Optimalisatie door Snuiver-Simulatie. Een computer-simulatie van het dynamisch drukverloop in de machinekamer aan boord van "Zwaardvis"-klasse onderzeeboten onder snuivercondities

OPTIMALISATIE door SNUIVER-SIMULATIE

m.mmel -515

damputer-simulatie van het dynamisch drukverloop in de Machinekamer aan boord

van ?Zwaardvis"-klasse onderzeeboten onder snuivercondities

Door : MAX de JONGE

,

September 1'988

CONFIDENTIEEL Id 19J11 CONFIDENTIEEL

_ECU

Een

K.I.M.

OPTIMALISATIE DOOR _{SNUIVER-SIMULATIE}

Len computer-simulatie van het dynamisch drukverloop in de Machinekamer aan board van "Zwaardvis"-klasse onderzeeboten

onder snuivercondities

Door LTZT-2 M.A.A. de Jonge

8816'

Distibutie 1 x C.M.S. 1 x I.O.Z. 1 x D.M.K.M. 2 x HWERTUBC

1 x HWERTUBO afd. CIZBT"n 2 x H.W.O. K.M.

1 x VOTD 2 x COZD

1 x NeVesBu tav. Ir. D.. Stapersma 1 x HWV KIM

4 x Prof. dr. 1r. E. van den Pol 1 x KLTZT F. Bander

DC CDT. Hr.Ms. Zwaardvis 2 x LTZT-2 M.A.A. de Jonge 3 x OGB KIM

I

Scriptie-opdracht voor LTZT 3 M. de Jonge t.b.v. het. tweede Saar van de voortgezette vorming.

TNT ETDING

Het functioneren van dieselmotoiemnnder<onderzeeboot-)snuiverconditieS is een ietwat. singulier prableem.

Bij nieuwbouw wordt veelal gebruik gemaakt van Waltests, waarbij _{ide te} verwachten snuivercondities zo goed mogelijk worden nagebootst. Door het ontbreken van de bootromp als buff ervolume hebben deze walsimula-ties vaak echter hun beperking. Een mogelijkheid _{om aan deze beperking} te ontkomen zou een computersimulatie van het drukverloop in de boot als functie van een op te seven "open" en "sluit" karakteristiek _van de snuivertopklep kunnen zijn. Hiertoe is door mij, _{geassisteerd door} ir. J.M. Boom enige Jaren geleden een _{aanvang gemaakt en vel}

dieselmotoren met een medhanisch aangedreven drukvulgroep.

Vervolgens heeft LTZT 3 KMR ir. R.H.M. Borsboom onder mijn leiding 1.

e.e.a. toesepast t.b.v. de BRONSORUB 12/215.

OPDRACHT

L. Bestudeer:

-J.M. Boom, 1. van den Pol.

'De luchtdruk in een diesel-electrisdh voortgestuwde OZB tijdens snuivervaart, een computer-simulatie".

KIM-rapport, Den Helder - R.H.M. Borsbonm

"Metingen en simulatie van het shuivergedtig van. de DRUB voor WALRUS-condities".

KIM/BRONS rapport, Den Helder 1985,.,

2. Onderzoek in overleg met BRONS-INDUSTRIE _{het naijlen van de} dirdk-vulgroep van de GRUB bij snuiverdrukveranderingen _{emstel de} invloed daarvan op het drukverloop in de MK vast.

t.a.v.

-2

Bestudeer kritisch het door Boom beschreven model van het ventilatie-systeem en onderzoek her ventilator-gedrag _{bij "omkeren"}

van de

luchtstroom als gevolg van drukverschillen tussen _verbindende compartimenten.

Verricht indien mogelijk _{daadwerkelijke drukmetingen als functie} van de topklep a/b ZWV-klasse _{en verifieer deze met de}

computer-simulaties.

Herschrijf en vul her "Boom-rapport" _{aan met Uw bevindingen}

en

ver-beteringen. Maak tevens zoveel mogelijk gebruik van de mogelijkheid om te verwijzen naar scripties _{van Uw voorgangers en}

desbetreffende artikelen van mijn hand _{opdat Uw literatuurlijst}

een compleet beeld kan geven van war het _{KIM t.a.v. dit onderwerp}

heeft geproduceerd, hetgeen een mogelijke

voortzetting van Uw werk kan bespoedigen.

Implementeer e.e.a. in BASIC-PLUS op de KIM-computer(s).

Geef, nadat de relevantie

van Uw computerprogramma is aangetoond,' d.m.v. enkele computerruns _{een vergelijk tussen}

dieselmotoren van hetzelfde vermogen _{maar uitgerust met resp.}

een mechanisch en een uitlaatgassen aangedreven drukvulgroep en wel in _dezelfde onder-zeebootconfiguratie en met

een identieke "open & sluit" karakteris-tiek van de snuivertopklep.

confidentieel

Voorwoord _{September 1988}

Lucht is een schaars artikel aan boord van onderzeeboten onder water

maar ook op snuiverdiepte,wanneer er _{toch een verhinding is met de}

atmosfeer. De dieselmotoren bij _{conventionele onderzeeboten zorgen} ervoor dat onder _{snuivercondities} , de luchthuishouding niet optimaal is . Deze zijn het die de lucht van buiten

aanzuigen en zodoende een drukverschil _{creeren tussen boot en atmosfeer. Net} aanzuigen van deze lucht _{maar aok het afvoeren van de verbrandings=i} gassen gaat via het snuiversysteem.

De door dit systeem _{opgelegde drukverschillen kunnen de motor extra}

helasten,en een terdege afstemming _{van hoot-indeling,dieselmotor en} snuiversysteem is in de ontwerp-fase noodzakelijk.

Een _{computer-simulatie betreffende deze}

luchthuishouding zou een

helpende hand kunnen bieden om een inzicht te krijgen van de drukken welke optreden onder _{deze condities.Zeker in de ontwerpfase waar een}

reele _{wal-simulatie,door het ontbreken}

van het huffervolume i.c. de bootromp, moeilijk _{realiseerhaar is zou dit een oplossing kunnen zijn.} Voorwaarde is een programma dat uitgebreid getest is en zogoed mogelijk overeenkomt met de werkelijkheid.

In het _{navolgend verslag zal geprobeerd}

worden om een dergelijk

programma, waarvan reeds delen beschikbaar zijn, te _{realiseren.Dit} verslag dient tevens als afronding van het tweede jaar van de

voortgezette vorming(KIm) aan de Technische _{Universiteit Delft.}

Bij deze wil ik _{gaarne vermelden diegenen die ik}

zeer erkentelijk bin voor hun medewerking aan deze opdracht: _{- dHr. C.J. Bill ,MEOB}

= ir. D. Stapersma ,NEVESBU BRONS N.V.,Appingedam

Onderzeedienst,Den Helder afd. REPRO , K.I.M.

afd. R.T.D., K.I.M.

dhr. G. Witsiers, K.I.M. dHr. H. Hessel, K.I.M. = Prof.dr.ir. E. Van den Pol

LTZT-2 M.A.A. de Jonge

confidentieel

₂

-confidentieel 1. InhoudBopgave Opdrablit VooTwoard InhoudsopgaVe I 2. Symbolenlijst

II 7 pleselmotoren met mechanischr aangedreven drukvulgroepr,

ls

Dieselmotoren met afvoergassen aangedreVen drukvulgroep 10.

8.1 luchtverbruiks-kenveld ORUB ₂₁

8.2 Eventuele vertraging _drukvulgroep

22 8.2.1 Metingen ORUB op naijlen drukvulgroep ₂₃

8.2.1.1 Te meten parameters ₂₄ 8.2.1.2 Meetopstelling ₂₄ 8-2.1.3 Meetprogramma ₂₆ 8.2.1.4 Resultaten en conclu-sies ₂₇ 9 Het Simulatie-prbgramma .19 14 9.1 Globale opzet _{simulatie-programma}

29 9.2 Parameters 30' 9.2.1 In te voeten parameters. 30' 9.2.2 Vaste parameters 31

9.3 Aanvang en stationaire _toestand

33 9.4 Variabele tegendruk

35

confidentieel 3 Inleiding

4 Model Onderzeeboot uZwaardvis'-klasse

8 5 Snuiversysteem 9 5.1 Inlaat-gedeelte 9 5.2 Uitlaat-gedeelte 11 16 Ventilatiersysteem 1.3 6.1 Open verbinding 13 6.2 Ventilatiekanalen-systeem ₁₄

6.2.1 Ventilatie-kanaal met open verbinding, ₁₅

6.2.2 Ventilatie-kanaal met _{ventilator 15}

6-3 Benadering totale ventilatie-schema

16 2 1 3 5 7 8 2

contidentieel,

11.2.1 Conlusies uit vergelijk simulatie _{en weckelijkheLd} 12 Conclusies

51

15 Overzicht van de referenties _{en de gebruikte literatuur 52}

Bijlages r 1 1 Ctmperessor-karakteristiek

2 ,;; Specificaties apparatuur meting ORUB

3 _{; Calibratie-gegevens sensoren meting ORUB}

4 J; Meetprogramma ORUB

5 _{7 Resultaten stationaire meetpunten}

ORUB

6 ; Resultaten dynamische meetpunten _ORUB 7 ; Uitvoering simulatie op beeldscherm 8, 7 Plot drukverloop MK

