Specializarea Electromecanic ă Naval ă [619933]
UNIVERSITATEA MARITIM Ă CONSTAN ȚA
FACULTATEA DE ELECTROMECANIC Ă NAVAL Ă
Specializarea Electromecanic ă Naval ă
“STUDIU ASUPRA INSTALA ȚIEI DE ABURI DE PE O
NAV Ă DE PASAGERI“
Coordonator știin țific:
Prof. univ. dr. ing. CIUCUR VIOLETA
Absolvent: [anonimizat]
2016
3
CUPRINS
Capitolul 1. Analiza navei de pasageri aleas ă pentru studiu……………………………… 5
1.1. No țiuni introductive privind transportul de pasageri.. ………………….. 5
1.2. Prezentarea navei alese pentru studiu ………………… ………… 10
Capitolul 2. Calculul de alegere a instala ției de propulsie cu turbine cu abur … 14
2.1. Studiu privind propulsia electric ă a navelor ……………………….. 14
2.2. Calculul rezisten ței la înaintare și a puterii de propulsie a navei … 27
2.3. Calculul de proiectare a principalilor parame trii ai
turbogeneratorului…………………………… …………………………………………… .
31
2.4. Alegerea diesel-generatoarelor de avarie….. ………………………………… 40
2.5. Alegerea și prezentarea propulsorului electric…………… …………………
41
Capitolul 3. Calculul necesarului de abur la bord … ……………………………… 46
3.1. Destina ția c ăld ării și parametrii de referin ță ……………………… 46
3.2. Bilan țul consumatorilor de abur. Parametrii aburului ………… …… 49
3.3. Analiza elementar ă a combustibilului. Determinarea necesarului de
aer. Determinarea produselor de ardere și a temperaturii produselor de
ardere ……………………………………………………………………
56
3.4. Schema de principiu a c ăld ării………………………………………… ……….. 58
3.5. Dimensionarea sistemului fierb ător ………………………………… 59
3.6. Dimensionarea preînc ălzitorului de apã (economizorul)…………… 60
3.7. Dimensionarea preînc ălzitorului de aer…………………………… 62
3.8. Dimensionarea condensatorului…………………………………… 6 3
3.9. Dimensionarea instala ției de combustibil……………………………
65
Capitolul 4. Prezentarea generala a c ăldarilor navale……………………………… ………. 67
4
Capitolul 5. Alegerea și exploatarea în condi ții de siguran ță a caldarinei………….. 76
5.1. Descriere general ă …………………………………………………. 76
5.2. Sisteme de comand ă ale caldarinei……………………………… ……….. 82
Concluzii………………………………………………………………… 94
Bibliografie……………………………………………………………. 97
5
CAPITOLUL 1. ANALIZA NAVEI DE PASAGERI ALEAS Ă PENTRU
STUDIU
1.1. NO ȚIUNI INTRODUCTIVE PRIVIND TRANSPORTUL DE PASAGERI
La începutul secolului al XX-lea, companii de navig a ție cu mare reputa ție și stabilitate
finannciar ă se aventureaz ă în construc ția unor nave care, de cele mai multa ori, practic l e
ruineaz ă datorit ă lipsei totale de rentabilitate. Întradev ăr navele transatlantice ajung la 250-
300 metri lungime și 60000-70000 tone, adev ărate ora șe plutitoare, cu cinematografe, teatre,
săli de dans, piscine, terenuri de tenis sau baschet, restaurante și tot ce se putea imagina pentru
a transfera o bun ăstare sfid ătoare pe mare. Schimbarea se va produce în anii ‘50 , când apari ția
avioanelor de pasageri cu reac ție, ce prin vitez ă și capacitate de transport m ărit ă le surclasau
pe cele cu elice, a dus la transformarea travers ării Atlanticului dintr-un periplu de 3-6 zile la o
formalitate de 5-6 ore, cu consecin țe dezastruoase pentru companiile de naviga ție maritim ă.
Cambridge Dictionary (2005) define ște o nav ă de croazier ă ca o nav ă de pasageri
folosit ă pentru c ălătorii de agrement. Transportul nu este scopul prin cipal, navele de
croazier ă opereaz ă în cea mai mare parte pe rute în care pasagerii se pot întoarce la portul lor
de origine, astfel încât porturile de escal ă sunt, de obicei, dintr-o regiune specific ă unui
continent. Exist ă chiar și „croaziere c ătre nic ăieri" sau "curse c ătre nic ăieri" unde nava face
excursii de 2-3 zile, f ără porturi de referin ță . În mod tradi țional, un vapor de linie pentru
comer țul transoceanic va fi construit la un standard mai înalt decât o nav ă de croazier ă tipic ă,
inclusiv bordul liber înalt și bordaj puternic pentru a rezista la marea agitat ă și condi țiile
nefavorabile întâlnite în largul oceanului, cum ar fi Atlanticul de Nord. Pacheboturile de
asemenea, de obicei, au capacit ăți mai mari pentru combustibil, alimente, pentru con sum la
curse lungi, fa ță de navele de croazier ă dedicate. De și adesea luxoase, pacheboturile au avut
caracteristici care le-au f ăcut nepotrivite pentru croazier ă, cum ar fi consumul mare de
combustibil, pescajul mare care le împiedic ă s ă intre în porturile de mic ă adâncime, pun ți
închise la intemperii, care nu au fost adecvate pen tru vreme tropical ă și cabine concepute
pentru a maximiza num ărul de pasageri. Evolu ția treptat ă a designului navei de pasageri, de la
pacheboturi la navele de croazier ă, s-a f ăcut prin cabine de pasageri transferate din interio rul
cocii în suprastructur ă cu balcoane private. Navele de croazier ă moderne, în timp ce sacrifica
calit ăți de navigabilitate, au ad ăugat facilit ăți pentru a r ăspunde la cerin țele turi știlor și navele
recente au fost descrise ca fiind „Balcoane plutito are”.
6
Croazier ă a devenit o parte important ă a industriei turismului, reprezentând 29.4
miliarde dolari SUA, cu peste 19 milioane de pasage ri transporta ți în toat ă lumea în 2011.
Transporturile turistice pe cale nautic ă, ca o modalitate de deplasare spre destina țiile
turistice, au evoluat de la o simpl ă c ălătorie spre una care îmbin ă deplasarea cu agrementul.
Dup ă datele statistice, circa 3% din traficul turistic interna țional este reprezentat de
transportul naval. Prin avantajele pe care le ofer ă croazierele, ca mod de petrecere a vacan ței,
relaxare total ă, distrac ție, confort și siguran ță , pia ța transporturilor navale și implicit cererea,
este în continu ă expansiune. Pe plan mondial, secolul XXI va deschi de o nou ă er ă în turismul
de croazier ă, în care se îmbin ă tradi ția cu tehnologia, design-ul și viteza.
Cele mai mari nave de croazier ă sunt de la compania Royal Caribbean International ,
Oasis of the Seas și nava sor ă Allure of the Seas .
Primul vas construit exclusiv pentru acest scop a f ost Prinzessin Victoria Luise ,
proiectat de Albert Ballin, directorul general al Hamburg-America Line . Nava a fost finalizat ă
în 1900.
Practica de croazier ă a crescut treptat din tradi ția trecerii transatlantice, care niciodat ă
nu a avut mai pu țin de patru zile. În construc ția navelor s-a ad ăugat luxul, Titanic fiind
exemplul cel mai faimos, mese rafinate și cabine bine amenajate.
7
2011
Figura 1.2. Prezentarea principalelor destina ții și rute de pasageri de-a lungul timpului
În secolul al XIX-lea, Albert Ballin a fost primul care a trimis navele sale
transatlantice pe croaziere lungi din sud în timpul celui mai r ău sezon de iarn ă al Atlanticului
de Nord. Alte companii au urmat exemplul. Unele din tre ele au construit construite nave
specializate, proiectate pentru trecerea u șoar ă de la croaziera de var ă la cea de iarn ă.
Odat ă cu apari ția marilor avioane de pasageri în 1960, în mare par te c ălătoriile
intercontinentale au trecut de la nave la avioane, astfel navele comerciale fiind într-un declin
lent. Anumite caracteristici ale navelor mai mari l e-a f ăcut nepotrivite pentru taxele de
croazier ă, cum ar fi consumul mare de combustibil, proiectul de adâncime împiedicându-le s ă
intre în porturile de mic ă adâncime, și cabine (cu multe ferestre) concepute pentru a max imiza
num ărul de pasageri, mai degrab ă decât de confort. Serviciile navelor ce vizeaz ă pasagerii au
început s ă creasc ă în 1986. În compara ție cu navele de linie, cele de croazier ă au câ știgat
popularitate încet, la început, dar rata a început s ă creasc ă din 1980 încoace. Ini țial noua
industrie a fost deservit ă în principal de mici nave, și chiar și primul stoc constructiv de nave
de croazier ă a fost mic. Acest lucru s-a schimbat dup ă succesul Norvegiei SS (ini țial survenit ă
din linia SS Fran ța, care a fost transformat ă în croazier ă de tax ă) ca prima "super-nav ă" a
Mării Caraibelor. Navele de croazier ă contemporane construite la sfâr șitul anilor ‘80 și
dincolo de aceasta, cum ar fi Sovereign, clasa care a spart recordul de ținut timp de decenii
de Norvegia, prezint ă caracteristici de dimensiune și putere, rezervate pentru croaziere
oceanice. Sovereign au fost primele "megaship-uri" moderne construite, ele, de asemenea, au
fost prima serie de nave de croazier ă ce au inclus un atrium cu mai multe etaje, cu lift uri de
sticl ă. Ele au avut, de asemenea, un singur pachet dedica t în întregime la cabine cu balcoane
private, în loc de cabine Oceanview. Alte linii de croazier ă lansate în acea perioad ă de țin nave
cu atribute similare, cum ar fi clasa Fantasy și Princess Crown.
8
Monarch of the Seas ”, al doilea vas de clasa Sovereign , a intrat în serviciu în anul
urm ător. A treia nav ă de clasa Sovereign , “ Majesty of the Seas ”, a fost livrat ă un an mai
târziu. Cu o capacitate mare de pasageri și o cot ă de pia ță în cre ștere, Royal Caribbean a fost
cotat ă la bursa în New York Stock Exchange, în 1993. În urm ătorii doi ani, compania a
cunoscut o cre ștere extrem ă. Un nou sediu corporativ în Miami din Florida a fo st finalizat, și
“Nordic Prince ” o fost înlocuit de o nav ă nou ă, “ Legend of the Seas ”.
Anul urm ător a adus o cre ștere mai mare. Dou ă nave de clasa Vision au intrat în
serviciu, “ Splendour of the Seas ” și “ Grandeur of the Seas ”. De asemenea, în 1996, compania
a finalizat contractele sale de 130000 tone, cu șantierele Aker Finnyards din Finlanda.
Tendin ța de cre ștere și de schimbare a continuat în 1997. Cea mai veche n av ă de linie,
“Song of Norway ”, a fost vânduta, și dou ă noi nave din clasa Vision au intrat în serviciu:
“Rhapsody of the Seas ” și “ Enchantment of the Seas ”. De asemenea, compania a fuzionat cu
compania greceasc ă “ Celebrity Cruises ” și și-a schimbat numele din " Royal Caribbean
Cruise Line " în " Royal Caribbean International ”. Anul urm ător a marcat o tranzi ție c ătre o
“linie modern ă”, atunci când ultimele nave vechi ale companiei, “ Song of America “ and “ Sun
Viking ”, au fost retrase. În 1998, “ Vision of the Seas ” a intrat în serviciu, ultima dintre navele
din clasa Vision . În 1999, “ Voyager of the Seas ”, cel mai nou și cel mai mare vas de croazier ă
a intrat în serviciu având parte de mult ă aten ție din partea mass-media. În urm ătorii doi ani, a
fost livrata nava sora a lui Voyager, “ Explorer of the Seas ”, și primul dintr-o nou ă clas ă de
vase de croazier ă mai ecologice, “ Radiance of the Seas ”, precum și introducerea de c ătre
Royal Caribbean "Cruise Tours Alaska ". În timpul ceremoniei de botez a navei “ Adventure
of the Seas ” în noiembrie 2001, Royal Caribbean a afectat o contribu ție de 50.000 de dolari
pentru fondul “ Twin Towers Relief ”.
Anul 2002 a avut loc debutul navei “ Navigator of the Seas ”, precum și “ Brilliance of
the Seas ”, al doilea vas din clasa Radiance. “ Serenade of the Seas ” și “ Mariner of the Seas ”
au fost introduse anul urm ător, iar pere ții pentru c ăță rări alpiniste au devenit o caracteristic ă a
fiecarei nave Royal Caribbean . “ Jewel of the Seas ” a urmat în 2004, și “ Nordic Empress ” a
fost renovat ă și rebotezat ă “ Empress of the Seas ”, îns ă ulterior a fost vândut ă la Pullmantur
Cruises în 2008. S-a început construc ția navei “ Freedom of the Seas ”, cel mai nou vas de
linie, la șantierele Aker Finnyards , în 2005, iar nava a fost lansat ă anul urm ător ca cel mai
mare vas de pasageri din lume. În 2005, Royal Caribbean a f ăcut istorie din nou cu renovarea
masiv ă a “ Enchantment of the Seas ”, t ăierea navei în jum ătate și ad ăugarea a înc ă 23 m. Au
fost zvonuri care spuneau ca nava“ Grandeur of the Seas ” va fi urm ătoarea pe lista pentru o
renovare masiv ă, undeva la începutul anului 2008, doar c ă nu a mai avut loc.
9
Figura 1.2. Evolu ția navelor de croazier ă
Nava sor ă a navei “ Freedom of the Seas ”, “ Liberty of the Seas ” a fost lansat în 2007, și
“Independence of the Seas ” a fost livrata în 2008. O clas ă chiar mai mare, clasa Oasis , oferind
“Oasis of the Seas ” și “ Allure of The de Seas ” a fost lansat ă în 2009 și 2010. În 2012,
dou ăsprezece nave ale flotei RCCL vor naviga în Europa. “ Serenade of the Seas ” va face
debutul european și va avea portul la Barcelona, pentru croaziere în Marea Mediteran ă.
Brilliance of the Seas va avea portul la Amsterdam și la Copenhaga pentru o nou ă serie de
croaziere din Europa de Nord. Ea va vizita fiorduri le norvegiene, Capul Nord și Marea
Baltic ă. “ Jewel of the Seas ” va continua cu travers ările ei la Marea Baltic ă, dar ea va oferi, de
asemenea, o croazier ă nou ă pentru Norvegia și Islanda. Toate croazierele vor începe și se vor
încheia în Harwich. Alte nave din Europa sunt “ Liberty of the Seas ”, “ Independence of the
Seas ”, “ Navigator of the Seas ”, ” Adventure of the Seas ”, “ Voyager of the Seas ”, “ Grandeur of
the Seas ” și Splendour of the Seas ” pe Mediteran ă , iar “ Vision of the Seas ”, va naviga pentru
Europa de Nord și Marea Mediteran ă.
10
Fiecare nav ă aparținând Royal Caribbean include un salon de relaxare de top numit
“Viking Crown Lounge ”, oferind vederi panoramice, ziduri de alpinism, b aruri, lounge-uri,
spa, s ăli de sport, o sal ă de mese principale și alternative de locuri de luat masa. Linia are
programe speciale pentru copii și tineri cunoscute sub numele de “ Ocean Adventure ”.
1.2. PREZENTAREA NAVEI ALESE PENTRU STUDIU
Nava de pasageri este nav ă special destinat ă transportului de c ălători, colete si scrisori
sau orice alt ă nav ă care transport ă mai mult de doisprezece calatori .
Se deosebesc dou ă categorii de nave de pasageri: maritime (pachebotu ri) si fluviale.
Din punct de vedere constructiv, navele pasager se caracterizeaz ă printr-un num ăr mare de
pun ți care permit compartimentarea spa țiului navei în cât mai multe înc ăperi cu destina ții
diferite.
Navele de pasageri maritime sunt utilizate pentru t raversarea m ărilor și oceanelor.
Construc ția pacheboturilor a cunoscut o evolu ție rapid ă, cele mai reprezentative fiind cele
transatlantice la care s-a urm ărit cre șterea deplasamentului, a vitezei și a gradului de confort
pentru pasageri. Vitezele acestor tipuri de nave po ate atinge 45 Nd la o mas ă a corpului navei
de 85000 t.
Un accent deosebit în construc ția acestor nave se pune pe confortul pasagerilor, a stfel
încât o nav ă pasager este dotat ă cu ascensoare, piscine, plaje, gr ădini, restaurante, biblioteci,
săli de sport, teatre, cinematografe, cazinouri etc.
Figura 1.3. Pl ăcu ța cu numele navei
“Freedom of the Seas”, întrat în serviciu din mai 2 006 este considerat unul dintre cele
mai mari vase de croazier ă din lume, având o lungime total ă de 338,91 m.
11
Figura 1.4. Compara ție de dimensiuni
Figura 1.5. Nava “Freedom of the Seas”
Dimensiuni și caracteristici principale ale navei
– lungimea maxim ă: Lmax = 338 m ;
– lățimea maxim ă: Bmax = 56,8 m ;
12
– lățimea la nivelul liniei de plutire: B = 38,6 m ;
– în ălțime de construc ție: D= 63,7 m ;
– pescajul: T = 8,53 m ;
– num ăr pasageri: 4800 ;
– num ăr de pun ți: 18 , din care 15 dedicate pasagerilor;
– deplasament total maxim: 160.000 tdw .
Viteza navei
Viteza navei pe mila m ăsurat ă cu corpul proasp ăt vopsit si cu carena cur ățat ă, în ap ă
adânc ă, la o intensitate a vântului nu mai mare de 3 o pe scara Beaufort si o stare a m ării de
maxim 2 o, la pescajul de plin ă înc ărcare si la o putere de total ă a motoarelor diesel de la bord
de 75600 kW, nava atinge viteza maxim ă de 21,6 Nd. Instala ția de propulsie este alc ătuit ă din
șase motoare de tip Wartsilla 46 V 12 fiecare cuplat la câte un generator asincron trifazat.
Tensiunea este convertit ă pentru a fi livrat ă la 1570 V trifazat cu frecven ța variabil ă între 0 –
15 Hz, pentru ac ționarea a dou ă Azipod-uri de tip ABB, un Fixipod și patru propulsoare
laterale. Puterea totala instalat ă la “elice”, este de 42.000 kW.
Figura 1.6. Prezentarea diesel-generatoarelor
13
Figura 1.7. Vedere propulsoarele pupa
Dot ări specifice;
– 30 de b ărci de salvare, 78 de plute de salvare; reparti ția pe b ărcile de salvare
este 7 membrii ai echipajului și 143 de pasageri;
– patinoar, trei piscine dintre care una dotat ă cu generator de valuri pentru
amatorii de surfing;
– dou ă discoteci, numeroase magazine, pizzerii, baruri, u n cazino;
– teren de baschet, de minigolf, s ăli de sport,structuri pentru practicarea
căță rărilor;
Figura 1.8. Instantaneu din
discotec ă Figura 1.9. Cazionul navei Figura 1.10. „Bulevardul”
principal al navei
14 CAPITOLUL 2. CALCULUL DE ALEGERE A INSTALA ȚIEI DE
PROPULSIE CU TURBINE CU ABUR
2.1. STUDIU PRIVIND PROPULSIA ELECTRIC Ă A NAVELOR
Generatorul
Generatorul este o ma șin ă sincron ă cu rotor de curent continuu cu bobin ă magnetic ă
și cu stator cu bobine cu trei faze unde câmpul magn etic produs de rotor induce o tensiune
sinusoidal ă cu trei faze atunci când rotorul este rotit de c ătre motor. Frecven ța f [Hz] tensiunii
induse este propor țional ă cu viteza de rota ție n [rpm] și num ărul de poli p ai ma șinii sincrone:
60 .2npf=
Frecven ța de 60 Hz se va ob ține, astfel:
– de la un generator cu doi poli la tura ția de 3.600 rpm;
– de la un generator cu patru poli la tura ția de 1.800 rpm;
– de la un generator cu șase poli la tura ția de 1.200 rpm;
Frecven ța de 50 Hz se va ob ține, astfel:
– de la un generator cu doi poli la tura ția de 3.000 rpm;
– de la un generator cu patru la tura ția de 1.500 rpm;
– de la un generator cu șase poli la tura ția de 1.000 rpm;
Un motor mare de vitez ă medie va func ționa în mod normal la tura ția de 720 rpm
pentru frecven ța de re țea 60 Hz a unui generator cu 10 poli sau va func ționa la tura ția de 750
rpm pentru frecven ța de re țea 50 Hz a unui generator cu 8 poli.
