In cazul nostru vom analiza sistemul de capace guri magazii la o nava de 38269 tdw transformata din tank petrolier in bulk carrier. [308863]

Licență

In cazul nostru vom analiza sistemul de capace guri magazii la o nava de 38269 tdw transformata din tank petrolier in bulk carrier. [308863]

Byadmin ianuarie 1, 2024

INTRODUCERE

Dezvoltarea si modernizarea tehnicilor de constructie a navelor de tip bulk implica o buna analiza a tuturor proceselor de productie pentru o functionare cat mai corecta a tuturor agregatelor cu care sunt utilate navele maritime.

In cazul nostru vom analiza sistemul de capace guri magazii la o nava de 38269 tdw transformata din tank petrolier in bulk carrier.

In primul capitol vom face cateva consideratii de ordin tehnic si economic privind necesitatea conversiei navei din tank petrolier in bulk carrier.

Rezultatul conversiei navei il vom analiza in capitolul doi care va contine descrierea tehnica a [anonimizat], [anonimizat], tonaj si in special sistemul de capace al magaziiilor.

In capitolul 3 [anonimizat] – [anonimizat] .

[anonimizat] o buna etanseitate si manevrabilitate astfel incat operarea lor sa fie rapida si sigura.

In urma conversiei care a [anonimizat] 2004 s-a ales un sistem de capace mecano hidraulic datorita urmatoarelor avantaje fata de cele cu actionare electrica:

Variatia raportului de transmitere intre motorul de antrenare (electric, termic) si organul actionat este continua

Momentul variaza fara trepte si face posibila pornirea la sarcina maxima

Se transmit forte mari la un gabarit mic al transmisiei

Se modifica turatia de antrenare fara a se intrerupe forta de tractiune (eliminam cutia de viteze si ambreiajul)

[anonimizat].

CAPITOLUL 1. CONSIDERATII PRIVIND NECESITATEA SI OPORTUNITATEA CONVERSIEI NAVEI DIN TANK PETROLIER IN BULK CARRIER

EVOLUTIA PROIECTARII SI CONSTRUCTIEI NAVELOR

In ultima perioada transportul marfurilor atat pe fluviu cat si pe mare, a dat dovada de o [anonimizat]. O data cu dezvoltarea economica a aparut necesitatea maririi capacitatii de constructie a santierelor navale si a capacitatii de productie a producatorilor de echipamente utlizate la navele maritime si fluviale. Elanul economic inregistrat de societate a in ultima perioada, a implicat o crestere fara precedent a comertului mondial si a traficului de materii prime de baza necesare industriei .

[anonimizat], transportului naval i-a [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat] a [anonimizat].

Mările și oceanele lumii formează o punte de legătură trainică, eficientă și necesară între țările lumii; mai mult decât atât, țările continentale își dezvoltă prin mari lucrări artificiale rețelele de ape naturale în căi navigabile, spre a prelungi transportul de apă cât mai adânc în interiorul continentelor și, prin canale, până la porțile marilor coloși industriali.

Ca urmare, flotele maritime de transport au cunoscut în perioada postbelică o creștere vertiginoasă a tonajului global, însoțită de diversificarea tipurilor de nave, de specializarea și perfecționarea tehnico-constructivă, tonaj unitar mărit, creșterea vitezei de marș, introducerea automatizării în funcționarea instalațiilor de bord, îmbunătățirea condițiilor de muncă și de viață la bord, îmbunătățirea condițiilor de muncă și de viață la bord, creșterea securității navelor angajate în expediții maritime în orice zone navigabile ale Oceanului Planetar.

Comerțul maritim modern este o activitate economică vastă și complexă, atât ca volum al mărfurilor aflate în trafic naval, cât și ca valoarea materială a acestora, la care se adaugă investițiile uriașe, de înaltă tehnicitate, reprezentate de nave ca mijloc de transport și de porturile moderne ca noduri de transbordare. în același timp, complexitatea sa rezidă și în condițiile specifice de mediu în care se desfașoară -mările și oceanele- care impun măsuri deosebite de siguranță.

Din toate aceste aspecte a derivat si sa creat in timp si un cadru deosebit de complex, specific tehnic, dar si economic si juridic corespunzator comertului, respectiv transporttului maritim.

Există o relația strânsă între creșterea PIB-ului mondial și rata de creștere a comerțului maritim în perioada 1971-2011. În același timp reiese vulnerabilitatea comerțului maritim la crizele existente în perioada studiată (criza petrolului, criza financiară, criza din Asia,criza “Dot.com”, criza economică).

Fig 1.1. Comparația dintre creșterea PIB mondial și a comerțului maritim, 1971-2011

O cauză importantă a schimbărilor pe termen lung este determinată de faptul că unele schimburi comerciale sunt sezoniere. Transportul de mărfuri agricole sezoniere este dificil de planificat, astfel că transportatorii se bazează pe indicatorii pieței imediate. În consecință, fluctuațiile de pe piața grâului au o influență mai mare pe piață decât comerțul cu minereu de fier. Unele produse agricole, cum ar fi fructele, carnea sau produsele lactate necesită înghețarea, pentru acest comerț, existând nave și containere specializate de congelare.

Tendințele pe termen lung ale comerțului de mărfuri sunt identificate studiind caracteristicile industriilor care produc și consumă aceste mărfuri. Deși fiecare afacere este diferită, există patru tipuri de schimbări: schimbări ale sursei care furnizează mărfurile2, schimbări datorate relocării instalației de procesare, schimbări ale cererii pentru o anumită marfă, schimbări ale politicii de transport.

Petrolul importat a înlocuit cărbunele autohton și elasticitatea comerțului a fost foarte mare. Totuși, când au crescut prețurile petrolului în anii 1970, această tendință a dus la constructia mai multor na ve petroliere de volum mediu printre care si nava de analizat din proiect Maria II construita in aceasta perioada la Trogir – Iugoslavia.

