Schiffsbetriebstechnik: Betreiben ‑ Überwachen ‑ Instandhalten

Inhaltsverzeichnis Vorwort Einleitung 1 Elemente 1.1 Schiffsdieselmotoren 1.1.1 Arbeitsweise des Dieselmotors 1.1.2 Thermodynamische Grundlagen 1.1.3 Aufbau des Dieselmotors 1.1.4 Ladungswechsel 1.1.5 Gemischbildungsverfahren und –systeme bei Dieselmotoren 1.1.6 Gemischbildung, Zündung und Verbrennung 1.1.7 Emissionen 1.1.8 Aufladung von Schiffsmotoren 1.1.9 Regel- und Steuereinrichtungen 1.1.10 Betrieb 1.1.11 Betriebsüberwachung 1.1.12 Wartung und Instandhaltung 1.2 Dampferzeuger 1.2.1 Wirkprinzip des Dampferzeugers 1.2.2 Thermodynamische Grundlagen 1.2.3 Regel-, Sicherheits- und Warneinrichtungen der Dampferzeuger 1.2.4 Dampferzeugerbetrieb 1.2.5 Typische Störungen und Schäden 1.3 Turbinen 1.3.1 Energieumwandlung in der Turbinenstufe 1.3.2 Dampfturbinenanlagen 1.3.3 Regel- und Sicherheitseinrichtungen der Dampfturbine 1.3.4 Betrieb der Dampfturbinenanlage 1.4 Turboverdichter und Ventilatoren 1.4.1 Energieumwandlung in der Verdichterstufe 1.4.2 Verdichteranlage 1.4.3 Ventilatoren 1.4.4 Betrieb von Turboverdichtern und Ventilatoren 1.4.5 Literatur 1.5 Gasturbinen und Abgasturbolader 1.5.1 Gasturbinenprozess 1.5.2 Bauarten und Anwendunen der Gasturbinenanlagen 1.5.3 Komponenten der Gasturbinenanlage 1.5.4 Betrieb der Gasturbinenanlage 1.5.5 Literatur 1.6 Propeller 1.6.1 Energieumwandlung durch Propeller 1.6.2 Bauarten und Bauteile 1.6.3 Betrieb 1.7 Getriebe 1.7.1 Aufgabe von Getrieben 1.7.2 Getriebebauarten und Bauteile 1.7.3 Betrieb 1.8 Kupplungen 1.8.1 Aufgaben von Kupplungen 1.8.2 Bauarten und Bauteile 1.8.3 Betrieb 1.9 Pumpen 1.9.1 Einteilung der Pumpen 1.9.2 Bauarten 1.9.3 Betriebsverhalten 1.9.4 Betrieb und Wartung 1.10 Verdichter 1.10.1 Grundlagen 1.10.2 Bauliche Einzelheiten 1.10.3 Betriebspunkt, Regelung 1.10.4 Betrieb und Wartung 1.11 Wärmeübertrager 1.11.1 Grundlegende Betrachtung von Wärmeübertragern 1.11.2 Bauformen von Wärmeübertragern 1.11.3 Regelung 1.11.4 Typische Störungen und Schäden 1.12 Filter 1.12.1 Arbeitsweise von Filtern 1.12.2 Bauformen von Filtern 1.12.3 Betrieb und Wartung von Filtern 1.12.4 Störungen und Schäden 1.13 Separatoren 1.13.1 Aufbau von Separatorenanlagen 1.13.2 Aufbau von Separatoren 1.13.3 Steuer- und Überwachungseinrichtungen 1.13.4 Betrieb von Separatoren 1.14 Abscheider 1.14.1 Arbeitsweise 1.14.2 Bauformen 1.14.3 Betrieb und Wartung 1.14.4 Störungen 1.15 Rohrleitungen 1.15.1 Auslegung 1.15.2 Betrieb 1.15.3 Rohrleitungselemente 1.16 Betriebsstoffe 1.16.1 Kraft- und Brennstoffe 1.16.2 Schmierstoffe 1.16.3 Wärmeträgeröle 1.16.4 Kältemittel 1.16.5 Trinkwasser 1.16.6 Wasser im Dampfkesselbetrieb 1.16.7 Motorenkühlwasser 1.16.8 Akkumulatorenflüssigkeit 1.16.9 Ballastwasser 1.16.10 Inertgas 2 Antriebstechnik 2.1 Vortriebsanlagen 2.1.1 Aufgaben 2.1.2 Bauarten und Baugruppen 2.1.3 Betrieb 2.2 Antriebsanlagen 2.2.1 Aufgaben 2.2.2 Anwendungsbeispiele 3 Elektrotechnik, elektrische Energieerzeugung und -verteilung 3.1 