201267339-manualul-ofiterului-mecanicvol-2

ANASTASEPRUIU GHEORGHE UZUNOVIONDRAGOMIR ELENA DINUDUMITRU CATAN TEODOR POPA

MANUALUL OFIERULUIMEC ANIC MARITIM

Voi .II

Coordonatori:Anastase Pruiu, Gheorghe Uzunov

EDITURA TEHiNICBucureti, 1998

Copyright 1998, S.C. EditurTehnic S. A.Toate drepturile asupra acestei ediii sunt rezervate editurii

Adresa: S.C. EDITURA TEHNIC S.A.Piaa Presei Libere, l33 Bucureti, RomniaCod 71341

Redactor: ing. Maria Antoinette lonescuTehnoredactor: Diana JilavuEditare computerizat: Voichita Pruiu

Lara AlexeCoperta: Simona Dmitrescu

Bun de tipar: 1998 Coli tipo: 11,5C.Z.U.: 629.12ISBN: 973-31-1057-4ISBN: 973-31-1266-6Tiparul executat la tipografia Goliat" Constanta

PREFAA

Cartea este rezultatul experienei didactice, tiinifice i activitiipractice la bordul navelor a autorilor care activeaz n Academia Naval"Mircea cel Btrn", Centrul de Perfecionare a Personalului din MarinaCivil Constana, Inspectoratul Navigaiei Civile, Institutul de Marin Civil.

Concepia i ordonarea materialului prezentei lucrri se bazeaz, cuprecdere, pe aspectele principale

S-a dovedit c pentru aceast activitate desfurat la bordul navei mcondiii de ruliu, tangaj, zgomote, vibraii, gaze si temperaturi ridicate estenecesara o pregtire multidisciplinar complex, o condiie fizic bun i unmoral ridicat.

Aceast carte este adresat, n principal, ofierilor mecanici care ipetrec o bun parte din viat la bordul navelor, prin a cror pricepere tehnici stpnire de sine supravegheaz instalaiile, fac reparaii complexe, meninnavele n condiii de vitalitate, asigurnd prin aceasta transporturi importantede mrfuri fi de pasageri ntre diverse porturi ale lumii.

Pentru a stpni aceast tehnic deosebit de complex, ofierilormecanici li se impun condiii de pregtire superioare, marcate de examenelede brevet la un numr mare de discipline fundamentale i de specialitate.

Manualul cuprinde dou volume, n primul volum sunt cuprinseurmtoarele capitole: matematic, temcdinamic tehnic, rezistenamaterialelor, desen tehnic, organe de maini, motoare navale, cldri dejzbursaturat i supranclzit, maini cu abur cu piston, caracteristicile deexploatare ale apei tehnice, combustibililor navali i lubrifianilor utilizai lamainile si agregatele navale, n finalul prihiului volum sunt prezentate celemai importante acorduri internaionale si regionale privind introducereaI.S.M.(Internaional System Management) si P.C.S. (Port Control State) pentruconstrucia, exploatarea i inspecia instalaiilor navale precum i pentrupregtirea profesional si conduita sociala a echipajului.

Volumul H cuprinde urmtoarele capitole: turbine cu abur, turbine cugaze, pompe, conducte, armturi, compresoare de aer, instalaia de aercomprimat, instalaii frigorifice, instalaia de ambarcare si transfercombustibil, separatoare de combustibil si de ulei, instalaii de stins incendiu,instalaii de splare tancuri de marf de la tancurile petroliere, instalaia degaz inert. Capitolul 12, din volumul U prezint codul tehnic privind emanaiade noxe de la motoarele navale, ce urmeaz a fi implementat ncepnd cu anul1999 i introdus n for ncepnd cu anul 2000.

Cartea se adreseaz ofierilor mecanici maritimi, ofierilor mecanicifluviali, ofierilor maritimi de punte, inginerilor mecanici din antierelenavale, specialitilor de la companiile de navigaie, studenilor dinnvmntul superior de marin.

Mulumim doamnei Vochia P ruin si doamnei Laura Alexe, pentrutehnoredactarea computerizat a crii.

Constanta, noiembrie 1998 Anastase Pruiu

C U P R I N S

I. TURBINE CU ABUR 15

1.1. Principiul de funcionare 151.2. Clasificarea turbinelor cu abur 161.3. Procesul termic din turbine 17l .4. Turbina cu aciune cu o singur treapt l S1.5. Puterile, randamentele i consumurile de abur ale turbinelor 211.6. Sisteme de reglaj ale turbinelor 24l .".Turbopompa de balast 26

1.7. l.Echipamentul de reglaj-protect ie ungere ' 271.7.2.Parametrii funcionali ai sistemului de reglaj, protecie, ungere 271.7.3. Reduc torul de turaie 2S1.7.4.Transmisiacardanic 281.7 J.Pompa de balast 281.7.6.Instala(ia de automatizare 28

l .S.Turbopompa de raarfl 291.S. l .Echipamentul de reglaj-protecfie ungere 291.3.2. Parametri i funcionali ai sistemului de reglaj, protecie, ungere 291.8.3. Reduc torul de turaie 30l .S.4.Transmisia cardanic 30l.SJ.Pompademaxfl 301.8.6.Instala(ia de automatizare-control 31

Bibliografie 322.TURBINECUGAZE 33

2.1.Generaliti 332.2.CicluI de funcionare al instalaiilor de turbine cu gaze , 33

2.2.1.Ciclul instalaiilor de turbine cu gaze cu ardere la volum constant 342.2.2.CicIul instalaiilor de turbine cu gaze cu ardere la presiune constant 372.2 J.Ciclul instalaiilor de turbine cu gaze cu recuperatoare de cldur 392.2.4.Ciclul instalaiilor de turbine cu gaze cu comprimare i destindere

" izoterm i cu recuperare total 402.2 J.CicIul instalaiilor de turbine cu gaze cu rciri i nclziri intermediare 41

2.3.Pzi!e componente ale instalailor de turbine cu gaze 432.3.1.Turbine cu gaze 432.3.2.Compresorul de aer 442.3.3.Camera de ardere 47

Bibliografie 543. POMPE. CONDUCTE. ARMATURI. GARNITURI 55

3.1.Generaliti 553.2.Fluide utilizate la bordul navelor 553.3.Clasifcarea generatoarelor hidraulice 56

3.3.1. Pompe volumice 57

8 Cuprins

3.3.2. Pompe hidrodinaiice 573.3.3. Pierderile n pompe . 57

3.4.Pompe cu piston 383.4. i.Generaliti 583.4.2.Clsificaea pompelor cu piston clasice 593.4.3.Construcie i funcionare 60

3.4.3. l .Pompa simplex cu simplu efect 603.4.3.2.Pompa cu dublu efect 61

3.4.4.Paraxnetrii pompelor cu piston * 623.4.4.1.Presiune maxim 623.4.4.2.nlirae de aspiraie 623.4.4.3.Debit. cilindree, randament volumic 623.4.4.4.Putere 633.4.4.5.Momente 633 A4.6.Randaraent global 633.4.4.7. Cinematica pompelor cu piston clasice 64

3.4.5. Exploatarea pompelor cu piston clasice 663.4.5. l .Exploatarea i ntreinerea pompelor cu piston clasice 663.4.5.2.Jocuri i uzuri admisibile la pompele cu piston 67

3.4.6.Pompele cu pistone radiate 673.4.6.1.Generaliti 673.4.6.2.Construcie i funcionare 683.4.6.3.Determinarea debiailui mediu .683.4.6.4.Determinarea debitului instantaneu 69

3.4.7.Pompa cu pistone axiale 703.4.7.1.Generaliti * 703.4.7.2.Clculul debitului 70

3.5.Porape volumice cu micare de rotaie 713.5.1.Pompe cu angrenaje 72

3.5.1.1.Principiul de funcionare 723.5.1.2.Calculul debitului 73

3.6.Pompe cu urub 743.6.i.Pompe cu urub cu profil cicloridal . 743.6.2.Pompe cu urub neetane 743.6.3.Exploatarea pompelor volumice cu micare de rotaie 75

3.7.Pompe centrifuge, diagonale i axiale 763.7.1,Clasificare 763.7.2.Construcie i funcionare .

c 77

3.7.3.Construcia etanrilor mobile utilizate la pompe 783.7.4.Ecuaiile fundamentale ale pompelor hidodinamice 793.7.5 .Exploatarea turbopompelor 81. 3.7.5.1. Pornirea i oprirea agregatelor 81

3.7.5.2. Defectele turbopompelor 823.7.5.3. Reglarea debitului 823.7.5.4. Funcionarea pompelor n paralel 833.7.5.5. Funcionarea pompelor n serie 84

3.8.Pompe cu inel de lichid 853.9. Pompe cu membran 863. iO.Pompe cu palete glisante 863.11.Pompe cu jet 87

3.11.1. Pompe cu jet de abur 87

Cuprins g,

3. l l~i. Pompe cu jet de apa 903.12. Conducte ^ 92

3.12.1. Generaliti '923.12.2. Elemente de calcul de verificare 933.12.3. Sisteme de mbinare a conductelor 94

3.13. Armturi . ' 963.13.1. Clasificarea armturilor 963.13.2. Elementele principale ale unei armturi 973.13.3. Materialele utilizate n construcia armturilor 1013.13.4. Reguli principale pentru montarea i demontarea armturilor 101

3.14. Garnituri folosite n instalaiile navale 102Bibliografie 104

4.COMPRESOARE 105

4.1. Generaliti, clasificare, mrimi caracteristice 1054.2. Corapresoare cu piston 105

4.2.0. Construcia corapresoarelor cu piston 1054.2.1. Dimensiunile principale i debitul compresorului . 1094.2.2. Calculul coeficientului global de debit 1104.2.3. Calculul dimensiunilor principale ale compresoarelor monoetajate 1114.2.4. Puteri i randamente 1124.2 J . Rcirea corapresoarelor - 1 1 34.2.6. Distribuia corapresoarelor cu piston 1144.2.7. Rezervorul tampon 115

4.2.7.1. Dimensionarea buteliilor de aer de lansare motor principal 1154.2.8. Reglarea debitului 1164.2.9. Acionarea compresoarelor 117

4.3. Corapresoare, suflante i pompe de vid volumice rotative 1174.3.1. Generaliti 117

"4.3.2. Compresoare i pompe de vid multicelulare l S4.3.3. Compresoare Roots 1204.3.4. Compresoare elicoidale 1214.3 J. Suflante cu rotor de distribuie 123

4.4. Corapresoare i suflante centrifuge 1244.5. Ventilatoare 125

4.5.1. Generaliti 1254.5.2. Ventilatoare centrifuge

u 125

4.5.3. Ventilatoare axiale . 1274.5.4. ncercarea ventilatoarelor 127

4.6. Analiza defeciunilor compresoarelor constatate n diagrama indicat 129Bibliografie 131

5. INSTALAIA DE AER COMPRIMAT 132*

5.1. Introducere 1325.2..Instalaia de producere a aerului comprimat 1325.3. Reeaua de conducte 1335.4. Msuri generale pentru ntreinerea instalaiilor pneumatice 134

5.4. l,. Operaii de ntreinere zilnice 1345.4.2. Operaii de ntreinere sptmnale 134

10 Cuprins

5.4.3. Operaii de ntrinere lunare 1345.4.4. Operaii de ntreinere bianuale 134

5.5. Dimensionarea conductelor 1355.6. Prepararea aerului instrumental 137

Bibliografie 140

6. INSTALAII FRIGORIFICE 141

6.1. Introducere . 1416.2. Termodinamica n timp finit a ciclurilor inversate 143

6.2. l. Cazul instalaiilor frigorifice 1436.3. Proprietile termodinamice i termofizice ale agenilor analizai 149

6.3.1. Agen{i frigorifici i presiuni de calcul(conf. RNR) 1496.3.2. Ageni frigorifici acceptai ecologic 1496.3.3. Fluide frigorifice a cror producie este interzis dup 31.12.1994 1506.3.4. Fluide frigorifice a cror producie nceteaz in 2014 1506.3.5. Fluide frigorifice nlocuitoare 150

