Gemi Makinelerine Giriş Prof.Dr.Adnan Parlak Hafta-1 1

Kaynaklar Introduction to Marine Engineering,D.A TAYLOR,Elsevier Ders notları ve sunular Prof.Dr.Adnan Parlak Hafta-1 2

Gemi Makinelerine Giriş Gemi ve makineler Dizel Makineleri Buhar Türbinleri Kazanlar Besleme sistemleri Pompalar ve pompalama sistemleri Yardımcı Makineler Yakıtlar,yağlama yağları ve ayrıştırılması Soğutma, klima ve havalandırma Güverte makineleri Şaft sistemleri ve pervaneler Dümen ve sistemleri Yangınla mücadele ve güvenlik Elektrik sistemleri Enstrümanlar ve kontrol Mühendislik malzemeleri Vardiya tutma ve makinelerin operasyonu Prof.Dr.Adnan Parlak Hafta-1 2

Gemi Mak.İşl. Mühendisinin görevleri nedir? Geminin emniyetli seyri, verimli ve ekonomik işletme açısından pek çok görevi vardır. Gemiyi sevk eden ana makine seçimi (Dizel, Buhar yada Gaz Türbini) makine dairesindeki diğer yardımcı makinelerinin yerleşim planını ve yardımcı makinelerin özelliklerini etkiler. Bu durum doğal olarak bir geminin operasyonel ve bakım gereklilikleri ile işletme mühendisi tarafından öğrenilmesi gereken bilgi ve icra edilecek görevlerin şeklini de doğrudan etkiler. Prof.Dr.Adnan Parlak Hafta-1 3

Gemi İnşa Müh. Ve İşletme Müh. Arasındaki Fark Nedir? Gemi inşa mühendisi gemi teknesinin tasarımı ve çevresel etkilere karşı dayanımı ile ilgilenir. İşletme mühendisi ise geminin tahrik sistemleri ve tüm yardımcı makinelerin verimli işletilmesinden sorumludur. Haberleşme konusu işletme mühendisinin görev alanına girmez. Elektrik ve elektronik devre ve ekipmanların işletme ve bakımını aynı zamanda işletme mühendislerinin de bilmesi gerekir. Ancak, IMO nun STW 42 düzenlemesiyle gemilerde sorumlu elektrik zabiti zorunlu hale getirilmiştir. Prof.Dr.Adnan Parlak Hafta-1 4

İşletme Mühendisi neleri bilmeli? Bir gemiye ait Tahrik sistemlerinin (Ana makineler) , Pompalar Dümen ve sistemleri, Kargo alma ve tahliye sistemleri (Kreyn ve vinçler) Buhar ve Gaz Türbinleri Irgatlar, Kazanlar, Isıtma, havalandırma ve iklimlendirme sistemleri, Güç üretimi ve dağıtımı (Generatör-Dizel), Su üretim sistemleri (Evaporatör), Yakıt ve yağ arıtma sistemleri (Separatörler) Çöp yakma sistemleri Hava Kompresörler Elektrik sistemleri Vb. Sistemlerin çalışma prensiplerini bilmek, sökme takma beceresine sahip olmak, tüm sistemleri verimli işletebilme becerisine sahip olmak. Prof.Dr.Adnan Parlak Hafta-1 5

Bir gemi başlıca üç ayırt edici alana ayrılabilir Kargo ambarı(kuru yük gemileri) yada kargo tankları(Yakıt), Yaşam Mahalli Makine Dairesi Prof.Dr.Adnan Parlak Hafta-1 6

Gemiler-Tankerler Bu alanların büyüklük ve fonksiyonları gemi tipine göre farklılık gösterebilir. Örneğin yakıt tankerlerinde kargo tankları güvenlik açısından boyuna ve enine perdelerle bölünmüştür. Yakıt tankerlerin çift perdeli yapılmasının nedeni, kaza anında yakıtın denize dökülmesinin önüne geçmektir. Prof.Dr.Adnan Parlak Hafta-1 7

