ऊष्मागतिकी व समुद्री अभियांत्रिकी II: समुद्री डीज़ल इंजन, टरबाइन, बॉयलर, इंजन गतिकी व सहायक तंत्र

NM खंड 5 का दूसरा अध्याय जहाज़ की मशीनरी है, पाठ्यक्रम के छह शीर्षकों में। समुद्री डीज़ल इंजन: निम्न- व मध्यम-चाल इंजन, दो व चार स्ट्रोक, अपमार्जन व टर्बोचार्जन, ईंधन, स्नेहक-तेल, शीतलन व प्रवर्तन-वायु तंत्र, उत्क्रमण, नियंत्रण व सुरक्षा युक्तियाँ, युग्मक व गियरबॉक्स, बल-आघूर्ण व शक्ति मापन, विशिष्ट ईंधन खपत, अपशिष्ट-ऊष्मा पुनर्प्राप्ति, तथा ऊर्जा दक्षता अभिकल्प सूचकांक (EEDI) व जहाज़ ऊर्जा दक्षता प्रबंधन योजना (SEEMP) सहित MARPOL विनियम। समुद्री भाप टरबाइन: प्रकार, संयोजन (compounding) व पुनर्तापन, घूर्णक, पंखुड़ियाँ, आवरण, ग्रंथियाँ, डायाफ़्राम, नोज़ल व बेयरिंग, स्नेहन, प्रसार व्यवस्थाएँ व गियरन — जिस रैंकिन चक्र पर वे चलते हैं उसके साथ; फिर समुद्री गैस टरबाइन व संयुक्त चक्र, नाभिकीय नोदन व विद्युत नोदन। समुद्री बॉयलर: अग्नि-नलिका, जल-नलिका, पैकेज, कॉक्रन व संयुक्त बॉयलर, भाप-से-भाप जनित्र व द्वि-वाष्पन बॉयलर, निकास-गैस बॉयलर, आरोपण (mountings), दहन, भरण तंत्र व भरण-जल उपचार। इंजन गतिकी: इंजन व शाफ़्टिंग का मरोड़ी व अक्षीय कंपन, क्रांतिक चालें, इंजन रेटिंग व उसके संशोधन, परीक्षण, नोदक से इंजन का संबंध, वर्गीकरण नियम, इंजन-कक्ष विन्यास, स्वचालन, अनुरक्षण व विश्वसनीयता। सहायक मशीनरी व तंत्र: पंप व पाइपिंग, शोधक व स्वच्छक, बिल्ज व गिट्टी, मलजल व तैलीय-जल पृथक्कारी, संपीडक, ऊष्मा विनिमित्र, HVAC, डेक मशीनरी, माल-हस्तन व संचालन गियर।

1. समुद्री डीज़ल इंजन व उनके तंत्र

अधिकांश व्यापारी जहाज़ डीज़ल इंजनों से चलते हैं। निम्न-चाल इंजन (लगभग 300 rpm से नीचे) बड़े दो-स्ट्रोक क्रॉसहेड इंजन हैं जो बिना गियरबॉक्स के सीधे स्थिर-पिच नोदक से युग्मित होते हैं; क्रॉसहेड सिलिंडर को क्रैंककेस से अलग करता है, अतः सिलिंडर का स्नेहन ईंधन की सल्फ़र मात्रा से मेल खाते क्षारीय सिलिंडर तेल से अलग होता है और क्रैंककेस सिस्टम तेल पर चलता है। मध्यम-चाल इंजन (लगभग 300–1000 rpm) चार-स्ट्रोक ट्रंक-पिस्टन इंजन हैं, जिनका क्रैंककेस तेल लाइनर का भी स्नेहन करता है; वे न्यूनीकरण गियरबॉक्स से, प्रायः नियंत्रणीय-पिच नोदक सहित, नोदक चलाते हैं, और जनित्र चलाते हैं। आधुनिक निम्न-चाल इंजन की विशिष्ट ईंधन खपत सेवारत किसी भी प्रमुख चालक से न्यूनतम है, लगभग 50% तक पहुँचती तापीय दक्षता सहित।

अपमार्जन व टर्बोचार्जन। दो-स्ट्रोक इंजन आती वायु से अपना सिलिंडर साफ़ करता है: अनुप्रस्थ अपमार्जन (एक ओर वायु द्वार, विपरीत ओर निकास द्वार), पाश अपमार्जन (दोनों द्वार-समूह एक ओर, वायु ऊपर जाकर लौटती), और एकदिश (uniflow) अपमार्जन (लाइनर तल के चारों ओर वायु द्वार, आवरण में वाल्व से निकास), अंतिम सबसे स्वच्छ सफ़ाई देता है और आधुनिक निम्न-चाल इंजनों में प्रयुक्त है। टर्बोचार्जन निकास गैस से ऐसा टरबाइन चलाता है जो उभयनिष्ठ शाफ़्ट पर उस संपीडक के साथ है जो आवेश वायु का घनत्व बढ़ाता है, जिसे फिर आवेश-वायु शीतक में ठंडा किया जाता है; टरबाइन को बड़े निकास ग्राही से स्थिर दाब पर पोषित किया जा सकता है, जो स्थिर उच्च भारों हेतु उपयुक्त है, या छोटे पाइपों से स्पंदों द्वारा, जो निम्न भार पर बेहतर अनुक्रिया देता है; निम्न भार पर जब निकास ऊर्जा बहुत कम हो तब सहायक विद्युत ब्लोअर कार्य सँभालते हैं।

डीज़ल इंजन के सहायक तंत्र
तंत्रवह क्या करता है
ईंधन तेलबंकर टंकियाँ → तापित निथारन टंकी (जल व गाद निकाली) → शोधक → सेवा टंकी → बूस्टर पंप व तापक जो भारी ईंधन को अंतःक्षेपण श्यानता तक लाते हैं → सूक्ष्म छन्नी → अंतःक्षेपण पंप या कॉमन रेल
स्नेहक तेलसम्प टंकी से शीतकों व छन्नियों द्वारा बेयरिंगों, क्रॉसहेडों व पिस्टन शीतलन तक पंप किया सिस्टम तेल, शोधक द्वारा निरंतर स्वच्छ; स्नेहकों द्वारा लाइनर को दिया सिलिंडर तेल
शीतलनलाइनरों, आवरणों व टर्बोचार्जरों हेतु बंद मीठे-जल जैकेट परिपथ, जो क्रमशः समुद्री जल से ठंडा होता है — सामान्यतः उस केंद्रीय शीतक से जो सभी मीठे-जल परिपथों की सेवा करता है
प्रवर्तन वायुलगभग 30 bar तक संपीडित व ग्राहियों में संग्रहीत वायु, जो इंजन के प्रज्वलित होने तक वायु वितरक व प्रवर्तन वाल्वों द्वारा प्रज्वलन-क्रम में सिलिंडरों में प्रवेश करती है
उत्क्रमणसीधे-उत्क्रमणीय निम्न-चाल इंजन पीछे हेतु ईंधन अंतःक्षेपण, निकास वाल्वों व प्रवर्तन वायु का समय बदलते हैं — कैमशाफ़्ट खिसकाकर या इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रित इंजनों में सॉफ़्टवेयर से; मध्यम-चाल इंजन CPP या उत्क्रम गियर से उलटते हैं
नियंत्रण व सुरक्षा युक्तियाँचाल नियंत्रक, अतिचाल ट्रिप, निम्न स्नेहक-तेल दाब पर बंदी, क्रैंककेस तेल-धुंध संसूचक व क्रैंककेस विस्फोट उन्मोचक वाल्व, सिलिंडर उन्मोचक वाल्व, टर्निंग-गियर अंतर्बंध, तापों व दाबों पर अलार्म
युग्मक व गियरबॉक्सलचीले युग्मक असंरेखण सोखते और मरोड़ी कंपन का विस्वरण करते हैं; क्लच व तरल युग्मक विच्छेद करते हैं; एकल- या द्वि-न्यूनीकरण व अधिचक्रीय गियरबॉक्स इंजन को नोदक चाल से मिलाते हैं