Fig 1.2. Tranzacții maritime de materii prime, 1963-2005

1.2. CONSTRUCTIA NAVELOR DE TIP TANK PETROLIER

Petrolierul este o nava specializată destinată transportului de titei și a produselor petroliere. Acestea sunt încărcate într-un număr de 10…40 de încăperi speciale ale navei numite tancuri sau cisterne. Petrolierele de dimensiuni mari transportă petrolul de la locul de extracție spre rafinării și cele de dimensiuni mai mici transportă produsele de rafinare de la rafinării spre rețeaua de distribuție.

Clasificarea navelor petroliere:

Din punct de vedere al tipului de produse pe care-l transportă, petrolierele pot fi:

petrolier de produse albe – pentru transportul produselor petroliere albe (benzina, petrol)

petrolier de produse negre – pentru transportul produselor petroliere negre (țiței, motorina, pacura, gudron).

Din punct de vedere al pieței navlurilor, tancurile petroliere se clasifică astfel :

de interes general: până la 24 999 tdw

de capacitate medie: 25 000…49 999 tdw

Long Range 1 (LR1): 45 000…79 999 tdw

Long Range 2 (LR2): 80 000…159 999 tdw

Very Large Crude Carriers (VLCC): 160 000…320 000 tdw

Ultra Large Crude Carier (ULCC): peste 320 000 tdw

Echipamente specifice navelor petroliere:

Fig. 1.3. Instalația de încărcare de la bordul unui petrolier(sursa wikipedia)

O navă petrolieră este prevăzută la bord cu următoarele instalații:

Instalația de marfă : manifold, valvule, tubulaturi, pompe, sorburi, tancuri

Instalația de gaz inert : sursa de gaz, valvulă de izolare, scrubber, separator de picături, uscător, valvule intrare, ventilatoare, valvule ieșire, valvulă regulatoare de presiune, supapă hidraulică, valvulă sens unic, valvula de izolare, supapă presiune/vacuum, tubulaturi, valvule de izolare pe fiecare tanc

Instalația de spălare a tancurilor : pompe, tubulaturi, valvule, mașini de spălat fixe sau portabile

Instalația de ventilare tancuri

Tancuri de balast separate sau dedicate

Instalația de manevrare a furtunelor de marfă

Instalația de monitorizare a deversării de hidrocarburi

Sisteme de siguranță pentru eliminarea suprapresiunii sau vidului din cargotancuri

Sistemul de măsurare automată a cantității de marfă

La proiectarea și construcția petrolierelor trebuie să se țină cont de mai mulți factori: accentuarea coroziunii structurilor din tancurile de marfă, sporirea pericolului de incendii și explozii determinat de prezența amestecului format din aer și vaporii emanați de combustibilul lichid ce se transport.

1.3. CONSTRUCTIA NAVELOR DE TIP BULK CARRIER

Bulk carrierul este o nava utilizata pentru transportul marfurilor vrac, uscate, de tipul minereu, cereale, cherestea,lemn etc.

Clasificare in functie de tonaj a navelor de tip bulk:

Small <10000 tdw;

Hand size10000 – 35000 tdw;

Handymax 35000 – 55000 tdw;

Panamax 60000 – 80000 tdw;

Capesize 80000 – 200000 tdw;

VLBC > 200000 tdw;

Clasificare in functie de marfa transportata a navelor de tip bulk:

Mineraliere

Carboniere

Cerealiere

Pentru transport ciment

Pentru transport zahar vrac

Fig.1.4. Sectiunea transversal a unui vrachier

1. Magazia de marfa; 2. Capacul magaziei; 3.Tanc de balastare cu apa;

4. Dublu fund; 5. Tanc de balastare cu apa.

Aproximativ 75% din navele construite in urma cu 26 – 30 ani sunt inca in functiune in timp ce mineralierele cu o vechime de 31 – 35 ani doar 25% mai sunt in serviciu.

1.4. CONVERSIA NAVELOR PETROLIERE IN BULK CARRIER

In aceasta lucrare vom analiza BULK CARRIER MARIA II, pavilion Panama, 43000 tdw, construit la TROGIR IUGOSLAVIA in anul 1988 cu destinatia transportului produselor petroliere si convertit in bulk carrier in anul 2004 la PIREU GRECIA.

Intre anii 1988 – 2004 nava Maria II a efectuat voiaje sub diferiti armatori ca tank petrolier dar invechirea sistemelor de operare, cresterea cerintelor de registru de clasa, scaderea cerintei pe piata transporturilor a navelor tip tank petrolier de volum mediu, a dus la conversia in anul 2004 la Pireu Grecia in nava tip bulk carrier.

Conversia navei a dus la modificarea totala a parti constructive a puntii principale adauganduse un set de capace mecanice actionate de o pompa hidraulica care se desfac tribord – babord, la fiecare din cele sase magazii.

Fig. 1.5.Nava MARIA II –tank petrolier(sursa marine traffic)

Fig. 1.6.Nava MARIA II –bulk carrier(sursa marine traffic)

CAPITOLUL 2. DESCRIEREA TEHNICA A NAVEI

2.1. PROCEDURI OPERATIONALE PRIVIND INCARCAREA SI DESCARCAREA NAVELOR TIP BULK CARRIER

Incarcarea si descarcarea unei nave tip bulk carrier necesita timp si este periculoasa. Intregul proces necesita implicarea comandantului navei, deseori cu asistenta din partea ofiterului secund. Reglementarile internationale cer ca si capitanul sa convinga asupra unui plan detaliat inainte de a incepe operatiunile de incarcare / descarcare. Rareori, apar erori de inacarcare , care pot cauza rasturnarea navei sau ruperea in jumatate cand aceasta este la cheu.

