Instalatia de Aer Comprimat

TEMA SPECIALĂ

CAPITOLUL V

Instalația de aer comprimat

Informații generale

Sistemele de acționare pneumatice sunt preferate într-un număr mare de aplicații industriale, din cele mai diverse sectoare, datorită unor calități incontestabile cum sunt: robustețea, simplitatea constructivă, productivitatea, fiabilitatea ridicată și nu în ultimul rând prețul de cost mai scăzut. În general, asemenea sisteme sunt folosite atunci când:

trebuie controlate forțe și momente de valori medii;

viteza de deplasare a sarcinii nu trebuie să respecte cu strictețe o anumită lege;

poziționarea sarcinii nu trebuie făcută cu precizie ridicată;

condițiile de funcționare sunt severe (există pericol de explozie, incendiu, umiditate etc);

trebuie respectate cu strictețe o serie de norme igienico – sanitare (în industria alimentară, farmaceutică, tehnică dentară).

Figura 5.1 pune în evidență locul sistemelor de acționare pneumatice în raport cu celelalte tipuri de sisteme de acționare prin prisma forței controlate și a prețului de cost.

Trebuie subliniat faptul că în timp ce în unele domenii sistemele pneumatice de acționare intră în competiție cu celelalte sisteme (electrice, hidraulice, mecanice), în anumite aplicații ele se utilizează aproape în exclusivitate, fiind de neînlocuit.

SP – Sisteme pneumatice

SE – Sisteme electrice

SH – Sisteme hidraulice

SM – Sisteme mecanice

Un sistem tipic de aer comprimat este prezentat în (Fig. 5.1.1). Sistemul poate fi divizat în trei segmente ce furnizează aer pentru lansarea motorului principal și motoarelor auxiliare, aer instrumental pentru instrumente și aparatura de control și aer pentru diferite servicii ale navei.

1 – Compresor aer topping,

2 – Compresor aer lansare,

3 – Motor principal,

A – La distribuitor, valvule pilot,

B – La valvulele de lansare,

4 – Diesel-generator,

5 – Compresor aer servicii navă,

6 – Separator,

7 – Uscător,

8 – Valvulă cu reținere,

9 – Butelie aer instrumental,

10 – Separator,

11 – Compresor aer instrumental,

12 – Butelie aer serviciu,

13 – Valvulă cu acționare electromagnetică,

14 – Compresor aer avarie,

15 – Butelie aer avarie,

16 – Valvulă operare motor,

17 – Separator,

18 – Butelie aer lansare

Datorită faptului că manevrabilitatea navei este dependentă de disponibilitatea aerului de lansare, numărul minim și mărimea buteliilor de aer trebuie să fie în acord cu cerințele societății de clasificare sub regulile căreia este construită nava. În mod tipic buteliile trebuie să conțină suficient aer pentru a realiza 6 lansări consecutive ale motorului nereversibil sau 12 lansări în cazul motorului reversibil. Acest volum de aer trebuie să fie stocat în cel puțin două butelii și disponibil fără reîncărcarea lor. Buteliile principale de aer, în mod normal sunt sub presiune înaltă, uzual 30 bar în scopul reducerii mărimii buteliilor. Buteliile principale de aer sunt în mod normal încărcate de două compresoare. Dacă consumul normal de aer serviciu este scăzut, acest aer poate fi furnizat de buteliile principale de aer printr-un reductor de presiune. În acest caz, un compresor de aer suplimentar, de capacitate mică, de completare va fi instalat. Dacă cantitatea de aer pentru servicii este mare, este mai potrivită instalarea unui compresor de aer separat.

O butelie separată de aer, mică, auxiliară (sau de avarie) este montată în mod obișnuit pentru pornirea motoarelor auxiliare, ea fiind în mod normal alimentată din sistemul principal de lansare . Pentru lansarea la rece, o butelie auxiliară de aer poate fi alimentată de un compresor de aer de avarie care poate fi acționat de un motor Diesel pornit manual sau de un motor alimentat de la tabloul de avarie.

Pentru pornirea motoarelor auxiliare trebuie prevăzut pe cât posibil o butelie de aer cu o capacitate suficientă pentru a efectua 6 porniri cu motorul de puterea cea mai mare, pregătit pentru funcționare. Dacă există numai o singură butelie de aer pentru motoarele auxiliare, atunci trebuie prevăzută și posibilitatea pornirii de la o butelie de aer sau de la un grup de butelii de aer al motoarelor principale.