Gemiler-Kuru Yük Kargo gemilerinde ise enine perdelerle bölünmüş değişik yük ambarları bulunur. Ambar yan kısımlarında tankerlerde olduğu gibi çift perde yoktur. Yük alma ve tahliyesi için güverteye kreyn ve vinçler konulmuştur 1.Yük Ambarı 2. Ambar Kapağı 3. Üst Balast tank (yakıt ya da su) 4. Çift perde (Double bottom ) 5. Alt Balast tank (Su) Prof.Dr.Adnan Parlak Hafta-1 8

Ana Makinelerinin yerleşim şekilleri Günümüzde gemiyi sevk için kullanılan makinelerin pervaneye bağlantı şekilleri üç şekilde olmaktadır: Pervaneye doğrudan bağlı düşük devirli dizel makineleri, Dişli mekanizması aracılığıyla pervaneye bağlı Orta devirli dizel makineleri, Dişli mekanizma aracılığıyla pervaneye bağlı yüksek devirli buhar ve gaz türbinleri. Pervanelerden maksimum verim alınabilmesi için 80-100 d/d aralığında döndürülmesi gereklidir. Düşük devirli motorlar devir düşürücüye (reduction gear) ihtiyaç duymadan doğrudan pervane şaftına bağlanabilirler. Devrinin 250-750 d/d ya çıktığı orta devirli ana makinelerde pervane torkunu ve dolayısıyla verimliliğini artırabilmek için pervane şaftı ve ana makine arasına mutlaka devir düşürücü konulması gereklidir. Prof.Dr.Adnan Parlak Hafta-1 9

Düşük devirli dizel motor yerleşimi Büyük ticari gemiler, konteyner gemileri, dökme yük gemileri, tankerler gibi büyük tonajlı yük taşıyan gemilerde kullanılır. İki stroklu motorlardır ve pervaneye doğrudan bağlanırlar. Güçleri 1600 kW-80.000 kW arasında değişir. Özgül yakıt sarfiyatları 110-170 g/kWh arasındadır. Pervaneye doğrudan bağlı ana makine düzeneği Prof.Dr.Adnan Parlak Hafta-1 10

Ağır Devirli Dizel Motorlar

Orta devirli dizel motor yerleşimi Küçük pervaneli teknelerde pervaneye doğrudan bağlanabilirlerken büyük pervaneli gemilerde pervane verimi açısından devir düşürücüye ihtiyaç vardır. Çoğunlukla dört silindirli, sıra tip yada makine dairesi sınırlamasına göre V- tipte yapılırlar. Çıkış güçleri 800 kW-24000 kW arasında değişir.

Orta Devirli Dizel Motorları

Orta Devirli Dizel Motorlar Pervaneye Bağlantı Şekilleri b) Üç Makine bir pervaneli İki Makine bir pervaneli d) Üç makine üç pervaneli c) İki makine iki pervaneli

Orta Devirli Dizel Motorlar Pervaneye Bağlantı Şekilleri Dört makine bir pervaneli b) Dört makine iki pervaneli

Tahrik sistemleri ve Emniyet Klasik çalışma modu- Hem tahrik hemde elektrik elde edilmektedir.

Tahrik sistemleri ve Emniyet Makine arızası durumunda şaft jeneratörü ile pervane tahrik edilebilmektedir. Böylece geminin emniyetli olarak seyri devam etmektedir. Sistem sayesinde seyir güvenliği tehlikeye girmeden makine bakımı yapılabilmektedir.

Tahrik sistemleri ve Emniyet Limanda yük alma ve boşaltma esnasında gerekli ilave güç için ana makinenin kullanılması. Liman masraflarını azaltır.

Yüksek Devirli Dizel Motorları Küçük tekneler ve dizel-jeneratör sistemlerinde tercih edilmektedir. Yakıt ekonomisinden çok gücün birinci planda olduğu savaş gemilerinde yüksek güç eldesi için gaz türbinleriyle birlikte kullanılabilir. Elde edilen güç aralığı tek bir motor için 235kW-9000 kW aralığındadır. Özgül yakıt sarfiyatı (ÖYS )maksimum güçte 210 g/kWh’ a kadar çıkmaktadır. İşgal ettikleri hacim, güç yoğunluğu ve ağırlık açısından oldukça avantajlıdır. Tablo 1. Dizel motorların karşılaştırılması(Söğüt) kW d/d ton kW/ton m3/ton Düşük devirli 7000 100 317 23 0.90 Ort devirli 520 153 50 1.25 Yüksek devirli 1300 21 330 1.9

