Título17 28 remolcador rompehielos 100 TPF

(1)

Escola Politécnica Superior

T

RABAJO

F

IN DE

M

ÁSTER

CURSO

2016/17

REMOLCADOR ROMPEHIELOS 100TPF

Máster en Ingeniería Naval y Oceánica

Cuaderno 10

DEFINICIÓN

DE

LA

PLANTA

PROPULSORA

Y

SUS

AUXILIARES

(2)

Cuaderno 10: Definición de la planta propulsora y sus auxiliares Miguel Pérez-Lafuente Recuna

2

Escola Politécnica Superior

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA NAVAL Y OCEÁNICA

ANTEPROYECTO Y PROYECTO FIN DE CARRERA

CURSO 2.016-2017

PROYECTO NÚMERO 17- 28

TIPO DE BUQUE: Buque remolcador rompehielos de 100 TPF OPERACIONES EN PUERTO CON ALTO NIVEL DE HIELO PARA ESCOLTA DE GRANDES BUQUES Y OPERACIONES ROMPEHIELOS

CLASIFICACIÓN, COTA Y REGLAMENTOS DE APLICACIÓN: REGISTRO RUSO, KM, SOLAS, MARPOL, DYNPOS-1, Icebreaker6, FF3WS, AUT1-ICS, OMBO, EPP, ECO-S, Oil recovery ship (>60°C), Tug

CARACTERÍSTICAS DE LA CARGA: 100 TPF 2000 TPM 400 M2 DE SUPERFICIE DE CUBIERTA

VELOCIDAD Y AUTONOMÍA: 15 nudos en condiciones de servicio 80% MCR y 18% MM

SISTEMAS Y EQUIPOS DE CARGA / DESCARGA: Maquinilla de remolque en cubierta y en proa. Grúa en cubierta

PROPULSIÓN: Diésel eléctrica MDO, AZIPODS EN PROA Y POPA, 10 MW DE POTENCIA

TRIPULACIÓN Y PASAJE: 30 personas de tripulación 40 náufragos

OTROS EQUIPOS E INSTALACIONES: Los habituales en este tipo de buques

Ferrol, Octubre de 2.016

(3)

3

Í

NDICE

1. Presentación…………..……….………….……...4

2. Planta de Potencia………5

2.1 Motores Eléctricos………..…6

2.2 Otros Consumidores………..……7

2.3 Conexiones y Elementos entre Diésel Generadores y Consumidores…….………7

2.4 Número y Características de los Diésel Generadores………....8

3. Justificación de la Potencia del Diésel Generador………10

4. Definición de Sistemas Auxiliares de la Generación………..………..11

4.1 Sistema de Combustible……….11

4.2 Sistema de Lubricación………..………16

4.3 Sistema de Refrigeración………...18

4.4 Sistema de Aire de Arranque……….20

5. Ventilación de la Cámara de Máquinas………..22

5.1 Flujo de Aire para Combustión………..22

5.2 Flujo de Aire para Evacuación de la Emisión de Calor……….23

5.3 Flujo de Aire Total (Q)………27

5.4 Selección de los Ventiladores………...27

5.5 Ventilación del Local de AziPods……….28

6. Thrusters de Proa………..29

7. Estimación de Consumo y Comprobación de Autonomía………...32

7.1 Consumo de los Diésel Generadores (Combustible)………32

7.2 Consumo de los Diésel Generadores (Aceite)………...33

8. Disposición Preliminar de Cámara de Máquinas………..34

ANEXO I: Plano de Cámara de Máquinas……….35

ANEXO II: Plano de Disposición General………..37

ANEXO III: Especificación Técnica de los Propulsores AziPod……….39

ANEXO IV: Especificación Técnica de los Diésel Generadores………....64

ANEXO V: Project Guide de los Diésel Generadores………..67

ANEXO VI: Especificación Técnica del Compresor de Aire………..196

ANEXO VII: Especificación Técnica de los Ventiladores………...199

ANEXO VIII: Especificación Técnica de los Thrusters de Proa………212

ANEXO IX: Tabla de Tanques………233

(4)

4

1. P

RESENTACIÓN

En este cuaderno, en la mayoría de los casos, consiste en definir el motor propulsor del buque, sin embargo, al tratarse de una planta diésel eléctrica con propulsores AziPod, los motores propulsores son eléctricos, y vienen incorporados en el módulo del propulsor, y reciben su energía de los diésel generadores, que suministran potencia a todo el buque, por lo que se definirá la cámara de máquinas al completo.

Conocidas la marca y modelo de los diésel generadores, mediante el Project Guide

proporcionado por el fabricante se hará un estudio de los servicios y equipos auxiliares de la generación.

A continuación se calculará la ventilación de la cámara de máquinas del buque, los propulsores thruster y se comprobarán los consumos de combustible y aceite y las capacidades dimensionadas en el Cuaderno 4.

Por último, se presentará un plano con la disposición de la cámara de máquinas.

Las dimensiones principales del buque son:

Sus características principales son la de rompehielos y la de remolcador. A mayores, este buque tiene sistemas de succión de aceites en la superficie del mar, cuenta con equipo de rescate y con equipos para combatir incendios en otros buques.

Lpp (m) 58,25 ∆(Tn) 4495

Ltotal (m) 66,60 Cb 0,66

B (m) 16,20 Potencia (kW) 10660

(5)

5

2. P

LANTA DE

P

OTENCIA

En primer lugar, se describirá el funcionamiento de una planta de estas características. El buque cuenta con una nota de clase EPP, que indica que la planta de propulsión del buque debe ser eléctrica (Electric Propulsion Plant), por lo que el buque tendrá varios diésel generadores que generarán toda la energía eléctrica del buque,y con la cual se abastecerá a los motores eléctricos que accionan los propulsores del buque. A continuación se presenta el esquema de distribución:

Las plantas diésel eléctricas generalmente están constituidas por generadores diésel de corriente alterna, sin embargo, se diferencian unas de otras por:

- Tipo de motores eléctricos (CC, CA, síncronos o asíncronos…).

- Interconexiones entre generador y motor (Transformadores, rectificadores…). - Sistema propulsor (Azimutal, Pod, hélice convencional…).

- Tipo de buque (Consumidores).

- Los generadores diésel generalmente son todos de corriente alterna. Diésel

Generadores

Interconexiones Motores

eléctricos Propulsores

(6)

6

Se deben tener en cuenta los siguientes puntos a la hora de escoger la disposición básica de la planta:

- Tipología y características de los motores eléctricos.

- Conexiones y equipos entre los diésel generadores y los motores eléctricos. - Número y características de los diésel generadores.

- Consumidores no destinados a la propulsión.

2.1 Motores Eléctricos

Se describen a continuación, brevemente, las distintas características de cada tipo de motor, lo que nos permitirá elegir el tipo de motores eléctricos con los que se equipará al buque:

MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

Suministran una potencia constante a diferentes revoluciones mediante un regulador de campo, cuyo funcionamiento es análogo a un dispositivo mecánico formado por un engranaje reductor, con una relación de reducción infinitamente ajustable, lo que permite al motor primario funcionar a una velocidad constante, mientras que la velocidad del propulsor varía con la carga.

Son capaces de conseguir grandes pares a las diferentes velocidades de trabajo. Son los motores más silenciosos dentro de los motores eléctricos, lo que los hace adecuados para aplicaciones donde se requieran bajos niveles de ruido o vibraciones.

Por el contrario, son los motores de eficiencia más baja, además de requerir mayores costes de mantenimiento y adquisición y tener un ciclo de vida más corto en relación a otros tipos de motores.

MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA

Son los motores más utilizados en la industria eléctrica. Se caracteriza por un gran ciclo de vida, gran fiabilidad y bajo coste de adquisición y mantenimiento.

Se pueden usar como motores de velocidad constante directamente conectados a la red, o como motores de velocidad variable si se alimentan mediante convertidores de frecuencia.

MOTORES SÍNCRONOS

Poseen un alto rendimiento y requieren un bajo nivel de mantenimiento. Estos motores se recomiendan para buques con requerimientos de potencia menores a 5 MW.

MOTORES ASÍNCRONOS

(7)

7

Finalmente, en base a estas definiciones, y teniendo en cuenta la potencia de la planta de propulsión del buque dimensionada en el Cuaderno 6 (9MW) se escogen para el buque propulsores AziPod con motores eléctricos de corriente alterna de tipo asíncronos.

Se escogen 2 propulsores de la marca ABB, modelo CO 1400, con una potencia de 4,5 MW cada uno. En el ANEXO III se presenta la especificación técnica de esos propulsores.

2.2 Otros Consumidores

A la hora de diseñar la planta propulsora, se debe tener en cuenta también los consumidores que no sean los propulsores principales, pues al ser una planta diésel eléctrica, los diésel generadores suministran energía eléctrica a todo el buque.

El resto de consumidores se definen en el Cuaderno 11.

2.3 Conexiones y Elementos entre Diésel Generadores y

Consumidores

(8)

8

Los diésel generadores se conectarán a las barras principales, suministrando corriente alterna. De estas barras, la corriente se distribuye a los diferentes consumidores (grúas, motores eléctricos, luces…).

Siguiendo las recomendaciones del artículo “Diésel Electric Propulsion Plants” de la

casa MAN, la corriente de los propulsores es a 690 V y 50 Hz (Potencia de cada motor propulsor = 4,5 MW), la cual, antes de llegar a algunos consumidores tendrá que pasar por transformadores y convertidores de frecuencia, para que se adecúe a las necesidades propias de cada consumidor.

2.4 Número y Características de los Diésel Generadores

La potencia requerida por los servicios del buque se calculará de forma precisa en el Cuaderno 11, a continuación se resume la elección de los Diésel Generadores:

Los consumidores que caracterizan la potencia en este tipo de buque son: - Potencia propulsora (Calculada en el Cuaderno 6, con un valor de 9 MW). - Posicionamiento dinámico

Se suponen unas pérdidas de potencia desde la máquina al propulsor de un 8%, siguiendo la recomendación en el artículo “Diésel Electric Propulsion Plants” de la casa

MAN:

En el Cuaderno 11 se estimaron los siguientes consumos en función de la condición del buque:

Condición Operativa Potencia (kW)

Navegación 6903,69 Rompehielos 10180,97

(9)

9

A partir de la potencia requerida por el buque en las diferentes condiciones, se determina el número de diésel generadores, teniendo en cuenta que:

- Generalmente, cuanto mayor es el equipo, menor el consumo por kW generado. - A menor número de equipos, menos necesidades de mantenimiento y equipos

auxiliares.

- Disponer de equipos diferentes, requiere un mayor mantenimiento y conocimientos por parte de la tripulación.

- Contar con más equipos proporciona mayor versatilidad y seguridad frente a posibles averías.

- La potencia requerida en la condición de emergencia será suministrada por un generador independiente (Generador de emergencia).

Tal y como se define en el Cuaderno 11, el buque proyecto contará con 4 diésel generadores iguales, de la marca Rolls-Royce, modelo Bergen C25:33L8A, de las siguientes características:

En el ANEXO IV se muestra la especificación técnica de los diésel generadores escogidos.

Potencia (kW) 2665

Potencia (KVA) 3197

Número 4

Potencia total (kW) 10660

Condición Pot. Requerida (kW) % Uso DG

Navegación 6903,69 65%

Rompehielos 10180,97 95%

Remolque 10374,11 96%

Pos. Dinámico 2023,99 19%

Contra Incendios 3141,98 29%

Contra Contaminación 2370,05 22%

Salvamento 2080,59 20%

Rolls‐Royce Bergen C25:33L8A

(10)

10

3. J

USTIFICACIÓN DE LA

P

OTENCIA DEL

D

IÉSEL

G

ENERADOR

Se comprobará a continuación que la potencia real es la que nos indica el fabricante, calculada a partir de la presión media efectiva, las revoluciones del motor, el volumen de los cilindros y el número de tiempos (2 tiempos (a = 1) o 4 tiempos(a=2)):

ú ∗ ∗

4 33 ∗

∗ 25

4 16.198,84

.

∗ ∗

∗ 450.000

1000 ∗ 24,7 ∗ 16.198,84 2 ∗ 450.000

. ⁄ .

º ∗ ⁄ . 8 ∗ 444,57 3556,55 2652,12

La potencia total calculada (2652,12 kW) es un poco inferior a la proporcionada por el fabricante (2665 kW). Esta desigualdad puede deberse a los rendimientos internos del motor, existencia de turbo compresores…. A pesar de ello, este cálculo sirve para concluir que los datos aportados por el fabricante son fiables.

(11)

11

4. D

EFINICIÓN DE

S

ISTEMAS

A

UXILIARES DE LA

G

ENERACIÓN

El buque solo cuenta con diésel generadores, por lo que los sistemas auxiliares de la propulsión, en este caso se denominan sistemas auxiliares de la generación.

Escogidos ya los diésel generadores, se dimensionarán sus sistemas auxiliares. Los cálculos se realizarán de manera que se permita el funcionamiento de los generadores, en situaciones de emergencia, por encima del régimen indicado en el RPA (80% MCR).

Para el dimensionamiento de estos sistemas se utilizará el Project Guide de los

diésel generadores, que se presenta en el ANEXO V.

4.1 Sistema de Combustible

A continuación se muestra una representación esquemática de este sistema:

Los elementos de que está compuesto este sistema son:

TANQUES DE COMBUSTIBLE

El combustible se transfiere desde los tanques almacén hasta los tanques de sedimentación para una separación inicial de lodos y agua. Después de esta etapa, el combustible se transfiere a los tanques de uso diario, desde los cuales se alimentará a los respectivos motores.

- Tanques de sedimentación: El Project Guide del diésel generador no exige la

(12)

12

incorporarán al buque. El dimensionamiento será igual al de los tanques de uso diario.

- Tanques de uso diario: Se dimensionarán con capacidad para un consumo a plena carga durante 24 horas, con alarmas de alto y bajo nivel de llenado.

- Tanque de lodos: donde se almacenarán las fugas de combustible y aceites previamente hayan pasado por un separador.

El planteamiento de los tanques es el siguiente:

Las capacidades de los tanques se comprobarán más adelante.

BOMBA DE ALIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLE

Según el Project Guide, se decide que la bomba de alimentación será eléctrica, de

las siguientes características:

Se considerará que cada bomba de circulación alimenta 2 diésel generadores, la presión de las bombas será de 7 bar y su capacidad será de 4 veces el consumo total, por lo que la capacidad será de:

(13)

13

Se tendrán 2 grupos de 2 diésel generadores, por lo que se tendrán 2 bombas de servicio más una de reserva, de las mismas características. Se escogen las bombas a partir del caudal con las curvas características de las bombas del catálogo de la marca KSB, adjunto en el ANEXO X. Las bombas de alimentación de combustible son:

BOMBAS DE TRASIEGO DE COMBUSTIBLE

Aunque el Project Guide no hace referencia a los tanques de sedimentación, se

decide disponer de una bomba capaz de llenar los dos tanques de sedimentación en 10 horas.