Metodele de incarcare depind atat de tipul marfii cat si de echipamentele disponibile la bordul navei si de pe cheu. In unele porturi, ultimul rand de marfa poate fi incarcat cu lopeti sau pungi depinde de tipul marfi avute in magazii. Acest sistem greoi este inlocuit in porturile moderne, cu macarale care pot incarca aproximativ 1000 de tone pe ora. O macara are capacitatea de a descarca intre 6-40 tone la o viteza cu care macaraua poate face operatia de incarcare descarcare. Pentru porturile moderne timpul necesar operatiunii de incarcare descarcare este de aproximativ 50 secunde.

Benzile transportoare ofera o metoda foarte eficienta de incarcare, cu rate de incarcare standard care variaza intre 100-700 tone pe ora, insa cele mai moderne porturi pot oferi rate de 16000 de tone pe ora. Start-up-ul si procedurile de inchidere a benzii transportoare, sunt complicate si necesita timp pentru efectuarea unei autodescarcari. Navele de tip bulk utilizeaza centuri de inacarcare cu rate de circa 1000 de tone pe ora.

O data ce marfa este descarcata echipajul incepe sa curete magaziile. Acest lucru este foarte important in cazul in care urmatorul tip de marfa incarcat este diferit. Nererspectarea acestor proceduri poate duce la ratarea urmatoarei incarcari. In cazul in care magaziile sunt curate procesul de incarcare se realizeaza in conditii de siguranta.

Este obligatoriu sa efectueze o incarcare/descarcare corecta pentru mentinerea stabilitatii. In magazii se vor introduce utilaje necesare pentru a mentine marfa sub control. Se iau masuri suplimentare cum ar fi nivelarea suprafetei incarcate, adaugarea de divizari longitudinale si acoperirea marfii cu placi de lemn. Daca o magazie este plina, este necesar utilizarea tehnicii numita tomming, implicand astfel scoaterea a 6 picioare si umplerea cu saci de marfa si greutati.

2.2. DESCRIEREA PRINCIPALELOR DIMENSIUNI SI INSTALATII

Nava analizata (fig. 2.1.) este o nava de tip bulk – carrier universal de 38269 tdw destinata transportului diferitelor marfuri in vrac : cereale, minereu de fier, fosfati si similare.

Nava a fost construita in anul 1988 la JOZO L MONSOR SHIPYARD TROGIR CROATIA avand ca destinatie transportul produselor petroliere dar in anul 2004 avut loc conversia sa in bulk carrier la Pireu in GRECIA.

Fig 2.1. bulk carrier Maria II(sursa marine traffic)

Nava are o singura punte continua cu teuga la prova, duneta la pupa, o singura linie de arbori iar compartimentul masini precum si ruful cu amenajarile de locuit si control al navigatiei fiind de asemenea localizate la pupa.

Spatiul pentru marfa este impartit in sase magazii de lungime practic egala cu autorujare. Toate cele sase magazii sunt prevazute cu capace de tip MacGregor side-rolling actionate electrohidraulic. Capacele gurilor de magazie au cate doua segmente cu deplasare la deplasare laterala catre borduri, spre deosebire de cele mici sunt prevazute cu un grup de cate doua capace. De asemenea, instalatia proprie de incarcare – descarcare este compusa din 3 macarale , nava utizind infrastructura cu care este echipata in porturile operate.

Magaziile sunt construite pentru a permite operarea cu graifere, ca urmare avand plafonul dublului fund intarit cu o sarcina admisibila de 20 tone/m2 . Ventilatia magaziilor este de tip natural, instalatia de ventilare mecanica a acestora fiind prin urmare absenta.

2.2.1. DESCRIEREA PRINCIPALELOR DIMENSIUNI SI INSTALATII

Lungimea maxima……………………………………………………………..Lmax= 175,83 m

Lungimea intre perpendiculare……………………………………………Lpp= 168,78 m

Latimea………………………………………………………………………………..B = 32 m

Pescajul…………………………………………………………………………………T = 11 m

Inaltimea de constructie………………………………………………………..H = 43,50 m

Deadweight-ul……………………………………………………………………….Dw= 38269 tdw

Viteza de mars……………………………………………………………………….. VN=12,3 Nd

2.2.2.INSTALATIILE PRINCIPALE ALE NAVEI

Propulsia este asigurata de un motor in doi timpi lent de tip MAN B&W 5L60MC produs in Croatia in anul 1986 in uzina ULJANIK PULLA, avand puterea nominala maxima de 7650 kw la 110 rpm. Motorul are o configuratie cu 5 clindrii in linie, alezaj de 600 mm.

Motorul principal este prevazut pentru functionare cu combustibil greu (H.F.O. – heavy fuel oil) cu vascozitatea de 380 CST, consumul in regim de mars la o viteza de 10,5 Nd fiind aproximativ de 14 tone / 24ore.

Fig 2.2. Motor principal MAN B&W 5L60 MC

Fig 2.3. Caracterististici tehnice Motor principal MAN B&W 5L60 MC

Viteza navei pe chila dreapta si la pescajul de vara T= 11, 023 m , cu carena curate in apa adanca, cu vant si valuri pana la 2 0 pe scara Beaufort (Bf 2 sau sea margin 15 %) , este de 10,5 Nd la 85 % din puterea maxima (85 % MCR).

Nava este dotata cu trei motoare auxiliare MAN B&W cu o putere de 624 KW, la 450 V AC si 60 Hz produse la Litostoj lublijana. Pentru situatiile de urgenta exista un Diesel generator de avarie produs de Scania avand o putere 85 Kw.

Fig 2.4. motor auxiliar MAN B&W 6T23 LH – 4

Fig 2.5. Pupitru de comanda control room bulk carrier Maria II

Fig 2.6. Compresoare aer lansare bulk carrier Maria II

Fig.2.7. Plan general masina carmei bulk carrier Maria II

Nava are in dotare de asemenea o caldarina cu arzator Sunrod CPH 250 pentru functionarea cu combustibil greu avand o capacitate de steaming de 25000 kg/h, la o presiune de 16,5 bar eficienta de 80% volumul de apa de 14,1 m3 si functionare automata, precum si o caldarina recuperatoare (cu gaze de evacuare).