La generatoarele de tip vechi curentul continuu a f ost transferat la înf ășur ările
magnetice ale rotorului prin perii și inele de alunecare. Generatoarele moderne sunt ec hipate
cu excita ție f ără perii pentru între ținere redus ă și pentru evitarea timpului mort. Excita ția f ără
perii este o ma șin ă invers ă sincron ă cu stator magnetic de curent continuu și înf ăș ur ări
rotative cu trei faze și un redresor cu diode rotative. Curentul rectifica t alimenteaz ă apoi
înf ășur ările de magnetizare.
Excita ția este controlat ă de un regulator automat de tensiune (AVR – Automat ic
voltaje regulator), care sesizeaz ă tensiunea la borne a generatorului și o compar ă cu o valoare
de referin ță .
Tensiunea are un efect limitat de integrare care of er ă o c ădere de tensiune în func ție de
sarcina generatorului. C ăderea de tensiune asigur ă o distribu ție egal ă a puterii reactive, la
generatoarele conectate în paralel.
15
a) b)
Figura 2.1. Înf ășurare rotoric ă magnetizat ă: a) cu perii, b) f ără perii
Conform reglement ărilor în vigoare ce mai mare varia ție de tensiune la bornele
generatorului nu trebuie s ă dep ășeasc ă valoare de ± 2,5 % din tensiunea nominal ă. De
asemenea cea mai mare varia ție de sarcin ă tranzitorie nu trebuie s ă dep ăș easc ă valorile de –
15% sau + 25% din tensiunea nominal ă cu excep ția cazului în parte când a fost specificat în
proiectul sistemului de ansamblu. Pentru a se ob ține aceast ă cerin ță tranzitorie, AVR –ul este
în mod normal echipat cu o func ție de control feed-forward care se bazeaz ă pe m ăsurarea
curentului statoric.
În plus fa ță de înf ăș ur ările magnetice, rotorul este de asemenea echipat cu un
amortizor care const ă din bare de cupru axiale filetate prin periferia e xterioar ă a polilor
rotorului și scurtcircuitate de c ătre un inel de cupru la ambele capete. Scopul princ ipal al
acestui amortizor este de a introduce o amortizare dinamic ă electromagnetic ă la stator și rotor.
Ma șina sincronic ă f ără amortizare va crea oscila ții mari în frecven ță și schimb de sarcin ă
pentru orice varia ție de sarcin ă.
Modelele sta ționare, tranzitorii și sub-tranzitorii sunt cunoscute de la teoria ma șinilor
sincrone. Simplificat se poate spune c ă leg ăturile de flux în amortizoare care sunt prinse și
rezist ă modific ărilor datorate scurt-circuitului, caracterizeaz ă intervalul subtranzitoriu. Acest
lucru este observat ca o inductan ță aparent mai mic ă în generator care ofer ă o performan ță
electric ă mai rigid ă în timpul varia țiilor de înc ărcare rapid ă și ajut ă la reducerea varia țiilor
tranzitorii de tensiune și la varia ții de tensiune din cauza distorsiunilor armonice în curen ți de
sarcin ă. Acest efect contribuie la varia ții dinamice mai repede decât constanta subtranzitor iu
de timp, cum ar fi prima perioad ă de pornire a motorului, transformatorul de pornire și
curen ții de sarcin ă distorsiona ți armonic.
Adesea generatoarele sunt conectate la arborele unu i motor de propulsie spre exemplu
generatorul de ax. Generatoarele de ax sunt în unel e aplica ții construite pentru flux de putere
bidirec țional, ceea ce înseamn ă c ă poate fi folosit ca motor. Acest principiu poate f i numit ca
și concept PTI-PTO (Power take în – Power take out), putere de intrare – putere de ie șire.
16 Generatoarele de ax au dezavantajul de a for ța elicea principal ă s ă lucreze la viteze
fixe dacă ie șirea din generator are frecven ță constant ă. Acest lucru va reduce eficien ța elicei
când este aplicat ă o sarcin ă mic ă. Convertizoarele statice pot fi instalate pentru a men ține
frecven ța fix ă la viteze variabile.
Tablourile principale de distribu ție
Tablourile principale de distribu ție sunt de obicei distribuite sau împ ărțite în dou ă, trei
sau patru sec țiuni, cu scopul de a ob ține cerin țele navei. În conformitate cu normele și
reglement ările propulsiei electrice toleran ța va fi de o sec țiune. Pentru cerin țe mai stricte
acestea trebuie s ă corespund ă pentru a fi folosite împotriva incendiilor sau inu nda ției și pentru
a separa sec țiunile.
Într-o configura ție cu spliter cu dou ă c ăi cu împ ărțirea capacit ății generatorului în mod
egal și a sarcinii pe ambele p ărți, singurul scenariu maxim va fi pierderea 50 % din
capacitatea generatorului și a sarcinii.
În scopul de a evita costurile ridicate de instalar e sistemul va fi adesea împ ărțit în trei
sau patru sec țiuni care reduce cerere instala țiilor suplimentare. De asemenea întrerup ătoarele
schimb ătoare asigur ă faptul c ă un generator sau o sarcin ă poate fi conectat la dou ă sec țiuni din
tabloul de distribu ție și va avea efecte similare cu reducerea costurilor .
În modulul de propulsie tablourile de distribu ție sunt în mod normal conectate
împreun ă, ceea ce ofer ă cea mai bun ă flexibilitate în configurarea instala ției de generare a
energiei electrice. Sarcinile tranzitorii sunt dist ribuite pe un num ăr mare de diesel-
generatoare, iar num ărul cel mai optim de unit ăți pot fi conectate la re țea.
O alt ă posibilitate este de a naviga cu sec țiuni din tablouri de distribu ție independente
alimentând dou ă sau mai multe re țele independente. In acest caz la nava este adesea întâlnit
fenomenul de c ădere de tensiune blackout. În acest mod de operare o re țea care include
unit ăți de propulsie conectate se pierde dac ă o sec țiune din tabloul de distribu ție r ămâne f ără
alimentare, chiar dac ă alt ă sec țiune r ămâne operabil ă. În practic ă exist ă de asemenea alte
considerente s ă fie f ăcute în scopul de a ob ține o astfel de independen ță , în special toate
instala țiile auxiliarele, cum ar fi instala ția de ungere, instala ția de r ăcire și instala ția de
ventila ție trebuie s ă fie f ăcute independente.
De asemenea pierderea instala ției de propulsie sau a sta ției de p ăstrare a puterii unei
părți a sistemului, prin intermediul sistemului de cont rol va avea de asemenea un impact
asupra celorlalte p ărți, a șa cum puterea total ă sau Azipodul de trac țiune vor fi p ăstrate la fel
pentru pozi ția dinamic ă.
17 Func ționarea normal ă la nave, în special pentru opera țiuni de clasa a 3-a este acceptat ă
împ ărțirea re țelei pentru a tolera c ăderile de tensiune pentru sec ție. Cu toate aceste regulile și
reglement ările în vigoare permit func ționarea întrup ătoarelor de circuit, în cazul în care
circuitele de protec ție sunt concepute pentru a detecta și izola piesele defecte f ără întreruperea
părților bune.
Normele norvegiene NMD-Norwegian Maritime Directora te are una dintre cele mai
stricte reguli și nu va accepta în mod normal re țele conectate pentru opera țiuni de clasa a 3-a.
Pe m ăsur ă ce puterea instalat ă cre ște, curen ții normali de sarcin ă și curen ții de
scurtcircuit cresc. Cu limit ările fizice privind manipularea solicit ărilor termice și mecanice la
bare și capacitatea de comutare, va fi avantajos sau nece sar s ă se m ăreasc ă tensiunea
sistemului și reducerea curen ților.
Tensiunea media a devenit o necesitate s ă sus țin ă cre șterea puterii în multe aplica ții.
Utilizarea nivelurilor de tensiune IEC urm ătoarele variante sunt cele mai comune
pentru sistemul de distribu ție principal, cu instruc țiunile de aplicare de la NORSOK:
– 11 KW: generarea de tensiune medie și de distribu ție. Ar trebui s ă fie utilizat ă
când capacitatea total ă instalat ă pe generator este mai mare de 20 MW. Ar
trebui s ă fie utilizat ă pentru motoare de 400 kW și mai mari.
– 6,6 KW: generarea de tensiune medie și de distribu ție. Ar trebui s ă fie utilizat ă
când capacitatea total ă instalat ă pe generator este între 4-20 MW. Ar trebui s ă
fie utilizat ă pentru motoare de 300 kW și mai mari.
– 690 V: generarea de tensiune medie și de distribu ție. Ar trebui s ă fie utilizat ă
când capacitatea total ă instalat ă pe generator este mai mic ă de 4 MW. Ar trebui
să fie utilizat ă pentru consumatori mai mici 400 kW și cu tensiune primar ă
pentru convertoare de foraj.
Pentru distribu ția de tensiuni joase se folose ște 400/230 V . Câteva comentarii la aceste
orient ări sunt necesare.
În cazul în care o mare parte a înc ărc ăturii este format ă din unit ăți de vitez ă variabil ă,
cu nici o contribu ție la nivelul de scurtcircuit, nu va fi în mod norm al, probleme de a utiliza
fiecare nivel de tensiune a capacit ăților de generator semnificativ mai mari. Pentru
optimizarea instala ției ar trebui s ă se calculeze în fiecare caz de sarcin ă și curen ții și s ă se
aleag ă solu ția potrivit ă.
La navele cu joas ă tensiune (690 V) motoarele sunt folosite în mod no rmal pentru
nivelurile de putere mult mai mari decât 300 kW. În fiecare caz trebuie s ă se ia în considerare
curentul de sarcin ă, caracteristicile de pornire pentru unitatea de pr opulsie inclusiv metodele
alternative de pornire împreun ă cu o compara ție a costurilor totale.
18 Distribu ția cu tensiune de 440 V este destul de comun ă la instala țiile navale. O
mul țime de echipamente navale sunt disponibile numai la tensiuni de 440 V, ceea ce înseamn ă
că ar putea fi dificil a se evita acest nivel de tens iune în aplica țiile navale.
În SUA sau în ță rile în care standardul ANSI este aplicabil, mai mu lte nivele de
tensiuni suplimentare sunt recunoscute, cum ar fi: 120V, 208V, 230V, 240V, 380V, 450V,
480V, 600V, 690V, 2400V, 3300V, 4160V, 6600V, 11000 V, 13800V sunt tensiuni de sistem
frecvent utilate în aplica ții IEC, chiar dac ă nu sunt recunoscute.
Deoarece curentul de sarcin ă și curentul de defect determin ă limitarea echipamentului,
limitele reale de putere pentru fiecare tensiune de sistem pot fi ab ătute de la aceste
recomand ări.
Acest lucru se aplic ă în special la sistemele în care o mare parte a sar cinii este
convertit ă în sarcini și nu contribuie la puterea de scurtcircuit. Deoarec e acestea nu contribuie
la curen ți de scurtcircuit în sistemul de distribu ție, de multe ori permite cre ștere limitelor de
putere pentru diferite nivele de tensiune.
Siguran ța echipamentelor și a personalului de exploatare este o problem ă
îngrijor ătoare atunci când șantierele navale și proprietarii modific ă tensiunile de la mic ă la
mare, adesea conduce la un efort de neîn țeles pentru p ăstrarea tensiunilor cât mai jos posibile,.
În contextul de securitate, ar trebui considerat f aptul c ă tablourile de distribu ție cu
tensiuni medii sunt proiectate pentru a preveni per sonalul în contactul cu conductorii, chiar și
la activit ăți de mentenan ță . Curen ții normali și de defect sunt la fel de mici și ofer ă for țe mai
mici pe conductoare și cabluri în timpul scurtcircuitului. De și scurtcircuitul în interiorul
tablourilor sunt extrem de rare (IEC 60298-3) preve de proiectarea tablourilor împotriva
arcului electric, este disponibil și va preveni r ănirea persoanelor și limitarea pagubelor în
cazul echipamentelor, chiar și în cazul cel mai r ău când arcul electric va fi produs.
Întrerup ătoarele de circuit sunt folosite pentru conectare și deconectarea generatorului
sau pentru înc ărcarea unit ăților de sarcin ă la tablourile de distribu ție sau pentru separare sau
punerea împreun ă a unor sec țiuni din tabloul de distribu ție. Întrerup ătoarele de circuit au în
aplica ție diverse tehnologii. Unit ățile de aer izolate sunt solu ții tradi ționale, dar ast ăzi rar se
mai aplic ă cu excep ția tensiunilor joase. Utilizate în mod obi șnuit întrerup ătoarele cu
tehnologie în vid, întreruperea curentului are loc într-o camer ă închis ă, unde prima dat ă este
umplut care are puterea de izola ție mai mare decât aerul și întrerup ătorul de vid este evacuat
de aer.
Aceste modele ofer ă solu ții compacte și pe termen lung pentru tensiuni medii. Trebuie
luat în considerare faptul c ă întrerup ătoarele cu tehnologie în vid pot toca curentul și pot
19 provoca supratensiuni când sarcinile inductive de r upere sunt mari di / dt, acestea necesit ă
instalarea de limitatoare de tensiune.
Pentru puteri mai mici, siguran țele contactoarelor sunt o alternativ ă benefic ă de pre ț și
spa țiu la întrerup ătoarele de circuit și sunt disponibile în variante cu aer la tensiune j oas ă, SF6
sau cu vid izolate.
Transformatorul
Transformatorul are rolul de a izola diferite p ărți ale sistemului electric de distribu ție a
energiei electrice în mai multe parti ții, în mod normal pentru a ob ține diferite niveluri de
tensiune și uneori pentru trecerea la o faz ă schimb ătoare. Faza schimb ătoare a
transformatoarelor poate fi folosit ă la alimentarea convertizoarelor de frecven ță , de exemplu
pentru variatoare de vitez ă pentru propulsie în vederea reducerii injec ției de curen ți
distorsionali în re țeaua de energie electric ă prin anularea celor mai dominan ți curen ți
armonici. Acest lucru reduce distorsiunea de tensiu ne pentru generatoare și al ți consumatori.
Transformatoarele au de asemenea, un efect de amort izare a zgomotului de înalt ă
frecven ță , în special în cazul în care transformatorul este echipat cu un scut de cupru legat la
pământ între înf ășur ările primare și secundare.
Exist ă numeroase modele diferite de transformatoare const ruite în uz și cele mai
comune tipuri sunt: izolate cu aer uscat, izolate c u r ășin ă, izolate cu ulei/lichid.
Reglement ările în vigoare, condi țiile ambientale, preferin țele utilizatorului și ale
furnizorului influen țeaz ă selec ția privind tipul, materialele folosite și proiectarea
transformatorului.
Din punct de vedere fizic transformatorul este în m od normal, construit în trei faze de
unit ăți, cu bobine cu trei faze primare și bobine secundare cu trei faze în jurul unui miez
magnetic comun. Miezul de fier magnetic constituie un traseu închis pentru fluxul magnetic
construit în mod normal cu trei picioare verticale și cu dou ă juguri orizontale, unul în partea
de jos și unul în partea de sus. Înf ăș urarea interioar ă reprezint ă înf ășurarea secundar ă de joas ă
tensiune și înf ăș urarea exterioar ă reprezint ă înf ăș urarea primar ă de înalt ă tensiune. Raportul
înf ășur ării primare la înf ăș urarea secundar ă ne d ă rata de transformare . Conectarea bobinelor
poate fi realizat ă, astfel:
– Y conexiune stea
– conexiune triunghi, numit ă și conexiune D
Conexiunea poate fi diferit ă pe laturile primare și secundare și în astfel de
transformatoare, nu numai amplitudinea tensiunii va fi convertit ă, dar va fi introdus ă ca o
schimbare de faz ă între tensiunea primar ă și secundar ă. Schimbarea de faz ă poate fi, de
20 asemenea ajustat ă prin utilizarea de înf ășur ări conectate în Z, în mod normal în primar, când
unghiul de faz ă poate fi determinat exact de raportul rota ților în segmentele înf ăș ur ării Z. Trei
sau patru transformatoare cu multiple înf ășur ări secundare sun de asemenea în uz pentru
multiple aplica ții de propulsie.
Un transformator cu conexiune primar ă triunghi Δ și conexiune secundar ă stea Y se
nume ște transformator de tip Dy. Prima liter ă mare descrie înf ășurarea primar ă iar cea dea
doua liter ă mic ă descrie înf ășurarea secundar ă. Litera n este folosit ă pentru a descrie dac ă
punctul comun într-o conexiune Y stea este legat la p ământ, spre exemplu Dyn sau Ynyn.
Motoarele electrice pentru propulsie
Motorul electric este aparatul cel mai frecvent uti lizat pentru conversia energiei
electrice în putere mecanic ă și este utilizat pentru propulsia electric ă, propulsia pentru
trac țiune sau men ținerea în sta ționare și alte sarcini la bord cum ar fi: vinciuri, pompe,
ventilatoare etc. De obicei 80-90% din sarcinile in stala ților navale sunt motoare electrice.
Descrierea motoarelor electrice de la bordul navelo r:
– Motoarele electrice de curent continuu.
Motorul electric de curent continuu trebuie s ă fie alimentat la o surs ă de curent
continuu, iar prin generarea energiei electrice și distribuirea ei sistemului este un sistem cu
trei faze, acest lucru înseamn ă c ă un motor de curent continuu trebuie s ă fie alimentat de la un
redresor cu tiristoare. Aceasta ofer ă un control al vitezei motorului.
– Motoarele asincrone (induc ție)
Motorul asincron sau de induc ție este calul de b ătaie al industriei. Construc ția lui
robust ă și simpl ă genereaz ă în marea majoritate a cazurilor o durat ă de via ță lung ă cu un
minim de defecte și de mentenan ță . Motorul asincron este utilizat în orice aplica ție, fie ca un
motor de vitez ă constant ă conectat direct la re țea sau ca o variabil ă de vitez ă cu motor
alimentat de al un convertizor static de frecven ță .
