capitolul ii motoare si turbine navale

CAPITOLUL II MOTOARE SI TURBINE NAVALE. MECANISME SI INSTALATII AUXILIARE SPECIFICICE MASINILOR DE PROPULSIE

II.1. MOTOARE CU APRINDERE PRIN COMPRESIE

II.1.1. Principiile constructiv-funcţionale ale m.a.i.

II.1.1.1. Definiţii ale noţiunilor caracteristice m.a.i.

Motorul cu ardere internă este o maşină termică (transformă energia produsă prin arderea unui combustibil în lucru mecanic prin intermediul unui fluid, numit fluid motor) la care produsele arderii intră în compoziţia fluidului motor, iar evoluţia acestuia se realizează prin intermediul unui piston, a cărui mişcare rectilinie alternativă în interiorul unui cilindru se transformă în mişcare de rotaţie de către mecanismul bielă manivelă.

Motorul cu ardere internă reprezintă o maşină complexă alcătuită din:a) mecanismul motor:

1) mecanismul bielă-manivelă (piston, bielă, arbore cotit şi, eventual, tija pistonului şi capul de cruce);

2) partea fixă, alcătuită din cilindru, chiulasă şi carter (rama de fundaţie şi batiul).

b) ansamblul de sisteme auxiliare:1) sistemul de distribuţie;2) sistemul de alimentare cu combustibil;3) sistemul de aprindere (numai la m.a.s.);4) sistemul de ungere;5) sistemul de răcire;6) sistemul de pornire;7) sistemul de inversare a sensului de marş (numai la unele motoare diesel de

propulsie);8) sistemul de supraalimentare (la majoritatea m.a.i.).

c) aparatura de comandă, supraveghere şi protecţie.

Schema motorului monocilindric din figura I.1.1.1. cuprinde mecanismul motor şi sistemul de distribuţie. În cilindrul 1 se deplasează pistonul 2, legat de arborele cotit 3 prin intermediul bielei 4. Cilindrul este închis la partea superioară de chiulasa 5, în care sunt practicate 3 orificii. Două dintre orificii sunt controlate de către o supapă: supapa de admisie 6

şi supapa de evacuare 7.În cel de-al treilea orificiu se montează injectorul 8 (pentru m.a.c.) sau bujia (pentru m.a.i.). Partea inferioară a cilindrului se fixează pe carterul motor, format, în general, din două părţi: carterul superior 9, de care se suspendă lagărele arborelui cotit

şi carterul inferior 10, care poate conţine baia de ulei.În timpul funcţionării, pistonul se deplasează între două poziţii limită, numite puncte moarte (puncte în care viteza pieselor cu mişcare de translaţie este nulă). Poziţia pistonului care corespunde volumului minim ocupat de fluidul motor se numeşte punct mort interior şi se notează p.m.i.; poziţia

Fig.II.1.1.1. Schema de principiu a motorului monocilindric

pistonului care corespunde volumului maxim ocupat de fluidul motor se numeşte punct mort exterior şi se notează p.m.e.

Spaţiul parcurs de piston între cele două puncte moarte se numeşte cursa pistonului (S), iar diametrul cilindrului – alezaj (D). Volumul generat prin deplasarea pistonului în cursa S se numeşte cilindree unitară:

(II.1.1.1)

Suma cilindreelor unui motor policilindric reprezintă cilindreea totală: (II.1.1.2)

unde I reprezintă numărul de cilindri. Analog, se defineşte volumul minim şi, respectiv, volumul maxim al camerei de ardere:

(II.1.1.3)

(II.1.1.4)

Raportul dintre cele două volume se numeşte raport de comprimare:

(II.1.1.5)

Unghiul făcut de manivelă cu axa cilindrului se numeşte unghi de rotaţie a arborelui cotit (unghi de manivelă sau, simpli, unghi de rotaţie) şi se notează cu . Originea unghiului se alege în pmi, iar numerotarea se realizează în sensul de rotaţie al motorului. Pentru =3600RAC, arborele cotit efectuează o rotaţie completă, iar pistonul parcurge două curse. Numărul de rotaţii efectuate de arborele cotit într-un minut se numeşte turaţie, se notează cu n şi se măsoară în rotaţii pe minut. Între unghiul , turaţia n şi timpul în care este parcurs unghiul există relaţia de dependenţă

(II.1.1.6)

Se numeşte viteza medie a pistonului mp acea viteză consumată cu care pistonul ar parcurge două curse succesive 2S, în intervalul de timp 60/n [s] în care arborele cotit efectuează o rotaţie completă:

vmp= [m/s] (II.1.1.7)

Succesiunea proceselor care se repetă periodic în cilindrul motor se numeşte ciclul de funcţionare (ciclul motor). Partea din ciclul motor care se efectuează într-o cursă a pistonului se numeşte timp. Dacă se notează cu numărul de timpi ai motorului, expresia generală a numărului de cicluri în unitatea de timp este :

nc = [cicluri/sec.] (II.1.1.8)

Realizarea unui ciclu motor presupune înainte de toate să se introducă în cilindru fluid proaspăt (aer la m.a.c. sau amestec aer – combustibil la m.a.s.); introducerea fluidului proaspăt reprezintă procesul de admisie (admisia). Eliberarea energiei chimice a combustibilului are loc în procesul de ardere (arderea). Pentru a mări eficienţa acestui proces ( implicit eficienţa ciclului de funcţionare), se interpune un proces de comprimare a fluidului

motor. Lucrul mecanic util se interpune prin acţiunea gazelor de ardere asupra pistonului, în cursa de destindere. După încheierea arderii, are deci loc procesul de destindere. În sfârşit, pentru reluarea ciclului motor, gazele de ardere se îndepărtează din cilindru. Eliminarea gazelor de ardere din cilindru reprezintă procesul de evacuare. Procesele de evacuare şi de admisie const5ituie împreună aşa- numitele procese de schimbare a gazelor (procesele de distribuţie). Toate procesele care alcătuiesc ciclul motor se numesc procese termice.

II.1.1.2. Clasificarea m.a.i.

Diversitatea deosebită înregistrată în construcţia m.a.i. impune stabilirea unor criterii de clasificare care să permită identificarea particularităţilor esenţiale. Există astfel un număr ridicat de criterii :

1. Felul procesului de arderea. motoare cu ardere izocoră (Otto sau Beau de Rochas);b. motoare cu ardere izobară ( Diesel);c. motoare cu ardere mixtă (Trinkler, Selinger sau Sabatherer).

2. Procedeul de aprinderea. motoare cu aprindere prin scânteie (motoare la care aprinderea combustibilului este produsă de o scânteie electrică);b. motoare cu aprindere prin comprimare ( motoare la care aprinderea combustibilului se datorează contactului dintre combustibil şi aerul încălzit în prealabil prin comprimare în cilindru ).

3 Modul de realizare a ciclului motora. motoare în 2 timpi (ciclul motor se realizează într-o rotaţie completă a arborelui cotit, respectiv pe durata a două curse succesive ale pistonului);b. motoare în 4 timpi (ciclul motor se realizează în două rotaţii ale arborelui cotit, respectiv pe durata a 4 curse succesive ale pistonului).

4 Construcţia mecanismului bielă-manivelăa. motoare cu piston portant (fără cap de cruce);b. motoare cu cap de cruce.

5 Numărul de combustibili utilizaţia. motoare monocarburante;b. motoare policarburante.

6 Felul combustibilului utilizata. motoare cu combustibil lichid:

a.1. cu vâscozitate mică (benzină, petrol, alcool);a.2. cu vâscozitate medie (motorină);a.3. cu vâscozitate mare (păcură);

b. motoare cu combustibil gazos;c. motoare cu combustibil gazos şi lichid;d. motoare cu combustibil solid şi lichid.

7 Tipul camerei de arderea. motoare cu cameră de ardere unitară;b. motoare cu cameră de ardere semidivizată (în piston);c. motoare cu cameră de ardere divizată:d. cu antecameră (cameră de preardere);e. cu cameră de turbionare (de preamestec sau de vârtej).

8 Procedeul de admisiea. motoare cu admisie naturală (normală);b. motoare supraalimentate.

9 Raportul dintre cursa pistonului şi diametrul cilindruluia. motoare cu cursă scurtă (0,9<S/D<1,2) ;b. motoare cu cursă medie (1,2<S/D<1,5) ;c. motoare cu cursă lungă (1,5<S/D<1,8) ;d. motoare cu cursă superlungă (S/D = 1,8…4,2).

10 Procedeul de răcirea. motoare răcite cu apă;b. motoare răcite cu aer.

11 Procedeul de acţionare a pistonului de către fluidul motora. motoare cu simplu efect;b. motoare cu dublu efect.

12 Sensul de rotaţiea. motoare ireversibile (cu rotaţie într-un singur sens);b. motoare reversibile (pot funcţiona în ambele sensuri de rotaţie).

13 Viteza medie a pistonuluia. motoare lente (vmp 6,5 m/s);b. motoare semirapide (6,5 m/s < vmp 10 m/s);c. motoare rapide (vmp >10 m/s).

14 Numărul de cilindriia. motoare monocilindrice;b. motoare policilindrice.

15 Dispunerea relativă a cilindrilora. motoare în linie;b. motoare în V;c. motoare cu cilindrii opuşi (boxer);d. motoare în stea (simplă sau multiplă);e. motoare în evantai (3 linii de cilindri sau în W);f. motoare în X;g. motoare cu două linii de cilindri;h. motoare în H;i. motoare cu pistoane opuse.

16 Poziţia axelor cilindrilor faţă de axa de rotaţiea. motoare normal axate (axa de rotaţie coincide cu axa cilindrului);b. motoare dezaxate (între axa de rotaţie şi axa cilindrului există o distanţă denumită dezaxare absolută).

17 Destinaţia motoruluia. motoare pentru autovehicule ;b. motoare pentru maşini agricole ;c. motoare de tracţiune feroviară ;d. motoare de aviaţie ;e. motoare industriale (staţionare sau mobile);f. motoare navale (principale sau auxiliare).

II.1.1.3. Schema de principiu a motorului în 4 timpi. Principiul de funcţionare.Diagramele indicate ale ciclului de funcţionare.

Funcţionarea motorului în 4 timpi

Motorul cu ardere internă în 4 timpi, reprezentat schematic în figura II.1.1.1. funcţionează în modul următor: în cilindru pătrunde aer (la m.a.c.) sau amestec de aer şi combustibil (la m.a.s.) prin canalul şi orificiul supapei de admisie SA. Pătrunderea fluidului proaspăt este cauzată de depresiunea produsă prin deplasarea pistonului din p.m.i. spre p.m.e., efectuând cursa de admisie, respectiv timpul 1 al ciclului. La motoarele supraalimentate, la această depresiune (pr < po) se adaugă comprimarea iniţială a fluidului proaspăt în suflanta agregatului de supraalimentare (pr < po < ps ). Supapa de admisie trebuie deschisa cu un anumit avans faţă de pmi şi trebuie închisă cu o anumită întârziere faţă de pme, ceea ce asigură o mai bună umplere a cilindrului cu fluid proaspăt (introducerea în cilindru a unei cantităţi mai mari de încărcătură proaspătă). Amestecul de fluid proaspăt şi de gaze arse reziduale (cantitatea de gaze arse în precedentul ciclu de funcţionare care nu au putut fi eliminate din cilindru) constituie fluidul motor sau fluidul de lucru. El este comprimat, teoretic, în timp ce pistonul se deplasează de la pme spre pmi, efectuând cursa de comprimare, respectiv timpul doi al ciclului funcţional. Procesul real în comprimare începe, însă, după închiderea SA şi se termină în momentul începerii arderii combustibilului. Injecţia combustibilului (la mas-uri, scânteia electrică) începe către sfârşitul cursei de comprimare, cu un anumit avans faţă de pmi. In faza iniţială, arderea produce o creştere rapidă a presiunii, urmată de etape în care presiunea fluidului motor are o variaţie relativ redusă.

Fig.II.1.1.2 Principiul de funcţionare al motorului în 4 timpi

Teoretic, arderea combustibilului şi destinderea gazelor se produc în timp ce pistonul se deplasează de la pmi spre pme, efectuând cursa de ardere şi destindere respectiv timpul trei. La începutul procesului, presiunea variază lent, după care urmează o scădere mai accentuată a presiunii. Destinderea gazelor de ardere are loc până în momentul deschiderii supapei de evacuare SE. în timpul acestei curse, energia fluidului motor este transmisă pistonului (prin

destindere, gazele împing pistonul de la pmi spre pme). Prin urmare, timpul trei este singurul timp în care are loc transformarea energiei termice în energie mecanică, respectiv singurul timp util al ciclului de funcţionare.

Evacuarea gazelor arse se face în timp ce pistonul se deplasează de la pme spre pmi, efectuând cursa de evacuare, respectiv timpul patru. Evacuarea reală a gazelor arse începe în momentul deschiderii SE, cu un anumit avans faţă de pme. Sfârşitul evacuării, respectiv închiderea acestei supape, trebuie realizat după o eliminare cât mai bună a gazelor arse din cilindru (evacuarea unei cantităţi cât mai mari de gaze arse), deci cu o anumită întârziere faţă de pmi.

Diagramele ciclului de funcţionare

Funcţionarea m.a.i. este reflectată prin diagramele indicate şi circulară (de distribuţie). Diagrama indicată în coordonate presiune-volum (diagrama mecanică sau diagrama p-V) reprezintă variaţia presiunii fluidului motor în funcţie de volumul ocupat de acesta pe parcursul ciclului de funcţionare. Această diagramă asigură posibilitatea de determinare a puterii dezvoltate de motor, suprafaţa conturului diagramei reprezentând lucrul mecanic indicat al ciclului de funcţionare. Variaţia presiunii fluidului motor în funcţie de unghiul de rotaţie al arborelui cotit constituie diagrama indicată în coordonate presiune-unghi de rotaţie (diagrama desfăşurată sau diagrama p- ). Ea pune în evidenţă succesiunea proceselor de lucru din cilindru. Se remarcă faptul că procesele de admisie şi de evacuare au o durată mai mare de cât cea a unei curse complete a pistonului. In acelaşi timp, comprimarea şi destinderea au durate mai reduse. Aceste durate pot fi reflectate în diagrama circulară (diagrama de distribuţie), care prezintă valorile unghiurilor de avans şi de întârziere ale proceselor funcţionale.

Fig. II.1.1.3 Diagramele indicate ale ciclului de funcţionare al motorului în 4 timpi

Valorile uzuale ale acestor unghiuri sunt următoarele:- avansul la admisie: aa=10 …200RAC înaintea pmi;- întârzierea la admisie: ia=25…450RAC după pme;- avansul la evacuare: ae=40 …600RAC înaintea pme;- întârzierea la evacuare: ie= 15…500RAC după pmi;- avansul la injecţie: = 7…400RAC înaintea pmi.

Prin urmare, durata totală a proceselor funcţionale se situează în limitele:- admisia:adm=215…2450RAC;- comprimarea:compr= 120…1630RAC;- arderea şi destinderea: dest=120…1400RAC;- evacuarea: ev=235…2900RAC.

Diagramele prezentate în figura II.1.1.2. corespund motoarelor în 4 timpi, cu admisie naturală. În cazul motoarelor supraalimentate, este superioară atât presiunii atmosferice, cât şi celei de evacuare.

II.1.1.4. Schema de principiu a motorului în 2 timpi. Principiul de funcţionare. Diagramele indicate ale circuitului de funcţionare

Funcţionarea motorului în 2 timpi

La motorul în 2 timpi (fig. II.1.1.4) distribuţia gazelor (procesele de admisie a încărcăturii proaspete şi de eliminare a produselor arderii) se realizează prin intermediul unor orificii practicate în cămaşa de cilindru-ferestrele de admisie FA (cu înălţime mai mică) şi ferestrele de evacuare FE (cu înălţime mai mare). Evacuarea gazelor arse începe în momentul în care pistonul dezobturează FE, permiţând astfel trecerea gazelor arse în colectorul de evacuare. Aceste ferestre sunt deschise în ultima parte a cursei pistonului din pmi spre pme. În această perioadă, evacuarea gazelor arse se datorează diferenţei mari dintre presiunea gazelor arse şi presiunea din colectorul de evacuare - evacuarea liberă.

Fig. II.1.1.4. Principiul de funcţionare al motorului în 2 timpi

Ulterior, pistonul dezobturează FA, prin care aerul (la m.a.c.) sau amestecul de aer şi combustibil (la m.a.s.) pătrunde în cilindrul motorului. Umplerea cilindrului cu încărcătură proaspătă este datorată precomprimării acesteia la o Pbal mai mare decât cea atmosferică şi decât cea a gazelor arse din cilindru.

Din momentul deschiderii ferestrelor de admisie şi până în momentul închiderii acestora, evacuarea gazelor se face datorită împingerii care are loc de către încărcătura proaspătă-evacuarea forţată. Desfăşurarea simultană a proceselor de admisie şi de evacuare reprezintă procesul de baleiaj. În mod curent, ferestrele de admisie sunt denumite ferestre de baleiaj. Închiderea orificiilor de admisie se face de către piston în timp ce acesta se deplasează de la pme spre pmi, pistonul obturează şi FE. În acest interval dintre închiderile FA şi FI are loc cea de-a 3-a etapă a procesului de evacuare: postevacuarea (evacuarea ulterioară sau evacuarea posterioară). În perioada în care FA şi FE sunt închise, au loc următoarele procese: comprimarea fluidului proaspăt, datorat deplasării pistonului spre pmi; injecţia, aprinderea şi arderea (la m.a.c.) sau scânteia electrică aprinderea şi arderea (la m.a.s.), cu creşterea rapidă a presiunii; continuarea arderii (în prima parte) şi destinderea gazelor de ardere pe timpul deplasării pistonului din pmi spre pme. Aceste procese se desfăşoară ca la motoarele în 4 timpi.

Prin urmare, la ciclul motorului în 2 timpi, procesul de evacuare a gazelor se desfăşoară în cea mai mare parte concomitent cu procesul încărcăturii proaspete. Datorită

acestei suprapuneri, precum şi a reducerii curselor efective de comprimare şi de destindere, ciclul se realizează într-o singură rotaţie a arborelui cotit respectiv în două curse succesive ale pistonului, de unde şi denumirea de ciclu în doi timpi. Convenţional, timpul 1 este considerat a fi alcătuit din admisie şi comprimare, iar timpul 2 din ardere, destindere şi evacuare.

Diagramele ciclului de funcţionare

Ca şi în cazul motoarelor în 4 timpi, funcţionarea motoarelor în 2 timpi este reprezentată grafic prin diagramele indicate (în coordonatele p-V şi p-) şi prin diagrama circulară. Se remarcă faptul că datorită particularităţilor constructive, diagrama circulară acestui motor este simetrică (fig.II.1.1.5.).

Fig.II.1.1.5. Diagramele indicate ale ciclului de funcţionare al motoarelor în 2 timpi

Totodată, comparativ cu durata totală a schimbului de gaze al motoarelor în patru timpi (400…4550RAC), la motoarele în 2 timpi, evacuarea şi umplerea se realizează într-o durată de timp mai scurtă:

- admisia: adm=80…1000RAC- evacuarea: ev= 120…1700RAC.

Datorită configuraţiei constructive a acestor motoare, în faza postevacuării se elimină din cilindru o cantitate însemnată de încărcătură proaspătă, ceea ce conduce la reducerea importantă a randamentului ciclului de funcţionare. Acest inconvenient poate fi eliminat prin utilizarea uneia dintre următoarele soluţii constructive:

a. realizarea admisiei prin ferestre de admisie şi a evacuării prin supape de evacuare; supapele de evacuare se deschid înaintea ferestrelor de admisie, iar închiderea lor se realizează înainte ca pistonul să obtureze FA (fig. II.1.1.6.a);

b. montarea pe galeria de evacuare a unui clapet rotitor; acesta obturează FE înainte de închiderea de către piston a FA (fig. II.1.1.6. b);

c. practicarea a două rânduri de FA, deasupra galeriei de admisie, controlate de asemenea de câte un clapet rotitor, care sigură deschiderea lor după deschiderea FE, închiderea fiind realizată de către piston după închiderea FE (fig. II.1.1.6. c) ca şi în cazul motoarelor în cazul motoarelor

Fig. II.1.1.6. Diagramele circulare ale soluţiilor de îmbunătăţire a ciclului de funcţionare al motorului în 2 timpi

Aceste soluţii, deşi atrag după sine complicarea sistemului si de distribuţie al motorului, asigură îmbunătăţirea proceselor de schimb de gaze, şi implicit, creşterea randamentului ciclului de funcţionare.

II.1.1.7 Cinematica şi dinamica mecanismului motor

Mecanismul motor, numit şi mecanism bielă-manivelă, reprezintă principalul ansamblu al motorului cu ardere internă cu piston. El are rolul de a transmite lucrul mecanic realizat prin evoluţia ciclică a fluidului motor în cilindru la maşina sau utilajul antrenat. Transmiterea respectivă se realizează prin transformarea mişcării rectilinii alternative a pistonului în mişcare de rotaţie continuă a arborelui cotit.

II.1.2. Construcţia detaliilor motoarelor cu ardere internă

II.1.2.1. Pistonul. Analiza funcţională, particularităţi constructive, materiale

Împreună cu axul pistonului (bolţul) şi segmenţii, pistonul formează grupul piston care asigură evoluţia fluidului motor şi îndeplineşte următoarele funcţiuni:

a) transmite bielei (tijei pistonului) forţa de presiune a gazelor;b) transmite cilindrului reacţiunea normală produsă de bielă (numai la motoarele fără cap

de cruce);c) etanşează cilindrul în două sensuri: împiedică scăparea gazelor în carter şi pătrunderea

uleiului în camera de ardere;d) evacuează o parte din căldura dezvoltată prin arderea combustibilului.

Primele două funcţiuni sunt îndeplinite de piston împreună cu bolţul (la motoarele fără cap de cruce), iar celelalte două împreună cu segmenţii. Pistonul mai îndeplineşte un număr de funcţii suplimentare, şi anume: conţine parţial sau integral camera de ardere; creează o mişcare dirijată a gazelor în cilindru; este un organ de pompare la motoarele în 4; este un organ de distribuţie şi, în unele cazuri, pompă de baleiaj la motoarele în 2.

