Studiul Pompelor FRAMO cu Aplicabilitate pe un Tanc Chimic de [306539]

UNIVERSITATEA MARITIMĂ CONSTANȚA

FACULTATEA DE ELECTROMECANICĂ NAVALĂ

SPECIALIZAREA ELECTROMECANICĂ

PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator științific:

Prof. Dr.Ing. Mariana PANAITESCU

Absolvent: [anonimizat] 2017

UNIVERSITATEA MARITIMĂ CONSTANȚA

FACULTATEA ELECTROMECANICĂ NAVALĂ

SPECIALIZAREA ELECTROMECANICĂ

TEMA PROIECTULUI:

Studiul Pompelor FRAMO cu Aplicabilitate pe un Tanc Chimic de

25 000 tdw

Coordonator științific: Prof. Dr. Ing. Mariana PANAITESCU

Student: [anonimizat]

2017

Declarație

Prin prezenta declar că Proiectul de Diplomă/ Lucrarea de disertație cu titlul „Studiul Pompelor FRAMO cu Aplicabilitate pe un Tanc Chimic de 25 000 tdw” este scris de mine și nu a mai fost prezentată niciodată la o altă facultate sau instituție de învățământ superior din țară sau străinătate. [anonimizat], [anonimizat], cu respectarea regulilor de evitare a plagiatului.

Constanța,

___________________

(data)

Absolvent: [anonimizat]-Bogdan Mitea

___________________

(semnătura în original)

[anonimizat]. De-a lungul timpului oamenii au visat și realizat transportul peste mări și oceane.

[Istoricii bănuie că cele mai vechi nave au aparut în jurul anului 16.000 î.Hr., [anonimizat]. [anonimizat]. [anonimizat], pentru corpuri de navă enunț câteva dintre acestea : [anonimizat], papirus, [anonimizat].]

[anonimizat], [anonimizat].

Navele destinate pentru a [anonimizat] o [anonimizat], [anonimizat]. [Primele nave transportoare de produse chimice au apărut în anii 1900-1920, principala navă fiind „[anonimizat]” construită în SUA anului 1954.]2

[În convenția MARPOL 73/78 întâlnim reguli și măsuri foarte restrictive în privința prevenirii poluării mediului marin și a controlului riguros al cazurilor de poluare. Sub protecția convenției MARPOL a [anonimizat], IBC-Code ([anonimizat]).]

[În convenția MARPOL 73/78 [anonimizat], o [anonimizat], [anonimizat] a îndeplinii acest scop. În SOLAS 74 o navă tanc chimic se definește ca fiind , o navă construită sau adaptată pentru a [anonimizat], [anonimizat], unde nava trebuie să respecte cerințele din Codul pentru Construcția și Echipamentul Navelor ce Transportă Produse Chimice în Vrac ( Code for the Construction and Equipment of Ships Carrying Dangerous Chemicals in Bulk).]2

[anonimizat], pe mare reprezintă o industrie înalt specializată ce acoperă o largă bază de produse. Creșterea acestei industrii a condus la gândirea și realizarea unor cerințe speciale pentru tancurile chimice, atât în construcție, cât și în stabilirea mărimii tancului precum și în cadrul proiectării acestuia.

[Ca și materiale folosite pentru construcție sau acoperire a tancurilor de marfă ,pentru protecție, variază de la oțel inoxidabil la acoperiri speciale ale tancurilor de marfă. Tancurile chimice pot transporta o mare varietate de alte produse lichide, care pot fi considerate drept produse chimice, cum ar fi : acizi și produse chimice anorganice (acid fosforic, acid sulfuric, sodă caustică și derivate ale acesteia), uleiuri și grăsimi vegetale și animale (diferite uleirui vegetale, ulei de palmier, ulei de cocos, tallow/grăsime de vițel), alcool și hidrocarburi (etanol, metanol și derivați ai acestora), produse petrochimice (MTBE – Metil Tert Butil Eter , ETBE – Etil Tert Butil Eter, benzen superrafinat și alte produse petrochimice).]

[IBC-Code impune niște cerințe deosebite în cosntrucția tancurilor transportoare chimice. Spațiile destinate mărfii trebuie să fie complet segregate (separate) ,prin intermediul pereților etanși de coliziune numiți coferdamuri ( distribuiți unul în prova și altul în pupa spațiilor de marfă), de spațiile de locuit, compartimentul mașini și căldări.]3

Scurtă clasificare și reglementări ale navelor petro-chimice

[Navele ce transportă produse chimice sunt clasificate din punct de vedere comercial, astfel:

Tancuri multiparcelate (Sophisticated parcel tankers) – sunt nave cu o capacitate de încărcare mai mare de 35.000 tdw, capabile să transporte peste 50 de sorturi diferite de marfă, complet separate.

Transportoare de produse (Product carrier/Simple parcel tankers) – sunt nave cu o capacitate de încărcare mai mare de 40.000 tdw, capabile să transporte câteva tipuri de produse petrochimice, petroliere sau uleiuri vegetale, în tancuri de marfă cu o capacitate mare. De obicei aceste tipuri de nave, transportă mărfuri ce nu sunt precizate in IBC-Code.

Tancuri chimice de cabotaj (Small shortsea chemical tankers) – sunt nave mai mari de 6.000 tdw, aseănătoare cu navele multiparcelate dar sunt angajate în special în comerțul costier.]

Din punct de vedere al capacității, navele tancuri se pot clasifica și astfel :

General Purpose Tankers (GPT) (Tancuri de interes general) – până la 24.999 tdw

Medium range (de capacitate medie) – 25.000 la 49.999 tdw

Long Range 1 (LR1) – 45.000 la 79.999 tdw

Long Range 2 (LR2) – 80.000 la 159.999 tdw

Very Large Crude Carriers (VLCC) 160.000 la 320.000 tdw

Ultra Large Crude Carier (ULCC) peste 320.000 tdw

[Construcția și testarea tancurilor de marfă se face în conformitate cu normele Administrației dar și după cerințele specificate în capitolul VI din IBC Code. Navele ce transportă produse chimice , indiferent de tipul lor, sunt dotate cu următoarele tipuri de tancuri de marfă:

Tancul integral (integral tank) – acesta face parte din structura corpului navei și este supus eforturilor și fortelor, de către aceeași factori care acționează asupra întregii structuri a corpului navei, acesta este esențial în completarea structurii de rezistență a corpului navei.

Tancul independent (independent tank) – acesta nu face parte din structura corpului navei și nu paticipă la completarea structurii de rezistență a corpului navei. Este amplasat la bord cu scopul de a elimina eforturile și forțele factorilor externi sau a mișcării corpului navei.

Tancul gravitațional (gravity tank) – este construit special pentru a rezista la o presiune, la partea sa superioară, mai mică de 0,7 bari, acestea pot fi independente sau integrale.

Tancul presurizat (pressurized tank) – este proiectat pentru o presiune, la partea sa superioară, mai mare sau egală cu 0,7 bari.]4

[Mărfurile , reziduurile, respectiv amesctecurile ce conțin produse ce pot reacționa cu alte mărfuri, trebuie :

Să aibe sisteme de pompare și tubulaturi separate , și să nu traverseze alte tancuri ( de marfă sau de balast), spațiile de locuit și compartimentul mașină.

Să aibe sisteme de ventialție, PV-uri (Pressure Valves) separate și individuale.

Să fie separate prin coferdamuri.

Spațiile de locuit trebuie să respecte următoarele reglementări :

Amplasarea trebuie să fie deasupra tancurilor de marfă sau ale compartimentelor pompelor de marfă. Ca observație, tancurile de marfă nu se amplasează în spatele spațiilor de locuit.

Din punct de vedere al accesului în spațiile locuibile, ușile și ferestrele (hublourile) se vor amplasa în lateralul navei. Distanța va fi L/25 față de zona tancurilor de marfă sau peretele prova al castelului.

Gurile de acces sunt cu capace metalice fixe și un sistem de sigur de etanșare.

Compartimentul pompelor de marfă trebuie să garanteze următoarelor cerințe de siguranță :

Să aibă mijloace de evacuare/salvare a unei persoane aflate în stare de inconștiență.

Să fie dispus în așa fel încât să asigure accesul, fără restricții.

Să dispună de mijloace de siguranță și prevenire a incendiului și poluării.

Sistemul de tubulaturi de marfă, este fabricat și amenajat în conformitate cu următoarele cerințe :

Trebuie să reziste la presiunea maximă de lucru ținând cont de : presiunea vaporilor de marfă la temperatura de 45șC; presiunea de lucru a tancului de marfă; presiunea hidrostatică maximă generată în tubulaturi într-un regim normal de funcționare.

Amplasarea se face ținând cont de condițiile impuse pentru prevenirea avariilor.