– Motoarele sincrone
Ma șina sincron ă nu este folosit ă în mod normal ca un motor în aplica țiile navale cu
excep ția unit ății de propulsie de mari dimensiuni, de obicei mai m ari de 5 MW conectat direct
la arborele elicei sau între 8-10 MW conectat prin reductor. La puteri mai mici decât 5 MW
motorul asincron are în mod normal un pre ț competitiv. Construc ția motorului sincron este
similar ă cu cea a generatorului sincron. Acesta nu este uti lizat în mod normal f ără o surs ă
convertoare de frecven ță pentru controlul vitezei variabile în aplica țiile navale
– Motoare sincrone cu magnet permanent
21 Motorul sincron cu magnet permanent este utilizat î n unit ățile industriale pentru unit ăți
care folosesc pu țini KW, în aplica ții on-line. În ultimii ani a fost introdus pentru a plica ții de
putere mare în mai multe unit ăți de propulsie MW, în primul rând în aplica ții navale și mai
nou în aplica ții cu propulsie Azipod. Beneficiul acestui model es te înalta eficien ță cu
construc ție compact ă, ceea ce face posibil ca dimensiunile s ă fie cât mai mici posibile, r ăcirea
direct ă cu ap ă ar trebui eliminat ă, r ăcirea motorului Azipod se face cu aer ceea ce ar
simplifica lucr ările de construc ție și instalare.
Interfa ța cu sistemele navei
Func țiile auxiliare de livrare ale Azipodului sunt contr olate de sistemul de
automatizare al ma șinii navei (MAS –machinery automation system). Furn izorul de sisteme
de automatiz ări (MAS), șantierul naval precum și firma constructoare ABB au nevoie s ă
defineasc ă împreun ă specifica țiile și aspectele vizuale corespunz ătoare ecranelor care sunt
furnizate de c ătre MAS.
Sistemul de automatizare al ma șinii MAS are urm ătoarele func ții:
– Controlul propulsiei auxiliare
– Controlul subsistemului de r ăcire aer
– Controlul circula ției uleiului la linia axial ă
– Grupul de monitorizare și alarme trebuie s ă fie definite în etapa de proiectare.
Interfa ța Azipodului la sistemul de automatizare al navei e ste bazat ă pe un
protocol Modbus RTU unde ABB lucreaz ă ca master.
Șantierul naval ofer ă func ționalit ăți de pornire pentru motoarele electrice auxiliare a le
Azipodului. Relee de închidere sunt solicitate de f irma ABB de la șantierul naval cu
func ționalitate de centru de control al motorului.
22
Figura 2.2. Interfa ța cu sistemele navei
Sistemul de control de la distan ță
Domeniul de aplicare al Azipodului este îmbun ătățit cu ABB ”IMI”- Intelligent
Manouvering Interface, controlul de la distan ță și de operatorul de sistem. Acesta ofer ă un
control manual pentru comanda de naviga ție și pentru PCM și poate fi instalat în diferite
console externe din comanda de naviga ție.
Acest sistem de control de la distan ță ofer ă posibilit ăți de orientare on-line și
feedback-ul pentru utilizarea optim ă a sistemului Azipod.
23 Scopul acestei func ții de comand ă este de a promova exploatarea economic ă și
silen țioas ă a navei. Acest sistem este proiectat redundant de c ătre firma ABB Marine și
cuprinde un subsistem de backup. Multe dintre confi gura țiile modulare de control pot fi
furnizate, inclusiv comanda op țional ă și func țiile de schimbare control pentru un sistem de tip
bow thruster
Interfe țele uzuale standard sunt prev ăzute cu Autopilot extern, joystick extern și
înregistrator de date.
Figura 2.3. Schema clasic ă pentru controlul de la distan ță .
Sistemul de management al propulsiei
Sistemul de management al propulsiei (PMS) este sol u ția tehnic ă pentru monitorizarea
st ării componentelor critice ale Azipodului și sistemului de propulsie. Acest sistem sistem
stocheaz ă date informa ționale în mod continuu din mai multe surse și func ții pentru:
– Starea de monitorizare
– Analiza duratei de via ță și de func ționare
– Diagnosticare de la distan ță
– Rezolvarea de probleme
– Programe de verificare și de raportare
Func țiile puse în aplicare la bordul navei de c ătre sistemul de management sunt
adaptate special pentru extensiile și cerin țele proiectului navei.
24
Figura 2.4. Schema de principiu a sistemului de ma nagement
Starea de monitorizare a lag ărelor axului se bazeaz ă pe înregistr ările de vibra ții,
temperatura și propriet ățile uleiului de ungere. Analizarea st ărilor func ționale furnizeaz ă
informa ții pentru operator despre starea lag ărelor. Toate analizele sunt realizate pentru ambele
părți ale lag ărelor din partea conduc ătoare și din partea neconduc ătoare.
– Vibra ții:
Vibra țiile lag ărelor sunt m ăsurate de c ătre traductoarele de accelera ție la banda cea
mai lat ă. Mai multe analize sunt efectuate cu privire la re zultate, în scopul de a detecta starea
acestora, probleme de ungere sau alte posibile defe cte opera ționale.
Analizele cuprind:
o Metode tradi ționale, bazate pe caracteristicile domeniului de ti mp și
frecven ță și diferite opera ții de filtrare.
o Metode avansate care combin ă filtrarea de adaptare,raporturile de risc și
evaluarea deciziei.
– Temperaturi:
Temperaturile lag ărului și a uleiului de ungere sunt m ăsurate de c ătre mai mul ți
senzori. Rezultatele ob ținute sunt înregistrate în sistemul de management.
– Propriet ățile uleiului de ungere:
25 Urm ătoarele observa ții sunt monitorizate prin intermediul unor senzori instala ți în
unitatea de suport linie axial ă (SSU):
o Umiditatea
o Contaminarea
o Particule metalice
Monitorizarea sistemului de propulsie se bazeaz ă pe faptul c ă toate alarmele și
evenimentele sistemului de propulsie sunt înregistr ate. Acest lucru permite urm ărirea erorilor
și alarmelor și de asemenea eliminarea lor din sistem. Sistemul d e management în sine nu
genereaz ă alarme pentru alte sisteme de la bordul navei. Ala rmele, parametrii și erorile pot fi
vizualizate din urm ătoarele loca ții:
– Unitatea de interfa ță Azipod (AIU)
– Unitatea de control a propulsiei
– Puterea propulsiei
Direc țiile sunt de asemenea înregistrate de principalele canti t ăți care definesc punctul
de operare al sistemului de propulsie. Acestea incl ud date despre Azipod, convertor de
frecven ță , motorul de propulsie și controlul sistemului de propulsie.
Sistemul nautic extern de date este achizi ționat împreun ă cu m ăsur ătorile de vibra ții
ale lag ărului cu scopul de a ține cont de nivelul vibra țiilor care influen țeaz ă factorii de mediu.
Sistemul de management nu introduce noi m ăsur ători, dar datele acestuia sunt citite de
sistemele navei.
Exemplificarea unor sisteme electrice de putere și propulsie
În cele ce urmeaz ă vor fi prezentate câteva sisteme tipice de propuls ie cu turbine cu
abur utilizate în flota navelor maritime. Printre a cestea sunt prezentate scheme precum:
Schema de propulsie în c.a. cu turbine utilizat ă la nave cu dou ă elice;
Schema de propulsie în c.a. cu turbine, utilizat ă la nave cu o singur ă elice;
Schema de propulsie în c.a. cu turbine cu dou ă motoare de propulsie;
Schema de propulsie la nave cu elice cu pas reglabi l.
26
Figura 2.5. Schema de propulsie în c.a. cu turbine utilizat ă la nave cu dou ă elice:
M – motor sincron trifazat de antrenare a elicei; G – generator sincron; 1 – întreruptor
inversor; 2 – întreruptor
Figura 2.6. Schema de propulsie în c.a. cu turbine, utilizat ă la nave cu o singur ă elice:
M – motor sincron trifazat; G – generator sincron; 1 – rezisten ță de frânare dinamic ă; 2 –
inversor; 3,5 – întreruptoare; 4 – turbine; 6 – re țea de bord; 7 – consumatori.
Figura 2.7. Schema de propulsie în c.a. cu turbine cu dou ă motoare de propulsie:
M— motor de propulsie; G – generator; 1 – comutator ; 2 – turbin ă
27
Fig. 2.8. Schema de propulsie la nave cu elice cu p as reglabil:
M – motor asincron cu rotor în colivie; G – generator; E – excitatoare; G1 – generator
auxiliar;
1, 2 – elici cu pas reglabil; 3 – întrerup ător de joas ă tensiune; 4 – întrerup ător de înalt ă
tensiune; 5 – comutator; 6 — turbin ă;7 – transformator; 8 – motor diesel auxiliar; 9 – re țea
de bord; 10 – consumator de bord.
2.2. CALCULUL REZISTEN ȚEI LA ÎNAINTARE ȘI A PUTERII DE PROPULSIE A
NAVEI
Programul Autoship face parte dintr-un pachet compl ex care ajut ă la proiectarea navei,
numit Autoship.
Programul autopower ajut ă proiectantul în calculul rezisten ței la înaintare precum și a
puterii de remorcare având la dispozi ție opt metode independente, de calcul care pot fi
schimbate în func ție de tipul navei, compartimentajul și dimensiunile acesteia. Pentru calcul
se ține cont de parametrii constructivi ai carenei, pre cum și de tipul apei în care navig ă.
Pentru calculul rezisten ței la înaintare se introduce în cadrul programului
caracteristicile constructive ale navei dup ă cum urmeaz ă:
Nume proiect Project: PASAGER DE 4800 LOC
Tipul obiectului
analizat Hull
Type: Displacement
28 Lungimea LWL 338.91m
Lățimea Breadth 38.60m
Pescaj prova Draft (F) 8.53m
Pesaj pupa Draft (A) 8.53m
Deplasament Displacement 80,065.0t
Cwp Cwp 0.780
Cm Cm 0.920
Suprafa ța ud ă Wetted Hull Area 13,416.7m2
Tipul corpului la prova Body Type – Fwd: V-Shaped
Tipul corpului la pupa Body Type – Aft: U-Shaped
Cb Cb 0.699
Cp Cp 0.760
Viteza de serviciu Service Speed 22.0knots
Unde:
suprafa ța ud ă a navei se calculeaz ă cu formula lui Semeka:
S =13416,678 [m 2]
Figura 2.9. Calculul rezisten ței la inaintare și a puterii de propulsie
[ ]x B CWL B C T LS ⋅−⋅+⋅⋅= )274 , 0(37 , 12
29 Prezentarea rezultatelor ob ținute:
Tabelul 2.1. Valorile rezisten ței la înaintare
Viteza [Nd] Andersen, [kN] Holtrop, [kN] Calisal, [ kN]
0.00 0.00 0.00 0.00
2.00 26.32 21.70 21.05
4.00 98.41 79.97 77.40
6.00 213.50 171.87 166.09
8.00 370.80 296.13 285.74
10.00 570.55 453.33 435.46
12.00 814.02 649.51 614.56
14.00 1103.83 900.08 822.54
16.00 1444.40 1229.75 1058.97
18.00 1842.78 1668.50 1323.53
20.00 2310.04 2246.53 1616.84
22.00 2863.22 2990.78 1939.35
24.00 3530.07 3916.40 2262.84
Figura 2.10. Curbele de varia ție a rezisten ței la înaintare Resistance Vs. Speed
Speed (Knots)
R
t
(
k
N
)0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0
0.0 500.0 1000.0 1500.0 2000.0 2500.0 3000.0 3500.0 4000.0 Andersen
Holtrop
Calisal
30 Tabelul 2.2. Valorile puterii efective
Viteza [Nd] Andersen, [kW] Holtrop, [kW] Calisal, [kW]
0.00 0.00 0.00 0.00
2.00 27.08 22.32 21.66
4.00 202.51 164.56 159.28
6.00 659.00 530.51 512.66
8.00 1526.04 1218.75 1175.98
10.00 2935.15 2332.12 2240.18
12.00 5025.22 4009.62 3793.91
14.00 7950.00 6482.61 5924.15
16.00 11888.97 10122.20 8716.47
18.00 17064.09 15450.26 12255.84
20.00 23767.75 23114.31 16635.49
22.00 32405.23 33849.03 21949.12
24.00 43584.63 48354.53 27938.47
Figura 2.11. Curbele de varia ție a puterii efective Effective Power Vs. Speed
Speed (Knots)
P
e
(
k
W
)0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0
0.0 10000.0 20000.0 30000.0 40000.0 50000.0 Andersen
Holtrop
Calisal
2.3. CALCULUL DE PROIECTARE A PRINCIPALILOR PARAMETRII A I
Descrierea și func ționarea turbinelor cu abur
Turbina cu abur este o ma
aburul produs de un generator de abur în energie me
mi șcare de rota ție.
Generatorul de abur poate fi un cazan, un reactor n uclear, un schimb
sau un simplu vaporizator și nu face parte din instala
Pentru a ob ține energie mecanic
energia acumulat ă în abur în energie cinetic
de ajutaje sau palete fixe, iar apoi aceast
stereomecanic ă cu ajutorul u
Ansamblul ajutajelor sau al re
poten țiale a aburului în energie cinetic
asamblare formeaz ă statorul
împreun ă cu toate piesele care exe
rotorul turbinei.
Figura
Aburul intr ă în turbin ă
mai multe ajutaje, si tuate pe periferia unui sector circular c. Interior ul carcasei este împ
mai multe compartimente de presiuni diferite prin n i
poart ă numele de dia fragme,
concentric cu axa de rota ție, ajutajele
31 CALCULUL DE PROIECTARE A PRINCIPALILOR PARAMETRII A I
TURBOGENERATORULUI
ționarea turbinelor cu abur
Turbina cu abur este o ma șin ă de for ță , motoare, care transform ă
aburul produs de un generator de abur în energie me canic ă prin intermediul unor palete în
Generatorul de abur poate fi un cazan, un reactor n uclear, un schimb
sau un simplu vaporizator și nu face parte din instala ția turbinei cu abur.
ține energie mecanic ă, în cazul turbinelor cu abur se transform
ă în abur în energie cinetic ă prin destinderea aburului într
de ajutaje sau palete fixe, iar apoi aceast ă energie cinetic ă se transform
cu ajutorul u nor palete ce execut ă o mi șcare de rota ție în jurul unui ax.
Ansamblul ajutajelor sau al re țelelor de palete, care servesc la transfor
iale a aburului în energie cinetic ă, împreun ă cu toate organele de fixare, sus
statorul turbinei, în timp ce ansamblul paletelor solidare c u arborele,
cu toate piesele care exe cut ă mi șcarea de rota ție în jurul axului turbinei, formeaz
Figura 2.12. Turbin ă multietajat ă cu ac țiune
în turbin ă prin racor dul a repartizându- se prin canalul ine
tuate pe periferia unui sector circular c. Interior ul carcasei este împ
mai multe compartimente de presiuni diferite prin n i ște pere ți h perpendicu
fragme, în aceste diafragme sunt fixate, pe un cerc de diam etru D
ție, ajutajele g. în tim pul trecerii prin aceste ajutaje aburul se destinde
CALCULUL DE PROIECTARE A PRINCIPALILOR PARAMETRII A I
, motoare, care transform ă energia acumulat ă în
prin intermediul unor palete în
Generatorul de abur poate fi un cazan, un reactor n uclear, un schimb ător de c ăldur ă,
ia turbinei cu abur.
cazul turbinelor cu abur se transform ă întâi
prin destinderea aburului într -un num ăr oarecare
ă se transform ă în energie
ție în jurul unui ax.
elelor de palete, care servesc la transfor marea energiei
cu toate organele de fixare, sus ținere și
turbinei, în timp ce ansamblul paletelor solidare c u arborele,
ie în jurul axului turbinei, formeaz ă
se prin canalul ine lar b la unul sau
tuate pe periferia unui sector circular c. Interior ul carcasei este împ ărțit în
perpendicu lari pe ax, care
în aceste diafragme sunt fixate, pe un cerc de diam etru D
pul trecerii prin aceste ajutaje aburul se destinde
32 mărindu-și considerabil viteza, fiind dirijat apoi între pal etele d, fixate pe periferia câte unui
disc al rotorului e.
Trecând printre paletele rotorului, aburul exercit ă asupra lor o for ță care pune rotorul
în mi șcare. Lucrul mecanic cedat de abur paletelor se fac e consumând din energia cinetic ă și
eventual și din energia poten țial ă a aburului. Ansamblul format dintr-o diafragm ă și discul
paletat al rotorului care îi urmeaz ă în sensul curgerii aburului, formeaz ă o treapt ă a turbinei.
Pentru identificare, fiecare treapt ă poart ă câte un num ăr, numerotarea f ăcându-se în ordinea
numerelor cresc ătoare în sensul curgerii aburului. Diafragma primei trepte de cele mai multe
ori lipse ște, ajutajele corespunz ătoare fiind fixate în carcas ă, ca în figura 2.12.
Aburul care a p ărăsit ultima treapt ă a turbinei este evacuat din turbin ă prin racordul i.
Etan șarea dintre diafragm ă și rotor în dreptul orificiului de trecere a arborel ui prin
diafragm ă se realizeaz ă cu ajutorul unei etan șă ri cu labirinte, care const ă din ni ște șicane puse
în calea aburului, cunoscute și sub numele de etan șă ri intermediare.
Etan șarea locurilor de trecere a arborelui prin carcasa turbinei se realizeaz ă cu ajutorul
unor etan șă ri k, numite etan șă ri exterioare. Aceste etan șă ri se execut ă, de asemenea, de cele
mai adesea ori, sub form ă de labirint. Etan șarea exterioar ă cu labirint de lâng ă prima treapt ă a
turbinei se nume ște labirint de înalt ă presiune, iar cea de lâng ă ultima treapt ă a turbinei se
nume ște labirint de joas ă presiune.
Rotorul turbinei este sus ținut, de obicei, de dou ă lag ăre radiale f numite dup ă pozi ția
lor fa ță de partea de IP * , respectiv de JP *, lag ăr radial IP, respectiv lag ăr radial JP. Pozi ția
axial ă a rotorului este men ținut ă cu ajutorul unui lag ăr axial.
Pe lâng ă elementele componente amintite, turbinele cu abur sunt prev ăzute de obicei și
cu un sistem de reglaj, al c ărui scop este acela de a adapta regimul de func ționare al turbinei
(puterea, tura ția, debitul etc.) la condi țiile impuse ma șinii antrenate, sau turbinei îns ăș i.
De asemenea, turbinele cu abur se prev ăd cu aparate și instrumente de m ăsurare și
semnalizare și cu unele instala ții auxiliare, care servesc pentru ungerea și r ăcirea lag ărelor,
pentru condensarea aburului evacuat, pentru preînc ălzirea apei de alimentare a cazanului, sau
altele.
Sistemul de reglaj și instala țiile auxiliare ale turbinei sunt în general cu atât mai
complexe cu cât puterea turbinei este mai mare.
Calculul parametrilor geometrici și funcționali ai I.T.A.
Se consider ă puterea efectiv ă a turbinei cu abur de antrenare a generatoarelor î n kW:
= 20000
33 Debitul specific de ap ă:
Domeniu de valori: 4 … 7 kg/kWh
= 6
∙ ℎ ⁄
Debitul masic de abur:
= ∙ = 1,2 ⋅ 10 ℎ⁄
In calcule este necesara folosirea acestuia in kg/s , astfel încât se face transformarea:
=
3600 = 33,333 ⁄
Presiunea de lucru
Domeniu de valori: 50 … 100 bar
= 56
Temperatura de supraînc ălzire a aburului
Domeniu de valori: !" = ! # + (150 . . 250)( )
Se determina temperatura de satura ție corespunz ătoare presiunii :
! # = 100 ∙ *,+ = 273,556 ()
Din intervalul de valori (150…250) se alege 200. Astfel temperatura de supraînc ălzire
este egala cu:
!" = ! # + 250 = 523.556 ( )
Destinderea adiabat ă 1 – 2
Figura 2.13. Destinderea adiabat ă
34 Randamentul efectiv:
Randamentul efectiv al turbinei cu abur este:
- = 0,75
Fluxul energetic cedat de abur în turbin ă:
. =
- = 2,667 ∙ 10 /
Temperatura de condensare:
0(12 = 50 ( )
Presiunea de condensare:
0(12 = 3 ( 0(12 )
din tabel se ob ține valoarea
0(12 = 0,123
Căderea de entalpie pe turbina cu abur:
Se determina din diagrama pentru entalpiile corespu nzatoare presiunii la
temperatura de supraincalzire si 0(12
∆" = 1300 5 ⁄
Debitul masic al aburului:
=.