बल-आघूर्ण व शक्ति मापन। सूचित शक्ति सूचक आरेख से आती है, P_i = p_m L A n k (माध्य सूचित दाब, स्ट्रोक, पिस्टन क्षेत्रफल, प्रति सिलिंडर प्रति सेकंड शक्ति स्ट्रोक, सिलिंडर)। ब्रेक (शाफ़्ट) शक्ति P = 2πNT/60 है: परीक्षण-पीठ पर डायनेमोमीटर बल-आघूर्ण सोखता व मापता है, और समुद्र में मरोड़मापी — शाफ़्ट पर उसकी अपरूपण विकृति पढ़ते विकृति-प्रमापी — T देता है, जिससे 500 kN·m बल-आघूर्ण सहित 90 rpm पर घूमता इंजन 2π × 1.5 × 500 = 4712 kW देता है। विशिष्ट ईंधन खपत ईंधन द्रव्यमान प्रवाह बटा शक्ति है, g/kWh में: 10 000 kW पर 2000 kg/h, 200 g/kWh है, और 42 700 kJ/kg ऊष्मीय मान से ब्रेक तापीय दक्षता 3600/(0.2 × 42 700) = 42.2% है। अपशिष्ट-ऊष्मा पुनर्प्राप्ति इंजन द्वारा त्यागी ऊष्मा लेती है — तापन या टर्बो-जनित्र हेतु भाप बनाने वाले निकास-गैस बॉयलर (इकोनोमाइज़र) से निकास गैस, अतिरिक्त निकास पर शक्ति टरबाइन, मीठे-जल जनित्र को जैकेट जल — और उसका कुछ भाग उपयोगी ऊर्जा के रूप में लौटाती है।

MARPOL, EEDI व SEEMP। जहाज़ों से प्रदूषण निवारण हेतु अंतरराष्ट्रीय अभिसमय (MARPOL) के छह परिशिष्ट हैं: I तेल, II थोक में हानिकारक द्रव पदार्थ, III पैकेज रूप में हानिकारक पदार्थ, IV मलजल, V कचरा और VI वायु प्रदूषण — सल्फ़र ऑक्साइड (2020 से ईंधन में 0.50% सल्फ़र की वैश्विक सीमा व उत्सर्जन नियंत्रण क्षेत्रों में 0.10%), नाइट्रोजन ऑक्साइड (स्तरीय इंजन सीमाएँ), ओज़ोन-क्षयकारी पदार्थ व ऊर्जा दक्षता। परिशिष्ट VI के अंतर्गत ऊर्जा दक्षता अभिकल्प सूचकांक (EEDI) नए जहाज़ का अभिकल्प-स्तरीय अंक है — प्रति इकाई परिवहन कार्य उसका CO₂ उत्सर्जन, ग्राम CO₂ प्रति टन-नॉटिकल मील में — जिसका प्राप्त मान उस अपेक्षित मान से अधिक नहीं होना चाहिए जो चरणों में कड़ा होता है; जहाज़ ऊर्जा दक्षता प्रबंधन योजना (SEEMP) सेवा में दक्षता सुधारने की संक्रियात्मक, जहाज़-विशिष्ट योजना है — यात्रा व चाल अनुकूलन, पोतकाय व नोदक सफ़ाई, ट्रिम, व निगरानी — जो नए व विद्यमान दोनों जहाज़ों पर रखी जाती है।

2. भाप टरबाइन व रैंकिन चक्र; गैस टरबाइन, नाभिकीय व विद्युत नोदन

भाप संयंत्र रैंकिन चक्र पर कार्य करता है: भरण पंप संघनित जल को बॉयलर दाब तक उठाता है (3→4), बॉयलर व अतितापक स्थिर दाब पर ऊष्मा जोड़ते हैं (4→1), टरबाइन भाप का प्रसार करता है (1→2) और संघनित्र ऊष्मा त्यागता है (2→3)। उसकी दक्षता η = [(h₁ − h₂) − (h₄ − h₃)]/(h₁ − h₄) है। h₁ = 3200, h₂ = 2200, h₃ = 190 व 5 kJ/kg पंप कार्य (h₄ = 195) से η = (1000 − 5)/(3200 − 195) = 33.1%; पंप कार्य छोटा है क्योंकि वह द्रव संपीडित करता है। पुनर्तापन आंशिक प्रसारित भाप को पुनः गर्म होने हेतु बॉयलर में लौटाता है, जो ऊष्मा-योग का माध्य ताप बढ़ाता है और, सर्वोपरि, टरबाइन निकास पर भाप को शुष्क रखता है, जहाँ गीली भाप अंतिम पंखुड़ियों का अपरदन करती है; निकाली भाप से पुनर्योजी भरण तापन भरण ताप व दक्षता और बढ़ाता है।

प्रकार व संयोजन। आवेग टरबाइन में चरण का पूरा दाब-पात स्थिर नोज़लों में होता है, और गतिमान पंखुड़ियाँ केवल धार को मोड़ती हैं, स्थिर दाब पर उसका संवेग बदलती हैं; प्रतिक्रिया टरबाइन में दाब स्थिर व गतिमान दोनों पंखुड़ियों में गिरता है, जो नोज़ल का भी कार्य करती हैं (पार्सन्स टरबाइन में 50% प्रतिक्रिया)। एकल आवेग चरण को असंभव रूप से उच्च पंखुड़ी-चाल चाहिए होगी, अतः ऊर्जा बाँटी जाती है — संयोजन (compounding): वेग संयोजन (कर्टिस चरण) भाप को नोज़लों के एक समूह में प्रसारित कर उसका वेग बीच में मार्गदर्शी पंखुड़ियों सहित गतिमान पंखुड़ियों की दो या अधिक पंक्तियों में सोखता है; दाब संयोजन (रैटो) दाब-पात को नोज़ल-व-पंखुड़ी चरणों की शृंखला में बाँटता है, नोज़ल चक्रों के बीच डायाफ़्रामों में लगे होते हैं; दाब–वेग संयोजन दोनों को जोड़ता है। निर्माण: घूर्णक ठोस फ़ोर्जिंग या निर्मित चक्रिकाएँ हैं; पंखुड़ियाँ फ़र-ट्री या समान मूलों से थमी और आवरण-पट्टियों से बँधी हैं; आवरण क्षैतिज रूप से विभाजित है, HP व LP टरबाइन प्रायः अलग आवरणों में; जहाँ शाफ़्ट आवरण से निकलता है वहाँ ग्रंथियाँ ग्रंथि-भाप से पोषित व ग्रंथि संघनित्र में निष्कासित भूलभुलैया (labyrinth) हैं, ताकि HP सिरे पर भाप बाहर न रिसे और LP सिरे पर वायु भीतर न रिसे; जर्नल बेयरिंग श्वेत-धातु अस्तरित हैं और झुकते-पैड प्रणोद बेयरिंग घूर्णक को स्थित करता है। बलात् स्नेहन तंत्र — पंप, गुरुत्व टंकी, शीतक व छन्नियाँ — बेयरिंगों व गियरों की सेवा करता है; प्रसार व्यवस्थाएँ (एक स्थिर बिंदु से सरकते पाद व चाबियाँ) गर्म आवरण को विकृत हुए बिना बढ़ने देती हैं; और द्वि-न्यूनीकरण द्वि-सर्पिल गियरन कुछ हज़ार rpm को नोदक चाल तक लाता है।

