CAPTOLUL 1. PROBLEME GENERALE ALE INB

Prezentarea pe tema: "CAPTOLUL 1. PROBLEME GENERALE ALE INB"— Transcriere de prezentare:

1 CAPTOLUL 1. PROBLEME GENERALE ALE INB
1.1. DESTINAŢIA INSTALAŢIILOR NAVALE Navele maritime şi fluviale sunt dotate cu instalaţii de bord care asigură securitatea de navigaţie, integritatea mărfurilor transportate, condiţiile necesare pentru locuit şi pentru desfăşurarea activităţii echipajului şi pasagerilor. Instalaţiile navale pot fi împărţite în două categorii: - instalaţii cu tubulaturi; - instalaţii mecanice de punte. Instalaţiile cu tubulaturi au în componenţă maşini hidropneumatice şi se utilizează la: - încărcarea şi repartizarea în tancurile de marfă; - descărcarea mărfurilor lichide; - congelarea şi refrigerarea mărfurilor uşor perisabile; - asigurarea de apă potabilă şi de spălare; - evacuarea apelor uzate şi de santină; - balastarea navei; - stingerea incendiilor; - condiţionarea aerului pentru încăperile de locuit; - acţionarea hidrostatică a mecanismelor de bord etc. Instalaţiile mecanice de punte se utilizează pentru: - ancorarea, legarea, remorcarea navei; - guvernarea navei; - încărcarea-descărcarea mărfurilor generale; - acţionarea capacelor mecanice ale gurilor de magazii; - acţionarea bărcilor de salvare; - acţionarea scării de bord etc.

2 1.2. CLASIFICAREA INSTALAŢIILOR NAVALE DE BORD
Instalaţii care asigură siguranţa navei Instalaţia de salvare Instalaţii care asigură funcţionalitatea navei Instalaţia de guvernare Instalaţia de stins incendiul Instalaţia de ancorare Instalaţia de santină Instalaţia de manevră-legare Instalaţia de balast Instalaţia de încărcare-descărcare Instalaţia de radiocomunicaţie Instalaţia de remorcare Instalaţia de navigaţie şi semnalizare Instalaţia pentru manevra capacelor Etc. Instalaţia electrică etc. Instalaţii care asigură condiţii optime de trai la bord Instalaţii de microclimat artificial Instalaţii specializate Instalaţii pentru nave petrolier Instalaţii sanitare Instalaţii pentru nave de pescuit Instalaţii de telefonie şi satelit etc. Instalaţii pentru nave on-off shore etc

3 1.3. CERINŢE IMPUSE INSTALAŢIILOR NAVALE DE BORD
Cerinţele generale impuse instalaţiilor navale de bord, în principiu, sunt [2]: - economicitatea şi siguranţa de funcţionare îndelungată, în condiţii navale de exploatare; - instalaţiile de care depinde vitalitatea navei, trebuie să aibă vitalitate proprie şi să fie capabile să-şi îndeplinească funcţiile şi în cazul avarierii lor parţiale; - elementele constructive ale instalaţiilor trebuie să fie standardizate sau tipizate, astfel încât numărul tipodimensiunilor să fie minim; - materialele utilizate pentru confecţionarea instalaţiilor trebuie să fie rezistente la coroziune marină şi la agenţii de lucru; - instalaţiile trebuie să se încadreze în arhitectura navei şi să ocupe un volum minim; - amplasarea la bord a elementelor instalaţiilor trebuie să excludă deteriorarea lor mecanică prin operaţii de încărcare-descărcare a mărfurilor şi să permită accesul personalului pentru verificare şi reparare; - funcţionarea instalaţiilor trebuie să fie mecanizată sau automatizată în funcţie de posibilităţi şi de clasa navei; - maşinile de acţionare a instalaţiilor, ce funcţionează în medii explozive, trebuie să nu producă scântei care ar putea produce explozii şi incendii la bordul navei; - maşinile instalaţiilor amplasate pe puntea deschisă trebuie să fie etanşe la apa de mare şi protejate împotriva valurilor; - instalaţiile trebuie să aibă posibilitatea de a fi acţionate local şi de la distanţă; - instalaţiile trebuie să aibă stabilitate în funcţionare, simplitate de reglare, deservire şi întreţinere şi durată maximă de exploatare; - funcţionarea instalaţiilor trebuie să respecte prevederile convenţiilor internaţionale privind poluarea marină, normele sanitare internaţionale şi prevederile registrului naval sub supravegherea căruia s-a construit şi certificat nava.