∆" = 20,513 ⁄
Debitul specific al aburului:
= ∙ 3600
= 3,692
∙ ℎ ⁄
Condensarea 2 – 2`
Figura 2.14. Condensarea
35 Titlul aburului:
7 = 0,90
Pentru 0 se extrag din tabel valorile entalpiilor:
8′′ + = 2592 5 ⁄
8′+ = 209,3 5 ⁄
entalpia în starea 2 este:
8+= 8′ ++ 7 ∙ (8′′ + ∙ 8′ + )= 2,354 ∙ 10 ; 5 ⁄
Căderea de entalpie pe condensare:
∆′<= 8 +− 8′ += 2,144 ∙ 10 ; 5 ⁄
Fluxul energetic de condensare:
.0(12 = ∙ ∆′ <= 4,399 ∙ 10 /
Fluxul energetic cedat:
. 02 = . + . 0(12 = 7,065 ∙ 10 /
Debitul volumic al aburului:
Densitatea fluidului vehiculat: > = 1000 ;⁄
Pentru turbina de antrenare a generatorului electri c:
? =
>= 0,021 ;⁄
Puterea pompelor de comprimare a condensului de la pconc la :
Se adopta randamentul pompei: -@ = 0,77
1# =? ∙(∙ 10 +− 0(12 )
-@= 149,181
Comprimarea apei în pompa de alimentare 2` -3
Figura 2.15. Comprimarea
36
Varia ția de entalpie:
∆"@ = 1
= 7,273 5 ⁄
deoarece variatia entalpieie pe aceasta transformar e este foarte mica, starile 2' si 3 se
confund ă.
Înc ălzirea izobar ă a apei de la t cond la t sat 3 – 4
Figura 2.16. Înc ălzirea izobar ă
Căldura specific ă a apei de alimentare:
B = 4,186 5 ∙ ⁄
Debitul masic la apei de alimentare:
= = 20,513 ⁄
Fluxul energetic pe transformarea 3 – 4`:
. ;/ = ∙ B ⋅ ( ! # ∙ 0(12 ) = 1,92 ∙ 10 /
Vaporizarea 4 – 4`
37
Figura 2.17. Vaporizarea
Se extrag entalpiile din tabel func ție de t sat :
! # = 273,556 ( )
8CC = 2780 5 ⁄
8C= 1236,9 5 ⁄
Varia ția de entalpie pe procesul de vaporizare:
∆"D @ = 8CC − 8C= 1,543 ∙ 10 ; 5 ⁄
Fluxul energetic pe vaporizare:
. D @ = ⋅ ∆"D @ = 3,165 ∙ 10 / 5 ⁄
Supraînc ălzirea 4` – 1
Figura 2.18. Supraînc ălzirea
Căldura specific ă a aburului:
BD = 2 5 ∙ ⁄
38 Fluxul energetic de supraînc ălzire:
. !" = ∙ BD ⋅ ( !" − ! # )= 1,026 ∙ 10 /
Debitul specific de abur
Debitul specific de abur pentru dou ă turbine:
+ = 2 = 41,026 ⁄
Debitul specific de abur pentru c ăld ările cu arz ător:
EF = 1,15 ∙ + = 47,179 ⁄
Debitul specific de abur pentru o c ăldare cu arz ător:
<E =EF
4= 11,795 ⁄
Consumul specific de combustibil:
Fluxul energetic ap ă-abur într-o c ăldare cu arz ător:
. EF = <E ∙ B ⋅ ( ! # – 0(12 )+ <E ∙ ∆"D @ + ⋅ <E ∙ BD ⋅ ( !" − ! # )=
= 3,514 ∙ 10 /
Randamentul c ăld ării cu abur cu arz ător:
-EF = 0,85
Fluxul energetic global al unei c ăld ări cu arz ător:
.HEF =. EF
-EF = 4,134 ∙ 10 /
Consumul orar de combustibil:
Puterea calorifica inferioara a combustibilului est e: ." = 39000 5
B=3600 ∙ . HEF
-EF = 3,816 ∙ 10 ; 0(IJ ℎ⁄
Consumul specific de combustibil:
pentru o caldare
B!=B
.HEF = 0,092 0(IJ ℎ⁄
Fluxul energetic total al c ăld ărilor cu arz ător:
.EF = . HEF ⋅ 4 = 1,653 ∙ 10 ;
Consumul orar de combustibil al c ăld ărilor cu arz ător:
BEF = B ⋅ 4 = 1,526 ∙ 10 / 0(IJ ℎ⁄
Consumul specific de combustibil pe instala ția de propulsie:
B=BEF
.EF = 0,092 0(IJ ℎ⁄
39
Debitul specific de aer necesar pentru arderea comb ustibilului în focarul c ăld ării
de abur cu arz ător:
Debitul masic minim de aer:
K.I"1 = 14 K 0(IJ ⁄
Coeficientul excesului de aer:
L = 1,2
Debitul specific de aer necesar pt. arderea combust ibilului în focar:
K = B ∙ K.I"1 ∙ L = 1,551 K
∙ ℎ⁄
Debitul specific de gaze:
H= B + K = 1,643 H M
∙ ℎ⁄
Diametrul tubulaturii de gaze pentru o c ăldare:
Debitul masic de gaze:
HEF = H∙.EF
3600 = 75,465 kg s ⁄
se adopt ă:
– densitatea gazului: >H = 0,91
– viteza de curgere: Q = 30 ⁄
Diametrul tubulaturii:
= R4 ∙ HEF
>H∙ S ∙ 30 T*,
= 1,876
Alegerea turbogeneratorului
Se va alege o turbin ă produs ă de firma Siemens de tip SST-150 având pân ă la 20 MW
putere. Principalele caracteristici ale turbinei su nt:
– puterea efectiv ă de 20 MW;
– tura ția turbinei 13,300 rpm;
– presiunea aburului maxim ă de 103 bar la 505 șC;
– lungimea grupului de 12 m;
– lățimea de 4 m;
– în ălțimea maxim ă a grupului de 5 m.
40
Figura 2.19. Prezentarea agregatului ales
Figura 2.20. Prezentarea principalelor dimensiuni
2.4. ALEGEREA DIESEL-GENERATOARELOR DE AVARIE
Pentru propulsia de urgen ță a navelor sau pentru nava aflat ă la cheu se vor folosi dou ă
diesel-generatoare de 5800 kW fiecare cu o putere i nstalat ă total ă de 11600 kW care pot
deplasa nava cu o vitez ă de maxim 15 Nd conform calculelor anterioare.
41 Pentru producerea energiei electrice alegem grupuri le de tip Wartsilla GENSET 38,
care are urm ătoarele caracteristici:
– diametru cilindru (alezaj), D=380 [mm];
– cursa pistonului, S=475 [mm];
– num ărul de timpi ai ciclului de func ționare, τ=4;
– num ărul de cilindrii, i=8 în L;
– viteza medie a pistonului, vmp =9,5 [m/s];
– presiunea medie efectiv ă p e=26,9 [bar];
– tura ția motorului, n=600 [rot/min] ;
– puterea pe cilindru, P cil =725 [kW/cil];
– puterea efectiv ă motor, P e= 5800 [kW] ;
– puterea efectiv ă generator, P e= 5600 [kW] ;
– tensiune ie șire, U e= 0,4-13,8 [kV] ;
– randament generator, η = 0,96-0,98.
Figura 2.21. Motorul de antrenare
2.5. ALEGEREA ȘI PREZENTAREA PROPULSORULUI ELECTRIC
Introducere
Sistemul Azipod XO2100 ca orice model Azipod este format din dou ă mari module:
modulul de guvernare și cel de propulsie, a șa cum se arat ă în figura 2.22.
42 Instala ția de alimentare cu energie electric ă a navei și a Azipodului este împ ărțit ă în
doua mari grupuri prova și pupa, acestea permi țând func ționarea instala țiilor de pe nav ă și a
propulsiei cu 20 Nd pentru fiecare grup identic alc ătuit din un dieselgenerator și un
turbogenerator. Acesta din urm ă este detaliat în figura urm ătoare fig. 2.23.
Figura 2.22 Modulele și instala țiile auxiliare ale Azipodului
Figura 2.23. Schema sistemului de propulsie al nave i
43
Principalele dimensiuni
Figura 2.24. Dimensiunile Azipodului
44
Tabelul 2.3. Dimensiunile Azipodului XO2100
Cod Dimensiune U.M. Statut
Ungiul de înclinare 0….6 grd Variabil
A 11,5 m Fix
B 6,9 m Fix
C 3,4 m Fix
ØD 4,4….6,4 m Variabil
E 4,3….7,1 m Variabil
F 4,6 m Fix
G 1,5 m Fix
H 3,0 m Fix
ØJ 6,1 m Fix
K 6,3 m Fix
L 2,6 m Fix
Tabelul 2.4. Parametrii elementelor componente ale Azipodului XO2100
Greut ăți
Modulul de propulsie 135000-170000 kg
Elicea 22000-35000 kg
Modulul de guvernare 50000-70000 kg
Unitatea inelelor de alunecare 4000 kg
Unitatea electric ă de comand ă a guvern ării 95 kg
Unitatea r ăcitorului cu aer (CAU) 9000-12000 kg
Interfa ța Azipodului 100 kg
Unitatea local ă Backup 20 kg
Parametrii tehnici a modului de propulsie
Putere nominal ă 16000 kW
Tura ția elicei la puterea nominal ă 137 rpm
Num ărul de pale 5
Tipul palelor elicelor Monobloc/ din pale
Materialul elicei Ni-Al Bronz
Standardul de construc ție ISO 484 clasa 1
Capacitatea de ținere a frânei pe arbore 4,5-6 kN bypassarea debitu lui de ap ă
Capacitatea de blocare a frânei pe arbore 10-12 kN bypassarea debitului de ap ă
45
Deplasamentul 65 m 3
Suprafa ța exterioar ă 130 m 2
Parametrii tehnici a modului de propulsie
Puterea motoarelor de guvernare 4 X 85 kW
Temperatura apei la intrare în CAU 36 °C
Presiunea de alimentare cu apei CAU 6 bar
Debitul apei de r ăcire 100 m 3/h
Gradul de protec ție IP 44
Figura 2.25. Sec țiune prin Azipod pentru eviden țierea mecanismelor de guvernare
Instala ția de guvernare propus ă prezint ă urm ătoarele avantaje : zgomot sc ăzut, nivelul
vibra țiilor sc ăzut, instalare u șoar ă, ecologic, sistem de guvernare redundant.
46
CAPITOLUL 3. CALCULUL NECESARULUI DE ABUR LA BORD
3.1. DESTINA ȚIA C ĂLD ĂRII ȘI PARAMETRII DE REFERIN ȚĂ
Căldarea naval ă este un generator de abur în care c ăldura rezultat ă din arderea unui
combustibil se transmite apei în scopul înc ălzirii ei, a vaporiz ării acesteia sau a supraînc ălzirii
aburului saturat.
Părțile principale ale unei instala ții de producere a aburului, sunt: c ăldarea propriu-zis ă
sau sistemul fierb ător (compus din tamburul sau colectoarele de ap ă și totalitatea țevilor în
care se produce vaporizarea apei), supraînc ălzitorul de abur, preînc ălzitorul apei de
alimentare, preînc ălzitorul de aer și focarul sau camera de ardere.
Aburul rezultat va fi folosit pentru func ționarea diverselor mecanisme și aparate
auxiliare sau sisteme de bord cum ar fi:
• instala ția de stins incendiu cu abur
• instala ția de înc ălzit combustibilul și uleiul din tancurile de depozit, decantare,
serviciu și amestec
• instala ția de înc ălzire a navei
• înc ălzirea apei pentru preg ătirea motorului principal
Pentru a produce aburul necesar func țion ării ma șinilor principale ale navei și
aliment ării tuturor consumatorilor de la bord, c ăld ările navale au nevoie de un regim de
func ționare, care s ă asigure transformarea energiei chimice a combustib ilului în energie
caloric ă con ținut ă în aburi în cele mai bune condi ții.
Regimul intim de func ționare a c ăld ării este acela când apa se transform ă în abur,
acumulând o cantitate maxim ă de c ăldur ă de la combustibilul ars în focarul c ăld ării. Aburul
va putea acumula maximum de c ăldur ă, numai dac ă procesul de combustie se desf ăș oar ă cu o
degajare maxim ă de c ăldur ă și dac ă c ăldarea este asigurat ă cu o circula ție și alimenta ție bun ă
a apei, iar suprafa ța de înc ălzire s ă permit ă o bun ă transmitere a c ăldurii de la gaze la ap ă.
Aceste condi ții necesare bunei func țion ări a c ăld ării sunt asigurate de urm ătoarele instala ții
auxiliare ale c ăld ării:
• instala ția de alimentare cu ap ă
• instala ția de combustibil
• instala ția de aer,
dar și de asigurarea valorilor optime ai parametrilor co nstructivi și func ționali, și anume:
47
• suprafa ța de înc ălzire total ă
• debitul de ap ă pe or ă
• solicitarea specific ă a suprafe ței de înc ălzire
• solicitarea termic ă a focarului
• cifra de vaporizare (cantitatea de abur produs ă în c ăldare prin arderea a 1 Kg de
combustibil)
• coeficientul de exces de aer: α = 1,2
• randamentul c ăld ării: 75 , 0=kη
Căldarea mai sus men ționat ă este o c ăldare naval ă acvatubular ă care lucreaz ă la
presiunea nominal ă de pn =18 bar.
O c ăldare este caracterizat ă în general, de urm ătoarele caracteristici:
a) Debitul kD, reprezint ă cantitatea de ap ă transformat ă în abur cu anumi ți parametrii
în unitatea de timp.
Este dat în [kg/h] sau [t/h].
−=hkg 1
aa xkiiQD
unde:
Q1 =1,005·10 7
Δi16bar = i x -iaa Dk = 4,862·10 3
Δi16bar = 2067,0896
kg kJ
b) Presiunea de regim kp= 20 bar, reprezint ă presiunea maxim ă a aburului din c ăldare,
care se men ține la o valoare constant ă în timpul func țion ării c ăld ării în regim normal.
Presiunea nominal ă reprezint ă valoarea presiunii de regim a c ăld ării în momentul când
aceasta a fost dat ă în exploatare prima dat ă.
Presiunea de probe este de o dat ă și jum ătate de ori mai mare decât presiunea
nominal ă a c ăld ării. 1Q – cantitatea de c ăldur ă acumulat ă de c ăldare într-o or ă
aa xii− – cantitatea de c ăldur ă acumulat ă de fiecare kg de ap ă pentru a se transforma în abur
cu titlul x la presiunea din c ăldare.
48
c) Temperatura aburului, care poate fi a aburului satu rat sau supraînc ălzit.
Temperatura aburului saturat se poate exprima prin rela ția:
)(100 41
3 grdC ptk⋅= t3 = 211,474 (grd C)
ea depinzând de presiunea din c ăldare.
d) Suprafa ța de înc ălzire a c ăld ării, reprezint ă suprafa ța metalic ă a c ăld ării care
acumuleaz ă c ăldura util ă transform ării apei în abur cu anumi ți parametrii. Ea are dou ă
componente: principal ă și auxiliar ă.
Prin suprafa ța de înc ălzire principal ă a c ăld ării se în țelege suprafa ța care contribuie
nemijlocit în procesul de vaporizare. Suprafa ța principal ă de înc ălzire a c ăld ării se compune
din suprafa ța de înc ălzire care acumuleaz ă c ăldur ă prin radia ție (în imediata apropiere a
focarului) și suprafa ța de înc ălzire care acumuleaz ă c ăldur ă prin convec ție (mai departe de
focar și acumuleaz ă c ăldur ă de la gaze).
Prin suprafa ța de înc ălzire auxiliar ă a c ăld ării se în țelege acea suprafa ță metalic ă care
acumuleaz ă c ăldur ă de la gaze, în scopul îmbun ătățirii procesului de vaporizare care are loc în
căldare. Suprafa ța auxiliar ă este alc ătuit ă din suprafa ța de înc ălzire a tuturor elementelor
ata șate c ăld ării (preînc ălzitorul de aer, economizor, supraînc ălzitor, etc.).
Hk = 130 (m 2)
e) Randamentul c ăld ării kη, reprezint ă raportul dintre cantitatea de c ăldur ă util
acumulat ă de c ăldare pentru transformarea apei în abur și cantitatea de c ăldur ă degajat ă prin
arderea total ă a combustibilului în unitatea de timp.
()[ ]1 % k x aa
k
i i D i i Q
B Q B Q η⋅ − = = ⋅ ⋅
Qi = 38500
kg kJ B = 348,052
hkg
75 , 0=kη
Deci, randamentul reprezint ă gradul de economicitate al c ăld ării, adic ă cât ă c ăldur ă
este acumulat ă de c ăldare în procesul de vaporizare din cantitatea de c ăldur ă disponibil ă.
Poate fi între 0,75 – 0,95.
f) Debitul specific d, caracterizeaz ă cantitatea medie de abur generate de c ăldare
de pe fiecare 2mal suprafe ței de înc ălzire principale în unitatea de timp:
2kg mk
kDdH h = ⋅ Hk = 130 (m 2)
49
d = 37,399
2mkg
Debitul specific permite compararea c ăld ărilor în ceea ce prive ște capacitatea de
vaporizare a acestora. Poate fi între (20 – 220 [kg /m 2h]).
g) Consumul de combustibil B, reprezint ă cantitatea de combustibil ars ă în
focarul c ăld ării în unitatea de timp:
() k x aa
k i D i i BQη⋅ − =⋅ B = 348,052
hkg
h) Capacitatea de vaporizare a combustibilului U, repr ezint ă cantitatea de abur
ob ținut ă în c ăldare prin arderea unui kg de combustibil.
i) Tensiunea termic ă a focarului ()fq, reprezint ă cantitatea de c ăldur ă degajat ă
prin arderea combustibilului în focar, care revine fiec ărui m 3 al volumului focarului:
3kcal mi
f
fB Q qV h ⋅ = ⋅
Pentru c ăld ările acvatubulare, tensiunea termic ă a focarului trebuie s ă fie:
⋅⋅=hmkcal qf 3610 5
3.2. BILAN ȚUL CONSUMATORILOR DE ABUR. PARAMETRII ABURULUI
Cantitatea de abur necesar ă pentru înc ălzirea propulsiei
Se consider ă c ă pentru propulsie trebuie s ă înc ălzeasc ă un agregat, cu o putere efectiv ă
[]KW Pe410 64 , 4×=
Fluxul disponibil al motorului principal este:
[ ] KW 3600 e e i
dMP c P Q Q⋅ ⋅ =
unde:
50
[]KW QdMP 410 02 , 9⋅=
Dac ă apa de r ăcire este înc ălzit ă cu ajutorul unui preînc ălzitor montat în circuitul de
ap ă tehnic ă, se pot utiliza curbele de mai jos:
Figura 5.1.
Debitul de ap ă tehnic ă al preînc ălzitorului, dac ă este instalat prin by-passare, va fi în
jur de 10 % din debitul pompei principale de ap ă tehnic ă. C ăderea de presiune în preînc ălzitor
va fi de aproximativ 0,2 [bar].
Curbele se traseaz ă în aceste ipoteze, la începutul preînc ălzirii, temperatura motorului
și a compartimentului de ma șini fiind egale.