Conectarea trebuie să asigure protecția tubulaturilor la avarii mecanice și strangulari.]

Lucrarea este structurata pe 3 capitole, Concluzii, Anexe si Bibliografie, dupa cum urmeaza:

-Introducere;

-Capitolul 1- Noțiuni Generale.;

-Capitolul 2- Alegerea Tipului de Navă.;

– Capitolul 3- Memoriu de Calcul.;

-Concluzii;

-Anexe;

-Bibliografie.

Capitolul 1. NOTIUNI GENERALE

În industria navală există un „război invizibil” între producătorii și distribuitorii de sisteme performante pentru diferite întrebuințări. Compania Frank Mohn AS cunoscută sub numele de marcă Framo având sediul în Bregen, un oraș situat pe coasta de Vest a Norvegiei, este un furnizor de pompe de marfă submersibile pe piața navelor tanc. Framo este lider pe piață în producția și distribuția sistemelor ce au la bază pompa centrifugală pentru operarea mărfii . Aceasta oferă o largă gamă de produse ce includ pompe submersibile de marfă, sisteme de pompare transportabile, echipamente de recuperare și distribuire a uleiului hidraulic, sisteme anti-bandare și sisteme de pompare off-shore. De asemenea sistemul Framo poate să includă și sisteme auxiliare de încălzire, răcire și de recirculare a mărfii. La începutul anilor 2000 statisticile au demonstrat că existau nu mai puțin de 1400 de nave tanc ce dețineau un astfel de echipament, transportând în deplină siguranță și în mod eficient toate tipurile de măfuri lichide în vrac.

Importanța și oportunitatea temei

Lucrarea de față are în vedere prezentarea de soluții de alegere și utilizare corectă a pompelor navale, în mod special pompe de tip centrifugal, submersibile, acționate hidraulic pentru operațiuniile de încărcare – descărcare a mărfii sau balastului (pompa FRAMO) și pompe axiale ce stau la baza unității de putere hidraulice (Power-Pack). În plus voi sublinia operațiuniile corecte de utilizare ale sistemului Framo în timpul operațiunilor de încărcare – descărcare, striping și curățare a tancului respectiv prezentarea fiabilității sitemului și pompelor.

1.1.1 Obiectivele de studiu

Obiectivul principal al prezentei lucrari este de a propune noi soluții tehnice pentru utilizarea și mentenanța recomandată de constructor , respectiv cea obligatorie la bordul navelor.

Obiectivele specifice de realizare a obiectivului general sunt prezentarea succintă a instalației, un calcul de specialitate pentru componentele principale și o concluzie pertinentă.

Ca studiu de caz, s-a ales instalația încărcare – decărcare, mai exact modul de funcționare respectiv părțile componente ale acesteia. În capitolele ce urmează, se dezvoltă problemele legate de funcționare a instalației, părțile componente și metodele de mentenața ale sistemului.

1.2 Sistemul Hidraulic

[Sistemul hidraulic este construit ca fiind un sistem hidraulic central linie de tip inel cu buclă închisă în care pompele hidraulice livreză ulei la o conductă de presiune principală. Unitatea de putere hidraulică (Power Pack-ul) furnizează ulei la linia de presiune principală, iar din aceast mai departe către motoarele hidraulice ale pompelor, atâta timp cât au fost pornite un număr suficient de Power Pack-uri care să asigure un flux continuu de ulei și presiune. În scopul de a controla viteza de rotire a motorului și pentru a preveni supra-viteza, se montează o supapă de control si reglare pe fiecare motor (STC – Speed Torque Control).]

[Principalele pompe hidraulice sunt de tipul pompă cu pistonașe axiale cu debit reglabil prin disc, iar prin modificarea unghiului de rotație se mărește sau se micșorează debitul. Modificarea unghiului de rotire a pompei este controlat hidraulic prin intermediul regulatorului de presiune montant pe fiecare pompă.]6

[La pornire pompa este în unghiul maxim de rotire , rezultand o presiune maximă în linia principală. Această presiune se modifica prin regulatorul de presiune, care acționează valvula electromagnetică ce stabilește noul unghi de rotație al pompei.]6

Figura 1.1. Aranjamentul General al Instalației Hidraulice și Consumatorii

(Framo Mounting Instruction, No. 1401-0002-4, p.2.)

[După aproximativ 10 de secunde ,pentru unitățile hidraulice electrice (power pack-urile electrice) și aproximativ 3 minute pentru unitățile hidraulice diesel, valvula electromagnetică este neutră din punct de vedere electric și uleiul din valvulele pilot vor împinge placa oscilantă la un nivel crescut al unghiului de rotire, uleiul fiind livrat în conducta de presiune principală. Atunci când această presiune va ajunge la valoarea setată de supapa proporțională, supapa se va deschide iar regulatorul de presiune va scădea unghiul de înclinare până când se va ajunge la un balans între livrarea și cosnumul de ulei.]6

[În cazul în care consumul de ulei de la pompele de marfă crește, presiunea sistemului va scădea ușor, iar debitul de ulei prin supapa proporțională va scadea. Uleiul de la pompa pilot va împinge acum placa oscilantă crescând unghiul de rotație până la o nouă valaore de echilibru între livrarea și consumul de ulei. Prin acest sitem consumul de ulei al motoarelor va fi întotdeauna egal cu uleiul livrat de pompele hidraulice.]6

[Toate pompele de marfă, balast, respectiv thrusterele acționate hidraulic sunt conectate la un sistem central care permite controlarea de la distanță prin intermediul panoului de comandă Framo sau local la fiecare pompă cu valvula de control a vitezei STC (Speed ​​Torque Controller). Această valvulă este proiectată pentru a controla regimul de descărcare al mărfii precum și alte pompe acționate printr-un sistem hidraulic central de linie. Supapa este setată la un debit maxim de ulei, care limitează debitul de ulei la motorul hidraulic limitând astfel viteza motorului și, în consecință, împiedică supra-viteza. Debitul de ulei este proporțional cu viteza, care poate fi reglată fără trepte.Viteza pompei portabilă este controlată local, la pompă.]6

[Pentru majoritatea sistemelor hidraulice livrate astăzi, unitatile de putere, rezervorul sistemului, răcitorul de ulei și filtrul principal sunt asamblate, testate și livrate din fabrică ca unități complete de putere compacte.]6

1.3 Componentele Sistemului Hidraulic

1.3.1 Unitatea de putere hidraulică

Figura 1.2. Unitatea de putere Hidraulică

(Framo Mounting Instruction, No. 1401-0008-4, p.2.)

[Unitatea de putere hidraulică livrează ulei la linia de presiune principală. Aceasta se compune din următoarele părți principale :

– 2 sau 4 Power- Packuri;

– Pompă Jockey;

– Blocul Sistemului Hidraulic;

– Filtru principal al uleiului hidraulic;

– Răcitor de ulei hidraulic;

Fiecare Power Pack constă într-o pompă hidraulică cu amortizor de pulsații integrat, acționată de un motor electric.]

[Amplasarea agregatului hidraulic trebuie să fie luată în considerare într-un stadiu incipient de planificare a navei iar unele dintre considerente sunt :

– Nivel minim de zgomot în zona de cazare.

– Minim de zgomot emis de navă.

– Traseu optim al conductelor.

– Acces ușor pentru întreținere.

În general, amplasarea unității de putere hidraulice se face în camera motoarelor, într-un spațiu bine delimitat numit “Framo Room”.]

Figura 1.3. Amplasarea Unității Hidraulice pe Navă.

(Framo Mounting Instruction, No. 1401-0002-4, p.5.)

[Înălțimea între Unitatea de Putere Hidraulică și cel mai înalt punct de pe linia de retur nu trebuie să depășească 10 metri. Acest lucru este necesar pentru ca uleiul sa nu curgă înapoi la rezervorul sistemului hidraulic, atunci când doar pompa jockey funcționează.]

Figura 1.4. Înălțimea recomandată pentru amplasarea Unității Hidraulice.

(Framo Mounting Instruction, No. 1401-0008-4, p.3.)

[Pentru sistemele cu mai mult de 3 power-packui, dispozitivul HPU (Hidraulic Power Unit) trebuiesă fie amplasat longitudinal pentru a evita acumularea de aer în partea de aspirație a pompei hidraulice.]9

Figura 1.5. Orientarea Unității Hidraulice

(Framo Mounting Instruction, No. 1401-0008-4, p.3.)