La navele cu zonă de navigație nelimitată, numărul compresoarelor principale trebuie să fie cel puțin două, din care unul poate fi antrenat de motorul principal. Debitul total al compresoarelor principale trebuie să fie suficient pentru umplerea buteliilor de aer ale motoarelor principale în timp de 1 oră, începând de la presiunea atmosferică până la presiunea necesară asigurării numărului de porniri și manevre indicat de regulile de registru. Compresoarele principale trebuie să aibă debite aproximativ egale.

Tubulaturile destinate umplerii buteliilor de aer trebuie să fie montate de la compresoare direct la buteliile de aer și trebuie să fie complet separate de tubulaturile de pornire. După fiecare compresor trebuie să fie instalată pe tubulatură o valvulă de închidere cu reținere. Pe tubulatura care alimentează cu aer fiecare motor, înaintea valvulei lui de pornire, trebuie instalată o valvulă cu reținere. Temperatura aerului care intră în buteliile de aer nu trebuie să depășească 900 C. La nevoie pot fi prevăzute răcitoare de aer corespunzătoare. Tubulaturile trebuie montate pe cât posibil în linie dreaptă, cu o mică înclinare pentru scurgerea apei. Înclinarea nu trebuie să fie spre valvula de pornire a motorului. Pe tubulatura dintre compresoare și buteliile de aer trebuie prevăzute dispozitive pentru evacuarea apei și a uleiului, dacă aceste dispozitive nu au fost montate chiar pe compresoare.

Sistemul de aer instrumental este de multe ori alimentat de la un compresor independent care nu eliberează vapori de ulei și o butelie separată unde aerul ajunge după ce a trecut printr-un uscător. Serviciul de stand-by poate fi realizat printr-o conexiune în cruce de la sistemul de serviciu al navei sau printr-un reductor de presiune de la sistemul aer lansare.

Instrumentele locale pot include un manometru pe refularea fiecărui compresor, la fiecare butelie și după fiecare reductor de presiune, un manometru pe circuitul de ulei de ungere și o tijă de metal pentru controlul nivelului de ulei în colectorul de ulei al fiecărui compresor. Pentru măsurarea temperaturii apei de răcire se montează termometre pe răcitoarele de apă ale compresoarelor.

Presiunea aerului de lansare și presiunea aerului din sistemul aer instrumental sunt indicate atât local cât și în postul central de comandă. Sunt montate alarme pentru situațiile de presiune scăzută în circuitul aer lansare și aer comandă. Cu excepția compresorului de avarie, compresoarele sunt în mod obișnuit echipate pentru a porni și pentru a se opri automat ca răspuns la presiunea din butelii. Compresoarele pornesc când presiunea din butelii scade sub o valoare minimă, uzual 16 bar și se opresc atunci când se atinge valoarea maximă, uzual 30 bar. Când sarcina la lansare a unor compresoare mari de aer este foarte mare, înstalația poate fi proiectată ca ele să pornească automat fără sarcină pe refulare urmând ca intrarea în sarcină să se realizeze treptat. Pentru colectarea condensului de la butelii se montează dispozitive automate de drenaj.

Amenajarea unui modul format din buteliile de aer împreună cu elementele de instalație și instrumentele de control reprezintă o soluție ce scurtează timpul de montaj și ușurează execuția conexiunilor. În (Fig. 5.1.2a,b) este reprezentat un astfel de modul.

1 – Butelii aer comprimat,

2 – Valvule de aer pentru lansarea motorului principal,

3, 5 – Valvule auxiliare aer,

6 – Gură de vizită,

7 – Prindere superioară,

8 – Țevile de aer spre motorul principal

Alegerea clasei și încadrarea în reguli

Ce prevede registrul de clasă DNV-GL pentru sistemele pneumatice (Partea 4, capitolul 6, sectiunea 5, I Pneumatic Systems):

2.1. I Generalități

Compresoare, filter, reducatoare de presiune care alimenteaza mai mult de un consummator important si unitati de tratarea aerului (ungere sau ceata de ulei si dezumidificator);

Prizele de aer ale compresoarelor trebuie să fie plasate în așa fel încât să minimizeze aspirația de ulei sau apă din aer.

Tubulatura dintre compresor si recipientele de presiune nu trebuie să fie conectate la alte mașinării;

Valvulele de la recipientele de presiune trebuie să fie proiectate în așa fel încât avariile generate de presiunea de șoc să nu se propage pe tubulatură când valvulele sunt operate;

Pe tubulatura de la compresorul de aer cu pornire automată trebuie să fie montat un separator sau un dispozitiv similar pentru a preveni scurgerea condensului în compresor;

Dacă nava are un sistem auxiliar al mașinii de guvernare, doua compresoare de lansare cu o capacitate totală, suficientă pentru operarea normală a mașinii auxiliare de guvernare trebuie să fie disponibile.