समुद्री गैस टरबाइन ब्रेटन चक्र पर चलते हैं: अक्षीय संपीडक, दहनक (कैन, कैन-वलयी या वलयी) और टरबाइन — नोदन इकाइयों में संपीडक चलाने वाला गैस-जनक टरबाइन और न्यूनीकरण गियरबॉक्स द्वारा भार चलाने वाला अलग मुक्त शक्ति टरबाइन। उनके संक्रियात्मक लक्षण हैं अत्यधिक उच्च शक्ति-भार अनुपात, मिनटों में प्रवर्तन व भारण, अल्प कर्मीदल व अल्प कंपन, जिनके विरुद्ध हैं आंशिक भार पर उच्च ईंधन खपत, स्वच्छ आसुत ईंधन की आवश्यकता, बड़े वायु-प्रवेश व निकास-नलिकाएँ, और उत्क्रमण का अभाव — अतः नियंत्रणीय-पिच नोदक या उत्क्रम गियर लगाया जाता है। नियंत्रण ईंधन प्रवाह, चाल व ताप का नियमन करते हैं और अतिचाल, अति-ताप व संपीडक सर्ज से रक्षा करते हैं। संयुक्त चक्र प्रमुख चालकों को जोड़ते हैं — परिभ्रमण व वर्धन हेतु डीज़लों व गैस टरबाइनों की CODOG, CODAG व COGAG व्यवस्थाएँ, और COGES/COGAS, जिनमें गैस टरबाइन का निकास भाप टरबाइन हेतु भाप बनाता है; आदर्शतः η = η_GT + η_ST(1 − η_GT), अतः 35% व 30% मिलकर 54.5% देते हैं।

नाभिकीय नोदन। रिएक्टर में न्यूट्रॉन यूरेनियम-235 के नाभिक को विखंडित करता है, ऊष्मा व दो-तीन और न्यूट्रॉन मुक्त करता है जो शृंखला अभिक्रिया बनाए रखते हैं। मंदक (समुद्री रिएक्टरों में जल) न्यूट्रॉनों को धीमा करता है ताकि वे दक्षता से विखंडन करें; न्यूट्रॉन-अवशोषक पदार्थ (बोरॉन, कैडमियम या हैफ़्नियम) की नियंत्रण छड़ें रिएक्टर को ठीक क्रांतिक रखने व बंद करने हेतु भीतर-बाहर की जाती हैं; शीतलक ऊष्मा ले जाता है; और भारी परिरक्षण कर्मीदल की रक्षा करता है। समुद्री रिएक्टर अधिकतर दाबित-जल रिएक्टर हैं: उच्च दाब से द्रव रखा प्राथमिक जल ऊष्मा को भाप जनित्र तक ले जाता है, जहाँ द्वितीयक परिपथ टरबाइनों हेतु भाप बनाता है। नाभिकीय नोदन बिना पुनः ईंधन भरे वर्षों की सहनशीलता देता है और उसे वायु नहीं चाहिए, इसीलिए पनडुब्बियाँ, बड़े विमानवाहक पोत व हिमभंजक इसका प्रयोग करते हैं; इसकी लागत, परिरक्षण भार, विनियमन व सीमित पत्तन-प्रवेश इसे व्यापारी जहाज़ों से दूर रखते हैं। विद्युत नोदन शक्ति-उत्पादन को नोदन से अलग करता है: डीज़ल या टरबाइन जनित्र उभयनिष्ठ स्विचबोर्ड को पोषित करते हैं, और विद्युत मोटरें — शाफ़्ट पर या दिगंशी पॉडों में — परिवर्ती-आवृत्ति परिवर्तकों द्वारा नोदक चलाती हैं। यह बड़े आवासीय भार व विविध संचालन प्रोफ़ाइल वाले जहाज़ों, जैसे क्रूज़ जहाज़, गतिक-स्थिति-निर्धारण पोत व हिमभंजक, हेतु उपयुक्त है, क्योंकि हर चाल पर उचित संख्या में जनित्र अपने सर्वोत्तम भार के निकट चल सकते हैं।

3. समुद्री बॉयलर, आरोपण, दहन, भरण तंत्र व जल उपचार

समुद्री बॉयलरों के प्रकार
बॉयलरनिर्माण व उपयोग
अग्नि-नलिका (जैसे स्कॉच)गर्म गैसें बड़े कवच में जल से घिरी नलिकाओं के भीतर से गुज़रती हैं; अधिक जल मात्रा, भाप उठाने में धीमा, भरण गुणवत्ता के प्रति सहिष्णु, निम्न दाब तक सीमित। सहायक भाप।
जल-नलिका (जैसे D-प्रकार)ड्रमों के बीच नलिकाओं के भीतर जल व भाप, गैसें बाहर; अल्प जल मात्रा, शीघ्र भाप, उच्च दाब व अतिताप। मुख्य नोदन भाप संयंत्र।
कॉक्रनअर्धगोलीय भट्ठी व क्षैतिज धूम्र नलिकाओं वाला ऊर्ध्वाधर अग्नि-नलिका बॉयलर; सघन सहायक बॉयलर।
पैकेजबर्नर, पंखों, पंपों व स्वचालित नियंत्रणों सहित कारखाने में संयोजित, जोड़ने हेतु तैयार दिया जाता है।
संयुक्तएक कवच जिसमें तेल-ज्वलित भाग व निकास-गैस भाग है, ताकि वह समुद्र में मुख्य इंजन के निकास से और पत्तन में अपने बर्नर से भाप बना सके।
निकास-गैस बॉयलर (इकोनोमाइज़र)इंजन निकास-नलिका में निकास गैस से तापित नलिका-समूह, प्रायः तेल-ज्वलित बॉयलर के ड्रम से बलात् परिसंचरण सहित।
भाप-से-भाप जनित्र व द्वि-वाष्पन बॉयलरशुद्ध जल का प्राथमिक उच्च-दाब परिपथ कुंडलियों द्वारा द्वितीयक ड्रम को गर्म करता है; द्वितीयक भाप माल व ईंधन तापन की सेवा करती है, अतः उन सेवाओं का संदूषण प्राथमिक बॉयलर तक नहीं पहुँच सकता।