6.4. Particulariti de utilizare a agenilor frigorifici 1516.5. Proprietile termodinamice ale agenilor frigorifici 152

6.5. l. Proprietile termodinamice ale amoniacului R717 1526.5.2. Proprietile termodinamice ale freonului R12 1546.5.3. Proprietile termodinamice ale freonului R22 1566.5.4. Proprietile termodinamice ale freonului R502 1596.5 J. Proprietile termodinamice ale freonului R134a 1626.5.6. Proprietile termodinamice ale freonului R40SA 1666.5.7. Proprietile termodinamice ale freonului R409A 167

6.6. Funcionarea real a instalaiilor frigorifice.Coeficienti de lucru 1686.6.1. Funcionarea real a instalaiilor frigorifice cu compresie mecanic

de vapori 1686.6.1.1 Influenta spaiului vtmtor 1686.6.1.2 Influenta laminrii prin supape 173

6.7 Analiza exergetic a proceselor din compresorul frigorific cu piston 1756.S Exploatarea instalaiilor frigorifice 179

6.8.1 Vaporizatoare 1796.8.2 Defeciuni ce pot aprea n exploatarea instalaiilor frigorifice 1816.83 Deranjamente provocate de prezenta umiditii n agentul frigorific 185

Bibliografie 186

7. INSTALAIA DE AMBARCARE I TRANSFER COMBUSTIBIL 187

7.1. Stabilirea cantitilor de combustibil necesare 1877.2. Componenta instalaiei de ambarcare i transfer combustibil 189

Bibliografia 192

S.SEPARATOARE CENTRIFUGALE 193

8.1. Generaliti 1938.1. Principii de funcionare 1938.3. Alegerea corect a discului gravitaional 194

8.3.1 Determinarea analitic 1948.3.2 Alegerea discului gravitaional cu ajutorul diagramelor 196

Cuprins j j

S.3.3 Selectarea prin ncercri succesive . 1978.4 Elemente componente ale unui separator 19S8.5 Purificarea i clarificarea la un separator fr autodescrcare 2008.6 Separatorul cu autodescrcare 202

8.6.1 Principiul de funcionare 2028.6.2. Acionarea hidraulic a descrcrii 203

8.7. Automatizarea procesului de separare 2048.7. l. Posibiliti de automatizare 2048.7.2. Instalaia de automatizare a procesului de separare 204

S.S. Reguli de exploatare. Defeciuni, cauze i remedierea lor 207Bibliografie 210

9. INSTALAII DE STINGERE INCENDII 211

9.1.Generaliti 2119.1.1. Cerine ale instalaiilor de stins incendiu 2129.1.2. Mijloace de prevenire a incendiilor la bordul navei 212

9.2. Insulii de stins incendiu cu ap 2139.2.1. Instalaia de stins incendiu cu jet de ap 214

9.2.1.1. Tubulaturile 2159.2.l.2.Hidunii 2159.2. l .3. Calculul instalaiei 2169. 2. l .4. Parametrii funcionali ai instalaiei 218

9.2.2. Instalaii de stins incendiu cu ap pulverizat 2209. 2.2.1. Calculul instalaiei 222

9.3. Instalaii de stins incendiu cu lichide volatile 2239.4. Instalaii de stins incendiu cu pulberi 225

9.4. l. Calculul instalaiei 2279.5. Instalaia de stins incendiu cu spum 227

9.5. i. Calculul instalaiei 2299.6. Insularii de stins incendiu cu dioxid de carbon 230

9.6. l. Calculul instalaiei 231Bibliografia 234

10. INSTALAIA DE SPLARE TANCURI DE MARFA 235

10.1. Generaliti privind splarea tancurilor petroliere 23510.1. l. Splarea tancurilor ntr-o atmosfer de dp A 23610.1.2. Splarea tancurilor ntr-o atmosfer de tip B 23610.1.3. Splarea tancurilor ntr-o atmosfer inert de tip C 23710.1.4. Splarea tancurilor ntr-o atmosfer suprasaturat de tip D 237

10.2. Splarea tancurilor de marfl cu ap de mare rece 237.10.3. Instalaia de splare a tancurilor de marf cu ap de mare cald 238U>.4. Splarea cu petrol ( COW) 24010.5. Instalaia de splare cu iei a tancurilor de marfa 24110.6. Drenarea cargotancurilor 24510.7. Metode i proceduri pentru drenare 24610.8. Inspectarea i ntreinerea echipamentului 246

Bibliografia 247248

12 ^ Cuprins

11. INSTALAIA DE GAZ INERT 248

11.1. Introducere 24811.1.1. Reducerea riscurilor de foc i explozie pentru tancurile petroliere

i produse chimice 248U. 1.2. Definiii 249

11.2. Noiuni generale 25111.2. l. Compoziia i caracteristicile amestecului gazos hidrocarburi-aer 25111.2.2. Inflaraabilitatea amestecurilor HC gaz-aer-gaz inert 251

, 11.2.3. Gaze inerte folosite n prevenirea i stingerea incendiilor 25211.2.4. Producerea gazelor inerte 25311.2.5. Calitatea gazului inert obinut din gazele de ardere 25711.2.6. Metode de nlocuire a gazelor din tancurile de marf 25811.2.7. Cerine impuse instalaiilor de gaz inert 260

11.3. Componena sistemului de gaz inert obinut din gaze de ardere 26 i11.3. l. Priza de gaze de ardere 26211.3.2. Absorberl (scrubberul) > 26311.3.3. Grupul de ventilatoare 26611.3.4. Valvul pentru reglarea presiunii 26711.3.5. Supapa hidraulic (blocajui hidraulic) 26811.3.6. Valvul unisens (de reinere) . 270

l l i .3.7. Supapa de presiune/ vacuum 271! 11.3.8. Valvule de presiune/ vacuum 272

l 74. Dispozitive de msuri reglaj i siguran 27211.4.1. Controlul concentraiei gazelor 274

11.4.1.1. Analizoare de oxigen 27411.4.1.2. Indicatoare de hidrocarburi 275

11.5. Pornirea i oprirea instalaiei de gaz inert 27611.6. Folosirea gazului inert la operaii efectuate n tancurile de marf 27911.7. ntreinerea i verificarea sistemului de gaz inert 279Bibliorae 281

12 CODUL TEHNIC PRIVIND EMANAIA DE OXIZI DE AZOT DE LAMOTOARELE DIESEL NA VALE 282

12.1 Introducere 28212.2 Generaliti 283

12.2.1 Scopul 28312.2.2. Aplicarea 28312.2.3. Definiii 283

12.3 Inspecii i certificare 28512.3/1 Generaliti 28512.3.2 Procedee pentru precerificarea unui motor 28612.3.3 Procedee pentru certificarea unui motor . 28712.3.4 Fia tehnic i mijloacele de verificare 288

12.4.Norrae privind emanaia de NOX 29012.4.1 Limite maxime admisibile pentru emanaiile de NOX de la motoarele

navale 29012.4.2 Ciclurile de ncercare i factorii de presiune ce trebuie aplicai 290

12.5 Aprobarea privind fabricarea n serie a motoarelor; concepte de familie igrup de motoare 293

Cuprins

12.5.1 Ueneraliti 29312.5.2 Documentaie 2931 2 .5.3 Aplicaia privind conceptul de familie de motoare 2931 2 .5.4 Linii directoare pentru alegerea familiei de motoare 2941 2-5.5 IJnj directoare pentru alegerea motorului variant de baz dintr-o

familie de motoare 29512 .5.6 Certificarea familiei de motoare 29612.5.7 Aplicarea conceptului de grup de motoare 29712.5.S Linii directoare pentru alegerea unui grup de motoare 29712-5.9 Ln directoare privind reglrile sau modificrile din cadrul unui grup

de motoare 29312.5.10 Linii directoare privind alegerea motorului variant de baz dintr-un

grup de motoare 29912.6 Procedee cu privire la msurtorile de emanaii de NOX efectuate pe un stand

de ncercare 2991 2.6. i Generaliti 2991 2.6.2 Condiii de ncercare 3001 2.6.3.Combustibili de ncercare 30 11 2.6.4 Echipapent de msurare 30 11 2.6.5 Determinarea debitului de gaze arse evacuate 30212.6.6 Abaterile admisibile ale dispozitivelor de msurare a parametrilor

caracteristici ai motorului i ai altor parametri eseniali 3021 2.6.7 Analizoare pentru determinarea componentelor gazoase 3021 2.6.8 Calibrarea aparatelor analitice 3031 2.6.9 ncercarea la funcionare 30312.6. 10 Raportul ncercrii 30412.6. 1 1 Evaluarea datelor privind emanaia de gaze 30412.6. 12 Calcularea emanaiilor gazoase 305

12.7 Proceduri privind demonstrarea conformitii cu limitele de emanaii de NOXla bordul navelor 308

12.7. l Generaliti 3081 2.7.2 Metoda de verificare a parametrilor motorului 30812.7.3 Metoda de msurare simplificat 3 1 1

12.8 Anexe 31412.8.1 Supliment la certificatul internaional al motorului privind prevenirea

polurii aerului (Certificat ELPP) ' 3 1 412.8.2 Scheme logice privind inspeciile i certificarea motoarelor diesel

navale 31612.8.3 Abrevieri .indici i simboluri 31612.8.4 Raport de ncercare privind luarea de probe 32512.8.5 Specificaii pentru analizoarele ce urmeaz a fi utilizate la determinarea

componentelor gazoase din emnaiile de la motoarele diesel 33 112.8.6 Calibrarea aparatelor de msurare analitic 33212.8.7 Calcularea debitului raasic al gazelor arse de evacuare 34012.8.8 Lista de verificare pentru metoda de verificare a parametrilor

motorului 35 1Bibliografie 353

14 Manualul ofierului mecanic

ABREVIERI

IMO - International Maritime OrganizationMSC - Maritime Safety CommitteeMEPC - Maritime Environmental Protection CommitteeEPA - Environmental Protection AgencyIAPPC - International Air Pollution Prevention CertificateEIAPPC - Engine International Air Pollution Prevention CertificateCFV - Critical Flow VenturiCLD - Chemiluminescent DetectorECS - Electrochimical SensorFID - Flame lonization DetectorFTIR - Fourier Transform Infrared AnalyserHCLD - Heated Chemiluminescent DetectorHFID - Heated Flame lonization DetectorNDIR - Non-dispersive Infrared AnalyserPDP - Positive Displacement PumpPMD - Paramagnetic DetectorUVD - Ultraviolet DetectorZRDO - Zirconiumdioxide Sensor

lTURBINE CU ABUR

Turbina cu abur este maina energetic de for n care are loc transformarea energieipoteniale a aburului n energie cinetic i a acesteia n energie mecanic, servind la. rotireaarborelui turbinei. Prin cuplarea arborelui turbinei cu un generator electric se realizeaztransformarea energiei mecanice n energie electric, transportat i apoi transformat ndiferite forme de energie, dictate de scopul utilizrii lor. n domeniul naval turbinele cu aburse folosesc pentru antrenarea generatoarelor electrice, acionarea pompelor de marfa i apompelor de balast pe navele tancuri petroliere, iar pe unele nave sunt folosite pentrupropulsie.

1.1. Principiul de funcionare

Transformarea energiei poteniale, termice, a aburului n energie cinetic, se produceprin destinderea aburului n ajutaje directoare sau palete directoare, prin scderea presiuniii creterea vitezei aburului, astfel concepute nct s realizeze destinderea, respectiv vitezanecesar aburului, precum i direcia de ieire dorit a acestuia. Avnd o direcie de ieiredirijat de ctre aparatul director, jetul de abur ptrunde n rotor, constituit din palete mobilesituate la periferia unui disc mobil sau a unui tambur, n care direcia i este deviat, prinaceasta aburul cednd rotorului, sub forma de lucru mecanic, o parte din energia sa cinetic.Aceste dou organe, coroana de ajutaje directoare i cea de palete mobile, formeaz o treaptsau un etaj de turbin.

Deoarece o turbin constituit dintr-o singur treapt nu utilizeaz economic energiapotenial a aburului, jetul de abur trebuie s parcurg succesiv mai multe asemenea trepte,realizndu-se turbina cu mai multe trepte.