Instalatia de balast este dotata cu 4 electropompe centrifuge autoamorsabile, capacitatea tancurilor de balast fiind de 15776,59 m3.

Instalatia de santina este dotata cu o electropompa cu piston care evacueaza apa de santina din CM peste bord printr-un separator de santina In zonele unde legislatia internationala o permite si numai in conditiile in care concentratia de hidrocarburi in apa deversata este mai mica de 15ppm.

Fig.2.8. Pompa de incendiu si pompa racire apa de mare bulk carrier Maria II

Echipamentele de punte sunt urmatoarele :

Doua vinciuri hidraulice pentru lant ancora / parama manevra – legare la prova pe puntea teuga

Patru vinciuri hidraulice de manevra – legare

Doua barci de salvare avand o capacitate de 60 persoane

Fig.2.9. Puntea teuga bulk carrier Maria II

Echipamentele de navigatie si comunicatii sunt :

Instalatii pentru mentinerea drumului – pilot automat Nautopilot NP 60

Girocompas de tip Spery

Instalatia pentru determinarea pozitiei navei GPS

Instalatia de lumini de navigatie

Instalatia de radio comunicatii

Radio baliza de avarie EPIRB

Instalatia de receptive a mesajelor de alarmare si a situatiei meteo

Instalatiile pentru determinarea profilului acvatoriului si adancimii – radarele de tip X-Band Furuno si sondele de tip Furuno FE 700

Fig.2.10. Radarele de navigatie bulk carrier Maria II

Fig.2.11. Pupitru de navigatie bulk carrier Maria II

Spatiile de marfa au urmatoarele caracteristici:

Capacitatea totala: 23578 m3

Dimensiuni magazii (LxB plafon D.F.), sunt explicate in tabelul urmator:

Dimensiuni capace guri de magazine (LxB): Nr.1 : 14,44 m x 11,2 m

Nr.2 : 16 m x 12,96 m

Nr.3 : 16 m x 12,96 m

Nr.4 : 16 m x 12,96 m

Nr.5 : 16 m x 12,96 m

Nr.6 : 16 m x 12,96 m

Fig 2.12. Puntea principal bulk carrier Maria II

2.2.3. Caracteristicile arhitecturale ale navei

Nava a fost proiectata si construita in sistem combinat de osatura. Pe spatiul magaziilor de marfa, in dublul fund si la punte s-a prevazut osatura longitudinala iar osatura transversala a fost prevazuta in picurile prova si pupa, la peretii longitudinali ai tancurilor superioare precum si la bordaj pe intreaga lungime a navei.

Osatura din dublul fund este alcatuita din:

Carlingi laterale si central

Varange etanse

Varange cu inima

Longitudinale de fund

Longitudinal de dublu fund

Osatura bordajului este in sistem de osatura transversala si este alcatuita din:

Coaste simple

Coaste intarite in magazii si in compartimentul masini

Stringheri de bordaj

Sistemul de osatura al puntii principale este cel longitudinal in zona magaziilor sic el transversal in restul navei. Puntea principala prezinta o usoara selatura in planul diametral, in plan transversal puntea avand o sectiune trapezoidala. Peretii transversali sunt in nmar 8 fiind de constructie plana din foi de tabla de grosimi corespunzatoare si intarite cu profile laminate sau sudate. Ceilalti pereti sunt in constructie de tip gofrat, executati cu gofre dreptunghiulare verticale, avand baze trapezoidale extinse pe 4 intervale de coasta catre prova, deasupra dublului fund. Plafonul chesoanelor si brachetii stringherilor peretilor sunt inclinati.

Numarul de magazii precum si tipul de capace sunt similar (6 magazii cu capace de tip side rolling cu doua segmente Tb. / Bb.) iar configurarea magaziilor este aceeasi. Capacele sunt actionate de asemeea hidraulic, actionarile aflanduse intre magaziile 2 si 3. Nava are ansamblul tubulaturilor de evacuare gaze impreuna cu cosul de fum, barcile de salvare, castelul cu amenajarile de locuit si puntea de comanda separat de puntea principal.

De asemenea peretii transversali dintre magaziile de marfa sunt in executie de tip gofrat atat in spatiul alocat marfii cat si in cel alocat tancurilor de balast, avand insertii trapezoidale la baza extinse pe trei coaste prova – pupa. Concomitent nava dispune pentru operatiile de incarcare – descarcare de trei macarale de bord iar magaziile sunt ventilate natural .

Fig 2.13. Plan general bulk carrier Maria II

CAPITOLUL 3. CALCULUL SI PROIECTAREA SISTEMELOR DE CAPACE ACTIONATE MECANO – HIDRAULIC

3.1. CONSIDERATII GENERALE

Capacele de magazie sunt actionate cu ajutorul motoarelor hidraulice ce sunt controlate de valve directionale. Debitul de ulei si presiunea necesara sunt furnizate de catre o pompa aflata pe fiecare magazine in parte.

Pentru ca sistemul hidraulic sa functioneze in conditii normale trebuiesc indeplinite urmatoarele conditii:

Temperatura mediu ambiant -200C – +450C

Camera pompei trebuie sa aiba o temperatura intre -100C si +450C

Presiunea maxima a sistemului 27,5 MPa

Uleiul hidraulic de tip ISO VG T32

Motoarele hidraulice de actionare au elementele active formate din unul sau mai multe pistoane care se deplaseaza in interiorul cilindrilor de lucru care poarta numele de cilindrii hidraulici.

Avantajele utilizarii cilindrilor hidraulici la servosistemele hidraulice de reglare automata sunt urmatoarele:

Au viteze mari de raspuns

Leganduse servomotorul la sarcina se asigura realizarea unor sisteme rigide fara jocuri

Constructie simpla

Fiabilitate mare

Se racordeaza usor aparatura de masura si control

In general la navele comerciale motoarele hidraulice liniare folosite la actionarea capacelor hidraulice au diametrul cuprins intre 125-300 mm, cursa intre 1400-4300mm forta de impingere intre 300-1736 KN si forta axiala intre 160-1100 KN.