1.3.1.1 Power Pack-ul

[Reprezintă baza unității de putere hidraulică, acestea constau în motoare electrice sau diesel care acționează pompe cu pistonașe axiale ce pot asigura un debit constant și o presiune mare pe refulare, de ulei hidraulic pe linie. Pompele pot fi pornite în orice secvență stea-triunghi, dar există un maxim de patru porniri în decursul unei ore. Concomitent se pot face două porniri, apoi se vor aștepta 15 minute pentru o nouă încercare. Pompa hidraulică va fi decuplată timp de 10 secunde în timpul pornirii a unei unități de putere hidraulică electrică și 3 minute pentru alimentatorul hidraulic diesel, pentru a asigura funcționarea constantă și fară fluctuații. Fiecare unitate de putere este prevăzută cu o alarmă pentru a atenționa dacă valvula pe refulare este închisă.]

1.3.1.2 Pompa Jockey

[Pompa Jockey are rolul de a menține presiunea pe linie, la un nivel ridicat, atunci când sistemul nu este în funcțiune, pentru a preveni pătrunderea impurităților în sistemul hidraulic. O pompa de tip Jockey, la unele sisteme, poate fi folosită și ca pompă de alimentare. Pompa funcționează la viteză maximă în timpul funcționării pompele hidraulice și la jumătate din capacitate când pompele hidraulice sunt oprite. La jumătate din viteză pompa Jockey trebuie să asigure menținerea presiunii sistemului hidraulic la aproximativ 6 bari, pentru a evita posibile scurgeri de marfă în uleiul hidraulic.]

1.3.1.3 Răcitoul de ulei Hidraulic

[Uleiul hidraulic este răcit cu apă de mare sau apă tehnică, controlată automat de către o valvulă electromagnetică. Valvula este acționată de Framo PLC (Programmable Logic Control). O pompă de apă de răcire separată poate fi utilizată în locul valvulei. Pompa poate fi pornită/oprită în mod automat de la PLC.]11

Figura 1.6. Instalația de răcire a Uleiului Hidraulic, aranjament general.

(Framo Mounting Instruction, No. 1401-0008-4, p.7.)

[O viteză curgere prea mică a apei prin răcitor poate provoca coroziune sau depuneri, pe când o viteză de curgere prea mare poate duce la probleme de eroziune.]11

[Valvule de serviciu trebuie să fie instalat pe orificiul de evacuare a apei și pe partea de admisie. Conductele de apă de răcire trebuie să fie conectat cu un burduf flexibil pentru a evita vibrațiile din unitate de putere hidraulică care sunt transmise structurii de oțel.]11

[Atunci când unitatea de putere este instalată deasupra nivelului apei de mare și apa de mare este utilizat ca agent de răcire, conducta de la partea de evacuare trebuie să fie amplasată deasupra răcitorului de ulei și să fie instalat un întrerupător cu vid. Conductele de apă de mare trebuie să aibă suficienți de anozi de zinc pentru a combate procesul de coroziune al apei de mare.]

1.3.2 Instalația de ulei hidraulic pentru power pack-uri.

Figura 1.7. Schemă generală a Instalației de Ulei Hidraulic.

(Framo Mounting Instruction, No. 1401-0002-4, p.8.)

[Este o instalație care asigură ulei de înaltă calitate pentru funcționarea power-packului. Uleiul în general este un ulei special care are un coeficient de dilatare mic. După cum știm cu toții, calitatea uleiului și starea generală a acestuia, este foarte importantă pentru durata de viață a sistemului. Pentru verificarea calității uleiului, trimestrial și anual se trimit mostre de la bordul navei către laboratoarele speciale FRAMO, care vor controla:

Vâscozitatea (la 40 grade Celsius)

Numărul TAN (Total Acid Number)

Cantitățile de Fosfor, Zinc și Calciu (ppm.)

Numărul particulelor, conținutul de apă și rezultatele obținute în urma testărilor, se vor raporta în conformitate cu ISO – 4406-1999 ( numărul și dimensiunile particulelor sa fie într limita aprobată ISO – 16/12). Conținutul de apă va fi raportat în conformitate cu Karl Fisher ASTM  E-1064 limita recomandată este sub 300 PPM. De asemenea la bordul navei se schimbă periodic filtrul de particule și se purjează de aer a instalația FRAMO.]12

La bordul navelor se asigură într-un tanc de depozitare, o cantitate suficientă pentru un schimb complet de ulei hidraulic al instalației. De asemenea este posibilă umplerea si golirea instalației de ulei cu ajutorul pompelor de transfer sau Feed-Back Pump, în funcție de tipul instalației Framo ( circuit inchis sau circuit deschis ), precum și completarea a tancului de serviciu.

1.3.3.Panoul de control pentru sistemul hidraulic

Figura 1.8. Panou de control pentru sistemul Hidraulic.

(Framo Mounting Instruction No. 1401-0009-4, p.2.)

[Panoul de control trebuie să fie instalat în camera de control marfă (Cargo Control Room) pentru o manevrare corectă și sigură a încărcăturii. Trebuie să fie suficient de iluminat și astfel amplasat pentru a asigura o bună comunicare și vedere către zona de încărcare (manifold).]

1.4. Prezentarea Operațiunilor de încărcare – descărcare,

Stripuire și Curățare ce au la baza sistemul hidraulic FRAMO

1.4.1 Operațiunea de încărcare a tancurilor de marfă.

În timpul încărcării, operarea corectă a valvulelor și pompelor este esențială pentru a evita șocurile de presiune. Acestea pot cauza defecțiuni majore țevilor, furtunelor sau brațelor de încărcare, respectiv pompelor de marfă.

Pentru evitarea șocurilor de presiune, încărcarea se va face treptat, începând de la o rată mică de încărcare. Valvulele se vor închide sau deschide încet, în principal atunci când încărcarea se face pe distanțe mari ( liniile de încărcare sunt lungi) și cu debite ridicate.

Se recomandă folosirea unei linii separate de încărcare ( Drop Line) pentru a obține debite de curgere satisfăcătoare, respectiv posibilitatea by-pass-ării pompei de marfă, pentru a evita acumularea de aer și formarea vârfurilor de presiune. În cazul în care by-pass-area nu este posibilă, datorită distribuției valvulelor, se recomandă următoarele măsuri : Valvula de manifold se va menține închisă până ce marfa va ajunge la gura țevii, apoi aceasta se va deschide parțial pentru a permite mărfii să străbată aranjamentul țevilor de pe puntea de încărcare. În final se va deschide valvula de încărcare de pe pompă. Presiunea maximă de încărcare este 8 bari și se măsoară la partea superioară a pompei (Top Plate). În cazul în care nava este echipată cu linie separată de încărcare, se va opera valvula de pe această linie.

Majoritatea navelor de astăzi sunt echipate cu un sistem computerizat ce deține controlul operațiunilor de încărcare – descărcare prin modificarea parametrilor de funcționabilitate a pompelor din tancuri, controlarea valvulelor, respectiv temperatura si ulajul mărfii din tanc.

Există totuși mici diferențe în operațiunile de încărcare pentru navele cu clasă specială (chimicele) și cele petroliere. Dar principala regulă ar fi următoarea, toate valvulele ce controlează debitul mărfii să fie acționate foarte încet, tocmai pentru stabilizarea debitului și evitarea șocurilor de presiune.

Ca o observație pentru buna funcționalitate și precizie a sistemului, se vor verifica,regulat, valvulele și timpul necesar deschiderii sau închiderii din momentul acționării, la o temperatura normală de lucru.

1.4.2. Operațiunea de descărcare a tancurilor de marfă.

Începe prin pornirea Unității de Putere Hidraulică urmată de creșterea presiunii hidraulice din sistem. Apoi se pornește pompa de marfă și se lasă să funcționeze cu presiune hidraulică (40-50 de bari) aproximativ 1-2 minute cu valvula pe refulare închisă.

În continuare se crește puterea motorului hidraulic până când se atinge presiunea de refulare necesară sau debitul stabilit. Pentru aceasta se asigură suficientă putere hidraulică, în caz contrar presiunea hidraulica va scădea și astfel se va reduce înălțime de refulare.

O observație importantă asupra presiunii hidraulice a sistemului este că, aceasta trebuie sa fie cu cel puțin 15 bari mai mare decât cel mai puternic consumator de presiune, pentru a minimiza consumul de energie și mentenanța datorată uzurii.

Cu toate acestea există o strânsă legătură între numărul și viteza de refulare a pompelor, respectiv numărul si dimensiunile țeviilor liniilor de descărcare. Neținând cont de aceste caracteristici descărcarea se poate prelungi peste timpul impus.

Capacitatea tuturor pompelor centrifuge variază foarte mult cu înălțimea de pompare și contrapresiunea de pe linie. Dacă înălțimea de pompare este mică capacitatea pompei este foarte mare, dacă înălțimea de pompare este mare, capacitatea pompei nu va putea să depășească contrapresiunea formată pe linia de descărcare.

Pentru o operațiune de descărcare reușită, trebuiesc evitate un număr prea mare de linii, piesele în formă de ”T„ și să nu se utilizeze valvule pe țevi cu diametre foarte mici.