2.2. I Echipamente pneumatice

Nu trebuiesc folosite componente care au nevoie de aer extrem de curat;

Tubulatura principală trebuie inclinată relativ pe orizontală pentru scurgere;

Sunt acceptate țevi și alte chipamente fabricate din material plastic, dacă satisfac rezistenta mecanică, o termoplasticitate scăzută, rezistență mare la ulei și să fie rezistente la foc.

Aerul pentru instrumental trebuie să fie fără ulei, dezumidificat, și fără alte contaminări. Condensul trebuie să nu fie permis la operațiunile relevante presiunii de design și temperatură;

Pentru curgerea aerului în tubulatura care este situată în totalitate în CM și accommodation, punctul de rouă trebuie să nu depășească 10oC peste temperatura ambiantă, dar trebuie normal să nu fie mai mică de 5oC;

Punctul de rouă pentru curgerea aerului în tubulatura de pe punțile deschise trebuie să nu fie sub -25o C.

2.3. I Aranjamente de pornire pneumatică

301 Pentru pornirea MAI – Chapter 3

Pentru pornirea de la “dead ship” Chapter 1 sec 3 B313

Electrical practic system Chapter 8

Sistemele de lansare pentru MAI și turbinele de gaz trebuie să aibă capacitatea pentru numeroase porniri specificate in tabeleul 5.1, fară a fi nevoie de reîncărcarea recipientilor de aer.

Capacitatea trebuie sa fie divizată între cel puțin două butelii de aer de dimensiuni apropiate.

Tabelul 5.1.Necesarul de aer pentru porniri

Dacă un sistem de pornire servește pentru doua sau mai multe dintre acestea de mai sus, capacitatea sistemului trebuie să fie suma acestor capacitați cerute

Pentru centralele de propulsie a mai multor motoare, capacitatea buteliilor de aer lansare trebuie să fie suficientă pentru 3 porniri per motor.

În orice caz, capacitatea totală nu ar trebui să fie mai mica de 12 lansări și să nu depășească 18.

Două sau mai multe compresoare trebuie să fie instalate, cu o capacitate totală suficientă pentru încărcarea buteliilor de aer de la presiunea atmosferică la “full pressure” în decursul a o oră.

Capacitatea ar trebui să fie aproximativ egal împărțită între compresoare. Cel puțin unul din compresoare trebuie să fie acționat independent.

Dacă generatorul de urgentă este proiectat pentru lansarea penumatică, sursa de aer trebuie să fie de la un receptor de aer separat.

Sistemul de lansare de urgență nu ar trebui să fie conectat la alte sisteme pneumatice, cu excepția celui din CM. Dacă astfel e conexiuni există, atunci tubulatura trebuie să aibă o valvulă cu ventil – de sens in Emergency generator room.

Țevile pentru lansare aer nu trebuie să fie din cupru sau aliaje din cupru dacă diametrul exterior depășește 44.5 mm.

Instalația de pornire pneumatică

Destinația instalației de pornire

Instalația de pornire, denumită și instalația de lansare, este destinată pentru punerea în funcție a motoarelor prinipale si auxiliare de la bordul navei.

Metode de pornire a motoarelor Diesel navale

Pornirea motoarelor Diesel navale se realizează prin crearea condițiilor optime din camera de ardere a motoarelor (presiune și temperatură) la care combustibilul injectat se vaporizează, aprinde și arde. Acest lucru se realizează în momentul în care arborele cotit al motorului Diesel ajunge la o valoare a turației acestuia denumită turație minimă (critică) de pornire.

Pentru atingerea turației minime de pornire, se apelează la mai multe procedee, cum ar fi:

Pornirea electrică;

Pornirea pneumatică;

Pornirea hiraulică.

Pornirea pneumatică a motoarelor Diesel navale se poate realiza utilizând:

Un demaror pneumatic;

Introducerea directă a aerului comprimat în cilindri motorului.

Utilizarea demarorului pneumatic are la bază conversia energiei potențiale a aerului comprimat în cuplul de rotație al arborelui cotit și este aplicabilă la motoarele Diesel de putere mică.

Lansarea motoarelor prin introucerea aerului comprimat direct în cilindrii motorului este aplicabilă pentru motoarele Diesel lente si semirapide de putere mare. La pornire, se introduce aer comprimat in cilindri, în funcție de prdinea de aprindere a acestora (diagrama stelară a motorului) și pe o durată egala cu cea a cursei corespunzătoare procesului de destindere. În urma forței de excitate pe suprafața pistoanelor, acestea transmit forșa de presiune la arborele cotit generând rotirea acestuia.