4 1.4. ELEMENTE CONSTRUCTIVE COMUNE INSTALAŢIILOR
Ca elemente constructive comune, se pot enumera următoarele: - tubulaturi rigide şi racorduri flexibile; - armături de îmbinare, care servesc la asamblarea tubulaturilor între ele şi la asamblarea tubulaturilor cu elemente de închidere sau reglaj; - fitinguri, folosite pentru ramificare, racordare sau schimbări de direcţie; - mecanisme hidropneumatice, care servesc la transformarea energiei mecanice în energie cinetică; - maşini mecanice, care servesc la transmiterea energiei mecanice în forma şi în direcţia cerută de organul de lucru; - transmisii şi dispozitive de conducere; - aparate pentru măsurare, control funcţional şi semnalizare; - tancuri de depozitare, butelii, tancuri de consum, recipiente, rezervoare; - suporţi pentru fixarea tubulaturilor şi armăturilor pe elementele de structură ale corpului navei; - compensatoare de dilataţie a tubulaturilor. Orice instalaţie navală este caracterizată prin parametrii caracteristici de lucru. Ca dimensiune caracteristică a secţiunii interioare de trecere a unei tubulaturi, armături sau altor elemente de trecere a fluidului de lucru, se foloseşte diametrul nominal, Dn [mm]. Gama valorilor diametrelor nominale sunt reglementate prin standarde agreate de societatea de clasificare navală. Alt parametru caracteristic al tubulaturilor şi armăturilor este presiunea nominală, pn [bar]. Presiunea nominală este presiunea maximă admisibilă de funcţionare a unui element de instalaţie. Valorile presiunii nominale sunt, de asemenea, reglementate prin standarde agreate de societatea de clasificare navală.

5 1.5. MAŞINI UTILIZATE ÎN INSTALAŢIILE DE BORD
Maşinile hidropneumatice se utilizează în instalaţiile navale de bord fie ca generatoare (pompe, ventilatoare, compresoare etc.), fie ca motoare. Generatoarele hidropneumatice transformă energia mecanică de acţionare în energie hidropneumatică pe care fluidul din instalaţie o foloseşte pentru învingerea rezistenţelor de frecare liniară şi locală şi pentru acumularea energiei potenţiale piezometrice [3]. Motoarele hidropneumatice sunt, în general, reversibile, în sensul că pot funcţiona fie ca pompe, fie ca motoare hidrostatice. Generatoarele hidropneumatice pot fi clasificate după mai multe criterii [1], astfel: - după starea de agregare a fluidului vehiculat: generatoare hidraulice (pompe, ejectoare); generatoare pneumatice (ventilatoare, compresoare, suflante, ejectoare etc.); - după principiul de funcţionare: generatoare fluidodinamice (turbogeneratoare), la care energia mecanică se transmite fluidului prin intermediul unui rotor (pompe şi ventilatoare, centrifugale sau axiale); generatoare volumetrice, care realizează deplasarea periodică a unor volume de fluid dinspre aspiraţie spre refulare (pompe cu piston, compresor de aer cu piston); generatoare cu fluid motor (ejectoare), care nu folosesc direct energia mecanică, ci energia potenţială obţinută din energia mecanică într-un generator fluidodinamic sau volumetric. Pompele sunt maşini hidraulice care transmit energia mecanică, primită la arborele lor de acţionare, fluidelor de lucru din transmisiile hidraulice, sub forma energiei hidraulice [4]. Ventilatoarele sunt generatoare pneumodinamice care realizează creşterea presiunii gazelor prin centrifugare în canalele rotorului (ventilatoare centrifugale) sau prin transferarea către gaz a energiei mecanice de antrenare, folosind pentru aceasta un rotor dotat cu pale radiale, profilate şi orientate astfel încât să realizeze portanţa (ventilatoare axiale) [2]. Compresoarele sunt generatoare volumice utilizate pentru comprimarea unui gaz, având rolul de a imprima acestuia presiuni înalte în scopul alimentării diferitelor instalaţii de la bordul navei [1].