Yüksek Devirli Dizel Motorları

Benzinli (Buji ateşlemeli) Motorlar Buji ateşlemeli motorlarda yanmaya hazırlanan karışımın kontrollü tutuşması önemli olduğu için yakıtın vuruntu mukavemeti(oktan sayısı) artırılır. Yanma hızları yüksek olduğu için çok yüksek devirlerde çalıştırılabilirler. kontrolsüz tutuşma riski dolayısıyla büyük hacimli ve yüksek sıkıştırma oranlarında çalıştırılamadıklarından yüksek güçlü benzin motoru imal edilememektedir. Kullanılan yakıtın alevlenme sıcaklığının dizel yakıta göre düşük olması yangın riskini artırdığı için benzinli motorların gemi ana ve yardımcı sistemlerde kullanımına rastlanmaz.

Buhar Türbinleri Basınçlı buhardan aldığı enerjiyi genişletmek suretiyle dönme hareketine dönüştüren bir ısı makinesidir. Yüksek ısıl verimleri (ekonomik neden) ve yüksek güç/ağırlık oranları(güç yoğunluğu) dolayısıyla yerini iki stroklu dizel motorlu terk etmiştir. Günümüzde, buhar türbinleri dizel makinelerinin ulaşamadığı güçlere yani 1300000 BG’ ye kadar üretilebilmektedir. Transatlantik, büyük konteyner gemileri gibi ticaret gemilerinde de bu nedenle buhar türbini ana güç üreteci olarak kullanılmaktadır. Bakımlarının kolay, dayanıklı ve yüksek hızda seyir imkânı sağladığı için askeri gemilerde tercih edilmektedir. Harp gemileri için büyük makine güçlerine gerek olduğunda da çoğu zaman korvetlerden başlayarak destroyer, hafif ve ağır kruvazörler, uçak ve muharebe gemilerinde de buhar türbinleri ana sevk makinesi olarak tercih edilmektedir

Buhar Türbinli Çevrim (Rankine)

Buhar Türbinleri Türbinler dönme hareketi yaptığı için daha ziyade jeneratörlerin tahrikinde kullanılmaktadırlar. Dünya üzerinde elde edilen elektriğin %80 i buhar türbinlerinin tahrikiyle olmaktadır. Tek kademeli olabilecekleri gibi çoğunlukla çok kademeli yapılırlar. Bunun nedeni buharın sahip olduğu enerjinin tek bir kademe ile işe çevrilememesidir. Bir türbin üzerinde kanatçıklar taşıyan çok sayıda kademeden oluşur. Gövde üzerindeki sabit kanatçıklar rotor üzerindeki kanatlara yönlendirilmiştir.

Buhar Türbinleri Türbinler ısıl enerjiyi genişletme şekillerine göre impals (etki) ve reaksiyon türbini adını alırlar. Çoğunlukla her iki türbin tek çatı altında birleştirilir Bu şekilde türbin yapısı hem basitleştirilmiş hemde verimi artırılmış olur. Bu yapıda,ilk basamağı tek kademeli aksiyon (Curtis ) türbini daha sonra ise aynı rotora bağlı olacak şekilde çok kademeli reaksiyon türbini takip eder.

Buhar Türbinleri Gemi türbinlerinde devir sayısı değişkendir. Türbinli gemilerde devir düşürücü kullanılarak pervane devri 100 d/d’ya düşürülür. Devir düşürmenin nedeni yüksek devirlerde pervane veriminin düşük olmasıdır. Buhar türbini yapısı gereği sadece tek yönde döner, tersine döndürülemez. Halbuki gemilerde hem ileri, hem de daha kısa süreli olmak üzere geri (tornistan) hareket vardır. Bu hareketleri sağlamak için türbinli gemilerde üç tip sistem kullanılır: Doğrudan Tahrik Bu durumda ileri ve geri (tornistan) hareketi sağlamak için en az iki türbin kullanılır. Tornistan türbini pervaneyi ters yönde çalıştırarak geri hareketi sağlar. Tornistan türbini daha çok manevra ve acil durumlarda kısa süreli kullanılır. Bu nedenle ileri türbine göre gücü daha düşük tutulur(Ptornistan ≈ 1/3 Pileri)

Buhar Türbinleri Doğrudan Tahrik

Buhar Türbinleri Pitch Kontrollü Pervane Modern gemilerde daha çok bu sistem kullanılır. Bu sistemde tek bir türbin kullanılır ve pervane tek yönde döner. Pervane kanatları hareketlidir ve ekseni etrafında dönebilir. Uzaktan kumanda ile kanat açıları değiştirilerek suyun akışı, buna bağlı olarak ta ileri ve geri hareket sağlanır.