Constructia dispozitivelor de actionare trebuie sa fie executata astfeel incat in cazul defectarii lor sa nu aiba loc caderea capacelor in timpul deschiderii sau inchiderii lor. Instalatia folosita pentru actionarea lor se concepe in asa fel incat sistemul de capace sa poata fi manevrat si cu ajutorul instalatiei de ridicare pe care o are nava sau cu ajutorul instalatiilor avute in port. In timpul utilizarii sistemului de manevrare al capacelor trebuiesc lasate libere caile de acces pentru oameni.

3.2. PREZENTAREA INSTALATIEI EXISTENTE LA BORDUL NAVEI

Capacele de magazie existente la bordul navei se opereaza cu un sistem Mac Gregor cu tragere lateral tribord babord actionat de un mechanism Roll-up-Roll si un mechanism format din cremaliere si pinion.

Echipamentul folosit este fabricat in concordant cu regulile societatii de clasificare Bureau Veritas.

Sistemul de capace folosit respecta urmatoarele reguli si reglementari:

International Load Line Convention 1966

Solas 1974 cu Protocolul din 1988 si amendamente

IACS UR S21 revizia 4

Cod de siguranta bulk carrier (BC code) 2004

Conditiile maxime de operare a sistemului de capace MAC GREGOR:

Nava inclinata ±30

Nava echilibrata ±20

In timpul operarii intr-un bord, inclinarea nu trebuie sa fie mai mare de 1 grad

Defletie maxima pe rama:

Transversal : -prin torsiune ± 20 mm

-deflectii locale interioare/exterioare 2 x 5 mm

Longitudinal : -prin torsiune ± 20 mm

-canarisire/bandare 0.5 mm

3.2.1. DIMENSIUNILE MAGAZIILOR

Capacele gurilor de magazie sunt facute in concordanta cu societatea de clasificare dupa reguli de transport marfuri generale.

Fiecare capac de magazie este operat de un motor hidraulic si de un sistem cu cremalieră și pinion. Motoarele sunt instalate pe ramele longitudinale si acționate printr-un pinion către un suport montat sub panou.

Capacele de magazie sunt ridicate in poziție de rulare cu ajutorul unui mecanism RoU- up-Roll. La fiecare capăt al capacului,cilindri hidraulici ridica ambele panouri simultan in sus si departe unul de celalalt in poziție. Mecanismul este cu închidere automată când este închis.

In poziție ridicată,vârful panoului de la capac atinge o înălțime de maxim 1.050 mm deasupra nivelului ramei.

Rotile sunt dublu flanșate fixate intr-un capăt, ele ghidează capacele în timpul operațiunii. Roti simple montate in capătul celalalt permit mișcarea ramei pe șinele pentru roti.

Panourile capacelor se deplasează peste bord pe rampele de depozitare și în mod normal sunt depozitate cu aproximativ 110 mm în afara bordului.

Timpul de operare pentru un singur capac este de aproximativ 2 minute,excluzând timpul de ridicare. Viteza de rulare este aproximativ egala cu 7m/min. Un singur capac poate fi manipulat odată.

Timpii de operare specificați se bazează pe dimensiunile țevilor si a vâscozitățti uleiului hidraulic potrivit recomandărilor MacGregor si sunt valizi la o temperatura ambientală de 20 grade Celsius. La temperaturi mai mici,timpul creste.

O pompa auxiliară este asigurată pentru operațiuni de urgentă pentru capacele de magazie. Capacele de magazie sunt asigurate de rame de plăcute automate.

Trei ventilatoare cu protecție formata dintr-o plasă din fir de otel inoxidabil sunt dispuse la marginea fiecărui panou.

Astfel pentru magaziile 2-6 avem:

L= 16 m -lungimea capacului gurii de magazine

l= 12.96 m -latimea capacului

Pentru toate gurile de magazii se considera grosimea capacului de:

h = 0.10 m

Pentru toate gurile de magazii se va calcula volumul si masa acestora utilizand densitatea materialului: ρ=7850 kg/m3

V = L l x h x k = 4.14 m3

m = V x ρ = 33 tone

Forța necesară a fi dezvoltată de piston variază astfel:

F(µ) = µ xmxg N

unde n este coeficientul de frecare care ține cont de natura transmisiei dar și de gradul de uzură al acesteia. După cum știm acesta ia valori între 0 și 1.

Pentru rezemare se pot utiliza lagărele cu alunecare sau cele de rostogolire. La majoritatea tipurilor de role lagărul de alunecare este practic alezajul în materialul din central nucleului care formează roata. Valoarea aproximativă a coeficientului de frecare este µ = 0,003… 0,005. în cazul lagărelor de rostogolire se pot utiliza rulmenți cu role cilindrice în colivie de nylon (µ = 0,0025) sau cu bile (µ = 0,0015), locașul fiind obținut prin strunjire. Se pot utiliza și rulmenți cu role din inox, mai ales în industria alimentară.

Știind că deplasarea capacelor de magazie se face pe rulmenți și deci frecarea este foarte mică, conform celor scrise mai sus se consideră, totuși, cazul în care uzura este avansată deci:

µ=0.01

Forta utila necesara in fiecare cilindru :

F(µ) = µ xmxg=3,23kN

3.3. STABILIREA SCHEMEI PRINCIPALE A SISTEMULUI DE ACTIONARE

3.3.1. Capace actionate hidraulic

Capacele de magaazie sunt actionate cu ajutorul motoarelor hidraulice ce sunt controlate de valve directionale. Debitul de ulei si presiunea este furnizata de catre o pompa care este controlata de un starter electric.

Sistemul hidraulic poate fi operat la o temperatura ambientala ce variaza intre -200C si +450C. Camera pompei trebuie sa aibe o temperatura intre -100C si +450C. Presiunea maxima a sistemului este de 27.5 MPa.