1.4.2.1 Cuplarea pompelor în paralel.

Pompele pot fi cuplate și în paralel (refulările pompelor sunt cuplate la o linie comună de descărcare). În cazul pompării în paralel a aceluiași tip de încărcătură sistemul FRAMO oferă o flexibilitate mare. Operatorul are capacitatea de a controla, individual, fiecare pompă de marfă respectiv unghiul și viteza pompei.

Se pornesc pompele de marfă, conform explicațiilor date anterior, cu valvula de la manifold închisă. Se mărește presiunea pompei de marfă astfel încât să depășească presiunea liniei de la țărm pentru a evita contrapresiunea.

Capacitatea de descărcare a pompei trebuie să fie controlată de viteza acesteia și nu prin obstrucționarea liniei de descărcare ( închiderea parțială a valvulelor pe parcursul liniei ). Acest lucru se realizează prin menținerea în poziție maximă a controalelor pompelor Framo din panoul de control, reglând doar presiunea hidraulcă din linia principală până ce rata de descărcare dorită este atinsă. Dacă este necesar fiecare pompă de marfă poate fi reglată individual, prin creșterea sau scăderea presiunii hidraulice a pompei.

Teoretic se recomandă, să fie pornite cât mai multe pompe ( pentru a reduce presiunea hidraulică pe linie ) decât doar câteva la presiune hidraulică maximă. De exemplu două pompe la capacitate de 100% oferă aceeași rată de descărcare ca 4 pompe la capacitate de 50%. Avantajul este acela de a reduce presiunea hidraulică din sistem, viteza de funcționare a pompei, nivelul de zgomot și creșterea duratei de viață a sistemului.

O observație foarte importanță, când se descarcă marfă cu o greutate specifică mare la linii de tubulaturi foarte lungi, va trebui ca pompa de marfă, să funcționeze la viteză maximă pentru a acoperii necesarul de putere.

La sfâșitul descărcării sau când pompa pierde aspirația, indicată prin vibrații și pulsații, se reduce presiunea hidraulică a motorului la valoarea de 100 bari. Acest lucru va ajuta la evitarea potențialelor probleme și la mersul în gol a pompei.

1.4.3 Operațiunea de stripuire sau de curățare (Stripping)

La sfârșitul descărcării, când tancul de marfă este aproape gol se ajunge în condiția de stripuire. Pentru a obține cel mai bun rezultat, cu un minim de uzură al pompei, se recomandă următoarea procedură.

Primul pas constă în golirea tancului. Pentru aceasta se va reduce viteza pompei de marfă iar valvulele pe refulare și manifold vor rămâne deschise până la golirea completă a tancului.

În continuare va trebui purjată linia de descărcare marfă de pe punte, astfel. După golirea tancului se închide valvula de refulare marfă, de pe pompă, și se oprește local pompa. Urmatorul pas este purjarea liniei de pe punte prin folosirea unui gaz, de regulă gazul inert. După purjarea liniei, se va închide valvula de la manifold.

Pasul trei îl reprezintă depresurizarea liniei prncipale. Ca observație, pentru micșorarea contrapresiunii se vor deschide valvulele de pe linia de stripuire de la pompă.

Ultimul pas îl constă chiar în operațiunea de stripuire. Se pornește pe local pompa și se crește presiunea pe linia hidraulică la aproximativ 80-100 bari. Se conectează furtunul de aer (se poate utiliza și gazul inert) la linia de refulare a pompei, astfel se creează o contrapresiune ce va împinge marfa rămasă în tanc și țevi.

După încetarea operațiunii se recomandă purjarea coferdamului pompei, pentru a verifica starea etașărilor de marfă respectiv ulei hidraulic, precum și alte defecțiuni.

1.4.4. Spălarea Tancului.

Pentru o bună curățire a tancului și pompei respectiv evitarea mersului în gol al pompei, debitul pompei de curățare (de admisie a apei de spălare în tanc) trebuie să fie egal cu debitul pompei de marfă (de evacuare a apei de spălare din tanc). Pentru îndeplinirea acestei condiții se va reduce puterea hidraulică până când cele două debite se vor echilibra.

Înainte de încheierea operțiunii de spălare se va închide valvula de refulare a pompei de marfă și se crește volumul de apă din tanc. Presiunea hidraulică se setează la o nouă valoare de 110 bari și pompa de marfă va funcționa timp de 2 minute cu valvula pe refulare închisă. După se va drena apa din tanc, iar operțiunea de spălare a tancului prin intermediul pompei FRAMO va lua sfârșit.

Ca o observație, întotdeauna pompa din tancul de mafă respectiv linia se va clăti cu apă dulce după ce a fost spălată cu apa de mare.

În concluzie prin folosirea acestor instrucțiuni se va realiza o descărcare eficientă, o încărcare fără șocuri de presiune și o uzare minimă a pompelor de marfă în timpul operațiuniilor de stripuire și spălare. În altă oridine de idei, se obțin costuri de operare și întreținere mici, atât pentru navă cât și pentru armator.

1.5. Pompa Submersibilă Framo

Poma de marfă submersibilă Framo este o pompă centrifugă verticală cu o singură treaptă de antrenare ,alimentată de un motor hidraulic pentru o funcționare sigură și eficientă. Motorul hidraulic este conectat la rotor ptrintr-un ax scurt și independent susținut de rulemnți. Motorul, axul și rulmenții sunt lubrifiați și răciți cu uleiul hidraulic de acționare. Etanșările de marfă și ulei hidraulic se află tot pe ax. Inele de uzură ale pompei asigură centrarea și susținerea rotorului, abosrdind vibrațiile create în urma funcționării.

Figura 1.9. Vederea în secțiune a Pompei Submersibile Framo

(Framo Gargo Pump SD200-6, Instruction for Maintenance and Repair, No. 1000-0149-4, p.2.)

Componentele sunt expuse direct către marfă, acestea sunt executate din oțel inoxidabil, pompa fiind instalată în tancul de marfă (submersibilă), avand admisia (aspiratia) pe fundul tancului.

[Pompa Submersibilă cu acționare Hidraulică Framo are 3 părți componente principale, acestea sunt :

-Top Plate – sau partea superioară, este amplasată pe puntea principală, reprezintă punctul de control al pompei.

-Țevile – acestea fac legătura dintre partea superioară si pompă. Se utilizează și depind de adâncimea pompei, de-a lungul lor au un mecanism de susținere ce absoarbe șocurile create în urma utilizării pompei.

-Pompa – reprezinta mecanismul motor, ce este acționat de uleiul hidraulic. Aceasta transformă energia hidraulică în energie mecanică. Între pompă și sorb există o structura ce are rol de suport.]

Figura 1.10. Pompa submersibilă, aranjament în interiorul tancului.

(Framo Mounting Instruction, No. 1401-0004-4, p.2.)

[Pompa Framo face parte din clasa pompelor hidrodinamice. Pompa primește energia mecanică de la motorul hidraulic, prin intermediul axului și o transmite fluidului de lucru prin intermediul palețiilor rotorului ( prin modificarea momentului cantitătii de mișcare). Sunt caracterizate prin viteze mari ale fluidului, debitul variază cu înălțimea de pompare iar procesul transformărilor energetice începe odata cu intrarea fluidului în rotor.]15

[Rotorul are o formă de disc cu paleții curbi. Aceștia sunt dispuși normal pe suprafața sa. Curbura palețiilor este, de regulă, în spatele sensului de rotație, fiind determinată de condițiile cinematice ale deplasării fluidului în rotor, de aceea intrarea fluidului în pompă se va face axial. La intrare, fluidul întâlnește paleții rotorului și este dirijat în canalele cuprinse între paleți și discurile rotorului. Deplasarea, particulelor de fluid, este antrenată de rotor. Deplasarea este determinată de acțiunea forțelor centrifuge care imprimă particulelor, la ieșirea din rotor, viteze mari deci energie cinetică mare. În carcasa spirală, viteza lor scade, iar presiunea venei de fluid crește. Carcasa spirală are rolul de a prelua energia cinetică, fără pierderi, la trecerea prin rotor și de a conduce fluidul cu energia cinetică dată, către refulare. În plus transformă energia cinetică a particulei de fluid în energie potențială, când refularea pompei este închisă. Problema principală care apare în fucționare pompelor centrifuge este fenomenul de cavitație sau scăderea presiunii lichidului sub valoarea presiunii de vaporizare, adică apariția unor bule de aer în masa lichidului vehiculat de pompă. Valoarea acestei presiuni ține de natura si temperatura fluidului.]

Sorbul aflat pe fundul tancului, are un rol destul de important prin faptul că asigură o aspirație optimă, acces de lucru în cazul apartiției unor defecțiuni mecanice la pompă și ajută în faza de Stripuire.