Spre exemplu, un preînc ălzitor de ap ă tehnic ă, cu capacitatea de înc ălzire egal ă cu 1 %
din puterea efectiv ă a motorului, poate înc ălzi motorul la 30° în 27 ore.
În mod normal, înainte de a face primii pa și de pornire a motorului temperatura
minim ă a motorului trebuie s ă fie de 60° C, iar motorul poate porni încet f ără alte restric ții. În
cazuri excepționale se permite și o temperatur ă minim ă de 20° C. În cazul acestor
circumstan țe motorul poate porni încet pân ă la 90 % rpm, f ără restric ții. Pentru a func ționa
între 90 % rpm și 100 % MCR, trebuie asigurat ă o temperatur ă minim ă de 50° C. Intervalul
de timp pentru ridicarea temperaturii motorului de la 20° C la 50° C, depinde de cantitatea de
ap ă din sistem și de sarcina motorului.
Se recomand ă în regiunea 90 % rpm și 100 % MCR, sarcina va fi ridicat ă încet – peste
30 minute. ce = 0,176
KWh Kg – consumul specific efectiv al motorului
eP – cantitatea de c ăldur ă acumulat ă de fiecare kg de ap ă pentru a se transforma în abur cu titlul
x la presiunea din c ăldare.
× =hKG Qi410 97622 , 3 – puterea calorific ă inferioar ă a combustibilului folosit.
51
Voi alege un preînc ălzitor cu capacitatea de înc ălzire de 2 % din MCR, care va ridica
temperatura motorului la 55° C în 30 de ore.
Deci:
[] 0,02 KW pr e Q P = ⋅ []KW Qpr 928 =
Dar, acest flux energetic este egal cu cel dat de aburul produs în c ăldare necesar
înc ălzirii apei.
[]KW mQbar i abur pr 7Δ ⋅=
Δ=hkg Qm
bar ipr
abur
7
unde:
mabur = 0,449
hkg
Cantitatea de abur necesar ă înc ălzirii combustibilului în tancurile de depozit
Nava de tip pasager poate ambarca o cantitate de bu nker de 720 tone de combustibil.
Consider ăm c ă trebuie s ă avem în permanen ță 10 % din cantitatea de bunker, preg ătit ă
tot timpul, pentru consumurile de la bord:
[]kg mcbtkb 720000 =
cbtkb cbtkdep m m ⋅=1 , 0 []kg mcbtkdep 410 2 , 7⋅=
Timpul de înc ălzire al acestei mase de combustibil va fi: []6 ore τ= . Rezult ă c ă va fi
necesar un debit masic de:
τcbtkdep
cbdep mm=
⋅=hkg mcbdep 410 2 , 1
Fluxul energetic necesar înc ălzirii combustibilului va fi:
()[] . . . . . . KW cb tk dep cb tk dep cb cb dep Q m c t t = ⋅ ⋅ − []KW Qcbtkdep 510 2 , 7⋅=
unde:
=Δkg kJ
bar i 0896 ,2067 7 – diferen ța de entalpie a aburului la presiunea de lucru a c ăld ării
de 7 bar .
52
Debitul masic de abur necesar pentru înc ălzirea combustibilului în tancul de depozit
este:
Δ ⋅=⇒Δ ⋅= =hkg
iQmimQ
QQ
bar serp cbtkdep
abur
bar abur cbtkdep
abur cbtkdep
serp
7 7 ηη
95 , 0=serp η =hkg mabur 648 ,366
Cantitatea de abur necesar ă pentru înc ălzirea combustibilului în tancul de decantare
Fluxul energetic necesar pentru a înc ălzi combustibilul în tancul de decantare:
()[] . . . . . . KW cb tk dec cb tk dec cb sep dec Q m c t t = ⋅ ⋅ − []KW Qcbtkdec 610 651 , 1⋅=
Consumul orar al motorului principal este:
[] kg hMP e e C c P h = ⋅
⋅=hkgcb ChMP 310 166 , 8
Căldarea cu arz ător presupunem c ă are un consum de: =hKgcb Charz 90
Consumul orar total al tuturor agregatelor de pe n av ă este:
harz hMP htot CCC += . ⋅=hKgcb Chtot 310 256 , 8
Debitul masic de combustibil ce trebuie înc ălzit în tancul de decantare va fi de 2,5 ori
mai mare decât consumul orar total de combustibil a l agregatelor de pe nav ă:
[] . . . 2,5 cb tk dec htot m C kg h = ⋅ ⋅=hKgcb mcbtkdec 410 064 , 2
unde:
[ ] 2 cb c kJ kg grd = ⋅ – căldura specific ă a combustibilului
[]40 cb t C = ° – temperatura la care trebuie înc ălzit combustibilul în tancul de depozit
[]10 dep t C = ° – temperatura combustibilului în tancul de depozit .
– temperatura combustibilului în tancul de decantar e []30 dec t C = °
– temperatura care trebuie realizat ă înainte ca combustibilul s ă intre în cele dou ă preînc ălzitoare
ale separatoarelor de combustibil []70 sep t C = ° .
53
Debitul masic de abur necesar pentru înc ălzirea combustibilului în tancul de decantare
este:
=Δ ⋅=hkg
iQm
bar serp cbtkdec
aburtkdec 887 ,840
7η
Cantitatea de abur necesar ă pentru înc ălzirea combustibilului în preînc ălzitoarele
dinaintea celor dou ă separatoare
Fluxul energetic necesar pentru preînc ălzirea combustibilului înainte de separatoare:
()[] . . . . cb sep cb sep cb pr sep Q m c t t KW = ⋅ ⋅ − []KW Qcbsep 610 156 , 1×=
Debitul masic de combustibil ce trebuie înc ălzit în preînc ălzitoarele de dinaintea celor
dou ă separatoare:
[] . . 2 cb sep htot m C kg h = ⋅ ⋅=hkg mcbsep 410 651 , 1 , unde:
Debitul masic de abur necesar preînc ălzirii combustibilului înainte de a intra în
separator este:
×=Δ ⋅=hkg
iQm
bar serp cbprsep
aburprsep 4
710 177 , 1 2η
Cantitatea de abur necesar ă pentru înc ălzirea combustibilului în tancul de serviciu
Fluxul energetic necesar înc ălzirii combustibilului în tancul de serviciu este:
()[] . . . . . . . . cb tk serv cb tk serv cb tk serv sep Q m c t t KW = ⋅ ⋅ − []KW Qcbtkserv 510 715 , 3⋅=
75 =tkserv t
Debitul masic de carburant ce trebuie vehiculat pri n tancul de serviciu:
[] . . . 1,5 cb tk serv htot m C kg s = ⋅
⋅=skg mcbtkserv 410 238 , 1
Debitul masic de abur necesar pentru a înc ălzi combustibilul în tancul de serviciu: []95 pr t C = ° – temperatura la care trebuie preînc ălzit combustibilul înainte de a intra în separator
[]60 sep t C = ° – temperatura combustibilului înainte de preînc ălzitoare.
54
=Δ ⋅=hkg
iQm
bar serv cbtkserv
aburtkserv 299 ,185
7η , 97 , 0 =serv η
Cantitatea de abur necesar ă pentru înc ălzirea combustibilului în tancul de amestec
Volumul tancului de amestec este:
() []kg v mmvcb ⋅=⇒= ρ35
=3950 mkg ρ []kg mcb 310 75 , 4⋅=⇒
Debitul maxim de combustibil ce trebuie vehiculat î n tancul de amestec:
[ ] . . . 3600 cb
cb tk am mm kg s =
⋅=skg mcbtkam 310 75 , 4
()[] . . . . . . . cb tk am cb tk am cb imp tk am Q m c t t KW = ⋅ ⋅ − []KW Qcbtkam 510 375 , 2⋅=
unde:
Debitul masic de abur necesar înc ălzirii combustibilului înainte de a fi injectat:
=Δ ⋅=hkg
iQm
bar serp cbtkam
cbtkam 943 ,120
7η
Cantitatea de abur necesar ă înc ălzirii uleiului de ungere al motorului principal în ainte
de a intra în separator
Consumul specific efectiv de ulei al motorului prin cipal:
=KWh kg ce0003 , 0
Consumul orar de ulei al motorului principal:
[] hulei e e C c P kg h = ⋅
=hkg Chulei 92 , 13
Fluxul energetic necesar înc ălzirii uleiului înainte de a intra în separatoare:
()[] . . . ulei înc sep ulei ulei sep dep Q m c t t KW = ⋅ ⋅ − . []KW Quleiincsep 310 092 , 4⋅=
Debitul masic de ulei ce trebuie vehiculat de sepa ratoare: []120 imp t C = ° – temperatura de injectare a combustibilului
[] . . 95 tk am t C = ° – temperatura din tancul de amestec.
55
⋅=hkg Cmhulei ulei 2
unde:
Debitul masic de abur necesar pentru a înc ălzi uleiul în preînc ălzitoarele separatorului:
=Δ ⋅=hkg
iQm
bar serp uleiincsep
aburulei 084 , 2
7η
Cantitatea de abur necesar ă înc ălzirii aerului în instala ția de înc ălzire a înc ăperilor
Fluxul energetic necesar pentru înc ălzirea înc ăperilor navei este:
( )[] . . . aer înc aer aer înc m amb Q m c t t KW = ⋅ ⋅ − , []KW Qaerinc 410 7 , 5⋅=
unde:
Debitul masic de aer vehiculat pentru înc ălzirea cabinelor este dat de debitul volumic
al ventilatorului care este:
()33000 m Vaer =
=31mkg
aer ρ
[] aer aer aer m V kg s ρ= ⋅
=hkg maer 3000
Debitul masic de abur necesar pentru înc ălzirea aerului în instala ția de aer condi ționat:
=Δ ⋅=hkg
iQm
bar serp aerinc
aburincaer 026 , 29
7η
Determinarea debitului c ăld ării și a puterii acesteia
Debitul total al c ăld ării cu arz ător de tip acvatubular este dat de:
[ ]8
1 CA i
im m kg h
==∑ .
⋅=hkg mCA 310 723 , 2 [ ] 2,1 ulei c kJ kg grd = ⋅ – căldura specific ă a uleiului de ungere
[]90 sep t C = ° – temperatura la care se efectueaz ă separarea uleiului
[]20 dep t C = ° – temperatura la care este depozitat uleiul.
[ ] 1 aer c kJ kg grd = ⋅ – căldura specific ă a aerului
[]24 înc t C = ° – temperatura de înc ălzire a cabinelor
[] .5 m amb t C = ° – temperatura mediului ambiant.
56
Fluxul disponibil al c ăld ării (presupunem c ă
=hkg Charz 90 este:
[ ]KW QCQiharz
dCA 055 ,994 3600 = =
Puterea c ăld ării:
[] CA dCA CA Q Q KW η= ⋅ , []KW QCA 541 ,745 =⇒
75 , 0=CA η
Altfel puterea c ăld ării este dat ă de rela ția:
[]KW imQbar CA CArzn 6
7 10 628 , 5⋅=Δ ⋅=
Iar consumul de combustibil se va determina din rel a ția:
[ ]3600
3600 CArzn CArzn
CA h
h i CA i
dispCA Q Q C kg h C Q QQηη⋅= ⇒=⋅ ⋅⋅.
=⋅⋅⋅=hkg
Q QQC
iCA dCA CArzn
h 44 ,683 3600
η
Deci valoarea adoptat ă la punctul 5.3. este corect ă.
3.3. ANALIZA ELEMENTAR Ă A COMBUSTIBILULUI. DETERMINAREA
NECESARULUI DE AER. DETERMINAREA PRODUSELOR DE ARDE RE ȘI A
TEMPERATURII PRODUSELOR DE ARDERE
Combustibilul marin greu are puterea calorific ă inferioar ă
×=kg KJ Qi410 976 , 3 și
urm ătoarea compozi ție procentual ă raportat ă la 1 Kg de combustibil:
c = 0,879 [%] s = 0,03 [%]
h = 0,07 [%] w = 0,0075 [%]
o = 0,01 [%]
Cantitatea teoretic ă de oxigen necesar ă arderii complete a unui Kg de combustibil este:
2 12 4 32 tc h s o kg O Okg cb −= + +
⋅⋅=cb kg Okg Ot2091 , 0
57
Masele moleculare ale gazelor rezultate în urma ar derii combustibilului
( )2 2 2 2 2 ; ; ; ; CO H O SO O N , sunt:
2 2 2
2 2 44,0095; 64,0628; 28,0134;
18,0153; 31,9988; 28,85. CO SO N
H O O aer M M M
M M M = = =
= = =
Coeficientul de exces de aer este: 1,2 α=.
Cantitatea teoretic ă de aer necesar ă arderii este:
1 0,21 t
tOkmoli aer Lkg cb ⋅=
=kgcb kmoliaer Lt435 , 0
Cantitatea real ă necesar ă arderii unui Kg de combustibil este:
[ ] tL L kmoli aer kg cb α= ⋅ L = 0,522 (kmoli aer/kg cb)
Produsele rezultate în urma arderii sunt:
( )2 2073 , 0kmoliCO CO =ν
mCO2 = 3,224 (Kg CO 2)
( )OkmoliH O H 2 2035 , 0=ν m H2O = 2,269 (Kg H 2O)
()2 2 10 375 , 9kmoliSO SO ⋅=ν mO2 = 0,585 (Kg O 2)
()2 2018 , 0kmoliO O=ν m N2 = 11,555 (Kg N 2)
()2 2412 , 0kmoliN N=ν
unde:
– debitul masic de combustibil care este ars în foc ar:
=hkg mcb 215 , 87 [ ]2 2 12 CO ckmoli CO ν= ;
[ ]2 29 H 18 H O h w kmoli O ν⋅ + = ;
[ ]2 2 S 32 SO skmoli O ν= ;
[ ]2 210,21 L O kmoli O ανα−= ⋅ ⋅ ;
[]2 2 2 2 CO CO CO m M kg CO ν= ⋅
[]2 2 2 2 H O H O H O m M kg H O ν= ⋅
[]2 2 2 2 SO SO SO m M kg SO ν= ⋅
[]2 2 2 2 O O O m M kg O ν= ⋅
[]2 2 2 2 N N N m M kg N ν= ⋅
58
– debitul masic de aer consumat pentru arderea comb ustibilului:
=⋅=hkg Lmmcb aer 539 , 45 1
– debitul masic de produse de ardere rezultat în u rma arderii:
=+=hkg mmmcb aer pa 754 ,132 1
– căldura specific ă a produselor de ardere:
⋅=grd Kg KJ cpa 13
– coeficientul de utilizare a c ăldurii: 0,8 ξ=
– temperatura aerului care intr ă în focar: []100 aer T C = °
– căldura specific ă a aerului: [ ] 1 aer c KJ kg grd = ⋅
– puterea calorific ă inferioar ă a combustibilului:
×=Kg KJ Qi410 976 , 3
[ ] aer aer aer cb i
pa
pa pa m c T m Q T C m c ξ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ = ° ⋅ grd Tpa 310 781 , 1×=
3.4. SCHEMA DE PRINCIPIU A C ĂLD ĂRII
Figura 3.2.Schema general ă a c ăld ării
59
1. pere ții c ăld ării
2. focarul c ăld ării
3. preînc ălzitorul de aer
4. preînc ălzitorul de ap ă (economizorul)
5. vaporizatorul
6. ventilator
7. pompe centrifuge de alimentare cu ap ă
8. ba șă
9. cap de alimentare
10. tanc de serviciu combustibil
11. filtre de combustibil
12. pompe de combustibil
13. consumatori de abur
14. condensator
3.5. DIMENSIONAREA SISTEMULUI FIERB ĂTOR
Vom considera sistemul fierb ător un schimb ător de c ăldur ă gaze-abur.
Fluxul energetic cedat de gazele produse în focar, schimb ătorului de c ăldur ă este:
)ie șeș.v tintr.vap. (t ga cga mga Q − ⋅⋅=&& [KW] [ ]KW Qga 6.
10 557 , 2⋅=
Diagrama temperatur ă-suprafa ță a sistemului fierb ător arat ă astfel:
300
152 Δtmin Δtmax 1634.443
140 t[ C]
S [m ] 2gaze
ap ă
Fluxul energetic al vaporizatorului se poate calcul a cu expresia:
m.lm.vap Δtvap Svap Kvap Q ⋅⋅=& [KW] [ ]KW Qvap 6.
10 917 , 1⋅=
60
unde:
– [ ]grd mW Kvap ⋅ =2237 – coeficient global de schimb de c ăldur ă al vaporizatorului
)(int grd Ttpa rvap = ) (300 grd tiesvap =
()grd ttiesvap 152 min −=Δ ()grd t148 min =Δ
()grd ttrvap 140 int max −=Δ ()grd t3
max 10 641 , 1×=Δ
– S vap [m 2] – suprafa ța vaporizatorului, S vap = 13,035 [m 2]
–
)
min Δtmax Δtln( min Δtmax Δt
m.ln.vap Δt−
= -diferen ță de temperatur ă medie logaritmic ă a
vaporizatorului. ()grd tvap m 667 ,620 . ln .=Δ
Suprafa ța de înc ălzire a vaporizatorului va fi:
m.ln.vap Δtvap Kvap Q
vap S⋅=&
[m 2]. ()2035 , 13 m Svap =
Se vor utiliza țevi cu diametrul mediu d m = 0,037 [m] și lungimea L=2 [m].
Suprafa ța unei țevi este : S = π⋅dm⋅L = 0,232 [m 2], iar num ărul de țevi este:
Svap S
vap n= = 56,069 [țevi] .
Consider ăm c ă viteza aerului prin conductele de alimentare ale c onsumatorilor este:
Wabur = 24 [m/s], iar aria de curgere a aburului prin con ducte va fi:
()2 7666 , 28 mWVmA
abur bar
CA abcurg = =
unde:
Vabur =0,2527 [m 3/Kg] – volumul specific al aburului la presiunea de 7 bar.
Diametru tubulaturii principale de abur va fi:
πabcurg
abur Ad4= ⇒ Dstas = 50 [m] ; d abur = 6,041 [m]
3.6. DIMENSIONAREA PREÎNC ĂLZITORULUI DE APÃ (ECONOMIZORUL)
Fluxul energetic cedat de gaze economizorului este:
Qg = m g ⋅ cg ⋅ Δtg [KW] Q g = 8,629 · 10 4 [KW]
61
unde:
-Δtg=50[șC] – căderea de temperatur ă a gazelor pe economizor.
Fluxul de care este capabil economizorul este:
Q EC = K ec ⋅ Sec ⋅ Δtm.ln.ec. = 6,472·10 4 [KW]
Diagrama temperatur ă-suprafa ță a economizorului arat ă astfel:
250
140 Δtmin Δtmax 300
50 t[ C]
S [m ] 2gaze
ap ă
Diferen ța de temperatur ă medie logaritmic ă a economizorului este:
−
=
2min Δt2max Δt
ln 2min Δt2max Δt
m.ln.ec. Δt [grd] []grd tec m 528 ,170 . . ln .=Δ
grd 250 2max Δt= grd 110 2min Δt=
Coeficientul global de schimb de c ăldur ă al economizorului este:
K ec = 80
⋅grd mW2.
Suprafa ța de schimb de c ăldur ă a economizorului este:
m.ln.ec. Δtec KEC Q
S⋅=&
ec = 4,744 [m 2].
Se vor utiliza țevi cu diametrul mediu d m = 0,026 [m] și lungimea L=2 [m]. Suprafa ța
unei țevi este : S= π⋅dm⋅L = 0,163 [m 2], iar num ărul de țevi este:
Sec S
nec = = 29,039 [ țevi] .
