Námořní inženýrství - Marine engineering

Námořní inženýři přezkoumávají plány lodí

Lodní strojírenství zahrnuje inženýrství z člunů, lodí, ropných plošinách a jakékoli jiné námořní plavidlo nebo struktury, jakož i oceánografické inženýrství , oceánské inženýrství nebo námořní inženýrství . Námořní inženýrství je konkrétně disciplínou aplikace inženýrských věd, včetně strojírenství , elektrotechniky , elektronického inženýrství a informatiky , na vývoj, návrh, provoz a údržbu pohonu plavidela palubních systémů a oceánografické technologie. Zahrnuje, ale není omezen na elektrárny a pohonné závody, stroje, potrubí, automatizační a řídicí systémy pro námořní vozidla jakéhokoli druhu, jako jsou povrchové lodě a ponorky.

Dějiny

Archimedes je tradičně považován za prvního námořního inženýra, který ve starověku vyvinul řadu systémů námořního inženýrství. Moderní námořní technika sahá až do začátku průmyslové revoluce (počátek 17. století).

V roce 1712 Thomas Newcomen , kovář , vytvořil parní motor na čerpání vody z dolů . V roce 1807 Robert Fulton úspěšně použil parní stroj k pohonu plavidla vodou. Fultonova loď používala motor k pohonu malého dřevěného lopatkového kola jako svého námořního pohonného systému. Integrace parního stroje do plavidla za účelem vytvoření námořního parního stroje byla začátkem profese námořního inženýra. Jen dvanáct let poté, co měla Fultonova Clermont svou první plavbu, znamenala Savannah první námořní plavbu z Ameriky do Evropy. Asi o 50 let později měla lopatková kola poháněná párou vrchol s vytvořením Velkého východu , který byl stejně velký jako jedna z dnešních nákladních lodí, 700 stop dlouhý a vážil 22 000 tun. Pádlové parníky by se staly průkopníky parního průmyslu na příštích třicet let, dokud by se neobjevil další typ pohonu.

V roce 1896 vyrobil Henry L. Williams první ropné plošiny .

Speciality námořního inženýrství

Námořní architekt

Námořní architekti se zabývají celkovým designem lodi a jejím pohonem přes vodu.

Strojírenství

Strojní inženýři navrhují hlavní pohonný závod, aspekty napájení a mechanizace funkcí lodi, jako je řízení, kotvení , manipulace s nákladem , topení, větrání, vnitřní a vnější komunikace klimatizace a další související požadavky. Generace elektrického výkonu a rozvodu elektrické energie systémy jsou obvykle navrženy tak od svých dodavatelů; pouze instalace je za konstrukční odpovědnost námořního inženýra.

Oceánografické inženýrství

Oceánografické inženýrství se zabývá mechanickou, elektrickou a elektronickou a výpočetní technologií nasazenou na podporu oceánografie a spadá také pod záštitu námořního inženýrství, zejména v Británii, kde je zastřešována stejnou profesní organizací IMarEST .

Offshore inženýrství

Stavební inženýrství pro pobřežní prostředí, návrh a konstrukce pevných a plovoucích mořských struktur, jako jsou ropné plošiny a pobřežní větrné farmy, se obecně nazývá offshore inženýrství .

Výzvy specifické pro námořní inženýrství

Hydrodynamické zatížení

Stejným způsobem, jakým konstruktéři navrhují přizpůsobení zatížení větrem na budovách a mostech, navrhují námořní inženýři přizpůsobení lodi, která se během svého života milionkrát ohýbá nebo je platforma zasažena vlnami.

Stabilita

Námořní architekt, stejně jako konstruktér letadel, se stará o stabilitu . Úkol námořního architekta je odlišný, pokud loď pracuje ve dvou tekutinách současně: ve vodě a ve vzduchu. Inženýři také čelí výzvě vyvážit náklad, protože hmotnost lodi roste a těžiště se posouvá výš, protože další kontejnery jsou skládány svisle. Hmotnost paliva navíc představuje problém, protože stoupání lodi způsobuje, že se hmotnost posouvá s kapalinou, což způsobuje nerovnováhu. Tomuto odsazení brání voda uvnitř větších zátěžových nádrží. Inženýři stojí před úkolem vyvažovat a sledovat palivo a balastní vodu lodi.

Koroze

Chemické prostředí, kterému lodě a pobřežní stavby čelí, je mnohem drsnější než téměř kdekoli na souši, kromě chemických závodů. Námořní inženýři se zabývají ochranou povrchu a prevencí galvanické koroze v každém projektu.   Korozi lze inhibovat katodickou ochranou použitím kusů kovu známých jako obětní anody. Kus kovu, jako je zinek, se používá jako obětní anoda, protože se stává anodou v chemické reakci. To způsobí korozi kovu a ne trupu lodi. Další způsob, jak zabránit korozi, je odesláním kontrolovaného množství nízkého stejnosměrného proudu do trupu lodi, aby se zabránilo procesu elektrochemické koroze. Tím se mění elektrický náboj trupu lodi, aby se zabránilo elektrochemické korozi.