Türbo jeneratör Atık ısıdan faydalanma için buhar türbininden elektrik elde edilir. Elde edilen elektrik farklı amaçlar için kullanılabilir.

Atık Isıdan Faydalanma-1 Sistem atık ısı kazanı, iki adet buhar türbini, iki adet devir düşürücü, bir jeneratör ve bir adet AC jeneratör/motordan (pervane şaftı üzerinde) oluşur. .

Atık Isıdan Faydalanma-1 Atık ısı kazanı buhar eldesi için gerekli enerjiyi, güç türbini ve türbo doldurucu çıkışındaki egzoz gazlarından alır. Kazan elde edilen bu buharı iki farklı basınçta buhar türbinine farklı kademelerde gönderir. Ana makine şaftı üzerindeki jeneratör/motor talep fazla olduğunda ilave elektrik enerjisi amacıyla kullanılır(Elektrik modu). Elektrik enerji talebi az olduğunda ise (motor modu) çıkış miline güç takviyesi amacıyla kullanılır. Elektronik Enerji yönetim modülü ise çalışma şartlarına bağlı olarak çalışma modlarını ayarlar.

Atık Isıdan Faydalanma-2 Bu sistemde ise tek bir daha yüksek güçte bir güç türbini kullanılır. Güç türbini jeneratöre bir devir düşürücü ile bağlıdır.

Buhar Türbinleri Turbo-Elektrik Sistemi Bu sistemde de tek bir türbin kullanılır ve bu türbin bir jeneratöre hareket vererek elektrik üretilir. Üretilen elektrikle çalışan bir elektrik motoru pervane miline hareket verir. Elektrik motorunu kolaylıkla tersine döndürmek mümkündür. Böylece pervane de tersine döndürülerek geri hareket sağlanmış olur.

Gaz Türbinleri Gaz türbini ile çalışan tahrik sistemlerinde yüksek özgül hacme sahip olan atmosferik hava kompresör kademelerinde sıkıştırılır. Sıcaklık ve basıncı artan hava yanma odasında tutuşturulur. Yüksek sıcaklık ve basınca ulaşan yanmış gazlar gaz türbininin kanatlarına çarparak genişler ve iş elde edilir. Yanma odasından çıkan gazın sahip olduğu yüksek kinetik enerji tek bir kanatla işe çevrilemediği için buhar türbinlerinde olduğu gibi kademeli genişleme yaparak yanmış gazdan alınabilecek iş artırılmış olur.

Gaz Türbinleri

Gaz Türbini yerleştirme şekli

Görevleri bakımından gemi makineleri Görevleri bakımından gemi makineleri üç ana başlık altında incelenebilir. Ana makineler Gemi sevk makinesi olarak pervaneyi tahrik eden dıştan veya içten yanmalı makinelerdir. Bazı gemi makinelerinin devir sayısı çok yüksektir. Örneğin buhar türbinlerinde devir sayısı 3500-6000 dev/dak arasında değişmektedir. Çoğu zaman küçük teknelerde kullanılan motorlarında devir sayıları da 2000 dev/dak' nın üzerindedir. Bu tip makineler devir sayıları düşürülerek pervaneye bağlanırlar.