बॉयलर आरोपण दाब-पात्र पर वे फ़िटिंग हैं जो उसे सुरक्षित व नियंत्रणीय बनाती हैं: अभिकल्प दाब पर उठने हेतु नियत कम से कम दो सुरक्षा वाल्व; मुख्य रोध वाल्व; भरण जाँच वाल्व, भरण प्रवेश पर अप्रत्यावर्ती वाल्व; दो स्वतंत्र जल-स्तर प्रमापी; ब्लो-डाउन वाल्व (तल व पृष्ठ/झाग); दाब प्रमापी, वायु निकास व नमूना संयोजन; और स्वचालित बॉयलरों पर निम्न-जल व ज्वाला-विफलता विच्छेदक। दहन: बर्नर ईंधन को कणित करता है (दाब-धार, भाप- या वायु-सहायित, या घूर्णी कप) और वायु रजिस्टर सही मात्रा में वायु घुमाकर देता है — बहुत कम अदग्ध ईंधन व धुआँ छोड़ती है, बहुत अधिक ऊष्मा को चिमनी में ले जाती है — और कालिख-धमित्र गैस-पक्ष पृष्ठों को स्वच्छ रखते हैं। भरण तंत्र संघनित्र से निष्कर्षण पंप, घुली ऑक्सीजन हटाने वाले विवातक (deaerator), भरण पंप व भरण तापकों से होकर बॉयलर तक जाता है। भरण-जल उपचार शल्क (गर्म पृष्ठों पर जमे कठोरता-लवण, जो नलिकाओं को तब तक ऊष्मारोधित करते हैं जब तक वे अति-तप्त न हों), संक्षारण (घुली ऑक्सीजन व निम्न pH से) तथा झाग व वहन (carry-over) रोकता है: फ़ॉस्फ़ेट उपचार कठोरता को हटाने योग्य गाद में बदलता है, हाइड्रेज़ीन या सोडियम सल्फ़ाइट जैसे ऑक्सीजन अपमार्जक अंतिम ऑक्सीजन हटाते हैं, क्षारीयता बनाए रखी जाती है, और ब्लो-डाउन घुले ठोस सीमित करता है, सभी क्लोराइड, pH व क्षारीयता के नियमित परीक्षणों से जाँचे जाते हैं।

बॉयलर की दक्षता भाप द्वारा ग्रहण ऊष्मा बटा ईंधन द्वारा मुक्त ऊष्मा है, η = ṁ_s(h_s − h_f)/(ṁ_f × CV)। 42 000 kJ/kg के 800 kg/h ईंधन को जलाते हुए 420 kJ/kg के भरण से 2800 kJ/kg पर 10 000 kg/h भाप बनाने वाले बॉयलर की η = 10 000 × 2380/(800 × 42 000) = 70.8% है; हानियाँ मुख्यतः धूम्र गैस की ऊष्मा हैं, जिसका कुछ भाग इकोनोमाइज़र व वायु पूर्वतापक पुनः प्राप्त करते हैं।

4. इंजन गतिकी, रेटिंग, नोदक, नियम, स्वचालन व विश्वसनीयता

मरोड़ी कंपन। क्रैंकशाफ़्ट, गतिपालक चक्र, लाइन शाफ़्ट व नोदक मरोड़ी रूप से प्रत्यास्थ शाफ़्टों से जुड़ी घूर्णी जड़त्वों की शृंखला बनाते हैं। k मरोड़ी दृढ़ता के शाफ़्ट से जुड़े I₁ व I₂ जड़त्व के दो घूर्णक एक नोड के परितः विपरीत रूप से प्राकृतिक आवृत्ति ω = √[k(I₁ + I₂)/(I₁I₂)] पर कंपित होते हैं: k = 2 × 10⁶ N·m/rad, I₁ = 100 व I₂ = 400 kg·m² से ω = √25 000 = 158.1 rad/s, f = 25.2 Hz। बहु-घूर्णक तंत्र होल्ज़र सारणीकरण या आइगेन-मान विश्लेषण से हल होते हैं। इंजन के गैस व जड़त्व बल-आघूर्णों में घूर्णन चाल के पूर्णांक और, चार-स्ट्रोक इंजनों हेतु, अर्ध-पूर्णांक कोटियों पर गुणावृत्तियाँ होती हैं, अतः प्राकृतिक आवृत्ति f_n क्रांतिक चाल N_c = 60 f_n/कोटि rpm पर उत्तेजित होती है — 25 Hz रूप छठी कोटि से 1500/6 = 250 rpm पर उत्तेजित होता है। जहाँ दृढ़ता या जड़त्व बदलकर क्रांतिक को चालन-परास से बाहर न किया जा सके, वहाँ उसे श्यान या स्प्रिंग अवमंदक, समस्वरित लचीले युग्मक, या वर्जित चाल-परास से नियंत्रित किया जाता है जिससे इंजन शीघ्रता से निकाला जाता है। क्रैंकशाफ़्ट व शाफ़्टिंग का अक्षीय कंपन नोदक के प्रणोद उतार-चढ़ाव व क्रैंक-भुजाओं के विक्षेप से उत्तेजित होता है और अक्षीय अवमंदक से नियंत्रित होता है; पार्श्व क्रांतिक चाल पर शाफ़्टिंग का भ्रमण (whirling) बेयरिंग-अंतराल से टाला जाता है।

इंजन रेटिंग बताती है कि इंजन कितनी शक्ति दे सकता है: अधिकतम सतत रेटिंग (MCR) जो वह अनिश्चित काल तक दे सकता है, और निम्नतर सतत सेवा रेटिंग जिस पर जहाज़ चलने हेतु अभिकल्पित है, मौसम व दूषण हेतु सीमांत छोड़ते हुए। रेटिंग वायु ताप, दाब व शीतलन-जल ताप की घोषित संदर्भ परिवेशी स्थितियों पर लागू होती हैं; रेटिंग संशोधन गर्म वायु या उष्ण समुद्री जल में अनुमेय शक्ति घटाते हैं, क्योंकि आवेश वायु कम सघन और इंजन अधिक गर्म होता है। परीक्षण: इंजन के कारखाना (परीक्षण-पीठ) परीक्षण, स्थापना के गोदी परीक्षण, और समुद्री परीक्षण — मापित मार्ग पर चाल, सहनशीलता, पीछे चलना, क्रैश स्टॉप व संचालन — जहाज़ को सिद्ध करते हैं। इंजन व नोदक: स्थिर-पिच नोदक अपनी चाल के घन के अनुपात में शक्ति सोखता है, P ∝ N³ (बल-आघूर्ण ∝ N²) — 80% चाल पर चलने हेतु 0.8³ = 51.2% शक्ति चाहिए — और इंजन के भार आरेख में यह नोदक वक्र हल्के-चालन सीमांत सहित समाना चाहिए, क्योंकि दूषण व ख़राब मौसम नोदक को "भारी" बनाते हैं और संचालन बिंदु को इंजन की बल-आघूर्ण सीमा की ओर ले जाते हैं। वर्गीकरण संस्था नियम इंजन निर्माण का नियमन करते हैं — आरेखों की स्वीकृति, क्रैंकशाफ़्ट विमाएँ, पदार्थ व उनका परीक्षण, सुरक्षा युक्तियाँ व जहाज़ के जीवनभर सर्वेक्षण।

