laatst gewijzigd: 26/01/2006

Vakcode: mtp205

Vaknaam: Ontwerp Machine Installatie B

Het betreft een project

ECTS studiepunten: 5.5

Faculteit der Werktuigbouwkunde en Maritieme Techniek

Docent(en):

Grimmelius, ir. ing. H.T. (docentopdrachtgever)

Dijkstra, dr. S. (meet & regeltechniek)

Tel.:  

015-27 82746

015-27 85606

Trefwoorden:

Voortstuwingssystemen, elektriciteitsopwekking, energiebalans, modelvorming, voortstuwingsregeling, simulatie, dynamisch gedrag, MarPol regelgeving, milieumaatregelen, HAZOP, regeling via terugkoppeling, sensoren en actuatoren, blokschema, linearisatie, overdrachtsfuncties, polen en nulpunten,

regelaarinstellingen, PID-regelaars, Ziegler - en Nichols praktijkregels, Bode en Nyquistdiagram.

Cursusjaar:

BSc 2e jaar

Periode:

2B

Coll.uren p/w:

4

Andere uren:

Verplichte toetsen

Toetsvorm:

Huiswerk toetsen en rapport

Tentamenperiode:

-

(zie jaarindeling)

 

Voorkennis: mt215, mt518, et2019mt

Wordt vervolgd door: mtp301

Uitgebreide beschrijving van het onderwerp:

 

Ontwerpen van de machine-installatie

1.      Ontwerp van een voortstuwingsinstallatie op basis van functionele eisen; toepassen van de in mt215 opgedane kennis.

2.      Ontwerp van het elektriciteitssysteem op basis van een energiebalans; toepassen van de in  et2019mt opgedane kennis.

Dynamische systemen

  1. Beschrijving van dynamische systemen. Voorbeelden van mechanische, elektrische, thermische en stromingssystemen.
  2. Beschrijving van responsies van dynamische systemen. Berekening van responsies via Laplace. Blokschema.
  3. Karakterisering van systeemgedrag met polen en nulpunten. Relatie polen responsies. Tijdresponsies met specificaties voor regelgedrag.

 Terugkoppeling

  1. Gevoeligheidsreductie voor storingen door middel van terugkoppeling. Servogedrag.
  2. De klassieke drie terms regelaar, PID.
  3. Praktijkregels van Ziegler en Nichols voor regelaar tuning.
  4. Eenheidsterugkoppeling. Regelsysteem type. Statische fouten.
  5. Stabiliteit van teruggekoppelde systemen. Stabiliteis criterium van Routh-Hurwitz.
  6. Regelaar voor de voortstuwing ontwerpen.

 Frequentiedomein methoden

  1. Het beschrijven van systeemgedrag middels sinusresponsies.
  2. De relatie van Bode diagram met overdrachtsfunctie.
  3. Nyquist plot, voorbeelden van eerste orde en tweede orde systemen in het frequentiedomein.

Simuleren van het dynamisch gedrag van de voorstuwing

1.       Aanpassen van een complex dynamisch simulatiemodel voor de voortstuwingsinstallatie aan het eigen ontwerp.

2.       Uitvoeren en interpreteren van enkele dynamische simulaties (acceleratie, golfweerstand).

Veiligheid en duurzaamheid

1.      Uitvoeren van een kwalitatieve risicoinventarisatie en –evaluatie volgens de HAZOP methode.

2.      Regelgeving op het gebied van milieubelasting, o.a. MarPol Annex 1-6.

3.      Mariene ecologie, technieken om verschillende milieumaatregelen te realiseren (incinerator, olie-waterscheiders, emissie (NOx, SO2) beperkende maatregelen).

Metingen aan dieselmotor en elektrische installatie

1.      Uitvoeren en interpreteren van metingen aan een laboratorium dieselmotor. Met name gericht vergelijking met theoretische thermodynamische processen en emissies.

2.      Uitvoeren en interpreteren van metingen aan een elektrische voedingsinstallatie, bestaande uit enkele parallel draaiende generatoren (‘eilandbedrijf’)en diverse soorten belastingen.

College materiaal:

Handleiding ‘Project mtp205’

Aanvullend materiaal veiligheid en duurzaamheid

Klein Woud, J., Stapersma, D.: “Marine Engineering: Design of Propulsion and Electric power Generation Systems”, IMarEST, 2002.

Franklin, G.F., Powell, J.D. Emami_Naeini: “A Feedback Control of Dynamic Systems”, 3rd edition, Addison-Wesley, 1994.

