrent i vannlinjehøyde. Tankene forbindes ved rør eller kanaler og er omtrent 3/4 fylt med vann eller en annen væske. Når skipet begynner å rulle, vil væsken renne fra tank til tank; væsken vil komme i svingninger indusert av skipets rulling. Slingretankene må konstrueres slik at når skipet ruller med sin egenfrekvens, er væskesvingningene i tankene forskjøvet 90 grader i fase i forhold til rullingen som 137

Fig. 114.

derved blir direkte motarbeidet. Friksjonen under væskens strømming fra tank til tank hjelper også til å dempe rullebevegelsen. I den seinere tid er det imidlertid automatisk regulerte finne-lignende stabilisatorer i skipssiden som er mest brukt. Bølgene introduserer et rullingsmoment, og det er stabilisatorenes oppgave å framskaffe et like stort og motsatt rettet moment. For å oppnå dette må skipet ha en viss fart gjennom vannet. Vanligvis kan stabilisatorene trekkes inn i skroget når skipet ligger stille, langs kai, i dokk eller lignende. Når finnene står ute, kan de dreies om sin akse og derved danne forskjellige vinkler med vannstrømmen langs skipssiden. Gjennom et gyroanlegg bestående av to gyroskop, styres finnene hydraulisk. La oss forutsette at skipet får en rulleimpuls mot styrbord. Gyroene reagerer på denne bevegelsen og setter det hydrauliske systemet i gang, slik at styrbord finne dreies og gir en løftekraft oppover, mens babord finne skjærer nedover. Finnene frambringer altså et moment motsatt rettet skipets rulling. Fig. 114 viser situasjonen når skipet har fått en rulleimpuls mot babord. Som før nevnt, må skipet gjøre en viss fart gjennom vannet (minst 12 —-15 knop) for at stabilisatorene skal ha noen virkning. Fig. 115 viser et snitt gjennom stabilisatorrommet om bord. 138

CL

I begynnelsen av 1930-årene ble det i Italia bygd to passasjerskip ut­ styrt med svære gyrostabilisatorer. I et eget maskinrom var fastmontert 3 — 4 gyroer, hver av en vekt på flere tonn. Gyroene ble startet mens skipet lå på rett kjøl, og ifølge lovene om gyroskopisk treghet ville gyroene motsette seg ethvert forsøk på å endre omdreiningsakseneS retning; en gyroakse vil holde sin retning i rommet, eller presesere under påvirkning av en ytre kraft. Denne treghet og presesjon skulle da kunne dempe eller helt eliminere skipets slingrebevegelser. Det hele ble imidlertid meget mislykt, idet påkjenningene på gyroaksene og deres lagre ble så svære at hele anlegget ganske hurtig brøt sammen.

Fig. 116.

ROR OG STYREMASKINER Innledning Det er mange hundre års utvikling mellom vikingskipets styreåre som vist på fig. 116, og det såkalte dyseror på fig. 117. Dyseroret brukes helst på taubåter og virker ved at propellervannstrømmen dirigeres i forskjellige retninger etter som dysen dreies. Dysen virker både for gang forover og akterover. En annen type dyseror har en liten propell montert i en fast dyse i akterkant på et vanlig balanseror. Propellen drives av en elektromotor, montert inne i selve rorbladet, som da ofte er bygd med en pæreformet «bulb», slik som vist på de to fotografier på fig. 118. Når det ellers gjelder rorkonstruksjoner og rorets virkning om bord, så er disse ting behandlet utførlig i H. Helgesens lærebok «Skipsbygging», og derfor skal en i denne boka bare omtale forskjellige typer styremaskiner.

141

Fig. 118.

Styremaskiner En kraftig «rorpinne» forbundet til en rorkvadrant ved sterke bufferfjærer og med kjettinger og trekkstenger fram til et håndratt, var vel den første form for en styremaskin, dersom vi da ikke skal regne seilskutenes rortalje med. På de store seilskip fikk en jo seinere en skrueutveksling mellom rattakselen og toppen av rorstammen, et system som har gått igjen i nødrattet akter på de fleste maskindrevne skip like til våre dager.

Fig. 119.