Construcţia pistonului

Pistonul este compus din următoarele părţi:a) capul pistonului – partea

superioară (dinspre pmi) care preia presiunea gazelor;

b) regiunea port segmenţi – partea laterală a pistonului, prevăzută cu canale în care se introduc segmenţii;

c) mantaua pistonului – partea laterală inferioară a pistonului care ghidează pistonul în cilindru şi transmite forţa normală (la motoarele fără cap de cruce);

d) umerii pistonului – partea în care se sprijinăbolţul. Fig.II.1.2.1 – Părţile constructive ale pistonului

Arhitectura capului pistonului depinde în mare măsură de tipul camerei de ardere. La MAS, el are, de obicei forma unui disc plan (fig.II.1.2.2.a), deoarece în acest caz suprafaţa de schimb de căldură este minimă, iar fabricaţia este simplă. Forma concavă (fig.II.1.2.2.b) apropie camera de ardere de forma semisferică, dar în cavitate se acumulează ulei care formează calamină. Forma bombată (fig.II.1.2.2.c) rezistă mai bine, deoarece presiunea

gazelor produce eforturi unitare de compresiune. În schimb, suprafaţa de schimb de căldură este mare şi costul fabricaţiei ridicat.

Fig. II.1.2.2. Diferite arhitecturi ale capului pistonului

La MAC, forma capului pistonului se apropie de cea plană pentru motoarele cu cameră de ardere împărţită. În cazul camerelor de ardere unitare, capul are formă de cupă mai mult sau mai puţin deschisă (fig.II.1.2.2.f,g şi h).

La motoarele cu mare, deoarece capul pistonului se apropie mult de chiulasă în pmi, apare pericolul impactului cu supapele de distribuţie. În acest caz, în capul pistonului se evazează locaşuri în dreptul supapelor.

Pentru a mări rigiditatea capului pistonului, partea lui inferioară se nervurează. La pistoanele pentru MAC, se urmăreşte în primul rând descărcarea termică a primului segment care are o tendinţă mai activă de coxare decât în cazul MAS-urilor. În acest scop, pentru a împiedica orientarea fluxului de căldură numai către primul segment, se racordează larg capul pistonului cu RPS (fig.II.1.2.3.a). O altă metodă constă în amplasarea canalului primului segment cât mai jos faţă de capul pistonului, de obicei sub marginea lui inferioară (fig.II.1.2.3.b).

Deoarece materialul din dreptul primului segment îşi pierde mai uşor duritatea şi suportă atacul agenţilor corozivi, o soluţie eficientă de protejare o constituie utilizarea unor inserţii de metal, de forma unui inel cu canelură (fig.II.1.2.3.c) sau a unui disc inelar din oţel (fig.II.1.2.3.d). Uneori, prin intermediul unui cilindru canelat la exterior, încorporat în RPS (fig.II.1.2.3.e) se protejează toate canalele de segmenţi.

În anumite situaţii, când solicitările termice ale capului pistonului sunt ridicate, inserţia de metal se prevede şi în capul pistonului, în dreptul jetului de flacără sau combustibil (fig.II.1.2.3.f şi g). Inserţia de metal, în cazul pistoanelor din Al, se confecţionează din fontă cenuşie, fontă specială sau austenitică, având coeficientul de dilatare apropiat de cel al aluminiului.

Arhitectura mantalei se realizează astfel încât să se asigure o valoare limitată a presiunii specifice determinată de forţa normală N. Această solicitare determină în timpul

funcţionării o formă eliptică a mantalei. Deformarea poate fi contracarată prin confecţionarea pistonului sub o formă eliptică, axa mare a elipsei fiind pe direcţia normală la axul bolţului.

O altă soluţie folosită în construcţia mantalei (în special la MAS) o reprezintă aşa numita manta elastică. În acest scop, se taie mantaua în lungul ei. La rece, mantaua se montează cu joc mic, iar la cald, tăietura preia dilatările termice. Se utilizează tăieturi în formă de T sau de , prevăzute la capete cu un orificiu care înlătură concentrarea tensiunilor şi previne rizarea locală a cămăşii de cilindru (fig.II.1.2.4).

Fig.II.1.2.3

În cazul motoarelor navale lente, cu cap de cruce, pistonul se execută, de regulă, din două părţi asamblate: cea superioară din oţel, cea inferioară din fontă. Pistoanele sunt prevăzute cu spaţii speciale de răcire, fiind închise la partea inferioară. Acest lucru oferă posibilitatea utilizării lor ca pompă de baleiaj. Aceste nu sunt prevăzute cu umeri de fixare a bolţului, ele fiind asamblate rigid cu tija pistonului.

a b

Fig.II.1.2.4

Solicitările pistonului

În timpul funcţionării, capul pistonului este supus acţiunii forţei de presiune Fp, care se transmite prin umerii pistonului la bolţ, imprimând grupului piston o viteză vp. Componenta normală N aplică pistonul pe cilindru şi produce forţa de frecare F f, care reprezintă cca. 70% din pierderile mecanice ale motorului. (fig.II.1.2.5).

În contact cu gazele fierbinţi, pistonul primeşte un flux de căldură Qp şi se încălzeşte. Cea mai mare parte din căldura primită (cca. 60…70%) se evacuează la nivelul RPS (fig.II.1.2.6). O bună parte din căldură (20…30%) se evacuează prin manta, iar restul se transmite gazelor din carter şi uleiului care vine în contact cu partea interioară a capului sau a RPS, precum şi bolţului şi bielei. În cazul pistoanelor răcite, fluxul principal de căldură (peste 50%) este preluat de către lichidul de răcire. Fig.II.1.2.5

Fig.II.1.2.6. Fig.II.1.2.7

Echilibrul termic al pistonului (nivelul maxim de temperatură) depinde de regimul de funcţionare al motorului. Astfel, reducerea sarcinii şi a turaţiei micşorează nivelul de temperatură din piston, deoarece în primul caz se reduce doza de combustibil, iar în al doilea caz se reduce numărul de cicluri în unitatea de timp (fig.II.1.2.7) în care este exemplificată această dependenţă pentru MAS.

Există trei zone principale de temperatură:

a) zona capului, unde se atinge temperatura maximă, care reduce rezistenţa mecanică a materialului;

b) zona primului segment, unde uleiul formează substanţe dure şi lucioase (numite lacuri), care împiedică deplasarea liberă a segmentului;

c) zona RPS şi a mantalei, unde uleiul trebuie să păstreze o capacitate portantă ridicată pentru suprafeţele de reazem (segmenţi-cilindru, manta-cilindru).

Diferenţa de temperatură (diferenţa dintre temperatura în funcţionare şi cea la montaj sau la “rece”) produce dilatarea pistonului. Pistonul se dilată radial şi longitudinal (fig.II.1.2.8).

Dilatarea longitudinală dă pistonului o formă tronconică având baza în dreptul capului. Dilatarea mai mare a capului şi a RPS creează pericolul gripajului şi compromite aşezarea corectă a segmenţilor faţă de oglinda cilindrului. Concentrarea de material în dreptul umerilor pistonului produce o dilatare inegală. Mantaua ia o formă ovală cu axa mare a elipsei pe direcţia axei locaşurilor bolţului.

Pentru a preveni griparea sau blocajul pistonului în cilindru, din cauza dilatărilor, chiar şi la regimul nominal de funcţionare se prevede între cele două organe un joc diametral ’ (fig.II.1.2.9.a), numit jocul la cald.

La sarcini şi turaţii reduse şi la mersul în gol, pistonul este “rece” şi jocul diametral (fig.II.1.2.9.b), numit joc la rece sau joc la montaj, se amplifică de câteva ori, iar pistonul funcţionează cu zgomot.

Fig.II.1.2.8

a b Fig.II.1.2.9 Fig.II.1.2.10

Totodată, datorită dilatărilor inegale ale pistonului, forma sa nu este perfect cilindrică ci tronconică (fig.II.1.2.9.b), eliptică, în trepte sau în formă de butoi.

Odată cu creşterea încărcării termice este afectată nu numai siguranţa în funcţionare ci şi uzura grupului piston. Evacuarea căldurii din piston devine astfel un deziderat de maximă importanţă. Una dintre soluţiile utilizate în această direcţie constă în utilizarea unor materiale

cu conductibilitate termică ridicată (fig.II.1.2.10). O altă soluţie constă în răcirea forţată a pistonului care urmăreşte:

a) reducerea temperaturii maxime a pistonului;b) reducerea temperaturii primului segment pentru evitarea blocării sale;c) reducerea diferenţelor de temperatură pentru micşorarea tensiunilor termice şi a

deformaţiilor.Tendinţa generală de reducere a masei organelor de maşini este accentuată în cazul

pistoanelor atât pentru reducerea consumului de material cât şi de diminuare a forţelor de inerţie, rezultând posibilitatea creşterii turaţiei şi, implicit, a puterii motorului. Se poate proiecta un piston cu masa redusă dacă:

a) se micşorează grosimea pereţilor – procedeu limitat din punct de vedere al rigidităţii şi al rezistenţei mecanice;

b) se reduce înălţimea RPS – procedeu limitat de numărul şi de înălţimea segmenţilor;

c) se scurtează mantaua – procedeu limitat de valoarea admisibilă a presiunii specifice;

d) se utilizează aliaje cu densitate redusă – procedeu limitat de rezistenţa mecanică scăzută a acestor materiale.

Pentru o bună echilibrare a motorului policilindric, pistoanele trebuie să aibă mase identice.

Materiale de fabricaţie

Materialele pentru pistoane trebuie să îndeplinească o serie de cerinţe funcţionale şi de durabilitate:

a) rezistenţa mecanică ridicată la temperaturi înalte şi sarcini variabile;b) densitate redusă;c) conductibilitate ridicată;d) coeficient de dilatare liniară redus;e) calităţi superioare antifricţiune la temperaturi mari şi în condiţii grele de ungere;f) rezistenţa înaltă la uzură abrazivă, adezivă, corozivă şi de oboseală;g) durabilitate mare.Totodată trebuie îndeplinite şi cerinţele de fabricaţie:a) preţ redus;b) uşurinţă la turnare sau matriţare;c) uşurinţa la prelucrare prin aşchiere.Pistoanele se execută din aliaje de Al sau Fe, cu proprietăţi diferite. Aliajele de Al pot

fi şi pe bază de siliciu numite siluminiu, sau pe bază de Cu, numite şi duraluminiu. Pistoanele din aluminiu se supun tratamentelor termice (călire şi îmbătrânire), care le ridică durabilitatea şi rezistenţa mecanică.

O sporire a durabilităţii se obţine prin acoperirea pistonului, în special a mantalei, cu straturi protectoare care au calitatea de a mări aderenţa uleiului la metal, de a îmbunătăţi calităţile antifricţiune ale suprafeţelor şi de a fi rezistente la atacurile chimice. Se poate astfel realiza cositorirea, plumbuirea, grafitarea sau eloxarea, în funcţie de stratul protector ales.

Aliajele de Al se folosesc cu precădere la motoarele rapide având avantajele:a) greutate specifică mai mică;b) conductibilitate termică mai bună;c) proprietăţi antifricţiune ridicată.

dar şi dezavantajele:a) duritate mică, ceea ce reduce rezistenţa la uzură;

b) coeficient de dilatare liniară mare;c) caracteristici mecanice reduse.Caracteristicile materialelor de construcţie ale pistoanelor sunt prezentate comparativ

în următorul tabel:Tab.II.1.2.1. Caracteristicile materialelor de construcţie ale pistoanelor

ProprietateaMaterialul

Aliaj de Al Fontă şi OLRezistenţa mecanică mică mare (de 3 ori)

Densitatea mică mare (de 3 ori)Coeficient de conductibilitate mare mic (de 3 ori)

Coeficient de dilatare mare mic (de 2 ori)Proprietăţi antifricţiune superioare Inferioare

Rezistenţa la uzură mică MarePrecizia de turnare mare Mică

Prelucrarea prin aşchiere uşoară Grea

II.1.2.2. Segmentul, axul pistonului (bolţul), tija pistonului şi capul de cruce. Analiza funcţională, particularităţi constructive, materiale

Segmentul

Rolul funcţionalSegmenţii pistoanelor îndeplinesc, în

principal, funcţia de etanşare a camerei de ardere. Segmenţii care împiedică scăparea gazelor din camera de ardere spre carter se numesc segmenţi de comprimare, iar cei care împiedică trecerea uleiului spre camera de ardere se numesc segmenţi de ungere.

Segmenţii de comprimare îndeplinesc o funcţie suplimentară: evacuează o mare parte din căldura preluată de piston către cilindru. La rândul lor, segmenţii de ungere îndeplinesc şi ei o funcţie suplimentară: dozează şi distribuie uniform uleiul pe cămaşa de cilindru. În situaţia în care ei nu îndeplinesc decât funcţia de radere a peliculei de ulei, se mai numesc şi segmenţi raclori.

FFig.II.1.2.11Construcţia segmentului

Segmentul este de forma unui inel tăiat. Distanţa s dintre capete se numeşte rost. Dimensiunea caracteristică a secţiunii după direcţia radială se numeşte grosime radială a, iar cea după direcţia axială se numeşte înălţimea h. În stare montată, diametrul exterior al segmentului este egal cu alezajul D, iar diametrul interior este, evident, .

Fiecare piston se echipează cu doi segmenţi sau mai mulţi de comprimare şi cu unul sau doi segmenţi de ungere. În cazul utilizării a doi segmenţi de ungere, cel inferior poate fi amplasat şi pe manta, sub bolţ.

Segmenţii se montează în canalele practicate pe periferia pistonului. Cerinţa fundamentală pentru realizarea etanşării este ca segmentul să se aşeze perfect cu suprafaţă S l

pe oglinda cilindrului şi cu suprafaţa frontală Sf pe flancul inferior fi sau superior fs al canalului de piston (fig.II.1.2.12). Pentru a asigura contactul, segmentul trebuie să dezvolte o presiune pe cilindru, din care cauză trebuie să fie elastic. În acest scop, segmentul în stare liberă are diametrul exterior Do mai mare decât diametrul exterior în stare montată D(fig.II.1.2.11).De aici rezultă că rostul în stare liberă so

trebuie să fie mai mare decât rostul în stare montată sm.

Ca urmare, în fibrele interioare apar reacţiuni elastice, datorită cărora segmentul dezvoltă pe cilindru o presiune numită presiune medie elastică. Elasticitatea segmentului se opune tendinţei de întrerupere a contactului, provocată de deformaţiile de montaj, termice şi de uzură suferite de cilindru. De aceea segmentul se montează în canal cu un joc axial a şi un joc radial r.

Fig.II.1.2.12Din punct de vedere constructiv, segmenţii se împart în două categorii:

a) segmenţii cu elasticitate proprie;b) segmenţii cu expandor.Segmenţii de comprimare cu elasticitate proprie au o mare varietate de tipuri

constructive. Segmentul cel mai simplu este cel realizat cu secţiune dreptunghiulară (fig.II.1.2.13.a). Muchiile ascuţite raclează energic pelicula de ulei, iar perioada de rodaj este mai mare. Aceste dezavantaje se înlătură prin utilizarea unor segmenţi cu muchia laterală înclinată (fig.II.1.2.13.b), cu degajări pe suprafaţa laterală (fig.II.1.2.13.c) sau cu muchiile teşite (fig.II.1.2.13.d), forma cea mai avantajoasă fiind cea bombată. (fig.II.1.2.13.e).

Fig.II.1.2.13

O soluţie eficientă contra blocării segmentului o constituie segmentul trapezoidal (fig.II.1.2.13. f şi g). Durabilitatea se măreşte acoperind suprafaţa laterală a segmentului cu un strat protector de crom sau molibden (fig.II.1.2.13. h, i şi j) sau introducând în această suprafaţă inserţii de cositor, bronz sau oxid de fier cu grafit. (fig.II.1.2.13. k şi l).

Segmenţii de ungere se grupează în două clase: segmenţi cu secţiune unitară sau neperforaţi (fig.II.1.2.14. a,b şi c) şi segmenţi cu secţiune radială perforată (fig.II.1.2.14.d şi e). Numărul şi dimensiunile orificiilor, precum şi dimensiunile spaţiului de acumulare a uleiului sub segment determină eficienţa segmentului.

Segmenţii cu expandor au montat în spatele lor, în canal, un element elastic, care aplică segmentul pe oglinda cilindrului cu o presiune uniform distribuită. Sub acţiunea expandorului, se asigură o presiune sporită de contact, ceea ce impune

utilizarea lor îndeosebi la segmenţii de ungere.

Fig.II.1.2.14Capetele segmenţilor comportă prelucrări diferite, cea mai simplă fiind tăietura dreaptă (fig.II.1.2.15.a). Experienţa arată că scăpările nu sunt practic influenţate de poziţia tăieturii pe piston, chiar atunci când toate rosturile sunt pe aceeaşi generatoare. De aceea, rotirea segmentului nu este împiedicată.

Fig.II.1.2.15 În schimb, la motoarele în 2 există pericolul agăţării capătului segmentului de

marginile ferestrelor cilindrului şi, de aceea, ele se blochează într-o poziţie fixă în canale cu ajutorul unor ştifturi montate în fundul canalelor de piston.

Solicitările segmenţilor

Alături de solicitările mecanice produse de reacţiunile elastice din segment, acesta mai este supus la însemnate solicitări termice. Dintre toţi segmenţii, cel superior (dinspre pmi) are nivelul termic cel mai ridicat, deoarece vine în contact cu gazele fierbinţi şi cu porţiunea cea mai caldă a pistonului. De aceea, el este numit şi segmentul de foc. Temperatura segmentului variază radial, având valoarea minimă pe suprafaţa de contact, pe direcţia axială temperatura segmentului fiind practic constantă. Urmărind deplasarea fluxului termic prin segment (fig.II.1.2.16), se observă că un rol deosebit îl joacă suprafeţele de contact ale segmentului şi deci, variaţia convenabilă a căldurii evacuate din piston se obţine modificând cele două dimensiuni principale ale segmentului, a şi h.

Procesul de uzură a segmentului are trei aspecte fundamentale:

a) uzura adevărată sau de contact;b) uzura abrazivă;c) uzura corozivă.Cazurile de uzură prin oboseală sunt foarte rare.

Fig.II.1.2.16

Faţă de poziţia optimă a segmentului în canal (fig.II.1.2.17.a), se pot ivi abateri de provocate de dezaxarea pistonului în cilindru datorită jocurilor (fig.II.1.2.17.b şi c), de înclinarea flancurilor canalului faţă de planul normal de la axa cilindrului (fig.II.1.2.17.d), de

dilatarea sau uzarea cilindrului (fig.II.1.2.17.e) sau de toate aceste la un loc. Deformarea segmentului şi uzura lui

Fig.II.1.2.17

(fig.II.1.2.17. f şi g) împiedică, de asemenea, contactul perfect pe suprafaţa de lucru. Se înţelege că asemenea abateri, micşorând suprafaţa de contact, reduc şi eficienţa etanşării.


Materialul pentru segmenţi trebuie să posede următoarele proprietăţi:a) calităţi bune de alunecare, pentru a atenua pierderile mecanice în condiţiile frecării

semifluide şi pentru a preveni gripajul;b) duritate ridicată, pentru a prelua sarcinile mari de contact şi pentru a rezista la

uzura corozivă şi abrazivă;c) rezistenţă la coroziune pentru a atenua efectul atacurilor chimice şi electrochimice;d) rezistenţă mecanică la temperaturi relativ mari, pentru a realiza un segment uşor,

de dimensiuni reduse;e) modul de elasticitate superior la temperaturi relativ mari, invariabil în timp, pentru

a preveni vibraţiile;f) calităţi bune de adaptabilitate rapidă la forma cilindrului.Nu există materiale care să satisfacă simultan cerinţele enumerate. Oţelul este

impropriu, întrucât nu posedă calităţi satisfăcătoare de alunecare, fiind folosit doar când sunt necesare rezistenţe mecanice sporite. Cel mai des întâlniţi sunt segmenţii din fontă. Fonta trebuie să conţină, ca orice material antifricţiune, două faze: o fază dură, cu rezistenţă mecanică înaltă, pentru a prelua sarcinile de contact şi o fază moale, cu rezistenţă mică la deformaţia plastică, ceea ce asigură proprietatea antigripantă a materialului. Fonta pentru segmenţi care satisface bine cerinţele unui material antifricţiune este fonta cenuşie perlitică, cu grafit lamelar.

La MAC-uri supraalimentate, primul segment suportă sarcini termice ridicate şi, de aceea, se utilizează frecvent segmenţi de oţel. Pentru a îmbunătăţi comportarea la alunecare, oţelul se grafitează.

O cale de mărire a durabilităţii segmentului o constituie protejarea lui cu straturi metalice superficiale, care sunt de două categorii: unele măresc rezistenţa la uzură în timpul funcţionării, altele îmbunătăţesc rodajul. Protejarea segmentului la uzura corozivă se asigură uneori prin acoperirea cu un strat superficial de fosfor.

Axul pistonului (bolţul)

Rolul funcţional

Axul pistonului (bolţul) este un organ întâlnit la motoarele fără cap de cruce, la care biela este articulată direct de piston, deci la motoarele rapide şi semirapide. El transmite forţa datorită presiunii gazelor de la piston la bielă (mişcarea plan - paralelă).

Construcţia bolţului

Pentru ca biela să poată oscila faţă de axa cilindrului, bolţul se montează cu joc fie în piston, fie în bielă sau cu joc în ambele organe (bolţul flotant).

Când bolţul este fix în bielă, el are o mişcare continuă în umerii pistonului şi, pentru preîntâmpinarea uzurii bolţului sau a umerilor pistonului, se prevăd bucşe de bronz. Când bolţul este flotant (cazul cel mai des întâlnit), el este antrenat într-o mişcare alternativă de rotaţie de către forţe de frecare variabile, iar după un anumit număr de cicluri motoare execută o rotaţie completă. De aceea, uzura acestui tip de bolţ este mai mică în comparaţie cu a celorlalte tipuri constructive.

Forma bolţului este impusă din considerente de masă, de rigiditate, de fabricaţie. Forma tubulară asigură o masă redusă şi o rezistenţă corespunzătoare. Bolţul cu secţiune constantă (fig.II.1.2.18.a) este o soluţie tehnologică simplă. La motoarele rapide, grosimea pereţilor se reduce mult. Pentru mărirea rigidităţii bolţului acesta se confecţionează sub forma unui solid de egală rezistenţă (fig.II.1.2.18.b), dar soluţia creează dificultăţi tehnologice.

Fig.II.1.2.18

Întrucât deformaţia maximă de încovoiere apare în secţiunea centrală, iar cea de ovalizare se produce într-o zonă centrală reprezentând cca.20% din lungimea bolţului, o rigiditate suplimentară se obţine prin prelucrarea cilindrică în trepte a suprafeţei interioare (fig.II.1.2.18. c şi d), ceea ce este avantajos şi pentru forfecare.