Grundlegende Gesetze, Wechselstrom, Drehstrom 3.1.1 Größen der Elektrotechnik, Konventionen 3.1.2 Elektrischer Widerstand 3.1.3 Elektrisches Feld, Kondensator 3.1.4 Magnetisches Feld, Induktion, Induktivität 3.1.5 Wechselstrom 3.1.6 Drehstrom 3.1.7 Nennspannung und Spannungsqualität in Bordnetzen 3.1.8 Stromverdrängung, Wirbelströme 3.2 Verbraucher 3.2.1 Schutzarten 3.2.2 Asynchronmotoren 3.3 Transformatoren 3.4 Energieerzeugung und -verteilung 3.4.1 Allgemeiner Aufbau 3.4.2 Synchrongeneratoren 3.4.3 Wellengeneratoren 3.4.4 Netzformen, Netzschutz, Schalter, Kabel 3.4.5 Generator- und Netzschutz, Bordnetzautomation 3.5 Besonderheiten bei Mittelspannung 3.5.1 Gründe für den Einsatz von Mittelspannung 3.5.2 Kabel und Isolierstöße 3.5.3 Schaltgeräte 3.5.4 Motoren und Transformatoren 3.5.5 Netze und Netzformen 3.5.6 Sternpunkt-Behandlung 3.5.7 Kapazitive Lichtbögen 3.5.8 Schaltanlagen 3.5.9 Teilentladungen 3.5.10 Prüfungen von Mittelspannungs-Betriebsmitteln 3.6 Elektrische Fahranlagen 3.7 Gefährdungen, Sicherheit 3.7.1 Normen und Vorschriften 3.7.2 Belehrungen 3.7.3 Persönliche Schutzausrüstung 3.7.4 Prüfungen der Anlage 3.7.5 Schaltberechtigung 3.7.6 Sicherheitsregeln 3.7.7 Arbeitserlaubnis 4 Mess-, Steuer- und Regelungstechnik 4.1 Messsensoren 4.1.1 Aufgaben, grundsätzlicher Aufbau 4.1.2 Temperaturmessung 4.1.3 Kraft- und Druckmessung 4.1.4 Füllstand, Tankinhalt 4.1.5 Durchflussmessung 4.1.6 Messung elektrischer Größen 4.2 Regelungstechnik 4.2.1 Aufbau eines Regelkreises, Übertragungsfunktion, Bode-Diagramm 4.2.2 Stabilität und dynamisches Verhalten 4.2.3 Einstellung von PID-Reglern 4.2.4 Maßnahmen zur Verbesserung des Regelverhaltens 4.3 Steuerungstechnik 4.3.1 Logische Funktionen und Abläufe 4.3.2 Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) 4.3.3 Regelungen mit speicherprogrammierbaren Steuerungen 4.4 Dezentrale Automation, Bussystem 4.4.1 Dezentrale Automation 4.4.2 Prinzipieller Aufbau eines Bussystems 4.4.3 Physikalische Ebene, Bitübertragungsschicht 4.4.4 Verbindungsebene, Sicherungsschicht 4.4.5 Zeitverhalten 4.4.6 Technischer Aufbau, Busabschluss 4.4.7 Lichtwellenleiter 5 Versorgungs- und Entsorgungseinrichtungen 5.1 Trinkwassersysteme auf Schiffen 5.1.1 Einführung 5.1.2 Frischwassererzeugung 5.1.3 Trinkwassersysteme 5.1.4 Trinkwasseraufbereitung 5.1.5 Nachbehandlung von Destillat 5.1.6 Nachbehandlung von Permeat 5.1.7 Bordmessungen 5.2 Abgassystem 5.3 Umwelt 5.3.1 Einführung 5.3.2 Stickoxide, CO2 und Schwefeldioxid im Abgas 5.3.3 Bilgewasser und Ölschlamm 5.3.4 Abwasser 5.3.5 Müll 5.3.6 Antifouling-Anstrich, FCKW/Halon-Verordnung 5.3.7 Ballastwasser 5.3.8 Zusammenfassung und Ausblick 5.4 Schmierölsysteme 5.4.1 Umlaufschmierölsysteme für Motoren 5.4.2 Stevenrohr und Propellerwelle 5.5 Kühlwassersysteme 5.6 Kraftstoffsystem 5.6.1 Bedarf und Lagerung 5.6.2 Kraftstoffaufbereitung 5.7 Hydrauliksystem 5.8 Ballastsystem 5.8.1 Aufgaben 5.8.2 Begriffe und Bezeichnungen 5.8.3 Ausgeführte Anlagen 5.8.4 Vorschriften 