Tα κύρια μέρη και οι λειτουργίες μιας σύγχρονης μηχανής πλοίου

Η κύρια μηχανή ενός ποντοπόρου πλοίου είναι συνήθως μια 2χρονη μηχανή εσωτερικής καύσης, που παρέχει ενέργεια πρόωσης στο πλοίο ώστε να το κινεί. Πρόκειται για μια εμβολοφόρα παλινδρομική μηχανή που μπορεί να κινηθεί προς τα εμπρός (πρόσω) και προς τα πίσω (ανάποδα) με μεταβλητές στροφές. Αποτελείται από πολλά διαφορετικά μέρη, καθένα εκ των οποίων έχει συγκεκριμένη θέση και λειτουργία. Σε αυτό το άρθρο σκοπεύουμε να αναλύσουμε τη σύγχρονη ηλεκτρονική μηχανή στα κύρια μέρη της.

Η σύγχρονη ηλεκτρονική μηχανή της ΜΑΝ (τύπου ME-C) αποτελεί την εξέλιξη των συμβατικών μηχανών (τύπου MC/MC-C) και οι βασικές αρχές λειτουργίας καθώς και τα βασικά μέρη της παραμένουν ίδια: σκελετός και βάση μηχανής (engine frame and bedplate), σώμα κυλίνδρων (cylinder block), κεφαλή (cylinder head), χιτώνιο (cylinder liner), βαλβίδες εξαγωγής (exhaust valves), εγχυτήρες πετρελαίου (fuel injection valves), έμβολο και ελατήρια (piston crown and piston rings), βάκτρο (piston rod), στυπειοθλίπτης [AS1] (stuffing box), ζύγωμα (crosshead), διωστήρας (connecting rod) και στροφαλοφόρος άξονας (crankshaft).

Η οικογένεια των ηλεκτρονικών μηχανών αναφέρεται σε ηλεκτρονικά ελεγχόμενες μηχανές, οι οποίες προσφέρουν αυξημένη οικονομία, μειωμένους ρύπους, αλλά και περισσότερη ευελιξία κατά τη λειτουργία τους. Στην οικογένεια των ηλεκτρονικών μηχανών καταργείται ο εκκεντροφόρος άξονας, τα βάκτρα (roller guides) στις αντλίες καυσίμου, οι αντλίες καυσίμου και το μηχανικό σύστημα μεταβλητού χρονισμού (Variable Injection Timing-VIT), οι μηχανισμοί ενεργοποίησης της βαλβίδας εξαγωγής, ο αεροδιανομέας, ο μηχανικός ρυθμιστής στροφών (governor). Ως εκ τούτου, έχουν προστεθεί επιπλέον μέρη, τα κυριότερα εκ των οποίων παρουσιάζονται παρακάτω.

Το ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου (Engine Control System – ECS)

Προς αντικατάσταση της μηχανικής ζεύξεως χρονισμού που υπάρχει στις συμβατικές μηχανές, το ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου παρέχει μεγάλη ελευθερία μεταβολής του χρονισμού και της διάρκειας εγχύσεως, καθώς και του χρονισμού και της διάρκειας ανοίγματος των βαλβίδων εξαγωγής, ανάλογα με το σημείο λειτουργίας της μηχανής. Αποτελείται από ηλεκτρονικές κάρτες (Multi Purpose Controllers – MPC) και υπολογιστές (Main Operating Panels – MOP). Η βελτιστοποίηση της λειτουργίας της μηχανής (ως σύνολο αλλά και για κάθε κύλινδρο ξεχωριστά) σε όλα τα φορτία επιτρέπει τη διατήρηση της απόδοσης της μηχανής στα ίδια επίπεδα καθ’ όλη τη διάρκεια ζωής της. Επιπλέον, η μηχανή μπορεί να λειτουργεί εναλλακτικά με χαρακτηριστικά μειωμένων ρύπων ή με χαρακτηριστικά μειωμένης κατανάλωσης, ανάλογα με την περιοχή που ταξιδεύει το πλοίο. Το ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου συνδυάζεται με αντίστοιχο διαγνωστικό σύστημα βλαβών, το οποίο προστατεύει τη μηχανή από υπερφόρτιση ή από επικίνδυνες βλάβες, δίνοντας επίσης στον χειριστή της μηχανής τη δυνατότητα να επέμβει έγκαιρα, το οποίο εν τέλει αυξάνει την αξιοπιστία της και μειώνει το κόστος συντήρησης.