9 _{Invloed omgevingsdruk}

Invloed omgevingstemperatuur

Invloed temperatuur MK nabij aanzuig _compressor Invloed weerstanscoefficient _{snuiversysteem}

Invloed doorsnede snuiverinlaat-systeem

Invloed extra volume HK en verkleining _MK Specificaties apparatuur meting ZWV

Calibratie-gegevens sensoren meting ZWV

Meetprogramma ZWV

Resultaten meetrun 1 ZWV Resultaten meetrun 2 ZWv Resultaten meetrun 3 ZWV

Overzicht resultaten 2-pens schrijver

22 t/m 26 ; Vergelijk meetruns met simulatie-programma

Uitdraai drukken en volumestromen

Vergelijk afvoergassen DVG en mechanische DVG

confidentieel

9.5 Ventilatie en de verschillende volumina ₃₆

9.5.1 Luchtstromen ventilatie-kanaal met ventilator ₃₇

9.5.2 Luchtstromen ventilatie-kanaal zonder ventilator 38

9.5.3 Totale luchtstromen en drukveranderingen ₃₉

10 Verwetking van de resultaten tilt het _{simulatie-programma 42}

11 De werkelij4cheid

4'4

11.1 Metingen aan boord van Hr.Ms.ZwaardVig

4,4 11.1.1 Te meten parameters 44 11.1.2 Meetopstelling en cal=ibratie ₄₅ 11.1.3 Meetprogramma ₄₆ 11.1.4 Resultaten 47 11.2 Simulatie en werkelijkheid ₄₈ 3 49 ;

confidentieel

2.Symbolenlijst confidentieel 5 A : Doorsnede m2 : Specifieke gasconstante J/kg.K

Cl(I,J) : Doorsnede

ventilatie-kanaal

van volume I naar J M2

C2(I,J) : Luchtstroom van I naar J bij 1 _{mBar drukverschil}

m3/s C3(I,J) : Maximale opvoerhoogte ventilator

mBar C4(I,J) : Volumestroom ventilator bij max. opvoerhoogte

m3/s C5(I,J) : Opvoerhoogte ventilator

mBar

D2 : Rekengrootheid MOOS de dichtheid

kg/J dP : Drukverschil

mBar

dPBACK : Verandering van de tegendruk

mBar dt : Tijdsinterval : Weerstandscoefficient Kl : Rekengrootheid weerstand snuiverinlaat-systeem m2 : Aantal motoren -M1 : Molmassa lucht kg/kmol M2 : Aantal volumina -M(t) : Dynamische massastroom op tijdstip t _kg/s Ms(t) : Stationaire massastroom op tijdstip t _kg/s : Massa kg : Toerental omw/min PO :

Atmosferische,buitenboords druk _mBar

P1 _{Druk in de Machinekamer}

mBar P1(/) : Druk in volume I

confident ieel

P2(I) : Druk in volume I op tijdstip t+dt mBar

Pv : Vermogen kW

J.)

: Dichtheid _kg/m3

Q : Volumestroom

_m3/s

Luchtverbruik dieselmotor mechanische drukvulgroep m3/s

Inkomende volumestroom _m3/s

Uitgaande volumestroom _m3/s

Universele gasconstante _J/kmol.K

Leidingweerstand in leiding van I naar J _(kg.m).5

Snuiverconstante _m3.mBar.5/s

Volumestroom ventilatie-kanaal met ventilator m3 /s

Volumestroom ventilatie-kanaal zonder ventilator m3 /s

Totale volumestroom van I naar J _m3/s

Totaal uitgaande volumestroom uit volume I m3/s

Totaal inkomende volumestroom in volume I m3 /s

Atmosferische,buitenboords temperatuur _Cel.

Totale looptijd van de simulatie _s

Berekeningsinterval _s

Temperatuur Mk nabij compressor DVG _Cel.

Tijd _s

Inhoud _m3

Inhoud volume I _m3

Luchtverbruik dieselmotor _m3/s

Volumestroom door snuiverinlaat-systeem _M3/S

V _{: Snelheid} m/s confidentieel ₆ Ql : Qin : Quit : R :

R2(I,3)

: RSNUI : Sl(I,J) : S2(I,J) : S3(I,J) : S4(I) : S(5) : TO : Tl : T2 : Tm : t : V : V(I) : VMOT : VSNUI :

confidentieel

3.Inleiding

In een _{conventionele,diesel-electrisch}

voortgestuwde,onderzeeboot varende onder _{snuivercondities op een diepte,afhankelijk van het}

bootvolume varierende van IS tot 20 meter onder het _{wateropppervlak,}

zal _{er een drukverschil ontstaan tussen boot en}

atmosfeer.Tevens zal

door sluiten van de _{snuiverinlaat-topklep,als gevolg van zeegang en} varierende diepte van de boot,de binnenboordsdruk dalen en de afvoergassen-tegendruk stijgen als gevolg van de _toenemende waterhoogte boven de uitlaat.Door _{deze afsluiting van de luchttoevoer}

van buitenaf zullen de motoren hun _{benodigde luchthoeveelheid uit de} boot zelf halen met als gevolg een sterke _daling van de druk

binnenboord.Een en ander zal zich proberen _{te herstellen als wederom} luchttoevoer van buiten _{mogelijk wordt en gepaard gaat met het} openen van de snuiverinlaat-topklep.

Bovenstaande houdt in een extra,vooral _{thermische ,belasting voor de} motor aan zowel inlaat- als ook uitlaat-zijde doordat minder lucht wordt _{aangezogen en dus de luchtovermaat kleiner}

wordt met als gevolg hogere gastemperaturen . Bovendien zal dit effect

versterkt worden wanneer er sprake is van klepoverlap _{waardoor er minder spoeling} mogelijk is.

Al

reeds enige jaren is er veel _{onderzoek binnen de} Koninklijke Marine _{verricht naar het gedrag van een dieselmotor onder}

snuivercondities.Dit verslag zal dan ook regelmatig terug verwijzen

naar deze verslagen en artikelen.Zo hebben _{Klok[1],Norden en Holman[2]} en Visser en Ensing[3] _{onderzoek verricht naar de}

prestaties van, en invloed _{op een dieselmotor onder genoemde condities.Daarnaast} geeft v.d. Pol[4/5] in enkele artikelen een samenvatting van het

geheel.

Het vorige geeft reeds _{enigzins aan dat de hoeveelheid beschikbare}

lucht _{afhankelijk is van snuiversysteem}

, bootvolume en -indeling

en tenslotte van het luchtverbruik _{van de diesels.Reeds in de}

ontwerp-fase van _nieuw te bouwen onderzeeboten _{dienen juist deze goed op}

elkaar te zijn afgestemd.In

een computer-simulatie, welke het luchtdruk

verloop nabij de motor inlaten _{weergeeft, is de invloed}

van genoemde factoren te _{bepalen. Boom[6] en Borsboom[7] hebben}

in het verleden

reeds een _{dergelijk programma ontwikkeld}

voor respectievelijk diesel-motoren met _{mechanisch aangedreven}

drukvulgroep en _afvoergassen

aangedreven types.

Het doel _{van dit verslag is om beide}

programma's te combineren ,verder

te ontwikkelen ,optimaliseren _{naar en vergelijken met de werkelijkheid}

aan boord.Daartoe is onderzoek _{verricht naar de eventuele vertraging}

van een afvoergassen aangedreven _{drukvulgroep bij de}

firma BROWS N.V. te Appingedam,is _{het ventilatie-systeem geoptimaliseerd,de stationaire} toestand duidelijker _{omschreven en tenslotte een}

vergelijk met de realiteit door middel van metingen aan boord van Hr.Ms. Zwaardvis.

confidentieel

4.Model Onderzeeboot "Zwaardvis"-klasse

Gezien het feit dat een van de onderdelen _{van de opdracht een vergelijk} met de werkelijkheid is,zal dus deze situatie ook in het computer-model dienen te warden nagebootst.Het meest voor de hand liggende type onderzeeboot zou de nieuwe "Walrus"-klasse zijn.Echter op dit

moment van _{schrijven is deze nog niet in de vaart en is dus een meting} onder snuivercondities uitgesloten. Een alternatief is een

"Zwaardvis"-klasse onderzeeboot, waarvoor oak is gekozen. In het

verleden zijn reeds veel metingen aan dit type verricht omtrent het snuiversysteem ,zodat veel parameters ,zoals die oak in het

computer-programma warden gebruikt,bekend zijn.

Aldus is het gehele programma opgesteld _{naar de configuratie van dit} type onderzeeboot.Natuurlijk is het mogelijk ,door middel van het wijzigen van de parameters en _{boot-indeling,te komen tot een ander} nieuw te definieeren type onderzeeboot.