În ceea ce priveşte montajul bolţului, soluţia fixării sale în piston şi a montării libere în piciorul bielei elimină ungerea bolţului în locaşurile din piston, dar produce o concentrare mare de tensiuni la marginile umerilor şi măreşte masa îmbinării.

Montajul fix în bielă prezintă avantajul micşorării dezaxării bielei şi, implicit, reducerea intensităţii zgomotului în funcţionare. Montajul flotant al bolţului, deşi măreşte dezaxarea bielei, reduce uzura bolţului în umerii pistonului. În acest caz, însă, apare posibilitatea deplasării axiale a bolţului, producându-se rizuri pe oglinda cilindrului. Mişcarea axială a bolţului se limitează pe două căi. Metoda cea mai răspândită constă în fixarea unor inele de siguranţă în şanţurile practicate în umerii pistonului (fig.II.1.2.19.a). Inelele de siguranţă împiedică trecerea frontală a uleiului pe suprafaţa bolţului din locaş. Acest dezavantaj poate fi

înlăturat prin intermediul unor capace sferice la exterior (fig.II.1.2.19.b), confecţionate din material uşor şi moale (aliaj de Al sau Mg).

Fig.II.1.2.19

Solicitările bolţului

Bolţul dezvoltă forţe de inerţie care încarcă organele mecanismului motor. De aici rezultă necesitatea ce masa boţului să fie cât mai redusă. Bolţul lucrează în condiţii grele de solicitare mecanică, fiind solicitat de forţa de presiune a gazelor şi de forţa de inerţie dezvoltată de piston.

Într-o secţiune transversală, apar solicitări de încovoiere care provoacă deformarea bolţului după axa longitudinală (fig.II.1.2.20.a). Solicitări de încovoiere apar şi în secţiunea longitudinală, solicitări care deformează bolţul în plan transversal – deformarea de ovalizare (fig.II.1.2.20.b).

Fig.II.1.2.20Primele solicitări produc ruperea bolţului în planul transversal, iar celelalte în plan longitudinal.

În prima fază a arderii, forţele de presiune înregistrează creşteri rapide care produc solicitarea prin şoc. De asemenea, caracterul variabil al sarcinii produce fenomenul de oboseală al bolţului.

Experienţa arată că deformarea de ovalizare a bolţului produce şi ruperea piciorului bielei, iar încovoierea bolţului poate produce şi ruperea locaşurilor bolţului din piston.

Materialele de fabricaţie

Materialele pentru bolţ trebuie să fie tenace pentru a rezista la solicitările prin şoc. Un material tenace are însă o deformare mare – ceea ce nu corespunde solicitărilor de încovoiere şi oboseală. Se obţin soluţii de compromis dacă se asigură o duritate ridicată stratului superficial şi o tenacitate ridicată miezului.

Materialele care satisfac cel mai bine aceste condiţii sunt OLC şi OLA (elemente de aliere: Cr, Ni, Mn, Mo), cu conţinut redus de carbon (0,12…0,35%). Prin tratamentul termochimic de cementare se aduce duritatea suprafeţei la nivelul dorit. Acest procedeu este scump şi el se înlocuieşte adeseori cu călirea superficială pe o adâncime de 1,0…1,5mm.

Tija pistonului

Rolul funcţional

La motoarele mari navale, forţa normală pe suprafaţa cilindrului N (v.fig.II.1.2.5) este foarte mare. Rezultă frecări foarte mari şi uzuri rapide ale cămăşii cilindrului. De aceea, aceste motoare au mecanismul motor cu cap de cruce (fig.II.1.2.21.b), caz în care forţa normală N se transmite direct batiului prin intermediul capului de cruce.

Aceste motoare prezintă următoarele particularităţi:a) posibilitatea unui joc mai mare între piston şi cilindru;b) utilizarea unor pistoane cu înălţime (implicit masă) redusă;c) posibilitatea etanşării carterului prin etanşarea trecerii tijei pistonului în carter;

d) micşorarea uzurii pistonului. Fig.II.1.2.21

Tija pistonului este organul care face legătura dintre piston şi capul de cruce, transmiţând forţa de presiune a gazelor.

Construcţia tijei pistonului

Tija pistonului (fig.II.1.2.22) are o secţiune circulară (plină sau tubulară). Asamblarea cu pistonul se realizează prin înşurubare cu ajutorul unei flanşe circulare. Razele de racordare a flanşei cu corpul tijei sunt mari, iar pistonul trebuie prevăzut cu ştifturi pentru centrarea cu flanşa.

Tija este folosită, de regulă, la conducerea agentului de răcire (ulei, uneori apă) la piston. Când se asigură circulaţia agentului de răcire în ambele sensuri, se prevede în interiorul tijei o ţeavă din alamă sau din oţel inoxidabil.

Fixarea tijei în traversa capului de cruce se face printr-o coadă cilindrică sau conică filetată.

Piuliţa de fixare trebuie asigurată contra desfacerii cu o contrapiuliţă sau cu un ştift.

Etanşarea trecerii în carter poate fi realizată cu ajutorul unor plăci circulare înfiletate în corpul batiului. În interior sunt prevăzute inele de etanşare.

Solicitările şi materialele de fabricaţie

Sub acţiunea forţei de presiune a gazelor, tija pistonului este solicitată la compresiune şi la flambaj. Suprafaţa conică de fixare în traversa capului de cruce este solicitată la strivire sub acţiunea aceleiaşi forţe.

Ca materiale de fabricaţie se utilizează oţelurile de înaltă rezistenţă sau oţelurile aliate cu Cr, Ni, Mn.

Fig.II.1.2.22

Capul de cruce

Rolul funcţional

Capul de cruce realizează legătura dintre tija pistonului şi bielă. El preia forţa de presiune a gazelor şi transmite bielei componenta longitudinală, iar batiului – prin intermediul glisierelor şi patinelor – componenta normală.

Fig.II.1.2.23

Construcţia capului de cruce

Partea centrală a capului de cruce o constituie traversa în care este fixată tija pistonului (fig.II.1.2.23). Pe traversă sunt fixate fusurile pentru articularea piciorului bielei şi braţelor patinelor. În acest caz, piciorul bielei este în formă de furcă, dar prinderea bielei poate fi realizată şi cu ajutorul unui bolţ.

Patinele se pot executa în mai multe variante. Astfel, există patine unilaterale (fig.II.1.2.23.a), la care forţa normală într-un sens este preluată de suprafaţa de sprijin a patinei (glisiera fixată de batiu), iar pentru celălalt sens se folosesc două porţiuni înguste de sprijin, numite fălcele. Prinderea patinei unilaterale de capul de cruce se face cu 4 sau 6 bolţuri care trec prin traversa capului de cruce. Există, de asemenea, forme bilaterale cu patru suprafeţe de sprijin plate, identice (fig.II.1.2.23.b) sau cu două suprafeţe de sprijin cilindrice, identice (fig.II.1.2.23.c).

Solicitările şi materialele de fabricaţie

Capul de cruce trebuie să fie o piesă robustă, capabilă să preia eforturi în regim de solicitări dinamice, periodice şi cu şocuri. Principala solicitare de care se ţine seama la dimensionarea capului de cruce o constituie presiunea dintre patină şi glisieră. Valoarea acestei presiuni trebuie să nu conducă la întreruperea filmului de ulei de ungere.

Capul de cruce este confecţionat din oţel, turnat sau forjat, şi prelucrat apoi prin strunjire şi frezare. Fusurile (bolţurile) capului de cruce sunt supuse tratamentului termic. Suprafeţele de frecare ale patinelor se acoperă cu un strat de material antifricţiune (babit, de ex.) şi sunt prevăzute cu canale de ungere. Glisierele se confecţionează din fontă sau oţel turnat, fiind prevăzute cu răcire interioară cu apă.

II.1.2.3. Biela. analiza funcţională, particularităţi constructive, materiale

Rolul funcţional

Biela este organul mecanismului motor care transmite forţa de presiune a gazelor (componenta longitudinală) de la piston (capul de cruce) la arborele cotit şi care asigură transformarea mişcării alternative de translaţie a pistonului în mişcarea de rotaţie a arborelui cotit. La motoarele rapide şi semirapide, biela asigură şi conducerea uleiului la piston.

Construcţia bielei

Biela este compusă din trei părţi, prezentate în figura alăturată (fig. II.1.2.24):

a) piciorul bielei – partea articulatăcu bolţul (traversa capului de cruce);b) capul bielei – partea articulată cufusul maneton al arborelui cotit;c) corpul bielei – partea centrală a bielei.

Construcţia piciorului bielei

Piciorul bielei are forma unui tub. Dacă ungerea se face prin stropire, se practică un orificiu sau o tăietură în partea superioară a piciorului (fig.II.1.2.25). Dacă uleiul este adus sub presiune, se practică un canal în corpul bielei. Dacă este necesar să se asigure răcirea simplă a capului pistonului, prin jeturi de ulei, se prelungeşte canalul până la extremitatea superioară şi se prevede la capătul său cu un pulverizator.

În interiorul piciorului se presează o bucşă din bronz, aluminiu, cupru sau alt material antifricţiune, numită cuzinet. Cuzinetul poate fi realizat dintr-o singură bucată sau secţionat. Este prevăzut cu dispozitive de asigurare împotriva deplasării axiale sau rotirii sale în piciorul bielei. În cuzinet este prevăzut un canal inelar pentru dirijarea uleiului. La motoarele navale de puteri mici, piciorul poate fi confecţionat din două piese.

Construcţia corpului bielei

Solicitarea corpului bielei la flambaj este posibilă în două planuri ale bielei (fig.II.1.2.26.a): în planul de mişcare (planul de oscilaţie) şi într-un plan normal, în care biela se consideră încastrată (planul de încastrare). Solicitarea la flambaj este de 4 ori mai mare în planul de oscilaţie faţă de cel de încastrare. Ca urmare, secţiunea corpului bielei trebuie să asigure un moment de inerţie de 4 ori mai mare în planul de oscilaţie faţă de planul de încastrare, utilizându-se cel mai adesea secţiunea dublu T (fig.II.1.2.26.b). Se mai utilizează secţiunea circulară (mai simplă din punct de vedere constructiv), dar numai la motoarele lente, dar de puteri mari.

Construcţia capului bielei

Capul bielei trebuie să satisfacă mai multe cerinţe:a) să aibă rigiditate superioară, condiţionată de funcţionarea normală a cuzinetului;b) să aibă o masă redusă (forţe de inerţie mici);c) să aibă dimensiuni reduse (determină forma carterului şi face posibilă trecerea bielei prin cilindru la demontare-montare);d) să aibă o racordare largă cu corpul, pentru a atenua efectul de concentrare a tensiunilor.

Capul bielei este secţionat, capacul separându-se de partea superioară a capului după un plan normal la axa bielei (fig.II.1.2.27.a) sau după un plan oblic (fig.II.1.2.27.b), înclinat de obicei la 450, mai rar la 30 sau 600.

La motoarele de puteri mari, poate exista şi posibilitatea de reglare a lungimii bielei şi, implicit, a raportului de comprimare şi a volumului camerei de ardere (fig.II.1.2.27.a).

Muchiile ascuţite din partea superioară a capului duc la ruperi (fig.II.1.2.28.a). De aceea, în această regiune se utilizează racordări largi (fig.II.1.2.28.b) sau degajări (fig.II.1.2.28.c).

Capacul bielei se rigidizează prin nervuri care sporesc însă masa bielei şi dificultăţile de fabricaţie. De asemenea, în partea superioară a capului poate fi practicat un

orificiu prin care uleiul este proiectat de forţa centrifugă.

La motoarele cu cilindrii dispuşi în V, dacă bielele care lucrează pe acelaşi maneton sunt alăturate (fig.II.1.2.29.a), capul lor este identic. În cazul ambielajului în furcă (fig.II.1.2.29.b), una dintre biele are capul în furcă, iar cealaltă are capul normal. Ambele biele lucrează asupra aceleiaşi bucşe. În cazul ambielajului articulat (fig.II.1.2.29.c), biela secundară (bieleta) transmite mişcarea bielei principale (bielei mamă) prin intermediul unui bolţ.

Şuruburile de bielă se utilizează în număr de 2, 4 sau 6. Ele se prind cu piuliţe pe partea superioară a capacului, pentru o mai bună accesibilitate, şi se asigură împotriva rotirii.

Cuzineţii se execută din oţel cu conţinut redus de carbon sau din aliaje de bronz, pe suprafaţa lor interioară aplicându-se un strat de material antifricţiune. Montarea lor se face cu strângere, ceea ce asigură un contact mai bun cu capul bielei şi implicit, o mai bună evacuare a căldurii.

Solicitările bielei

Biela este solicitată de forţa de presiune a gazelor la comprimare şi flambaj. Forţa de inerţie a grupului piston solicită biela la întindere şi comprimare. Mărimea variabilă a sarcinii aplicate bielei impune acesteia o condiţie fundamentală: să posede o rezistenţă mecanică superioară.

Sub acţiunea acestor forţe, părţile componente ale bielei se deformează diferit. Forţa de presiune produce în corpul bielei o deformaţie permanentă care, micşorând distanţa dintre axele piciorului şi capului bielei (fig. II.1.2.30.a), împiedică mişcarea liberă. Sub acţiunea aceleiaşi forţe, corpul bielei se deformează astfel încât se modifică paralelismul axelor (fig.II.1.2.30.b), ceea ce constituie cauza principală a uzurii lagărelor şi a slăbirii asamblării pieselor din mecanismul motor. Sub acţiunea forţelor de inerţie, piciorul şi capul bielei se ovalizează (fig.II.1.2.30.c), ceea ce creează pericolul de gripaj. Forţele tangenţiale de inerţie produc solicitarea de încovoiere a corpului (fig.II.1.2.30.d). Încovoierea bielei poate apărea şi din cauza dispoziţiei excentrice a forţei de compresiune, determinată de jocul radial dintre bolţ şi bucşă. Deformarea bielei fiind cauza principală a micşorării fiabilităţii ei şi mai ales a organelor conjugate, se impune o a doua cerinţă fundamentală: biela să posede o rigiditate superioară.

Din punct de vedere funcţional, o deosebită importanţă o prezintă lungimea bielei. Bielele lungi conduc la forţe normale mai reduse, deci la micşorarea frecării dintre piston şi cilindru. Soluţia conduce în schimb la mărirea înălţimii motorului, la creşterea masei acesteia şi la reducerea rigidităţii bielei. La reducerea lungimii bielei se obţine o bielă cu rigiditate sporită, la care solicitările de flambaj sunt practic neînsemnate.

Dezvoltând forţe mari de inerţie, biela creează solicitări mari în lagăre, de unde rezultă şi necesitatea unor mase cât mai reduse ale acesteia. După fabricaţie, masa bielei variază în limite largi (5%). Pentru echilibrare se cere ca abaterea să fie sub 1%. De aceea, la piciorul şi la capul bielei se prevăd zone îngroşate, din care se elimină material pentru corectarea masei.


Bielele se confecţionează din:a) oţel carbon de calitate;b) oţel aliat cu elemente de aliere: Cr, Mn, Mo, Ni, V;c) aliaj uşor (duraluminiu) – numai la motoarele de puteri mici;d) fontă cu grafit nodular.

Bielele din oţeluri aliate se lustruiesc, fiind foarte sensibile la concentrarea de tensiuni. O metodă mai eficientă de ridicare a rezistenţei la oboseală o constituie ecruisarea (durificarea bielelor cu alice).

Şuruburile de bielă se execută din oţeluri aliate pentru îmbunătăţire. Materialele de construcţie ale cuzineţilor piciorului şi capului au fost menţionate în paragrafele anterioare.

II.1.2.4. Arborele cotit. analiza funcţională, particularităţi constructive, materiale.

Rolul funcţional

Arborele cotit transformă mişcarea de translaţie a pistonului într-o mişcare de rotaţie şi transmite spre utilizare momentul motor dezvoltat de forţa de presiune a gazelor. La motoarele policilindrice arborele cotit însumează lucrul mecanic produs de fiecare cilindru şi-l transmite utilizatorului. Totodată, arborele cotit antrenează în mişcare unele agregate şi sisteme auxiliare ale motorului.

Construcţia arborelui cotit

Arborele cotit este alcătuit dintr-un număr de coturi egal cu numărul cilindrilor –la motoarele în linie - sau cu jumătatea numărului de cilindri – la motoarele în V. La rândul său, fiecare cot este format din două braţe şi un fus maneton care se articulează cu capul bielei. În unele cazuri (în special la motoarele rapide şi semirapide), pentru echilibrare, pe braţe, în partea opusă manetoanelor, se montează contragreutăţi . Legătura dintre coturi este realizată prin intermediul unor fusuri de reazem, numite fusuri palier. Considerând şi fusurile palier de la extremităţile arborelui cotit, rezultă că, în mod obişnuit, un arbore are (i+1) fusuri palier la motoarele în linie şi (i/2+1) fusuri palier la cele în V. La motoarele de puteri foarte mici, fusurile palier intermediare pot lipsi, legătura dintre coturi realizându-se prin intermediul unui

braţ comun, oblic (fig.II.1.2.32).

Partea arborelui cotit care transmite spre utilizare momentul motor (este cuplată cu consumatorul) se numeşte partea posterioară, iar, în opoziţie cu ea, cealaltă extremitate se numeşte partea frontală. La partea posterioară se prelucrează o flanşă de care se prinde volantul cu coroana dinţată. Această piesă asigură o uniformizare a vitezei unghiulare a arborelui cotit. Datorită mişcării alternative a pistoanelor şi variaţiei în limite largi a presiunii fluidului motor, rezultă variaţii importante ale momentului motor şi, implicit, a vitezei unghiulare de rotaţie. Pentru ca aceste variaţii să nu devină supărătoare, se montează volantul care are o masă (implicit moment de inerţie) ridicată. Drept urmare, el joacă rolul de acumulator de energie, înmagazinând, în condiţii de variaţie limitată a vitezei de rotaţie, excedentul de

energie mecanică produsă de motor. Atunci când, în aceleaşi condiţii, motorul devine deficitar, în raport cu consumatorul, sub aspectul energiei mecanice reclamate de acesta, volantul cedează energia înmagazinată.

La partea anterioară a arborelui cotit, se montează, prin pană, o roată dinţată pentru antrenarea agregatelor şi mecanismelor auxiliare. În unele cazuri, în această zonă este montat şi amortizorul de vibraţii.

Pentru a obţine o funcţionare cât mai uniformă a motorului, este necesar ca intervalele care separă funcţionarea succesivă a cilindrilor să fie egale şi, în consecinţă, decalajele unghiulare dintre coturile arborelui cotit să fie egale. Motoarele la care este asigurată această condiţie poartă denumirea de motoare cu aprinderi uniform repartizate. Această soluţie atrage după sine şi alte avantaje privind echilibrajul de ansamblu al motorului şi, în consecinţă, marea majoritate a motoarelor în linie se construiesc cu aprinderi uniform repartizate.

Pentru a stabili poziţia unghiulară relativă a coturilor, se construieşte steaua manivelelor. Aceasta reprezintă configuraţia geometrică obţinută prin proiectarea planurilor coturilor pe un plan normal la axa arborelui cotit (fig.II.1.2.33).

La motoarele cu simplă acţiune, decalajul unghiular Δα dintre două aprinderi succesive (dintre coturile arborelui cotit) rezultă prin împărţirea perioadei ciclului motor:

θciclu = τπ [0RAC] (II.1.2.1)la numărul i de cilindri ai motorului:

Δα = θciclu/i =τπ /i [0RAC] (II.1.2.2)

În funcţie de numărul de timpi τ şi de numărul de cilindri i , se definesc mai multe reguli de construire a stelei manivelelor, precizate de cerinţele de echilibrare a motorului cu aprinderi uniform repartizate şi cilindrii în linie:

a) la motoarele în patru timpi şi număr par de cilindri, manivelele sunt două câte două în fază; o mai bună echilibrare se obţine prin utilizarea arborilor cotiţi cu plan central de simetrie (arbori la care manivelele în fază sunt dispuse la egală distanţă de mijlocul lui);

b) la motoarele în doi timpi (indiferent de i ) şi la cele în patru timpi cu număr impar de cilindri, manivelele sunt uniform distribuite în jurul axei de rotaţie a arborelui cotit; şi în acest caz poate fi realizată o simetrie a arborelui prin dispunerea manivelelor în opoziţie la egală distanţă de mijlocul arborelui (pentru i par) sau a manivelelor simetric dispuse faţă de manivela mediană la egală distanţă de aceasta (pentru i impar).

În cazul motoarelor în V (în exclusivitate în patru timpi) există două soluţii posibile:

a) dacă i este divizibil cu 4, se utilizează un arbore cotit cu plan central de simetrie al unui motor în patru timpi cu i/2 cilindri;

b) dacă i nu este divizibil cu 4, se utilizează arborele cotit al unui motor în doi timpi cu i/2 cilindri (eventual simetric).

În următorul tabel sunt prezentate stelele manivelelor pentru cele mai uzuale tipuri de motoare în linie:

Tab. II.1.2.2. Stelele manivelelor pentru motoare în linie, cu aprinderi uniform repartizateTip motor i=2 i=3 i=4 i=5 i=6

4 timpi

2 timpi

Tip motor i=7 i=8 i=9 i=10 i=114 timpi

2 timpi

Pentru o anumită configuraţie a arborelui cotit există mai multe ordini de aprindere posibile. Există şi în acest caz mai multe criterii de triere a ordinilor de aprindere şi anume:

a) încărcarea minimă a lagărelor arborelui cotit;b) reducerea pericolului de rezonanţă la vibraţiile torsionale;c) sporirea gradului de umplere a cilindrului;d) reducerea trepidaţiilor motorului sub acţiunea momentului de răsturnare.

Primul criteriu este fundamental. Se obţine reducerea încărcării lagărelor dacă aprinderile succesive nu au loc în doi cilindri alăturaţi. Sunt situaţii însă în care, luându-se în considerare şi celelalte criterii, se renunţă la acest criteriu fundamental.

Arborele cotit se execută dintr-o bucată sau, în cazul motoarelor de puteri mari, din mai multe bucăţi asamblate.