La atingerea turației minime de pornire, alimentarea cu aer comprimat se oprește și se comută pe alimentarea de combustibil.

Aerul comprimat utilizat la pornirea motoarelor Diesel navale are o presiune cuprinsă în intervalul (3… 6)x106Pa, iar pentru producerea lui vor fi utilizate compresoare de aer comprimat și va fi stocat in butelii speciale.

Instalația de aer comprimat a motoarelor principale trebuie săa asigure pornirea și inversarea simultana a tuturor motoarelor principale.

. Pornirea motoarelor Diesel cu comandă pneumatică

Pornirea pneumatică a motoarelor Disel navale se poate face:

Prin utilizarea unei instalații cu comandă pneumatică

Prin utilizarea unei instalații cu comandă automată.

Turația la care are loc pornirea motoarelor Diesel se numește turație minimă, sau turație critică și este dependent de temperature din CM și implicit zona în care se deplaseazp nava, de tipul și forma constructivă a motorului. De asemenea, viteza medie a pistonului, la care se realizează turația minimă de pornire este 0.7… 1.0 m/s.

Pornirea motorului MAN B&W 6S70MC

Valvulele de combustibil și lansare aer

Fiecare capac de cilindru este echipat cu două sau trei valvule de injecție combustibil, valvule de lansare aer (SAV) și valvule “indicator”.

Deschiderea valvulelor de injecție este controlată de presiunea combustibilului creată de pompa de combustibil, iar valvulele sunt inchise de un arc.

Valvulele de combustibil sunt răcite de combustibil. Valvulele de lansare aer sunt deschise cu aer instrumental de la distribuitorul de aer și sunt închise de un arc.

Controlul aerului este făcut astfel încat pornirea valvulelor care livrează aer în cilindri să fie în ordinea corectă.

Sistemul de lansare aer comprimat

Sistemul de lansare aer cuprinde o valvulă principală de pronire , unu sau doi distribuitori de aer și o valvulă de sens, o rampă de lansare pentru ramificația țevii si o valvulă de pornire pentru fiecare cilindru. Valvula principală de pornire este conectată cu sistemul de manevră, care controlează pornirea motorului. O valvulă cu acționare lentă poate fi folosită. Această valvulă este acționată manual de la consola de manevră.

Aerul de lansare la presiunea de 30 bar este furnizat de compresoarele de lansare spre buteliile de aer lansare (air recievers) și de la acestea, către intrarea motorului A – Intrare aer lansare;

Printr-o reductie, aer filtrat, comprimat la presiunea de 7 bari alimentează motorul pentru urmatoarele:

Controlul aerului si manevrarea sistemului și pentru evacuarea gazelor – valvula aer – arc air spring, prin intrarea B – intrare aer de instrumental;

Aer de siguranță pentru oprirea de urgenta, prin intrarea C – intrare aer de siguranță.

Prin valvula de reducție, aerul comprimat alimentează la presiunea de 10 bari intrarea AP pentru curatarea turbosuflantei și un volum minor este folosit pentru testarea valvulelor de combustibil.

A se înțelege că consumul de aer penru instrumental, aer siguranță, curățarea turbosuflantei și pentru testarea valvulelor de combustibil sunt momentan cerute de consumatori.

Compresoarele instalaței de lansare

Trebuie să fie răcite cu apă în două trepte. Pot fi instalate mai mult de doua compresoare cu aceeași capacitate.

Buteliile de aer

Buteliile de aer trebuie sa aiba man holes si flanse pentru conexiunea tevilor

12 porniri pentru motoare fără inversare de sens

Volumul de pornire este la 25oC de 1,000mbar

Stația de reducție pentru aer instrumental și siguranță (Reduction station for control and safety air)

La operarea normală, fiecare dintre cele două linii de alimentare au intrări la motor. Pe durata întreținerii, 3 valvule de izolare în stația de reducere permit uneia dintre cele două linii să se închidă în timp ce cealaltă linie alimentează ambele inrări la motor

Reducția de la 30-10bar la 7 bar (toleranta de +-10%)

Debitul de aer este de 2100 l/min sau 0.035m3/s

Finețea filtrului este de 40 μm

Reducția pentru curățarea turbosuflantei

Reducția de la 30-10 bar la 7 bar (toleranta de +-10%)

Debitul de aer este de 2600 l/min, egal cu 0.043 m3/s

Consumul de aer comprimat pentru instrumental, valvulele de evacuare cu arc și valvulele de siguranță, la fel ca pentru curățarea turbosuflantei și a valvulelor de testare combustibil sunt acoperite de capacitatea buteliilor de aer și a compresoarelor alese din listă.