Dac ă se p ăstreaz ă constant nivelul apei în c ăldare înseamn ă c ă debitul masic al apei de
alimentare este egal cu debitul masic al aburului l ivrat de c ăldare.
62
Deci : m ap ă = mabur = 366,648
hkg .
Debitul masic al pompei de alimentare este:
m pomp ă = 1,25 ⋅map ă = 458,31
hkg
Debitul volumic al pompei este:
V ap ă = []sm
ρm 3
ap ăap ă. Vapa = 0,359 [ m 3/h ]
=31021 mKg
apa ρ
Puterea de antrenare a pompei este:
vol hidr mec ref ap ă
pomp ăap ă
antpomp ăηηηpV
ηVP⋅⋅⋅== = 4,988 [KW]
unde s-a luat p ref = 12,5 bar deoarece presiunea de refulare a pompel or de alimentare cu ap ă
trebuie s ă dep ăș easc ă întotdeauna cu 5..6
2cm kgf presiunea din c ăldare. Altfel apa nu ar
putea p ătrunde în c ăldare.
Ecua ția de continuitate este:
ap ăWe ap ăpă.curg Aap ăρpomp ăm ⋅ ⋅= & = 458,31
skg
Se considerã cã viteza de curgere a apei prin cond ucta de alimentare este:
Wap ă = 2 []sm.
Aria de curgere a apei va fi:
ap ăρap ăWpomp ăm
e ap ăpă.curg A⋅= = 0,224 []2m .
Diametrul conductei de alimentare cu ap ă a c ăld ării este:
πe ap ăpă.curg A4
d⋅
= = 0,535 ( m )
3.7. DIMENSIONAREA PREÎNC ĂLZITORULUI DE AER
Fluxul energetic cedat de gaze preînc ălzitorului este:
Q g = m g ⋅ cg ⋅ Δtg = 8,629·10 4 [KW]
unde:
63
-Δtg=50[șC] – căderea de temperatur ă a gazelor pe preînc ălzitorul de aer.
Fluxul de care este capabil preînc ălzitorul de aer s ă-l genereze este:
Q pr.aer = K pr ⋅ Spr ⋅ Δtm.ln.pr. = 6,472·10 4 [KW]
Diagrama temperatur ă-suprafa ță a preînc ălzitorul de aer arat ă astfel:
200
100 Δtmin Δtmax 250
30 t[ C]
S [m ] 2gaze
ap ă
Diferen ța de temperatur ă medie logaritmic ă a preînc ălzitorul de aer este:
−
=
3min Δt3max Δt
ln 3min Δt3max Δt
m.ln.pr Δt = 152,196 [grd]
grd 220 3max Δt= grd 100 3min Δt=
Coeficientul global de schimb de c ăldur ă al preînc ălzitorul de aer este:
K pr = 90
⋅grd mW2.
Suprafa ța de schimb de c ăldur ă a preînc ălzitorul de aer este:
m.ln.pr. Δtpr KgQ
pr.aer S⋅=&
= 4,725 [m 2].
[]KW QCA Qg g4
1 10 472 , 6⋅=⋅=η
3.8. DIMENSIONAREA CONDENSATORULUI
Rolul condensatorului (atmosferic) este de a capta eventualele sc ăpări de abur sau de a
acumula aburul nefolosit și a-l transforma în ap ă de alimentare a c ăld ării. Agentul de r ăcire al
condensatorului este apa de mare cu urm ătoarele caracteristici:
64
– căldura specific ă: c AM = 4
⋅grd Kg KJ
– temperatura: t AM = 32 []C ș
Fluxul energetic cedat de abur în condensator este:
CD.1bar Δiabur.CD mabur.CD. Q ⋅ =& & = 3,072·10 6 [KW]
unde:
– mabur.CD = 1,361×10 3 ( kg/h )– debitul masic de abur ce trece prin cond ensator
– CD.1bar Δi = 2257
Kg KJ –diferen ța de entalpie a aburului care condenseaz ă la presiunea
de un bar.
Diagrama temperatur ă-suprafa ță a condensatorului este:
100
36 Δtmin Δtmax 100
32 t[ C]
S [m ] 2abur
ap ă de mare
Fluxul de care este capabil preînc ălzitorul de aer s ă-l genereze este:
Q CD = K CD ⋅ SCD ⋅ Δtm.ln.CD. [KW]
unde:
– diferen ța medie logaritmic ă a condensatorului este:
−
=
min Δtmax Δtln min Δtmax Δt
m.ln.CD Δt = 65,98 [grd]
– coeficientul global de schimb de c ăldur ă al condensatorului este:
KCD = 1400
⋅grd mW2.
– suprafa ța de schimb de c ăldur ă a condensatorului este:
m.ln..CD ΔtCD KCD Q
CD S⋅=&
= 33,262 [m 2].
65
Considerand că fluxul energetic cedat de abur este egal cu fluxul energetic preluat de
apa de mare, avem:
Q aburCD = Q amCD = m am ⋅ cam ⋅ Δtam =3,072·10 6 [KW].
cu:
– cam = 4
⋅grd Kg KJ – căldura specific ă a apei de mare
– Δtam = 4 []C ș- diferen ța de temperatur ă la intrarea și ie șirea apei de mare din condensator.
Deci, debitul masic al apei de mare este:
⋅=⋅=hkg 10 92 , 1ΔtcQm5
am am amCD
am .
Debitul masic al pompei de alimentare cu ap ă de mare a condensatorului este:
m ampomp ă = 1,25 ⋅ mam = 2,4·10 5
skg .
Debitul volumic al pompei este:
[]hm034 ,240 ρmV3
am ampompã
ampompã = = ;
=31000 mkg
am ρ
3.9. DIMENSIONAREA INSTALA ȚIEI DE COMBUSTIBIL
Densitatea combustibilului marin greu înc ălzit:
( )
=⋅+=3ref
cmg înc
cmg mkg 286 ,935 Δtβ1ρρ ;
=3ref
cmg mkg 286 ,950 ρ
unde:
– β = 684 []1 6grd 10 − −⋅ – coeficientul de dilatare termic ă
-23 Δt=[]C ș- diferen ța de temperatur ă dintre valoarea de referin ță și cea de calcul a
densit ății combustibilului marin greu
Volumul tancului de combustibil:
[]3
înc
cmg hCA
tk.cmg m577 , 0ρτCV =⋅= .
Pentru vehicularea combustibilului vom folosi o po mp ă cu ro ți din țate cu angrenare
exterioar ă cu presiunea de refulare de 12 bar, iar debitul ma sic de:
66
=pompacb. m& 1,25 ⋅ ChCA = 112,5
hkg .
Debitul volumic al pompei este:
[]sm667 ,252 ρmV3cbpompã
cbpompã = = .
Puterea de antrenare a pompei este:
[ ]KW 779 ,125 ηVP
pomp ăcbpompa
antpomp ă = = .
67
CAPITOLUL 4. PREZENTAREA GENERALA A C ĂLDARILOR
NAVALE
Generatoarele acvatubulare sunt construite într-o d iversitate de tipuri motiv pentru
care, s-a realizat o clasificare a acestora în scop ul recunoa șterii cu u șurin ță a celor folosite în
instala țiile de for ță de la bordul navelor. Constructiv, generatoarele a cvatubulare sunt
împ ărțite în:
– generatoare de abur acvatubulare triunghiulare:
o simetrice (normale);
o ecranate;
– generatoare de abur acvatubulare cilindrice
o simetrice (normale);
o ecranate.
În categoria generatoare de abur triunghiulare intr ă generatoarele de construc ție mai
veche, prev ăzute cu cel pu țin trei colectoare. Denumirea vine de la forma de t riunghi a
focarului construit între cele trei colectoare ale generatorului.
Generatoarele cilindrice întrunesc unele calit ăți care le fac preferabile fa ță de cele
triunghiulare.Generatoarele cilindrice sunt cu dou ă colectoare, unul superior și altul inferior
între care este construit focarul a c ărui form ă este aproximativ cilindric ă.
În general, în instala țiile navale de for ță cu abur, cele mai utilizate sunt urm ătoarele
dou ă tipuri constructive de generatoare de abur.
Primul este generatorul triunghiular normal simetri c cu dou ă circuite de gaze (figura
4.1.a) ce are doua circuite de gaze și dou ă colectoare inferioare de acelea și dimensiuni.
Al doilea este generatorul triunghiular cu dou ă colectoare inferioare de dimensiuni
diferite, (figura 4.1.b) și un snop de tuburi fierb ătoare într-un num ăr mai mic, fapt ce permite
montarea supraînc ălzitorului în aceast ă sec țiune. Acest generator este numit „asimetric"
întrucât, fa ță de axa central ă de simetrie acesta este asimetric.
68
Figura 4.1. Variante constructive de generatoare de abur navale acvatubulare triunghiulare
a) GNA acvatubular – triunghiular – simetric
b) GNA acvatubular – triunghiular – ecranat
Figura 4.2. Variante constructive de generatoare na vale de abur acvatubulare cilindrice
69
a) b) c)
Figura 4.3. GNA triunghiulare asimetrice
a) GNA acvatubular – triunghiular – asimetric – nor mal – cu dou ă circuite de gaze
b) GNA acvatubular – triunghiular – asimetric – ecr anat – cu un singur circuit de gaze
c) GNA acvatubular – triunghiular – asimetric – ecr anat – cu un singur circuit de gaze și
supraînc ălzitor dispus între tuburi
Nota țiile utilizate în figurile 4.1, 4.2. și 4.3. sunt:
– CS – colector superior;
– CI – colector inferior;
– TC – țevi coborâtoare;
– TU – țevi urc ătoare;
– AC – arz ător de combustibil.
– VGA – vatra generatorului de abur;
În figura 4.3.b) este prezentat un generator de abu r triunghiular asimetric ecranat cu un
singur circuit de gaze. Generatorul are dou ă colectoare inferioare cu diametre diferite și în
locul snopului de tuburi fierb ătoare este amplasat un ecran format din dou ă rânduri de tuburi
al ăturate.
Rolul ecranului este acela de a preveni trecerea ga zelor printre tuburile sale și de a le
for ța s ă treac ă peste tuburile fierb ătoare, în drumul lor spre co ș.
Generatorul prezentat în figura 4.3.c) este cunoscu t sub denumirea de generator de
abur triunghiular asimetric ecranat, cu un singur c ircuit de gaze și cu supraînc ălzitorul dispus
între grupurile de tuburi fierb ătoare. Generatorul este prev ăzut cu trei colectoare inferioare de
diametre diferite și cu un ecran format din dou ă rânduri de tuburi al ăturate.
Un alt tip de generatoar acvatubular întâlnit frecv ent la bordul navelor, este cel
cilindric. Acest tip de generator a c ăpătat o tot mai larg ă utilizare înlocuindu-le cu succes pe
70
cele triunghiulare. În figura 4.2.a) se prezint ă un generator cilindric simetric, normal, cu dou ă
circuite de gaze. Vatra focarului este a șezat ă direct peste colectorul inferior. În figura 4.2 b) .
este prezentat un generator cilindric asimetric. Ac esta este ecranat și are un singur circuit de
scurgere a gazelor arse. În afara schemelor de gene ratoare prezentate, atât triunghiulare cât și
cilindrice, în practic ă se întâlnesc și alte tipuri rezultate în urma diverselor combina ții
constructive.
Figura 4.4.Generator naval de abur cu circula ție for țat ă
În figura 4.4. este prezentat un generator naval de abur acvatubular cu circula ție
for țat ă cunoscut și sub denumirea de „c ăldarea La Mont".
La acest tip de generator, viteza de trecere a apei prin țevi este mult mai mare decât la
cele cu circula ție normal ă. Pentru realizarea acestui lucru se utilizeaz ă o pomp ă de circula ție.
Nota țiile utilizate în figura 4.4. sunt:
– FGA – focarul generatorului de abur
– T1SF – treapta întâi de înc ălzire a sistemului fierb ător;
– T2SF – treapta a doua de înc ălzire a sistemului fierb ător;
– SI – supraînc ălzitor;
– T3SF – treapta a treia de înc ălzire a sistemului fierb ător;
– PIA – preînc ălzitorul de ap ă;
– PA – pomp ă de alimentare;
– PC – pomp ă de circula ție;
71
– CV – colector vertical;
– VR – valvul ă de re ținere;
– C – elemente colectoare;
– D – elemente distribuitoare;
– CIA – conduct ă de ie șire a aburului;
În figura 4.5. este prezentat ă schema unui generator de abur acvatubular, cu țevi cu
înclina ție mare și circula ție natural ă a aerului. Acest generator are dou ă colectoare inferioare
(CI) și un colector superior (CS). Arz ătoarele de combustibil sunt a șezate perpendicular pe
cele trei colectoare (astfel c ă acestea nu apar în figur ă).
Sistemul fierb ător al generatorului de abur este format din cele d ou ă fascicule de țevi
(FTU și FTC) între care este dispus un supraînc ălzitor (SI). Fasciculul de țevi coborâtoare
cuprinde un grup de țevi înc ălzite prin convec ție, ce alimenteaz ă cu ap ă, prin intermediul
colectoarelor de ap ă țevile de urcare vaporizatoare ale FTU și țevile vaporizatoare prin
radia ție (TVR). Printr-un alt circuit FTC și FTU primesc ap ă și de la țevile coborâtoare
neînc ălzite. Generatorul este prev ăzut de asemenea cu preînc ălzitoare atât pentru apa de
alimentare cât și pentru aerul de alimentare al generatorului.
Nota țiile utilizate în figura 4.5. sunt:
– PIAA – preînc ălzitorul de ap ă;
– FTU – fascicul de țevi de urcare;
– FTC – fascicul de țevi de coborâre;
– TVR – țevi de vaporizare prin radia ție;
– TCN – țeav ă coborâtoare neînc ălzit ă;
– VGA – vatra generatorului de abur.
– FGA – focarul generatorului de abur;
– PIA – preînc ălzitorul de aer;
– CI – colector inferior;
– CS – colector superior;
– SI – supraînc ălzitor;
72
Figura 4.5. Generator naval de abur acvatubular cu trei colectoare
(cu înclinare mare a țevilor)
Figura 4.6. – Generator naval de abur acvatubular c u un colector principal și dou ă camere
sec ționale (cu înclinare mic ă a țevilor)
73
În figura 4.6. se prwzint ă schema unui generator de abur cu țevi cu înclina ție mic ă și
circula ție natural ă a aerului. Acest generator are un colector (C) și dou ă camere sec ționale de
colectare respectiv distribu ție (CSC și CSD). Arz ătoarele de combustibil sunt amplasate
perpendicular pe colector și pe camerele sec ționale (astfel c ă acestea nu apar în figur ă)
Sistemul fierb ător al generatorului de abur este format din cele d ou ă fascicule de țevi
(FTIS și FTDS) între care este dispus un supraînc ălzitor (SI) și cele dou ă camere de
colectare/distribu ție.
Camera distribuitoare se alimenteaz ă cu ap ă din colector (C) prin intermediul țevii
coborâtoare neînc ălzite (TCN). Din camera distribuitoare (CSD) apa tr ece prin țevile de
vaporizare ale celor dou ă sisteme de fascicule (FTIS și FTDS) către camera de colectare
(CSC), unde ajung sub form ă de amestec ap ă-vapori. Prin țevile de întoarcere (FTI)
amestecul este dirijat spre colector unde aburul se separat de lichid și se adun ă în partea
superioar ă a colectorului. Între cele dou ă fascicule de țevi este plasat supraînc ălzitorul (SI), a
cărui țevi sunt perpendiculare pe țevile FTIS și FTDS.
Nota țiile utilizate în figura 4.6. sunt:
– FTIS – fascicul de țevi aflat înainte de supraînc ălzitor;
– FTDS – fascicul de țevi aflat dup ă supraînc ălzitor;
– PIA – preînc ălzitorul de aer;
– VGA – vatra generatorului de abur;
– FGA – focarul generatorului de abur;
– CSD – camer ă colectoare distribuitoare;
– CSC – camer ă sec țional ă colectoare;
– C – colector;
– SI – supraînc ălzitor;
– TCN – țeav ă coborâtoare neînc ălzit ă;
– FTI – fascicolul de țevi de întoarcere.
74
Figura 4.7. Boiler
Figura 4.8. Fluxul de caldura in boiler (W/m2 ).
75
Figura 4.9. Structura hidrodinamica a apei din boiler
Figura 4.10. Variatia temperaturii în:
a) in peretii boilerului b) in volumul de apa
76
CAPITOLUL 5. ALEGEREA ȘI EXPLOATAREA ÎN CONDI ȚII DE
SIGURAN ȚĂ A CALDARINEI
5.1. DESCRIERE GENERAL Ă
Centrala de generare a aburului este compus ă dintr-o caldarin ă alimentat ă cu motorin ă
și o caldarin ă alimentat ă de gazele arse. Pe mare cererea de abur a instala ției este acoperit ă
prin alimentarea cu ap ă a caldarinei pe baza de gaze și utilizare a căldurii reziduale de la
gazele eșapate de motorul principal. Gazul produs de acest s istem este în mod normal
suficient pentru a permite oprirea caldarinei pe mo torin ă. În sta ționare cererea de abur a
instala ției este acoperit ă de caldarin ă alimentat ă cu motorin ă..
Caldarina cu arz ător:
Produc ător: Aalborg Industries;
Model: AQ10/12;
Num ăr: 14534;
Tip: Cilindrica pe vertical ă cu tanc de ap ă tubular
orizontal;
Combustibil: la rece porne ște cu MDO(motorin ă), iar la cald
cu HFO (păcura);
Densitatea combustibilului: HFO pana la 500cSt la 50 de grade;
Setarea valvei de siguran ța: 9.0 kg/h;
Consum: 337 kg la 100% evaporare.
5.1.1 Construc ție general ă
Caldarina este din o țel turnat și are forma unui cilindru vertical, cu un tanc cili ndric
tubular orizontal montat pe partea superioara. Tanc ul tubular este a șezat pe tamburul mixt
pentru apa/abur care la rândul sau este cilindric ți are la capete dou ă capace plate. Datorit ă
presiunii interne cele dou ă capace sunt conectate între ele de dou ă bare vertical foarte solide.
Aburul este generat de gazele fierbin ți ce curg vertical prin tancul tubular care con ține ap ă din
caldarin ă..
Pentru a oferi un acces simplificat și o inspectare u șoara a apei și a gazelor, caldarina
este prev ăzut ă cu camer ă de acces, găuri de vizita și ferestre de observare.
77
Tamburul combinat de apa/abur con ține o țeava de alimentare cu ap ă, purja a țevii și o
țeava pentru ridicarea mostrelor de apa.
Izolarea termica este f ăcut ă pe suprafa ța extern ă a caldarinei, iar la partea extrema
exterioara este acoperit ă cu otel galvanizat turnat.
Caldarina func ționeaz ă pe baza de motorin ă și este pornit ă de c ătre un arz ător
orizontal rotativ montat în sec țiunea inferioara
5.1.2. Proceduri de operare
Urm ătorii pa și trebuiesc efectua ți premerg ător aprinderii caldarinei:
– Se va asigura ca toate materialele sunt luate de pe suprafe țele înc ălzite și ca
izolarea este în condi ții bune;
– Toate materialele str ăine trebuiesc scoase din componentele aflate sub
presiune;
– Baza camerei de ardere și camera de ardere laterala trebuiesc cur ătate de
combustibil și depuneri;
– Toate camerele de vizita și ferestrele de observare trebuiesc bine asigurate ;
– Se vor deschide toate valvele de la baza tuturor pi eselor și ca toate comenzile
sunt conectate la caldarin ă;
– Se vor verific ă valvele de siguran ța și daca dopurile au fost scoase și toate
manevrele de desc ărcare sunt în condi ție buna;
– Se vor verific ă și închide toate valvele de purjare și drenaj;
– Se va deschide valve de ventila ție a tamburului de combinare a apei/aburului;
– Se vor deschide toate valvele de presiune și se va asigura faptul ca toate
valvele de la manometre sunt deschise;
– Se va asigura ca tot personalul a p ărăsitit zona;
– Se va completa caldarin ă cu ap ă pana la nivelul 25 adic ă la 50 mm pe sticla de
nivel. Permite ți apari ția hulei în sticla de nivel dup ă aprindere;
– Se va verific ă func ționarea prin ferestrele de observare și se vor compara cu
indica țiile de pe aparatele de m ăsura aflate la distant.