142

Rorkjettingen på fig. 119 var forsynt med strammeanordninger og ofte også med fjærer for å ta opp rykk og støt. Håndrattet kunne ha utvekslin­ ger som lettet arbeidet med styringen, men som også bevirket at det skulle et anselig antall tørn til på rattet for å få roret fra borde til borde. Så kom dampstyremaskinen. De første av disse var noen svære kolos­ ser, anbrakt direkte i forbindelse med rorkvadrantens tannsektor slik fig. 120 viser. Fra rattet på brua gikk det en stangforbindelse med mange ledd til maskinens skiftesleid. Etter hvert ble dampstyremaskinene forbedret og forenklet. På fig. 121 er vist en type dampstyremaskin som har vært i bruk like til i dag og er det vel fremdeles på mange skip. Styremaskinen ble anbrakt på de utroligste steder mellom ratt og rorstamme. På enkelte skip ble den plassert på brua i direkte kontakt med rattet. Rattet virket da på skiftesleiden, og så gikk det trekkstenger og kjettinger akterover til rorkvadranten. Det kan ikke ha vært så hyggelig for den som hadde lugaren sin like under et slikt styreapparat. Svært ofte fikk styremaskinen sin plass et sted på toppristen i maskin­ rommet. Det var da overføring ved en stang med mange ledd fra rattet på brua til maskinen, og så fra denne med kjettinger og trekkstenger til rorkvadranten akter. Disse styreledningene lå åpne over dekket, ofte høyt over en brønn, og måtte derfor fjernes under land ved lasting og lossing. Også i sjøen var de en kilde til stadige vanskeligheter, særlig når skipet hadde dekkslast. Mangfoldige havarier skyldtes brudd på styreledningene. Dampstyremaskinene var også noen svære dampslukere, og maskin­ sjefen brukte gjerne å strupe så mye inn på damptilførselen at rormannen til slutt praktisk talt slet med et gammeldags håndratt. Utviklingen førte så fram til telemotoroverføringen fra ratt til styremaskin. 143

Fig. 121.

Nå ble styremaskinen anbrakt akter ved rorkvadranten, på brua fikk en en styretelemotor og en maskintelemotor koplet til styremaskinen. Mellom de to telemotorene var det så hydraulisk forbindelse. Styretelemotoren ble anbrakt i rattsøylen og regulertes av rattet. Apparatet består i sin enkleste form av to enkeltvirkende trykkstempler som vandrer i hver sin sylinder (fig. 122). Det kan også brukes et dobbeltvirkende stempel istedenfor to enkeltvirkende. Stempelstengenes øvre ender er utformet som tannstenger, som ligger på hver sin side av rattakselen og griper inn i et drev på denne. Når rattet dreies, beveger stemplene seg samtidig hver sin vei — det ene oppover og det andre nedover. Fra bunnen i sylinderne går det fra hver et tynt kobberrør akterover til maskintelemotoren.

144

Fig. 12 3.

Maskintelemotoren består av en lukket sylinder som kan vandre utenom et stillestående stempel, eller sylinderen står stille mens stemplet kan bevege seg. Til hver ende av den lukkede sylinder fører et av de ovenfor nevnte tynne kobberrør. Hele systemet, sylinderne i rattsøylen, kobber­ rørene og sylinderen i maskintelemotoren, er fylt med en blanding av vann og glyserin tilsatt litt sprit. Det må påses at systemet er helt fylt med væske. Nar roret er i midtskipsstilling, står begge styretelemotorens stempler i samme høyde, og maskintelemotorens stempel står midt i sylinderen. Når rattet dreies, vil stemplene i rattsøylen trykke glyserinen den ene eller annen vei. Trykket overføres gjennom kobberrørene til maskintele­ motorens sylinder, og stemplet her vil bevege seg den ene eller andre vei. Stemplet i maskintelemotoren har ved sin stempelstang forbindelse til dampstyremaskinens skiftesleid. I styremaskinen er det et motvirkerapparat som bringer maskinen til å stoppe så snart rattet holdes stille igjen. Maskintelemotorens stempel er fjærbelastet slik at når rattet slippes, vil de spente fjærene bringe telemotor og ror tilbake til midtstilling. Telemotoroverføringen, eller «glyserinstyringen» som den ofte kalles om bord, har fått en veldig utbredelse som forbindelsesledd mellom ratt og styremaskin. Mange konstruktører av nyere styremaskiner foretrekker telemotoren framfor den rene elektriske overføringen, og telemotoren kan koples til nær sagt alle slags styreapparater. Den rene elektriske forbindelse mellom ratt og ror ble introdusert sam­ men med de rene elektriske styremaskiner, men kan også brukes sammen med hydrauliske styreapparater.