Mecanismul de Turning Gear

Are dinți cilindrici și sunt fixați la arborele port elice. Roata este acționată de un pinion la terminarea arborelui, care este montat pe placa de bază. Cuplarea și decuplarea este efectută de înlocuirea pinionului și a terminației arborelui axial. Pentru a preveni pornirea motorului atunci cand sistemul este in funcțiune, se folosește un mecanism de interblocaj cu sistemul de lansare aer.

Motorul electric pentru inversarea de sens:

Tensiunea de utilizare 3×0.44kV

Frecvența de utilizare 60 Hz

Gradul de protecție IP 55/ IP 54

Clasa de izolație F

Număr de cilindri 6

Puterea motorului 4.8 kW

Curentul nominal 8.1 A

Schema de funționare a motorului este data în figura 5.3.2. .

Tubulatura instalației de lansare si control

Tubulatura conține o valvulă principală de pornire (ball valve), o valvulă de sens, un distribuitor de aer și valvule de lansare.

Valvula principalaă de pornire este combinată cu sistemul de manevră, care controlează pornirea motorului.

Pornirea lenta (slow turning), inaintea pornirii motorului este o opțiune.

Distribuitorul de lansare aer reglează alimentarea cu aer instrumental la valvulele de pornire în concordanță cu secvența de aprindere.

Supapele de evacuare gaze arse

Sunt deschise hidraulic, forța de închidere este provenită de la “Air spring” care lasă axul să se rotească liber. Aerul comprimat este furnizat de sistemul de aer instrumental.

La multe instalații de propulsie navale, se efectuează curățarea supapelor de evacuare la motoarele Diesel, deoarece acestea în decursul funcționării suferă un process de depunere continua de funingine și calamine pe pereții traseului de evacuare.

Aerul comprimat necesar spălării (curățării) supapelor de evacuare gaze arse este firnizat de către soste,iș de manevră al motorului și este activat de presiunea aerului. Supapa este deschisă cand presiunea este mai mare de 0.5 bar.

Sistemul este proiectat încât valvula principală a sistemului de curățare este setată pentru o presiune de 5 bar, iar filtrele sunt prevăzute cu orificii de 200 µm.

Producea aerului comprimat este realizată cu ajutorul compresoarelor de aer principale, compresorul auxiliar (cu debit redus intrând în funcționare doar pentru a completa cantitatea de aer din butelii).

Aerul stocat în buteliile principale este utilizat pentru pornirea și inversarea motorului principal. Aerul stocat in butelia auxiliara este folosit pentru pornirea motarelor auxiliare. Alimentarea celorlalți consumatori de aer comprimat, cum ar fi tifonul, aparatura de comandă și reglare automată, mașina de pas (când motorul principal cât și buteliile secundare să fie interconectate astfel încât, în caz de avarie, să se poată realiza alimentarea cu aer comprimat.

Compresoarele de aer sunt aggregate care au scopul de a comprima aerul la presiuni înalte și de a stoca aerul comprimat în butelii special și de completare a acestuia pe parcurs când acesta este consumat. Procesul de comprimare se poate realiza într-o singură treaptă sau în mai multe trepte de compresie.

Compresoarele utilizate în propulsia navală sunt de doua tipuri:

Compresoare volumice cu piston sau rotative (cu lamele, cu lobi, elicoidale), la care comrpimarea aerului se realizeaza prin mișcarea volumului unei cantități de aer și refularea lui intermitentă către butelia de aer comprimat;

Compresoare dinamice, cu la baza procesului de transformare a energiei cinetice în energie static (aspirația și refularea sunt continue).

Calculul necesarului e aer comprimat. Alegerea numărului de butelii cu aer comprimat

Instalația de aer comprimat a motoarelor principale trebuie să asigure pornirea și inversarea simultană a tuturor motoarelor principale.

Volumul e aer comprimat produs în instalația de aer comprimat de pe navă, depinde de:

Presiunea și temperature atmosferică (zona de navigație);

Cilindreea totală a motorului;

Tipul instalației de lansare a motorului;

Tipul motorului.

Calculul necesarului total de aer necesar procesului de lansare al motoarelor Diesel din component instalației energetice a navei se va face conform prescripțiilor registrului naval sub care se proiectează nava. În cele ce urmează, se va face un calcul având baza prescripțiile: GL Rules, Edition July 2015, Section 2, Internal Combustion Engines and Air Compressors, H.2.10 Approximate calculation of the starting air supply.

Calculul necesarului de aer pentru motoarele reversibile.