इंजन-कक्ष विन्यास मुख्य इंजन को केंद्र-रेखा पर नीचे व पीछे रखता है, स्टर्न नली तक सीधी शाफ़्टिंग सहित, और उसके चारों ओर जनित्रों, बॉयलरों, शोधकों, पंपों, संपीडकों व ऊष्मा विनिमित्रों को ऐसे समूहित करता है कि पाइपिंग छोटी हो, हर वस्तु तक पहुँचा जा सके और मरम्मत हेतु उठाकर निकाली जा सके, संवातन पर्याप्त हो और दो निकास-मार्ग हों। स्वचालन मशीनरी कक्ष को अवधियों तक अनुपस्थित चलने देता है: अलार्म व निगरानी तंत्र, मुख्य इंजन का ब्रिज नियंत्रण, स्टैंडबाय पंपों व जनित्रों का स्वचालित प्रवर्तन, और शक्ति-प्रबंधन तंत्र जो जनित्रों को प्रवर्तित, तुल्यकालित करता और भार घटाता है। अनुरक्षण भंग-आधारित (विफलता तक चलाना), नियोजित (निश्चित चालन-घंटों पर) या स्थिति-आधारित है — कंपन, स्नेहक-तेल विश्लेषण, ताप-चित्रण व निष्पादन आँकड़ों की प्रवृत्ति देखकर तब मरम्मत करना जब स्थिति माँगे। विश्वसनीयता घोषित समय तक बिना विफलता चलने की प्रायिकता है, प्रायः विफलताओं के बीच माध्य समय (MTBF) से सारांशित, और उपलब्धता A = MTBF/(MTBF + MTTR) — विफलताओं के बीच 950 h व मरम्मत हेतु 50 h से A = 0.95 — महत्त्वपूर्ण तंत्रों की अतिरेकता से सुधरती है।

⚠️ क्रांतिक चाल कोटि तय करती है, केवल चाल नहीं
25 Hz (1500 चक्र प्रति मिनट) की मरोड़ी प्राकृतिक आवृत्ति केवल 1500 rpm पर उत्तेजित नहीं होती: इंजन बल-आघूर्ण की हर गुणावृत्ति कोटि q उसे 1500/q rpm पर उत्तेजित करती है, अतः छह-सिलिंडर चार-स्ट्रोक इंजन अन्य के साथ तीसरी कोटि (500 rpm) व छठी (250 rpm) पर उससे मिलता है। ख़तरनाक कोटियाँ प्रमुख कोटियाँ हैं, प्रति परिक्रमा प्रज्वलनों की संख्या के गुणज।

5. समुद्री सहायक मशीनरी व तंत्र

पंप व पाइपिंग। अपकेंद्री पंप निम्न-श्यानता द्रव की बड़ी मात्राएँ चलाते हैं — शीतलन, गिट्टी व अग्नि हेतु समुद्री जल — और उन्हें प्राइमिंग चाहिए; धनात्मक-विस्थापन पंप (गियर, पेंच व प्रत्यागामी) श्यान ईंधन व स्नेहक तेल चलाते हैं और स्व-प्राइमिंग हैं, जो प्रत्यागामी पंप को पारंपरिक बिल्ज पंप बनाता है; इजेक्टर चालक धार प्रयुक्त करते हैं। जहाज़ के पाइपिंग तंत्रों में समुद्री संदूकों से छन्नियों द्वारा समुद्री-जल शीतलन; मीठे-जल शीतलन परिपथ; पेय जल, जिसे जहाज़ पर मीठे-जल जनित्र इंजन की जैकेट-जल ऊष्मा से निर्वात में समुद्री जल उबालकर, या उत्क्रम परासरण से, बनाता है, फिर निर्जर्मीकृत व पुनः-खनिजीकृत; कैलोरीफ़ायरों से गर्म जल; तथा अपनी छन्नियों (प्रायः स्वचालित प्रति-धावन) व शीतकों (पट्ट या कवच-व-नलिका) सहित ईंधन-तेल व स्नेहक-तेल स्थानांतरण व सेवा तंत्र सम्मिलित हैं।

अपकेंद्रित्र ईंधन व स्नेहक तेल को कटोरे में घुमाकर स्वच्छ करते हैं: शोधक (purifier) तेल से जल व ठोस दोनों अलग करता है, जल निर्गम व तेल के घनत्व के अनुरूप चुनी गुरुत्व चक्रिका सहित ताकि तेल–जल अंतरापृष्ठ सही स्थान पर रहे; स्वच्छक (clarifier) केवल ठोस अलग करता है, उसका कोई जल निर्गम नहीं, और प्रायः शोधक के बाद श्रेणी में चलाया जाता है। बिल्ज तंत्र अप्रत्यावर्ती वाल्वों सहित चूषणों द्वारा मशीनरी कक्षों व माल-कक्षों का रिसाव एकत्र करता है; तैलीय बिल्ज जल को तैलीय-जल पृथक्कारी संसाधित करता है, जो गुरुत्व व संलयक तत्त्व प्रयुक्त करता है और केवल तब समुद्र में निस्सरण कर सकता है जब तेल मात्रा 15 ppm से कम हो, उससे ऊपर तेल-मात्रा मॉनिटर निस्सरण स्वतः रोक देता है। गिट्टी तंत्र डुबाव, ट्रिम व स्थायित्व नियंत्रित करने हेतु गिट्टी टंकियाँ भरता व खाली करता है, और गिट्टी जल को अब निस्सरण से पहले जीवों को नष्ट करने हेतु उपचारित करना होता है। मलजल निस्सरण से पहले जैविक रूप से उपचारित या टंकी में रखा जाता है। वायु संपीडक — अंतःशीतकों सहित बहु-चरण प्रत्यागामी मशीनें — लगभग 30 bar पर प्रवर्तन वायु तथा सेवा व नियंत्रण वायु देते हैं। ऊष्मा विनिमित्र, अपशिष्ट-ऊष्मा पुनर्प्राप्ति, और तापन, संवातन व वातानुकूलन (पिछले अध्याय का संयंत्र) इंजन-कक्ष सेवाएँ पूर्ण करते हैं।

डेक मशीनरी व माल-हस्तन। विंडलास लंगर शृंखला को जिप्सी (शृंखला उत्थापक) पर खींचता है; नौबंधन विंच व कैप्सटन नौबंधन रस्सियाँ सँभालते हैं, कुछ स्वचालित तनन सहित; क्रेन व डेरिक माल सँभालते हैं, और टैंकर माल पंपों से उतराई करते हैं — भाप-टरबाइन, विद्युत या द्रवचालित, या हर टंकी में निमज्जित गहरे-कूप पंप। नोदन व संचालन गियर: संचालन गियर पतवार दंड को विद्युत-द्रवचालित प्रवर्तक से घुमाता है — रैम प्रकार, जिसमें द्रवचालित सिलिंडर टिलर को धकेलते हैं, या घूर्णी-फलक प्रकार, जिसमें दंड पर लगे फलक आवास के भीतर घूमते हैं — कम से कम दो पंप इकाइयों से चालित और ब्रिज से टेलीमोटर या विद्युत अनुगामी तंत्र द्वारा नियंत्रित, संचालन-गियर कक्ष से आपातकालीन संचालन उपलब्ध रहते हुए।