El volumen de los tanques de sedimentación obtenido en el compartimentado del Cuaderno 4 es de 24,70 m3_{. Se disponen 2 tanques de sedimentación, por lo que el caudal}

de la bomba será de:

2 ∗ 24,70

10 4,94 ⁄

Se tomará la misma presión que para las bombas de alimentación, 7 bar.

Además, se contará con otra bomba de trasiego de combustible de los tanques de sedimentación a los de uso diario. Serán de las mismas características que los anteriores ya que el volumen de los tanques de uso diario y sedimentación son iguales. Se incluirán 2 bombas de reserva, una para cada etapa de trasiego.

Se escogen las bombas a partir del caudal con las curvas características de las bombas del catálogo de la marca KSB, adjunto en el ANEXO X. Las bombas del servicio de trasiego de combustible son:

Modelo MegaCPK 050‐32‐250.1

Nº bombas servicio 2

Q unit (m3/h) 4,65

Q tot (m3/h) 9,3

P (bar) 7

rpm 2900

Potencia (kW) 7

Nº bombas reserva 1

Q unit (m3/h) 4,65

Q tot (m3/h) 9,3

P (bar) 7

rpm 2900

Potencia (kW) 7

(14)

14 SEPARADORA

El cálculo de la separadora se realizará según como indica el fabricante:

⁄ 4 ∗ 2665 ∗ 185 ∗ 10 ∗ 1.18 ∗ 24

0.85 ∗ 24 2742,88 ⁄ 2.76 /

Se contará con 2 bombas de alimentación a las separadoras, una de ellas de reserva, con capacidad para el caudal calculado y una presión de 7 bar (Iguales que las de alimentación y trasiego de combustible.

Se escogen las bombas a partir del caudal con las curvas características de las bombas del catálogo de la marca KSB, adjunto en el ANEXO X. Las bombas de alimentación de la separadora son:

Q unit (m3/h) 4,94

Q tot (m3/h) 9,88

P (bar) 7

rpm 2900

Potencia (kW) 7

Q unit (m3/h) 4,94

Q tot (m3/h) 9,88

P (bar) 7

rpm 2900

Potencia (kW) 7

(15)

15 PRECALENTADOR DE SEPARADORA

La temperatura de entrada a la separadora debe ser de 40º C, y en los tanques y tuberías de 20 ºC. Se puede calcular la potencia del calentador como sigue:

685,72 ∗ 40 20

1700 8,07

Se contará con un pre calentador de servicio y otro de reserva.

FILTROS

- El motor cuenta con un filtro dúplex de diésel de 7-10 micras.

- En la tubería de succión del tanque de uso diario habrá un colador mallado de 0,5 mm.

- En el medidor de flujo se incorporará otro colador de 50-100 micras.

Q unit (m3/h) 2,76

Q tot (m3/h) 2,76

P (bar) 7

rpm 2900

Potencia (kW) 5,5

Q unit (m3/h) 2,76

Q tot (m3/h) 2,76

P (bar) 7

rpm 2900

(16)

16

4.2 Sistema de Lubricación

El sistema de lubricación tiene como funciones básicas la lubricación de las partes metálicas para reducir la fricción, neutralizar los productos corrosivos generados en la combustión, refrigeración… La calidad del aceite debe ser SAE 40.

A continuación se muestra una representación esquemática de este sistema:

BOMBAS DE LUBRICACIÓN

Siguiendo el Project Guide, se utilizarán 2 bombas (1 de ellas de reserva), con una

presión de 5 bar y un caudal total de 74 m3_/h:

(17)

17 SEPARADORA

El caudal unitario de las separadoras se calcula como se indica a continuación:

4 ∗ 0,20 ∗ 2665 2136 ⁄ 2,14 ⁄

Por lo que se contará con 2 bombas, una de ellas de reserva. Se escogen las bombas a partir del caudal con las curvas características de las bombas del catálogo de la marca KSB, adjunto en el ANEXO X. Las bombas de alimentación de la separadora son:

Modelo MegaCPK 080‐50‐200

Q unit (m3/h) 74

Q tot (m3/h) 74

P (bar) 5

rpm 2900

Potencia (kW) 15

Q unit (m3/h) 74

Q tot (m3/h) 74

P (bar) 5

rpm 2900

LUBRICACIÓN

Q unit (m3/h) 2,14

Q tot (m3/h) 2,14

P (bar) 5

rpm 2900

Q unit (m3/h) 2,14

Q tot (m3/h) 2,14

P (bar) 5

rpm 2900

(18)

18 PRECALENTADOR DE LA SEPARADORA

Se calcula del mismo modo que la de combustible:

685,72 ∗ 40 20

1700 8,07

Se contará con un pre calentador de servicio y otro de reserva.

4.3 Sistema de Refrigeración

Una parte del agua dulce generada a bordo se utiliza para la refrigeración de los diésel generadores. El sistema de refrigeración se compone de dos circuitos independientes:

- Baja temperatura: Encargado de enfriar el aceite de refrigeración.

- Alta temperatura: Refrigeración de las camisas y las cabezas de los cilindros y del turbocompresor.

El agua del circuito de baja temperatura sale del intercambiador principal, en el que se enfría con agua salada. Del intercambiador pasa a un tanque de expansión, y de ahí pasa al intercambiador de aceite, impulsada por una bomba. Tras salir de éste, y antes de regresar al intercambiador principal, una parte de esta agua se mezcla con el agua del circuito de alta, disminuyendo su temperatura. El agua de este circuito es impulsada por una bomba, refrigera el bloque motor y el turbocompresor, se mezcla con parte del agua del circuito de baja y continúa su ciclo.

(19)

19 BOMBAS DE CIRCULACIÓN

Siguiendo el Project Guide, se utilizarán 3 bombas, 1 para el circuito de alta

temperatura, otra para el circuito de baja temperatura y 1 de reserva, con una presión de 3,5 bar y un caudal total de 45 m3_{/h en el circuito de alta temperatura y de 56 m}3_{/h en el de baja}

temperatura. La bomba de reserva será igual a la de mayor caudal.

Se escogen las bombas a partir del caudal con las curvas características de las bombas del catálogo de la marca KSB, adjunto en el ANEXO X. Las bombas de refrigeración son:

INTERCAMBIADORES DE CALOR

Siguiendo los datos técnicos del Project Guide, se utilizarán 2 sistemas de

intercambiadores de calor, uno para el circuito de alta temperatura, con una potencia de intercambio de 720 kW, y otro para el circuito de baja temperatura, con una potencia de 300 kW.

Modelo Etanorm 65‐40‐200 Modelo Etanorm 65‐50‐160

Nº bombas servicio 1 Nº bombas servicio 1

Q unit (m3/h) 61 Q unit (m3/h) 70

Q tot (m3/h) 61 Q tot (m3/h) 70

P (bar) 3,5 P (bar) 3,5

rpm 2900 rpm 2900

Potencia (kW) 10,5 Potencia (kW) 9,5

Q tot (m3/h) P (bar)

rpm Potencia (kW)

Etanorm 65‐50‐160 1

70 70 3,5 2900

9,5

Alta Temperatura (HT) Baja Temperatura (LT)

Modelo Nº bombas reserva

Q unit (m3/h)

(20)

20

Como se indicó anteriormente, los flujos normales de agua dulce (alta temperatura) y agua salada (baja temperatura) serán, respectivamente, 61 m3_{/h y 70 m}3_{/h. La bomba de}

circulación de agua dulce y agua salada ya se han definido, a continuación se escoge las bombas de aspiración de agua salada (1 de servicio y otra de reserva).