[Pentru debite mici si presiuni mari, acțiunea rotorului este în mare măsură radială. Pentru debite mai mari și presiuni mai mici de refualre, direcția fluxului în interiorul pompei este paralelă cu axa arborelui, iar pompa se spune că are un flux axial. Rotorul în acest caz, acționează ca o elice.

Trecerea de la un set de condiții de curgere la alta se face gradual, iar pentru condiții intermediare, dispozitivul se numește , pompă cu debit mixt.]

1.6 Mentenanța sistemului hidraulic FRAMO

Atâta timp cât de întreținerile preventive și periodice sunt respectate, starea sistemului va fi monitorizat în mod regulat și durata de viață a sistemului va spori.

În primul rând lucrările de mentenanță nu se încep fără a verifica dacă sistemul este drenat de ulei si depresurizat, pentru a asigura o protecție sportită, asupra lucrătorului dar și a sistemului.

Cea mai importantă verificare atât pentru monitorizarea și întreținerea preventivă este purjare coferdamului pompei de marfă.

Aceasta este singura modalitate de a verifica aranjamentul de etanșare de pe pompele submersibile. Reînoirea etanșărilor se face atunci când se va descoperi o scurgere mare. În cazul în care scurgerea este mare ( aproximativ 2-3 litri pe 24 ore) fisura trebuie găsită și reparată cât mai curând posibil. O scurgere care nu este suflată din coferdam ar putea coagula și bloca coferdamul. Dacă un blocaj apare, pompa portabilă trebuie să fie utilizată pentru a goli tancul, iar pompa de marfă trebuie să fie reparată imediat.

În cazul în care este detectată o pierdere mică, se va curăța zona și se va strânge șurubul de fixare. Dacă, acest lucru nu oprește scurgerea, personalul calificat va aduce echipamentul special FRAMO pentru reparații. Acesta are datoria de a verifica starea echipamentului, respectiv, stocul pentru piesele de schimb. Există posibilitatea ca echipamentul sa nu funcționeze corect sau să aibe urme de uzura, lovire. În această situație componenta se va repara în conformitate cu instrucțiunile pentru piesa deteriorată sau se va contacta firma producătoare „Frank Mohn Services AS” pentru lămuriri.

Pompele hidraulice sunt de asemenea echipate cu cipuri de detectoare magnetice situate în linia de scurgere. În cazul în care apare o defecțiune de lagăr, acest lucru va începe producția de pulbere magnetică. Pulberea se va lipi pe magneții speciali ai pompelor, dar și pe magnetul normal echipat cu un comutator electric ce va declanșa o alarmă de uzură excesivă. În cazul în care alarma de „Uzură excesivă“ se aprinde, magnetul individual al fiecărei pompe hidraulice trebuie să fie verificat pentru a descoperi locul de unde vine pulberea magnetică. Dacă alarma este repetă la doar câteva minute după curățarea magneților, pompa hidraulică trebuie să fie examinată și reparată, iar piesele necesare reînnoite.

Înainte de începera operațiunii de reparație a pompei hidraulice, aceasta se va drena de ulei. După terminarea operațiunii de reparare sau înlocuire a piesei, înainte de reasamblare, acestea trebuie să fie curățată și fără urme de murdărie, scame sau alte materii străine, iar pompa se va reumple cu ulei curat după asamblare. Pentru curățare se poate folosi o soluție de tipul hidrocarburi aromatice cu concentrație de 17%-18% compuși aromatici, cum ar fi distilatele petroliere. Nu se folosesc soluții ce conțin hidrocarburi clorurate.

1.6.1. Mentenanța Periodică

Următoarelor lucrări de întreținere sunt recomandate de producător pentru a sporii durata de viață a sistemului.

Filtrele

Elementele de filtrare se înlocuiesc dacă presiunea diferențială este foarte mare sau dacă există un nivel ridicat de contaminare a uleiului, mai mult de 16/12. Conform ISO 4406 o cantitatea mare de particule ar putea indica o uzură anormală și o posibilă fisură în sistem, în timp ce un nivel scăzut reflectă o stare normală.

Răcitorul de Ulei Hidraulic

Acestea se controlează în mod regulat, pană se stabilizează rata de consum. Intervalele recomandate sunt, de 3 luni pentru răcitoarele cu apă de mare și anual pentru cele cu apă dulce/tehnică.

În aceeași categorie intră și serpentinele schimbătorului de căldură, acestea trebuie să fie curățate în mod regulat cu o perie moale utilizând substanțe chimice pentru a îndepărta stratul de piatră sau de contaminare solidă. Intervalele recomandate pentru instalația de răcire cu apă de mare la fiecare 6 luni și anual pentru răcitoarele cu apă tehnică, sau în cazul în care rata schimbului de căldură este prea mică.

Testarea Uleiului

Pentru a se asigura că uleiul este în stare bună, este esențial ca probele să fie luate în mod regulat la intervale de maxim patru luni.

Tot în acceași categorie intră și inspecția nivelului de ulei. Se va face zilnic în timpul funcționării. Dacă apare o diferență, anormală, a nivelului de ulei atunci când sistemul de alimentare este oprit sau în stare de funcționare (nivel ridicat atunci când power-packurile sunt oprite și nivel scăzut când rulează) înseamnă că există aer în instalația uleiului hidraulic. Ca soluționare a problemei se va aerisii sistemul până când nu vor mai exista urme de aer în instalație.

Zgomotul de la pompă/motor

Se va verifica zilnic, atunci când instalația este pusă în funcțiune.

Purjarea pompelor de marfă

Purjarea pompelor de marfă care urmează să fie efectuată în conformitate cu instrucțiunile de purjare. Se vor completa rapoarte în timpul fiecărui tur-retur și acestea trebuie să fie returnate la firma „Frank Mohn AS” în fiecare lună.

În cazul în care se detectează scurgeri, se va raporta imediat la firma producătoare, împreună cu raportul de purjare.

Testarea pompei de marfă

Pompa de marfă poate fi testată prin rularea la viteză maximă cu valvula de refulare închisă.

În cazul în care capacitatea pompei este mai mică decât în mod normal. Trebuie verificate următoarele valori:

– presiunea sistemului hidraulic.

– presiunea hidraulică asupra supapei de control a vitezei.

– temperatura uleiului hidraulic.

– presiunea de marfă măsurate pe placă de acoperire superioară.

– ulajul din timpul testării.

– tipul, greutatea specifică și vâscozitatea încărcăturii în timpul testului.

În cazul în care testele demonstrează o neregularitate, rezultatele trebuiesc trimise la Framo, dar nu mai târziu de două luni de la efectuarea testării.

Capitolul 2. ALEGEREA TIPULUI DE NAVA

Pentru ușurința și exactitatea lucrării, am decis ca nava șablon, pe care o voi utiliza în susținerea ideei proiectului, va fi nava unde am efectuat practica, tancul petro – chimic ”M/T OTTOMANA„ și instalațile acestuia, cu care m-am familiarizat în timpul șederii mele la bord. În următoarea etapă propun o prezentare tehnica a navei în proiect.

Figura 2.1. Nava prezentată în proiect

(Documentație Propie)

Figura 2.2. Structura navei, vedere din lateral

(Documentație propie din planul navei)

2.1 Caracteristici generale ale navei tanc chimic de 25.000 tdw.

Nava în proiect este un tanc cu dublă clasa, petro-chimic, de 25000 tdw, cu o largă arie de mărfuri ce pot fi transportate, datorită tancurilor din oțel inoxidabil și a sistemelor de încărcare – descărcare ce au la bază instalația hidraulică ce acționează pompele de marfă centrifugale submersibile FRAMO.

Tabel 2.1. Particularități ale Navei

Tabel 2.2. Dimesiunile Navei

Tonaj

2.2 Caracteristicile tehnice ale instalatiilor si echipamentelor principale

Tabel 2.3. Sistemul de Pompe FRAMO

Tabel 2.4. Tancurile de Marfă

Capacități tancuri de marfă

Figura. 2.3. Structura tancurilor de marfă

(Documentație propie din planul navei)

Capacități tancuri de balast

Figura 2.4. Structura tancurilor de Balast

(Documentație propie din planul navei)

Capacități tancuri de Combusitibil

Aranjamentul Manifoldului

Înălțimea de conectare a manifoldului deasupra liniei de plutire

Tabel 2.5. Bărci de salvare

Tabel 2.6. Instalații de stins incediu

Tabel 2.7. Mijloace de Semnalizare- Salvare

Table 2.8. Mecanismul Cârmei

2.3 Instalații

2.3.1 Instalația de Propulsie

Instalația de propulsie este una dintre cele mai importante instalații existente la bordul navei. Principala componentă a acesteia este Motorul Principal ce transmite axului port elice puterea necesară deplasării navei prin apă. Iar ca și componente secundare sunt separatoarele si clarificatoarele de combustibil, pompele de transfer, tancurile desemnate păstrării cobustibilului, filtrele și încălzitoarele.