Braţele arborelui cotit se pot confecţiona în formă paralelipipedică (fig. II.1.2.34.a), dar rezultă o masă sporită a lor. Utilizând aceeaşi formă, pot fi însă eliminate muchiile care nu participă la transmiterea eforturi-lor (fig.II.1.2.34.b şi c). Când se micşorează grosimea h a braţelor, pentru a reduce lungimea arborelui, din considerente de rezistenţă,

este necesară creşterea lăţimii b. Se ajunge astfel la forma eliptică (fig.II.1.2.34.d) sau, chiar, circulară (fig.II.1.2.34.e), forme care au o acţiune favorabilă şi asupra rezistenţei la oboseală.

Racordarea fusurilor cu braţul se face prin intermediul unui prag (fig.II.1.2.35.a), cu raze de racordare mari (fig.II.1.2.35.b) sau cu racordare cu degajări (fig.II.1.2.35.c).

Pentru a reduce greutatea arborelui şi forţele centrifuge, fusurile pot fi găurite. Aceasta duce la mărirea rezistenţei la oboseală, cele mai eficiente fiind fusurile cu găuri în formă de butoi.

Ungerea arborelui cotit se realizează cu ulei sub presiune. Lagărele sunt alimentate cu ulei cu ajutorul unor canale practicate în arbore. În cazul fusurilor găurite, se utilizează conducte de conducere a uleiului (fig.II.1.2.36.a). Atunci când se utilizează canale obişnuite, este necesară etanşarea fusurilor cu capace înşurubate (fig.II.1.2.36.b) sau cu capace fixate cu tiranţi (fig.II.1.2.36.c).

Ce o Contragreutăţile care pot fi montate pe braţele arborelui cotit micşorează forţele de

inerţie ale maselor cu mişcare de rotaţie, însă agravează vibraţiile de răsucire ale arborelui. De aceea, în mod obişnuit, contragreutăţile echilibrează doar 40…50% din forţele de inerţie de rotaţie.

Solicitările arborelui cotit

Dintre toate organele motorului, arborele cotit suportă cele mai mari solicitări. Sub acţiunea forţelor de presiune a gazelor şi a celor de inerţie, în elementele arborelui cotit apar solicitări de întindere, compresiune, încovoiere şi răsucire.

Solicitările de încovoiere şi răsucire (fig.II.1.2.37.) compromit coaxialitatea fusurilor, ducând la uzura rapidă a lagărelor şi la pericolul ruperii cotului.

Forţele variabile care acţionează asupra arborelui cotit produc fenomenul de oboseală, periculos îndeosebi la trecerea de la braţ la fus. Solicitarea la vibraţii torsionale este, de asemenea, periculoasă, putând produce uzuri suplimentare ale fusurilor şi cuzineţilor şi chiar ruperea arborelui cotit. Aceste vibraţii produc defecţiuni şi în funcţionarea unor sisteme auxiliare (transmisia, distribuţia etc.).

Fusurile arborelui cotit sunt supuse frecării şi uzurii. Ele trebuie să aibă o duritate ridicată şi să reziste la uzura abrazivă.

Durata de serviciu a arborilor cotiţi trebuie să fie comparabilă cu a pistoanelor. Nivelul ridicat al solicitărilor arborelui cotit impune confecţionarea sa cu o rezistenţă mecanică superioară, care se obţine prin utilizarea unui material de calitate şi, mai ales, prin sporirea rigidităţii construcţiei. De asemenea, arborele cotit trebuie să aibă o masă redusă, o tehnologie cât mai simplă şi o siguranţă mare în funcţionare.


Materialul de fabricaţie a arborelui cotit depinde de procedeul de fabricaţie şi de dimensiunile arborelui. Arborele cotit se confecţionează prin forjare sau prin turnare. Arborii confecţionaţi prin forjare se realizează din oţel, iar cei turnaţi, din oţel sau fontă.

Turnarea este un procedeu mai nou, prezentând următoarele avantaje:

a) reducerea consumului de material;b) realizarea uşoară a formei tubulare;c) realizarea uşoară a formelor optime impuse de necesităţile de echilibrare şi de

solicitarea la oboseală.Oţelurile folosite sunt: OLC 45, OLC 60, precum şi oţelurile aliate cu Cr, Ni, Mo, V.

Fonta posedă calităţi mai bune de turnare decât oţelul. Ea are o rezistenţă mai mică la încovoiere, dar are calităţi antifricţiune superioare. Totodată, ea suportă presiuni specifice mai mari şi amortizează mai bine vibraţiile torsionale. Se utilizează fontă modificată, fontă maleabilă perlitică şi fontă aliată cu Cr, Ni, Mo, Cu. Calităţile arborelui cotit sunt îmbunătăţite considerabil prin tratamente termice, termochimice sau prin prelucrări mecanice superficiale. Duritatea fusurilor creşte considerabil prin călire, nitrurare sau ecruisare.

II.1.2.5. Cilindrul şi blocul motor. Analiza funcţională, particularităţi constructive, materiale.

Cilindrul

Rolul funcţional

Cilindrul este organul în interiorul căruia se deplasează pistonul şi evoluează fluidul motor. De regulă se confecţionează sub forma unei bucşe metalice, fiind numit şi cămaşa de cilindru.

Construcţia cilindrului

După modul de asamblare cu blocul motor, se disting trei soluţii constructive:a) cămaşă de cilindru integrală;b) cămaşă de cilindru uscată;c) cămaşă de cilindru umedă.Cămaşa de cilindru integrală se utilizează foarte rar, în special la M.A.S., ea făcând

corp comun cu blocul cilindrilor (blocul motor). Cămăşile demontabile (uscate sau umede) sunt foarte des utilizate, datorită următoarelor avantaje:

a) posibilitatea realizării cămăşii dintr-un material de calitate superioară;b) simplificarea turnării blocului motor;

c) menţinerea în serviciu a blocului motor şi în cazul uzării sau defectării unui singur cilindru;

d) reducerea tensiunilor termice ale cilindrului, dilatarea lui axială nefiind îngrădită;e) înlocuirea uşoară a cilindrilor uzaţi.Cămăşile demontabile sunt uscate (fig.II.1.2.38.b)

atunci când se montează cu strângere sau cu joc foarte mic (pentru preluarea dilatărilor termice) în locaşul din bloc. Ele nu vin în contact direct cu fluidul de răcire. Atunci când la exteriorul cămăşii demontabile circulă fluidul de răcire, ele se numesc umede (fig.II.1.2.38.a).

Deşi cămăşile uscate măresc rigiditatea blocului motor, la motoarele navale cea mai folosită soluţie este aceea a cămăşilor umede, care asigură un mai bun transfer de căldură şi o simplificare a tehnologiei de execuţie.

În cazul cămăşilor de cilindru umede, este caracteristic faptul că pe lângă necesitatea de a rezista la presiunea fluidului motor, ele trebuie să asigure şi etanşeitatea fluidului de răcire în părţile superioară şi inferioară. În mod uzual, în partea superioară, în blocul motor se prevede un locaş inelar în care se sprijină flanşa cămăşii de cilindru (fig.II.1.2.38 şi II.1.2.39.a). Pentru a uşura transferul de căldură de la segmenţi la fluidul de răcire, este necesar ca, în pmi, segmentul de foc să nu depăşească zona cilindrului care este udată la exterior de lichidul de răcire (fig. II.1.2.39.a). Acest lucru este realizat prin limitarea înălţimii flanşei de sprijin a cămăşii de cilindru. Când această soluţie nu este posibilă, flanşa de reazem a cămăşii de cilindru poate fi amplasată în partea inferioară (fig.II.1.2.39.b) sau într-o zonă mediană a cămăşii (fig.II.1.2.39.c). Aceste soluţii determină însă creşterea grosimii cămăşii de cilindru şi, implicit, un mai slab transfer de căldură.

Pentru zona opusă flanşei de sprijin a cămăşii de cilindru (situată, de obicei, în zona inferioară), etanşarea se realizează cu inele de cauciuc montate în canale executate fie în cămaşă (fig.II.1.2.40.a), fie în bloc (fig.II.1.2.40.b).

Pentru evitarea coroziunii de interstiţiu, se execută un canal între inele (fig.II.1.2.40.a), care colectează scăpările de lichid şi le evacuează spre exteriorul blocului. De asemenea, pentru evitarea uzării prin cavitaţie, la începutul zonei de etanşare se montează un al treilea inel de cauciuc (fig.II.1.2.40.a). Pentru mărirea suprafeţei de contact cu lichidul de răcire, unele cămăşi sunt prevăzute în exterior cu o serie de nervuri (fig.II.1.2.38.a).

Motoarele în doi timpi au cămăşi cu o construcţie aparte (fig.II.1.2.41), care necesită o tehnologie de fabricaţie mai complexă datorită deschizăturilor practicate în acestea pentru ferestrele de admisie şi evacuare. În zona ferestrelor trebuie asigurată o foarte bună etanşeitate între bloc şi cămaşă.

La aceste motoare, alimentate cu combustibil greu, ungerea cilindrilor se realizează cu ajutorul unui subsistem

destinat acestui scop, folosind pompe individuale de ungere. Uleiul este introdus între suprafeţele pistonului şi a cilindrului prin intermediul unor prize (canale) de ungere (fig. II.1.2.41), prevăzute cu ventile de reţinere. Numărul acestora depinde de alezaj: la motoarele cu diametrul cilindrului mai redus pot fi trei prize, iar la cele cu alezajul peste 700 mm se folosesc între patru şi opt prize de ungere.

Solicitările cilindrului

Deformarea cilindrului compromite etanşarea camerei de ardere şi durabilitatea mecanismului motor. Cilindrul se deformează static, sub acţiunea forţelor de prestrângere la montaj şi a fluxului termic, precum şi dinamic, sub acţiunea presiunii gazelor, forţei normale şi a impactului cu pistonul.

Uzura oglinzii (suprafaţa interioară) cilindrului constituie una dintre principalele cauze care limitează durata de funcţionare a motorului. Există trei mari categorii de uzură:

a) uzura corosivă – rezultat al contactului dintre metal şi produşii agresivi care se formează în procesul de ardere (acizii acetic, sulfuric şi azotic, formaldehidele, vaporii de apă etc.) şi care se condensează pe oglinda cilindrului. Ea este maximă în partea superioară (dinspre pmi) a cilindrului. Temperatura cămăşii are un rol hotărâtor în această direcţie: când ea coboară sub punctul de rouă (temperatura minimă la care o substanţă se mai află în stare de vapori), produsele corosive condensează pe cămaşă;

b) uzura abrazivă – produsă de particulele dure prezente în atmosferă (particule de cuarţ), în ulei (aşchii metalice, particule de calamină, cuarţ etc.) şi în combustibil;

c) uzura adezivă – consecinţă a contactului direct dintre piston, segmenţi şi cilindru, contact posibil în special în punctele moarte, când ungerea hidrodinamică este compromisă.

Factorii care influenţează uzura cilindrului sunt următorii:a) regimul de funcţionare al motorului;b) presiunea exercitată de segmenţi;c) regimul de ungere a cilindrului;d) gradul de impurificare a aerului, uleiului şi combustibilului;e) natura, viscozitatea şi stabilitatea uleiului;f) compoziţia chimică şi fracţionată a combustibilului;g) natura materialului cilindrului;h) tehnologia de finisare a cilindrului;i) particularităţile constructive ale cilindrului;j) deformaţia cilindrului produsă la montaj;k) răcirea cilindrului – importanţa condiţiilor de pornire.


Materialul cămăşii de cilindru trebuie să asigure rezistenţa necesară la solicitările dinamice şi statice şi, mai ales, la uzură, ţinând seama de funcţionarea în condiţii de frecare deosebit de nefavorabile.

Materialul cel mai des folosit este fonta de calitate superioară şi fonta cenuşie aliată cu Cr, Ni, Mo, Ti, Va, care-i măresc rezistenţa la uzură. Mai restrâns, sunt utilizate şi aliajele de aluminiu, care deşi sunt mai uşoare şi au o conductibilitate termică mai mare, au o rezistenţă

mecanică şi la coroziune nesatisfăcătoare. La unele motoare, cu parametri funcţionali deosebiţi, se folosesc şi cămăşi din oţeluri cu Cr, oţeluri nitrurabile şi oţeluri grafitate.

Procesul de realizare a cămăşilor de cilindru este turnarea (de regulă, centrifugală), urmată de honuire, nitrurare sau fosfatare.Aliajele uşoare se cromează sau se metalizează, ceea ce duce atât la creşterea durităţii, cât şi la îmbunătăţirea ungerii.

Blocul motor

Rolul funcţional

Blocul motor constituie elementul structural al motorului, determinând construcţia generală a acestuia. Conţine cămaşa cilindrului şi spaţiile de răcire, pe el fiind montată chiulasa. Blocul motor poate susţine în lagărele sale arborele cotit şi arborele cu came, iar la exterior este prevăzut cu bosaje pentru prinderea unor agregate auxiliare: filtre, pompe, răcitoare etc. În mod frecvent, mai este numit şi blocul cilindrilor.

Construcţia blocului motor

Blocul motor, denumit frecvent şi blocul cilindrilor, conţine în interiorul său cămăşile de cilindru. La motoarele rapide şi semirapide, blocul motor conţine, de regulă, toţi cilindrii motorului (la motoarele în linie) sau toţi cilindrii unei linii (la motoarele în V, în H, în W, în stea etc.). În cazul motoarelor lente, de puteri mari, blocul motor este individual, conţinând o singură cămaşă de cilindru. Se mai utilizează şi soluţia intermediară a blocului motor pentru un grup de cilindri.

În general, blocul motor (fig.II.1.2.42) este compus dintr-o placă superioară 1 pe care se aşează chiulasa şi o placă inferioară 2, prin intermediul căreia blocul motor se aşează pe carter (batiu). Aceste plăci sunt legate prin intermediul unor pereţi transversali şi longitudinali 3, în care sunt practicate spaţiile 4, necesare vehiculării fluidului de răcire. De asemenea, în bloc pot fi prevăzute canalele 5 pentru tijele împingătoare, iar pe bloc pot fi amplasate bosajele 6 pentru prinderea unor agregate auxiliare.

Blocurile motoare cu cilindri nedemontabili au o construcţie mai complicată, ceea ce conduce la apariţia tensiunilor interne după turnare, datorită vitezelor diferite de răcire a pereţilor interiori şi exteriori. De asemenea, în timpul funcţionării apar tensiuni termice, datorită gradientului de temperatură axial şi radial. De aceea, astfel de blocuri se utilizează numai la motoarele de alezaj mic (sub 120-140 mm). Utilizarea cămăşilor de cilindru de tip uscat măreşte rigiditatea blocului, dar şi în acest caz gradienţii de temperatură sunt ridicaţi.

Compactitatea blocului motor în plan longitudinal este determinată de distanţa dintre cilindri, care depinde la rândul ei, de:

a) prezenţa sau absenţa lagărului palier între doi cilindri;b) lungimea fusului maneton;c) tipul lagărului (cu alunecare sau rostogolire);d) tipul cămăşii de cilindri (uscată sau umedă);e) mărimea spaţiilor de răcire.

La motoarele în doi timpi etanşarea spaţiilor de răcire în zona ferestrelor se realizează cu inele de cupru spre gaze, urmate de unul sau două inele de cauciuc.În spaţiile de răcire se prevăd locaşuri pentru plăcuţe de zinc în vederea protejării lor la electrocoroziune.

Solicitările blocului motor

Blocul motor este supus la solicitări variabile, determinate de forţele de presiune, forţele de inerţie şi momentele lor, precum şi la solicitări statice, care apar la montaj, prin strângere şi, în timpul funcţionării, prin dilatare. Ca atare, blocul motor necesită condiţii corespunzătoare de rigiditate şi stabilitate dimensională.


Materialele din care se execută blocul motor sunt fonta de calitate sau uşor aliată şi aliajele uşoare pe bază de aluminiu (pentru motoare de puteri mici). Când blocul motor este prevăzut cu cămăşi de cilindru, se utilizează o fontă cenuşie mai ieftină.

Semifabricatele se execută în exclusivitate prin turnare, urmată de curăţire, sablare, ajustare şi, în cazul blocurilor de fontă, de un tratament termic de recoacere, pentru detensionare.

II.1.2.6. Chiulasa, cadrul de fundaţie şi batiul (carterul). analiza funcţională, particularităţi constructive, materiale

Chiulasa

Rolul funcţional

Chiulasa este organul fix al mecanismului motor care închide cilindrul la extremitatea corespunzătoare p.m.i. Chiulasa se fixează pe suprafaţa frontală superioară a blocului motor cu ajutorul prezoanelor sau şuruburilor de prindere.

Chiulasa conţine locaşuri pentru injector 1 (bujie), pentru canalele de admisie 2 şi evacuare 3 (la motoarele în patru timpi), pentru supapele de lansare (la motoarele care se pornesc cu aer comprimat), pentru circulaţia fluidului de răcire 4 precum şi orificii pentru prezoanele (şuruburile) de prindere şi tijele distribuţiei. (când arborele de distribuţie este amplasat în blocul motor). De asemenea, chiulasa conţine, uneori, antecamerele sau camerele de turbionare sau preamestec.

La motoarele în doi timpi, construcţia chiulasei este mai simplă, întrucât lipsesc total sau parţial supapele de distribuţie.

Construcţia chiulasei

Chiulasa poate fi realizată într-un corp comun pentru toţi cilindrii, pentru grupuri de cilindri sau pentru un singur cilindru (individuale). Ea este o piesă de dimensiuni mari, cu o pondere însemnată (12…15%) asupra masei motorului. Partea sa superioară poate fi acoperită cu un capac fixat cu prezoane şi piuliţe.

Construcţia chiulasei depinde de:a) tipul motorului;b) forma camerei de ardere;c) amplasarea supapelor şi traseelor

canalelor de distribuţie a gazelor;d) poziţia injectorului sau bujiei;e) sistemul de răcire;f) tipul sistemului de lansare.

Chiulasele individuale pentru motoarele în doi timpi de puteri foarte mari se realizează uneori din două piese (fig.II.1.2.44.). Partea inferioară 1, în contact cu blocul motor 3, se execută din oţel turnat şi cuprinde camera de ardere. Partea superioară 2 a chiulasei se confecţionează din fontă şi contribuie substanţial la descărcarea celei inferioare de solicitarea produsă de presiunea gazelor. Solidarizarea celor două părţi se realizează prin şuruburi repartizate pe conturul chiulasei. Fluidul de răcire este introdus în regiunea marginală a părţii inferioare şi este apoi dirijat spre regiunea centrală, mai caldă, de unde ajunge în partea superioară a chiulasei.

La MAC, colectoarele de admisie 1 şi de evacuare 2 (fig.II.1.2.45) se prevăd de o parte şi de alta a chiulasei, pentru a evita încălzirea excesivă a aerului de admisie şi înrăutăţirea coeficientu-lui de umplere. Injectorul se montează, uneori, înclinat şi excentric faţă de axa cilindrului, pentru a oferi condiţii mai bune de amplasare a supapelor.

La MAS, amplasarea colectoarelor de admisie şi evacuare de aceeaşi parte a chiulasei este avantajoasă pentru vaporizarea mai bună a combustibilului. Bujia se montează între supape pentru a evita apariţia arderii cu detonaţie.

Grosimea şi traseul canalelor de distribuţie a gazelor trebuie să asigure o eficienţă ridicată a proceselor de admisie şi evacuare. Diametrul canalului de admisie se face cu 10-20% mai mare decât al celui de evacuare, pentru îmbunătăţirea coeficientului de umplere. Canalele se execută cu secţiune variabilă, descrescătoare spre orificiul supapei (fig.II.1.2.46), pentru a reduce pierderile gazodinamice. La MAC cu injecţie directă, îmbunătăţirea formării amestecului pe seama organizării mişcării aerului se obţine prin dirijarea adecvată a canalelor. Efectul este amplificat în cazul canalelor în formă de spirală.

Mişcarea supapelor şi răcirea lor sunt asigurate de ghidurile de supapă, care au forma unor bucşe presate în chiulasă. Jocul dintre tija supapei şi ghid se reduce la minimum pentru o mai bună evacuare a căldurii, dar reducerea este limitată de pericolul gripării.

Orificiile pentru trecerea şuruburilor de chiulasă se repartizează cât mai apropiat de cămaşa cilindrului, fără însă a împiedica răcirea acesteia.

Forma exterioară a chiulasei este cilindrică, pătrată, hexagonală sau octogonală.Etanşarea dintre chiulasă şi blocul motor se realizează cu ajutorul unei garnituri de

cupru, metal moale sau cel mai adesea, din clingherit (amestec de azbest, cauciuc şi un liant mineral).

Solicitările chiulasei

În timpul funcţionării motorului, chiulasa este supusă la solicitări mecanice mari, determinate de forţa de presiune a gazelor. Încălzirea inegală (diferenţe de 100-2000C) a diferitelor zone ale chiulasei (sediul supapei de evacuare mai cald decât al supapei de admisie, canalele de evacuare mai calde decât cele de admisie etc.) produce tensiuni termice care deformează chiulasa. Chiulasele motoarelor în doi timpi sunt mai puternic solicitate termic, din cauza dublării numărului de cicluri în unitatea de timp, respectiv de procese de ardere în unitatea de timp. Tensiuni importante apar şi la montaj, prin strângerea chiulasei.

În aceste condiţii de solicitare complexă, chiulasei I se impun următoarele cerinţe:a) rigiditate mare, pentru a asigura etanşeitatea faţă de gaze;b) rezistenţă mecanică şi termică ridicată, la o masă cât mai mică;c) realizarea unei distribuţii cât mai uniforme a temperaturilor;d) posibilitatea realizării unei forme optime a camerei de ardere şi dirijarea

convenabilă a canalelor de distribuţie;e) amplasarea orificiilor pentru prezoanele sau şuruburile de fixare a chiulasei

trebuie să asigure o presiune de etanşare uniformă pe toată suprafaţa de aşezare.

O rigiditate şi rezistenţă mecanică ridicată a chiulasei se obţine prin utilizarea unor materiale cu proprietăţi mecanice şi termice adecvate şi prin construcţia lor în sistem monobloc.


Materialele frecvent folosite pentru confecţionarea chiulasei sunt fonta şi aliajele de aluminiu. Chiulasele din fontă echipează în general MAC-uri de puteri mari, cu solicitări mecanice şi termice ridicate. Fonta posedă proprietăţi mecanice ridicate (care se menţin şi la temperaturi înalte) şi asigură o rigiditate mare a chiulasei. Se utilizează, în general, fonta cenuşie sau fonta specială aliată cu Cr, Ni, Mo, Cu.

Aliajele de aluminiu se utilizează la chiulasele MAS, întrucât micşorează masa motorului şi îmbunătăţesc calităţile antidetonante ale camerelor de ardere, datorită nivelului termic mai scăzut. Chiulasele din aliaje de aluminiu se utilizează, de asemenea la MAC-uri de puteri mici, pentru micşorarea masei specifice a motorului.