Referenties vanuit de literatuur:

Opmerkingen (specifieke informatie over tentaminering, toelatingseisen, etc.):

Toelatingseis: 30 studiepunten eerste jaar waaronder:

-                 Project 1 t/m 4 (mtp01 t/m mtp04)

-                 Projectweek (mt020)

-                 mt501: Hydromechanica 1

-                 wb1126mt: Thermodynamica 1

-                 wb1127mt: Stromingsleer 1

Tijdens de college periode wordt drie maal een opgave meegegeven om thuis te maken. Aan het eind van de periode wordt de laatste opdracht meegegeven. Beoordeling aan de hand van rapport, ingeleverde opgaven en nabespreking (laatste vrijdag 4de tentamenperiode)

Leerdoelen:

De student kan:

  1. Determine ship propulsion and electric power generation system concept

  2. Calculate from ship resistance-speed characteristics to propeller power/torque-speed relation

  3. Select suitable prime mover(s), transmission components and propulsor(s)

  4. Apply the matching of prime mover to propulsor and calculate the influence of operational conditions on ship's speed, propeller speed and engine loading

  5. Make an electric load balance and determine the generator and converter capacities.

  6. Select suitable prime movers, generators, converters, switchboards

  7. Calculate fuel and air consumption of the complete machinery plant; calculate fuel consumption per travelled mile as function of speed, calculate fuel tankage and/or ship endurance

  8. Calculate power, efficiency (indicated and effective), fuel consumption, air consumption, air-fuel ratio and overall heat balance for a diesel engine from measured data

  9. Interpret calculated results by comparison with theory and literature

  10. Recognize open loop and closed loop (feed-back) control systems

  11. Identify the elements in the control loop, including sensors and actuators

  12. Describe systems in terms of block diagrams

  13. Model simple physical (mechanical, electrical, electromechanical, fluid and thermal) systems

  14. Explain and apply linearisation of non-linear systems

  15. Derive transfer functions of simple systems from basic differential equations using Laplace transfer

  16. Analyse, using transfer functions, the dynamic behaviour of closed loop systems  in terms of step and sine response, real and complex poles and zeros, stability

  17. Derive simple (PID) control models on the basis of experiments and define a suitable set of experiments, describe practical tuning rules for controllers (e.g. Ziegler and Nichols)

  18. Explain and interpret Bode and Nyquist diagrams for first and second order systems

  19. Make a block diagram (of the propulsion system with regard to propeller speed control) and determine the aplicable (algebraic and differential) equations

  20. Linearize the equations applicable in the block diagram

  21. Determine the transfer function (for propeller speed) control

  22. Apply practical tuning rules of the PID actions for speed control

  23. Construct and interpret  the Bode and Nyquist diagrams for speed control

  24. Make a (non-linear) model for time domain simulation of the propulsion plant

  25. Perform a series of simulations with the model of L16 with regard to dynamic behaviour during acceleration and stopping as well as during a number of off-design conditions (e.g. heavy seaway, increased resistance, propeller racing); Interpret the results.

  26. Kennis vergaren over mileuwetgeving (MarPol en wet milieubeheer/MER/IBC toxiciteit)

  27. Inzicht verkrijgen in de Mariene Ecologie

  28. Inzicht verkrijgen in de techniek van diverse milieumaatregelen (incinerator, oliescheiders, dieseluitstoot berperkende maatregelen enz)

  29. Het kunnen afleden van relevante faal-scenario's van een ontwerp of systeem

  30. Inzicht krijgen in enige algemene technieken voor risico-analyse

  31. Inzicht krijgen in de risico-analyse-technieken boom-analyse en HAZOP/HAZAN

  32. Het kunnen identificeren van verschillende risico's: bestrijding en beoordeling vervolg- of restrisico's

  33. Het identificeren van risico's rond een bestaande machine in de werkplaats

  34. Het identificeren van risico's van een eigen machine-ontwerp

  35. Het uitvoeren van HAZOP/HAZAN rond een systeem

Furthermore, learning goals of the courses mt215, mt518 and et2019mt are applied within the project.

Computer gebruik:

Tijdsdomein simulaties: Matlab / Simulink

Practicum:

Metingen aan een dieselmotor

Metingen aan een elektrische installatie

Ontwerp component:

Ontwerp van een scheepsmachineinstallatie

Percentage ontwerponderwijs:  80 %