Υδραυλική μονάδα παροχής ισχύος (Hydraulic Power Supply – HPS)

Η υδραυλική μονάδα παροχής ισχύος αποτελείται από ειδικό αυτοκαθαριζόμενο φίλτρο, αντλίες (ηλεκτροκίνητες και εξαρτημένες), που παρέχουν λάδι πίεσης έως 300 bar, σωληνώσεις, αισθητήρες και ασφαλιστικές βαλβίδες, έχοντας ως τελικό σκοπό να ενεργοποιήσει την έγχυση πετρελαίου και το άνοιγμα της βαλβίδας εξαγωγής. Ως υδραυλικό υγρό χρησιμοποιείται, συνήθως, το ίδιο το λάδι της μηχανής, αποφεύγοντας έτσι την κατασκευή επιπλέον δικτύων και δεξαμενών. Το μηχανέλαιο αναρροφάται από την ελαιολεκάνη με κατεύθυνση τα αυτόματα φίλτρα και, αφού φιλτραριστεί, ένα ποσοστό θα οδηγηθεί για τις λειτουργίες της μηχανής και το υπόλοιπο θα χρησιμοποιηθεί για το υδραυλικό σύστημα. Έπειτα θα φιλτραριστεί περαιτέρω, επιτυγχάνοντας μεγαλύτερη καθαρότητα, ούτως ώστε να χαρακτηριστεί ως υδραυλικό πλέον έλαιο και να εξυπηρετήσει την προδιαγραφόμενη χρήση του. Στη συνέχεια, οι προαναφερθείσες αντλίες του HPS θα αναρροφήσουν το καθαρό υδραυλικό λάδι (servo oil), πιέσεως 2-3 bar, και θα του αυξήσουν την πίεση έως ότου αυτή φτάσει τα επιθυμητά επίπεδα, ανάλογα με το ζητούμενο φορτίο της μηχανής (225-300 bar), πίεση κατάλληλη για την ενεργοποίηση των αντλιών πετρελαίου για την έγχυση του καυσίμου και των επενεργητών της βαλβίδας εξαγωγής για το άνοιγμά της.

 

Υδραυλική μονάδα κυλίνδρου (Hydraulic Cylinder Unit – HCU)

Από τη μονάδα παροχής υδραυλικής ισχύος, το υδραυλικό λάδι τροφοδοτείται μέσα από σωληνώσεις διπλού τοιχώματος και καταλήγει στις υδραυλικές μονάδες κυλίνδρου. Υπάρχει μια υδραυλική μονάδα ανά κύλινδρο, η οποία αποτελείται από τη βαλβίδα ενεργοποίησης έγχυσης καυσίμου και ανοίγματος βαλβίδας εξαγωγής (FIVA ‒ Fuel Injection Valve Actuation), ενεργοποιητή βαλβίδας εξαγωγής (Exhaust Valve Actuator), λουμπρικέτα (ΜΕ lubricator), ενεργοποιητή έγχυσης καυσίμου (FOPB ‒ Fuel Oil Pressure Booster), μονάδα εξαέρωσης (deaeration unit), συσσωρευτή αζώτου (accumulator) καθώς και μια σειρά από επιστόμια (ball valves).

• Η βαλβίδα πολλαπλών θέσεων FIVA ενεργοποιείται διαμέσου ηλεκτρικού σήματος και με τη βοήθεια πιλοτικής βαλβίδας επιτυγχάνει να επιτρέπει στο λάδι υψηλής πίεσης να πάει είτε στη FOPB είτε στο Exhaust Valve Actuator, για να τα ενεργοποιήσει την κατάλληλη στιγμή.
• Ο συσσωρευτής με άζωτο (accumulator) διατηρεί σταθερή την πίεση στο σύστημα του υδραυλικού ελαίου.
• Η αντλία πετρελαίου FOPB (μία για κάθε κύλινδρο) είναι μηχανικά απλούστερη από την αντλία πετρελαίου στις συμβατικές μηχανές. Το λάδι υψηλής πίεσης, προερχόμενο από τη FIVA, ωθεί τον μηχανισμό στο εσωτερικό της FOPB άνωθεν, ως εκ τούτου πραγματοποιείται η έγχυση καυσίμου μέσω κλασικών εγχυτήρων καυσίμου (fuel valves).
• Ο ενεργοποιητής βαλβίδας εξαγωγής ενεργοποιείται από το λάδι υψηλής πίεσης που περνάει από τη FIVA την κατάλληλη στιγμή ούτως ώστε να ανοίξει τη βαλβίδα εξαγωγής, προς αντικατάσταση του συμβατικού ενεργοποιητή βαλβίδας εξαγωγής, που ενεργοποιείται με τη βοήθεια του εκκεντροφόρου.

Tacho system

Το ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου γνωρίζει τη θέση του στροφαλοφόρου από ένα σύστημα αισθητήρων που καταγράφουν τη γωνία στροφάλου, πληροφορία απαραίτητη για τον κατάλληλο χρονισμό-λειτουργία της μηχανής (έγχυση καυσίμου, άνοιγμα βαλβίδας εξαγωγής, κ.λπ.).

Είναι γεγονός ότι οι κύριες μηχανές εξελίσσονται συνεχώς, με την εφαρμογή νέων τεχνολογιών και συστημάτων και τη χρήση εναλλακτικών καυσίμων, με στόχο μια βιώσιμη και αποτελεσματική ναυτιλιακή βιομηχανία. Ήδη έχουν αναπτυχθεί και χρησιμοποιούνται μηχανές διπλού καυσίμου και διερευνάται η υιοθέτηση ναυτιλιακών καυσίμων με μικρότερο περιβαλλοντικό αποτύπωμα έναντι των συμβατικών, στοχεύοντας στην επίτευξη ανθρακικής ουδετερότητας έως το 2050.