In fig.1 is _{de werkelijke situatie qua indeling weergegeven,en fig.2} geeft de benadering _{weer zoals gebruikt in het computer-model.De} volumina die warden onderscheiden zijn: 1. _Machinekamer ; MK

Hekkamer ; BR

Centrale Compartiment ; CC

Boegbuiskamer ;BBK

Batterij Compartiment ; BC

De inhoud van deze _{volumina kan warden onderscheiden in werkelijke en}

meewerkende inhoud.Van het werkelijke volume _{zal namenlijk slechts een}

deel bijdragen in de _{luchthuishouding doordat het overige deel} ingenomen wordt door apparatuur etc.Belangrijk _{voor het programma zijn}

dus de waarden van de _{meewerkende inhoud,die volgens NeVesBu[8)} bedragen: 1. MK ; 250 m3

HK ; 150 m3

CC ; 500 m3

BBK; 200 m3

BC ; 100 m3 (2x50 m3)

Tussen de volumina onderling zijn natuurlijk _{nog verbindingen via het} ventilatie-systeem ,echter dit wordt later _behandeld.

De avenge

parameters die een bepaald _{type onderzeeboot kenmerken in}

dit programma zijn vervolgens:- _{type en aantal dieselmotoren}

snuiversysteem ventilatie-systeem

In het navolgende zal iedere parameter apart behandeld worden.

SMUT

inswirriam

LW.

Nribta/3r,

1111_1111111ft

Ism

-r1111111

SM.

111 W.,111 !

SIMLA&

No. s Awe

==E

slant

WAR.

as-.

Timm

:lei

IMMO

I sotsausxmai

CD)

PA, p.n. case IL syntvoo j LEMUR, sec'

IV'tal'ain

MC 011.St ASSAM° DI ,9ES.Hat. 94,St.404RTS.

-

all

pjuj

TK. OR.ST.RACtit. ORRN111._

a

GEOISt.w.

-ULM

SMO.SR, _{OR. ve. ix}

msT.11 I

j.

rata

Witt. wit

MUM.

roaatim4t.

I

11121

11.11.111 I

1/00.014P,tt.

NIS AtK t IN "ELM'S

mt,(10

lilt

infe. SPNIVEMK, 114 HD it VIII 91.11 IN3 ttlISS.NBT

?wit

Malan

*Rt.!' OR.*

H.K. 150 m3 M.K. 250m3 IB.C. 100 m3 500m3

figuur 2: benadering indeling ZWV

B.B.K.

confidentieel

5.,Snuiversysteti

Door middel van dit systeeml _{verkriigt de dieselmotor zijn benodigde}

1

hoeveelheid lucht en vindt tevens afvoer pleats van de rookgassen na de verbranding.Eet is dus zo te splitsen in een inlaat- en

uitlaat-gedeelte.De snuivermast,onderdeel van dit systeem,bevindt zich in het

sail,oftewel de toren,en aorgt _{voor de verbinding met de}

buitenlucht.

De mast bestaat dus uit een inlaat en uitlaat,en is hydraulisch

beweegbaar,zodat op snuiverdiepte(17-18 meter) deze mast _{uit het sail} omhoog komt en zo contact maakt met de _{atmosfeer.Zie voor overzicht}

fig. 3.

SA Iblaatrgedeelte

Dit gedeelte hestaat uitz- _{snuiverinlaat-topklep}

snuiverinlaatmast - snuivertank

= waterscheider

De topklep bevindt zich tijdens het _{snuiveren slechts enkele decimeters,}

boven het _{zeeoppervlak,dit am de kans op}

(radar-)detectie te

verkleinen.Een en ander heeft wel _{tot gevolg dat door varierende diepte}

van de onderzeeboot of _{door zeegang de topklep onder}

water komt.Om nu

te voorkomen dat er water in de _{inlaat komt is de topklep}

voorzien van

sensoren _welke bij _{contact met water er voor zorgen dat deze klep}

sluit.Wanneer dit het geval is zal _{de motor,welke gewoon door blijft}

draaien,zijn benodigde _{hoeveelheid lucht uit de boot}

zuigen,wat

inhoudt dat de druk binnenboord _{zal dalen.Komen de}

sensoren wederom

watervrij ,dan zal de klep zich weer openen en kan de binnenboords _druk

zich _{herstellen.Mocht er ondanks de topklep}

toch nog water zijn meegekomen door de inlaat,dan _{dient de snuivertank,welke op het einde}

van het inlaatsysteem, is geplaatst,deze _{hoeveelheid water op te} vangen.Deze tank is open _{uitgevoerd en bevindt zich}

in de machinekamer.Via een waterscheider _{zuigen de motoren nu de}

lucht uit

deze tank de. MK binnen.Zie fig.4 voor overzicht. Over het gehele _{inlaatsysteeth heerst er een}

drukval,dP,welke het

verschil is tussen de atmosferische druk,P0,en de machinekamerdruk,P1 en welke de drijvende kracht is achter _{het binnenstromen van de lucht4}

confidentieel ₉

-figuur 3: overzicht inlaat _{en uitlaat} in snuivermast

Itgaar

Afv.gasaen koeler

Alg. By. uitl.

(Haanlander) IMI 4MD Lucht

ml.

M.K. Uitlaa topkle Alg. an uitl. .1Now.. Inlaat topklen Hoofd lucht inl.

figuur 4: snuiverinlaat- en uitlaat-systeem

jbo ibo

waterscheider

confidentieel

dP P0-Pi

(1)

dP wordt oak wel _{genoemd de hoeveelheid onderdruk die er heerst in de} boot.Duidelijk is dat bij het sluiten van de _topklep,de Machinekamerdruk daalt en dus de onderdruk toeneemt.De druk in de Machinekamer en dus ook de _onderdruk is een functie van het

luchtverbruik _{van de diesels (Q1),het volume aan beschikbare lucht (V)} en de tijd (t);

dP = P1 = f(Q1,V,t)

(2)

Blijft de topklep dicht dan zal de luchtovermaat _{steeds kleiner warden'} totdat deze zo klein is dat de motor van zelf zal stoppen,echter door

de _{dieselbeveiliging zullen de diesels eerder}

afvallen bij een

bepaalde onderdruk om _{schade, als gevolg van toename temperatuur,te}

voorkomen. Aan boord van "Zwaardvis"-klasse _{onderzeeboten is dit bij} een machinekamer-druk van ongeveer 810 mBar.

In het computer-model is _{het inlaatsysteem}

gekarakteriseerd door twee parameters , namelijk de gemiddelde _{doorsnede van de}

inlaat en de weerstandscoefficient van het gehele _{inlaat-leidingssysteem.Dit volgt} uit

dP 0.5*K*2*v2

(3)

dP = drukverschil ( N/m2 )

K _{= weerstandscoefficient (-)}

= soortelijke massa lucht ( kg/m3 )

v _{luchtsnelheid} ( m/S ) en

Q = v*A

(4) Q = luchtstroom

_{( &Is}

) A = doorsnede ( m2 ) d.m.v. formules (3) en (4); Q =

V(dP*2*A*A)

_(KT)

(5)

invoeren van grootheid K1 (m2);

Al4

,

Kl = _{(200*A*A) !factor 102}

i.v.m. overgang naar mBar! (6)

K

Q = K1* 1 *

V-c7

_{!dP in mBar!}

(7)

De twee parameters zijn nu overgegaan in een algemene _{parameter Kl.Nu}

(s)

,P

in CO

P in in

figuur 5: massabalans stationair snuiveren

confidentieel

uitgaande van de stationaire _{fase geldt dat :massastroom in is gelijk}

aan _{massastroom uit,zie massabalans in}

fig.5.Nemende voorts de

veronderstelling dat de dichtheid _{van de ingaande lucht ongeveer gelijk}

is aan de uitgaande,dan;

Qin Quit _{!in stationaire toestand!}

(8)

De

K-waarde en

dus ook de _{K1-waarde zijn bepaald op, grand van}

empirische metingen door _NEVESBU[9] en de RDM410).Deze

weerstandscoefficient is opgebouwd uit verliezen bij kleppen,,bochten, inlaten en _{uitlaten.Deze waardes zijn onafhankelijk}

van eventuele

opgelegde drukverschillen, vandaar dat _{bovengenoemde K-waarde constant}

is en dit ook blijft in een dynamische _{situatie,. Voor de hoeveelheid} inkomende lucht,Qin(t),geldt clan;

!Qinet) * kl *

)57

f9)[

De waarde voor de _{weerstandscoefficient,K,bedraalt Volgens}

NeVesBu191

11,25.Deze waarde is ontleend uit _{een schaalmodel van het inlaatsysteem}

voor een _{"Zwaardvis"-klasse onderzeeboot,gedurende}

de ontwerpfase van

dit type.Latere metingen,toen zij _{in de vaart was,bij de RDM(10) hebben} aangetoond dat _{deze waarde 8,25 is.Het verschil werd}

veroorzaakt door

de in werkelijkheid kleinere _{weerstandswaarde van de}

topklep.in het

programma zal oak deze waarde 8,25 warden _aangehouden.

Voor wat betreft de tweede parameter, de doorsnede van het

inlaatsysteem A,geldt een _{waarde van 0.21 m2. Dit is}

ontleend uit het

tekeningen boek "Zwaardvis"-klasse _{onderzeeboten bij de Onderzeedienst}

te Den HelderC111.

Aldus is nu oak de parameter _{K1 bepaaldrwelke exact wordt}

berekend door

het programma.

