Akademik Veri Yönetim Sistemi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Deniz Ulaştırma Mühendisliği, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2015
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: ÇAĞLAR DERE
Danışman: Ismail Çiçek
Özet:
Dünya ticaretinin büyük bir bölümü deniz taşımacılığı ile gerçekleşmektedir. Ticaret gemilerinin sevkinde kullanılan ana makineler yakıt tüketimi ve güç avantajlarından ötürü genelde iki zamanlı ağır devirli dizel makinelerden oluşmaktadır. Geminin sevki sırasında ana makine veya makine dairesinde meydana gelebilecek önemli bir arıza sonucu operasyonun aksaması veya durması ile sonuçlanabilecek arızaların azaltılabilmesi için ilk olarak makine dairesi içerisindeki en önemli eleman olan ana makinenin uygun koşullarda çalıştırılması ve korunması gerekir. Bu yüzden operasyon sırasında ana makinenin çalışma prensibinin gemi makineleri işletme mühendisleri tarafından iyi anlaşılması çok önemlidir.
Ana makine operasyonunda ana makine ile birlikte çalışan; T/C türbin, T/C kompresör, yağlama ve soğutma sistemleri gibi sistem bileşenleri, mevcuttur. Bu sistemlerde veya bileşenlerinde oluşabilecek problemler ana makinenin çalışmasına direk olarak etki eder. Örneğin, iki zamanlı bir ana makine, egzoz, süpürme, ve yeni çevrim için dolgunun silindire alınması işlemini pistonun alt ölü noktaya yakın konumlarında yapar. Kısa süre içerisinde atmosferik basınçlar ile süpürülme ve yeterli dolgunun sağlanması imkansızdır. Bu yüzden turboşarjer sistemi iki zamanlı ağır devirli bir ana makine için elzem bir ekipmandır. T/C sisteminde meydana gelecek bir arıza ana makinenin çalışma koşullarına direkt etki edecektir.
Bu tez çalışması, iki zamanlı bir dizel ana makinesinin modellenmesi, T/C kompresörün oluşturduğu hava dolgusu ile hava girişinden itibaren, T/C türbine egzoz gazlarının T/C’i çalıştırmasına kadar olan sürecin modellenmesini kapsamaktadır. Hesaplamarın yapılabilmesi için silindir gazlarının ideal gaz kanunlarına uyduğu, kaçakların veya geri akışların olmadığı gibi kabuller yapılarak modelleme yapılmıştır. Kütle ve enerjinin korunumu ilkesine dayanarak hava silindir içerisine alındıktan sonra püskürtülen yakıtın barındırdığı kimyasal enerjinin silindir gazları (hava, yakıt, yanmış gaz) üzerindeki sıcaklık ve basınç değişimleri tek bölgeli termodinamik model ve Wiebe Yanma Oranları Fonksiyonu kullanılarak modellenmiştir. Ana makine simülasyonu oluşturulması ana makineye bağlı bir çok alt sistemlerin de modellenmesini gerektirdiğinden, çalışma içerisinde ana makine ve alt sistemler bölümlere ayrılmıştır. T/C kompresör, skavenç manifoldu, emme portu, silindir içi prosesleri (sıkıştırma, püskürtme, tutuşma gecikmesi, yanma, genleşme egzoz, dolgu değişimi), egzoz manifoldu, T/C türbini ayrı birer alt sistem olarak düşünülerek modellenmiştir. Alt modellerin sistem içerisindeki görevine göre herbir sistemin model yaklaşımları farklı yapılmıştır. Bu modellerde lineer model; dolgu değişiminde ve soğutmada, ortalama değer modeli; T/C Türbin ve kompresör hesaplarında, fenomenolojik model; silindir içindeki proseslerde, tek bölgeli termodinamik model; yanma olayında, dalgalanmasız modelleme; egzoz prosesinin açıklanmasında kullanılmış, tutuşma gecikmesi, sıkıştırma, genleşme prosesleri ve güç aktarımı, termodinamik ve matematik denklemler ile oluşturulmuştur. Pervaneye iletilecek fren gücünün hesaplanması için sürtünme kuvvetlerini hesaplayan alt program oluşturularak ana modelleme programına yerleştirilmiştir. Tüm bu sistemlerin ve bileşenlerinin birlikte çalışması krank açısı değişimine bağlı olarak dinamik bir şekilde modellenmiştir.
Simülasyon, Labview grafiksel programlama dilinde oluşturulmuş, dinamik sistemlerin modellenmesi için kullanılan State Machine (Durum makinesi) yöntemi kullanılarak yazılım mimarisi oluşturulmuştur. Durum belirleyici olarak krank açısı referans alınmış, krank açısının değişimi durumlar arasında geçişi sağlayarak içerisinde bulunan modellerin birbirilerine veri aktarması ile tüm sistemin ve alt sistemlerin birlikte çalışması sağlanmıştır.
Simülasyonu oluşturulan ana makine; Sulzer RTA 84C 12 silindirli iki zamanlı ana makinesidir. Silindir çapı, strok uzunluğu, emme portlarının açılma zamanı, biyel kolu uzunluğu gibi ana makineye ait sabit parametreler makine teknik kataloğundan alınmıştır. Değişken durumlardaki T/C kompresör ve skavenç manifoldu basınç değerleri, maksimum basınç oluşma zamanı, T/C türbin bilgileri, devir sayısı ve yakıt tüketimi gibi değerler ise makinenin değişken durumlardaki test verileri alınarak elde edilmiştir. Oluşturulan simülasyonun farklı yüklerde çalıştırılması ile silindir içerisindeki basınç ve sıcaklık değerlerinin değişimi, egzoz manifoldu basınç ve sıcaklık değerleri, T/C Türbini tarafından üretilen güç, skavenç manifoldu basıncı, ve krankşafta aktarılan güç miktarı hesaplanmıştır. Makine operasyonu sırasında makineye verilen yakıt miktarının değiştirilmesi ile ana makinede meydana gelen değişimlerin izlenebileceği bir simülasyon oluşturulmuştur.
Bu çalışmadaki modelleme ve bu tez için geliştirilen örnek simülasyonlar, 0531.STZ.2013-2 SANTEZ projesi ile gerçekleştirilecek olan ‘Gemi Ana Makine Sümülatörü’ projesinde de kullanılacaktır. Bu yüzden programlama mimarisi proje kapsamında geliştirilmesi planlanan simülatör programına da uyum sağlayacak şekilde oluşturulmuştur.