145

Fig. 124.

På fig. 123 og 124 vises to typer elektriske styremaskiner. På rorstammen er kilt fast en kort solid «rorkult». Rorkvadranten er trædd løst over toppen av rorstammen og er forbundet til «rorkulten» ved sterke bufferfjærer, som gir nødvendig svikt når roret utsettes for slag i sjøen. Det mindre segmentet i akterkant av rorstammen på fig. 124 tjener til innkopling av nødrattet akter. Selve styremaskinen er en elektromotor som settes i gang den veien rat­ tet dreies. Motoren har forbindelse til rorkvadrantens tannsektor ved snekkeskrue og tannhjulsutveksling. -------Den elektriske overføring fra rattet på brua virker vanligvis -------etter et av de følgende prinsipper. Rattet kan således inne i rattsøylen ved en liten dreining bevirke kontakt til en styrbord eller babord kontaktknapp. Når kontakten er sluttet, begynner styremaskinen akter å gå | ' og stanser ikke før roret er kommet helt i borde, dersom en da ikke fører rattet tilbake til midtstilling igjen. Gjør en det, så stanser roret i den stilling det er kommet i. Skal roret inn midtskips igjen, må rattet dreies så det blir kontakt til motsatt ___ side av den første og føres tilbake til midtskips når rorindikatoren viser at roret også er midtskips. En slik styreinnretning blir gjerne omtalt som «trykknapp»styring, og mange slike anlegg har ikke noe ratt, men bare to kontaktarmer som kan beveges opp og ned (se fig. 125), Fig. 125. rorindikatoren er plassert øverst på rattsøylen.

146

Ved en annen type elektrisk overføring fra ratt til styremaskin har en et virkelig ratt som må dreies 5 -— 6 tørn for å få roret fra midtskipsstilling og ut i borde. Inne i rattsøylen er det en hel rekke kontaktpunkter som koples inn etter som rattet dreies, og ved hver innkopling starter styre­ maskinen. Holdes rattet stille, så stanser styremaskinen, og roret blir liggende i den stilling det har fått. En kan også si det slik: ratt og ror følges ad. Elektrohydrauliske styremaskiner har lenge vært i bruk og er gjennom en rekke utviklingstrinn kommet sterkt i forgrunnen. Prinsippet ved slike styremaskiner kan i enkelhet forklares ved at det til rorkvadranten, eller «rorkulten» er festet enden av en stempelstang som igjen hører til stemplet i en lukket, kraftig bygd sylinder. Når roret står midtskips, er stemplet midt i sylinderen. På begge sider av stem­ plet er sylinderen fylt med olje, og fra sylinderendene fører rørledninger til hver sin side av en oljepumpe, vanligvis en skruepumpe (fig. 126). Sylinderen, rørledningene og pumpa danner et lukket system helt fylt med olje. Pumpa drives av en elektromotor som startes i den ene eller andre retning etter som rattet på brua dreies. Pumpa dirigerer så oljen fra den ene siden av stemplet til den andre, derved må stemplet bevege seg, og stempelstanga «styrer» roret. I virkeligheten er anlegget atskillig mer komplisert med både utveks-

147

linger og kontinuerlig løpende fristempelpumpcr m.v., men prinsippet er dog som angitt ovenfor. På store skip blir det jo svære krefter som kan komme til å virke på roret, og styremaskinens forskjellige enheter må dimensjoneres deretter.