Turbina cu abur poate fi cu aciune pur, dac energia termic a aburului estetransformat n ntregime n energie cinetici n ajutajele fixe aburului i n coroanele depalete mobile.

n spaiile dintre paletele mobile ale turbinei (fie c se continu destinderea sau nu),aburul este forat ntotdeauna, prin forma curbat a paletelor, s-i modifice direcia vitezei,exercitnd asupra paletelor o mpingere, a crei component periferic produce rotireaarborelui turbinei.

n spjdiul i calculul turbinelor cu abur intervin urmtoarele viteze:viteza absolut a jetului de abur (c); viteza periferic a coroanelor de palete mobile (u);viteza relativ a jetului de abur fa de paletele mobile(w).

Fora dezvoltata de.jetul de abur asupra paletelor mobile, se obine din ecuaiaimpulsului:

/r = ///(c1-c2) [N] (i.i)n care:


F- fora jetului de abur, m - debitul masic de abur care prsete ajutajul: c,, c2 - vitezeleteoretice absolute ale jetului de abur la intrarea respectiv la ieirea din paletele mobile, nm/s.

Din aceast expresie rezult fora dezvoltat de ctre debitul de abur ( l kg/s).F = (c,-c2) [N] (1.2)

Avnd n vedere c sub aciunea forei pe care o exercit jetul de abur apare micareade rotaie a rotorului cu viteza tangenial u, se poate determina fora datorat vitezei relativea aburului:

^K,-**) M -d.3)unde :wlu i w^ sunt proieciile vitezelor relative pe direcia vitezei periferice.

Puterea obinut prin aciunea debitului de abur de l kg/s asupra paletelor mobile este

Turbine cu abur 17

Tabelul 1.1.( continuare)

0

Utilizarea

aburului Iaevacuare

Felulprocesului

termic

Destinaia

1Cu condensai

Cu contra-presiuneFr prize

iedeterrnoficare

naintae*

Cu prizeCu prize reglabileCu prize fixeStaionareNestaonare ( pentrutransporturi)

0

Particu-lariticon-

structive

de fluxuri

Sensul derotaie

Sistemulde reglare

Modul deinstalare

1

n simplu fluxCu fluxuri multipleCu sens de rotaie normal(privit dinspre generator,sensul acelor de ceasornic)Cu sens inversCu reglare prin admisieCu reglare prin laminareCu reglare mixtCu condensatorul n subsolFr subsol

1.3. Procesul termic din turbine

Procesul turbinei cuprinde o singur faz a ciclului i anume destinderea. Din cauzacurgerii rapide a aburului procesul este considerat adiabatic. Lucrul mecanic produs nturbin este egal cu cderea de entalpie :

t* f J "


L4.Turbina cu aciune cu o singur treapt

Fig. 1.2. Schema turbinei de abur cu aciune,cu o singur treapt:

/- conduct de abur, 2- ventil de reglare; 3- canal pentrudistribuia aburului; /- ajutaj; .5- palete mobile; 6- disculrotorului; 7- canal pentru colectarea aburului; 8- racordde evacuare; 9- carcasa tubinei.

h l

Turbina cu aciune cu o singur treapt,turbina Laval este prezentat schematic n fig.1.2. n fig. 1.3 este reprezentat, seciuneaA - B desfurat, a turbinei Laval, mpreuncu variaia vitezei i a presiunii aburului, careau loc datorit destinderii lui n ajutajul 4 itransformrii energiei sale cinetice, n energiemecanic pe paletele mobile 5. La ieire dinturbin, aburul este condus prin racordul deevacuare 5.

Jetul de abur, de presiune pQ i vitez c0,se destinde n ajutajele statorului pn lapresiunea p^ atingnd viteza ct; cu aceastvitez, sub un unghi , , atac paletele mobileale rotorului, cruia i imprim o micare derotaie prin transformarea energiei salecinetice n energie mecanic, datoritmicorrii vitezei de la c,, la c

:.

Cunoscndu-se ct, cti i viteza ,v j 1 1tangenial de micare a paletelor: u =

ou

Fig. 1.3. Variaia presiunii i a vitezei abu-ruiui n treapta cu aciune a turbinei Laval

n care d reprezint diametrul rotorului,considerat la jumtatea paletei, iar n- numrulde rotaii pe minut, efectuat de palete. Dintriunghiul de viteze la intrarea aburului ntrepalete( fig. 1.4), se determin viteza relativw t-

Pentru a nu se produce pierderi laintrarea aburului ntre palete, este necesar cajetul de abur s intre tangent la suprafaapaletei, astfel nct j s fie egal cu unghiulfcut de tangenta la suprafaa paletei npunctul de intrare, i planul discului.

Dup ce curge prin canalul dintrepalete, n care sufer o abatere datoritprofilului curbat al paletelor, aburul prsetecanalul cu viteza relativ H'

:, tangent la

ultimul element de suprafa al paletei.Teoretic, aceast vitez se consider egal cavaloare cu w,, dar datorit pierderilor prinfrecare, este mai mic dect aceasta,micorare de care se ine seama princoeficientul de reducere a vitezei ntrepaletele mobile , astfel c w 2 = W j .

Turbine cu abur 19

Fig. 1.4. Triunghiurile de vite/c pentru turbina cu aciune cu o singuri treapt.

in funcie de unghiul de curbur (, + :) din diagrama reprezentat n fig. 1.5.a. se

obine coeficientul ' .iar n funcie de viteza w, (fig. 1.5.b) rezult coeficientul I. . cucare. = '-k

w.

370 20

Fi g. 1.5. Nomogram pentru determinarea coeficienilor ' (a) i &w(b)

Astfel, cu w: determinat i // cunoscut, viteza absolut c

: se obine.fie din triunghiul de

viteze la ieire ( fig. 1.4), fie analitic:c, = V W 2 +u 2 -2u-w 2 cosb2 -

Pentru simplificare grafic, cele dou triunghiuri de viteze se construiesc n aceeai figur(fig. 1.4) i alctuiesc diagrama de viteze, trasat ntr-un sistem rectangular avnd ca axedirecia tangenial i cea axial vrfurile triughiurilor fiind construite n originea sistemuluide coordonate. Valoarea vitezei c

: reprezint o pierdere, prin micorarea energiei

transformat n lucru mecanic , datorit energiei cinetice c; 12, cu care aburul iese dintrepalete. Pentru ca aceast energie cinetic rezidual s fie minim este necesar ca c

:

(componenta tangenial a vitezei c:) s fie nul, adic ieirea aburului s se fac n planul

axial, a* 90 i c^ s 0.


Cunoscnd din diagrama de viteze unghiurile , i 2,(fig. 1.6), se poate determinaforma paletei, dictat de faptul c teoretic w2 = w,, ceea ce conduce la constana seciuniicanalului dintre palete, realizabil prin: limea canalului b constant ( j = 2) i ngroareaprofilului paletei n mijlocul ei ( v. fig. 1.4), n aa fel nct partea convers a unei palete sfie concentric cu cea concav a paletei vecine.

Deoarece aburul iese din ajutaje cu viteze mari. este necesar ca muchia de intrare apaletelor s fie ascuit cu o grosime de 0,2 ... 0,3 mm.

Lucrul mecanic util (fig. 1.7) efectuat de ctre o cantitate unitar de abur, sau cderetermic util h

u a turbinei, este:

r r i(1.7)I

u= h

u. = u(c l t tc2 u)

care semnul plus sau minus se consider dup cum ; < 90, sau ou > 90.Lucrul mecanic specific, teoretic, de destindere a aburului n ajutaje, n cazul

inexistenei pierderilor, respectiv prin conservarea vitezei teoretice cu, pentru c2 = O, se

determin cu relaia:. -^ W1

2 [kg] (1.8)

Fig. 1.6. Diagramele de viteze pentru turbina cu aciune, cu o singur treapt

Tabelul 1.2. Principalele pierderi de energie termic ale turbinei cu abur

Categoriade pierderi

Pierderiinterne

Pierderiexterne

Pierderi de energie termicSimbolulhn.

h.h.h*h.Jaln,

h

h-,h.

DenumireaPierderi n ventile de reglarePierderi n ajutajele statorului ( ntre paleteledirectoare)Pierderi ntre paletele mobilePierderi prin energia cinetic rezidualiPierderi prin frecri i ventilaiiPierderi prin umiditatePierderi prin scpri de abur interioare (ntre trepte)Pierderi prin scpri de abur n exterior ( prinetanrile terminale)Pierderi mecanicePierderi prin radiaie i conductivitate

Observaii

Pierderile interne suntpierderi calitative,deoare-ce ifluen(eaz starea abu-rului din turbin.

Pierderile externe nuexercit nici o influentasupra transformriloraburului n turbin

Turbine cu abur 21

1.5. Puterile, randamentele i consumurile de aburale turbinelor

Puteri f i randamente. Fat de cderea termic teoretic, obinut prin destindereaadiabat reversibil a aburului n treapta unei turbine cu aciune (fig. 1.7,0), respectiv, cureaciunea ( fig. 1.7,):

f r l(1.9)

(1.10)

h, s i o - i j ; h, = i0- i: LkgJn cazul procesului real, dup modul de grupare al pierderilor se deosebesc:

- cderea termic, lucrul mecanic, la periferia rotorului:

- - [JL- cderea termic intern a treptei:

Fig. 1.7. Reprezentarea n diagrama /- s a pierderilor interne ale unei trepte de turbin cu abura) - cu aciune; b) - cu reaciune.

(1.11)Ii = hi = i0-i^ = h u -(h f r + ha m +h j)|^Randamentul periferic ( la periferia rotorului) i randamentul intern al treptei turbinei

cuabu

=JLL

= k;

.

JL = Lh, l t h t l t

Randamentul intern (termodinamic) al turbinei cu abur (fig. 1.8), cu considerareafactorului de recuperare a energiei termice reziduale f = 1,03 ... 1,07, are expresia:

(1.13)


cu care, cunoscnd cderea termic intern pe toate treptele turbinei ( Hj = h4 = i0 - ic),se poate reprezenta n diagrama i- s procesul de destindere real, prin determinarea punctuluide ieire din turbin, care pentru f = l, are valoarea:

r r i(1.14)

Datorit pierderilor externe, dintre care o importan deosebit o prezint celemecanice, lucrul mecanic efectiv L

e, al turbinei, corespunztor cderii termice utilizat

pentru livrarea lucrului mecanic la cupl, este micorat fat de cel intern, cu valoarea acestorpierderi.

Rg.1.8. Reprezentarea n diagrama / - $ a pierderilor interne ale turbineicu abur cu aciune

Randamentul mecanic al turbinei este:L,L.

J^_H,.

.H,(1-15)

(1.16)

a crui variaie n funcie de puterea turbinei este reprezentat In fig. 1.9.Randamentul efectiv al turbinei cu abur este:

= _k

=_k

-

L L =

' L, L, 'L, m" i 'iar n figura 1.10 red variaia lui , cu puterea turbinei.

Reprezentnd raportul dintre lucrul mecanic efectiv i cldura total primit de abur.randamentul total al turbinei cu abur, sau randamentul afectiv absolut, are expresia:

Turbine cu abur 23

iiiiiilkaS^^rn i 'i "~

Pufersa trbinei.CMW]Fig. 1.9. Variaia randamentului mecanic n funcie de puterea turbinci cu abur

= -n,-, =.-, (1.17)'" D(i.-i.) L, L, D(i.-i.)

n care i, reprezint entalpia apei de alimentare a cazanului de abur, iar t randamentultermic teoretic al turbinei.Randamentul exergetic al turbinei cu abur este cel care arat msura n care exergia preluatde agentul termic n cazan, se regsete sub form de lucru mecanic efectiv:

iar diferena dintre valoarea maxim acestuia.

= l, corespunztoare proce-sului reversibil, i valoarea pe care o arerandamentul exergetic, este proporionalcu pierderea de exergie. Ca i randa-mentul exergetic al cazanului de abur, icel al turbinei, prezint o deosebitimportan n analiza energetic centralelor termoelectrice.

In cazul turbinei cu abur care an-treneaz un generator electric, obinuit semsoar puterea la bornele generatoru-lui electric P

r cu ajutorul creia se defi-

nesc: randamentul generatorului electrict i randamentul electric al turbinei;/,,. cu relaiile:

P.

--r--

Fig. 1.10. Variaia randamentului efectiv alturbinei cu abur, n funcie de putere.