6 CAPTOLUL 2. ELEMENTE DE TEORIA POMPELOR
2.1. CONSIDERAŢII PRIVIND TRANSPORTUL FLUIDELOR Transportul şi distribuţia fluidelor între consumatori (între componentele unei instalaţii sau la distanţe mari) se realizează prin intermediul tubulaturilor. În funcţie de destinaţie, tubulaturile pot fi magistrale, respectiv tehnologice. Tubulaturile magistrale sunt destinate transportului de fluide pe distanţe mari (de aducţiune a apei; gazoducte – pentru transportul gazelor naturale; oleoducte – pentru transportul produselor petroliere). Tubulaturile tehnologice realizează legătura între consumatorii unei linii de fabricaţie. Acestea sunt marcate prin culori şi semne convenţionale care indică natura şi proprietăţile fluidelor vehiculate. Traseul unei tubulaturi tehnologice trebuie astfel ales încât să îndeplinească următoarele condiţii: - să fie cât mai scurt posibil; - să aibă cât mai puţine schimbări de direcţie; - să nu afecteze amplasarea utilajelor şi dispozitivelor; - să permită accesul facil la armături, dispozitive de măsură şi control. În cadrul reţelelor hidraulice, tubulaturile ajută la realizarea izolării fluidului de mediul înconjurător, deplasarea fluidului pe un anumit traseu şi menţinerea parametrilor necesari pe tot traseul reţelei [1]. Dimensiunile tubulaturilor utilizate în instalaţiile navale sunt precizate în standarde, în funcţie de modul constructiv al tubulaturilor şi materialul utilizat. Prin diametrul nominal Dn, se înţelege diametrul interior al tubulaturii. Diametrul interior necesar tubulaturilor utilizate în reţelele hidraulice se alege în baza calculelor hidraulice sau după diametrul nominal al armăturilor. Grosimea necesară pereţilor tubulaturilor se determină cu relaţia [1] [m], (2.1) în care,  – coeficient de calitate al materialului ( = 0,60…0,85); k – coeficient de adaos pentru neuniformitatea grosimii pereţilor tubulaturii (k = 10-3 m, pentru oţel), în m; Dn – diametrul interior al tubulaturii, în m; a – tensiunea admisibilă la întindere a materialului, în N/m2 (a = 250 kN/m2 pentru fontă; a = 600 kN/m2 pentru oţel); p – presiunea de lucru a fluidului, în N/m2.

7 Criteriu de clasificare
Armăturile sunt elemente constitutive (altele decât pompele, tubulaturile şi rezervoarele) ale instalaţiilor navale, montate pe tubulaturi pentru a dirija circulaţia fluidelor sau pentru a regla parametrii de funcţionare [1], [2]. În domeniul naval, prin armături se înţeleg, principial, următoarele elemente: valvule, filtre, casete de valvule, hidranţi, racorduri pentru tubulaturi, capace pentru tuburile de sondă, sticle de nivel, vizoare, distribuitoare etc. Armăturile trebuie să fie sigure în funcţionare, să aibă gabarit redus şi rezistenţă mecanică ridicată, rigiditate şi etanşeitate corespunzătoare. Construcţia armăturii trebuie să excludă posibilitatea pătrunderii agentului de lucru din tubulatură în mediul înconjurător prin locurile de contact ale pieselor, garniturilor şi suprafeţelor de etanşare. De asemenea, ele trebuie să asigure timpul necesar de manevră, evitând apariţia loviturilor de berbec în tubulatură [2]. Rezistenţa lor hidraulică trebuie să fie minimă. Tabel 2.1. Clasificarea armăturilor navale [2], [4] Criteriu de clasificare Tip de armătură După destinaţie - de închidere (opresc circulaţia fluidului); - de serviciu (deservesc consumatorii de capăt); - de reţinere sau sens unic (împiedică circulaţia fluidului în sens contrar celui normal); - de siguranţă (împiedică creşterea excesivă a presiunii); - de reglaj (reglează parametrii de funcţionare ai fluidului); - de semnalizare (acţionează la atingerea unor parametrilor prescrişi); - de separare, filtrare şi vizualizare; - aparate de măsură şi control După tipul organului de închidere - cu ventil; cu sertar; cu clapetă; cu cep etc. După funcţionalitate - de închidere; de închidere-reţinere; de reţinere; de siguranţă; de reglare; de schimbare a direcţiei; de schimbare a stării de agregare a fluidului etc. După modul de acţionare - cu acţionare manuală; cu acţionare mecanică; cu acţionare automată După tipul transmisiei de acţionare - cu transmisie manuală; cu transmisie pneumatică; cu transmisie hidraulică; cu transmisie electrică După modul de cuplare - cu flanşe; cu filet După materialul corpului - din oţel mediu aliat; din fontă; din bronz; din aliaje uşoare După parametrii de lucru - de joasă presiune; de medie presiune; de înaltă presiune După natura fluidului - de apă; de abur; de aer comprimat; pentru fluide toxice; pentru fluide corozive