En rekke norske firmaer har konstruert meget gode hydrauliske styre­ maskiner, praktisk talt for alle størrelser av skip. En betingelse for å godta en styremaskin i dag er at den kan arbeide i forbindelse med selvstyring, det vi kaller «automatic pilot». Det fordres ofte også dobbelte pumpeaggregater i tilfelle av havarier, likesom muligheter for nødstyring uten hjelp av elektrisitet eller damp også må være til stede. På fig. 127 er vist arrangementet for et norskbygd styreaggregat. Ma­ skinen har to pumpeenheter som kan arbeide i parallellkopling eller hver for seg; i det siste tilfelle står den ene enheten i reserveberedskap. Rorstammen stikker opp i en solid støpestålssylinder som er boltet fast til dekket i styremaskinrommet (fig. 128). Rorstammens gjennomføring skjer i oljetett pakning. Sylinderen er innvendig delt i to langskips kamre. Tverrskips på ror­ stammen er kilt fast et åk som slutter oljetett til sylinderens vegger, bunn og lokk. Åket er konstruert slik at det også tjener som bære- og styrelager for rorstammen og roret. Åket deler tverrskips de to langskipskamrene i sylinderen. Kamrene A, B, C og D, rørledningene fra disse kamrene til pumpene samt pumpene, er fylt med olje. Til hver av pumpene hører også en oljebeholder som til stadighet sørger for at systemet er helt fylt. Pumpene er skruepumper som løper kontinuerlig. Når roret er i midtskipsstilling, sørger et ventil- og sleidsystem for at pumpene sirkulerer oljen trykkløst gjennom oljebeholderne alene. Ved en elektrisk impuls fra styreinnretningen på brua stenges tomgangsløpet, og det åpnes for oljeledningene til rorsylinderen, og oljen pumpes den ene eller andre vei, f. eks. inn i kamrene A og C, og ut av B og D. Oljetrykket bevirker da at åket og dermed roret svinges. Styremaskiner som disse kan leveres for rorstammer med diameter opp til 450 mm, dvs. for skip på ca. 50 000 t. dw. Maskinene tar liten plass. Fig. 129 viser et hydraulisk styreaggregat, engelsk fabrikat, og av ganske anselige dimensjoner.

148

Hydraulic Rotary Vane

Pumping Unit

No. II

Fig. 127.

Fig. 128.

Fig. 129: Et engelsk styreaggregat.

DEKKSMASKINERI Innledning Til dekksmaskineriet om bord regnes: Elektriske vinsjer, elektriske toppingvinsjer, dampdrevne vinsjer, elektriske og dampdrevne ankerspill, fortøyningsvinsjer, capstans, hydrauliske vinsjer og ankerspill, vinsjer for av- og pålegging av lukedeksler, vinsjer for livbåtene, gangvei-vinsjer m.v. I det hele tatt er dekksmaskineriet blitt så mangeartet og omfattende om bord i et større skip at det nå vel er på tide at den koselige tømmermannen med sin oljekanne blir skiftet ut med en virkelig dekksmaskinist, som sam­ men med dekkselektrikeren kan ha ansvaret for alt det tekniske utstyr på dekk. Styremaskinen, nødbrannpumpe-aggregatet, motorene i livbåtene etc. hører vel også i videste forstand med til dekksmaskineriet, og det er liten hjelp i å ha alt utstyret om bord om det ikke blir ordentlig vedlikeholdt. Den kommende endring i mannskapsstrukturen vil vel jevne ut for­ skjellen mellom personalet på dekk og i maskinen, en utjevning og sam­ kjøring som må hilses med glede. I denne boka kan vi ikke ta for oss all slags dekksmaskineri, men bare i grove trekk omtale det viktigste. Det anbefales imidlertid at de vordende dekksoffiserer setter seg godt inn i skipenes tekniske problemer, nytter lærebøker og tidsskrifter som det finnes en mengde av innen de for­ skjellige områder, og blir klar over at navigasjon i dag er teknikk.

