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Prese di potenza applicate ai generatori-asse: generalità e vantaggi

La produzione di energia elettrica, a bordo delle navi, durante la navigazione, provoca dispendio di carburante. Esiste però un modo per risparmiare sul consumo del Marine Diesel Oil, salvaguardando,quindi, anche l'ambiente.

Generatori-asse

L’energia elettrica a bordo delle navi, negli anni addietro, era generata solamente da motori diesel ausiliari, i quali bruciavano combustibili leggeri (Marine Diesel Oil), caratterizzati da prezzi ben più elevati del combustibile che generalmente alimenta il motore principale (Heavy Fuel Oil), poiché più pregiati.

Per cui l’applicazione dei generatori-asse a bordo delle navi è risultata una soluzione ben più economica, in quanto è possibile generare energia elettrica, a frequenza costante, sfruttando il motore più economico della nave.

generatori-asse
Generatore-asse prodotto da Wartsila

L’albero di propulsione principale, ovvero quello che trasmette la potenza dal motore all’elica, passa attraverso un meccanismo (rotismo epicicloidale), il quale può avere più di un albero di uscita per la guida di componenti ausiliari come compressori, pompe idrauliche o alternatori. I mezzi di trasmissione della potenza, dal motore a combustione interna al generatore asse, sono, appunto, le prese di potenza PTO-PTI-PTH.

Presa di potenza PTO (Power Take Off)

La presa di potenza PTO (Power Take Off) consente di prelevare potenza dal motore principale mantenendo stabile frequenza e tensione di rete, mentre la velocità del motore principale varia, ad esempio, in caso di manovra o a causa delle condizioni marine avverse. Ciò che permette al sistema di trasmissione PTO di avere in uscita una velocità sempre costante è l’utilizzo di rotismo epicicloidale che funge combinatore.

generatori-asse

Facciamo un po’ di chiarezza. Cos’è un rotismo epicicloidale?

I rotismi epicicloidali sono meccanismi per la trasmissione del moto rotatorio. La loro peculiarità è che gli assi delle ruote intermedie non sono fissi, ma sono dotati di moto rotatorio intorno agli assi delle ruote estreme del rotismo. Il vantaggio di usare dei rotismi epicicloidale è quello che è possibile trasmettere la potenza su di un unico asse. Inoltre, è possibile ottenere elevati rapporti di trasmissione mantenendo gli ingombri del rotismo limitati (il che è molto favorevole nel caso in cui in sala macchine non si dispone di troppo spazio).

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Esempio figurativo:in questa immagine è possibile notare il moto rotatorio della ruota solare e del portatreno; in particolare gli assi delle ruote planetarie ruotano intorno all’asse comune della ruota solare e del portatreno.

Un rotismo epicicloidale può essere utilizzato fissando uno dei tre membri principali, oppure esso può avere tutti e tre gli elementi principali mobili. Nel caso delle prese di potenza, il rotismo epicicloidale avrà tutti gli elementi mobili per poter fungere da combinatore (in questo caso abbiamo due velocità in entrata ed una in uscita).

Prendiamo in esame il PTO/RCF (sistema prodotto da MAN DIESEL & TURBO):

il sistema è caratterizzato da un giunto “flessibile” (i giunti flessibili vengono utilizzati per trasmettere il momento motore da un albero all’altro, quando i due alberi sono leggermente disassati. I giunti elastici possono essere utilizzati anche per lo smorzamento delle vibrazioni e per la riduzione del rumore), un moltiplicatore, un giunto rigido in torsione, un rotismo RCF (epicicloidale) ed un alternatore.

Lo scopo di questo sistema è di produrre energia elettrica a frequenza costante. Il rotismo epicicloidale presente nel PTO/RCF funge da combinatore. Quest’ ultimo presenta una guida, posta sopra la corona planetaria, la quale è mossa da un motore manovrato da un’unità di controllo elettrico, azionato da una pompa idraulica. Tale sistema elettrico può spingere la corona planetaria in entrambi i versi di rotazione a seconda della velocità percepita in uscita dal rotismo e, quindi, consente di far variare il rapporto di trasmissione continuamente ai fini di fornire una potenza costante, in uscita dal rotismo. Tutto ciò consente, quindi, di avere in entrata all’alternatore una velocità costante e quindi quest’ultimo potrà produrre energia elettrica a frequenza costante.

Prese di potenza PTI (Power Take In)

Nella modalità di funzionamento PTI (Power Take In), il generatore-asse funziona come un motore elettrico (l’energia elettrica viene fornita dai gruppi elettrogeni diesel ausiliari). Tale sistema può essere in grado di aumentare la potenza di propulsione, lavorando a fianco del motore principale, per aumentare la velocità della nave, oppure consente di ridurre la potenza del motore principale, riducendo, così, il consumo di carburante e l’usura di quest’ultimo. Nei sistemi di trasmissione PTI, il generatore-asse non richiede una capacità di auto-avvio, perché, in circostanze normali, sarà già in funzione come un alternatore, prima di passare alla funzione di motore. Il disegno seguente mostra un tipico layout PTI con direzione del flusso di alimentazione.

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Conclusioni

Adottare i sistemi di trasmissione del tipo PTO-PTI-PTH vuol dire consentire una generazione di energia elettrica costante, nonostante il sistema di propulsione della nave opera a velocità variabili, necessarie per mantenere l’efficienza di propulsione ottimale. L’uso dei generatori-asse permette di economizzare anche sul costo degli oli lubrificanti, oltre che del carburante, e i costi di manutenzione risultano essere minori di quelli dei motori diesel ausiliari. L’ utilizzo meno frequente dei generatori ausiliari, installando a bordo i generatori-asse, permette, quindi, tagli sui costi di manutenzione, dal momento che essi vengono spenti durante la navigazione.

Articolo a cura di Luca Schiattarella

CUE FACT CHECKING

CloseupEngineering.it si impegna contro la divulgazione di fake news, perciò l’attendibilità delle informazioni riportate su marinecue.it viene preventivamente verificata tramite ricerca di altre fonti.

  • L. DELLA PIETRA, “Lezioni di Meccanica Applicata alle Macchine”, Edises 2009
  • MAN B&W, “Shaft generators for low speed main engines, August 2012
  • Generator technologies AGN 039 – Marine Shaft Generators

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