Uitlaat=gedeelte

De _{uitlaat bevindt zich naast de}

inlaat ill de snuivermast.Zoals _feeds vermeldt steekt de inlaat boven het _{wateroppervlak uit,echter}

de. uitlaat bevindt zich juist onder water.De reden daarvoor is_kans weer om de op detectie te verkleinen.De _{rookgassen komen regelrecht, via} enkele _afsluiters , van de motoren

.Duidelijk is nu dat deze rookgassen allereerst _{het drukverschil over het leidingsysteem moeten}

overbruggen maar daarnaast ook de waterkolom die zich _{boven de uitlaat} bevindt. Door varierende diepte van de onderzeeboot en door _{zeegang kan}

tonfidentieel

444.

=

1

confidentieel

deze waterkolom toenemen en zal de te overbruggen druk groter

worden.Nogmaals,de rookgassen en derhalve de motoren moeten deze druk

overwinnen.De te overwinnen druk wordt aangeduid met de tegendruk.Zij

is vooral van invloed op de prestaties van de dieselmotor en de daarbij horende drukvulgroep, zoals Klok[1],Norden en Holman[2] en Visser en Ensing[3] onderzocht hebben.Deze invloed op drukvulgroep en motor komt

later nog aan de orde.

Evenzo als bij maximale onderdruk , zullen de motoren worden afgeschakeld bij een maximale tegendruk;dit wederom om schade aan de motoren te voorkomen.

confidenti eel

6. Ventilatie-systeem

Een grote rol speelt dit systeem wanneer de topklep sluit _{en zich weer}

opent.Want zoals reeds is vermeld zal de dieselmotor bij het sluiten

van de topklep, zijn benodigde _{hoeveelheid lucht uit_ de boot zelf}

halen. De _{luchtaanzuiging vindt dan pleats via het}

ventilatie-systeem. Maar ook bij het openen van _{de topklep,wanneer de druk in MK maar} oak in de andere compartimenten zich _{herstelt,zal vereffening optreden}

via dit zelfde systeem. De MK is in dit geheel het belangrijkste compartiment omdat hier toevoer van, en _{afvoer aan de buitenlucht} plaatsvindt.

Het _{ventilatie-systeem zorgt VOOE de}

verbindingen tussen de verschillende compartimenten.Dit _{kunnen open verbindingen zijn,deuren}

of luiken,of ventilatiekanalen _{met of zonder}

ventilatoren.In fig.6 is

de werkelijke situatie met betrekking tot het _{ventilatie-systeem}

weergegeven voor "Zwaardvis"-klasse onderzeeboten.Hierin _{zijn vele open}

verbindingen te onderkennen ,echter _{slechts een hiervan is gedurende}

het snuiveren werkelijk geopend _{en dat is de verbinding tussen het CC}

en de BBK.

voorts zullen behandeld worden de open verbinding,het _{kanalen-systeem} met en zonder ventilator en _{tenslotte de benadering van}

het totale

ventilatie-schema door het _programma.

6.1 Open verbinding

Tussen het CC en de BBK bevindt zich een open verbinding in de vorm van

een open waterdichte deur.Een gevolg _{hiervan is dat}

er _{slechts een} geringe sprake is van een drukverschil _{tussen deze twee compartimenten} zeker wanneer de deur van voldoende afmeting is.

Mocht er een drukverschil _{onstaan,dan zal er sprake}

zijn van volledige

vereffening van de druk _{in een zeer kleine}

tijd.Dit blijkt tevens aan

de hand van een voorbeeld; - _{Nemende voor de}

weerstandscoefficient, K,1.5 ; opgebouwd uit

instroomverliezen van 1,en _{uitsroomverliezen van 0.5 ,blijkt;}

025 2WAARDV1S

LUCHTVERHOUDINCEN TUSSEN DE VERSCHILLENDE W -COMPART M NT /4

0

4c/IterMiachkmkamer 400 machinekamer 0 o tit- i -t 4-11 1

8

00 1t

e 2

1' I wi .- I ,2030 1 2000 -..a. 1 ..)...

4 ... ad

_

-...1 ... Ow

FAN1 1870 ra/h FAN 2 4000 'MTh FAN 3 6600 rn3Th FAN 4 2000 rn3/h 5.ACU 3650 rn3/11 Alle onbenoeffide Waarden tijh

in

rd/h

1 500 0 2000 voorschip , 9,2 , 5,2 , 10,15 7,5 _{'11 ,1} ! I

mihr mBar mBar mBar mBar

%a. #A 4 g ex T batterUrvlmte 3 'mfddenschip 2000 0

confidentieel

dP = 0.5*1.5*p*v2 _{izie ook form.3)}

eh stellende dat dP = 1 mBar, en pi = 1.2 kg/m3

lOO _{Oc.r5*1-5*1.2*v2 geeft dat v = 10L5 m/s m}

met een doorsnede A. van 1 m2 \mac de deur volgt met form...4

10-5*1 m3/s

hiermee wordt bevestigd dat er al een zeer snelle vereffehing optreedt bij een relatief klein drukverschil.

Zodoende zal het drukverschil tussen beide compartimenteneindien aanwezig ,slechts een kleine waarde

hebben-6.2 Ventilatiekanalen-systerat,

Naast de reeds besproken open verbinding staat de rest van de compartimenten slechts met elkaar in verbinding via het ventilatie= zysteem. Dit systeem is onderverdeeld in het

batterij-ventilatie-systeem ,de mechanische ventilatie _{en het airco-systeem. Het} airco-systeem bestaat uit enkele onafhankelijke units,ieder werkend in een

eigen _{compartiment en zodanig geen invloed}

hebbend op drukvariaties binnen _{deze ruimte,zij zuigen uit en persen in het zelfde volume.Voor}

dit _{programma zijn zij dus niet van}

belang en warden dan oak buiten

beschouwing _{gelaten. Er geldt slechts een}

enkele uitzondering met betrekking tot de unit in de BBK. Deze zal in de _navolgende beschouwingen onder de mechanische _{ventilatie vallen.}

met _{het BC wordt bewerkstelligd door}

de batterij-ventilatie.Hier _onder hoort dus ook,in tegenstelling _{tot de specificaties"Zwaardvis"-klasse}

onderzeeboten beschreven in _{Beschrijvingenboek}

"Zwaardvis"-klasse

r

onderzeeboten[181,de verbinding _{tuesen CC en BC.}

confidentieel ₁₄

De _{mechanische ventilatier zorgt voor}

de verbindingen tussen de

compartimenten , dus zowel via afzuig- als

oak _{pers-kanalen, met}

uitzondering van het BC.De _{verbindingen van de}

verschillende ruimtes

= ,

Q = _{= 10.5}

confidentieel

Ventilatie-kanaal met open verbinding

Lucht zal alleen door deze kanalen gaan indien et eed drukversch1I is

tussen de compartimenten waar het zich _{bevindt_Bekend is dat de lucht}

stroomt van hoge druk naar lage,en dat de hoeveelheid bepaald wordt

door de grootte van het drukverschil en de doorsnede van het kanaal.Form.3 is _{hier wederom van toepassing,met een K-waarde voor in=}

en uitstroomverliezen van 1.5 .Wanneer voor deze kanalen _{de doorsnedes}

zijn gegeven,is dit deel van het _{ventilatie-systeem bepaald.Op grand}

van het drukverschil dat er over een bepaald kanaal wordt _{gelegd,is de} luchtstroom van het ene volume naar het andere _{nu te berekenen.}

Ventilatie-kanaal met ventilator

Indien er zatch een ventilator bevindt in het kanaal rwordt de beschrijving complex.Alvorens de ventilator in _{het kanaal te beschouwen} zal eerst de ventilator zelf worden

beschreven-De ventilatoren aan board "Zwaardvis'-klasse onderzeeboten warden aangedreven door electrische motoren ,en draaien een constant

toerental.Variabel kan zijn het toegevoerde _{vermogen en daarbiji horende}

opvoerhoogte van de _{ventilator.Het aan de ventilator toegevoerde}

vermogen wordt _{met een zeker rendement omgezet in een statische en een} dynamische druk.Zie fig.7 voor _{een algemene ventilator-karakteristiek,}

ontleent van A&N _{te Breda.Hierin zijn te zien lijnen van statische}

en totale druk,het rendement en een _{leiding-karakteristiek.Het}

werkpunt van de ventilator wordt bepaald _{door het snijpunt van de}

leiding-karakteristiek en statische druk.Het verschil tussen totale

druk en statische druk is de dynamische _{druk,gelijk aan;}

0_5*9*v (N/m2)1

/n een nominale situatie kent de ventilator slechts een beperkt werkgebied. Gewoonlijk is dan oak het _{eerste kwadrant van een} karakteristiek ruim voldoende am _{de opvoerhoogte van de ventilator te} bepalen.Een en ander wordt anders _{wanneer er een tegendruk verschil}

over de ventilator wordt gelegd.Dit houdt in dat de ventilator _een, drukverschil moet _{overbruggen.Er kunnen nu twee}

situaties onstaan

namelijk dat dit drukverschil _{kleiner of groter is dan de maximale} opvoerhoogte. Indien kleiner zal de _{luchtstroom dezelfde richting}

behouden , echter in grootte

afnemen.Wanneer echter het drukverschil grater is _{dan de maximale opvoerhoogte zal er tegenstroom ontstaan,met} andere woorden de _{luchtstroom zal van richting omkeren. De}

confidentieei ₁₅

6.2.1.

rif: itho :

ElgragaimultairM

ourissigammiltrig

CE"

munnunqn man

inraNaMeLin

--17%

we

.11111111111111:i

I

91111,01M

Aire

.::,_ ,

Ling

figatilh

_..