La motoarele răcite cu aer se utilizează întotdeauna chiulase din aluminiu, datorită conductibilităţii termice mai ridicate şi fluidităţii mari a aluminiului la turnare, ceea ce permite obţinerea unei construcţii cu nervuri (aripioare) de răcire, având geometrii variabile. După turnare, se execută sablarea, ajustarea şi pregătirea suprafeţei de aşezare. Piesa turnată este supusă unui tratament de recoacere de detensionare.Ghidul supapei se execută din materiale cu proprietăţi antifricţiune, rezistente la temperaturi înalte: fontă refractară; bronz cu Al, Si, P.Scaunul supapei se prelucrează direct în chiulasă sau într-o piesă separată, având forma unui inel, presat într-un locaş amenajat corespunzător. Scaunele se execută din fontă refractară, bronz de Al sau oţel refractar. Când este necesară o stabilitate ridicată la coroziune, suprafaţa scaunului se acoperă cu stelit sau alt material dur.

Cadrul de fundaţie şi batiul (carterul)

Carterul reprezintă organul fix care serveşte pentru fixarea blocului motor şi pentru susţinerea lagărelor arborelui cotit. În vederea uşurării montajului şi execuţiei, carterul se separă în două părţi printr-un plan (de obicei, orizontal) normal la pereţii transversali ai lagărelor. Partea superioară, adiacentă blocului motor, se numeşte carter superior sau batiu (termen specific motoarelor termice navale), cealaltă parte se numeşte carter inferior sau cadru (ramă, placă) de fundaţie (termen specific motoarelor navale).

Principala condiţie pe care trebuie să o îndeplinească carterul este rigiditatea superioară, deoarece el preia toate forţele şi momentele care iau naştere în timpul funcţionării motorului (forţele de presiune, forţele de inerţie neechilibrate şi momentele acestora). Solicitări suplimentare ale carterului apar şi datorită greutăţii acestuia, a blocului motor şi a chiulasei, mai ales la motoarele de puteri mari. De asemenea, carterul este supus solicitărilor statice care apar la montaj (prin strângere) şi în timpul funcţionării, prin dilatare.

Dacă rigiditatea este insuficientă, apar deformaţii care periclitează coaxialitatea lagărelor de pat, înrăutăţesc condiţiile de ungere în lagăre şi măresc uzura lor, iar în arborele cotit apar tensiuni suplimentare.

Mărirea rigidităţii carterului se obţine pe mai multe căi: a) nervurarea pereţilor transversali (rigiditatea depinde, în primul rând, de

numărul şi de dispunerea nervurilor, mai puţin de masa lor);b) coborârea planului pI – pI de separare a carterului superior de cel inferior, în

raport cu planul p – p de separare a lagărelor (fig.II.1.2.47);c) mărirea numărului de lagăre ale arborelui cotit;d) turnarea comună a carterului şi a blocului motor (bloc-carterul);e) turnarea comună a carterelor superior şi inferior (carterul tunel).

Cadrul de fundaţie (carterul inferior)

Cadrul de fundaţie, denumit şi ramă de fundaţie sau placă de bază (fundaţie), reprezintă baza întregii construcţii a motorului, având de susţinut toate elementele componente ale acestuia şi făcând legătura cu corpul navei. El trebuie să asigure o rigiditate maximă longitudinală şi transversală.

Cadrul de fundaţie se întâlneşte numai la motoarele lente şi semirapide. Pentru motoarele rapide se utilizează carterul inferior, având o construcţie simplificată, cu o contribuţie redusă la rigidizarea construcţiei. El conţine, de obicei, şi baia de ulei a motorului.

Cadrul de fundaţie este confecţionat din două grinzi (lonjeroane) longitudinale, care formează o suprafaţă plană de contact cu osatura navei. Grinzile sunt consolidate în exterior prin nervuri verticale sau înclinate şi în interior prin pereţi transversali nervuraţi (fig.II.1.2.48).

Pereţii despărţitori servesc drept reazeme pentru lagărele de sprijin ale arborelui cotit, împărţind cadrul în spaţii corespunzătoare fiecărui cilindru. Planul de separare dintre cadrul de fundaţie şi batiu se află, de obicei, deasupra axei arborelui cotit (fig.II.1.2.48).

Cadrele de fundaţie sunt prevăzute la partea inferioară cu colectoare de ulei înclinate.

Fixarea de postamentul motorului se realizează prin intermediul unor pene înclinate (la motoarele de puteri mari) sau al unor amortizori elastici (la motoarele de puteri mici).

Cadrele de fundaţie se execută din fontă (prin turnare) sau din oţel (prin sudare). Construcţiile sudate duc la o reducere a greutăţii cu 25-30%. Suprafeţele de sprijin trebuie prelucrate prin strunjire. La carterele inferioare mai este utilizat şi aliajul de aluminiu.

Batiul (carterul superior)

Batiul reprezintă organul fix care realizează legătura dintre blocul motor şi cadrul de fundaţie, delimitând spaţiul în care se mişcă organele mobile ale motorului, spaţiu care este închis şi etanş. Batiul poate susţine şi arborele cotit.

În funcţie de tipul motorului, batiul (carterul superior poate fi montat sub diferite forme constructive:

a) din montanţi sau coloane separate în formă de A (fig.II.1.2.49), aşezate în planele verticale ale lagărelor de pat şi îmbinate între ele prin intermediul blocului motor şi al cadrului de fundaţie;

b) batiul (carterul superior) turnat dintr-o bucată sau mai multe subansamble;

c) carterul turnat dintr-o singură bucată (carterul – tunel);

d) carterul superior turnat împreună cu blocul motor (bloc – carterul).

La motoarele cu cap de cruce, mărirea rigidităţii batiului este posibilă prin realizarea montanţilor sub formă de coloane prismatice goale în interior, rigidizate prin pereţi transversali nervuraţi. Pe aceşti montanţi sunt fixate şi glisierele capului de cruce.

Pentru a realiza o montare corectă a motorului, cadrul de fundaţie, montanţii şi blocul motor se asamblează prin intermediul aceloraşi tiranţi (fig.II.1.2.49). Spaţiile libere dintre montanţi (în plan paralel cu planul axei arborelui cotit) se închid cu uşi (capace) de vizitare sau cu plăci sudate.

La extremităţile de rezemare, montanţii sunt prevăzuţi cu tălpi pentru susţinerea blocului motor şi pentru aşezarea pe rama de fundaţie.

Pentru a preîntâmpina eventualele explozii în carter, acestea sunt prevăzute cu supape de siguranţă şi cu detectoare de ceaţă ulei şi gaze. Pentru ventilaţia carterului pot fi prevăzute dispozitive speciale de aerisire.

Construcţia batiului trebuie să fie uşoară şi totuşi rigidă pentru asigurarea etanşeităţii. Se execută din oţel, fontă sau aluminiu (numai la

motoarele rapide), prin turnare sau sudură. Strângerea tiranţilor se realizează cu ajutorul unui servopiston hidraulic (la motoarele de puteri mari) sau al unei chei dinamometrice şi se verifică periodic.

Batiul este prevăzut cu posibilităţi de fixare şi susţinere a agregatelor şi mecanismelor auxiliare.

Lagărele de pat

Lagărele de pat asigură susţinerea şi fixarea arborelui cotit al motorului. În funcţie de construcţia motorului, lagărele de pat – care, la motoarele navale, sunt, de regulă, lagăre de alunecare – se execută în două variante:

a) lagăre suspendate;b) lagăre rezemate.

În prima variantă (fig.II.1.2.50.a), partea superioară a lagărului se toarnă odată cu carterul superior, iar partea inferioară (capacul lagărului) se fixează de partea superioară prin prezoane sau şuruburi, constituind reazemul propriu-zis. În această variantă forţele sunt preluate numai de carterul superior, pe care se prevăd tălpile de fixare.

În cazul lagărelor rezemate (fig.II.1.2.50. b), capacul se sprijină pe corpul lagărului, practicat în carterul inferior prevăzut cu tălpi de fixare. Avantajul acestei soluţii îl constituie rigiditatea superioară, dar atrage după sine complicarea construcţiei carterului inferior.

În interiorul corpului şi capacului lagărului sunt montaţi cuzineţii (fig.II.1.2.51), care reprezintă piese cilindrice constituite din două jumătăţi interschimbabile. La motoarele de puteri mari, între capetele de îmbinare ale unui cuzinet se montează un adaos din plăcuţe calibrate de alamă, numite laine.

Fixarea cuzineţilor în lagăr, pentru a nu-i permite deplasarea axială sau longitudinală, se face cu ajutorul unor ştifturi sau proeminenţe răsfrânte (fig.II.1.2.51). Semicuzinetul inferior trebuie astfel montat încât să permită scoaterea lui prin simpla rotire în corpul lagărului, fără a demonta arborele cotit.

Suprafeţele de lucru ale cuzineţilor nu se prevăd, de obicei, cu canale de ungere, având totuşi la capetele de îmbinare o degajare laterală cu racordare lină spre suprafaţa cuzinetului numită baie, cu rolul de a asigura împrăştierea uleiului la rotirea fusului.

La unele motoare, cuzineţii sunt prevăzuţi cu un canal longitudinal, cu acelaşi rol. Introducerea uleiului în lagăr se face cu ajutorul unor tubulaturi din instalaţia de ungere, prin partea superioară a acestuia. Cuzineţii pot fi realizaţi în următoarele variante:

a) cuzineţi monometalici – construiţi din aliaj de bronz cu Pb sau aliaje de Al, care au o bună calitate de ungere, dar sunt casanţi, nu rezistă la şocuri mecanice şi au un preţ de cost ridicat; folosirea lor este abandonată în prezent;

b) cuzineţi bimetalici – formaţi dintr-un suport (carcasă) de oţel peste care se aplică un strat de material antifricţiune;

c) cuzineţi trimetalici – formaţi din suportul de oţel peste care se aplică un strat de bronz şi un strat foarte subţire de material antifricţiune.

Cuzineţii bi- şi trimetalici sunt folosiţi pe scară largă datorită rezistenţei mecanice superioare şi calităţilor ridicate de ungere şi alunecare. Cuzineţii pot fi executaţi prin turnare

sau laminare, după care se adaugă materialul antifricţiune prin turnare centrifugală sau în forme de pământ. În special în cazul cuzineţilor trimetalici, se mai utilizează placarea electrolitică.

O importanţă deosebită o reprezintă pentru cuzinet materialul antifricţiune, care trebuie să îndeplinească o serie de condiţii:

a) rezistenţă la solicitările mecanice;b) bună aderenţă la suportul cuzinetului;c) să poată fi turnat cu uşurinţă;d) să aibă un coeficient de frecare redus;e) să admită jocuri mici între fus şi lagăr, fără pericol de gripare;f) să permită înglobarea particulelor fine de ulei prin deformare plastică;g) rezistenţă ridicată la acţiunea corozivă a uleiului;h) să se păsuiască uşor pe fus în perioada rodajului;i) să aibă o bună conductibilitate termică.

Aceste condiţii sunt îndeplinite de mai multe aliaje, care pot fi grupate în trei categorii:

a) aliaje pe bază de Sn, Pbşi Al, care au o masă moale, plastică, uşor de prelucrat şi păsuit, dar cu o rezistenţă mecanică redusă;

b) aliaje pe bază de Cd, care se obţin prin înlocuirea Sn din aliajul precedent cu Cd, permiţând îmbunătăţirea calităţilor mecanice;

c) aliaje de Cu cu Pb (numite şi bronzuri de Pb), care au căpătat o largă răspândire datorită calităţilor mecanice deosebite. La unele tipuri de astfel de cuzineţi se mai adaugă în compoziţie şi Sn, Zn sau Ni. Dezavantajul acestor cuzineţi îl reprezintă preţul de cost ridicat, datorită tehnologiei complexe de fabricaţie, ştiind că Pb nu difuzează uniform în Cu la temperaturi joase, astfel că la baza aliajului Pb are tendinţa de a se separa de Cu, cu cât conţinutul de Pb este mai mare.

În cazul motoarelor rapide, cu cilindrii dispuşi în stea, sunt utilizate lagăre de rostogolire (rulmenţi).

II.1.2.7. Sistemul de distribuţie a gazelor. Analiza funcţională, tipuri de mecanisme. Mecanismul de distribuţie cu supape

Generalităţi privind distribuţia gazelor

Distribuţia gazelor reprezintă acţiunea repetată periodic de către organele de admisie şi evacuare prin care se asigură umplerea cilindrului cu încărcătură proaspătă şi eliminarea produselor arderii din cilindru.

Sistemul de distribuţie constituie ansamblul tuturor organelor care asigură schimbul de gaze, fiind compus din:

a) mecanismul de distribuţie;b) colectoarele de gaze;c) amortizorul de zgomot;d) filtrul de aer.

Mecanismul de distribuţie reprezintă totalitatea organelor care participă la efectuarea schimbului de gaze, asigurând închiderea şi deschiderea orificiilor de admisie şi de evacuare ale cilindrilor.

În funcţie de modul în care se realizează deschiderea şi închiderea orificiilor de distribuţie, există următoarele tipuri de mecanisme de distribuţie:

a) mecanismul de distribuţie cu supape;b) mecanismul de distribuţie prin ferestre;c) mecanismul de distribuţie mixt (cu supape şi ferestre);d) mecanismul de distribuţie prin sertare.

Pentru asigurarea unei eficienţe sporite a schimbului de gaze, mecanismul de distribuţie trebuie să asigure:

a) o cât mai bună umplere cu încărcătură proaspătă a cilindrului (valoare ridicată a coeficientului de umplere, denumit şi randament volumetric);

b) curăţirea cât mai bună a cilindrului de produsele arderii din ciclul anterior de funcţionare (valoare redusă a coeficientului gazelor arse reziduale);

c) asigurarea condiţiilor optime de ardere a combustibilului (valoare optimă a coeficientului de exces de aer).

Realizarea acestor deziderate poate fi obţinută prin:a) utilizarea unor secţiuni de trecere cât mai mari (limitată de valoarea

diametrului cilindrului – la distribuţia prin supape şi sertare – sau de valoarea cursei pistonului – la distribuţia prin ferestre);

b) mărirea duratei de deschidere a orificiilor de admisie şi de evacuare (limitată de turaţia motorului).

Mecanismul de distribuţie cu supape

Componenţa generală a mecanismului

Schema de principiu a mecanismul de distribuţie cu supape este reprezentată în fig. II.1.2.52. Supapa 1 are rolul de obtura şi dezobtura orificiul prevăzut în chiulasa 2. Supapa are o mişcare alternativă, cursa de deschidere fiind realizată sub acţiunea culbutorului 3, iar cea de închidere sub acţiunea resortului 4. Acest resort are atât rolul de a readuce supapa în poziţia închis, cât şi de a menţine un contact permanent între culbutor şi supapă.

Culbutorul reprezintă o pârghie care transmite mişcarea de comandă primită de la tija împingătoare 5, care, la rândul ei este acţionată de către tachetul 6. Mişcarea întregului mecanism este asigurată de către o camă 7, montată pe un arbore care primeşte mişcarea de la arborele cotit printr-o transmisie mecanică (roţi dinţate, lanţ) – fig. II.1.2.53.

Antrenarea arborelui cu came se realizează la o turaţie egală cu turaţia motorului la motoarele în 2τ sau cu jumătate din turaţia motorului la cele în 4τ.

Scheme constructive

În figura II.1.2.52. a fost prezentată schema generală a mecanismului de distribuţie cu supape. Datorită vitezelor mari de desfăşurare a proceselor de admisie şi de evacuare, elementele mecanismului de distribuţie lucrează cu viteze mari şi variaţii bruşte. Rezultă, prin urmare, şi forţe de inerţie mari însoţite de înrăutăţirea ungerii, ceea ce duce la o uzură rapidă a pieselor mecanismului. O soluţie în această direcţie o reprezintă simplificarea mecanismului de distribuţie. Astfel, în figura II.1.2.54. a şi b, din ansamblul mecanismului sunt eliminaţi tachetul şi tija împingătoare, acţionarea culbutorului fiind efectuată chiar de către arborele cu came, montat în chiulasă. Această soluţie prezintă dezavantajul complicării sistemului de acţionare a arborelui cu came. În schema din figura II.1.2.54.a, fiecare supapă are propriul culbutor şi propria camă, montate pe un arbore comun. În situaţia duratelor egale ale proceselor de admisie şi evacuare, poate fi

Pentru micşorarea frecării dintre camă şi culbutor, culbutorii pot fi prevăzuţi cu role (fig. II.1.2.54. a şi b).

În schema din figura II.1.2.54.c, mecanismul de distribuţie este simplificat şi mai mult, fiind compus doar din supape şi arbori cu came. Dezavantajul constă în utilizarea a doi arbori cu came.

Una din cerinţele impuse mecanismului de distribuţie este aceea de a realiza o secţiune cât mai mare de trecere a gazelor. Aceasta se poate realiza prin mărirea diametrului talerului supapei sau prin creşterea cursei supapei. Aceste soluţii sunt, însă, limitate de trei factori: diametrul cilindrului, mărimea volumului spaţiului mort (volumul minim al camerei de

ardere) şi creşterea considerabilă a forţelor de inerţie. Acest deziderat se asigură, de regulă, prin utilizarea a câte două supape de admisie şi două de evacuare (fig. II.1.2.54.d). Mai este utilizată, de asemenea, şi soluţia cu două supape de admisie şi una de evacuare. Neajunsul acestei soluţii îl constituie complicarea sistemului lor de acţionare. Un asemenea sistem este prezentat în figura II.1.2.54.e, în care supapele de acelaşi tip sunt acţionate simultan prin intermediul unei traverse.

Toate aceste scheme sunt caracteristice supapelor montate în chiulasă (în cap). La unele MAS-uri se întâlnesc însă şi supape montate în blocul motor (fig. II.1.2.54.f), soluţie ce asigură o construcţie simplificată a chiulasei şi a mecanismului de distribuţie. Utilizarea acestui tip de mecanism este restrânsă, datorită dezavantajelor determinate de înrăutăţirea umplerii şi de tendinţa mai pronunţată la detonaţie.

În timpul funcţionării motorului, supapele, tijele şi pârghiile sistemului se dilată. Dacă nu există posibilitatea de preluare a acestor dilatări, arcul supapei nu mai aşează supapa pe sediu, aceasta rămânând aplicată direct (sau prin intermediul sistemului de împingători) pe cercul primitiv al camei. De aceea, în mecanism se prevede un joc termic a cărui valoare este determinată prin încercări de către uzina constructoare. Uzual, jocul variază între 0,05 şi 0,5 mm, fiind mai mare la supapele de evacuare. Jocul termic reprezintă o cauză a solicitării la şoc a pieselor mecanismului şi, de aceea, el trebuie redus la strictul necesar. Totodată, jocul termic reduce silenţiozitatea motorului.

Arborele cu came

Arborele cu came, denumit şi arbore de distribuţie, reprezintă organul care comandă deschiderea şi închiderea supapelor, determinând totodată şi legea de mişcare a acestora.

Arborele cu came se montează paralel cu arborele cotit, fie în carter, fie în partea superioară a chiulasei. La motoarele în linie se montează, de obicei, un singur arbore, având came pentru comanda supapelor de admisie şi de evacuare. La motoarele în V se pot monta unul (aşezat între blocuri), doi (în carter) sau patru (pe chiulasă) arbori cu came. La montarea arborelui cu came în carter, fusurile de sprijin se execută cu diametre mai mari decât cotele maxime ale vârfurilor camelor, pentru a permite montajul prin deplasare axială. Arborii cu came montaţi în chiulasă se sprijină pe lagăre demontabile sau lagăre care fac corp comun cu chiulasa. Lungimea arborelui cu came între fusurile de sprijin extreme este egală cu cea a arborelui cotit. Numărul total al fusurilor de sprijin se determină din condiţia respectării săgeţii maxime admisibile.

În principiu, un arbore cu came este format din următoarele elemente (fig. II.1.2.55):

- roata dinţată de acţionare 1;- locaşurile pentru ungere 2;- fusurile pentru lagăre 3;- camele 4.

Fixarea poziţiei camelor pe arbore se face ţinând seama de numărul de cilindri, de ordinea de aprindere şi de fazele de distribuţie. Astfel, decalarea camelor de admisie şi de evacuare ale unui cilindru se face în felul următor: cama de evacuare se plasează astfel încât axa de simetrie a camei să treacă prin canalul de pană de pe arborele cu came (fig. II.1.2.56). Axa de simetrie a camei de admisie a aceluiaşi cilindru se decalează în raport cu axa de simetrie a camei de evacuare cu unghiul:

=(360+DSE+ISA-ISE-DSA) / . [grade] (II.1.2.3)

unde DSE, ISA, ISE, DSA reprezintă avansurile şi întârzierile la deschiderea şi, respectiv, închiderea supapelor de admisie şi de evacuare, iar - numărul de timpi. În funcţie de ordinea de aprindere, camele de acelaşi tip ale arborelui vor fi decalate între ele cu unghiul:

=2ciclu/I=2/i [radiani] (II.1.2.4)Profilul şi înălţimea camelor determină realizarea fazelor de distribuţie şi secţiunea

necesară de curgere. Profilul camei trebuie să asigure o deplasare lină a supapei, deschiderea şi închiderea ei bruscă, precum şi forţe de inerţie minime. Cel mai răspândit profil este cel simetric convex (cama armonică).

Înălţimea h a camelor este determinată de cursa supapei stabilită în concordanţă cu asigurarea desfăşurării optime a procesului de schimbare a gazelor, iar lăţimea b a camelor, se corelează cu raza tachetului (talerul superior al supapei) (fig. II.1.2.57).

Acţionarea arborelui cu came depinde de locul de montaj al acestuia şi de tipul motorului. Arborele cu came montat în blocul motor este acţionat, în general, printr-o transmisie cu roţi dinţate, direct de la arborele cotit sau printr-un angrenaj intermediar. Când distanţa dintre cei doi arbori este mare, se introduce un “tren” de roţi intermediare sau o transmisie cu lanţ.

În timpul funcţionării, arborele cu came este supus la solicitări de încovoiere, datorită forţelor care apar pe came în momentul deschiderii supapelor. Forţele de frecare pe came şi momentul rezistent introdus de agregatele antrenate solicită arborele cu came la torsiune. Frecarea dintre camă şi tachet (talerul superior al supapei) supune acest cuplu la un proces de uzură. Datorită acestor solicitări, arborele cu came trebuie să fie suficient de rigid şi să posede o înaltă rezistenţă la uzură a camelor şi a fusurilor de sprijin.