मुख्य बिंदु

  • निम्न-चाल दो-स्ट्रोक क्रॉसहेड इंजन नोदक सीधे चलाते हैं; मध्यम-चाल चार-स्ट्रोक गियरबॉक्स से; एकदिश अपमार्जन व स्थिर-दाब टर्बोचार्जन बड़े इंजनों हेतु उपयुक्त।
  • P = 2πNT/60; SFC = ṁ_f/P, η = 3600/(SFC kg/kWh में × CV); MARPOL परिशिष्ट VI वायु प्रदूषण व ऊर्जा दक्षता लेता है — अभिकल्प पर EEDI, संचालन में SEEMP।
  • रैंकिन η = [(h₁ − h₂) − w_p]/(h₁ − h₄); आवेग केवल नोज़लों में दाब गिराता है; कर्टिस = वेग, रैटो = दाब संयोजन; संयुक्त चक्र η = η_GT + η_ST(1 − η_GT)।
  • अग्नि-नलिका: नलिकाओं में गैस, निम्न दाब; जल-नलिका: नलिकाओं में जल, उच्च दाब; बॉयलर η = ṁ_s(h_s − h_f)/(ṁ_f CV); विवातक व ऑक्सीजन अपमार्जक संक्षारण से लड़ते हैं।
  • द्वि-घूर्णक मरोड़ ω = √[k(I₁ + I₂)/(I₁I₂)]; क्रांतिक rpm = 60f_n/कोटि; नोदक नियम P ∝ N³; A = MTBF/(MTBF + MTTR); शोधक जल व ठोस हटाता है, स्वच्छक केवल ठोस; OWS निस्सरण 15 ppm से कम।

अभ्यास प्रश्न (24)

उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।

  1. एक समुद्री डीज़ल इंजन 90 rpm पर 500 kN·m शाफ़्ट बल-आघूर्ण देता है। उसकी शाफ़्ट शक्ति (kW में), निकटतम पूर्णांक तक, ____ है।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

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    उत्तर: 4712

    P = 2πNT/60 = 2π × 90 × 500/60 = 2π × 1.5 × 500 = 4712 kW। 60 छोड़ने से rpm को परिक्रमा/s मानकर 282 743 kW; 2π छोड़ने से 750 kW आता है।
  2. एक मुख्य इंजन 10 000 kW विकसित करते हुए प्रति घंटा 2000 kg ईंधन जलाता है। उसकी विशिष्ट ईंधन खपत (g/kWh में) ____ है।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

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    उत्तर: 200

    SFC = 2000 kg/h ÷ 10 000 kW = 0.2 kg/kWh = 200 g/kWh। 0.2 लिखना kg/kWh में मान है, पूछी इकाई में नहीं।
  3. एक इंजन की 42 700 kJ/kg निम्न ऊष्मीय मान वाले ईंधन पर विशिष्ट ईंधन खपत 200 g/kWh है। उसकी ब्रेक तापीय दक्षता (प्रतिशत में), एक दशमलव स्थान तक, ____ है।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

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    उत्तर: 42.2

    1 kWh = 3600 kJ; प्रति kWh ईंधन ऊर्जा = 0.2 × 42 700 = 8540 kJ; η = 3600/8540 = 0.4215 = 42.2%। 1 kWh को 3600 kJ के स्थान पर 1000 kJ मानने से 11.7% आता है।
  4. आधुनिक निम्न-चाल दो-स्ट्रोक क्रॉसहेड इंजनों में प्रयुक्त अपमार्जन तंत्र में अपमार्जन वायु लाइनर के तल के चारों ओर के द्वारों से प्रवेश करती है और निकास निकलता है

    1. सिलिंडर आवरण में एकल निकास वाल्व से — एकदिश अपमार्जन
    2. वायु द्वारों के ठीक विपरीत द्वारों से — अनुप्रस्थ अपमार्जन
    3. उसी ओर वायु द्वारों के ऊपर के द्वारों से — पाश अपमार्जन
    4. क्रैंककेस से — क्रैंककेस अपमार्जन
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — सिलिंडर आवरण में एकल निकास वाल्व से — एकदिश अपमार्जन

    एकदिश अपमार्जन में वायु तल के द्वारों से निकास वाल्व तक सिलिंडर में सीधे ऊपर बहती है, न्यूनतम मिश्रण सहित सर्वाधिक पूर्ण विनिमय देती है, और लंबे स्ट्रोक संभव बनाती है। अनुप्रस्थ व पाश अपमार्जन दोनों द्वार-समूह तल पर रखते हैं।
  5. समुद्री डीज़ल इंजनों के विषय में कौन-से कथन सही हैं?

    1. क्रॉसहेड इंजन अपने सिलिंडरों का स्नेहन अपने क्रैंककेस से अलग करता है
    2. टर्बोचार्जर का संपीडक निकास गैस पर चलते टरबाइन से चलता है
    3. क्रैंककेस तेल-धुंध संसूचक उन स्थितियों की चेतावनी देता है जो क्रैंककेस विस्फोट की ओर ले जाती हैं
    4. मध्यम-चाल इंजन सामान्यतः बिना गियरबॉक्स के सीधे बड़े स्थिर-पिच नोदक से युग्मित होता है
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — क्रॉसहेड इंजन अपने सिलिंडरों का स्नेहन अपने क्रैंककेस से अलग करता है; B — टर्बोचार्जर का संपीडक निकास गैस पर चलते टरबाइन से चलता है; C — क्रैंककेस तेल-धुंध संसूचक उन स्थितियों की चेतावनी देता है जो क्रैंककेस विस्फोट की ओर ले जाती हैं

    क्रॉसहेड का डायाफ़्राम व ग्रंथि सिलिंडर को क्रैंककेस से अलग करते हैं, अतः सिलिंडर तेल व सिस्टम तेल भिन्न हैं; टर्बोचार्जर निकास-चालित है; तप्त स्थान से तेल-धुंध क्रैंककेस विस्फोट की पूर्वसूचक है। मध्यम-चाल इंजन दक्ष बड़े नोदक से कहीं तेज़ घूमता है, अतः वह न्यूनीकरण गियरबॉक्स से चलाता है।
  6. MARPOL का वह परिशिष्ट जो सल्फ़र ऑक्साइड, नाइट्रोजन ऑक्साइड व ऊर्जा दक्षता सहित जहाज़ों से वायु प्रदूषण का नियमन करता है, है

    1. परिशिष्ट VI
    2. परिशिष्ट I
    3. परिशिष्ट IV
    4. परिशिष्ट V
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — परिशिष्ट VI

    परिशिष्ट VI वायु प्रदूषण और, अपने ऊर्जा-दक्षता अध्याय से, EEDI व SEEMP लेता है। परिशिष्ट I तेल, परिशिष्ट IV मलजल व परिशिष्ट V कचरा है।
  7. कौन-सा कथन EEDI को SEEMP से सही रूप में अलग करता है?