Uleiul hidraulic ce urmeaza a fi folosit in sistem trebuie sa indeplineasca calitatile specifice uleiului ISO VG T32.

Motoarele hidraulice liniare au ca element activ unul sau mai multe pistoane care se deplaseaza in interiorul cilindrilor de lucru. La bordul navei motoarele hidraulice liniare sunt folosite la actionarea capacelor mecanice ale gurilor de magazi, a portilor de bordaj si a rampelor de incarcare. Uzual diametrele cilindrilor sunt cuprinse intre 125-300 mm, cursele intre 1400-4300 mm, fortele de impingere intre 300-1736 kN iar fortele axiale intre 160-1100 kN.

Fig. 4.1. Sistem de actionare cu piston(sursa lucrare de licenta UMC 2016)

3.3.2. Pompa hidraulica de actionare

Exista o singura pompa hidraulica instalata la prova. Pompa hidraulica este formata din doua pompe tip piston cu deplasamente variabile. Pompele sunt montate pe amortizoare de cauciuc sub tancul de ulei.

Tip pompa SMO2-30/5

Caracteristici tehnice:

SMO pompa orizontala cu doua pistoane

30 – presiunea maxima in MPa

5 – debitul maxim de refulare in m3/h

Fig. 4.2. Prezentarea pompei (sursa lucrare de licenta UMC 2016)

Elemente montate pe unitatea de pompare a lichidului hidraulic :

Valve izolatoare pentru partea de suctiune a pompei

Valve de reducere a presiunii

Manometru

Valve de izolare a presiunii pe partea de intoarcere si intrare

Furtunuri de inalta presiune

Filtru de impuritati

Conexiuni de cuplare

Aerisitor de tanc

Termomentru

Thermostat electric

Incalzitor de ulei

Joja pentru nivel de ulei

Guri de vizita

Alarma

Starter

Fig.4.3.Panoul de comanda al pompei (sursa lucrare de licenta UMC 2016)

3.3.3. Calculul pierderilor hidraulice in cadrul instalatiei de ridicat capace

Sarcina Heste un parametru energetic si reprezinta aportul energetic al unei masini hidropneumatice asupra fluidului care lucreaza in instalatie. Aportul energetic al pompei in instalatie va fid at de surplusul de sarcina produs de pompa.

In momentul cand se proiecteaza o instalatie trebuie determinate sarcina pompei, deoarece debitul este impus de rolul functional sau de registrele navale sub jurisdictia caruia se construieste nava. Acest lucru se face cand se cunosc parametrii la capete si astfel realizanduse determinarea efectiva apierderilor hidraulice h in functie de forma instalatiei, care este impusa in scopul functional.

Deoarece pompa lucreaza in ulei, sarcina totala a pompei Hpse considera din doua puncte de vedere si anume:

Aspiratia pompei

Satisfacerea energiei de cuplare si invingerea pierderilor hidraulice

De multe ori aspiratia pompelor creeaza probleme pentru ca umplerea tubulaturii de aspiratie si si carcasei pompei cu ulei se face pe seama energiei potentiale realizate de presiunea atmosferica.

se face pe seama energiei potentiale date de presiunea atmosferica, aceasta fiind limitata la valoarea de 1,01325·105 N/m2. De aici rezulta ca o pompa nu poate aspira de la o adancime mai mamare de 10,33 m.

La determinarea sarcinii pompei H se va tine cont ca viteza fluidului recomandata pe magistrala instalatiei utilizata la ridicarea capacelor este cuprinsa intre 2-2,5 m/s.

Unde: ρ – densitatea uleiului hidraulic – 0,900 kg/m3

v2 –viteza uleiului pe tubulatura 2,3 m/s

v1 –viteza ulei pe aspiratie

p2 –presiune pompa- 2,5 m/s

p1 –presiune ulei pe aspiratie (nula – presiune relativa)

z2 –cota geodezica a gurii superioare de refulare, in raport cu un reper oarecare

z1 –cota geodezica a nivelului marii in raport cu acelasi reper

z2- z1 10 mCA se observa ca pierderile maxime au valoare de aproximativ 1 bar

h –totalitatea pierderilor hidraulice (pe aspiratie si refulare)

Se calculeaza diametrul tubulaturii:

56 mm

Se alege un diametru standardizat ca multiplu de 25,4 mm, ceea ce reprezinta valoarea de 1 tol.

d STAS=

d STAS= numarul de toli ales x 25,4 =50,8 mm

Dupa determinarea diametrului tubulaturii instalatieide ridicare capace se poate recalcula uleiul din instalatie.

Vrec=

Pierderile de sarcina apar in functionarea instalatiilor navale datorita frecarii particulelor de lichid cu tubulatur, dar si datorita aparitiei pe traseu de coturi , vane, robineti, diafragme.

Calculul pierderilor liniare de presiune si inaltime pe o conducta dreapta de lungime si diametru interior cunoscute, prin care circula cu viteza medie, cunoscuta si ea, se determina cu formula lui Darcy-Weisbach.

hlin si

deci :

h=()

unde:

λ-coeficientul de frecare hidrodinamica

l-lungimea tubulaturii prin care circula uleiul (m)

dSTAS-diametrul tubulaturii (mm)

Vrec-viteza recomandata

φ=coefficient ce tine cont de pierederile locale

Lungimea tubulaturii l, se va determina direct pe desenul instalatiei in care este inclusa si pompa centrifuga ce urmeaza a fi proiectata. In cazul de fata lungimea tubulaturii este de maxim 20 m deoarece tancul de serviciu se afla amplasat in apropierea agregatelor.

Coeficientul de frecare hidrodinamica λ, se va determina in functie de regimul de curgere al uleiului pe conducta, care poate fi: laminar Re<2320 sau turbulent Re>2320

Pentru curgerea laminara coeficientul de frecare hidrodinamica λ, se determina cu formula lui Stokes : λ=64/Re, unde:

unde: -vascozitatea cinematic a uleiului Re = 8,021·104

De unde rezulta ca la nivelul conductei se stabileste un regim turbulent de curgere.