Materialele care satisfac cel mai bine condiţiile impuse sunt oţelul şi fonta specială; se folosesc OLC de calitate sau uşor aliate (cu Cr, Mn, Si şi uneori, Ni) şi oţeluri de cementare sau de îmbunătăţire. Fonta utilizată pentru fabricarea arborelui cu came este elaborată special, ca fontă aliată (cu Cr, Mn, Va, Ni, Cu) sau ca fontă cu grafit nodular.

Realizarea arborilor cu came se asigură prin turnare sau forjare, urmate de prelucrări mecanice care trebuie să asigure:

a) realizarea profilului camelor;b) coaxialitatea fusurilor;c) grosimea constantă a pereţilor fusurilor în cazul orificiilor de ungere;d) prelucrarea fină a suprafeţelor camelor şi lagărelor.Suprafeţele expuse uzurii (fusurile şi camele) se durifică superficial (prin

cementare, nitrurare, tratamente termice sau termochimice), operaţiune urmată de şlefuire şi lustruire, pentru realizarea unor suprafeţe cât mai netede.

Tachetul

Tachetul reprezintă elementul mecanismului de distribuţie care transmite mişcarea la supapă sau împingător, preluând şi reacţiunea laterală produsă de camă prin frecare.

Tachetul se execută gol la interior, pentru a-i micşora masa. În funcţie de suprafaţa de contact cu cama, tacheţii pot fi:

a) cu rolă – fig.II.1.2.58.a,

b) cu suprafaţă sferică – fig.II.1.2.58.b;c) cu suprafaţă plană – fig.II.1.2.58.c.

Tacheţii cu rolă asigură frecarea de rostogolire cu camele de acţionare. Utilizarea lor este, însă, extrem de restrânsă, datorită construcţiei complicate, preţului de cost ridicat şi zgomotului mare produs în funcţionare. La montajul acestor tacheţi trebuie acordată o atenţie deosebită centrării rolei (paralelismului dintre axa rolei şi axa camei). La tacheţii cu suprafaţă sferică, cama de acţionare se realizează cu o uşoară conicitate a vârfului (unghiul din figura II.1.2.58.b). Acest lucru imprimă o mişcare de rotaţie tachetului, ceea ce asigură distribuţia uniformă a uzurilor pe întreaga suprafaţă a platoului. Acelaşi lucru se realizează, în cazul tacheţilor cu suprafaţă plană, prin dezaxarea acestora faţă de axa camei (fig.II.1.2.58.c).

Pentru a reduce zgomotul, uzura camei şi uzura supapei se mai utilizează tacheţii hidraulici (fig. II.1.2.59). În interiorul corpului tachetului 1 este montat cilindrul 2, care comportă pistonul plonjor 3 şi supapa de reţinere 4. Sub acţiunea resortului 5, pistonul 3 este apăsat pe tija supapei sau a împingătorului 6. Prin canalul 7 soseşte uleiul sub presiune din sistemul de ungere al motorului. Când cama atacă tachetul, acesta se ridică împreună cu cilindrul 2. Presiunea uleiului dintre piston şi supapa de reţinere creşte, iar bila se aşează pe sediu; se izolează astfel o “pernă” de ulei în spaţiul 8, care transmite pistonului plonjor mişcarea tachetului.

În acest fel, la uzuri avansate ale supapei sau tachetului, mişcarea nu se transmite cu şoc, deoarece “perna” de ulei îşi modifică volumul şi este capabilă să asigure un contact permanent între tachet şi supapă (sau tija împingătoare). Tachetul hidraulic constituie o soluţie eficientă pentru prevenirea ruperilor prin oboseală ale supapei. De asemenea, tachetul hidraulic permite renunţarea la lucrările de reglaj periodic a jocului termic, iar mecanismul de distribuţie nu se mai prevede cu şuruburi de reglaj. Datorită construcţiei complicate şi, implicit, a preţului de cost ridicat, tacheţii hidraulici sunt foarte rar utilizaţi în domeniul motoarelor navale.

Tacheţii se confecţionează, de regulă, din fontă sau oţel aliat, suprafaţa de contact (platoul) fiind tratată superficial prin cementare şi călire.

Tija împingătoare

Tija împingătoare serveşte la transmiterea mişcării de la tachet la culbutor. Ea trebuie să fie uşoară şi rigidă. Având o formă simplă, tija împingătoare nu ridică probleme deosebite decât în direcţia reducerii masei. Fiind o piesă în mişcare, afectată de acceleraţii mari, pentru a i se reduce masa, de multe ori, tija se execută tubulară.

De regulă, tija împingătoare se construieşte cu un capăt sferic spre culbutor şi un vârf sferic spre tachet (fig. II.1.2.60). În cazul tijelor de dimensiuni mai mari, corpul tijei se îmbină prin presare sau sudură cu capetele prelucrate.

Ca materiale de construcţie se folosesc: OLC de calitate de îmbunătăţire sau oţeluri de îmbunătăţire slab aliate. Capetele se sablează, apoi se călesc şi se detensionează.

Fig.II.1.2.6

0

Culbutorul

Culbutorul este organul în formă de pârghie, care oscilează în jurul unui ax, în scopul modificării sensului mişcării comandată de cama de distribuţie şi al transmiterii acestei mişcări supapei (fig. II.1.2.52). Culbutorul se execută cu braţe inegale în scopul reducerii acceleraţiilor din sistemul de comandă; braţul mai mare lS este îndreptat spre supapă, pentru a obţine deplasări mari ale acesteia la deplasări mici ale tacheţilor şi tijelor, deci la acceleraţii şi uzuri reduse.

Raportul dintre lungimile braţelor se consideră: S = lS/lC = 1,2 ….. 1,8 [ - ]

(II.1.2.5)

În funcţie de tipul mecanismului de distribuţie, mişcarea comandată de camă este primită de culbutor fie prin intermediul tijei împingătoare, fie direct de la arborele de distribuţie.

Planul de acţionare al culbutorului poate fi perpendicular pe axa de oscilaţie sau înclinat cu unghiul (fig. II.1.2.61), pentru a asigura un aranjament convenabil al supapelor. La capătul culbutorului dinspre tija împingătoare se montează şurubul de reglaj al jocului termic. Capetele culbutorului şi suprafaţa în contact cu axul acestuia se ung. Când ungerea se realizează cu ulei sub presiune, în corpul culbutorului se practică orificii de ungere (fig. II.1.2.62). Uleiul pătrunde prin partea centrală şi este distribuit spre capetele culbutorului prin orificii practicate în braţe.

Culbutorii sunt solicitaţi la încovoiere de către forţa de pe linia camei, precum şi la un intens proces de uzură. De aceea, pentru culbutor se impun condiţii speciale de rigiditate.

Culbutorii se execută din OLC de calitate, OLA Cr – Ni cu conţinut ridicat de Mn sau din fontă nodulară. Semifabricatul se obţine prin matriţare sau turnare, iar suprafaţa de contact cu tija supapei se căleşte prin curenţi de inducţie. Pentru îmbunătăţirea rezistenţei la uzură, în unele cazuri, culbutorul se fosfatează. În scopul reducerii maselor de pe linia camei şi supapei, unele motoare de puteri mici au culbutorii confecţionaţi din aliaje de Al cu capete armate cu pastile din materiale dure.

Mecanismele de distribuţie cu ferestre şi mixte

Mecanismele de distribuţie cu ferestre de admisie şi de evacuare (fig. II.1.2.63.a) şi mixt (cu ferestre de admisie şi supape de evacuare – fig. II.1.2.63.b) sunt specifice motoarelor în doi timpi. Schimbul de gaze prin ferestre este asigurat prin deplasarea pistonului care întrerupe sau permite legătura cilindrului cu colectoarele de admisie şi de evacuare. Sistemul este caracterizat prin simplitate constructivă.

În funcţie de direcţia curentului de gaze în cilindru, se deosebesc:a) baleiajul în contracurent (în buclă) – curentul de gaze

traversează de două ori o suprafaţă perpendiculară pe axa cilindrului – fig.II.1.2.63.a.

b) baleiajul în echicurent – curentul de gaze traversează o singură dată planul perpendicular pe axa cilindrului – fig.II.1.2.63.b.Mecanismul de distribuţie mixt îmbunătăţeşte spălarea

cilindrului prin amplasarea ferestrelor de admisie pe toată circumferinţa cilindrului, prezentând însă inconvenientul necesităţii sistemului de acţionare a

supapei de evacuare.Amplasarea şi orientarea ferestrelor determină sensul curentului de gaze în cilindru.

Pentru reducerea pierderilor de încărcătură proaspătă prin ferestrele de evacuare, se evită plasarea acestora în faţa celor de admisie (fig.II.1.2.64.a). În vederea măririi eficienţei baleiajului, ferestrele de admisie şi de evacuare se amplasează astfel încât fasciculele de jeturi de încărcătură proaspătă şi gaze arse să fie concentrate sau tangenţiale. Există, astfel, variante constructive de ferestre care oferă jeturi concentrate într-un punct situat excentric faţă de axa cilindrului (fig.II.1.2.64.b) precum şi variante la care jeturile sunt două câte două concentrate şi paralele (fig.II.1.2.64.c). De asemenea, există variante la care jeturile sunt tangente la un cerc concentric cu cilindrul (fig.II.1.2.64.d) şi variante la care jeturile sunt tangente la un cerc excentric faţă de axa cilindrului (fig.II.1.2.64.e).

Mecanismul de distribuţie cu sertare

Acest mecanism de distribuţie asigură introducerea încărcăturii proaspete şi evacuarea produselor arderii cu ajutorul unui organ de maşină rotitor, numit sertar. Prin mişcarea sa de rotaţie, sertarul pune sau nu în legătură cilindrul cu orificiile de admisie şi de evacuare. Se utilizează:

a) sertare plate (fig.II.1.2.65.a);b) sertare tronconice (fig.II.1.2.65.b);c) sertare cilindrice orizontale (fig.II.1.2.65.c).

Mecanismul de distribuţie cu sertare, comparativ cu cel cu supape, prezintă următoarele avantaje:

a) funcţionare silenţioasă;b) secţiuni mari de trecere a gazelor;c) acţionare simplă.

Utilizarea acestui tip de mecanism este însă extrem de restrânsă, datorită următoarelor dezavantaje:

a) mase mari în mişcare;

b) răcirea defectuoasă a mecanismului;c) ungerea dificilă a mecanismului;d) ajustarea şi prelucrarea pretenţioasă, rezultând un preţ de cost extrem de

ridicat;e) etanşarea dificilă între sertar şi cilindru, fiind necesare jocuri foarte mici.

Toate aceste aspecte fac ca mecanismul de distribuţie cu sertare să fie utilizat numai în cazul motoarelor de performanţă (la maşini de cursă de ex.).

II.1.2.8. Ansamblul supapei. analiza funcţională, particularităţi constructive

Ansamblul supapei

Componenţa ansamblului

Ansamblul supapei comandă deschiderea şi închiderea periodică a orificiilor de admisie şi evacuare ale cilindrilor. După rolul orificiilor practicate în chiulasă, se disting supape de admisie şi supape de evacuare.

În fig. II.1.2.66 este prezentat un ansamblu de supapă, având următoarea componenţă: talerul 1 al supapei este partea în formă de disc cu care se închide orificiul comandat de supapă. Talerul are o porţiune conică – suprafaţa de reazem a supapei care se aşează pe scaunul supapei 2. Această suprafaţă asigură autocentrarea supapei la închiderea ei, precum şi o evacuare mai bună a căldurii de la taler la scaun.

Tija supapei 3 se află în bucşa de ghidare 4. Tija primeşte mişcarea de la sistemul de împingători al mecanismului de distribuţie sau direct de la cama acestuia. Totodată, tija serveşte pentru ghidare şi evacuează o parte din căldura primită de taler.

În partea superioară a tijei este prevăzută o degajare în care este montat manşonul conic 7 care asigură fixarea discului 8 al arcurilor de supapă 5. De asemenea, mai este prevăzută o degajare pentru fixarea unui inel elastic 6 care împiedică supapa să cadă în cilindru în situaţia ruperii arcurilor sau talerului superior.

Pentru a mări eficienţa etanşării, supapele se deschid în interiorul cilindrului motorului, astfel încât ele sunt aplicate pe suprafeţele de reazem şi de către forţa de presiune a gazelor.

Suprafaţa de reazem a talerului pe scaun poate fi plată sau conică (fig. II.1.2.67). În primul caz, la aceeaşi înălţime de ridicare h, supapa oferă o secţiune mai mare de trecere; în al doilea caz, secţiunea scade pe măsură ce creşte unghiul al feţei conice. În schimb, apare efectul de autocentrare a supapei. De asemenea, presiunea

specifică pe suprafaţa de aşezare creşte, deoarece lungimea b a feţei conice scade cu creşterea unghiului .

Supapa

Supapele sunt organele care prin deschiderea lor asigură intrarea fluidului proaspăt şi evacuarea gazelor arse, în rest asigurând etanşeitatea camerei de ardere.

Părţile componente ale supapei (fig.II.1.2.68) sunt următoarele:- locaşul 1 pentru piesele de fixare a talerului superior; - locaşul 2 pentru montarea inelului elastic;- tija supapei 3;- faţeta conică de reazem 4;- talerul supapei 5.Din punct de vedere constructiv, după forma talerului,

supapele de distribuţie pot fi (fig.II.1.2.69):

- cu taler plat (fig. 2.69.a);- cu taler plat cu o porţiune concavă (fig.II.1.2.69.b);- cu taler concav (lalea) (fig.II.1.2.2.69.c);- cu taler convex (bombat sau sferic) (fig.II.1.2.69.d).

Supapele cu taler plat au cea mai mare răspândire, datorită simplităţii constructive şi rigidităţii satisfăcătoare. Supapele în formă de lalea se utilizează îndeosebi ca supape de admisie, deoarece au o greutate mai mică şi o rigiditate maximă, asigurând o formă bună pentru curgerea gazelor. Supapele cu taler bombat sunt caracteristice îndeosebi supapelor de evacuare, având o rigiditate sporită.

Racordarea dintre tijă şi taler trebuie realizată cât mai lin, atât pentru mărirea rezistenţei mecanice a supapei, cât şi pentru micşorarea rezistenţei opuse curentului de gaze. În zona de ieşire a supapei din ghid, tija supapei este prevăzută cu o muchie de raclare, pentru evitarea depunerilor pe tijă.

Supapele de admisie se execută cu faţa conică la =450 sau 300 (soluţie de compromis); supapele de evacuare se execută la =450. Pentru a obţine un contact mai bun între faţa conică a talerului şi scaun, se prevede o diferenţă de 30I…..10 între unghiurile de înclinare ale celor două suprafeţe (fig.II.1.2.70). Lungimea faţetei conice a talerului b trebuie să fie suficientă pentru ca presiunea de contact să fie cât mai mică în vederea reducerii uzurii şi a fluctuaţiilor termice.

În timpul funcţionării, supapele, mai ales cea de evacuare, se încălzesc puternic. Pentru scăderea temperaturii, se măreşte diametrul tijei şi se lungeşte bucşa de ghidaj, apropiind-o de talerul supapei. Temperatura supapelor de evacuare se micşorează, la anumite construcţii, prin răcire artificială. În acest scop, tija supapei este de formă tubulară (fig.II.1.2.71), iar circa 60% din volumul cavităţii interioare 3 se umple cu

substanţe cu punct de topire coborât şi conductibilitate termică ridicată (sodiu metalic, azotat de sodiu, azotat de potasiu). Cavitatea este închisă la partea superioară cu ajutorul unui dop metalic 2. În timpul funcţionării, substanţa din interior se topeşte, înlesnind înmagazinare de căldură. Substanţa se agită energic prin mişcarea alternativă a supapei şi uşurează transferul de căldură de la taler la tijă şi ghidaj. Prin răcirea artificială , se obţine reducerea temperaturii cu 100 – 1500C, de aceea procedeul este socotit ca una din căile principale de mărire a durabilităţii supapelor de evacuare.

Talerul supapei este solicitat de forţa de presiune a gazelor şi de tensiunea arcului, care produc eforturi unitare ridicate. O solicitare mecanică suplimentară – solicitarea dinamică, de şoc, produsă de forţa arcului şi forţele de inerţie – apare la aşezarea supapei pe scaun (şoc pe faţa conică) şi la acţionarea ei (şoc pe capătul tijei). Din această cauză, suprafeţele de reazem şi de acţionare pretind o duritate superficială ridicată. O soluţie în acest sens o constituie acoperirea acestor suprafeţe (fig. 2.71) cu un strat protector 1 şi 4 de stelit (aliaj dur cu: 16…70% Co, 15..40% Cr, 5…25% W, 0…10% Mo, =…34% Ni, 0…5% Fe), de catonit sau de nicrom (20% Cr; 77% Ni), de 1…2,5 mm grosime.

În timpul funcţionării, temperatura medie a supapelor de evacuare, în zonele în care vine în contact cu gazele arse, ajunge la 700…8500C, iar supapele de admisie 300…4000C. Temperatura ridicată influenţează nefavorabil comportarea supapei. Astfel, rezistenţa mecanică şi duritatea materialului se reduc sensibil; se accentuează pericolul de gripaj a tijei în bucşa de ghidare, se produce deformarea talerului, din cauza câmpului ridicat şi neuniform de temperatură; se intensifică uzura corosivă, întrucât oxidarea metalului este înlesnită de temperatura ridicată.

Materialul de fabricaţie a talerului trebuie să aibă rezistenţă mecanică şi durabilitate ridicate la temperaturi înalte, rezistenţă superioară la oxidare şi conductibilitate termică ridicată. La rândul său, materialul pentru tijă pretinde calităţi bune de alunecare.

Oţelul pentru supape are structură feritică sau austenitică, un conţinut de carbon de 0,4 … 0,8% şi este înalt aliat (elemente de aliere: Cr, Ni, Si, W, V, Al, Co). De regulă supapa de admisie se confecţionează din OLA cu Cr-Ni sau Cr-Si, iar cea de evacuare din OL refractar, aliat cu Cr (12 … 14%), Ni (11 … 15%) sau W(2 … 4%).

La motoarele de puteri mari, se utilizează talere executate din oţel Cr-Si şi tije din oţel Cr-Ni; îmbinarea se execută prin filet sau sudură.

Supapele se execută prin forjare la cald şi strunjire, se tratează termic, după care se rectifică şi se lustruiesc. Tija supapei, fiind supusă pericolului de gripaj, se nitrurează sau se cromează.

Scaunul supapei

Scaunul sau sediul supapei este o piesă în formă de inel, presată în locaşurile din chiulasă în zona canalelor de distribuţie, pe care se reazemă suprafaţa conică a talerului supapei. În figura II.1.2.72 sunt prezentate diferite modalităţi de montare a scaunelor de

supapă:

- cilindric cu strângere (fig.II.1.2.72.a);

- conic (fig. II.1.2.72.b);- cilindric cu degajări (fig. II.1.2.72.c).

Materialele din care se execută scaunele de supapă trebuie să aibă rezistenţă mare la coroziune şi duritate ridicată la temperaturi înalte. Se folosesc fonta specială refractară, bronzul cu aluminiu şi oţelul refractar. Prin depunerea unui strat de stelit pe suprafaţa conică, durabilitatea scaunului creşte de 4 … 5 ori.

Bucşa de ghidare

Tija supapei este ghidată într-o bucşă separată (fig.II.1.2.66), demontabilă, introdusă cu strângere în locaşul din chiulasă. Cuplul tijă-bucşă lucrează în condiţii deosebite. Pentru a uşura evacuarea căldurii din supapă, jocul trebuie redus la minim, dar, din cauza dilatării tijei, un joc prea mic creează pericolul de gripaj. Jocurile medii dintre tijă şi bucşă coboară până la 20 … 50m la supapa de admisie şi 50 … 70m la supapa de evacuare.

Pentru a micşora frecarea şi a reduce pericolul de gripaj, cuplul tijă-bucşă trebuie uns. Ungerea se realizează prin ceaţă de ulei şi stropire. O soluţie eficientă se obţine confecţionând bucşele cu suprafaţa interioară tronconică, ceea ce satisface condiţia de dilatare inegală în lungul tijei. Pentru a proteja supapa de evacuare de acţiunea gazelor fierbinţi, bucşa de ghidare se coboară cât mai aproape de talerul supapei.

Bucşele se confecţionează din materiale cu proprietăţi antifricţiune, rezistente la temperaturi înalte: fontă refractară, bronz refractar. Bronzul de aluminiu are un coeficient mare de conductibilitate şi lucrează mai bine în condiţii de ungere insuficientă.

Arcurile de supapă

Arcul supapei trebuie să asigure reţinerea supapei în poziţie închisă şi să preia acţiunea forţelor de inerţie a ansamblului mecanismului de acţionare, care are tendinţa să desprindă tachetul de camă pe porţiunea acceleraţiilor negative.

Funcţionarea arcurilor de supapă se caracterizează printr-o mare frecvenţă a ciclurilor de solicitare, care provoacă oboseala materialului şi degradarea elasticităţii. În cazul vibraţiei arcurilor, condiţiile de lucru devin periculoase, iar la rezonanţă se poate produce chiar ruperea acestora. În majoritatea cazurilor se utilizează arcuri elicoidale cilindrice (fig.II.1.2.73.a). S-a constatat că elasticitatea arcurilor de supapă scade când sarcina creşte. Rezultă necesitatea utilizării unor arcuri cu elasticitate mare, a căror sarcină variază în limite reduse între poziţiile închis şi deschis sau a utilizării a două arcuri concentrice (fig.II.1.2.73.b).

Pentru micşorarea vibraţiilor, sârma arcului trebuie să aibă un număr mare de spire, la un diametru al înfăşurării cât mai mare. Când spaţiul nu permite, se utilizează arcuri duble concentrice (fig.II.1.2.73.b), arcuri cu pas variabil (fig.II.1.2.73.c) sau arcuri tronconice (fig. II.1.2.73.d).

Când se folosesc două arcuri concentrice, fiecare are altă pulsaţie proprie, astfel încât atunci când un arc intră în rezonanţă, celălalt joacă rol de amortizor.

Pentru folosirea judicioasă a spaţiului disponibil şi a materialului, se va urmări asigurarea unei solicitări uniforme a ambelor arcuri. Pentru aceasta, diametrul sârmelor va fi direct proporţional cu

diametrul de înfăşurare şi invers proporţional cu numărul de spire. Sensurile de înfăşurare ale celor două arcuri vor fi opuse pentru ca, la ruperea unuia dintre ele, spirele să nu se întrepătrundă.