(1.19)


Randamentul generatorului, n funciede putere, se obine din figura 1.11.

n general se cunoate putereaefectiv a turbinei, dac puterea la bornelegeneratorului electric este cea cunoscut,adoptnd valoarea ^ (fig. 1.11). din primarelaie (1.19) se determin />

e, cu care,

puterea intern care trebuie ftirnizat dectre turbin, este:

P.slO'H.Ds-^- (1.20)Fig. 1.11. Variaia randamentului generatoru-

lui electric, n funcie de putereaturbinei cu abur

D reprezentnd debitul de abur alturbinei, n kg/s.

Consumul de abur al turbinei sedetermin cu ajutorul relaiilor (1.20) , (1.13) i (L 16)

D = sau D, = 3600s J .Ht

(1.21) . . H , L s J " ' H t l h .

Dac este cunoscut puterea la bornele generatorului electric, rezult debitul de abur alturbinei:

D = - n >} . - V H , L * ' ( }

Consumul specific de abur al turbinei, consumul de abur pentru producerea unui kWh,se obine cu utilizarea relaiei (1.21)

D, 3600 f kg l"'ir^ rM (LB)

avnd valori optime, pentru turbinele cu condensatie, 3 ... .5,5 kg/k\Vh.O alt mrime utilizat ca indice comparativ n funcionarea turbinelor cu abur este

consumul specific de cldur; >

-"^ [11.6. Sisteme de reglaj ale turbinelorCalculul turbinei cu abur se face pentru un anumit consum de abur i pentru anumii

parametri ai aburului la intrare i ieire. Pentru turbinele ce se proiecteaz, se ia ca parametrucantitativ consumul de abur care corespunde puterii nominale, ceea ce corespunde regimuluide funcionare Cel mai ndelungat al turbinei. Randamentul turbinei pentru acest consum deabur trebuie s fie maxim, n timpul funcionrii, sarcina variaz continuu, deci i consumulde abur va varia n aceeai msur. Aceast variaie a consumului de abur trebuie s fieasigurat de sistemul de reglaj, astfel nct s poat da posibilitatea turbinei de a dezvoltaputerea cerut. Variaia puterii furnizata de o turbin se poate realiza prin diferite procedeede reglaj i anume:l. reglajul prin laminare, obinut tehnic prin variaia seciunii de trecere a aburului prin

vetilele de dmisie n turbin ( reglaj calitativ):

Turbine cu abur 25

2. reglajul prin admisie, obinut prin variaia cantitii de abur admis, denumit reglajcantitativ;

3. admisia n trepte, adic prin introducerea de abur n diferite trepte intermediare;4. combinarea ntre reglajul prin admisie i cel n trepte; l5. schimbarea presiunii aburului livrat de cazan. * l

Reglajul prin laminareO dat cu micorarea sarcinii, trebuie s fie micorat i consumul de abur, ceea ce se

poate realiza prin scderea presiunii de intrare a aburului n turbin. Aceast scdere depresiune, se poate realiza prin micorarea seciunii de trecere a aburului priu ventil (ventil delaminare).

La nchiderea parial a ventilului. cantitatea de abur ce trece prin el semicoreaz i o dat cu aceast micorare, aprnd i fenomenul de laminare, presiuneaaburului scade, entalpia aburului h intrare rmnnd aceeai, punctul B din fig. 1.12.

Presiunea pl se determin funcde de puterea pe care trebuie s-o dezvolte turbina.Se folosete un ventil special de laminare, dar aburul este laminat i n ventilul principal alturbinei numit ventil cu nchidere rapid, de la presiunea p^ pn la presiunea p *0. n timpulfuncionrii turbinei ventilul cu nchidere rapid rmne complet deschis.

Reglajul prin admisieSchema reglajului este prezentat n figura 1.13. Aburul ptrunde n schem prin mai

multe ventile, fiecare dintre acestea lsnd s treac debitul de abur necesar ajutajelordeservite. La deschiderea tuturor ventilelor va trece prin turbin debitul maxim de abur.Pentru reducerea cantitii de abur se nchide un numr corespunztor de ventile. Presiuneaaburului la intrarea n turbine rmne aceeai.

Fig. 1.12. Schema reglajului prin laminare

Fig. 1.13. Schema reglajului prin admisie1.2 - ventile; 3.4.5- reele de ajutaje; 6- discurileturbinei; 7- rotorul turbinei.

Reglajul prin variaia presiunii aburului livrat de cazanModificarea puterii turbinei se poate face i prin variaia presiunii aburului livrat de

cazan. La acest sistem de reglare procesul termodinamic decurge la fel ca i n cazulreglajului prin laminare. Utilizarea acestui sistem de reglare este limitat deoarece se aplicunor azane cu debit mic si cnd presiunea la cazan poate fi stabilizata foarte repede prinregulator. Sistemele de reglare care acioneaz asupra organelor de alimentare cucombustibil, asupra sistemului de reglare a aerului de combustie i asupra pompelor dealimentare cu ap ale cazanului sunt destul de complicate. ' ' /'V


CondensatorulCondensatorul are ca scop asigurarea vidului necesar la evacuarea din turbin. Pentru

obinerea unui randament ridicat se impune condensarea aburului ce prsete turbina la otemperatur sczut, de 32....24 C ceea ce corespunde unui vid de ordinul de 0,05....0,03bar. De obicei se utilizeaz condensatoare de suprafa. Pentru evacuarea aerului care aptruns prin neetaneitile turbinei se impune montarea unor dispozitive care s extragacest aer din condensator. Vidul obinut n condensator depinde de temperatura apei de rcirei de debitul de ap care circul prin evile condensatorului, n figura 1.14 este prezentatseciunea printr-un condensator de abur de suprafa. Aerul din condensator este scos pe lapartea inferioar, iar apa parcurge lungimea condensatorului n dublu flux. evilecondensatorului se monteaz prin sudare sau prin mandrinare. evile pot confecionate din:alam, alam cu adaos, alam cu adaos de antimoniu, alam aliat cu nichel, alam aliat cualuminiu. Plcile tubulare se confecioneaz din oel.

Fig. 1.14. Condensator de abur de suprafa7-intrarea aburului; 2- ieirea condensului; 3- intrarea apei de rcire; -J- ieirea apei de rcire;5- evile condensatorului; 6- camerele colectoare de ap; 7- ejectorul de aer, 5- placa cubular;P- mantaua condensatorului.

1.7. Turbopompa de balastTurbina este vertical de 530 kw, cu condensaie cu rotorul format dintr-un disc tip

roat Curtis avnd turaia de 3693 rot/min. Parametrii aburului la intrarea n turbin snt:presiunea de 13,0....14.7 bar i temperatura de 250 ....290 C. Admisia aburului n turbin seface printr-un ventil cu dou scaune, acesta ndeplinind funcia de ventil de reglare cat t pecea de ventil cu nchidere rapid. Dup destinderea n cele dou rnduri de palete retoriceaburul este evacuat la presiunea de 450 mm Hg vacuum. Sistemul de etanare al arboreluiturbinei nu permite contactul ntre partea rotitoare i cea fix (etanare cu labirint!) impiedic ptrunderea n interiorul turbinei a aerului, umiditii din mediul ambiant precumi a prafului din aer .

Turbina antreneaz pompa de balast prin intermediul unui mecanism reductor, la carerotorul turbinei se monteaz pe captul arborelui primar al reductorului, prin fretare, iarcarcasele turbinei se monteaz prin flan pe carcasa reductorului de turaie, ceea ce nupermite funcionarea turbinei flr mecanismul reductor.

Turbine cu abur 27

1.7.1. Echipamentul de reglaj - protecie ungere

Turbopompa este comandat de un sistem electromecanic i hidraulic care asigurreglajul, protecia i ungerea i.care permite funcionarea la sarcini de exploatare (sarcinipariale i sarcina nominal) a agregatului.

n componena echipamentului de reglaj, protecie, ungere intr urmtoarele:a) dispozitive de reglaj i protecie; .

declanator hidraulic: declanatorul la supraturaie: servomotorul ventilului de reglare;acumulatorul hidraulic; bucl de reglare temperatur ulei; regulator de turaie.

b)dispozitive de ungere;tancul de ulei; circuitul de ulei; ventil de suprapresiune; rcitorul de ulei; pompaprincipal; electropompa de preungere:

1.7.2. Parametrii funcionali ai sistemului de reglaj, protecie, ungere

Se folosete un regulator de turaie tip UG 8 - DIAL ( WOODWARD). Pompaprincipal de ungere, precum i electropompa de preungere asigur o presiune pe refulare de5 bar. n circuitul de acionri hidraulice presiunea uleiului este ntre 3,8...4,2 bar. ncircuitul de reglaj este asigurat o presiune de 2,4 ....2,8 bar. Presiunea uleiului pe circuitulde ungere este cuprins n domeniul de l,6....2bar. Turaia nominal a turbinei este de 3693rot/min, iar turaia de declanare protecie la supraturare este de 4247 rot/min.

Filtrarea uleiului este asigurat de un filtru cu fineea de filtrare 0,02 mm, avnd undebit maxim de 265 1/min, iar cderea normal de presiune pe filtru este de 0,5....0,8 bar.

Capacitatea util a tancului de ulei este de 645 l debitul pompei fiind de 300 1/min ceeace asigur circa 28 de recirculri pe or. Temperatura uleiului la intrarea n lagrele turbineieste de 45 C iar la ieirea din lagrele turbinei este de maxim 55 C. Meninerea temperaturiiuleiului se face printr-un rcitor de ulei cu ap, rcitorul fiind de 28,5 kW.

Sistemul de reglaj va controla i menine turaia turbinei la valoarea prescris cu oabatere de maxim l % pentru oricare dintre sarcinile turbinei ntre 30.... 100 %.

Sistemul de protecie va controla parametrii principali ai turbopompei i va acionaoprirea rapid a acesteia n urmtoarele situaii:

cnd turaia turbinei atinge valoarea de 4247 13 rot/min;cnd turaia pompei atinge valoarea de 863 3 rot/min:cnd temperatura metalului lagrelor mecanismului reductor a ajuns la valoarea de80 C;cnd presiunea de refulare a pompei principale este de l bar;cnd presiunea uleiului n circuitul de ungere scade pn la 0,8 bancnd temperatura lagrelor trecerii etane (ntre compartimentul maini icompartimentul pompe) depete valoarea de 80 C;cnd temperatura lagrelor cu rulmeni ale pompei de balast atinge valoarea de80C:cnd temperatura metalelor lagrelor axiale depete 80 C (ceea ce nseamn otendin de deplasare axial):cnd nivelul uleiului n tanc este sub valoarea minim.

Sistemul de ungere asigur iubrefierea pentru: lagrele radiale i jxiale alemecanismului reductor precum si angrenajul acestuia.


1.7.3. Reductorul de turaie

Mecanismul reductor de turaie asigur reducerea turaiei de la 3693 rot/min pn la750 rot/min printr-un angrenaj cilindric cu dini nclinai ntr-o singur treapt.

n componena reductorului se mai afl i dou prize de putere pentru antrenarearegulatorului de turaie i a pompei principale de ungere.

Caracteristicile principale ale mecanismului reductor de turaie sunt:puterea nominal la arborele de ieire 530 kW;turaia de intrare -ieire 3693 / 750 rot/min;priza pentru regulatorul de turaie de 0,5 kW, iar turaia de intrare n regulator ested^e 950 rot/min;priza de putere pentru pompa principal de ungere este de 8 kW, iar turaia deintrare n pomp este 2181 rot/min;

1.7.4. Transmisia cardanic

Este elementul de legtur cinematic dintre arborele trecerii etane i pompa de balast,avnd un moment nominal de torsiune de 28 kNm, la turaia maxim de 2000 rot/min.

nclinarea axei longitudinale a cordonului fa de linia geometric ce unete centrulflanei de jos cu centrul flanei de sus va fi cuprins ntre 1,5 i 3. Unghiul maxim denclinare al articulaiei este de 15 .

1.7.5. Pompa de balast

Este o pomp vertical de tip radial centrifugal, raonoetajat i rotorul n dublu flux cuaspiraie i refulare n plan orizontal decalate la 90 C.una n raport cu cealalt.

Pompa de balast are urmtoarele caracteristici: debitul de 3500 m3 / h, presiunea' derefulare 40ra col.ap, turaia 750 rot/min, N.P.S.H. de 5 m iar puterea absorbit de 480 kW.Prile componente ale pompei sunt executate din materiale care nu produc scnteielectrostatice sau datorate frecrilor accidentale. Pompa va putea funciona normal la turaianominal, chiar dac debitul acesteia scade pn la 20 % din valoarea nominal.