Proti zanášení

Anti-fauling je proces odstraňování obstrukčních organismů ze základních součástí systémů mořské vody. Mořské organismy rostou a přichytávají se k povrchům přívodních sacích přívodů používaných k získávání vody pro chladicí systémy. Elektrochlorace zahrnuje průchod vysokého elektrického proudu mořskou vodou. Kombinace proudu a mořské vody mění chemické složení a vytváří chlornan sodný, který čistí jakoukoli biohmotu. Elektrolytická metoda proti zanášení zahrnuje průchod elektrického proudu dvěma anodami (Scardino, 2009). Tyto anody se obvykle skládají z mědi a hliníku (nebo železa). Měděná anoda uvolňuje svůj ion do vody a vytváří prostředí, které je příliš toxické pro biologickou hmotu. Druhý kov, hliník, obaluje vnitřek trubek, aby nedocházelo ke korozi. Jiné formy mořského růstu, jako jsou mušle a řasy, se mohou přichytit ke dnu lodního trupu. To způsobuje, že loď má méně hydrodynamický tvar, protože by nebyla jednotná a hladká kolem trupu. To způsobuje problém nižší palivové účinnosti, protože zpomaluje plavidlo (IMO, 2018). Tento problém lze vyřešit použitím speciální barvy, která zabrání růstu takových organismů.

Kontrola znečištění

Emise síry

Spalování mořských paliv má potenciál uvolňovat škodlivé znečišťující látky do atmosféry. Lodě spalují kromě těžkého topného oleje také námořní naftu . Těžký topný olej, který je nejtěžším z rafinovaných olejů , uvolňuje při spalování oxid siřičitý . Emise oxidu siřičitého mají potenciál zvýšit kyselost atmosféry a oceánů a poškodit mořský život. Těžký topný olej však lze kvůli vytvořenému znečištění spalovat pouze v mezinárodních vodách . Je to komerčně výhodné vzhledem k nákladové efektivitě ve srovnání s jinými lodními palivy. Předpokládá se, že těžký topný olej bude do roku 2020 vyřazen z komerčního využití (Smith, 2018).

Vypouštění oleje a vody

Voda, olej a další látky se shromažďují na dně lodi v takzvaném podpalubí. Úplatková voda se čerpá přes palubu, ale musí projít testem prahové hodnoty znečištění 15 ppm (ppm). Voda se testuje a buď se vypouští, pokud je čistá, nebo je recirkulována do záchytné nádrže, která má být před dalším testováním oddělena. Nádrž, do které je poslán zpět, odlučovač olejové vody, využívá gravitaci k oddělení tekutin díky jejich viskozitě. K přepravě zařízení k oddělování ropy z drenážní vody jsou zapotřebí lodě nad 400 hrubých tun. Dále, jak prosazuje MARPOL, všechny lodě nad 400 hrubých tun a všechny ropné tankery nad 150 hrubých tun vyžadují, aby byly všechny převody ropy zapsány do knihy záznamů o ropě (EPA, 2011).

Kavitace

Kavitace je proces vytváření vzduchové bubliny v kapalině v důsledku odpařování této kapaliny způsobené oblastí nízkého tlaku. Tato oblast nízkého tlaku snižuje bod varu kapaliny a umožňuje jí odpařit se do plynu. Kavitace může probíhat v pumpách, což může způsobit poškození oběžného kola, které pohybuje tekutinami systémem. Kavitace je také vidět v pohonu. Nízkotlaké kapsy se na povrchu listů vrtule vytvářejí se zvyšováním otáček za minutu (IIMS, 2015). Kavitace na vrtuli způsobí malou, ale násilnou implozi, která by mohla zdeformovat list vrtule. K vyřešení problému umožňuje více lopatek stejné množství pohonné síly, ale při nižší rychlosti otáček. To je pro ponorky klíčové, protože vrtule musí udržovat loď relativně tichou, aby zůstala skrytá. S více lopatkami vrtule je plavidlo schopné dosáhnout stejného množství pohonné síly při nižších otáčkách hřídele.

Kariéra

V roce 2012 činil průměrný roční výdělek námořních inženýrů v USA 96 140 $ s průměrným hodinovým výdělkem 46,22 $.

Růst průmyslu

Předpokládá se, že námořní technika od roku 2016 do roku 2026 poroste přibližně o 12%. V současné době je zaměstnáno asi 8200 námořních architektů a lodních inženýrů, nicméně do roku 2026 se očekává, že se tento počet zvýší na 9200 (BLS, 2017). Tento trend lze přičíst poptávce po fosilních palivech získávaných vrtáním a těžbou na moři. Navíc 90% světového obchodu se uskutečňuje v zámoří téměř 50 000 lodí, z nichž všechny vyžadují inženýry na palubě a na břehu (ICS, 2017).

Vzdělávání

Tréninková loď Golden Bear zakotvila v Kalifornské námořní akademii.

Námořní univerzity se věnují výuce a výcviku studentů v námořních profesích. Námořní inženýři mají obecně bakalářský titul z námořního inženýrství, technologie námořního inženýrství nebo inženýrství námořních systémů. Praktické školení je zaměstnavatelem oceňováno vedle bakalářského titulu.

Profesionální instituce

• IMarEST
• Společnost pro podvodní technologie
• IEEE Oceanic Engineering Society
• Námořní inženýrství a výzkumný ústav
• Královská instituce námořních architektů (RINA)
• Společnost námořních architektů a námořních inženýrů (SNAME) je celosvětová společnost, která se zaměřuje na rozvoj námořního průmyslu. Společnost SNAME byla založena v roce 1893.
• Americká společnost námořních inženýrů (ASNE)
• Kunjali Marakkar School of Marine Engineering

Viz také

• Strojovna
• Strojní důstojník (loď)  - licencovaný námořník odpovědný za pohonné závody a podpůrné systémy
• Mořská architektura
• Námořní elektronika
• Námořní architektura  - inženýrská disciplína zabývající se návrhem a stavbou námořních plavidel
• Oceánografie  - studium fyzických a biologických aspektů oceánu

Reference