2.3.1.1 Descriere Motor Principal

Figura 2.5. Motorul principal MITSUBISHI 6 UEC 50 LS II

( http://www.akasaka-diesel.jp/wp/wp-content/uploads/2015/07/6uec50ls2.jpg )

[Seria de motoare Mitsubishi UEC-LS II a fost finalizata în 1998. Peste 200 de motoare din această serie sunt si acum în funcțiune ca motoare principale de propulsie ale navelor pentru operatori interni și externi.]18

[Din 1955 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. (MHI) s-a axat pe dezvoltarea și fabricarea motoarelor de model UE și și-a căpătat reputația sporită, printre clienți ca fiind una dintre cele trei mărci rămase pe piața de motoare cu cursa lunga , cu turatie redusă,, în 2 timpi și cu functionare dublă, diesel-fuel.]

[Din punct de vedere conceptual, motorul se bazează pe sistemul mecanic al arborelui cu came, antrenat de forțele mecanismului piston-bielă-manivelă. Forța pistonul căpătată în urma arderii amestecului carburant, antrenează injecția combustibilului și mecanismul hidraulic al supapeleor de evacuare și are la bază un sitsem de control de tip electric-pneumatic, turația motorului fiind controlată de un sistem automatizat ce actionează un distribuitor de combustibil. Aerul de supraalimentare este introdus de un tubo-compresor, la o valoare constantă în colectorul de baleaj, comun pentru toate pistoanele. Aerul este introdus în cilindru datorită depresiunii create de piston în momentul ascensiunii spre PME (Punct Mort Exterior) prin ferestrele de baleaj, poziționate la baza cămășii cilindrului, și sunt evacuate prin intermediul supapei de evacuare, acționată hidraulic, poziționtă în capul pistonului, traseul amestecului de gaze fiind unul echicurent. Acest lucru este benefic, deoarece cantitaea de gaze reziduale rămasă în cilindru este foarte mică. Fiecare cilindru este echipat cu o pompă de injecție acționată direct de cama de combustibil. Lubrifierea se face printr-un sistem de ungere ce acționeaza direct asupra arborelui cotit, arborelui cu came, lanțului de distribuție și asupra răcirii pistonului, carterul fiind unul de tip uscat. Toate acestea duc la concluzia: motorul din proiect, este unul cu o fiabilitate ridicată, ce oferă o durată de funcționare mare și un nivel de siguranța sporit respectiv mentenanță ușoară.]

MITSUBISHI 6 UEC 50 LS II are o putere totala de 7650 kW la MCR=100% (Maximum continuous rating) si 6505kW la MCR=85% ,turatia fiind de 127 RPM la MCR=100% si 108,9 RPM la MCR=85% , este un motor in 2 timpi cu o cursa a pistonului de 1950 mm si un diametru al pistonului in valoare de 500 mm.

2.3.1.2 Date Motor Principal

Tabel 2.9. Datele Motorului Principal

2.3.2. Instalația de Curent Electric

2.3.2.1. Descriere Motor Auxiliar

Figura 2.6. Diesel Generatorul YANMAR 6N21(A)M-V

(https://www.nicoverken.nl/images///6ey22-a-lw_2012_05_22_020419_0207319b.jpg&resolution=700×400 )

[Yanmar LTD. este o firma producătoare de motoare ușoare, compacte, de mare putere diesel și turbine cu gaz, care au performanțe superioare de ardere și fiabilitate. Seria 6N21(A)M este o linie de motoare realizată pentru utilizarea ca generatoare de curent alternativ pentru motoarele navale sau pentru utilizarea la uscat cu înclinație industrială. Motorul a fost dezvoltat pentru a viza o îmbunătățire asupra surselor de poluare ale mediului datorate arderii combustibililor.]

Motorul este unul în patru timpi, rapid, cu o turație mare, pentru a acționa un generator de curent electric. Principiul este unul simplu și are la bază principiul energiei ca fiind o funcție de stare, adica are capacitatea de a-și schimba forma, de la energie mecanică la energie electrică. Generatorul cuplat la motorul cu ardere internă, are capacitatea de a genera un curent alternativ la o frecvență de 60 Hz pentru alimentarea tuturor consumatorilor electrici de la bord. Pe navă existau trei astfel de Diesel Generatoare ce erau controlate de sistemul central din compartiementul mașină.

2.3.2.2. Date principale ale Diesel Generatorului

2.3.2.3. Componente și Accesorii

Tabel 2.10. Componente și accesorii

2.3.3. Instalația de producere a Aburului

Instalația producătoare de abur se regasește în anexe. Principala componentă o constituie căldărea navale sunt generatoarul de abur, în care căldura rezultă din arderea uni combustibil se transmite apei cu scopul încălzirii acesteia până la evaporare, respectiv supraîncălzirea aburului saturat.

2.3.3.1. Descrierea Boilerului Naval

Figura 2.7. Alfa Laval – Aalborg Unex CHB8.000

( http://img.nauticexpo.com/images_ne/photo-g/30729-9038061.jpg )

[Unex CHB8.000 este un boiler cilindric vertical realizat pentru a fi utilizat ca generator de abur pe nave maritime. Căldarea este formată dintr-un focar, tuburi de convecție și cameră de ardere, precum și un spațiu de apă și abur. Aceasta este o căldare acvatubulară (căldare tubuloasă) , apa, de evaporat, circulă prin interiorul tubulaturilor sistemului fierbător iar gazele rezultate în urma arderii scaldă exteriorul acestor țevi.]

[Focarul este format din peretele membranei tubului etanș de gaz, care este sudat într-o formă circulară. Capetele inferioare ale tuburilor sunt sudate în partea inferioară, iar capetele superioare sunt sudate în afara spațiului de apă / abur. De asemenea, sunt oferite un număr de preaplinuri pentru asigurarea circulației naturale a apei prin tuburile cuptorului. Partea inferioară a căldării este acoperită cu cărămidă refractantă pentru a evita deteriorarea acesteia datorită regimului de lucru și a temperaturilor ridicate. Boilerul poate funcționa și ca tambur de abur pentru căldarea recuperatoare de energie din gazele de evacuare.]

Schema Instalației este prezentat în Anexa 3.

2.3.3.2.Date tehnice și Dimensiuni

Tabel 2.11. Date Tehnice Boiler

Tabel 2.12. Dimensiuni Boiler

2.3.3.3. Arzătorul Aalborg KBE.

Figura 2.8. Arzătorul Rotativ Aallborg KBE

( https://3.imimg.com/data3/EX/LW/MY-3923950/aalborg-kbe-250×250.jpg )

[Arzătorul este unul de tipul Rotativ cu dublă funcționalitate, Diesel și Combustibil Greu. Controlul electronic al raportului aer / combustibil, asigură un control optim și o ardere extrem de precisă cu un cosum minim de combustibil pentru fiecare regim de lucru al căldării. Acesta îndeplinește cerințele de funcționare stabilă respectiv o mentenanță cu un grad mic de dificultate.]

[Principiul de funcționare al arzătoarelor rotative are bază atomizarea combustibilului prin forța centrifugă. Rotorul pentru atomizarea combustibilului este antrenat de un motor electric printr-o transmisie cu curea, aceasta atingând viteze foarte mari. Combustibilul este introdus, treptat, la presiune joasă în rotor , unde sub acțiunea forțelor cetrifuge i se induce o mișcare de swirl ce va ajuta la crearea unui strat uniform și foarte fin, sub formă de vortex, a combustibilului.]

Capitolul 3. MEMORIU DE CALCUL

3.1.Calculul pierderilor de presiune

pentru instalația de încărcare – descărcare

3.1.2.Stabilirea traseului de calcul

Pentru a putea alege pompa instalației de încărcare – descărcare, mai întâi efectuăm calculul pierderilor de presiune pe instalație. Astfel, din schema instalației de încărcare – descărcare am ales traseul de tubulaturi cel mai lung, din tancul cel mai îndepărtat până la gura de debarcare așa cum este prezentat în figura 1.1 cu culoare roșie.

Trebuie avut în vedere faptul că avem 14 tancuri de ambarcare-debarcare cu pompe individuale pe fiecare tanc în parte.

Tabelul 3.1.Capacitatea tancurilor

Figura 3.1. Schema de calcul generală

(Documentație propie)

Calculul pierderilor de presiune se va efectua făcând referire la schema de calcul. Aceasta este prezentata în ANEXA 4.