1.7.6. Instalaia de automatizare

Destinaia acestei instalaii este s urmreasc, s transmit, s afieze informaii i sacioneze n anumite situaii pentru reglarea anumitor parametri i pentru proteciaturbopompei. Aceast instalaie permite efectuarea operaiilor de: balastare, debalastare,comand manual si automat.

Instalaia de automatizare se compune din: AlC montate n instalaie, echipamentelocale montate n compartimentul pompelor i n compartimentul mainilor, echipamentemontate n camera de comand ncrcare - descrcare marf i n postul central de comand.

Instalaia de automatizare permite urmrirea urmtoarelor presiuni: intrare abur nturbin, abur etanare labirini, ieire abur din turbin, ulei pentru reglaj, ulei ungere duprcitor. ulei protecie turbin, ulei refulare pompe de ungere, ulei intrare - ieire filtru deulei, balast pe aspiraia pompei de balsat, balast pe refularea pompei de balast.

Instalaia de automatizare urmrete temperaturile: intrare abur n turbin, ieire abur dinturbin, lagrelor mecanismului reductor, ulei intrare - ieire din citor, lagrelor pompei debalast.

Turbine cu abur 29

Protecfia este asigurat pentru urmtoarele situaii: turaie turbin (maxim), temperaturlagre reductor (maxim), temperatur lagre pomp (maxim), presiune abur evacuare dinturbin(maxim), presiune refulare pomp de balast (maxim), presiune ulei ungere(minim), nivel ulei n tanc ( minim), alte situaii legate de instalaiile navei.

l.S.Turbopompa de marfa

Turbba este vertical de 1900 kw, cu condensaie cu rotorul format dintr-un disc tiproat Curtis avnd turaia de 6618 rot/min. Parametrii aburului la intrarea n turbin sunt:presiunea de 13,3.... 14,7 bar i temperatura de 250 ....290 C. Admisia aburului n turbin seface printr-un ventil cu dou scaune, acesta ndeplinind funcia de ventil de reglare ct i pecea de ventil cu nchidere rapid. Dup destinderea n cele dou rnduri de palete retoriceaburul este evacuat la presiunea de 450 mm Hg vacuum. Sistemul de etanare al arboreluiturbinei nu permite contactul ntre partea rotitoare i cea fix (etanare cu labirini) impiedic ptrunderea n interiorul turbinei a aerului, umiditii din mediul ambiant precumi a prafului din aer.

Turbina antreneaz pompa de marf prin intermediul unui mecanism reductor, la carerotorul turbinei se monteaz pe captul arborelui primar al reductorului, prin fretare, iarcarcasele turbinei se monteaz prin flan pe carcasa reductorului de turaie, ceea ce nupermite funcionarea turbinei fr mecanismul reductor.

1.8.1. Echipamentul de reglaj protecie ungere

Turboporapa este comandat de un sistem electromecanic i hidraulic care asigurreglajul, protecia i ungerea i care permite funcionarea la sarcini de exploatare (sarciniparjiale i sarcina nominal) a agregatului.

n componenta echipamentului de reglaj, protecie, ungere intr urmtoarele:a) dispozitive de reglaj i protecie;

declanator hidraulic: declanatorul la supraturaie: servomotorul ventilului de reglare:acumulatorul hidraulic; bucl de reglare temperatur ulei; regulator de turaie.

b)dispozitive de ungere;tancul de ulei: circuitul de ulei: ventil de suprapresiune; rcitorul de ulei; pompaprincipal; electroporapa de preungere;

1.8.2. Parametrii funcionali ai sistemului de reglaj, protecie, ungere

Se folosete un regulator de turaie dp UG 8 - DIAL ( WOODWARD). Pompaprincipal de ungere, precum i electroporapa de preungere asigur o presiune pe refulare de5 bar. n circuitul de acionri hidraulice presiunea uleiului este ntre 3,8...4,2 bar, ncircuitul de reglaj este asigurat o presiune de 2,4 ....2,8 bar. Presiunea uleiului pe circuitulde ungere este cuprins n domeniul de l,6....2bar. Turaia nominal a turbinei este de 6618rot/min, iar turaia de declanare protecie la supraturare este de 7611 rot/min.

Filtrarea uleiului este asigurat de un filtru cu fineea de filtrare 0,02 mm, avnd undebit maxim de 265 1/min, iar cderea normal de presiune pe filtru este de 0,5....0,8 bar.

Capacitatea util a tancului de ulei este de 945 l debitul pompei fiind de 300 1/min ceeace asigur circa 19 de recirculri pe or. Temperatura uleiului la intrarea n lagrele turbineieste de 45 C iar la ieirea din lagrele turbinei este de maxim 55 C. Meninerea temperaturiiuleiului se face printr-un rcitor de ulei cu ap, rcitorul fiind de 40.46 kW.

Sistemul de reglaj va controla i menine turaia turbinei Ia valoarea prescris cu o


abatere de maxim l % pentru oricare dintre sarcinile turbinei ntre ,30.. ..100 %.Sistemul de protecie va controla parametrii principali ai turbopompei i va aciona

oprirea rapid a acesteia n urmtoarele situaii:cnd turaia turbinei atinge valoarea de 7761 23 rot/min;cnd turaia pompei atinge valoarea de 1495 5 rot/min;cnd temperatura metalului lagrelor mecanismului reductor a ajuns la valoarea de80 C;cnd presiunea de refulare a pompei principale este de l bar,cnd presiunea uleiului n circuitul de ungere scade pn la 0,8 bancnd temperatura lagrelor trecerii etane {ntre compartimentul maini icompartimentul pompe) depete valoarea de 80 C;cnd 'temperatura lagrelor cu rulmeni ale pompei de balast atinge valoarea de80C;cnd temperatura metalelor lagrelor axiale depete 80 C (ceea ce nseamn otendin de deplasare axial);cnd nivelul uleiului n tanc jeste sub valoarea minim.

Sistemul de ungere asigur lubrefierea pentru: lagrele radiale i axiale alemecanismului reductor precum i angrenajul acestuia.

1.8.3. Reductorul de turaie

Mecanismul reductor de turaie asigur reducerea turaiei de la 6618 rot/min pn la1300 rot/min printr-un angrenaj cilindric cu dini nclinai ntr-o singur treapt.

n componena reductorului se mai afl i dou prize de putere pentru antrenarearegulatorului de turaie i a pompei principale de ungere.

Caracteristicile principale ale mecanismului reductor de turaie sunt:puterea nominal la arborele de ieire 1730 kW;turaia de intrare -ieire 6618/ 1300 rot/min;priza pentru regulatorul de turaie de 0,5 kW, iar turaia de intrare n regulator estede 950 rot/rain:priza de putere pentru pompa principal de ungere este de 8 kW, iar turaia deintrare n pomp este 2181 rot/min;

1.8.4. Transmisia cardanic

Este elementul de legtur cinematic dintre arborele trecerii etane i pompa de balastavnd un moment nominal de torsiune de 40 kNra, la turaia maxim de 2200 rot/min.

nclinarea axei longitudinale a cardanului fa de linia geometric ce unete centrulflanei de jos cu centrul flanei de sus va fi cuprins ntre 1,5 - 3. Unghiul maxim denclinare al articulaiei este de 15 .

1.8.5. Pompa de marf

Este o pomp vertical de tip radial centrifugal, monoetajat i rotorul n dublu flux cuaspiraie i refulare n plan orizontal decalate la 90 una n raport cu cealalt.

Pompa de balast are urmtoarele caracteristici: debitul de 3500 m3 / h. presiunea derefulare 145m col-.api turaia 1300 rot/min, N.P.S.H. de 4,8 m iar puterea absorbit de 1730k'w". Prile componente ale pompei sunt executate din materiale care nu produc scntei

Turbine cu abur 31

electrostatice sau datorate frecrilor accidentale. Pompa va putea funciona normal la turaianominal, chiar dac debitul acesteia scade pn la 20 % din valoarea nominal.

1.8.6, Instalaia de automatizare - control

Destinaia acestei instalaii este s urmreasc, s transmit, s afieze informaii i sacioneze n anumite situaii pentru reglarea anumitor parametri i pentru proteciaturbopompei. Aceast instalaie permite efectuarea operaiilor de: balastare, debalastare,comand manual i automat.

Instalaia de automatizare se compune din: AMC montate n instalaie, echipamentelocale montate n compartimentul pompelor i n compartimentul mainilor, echipamentemontate n camera de comand ncrcare - descrcare marf i n postul central de comand.

Instalaia de automatizare permite urmrirea urmtoarelor presiuni: intrare abur nturbin, abur etanare labirini, ieire abur din turbin, ulei pentru reglaj, ulei ungere duprcitor, ulei protecie turbin, ulei refulare pompe de ungere, ulei intrare - ieire filtru deulei, balast pe aspiraia pompei de balsat, balast pe refularea pompei de balast.

Instalaia de automatizare urmrete temperaturile: intrare abur n turbin, ieire abur dinturbin, lagrelor mecanismului reductor, ulei intrare - ieire din rcitor, lagrelor pompei debalast.

Protecia este asigurat pentru urmtoarele situaii: turaie turbin (maxim), temperaturlagre reductor (maxim), temperatur lagre pomp (maxim), presiune abur evacuare dinturbin(maxim), presiune refulare pomp de balast (maxim), presiune ulei ungere(minim), nivel ulei n tanc (minim), alte situaii legate de instalaiile navei.


Bibliografie

[1]. B. Popa, C. Vintil

[2]. B. Popa, L Carabogdan

[3]. . Petrescu, Dan Stefanescu, .a.

[4]. Titus Grecu, M. Crdu, L Nicolau

[5]. Gavril Creta

[6]. L V. Inozemtev

*#*

*#*

Termotehnic i maini termiceEditura Didactic i Pedagogic

Bucureti 1977

Manualul inginerului tenotehnician, voi. nEditura Tehnic, Bucureti 1986

Termotehnic i maini temiceEditura Didactic i Pedagogic

Bucureti 1978

Turbine cu aburEditura Tehnic, Bucureti 1996 *

Turbine cu abur i cu gazeEditura Didactic i Pedagogic

Bucureti 1981

Motoare termiceEditura Tehnic, Bucureti 1955

Turbopomp de balast tip TC- 0,53/3693-THA

Turbopomp de marf tip TC- 1,9/6618- THA

TURBINE CU GAZE

2.1. Generaliti

Instalaiile de turbine cu gaze prezint, att fa de cele de turbine cu abur, cat i fa demotoarele cu ardere intern cu piston, cteva avantaje importante rezultate din faptul cnecesit un debit de ap de rcire mult mai redus, exploatarea lor este mai simpl i cheltuielilede ntreinere sunt mai mici, dimensiunile de gabarit, suprafaa ocupat i greutatea lor suntmai mici la aceleai puteri unitare, iar domeniile de utilizare ale instalaiilor de turbine cu gazesunt mult mai extinse. Dar, fa de instalaiile de turbine cu abur, cele de turbine cu gaze auunele dezavantaje care le limiteaz domeniul de utilizare: puterea unitar mai mic datoritcapacitii reduse de nmagazinare a cldurii n gaze i a consumului de putere reclamat decompresor, siguran n funcionare mai redus, consum mare de materiale aliate necesarecamerelor de ardere i turbinelor, complicarea constructiv a instalaiei prin prezenacompresorului, n ceea ce privete turbina cu gn?c propriu-zis, funcionnd pe acelaiprincipiu ca i turbina cu abur, este asemntoare cu aceasta, fa de care prezint ns unnecesar de trepte mai mic, corespunztor cderii termice mai reduse.

Principial, n instalaiile de turbine cu gaze are loc transformarea energiei chimice acombustibililor n energie termic (potenial), n camera de ardere unde combustibilul esteinjectat n aerul de ardere, provenit de la un compresor, energia termic a gazelor rezultate dinardere se transform apoi, n ajutajele turbinei cu gaze, n energie cinetic, iar n rotorulturbinei, aceasta se transform n energie mecanic, servind la acionarea arborelui turbinei.

Varietatea principiilor constructive, precum i diversitatea domeniilor de utilizare,conduc la existena unor tipuri variate de instalaii de turbine cu gaze, a cror clasificaregeneral este prezentat n tabelul 2.1.