_{v ,}

ieh , _ i.. T a;

t

; -.:.-"TIVISPIE

Han

IA

A

cumin:

vissompoin:notAiih:ips.,

mouparalnielrar

MIUMNIPPIr-

tii, :... . I . .

unkunitmisogsmil

:atl,:iii.;agelo

....04#

u

_

1111111110111 ;.

:1

PhIS ilitiliteratir

III

, .. 1 ar

LIMISIMIESI

L: Lir: 4 11141313111101111

A

4074d

,r

1 fl

munpasuarnrstinuminum

roased

in

1.1

Illiii":11112,1 111S

R

TAZIONIEIMpirpSaa

M 1111

.,._

snlepAptimamomplimgond

n

imarrAmemummanunsiquONOI

n

n

N---.4 1 1 , ...,f N.. .

diP.469.44. Sir a

Le

ti.

Nat .

---"Lawysaingigiall

---I -1

-I

---'n71-Magi 415111111111E

r- :7-111111110WITA.11111

MEN

anamillonL):::.

allipotti no

amortioncitlopesmaign. ...----gaterse

em...m...ami own

-m-

on

_1,

r

ann_oriamossmannitipaill

Egg

II!

, .

Ungralltillitingaralltir

i

Olor

,,..r

. . . .

,

.7

I Cr,. 6: ,

1.

. 1. I.! .-I -ol ! Lu _fertra ___.; I '. . r le 'Crir.d syt5 11. 9 t.

cifi id.

691i :VT Dl 5-0 0 U. et' tit 0 4-, 0 4_1 0 ri 4-) 0 0 0 14!) t--a_.

h

s'a

confidentieel

karakteristiek loopt een ander kwadrant in nameliik het tweede kwadrant welke nimmer is _{weergegeven.Slechts Eck[l2] beschrijft het} vermoedelijke verloop van _{de karakteristiek in dit kwadrant,maar ook} in het derde en vierde. Nogmaals: dit is nimmer gemeten,en berust

slechts op vermoedens. Zie voor "meerdere _{kwadranten karakteristiek"}

fig.8. Opvallend is dat _{wanneer de karakteristiek zich in het tweede}

kwadrant _{bevindt, de omlooprichting van de ventilator gelijk blijft en} zodoende nog steeds vermogen levert.De ventilator zal _{namelijk in dit}

geval slechts als weerstand optreden voor het opgelegde drukverschil

en bijbehorende volumestroom.

In het bovenstaande is steeds gesproken _{over drukverschil dat negatief}

werkt op de ventilator,maar ook komt voor dat er sprake is van een zogenaamd _{"meedrukverschil".Het drukverschil bevordert zo}

de volumestroom in _{richting en grootte waarvan al sprake}

was.De

volumestroom zal grater worden ,echter _{de ventilator zal geen echte} bijdrage meer leveren,en zal zelfs eerder als _{rem optreden.}

be volumestroom door een ventilatie-kanaal met ventilator wordt bepaald

door opvoerhoogte _{ventilator en het drukverschil. be} ventilator wordt _{gekarakteriseerd door het geven van de maximale} opvoerhoogte en de daarbij _{horende volumestroom.Van alle ventilatoren} aan board van _{"Zwaardvis"-klasse}

onderzeeboten lopen de karakteristieken parallel, zie fig.9-10-11,en dus door het geven van eerder genoemde parameters liggen de _{verschillende karateristieken}

vast.De benadering die zal _{gelden voor het globale}

verloop hiervan

geeft fig.12,tevens ontleent _{aan Boom[6].}

6,3 Benadering total& ventilatie-schema

Het _{eerder gegeven schetha,welkes de}

werkelijke situatie aan board

weergeeft,is numeriek in _{een programma ,gezien}

de computer-taal waarin

het geschreven _{is,moeilijk realiseerbaar.De}

samenwerking van meerdere

ventilatoren zorgt voor dit probleem.Zij _{beinvloeden elkaars werkpunten}

indien aangesloten op een _{en het zelfde ventilatie-kanaal.Zodoende} is voor een _{benadering gezocht,en is gevonden door}

het _{creeren van}

fictieve volumina.Deze _{zorgen er voor dat een ventilator}

slechts alleen in een kanaal aanwezig _{is,en dus slechts wordt}

beinvloed door het drukverschil tussen de met elkaar _verbonden ( fictieve ) ruimtes. Natuurlijk is het zaak am de grootte van deze volumina zo klein

mogelijk te _{houden,maar ook dient de stabiliteit van het programma te}

blijven gewaarborgd . Ook de doorsnedes van de fictieve _{kanalen moeten} in _{dezelfde orde van grootte}

zijn, zoals weergegeven voor het

nominale _{geval. Fig.13 geeft de}

benadering van het ventilatie-schema

confidentieel ₁₆

P stat

-Q

+

;,-I4 ... J.-3a. : .-.,. ' -... I . T---1 L r -. . I .. . . I---I. 1 t_{----r.74. . ...} .', 17 --... .-I : 1.-I , ...' I . 1 i

r--1 rr ---L 1 . II& J. 1 -..i. . I 1 --i-i ....

.

. 7 1

'L

!1,.. , V . -.. ..- ...-. ... I-... ... -.1.--: ' . 3 j 3-.1r. i3 . / .. . 1 , z .-1---;--, , . .. . i . ., . . f CI! --..-r, . 4 .. 1: , : ... : ...'...

a

...,...71:.- '''' , ' .. L. ... ,.... ... ... . .. , ." . -'....---1*--I-1--t' .. : '''' I T-. .

-ifi a

,

! . ---7

- i

-1 --i ..-. . :. i i . ....!... ! ! I-....r.. .1:-...

-4-71"

. .,

II

-I.-

nj--.

'-i

-1.... ! : A

Lai

'''.

''

.... .

71

1

; : . 1 1. : . I.. : ; ..._ 1 .1 .. I - i-.. 1 ---.-:

i

--. "...,..,. 4'.' 1

.01111111

! ....1..:. 1

EnEir

vt

..

:::.

II

-El

CL. fir . -.L.

1

. .

f

....1....1...-1-1 . . . '

-7

: , ' . '

j

. . I 1 1 i r

. _

i i

-4

cri

NI

.11

1111 1

,,,,nr.

411 11111 .

.,

.. . 4

--..re...

CO . il -' 1 ... --1.177; ... -.lir."

-:.:-LI

6 .. : 7

,

...OK . .: ...i....

..!....:

1 -. 4A 1.: --I .. 1

.,...

4

...i... ... .,I.:,. -. .

I ...0

.I a 1 IR. .4. -. . ..,

,

7:-.: ,.. ...1.... 1. .V.1... ii..: .... ' . . .... , 4 0 t -: 14 li.:i .. I , i .04 .-.,,, 1 1 .. 3, ' I ...

--i ... .. ... .. I . .... .... ... . .. a...:. ... ...: :

-I

3111 a 1, ! it a

kill

'that; MI ED MIlL'ilikkliaill 'FIN'

Ofrip

itirj

0

4 AN 23

3144111EMEM

11

ICI M elea

11111Ellg:

V11111 glillalla

o

01111EIMMEMPERRIP0-..a

11111111WWEAREffill '

lSfl.a

11111rIgnmARIREr":

alliiiiiiiiilliMMIIIIIiidiLimal.1

₁₁₁₁₁₁

IIIINIIIIIMI011011g131:

1

ig111111141111111111LAMIIIIwitiT

a

NO

....,

111111

1111013113111;111911rem

411111/11

1111111311111111Ergra

:41

_{7 a}

Li; I.L

A._ A

Ill 111211111111M11115

.

i

L i !

1111

11111:1111111111"

ilit

':1

0

tin AN 11'

MEM

.

lir si,

11111

111111413111VIV

t! 4

461 A

rt

Ji

II I

NNW 'VIII.