Pentru curgerea turbulent, coeficientul de frecare hidrodinamica λ, se poate determina cu ajutorul a doua numere Re.

Re1=10/ε sau Re2=500/ε unde:

ε este rugozitatea relativa a peretelui conductei si este egal cu:

ε

k1 rugozitatea absoluta a tevii de otel galvanizata, cu valoarea de 0,09 mm rezultand ca valoarea lui ε=1,41 ·10-3 de unde va rezulta ca :

Re1=7.057 · 103 si Re2=3,529 · 105

In zona miscarii turbulente se poate calcula coeficientul de frecarehidrodinamica λ prin compararea numarului Re cu Re1 si Re2conform celor trei cazuri dupa cum urmeaza:

Pentru 2320<Re< Re1 conducta neteda hidraulic λ= λRe

Pentru Re1< Re< Re2 conducta semirugoasa hydraulic λ= λReε

Pentru Re> Re2 conducta rugoasa hidraulic λ= λε

Din cele de mai sus datorita faptului ca Re1< Re< Re2 , inseamna ca avem o conducta semirugoasa hidraulic. Pentru determinarea lui λ se va folosi relatia:

λ =0.110,25=0.023

Lungimea tubulaturii se ia direct pe schema izometrica a instalatiei, in functie de configuratia acesteia, iar pierderile locale se calculeaza cu metoda lungimilor echivalente unde unde elementele ce introduce aceste pierderi sunt inlocuite cu o lungime echivalenta de tubulatura . Astfel pentru fiecare element ce are pierdere locala de sarcina se va stabili in functie de diametrul acestuia, lungimea de tubulatura echivalenta prin care ar trece fluidul ar avea aceeasi piedere de sarcina.

z1=d – hdf, unde hdfeste inaltimea la dublu fund fiind egal cu:

hdf=

p1=ρgz=3,74 ·104 N/m2

z2=D+6+d- hdf=15,47 m

l1= D+6+d+B/2=21,6 m

l2=D+0,8L+B/2=38.52 m

φ1=2Vcolt+6cot+2Vtrec=157

φ2=Vcolt+3cot+3Vtrec+T=151,5

Pierderile liniare pe cele doua trasee sunt:

Dar datorita faptului ca V2 are valori foarte apropiate de V1 atunci diferenta patratelor poate fi considerata neglijabila caz in care sarcina pompei se va calcula cu urmatoarea formula:

=38,877 N/m2

=26,77 N/m2

3.3.4. Numarul de pompe din cadrul instalatiei

Pompa de actionare asigura debitul uniform al uleiului hidraulic in cadrul instalatiei de ridicare capac. Necesitatea invingerii reziztentei liniare a conductelor precum si a asigurarii unui debit constant fac ca valoarea presiuni de refulare a pompelor sa se ridice la 35-45daN/cm.

Pompele cu piston au inaltime de aspiratie maxima iar debitul nu se modifica odata cu cresterea rezistentei pe traseul de refulare. Dezavantajul lor consta in constructie complicate si gabarit mare fata de celelalte pompe.

Pompele cu roti dintate, sunt simple, sigure in functionare cu usurinta in exploatare, masa si gabarit redus, costul lor fiind mai mic decat al pompelor cu piston. Aceste avantaje au condus la raspandirea lor in instalatiile navale. Se construiesc pompe avand debitul de la (0,2…..200) m3/h, pentru presiuni pana la 35 bari, intr-o singura treapta cu turatia pana la 3000 rot/min. in dotarea instalatiei de bord navale sunt folosite pompe cu roti dintate avand debite de (50-60)m3/h si presiuni de pana la 5 bari.Randamentul Acestor pompe se afla intre (50-70)%. Inaltimea de aspiratie este sufficient de mare dar este mai mica decat a pompelor cu piston.

Variatia sarcinii in instalatie nu are influenta deosebita asupra debitului dar debitul scade rapid odata cu cresterea rezistentei pe traseul de aspiratie. Pompele cu roti dintate pot fi actionate individual cu motoare electrice sau antrenate direct de la arborii masinilor cu ardere interna. Dezavantajul pompelor cu roti dintate consta in vibratiile mari si zgomotul mare produs in timpul functionarii.

Pompele cu roti dintate sunt folosite indeosebi la pomparea lichidelor vascoase, ca pompe de ungere in constructiile de masini, la motoarele cu combustie interna, in instalatiile cu actionari hidraulice. Aceste pompe sunt putin sensibile la variatia vascozitatii lichidului si la existent reziduurilor din lichid. Pompele cu roti dintate admit turatii inalte si sunt din punct de vedere constructive mai simple decat pompele cu piston.

Pompele cu surub au cunoscut o raspandire mare in instalatiile navale pentru vehicularea lichidelor vascoase. Acestea se construiesc pentru debite cuprinse intre 0,2–1000 m3/h si presiuni pana la 250 bari. In instalatiile navale se folosesc pompe cu surub al caror debit nu depaseste 300-400 m3/h, iar presiunea pana la10.12 bar. Debitul acestor pompe scade mult cu cresterea rezistentei hidraulice pe traseul de aspiratie.Pompele cu surub au gabarit si masa redusa, randamentul inalt de pana la 85%, functioneaza fara vibratii si zgomot, avand inaltime de aspiratie sufficient de mare.

Principalele neajunsuri ale acestor pompe constau in constructia lor complexa si dinaceasata cauza costul lor este ridicat in comparative cu cel al pompelor cu roti dintate. Bunul mers al instalatiei de pompare reclama satisfacerea optima a parametrilor functionali prin realizarea unor performante energetice superioare, prin asigurarea unui mers linistit fara socuri si vibratii si a unei securitati depline. Pentru toate acestea este necesar sa se studieze termic conditiile de functionare sis a se faca o alegere judicioasa a pompelor pentru fiecare situatie in parte.