2.2. Ciclul de funcionare al instalaiilor de turbine cu gaze

Spre deosebire de cele ale motoarelor cu ardere intern cu piston, ciclurile instalaiilor deturbine cu gaze se realizeaz n ntreaga instalaie (compus dintr-un minim de agregateseparate: compresor, camer de ardere, turbin cu gaze), iar destinderea gazelor n turbin nueste trunchiat, ci se continu pn la atingerea presiunii de admisie n instalaie.


Tabelul 2.1. Clasificarea general a instalaiilor de turbine cu gaze.

Criteriul declasificareCondiiile deardere

, CirculaiaagentuluitermicValorificareacldurii reziduale ( evacuare)

Sistemul dealimentare alturbinelor

Instalafii de turbine cu gaze

Cu ardere hr presiune-constant-Cu ardere la volum constantCu circuit deschisCu circuit nchisCu circuit mixtTurbine de expansiuneFr recuperareCu recuperareCu cicluri combinateCu camer de ardereCu generatoare de gaze cupistoane libereCu gaze de evacuare

Criteriul declasificare *

Felul comprimriiagentuluide lucruDirecia gazelorn turbinModul de transfermare a cldurii nlucru mecanicNumrul dearbori

Utilizri la bordulnavei

Instalaii de turbinecu gazeFr rcire intermediar

Cu rcire intermediarCu turbine axialeCu turbine radialeFr nclzire intermediarCu nclzire intermediarCu aciuneCu un arboreCu mai muli arboriPentru propulsiePentru generatoare de curentAgregate de supraalimentare

2.2.1. Ciclul instalaiilor de turbine cu gaze cu ardereIa volum constant

Principala caracteristic instalaiilor de turbine cu gze cu ardere la volum constant, oconstituie camera de ardere b (g. 2.1.)* prevzut cu supapele de adraisie (jj i de evacuare(sf) care asigur condiiile izocore de ardere.

Evacuarea gazelor arse din camera de ardere ficandu-se periodic, lucrul mecanic cules la .arborele turbinei se produce de asemenea cu intermitent.

n g. 2.1 cifrele ncercuite care precizeaz starea agentului termic, aer-gaze arse, seregsesc n' vrfurile ciclului teoretic de funcionare instalaiei, reprezentat n diagramele p-ViT-Sding. 2.2.

Compresorul a aspir aerul la presiunea /?,, dup izobara (0-1) i l comprim, teoreticadibtic. pe traseul (7-2), pn l presiunea p^ corespunztoare raportului de cretere apresiunii n timpul comprimrii:

Pi(2.1)

Supapele de adraisie sa fiind deschise, aerul comprimat ptrunde n camera de ardere, n

acelai timp injectandu-se i combustibilul. Dup nchiderea supapelor i realizarea aprinderiin volumul nchis al camerei de ardere are loc procesul de ardere, reprezentat n ciclul teoreticprin nclzirea izocor (2-J).

L atingerea presiunii p^ corespunztoare raportului de cretere a presiunii n procesul deardere:

P:(2.2)

supapa de evacuare s4 se deschide i permite gazelor arse s ptrund n turbina d.Destinderea gazelor n turbin se desfoar, pn cnd se atinge presiunea p4=p

teoretic dup adiabata (3 - 4): ciclul teoretic se nchide prin rcirea izobar (4 7),reprezint evacuarea gazelor n atmosfer i rcirea acestora pn Ia Tt < T4.

care

Turbine cu gaze 35

Fig. 2.1. Schema instalaiei de turbincu gaze,cu ardere la volum constant.

a- compresor, b camera de ardere; c - motorde pornireu/ - turbin cu gaze; e - generatorelectric;/- conduct de alimentare cu com-bustibil; s

a. st- supap de adraisie, respectiv

evacuare; 7. 2. 3. 4, - strile agentului evolutiv.

Pe msur ce gazele arse sunt evacuate din camera de ardere, presiunea n interiorulacesteia scade, iar la atingerea valorii p2 < p3* supapele de evacuare se nchid, cele de admisiese deschid, permind astfel reluarea procesului ciclic.

Randamentul termic al ciclului teoretic, parcurs de o mas unitar de agent evolutiv, este:

(2.3)

Sau, dac se nlocuiete expresia cldurii cedate n rcirea izobar i cea a aportului decldur din nclzirea izocor:

se obine:

(2.4)

O)Fig. 2.2. Ciclul teoretic al instalaiei de turbin cu gaze,

cu ardere la volum constant, reprezenta t n:a diagrama p . V\ b - diagrama 7* - S.


Pentru a exprima , =/(,), se iau n considerare relaiile de interdependen dintretemperaturile i presiunile din procesele care formeaz ciclul teoretic:

(2.6)

rezultnd pentru ultimul raport:

(2.7)

Substituind relaiile obinute (2.5), (2.6) i (2.7) n expresia (2.4) a randamentului termicteoretic, se obine pentru ciclul instalaiilor de turbine cu gaze cu ardere la volum constant:

(2.8)

care arat c majorarea randamentului termic al ciclului teoretic este condiionat de creterearaportului i de mrirea ncrcrii mainii , dup cum este reprezentat n cele dou diagramedin (fig. 2.3). , ,

JO 20 JO 4i /}

Fig. 2.3. Variaia randamentului termic pentru ddui teoreticai instalaiilor de turbine cu gaze, cu ardere izocor:

a-t=y.): *-

Turbine cu gaze 37

Dezavantajele majore ale acestor instalaii: necesitatea unui mecanism complicat pentrucomanda supapelor de admisie i evacuare, existena unor valori variabile ale presiunii itemperaturii la admisia gazelor n turbin, au fcut ca n prezent turbinele cu gaze cu ardere lavolum constant s nu se mai construiasc.

2.2.2. Ciclul instalaiilor de turbine cu gaze cu arderela presiune constant

Nemaiavnd supape de admisie i evacuare (fig. 2.4), camera de ardere b a acesteiinstalaii este alimentat continuu cu aer comprimat i combustibil, ceea ce face ca i debitareade gazx, arse, spre turbin s fie continu.

Ciclul teoretic al acestor instalaii, reprezentat n diagramele p-V i T-s din (fig. 2.5), secompune din urmtoarea succesiune de transformri pe care le parcurge agentul termic: (7-2)comprimarea adiabadc a aerului n compresorul a: (2-3) nclzirea izobar, reprezentndprocesul de ardere n camera de ardere b\ deschis la ambele capete: (3-4) destindereaadiabatic a gazelor arse, n turbina d\ (4-1) rcirea izobar a gazelor evacuate din turbin.

Fig. 2.4. Schema instalaiei de turbin cu gaze,cu ardere la presiune constanta.

a - compresor; b - camera de ardere; c - raocor de pornire;d turbin cu gaze; e - generator electric;/- conduct dealimentare cu combustibil; l, 2. J. 4, strile agentuluitermic evoluriv.

Fig. 2.5. Ciclul teoretic al instalaiei de turbin cu gaze, cu arderela presiune constant, reprezentat n:

a - diagrama p. V; b- diagrama T S .


Cldura primit n procesul arderii izobare, mpreun cu cea cedat de ctre gazele arse laieire din turbin (scrise pentru l kg de agent termic):

conduc la precizarea randamentului termic al ciclului teoretic pentru instalaiile de turbine cugaze cu ardere la presiune constant:

(2.9)

U.O

0.4

0.2

0

^

^Xi~7\ 1 1

1 1

j '!

4 6 8 \o n J4 n

u

Fig. 2.6. Variaia randamentului termic , =/!)pentru ciclul teoretic al instalaiilor de turbinecu gaze, cu ardere la izobar.

Pentru adiabateie (1-2) i (3-4), innd cont de egalitatea presiunilor p:=3 i 4=

rezult:

cu care, din relaia (2.9) se obine:

(2.10)

Asemntoare celei stabilite pentru motoarele cu ardere la volum constant, expresia(2.10) arat c randamentul termic al acestui ciclu teoretic, crete odat cu mrirea raportuluide cretere a presiunii n timpul comprimrii (fig. 2.6).

Caracteristic pentru acest ciclu este coeficientul:

F3 7-3Q> = i- = i.*2 7V.

reprezentnd raportul volumelor (sau al temperaturilor) n arderea izobar.

(2.11)

Turbine eu gaze 39

2.2.3. Ciclul instalaiilor de turbine cu gaze, cu recuperare de cldur

mbuntirea^ randamentului instalaiilor de turbine cu gaze se poate obine prinmontarea unor aparate schimbtoare de cldur, numite n acest caz, recuperatoare (g dinfigura 2.7), n care, dup evacuarea din turbin, gazele arse cedeaz o parte din cldura pe careo conin, aerului refulat de compresor. Prin aceast prenclzire a aerului de ardere semicoreaz diferena dintre temperatura gazelor arse la ieire din camera de ardere itemperatura aerului la intrare n aceasta, corespunztor creia se reduce consumul decombustibil.

Fig. 2.7. Schema instalaiei de turbincu gaze, cu recuperare de cldur:

a - compresor b - camera de ardere; c - motorde pornire; d - turbina cu gaze; e - generatorelectric'/-cnduct de alimentare cu corabus*tibil;;- aparat recuperator de clduri;/. 2. 3. 4. -tirile agentului termic evolutiv.

Ciclurile teoretice de funcionare ale instalaiilor de turbine cu gaze. cu recuperare, suntreprezentate n diagramele /?-V i T-s din (fig. 2.8), cu utilizarea acelorai notaii pentru strileagentului termic, ca i n (fig. 2.7).

Dup comprimarea adiabatic (7-2), la care este supus aerul n compresorul a, ptrunzndn recuperatorul g se nclzete izobar, astfel nct i mrete temperatura la T5>T2\ n cazulteoredc al recuperrii totale, aerul se nclzete pn cnd temperatura lui atinge valoareatemperaturii gazelor arse, adic pn la T5.= T4.

Prin procesul de ardere din camera de ardere b. nclzirea este continuat pe traseulizobar (5-3) al ciclului, n cursul creia agentul evolutiv absoarbe cldura q

a.

Dup destinderea adiabatic (J-4) din turbina J, gazele arse intr n recuperatorul g icedeaz cldur aerului comprimat, pe traseul izobar (4-6), iar n cazul ideal al recuperriitotale (4-6).

Evacuarea n atmosfer a gazelor arse este nsoit de rcirea izobar a lor (5-7), n carecedeaz mediului ambiant, coninutul lor de cldur q

c.

Factorul de recuperare reprezint raportul dintre cldura preluat de aer n recuperatorpentru a-i majora temperatura de la T^ la T5 i cldura care ar putea fi preluat de aer ntr-unrecuperator cu o suprafa infinit de mare (recuperare total), caz n care i-ar mri temperaturade la 7,, pn la Ty = T,:

(2.12)

rezultnd pentru recuperarea total, adic = l, T5= 7>.


C)Fig. 2.8. Ciclul teoretic al instalaiei de turbin cu gaze, cu ardere la presiune

constant i cu recuperare de cldur: - n diagrama p - V; b- In diagrama T - S .

innd cont de expresia factorului de recuperare (2.12), ecuaia bilanului termic pentruschimbtorul de cldur-recuperator (fig. 2.7):

servete l precizarea cldurii absorbite i a celei cedate de l kg de agent termic la parcurgereaprocesului ciclic:

. =c T \

(2.13)1* T3-T2 -(Ty -T,)

creterea acestui randament este cu att mai important, cu ct factorul de recuperare estemai apropiat de unitate.

2.2.4 Ciclul instalaiilor de turbine cu gaze, cu comprimare sidestindere izoterm i cu recuperare total

ntr-un astfel de ciclu (fig. 2.9), n comprimarea izoterm (/-2) agentul termic cedeazcldura q{2 = q^ la temperatura 7j = T2 = 7^ iar n destinderea izoterm (J-4), primete dinexterior cldura q^ = q* la temperatura T3 = 74 = T, T > 7*0.

Ciclul fiind cu recuperare total, = l, n aparatul recuperator cldura cedat de gazelearse n cursul rcirii izobare (4-1). este preluat integral, n nclzirea la presiune constant(2-J), de ctre aerul comprimat; ceea ce rezult i din ciclul reprezentat n diagrama T-s(fig. 2.9,b): aria 4Jad = aria 23cb,

adic

Turbine cu gaze 41

Randamentul termic al acestui ciclu teoretic:

(2.14)

reprezint randamentul termic al unui cilu Carnot care ar lucra ntre aceleai limite detemperatur.