NOTA: Aparatele de m ăsura aflate la distan ță ar putea sa nu fie precise pân ă în
momentul în care este generat aburul și caldarin ă se afl ă sub presiune .
78
Mărirea presiunii f ără a folosi aburul de la caldarin ă pe gaze:
– Se preg ăte ște sistemul de alimentare cu combustibil pentru arz ătorul auxiliar și
cel principal;
– Se purjeaz ă focarul folosind for țarea exhaustorului pentru un minut cu vanele
deschise la maxim;
– Se aprinde arz ătorul auxiliar și se verific ă daca arderea este normal ă.
– Se aprinde arz ătorul principal alimentat cu motorin ă:
– Se asigura o combustie constanta folosind fereastra de observare a camerei de
ardere și indicatorul de fum;
– Se reduce presiunea aerului din cutia laterala la n ivelul între 10 și 20 mm pe
sticla de nivel și se va închide valva de recirculare;
– Când se ridica presiunea se va men ține arz ătorul pornit pentru 5 minute și oprit
pentru 15 minute, ciclu ce se va repeta pe durata u nei ore. Se va opri și porni în
mod repetat arz ătorul pentru ridica presiunea conform indica țiilor
produc ătorului;
– Când presiunea din caldarin ă a ajuns la 1.5 kg/cm 2 și tot aerul a fost scos din
ventil se închide valva de ventilare a spa țiului;
– Se drenează și se înc ălze ște toata tubulatura aburului care duce spre
echipamentul auxiliar pana se trece punerea caldari nei în sarcina;
– Se alimenteaz ă cu abur tancurile de serviciu cu p ăcura. Când tancul de serviciu
cu păcura ales are o temperatura destul de ridicata pent ru a permite pomparea
păcurii, se va alimenta cu abur c ătre înc ălzitorul de combustibil și se preg ăte ște
trecerea de la alimentare cu motorin ă pe alimentarea cu p ăcura. Se trece de la
arderea cu păcura când condi țiile de func ționare permit acest lucru;
– Când caldarin ă atinge presiunea de lucru se va comuta pe func ționarea
automata.
Mărirea presiunii folosind aburul de la caldarin ă pe gaze:
– Se pornește exhaustorul de epurare for țata, se deschid valvele de admisie și se
purjeaz ă focarul;
– Se porne ște pompa de alimentare cu p ăcura și se circula prin tubulatura
arz ătorului și a înc ălzitorului.
– Se deschide valva de recirculare și se desc ărca combustibilul greu din linia de
combustibil;
79
NOTA: în condi ții normale pe mare, tancurile de servici cu p ăcura ale caldarinei vor
fi înc ărcate cu păcura înc ălzit ă.
– Se reduce presiunea aerului din caseta laterala pan a la un nivel de 10-20 mm
indicat pe sticla de nivel;
– Se închide valva de recirculare;
– Se aprinde arz ătorul principal și se fixeaz ă alimentarea cu aer pentru a stabiliza
combustia prin intermediul ferestrei de observare a camerei de ardere și a
indicatorului de fum;
Când se ridica presiunea se men ține arz ătorul pornit pentru 5 minute și
oprit pentru 15 minute, ciclu ce se va repeta pe du rata unei ore.
– Se va opri și porni în mod repetat arz ătorul pentru ridica presiunea conform
indica țiilor produc ătorului. Când presiunea din caldarin ă a ajuns la 7 kg/cm 2
dup ă 1.5 ore se considera ca a fost manevrata corect.
– Când presiunea din caldarin ă a ajuns la 1.5 kg/cm 2 și tot aerul a fost scos din
ventil se închide valva de ventilare a spa țiului;
– Se vor drena și înc ălzi toata tubulatura aburului care duce spre echipa mentul
auxiliar pana se trece punerea caldarinei în sarcin a;
NOTA: Cu aburul disponibil de la caldarin ă cu gaze, se pot înc ălzi și alimenta
sistemele de înc ălzire a combustibilului a caldarinei cu motorin ă. Aceasta procedura poate fi
folosita pentru înc ălzirea ini țiala a caldarinei permi țând pornirea acesteia când s-a atins o
temperatur ă corespunz ătoare.
Oprirea caldarinei:
– Daca este posibila aceasta opera țiune, se va ac ționa purgatorul de cenu șa
înainte de a trece la opera țiunile de oprire. Unele restric ții privind protec ția
mediului se pot aplica chiar și în cazul în care nava este în mers și genereaz ă
abur în caldarin ă pe gaze eșapate;
– Se opre ște arz ătorul;
– Va continua func ționarea exhaustorului for țat pentru o scurta perioada de timp
dup ă oprire, men ținând o presiune de nivel de 150mm indicat pe sticl a de nivel
de la valva de admisie a arz ătorului.
– Se purjeaz ă focarul de gazele de combustie;
– Se men ține constant nivelul de ap ă vizibil la 150 mm pe sticla de nivel;
80
– Se deschide valva de ventila ție a tamburului înainte ca presiunea din caldarin ă
sa ajung ă la presiunea atmosferica;
– Se trece pe alimentare cu motorin ă doar în cazul în care alimentarea cu abur nu
mai este disponibila. Daca mai exista gaz din econo mizor sistemul de
alimentare cu p ăcura va trebui p ăstrat în uz;
– Daca nu mai exista abur disponibil se va opri siste mul de combustibil dup ă ce
sistemul a fost incarcate complet cu motorin ă.
Dup ă ce caldarin ă a fost oprita pentru 4 ore poate fi folosit exhaus torul for țat pentru a
for ța răcirea, însa se va evita deformarea izolatiei și se va permite r ăcirea pe cale naturala a
caldarinei daca este posibil.
Daca boilerul este închis doar temporar pentru ca n ava este pe mare sistemul de
încălzire poate fi alimentat cu abur pentru a men ține înc ălzirea caldarinei în vederea pornirii
instante în urm ătorul port.
Nu se răce ște caldarina prin purjare apoi prin completare cu a p ă rece!
Oprirea de urgenta a caldarinei
Daca caldarin ă iși întrerupe func ționarea (când arz ătorul este un uz) din cauza
nivelului sc ăzut de apa, combinata cu blocarea secven țiala a sistemului de alimentare cu
combustibil, se închide valva de blocare a aburului , valva de alimentare și exhaustorul for țat
dup ă purjarea focarului.
NOTA: Nu se va încerca niciodat ă completarea nivelului de ap ă din caldarin ă daca
aceasta nu s-a r ăcit suficient.
Deficiente în declan șarea fl ăcării
În acest caz se închide valva de alimentare cu com bustibil și reduce presiunea aerului
pentru a preveni r ăcirea brusca a focarului.
Se purjează focarul înainte de aprinderea arz ătorului. Se folose ște mereu arz ătorul
auxiliar pentru aprindere.
NOTA: Nu se va încerca niciodat ă reaprinderea arz ătorului de pe suprafa ța izolanta
fierbinte a focarului.
Scoatere caldarinei de la bordul navei pentru mente nanta
Când acest lucru este necesar, este preferata metod a ridicare prin cablare umeda,
deoarece nu necesita prea multe preg ătiri iar caldarin ă poate fi demontata repede pentru a fi
trimis ă la service.
81
Figura 5.1. Caldarina cu arz ător schem ă general
Legenda:
Steam out – orificiu de evacuare a aburului;
Manhole – orificiu de acces;
Stay bar – coloana de fixare;
Safety valve – valva de siguran ța;
Emergency feed inlet – orificiu de alimentare de u rgenta;
Main feed inled – orificiu alimentarii principale;
Water – admisie apa;
Sootblower lance – purjare calamina;
Water level gauce – orificiu de verificare a nivel ului;
Combustion gas – camera de combustie a gazului.
82
Când caldarin ă se afla în procesul de r ăcire urmat de oprire, apa din caldarin ă, tratata
în prealabil cu cantitati corespunz ătoare de substan țe chimice destinate boilerului trebuie
folosita pentru a completa nivelul. Pentru a asigur a o protective adecvata a caldarinei se vor
urma instruc țiunile trasate de furnizorul de substan țe chimice.
Când presiunea ajunge la valoarea presiunii atmosfe rice se deschide valva de ventilare
a spa țiului în care este produs aburul.
Când presiunea scade în boiler, se administreaz ă ap ă distilata tratata chimic pana când
iese prin valva de ventila ție, apoi închidem valva de ventila ție.
Se aplica o presiune hidrostatica de 2.5 pana la 4. 0 kg/cm 2. Se men ține aceasta
presiune pana când caldarin ă s-a răcit la temperatura ambientala. Se dreneaz ă boilerul
folosindu-se valva de ventila ție și se asigura ca tot aerul a fost scos din caldarin ă. Se men ține
presiunea hidrostatica de 1.5 – 3.0 Kg/cm 2 pe caldarin ă.
Se ia o proba de ap ă și se completeaz ă cu nivelul de substan țe chimice disipate.
Înainte de a duce caldarin ă în service se dreneaz ă pana la nivelul de lucru și se reduce
nivelul de chimicale și concentra ția la nivelul normal prin purjare.
Men ținerea caldarinei în condi ții termice normale
Pe mare caldarin ă pe baza de motorin ă trebuie men ținuta calda cu ajutorul aburul prin
intermediul semeringului de serpentine. Presiunea d in caldarin ă trebuie men ținuta la o
presiune de 0.5 kg/cm 2 indicata pe manometru sau chiar mai mult. Când serp entina de
înc ălzire nu este folosita valvele de admisie se închid iar cele de drenaj sunt l ăsate deschise.
5. 2. SISTEME DE COMAND Ă ALE CALDARINEI
5.2.1. Arz ătorul caldarinei:
Produc ător: Aalborg Industries;
Tip: Roatry cup;
Model: KB 350 W;
Arz ătorul este de tip taler rotativ și nu necesita atomizarea aburului și nici alimentare
cu aer. Comanda de reglare a aerului este necesara pentru ac ționarea valvei și purjarea dar
necesita curent electrica pentru a ac ționa talerul rotativ. Aerul de combustie este asigu rat prin
intermediul unui exhaustor for țat ac ționat electric. Exhaustorul for țat este amplasat deasupra
cutiei laterale și furnizeaz ă aer pentru exhaustorul primar care este o parte in tegrata a
arz ătorului. Reglarea debitului de aer se face prin int ermediul registrelor de ventila ție..
Cantitatea primara de aer reprezint ă aproximativ 10% din cantitatea totala, iar restul aerului
83
rămas devine secundar și ter țiar în exhaustorul for țat. Aerul secundar de combustie este
furnizat către caseta laterala și este redirec ționat în flac ăra prin intermediul exhaustoarelor.
Pentru o combustie eficienta de-a lungul întregii r aze de rotire a arz ătorului este
esen țiala comanda corecta a aerului secundar. Comanda cu rentului de aer se realizeaz ă de
către un clapet secundar conectat la conectat la regu latorul de amestec prin intermediul unei
legături cu ax. Regulatorul amestecului de combustibil este elementul final de comand ă care
măsoar ă cantitatea de combustibil și de aer de la arz ător.
Debitul de curgere al combustibilului în mod linia r este realizat de c ătre o valva
rotativa a regulatorului de amestec. O cama este fo losita pentru a regla bra țul clapetului de aer
pentru a compensa opera țiunile nonliniare al celui de-al doilea clapet.
Aprinderea arz ătorului se face prin intermediul unui declan șator de flac ăra introdus în
cutia laterala și registrele de aer. Lancea și nara declan șatorului de flac ăra sunt purjate
automat când se încheie perioada de aprindere.
5.2.2. Controlul nivelului de ap ă
Alimentarea cu ap ă a caldarinei este realizata de un sistem cu un sin gur element. Acest
sistem este proiectat sa dentina nivelul de ap ă din caldarin ă și sa asigure un sistem de
alarmare dar și o închidere de urgenta daca nivelul de ap ă nu se men ține în parametri. Pe
caldarin ă este montat un transmitator care are rolul de a tr ansmite un semnal la controale, care
în schimb regleaz ă nivelul de deschidere a valvei de control.
Pentru ai facilita func ționarea automata, valva de control al alimentarii c u ap ă con ține
un regulator de pozi ție electro pneumatic al valvei. Pompele de alimenta re func ționeaz ă
continuu și valva de control regleaz ă cantitatea de ap ă transmisa către caldarin ă, în func ție de
nivelul curent de ap ă din caldarin ă. Un set de valve de alimentare este disponibil în cazul în
care se blocheaz ă regulatorul sistemului de alimentare cu apa.
Sistemul de siguran ța consta în dou ă moduri independente de închidere a alimentarii
cu combustibil al arz ătorului daca nivelul de ap ă din caldarin ă scade sub nivelul
corespunz ător. Un comutator plutitor în caz de nivel sc ăzut închide alimentarea cu
combustibil.
Comutatoarele de nivel localizate pe tabloul de com and ă al caldarinei sunt conectate la
manometrul diferen țial care da comand ă regulatorului sistemului de alimentare cu apa.
Acestea asigura:
– O alarm ă de nivel de ap ă crescut;
– O alarm ă de nivel de ap ă sc ăzut;
84
– Închiderea sistemului de alimentare cu combustibil în cazul nivelului sc ăzut de
apa;
– Oprirea pompei de ap ă la un nivel de ap ă sc ăzut.
5.2.3. Tabloul de comand ă al caldarinei
Asigur ă comenzi, control și interblocare între dispozitive pentru func ționarea
ambelor caldarine. Acest tablou de comand ă poate efectua opera țiuni automate cat și manuale
ale instala ției cu caldarin ă și declan șeaz ă alarme în momentul în care ceva func ționeaz ă
anormal.
Sunt dou ă tablouri de comand ă disponibile pentru caldarin ă pe motorin ă, unul pentru
caldarin ă pe gaze și o sec ție comuna pentru sistemul de alimentare cu apa. Ace ste sec ții sunt
interconectate.
85
86
Figura 5.2. Tabloul panoului de control al caldarin ei
Regulatorul debitului de ap ă func ționeaz ă mereu atâta timp cât func ționeaz ă și
caldarin ă ți are rolul de a comanda automat închiderea și deschiderea valvei de alimentare cu
ap ă în func ție de nivelul de ap ă din caldarin ă.
Sistemul de comand ă al caldarinei opre ște caldarin ă în mod de urgenta, oprind instant
alimentarea cu motorin ă a caldarinei, în cazul în care apare o anormalitat e în func ționarea
acesteia.
87
5.2.4. Panoul de comand ă al caldarinei principale
Acest panou con ține sistemul de alimentare cu energie al caldarinei , controlerele
pentru arz ător și procese automate și câteva unitatea cu relee.
Sistemul de ține alarme și sisteme de blocare care asigura func ționarea sigura a
caldarinei. Alarmele aten ționeaz ă asupra oric ărei defec țiuni declan șata în timpul functionarii.
Panoul de comand ă și de alarme de ține butoane de testare a becurilor indicatoare; ac țiune ce
trebuie efectuata zilnic pentru a descoperi și înlocui orice lampa defecta.
Unitatea de comand ă secven țiala a caldarinei are scopul de a controla și supraveghea
sistemul de combustibil al arz ătorului în modul de func ționare automat. Un ax cu came
ac ționat de un motor ac ționeaz ă asupra unor comutatoare electrice care comand ă
servomotorul arz ătorului, motorul arz ătorului, aprinderea și valvele solenoidale. Unitatea de
comand ă este conectata la o celula fotovoltaica și în func ționare normala comand ă circuitul de
supraveghere al fl ăcării.
NOTA: Unitatea de comand ă secven țiala al arz ătorului nu are nicio func ție când
arz ătorul func ționeaz ă în mod manual.
Pe timpul pornirii unitatea de comand ă ac ționeaz ă arz ătorul de combustibil intr-o
secven ța preselectata înainte de start. În cazul unei def ec țiuni pe timpul opera țiunilor de
pornire în condi ții normale furnizarea combustibilului este întrerup ta instant, iar unitatea de
comand ă secven țiala opre ște arz ătorul de combustibil.
Caracteristici:
Unitatea de comand ă are urm ătoarele dot ări adi ționale pentru siguran ța:
– Unitatea permite func ționarea arz ătorului cu sau f ără prepurjare;
– Func ționarea corecta a circuitului de supraveghere este verificata automat în
timpul fiec ărei secven țe de pornire a arz ătorului;
– Contactele de control pentru admisia motorinei sunt verificate pentru
omogenizare imediat dup ă prepurjare;
– Detectorul de flac ăra și lampa exterioara de testare este repornit ă automat dup ă
aprindere. Acest lucru înseamn ă ca valvele de combustibil ac ționate deschise
sau închise par țial ini țiaz ă un sistem de blocare imediat dup ă aprindere. Testul
se încheie doar dup ă perioada de prepurjare a urm ătorii porniri a arz ătorului;
– O siguran ța interioara protejeaz ă contactele de comand ă impotria suprasarcinii;
– Comenzi separate pentru pozi țiile DESCHIS, INCHIS sau MINIM al
clapetului;
88
– Comanda de supraveghere al clapetului de aer pentru a garanta prepurjare cu
cantitatea corecta de aer. Se verific ă pozi ția INCHIS sau MINIM la pornire,
DESCHIS la începutul procesului și MINIM la încheierea perioade post
prepurjare. Daca organul de ac ționare nu ac ționeaz ă asupra clapetului în
pozi ția necesara, secven ța de pornire a arz ătorului este întrerupta imediat;
– Comanda de ie șire separate pentru o valva de aprindere care este închisa dup ă
ce a trecut al doilea timp de siguran ța;
– Când controlul incarcarii este activat, comenzile d e ie șire ale organului de
ac ționare al clapetului sunt separate galvanic de la u nitatea de comanda;
– Testarea func ționala a presiunii aerului, monitorizarea la pornir e și
supravegherea presiunii aerului de la începutul pre purjarii pana la oprirea
controlata;
– Doua comenzi de ie șire pentru eliberarea comenzii incarcarii arz ătorului în cea
de-a dou ă etapa;
– Facilitate de conexiune pentru dispozitivul de aver tizate și blocare de la
distan ță , restartare de la distant și închidere de urgenta de la distan ță ;
Modul de func ționare
Programul de comand ă transmite semnalele de intrare necesare la sec ția de comand ă
din unitatea de comand ă și din circuitul de supraveghere al fl ăcarii. Daca semnalele de intrare
necesare nu sunt prezente unitatea de comand ă întrerupe secven ța de pornire și ini țiaz ă
blocarea impusa de reglement ările de siguran ța al sistemului.
5.2.5. Proceduri de func ționare:
– Comanda de START este data de comutatorul de presiu ne al instala ției;
– Secven ța de pornire;
– Arz ătorul func ționeaz ă acum, în conformitate cu comenzile de control de p e
controlerul de comanda;
– Oprirea controlata prin intermediul comutatorului d e presiune;
– Mecanismul secven țial se comuta în pozi ția de start pentru postpurjare.