.... 447. 4 :.

ingt

, .. '1

11/11/11

IMMIV

gr rl-i

I 9 ilii

1 1111 11111111111;

al

.71

tr

3131313111911151

411,

jul

I

lNii1148440

IiiiNgilidiallumitim

nummumummagunnomm.

flIuJ

IEUMMIEURIMINEEMIE

MI NIMIENEMEIE

Roam

muninnerrommul

nopossm.diumen

miumentamonanulm I

U8i J:

MR9911

:01

aminummosna

limo

own noun

1. um

: a

RC

Si MILIINENNEMI

SHIMI

I

am oistikaumpuni

sum

mankaame

P stet max. - Q (tegenstroom) P stat

+0

figuur 12: benadering ventilatie-karakteristiek met werklijn ft

die bribenoemde waarden zijn in

figuur 13: benadering _{ventilatiesysteem met} fictieve volumina

0,,03

B.C.

ventilatie-kanaal zonder ventilator met nominale flow-richting : ventilatie-kanaal met ventilator met nominale flow-richting : open verbinding = fictief volume U.,03 0,7 B.B.K. r,03 ,'an 1: 9,2 _{mBar ; 0,52 m3/s} ran 2: 5,2 mBar ; 1:11 m3/s 'an 3: 10,15 mBar ; _{1,83 m3/s} 'an 4: 7,5 _mBar ; 3 0,56 m3/s 'an 5: 11,1 mBar .; 1,01 m Is 0,03 0,03 --4 H.K. 0,03 0,03 M.K. 0,03 C.C. A

H.K. 150m ,r4

003

M.K. 250 .m3 M C.C. / B.B.K, 700 m'3

t _{ventilatie-kanaal zonder 'ventilator}

Met nomtnale flow-richting : ventilatie-kanaal met ventilator met nominale .flow-richting

3

Fan 111 9,2 _{mBar 0,52 m,/s}

Fan 2: 10,15 _mBar ; 11,83 mys Fan 3: 1,2 _{mBar ; 0,56 m /s,} Fan 4: 7,5 mBar 0f56 in Is

Alle onbenoemde waarden _{zijn inn}

figuur 14: benadering _{ventilatiesysteeM met,} 4 volumina 3 0,03 B.C. 100 ; ;

M.K. / H.K. 400m3 0,03 m2 B.C. 100 m C.C. / B.B.K. 700m3

: ventilatie-kanaal zonder ventilator met nominale flow-richting :

ventilatie-kanaal met ventilator met nominale flow-richting

figuur 15: benadering ventilatiesysteem met 3 volumina Fan 1: 7,2 mBar ; 0,56 3 ml/s Fan 2: 10,15 mBar ; 1,83 m5/s Fan 3: 7,5 mBar ; 0,56 m /s

confidentieel

met betrekking tot bovenstaande.Een probleem is echter de _{keuze van de}

groottes van de fictieve volumina en de doorsnedes van de fictieve verbindingen.Een fictief volume moet zo klein mogelijk zijn,echter de

vraag is of dit oak realiseerbaar is in een

computer-simulatieprogramma,eventueel zou namenlijk de stabiliteit van

een dergelijk programma in gevaar komen door de te kleine fictieve

volumes.Daarnaast kan de vraag gesteld worden of een dergelijke nauwkeurige benadering van het _{ventilatie-systeem in een}

simulatie-programma wel noodzakelijk is.Een en ander kan slechts getoest warden

door naast de benadering van het ventilatie-systeem met fictieve

volumina een meet globale benadering toe te passen.Het _{grote nadeel van}

fictieve volumina is dat er een extra volume wordt gecreerd,waardoor ook het totale bootvolume toeneemt, en er dus een grater buffervolume

ontstaat,met als gevolg een betere luchthuishouding gedurende het snuiveren.

Net het oog op bovenstaande worden twee _{alternatieve benaderingen}

weergegeven.Het eerste alternatief gaat er van uit dat de BBK en het CC

een volume vormen,dit vanwege de,tijdens snuiveren,aanwezige open verbinding tussen deze volumina.In 6.1 is _{reeds vermeld het relatief}

kleine drukverschil dat optreedt tussen beide volumina. Vervolgens, worden de ventilatoren gesplitst per volume ,zodat een ventilator

slechts tussen twee ruimtes werkt.De fictieve volumina blijven bier dus

achterwege.Een tweede benadering gaat oak uit van het feit dat de

BBK en het CC een ruimte vormen _{,maar tevens dat de MK en de HK een}

ruimte vormen.Dit laatste is _{gebaseerd op bevindingen aan board van} "Zwaardvis"-klasse onderzeeboten,waar beide ruimtes _{slechts van elkaar}

gescheiden waren door een _{"zwevende" ruimte ,de "mannoeuvreerkamer"}

en een waterdicht schot met enkele _{ventilatie-openingen,zodanig dat er}

ook in dit geval sprake was van een snelle vereffening bij een drukverschil. Ook hier werken de ventilatoren slechts tussen twee

ruimtes.Dit leidt tot de benaderigen _{weergegeven in de figuren 14,15.}

Worden de _{computer uitdraaien van BoomD6) bekeken tav drukken van elk}

compartiment als functie van de tijd,dan is te zien dat bij _sluiten van de _{snuiverinlaat-topklep, met name het}

CC en de BBK behoorlijk naijlen op de druk in _{de MK en dat zelfs biji het openen en wederom} sluitende _{respectievelijke drukken nog niet herstelt zijn.Met deze} opmerking is de eerste _{benadering gerechtvaardigd. Net betrekking tot} de tweede benadering gelden slechts eigen bevindingen _{en standpunten}

van de Onderzeedienst. Op grand van bovenstaande zal de laatste

benadering worden toegepast en getoetst _{in het simulatie-programma.}

confidentieel

7. Dieselmotoren met mechanische drukvulgroep

Zoals reeds vermeld in hoofdstuk 4,is ook het type en aantal

dieselmotoren aan boord van belang op _{het snuivergedrag.Met betrekking} tot het type wordt onderscheid gemaakt _{tussen motoren met mechanisch} aangedreven drukvulgroep of afvoergassen aangedreven types.Een drukvulgroep zal _{zorgen voor extra vullucht in de cylinders nodig}

voor

volledige verbranding en voor _{spoellucht welke tevens een koelende} werking heeft. _Lucht-tekort zal betekenen het snel bereiken van de rookgrens en zal tevens leiden tot _{hogere temparaturen.Een teveel aan} lucht echter geeft onnodige _{onderdruk in de boot en geeft een daling}

van het rendement.Een goede _{afstemming van drukvulgroep (in vervolg}

DVG) en motor is dus van belang,zie v.d. Pol[13].Bij _mechanisch aange-dreven DVG'n ,zal de compressor met _{tussenkomst van een}

tandwielover-zetting worden _{aangedreven door de krukas zelf. Net}

aantal

omwentelingen _{van de dieselmotor,( =omwentelingen krukas ),zal}

bij een bepaald ingesteld vermogen, constant _{blijven. Ook bij wisselende} tegendruk of onderdruk zal _{het toerental gelijk blijven,zolang een en}

ander maar binnen de maximaal mogelijke _{opvoerhoogte van de compressor}

blijft,waarbij de _{luchtovermaat steeds adequaat moet blijven voor het} gevraagde _{dieselvermogen.Een en ander heeft tot gevolg}

dat ook de compressor een constant toerental zal draaien.

Het constante toerental van de compressor heeft _{tot gevolg dat deze nu} ook een constante volumestroom _{aanzuigt.Echter de}

massastroom zal wel veranderen ,onder _{snuivercondities,door toe en afname van}

de soortelijke massa.Want;

massastroom = volumestroom * soortelijke _massa

Voor een _{simulatie-programma, welke het dynamisch}

drukverloop in een onderzeeboot _{simuleert,is van belang het}

luchtverbruik van de

dieselmotoren,in m3/s,onder elke _{conditie. Uit bovenstaande blijkt} dat dit voor een mechanisch _{aangedreven DVG constant is ,ongeacht}

grootte van tegendruk of _{onderdruk.De grootte van}

dit luchtverbruik

wordt hoofdzakelijk bepaald door _{de werking van de}

compressor. In het _{computer- programma van}

Boom[6] en het nieuw te ontwikkelen programma, is met betrekking tot een _{dieselmotor met mechanische}

drukvulling gekozen voor de _{12-cylinder PA-4}

Pielstick-dieselmotor, zoals deze oak _{geplaatst zullen warden aan}

board van de "Walrus"-klasse _{onderzeeboten. De belangrijkste}

specificaties van deze motor,

ontleent uit het beproevingsrapport _{van Alsthom[14],zijn:}

nominaal toerental : 1300 omw/min. nominaal vermogen : 1250 kW.

nominaal compressor vermogen : 300 kW.

confidentieel ₁₈

-confidenti eel

nominaal generator vermogen : 950 kW. specifiek luchtverbruik 7,5 kg/kWh.

nominaal luchtverbruik : 2,25 m3/s

Wordt in _{de, simulatie gekozen voor deze DVG,en this voor deze motor,dan}

zal gesteld warden dat nominaal vermogen wordt geleverd,en het

luchtverbruik dan 2,25 m3/s zal bedragen per motor.

Net aantal dieselmotoren kan _{zelf in de simulatie warden bepaald,maar}

normaal wordt uitgegaan van 3 _{stuks,zoals oak het aantal is op.} "zwaardvis"-klasse

confidentieel

8. Dieselmotoren met afvoergassen aangedreven drukvukgroep

Naast de _{mechanisch aangedreven drukvulgroepen}

bestaan ook

dieselmotoren uitgerust met een _{afvoergassen aangedreven drukvulgroep.} De compressor wordt in _{dit geval aangedreven door een turbine,welke} geplaatst is in de uitlaat van _{de motor.De uitlaatgassen drijven deze}

turbine aan _{,en aangezien de compressor aan dezelfde as als de turbine} is verbonden,wordt zo ook de _{compressor aangedreven.Zie ook dictaat} v.d. Pol[13].