    1. EEDI नए जहाज़ हेतु प्रति इकाई परिवहन कार्य CO₂ का अभिकल्प सूचकांक है; SEEMP सेवा में दक्षता सुधारने की संक्रियात्मक योजना है
    2. EEDI ईंधन की सल्फ़र मात्रा सीमित करता है; SEEMP बिल्ज निस्सरण में तेल सीमित करता है
    3. दोनों अलग-अलग समय पर मापे एक ही सूचकांक हैं
    4. SEEMP केवल नए जहाज़ों पर और EEDI सभी जहाज़ों पर लागू है
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — EEDI नए जहाज़ हेतु प्रति इकाई परिवहन कार्य CO₂ का अभिकल्प सूचकांक है; SEEMP सेवा में दक्षता सुधारने की संक्रियात्मक योजना है

    EEDI: नए जहाज़ों हेतु ग्राम CO₂ प्रति टन-मील में प्राप्त अभिकल्प मान, चरणबद्ध अपेक्षित मान से अधिक नहीं। SEEMP: संचालन हेतु जहाज़-विशिष्ट प्रबंधन योजना, विद्यमान जहाज़ों पर भी। सल्फ़र सीमाएँ व 15 ppm बिल्ज नियम MARPOL के अलग प्रावधान हैं।
  8. एक रैंकिन चक्र में भाप टरबाइन में 3200 kJ/kg पर प्रवेश करती और 2200 kJ/kg पर निकलती है; संघनित जल संघनित्र से 190 kJ/kg पर निकलता है और भरण पंप उस पर 5 kJ/kg कार्य करता है। चक्र दक्षता (प्रतिशत में), एक दशमलव स्थान तक, ____ है।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: 33.1

    h₄ = 190 + 5 = 195; शुद्ध कार्य = (3200 − 2200) − 5 = 995 kJ/kg; प्रदत्त ऊष्मा = 3200 − 195 = 3005 kJ/kg; η = 995/3005 = 0.3311 = 33.1%। पंप कार्य उपेक्षित करने पर 1000/3010 = 33.2%; केवल 3200 से भाग देने पर 31.1% आता है।
  9. एक सरल रैंकिन चक्र में टरबाइन प्रवेश व निर्गम एन्थैल्पी 3400 व 2300 kJ/kg और बॉयलर में प्रवेश करते भरण-जल की एन्थैल्पी 200 kJ/kg है; पंप कार्य उपेक्षित है। उसकी तापीय दक्षता (प्रतिशत में), एक दशमलव स्थान तक, ____ है।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

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    उत्तर: 34.4

    η = (h₁ − h₂)/(h₁ − h₄) = 1100/3200 = 0.34375 = 34.4%। केवल प्रवेश एन्थैल्पी 3400 से भाग देने पर 32.4% आता है।
  10. कर्टिस चरण, जिसमें भाप नोज़लों के एक समूह में प्रसारित होती है और उसका वेग बीच में स्थिर मार्गदर्शी पंखुड़ियों की पंक्ति सहित गतिमान पंखुड़ियों की दो पंक्तियाँ सोखती हैं, उदाहरण है

    1. वेग संयोजन का
    2. दाब संयोजन का
    3. 50% प्रतिक्रिया चरणन का
    4. पुनर्तापन का
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — वेग संयोजन का

    पूरा दाब-पात नोज़लों में है और वेग चरणों में सोखा जाता है — वेग संयोजन। दाब संयोजन (रैटो) दाब-पात को अनेक नोज़ल चरणों में बाँटता है; प्रतिक्रिया पंखुड़ियाँ गतिमान पंखुड़ियों में भी दाब गिराती हैं।
  11. समुद्री भाप टरबाइनों के विषय में कौन-से कथन सही हैं?

    1. ग्रंथि-भाप से पोषित भूलभुलैया ग्रंथियाँ LP टरबाइन में वायु रिसना रोकती हैं
    2. पुनर्तापन टरबाइन निकास पर भाप को शुष्क रखता है
    3. झुकते-पैड प्रणोद बेयरिंग घूर्णक को अक्षीय रूप से स्थित करता है
    4. आवेग टरबाइन में चरण का अधिकांश दाब-पात गतिमान पंखुड़ियों में होता है
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — ग्रंथि-भाप से पोषित भूलभुलैया ग्रंथियाँ LP टरबाइन में वायु रिसना रोकती हैं; B — पुनर्तापन टरबाइन निकास पर भाप को शुष्क रखता है; C — झुकते-पैड प्रणोद बेयरिंग घूर्णक को अक्षीय रूप से स्थित करता है

    ग्रंथि-भाप LP सिरे को वायु के विरुद्ध और HP सिरे को रिसाव के विरुद्ध सील करती है; पुनर्तापन निकास शुष्कता बढ़ाता है; प्रणोद बेयरिंग घूर्णक की अक्षीय स्थिति नियत करता है। आवेग चरण में दाब नोज़लों में गिरता है, और गतिमान पंखुड़ियाँ लगभग स्थिर दाब पर कार्य करती हैं।
  12. एक आदर्श संयुक्त चक्र में 35% दक्षता का गैस टरबाइन अपनी सारी त्यागी ऊष्मा 30% दक्षता वाले भाप चक्र को देता है। संयुक्त दक्षता (प्रतिशत में), एक दशमलव स्थान तक, ____ है।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: 54.5

    η = η_GT + η_ST(1 − η_GT) = 0.35 + 0.30 × 0.65 = 0.35 + 0.195 = 0.545 = 54.5%। दोनों दक्षताएँ जोड़ने से 65% आता है, जो गैस टरबाइन का निवेश दो बार गिनता है।
  13. समुद्री गैस-टरबाइन नोदन के विषय में कौन-से कथन सही हैं?

    1. समान शक्ति के डीज़ल से इसका शक्ति-भार अनुपात कहीं अधिक है
    2. आंशिक भार पर इसकी विशिष्ट ईंधन खपत तीव्रता से बढ़ती है
    3. यह उलट नहीं सकता, अतः नियंत्रणीय-पिच नोदक या उत्क्रम गियर चाहिए
    4. यह भारी अवशिष्ट ईंधन को निम्न-चाल डीज़ल जितनी सहजता से जलाता है
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — समान शक्ति के डीज़ल से इसका शक्ति-भार अनुपात कहीं अधिक है; B — आंशिक भार पर इसकी विशिष्ट ईंधन खपत तीव्रता से बढ़ती है; C — यह उलट नहीं सकता, अतः नियंत्रणीय-पिच नोदक या उत्क्रम गियर चाहिए

    गैस टरबाइन हल्के व सघन हैं, केवल पूर्ण शक्ति के निकट दक्ष, और एकदिशीय। उन्हें स्वच्छ आसुत ईंधन चाहिए; अवशिष्ट ईंधन की राख व वैनेडियम गर्म टरबाइन पंखुड़ियों को दूषित व संक्षारित करेंगे, और ठीक यहीं निम्न-चाल डीज़ल को लाभ है।
  14. समुद्री दाबित-जल रिएक्टर में शक्ति नियंत्रण व रिएक्टर बंदी मुख्यतः होती है

    1. न्यूट्रॉन-अवशोषक पदार्थ की नियंत्रण छड़ों से
    2. भाप जनित्र से
    3. जैविक परिरक्षण से
    4. केवल टरबाइन नियंत्रक से
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — न्यूट्रॉन-अवशोषक पदार्थ की नियंत्रण छड़ों से

    बोरॉन, कैडमियम या हैफ़्नियम छड़ें डालने से न्यूट्रॉन अवशोषित होते हैं और शृंखला अभिक्रिया घटती है; निकालने से बढ़ती है। भाप जनित्र ऊष्मा स्थानांतरित करता है, परिरक्षण कर्मीदल की रक्षा करता है, और टरबाइन नियंत्रक भाप माँग नियंत्रित करता है, विखंडन दर नहीं।
  15. एक बॉयलर 42 000 kJ/kg ऊष्मीय मान के 800 kg/h ईंधन को जलाते हुए 420 kJ/kg एन्थैल्पी के भरण-जल से 2800 kJ/kg एन्थैल्पी की 10 000 kg/h भाप बनाता है। उसकी दक्षता (प्रतिशत में), एक दशमलव स्थान तक, ____ है।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