5.9 Lenzsysteme 5.9.1 Aufgabe 5.10 Dampf- und Kondensatsystem 5.10.1 Grundlegende Betrachtung von Dampf- und Kondensatsystemen 5.10.2 Dampf- und Kondensatsysteme für Turbinenanlagen 5.10.3 Dampf- und Kondensatsysteme für Vorwärm- und Heizungsanlagen 5.11 Thermalöl 5.11.1 Auslegung und Aufbau von Thermalölanlagen 5.11.2 Betrieb von Thermalölanlagen 5.12 Druckluftsysteme 6 Kälte – Klima – Lüftung 6.1 Einführung 6.2 Schiffsbe- und -entlüftungsanlagen 6.2.1 Maschinenraumlüftung 6.2.2 Vorschriften 6.2.3 Ausgeführte Systeme 6.2.4 Laderaumlüftung 6.2.5 Stückgutschiffe 6.2.6 Frucht- und Kühlschiffe 6.2.7 Container- und Kühlcontainerschiffe 6.2.8 RoRo-Schiffe, Autotransporter 6.2.9 Lüfter (Gebläse, Ventilatoren) 6.2.10 Lüfterauslegung, Lüfterauswahl 6.2.11 Wartung, Prüfung und Optimierung im Schiffsbetrieb 6.3 Schiffskälteanlagen 6.3.1 Kälteanlagentypen 6.3.2 Kompressionskälteanlagen 6.3.3 Absorptionskälteanlagen 6.4 Schiffsklimaanlagen 6.4.1 Vorschriften und Auslegungskriterien 6.4.2 Klimaanlagen auf Handelsschiffen 6.4.3 Klimaanlagen auf Passagier- und Fährschiffen 6.5 Proviantkühlanlagen 6.6 Kühlcontainer 6.6.1 Aufbau und Funktion Kühlcontainer 6.6.2 Luftführung im Kühlcontainer 6.6.3 Kältekreislauf 6.6.4 Betriebsmodi 6.6.5 Stromversorgung / Stromverbrauch 6.6.6 Umgebungsbedingungen 6.6.7 Wärmeabfuhr 6.6.8 Atmosphäre im Container 6.6.9 Wartung 6.6.10 Temperaturanstieg ohne Kühlung 7 Umschlageinrichtungen 8 Manövriereinrichtungen 8.1 Begriffe, Bezeichnungen, Abkürzungen 8.2 Kennwerte zur Beurteilung des Manövrierverhaltens von Schiffen 8.3 Manövriereintichtungen 8.4 Betrieb von Manövriereinrichtungen 9 Schiffbau 9.1 Hauptabmessungen, Bezeichnungen und Begriffe 9.1.1 Hauptabmessungen 9.1.2 Bezeichnungen und Begriffe 9.2 Schiffstypen 9.3 Schiffshydrodynamik 9.3.1 Widerstand und Schleppversuch 9.3.2 Propulsion 9.4 Stabilität und Trimm 9.4.1 Anfangsstabilität 9.4.2 Stabilität bei großen Neigungen 9.4.3 Stabilität bei Grundberührungen 9.4.4 Stabilität beim Docken 9.4.5 Stabilitätskritische Schiffe 9.5 Konstruktion der Schiffe 9.5.1 Allgemeines 9.5.2 Schiffstypenbezogene konstruktive Besonderheiten 9.5.3 Schäden 9.6 Festigkeit der Schiffe 9.6.1 Festigkeit des Schiffskörpers 9.6.2 Festigkeit einzelner Baugruppen 9.6.3 Festigkeit einzelner Konstruktionsdetails 9.6.4 Schwingungen der Schiffsstruktur 9.6.5 Betriebsfestigkeit 9.7 Schiffsbewegungen 9.7.1 Schiffsbewegungen im Seegang (Tauchen, Stampfen, Rollen) 9.7.2 Stabilitätsverhalten im Seegang 9.8 Vermessung 10 Feuerlösch-, Sicherheits-, Rettungs-Einrichtungen 10.1 Einführung 10.1.1 Grundlagen des Schiffssicherungsdienstes 10.1.2 Anforderungen an die Schiffssicherheitstechnik 10.2 Sicherheitstechnische Systeme Brandschutz 10.2.1 Systematik des Brandschutzes 10.2.2 Brandmeldeanlagen 10.2.3 Feuerlöschmethoden und -mittel 10.2.4 Feuerlöschanlagen 10.2.5 Organisation der Brandabwehr 10.3 Rettungssysteme 10.3.1 Das Rettungsmittelsystem (RMS) 10.3.2 Kollektive Rettungsmittel 10.3.

