Υδραυλικά συστήματα στις σύγχρονες ναυτικές μηχανές

Η μεταφορά ισχύος μεταξύ μερών στις μηχανές πραγματοποιείται ως επί το πλείστον μέσω της μηχανικής ζεύξης. Έτσι λοιπόν, τα έμβολα θα παλινδρομήσουν και θα στρέψουν μηχανικά τον στροφαλοφόρο άξονα, αυτός θα στρέψει μηχανικά διάφορα γρανάζια καθώς και τον εκκεντροφόρο άξονα ο οποίος με τη σειρά του θα δώσει με μηχανικό τρόπο κίνηση στην αντλία πετρελαίου, στον ενεργοποιητή βαλβίδας εξαγωγής κοκ.

Οι τεχνολογικές εξελίξεις καθώς και η ανάγκη για μεγαλύτερη ευελιξία στη λειτουργία των μηχανών λόγω περιορισμών σχετικά με την προστασία του περιβάλλοντος, οδήγησε σε όλο και μεγαλύτερη εμπλοκή των ηλεκτρονικών, όπως περιγράφηκε σε προηγούμενο άρθρο. Αναφερόμενοι όμως σε μηχανές που το βάρος τους φτάνει το βάρος 2000 αυτοκινήτων (π.χ. ΜΑΝ B&W 12GG95ME-C10.6 – 2320 τόνοι / Volkswagen Golf – 1200 κιλά), η κίνηση μερών τους απαιτεί πολύ μεγάλη δύναμη η οποία επιτυγχάνεται μέσω υδραυλικών συστημάτων.

Με τον όρο Υδραυλικό σύστημα εννοούμε συστήματα μεταφοράς ισχύος που αποτελούνται από αντλίες, έμβολα, σωληνώσεις, βαλβίδες ελέγχου για τη δημιουργία ροπής ή δύναμης, με εργαζόμενο μέσο το λάδι. Στηριζόμενοι στην αρχή του Pascal (από το 1648) δηλ. στο ότι κάθε μεταβολή της πίεσης σε οποιοδήποτε σημείο ενός περιορισμένου ρευστού που είναι ακίνητο προκαλεί ίση μεταβολή της πίεσης σε όλα τα σημεία του, εκμεταλλευόμαστε την κοινή αυτή πίεση ούτως ώστε με διαφορετικό μέγεθος εμβόλων να αυξάνουμε την δύναμη που ασκούμε, με απλό παράδειγμα αυτό του υδραυλικού γρύλλου αυτοκινήτου. Ανωτέρω αρχή, σε συνδυασμό με πλεονεκτήματα υδραυλικών συστημάτων όπως:

• Μεγαλύτερη συγκέντρωση ισχύος (μικρότερος όγκος προς μάζα κατασκευής)
• Ευκολότερη ψύξη
• Ακρίβεια και αμεσότητα στην απόκριση
• Μειωμένες τριβές άρα μειωμένες απαιτήσεις για λίπανση
• Μείωση θορύβου και φθορών συνεπαγόμενα αυξημένο βαθμό απόδοσης και αύξηση ζωής εξαρτημάτων

οδήγησαν τη χρήση των εν λόγω συστημάτων σε διάφορες βιομηχανικές εφαρμογές, μια εκ των οποίων είναι οι σύγχρονες δίχρονες ναυτικές μηχανές.