Tabelul 3.2. Diametre nominale tubulaturi instalație încărcare-descărcare

Analiza curgerii țițeiului are ca scop determinarea presiunilor variabile pentru a înțelege dimensionarea tubulaturii și alegerea corectă a debitului de țiței. Astfel, pierderile de presiune ce apar pe traseu se calculează ținând cont de coeficienții de frecare în conducte λ și de coeficienții pierderilor locale de presiune ζ. Calculul acestor pierderi locale se realizează având în vedere următorii coeficienți:

Pentru filtre cu sită: ζ=1,1;

Pentru coturi la 90°: ζ=1,3;

Pentru racorduri în T: ζ=1,2;

Pentru valvule în poziția deschis:

Valcvla fluture: ζ=1,4;

Pentru clapet unisens în poziția deschis: ζ=1,8;

Pentru reducție: ζ=1,9;

Coeficient de rugozitate al țevilor din oțel: k=0,1;

Coeficient de curgere prin conducte: λ;

Astfel, pierderile de sarcină

– pierdere la curgere prin conducte (3.1)

– pierdere locală (3.2)

unde, g se aproximează la valoarea

Viteza de curgere a țițeiului pe magistrala principală o aflăm din relația debitului, debit cunoscut al pompelor de marfă. Astfel:

În funcție de diametrele conductelor, viteza de circulație a țițeiului și vâscozitatea cinematică a țițeiului, se determină numărul Reynold, după următoarea formulă de calcul:

unde -viteza, d-diametrul conductei, -vâscozitatea cinematică a țițeiului
( ).

Astfel:

Conform tabelului, se aplica relația lui Nikuradze pentru coeficientul λ.

Coeficientul de pierderi liniare se determină în funcție de numărul Reynolds, folosind una din relațiile din tabelul de mai jos.

Tabelul 3.3. Coeficientul de pierderi liniare

Pentru calculul pierderilor de presiune, avem următoarele relații:

unde, ρ=840 [kg/m3] (valoare luată din anexele Delta Load din Cargo Control Room, g=9.81 [m/s2].

Astfel, stabilind componentele instalației și calculând pierderile de sarcină liniare și locale, respectiv pierderile de presiune, putem determina totalul pierderilor, dar și să efectuăm un studiu asupra curgerii fluidului prin instalația respectivă.

Considerăm traseul de calcul conform Anexei 1.

În ceea ce urmează se va studia pierderea de presiune, atât pentru pierderile liniare, cât și pentru cele locale, urmând modelul de calcul, pentru fiecare.

3.1.3. Calculul pierderilor de sarcină liniare

Pornind de la ecuația generală a pierderilor, vom avea:

Date de calcul:

Diametrul conductelor:

d1=0,200 [m];

d2=0,250 [m];

d3=0,300 [m];

d4=0,350 [m];

Lungimea conductei pentru d1: l1=20 [m];

Lungimea conductei pentru d2: l2=20 [m];

Lungimea conductei pentru d3: l3=45 [m];

Lungimea conductei pentru d4: l4=40 [m];

Calculul pierderii de sarcină:

Pentru calculul pierderii de presiune, utilizăm relația:

3.1.4. Calculul pierderilor de sarcină locale

Pornind de la ecuația generală a pierderilor, vom avea:

Exemplu:

Date de calcul:

Tipul armăturii: Cot la 90ᴼ

Coeficient de frecare:

În funcție de armătură: =1,3

Calculul pierderii de sarcină:

Pentru calculul pierderii de presiune, utilizăm relația:

Dezvoltând calculul pentru fiecare sector al instalației de marfă, în funcție de viteza țițeiului au rezultat următoarele valori, prezentate tabelar.

Tabelul 3.4.Pierderi locale de sarcină și presiune

Însumând pierderile de presiune locale cu cele liniare rezultă următoarea valoare a pierderilor totale:

Ptotale = 29240 +433076.85 = 462316.85 Pa = 4.62 [bari]

Am ales pompa de încărcare – descărcare tip Framo tip SD 200 cu o capacitate de 500 m3/h.

Fiecare tanc este dotat cu o pompă de 500 m3/h ceea ce înseamnă că satisface necesitate de încărcare – descărcare conform registrelor de clasificare.

Figura 3.2. Pompa Framo SD 200

(Framo Gargo Pump SD200-6, Instruction for Maintenance and Repair, No. 1000-0149-4, p. 1.)

3.2. Calculul pierderilor de presiune pentru unitatea hidraulică de acționare

3.2.1.Descrirea centralei hidraulice Framo

Figura 3.3.Centrala hidraulică Framo

(FRAMO Mounting Instruction, No. 1401-0002-4,p.4.)

Centrala hidraulică livrează ulei pe linia principală de presiune și formată din următoarele elemente principale :

power pack-urile hidraulice cu alimentare electrică

power pack-urile hidraulice cu alimentare diesel.

filtrul de ulei hidraulic

răcitor ulei hidraulic

incintă pentru separarea uleiului hidraulic de înaltă presiune de pe suprafețele fierbinți

Figura 3.4.Schema de acționare a centralei

(FRAMO Mounting Instruction, No. 1401-0002-4, p.8.)

Un power pack hidraulic constă într-o pompă hidraulică construită pe un amortizor de pulsație, acționată de un motor electric sau de un motor diesel. Fiecare power pack este prevăzut cu fixare antivibratorie și este livrat cu conexiuni de evacuare, combustibil și apă flexibile.

3.2.2.Stabilirea traseului de calcul

Figura 3.5. Schema de calcul

(Documentație Propie)

1. Calculul hidraulic se va efectua făcând referire la schema de acționare a unității hidraulice. Aceasta este prezentata în ANEXA 5.

Pentru acest traseu se folosește pompa hidraulică care are un debit de 50 m3 / h.

Analiza curgerii uleiului are ca scop, determinarea presiunilor variabile, pentru a înțelege dimensionarea tubulaturii și alegerea corectă a debitului de ulei. Astfel, pierderile de presiune ce apar pe traseu se calculează ținând cont de coeficienții de frecare în conducte λ și de coeficienții pierderilor locale de presiune ζ. Calculul acestor pierderi locale se realizează având în vedere următorii coeficienți:

Pentru filtre cu sită: ζ=1,1;

Pentru coturi la 90°: ζ=1,3;

Pentru racorduri în T: ζ=1,2;

Pentru valvule în poziția deschis:

Valvule normale: ζ=1,4;

Pentru clapet unisens în poziția deschis: ζ=1,8;

Pentru reducție: ζ=1,9;

Coeficient de rugozitate al țevilor din oțel: k=0,1;

Coeficient de curgere prin conducte: λ;

Răcitor cu plăci: ζ=3,4.

Astfel, pierderile de sarcină

– pierdere la curgere prin conducte (3.1)

– pierdere locală (3.2)

unde, g se aproximează la valoarea

Viteza de curgere a uleiului hidraulic pe magistrala principală o aflăm din relația debitului, debit cunoscut al pompei de ulei. Astfel:

=

În funcție de diametrele conductelor, viteza de circulație a uleiului și vâscozitatea cinematică a uleiului, se determină numărul Reynold, după următoarea formulă de calcul:

unde -viteza, d-diametrul conductei, -vâscozitatea cinematică a uleiului hidraulic ( ).

Astfel:

Conform tabelului, se aplica relația lui Nikuradze pentru coeficientul λ.

Pentru calculul pierderilor de presiune, avem următoarele relații:

unde, ρ=870 [kg/m3] (valoare luată din anexele Delta Load din Cargo Control Room, g=9.81 [m/s2].

Astfel, stabilind componentele instalației și calculând pierderile de sarcină liniare și locale, respectiv pierderile de presiune, putem determina totalul pierderilor, dar și să efectuăm un studiu asupra curgerii uleiului prin instalația respectivă.

În ceea ce urmează se va studia pierderea de presiune, atât pentru pierderile liniare, cât și pentru cele locale, urmând modelul de calcul, pentru fiecare.

3.2.3. Calculul pierderilor de sarcină liniare

Pornind de la ecuația generală a pierderilor, vom avea:

Date de calcul:

Diametrul conductelor:

d=0,200 [m]

Lungimea conductei pentru d: l=150 [m]

Calculul pierderii de sarcină:

Pentru calculul pierderii de presiune, utilizăm relația:

3.2.4. Calculul pierderilor de sarcină locale

Pornind de la ecuația generală a pierderilor, vom avea:

Dezvoltând calculul pentru fiecare sector al instalației de răcire, în funcție de viteza uleiului au rezultat următoarele valori, prezentate tabelar.

Tabelul 3.5. Calcul pierderilocale traseu

Prin însumarea pierderilor locale de presiune cu pierderile liniare, vom obține pierderile totale de presiune, astfel:

Ptotaletraseu = 2267 + 85869 = 88136 Pa = 0.85 [bari]

Am ales pompa hidraulică Bosch H250.