O caracteristica deosebit de importanta a pompelor cu surub o reprezinta continuitatea debitului, care are un grad de neuniformitate foarte redus comparative cu cel al pompelor centrifuge.

Conform normelor impuse de Registrul Naval Roman, la fiecare nava maritime, numarul necesar de pompe este doua.

Debitul instalatiei este stabilit cu relatia:

Q≥km2

In care

Unde:

Fig.4.4. Conexiunile pompei (sursa lucrare de licenta UMC 2016)

3.3.5. Sarcina pompei

Sarcina pompei va avea o valoare maxima :

H=max(H1, H2)= 38,877 · 105 N/m2

Adica

H=4MPa=40bar

Pierderile hidraulice cresc odata cu cresterea debitului si se observa ca acestea variaza cu patratul debitului. Calculul hidraulic al conductelor determina legatura dintre caracteristicile geometrice si constructive ale conductelor si caracteristicile curgerii fluidului transportat- ulei.

Cu ajutorul calculului hidraulic am stabilit:

pierderile de presiune ale fluidului

distributia presiunii si debitului

lungimea posibila de transport a fluidului

caracteristicile principale pentru alegerea echipamentului de pompare

regimurile hidraulice de pompare

3.3.6. Cilindrii hidraulici

Cilindrii hidraulici sunt fabricati in concordanta cu standardele MacGregor pentru uz maritim si construiti in concordant cu regulile societatii de clasificare.

Fig.4.5. Cilindrii hidraulici (sursa lucrare de licenta UMC 2016)

Cilindrii sunt echipati in felul urmator:

diuzele sunt montate direct pe iesirile din cilindrul hidraulic

tije adecvate pentru utilizare in zona expusa de vreme

3.3.7. Motoare hidraulice

Motoarele hidraulice sunt radiale de viteza redusa. Fiecare motor este echipat cu o valve de retinere a icarcarii.

Fig.4.6. Motorul hidraulic de actionare (sursa lucrare de licenta UMC 2016)

3.3.8. Valve de control

Valvele de control sunt fabricate pentru operatiuni manuale si sunt asamblate ca unitati intregi. Valvele de turatie si control a curgerii sunt deja montate. Panourile de control a valvelor sunt situate in cutii impermeabile. Fiecare panou de control este echipat cu valve de izolare pentru a pemite lucrari de reparatie pe o singura magazine fara a deranja operarea celorlalte magazii.

Fig. 4.7. Panou hidraulic de actionare (sursa lucrare de licenta UMC 2016)

CAPITOLUL 4. CALCULUL SI PROIECTAREA SISTEMELOR DE CAPACE ACTIONATE ELECTRO – MECANIC

4.1. CONSIDERATII GENERALE

Capacele de magazie sunt actionate cu ajutorul motoarelor hidraulice ce sunt controlate de valve directionale. Debitul de ulei si presiunea necesara sunt furnizate de catre o pompa aflata pe fiecare magazine in parte.

Pentru ca sistemul hidraulic sa functioneze in conditii normale trebuiesc indeplinite urmatoarele conditii:

Temperatura mediu ambiant -200C – +450C

Camera pompei trebuie sa aiba o temperatura intre -100C si +450C

Presiunea maxima a sistemului 27,5 MPa

Uleiul hidraulic de tip ISO VG T32

Motoarele hidraulice de actionare au elementele active formate din unul sau mai multe pistoane care se deplaseaza in interiorul cilindrilor de lucru care poarta numele de cilindrii hidraulici.

Avantajele utilizarii cilindrilor hidraulici la servosistemele hidraulice de reglare automata sunt urmatoarele:

Au viteze mari de raspuns

Leganduse servomotorul la sarcina se asigura realizarea unor sisteme rigide fara jocuri

Constructie simpla

Fiabilitate mare

Se racordeaza usor aparatura de masura si control

In general la navele comerciale motoarele hidraulice liniare folosite la actionarea capacelor hidraulice au diametrul cuprins intre 125-300 mm, cursa intre 1400-4300mm forta de impingere intre 300-1736 KN si forta axiala intre 160-1100 KN.

Constructia dispozitivelor de actionare trebuie sa fie executata astfeel incat in cazul defectarii lor sa nu aiba loc caderea capacelor in timpul deschiderii sau inchiderii lor. Instalatia folosita pentru actionarea lor se concepe in asa fel incat sistemul de capace sa poata fi manevrat si cu ajutorul instalatiei de ridicare pe care o are nava sau cu ajutorul instalatiilor avute in port. In timpul utilizarii sistemului de manevrare al capacelor trebuiesc lasate libere caile de acces pentru oameni.

4.2. PREZENTAREA INSTALATIEI EXISTENTE LA BORDUL NAVEI

Capacele de magazie existente la bordul navei se opereaza cu un sistem Mac Gregor cu tragere laterala tribord babord actionat de un mechanism Roll-up-Roll si un mechanism format din cremaliere si pinion.

Echipamentul folosit este fabricat in concordanta cu regulile societatii de clasificare Bureau Veritas.

Sistemul de capace folosit respecta urmatoarele reguli si reglementari:

International Load Line Convention 1966

Solas 1974 cu Protocolul din 1988 si amendamente

IACS UR S21 revizia 4

Cod de siguranta bulk carrier (BC code) 2004

Conditiile maxime de operare a sistemului de capace MAC GREGOR:

Nava inclinata ±30

Nava echilibrata ±20

In timpul operarii intr-un bord, inclinarea nu trebuie sa fie mai mare de 1 grad

Defletie maxima pe rama:

Transversal : -prin torsiune ± 20 mm

-deflectii locale interioare/exterioare 2 x 5 mm

Longitudinal : -prin torsiune ± 20 mm

-canarisire/bandare 0.5 mm

4.2.1. DIMENSIUNILE MAGAZIILOR