Het grote verschil met de mechanische DVG'n is dat onder wisselende snuivercondities ,het luchtverbruik van de motor in dit geval niet hetzelfde zal blijven,en dus afhangt _{van de heersende tegendruk en}

onderdruk.Naar de kwalitatieve invloed hier van op _{de dieselmotoren} drukvulgroep wordt verwezen naar de verslagen _{van Klok[1] ,Norden en} Holman[2] en Visser _{en Ensing[3], en de artikelen van v.d. Pol}

[4/5] Net eerste probleem voor een _{simulatie-programma is dat geen}

genoegen kan worden genomen met slechts een _{enkele waarde van}

het luchtverbruik.In iedere situatie _{d.w.z. bij iedere combinatie van} onderdruk en tegendruk,moet het _{luchtverbruik bekend zijn.Behoefte}

is dus aan een _{luchtverbruiks-kenveld van de motor,met}

parameters onder-druk,tegendruk en bijbehorende volumestroom.Op _{een proefstand is dit}

realiseerbaar door bij elke instelling van _{een bepaalde onderdruk} en _{tegendruk, de volumestroom te meten.Echter bedacht}

moet worden dat in dit geval slechts stationaire _{waarden voor de volumestroom}

worden verkregen, dit in tegenstelling tot de situatie aan boord waar de grootte van _{onderdruk en tegendruk continue}

veranderen en de DVG zich dus _{bevindt in een dynamische situatie.In}

dit kader is juist onderzoek gepleegd naar de eventuele vertraging van de _{drukvulgroep in een} dynamische situatie.

In het navolgende zal kenveld en eventuele vertraging van de drukvulgroep nader worden belicht:Zoals _{bij de mechanisch aangedreven}

drukvulgroep gekozen is voor de _{Pielstickdiesel zal hier de keuze}

vallen op de BRONS _{ORUB 215*12 dieselmotor.Deze}

motor is geplaatst op "Zwaardvis"-klasse _{onderzeeboten.Deze zijn uitgerust met}

een BROWN BOVERI VTR 250 Z7 drukvulgroep. _{Specificaties van de motor, verstrekt} door BRONS _{Industrie dd 10-04-85 ter}

gelegenheid van _{het bezoek van} STATSDEF aan BRONS Industrie _{op 10-04-85 ,zijn}

nominaal toerental : 1150 omw./min. nominaal vermogen : 992 kW

nominaal generator _vermogen : 920 kW specifiek luchtverbruik : 6,9 kg/kWh nominaal luchtverbruik : 1,9 kg/s

confidentieel

N.B.: bovenstaand geldend onder snuivercondities _{met een}

onderdruk van 68 mBar ,een tegendruk van 200 mBar

en een MK-temperatuur van 35 graden Celcius zie voor compressor-karakteristiek bijlage 1.

8.1. Luchtverbruiks-kenveld ORUB

In December 1985 zijn op een _{proefstand bij BRONS N.V. te Appingedam} metingen gedaan om te komen tot het reeds eerder _beproken

verbruikskenveld.zie Borsboom[7). In figuur 16 is dit kenveld

weergegeven.Uitgegaan is van constante waarden van de onderdruk en variatie van de tegendruk . Voor iedere situatie _werd echter de massastroom gemeten onder _{stationaire condities. Hetzelfde} werd herhaald voor _{andere waarden van de onderdruk.Het}

diagram geeft

dan oak lijnen weer van constante _{onderdruk, en op de x- en y-assen}

zijn _{respectievelijk uitgezet de tegendruk}

en de massastroom.De lijnen van constante onderdruk _{verlopen nagenoeg lineair,en zullen dan oak} als zodanig beschouwd warden, dit am het _{interpolatie-proces, en het} invoeren van dit kenveld in een simulatie-programma _{te vereenvoudigen.}

Fig.17 geeft het kenveld weer dat zal _{warden ingevoerd in het te} ontwikkelen programme.

Bij het interpolatie-proces wordt _{uitgegaan van het feit}

dat de tussen liggende onderdruklijnen _{parallel lopen met de andere, reeds}

weergegeven,lijnen.Om te komen tot de massastroom behorende bij een willekeurige onderdruk en _{tegendruk wordt uitgegaan van de lineaire} interpolatie-methode,zie Numerieke Wiskunde[15].

In het _{simulatie-programma van}

Borsboom[7] wordt het kenveld weergegeven door _{een serie punten}

welke weggeschreven staan in een

aantal _{matrices. Er is dan een}

1-dimensionale matrix met daarin de verschillende _{onderdruk-waarden (PSUB). Daarnaast een}

2-dimensionale

matrix wan in de rijen

_{corresponderen met de onderdruk-waarden}

uit

PSUB en de kolommen per _{onderdrukwaarde, "onderdruklijn"}

, de verschillende tegendruk waarden in de _{respectievelijke punten} weergeven (PBACK). Een tweede _{2-dimensionale matrix heeft dan}

als

inhoud de _{luchtverbruiken per}

motor, MLUCH.Echter wegens gebrek aan

werkgeheugen dienden alle _{bovenstaande beschreven files te warden}

opgenomen in een grate file NSBM.

Bij een gegeven tegendruk en onderdruk wordt door lineaire _interpolatie

tussen de vier bekende _punten in het kenveld, welke het

_

-ikininuffigu,Lobli...fr,11B,,,,,,w,,,,..aiithub

3,,...{, ourrlill

a

tottimmtim..ilingillisotir

R:,:111,11

'"34.k.iiiti.,11111piiiiii

ill.

f

..,...

,,,,,,,

ratiattilirarihria...iikb,,,,,,,iiii,o6e,,,,,po,6,..1._,_..

filimaityroogghwii.iimilliillii

orippomilpRillllatilm%1111,111maill

INIffilffirni

IDNIlithiMINfl

2

liliill

ifinehnovi lionimmogijha,.,0...

um%111

paquelloimintinilirmitaih. diatithrjcproplogh

ammulIPPAYRIIMIi441g

liIIIIESIg

111111ENIIIIN

III II/

1/291,!lloptw,g,1014RaThE

Effifilummilififial

,...,Inatri mor

_{, .N}

1

illigingli

4

ip

brailiiritilikii4;11.g13411

11101411/1111firtAISPinESINONFA

lir

Fimitaimii1PililirliTionidup. ; p W: 'Mir MI !Lii IffinliffililliniMIlitialilw Alin!! ithiiithili. ummumralmni .1 .,.,: I . d'H ..1 ,, nimmelEilipfritinil "milli i imi Ili

I

NilliffilliElli-:illailliiiiiiIMIEIHMERMTNIN ii .EIRM

VinfiglEiliel

1111111111111ir 1 i

reffitillorall

I iliii11111111111111111111ME111 . ' ElifiliflilliifilllifiV"' uffirmirams uifigrain

- - .immirs.

taimmomurscitiAcA

munii

it : 1. ipiimuniqo lompummiumind huii,

Illi

millEtad: : iii rififirbilionithhim.irellii

..d

P 111111,1101' Liiiii . 1 IIIIIINIPM10111111ill *tilll'i. gffitlifilitilill

lit

II qiiililiiin°!gli.iiiltilliiMOMININFAIIIII IIMIIII lir t!L i: A IIIIN :, .... Mill IRO t' l lf1111111111

M

eifillIEW.diing

EI

thil 1 i Aiip ., liii ifil. .11/FM113 111111

11111

1401 .1 r f 11 giliii1"10Iii 141011111IMIMIP 'Mil: 111111 ...

111911111EtCfliggagilltililla

1 iVigt. .:silli :.11!iglgillallgMliallni

i 1 '

EMI&

iqw; !PI' :1 ! : Wiligli I !Lill m 1 rigiliiii 'IP . NOSIZINERININU

itiNpi

gthZijiiiiill L.. li

rIltiliiiirlillitefflaillffill

, 1!ThiP.911:111101111;11111: idlillatilMIIIIIMINIIMUMEINIIMII FYI! lilli.igiflai all 'II :1;

h1:I!

amm N

tNaNunifiMENINNnl 1

IilliitillIM

,..:

:PI W .: uil :I I IP:le: ... !::! Pi

....

ggliIIIIINIII ill 1101IN111114iiilII iu 'II Ilififfiilairelli it ' .:. r : miiiiiilliligiliiiiiMAIIMEMEINIgi

1114_111111

iiiiimi M111111ill rir 1 IIIIIIII ..1.

si.AVIIIIIII:IfiiiiiillElliffill1111111111MIIIIIIIMIIMMIINIMIMM011111 MI

NI Hilt MI ii 1 ... .. u . litililiiiirdilletiiiiiiiiiifilEIPAffiliffillal il INSERIIIMIE niffililliliffilli ii: liTi9

V

iiiiii01111101:ifilMIllifill11111$11111fftlIMUMNIMINIII

1 mamma

1 L

L.:

I.

.--1-Ctr:I:F2.:

I ..

__

-: ...:. ; .

-..._

.. ... .._ ... . _ ,

...

.

.. ..

,...

...,;.. ::

.,.

. . . t : ..

Iasi

:::,.,,..."

...,..

..

:JEN

.

...

...

.. . ..: . ..

...

. .

E

:.:!.

NO

NN

;:.:::.:4:

. i

..:,..

.i ..., _

I :... 1 ..a.:... ...:. ,. ' .... . :::; .. -: .

1::: Bil Elm

:I!: -it: I,. .1. " : ...

..

.. .. , le .