Presiunea initială a aerului se va considera ca fiind egală cu 30 bar, iar presiunea finală a aerului din butelie, 9 bar.

Se calculează volumul total al aerului de lansare pentru motorul Diesel MAN 6S70MC-C8. Semnificația fiecarei cifre si litere din numele motorului sunt date in figura 5.3.5.

Pentru calculul volumui de aer necesar se vor folosi datele din Ghidul de proiectare al motorului: „MAN B&W 6S70MC-C8 Project Guide Camshaft Controlled Two-stroke Engines”, 1st Edition, January 2009.

Volumul total al aerului e lansare este cel dat de relația:

Unde:

D, [mm] reprezintă diametrul cilindrului;

D = 700 mm

H, [mm] reprezintă cursa pistonului;

H = 2800 mm

Vh [dm3] reprezintă cilindreea unitară a motorului, calculată cu relația:

z reprezinta numărul de cilindri ai motorului;

z = 6 cilindri

pe,e [bar] reprezinta presiunea medie efectiva a motorului;

pe,e = 20 [bar]

a, b reprezinta coeficienți care se iau în funcție de tipul motorului, în doi sau patru timpi:

a = 0.4714 pentru motoare Diesel în doi timpi; *

a = 0.4190 pentru motoare Diesel în patru timpi;

b = 0.059 pentru motoare Diesel în doi timpi; *

b = 0.056 pentru motoare Diesel în patru timpi;

c = coeficient considerat în funcție de mărimea presiunii aerului din butelia de lansare și care va lua următoarele valori:

c = 1, dacă presiunea aerului Pe,zul = 30 bar;

c = , dacă presiunea aerului Pe,zul > 30 bar,

e= 2.718… este numărul lui Euler;

Dacă Pe,zul > 30 bar, atunci presiunea la intrarea în instalația de lansare a motorului va fi redusă cu ajutorul unui reductor de presiune până la presiunea de lansare pA (coeficientul c se poate determina în acest caz și conform GL, figura 5.3.6).

nA – coeficient care se determină în funcție de turația motorului:

n0 = turația arborelui cotit al motorului Diesel.

n0 = 91 rot/min

Având toate datele disponibile, se poate calcula volumul total de aer:

Volumul total de aer este înmagazinat în două butelii identice de aer comprimat, la o presiune de 30 bar.

Capacitatea buteliilor trebuie să fie mai mare de , adica 406.3 litri, unde 30 este presiunea din butelie, iar 1.013 este presiunea atmosferica.

Asta înseamnă că se vor alege doua butelii de capacitatea totala de 500l, protejate la coroziune, aprobate de societățile de clasificare, cu valvule de cap incluse, cu valvula de siguranță si o valvulă de test.

Compresoarele instalației de lansare aer, după cum specifică regulile, trebuie să fie capabile sa încarce buteliile de la presiunea atmosferică la full pressure.

Ceea cee înseamnă ca vom avea nevoie de minim 24.067 m3/h. Se aleg din catalog două compresoare LT-30 KHh, cu o presiune de lucru de 30 bar, 1800 rot/min, pornire electrică, cu recoil, cu racire în două trepte, cu o capacitate de încarcare de 32.5 m3/h, puterea la arbore de 6.3 kW și puterea instalată de 7.6 kW.

Sistemul de aer comprimat servicii

Scopul acestui sistem este de a produce aer servicii și aer instrumental pentru toți consumatorii navei. Sistemul de aer comprimat de joasă presiune, low pressure, este compus dintr-un compresor de joasă presiune, o butelie de joasă presiune, un uscător de aer, un distribuitor de linie care include un filtru cu separator de apă sau ulei.

Câteodată, sisteul este decuplat de la sistemul de lansare aer, dar acest lucru înseamna mai multe pre pentru mentenanță pentru compresoarele de lansare aer, ceea ce nu este de preferat.

Pentru facilitatea de back-up, se va folosi intre sistemul de lansare aer si sistemul de presiune joasă reductoare de presiune. Sistemul de aer servicii lucrează la o presiune normală de 7 bar.

Când sistemul de lansare aer nu este disponobil, se poate instala un compresor de joasă presiune cu o capacitate mai mică.

Pe durata proiectării sistemului se va lua în considerare faptul că pot exista extinderi la consumatori și pot exista scurgeri în sistem.

Compresorul se instalează într-o poziție răcoroasă in CM.

Dacă există orice conexiune la consumatorii domestici, aerul trebuie sa fie fără ulei, în acest caz, aerul aspirat de compresor trebuie luat de afara.

Aerul de servicii este uzual folosit pentru actionarea uneltelor si echipamentelor auxiliare de pe navă.