FIg. 2.9. Ciclul instalaiei de turbine cu gaze, cu compresie i destindere izoterm,reprezentat n diagramele:

a)p- V\ b)T-s.

Un astfel de ciclu este deci un ciclu ideal irealizabil deoarece: recuperarea integral a cldurii coninut de gazele evacuate reprezint un caz limit,

care ar putea avea loc numai ntr-un recuperator ipotetic, cu suprafa infinit de mare;- comprimarea i destinderea izoterm sunt evoluii teoretice, nerealizabile n agregatele

industriale. Pentru a se utiliza parial avantajele economice ale ciclului cu comprimare idestindere izoterm, n practic se recurge la fracionarea acestor procese n mai multeagregate legate n serie.

2.2.5. Ciclul instalaiilor de turbine cu gaze, cu rcirisi nclziri intermediare

Instalaia de turbine cu gaze, a crei schem de principiu este reprezentat n fig.2.10,reali/raz procesul de comprimare n trei compresoare (c/, c2, Cj). ntre care sunt intercalatedou rcitoare intermediare (r, i r,), destinderea, n trei turbine (/,, /2, r,), fiecare din elefiind precedate de cte o camer de ardere (ca,, ca2 i ca3\ iar schimbtorul de cldur Rasiguri o recuperare parial a cldurii coninut de gazele arse evacuate din turbina de joaspresiune /,: ciclul real de funcionare a acestei instalaii este reprezentat n fig. 2.1 i.

Compresorul c/ aspir aer atmosferic i l comprim politropic (/-2'). dup care, nrcitorul intermediar r;, aerul este supus unei rciri izobare (2 W), ntre comprimrilepolitropice (7 '-2") i (7' '-2), care au loc n compresoarele de medie i nalt presiune, c

: i c3,

este intercalat rcirea intermediar (2"-/'f) care se desfoar izobar, n rcitorul r:. Aerul

ptruns n recuperatorul R se nclzete izobar pn la starea corespunztoare punctului 5 dindiagrama T-s. n timp ce gazele arse, evacuate din turbina de joas presiune, n prerecuperatorse rcesc la presiune constant (4-6).


Fig. 2.10. Schema dc prindpiu a instalaiei de turbine cu gaze, cu nclziri i rdriintermediare i cu recuperare de cldur parial:

ch c> c j - compresor de joas, medie i nalt presiune; R - recuperator de cldur; rh r: - rcitoare de aer;t j . r> t j - turbin cu gaze de nalt, medie i joas presiune; calt ca2, cat camere de ardere; M - motor depornire; G - generator electric.

Fig. 2.11. Ciclu] de funcionare realal instalaiilor de turbine cu gaze,cu nclziri i rdri intermediare.

n camera de ardere cat are loc arderea combustibilului n prezena aerului evacuat dinrecuperator, reprezentat n ciclul de funcionare din fig. 2.11 prin nclzirea izobar (5-J):gazele arse rezultate din ardere se destind poiitropic n turbina de nalt presiune (3-4") i apoi,n camera ca2 sunt supuse nclzirii intermediare (4'-3'). Dup alte dou destinderi politrope(3'~4") i (3"-4) n turbinele /, i /,, ntre care este intercalat nclzirea izobar (4* '-J") ncamera de ardere caj% gazele de ardere ptrund n recuperatorul de cldur al instalaiei, dincare sunt evacuate n atmosfer.

Ciclul de funcionare real este cu att mai apropiat de cel teoretic, izotenic, cu ctnumrul rcirilor i nclzirilor intermediare este mai mare. Complicaiile constructive, precumi pierderile de presiune care se nregistreaz n rcitoare i n conductele de legtur,limiteaz, pentru majoritatea instalaiilor, numrul treptelor la 2...S.

Turbine cu gaze 43

2.3. Prile componente ale instalaiilor de turbine cu gazef-

2.3.1. Turbina cu gaze

Turbinele cu gaze, constructiv asemntoare celor cu abur, sunt mai simple dect acesteadatorit numrului mai mic de trepte i lipsei venalelor de reglare.

Funcional, turbina cu gaze se deosebete de cea cu abur prin solicitarea termicputernic a paletelor, cauzat de temperaturile ridicate ale gazelor arse (fig. 2.12). Din acestmod v. rcirea paletelor are un rol important n buna funcionare a turbinei.

Sistemele de rcire cu ap prezentnd complicaii din cauza garniturilor de etanare i avaporizrii apei ntre piesele fixe i mobile ale turbinei, rcirea cu aer a paletelor este cea carea cptat o larg rspndire la toate tipurile de turbine cu gaze.

Fig. 2.12 Schema fluxului termic al gazelor care strbat o instalaie de turbin cu gaze

Fig. 2.13 Rcirea exterioar a paletelormobile i a piciorului paletelorfixe ale turbinelor cu gaze

Fig. 2.14 Paleta unei turbine cu gaze,confecionat din tabl de oel, cu

canale de rcire din tabl ondulat


Fig. 2.15 Rcire combinat, exterioar i interioar, pentru o instalaie de turbin cu gaze

Efectudndu-se cu aer preluat din conducta de refulare a compresorului, rcirea cu aer apaletelor se poate realiza sub form de:

-rcire exterioar (fig. 2.13), la care aerul se prelinge n lungul suprafeelor exterioareale rotorului:

-rcire interioar, care const din introducerea aerului n interiorul arborelui, de unde,prin nite canale radiale este dirijat spre canalele interioare practicate n palete (fig. 2.14),crora le asigur astfel rcirea;

-rcire combinat, exterioar i interioar, prezentat n fig. 2.15 pentru turbina cu gazepentru care n fig. 2.17 este redat schema fluxului termic al gazelor care parcurg instalaia.

Paletele turbinelor cu gaze (fig. 2.16) se executdin aliaje speciale, rezistente la temperaturi ridicate(tab. 2.2), prin forjare, sau prin turnare n forme cumodele fuzibile i mai rar, prin frezare. Sistemeleadoptate pentru prinderea paletelor sunt similare celorutilizate n construcia turbinelor cu abur (cap. 1).

2.3.2. Compresorul de aer

Compresorul, necesar alimentrii cu aer ainstalaiei la presiunea corespunztoare funcionriiacesteia, este tipul turbocompresor, acionat de ctreturbina cu gaze, fie prin cuplare direct (fig. 2.17), fieprin intermediul unor multiplicatoare de turaie.

Fig. 2.16 Forma paletelor mobileale turbinei cu gaze

Compresor Cwpresor Centri. de d$ k ijoeso presiune nolf pre. or tore

Turbine de noifo J dit presinepresir ""

Fig. 2.17 Prile componente ale unei instalaii de turbin cu gaze'de 9 MW

Tabelul 2.2 Aliaje speciale pentru confecionarea paletelor la turbinele cu gaze

Aliajul

Ei - 123

Ei- 405

4X14H14B2M(EI -69)

23X13H

1X18HT(IAIT)

Nimonic 80 A

Nimonic90 A

Vitaliun

J

S-816

M-252

Compoziia chimic [%]

-

-

0,5

0,5

2,0

2,3

4,0

C

0,150,25

0,12

0,40,6

Q*?

0,12

0,04

0,04

0,2

0,7

0,4

0,1

Si

n2,3

0,81,0

0,30,6

.. UQ

0,8

-

-

-

-

Mn

0,40,8

0,30,5

0,7

2,0

2,0

-

-

-

-

-

P

0,03

0,03

0,03

0,035

0,03

-

-

S

0,03

0,025

0,03

0,03

0,035

-

-

-

-

Cr

1416

1416

1315

2225

1720

20

20

28

23

20

20

Ni

1214

1214

1315

1215*

8i i

75

55

2

6

20

50

Mo

2,53,5

0,250,40

-

-

-

6

6

3,5

10

W

1,82,2

-

2,002,75

-

-

-

-

4

-

Co

-

-

-

20

62

60

44

10

Ti

0,51,5

-

0,3

0,150,25

0,8

2,4

2,4

-

-

-

-

Nb

0,81,2

-

-

-

-

4

2,5

Alteelemente

-

-

-

-

A/2

A/2

T/2

-

Al 0,75Kin 0,7Si 1,0

Coeficientulde dilatare

intre 0 i1000 C

18

-

18

18,6

18,2

15,1

-

14,1

-

15,9

-

Tempe-ratura

maximde

utilizare|C1650

650

700

700

700

735

815

980

980

980

-


Comprcsoarele centrifuge (fig. 2.18) i (2.19), de construcie simpl i de dimensiunireduse, au randamente relativ reduse (75%); sunt folosite la agregatele de supraalimentare lamotoarele navale.

ir.

Flg. 2.18. Agregatul de supraalimentare pentru motoare tip DOXFORDl-filtru de aer, 2-. compresor centrifugal; 3- turbin cu gaze;

Fig. 2.19. Agregat de supraalimentare pentru motoare MNl-filtru de aer; 2-. compresor centrifugal; 3- turbin cu gaze;

Turbine cu gaze 47

Fig. 2.20. Agregatul de supraalimentare pentru un motor n patru timpil-filtru de aer, 2-. compresor centrifugal; 3- turbin cu gaze;

2.3.3 Camera de ardere

Camera de ardere este partea din instalaie n care energia chimic a combustibilului setransform n energie termic a gazelor de ardere rezultate, a cror temperatur se reduce, prinamestecare cu aer suplimentar introdus, pn la valoarea necesar alimentrii turbinei.Realizarea constructiv a camerelor de ardere (clasificate n tabelul 2.3), de care depindefuncionarea sigur i economic a instalaiei, trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiiiprincipale: aprindere sigur i simpl a combustibilului; ardere, cu flacr ct mai scurt,stabil n ntreg domeniul de utilizare; rcire corespunztoare a tuturor prtilor ei componente;rezisten aerodinamic ct mai redus; randament ct mai ridicat i dimensiuni ct mai reduse.

n camera de ardere n echicurent, combustibilul este introdus printr-un injector, n cazulcombustibililor lichizi, sau arztor, la cei gazoi sau solizi pulverizai, iar aerul de ardere esteturbionat printr-un sistem de palete directoare, pentru realizarea unui amestec ct mai omogenaer-combustibil. Lungimea camerei de ardere, respectiv volumul ei, se determin n aa fel,nct timpul de trecere al particulelor de combustibil prin camera de ardere s fie suficientpentru realizarea oxidrii complete, adic viteza de deplasare a gazelor s fie inferioar celei depropagare a flcrii.


Tabelul 2.3 Clasificarea camerelor de ardere

Criteriul declasificare

Felul combusti-bilului

Direcia i .sensulde introducere aaerului i acombustibilului

1

Realizareaconstructiv

Tipul de camer deardere

Cu combustibil lichid

Cu combustibil gazos

Cu combustibil solidpulverizat

n echicurent

n contracurent

Unghiular

Qclon

ndividual

elar

Particulari tU

Combustibilul este pulverizat n camera de ardereprin intermediul injectoarelor

Camera de ardere este echipat cu arztoare, princare este introdus combustibilul.

Particulele de combustibil ptrund n camera deardere, n suspensie ntr-un curent de aer.

Aerul i combustibilul se introduc n camera deardere n direcie axial i n acelai sens.

Circulaia aerului n seciunea inelar dintre tubulcentral i manta, se face n direcia axial t n sensinvers fa de gazele arse.

Introducerea erului perpendicular pe direcia demicare a gazelor arse, asigur o amestecare bun aaerului cu combustibilul

mbuntirea amestecrii aeruluui cucombustibilul se realizeaz prin introducereatangenial a aerului n camera de ardere

Camera de ardere este tubular

Arderea are loc n spaiul inelar dintre tubul centrali manta

Aer

Fig. 2.21. Schema de principiu a camerei de ardere n echicurent:/-injector, 2-palete directoare; J-orificii pentru ptrunderea aerului secundar.