Hydrauliske dekksmaskiner Når det gjelder hydraulisk drift av dekksmaskiner, har Norge vært et foregangsland. Den første norske hydrauliske skipsvinsj ble konstruert og levert omkring 1938. Opprinnelig var disse hydrauliske maskiner beregnet for fiskefartøyer, men det viste seg snart at de med stor fordel også kunne brukes i handelsflåten. I dag kan alle typer dekksmaskiner for alle stør­ relser av skip leveres for hydraulisk drift. Slike maskiner er robuste og driftsikre, er rimelige i anskaffelse, opp­ legg og vedlikehold; det kan anvendes enkle driftsikre kortslutningsmotorer for pumpene, og samme pumpe kan drive flere vinsjer. Start11. Christiansen

151

Fig. 130: Hydraulisk vinsj.

sjokk på skipsnettet unngås idet pumpene løper kontinuerlig, og vinsjen har god reguleringsmulighet, stor akselerasjonsevne og stille gang. Pum­ pene med sine motorer er plassert i lukket rom beskyttet mot fuktighet og overvann. Fig. 131 viser et hydraulisk vinsjesystem. Fra pumpa som kan drives fra fartøyets hovedmotor, hjelpemotor eller en særskilt elektromotor, føres oljen gjennom trykkrøret til manøvreventilen (sleiden) på vinsjens hyd­ rauliske motor. Med sleiden (en sylinder- eller stempelsleid) i stoppstilling, slik som vist på figuren, passerer oljen trykkløst tilbake til pumpa gjennom returrøret via magnetfilteret. Manøvresleiden styres ved en hendel. Med hendelen i hivestilling blir sleiden ført nedover slik at den stenger for oljens frie passasje tilbake til pumpa. Oljen må da passere gjennom tilbakeslagsventilen på toppen av sleiden og inn i motorens øvre løp, og motoren vil dermed drives i hivretningen. Fra motorens returside er veien fri gjennom sleiden og retur­ røret tilbake til pumpa. Under låring føres hendelen slik at sleiden løftes opp, derved løftes også tilbakeslagsventilen, og oljen passerer inn på motorens underside og ut gjennom sleiden og returrøret. Med sleiden i stoppstilling og en last hengende i mantelkroken, som vil søke å dreie motoren i slakk-retning, bygges det opp et trykk mellom skovlene i motoren og tilbakeslagsventilen, og dermed balanserer systemet. For å jevne ut volumvariasjonen i oljen på grunn av varierende tempe­ ratur er det til pumpas sugeside forbundet en ekspansjonstank. Ved å slippe en større eller mindre oljemengde inn i den hydrauliske

152

Ekspansjonstank

_

Hydraulisk motor

T rykkrør

Magnetfilter

Fig. 131.

Pumpe

motor, i den ene eller andre retning, kan en oppnå en trinnløs regulering av hive- og slakkhastigheten, alt ved en enkel hendelbevegelse. Pumpas tilførte effekt avhenger av last- og hivehastighet. Systemets oljetrykk blir direkte proporsjonalt med vinsjens belastning. I pumpa er innbygd en sikkerhetsventil som forhindrer overbelastning av anlegget. Hydrauliske motorer med høyt vrimoment og relativt lavt omdreiningstall passer for direkte kopling til vinsjetromlene uten mellomliggende transmisjoner. Men for større ankerspill og forhalingsvinsjer er det mest hensiktsmessig å anvende utvekslinger. Skipskraner kan også leveres med hel hydraulisk drift. 153

Fig. 132.

Dampvinsjer Fig. 132 viser hva vi kan kalle en god, gammeldags dampvinsj. En slik vinsj er i konstruksjonen en liten høytrykksdampmaskin med to sylindere. Ved stempel- og veivmekanismen virker de på en veivaksel. Sleidene drives av veivakselen på samme måten som ved en større dampmaskin, og gangskiftingen er ordnet etter prinsippet med bueslag og trekkstenger. Vinsjen har tre aksler: Valseakselen med kubben samt to drevaksler. Et stort tannhjul som er kilt fast på valseakselen, kan settes i drivforbindelse med hvilken som helst av de to drevakslene etter som det skal løftes vekter av forskjellig størrelse. Vinsjen har også en manuell bremseanordning. I frostvær må en være oppmerksom på de skader som kan oppstå både på dampledninger og selve vinsjene dersom ikke eventuelt vann er tap­ pet av.