Se escogen las bombas a partir del caudal con las curvas características de las bombas del catálogo de la marca KSB, adjunto en el ANEXO X. Las bombas de agua salada son:

4.4 Sistema de Aire de Arranque

Se dimensionará la capacidad de las botellas de aire comprimido para el arranque de los motores principales.

En el Reglamento Ruso (Vol.2, Part VIII, Sec. 16) se indica que la capacidad de las botellas debe ser suficiente para el arranque simultáneo de todos los motores del buque. La capacidad total no podrá ser inferior a 12 arrancadas.+

Siguiendo el Project Guide del diésel generador, el volumen total de las botellas de

aire se calcula como se indica a continuación:

Modelo Etanorm 65‐50‐160

Q unit (m3/h) 70

Q tot (m3/h) 70

P (bar) 3,5

rpm 2900

Modelo Etanorm 65‐50‐160

Q unit (m3/h) 70

Q tot (m3/h) 70

P (bar) 3,5

rpm 2900

(21)

21

N = 4 * 4,3 = 17 arranques > 12 arranques requeridos.

17 1 ∗ 0,9

31 18 1,11

Se necesitarán 5 botellas de 250 litros.

El Reglamento Ruso (Vol.2, Part VIII, Sec. 16) indica que se instalarán al menos 2 compresores con una capacidad total suficiente para cargar las botellas de aire en el transcurso de 1 hora a la presión requerida, y que la capacidad estará compartida igualmente entre los dos compresores.

Siguiendo el Project Guide, el caudal de los compresores se calcula como se indica a

continuación:

31

1 ∗ 1,11 ∗ 60

60∗ 1,2 41,29 ⁄

Se escoge el modelo VA75 de la marca MacGregor, de 48 m3_{/h de caudal y un}

(22)

22

5. V

ENTILACIÓN DE LA

C

ÁMARA DE

M

ÁQUINAS

Para el cálculo de la ventilación de la cámara de máquinas se utilizará la norma UNE-EN ISO 8861:1999 y su ERRATUM 2001 de Construcción naval. Ventilación de la sala de máquinas de barcos de motor diésel. Requisitos de diseño y bases de cálculos.

La capacidad de la planta de ventilación deberá ser de tales características que proporcione unas condiciones de trabajo confortables en la sala de máquinas, que suministre el aire necesario para la combustión de los motores diésel de los diésel generadores, y que evite el sobrecalentamiento de los aparatos sensibles al calor.

Para cumplir con estos requisitos el aire debe distribuirse a todas las partes de la sala de máquinas, de manera que se eviten bolsas de aire caliente estancado. Se debe tener especial cuidado con las áreas de gran emisión de calor y con todas las áreas de trabajo habitual, en las que se debe suministrar aire exterior razonablemente fresco y limpio, a través de dispositivos de admisión orientables.

Al establecer la distribución de aire, se debe tener en cuenta todas las condiciones normales de funcionamiento de la maquinaria, tanto en el mar como en el puerto.

El flujo de aire total Q a la sala de máquinas será como mínimo el más alto de:

- Q = qc +qh (flujo de aire para combustión y para evacuación de la emisión de calor,

respectivamente).

- Q = 1,5 * qc (El 150% del flujo de aire para combustión.

Los cálculos deben basarse en el máximo régimen de los motores diésel de los diésel generadores trabajando simultáneamente en condiciones normales de mar, y con un aumento de temperatura de 12,5 K.

5.1 Flujo de Aire para Combustión

(23)

23 - Pdg = 2665 kW

- mad = 0,002 kg/kW*s

- ρ = 1,13 kg/m3

Se tienen 4 diésel generadores, por lo que:

4 ∗2665 ∗ 0,002

1.13 18,90 ⁄

El valor del flujo de aire para combustión es:

18,90 ⁄

(24)

24

Según el Erratum 2001, se sustituirá el valor de ∆T = 2,5 K por ∆T = 12,5 K

En el caso del buque proyecto, se tendrán en cuenta los factores que a continuación se calculan:

EMISIÓN DE CALOR DE LOS MOTORES DIESEL DE LOS DIESEL GENERADORES

Se calculará ϕdg según el apartado 7.1 de la norma, el cual da la siguiente tabla para

(25)

25 Se tienen 4 diésel generadores, por lo que:

ϕ 4 ∗ 0.396 ∗ 2665 , _396,56

EMISIÓN DE CALOR DE LOS GENERADORES DE LOS DIESEL GENERADORES

- Pg = 2560 kW

- η 0.96 96 %

Se tienen 4 generadores, por lo que:

ϕ 4 ∗ 2560 ∗ 1 96

(26)

26

EMISIÓN DE CALOR DE LAS INSTALACIONES ELÉCTRICAS

En el caso del buque proyecto, no se conoce la emisión de calor del equipo eléctrico, por lo que siendo conservadores, se tomará ϕ igual a ϕ , teniendo así:

ϕ ϕ 400,14

EMISIÓN DE CALOR DE LAS TUBERÍAS DE ESCAPE

La emisión de calor de las tuberías de escape puede determinarse a partir de las curvas del apartado 7.3 de la norma. Se utilizará ∆T = 320 K al no tener cifras específicas disponibles.

El Product Guide indica que los diámetros de las tuberías serán de 500 mm. Se

asume un espesor de aislamiento de 70 mm, aproximadamente.

- Emisión: 0,35 kW/m.

- Longitud de tubería: 40 m (Se tienen en cuenta los 4 generadores).

(27)

27 EMISIÓN DE CALOR DE OTROS COMPONENTES

Comprende la emisión de otros componentes como compresores, mecanismos reductores, intercambiadores de calor, sistema de tuberías e hidráulicos, en kW.

Se tomará como emisión de otros componentes, el 20% de la emisión de los generadores eléctricos.

ϕ 0,20 ∗ ϕ 0,20 ∗ 400,14 80,03

Calculadas todos los valores de emisión de calor, se procede a calcular el flujo de aire para evacuación de la emisión de calor:

ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ

∗ ∗ ∆ 0,4 ∗

396,56 400,14 400,14 14 80,03

1,13 ∗ 1,01 ∗ 12,5 0,4 ∗ 18,90

,

5.3 Flujo de Aire Total (Q)

Como se comentó anteriormente, será el mayor de los siguientes:

18,90 82,92 101,82 ⁄

1,5 ∗ 1,5 ∗ 18,90 28,35 ⁄

Por lo tanto, el flujo de aire total será:

28,35 ⁄ 102.060 ⁄

5.4 Selección de Ventiladores

Según los apuntes del profesor J. Ángel Fraguela de la asignatura Ingeniería de sistemas navales y oceánicos, los ventiladores instalados en

la cámara de máquinas deben ser del tipo helicoidal. Se dispondrán 3 ventiladores, más 1 de reserva.

Se escoge el modelo HGT-125-6T/3-4, del fabricante SODECA, con las siguientes características (En el ANEXO VII se presenta la especificación técnica del ventilador).

(28)

28

5.5 Ventilación del local de AziPods

Atendiendo a las indicaciones del fabricante de los propulsores AziPod, ABB, se instalarán 3 ventiladores en el local de los AziPods situado a popa del buque (2 de servicio y 1 de reserva), con una potencia de 15 kW cada uno. Se escoge el valor superior del rango de potencias recomendadas por tener el modelo del propulsor de mayor potencia de la gama CO, el AziPod CO 1400.