Sistemul lucrează la o presiune între 6 și 10 bar.

Cand numarul consumatorilor, sau consumul este mare, un compresor de joasă presiune trebuie să fie instalat.

Dacă consumatorii livrează aer la componentele sistemului de propulsie, cum ar fi valvule controlate de la distanță, pneumatic, trebuie prevăzut un back-up, așa cum prevede clasa.

Consumatori posibili ai sistemului de aer servicii:

Aspiratoarele de santină, balast si pompe de incendiu

Pompa de santină zilnică (pneumatică)

Tancuri presurizate

Curățarea chesoanelor de mare

Furtunurile pentru diverse unelte pneumatice

Hidrofoare

Separatoare de santina

Separatoare de combustibil

Spălarea geamurilor și a punților

Sigilări pentru ușile etanșe la vreme sau la apă (weathertight, watertight)

Pentru a aproviziona cu necesarul de aer toți consumatorii, un uscător de aer trebuie să fie montat pe absorție, cu o priză de aer suficientă și un punct de rouă de -40oC montat în CM sau în orice altă locație logică.

Instalarea unui compresor rotativ este preferată, față de compresorul cu pistoane, acest tip necesită multă muncă de mentenanță, de cele mai multe ori pe aspirație sau pe valvulele de refulare.

Compreosul rotativ nu are valvule și nu este potrivit pentru accelerări și frâne forțate și de asemenea pot lucra făra sarcină.

La toate conexiunile de tubulatură în CM, ateliere, camerele vinciurilor, camerele de marfă etc, trebuie să existe o valvulă cu bilă și o conexiune de închidere rapidă.

Sistemul de aer instrumental

Aerul instrumental este folosit pentru acționari pneumatice și operarea valvulelor. Presiunea poate varia de la 0.5 la 7 bar.

Dacă este necesar, reductoare de presiune pot fi instalate pentru a livra aer la presiunea cerută de consumatori.

Sistemul de aer instrumental este de cele mai multe ori separat de sistemul de aer de servicii atunci cănd pe absotie trebuie montat un uscător care are punctul de rouă de -50oC.

Specificațiile sistemului de aer servicii și aer instrumental:

Temperatura sistemului 32oC

Presiunea nominală 10 bar

Presiunea de design 8 bar

Testarea sistemului la 12 bar

Viteza aerului este de 30 m/s.

Tubulatura este confecționată din: oțel galvanizat, cupru și oțel inoxidabil.

Calculul rețelelor de tubulaturi

6.1 Teorie și formule

Calculul hidraulic al rețelelor de tubulaturi stabilește legătura dintre caracteristicile geometrice și constructive ale componentelor rețelelor (diametrul și lungimea tronsoanelor de tubulaturi, tipuri de armături etc.) și caracteristicile fluidului care curge prin rețele (debit, presiune etc.). Efectuarea calculului impune cunoașterea proprietăților fizice ale fluidului transportat cum ar fi viscozitate, densitate etc. În urma efectuării calculului se stabilesc distribuția debitului și presiunii în rețea, pierderile de presiune în diferite puncte, regimurile de funcționare pe tronsoanele rețelei, caracteristicile principale ale echipamentelor de antrenare ale fluidului.

Pentru un tronson de tubulatură pierderile de presiune se obțin însumând pierderile de presiune prin frecare cu pierderile de presiune locale (Ec. V.105).

unde:

Δpf-pierderea de presiune prin frecare,

Δploc-pierderile de presiune locale.

Pentru calculul pierderilor de presiune prin frecare se folosește cu rezultate bune ecuația Darcy-Weisbach care are forma:

unde:

f-coeficient adimensional numit factor de frecare Darcy,

L-lungimea tronsonului de țeavă,

v-viteza medie a curgerii egală cu debitul volumic pe unitatea de secțiune transversală udată,

D-diametrul hidraulic al țevii (pentru o țeavă circulară acesta este egal cu diametrul interior al țevii).

În Tab. 5.2 sunt prezentate principalele formule pentru calculul coeficientului de frecare la curgerea izotermă a fluidelor. În cazul mișcării laminare a fluidelor (Re<2320) coeficientul de frecare f se calculează cu relația lui Stokes stabilită analitic.

Tabelul 5.2.Formule pentru calculul coeficientului de frecare f

Pierderile de presiune locale Δploc se calculează cu relația:

ς-coeficientul de pierderi locale de presiune,

v-viteza fluidului,

ρ-densitatea fluidului.