Ας περιγράψουμε λοιπόν πώς αυτά εφαρμόζονται στο υδραυλικό σύστημα της ΜΑΝ ME-C δίχρονης ναυτικής μηχανής όπως φαίνεται στο σκαρίφημα. Το έλαιο λίπανσης θα αναρροφηθεί από την ελαιολεκάνη της μηχανής μέσω των αντλιών λιπάνσεως (Main lub oil pump) και ως επί το πλείστον θα χρησιμοποιηθεί για τη λίπανση κουζινέτων καθώς και για τη ψύξη της γαλαρίας του εμβόλου. Μια μικρή ποσόστωση αυτού θα πάει στο φίλτρο (Automatic Backflush Filter), το οποίο θα απομακρύνει σωματίδια με διαστάσεις πάνω από 6μm ούτως ώστε να χρησιμοποιηθεί στο υδραυλικό σύστημα. Η καθαρότητα του ελαίου είναι εξέχουσας σημασίας σε αυτά τα συστήματα διότι έχουν υδραυλικά μέρη τα οποία είναι πολύ ευαίσθητα. Αυτό το έλαιο που ακόμη βρίσκεται σε χαμηλή πίεση (περίπου 3 bar) θα φτάσει στις υδραυλικές αντλίες του συστήματος οι οποίες θα του ανεβάσουν την πίεση έως και τα 300 bar.

Οι αντλίες αυτές είναι αξονικών εμβόλων με άξονες υπό γωνία (swashplate).  Κάποιες είναι εξαρτημένες (δηλαδή παίρνουν ισχύ από την ίδια την μηχανή) και κάποιες είναι ηλεκτροκίνητες (παίρνουν ισχύ από ηλεκτρικά μοτέρ).

Το υψηλής καθαρότητας και υψηλής πίεσης έλαιο θα φτάσει στα Hydraulic Cylinder Units (HCUs), όπου θα προβεί επιγραμματικά στις κάτωθι ενέργειες:

• Μεταφορά ισχύος σε υδραυλικό κύλινδρο λουμπρικέτας (ME lubricator) για τον ψεκασμό με κυλινδρέλαιο,
• Μεταφορά ισχύος σε υδραυλικό κύλινδρο ενεργοποιητή εγχύσεως καυσίμου (Fuel Oil Pressure Booster) για την έγχυση καυσίμου και
• Μεταφορά ισχύος σε υδραυλικό κύλινδρο ενεργοποιητή βαλβίδας εξαγωγής (Exhaust Valve Actuator) για το άνοιγμα της βαλβίδας εξαγωγής.

Το κύκλωμα συμπληρώνουν αποταμιευτήρες πίεσης (accumulators) για την εξομάλυνση των διακυμάνσεων πίεσης, εξαεριωτές για την αφαίρεση του εγκλωβιζόμενου αέρα, βαλβίδες ασφαλείας για προστασία από υπερπίεση καθώς και βαλβίδες ελέγχου ροής (Fuel Injection and Exhaust Valve Actuation Valve- FIVA) για τον έλεγχο λειτουργιών εγχύσεως καυσίμου και ανοίγματος βαλβίδας εξαγωγής. Φυσικά, η εύρυθμη και ασφαλής λειτουργία του ανωτέρω κυκλώματος εξασφαλίζεται μέσω του συστήματος ηλεκτρονικού ελέγχου (Engine Control System- ECS).

Συνοψίζοντας, τα υδραυλικά συστήματα διαδραματίζουν κύριο ρόλο στη λειτουργία των σύγχρονων ναυτικών μηχανών. Η μετάδοση ισχύος μέσω υδραυλικών συστημάτων επιτρέπει τη μεταφορά μεγάλων δυνάμεων αποδοτικά με ακρίβεια και αμεσότητα. Όπως κάθε σύστημα, έτσι και το υδραυλικό σύστημα έχει τα σημεία που χρειάζονται παραπάνω προσοχή. Η καθαρότητα του ελαίου και η ασφάλεια που απαιτείται κατά τη λειτουργία λόγω πολύ υψηλών πιέσεων είναι κάποια από τα σημεία που χρήζουν προσοχής. Σε κάθε περίπτωση, πρέπει να ακολουθούνται τα εγχειρίδια του κατασκευαστή για την ορθή λειτουργία & συντήρηση της μηχανής, εντός των οποίων αναφέρονται αναλυτικά οι προβλεπόμενες διαδικασίες, παράβλεψη των οποίων μπορεί να οδηγήσει σε καταστροφή υλικού αλλά και ενέχει κινδύνους για την ασφάλεια των χειριστών.