Para el caudal, ante la falta de datos para realizar un cálculo de ventilación, se toma como referencia el de los ventiladores de cámara de máquinas, tomando como valor aproximadamente el doble del caudal calculado, para ser más conservadores.

Se escoge el modelo HGT-125-4T/6-20, del fabricante SODECA, con las siguientes características (En el ANEXO VII se presenta la especificación técnica del ventilador).

Modelo HGT‐125‐4T/6‐20

Nº ventiladores servicio 2

Q unit (m3/h) 78300

Q tot (m3/h) 156600

rpm 1465

Modelo HGT‐125‐4T/6‐20

Nº ventiladores reserva 1

Q unit (m3/h) 78300

Q tot (m3/h) 78300

rpm 1465

(29)

29

6. T

HRUSTERS DE

P

ROA

En este apartado se definirán los sistemas propulsores auxiliares de proa.

Se entiende por estos sistemas propulsores auxiliares el thruster transversal y el thruster retráctil, ambos situados en la proa del buque.

Para el cálculo de la potencia de las hélices transversales necesarias para el buque, se utilizará el método que propone el libro ‘Proyecto Básico del Buque Mercante’ de R.

(30)

30 - Área de obra viva:

Á 331

- Área de obra muerta:

Á 574

Los valores de las áreas se han calculado en el plano de disposición general adjunto en el ANEXO II, con la ayuda del programa AutoCad.

De la figura 3.6.2. se obtiene un valor para F de 0,13 kN/m2_{, estimando previamente}

que la velocidad de giro sea 1,2 grados /segundo.

Finalmente, el empuje total necesario será el mayor de:

∗ Á 0,13 ∗ 331 43,03

∗ Á 0,13 ∗ 574 74,62

Se toma como empuje final  E = 74,62 kN = 7.488,95 Kg

La potencia del motor de accionamiento será:

7.488,95 ∗ 1

11 680,81 507,68

Teniendo en cuenta que esto es un cálculo teórico, se aplicará un margen del 30% en la potencia del thruster transversal:

507,68 ∗ 1,30 659,98

Para el thruster retráctil se tomarán los mismos valores de empuje y potencia necesaria del motor de accionamiento.

(31)

31 ELECCIÓN DE LOS THRUSTERS DE PROA

- Thruster transversal de proa: La hélice estará accionada por un motor eléctrico. Se escoge el modelo FU 63 de la marca BRUNVOLL, con un rango de potencia de 550 a 900 kW.

- Thruster retráctil de proa: La hélice estará accionada por un motor eléctrico. Se escoge el modelo AR 63 de la marca BRUNVOLL, con un rango de potencia de 500 a 880 kW.

(32)

32

7. E

STIMACIÓN DE

C

ONSUMO Y

C

ÁLCULO DE

A

UTONOMÍA

Se definirán a continuación los consumos y se calculará la autonomía final del buque para las condiciones de navegación libre, por ser la condición en que estará el buque la mayor parte del tiempo, y en la de remolque, por ser la que mayor demanda eléctrica requiere, lo que nos permitirá calcular la autonomía del buque en tareas de remolque (La potencia demandada en la condición de rompehielos es muy similar a la de remolque, por lo que también podremos determinar la autonomía del buque en labores de rompehielos). En el ANEXO IX se presenta una tabla resumen de las capacidades de los tanques del buque.

Cabe destacar, que en cuadernos anteriores, se ha supuesto una autonomía de 7.000 millas para el dimensionamiento de los tanques. A partir de las capacidades finales de los tanques del buque se calculan a continuación las autonomías en navegación libre y remolque:

7.1 Consumo de los Diésel Generadores (Combustible)

NAVEGACIÓN LIBRE

En la condición de navegación libre, el buque navega a 15 nudos de velocidad de servicio, con los diésel generadores a un régimen de 65% MCR, según el balance eléctrico realizado en el Cuaderno 11. El valor del consumo específico del diésel generador se obtiene de la especificación técnica del ANEXO IV.

1

15 ∗

185

1 ∗ ∗

1

10 ∗ 2665 ∗ 65% 0,0214 ⁄

Aplicamos un margen del 5%, obteniendo un peso final para los 4 diésel generadores de:

4 ∗ 0,0214 ⁄ ∗ 1,05 0,09 ⁄

Después del compartimentado realizado en el Cuaderno 4, se obtuvo una capacidad de los tanques de combustible de 791,49 Tn, por lo que la autonomía del buque en la condición de navegación libre es:

í _ó 791,49

0,09 8794,33

REMOLQUE

En la condición de remolque, el buque navega a 6 nudos de velocidad de servicio, con los diésel generadores a un régimen de 96% MCR, según el balance eléctrico realizado en el Cuaderno 11. El valor del consumo específico del diésel generador se obtiene de la especificación técnica del ANEXO IV.

1

6 ∗

185

1 ∗ ∗

1

10 ∗ 2665 ∗ 96% 0,0789 ⁄

Aplicamos un margen del 5%, obteniendo un peso final para los 4 diésel generadores de:

4 ∗ 0,0789 ⁄ ∗ 1,05 0,33 ⁄

Después del compartimentado realizado en el Cuaderno 4, se obtuvo una capacidad de los tanques de combustible de 791,49 Tn, por lo que la autonomía del buque en las operaciones de remolque es:

í 791,49

(33)

33

La autonomía en operaciones de rompehielos será un poco inferior a ésta, ya que las potencias demandadas en ambas condiciones son muy similares (200 kW aprox. de diferencia).

7.2 Consumo de los Diésel Generadores (Aceite)

A continuación se comprobará la capacidad de los tanques de aceite para las autonomías calculadas:

NAVEGACIÓN LIBRE

En la condición de navegación libre, el buque navega a 15 nudos de velocidad de servicio, con los diésel generadores a un régimen de 65% MCR, según el balance eléctrico realizado en el Cuaderno 11. El consumo específico de aceite lubricante al 100 % de MCR según el Project Guide de los diésel generadores es de 0,7 g/kWh. Se considerará el mismo

consumo para un régimen del 65% de MCR, por lo que el peso requerido será:

8794,33 ∗ 1

15 ∗

0.7

1 ∗ ∗

1

10 ∗ 2665 ∗ 65% 0.71

Para los 4 diésel generadores, y considerando un margen del 5%:

0,71 ∗ 4 ∗ 1.05 2,98

Después del compartimentado realizado en el Cuaderno 4, se obtuvo una capacidad de los tanques de aceite de 13,64 Tn, por lo que se cuenta con una capacidad extra de 10,66 Tn de aceite, dando por válido el resultado.