Vorwort Die beiden früheren Standardwerke der Schiffsbetriebstechnik „Schiffsmaschinenbetrieb“ (Verlag Technik Berlin), Herausgeber Moeck, Strickert und Begemann sowie das „Handbuch der Schiffsbetriebstechnik“ (Verlag Friedr. Vieweg & Sohn), Herausgeber Illies, sind nicht mehr auf dem neuesten Stand der Technik und auch im Handel vergriffen. Die 21 Autoren dieses Buches, jeder ein Experte mit jahrzehntelanger praktischer Erfahrung auf schiffstechnischen Fachgebieten, haben sich zum Ziel gesetzt, ein Handbuch zu erarbeiten, das dem Schiffsoffizier Informationen über technische Fragen auf allen Gebieten der Schiffsbetriebstechnik anbietet und so die Tradition der beiden früheren Handbücher fortsetzt. Das neue Standardwerk beschreibt auf breiter Basis bewährte technische Lösungen, zeigt aber vor allem die zahlreichen technologischen Veränderungen auf, die sich in der Schifffahrt in der jüngeren Vergangenheit vollzogen haben und die sich beständig weiterentwickeln. Bei Störungen und Unregelmäßigkeiten bietet es Hilfe und Vorschläge für systematische Fehlersuche und Abhilfemaßnahmen. Das Buch wendet sich in erster Linie an die technischen Schiffsoffiziere an Bord und in den Reedereiinspektionen. Es enthält darüber hinaus so viele konzentrierte Detailinformationen, dass es auch für alle anderen Bereiche der maritimen Verbundwirtschaft ein wertvolles Standardwerk sein wird. Herausgeber und Verlag haben sich entschlossen, die Form und Darstellungsweisen der einzelnen Kapitel nicht bis ins Letzte zu vereinheitlichen. Es erschien uns sinnvoll, die sehr verschiedenen Themenkomplexe weitgehend in der jeweils von den Autoren gewählten Form wiederzugeben. Autoren und Herausgeber danken dem Seehafen Verlag für die Bereitschaft, das Buch zu verlegen und für die tatkräftige Unterstützung bei der Realisierung des Projekts „Handbuch Schiffsbetriebstechnik“. Autoren und Verlag haben sich dabei das sehr ehrgeizige Ziel gesetzt, dieses Buch innerhalb von knapp zwei Jahren zu erarbeiten. Dieses Ziel wurde durch Fleiß und Ausdauer sowie großen persönlichen Einsatz erreicht. Die Herausgeber danken besonders dem Lektorat, dem Produktmanagement und der Geschäftsleitung, die die verlegerischen Voraussetzungen für die Realisierung des Buches schuf. Den Autoren danken sie für die gute Zusammenarbeit, die unter dem hohen Zeitdruck unerlässlich war. Dem Verlag Friedr. Vieweg & Sohn danken die Herausgeber für die Rückübereignung der Namensrechte, so dass der sehr treffende Titel „Handbuch Schiffsbetriebstechnik“ auch für das neue Standardwerk verwendet werden kann. Glücksburg, im September 2006 Warnemünde, im September 2006 Hansheinrich Meier-Peter Frank Bernhardt