Elektrisk drevne dekksmaskiner Da elektrisiteten gjorde sitt inntog om bord i skipene, var både lys­ anlegg og alt elektrisk drevet maskineri basert på likestrøm, og da vanlig­ vis med en spenning på 110 volt. Med likestrømsmotorer i vinsjene oppnådde en en fin regulering av hastigheten og meget stor tomkrokshastighet. Men likestrømsmotoren er komplisert i oppbygningen, dens kommutator og børster er utsatt for sterk slitasje, og motorene krever stadig vedlikehold. Et svakt punkt ved likestrømsvinsjene er igangsetnings- og hastighetskontrollen med sine mange kontakter og motstander. En elektriker på en større linjebåt hadde som regel hendene fulle.

154

Vekselstrøm I begynnelsen av 1950-årene tok en for alvor fatt med innføringen av vekselstrøm om bord i skipene. Vekselstrøm er en elektrisk strøm som periodisk skifter retning og styrke. Antallet av de spenningsimpulser som oppstår i ankerviklingene i en generator og som sendes ut i nettet, er avhengig av omdreiningsantallet på generatoren og antall poler. Har ankeret 2 poler og går med 3000 omdreininger pr. min., svarer dette til 6000 spenningsimpulser eller veksler, eller til 3000 fulle perioder (dobbelt veksler) pr. min. Pr. sek. er dette lik 50. En sier at periodeantallet eller frekvensen er lik 50, som det vi bruker på land i Norge og for øvrig de fleste steder i Europa. Mindre skip velger gjerne 50 perioder for å få enklere tilkopling fra land og for å bruke vanlige apparater, motorer og husholdningsmaskiner som tilvirkes for bruk i Europa. Hvis en øker antall poler og vil beholde samme periodetallet eller frekvensen, så må en senke omdreiningstallet på generatoren. Ønsker en en høyere frekvens, f.eks. 60, som brukes i USA, må omdreiningene på generatoren økes tilsvarende. Periodetallet eller frekvensen (p/s) heter cycles per second (c/s) på engelsk og Hertz (Hz) på tysk. De synkrone turtall på generatoren er som følger:

Antall poler Omdr. pr. min. Omdr. pr. min.

2 50 p/s 3000 60 p/s 3600

4 1500 1800

6 1000 1200

8 750 900

10 600 720

12 500 600

14 16 429 375 514 450

Store skip i fart på verdenshavene velger gjerne 60 i frekvens (perio­ der). Frekvensen har ingen betydning for lysnettet, men virker på om­ dreiningstallet til de motorer som er tilkoplet. Derfor kan et oversjøisk skip som har 60 perioders anlegg om bord, få landuttak her hjemme fra 50 perioders nett uten å skade noe. Skipets pumper vil gå langsommere og yte mindre, men det vil ikke skje noe galt. Annerledes er det hvis et skip med 50 perioders anlegg om bord får landtilkopling i USA fra 60 perioders nett. Turtallet på pumpemotorene om bord vil øke, motorene vil bli overbelastet og skadet. Periodetallet og spenningen er etter hvert blitt fastlagt til 50 perioder og 380 V i Europa og 60 perioder og 440 V i Amerika. Disse høye spen­ ninger anvendes på større motorer om bord (f. eks. pumper, kompressorer, vinsjer) og store varmeforbrukere (f. eks. varmtvanntilberedere og byssa). Når det gjelder varme og lys i lugarene, så transformerer en spenningen ned til 220 V på passasjer- og lasteskip og til 110 V på tankskip. Det er tilrådelig å transformere denne spenningen enda lenger ned, til 24— 42 V for håndlamper og håndverktøy med løse kabler for å minske berøringsfaren. Derimot er det fullt ut forsvarlig å bruke transportable 155