Când arcurile se execută cu pas variabil, spirele situate mai aproape una de alta se ating periodic, numărul spirelor active se reduce, iar rigiditatea şi frecvenţa oscilaţiilor proprii se modifică, înlăturând astfel condiţiile pentru apariţia rezonanţei.

În cazul arcurilor tronconice, rigiditatea şi frecvenţa oscilaţiilor proprii se modifică după lungimea acestuia şi astfel posibilitatea apariţiei rezonanţei este exclusă.

Arcurile se reazemă cu un capăt pe chiulasă sau pe un disc montat pe bucşa de ghidare, iar celălalt capăt pe discul supapei (fig.II.1.2.66). Discurile se fixează prin procedee diferite (cu manşon conic, cu filet, cu pană). Cea mai răspândită modalitate o reprezintă cea cu manşon. Acesta este o bucşă tronconică la exterior, formată din două bucăţi, care se strâng pe tijă prin conul discului apăsat de forţa arcului.

Arcurile de supapă se confecţionează din sârmă de OLA cu Cr, V, Ni, Mn.

II.1.3. Instalaţia de alimentare cu combustibil. Structura şi elementele componente ale instalaţiei

II.1.3.1 Alimentarea cu combustibil a m.a.i.

Desfăşurarea proceselor de lucru din motor depinde în mare măsură de funcţionarea instalaţiei de alimentare cu combustibil. Această instalaţie trebuie să satisfacă următoarele cerinţe:

a) asigurarea formării amestecului aer-combustibil în bune condiţii;b) asigurarea debitării fără întrerupere a combustibilului spre pompa de injecţie

(carburator);c) dozarea cantităţii de combustibil corespunzătoare regimului de funcţionare al

motorului;d) interzicerea pătrunderii în combustibil a impurităţilor mecanice din exterior,

asigurând reţinerea acestora şi a apei din combustibil;e) depozitarea unei cantităţi de combustibil care să asigure funcţionarea

motorului pe o anumită perioadă, impusă de condiţiile de exploatare.În funcţie de tipul motorului (MAC sau MAS), instalaţia de alimentare cu combustibil

prezintă deosebiri esenţiale. Astfel instalaţia de alimentare cu combustibil a unui MAS funcţionează cu un combustibil relativ curat şi uşor volatil, lucrează la o presiune scăzută şi asigură formarea amestecului aer-combustibil în exteriorul motorului, în carburator. Acesta asigură pulverizarea, vaporizarea şi amestecarea parţială a combustibilului cu aerul. Totodată, prin modificarea poziţiei clapetei de acceleraţie, carburatorul dozează amestecul aer-combustibil în funcţie de sarcina şi de turaţia motorului – reglaj cantitativ. La MAC, instalaţia de alimentare cu combustibil foloseşte un combustibil mai puţin curat şi greu volatil. Reglarea puterii dezvoltate se realizează de această dată prin modificarea dozei de combustibil injectată în cilindru, deci un reglaj calitativ.

II.1.3.2. Instalaţia de alimentare cu combustibil a m.a.c.

Componenţa generală a instalaţiei de alimentare cu combustibil a M.A.C. este următoarea (fig.II.1.3.1.a): rezervorul (tancul) de combustibil 1; filtrul grosier 2; pompa de alimentare (de circulaţie) 3; filtrul fin 4; pompa de injecţie 5; injectoarele 6; conductele de joasă presiune 7; conductele de retur 8 şi conductele de înaltă presiune 9.

Porţiunea instalaţiei dintre tanc şi pompa de injecţie constituie partea de joasă presiune. Aici combustibilul circulă la presiuni reduse (1…5 bar), rolul părţii de joasă presiune fiind alimentarea continuă cu combustibil filtrat a restului instalaţiei, care reprezintă partea de înaltă presiune (echipamentul de injecţie). În această porţiune combustibilul este vehiculat la presiuni de sute şi chiar, mii de bar. Echipamentul de injecţie trebuie să îndeplinească următoarele funcţiuni:

a) realizarea unei presiuni de injecţie suficient de mare, necesară pulverizării fine a combustibilului în camera de ardere;

b) dozarea cantităţii de combustibil pe ciclu, în concordanţă cu regimul de funcţionare al motorului;

c) pulverizarea cât mai fină a combustibilului şi distribuirea acestuia în camera de ardere în conformitate cu cerinţele formării amestecului;

d) declanşarea injecţiei la un anumit moment pe ciclu (avansul la injecţie optim) şi limitarea duratei injecţiei;

e) injectarea combustibilului după o lege impusă (caracteristica de injecţie optimă);

f) uniformitatea dozei de combustibil la toţi cilindrii motorului.Pompei de injecţie îi revin funcţiile de realizare a unei presiuni de injecţie ridicate şi

de dozare a cantităţii de combustibil injectată, iar injectorului funcţiile de pulverizare şi distribuţie a combustibilului. Restul funcţiunilor sunt asigurate atât de pompa de injecţie, cât şi de injector.

Modul concret de organizare a instalaţiei de alimentare cu combustibil, numărul şi felul elementelor sale componente, precum şi parametrii constructiv-funcţionali depind de tipul şi de destinaţia motorului pe care instalaţia urmează să-l echipeze.

Astfel, la motoarele de puteri mici şi mijlocii, pompa de alimentare, filtrele şi echipamentul de injecţie sunt montate pe motor (fig.II.1.3.1.a). Instalaţia este prevăzută cu pompă de injecţie monobloc (înglobează elementele de refulare ale tuturor cilindrilor). Pompa de alimentare vehiculează debite de combustibil mult mai mari decât debitul de combustibil injectat pe ciclu. Surplusul de combustibil este colectat şi dirijat spre rezervor. Colectarea se poate face de la pompa de injecţie şi (sau) de la filtre. Majoritatea instalaţiilor se realizează cu colectarea surplusului de la pompa de injecţie, deoarece fluxul continuu de combustibil antrenează aerul, vaporii de combustibil şi impurităţile solide, împiedicând pătrunderea acestora în partea de înaltă presiune. În plus, se asigură şi răcirea pompei de injecţie în zona colectorului de alimentare.

La motoarele semirapide şi la cele lente se utilizează instalaţii cu pompe de injecţie separate pentru fiecare cilindru (pompe individuale) (fig.II.1.3.1.b). Dacă sistemul de injecţie trebuie să fie cât mai compact, pompa de injecţie şi injectorul formează un ansamblu unic (pompa injector 11), eliminându-se conducta de înaltă presiune (fig.II.1.3.1.c). În acest caz, este posibilă realizarea presiunii de injecţie peste 1.00 bar. Colectarea surplusului de combustibil se realizează prin intermediul supapei de retur 10, care asigură presiunea constantă a combustibilului în colectorul de alimentare al pompei de injecţie.

În cazul motoarelor navale lente, de puteri mari, trebuie asigurată funcţionarea atât cu motorină, cât şi cu combustibil greu (păcură). Pentru aceasta, înainte de pătrunderea în tancul de serviciu 1 (fig.II.1.3.1.d), combustibilul este supus unui proces de separare a impurităţilor solide şi a apei. Tancul este prevăzut cu o instalaţie de încălzire 14 (de regulă, cu abur). De asemenea, şi celelalte elemente ale părţii de joasă presiune (pompe, filtre, conducte) sunt prevăzute cu încălzire sau sunt izolate termic. Pompele de alimentare refulează combustibilul spre un preîncălzitor final 12. Viscozimetrul 13 reglează automat debitul de abur de încălzire în preîncălzitorul final şi deci temperatura combustibilului care traversează preîncălzitorul.

Prin urmare, viscozitatea combustibilului la intrarea în pompa de injecţie este cea prescrisă pentru pulverizarea fină în camera de ardere.

II.1.3.3. Pompele de alimentare cu combustibil şi de injecţie. Analiză funcţională, tipuri constructive, elemente componente

II.1.3.3.1. Pompa de alimentare cu combustibil

Rolul funcţional

Pentru asigurarea unei umpleri corespunzătoare a pompei de injecţie (carburatorului), în instalaţia de alimentare cu combustibil se prevede o pompă de alimentare care trebuie să furnizeze un debit de combustibil mai mare decât consumul orar de 15…30 ori la MAC şi de 3…5 ori la MAS.

Pentru realizarea acestor condiţii se folosesc mai multe tipuri de pompe de alimentare: cu piston, cu membrană, cu roţi dinţate, cu palete, cu şurub. Deoarece pompele de alimentare refulează un debit mult mai mare decât cel necesar, la pompele cu piston şi la cele cu membrană, cursa de refulare trebuie să fie elastică pentru a asigura autoreglarea. La celelalte tipuri de pompe se prevăd supape de preaplin care deviază debitul suplimentar de combustibil din circuitul principal în amontele pompei.

Pompa de alimentare cu piston

Pompele de alimentare cu piston se realizează în două variante: cu piston cu simplu efect şi cu piston cu dublu efect.

Pompa cu piston cu simplu efect (fig.II.1.8.2.b) este antrenată de arborele cu came 1 al pompei de injecţie, prin intermediul excentricului 2. Mişcarea este transmisă tachetului cu rolă 3, tijei împingătoare 4 şi, în final, pistonului 5, care este acţionat pe partea opusă de arcul 6.

În corpul 7 sunt montate supapele de aspiraţie 8 şi de refulare 9. Motorina este aspirată în spaţiul de aspiraţie A, prin supapa 8, în momentul în care pistonul 5 execută cursa de refulare, sub acţiunea arcului 6 (cu linie continuă – fig.II.1.3.2.b). În spaţiul de refulare R motorina pătrunde din spaţiul A, prin supapa 9, în momentul în care pistonul 5 este acţionat de către excentricul 2, tachetul 3 şi tija 4 (cursa cu linie întreruptă – fig.II.1.3.2.b).

Cursa pistonului 5, efectuată sub acţiunea arcului 6, foloseşte atât la refularea motorinei către pompa de injecţie, cât şi la umplerea cu motorină a spaţiului de aspiraţie A. Cursa pistonului efectuată sub acţiunea excentricului foloseşte numai la umplerea cu motorină a spaţiului de refulare R. Valoarea cursei de refulare a pistonului 5 este variabilă, ea depinzând de valoarea contrapresiunii din spaţiul de refulare R. Dacă valoarea contrapresiunii este ridicată, forţa creată de aceasta asupra pistonului reduce o parte din forţa arcului 6 şi, ca atare, pistonul execută numai o porţiune din cursa de refulare. Când forţa creată de contrapresiunea din spaţiul R învinge forţa arcului 6, pistonul 5 nu se mai deplasează în cursa de refulare şi, deci, debitul de motorină refulată către pompa de injecţie este nul.

Pompa de alimentare cu piston cu simplu efect asigură debite de 1-10 Kg/min şi presiuni de refulare de cca 2 bar. Debitul de motorină refulată se poate determina cu relaţia:

Qpa = 10-6(d2/4)snpv [Kg/min] (II.1.3.1) în care: d reprezintă diametrul pistonului [mm]; s – cursa pistonului imprimată de arc (se consideră egală cu cursa imprimată de excentric) în mm; np – turaţia pompei (excentricului), în rot/min; - densitatea motorinei [Kg/dm3]; v - randamentul volumetric (v=0,93…0,96 pentru pompele bine executate şi bine întreţinute).

Pompa cu piston cu dublu efect (fig.II.1.3.2.a) are caracteristic faptul că refularea motorinei către pompa de injecţie se produce în ambele curse ale pistonului 5. Astfel, la deplasarea pistonului sub acţiunea excentricului 2 (cursa cu linie întreruptă – fig.II.1.3.2.a) se deschide supapa de refulare 11, iar motorina din camera de acumulare C2 trece în spaţiul de refulare R şi de aici, către pompa de injecţie. În acelaşi timp, se deschide şi supapa de aspiraţie 8 şi motorina din spaţiul de aspiraţie A trece în camera de acumulare C1.

La deplasarea pistonului 5 sub acţiunea resortului 6 (cursa cu linie continuă – fig.II.1.3.2.a) se deschide supapa de refulare 10, permiţând trecerea motorinei din C1 în R. Concomitent se reumple C2

din A, prin deschiderea supapei de aspiraţie 9. Canalul 12 colectează scăpările de combustibil. Faptul că la pompa cu dublu efect ambele curse ale pistonului sunt active face ca debitul de motorină refulată către pompa de injecţie să fie dublu (2…20 Kg/min) faţă de pompa cu simplu efect, iar posibilitatea anulării acestuia în timpul funcţionării să nu apară niciodată. Aceasta determină creşterea presiunii motorinei în avalul pompei, la valori care-I impun limitarea; de regulă, limitarea se realizează la 3,5 bar, cu ajutorul unor supape montate pe traseul de joasă presiune, între pompa de alimentare şi pompa de injecţie.

Pompele de alimentare cu piston sunt prevăzute cu pompe manuale de amorsare care servesc la eliminarea aerului din instalaţia de alimentare cu combustibil. Pompele de amorsare funcţionează după schema de principiu din figura II.1.3.3. Pistonul 1 aspiră combustibilul din spaţiul de aspiraţie al pompei de alimentare prin supapa de aspiraţie 3, în momentul deplasării sale în cilindrul 2, în sensul săgeţilor cu linie întreruptă. Motorina este refulată, prin supapa 4, în spaţiul de refulare în momentul în care pistonul 1 se deplasează în sensul săgeţii cu linie continuă. După amorsare, pistonul 1 este înşurubat, prin porţiunea filetată 5, în orificiul corespunzător din corpul 2. Pompele de amorsare sunt dimensionate astfel încât să asigure un debit de circa 6 cm3/cursă.

Pompele de alimentare cu piston (cu simplu sau dublu efect) intră, în general, în componenţa instalaţiilor de alimentare cu combustibil a MAC-urilor rapide, de puteri mici şi mijlocii.

Pompa de alimentare cu membrană

În cazul MAS-urilor, pentru deplasarea benzinei din rezervor spre filtre şi carburator, se utilizează cu precădere, pompe de alimentare cu membrană. Aceste pompe asigură debite de 3…5 ori mai mari decât consumul orar al motorului şi presiuni de refulare de 1…3bar.

Pompele de alimentare cu membrană prezintă ca element principal de lucru membrana 1 (fig.II.1.3.4). Porţiunea centrală a membranei este fixată rigid de tija 4 prin intermediul talerelor 5 şi a piuliţei 11. Porţiunea extremă a membranei este fixată între flanşele corpului 3 şi capacul 2 ale pompei. În capacul 2 sunt prevăzute supapele de aspiraţie 7 şi de refulare 8, iar în corpul 3 pârghia de acţionare 9 şi arcul elicoidal cilindric 6. Cursa de aspiraţie (cu linie întreruptă din fig.II.1.3.4) are loc în momentul în care excentricul 10, prezent pe arborele cu came al motorului, acţionează pârghia 9. În acest timp, arcul 6 este comprimat. Depresiunea creată de deplasarea membranei determină deschiderea supapei de aspiraţie şi trecerea benzinei în camera de acumulare C. Cursa inversă a membranei se datorează destinderii arcului 6, ca urmare a eliberării pârghiei 9 de acţiunea excentricului 10. Se realizează astfel micşorarea volumului spaţiului C şi, deci, creşterea presiunii benzinei acumulate aici. Valoarea crescută a presiunii determină deschiderea supapei de refulare şi debitarea benzinei către filtre şi carburator. Arcul 12 serveşte la menţinerea contactului între pârghia 9 şi excentricul 10, iar prin orificiul 13 practicat în corpul pompei se exercită presiunea atmosferică pe suprafaţa interioară a membranei.

Debitul refulat de pompa de alimentare cu membrană se calculează cu relaţia:

Qpa=106(L/4)[d2+(D-d)s/3]nPV [Kg/min.] (II.1.3.2)

în care : D este diametrul nominal (de încastrare) al membranei (fig.II.1.3.5), în mm; d – diametrul talerului, în mm; s – cursa membranei, în mm ; nP – turaţia excentricului, în rot/min; - densitatea combustibilului, în Kg/dm3 şi V – randamentul volumetric al pompei.

Pompa de alimentare cu roţi dinţate

Pompele de alimentare cu roţi dinţate se utilizează în instalaţiile de alimentare cu combustibil ale MAC de puteri mari şi foarte mari. Pompele asigură debite de 70…500 Kg/min şi presiuni de refulare de circa 5 bar. Pentru reglarea presiunii combustibilului la valori care să nu deterioreze filtrele, precum şi pentru menţinerea unei presiuni constante în faţa filtrelor, pompele cu roţi dinţate sunt prevăzute cu supape de descărcare de presiune constantă.

Schema de principiu a pompei de alimentare cu roţi dinţate este prezentată în figura II.1.3.6.a. Angrenajul, format din roata conducătoare 2 şi roata condusă 3, este pus în mişcare de arborele cu came al motorului sau de către un electromotor. În corpul 1 sunt practicate canale prin care se realizează aspiraţia şi refularea combustibilului.

Supapa de siguranţă, formată din bila 4 şi arcul 5, asigură comunicaţia între aceste canale. Din spaţiul de aspiraţie A, combustibilul este preluat de ambele roţi în spaţiile formate de fiecare pereche de dinţi consecutivi şi transportat pe la periferia roţilor în spaţiul de refulare R. Valoarea constantă a acestui spaţiu face ca presiunea locală să crească în timpul funcţionării datorită transportului continuu de combustibil prin

golurile dintre dinţii celor două roţi dinţate. Dacă valoarea presiunii combustibilului depăşeşte o anumită limită, dinainte reglată, atunci se deschide supapa 4, care permite accesul surplusului de combustibil în spaţiul de aspiraţie A. Capacul 6 serveşte la reglarea valorii presiunii de refulare prin intermediul şaibelor de reglaj 7.

Debitul de combustibil refulat de pompa cu roţi dinţate, în ipoteza că volumul golului dintre dinţi este egal cu volumul dintelui, se determină cu relaţia:

Qpa=2,25.10-6. DdmBnpv [Kg/min] (II.1.3.3)

în care: Dd reprezintă diametrul de divizare al roţilor dinţate (fig.II.1.3.6.b), în mm; m – modulul roţilor dinţate, în mm; B – lăţimea dintelui, în mm; np – turaţia pompei, în rot/min; - densitatea motorinei, în kg/dm3 şi v – randamentul volumetric al pompei (50…74%).

Pompa de alimentare cu palete

Pompele de alimentare cu palete asigură transferul combustibilului spre echipamentul de injecţie în cazul MAC de puteri mijlocii şi mari. Pompele cu palete asigură debite de combustibil de 10…100 kg/min şi presiuni de refulare de circa 5bar.

Construcţia de principiu a pompei cu palete este prezentată în figura II.1.3.7. Rotorul 2 este montat excentric, cu excentricitatea e, în carcasa 1. În timpul funcţionării paletele (plăcuţele) 3 se deplasează radial în canalele practicate în rotor şi, datorită faptului că asupra lor se exercită o forţă centrifugă, rămân în permanenţă în contact cu suprafaţa interioară a carcasei 1. Depresiunea creată la creşterea volumului dintre două palete consecutive şi carcasă, în zona orificiului de aspiraţie A, determină procesul de aspiraţie a combustibilului în pompă. Scăderea aceluiaşi volum, în zona orificiului de refulare R, determină creşterea presiunii combustibilului şi refularea acestuia către pompa de injecţie.

Debitul de combustibil refulat de pompa cu palete se determină cu relaţia:

Qpa = 2.10-6eB(D - i)npv [Kg/min] (II.1.3.4)

în care: e este excentricitatea, în mm; B – lăţimea paletei, în mm; D – diametrul interior al carcasei, în mm; i – numărul de palete; - grosimea paletei, în mm; np – turaţia rotorului, în r.p.m.; - densitatea combustibilului, în Kg/dm3 şi v – randamentul volumetric.

Pompa de alimentare cu şurub

Pompele de alimentare cu şurub sunt utilizate pentru vehicularea lichidelor vâscoase (combustibilul greu). Se utilizează pompe cu şurub al căror debit nu depăşeşte 4000…6000 Kg/min, iar presiunea până la 10…12 bar.

Aceste pompe funcţionează tot după principiul dislocării fluidului din spaţiul dintre rotoare şi carcasă. Spre deosebire de pompele cu roţi dinţate, mişcarea principală a combustibilului se realizează în direcţie paralelă cu axele de rotaţie (fig.II.1.3.8).

Combustibilul din spaţiul de aspiraţie A este preluat de roata conducătoare 1 şi roata condusă 2 în spaţiile dintre doi dinţi consecutivi şi carcasa 3. El este transportat pe la periferia roţilor spre spaţiul de refulare R. Sincronismul rotoarelor, în cazul utilizării de numere egale de dinţi, este asigurat prin roţi dinţate obişnuite suplimentare 4.

Dinţii rotoarelor în secţiune frontală se profilează după o angrenare elicoidală punctiformă (fig.II.1.3.9.).

Debitul acestor pompe scade mult cu creşterea rezistenţei hidraulice pe traseul de aspiraţie. Valoarea debitului poate fi determinată cu ajutorul relaţiei:

Qpa = 106(A1+A2)B1Z1n1v [Kg/min], (II.1.3.5)

Unde : A1 este suprafaţa golului dintre dinţii consecutivi în secţiunea transversală a rotorului conducător, în mm2 (fig. II.1.3.9); A2 – suprafaţa golului dintre dinţii consecutivi în secţiunea transversală a rotorului condus, în mm2 (fig.II.1.3.9); B – lăţimea dintelui rotorului conducător, în mm; Z1 – numărul de dinţi ai rotorului conducător; n1 – turaţia rotorului conducător, în rot/min; v – randamentul volumetric al pompei şi - densitatea combustibilului, în Kg/dm3.

Pompele cu şurub au gabarit şi masă redusă randament înalt (până la 85%), funcţionează fără vibraţii şi zgomot, având înălţimea de aspiraţie suficient de mare. Principalele neajunsuri ale acestor pompe constau în construcţia lor complexă şi, din această cauză, costul lor este ridicat în comparaţie cu cel al pompelor cu roţi dinţate.