REMOLQUE

En la condición de remolque, el buque navega a 6 nudos de velocidad de servicio, con los diésel generadores a un régimen de 96% MCR, según el balance eléctrico realizado en el Cuaderno 11. El consumo específico de aceite lubricante al 100 % de MCR según el

Project Guide de los diésel generadores es de 0,7 g/kWh. Se considerará el mismo consumo

para un régimen del 96% de MCR, por lo que el peso requerido será:

2398,45 ∗ 1

6 ∗

0.7

1 ∗ ∗

1

10 ∗ 2665 ∗ 96% 0.72

Para los 4 diésel generadores, y considerando un margen del 5%:

0,72 ∗ 4 ∗ 1.05 3,03

(34)

34

8. D

ISPOSICIÓN

P

RELIMINAR DE LA

C

ÁMARA DE

M

ÁQUINAS

(35)

35

ANEXO I:

(36)

Lastre 2 Er Lastre 3 Er

Uso Diario Er

Sedimentación Er

Lastre 5 Er

Lastre 6 Er

Lastre 1 Br

Lastre 2 Br Lastre 3 Br

Uso Diario Br Sedimentación Br

Lastre 5 Br

Lastre 6 Br

Lastre 4 Br

D U

U U

0 10 90 100

D U

50 60 70

D

CUADRO A1 380V / 50HZ

U U 80 15 U 15

60 70 80

1 2 3 5 4 6 7 9 8 10 11 12 13 14 16 17 18 19 20 21 25 23 26 24 22 28 27 29 30 A A A A B B C D C EQUIPOS PRINCIPALES

A DIESEL GENERADOR

B PROPULSOR AZIPOD

C THRUSTER RETRÁCTIL

D THRUSTER TÚNEL

CUADRO A2 380V / 50HZ

CUADRO B1 380V / 50HZ

CUADRO B2 380V / 50HZ CUADRO D1 24V / 50HZ CUADRO C2 220V / 50HZ CUADRO C1 220V / 50HZ

EQUIPOS AUXILIARES

1 BOMBAS DE TRASIEGO ALMACÉN

-SEDIMENTACIÓN

2 BOMBAS DE TRASIEGO

SEDIMENTACIÓN - USO DIARIO

3 SEPARADORA MDO

4 BOMBA DE ALIMENTACIÓN DE

SEPARADORA MDO

5 PRECALENTADOR DE SEPARADORA

DE MDO

6 BOMBA DE CIRCULACIÓN

DE MDO

7 BOMBA LUBRICACIÓN

8 SEPARADORA DE ACEITE DE

LUBRICACIÓN

9 BOMBA DE ALIMENTACIÓN DE

SEPARADORA DE ACEITE

10 PRECALENTADOR DE SEPARADORA

DE ACEITE

11 _{BOMBAS DE REFRIGERACIÓN HT}

12 BOMBAS DE REFRIGERACIÓN LT

13 BOMBAS DE AGUA SALADA

14 BOMBAS DE OIL RECOVERY

15 BOMBAS FIFI

16 BOMBAS DE LASTRE

17 BOMBAS DE SENTINAS

18 BOMBAS DE CI

19 BOMBAS DE DISPERSANTE

20 BOMBAS DE ESPUMÓGENO

21 _{BOMBAS DE ACEITE HIDRÁULICO}

22 BOMBAS DE CI DE EMERGENCIA

23 GRUPO DE BOMBEO DE AGUA

NEBULIZADA

24 BOMBA FEEDER DE AGUA

NEBULIZADA

25 BOMBAS DE SERVICIO DE AGUA

DULCE

26 PLANTA POTABILIZADORA

27 CALENTADORES DE AGUA DULCE

28 MÓDULO DE AIRE ACONDICIONADO

29 PLANTA DE TRATAMIENTO DE

AGUAS RESIDUALES

30 BOTELLAS DE AIRE DE ARRANQUE

DE MOTORES

NOZZLES AGUA NEBULIZADA DIÉSEL GENERADORES

CUBIERTA DOBLE FONDO

(h = 1.50 m)

CUBIERTA INTERMEDIA

(h = 3.40 m)

REFERENCIA AUTOR PROYECTO PLANO CODIGO ESCALA FECHA

1:200

REMOLCADOR ROMPEHIELOS DE 100 TPF

MIGUEL PÉREZ-LAFUENTE RECUNA

Cámara de Máquinas

17-28

CUADERNO 10 - ANEXO I

11 JULIO 2017

DIMENSIONES PRINCIPALES

(37)

37

ANEXO II:

(38)

Fangos Er

Aceite Motor Er Aceite Hidráulico Er Aguas Grises Er Espumógeno Er Dispersante Er

Diesel 3 Er Diesel 2 Er

Diesel 1 Er Diesel 1 Lc

OilRecovery 1 OilRecovery 2 OilRecovery 3

Agua Dulce Er

Uso Diario Er Sedimentación Er

Lastre 5 Er

Lastre 6 Er Fangos Br

Aceite Motor Br Aceite Hidráulico Br Aguas Grises Br Espumógeno Br Dispersante Br

Diesel 3 Br Diesel 2 Br

Diesel 1 Br

Lastre 1 Br

Lastre 2 Br Lastre 3 Br

Agua Dulce Br

Uso Diario Br Sedimentación Br

Lastre 5 Br

Lastre 6 Br

Lastre 4 Br

AIRE ACONDICIONADO TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES D U TUNNEL THRUSTER U U U

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

TANK TOP (h = 8.00 m)

AP MS FP Baseline

0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Diesel 3 Er Diesel 2 Er

Diesel 1 Er

Aguas Grises Er Espumógeno Er

Agua Dulce Er

OilRecovery 3

Sedimentación Er

F h= 2.0m h= 2.0m ALMACÉN U D TV ALMACÉN D D D D

1Esc2 @34!|"· #$5%6$7/¬8(9)0='?¡¿ 1Esc2 @34!|"· #$5%6$7/¬8(9)0='?¡¿

wc

U U

RESCUE ZONE

LAVANDERÍA 2 CREW 1 CREW TV SALIDA DE HUMOS SALIDA DE HUMOS

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

50 60 70 80 90

CUBIERTA B (h = 13.20 m) PERIL LONGITUDINAL

CUBIERTA PUENTE (h = 19.10 m)

2 CREW 2 CREW

2 CREW 2 CREW 2 CREW

GAMBUZA SECA U D D CAPITÁN

JEFE DE MÁQUINAS 2º OFICIAL

ZONA DE DESCANSO ALMACÉN

1Esc

2 @3

4!|"

· #

$5%

6 $7/ ¬8(9 )0='

?¡

¿

1

Esc2 @

3

4!|"

·

#

$

5%6 $7/

¬8 ( 9 ) 0=' ?¡ ¿ 1 Esc 2 @3 4!|"· # $ 5% 6 $7 / ¬8( 9) 0 =' ?¡¿ OFICINA DEL BUQUE U U ARMARIO U SALA DE CONFERENCIAS COCINA COMEDOR WC HOSPITAL SALA DE CONTROL DE MÁQUINAS D GIMNASIO +4º C PESCADO -25º C -25º C CARNE WC WC TV INCINERADOR SALA DEL GENERADOR DE EMERGENCIA ACCESO CÁM. MÁQ. D

1Esc2 @34!

| "

· #$5%6$7/¬8(9)0 ='?¡¿

ZONA DE TRABAJO

SALÓN DE NÁUFRAGOS SALIDA DE HUMOS SALIDA DE HUMOS

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

50 60 70 80 90 100

CUBIERTA PRINCIPAL (h = 8.00 m) CUBIERTA C (h = 15.80 m)

3º OFICIAL

1º OFICIAL / INGENIERO JEFE

U D

ALMACÉN

LAVANDERÍA

ZONA DE TRABAJO U D SALIDA DE HUMOS 1 CREW 1 CREW ALMACÉN ALMACÉN TV

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

CUBIERTA A (h = 10.60 m)

2 CREW 2 CREW 2 CREW

2 CREW 2 CREW 2 CREW REFERENCIA AUTOR PROYECTO PLANO CODIGO ESCALA FECHA

1:300

REMOLCADOR ROMPEHIELOS DE 100 TPF

MIGUEL PÉREZ-LAFUENTE RECUNA

DISPOSICIÓN GENERAL

17-28

CUADERNO 10 - ANEXO II

11 JULIO 2017 DIMENSIONES PRINCIPALES

(39)

39

ANEXO III:

(40)

(41)

Preface

This Product Introduction provides system data and information for preliminary project planning of Azipod podded propulsion and steer-ing system outfit. Furthermore, our project and sales departments are available to advise on more specific questions concerning our products and regarding the installation of the system components.