110 V luftvifter for utlufting av tankene, da disse er bygd og sikret for dette bruk. Ved bruk av vekselstrøm om bord unngår en de kjedelige virkningene av elektro-osmose som så ofte ødelegger isolasjonen om bord på likestrømskip. En slik ødeleggelse av isolasjonen kan ofte bli brannfarlig. Vekselstrøm er så godt som radiostøyfri i motsetning til likestrøm, som har lett for å bevirke kommutatorstøy. Vekselstrøm har liten lysbue ved brytning og gir mulighetene til å bruke transformatorer. Dette muliggjør mindre tverrsnitt i kabelopplegget og mindre brytere. Vekselstrømsgeneratoren har ingen kommutator og kan derfor drives av hurtiggående turbiner eller lettbygde, hurtiggående dieselmotorer. Ved bruk av vekselstrøm unngår en kostbare og ømfintlige roterende omformere, som er nødvendige til bruk for en rekke elektroniske appa­ rater som radio, ekkolodd, radar etc. En bruker i stedet robuste transfor­ matorer til transformering av spenningen opp eller ned til den ønskede verdi. Vekselstrøms-konstantspennings-synkrongeneratoren kom på markedet omkring 1953. Den er robust, trenger mindre plass i maskinrommet og kan ta opp strømsjokk som overstiger generatorens egen merkeverdi. Dette tillater bruken av store kortsluttmotorer om bord. Stort sett kan en vel si at den konvensjonelle vinsj i forbindelse med et eller annet bomsystem fremdeles er mest benyttet, selv om kjørbare dekkskraner ses oftere og oftere om bord. Vinsjene er jo enkle å betjene selv for helt uøvde folk. Den elektriske del av en moderne vekselstrøm-vinsj består av en 3-fase polomkoppelbar kortsluttmotor, 38 kW ytelse, et kontaktorskap for mon­ tasje i dekkshus, inneholdende de nødvendige kontaktorer for styringen av vinsjen, samt en kontroller for montasje på dekk. På hvert trinn er hastigheten konstant, uavhengig av belastningen, og for en 5 tonns vinsj oppnår en en fullast-hastighet på 39 m/min. Vinsjene er normalt utstyrt med en mekanisk omkopling til 2,5—3 tonn, og en får da en hastighet på 78 m/min. De argumenter en tidligere har hatt, nemlig at tomkrokshastigheten for disse vinsjer er for lav, har i praksis vist seg ikke å ha noen betydning. Med en normal løftehøyde på 10—15 m har det i praksis vist seg at en lastesyklus, dvs. last fra kai og ned i lasterom, tomkrok og tilbake til kai, gjennomføres vel så hurtig med disse vinsjene som med andre typer lastevinsjer. Således kan nevnes at en ved 1 tonns last kan oppnå 120 hiv pr. time. Det videre ledd i forenklingen av losseutstyret er anvendelsen av fjernbetjente elektriske toppingvinsjer, drevet av en ca. 3—5 kW 3-fase kortsluttmotor. Motoren fjernbetjenes med en betjeningsbryter som er montert på kontrolleren for tilhørende lastevinsj, og de nødvendige kontaktorer er montert sammen med vinsjstyringen. Med dette system kan 156

Fig. 133: Vekselstrømdreven «toppingvinsj».

Fig. 134: Vekselstrøms toppingvinsj anbrakt et stykke oppe på samsonposten. Derved spares dekksplass. Toppingvinsjen betjenes fra den van­ lige kontroller.

Fig. 135: Vekselstrøms vinsj arrangement på en større stykkgodsbåt bygd i 1959.

157

Fig. 136: Arrangement med elektriske vekselstrømvinsjer og toppingvinsjer. Vinsjenes kontrollere er plassert slik at en mann kan betjene to vinsjer. Toppingvinsjene betjenes også fra kontrollerne.

en hurtig rigge om bommene til den ønskede posisjon, dvs. tid og penger er spart. For skifting av bommene sideveis må imidlertid gjerderne betjenes for hånden, og det var således naturlig at en også her ville gå inn for å be­ nytte små, elektrisk drevne vinsjer med kortsluttmotorer. Spesiell betydning har disse preventer- og gjerdevinsjer om bord i skip hvor bommene må skiftes meget ofte, f. eks. i skip som går i auto-transport. Størrelsen av disse vinsjer retter seg etter lengden og bommenes bæreevne, samt etter taklingen. I alminnelighet ligger trekkraften mellom 1 to og 3 to, og den statiske holdekraft ved 2 til 4 ganger den nominelle trekkraft. Som ved toppingvinsjer ligger motorstørrelsen mellom 3 hk og 10 hk. For betjening av ett bompar benytter en 2 vanlige vinsjkontrollere (1 for hver lastevinsj) samt en kombinert kontroller for topping- og preventervinsjene. Dette system muliggjør betjening av ett bompar med en mann som meget hurtig kan skifte bommene.