Figura 3.6. Pompa hidraulică Bosch H250

(http://hydravlica.com.ua/files/re92050.pdf , Manualul de Pompe RP92050, p.1. )

Figura 3.7. Caracteristici funcționare pompă

(http://hydravlica.com.ua/files/re92050.pdf , Manualul de Pompe RP92050, p.5.)

Tabelul 3.6. Caracteristicile pompei hidraulice

3.3. Descrierea pompei centrifuge de încărcare-descărcare

Paletele rotorului sunt dispuse, între două discuri paralele, unul fixat pe arborele (coroana) și altul care conține orificiul de acces al fluidului (inel). Fluidul trece prin conducta de aspirație, intră în rotor unde i se imprimă o energie cinetică care se transformă ulterior în energie potențială în camera spirală și în conducta de refulare. Pompa centrifugă este prevăzută cu un stator cu palete cu rol de transformare a sarcinii cinetice în sarcină de presiune și de dirijare a fluidului.

Figura 3.8. Pompa centrifugă

(https://issuu.com/robetx/docs/framo-sd200-6-pumps-maint-manual_01991087, p.4. )

Caracteristici principale:

debit: 500 [m3/h]

turație: 2550 [rpm]

presiune: 215 [bari]

Figura 3.9. Părțile componente ale pompei centrifuge

(Manualul Framo, Documentație Navă)

Tabelul 3.7. Părțile componente ale pompei centrifuge

3.4. Elemente de calcul privind pompa centrifugă

În cele ce urmează vom considera o pompă încadrată într-un sistem hidraulic simplu, fig. 3.10. Sistemul este alcătuit din următoatele elemente componente: un rezervor de aspirație, a cărui suprafață liberă este la o cotă zi mai ridicată decât cota de referință zref a aspirației pompei, o conductă de aspirație între rezervor și pompă (la intrarea în această conductă există, în general, un sorb/ filtru), o pompă centrifugă cu arbore orizontal, urmată de conducta de refulare, pe care se află montate o clapetă anti-retur (clapetă de reținere, care împiedică curgerea lichidului către pompă) și o vană, respectiv un rezervor de refulare, a cărui suprafață liberă se află la o cotă ze > zi. Se consideră cazul unor rezervoare închise, cu nivel constant, iar la suprafața liberă a rezervoarelor, presiunea este diferită de presiunea at mosferică. Funcționarea pompelor în sistemele hidraulice este determinată de parametrii fundamentali ai acesteia.

Figura 4.10. Sistem Hidraulic Simplu

Unde H este înălțimea de pompare (sarcina pompei), Hi și He sunt sarcinile hidrodinamice la intrarea, respectiv la ieșirea din sistem, iar hri−e sunt pierderile de sarcină hidraulică de pe traseu.

Parametrii fundamentali care determină funcționarea unei pompe sunt:

debitul vehiculat, Q, care reprezintă volumul de fluid care trece prin secțiunea de refulare a pompei în unitatea de timp;

înălțimea de pompare (sau sarcina pompei), H, care reprezintă energia pe care o cedează pompa curentului de fluid, raportată la greutate.

puterea pompei (puterea absorbită), P, care reprezintă energia totală consumată de pompă în unitatea de timp pentru a ceda curentului de fluid puterea Ph ; mai exact, este puterea mecanică transmisă la arborele pompei (puterea consumată), astfel încât la refulare să fie obținută puterea hidraulică (puterea utilă) și să fie acoperite toate disipațiile de putere din pompă (datorate pierderilor de sarcină hidraulică din rotor, pierderilor mecanice din lagăre și din sistemul de etanșare a arborelui și pierderilor volumice)

puterea la mersul în gol a pompei, P0, care reprezintă puterea la debit nul a unei pompe, adică puterea absorbită de pompă atunci când vana din partea de înaltă presiune este închisă

momentul la arbore, M, care reprezintă cuplul motor care trebuie furnizat la axul pompei pentru a putea asigura puterea absorbită

puterea hidraulică (puterea utilă a pompei), Ph, care reprezintă energia totală cedată curentului de fluid în unitatea de timp (puterea transmisă apei).

randamentul pompei, η, care reprezintă raportul dintre puterea hidraulică la refulare și puterea consumată (transmisă la arborele pompei)

turația, n [rot/s] sau [Hz] , care reprezintă numărul de rotații efectuate de rotorul pompei în unitatea de timp. În aplicațiile industriale, turația este exprimată frecvent în [rot/min], caz în care turația este definită prin numărul de rotații ale pompei pe durata unui minut

sarcină pozitivă netă la aspirație, NPSH (Net Positive Suction Head), care este un parametru de cavitație foarte important pentru pompe. El reprezintă energia suplimentară raportată la greutate, necesară la aspirația pompei, peste nivelul piezometric dat de presiunea de vaporizare a fluidului, astfel încât în pompă să nu apară cavitația

arcina pompei la mersul în gol, H0, care reprezintă sarcina pompei la debit nul, Q=0, atunci când armătura din aval de pompă este închisă;

3.5.Calculul pompei centrifuge

3.5.1.Date inițiale de calcul:

Debitul de țiței al pompei:

Sarcina pompei:

Turația motorului:

Randamentul:

Puterea la axul de antrenare:

Greutatea specifică a petrolului:

3.5.2.Calculul rotorului

Calculul momentului de răsucire:

Calculul diametrului axului:

Alegerea diametrului butucului:

3.5.3.Calculul parametrilor la intrare în rotor

Luăm în calcul 10% pierderi de debit:

Adoptăm viteza de intrare:

Calculul diametrului tubului de aspirație:

Calculăm diametrul la intrare D1 astfel încât muchia de intrare de lățimea b1 să nu fie în zona de curbură a firelor de lichid:

Calculul lățimea la intrare b1:

Recalculăm viteza de intrare:

Viteza tangentială va fi:

Unghiul la intrare în condiția optimă 90 grd va fi:

Unghiul la ieșire:

Calculăm numărul de pale

Adoptăm:

Calculăm distanța dintre pale:

Adoptăm grosimea palei:

Recalculăm viteza de intrare:

3.5.4.Calculul parametrilor la ieșire din rotor

Lățimea la ieșire:

Calculăm sarcina la infinit:

Calculăm viteza tangențială la ieșire:

Rezultă:

Figura 3.11. Desenul de ansamblu al pompei centrifuge

Figura 3.12.Trasarea paletelor rotorului

Fie G un punct al paletei la ieșire. Se construiesc unghiurile de mai jos și rezultă punctul K.

Se unește G cu K și prelungind dreapta GK până la a doua întâlnire cu cercul R1 se obține punctul B, corespunzător începutului paletei. Din mijlocul dreptei GB se ridică o perpendiculară care intersectează dreapta dusă din G sub unghiul β2, față de OG și se obține punctul M care este centrul arcului de cerc ce reprezintă paletul.

Figura 3.13. Discul rotor al pompei centrufuge

Figura 3.14. Trasarea camerei spiralate

BIBLIOGRAFIE

Materiale Tipărite.

1). Nicolae Buzbuchi, Adrian Sabău (2004), Procese Caracteristici și Supraalimentarea Motoarelor Navale, Editura Nautica, Constanța.

2). Gheorghe Uzunov, Anastase Pruiu, Manualul Ofițerului Mecanic Maritim Vol. 1, Editura Tehnică, București.

3). Ion Dragomir, Dumitru Catană, Elena Dinu, Teodor Popa, Gheorghe Uzunov, Anastase Pruiu, Manualul Ofițerului Mecanic Maritim Vol. 2, Editura Tehnică, București.

4). Adrian Lungu (1999), Mașini și Acționări Hidraulice Navale, p. 71-101., Editura Tehnică, București.

5). Dumitru Dinu, Mașini Hidraulice Navale.

6). Dumitru Dinu, Mecanica Fluidelor.

7). Dan Bodolan (2013), Specializare Nave Pentru Transport Produse Petroliere, Editura Ceronav, Constanța.

8). Teodor Popa, Teodor Asimit, Specializare Nave Pentru Transport Produse Chimice, Editura Măiastra, Constanța.

Surse Electronice.

1). Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Technical Review Vol.38 No.3 (Oct. 2001), p. 131. [ http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download;jsessionid=E4F42D512885E7E331F938B97F881D3E?doi=10.1.1.483.7633&rep=rep1&type=pdf ].

2).Frank Mohn AS., Framo Mounting Instruction. [ https://www.scribd.com/doc/50598275/framo ].

3). Framo, Instruction for Maintenance and Repair [https://issuu.com/robetx/docs/framo-sd200-6-pumps-maint-manual_01991087].

4). Yanmar LTD., Manuals [http://www.yanmarmarine.eu/Products/Medium-speed-generator-sets/].

5). Microsoft Corporation (1993-2008), Microsoft ® Encarta ® 2009 ©.

Surse Propii.

Documentație Provenită de la Navă ( Manuale Framo, Scheme, Instalații, Programe).