Our product is constantly reviewed and redesigned according to the technology development and needs of our customers. Therefore, we reserve the right to make changes to any data and information herein without notice.

All information provided by this publication is meant to be informa-tive only. All project specific issues shall be agreed separately and therefore any information given in this publication shall not be used as part of agreement or contract.

Helsinki, November 2010

ABB Oy, Marine

Merenkulkijankatu 1 / P.O. Box 185 00981 Helsinki, Finland

Tel. +358 10 22 11

http://www.abb.com/marine

Doc. no. 3AFV6018457 rev. C / 23rd_{November 2010}

(42)

Index of items

Azipod®_{CO Product Introduction}_{| Index of items 3}

Preface 2

Index of items 3

1 General 4

1.1 Azipod propulsion and steering 4

1.2 Type designation for the Azipod product 5

1.3 Propeller output ratings per frame size 5

1.4 Electric propulsion and power plant 6

1.5 Steering angle convention 7

2 Scope of supply 8

2.1 General 8

2.2 Azipod-specific delivered items 8

2.3 Ship-specific delivered items 8

2.4 Main dimensions and weights 10

2.5 Steering module 12

2.6 Propulsion Module 12

2.7 Steering drive units 13

3 Ambient reference conditions 14

4 Interface to the ship 15

5 Examples of typical installations 16

5.1 Power plant ship example 16

5.2 Offshore supply vessels 17

5.3 Train ferries 18

5.4 Private yacht “Ice” 19

6 Azipod questionnaire sheet 20

(43)

The first original Azipod® installation onboard was commissioned in 1990. By November 2010, the milestone of 5.8 million cumulated operating machinery hours has been reached. This is the total figure obtained with the various product variants of which the Azipod CO is one particular application.

1.1 Azipod propulsion and steering

The Azipod CO main propulsion and steering system was originally developed with the experiences gained from the already existing family of larger Azipod products. Azipod is a podded electric main pro-pulsion and steering device driving a fixed-pitch propeller at a variable speed setting.

Azipod CO propulsion is designed for the preferential use of the (directly driven) pulling propeller when driving in the ahead direction. Azipod CO is azimuthing (steering around its vertical axis) infinitely by 360° and is available in three different frame sizes for propeller power ratings of up to 4,5 MW.

The full ship system consists of the required number of Azipod CO steering propulsors, plus the deliv-ery of an “ACS” series marine Propulsion Power Drive per each Azipod. Additionally propulsion supply transformers (if needed), and the power plant (generators, switchboards) are usually included in the scope of the delivery.

1 General

Figure 1-1 Basic arrangement of the Azipod CO

Steering Module

Ship’s

bow

Propulsion

Module

(44)

Figure 1-2 Output power in function of the RPM range

Propeller speed (rpm)

100

4000

3000

2000

1000

CO1400

CO1250

CO980

200 300 400

Shaft power (kW)

1.2 Type designation for the Azipod product

In the ship concept design stage, the following main designation is used. (A more specific type code will be allocated for the product during the advanced design stage).

C = Compact Azipod

X = Next generation Azipod (in dedicated publications) V = “Classic” Azipod (in dedicated publications)

O = Product with open propeller for free water operated ships

Z = Product with Kaplan propeller and nozzle for utility vessels

Diameter of the propulsion motor (mm)

Azipod®_ _xxxx

1.3 Propeller output ratings per frame size

The darkened area on each of the three frame sizes is the recommended standard applied level for maximum rated propeller power:

(45)

Figure 1-3 Simplified single line diagram of the power plant with a propulsion system. 1.4 Electric propulsion and power plant

In order to drive the Azipod propulsion system the ship needs an electric power plant (not specifically presented on this document). Alternator sets supply power to the 50 or 60 Hz installation of electric switchboards for distribution to all consumers onboard, including Azipod propulsion.

Generally, ABB would aim to deliver the power plant as well as the Azipod system. Our mechanical in-terface to the engine maker is basically standard, although dependant on the delivery of engines or e.g. gas turbines from the contractors.

During the whole project the basic tool for power plant design is the so-called single line diagram. The actual onboard configuration can be efficiently discussed already in the early stages of work by using this clear visual representation.

Ship Automation & Remote Control Systems

Azipod

®

_CO

Scope of Supply

Marine Drive

ACS 800

Power Plant

G

(46)

1.5 Steering angle convention

The traditional ship steering convention of PORT (signal Red) and STARBOARD (signal Green) is used.

Therefore, two main ship control configurations are to be considered:

A. Ahead going ships

B. Astern going ships

The steering equipment on double-ended ships (e.g. river ferries) usually needs to be outfitted as an appropriately configured combination of these two cases.

NOTE: The terms Port and Starboard refer to ship steering. The angle indicator instrument will show the actual rotational direction of the Azipod.

Azipod®_{CO Product Introduction}_{| General 7}

Ahead

going

ship

configuration

(Example of STARBOARD turn)

Astern

going

ship

configuration

Figure 1-4

“Ahead sailing” concept: rear pointer helm angle indication

Figure 1-5

(47)

2 Scope of supply

2.1 General

The Steering Module is intended for connection into the ship’s hull, and acts as the structural interface with the Propulsion Module. Internally, the Steering Module includes the fully electro-mechanical steering gear actuators as well as the functional accessories and connection points for propulsion and steering.

The Propulsion Module of the CO includes a permanent magnet synchronous motor with a fixed-pitch propeller that is mounted directly onto the motor shaft. The motor is directly cooled via convection to the surrounding seawater without using any additional cooling media. The motor is pressurized by air. The Propulsion Module is connected to the Steering Module by means of a cast steel strut.

The strut acts therefore as the connecting component in the CO structure. Control cables, as well as power supply bus bars and piping are located inside this single piece strut.

2.2 Azipod-specific delivered items

Each Azipod CO consists of four (4) separately delivered items for installation into the ship:

One (1) Steering Module (Mounting interface with the ship)

One (1) Propulsion Module (Strut, motor and propeller)

Two (2) Steering Drive Units (Power electronic cubicle)

2.3 Ship-specific delivered items

In addition to the above listed delivery, the ABB scope of supply would typically include all or most of the following items:

A. One Propulsion Power Drive per each Azipod CO B. Remote Control System

C. The Generator and Switchboard power network outfit

(48)

Azipod®_{CO Product Introduction}_{| Scope of supply 9} Figure 2-1 Functional elements of the Azipod CO

Strut

Motor

– Pressurized casing – Stator

– Rotor and shaft – Thrust bearing – Propeller bearing – Shaft seals

– Maintenance brake

Slewing

bearing

Slip ring

Propeller

Main

terminal

box

STEERING

MODULE

PROPULSION

MODULE

Electric

steering

motors

Local

(49)

10 Scope of supply | Azipod®_{CO Product Introduction} 2.4 Main dimensions and weights

(50)

Azipod®_{CO Product Introduction}_{| Scope of supply 11} Figure 2-3 Technical figures of the Azipod CO

Figure CO0980 CO1250 CO1400

D1 [mm]

Outer diameter of the motor 1039 1310 1470

D2 [mm]

Propeller diameter (min. – max.) 1900 – 2600 2400 – 3500 2700 – 4000

D3 [mm]