.;1:: 4.

: :;:i .:.:: tit otII, . . . L... 4 t . owIP

nail

:,.,: :-:::

Email

ii

0

' 1:

II

I

_ .__ _...:._

sin :.::11.

... : I :... : -.

.,..._,_"..

...,..

:_i_... .

..:

. .1 ... . 1 artAlT. -:::,:

mm..

in: DIREIRMRIPfl

1 gr.. uth gill HE HEta Pyl,,,,

to.

.. . i.. .

1 :.$6 : 61. air.

mai -4411

..

. . 111 tr)

_.041111

to

.

Rol

mr,.

_...

ea

...

r

.:.

..._

:... 1.uff _.... f.,..,:i.,..

:::

-IIIMNE

,

li

1,... i,_

-...

hit

-. .

....

...

ALM

. --1 ___ . ;.

.,...

,

...,...

4 --01.81 --1

-mgn

( I... i , . . . L., IV

,..

. ...I . .

...

4: .... ..

...

.... . . ,

166.

....

..r:

. ..,.. i.:::: :.:.

--..:;.:.:._...

:.:.,::.:

.--; JO. 4

... I:

minir

MEN

am

I

1.. ....

Bil

L

: ..,

.,"

NO

:

matiggpsocalt:imin

Nillifilifillni

MINEIMINIMINIMMI

i::t NM

tv. ;sow sipititiri

IN111111111::::111

-.

..-::L. .: I , : 1 .:-.

-::,

--/'

. . .

r

!.

...',....

.4 .

t

120117.9.!,9!

...

a irizittisimm

or. ni

jam

....

ilimmemins

.. ..

..

::. I .. .: :'::.... . :: :

...

::t

ag

-...

:J.: Tr

il NM

....

.. .... . .. ; . .. .. . . -. .,. . ?...:115. ci.

...;!::

3. . . :1: 1 a; .... . . .. .. . . . . ... . . ' ., . . i ..; L. 1.::: .

--..-::

L.. 1:::

71-:-

--J.

nazrAisrroatila

cols

confidentieel

gevraagde punt als het ware omringen,het luchtverbruik in dat

gevraagde punt bepaald.

8.2. Eventuele vertraging drukvulgroep

Het in de vorige paragraaf vermelde kenveld is gebaseerd _{op stationaire} metingen.Dit betekent dat in ieder meetpunt de _{massastroom dan pas werd}

gemeten als er zich een stationaire situatie had ingesteld.In de

werkelijkheid veranderen de waarden van onderdruk en _{tegendruk zich} continu, en zal er slechts zelden sprake zijn van een stationaire maar van een dynamische situatie. De vraag is nu of het kenveld zoals dat in een stationaire toestand _{van toepassing is,00k geldigheid} heeft in een dynamische situatie.

Het cruciale punt is de insteltijd _{die nodig is am te komen tot een}

stationaire toestand.De vraag rijst welke parameters ,van invloed op

het luchtverbruik van de motor,een eventuele insteltijd kennen.De onderdrukken en _tegendrukken , vanuit de diesel bekeken, worden van buiten af opgelegd en kennen dus geen insteltijd.Over _{blijft het} gedrag van de drukvulgroep _{en in dit geval de compressor.}

Tegendruk- en _{onderdruk-veranderingen wijzigen het toerental van de}

drukvulgroep.Een tegendruk verandering belast _{in wezen de turbine meet}

naar mate de tegendruk groter wordt en minder indien deze kleiner

wordt.Een toename van de tegendruk geeft _{een verlaging van het turbine}

toerental en this ook van het _{compressor toerental,een afname van de}

tegendruk geeft echter juist _{een toename van het toerental van turbine}

en compressor.Verandering van _{onderdruk heeft slechts een kleine}

invloed op het toerental,maar geeft wel _{een duidelijke verandering op} de _{receiverdruk,zoals dit oak gebeurt bij veranderende}

tegendruk.Zie

oak voor deze invloeden op de _{drukvulgroep de reeds aangehaalde} verslagen en artikelen van _{Klok,Norden en Holman,Visser en Ensing en} v.d. Pol.

Van een insteltijd zou _{dus eventueel sprake}

kunnen zijn, wanneer toerental en _{massastroom beschouwd worden.Een verandering in tegendruk}

of onderdruk zou dus misschien niet _{direct leiden tot een verandering}

van het toerental en _{massastroom,of indien verandering in deze} parameters optreedt,de waarden na-ijlen op die _{volgens het stationaire} kenveld zouden _{warden verwacht.Een onderzoek}

naar dit eventuele na-ijl gedrag zou zeker de moeite waard _{zijn,om te komen tot een dynamisch}

kenveld.

Als

onderdeel van dit verslag _{is,in samenwerking met BRONS N.V. te}

_

confidentieel

Appingedam,onderzoek verricht _{naar dit gedrag.Allereerst is geprobeerd} am een indruk te krijgen wat er verwacht _{zou warden van de invloed van} de drukvulgroep op het totale dynamische proces,en vervolgens te kijken naar de eventuele verwerking van de te verkrijgen gegevens in het

simulatie-programma van Borsboomi71.

Verwacht werd dat de DVG als gevolg van veranderingen in met _{name de}

tegendruk zou gaan versnellen of _{vertragen.Mocht de DVG zich gaan} vertragen als gevolg van een vergroting van de tegendruk, dan mag verwacht warden dat zij _{aanvankelijk een grotere-massastroom zal} aanzuigen in een dynamische situatie als in een _{stationaire,met}

bijkomend gevolg _{dat sneller onderdruk zal warden gecreerd.Zal de DvG}

zich met een zekere tijdsconstante daarintegen gaan versnellen,ten gevolge van een verkleining van _{de tegendruk, dan zal naar alle}

waarschijnlijkheid _{de massastroom ,aangezogen door de DVG aanvankelijk}

kleiner zijn in een _{dynamische situatie als in de stationaire.De opzet} is nu juist om deze verschillen tussen het _{dynamische en het} stationaire gedrag van _{de DVG te bepalen en als todanig te verwerken} in _{het simulatie-programma.}

Om de gegevens te _{verwerken zal in het programma een 3-dimensionale} karakteristiek moeten warden opgenomen am de _instel- c.g. hersteltijden , afhankelijk van de verandering

in tegendruk en onderdruk, waar vanuit wordt gegaan, te bepalen. Tevens zal een correctiefactor bepaald _{moeten warden welke aldus nauw samenhangt met}

de _{insteltijden om de werkelijke}

dynamische massastroom te bepalen afhankelijk van de massastroom in het vorige berekeningsinterval _en

de stationaire massastroom in het nieuwe _{berekeningsinterval.Aldus;}

itel dPbact/dt. > 0, dan;

141t2:r$ _{M(t1)-C*(M(t1)-Ms(t2fl}

GOY

Pback s tegendruk

= dynamische massastioom op tijdstip ti = dynamische massastroom op tijdstip t2 Ms(t2) = stationaire massastroom _{op tijdstip t2}

= correctiefactor

Metingen ORUS op naijlen drukvulgroep

Voor deze metingen is op de _{proefstand biji BROWS N.V. te}

Appingedam,gebruik gemaakt van de _{GRUB 215*12 met de}

BBC VTR 250 drukvulgroep, I,zoals deze oak is _{gebruikt tijdens, de metingen}

ten

donfidentisel ₂₃

=

confidentieel

behoeve van het luchtverbruiks-kenveld In _{Borsbooma71. In het} navolgende zullen, achter elkaar behandeld warden welke parameters werden gemeten , de meetopstelling, het meetprogramma en _{tenslotte de}

resultaten en de conclusies.

te meten parameters

Een uitgebreide meting is niet noodzakelijk bevonden daar _{reeds in het}

verleden,zie Borsboom(71, de gehele motor is doorgemeten.De _parameters

die van belang zijn voor het _{bepalen van het naijl-gedrag van de DVG}

zijn: tegendruk onderdruk toerental DVG

aangezogen massastroom

barometerstand

temperatuur aangezogen lucht

receiverdruk

Deze laatste is van belang om te bestuderen of _{een verandering van het} toerental oak daadwerkelijk een verandering van de _hoeveelheid aangezogen lucht _{geeft,dan niet te beschouwen of oak hierin een}

naijl-gedrag is te onderkennen.Daarnaast _{werden nog twee extra temperaturen} gemeten,namenlijk: - temperatuur uitlaatgassen _{voor de turbine}

- temperatuur in de receiver na de koeler

Meetopstelling

Voor de _{te meten parameters werd onderscheid gemaakt tussen dynamisoh-e}

parameters en stationaire parameters.Het _{verschil werd veroorzaakt door} het felt dat de dynamische parameters rechtstreeks werden _{geregistreerd}

'op een magnetische band door middel van een recorder en _{op deze manier}

continue bijbehorende waarden op band _{registreerden,terwij1 de} stationaire parameters met de hand werden _{genoteerd en alleen (Jan}

aan het begin van een meting _{en aan het eind.}

dynathische parameters. waren; - tegendruk onderdruk receiverdruk

toerental drukyulgroep

INLB, ; De drukken welke wenden _{gemeten waren Statische drukken}

en niet confidebtieel 8.2.1.1. -8.2.1.2. De 24