NOTA: În timpul în care arz ătorul este oprit circuitul de supraveghere al fl ăcării este
sub tensiune pentru a permite detectarea fl ăcării și func ționarea test ării lămpii din exterior.
Cerin țe premerg ătoare pornirii arz ătorului
– Arz ătorul nu este interblocat în pozi ția deblocata;
89
– Calpetul este închis;
– Contactul pentru monitorizarea presiunii aerului în chis în mod normal trebuie
sa ramana închis;
– Contactul pentru monitorizarea presiunii gazului în chis în mod normal trebuie
sa ramana deasemeni închis.
– Contactele de comand ă a valvelor de combustibil sunt închise și puse în pozi ția
închis;
Secven țe de pornire
Comanda de start de la comutatorul de presiune:
– Comutatorul de presiune se închide și mecanismul secven țial începe sa
func ționeze. În acela și timp exhaustorul motorului începe prepurjare;
– Dup ă un timp stabilit exhaustorul motorului este activa t în prepurjare și în
postpurjare;
– Dup ă trecerea unui timp mai îndelungat se da comand ă de deschidere a
clapetului. În timpul func ționarii dispozitivului de ac ționare mecanismul
secven țial este oprit. Doar dup ă deschiderea completa clapetului reîncepe
func ționarea mecanismului secven țial;
– Durata de prepurjare tine atata timp cat clapetul este complet deschis. În
timpul prepurjarii se testeaz ă func ționarea circuitului de supraveghere a
func ționarii fl ăcării. Unitatea de comand ă se comuta pe pozi ția de blocare în
cazul detectării unei anormalit ăți;
– Dup ă terminarea prepurjarii unitatea de comand ă ac ționeaz ă clapetul în pozi ția
de flac ăra sc ăzuta. Pe timpul func ționarii clapetului mecanismul secven țial va
fi oprit din nou;
– Timpul preg ătitor declan șă ri fl ăcării. Procesul de aprindere porne ște prin
admisia aerului și a combustibilului în cantitati optime și cu func ționarea
arz ătorului secundar;
– Perioada de siguran ța. Aceasta perioada de întârziere pentru aprindere a
arz ătorului principal permite celulei fotovoltaice dete ctarea fl ăcării înainte de
sfâr șitul perioadei de siguran ța. Flacara trebuie sa fie prezenta permanent altfel
unitatea de comand ă ini țiaz ă blocarea.
– A dou ă perioada de siguran ța. La terminarea acestei perioade arz ătorul
principal trebuie sa fi fost deja aprins de c ătre arz ătorul auxiliar;
90
– Sfâr șitul perioadei programului de pornire. Dup ă ce durata stabilita a trecut,
controlerul sarcinii este eliberat. Acest lucru înc heie secven ța de start a unita ții
de comanda. Mecanismul secven țial este comutat automat pe pozi ția închis,
sau dup ă un timp de repaus.
5.2.6. Func ționarea arz ătorului
În timpul func ționarii arz ătorului în func ție de nevoia de c ăldura necesara, controlerul
sarcinii ac ționeaz ă clapetul în sarcina nominala sau în pozi ția de flac ăra sc ăzuta. Eliberarea
sarcinii nominale este efectuata de comutatorul aux iliar în dispozitivul de ac ționare al
clapetului.
Oprirea controlat ă
– Valvele de combustibil sunt închise imediat. În ac ela și timp mecanismul
secven țial este pornit din nou.
– Durata de postpurjare. În aceasta perioada clapetu l trece în pozi ția MINIM.
– Închiderea totala a clapetului se face dup ă ce a trecut perioada de postpurjare.
Aceasta este ini țiata de către un semnal de comand ă care rămâne sub tensiune
pentru perioadele urm ătoare de dup ă închiderea arderii;
– Perioada de dup ă stingerea fl ăcării. În aceasta perioada circuitul de
supraveghere al fl ăcării inca mai poate detecta flac ăra fără ini țierea bloc ării
arderii.
– Sfâr șitul programului de comanda
– La terminarea duratei de postpurjare testarea exter n ă a becului indicator începe
din nou, odat ă ce mecanismul secven țial a resetat contactele de comand ă în
pozi ția de start;
– În timpul stingerii fl ăcării un semnal eronat de detectare a fl ăcării de doar
câteva secunde ini țiaz ă blocarea. Impulsuri scurte din lampa cu ultraviol ete
sau radia țiile nu pot ini ția blocarea arz ătorului.
În mod normal caldarin ă func ționeaz ă pe baza de păcura, motorin ă fiind folosita doar
pentru aprindere. Este posibila arderea motorinei r eziduale pentru caldarin ă iar pe panoul de
comand ă al caldarinei exista op țiunea de a trece pe acest tip de alimentare.
Func ționarea automat ă
Proceduri pentru func ționarea caldarinei pe mod automat:
91
Descrierea de mai jos presupune faptul ca sistemul este preg ătit pentru funcationarea
cu păcura înc ălzit ă.
– Se verific ă sistemul de combustibil și arz ătorul de scurgeri și se asigura faptul
ca caldarin ă este gata de func ționare;
– Se porne ște principala sursa de energie a panoului de contro l și se verific ă daca
valvele de motorin ă sunt deschise complet;
– Se verific ă toate becurile indicatoare ap ăsând pe butonul LAMP TEST;
– Se selecteaz ă o pompa de combustibil ca pompa de serviciu iar ce alaltă ca
pompa de rezerva. Când se folose ște combustibil rezidual se va porni și pompa
de m ăcinare pentru a asigura o temperatura constanta în tancul de combustibil
rezidual. Alimentarea cu combustibil rezidual se va face în mod gravita țional
către modulul de înc ălzire și pompa arz ătorului.
– Se verific ă nivelul de ap ă din caldarin ă ca acesta sa fie corespunz ător cu o
pompa de ap ă selectata ca pompa operativa iar cealalt ă ca pompa de rezerva;
– Se porne ște alimentarea cu energie electrica și sistemul de înc ălzire al
arz ătorului;
– Se trece pe modul de modulare al arz ătorului comutatorul fiind trecut pe
pozi ția AUTO;
– Se face selectarea modului de func ționare automata trecându-se comutatorul
modului de func ționare al arz ătorului pe pozi ția AUTO;
– Se porne ște arz ătorul, acesta pornind și oprindu-se automat Secven ța de start și
supravegherea fl ăcării (prin intermediul scanerului automat al fl ăcării) sunt
controlate de comanda secven țiala a arz ătorului.
Când secven ța de start a luat sfâr șit arz ătorul va fi modulat în func ție de set ările
comutatorului de modulare ala arz ătorului. Exista dou ă moduri de modulare al arz ătorului,
automat și manual.
Modularea manual ă – comutatorul este în pozi ția MANUAL iar arz ătorul este
comandat de butoanele CRESTERE/DESCRESTERE MANUALA A SARCNII
ARZATORULUI.
Modularea automat ă – comutatorul este în pozi ția AUTO iar sarcina arz ătorului este
controlata automat de c ătre controlerul sarcinii.
92
Figura 5.3. Arz ătorul c ăld ării
În caz de urgen ță sistemul de comand ă întrerupe alimentarea cu combustibil a
arz ătorului pentru protec ția boilerului. Pe tabloul de comand ă al caldarinei exista un buton
pentru oprire de urgenta în cazul în care utilizato rul este nevoit sa îl ac ționeze.
Panoul de comand ă al caldarinei furnizeaz ă indicatori vizuali care semnalizeaz ă st ările
de alarmare prin intermediul l ămpilor. Acestea se vor testa zilnic ac ționând butonul LAMP
TEST.
Exhaustorul de funingine este și el ac ționat de la tabloul de comand ă al caldarinei.
Func ționarea manual ă
Acest mod de operare permite pornirea caldarinei, î n cazul defec țiunilor posibile ce
pot ap ărea în secven ța automata sau în componentele de siguran ța și monitorizare.
Proceduri de comutare pe modul manual:
– Se comuta comanda arz ătorului pe pozi ția OFF;
– Se comuta modulatorul arz ătorului pe pozi ția MAN;
– În fa ța caldarinei se trece de pe pozi ția Scanare automata a fl ăcării pe pozi ția
Scanare manual ă a fl ăcării;
93
– Se comuta în modul de func ționare al arz ătorului pe pozi ția MAN.
Servomotorul arz ătorului este acum comutat în pozi ția minima. Când se atinge
acea pozi ție sunt pornite talerul rotativ al motorului și exhaustorul de gaze arse.
Cu exhaustorul pornit devin active butoanele de reg lare manuala a sarcinii
arz ătorului;
– Se ap ăsa pe butonul de cre ștere manuala pân ă când clapetul se deschide la
maxim;
– Se permite purjarea focarului pentru cel pu țin 1 minut;
– Purjarea corecta a focarului caldarinei este esen țial ă pentru a reduce riscul
exploziei.
– Dup ă purjare se ap ăsa pe butonul de sc ădere manuala pana când clapetul atinge
pozi ția minima;
– Se verific ă dac ă presiunea și temperatura combustibilului sunt în parametrii;
– Se ap ăsa pe butonul de aprindere pentru func ționare în mod manual și butonul
valvelor de combustibil de pe cutia de func ționare manuala ținându-se ap ăsat
în continuare. Aceasta cutie este localizata langa arz ător și nu pe tabloul de
comanda. Se verific ă vizual daca s-a ini țiat flac ăra în focar;
– Daca exista o flac ăra buna se men țin butoanele ap ăsate pentru 5 secunde;
– Se elibereaz ă butoanele, fiind necesara apari ția unei fl ăcări constante.
Arz ătorul rămâne func țional, în timp ce valva de combustibil și flacăra vor fi
supravegheate de scanerul manual al fl ăcării. În acest moment modulatorul
arz ătorului poate fi comutat în pozi ția auto sau manual;
– Daca nu s-a reu șit ini țierea fl ăcării dup ă eliberarea butoanelor secven ța de start
trebuie repetata de la punctul;
– Arz ătorul poate fi oprit prin comutarea în modul AUTO.
În modul de func ționare manual interbloc ările de siguranță sunt reduse la:
– Presiune ridicata a aburilor;
– Balansarea ar ătorului;
– Rateu la ini țierea fl ăcării;
– Nivel sc ăzut de ap ă;
– Combustie supraînc ărcat ă a clapetului și a motorului arz ătorului;
Este esen țiala supravegherea constanta a caldarinei de o pers oana competenta atunci
când func ționeaz ă în modul manual.
94
CONCLUZII
Prezenta lucrare de licen ță trateaz ă aspect privind energetica de înalt ă tensiune și
fiabilitatea acesteia la un pasager de 4800 locuri. Pentru o cât mai bun ă abordare a subiectului
am împ ărțit lucrarea în cinci capitole care se succed interd ependent.
Primul capitol prezint ă nava de referin ță , “Freedom of the Seas”, caracteristicile
dimensionale, instala țiile și dot ările specifice.
Capitolul doi face referire la instala ția de propulsie din prova navelor(Bowthruster).
Am dimensionat elicea cu un diametru de 2,5 m, am c alculat lungimea tunelului de 5 m
precum și distan ța minim ă de la tunel la chil ă de 1,25 m. Dup ă calculul puterii necesare
pentru rotirea navei, am stabilit ca sunt necesare patru propulsoare antrenate de motoare,
produse de Baldor, a câte 500 kW fiecare.
La începutul capitolului doi s-a realizat prezenta rea instala ției de propulsie electric ă
prezentând: generatoarele, tablourile de distribu ție, transformatorul, motoarele electrice pentru
propulsie, interfa ța cu sistemele navei, sistemul de control la distan ță , exeplificarea unor
sisteme electrice de putere și propulsie cu turbine cu abur.
În capitolul urm ător am calculat rezisten ța la înaintare a navei cu un program de calcul
modern Autopower din cadrul pachetului de programe Autoship. Acest calcul s-a realizat
pentru o mai bun ă acurate țe cu trei metode diferite: Andersen, Calisal și Holtrop. Folosind
metoda Holtrop, rezisten ța la înaintare pentru o viteza de 22 Nd va rezulta o rezisten ța la
înaintare de 2990,78 kN și o putere de propulsie de 33849,03 kW.
Dup ă calculul instala ției se va alege o turbin ă produs ă de firma Siemens de tip SST-
150 având pân ă la 20 MW putere. Principalele caracteristici ale t urbinei sunt:
– puterea efectiv ă de 20 MW;
– tura ția turbinei 13,300 rpm;
– presiunea aburului maxim ă de 103 bar la 505 șC;
– lungimea grupului de 12 m;
– lățimea de 4 m;
– în ălțimea maxim ă a grupului de 5 m.
Ca generator de avarie pentru nava la cheu sau prop ulsie de avarie se vor alege grupuri
de tip Wartsilla GENSET 38.
Sistemele de propulsie tip POD și AZIPOD combin ă avantajele diferitelor tipuri
sisteme de propulsie:
□ Elimin ă componentele clasice ale unei instala ții de propulsie: linii de arbori lungi,
95
reductor, elice cu pas reglabil, etc.
□ Reducerea spa țiului ocupat de instala ția de propulsie la bordul navei, reducerea
spa țiului ocupat de compartimentul de ma șini în favoarea spatiilor pentru marf ă sau pasageri,
□ Reducerea nivelului de zgomote și vibra ții
□ Siguran ță în exploatare
□ Consum redus de combustibil, cost redus al opera țiilor de între ținere
□ Construc ție simpl ă și solid ă, montaj simplu.
Sistemele de propulsie tip AZIPOD prezint ă în plus o serie de avantaje legate de
buna manevrabilitate a navei:
□ Asigur ă atât propulsia cât și guvernarea navei,
□ Asigur ă navei o capacitate manevrier ă deosebit ă în condi ții de mare rea precum și la
viteze mici ale navei, acolo unde sistemele clasice cu cârm ă au eficient ă sc ăzut ă,
□ Elimin ă componentele clasice ale unei instala ții de guvernare: cârm ă, ma șin ă de
cârm ă, bowthruster, etc.
Principalul dezavantaj al acestor sisteme de propul sie îl constituie pre țul ridicat. În
ceea ce privesc cerin țe de spa țiu și amenajare sistemele de propulsie AZIPOD sunt unit ăți de
propulsie compacte care prezint ă o serie de avantaje legate de spa țiul mic ocupat de sistem la
bordul navei.
Reducerea spa țiului ocupat de instala ția de propulsie la bordul navei prin mutarea
motoarelor electrice de puteri mari de pe nav ă într-un modul amplasat sub nav ă, simplificarea
formelor pupa ale navei, instalarea u șoar ă fac ca acest sistemele de propulsie tip AZIPOD s ă
fie utilizate în prezent cu succes la navele de pas ageri, tancuri, sp ărg ătoare de gheat ă, etc.
Absenta liniilor de arbori lungi, a cârmelor și a ma șinilor de cârm ă, duc la cre șterea
volumului util destinat m ărfii. Acest sistem de propulsie este potrivit pentr u o varietate larg ă
de forme pupa ale corpului navei, u șurând proiectarea extremit ății pupa a corpului navei și a
compartimentului de ma șini.
Avantajele prezentate, la care se adaug ă sporirea capacit ății manevriere a navei,
explic ă atrac ția acestor sisteme de propulsie navale în ciuda cos turilor ini țiale ridicate. Este de
așteptat ca prin cre șterea productivit ății muncii și prin sporirea experien ței în domeniu
proiect ăm, construc ției și montajului, în viitor, pre țul sistemelor de propulsie AZIPOD s ă
scad ă și mai mult ca sigur ele vor marca o etap ă important ă în istoria construc țiilor navale din
întreaga lume.
Generatorul de agent termic este un schimb ător de c ăldur ă care transform ă apa în abur
de presiunea și temperatura necesar ă sau înc ălze ște uleiul termic la temperatura de lucru, cu
ajutorul c ăldurii produse prin arderea combustibililor clasici sau nucleari. Capitolul patru face
96
o scurt ă analiz ă a generatoarelor utilizare în domeniul naval preze ntându-se: clasificarea și
prezentarea acestora.
Constructiv, generatoarele acvatubulare sunt împ ărțite în:
– generatoare de abur acvatubulare triunghiulare:
o simetrice (normale);
o ecranate;
– generatoare de abur acvatubulare cilindrice
o simetrice (normale);
o ecranate.
Capitolul cinci al lucr ării face un studiu al principalelor norme de exploa tare și
între ținere în condi ții de siguran ță a instala ției realizându-se: o descriere general ă a instala ției
cu construc ție general ă, proceduri de operare. Capitolul se finalizeaz ă cu sistemele de
comand ă ale caldarinei prin prezentarea arz ătorului, controlul nivelului de ap ă, tabloul de
comand ă al caldarinei, proceduri de func ționare, func ționarea arz ătorului.
97
BIBLIOGRAFIE
1. Maier V., Mecanica și construc ția navei , Editura Tehnic ă Bucure ști, vol. 2,1985;
2. Novac Iordan, L Chiotoroiu, “ Rezisten ța la înaintare ”, Editura EXPONTO 2003,
Constan ța.
3. Bidoae I., Sârbu N., Chiric ă I., Iona ș O. – Îndrumar de proiectare pentru teoria navei ,
Universitatea din Gala ți, 1986
4. Novac Iordan , Instala ții navale speciale , Editura EXPONTO, 2004, Constan ța.
5. Novac Iordan, I. Patrichi, Hidrodinamice și construc ția navelor din PAFS, Editura
Gaudeamus, 2001, Constan ța.
6. www.regielive.ro
7. www.scribd.com
8. Dan Constantin Obreja, Particularit ățile de proiectare ale navelor mici , Editura
Funda ției Universitare Dun ărea de Jos, Gala ți, 2004.
9. http://www.marinetraffic.com/ro/
10. http://www.certpronav.ro/doc/Albumul%20tipurilor%20 de%20nave.pdf – CERT PRO
NAV – “Albumul tipurilor de nave”;
11. Ioni ță C., Apostolache J, Instala ții navale de bord , Editura Tehnic ă, Bucure ști, 1986;
12. www.autohip.com
13. Maier, V., Mecanica și construc ția navei . Editura Tehnic ă Bucure ști, 1989, vol 3.
14. www.lr.org
15. Prescrip ții ICEPRONAV Gala ți.
16. www.kaeser.ro/Images/P-650-RO-tcm40-6758.pdf
17. www. almig .de/ro.html
18. www.wartsila.com
19. http://www.ecdis-info.com/
20. http://www.brm.ro/index.php?page=piata-la-disponibi l/ringuri-de-tranzactionare/produse-
petroliere/cotatii
21. http://control.aut.utcluj.ro/doc/lib/exe/fetch.php? media=mp:pert.pdf
22. Chi țac V., Teoria și construc ția navei , Editura Muntenia, Constan ța, 2003
23. Pricop M . Complemente de dinamica navei , Editura Academiei Navale, Constan ța, 2010.
98
24. Lungu A., Raport de Cercetare Grant: Produse software pentru optimizarea formelor
carenelor navale ;
25. Vl ădea I., Bazele teoretice ale termodinamicii , Vol. I și II, Buc. Ed. tehnic ă 1957.
26. Bliudov V.P., Instala țiile de condensare ale turbinelor cu abur . Buc. Ed. energetic ă 1954.
27. Moroianu D, Ștefan I.M ., Focul viu. Pagini din istoria inven țiilor și descoperirilor
române ști Buc. Ed. știin țific ă 1963.
28. Trifan A. – Instala ții energetice navale cu turbine cu abur. Emisii pol uante. Raport nr 2.
Academia Tehnic ă Militar ă, Bucure ști 2009;
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Specializarea Electromecanic ă Naval ă [619933] (ID: 619933)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.