Connection flange outer diameter 2300 2780 2780

L3 [mm]

Length of the Propulsion Module 4800 5730 6200

H1 [mm]

Height from motor shaft line to the ship bottom 1950 2710 3090

H2 [mm]

Height of slewing bearing assembly to the

connection flange lower surface 495 650 650

H3 [mm]

Height from connection flange lower surface

to the top of the steering module 1980 1980 1980

H4 [mm]

Maintenance area 2300 2300 2300

L4 back [mm]

L4 front [mm]

W [mm]

M1 [ton]

Total weight of complete Azipod 27 49 60

M2 [ton]

Weight of the Steering Module 7 11 11

M3 [ton]

Mass of the Propulsion Module (including

approximate max. weight of propeller) 20 38 49

V [m³]

Displacement of the Propulsion Module

(at assumed draft) 4 8,5 11

v [knots]

Maximum water speed at the Azipod 18 19 21

R [mm]

Azipod turning radius 2700 3050 3350

M4 [ton]

Mass of the Steering Drive 2 x 0,5 2 x 0,5 2 x 0,5

n [degr/sec]

(51)

12 Scope of supply | Azipod®_{CO Product Introduction} 2.5 Steering module

The Steering Module consists of local control and equipment boxes, slip rings, steering motors with gearboxes and the slewing bearing. The steering components are mounted onto the Steering Module, and are delivered completely assembled to the shipyard. The Steering Module is to be mounted to the ship hull by the shipyard.

2.6 Propulsion module

The Motor and the Strut are mounted together with the propeller at ABB to form the Propulsion Module. The Propulsion Module is attached at the shipyard to the Steering Module by bolted connection.

The Propulsion Module incorporates a permanent magnet synchronous motor with a fixed-pitch propel-ler that is mounted directly onto the motor shaft. The motor section of the Propulsion Module therefore includes the complete electric motor with bearings, shaft seals, and a maintenance brake.

Permanent magnet technology brings a number of benefits. The design enables the motor to be directly cooled via convection to the surrounding sea water without using any additional cooling media. The outer diameter of the motor can thus be decreased for obtaining improved hydrodynamic efficiency.

The propeller shaft seal assembly combines a water lubricated face type seal and two grease lubricated lip type seals running on a steel liner. The set air pressure inside the motor prevents sea water from en-tering into the Propulsion Module.

The Strut is designed to enhance hydrodynamic steering performance and acts also as a connective el-ement in the Azipod CO structure. Control cables, piping and power supply bus bars for the propulsion motor are located inside the single piece cast strut module.

(52)

Azipod®_{CO Product Introduction}_{| Scope of supply 13} Figure 2-5 Typical dimensions of one Steering Drive Unit for Azipod CO

2.7 Steering drive units

The electric steering gear of the Azipod CO is driven by two (2) Steering Drive Units of the ACS800 type. These two Steering Drive Units operate together by the master – slave closed control principle. One of the drives is to be fed from a main switchboard, and the other from the emergency switchboard. In case of a malfunction to one of the units, the other can steer the Azipod with a lower helm torque.

(53)

14 Ambient reference conditions | Azipod®_{CO Product Introduction}

Azipod

Rated sea water temperature -2 ... +32 °C

T and V Maximum resultant tilt angle ± 6°

If there is a need to exceed these angles please consult ABB.

Azipod room

Maximum ambient temperature +45 °C

Minimum ambient temperature +2 °C

Relative humidity 95%, no condensation allowed

Propulsion Power Drives (ship specific item)

Rated ambient temperature +45 °C

Relative humidity 95%, no condensation allowed

Cooling fresh water inlet temperature +2 ... +38 °C

Pressure 200 ... 600 kPa

Figure 3-1 Azipod orientation

(54)

UPS power for auxiliaries:

2 pcs 230 VAC, 50/60 Hz

Azipod®_{CO Product Introduction}_{| Interface to the ship 15}

The Azipod CO propulsion controls can be built to operate with or without a ship automation system. The ship automation system is needed for monitoring the propulsion system. It should also control the auxiliaries of the propulsion, e.g. the cooling water flow. The ship automation interface is to be carried out with a serial data link and by hard wired connections.

4 Interface to the ship

Figure 4-1 Azipod ship interface diagram in a preliminary project format

Main Power for Steering Drives:

2 pcs, 400/440/690/VAC three-phase 50/60 Hz

Pressurized air

7bar, 40 l/min

Power for auxiliaries:

4 pcs 230 VAC, 50/60 Hz 1 pcs 400/440/690/VAC three-phase 50/60 Hz

Propulsion Drive NOT PART OF AZIPOD DELIVERY

690 VAC

3 phase 50/60 Hz

(Possible supply transformer not shown)

Typical Cooling

From the ship’s LT fresh water cooling system at +36°C…+38°C

Heat dissipation to the ship’s ambient

Steering gear + slipring: 5–30 kW (depending on the product platform)

Hard-wired signals to Ship Automation:

15 binary outputs 10 analog outputs

Azipod

Room

Items

(55)

16 Examples of typical installations | Azipod®_{CO Product Introduction}

5 Examples of typical installations

Figure 5-1 Example of a typical electrical power plant

The electrical power plant operates with very high efficiency practically at the whole operating range. This is achieved by having the generators connected to the network only in high load conditions. Being able to operate the prime movers with high loads all the time keeps the total propulsion system efficien-cy high. The following single line example shows the principle arrangement and configuration flexibility of the electrical propulsion system.

5.1 Power plant ship example

In this typical configuration three main generators are connected to the main switchboard, and the low voltage switchboard is supplied by two ship service transformers. The total harmonics’ distortion (THD) is brought to the required level with the use of filters. The main switchboard can be divided into two separate networks by means of the tie breaker to increase the redundancy of the powerplant. A typical system configuration with Azipod CO propulsion consists of the following components:

• Three main generators

• Propulsion switchboard 690 V with a tie breaker

• Two ACS 800 marine Propulsion Power Drive frequency converters • Two Azipod CO1400 steering propulsors

• Bow thruster with electrically driven motor • Two ship service transformers 690V/440V • 440V switchboard

• Total Harmonics Distortion (THD) Filters • UPS and UPS supply panel

• Two low voltage transformers 440V/220V • 220V switchboard / panel

(56)

Azipod®_{CO Product Introduction}_{| Examples of typical installations 17} 5.2 Offshore supply vessels

Length overall 92,40 m DWT 4000 t

Length between p.p. 80,75 m Speed 15 knots

Breadth 18,8 m Azipod CO propulsors 2 × 2300 kW

Draft 7,6 m Ship deliveries 2001, 2002, 2003

Figure 5-2 Multi functional Platform Supply / ROV Vessel. Normand Rover.

(57)

18 Examples of typical installations | Azipod®_{CO Product Introduction} 5.3 Train ferries

Length overall 182,6 m DWT 9000 t

Length between p.p. 164,6 m Service speed 18 knots

Breadth 24,8 m Azipod CO propulsors 2 × 4088 kW

Draft 9,0 m Ship deliveries 2006, 2007, 2008

Figure 5-4 Yantai-Dalian Train Ferry ready to depart en route

(58)

Azipod®_{CO Product Introduction}_{| Examples of typical installations 19} Figure 5-6 The “Ice” yacht is built to sail to long-range operational requirements

Figure 5-7 CO steering propulsors for “Ice” ready for dispatch to the Lürssen shipyard 5.4 Private yacht “Ice”

Length overall 90 m Azipod CO propulsors 2 × 2500 kW

(59)