Ward-Leonardregulerte elektriske dekksmaskiner Ward-Leonard-utstyret for et vinsjpar består i prinsippet av en like­ strømsgenerator, drevet med konstant hastighet av en vekselstrømsmotor (eller likestrømsmotor avhengig av den strømart skipets nett leverer). Til aggregatet er, når det er på et vekselstrømsskip, koplet en magnetiseringsmaskin. Ved hjelp av reguleringsmotstandene endres generato­ rens spenning og følgelig de tilkoplede vinsjmotorers omdreiningstall. Vinsjmotorene er helt ordinære shuntviklede likestrømsmotorer ut­ styrt med elektromagnetisk lamellbrems, alt i vanntett kapsling. Nedbremsing av vinsj ens drivmotor arbeider som generator og leverer elekt­ risk energi tilbake til nettet. Lamellbremsen blir derfor utsatt for liten slitasje. 159

Fig. 138: Dual Ward-Leonard-aggregater montert på hverandre. Ved denne ut­ førelse kan en generator som leverer 39 + 13 kW drive to 36 kW vinsjmotorer som således kan manøvreres helt uavhengig av hverandre.

160

Kontrollerne er vanntett innkapslet og monteres ved siden av hver­ andre slik at vinsj mannen manøvrerer to vinsjer samtidig. Kontrollerspaken er fjærbelastet og går automatisk tilbake til nullstillingen. Ved dette systemet, så vel som ved andre, blir det ofte montert et sett kontrollere på hver side av luka slik at vinsj mannen har god oversikt.

Elektrisk drevne ankerspill Et vanlig elektrisk drevet ankerspill er vist på fig. 140 a. I sin konstruk­ sjon er det likt det dampdrevne spillet, det er bare drivkraften som er en annen.

Fig. 140 a.

Elektromotoren, som er friksjonskoplet til spillet gjennom en snekkeskrue, ligger godt beskyttet i den solide sylinderen midt på bildet. Igang­ setter og kontroller er ikke vist. Den førstnevnte kan være plassert i form av et ratt direkte i forbindelse med motoren, men er også ofte plassert litt aktenfor, eller til siden for, spillet. Både damp- og elektrisk drevne ankerspill er gjerne utstyrt med en håndspakanordning, et brattspill, slik at ankeret kan hives inn med hånd­ kraft om drivkraften skulle streike. Brattspillspakene (r) er vist på fig. 140 b.

Dampdrevne ankerspill Det dampdrevne ankerspill er det samme i dag som det var for 50 år siden eller mer. Kanskje er den ytre form og konstruksjon noe endret, og det har kanskje blitt innført nye typer koplinger og bremseanordninger, men prinsippet har hele tiden vært det samme.

161

Fig. 140 b.

Fig. 140 b viser et godt, gammelt dampdrevet ankerspill sett ovenfra og med den ene halvpart skåret åpen, så en kan se inn i de enkelte deler. Selve oppbygningen av spillet er som for en 2-sylindret damp-høytrykksmaskin. Gjennom damprøret (r) kommer dampen til sleidskapene (£). Herfra besørges dampfordelingen til hver av sylinderne (^) ved dreiesleider som drives fra hver sin eksenterskive på veivakselen. Sleidene kan også dreies rundt utenfra ved hendelen (x) når gangen skal skiftes. Stempelkraften overføres gjennom stempelstengene (r), veivstengene (/) og veivskivene (W) til veivakselen med drevet (g). Dette drevet griper inn i tannhjulet (å) på den andre drevakselen (w) som har to drev (Æ), som igjen griper inn i det store tannhjulet (/) på selve hovedakselen (zrø). På hovedakselen er anbrakt to kjettingtromler, eller sneller, som har spor (