8 Scopul calcului hidraulic pentru o instalaţie navală este acela de a pune de acord parametrii funcţionali ai pompei cu parametrii funcţionali ai instalaţiei. Pentru aceasta, atunci când prin tubulatură, cât şi prin pompă circulă acelaşi debit de fluid, trebuie să se realizeze o corelare a sarcinilor, adică sarcina dată de pompă să fie cea cerută de instalaţie. Sarcina pompei se exprimă prin relaţia Hp = Er – Ea [mCA], (2.2) în care, Er – energia de refulare, în mCA; Ea – energia de aspiraţie, în mCA. Dacă scriem ecuaţia lui Bernoulli [1] pentru o instalaţie cu tubulaturi, sarcina pompei devine [mCA], (2.3) în care, ρ – densitatea apei, în kg/m3; g – acceleraţia gravitaţională, în m/s2; vr – viteza fluidului pe tubulatura de refulare, în m/s; va – viteza fluidului pe tubulatura de aspiraţie, în m/s; pr – presiunea fluidului pe tubulatura de refulare, în mCA; pa – presiunea fluidului pe tubulatura de aspiraţie, în mCA; Hh – pierderi de sarcină datorită rezistenţelor hidraulice din instalaţie, în mCA; zr , za – cotele de amplasare ale tubulaturii de refulare, respectiv aspiraţie, în m. Calculul hidraulic al instalaţiilor navale este necesar pentru optimizarea diametrelor interioare ale tubulaturilor, vitezelor de deplasare ale fluidelor, debitelor şi presiunilor maşinilor hidropneumatice, pentru determinarea puterii necesare acţionării acestora. Independent de lungime şi configuraţie, într-o instalaţie se pot separa anumite porţiuni, de debite şi diametre interioare constante, denumite tronsoane de calcul. Prin îmbinarea, în serie sau paralel, a tronsoanelor de calcul, se obţine schema de calcul a instalaţiei. În nodurile de îmbinare ale tronsoanelor trebuie să fie respectată ecuaţia continuităţii, adică (2.8) în care, qint – debite volumetrice de intrare în nodul reţelei, în m3/s; qext – debite volumetrice de ieşire din nodul reţelei, în m3/s. Aceasta înseamnă că pe orice ramificaţie a traseului, pierderile de sarcină sunt aceleaşi şi egale cu ale ramificaţiei de pierderi maxime [2].

9 Plecând de la relaţia (2.8), ecuaţia generală de calcul pentru pierderile de sarcină devine
(2.9) în care, (2.10) reprezintă pierderile de sarcină liniare; (2.11) reprezintă pierderile de sarcină locale; (2.12) reprezintă pierderile de sarcină piezometrice. În relaţia (2.9), semnificaţia termenilor este următoarea: i – coeficient de pierdere de sarcină liniară, adimensional; li – lungimea tronsonului de calcul, în m; di – diametrul interior al tronsonului de calcul, în m; i – coeficient de rezistenţă locală, adimensional; vi – viteza fluidului în tronsonul de calcul, în m/s; g – acceleraţia gravitaţională de atracţie a Pământului, în m/s2.

10 2.2. MĂRIMI CARACTERISTICE PRINCIPALE ALE POMPELOR
Mărimile caracteristice principale ale pompelor, indiferent de tipul acestora, sunt: debitul; înălţimea de pompare (refulare); înălţimea de aspiraţie; puterea; randamentul. Debitul pompei Q, reprezintă cantitatea de fluid transportată de pompă în unitatea de timp. Cantitatea de fluid transportată poate fi exprimată prin masa de fluid vehiculată (debit masic), respectiv volumul de fluid vehiculat (debit volumetric). Puterea efectivă a pompei Pe (la flanşă), depinde de debitul masic (sau volumetric) şi de randamentul total al pompei, adică (2.20) în care, qm – debitul masic al pompei, în kg/s; qv – debitul volumetric al pompei, în m3/s; ηp – randamentul total al pompei. Randamentul total ηp al pompei este (2.21) în care, ηh – randamentul hidraulic al pompei; ηv – randamentul volumetric al pompei; ηm – randamentul mecanic al pompei. Randamentul global al instalaţiei este dat de relaţia (2.22) în care, ηp – randamentul pompei; ηtr – randamentul transmisiei; ηmot – randamentul motorului de acţionare al pompei.