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    उत्तर: 70.8

    η = ṁ_s(h_s − h_f)/(ṁ_f CV) = 10 000 × 2380/(800 × 42 000) = 23.8 × 10⁶/33.6 × 10⁶ = 0.708 = 70.8%। भरण एन्थैल्पी घटाए बिना h_s लेने से 83.3% आता है।
  16. स्कॉच बॉयलर जैसे अग्नि-नलिका बॉयलर में

    1. गर्म दहन गैसें जल से घिरी नलिकाओं से गुज़रती हैं
    2. जल गर्म गैसों से घिरी नलिकाओं से गुज़रता है
    3. भाप जल-नलिका बॉयलर से तेज़ बनती है
    4. अति उच्च दाब सहजता से प्राप्त होते हैं
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — गर्म दहन गैसें जल से घिरी नलिकाओं से गुज़रती हैं

    अग्नि-नलिका बॉयलर में अग्नि (गैस) नलिकाओं में है और बड़ा कवच जल रखता है, अतः वह धीरे भाप बनाता है और उसका बड़ा कवच दाब सीमित करता है। नलिकाओं में जल जल-नलिका बॉयलर है, जो शीघ्र भाप बनाता है और उच्च दाब पाता है।
  17. बॉयलर भरण-जल में हाइड्रेज़ीन या सोडियम सल्फ़ाइट इसलिए डाला जाता है कि

    1. अवशिष्ट घुली ऑक्सीजन हटे और इस प्रकार संक्षारण रुके
    2. ईंधन का ऊष्मीय मान बढ़े
    3. कठोरता-लवण हटाने योग्य गाद में बदलें
    4. झाग रोकने हेतु घुले ठोस बढ़ें
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — अवशिष्ट घुली ऑक्सीजन हटे और इस प्रकार संक्षारण रुके

    वे ऑक्सीजन अपमार्जक हैं, जो विवातक का कार्य पूरा करते हैं ताकि कोई ऑक्सीजन गर्म इस्पात तक न पहुँचे। कठोरता को फ़ॉस्फ़ेट उपचार गाद में बदलता है; झाग ब्लो-डाउन से घुले ठोस घटाकर रोका जाता है।
  18. एक इंजन व नोदक को 100 kg·m² व 400 kg·m² ध्रुवीय जड़त्व-आघूर्ण वाले दो घूर्णकों के रूप में निरूपित किया गया है जो 2 × 10⁶ N·m/rad मरोड़ी दृढ़ता के शाफ़्ट से जुड़े हैं। मरोड़ी कंपन की प्राकृतिक आवृत्ति (Hz में), दो दशमलव स्थान तक, ____ है।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: 25.16

    ω = √[k(I₁ + I₂)/(I₁I₂)] = √[2 × 10⁶ × 500/40 000] = √25 000 = 158.11 rad/s; f = 158.11/(2π) = 25.16 Hz। केवल हल्के घूर्णक हेतु √(k/I₁) लेने से 22.51 Hz; ω लिखने पर 158.11 आता है।
  19. एक नोदन शाफ़्टिंग तंत्र की मरोड़ी प्राकृतिक आवृत्ति 25 Hz है। वह इंजन चाल (rpm में) जिस पर छठी-कोटि उत्तेजन उससे अनुनाद में है, ____ है।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: 250

    25 Hz = 1500 चक्र/मिनट; छठी कोटि प्रति परिक्रमा 6 चक्र देती है, अतः N = 1500/6 = 250 rpm। भाग के स्थान पर गुणा करने से 9000 rpm; 60 भूलने पर 4.2 आता है।
  20. नोदक नियम का पालन करते स्थिर-पिच नोदक वाला जहाज़ अपनी शाफ़्ट चाल मूल के 80% तक घटाता है। आवश्यक शक्ति, मूल के प्रतिशत के रूप में, एक दशमलव स्थान तक, ____ है।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

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    उत्तर: 51.2

    P ∝ N³: 0.8³ = 0.512 = 51.2%। बल-आघूर्ण ∝ N² से 64% आता है, जो बल-आघूर्ण है, शक्ति नहीं।
  21. एक स्टैंडबाय जनित्र का विफलताओं के बीच माध्य समय 950 h व मरम्मत का माध्य समय 50 h है। उसकी अंतर्निहित उपलब्धता, दो दशमलव स्थान तक, ____ है।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: 0.95

    A = MTBF/(MTBF + MTTR) = 950/1000 = 0.95। MTTR को MTBF से भाग देने पर 0.053 आता है, मरम्मत समय का चालन समय से अनुपात।
  22. MARPOL के अंतर्गत तैलीय-जल पृथक्कारी द्वारा संसाधित तैलीय बिल्ज जल को समुद्र में केवल तब निस्सारित किया जा सकता है जब उसकी तेल मात्रा कम हो

    1. 15 ppm से
    2. 150 ppm से
    3. 1500 ppm से
    4. 1 ppm से
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — 15 ppm से

    मशीनरी-कक्ष बिल्ज जल की सीमा 15 भाग प्रति दस लाख है, जिसे तेल-मात्रा मॉनिटर लागू करता है जो उससे ऊपर निस्सरण स्वतः रोक देता है।
  23. ईंधन-तेल अपकेंद्रित्र में शोधक व स्वच्छक के बीच मूल अंतर यह है कि

    1. शोधक जल व ठोस अलग करता है और उसका जल निर्गम गुरुत्व चक्रिका से नियत है; स्वच्छक केवल ठोस अलग करता है
    2. स्वच्छक जल अलग करता है और शोधक केवल ठोस
    3. शोधक बिना घूर्णन के कार्य करता है
    4. स्वच्छक केवल स्नेहक तेल हेतु प्रयुक्त होता है
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — शोधक जल व ठोस अलग करता है और उसका जल निर्गम गुरुत्व चक्रिका से नियत है; स्वच्छक केवल ठोस अलग करता है

    शोधक त्रि-प्रावस्था पृथक्कारी है — तेल, जल व गाद — जिसकी गुरुत्व चक्रिका तेल–जल अंतरापृष्ठ स्थित करती है; स्वच्छक का कोई जल निर्गम नहीं और वह ठोस हटाता है, प्रायः शोधक के बाद श्रेणी में। दोनों अपकेंद्रित्र हैं और दोनों ईंधन व स्नेहक तेल की सेवा करते हैं।
  24. जहाज़ का मीठे-जल जनित्र सामान्यतः मीठा जल बनाता है

    1. मुख्य इंजन की जैकेट-जल ऊष्मा से निर्वात में समुद्री जल उबालकर
    2. समुद्री जल जमाकर व बर्फ़ पिघलाकर
    3. समुद्री जल को रेत से छानकर
    4. इंजन-कक्ष वायु से नमी संघनित करके
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — मुख्य इंजन की जैकेट-जल ऊष्मा से निर्वात में समुद्री जल उबालकर

    निर्वात में समुद्री जल इतने निम्न ताप पर उबलता है कि जैकेट शीतलन जल (लगभग 80–90 °C पर) ऊष्मा दे सके, अतः मीठा जल अपशिष्ट ऊष्मा से बनता है। उत्क्रम परासरण मुख्य विकल्प है; रेत छानना लवण नहीं हटाता।