Gemi Yardımcı Makineleri Her türlü hava ve deniz koşullarında ve limanlarda gemilerin normal çalışma düzenini sürdüren makineleri gemi yardımcı makineleri denir. Ana makine yardımcıları Gemi sevk görevi yapan makinelerin çalışmasına yardımcı olan makinelere ana makine yardımcıları denir. Bu makinere, sirkülasyon pompası, yağlama yağı pompası, soğutma suyu pompası, yakıt pompası örnek gösterilebilir. Güverte yardımcıları Ana makinenin çalıştırılması ile ilişkisi bulunmayan makinelerdir. Geminin yük alıp vermesinde yararlanılan vinçler, filika mataforaları yada filika vinçleri, çekme makineleri, dümen makineleri ve dümen donanımları güverte yardımcıları sınıfına girer. Görev makineleri Ana makinaya yardımcı olmayan, gemi personeli ve yolcuların konforunu sağlayan makineleridir. İçme suyu pompası, WC ve yangın devrelerine deniz suyu vermede kullanılan deniz suyu pompası, sintine ve balast pompaları bu sınıfa girmektedir.

Gemi sevk sistemlerinin karşılaştırılması Buhar türbini yüksek gücü verimli olarak üretir. Bununla beraber verimli devir hızı, normal pervane devirlerinin çok üstündedir ve devir düşürme dişli grubu gerektirirler. Geminin tornistan yapması için tesise ayrı bir türbin eklenmelidir. Yüksek basınç ve yüksek sıcaklıktaki buharı en uygun verimle kullanabilir veya düşük basınçlı buhar kullanımı içinde dizayn edilebilirler. Diesel motoru kolaylıkla kontrol edilebilir ve ters yönde çalıştırılabilir. Küçük bir hacim işgal eder ve çok verimlidir, ancak bir buhar tesisinden daha yüksek kaliteli bir yakıt ve daha çok yağlama yağı gerektirir. Pervane dizaynı makine karakteristiklerine mümkün olduğu kadar uyum sağlayacak şekilde yapılmalıdır. Gaz türbinleri harp gemilerinde sevk makineleri olarak kullanılmaktadır. Gaz türbinlerinin öncelikle ağırlığın önemli olduğu yüksek performanslı tekneler için uygun olduğu düşünülmüştür ve firkateyn ve destroyerlerde kombine makine konfigürasyonlarında güç çıkışını arttırmak için kullanılmıştır.

Gemi sevk sistemlerinin karşılaştırılması Modern gaz türbinlerinin dayanıklılığı, güvenilirliği ve termik verimlerindeki artış askeri uygulamalar için önemli bir sevk makinesi durumuna gelmelerine yol açmıştır. Ticari denizcilik alanında gaz türbinlerinin kullanımı çok daha sınırlıdır. Bununla beraber ,yakın geçmişte havacılıktan adapte edilen gaz türbinlerinin ticari gemilerde artan sayıda kullanıldığı görülmektedir. Gaz türbinlerinin ticari gemilerdeki uygulamaları hızlı ve yüksek kapasitede insan ve araç taşımacılığında yoğunlaşmaktadır. Gaz türbinlerinin bu yüksek performans teknelerinde artan kullanımının başlıca sebepleri, bu makinaların düşük ağırlığı, küçük hacimleri, daha uzun peryotlarda kullanılabilirlikleri, düşük yatırım harcamaları, düşük egzost emisyonları ve kabul edilebilir işletme masraflarıdır.  

Gemi sevk sistemlerinin karşılaştırılması Nükleer yakıtlı tesislerin en büyük avantajı fosil yakıtlı tesislere kıyasla nükleer yakıtın çok daha uzun süre dayanmasıdır. Sevk yakıtının kısa sürelerde yenilenme ihtiyacının azaltılması özellikle askeri operasyonlar açısından çok önemlidir. Bu fayda, ekonomik olarak ticari gemi işletmeciliğine genişletilememektedir. Yüksek ilk yatırım maliyeti ile yakıtın pahalılığının yanında tesisin işletilmesi için gerekli olan çok iyi eğitilmiş personel gereksinimi işletme maliyetlerine eklenmelidir. Türbo-elektrik ve Diesel-elektrik tahrik sistemleri bazı özel tesisler için çok avantajlı olabilirler. Devir düşürücü vasıtayla veya doğrudan tahrik sistemlerine göre daha yüksek ilk yatırım maliyetleri ve nispeten düşük verimleri dezavantajları olmakla birlikte kontrol kolaylığı ve pervanenin güç-devir karakteristiklerine verimli uyum sağlama gibi avantajları vardır.

Gemi sevk sistemlerinin karşılaştırmalı avantaj ve dezavantajları