11 Înălţimea (sarcina) de pompare H reprezintă consumul de energie necesar trecerii fluidului prin pompă (diferenţa dintre energia specifică la ieşirea din pompă şi cea de la intrarea în pompă). Înălţimea (sarcina) de pompare efectivă He este dată de relaţia (2.14) Înălţimea (sarcina) teoretică de pompare Ht este dată de relaţia (2.16) Înălţimea (sarcina) reală de pompare Hr trebuie să fie mai mare decât sarcina teoretică de pompare, adică (2.18) Înălţimea (sarcina) de aspiraţie Ha reprezintă distanţa, măsurată pe verticală, între suprafaţa liberă a fluidului din rezervor şi cel mai înalt punct din rotorul pompei şi este dată de relaţia (2.19) Pompa 1 aspiră fluid din rezervorul 7, prin intermediul tubulaturii de aspiraţie 2, apoi îl refulează prin tubulatura de refulare 3 înapoi în rezervor. Pe tubulatura de aspiraţie este montat vacuumetrul 5, care măsoară presiunea de aspiraţie pa, iar pe tubulatura de refulare este montat manometrul 6, care măsoară presiunea de refulare pr. După punerea în funcţiune a pompei, se deschide treptat valvula de reglare 4 şi, pentru fiecare debit, se citesc presiunile din tubulatura de aspiraţie, respectiv din tubulatura de refulare. Fig. 2.1

12 POMPE CU ELEMENTE MOBILE POMPE FĂRĂ ELEMENTE MOBILE
2.3. CLASFICAREA POMPELOR Pompele sunt mecanismele capabile să imprime unui fluid presiune şi viteză corespunzătoare, în scopul deplasării acestuia prin tubulaturi în vederea utilizării sale pentru diferite procese [1]. Domeniile de utilizare fiind variate, clasificarea pompelor se poate realiza după diferite criterii, astfel: - după tipul fluidului vehiculat: pentru apă (caldă sau rece); pentru fluide neagresive (ulei, produse petroliere); pentru fluide agresive (acizi, baze); pentru fluide vâscoase (nămol, metal lichid, pastă, suspensie); ventilatoare (aer, abur); - după numărul de rotoare: monoetajate; multietajate; - după poziţia arborelui de antrenare: cu ax orizontal; cu ax vertical; cu ax înclinat; - după principiul de funcţionare: volumetrice; turbopompe; cu jet. Din punct de vedere constructiv, pompele se clasifică conform tabelului 2.1. Tabel 2.1. Clasificarea pompelor din punct de vedere constructiv POMPE CU ELEMENTE MOBILE Volumetrice Cu mişcări alternative Pompe cu piston disc Pompe cu piston plonjor Pompe cu piston lichid Pompe cu membrană Rotative Pompe cu roţi dinţate Pompe cu pistonaşe Pompe cu paleţi culisanţi în stator în rotor Centrifuge POMPE FĂRĂ ELEMENTE MOBILE Sifon Montejus Pompa cu aer (gaz-lift) Injector şi ejector

13 Din punct de vedere funcţional, pompele se clasifică conform tabelului 2.2.
Pompele volumetrice sunt maşini în care au loc deplasări periodice a unor volume de fluid dinspre aspiraţie spre refulare, cu creşterea corespunzătoare a presiunii [1]. O caracteristică a acestor maşini, este prezenţa organelor de închidere (clapeţi, supape, bile etc.). Pompele hidrodinamice (turbopompe) sunt maşini în care transformarea de energie are loc datorită interacţiunii dintre palete şi fluid (prin modificarea momentului cantităţii de mişcare) [1]. Acestea sunt caracterizate prin viteze mari ale fluidului faţă de organele active ale maşinii, iar debitul variază mult cu înălţimea de pompare. Pompele cu jet sunt maşini în care agentul activ (apa, abur, aer) conţine o cantitate mare de energie, utilizată pentru transportarea prin tubulaturi a fluidelor cu vâscozitate mică. Pompele cu jet de apă sunt utilizate, prioritar, la stingerea incendiilor şi în sistemele de inundare a diferitelor compartimente. Tabel 2.2. Clasificarea pompelor din punct de vedere funcţional Pompe volumetrice cu piston cu simplu efect cu dublu efect rotative cu angrenaje cu paleţi culisanţi cu inel şi lichid elevatoare cu lanţ şi cupe cu şurub vibratoare electromagnetice Pompe hidrodinamice (turbopompe) centrifugale monoetajate bietajate multietajate în simplu flux în dublu flux elicoidale diagonale normale diagonale rapide (Deriaz) axiale normale Kaplan bulb Pompe cu jet cu jet de apă cu jet de abur cu jet de aer