Principalele caracteristici ale camerelor de ardere (tab. 2.4) sunt:-ncrcarea sau solicitarea termic reprezint raportul dintre cldura orar Qh. dezvoltat

prin arderea combustibilului i volumul camerei de ardere:

kJm" -h

(2.16)

Turbine cu gaze 49

-intensitatea termic, intensitatea fluxului termic din spaiul camerei de ardere,dependent de &, de viteza axial medie w a gazelor i de debitul de aer L introdus n camerade ardere:

L*UUr -h j

(2.17)

avnd valori de 126...630 GJ/r.h, n cazul camerelor de ardere din instalaiile energeticecorespunztoare unor viteze w=25ra/s:

Tabelul 2.4 Clasificarea camerelor de ardere

Camerade ardere

Cilindric

Unghiular

Inelar

Tempera-tura

aerului[C]

-

. 200

400

250

220

Presiu-nea

iniial[bar]

3.8

U

4,1

6,4

3,1

Pierderide

presiune[%]

-

1,6

1.9

0,6

3,5

Solicitareatermic a

camerei deardere

[GJ/m2h]

83,7

pn la 83,7

pn la 92.1

pn la 94,1

-

Combustibilutilizat

pcur

motorin

motorin

motorin

motorin

Coefici-entul deexces de

aer

1.6...2

-

1.8

-

-

Debitul decldur alcamerei de

ardere[CJ/h]

pn la 37,7

87,9

25.1

-

51.9

-stabilitatea i capacitatea de reglare a camerei deardere, obinute prin msuri constructive speciale,exprim posibilitatea de realizare a arderii stabile, nlimitele de variaie a cantitii de combustibil admise;

-cderea de presiune din camera de ardere.datorat prezenei paletelor directoare i ocurilorproduse la amestecarea gazelor de ardere cu aerulsuplimentar;

-randamentul termic al camerei de ardere.dependent att de pierderile prin ardere incomplet, ct ide cele ale suprafeelor ei exterioare, prin radiaie iconvecie termic, are valori, la construciile moderne,de 0,97...0.98. Fiind supui unor solicitri termice mari,pereii camerelor de ardere se confecioneaz din oelurirefractare, rcii n exterior de aerul secundar care iscald. Figura 2.22 prezint n seciune, o camer deardere vertical n contracurent, iar figura 2.23, o camerde ardere ciclon.

Fig. 2.22. Camer de ardere vertical n contracurent:/mania exterioara; 2-ub refractar. J-injector,-/-racord pentru

adraisia aerului: /-paletele directoare ale aerului primar: 6-orifciipentru ptrunderea aerului secundar: 7-racord de evacuare.


AerprimrJf

Fig. 2.23. Camer de ardere ddon:/-palet directoare; 2-nervuri de rcire.

n scopul obinerii unui amestec corespunztor i a unei arderi uniforme i stabile,camerele de ardere pentru combustibili lichizi, se pot realiza de tipul, cu vaporizare prealabilarderii combustibilului.

n fig. 2.24 se prezint dou posibiliti de injectare a combustibilului n curentul de ae'n sensul acestuia, sau n sens invers.

Fig. 2.24. Camer de ardere cu injectarea combustibilului:~ n sensul curentului de aer; b - n sens opus curentului de aer

Fg. 2.25 Camer de ardere cu crbune pulverizat:/manta exterioar; 2-cptual refractar; J-reea de ajutajepentru combustibilul pulverizat n suspensie; J-surs de aprin-dere; 5-ciptuali din beton; 6-injector auxiliar cu combustibillichid, pentru amorsarea arderii.

Asemntoare celor cu combustibil lichid, camerele de ardere cu combustibil gazos ausistemul de omogenizare a amestecului aer-combustibiL constructiv mai simplu.

Turbine cu gaze 51

Camera de ardere n figura 2.25 este destinat utilizrii prafului de crbune.Aceste camere de ardere sunt urmate de baterii multiciclon pentru reinerea cenuii, in

scopul reducerii efectului eroziv asupra paletelor turbinei.

FIg. 2.26. Seciune printr-o turbina cu gaze de joas presiune LMZ/-rotor; 2- batiu; 3- racord de evacuare; 4- lagr, 5.6 -labirini; 7- cuplaj elastic;S- pompa sistemului de ungere; 9- pomp de ulei pentru sistemul de reglare.


Fig.2.27. Turbina cu gaze NZL de 1500 kW la 5000 rot/min/-carcas; 2- rotor, 3- cadru; 4,5 -labirint! pentru turbin; 6,7-lagre;5-cuplaj; 9- compresoraxial; 20-rotoul compresorului; //- difuzorul compresorului; 12,13- labirinfi pentru compresori;14,15- lagre compresor; 16- lagr axial; 17- cuplaj dinat; 18,19- batiu turbin.

Turbine cu gaze 53

4

Fig.2.28 Turbosuflant Brown Boveri/-compresor,2-turbin cu gaze;J-intrae gaze;'/ -ieire gaze; 5-intrare aer, 6-ieie aer


Bibliografie

[1]. B. Popa, C Vitil4-.*

{2]. B. Popa, L Carabogdan

[3]. S. Petrescu, Dan tefnescu, .a,

[4]. Titus Grecu, M. Crdu, I. Nicolau

[5], Gavril Cre

Termotehnic i maini teniceEditura Didactic i Pedagogic

Bucureti 1977

Manualul inginerului tenotehnician, voi. nEditura Tehnic, Bucureti 1986

Termotehnic i maini termiceEditura Didactic i Pedagogic

Bucureti 1978

Turbine cu aburEditura Tehnici Bucureti 1996

Turbine cu abur i cu gazeEditura Didactic i Pedagogic

Bucureti 1981

[6]. I. V. Inozemev Motoare termiceEditura Tehnic, Bucureti 1955

POiMPE. CONDUCTE. ARMATURI. GARNITURI

3.1. Generali ta ti

Mecanismele i instalaiile auxiliare de bord constituie parte component a utilajuluitehnologic de la bordul navelor maritime i fluviale, aflndu-se n funcionare continu sauintermitent pe toat durata de exploatare a navei.

Mecanismele i instalaiile hidraulice i pneumatice au rolul de a asigura printr-ofuncionare corespunztoare calitile nautice ale navelor i de exploatare precum icondiiile de confort necesar echipajului pentru desfurarea activitii la bord. Mecanismelei instalaiile hidro-pneumatice de la bordul navei sunt supuse n permanent agenilor delucru din instalaii pe de o parte i diferiilor ageni atmosferici, factori ce supun materialulde construcie n special fenomenului de coroziune. Mecanismele hidraulice trebuie s maiasigure buna funcionare a instalaiilor ce au rolul de a asigura protecia navei pe toat durataexploatrii sale n mar i n staionare mpotriva pericolului de scufundare i a incendiilor cepot avea loc la bord. v

3.2. Fluide utilizate la bordul navelor

Fluidul Clasificare Utilizare

de mare

de peste bord

de fluviuAp

- rcirea uleiului- rcirea apei din circuitul nchis:- rcirea aerului de baleiaj:- distilatorul de ap tehnic:- stins incendiu etc.- rcirea uleiului:- rcirea apei din circuitul nchis:- rcirea aerului de baleiaj:- stins incendiu etc.

tehnic

- circuitele de rcire ale motoarelorauxiliare:

- circuitele de rcire ale motoruluiprincipal:

- caldarinele (recuperatoare i cu arztor)- nclzire: etc.


Ap

Combus-tibil

potabil

marin greu

diesel marin

motorin

Ulei

Ageni frigorifici

Aer comprimat

Abur

Gaze de ardere

- preparatul hranei;- consum;- splat; etc.- motorul principal i

arztor;- motorul principal i

arztor;

caldarina cu

caldarina cu

- motoarele auxiliare i caldarina cuarztor.

- ungere mecanism motor (pentru motor principal);- ungere motoare auxiliare;- ungere compresoare:- ungere turbosuflante:- acionri hidraulice, etc.- n instalaiile frigorifice;- n instalaiile de condiionare.- lansare motor principal;- lansare motoare auxiliare;- nevoi gospodreti;- acionri pneumatice, etc.- nclzire;- acfionri cu abur;- stins incendiu, etc.- acionarea turbinelor de gaze;- ageni pentru caldarina recuperatoare;- gaze inerte.

3.3. Clasificarea generatoarelor hidraulice.

f

Pompe volumice

Turbo pompe

.Pompe cu jet

cu piston

rotitoare

elevatoare

centrifuge

elicoidale

- cu simplu efect- cu dublu efect- cu angrenaje- cu pal oscilant ( culisant)- cu inel de lichid- cu lan i cupe- cu urub- vibratoare electromagnetice- monoetajate- bietajate- multietajate- n simplu flux- n dublu flux- diagonale normale- diagonale rapide ( Deriaz) axiale normale- Kaplan- Bulb

-cu jet de ap- cu jet de abur sau aer

Pompe. Conducte. Armturi. Garnituri 57

Generatoarele hidraulice, denumite curent pompe, transform energia mecanic primit laarbore n energie hidraulic, n scopul vehiculrii unui fluid.

Transformarea energiei se face conform relaiei:Eh = p.E0 (3-1)

n care: Eh - energia hidraulic:3 - energia mecanic:p - randamentul de transformare sau randamentul pompei.

3.3.1. Pompele voi u m ice

Pompele voluraice sunt maini n care au loc deplasri periodice ale unor volume delichid dinspre aspiraie ctre refulare, cu creterea corespunztoare a presiunii. Ele suntcaracterizate prin deplasri reduse fluidului fa de organele active ale raaiii( rotor, piston,membran, etc.) iar debitul variaz puin cu nlimea de pompare. Caracteristic acestormaini este prezena unor organe de nchidere ( clape, supape, bile): acestea n timpulfuncionrii, nchid spaii prin care este transportat fluidul din camera de aspiraie n camerade refulare. Pompele volumice au urmtoarele utilizri:- pompa cu ulei de lichid se utilizeaz pentru realizarea vacuumului n instalaiile dearaorsarp a pompelor- pompa cu angrenaje se folosete pentru realizarea presiunii de ulei la instalaiile deacionri hidraulice etc.

pompa Alwailler (cu pant oscilant) se utilizeaz pentru goliri etc.

3.3.2. Pompele hidrodinamice

Pompele hidrodinamice ( turbopompele) sunt maini n care transfor-marea de energieare loc datorit interaciunii dintre palete i fluid (prin modificarea momentului cantitii demicare): sunt caracterizate prin viteze mari ale fluidului fa de organele active ale mainii,iar debitul variaz cu nlimea de pompare. La turbopompe procesul transformrilorenergetice ncepe odat cu intrarea fluidului n rotor, pentru ca la ieire energia cinetic afluidului s fie maxim: procesul continu n stator i n camera spiral, astfel nct la flanade refulare fluidul s aib preponderent energia potenial.

3.3.3. Pierderile n pompe

Pentru a-i ndeplini misiunea, pompa trebuie cuplat la o surs de energiestereomecanic ( de exemplu motor electric) ,care transmite la arborele pompei puterea:

P = M - kW (3-2)M [KN m] - momentul transmis la arbore: [rad /s] - viteza unghiular a arborelui

rdd a n (3-3) unde n [rot / min] - turaia arborelui

s

deci: (3-4)Prin organul su activ pompa transmite energie curentului lichid care o

traverseaz, valorificnd sub form de putere hidraulic cea mai mare parte a puterii primitde la arbore, aceasta fiind puterea util realizat de pomp

kW (3-5)unde : p [kg / m3 ] - densitatea lichidului pompat: g [m / s:] - acceleraia gravitaional


V [m3/s] - debitul real furnizat de pomp: H [m] - nlimea de pomparen cursul convertirii energiei stereoraecanice In energie hidraulic au loc i transformri

ireversibile de energie termic, acustic etc. Datorit faptului c aceste disipri nu mai pot firecuperate In mod curent n tehnic, ele poart denumirea de pierderi, n tabelul 3.1.suntprezentate disiprile de energie pe baza crora sunt definite pierderile mecanice, pierderilehidraulice precum i pierderile volumice de care trebuie,s se in cont n definirea ideterminarea randamentului mecanic, hidraulic i volumic al pompei

Randamentul total al pompei se obine fcnd produsul randamentelor mecanic,hidraulic i volumic.

Tabelul 3. J. Pierderile n pompe

p.pierderi mecanice

ppierderi hidraulice

Pv

201267339-manualul-ofiterului-mecanicvol-2

Documents