În cazul în care se întâlnesc n rezistențe locale înseriate coeficientul de pierderi locale ς se înlocuiește cu suma coeficienților rezistențelor locale înseriate iar relația (9.9) devine:

În relațiile de calcul ale rețelelor de tubulaturi se folosește expresia pierderilor de presiune funcție de debitul de fluid care străbate tubulatura. Relația dintre debit și aria secțiunii tubulaturii este:

Q-debitul de fluid ce traversează țeava,

D-diametrul hidraulic al tubulaturii,

v-viteza medie a fluidului.

Ecuația pierderilor de presiune (V.105) ținând cont de (V.106) și (V.108) are forma:

Se înlocuiește viteza din (V.109) în (V.110) și după efectuarea operațiilor intermediare se obține:

Ecuația Darcy-Weisbach pentru pierderi de sarcină pe tronsoane de tubulatură este reprezentată în ecuația (V.114).

Coeficientul k depinde de caracteristicile geometrice ale tubulaturii, proprietățile fizice ale fluidului și de numărul Re. El se numește caracteristică hidrodinamică a tubulaturii. Pierderile de presiune sunt proporționale cu pătratul debitului pentru că pierderile de presiune prin frecare s-au calculat cu Ec. Darcy-Weisbach iar pentru calculul pierderilor locale s-a folosit (V.107). Într-o formă mai generală ecuația (V.113) poate fi scrisă:

n-exponentul debitului,

k-caracteristică hidrodinamică.

Valoarea exponentului n depinde de relația de calcul a pierderii de presiune.

6.2 Exemplu de calcul

Pentru un tronson de tubulatură cu lungimea de 17.2 metri prin care circulă aer la un debit de 254 m3/h, să se dimensioneze tubulatura și să se calculeze prierderile de sarcină liniare, pentru o viteză a aerului de 35 m/s.

Din formula debitului (V.109), deducem că diametrul interior al tubulaturii are formula de calcul:

,

dar cum viteza este măsurată în m/s, rezultă că:

[m]

Se alege tipul de țeavă standardizată din catalog, astfel încat diametrul interior să fie cât mai apropiat de cel calculat anterior.

Țeava aleasă este DN57, 57×2.9, adică are diametrul exterior, standardizat de 57 mm și grosimea peretelui de 2.9 mm, adică diametrul interior este 57-2×2.9= 51.2 mm.

Viteza de curgere a aerului este acum de 34.2 m/s

Se calculează numărul Reynolds cu formula:

Unde ν este vâscozitatea cinematică. ν a aerului, este de 1.49366*10-5, pentru presiunea de 1 atm și temperatura de 20OC.

Se calculează coeficientul de frecare f cu foruma lui Nikuradze, pentru că 105<Re<3.24*106, pentru conducte netede hidraulic.

Presupunând că pe tronsonul de tubulatură nu avem pierderi locale, pierderile de sarcina vor fi egale cu:

Proiectarea 3D a instalației

7.1. Introducere în AVEVA PMS

Modelarea 3D a instalației de aer comprimat în programul AVEVA PDMS 12.0 (Plant Design Management System).

Modulul PDMS din AVEVA are module pentru proiectearea de echipamente, conducte (HVAC), tubulaturi, structură și cabluri electrice. Modelarea se face folosind cataloage și specificații definite de utilizator, într-un mediu 3D, cu suport de instrumente care asigură un design fără clash-uri. Poate produce o largă gamă de desene, rapoarte și liste de materiale, direct din modelul 3D, asigurând acuratețe și consecvență.

Programul funcționează pe ierarhii. Pentru fiecare modul, elementele sunt ierarhizate, pornind de la Design WORD *, apoi zona de SITE-uri, în care se pot creea ZONE, iar în aceste zone, în funcție de modulul în care ne aflăm putem creea. Exemplul pentru ierarhizarea in modulul Equipment… este dat în Fig. 5.7.2 .

7.2. Modelarea 3D

7.2.1 Crearea platformelor

Se intră în modulul Design – Structures – Panels and Plates… . Se creează Site-ul în care se va proiecta totă instalație, cu tot cu echipamente, tubulatură ș.a.m.d. . În acest SITE se creează ZONA în care se vor proiecta structura. Apoi se creează, în următoarea ordine Create – Structure –Framework – Sub-Frame – Panel + NegativeExtrusion*( dacă avem nevoie de decupări în panouri).

Dupa crearea panourilor, la dimensiunile reale din CM se decupează astfel încat motorul principal de propulsie să poată fi introdus la navă.

Urmatoarea etapă a constat în crearea echipamentelor, mai precis: motorul principal, compresoarele și buteliile de aer lansare.

Toate echipamentele au fost construite după dimensiunile lor reale:

Actuatori

Valvule actionate pneumatic

[anonimizat]

Concluzii