Pompa de transfer combustibil

În subsistemul de transfer combustibil se utilizează cu precădere pompe cu roţi dinţate sau pompe cu şurub. Debitul pompei de transfer trebuie să fie astfel stabilit încât aceasta să asigure vehicularea combustibilului din tancurile de depozitare în tancurile de serviciu sau de decantare pe durata a tr1 = 2…4 ore. Totodată, debitul pompei de transfer trebuie să asigure umplerea tancului de consum al motorului principal în decurs de tr2 = 1…2 ore. Deci:

Qptr = Vrez / I tr1 24 ce Pe /tr2 [m3/h] (II.1.3.6)

unde: Vrez [m3] este volumul rezervorului de serviciu; i – numărul de pompe care lucrează simultan pentru transferul combustibilului; ce [kg/kWh] – consumul specific efectiv de combustibil al MP; Pe [kW] - puterea efectivă a MP; [kg/m3] - densitatea combustibilului.

La instalaţiile de alimentare cu combustibil ale navelor comerciale, debitul specific al pompelor de transfer este situat în domeniul 2…5 l/kWh; limita inferioară se referă la instalaţiile de putere mică. Presiunea pe care trebuie să o dezvolte pompa variază între limitele 2,5…5,0 bar, în funcţie de condiţiile ei de funcţionare. La instalaţiile la care se prevede o pompă de transfer numai pentru motorină, debitul acesteia trebuie să asigure transvazarea volumului de combustibil pe care îl consumă motorul în patru ore, în timp de tr2 = 0,2…0,5 ore , la o presiune de 2…4 bar.

II.1.3.3.2. Pompa de injecţie

Rolul funcţional

Pompele de injecţie care intră în componenţa echipamentelor de injecţie au un rol complex şi variat. În primul rând, pentru obţinerea unor caracteristici optime ale jetului de combustibil injectat în cilindrul motorului, pompele de injecţie trebuie să dezvolte presiuni de refulare (injecţie) foarte mari (300…1100 bar şi uneori mai mari – de exemplu, la pompele-injector). În al doilea rând, pompele de injecţie trebuie să permită dozarea cantităţii de combustibil pe ciclu în concordanţă cu regimul de funcţionare, asigurând totodată şi uniformitatea dozei de combustibil la toţi cilindrii motoarelor policilindrice. În al treilea rând, pompele de injecţie trebuie să asigure avansul la injecţie optim, limitarea duratei injecţiei şi caracteristica de injecţie optimă. De asemenea, pompele de injecţie trebuie să fie fiabile, durabile, să aibă construcţie simplă, cost scăzut şi o exploatare cât mai simplă.

Problema esenţială a pompelor de injecţie o constituie realizarea presiunilor mari de injecţie, solicitate de necesitatea pulverizării fine a combustibilului. Aceste presiuni pot fi asigurate numai de către pompele cu piston. Pentru aceste valori ale presiunii de injecţie (sute de bar), apar însă probleme deosebite în legătură cu precizia de execuţie a pistonului şi cilindrului pompei, precum şi cu etanşarea acestui cuplu de piese faţă de mediul exterior. Singura modalitate de etanşare eficientă o constituie reducerea jocului dintre pistonul şi cilindrul pompei la valori de 1,5…3 m şi practicarea unei execuţii cu lungimea pistonului sporită în raport cu diametrul său. Aceasta presupune operaţii de rectificare fină, cu abateri de formă (de la calitatea prelucrării suprafeţelor şi de la poziţia lor reciprocă) extrem de strânse, precum şi operaţii de rodare şi de “împerechere” a pistonului cu cilindrul, care devin astfel cu regim interzis de interschimbabilitate.

Principiul de funcţionare

Schema de principiu a unei pompe de injecţie cu piston este prezentată în figura II.1.3.10.a. Elementul de pompare se compune din cilindrul 1 şi pistonul 2. Combustibilul este aspirat, prin supapa de aspiraţie 3, în spaţiul C, în momentul în care pistonul se deplasează în cursa de aspiraţie sub acţiunea arcului 4. Deplasarea pistonului în cursa de refulare are loc sub acţiunea camei 5 şi a tachetului 6. Combustibilul din spaţiul C este comprimat şi refulat la presiuni de sute de bari către spaţiul R, prin supapa de refulare 7.

Se constată deci că, pentru realizarea procesului de injecţie, pistonul pompei efectuează o cursă de aspiraţie şi una de refulare. Antrenarea pistonului în cursa de refulare se face rigid, prin camă profilată. Aceasta prezintă ca avantaj principal posibilitatea alegerii legii de mişcare a pistonului, astfel încât să se asigure caracteristica de injecţie optimă şi să fie satisfăcute condiţiile unei bune pulverizări a combustibilului. Din acest motiv, antrenarea pistonului cu camă profilată are, în prezent, o răspândire aproape generală. Antrenarea pistonului în cursa de refulare se poate face şi elastic, prin arc. La antrenarea elastică însă, legea de deplasare a pistonului nu poate fi controlată; în schimb, procesul de injecţie este scos de sub influenţa turaţiei, ceea ce favorizează pulverizarea şi uniformitatea dozelor de combustibil injectat la turaţii reduse. Antrenarea elastică a pistonului este specifică doar echipamentelor de injecţie cu acumulare.

Mărimea dozei refulate se stabileşte în concordanţă cu necesităţile regimului de funcţionare al motorului, prin fracţionarea cursei de refulare a pistonului într-o cursă utilă su, variabilă (fig.II.1.3.10.b), şi, cel mai des, în două curse moarte sm1 şi sm2, una fixă şi cealaltă variabilă sau ambele variabile. Cursa utilă su se plasează, de obicei, în porţiunea de viteză maximă a pistonului (fig.II.1.3.10.b).

În forma prezentată în figura II.1.3.10.a, pompa de injecţie cu piston refulează în spaţiul R întreaga cantitate de combustibil aspirată în spaţiul C. Pentru corelarea dozei de combustibil refulată cu regimul de funcţionare al motorului, fie se comandă din exterior secţiunea de curgere a, fie se utilizează o camă cu profil variabil deplasabilă axial.

Clasificarea pompelor de injecţie

Din punct de vedere constructiv, pompele de injecţie se împart în două grupe: a) cu cursă constantă şi b) cu cursă variabilă. La rândul lor, pompele de injecţie cu cursa constantă a pistonului pot fi: 1) cu supape şi 2) cu piston sertar.

În figura II.1.3.11.a este prezentată schema pompei cu supape, având cursa pistonului constantă. În figura II.1.3.11.b este prezentată schema pompei de injecţie tot cu cursa pistonului constantă, însă aceasta este cu piston sertar de tip rotitor. Pompa de injecţie având cursa pistonului reglabilă este prezentată în figura II.1.3.11.c.

Componenţa şi funcţionarea pompelor de injecţie menţionate este următoarea: prin rotirea camei 9 se acţionează rola 8 şi tachetul 7, care determină deplasarea pistonului 2 şi presarea combustibilului din cilindrul 1. Prin supapa de refulare 4, combustibilul presat la nivelul presiunii de injecţie este trimis către injector. În cazul pompei de injecţie din figura II.1.3.11.a, refularea se întrerupe în momentul în care se deschide supapa de refulare 5, acţionată prin dispozitivul de reglare 10.

Datorită energiei potenţiale de deformaţie a arcului 6, pistonul 2 efectuează cursa de umplere; combustibilul pătrunde în cilindrul pompei prin supapa de aspiraţie 3 (fig. II.1.3.11.a şi c). La pompa cu piston-sertar (fig.II.1.3.11.b), lipseşte supapa de aspiraţie 3, iar reglarea cantităţii de combustibil refulat se face prin rotirea pistonului 2. La pompa din figura II.1.3.11.c, reglarea se face prin deplasarea axială a camei 9.

În cazul pompelor de injecţie din figura II.1.3.11.a şi b, se refulează numai o fracţiune din cantitatea de combustibil aspirată în cilindrul 1. Acestea sunt pompe cu aspiraţie invariabilă şi descărcare parţială. Ele prezintă ca principal avantaj refularea combustibilului la viteze mari ale pistonului. În acest sens, cursa utilă su (fig.II.1.3.10.b) se plasează între cursele moarte sm1 şi sm2, unde vitezele sunt reduse.

Pompa din figura II.1.3.11.c este de tipul cu aspiraţie variabilă şi descărcare totală. După acest principiu de reglare este construită şi pompa cu element unic de refulare şi distribuitor rotativ, răspândită în prezent la MAC-urile cu turaţii înalte, utilizate în tracţiunea rutieră. La aceste pompe, doza de combustibil corespunzătoare fiecărui regim de funcţionare a motorului se aspiră integral în spaţiul de aspiraţie, după care este refulată în totalitate către injector.

O clasificare completă a pompelor de injecţie este prezentată în tabelul II.1.3.1.

Tabelul II.1.3.1 Clasificarea pompelor de injecţie cu piston

Criteriul de clasificare

Posibilităţi de realizare Exemple constructive

1. Metoda de reglare a dozei de combustibil

1.1. Prin aspiraţie invariabilă şi refulare parţială

1.1.1. Prin supa-pă comandată

a. Pompe cu supapă care comandă sfârşitul injecţiei (Dekkel)

1.1.2. Prin lami-nare

b. Pompe cu supapă de by-pass-are a refulării (fără aplicaţie

1.1.3. Prin ser-tar c. Pompe cu piston sertar şi supapă de aspiraţied. Pompe cu piston sertar fără supapă de aspiraţie

1.2. Prin aspiraţie variabilă şi refulare totală

1.2.1. Prin vari-aţia cursei pisto-nului

e. Pompe cu camă cu profil variabilf. Pompe cu camă cu profil constant şi culbutor cu punct de oscilaţie variabil

1.2.2. Prin lami-narea variabilă a aspiraţiei

g. Pompe cu distribuitor rotativ

2. Modul de plasare a camelor de injecţie

2.1. Pe arborele cu came propriu h. Pompe în liniei. Pompe cu distribuitor rotativ

2.2. Pe arborele de distribuţie al motorului

j. Pompe individualek. Pompe injector

3. Modul de de-servire a cilindri-lor motorului

3.1. Fiecare cilindru este deservit de câte un element de refulare

l. Pompe individualem. Pompe în linien. Pompe injector

3.2. Toţi cilindrii motorului sunt deserviţi de acelaşi element de refulare

o. Pompe cu distribuitor rotativ

Au răspândirea cea mai mare: pompele în linie, individuale şi pompele-injector sunt pompe cu piston-sertar.

Cele mai răspândite sunt pompele cu piston-sertar, cu sau fără arbore cu came propriu. Pompele din prima categorie sunt formate dintr-un număr de elemente de refulare, egal cu numărul de cilindri ai motorului, unite într-un bloc unic; acţionarea elementelor de refulare se efectuează prin intermediul unui arbore cu came comun, cuprins în corpul pompei. Dispunerea elementelor de refulare în lungul arborelui cu came a consacrat acestor pompe denumirea de pompe de injecţie în linie sau pompe de injecţie monobloc.

Pompele din categoria a doua sunt constituite, în general, din câte un element de refulare destinat fiecărui cilindru al motorului. Elementul de refulare este realizat deci sub forma unei pompe de injecţie individuale şi este acţionat prin intermediul unei came de injecţie plasată, de regulă, pe arborele de distribuţie al motorului. Există şi construcţii de pompe fără arbore cu came propriu (pentru unele MAC-uri răcite cu aer, de cilindree mică şi turaţie ridicată) la care două, trei şi, mai rar, patru elemente de refulare sunt unite într-un bloc unic.

În categoria pompelor individuale intră şi pompele-injector, construcţii care unesc în acelaşi ansamblu şi pompa de injecţie şi injectorul, eliminându-se astfel conducta de înaltă presiune – sursă permanentă de fenomene care perturbă desfăşurarea normală a procesului de injecţie.

Pompa de injecţie cu piston-sertar

Datorită avantajelor însemnate pe care le prezintă:a) asigurarea începutului şi sfârşitului procesului de injecţie la viteze mari ale

pistonului-sertar (presiuni mari de injecţie);b) posibilitatea reglării dozei de combustibil injectate prin simpla rotire a

pistonului în cilindru;c) construcţie simplă;d) siguranţă sporită în funcţionare;e) deservire uşoară.

pompele de injecţie cu piston-sertar au astăzi o răspândire aproape generală.Pompa de injecţie cu piston-sertar funcţionează astfel: cilindrul se umple cu

combustibil la sfârşitul cursei descendente, când pistonul descoperă orificiile de alimentare (fig.II.1.3.12.a şi b). La începutul cursei ascendente, pompa nu refulează, deoarece, iniţial, orificiile de alimentare sunt deschise (fig. II.1.3.12.c). După ce pistonul a acoperit cu partea sa superioară orificiile de alimentare (cursa h1 – preliminară), pistonul continuă să urce, presând combustibilul (fig.II.1.3.12.d şi e), cursa numindu-se de “comprimare” (cursa h2). Când presiunea din cilindru învinge tensiunea resortului supapei de refulare, combustibilul este trimis spre injector (fig.II.1.3.12.f), cursa numindu-se cursa activă (de refulare) h3. Ea durează până în momentul în care marginea elicoidală a pistonului deschide orificiile de alimentare (fig.II.1.3.12.g) şi combustibilul este trimis prin aceste orificii înapoi, în partea de joasă presiune. De acum şi până când pistonul ajunge în PMI are loc a doua cursă moartă h4.

Reglarea dozei de combustibil injectate se realizează prin rotirea pistonului-sertar în jurul propriei axe. Ca urmare, dacă în plină sarcină, lungimea rampei elicoidale este maximă

şi pistonul refulează doza maximă (fig.II.1.3.12.a), la rotirea pistonului-sertar, cursa utilă a pistonului se micşorează datorită reducerii înălţimii rampei elicoidale în dreptul orificiilor de alimentare (fig.II.1.3.12.b şi c). Cursa utilă se anulează şi pompa nu refulează atunci când canalul pistonului-sertar vine în dreptul orificiilor de alimentare, asigurând legătura permanentă dintre cilindrul pompei şi aceste orificii.

Referitor la reglarea dozei de combustibil injectate în cilindrul motorului, trebuie

menţionat că acest reglaj poate fi realizat modificând fie momentul sfârşitului injecţiei, fie momentul începutului injecţiei, fie ambele momente (reglajul combinat). În primul caz (fig. II.1.3.14.a), începutul injecţiei (punctul A) rămâne constant indiferent de regimul de funcţionare al motorului. Sfârşitul injecţiei (punctele B1, B2, B3) poate fi modificat şi, prin aceasta se modifică şi cursa de refulare a pompei. Acest procedeu de reglare este folosit, în general, la MAC-uri care funcţionează la turaţie constantă (motoare auxiliare sau motoare principale cuplate cu EPR).

În cazul în care se modifică începutul injecţiei (figura II.1.3.14.b), injecţia va începe în A1, A2, sau A3, în timp ce sfârşitul injecţiei (punctul B) rămâne constant. Acest procedeu se utilizează, cu precădere, la motoarele principale cuplate direct cu propulsorul de tip EPF, la care variaţia sarcinii se realizează concomitent cu variaţia turaţiei.

La procedeul de reglaj combinat (fig.II.1.3.14.c), se modifică atât începutul injecţiei (punctele A1, A2, A3), cât şi sfârşitul injecţiei (punctele B1, B2, B3). Acest procedeu se aplică la MAC-uri cu domenii mari de variaţie atât a turaţiei, cât şi a puterii.

Procedeul de reglaj utilizat are influenţă asupra desfăşurării procesului de ardere şi a economicităţii motorului. Astfel, dacă nu se modifică sfârşitul injecţiei, atunci la turaţii reduse, arderea se prelungeşte în destindere, mărind pierderile termice. Dacă se menţine constant începutul injecţiei, atunci la turaţii reduse creşte durata avansului la injecţie, ceea ce duce la creşterea rapidă a presiunii fluidului motor, înainte ca pistonul să ajungă în pmi.

Refularea combustibilului se realizează prin intermediul unei supape care întrerupe legătura dintre conducta de înaltă presiune şi cilindrul pompei de injecţie, în intervalul dintre două curse utile. Când cursa de refulare încetează, supapa se aşează pe scaun sub acţiunea resortului propriu, împiedicând aspiraţia combustibilului din conducta de înaltă presiune, ceea ce ar face imposibilă reluarea injecţiei.

Supapa de refulare îndeplineşte şi o a doua funcţiune: descarcă conducta de înaltă presiune de presiunile reziduale înalte, dar, în special, asigură întreruperea bruscă a injecţiei, ameliorând astfel fenomenul de picurare.

Conform tipizării Bosch, producătoare de echipament de injecţie tipizat din anul 1927, pompele de injecţie se împart convenţional în mai multe mărimi, diferenţiate prin valoarea cursei de refulare a pistonului-sertar (înălţimea de ridicare pe cama de injecţie). Mărimea pompei se identifică printr-un simbol literal, care se include în simbolul general al pompei. De regulă, simbolul mărimii se plasează între simbolul prin care se identifică numărul secţiunilor de pompare şi cel care exprimă valoarea diametrului pistonului-sertar. De exemplu, pompa de injecţie cu simbolul general PFR 1 K 65 A 33212 este o pompă de injecţie de mărime K (cursa de refulare a pistonului este de 7 mm), cu o singură secţiune de pompare şi cu valoarea diametrului pistonului-sertar de 6,5 mm.

Pompele de injecţie de o anumită mărime pot fi realizate în mai multe variante constructive, executându-se pistoane cu diametre diferite, tipizate. În acest fel, se obţine o plajă întinsă de valori pentru debitul de combustibil refulat, reuşindu-se, cu aceeaşi mărime de pompă, să se deservească o gamă diversă de motoare.

Mărimea pompei de injecţie se alege în funcţie de parametrii constructivi şi funcţionali ai motorului pe care aceasta urmează să-l echipeze, utilizând nomograme oferite de firmele constructoare: Bosch, Bryce-Berger, l’Orange, Friedman-Maier, Yanmar, WZM (Delta), MOTORPAL, MEFIN-Sinaia etc. Pentru utilizarea nomogramelor este necesară şi cunoaşterea valorii cantităţii de combustibil injectat pe ciclu (teoretic, egală cu doza refulată de elementul de pompare în timpul cursei utile). Aceasta se poate determina cu relaţia:

QI = 103.Pe.ce/(inp60) [mm3/cursă] (II.1.3.7)

în care Pe este puterea efectivă a motorului, în kW; ce – consumul specific de combustibil, în g/kWh; i – numărul de cilindri ai motorului; np – turaţia axului cu came al pompei de injecţie, în rot/min şi - densitatea combustibilului, în kg/dm3.

II.1.3.4. Injectorul. Tipuri constructive, elemente componente, domenii de utilizare. Filtre de combustibil.

Injectorul

Injectorul este un element component al echipamentului de injecţie, cu rol de introducere a combustibilului în cilindrul motorului, de pulverizare fină a acestuia şi de distribuire uniformă a picăturilor de combustibil în camera de ardere.

Partea principală a injectorului o constituie pulverizatorul, în care sunt practicate unul sau mai multe orificii calibrate de pulverizare, cu diametre de ordinul zecimilor de milimetru. Ca atare, pulverizarea fină a combustibilului depinde de construcţia pulverizatorului, dar şi de mişcarea organizată a aerului în camera de ardere.

După cum orificiul de pulverizare este controlat sau nu de către o supapă (în general, în formă de ac), injectoarele se împart în:

a) injectoare deschise;b) injectoare închise.

În cazul injectoarelor închise, în funcţie de modul în care se realizează deschiderea supapei, se deosebesc:

a) injectoare hidraulice (comanda se realizează prin intermediul combustibilului care urmează să fie injectat);

b) injectoare mecanice (comanda se realizează cu ajutorul unor came şi a unui sistem de pârghii);

c) injectoare electromagnetice (comanda se realizează prin impulsuri electrice).

II.1.3.4.1. Injectorul de tip deschis

La unele motoare de puteri mici se utilizează injectoare de tip deschis. Din punct de vedere constructiv şi funcţional, injectorul deschis este cel mai simplu (fig.II.1.3.15). Acesta este format din corpul injectorului 1, pulverizatorul 2 şi piuliţa 3, prin care pulverizatorul se asamblează cu corpul injectorului.

Corpul injectorului este prevăzut cu un racord 4 de legătură cu conducta de înaltă presiune şi o canalizaţie interioară 5 prin care combustibilul ajunge la orificiul (orificiile) 6 de

pulverizare. La trecerea combustibilului prin orificiul (orificiile) de pulverizare apar rezistenţe hidraulice importante, datorită diametrului mic al acestuia (acestora), ceea ce determină pulverizarea combustibilului.

Avantajele injectorului deschis sunt următoarele:a) construcţie simplă (tehnologic uşor de realizat),b) fiabilitate şi durabilitate sporite în exploatare (lipsesc piese în mişcare care

constituie principala cauză a uzurilor şi defecţiunilor care apar în timpul funcţionării);

c) posibilitatea eliminării aerului care pătrunde în conducta de înaltă presiune.Injectorul deschis are o răspândire restrânsă, datorită dezavantajelor pe care le

prezintă:a) injecţia începe la presiuni foarte mici, din care cauză pulverizarea şi penetraţia

jetului de combustibil sunt nesatisfăcătoare, ceea ce duce la mărirea întârzierii la autoaprindere (motorul funcţionează brutal);

b) sfârşitul injecţiei are loc, de asemenea, la presiuni foarte mici şi nu poate fi controlat (fineţea pulverizării şi penetraţia jetului sunt nesatisfăcătoare, astfel că ultimele fracţiuni de combustibil injectat ard insuficient);

c) după terminarea procesului de injecţie, combustibilul din canalizaţia interioară continuă să picure în cilindrul motorului, înrăutăţind considerabil condiţiile de ardere şi înlesnind formarea de calamină, care poate obtura orificiul de pulverizare;

d) gazele fierbinţi din cilindrul motorului ridică temperatura pulverizatorului, având consecinţe nefavorabile asupra durabilităţii acestuia.

Utilizarea injectoarelor deschise dă rezultate satisfăcătoare în cazul injecţiei de benzină (în colectorul sau galeria de admisie) sau al ansamblului pompă-injector. În acest din urmă caz, efectul de picurare este înlăturat prin montarea unei supape de reţinere.

II.1.3.4.2. Injectorul de tip închis

Injectorul de tip închis are orificiul (orificiile) de pulverizare controlat (e) de un arc, menţinut în poziţia închis cu ajutorul unui arc elicoidal.

Injectoarele închise cu comandă hidraulică a acului pulverizatorului au construcţia clasică prezentată în figura II.1.3.16. Corpul 1 este asamblat cu pulverizatorul 2 prin intermediul piuliţei speciale 3. În corpul pulverizatorului se introduce acul 4, menţinut pe sediu de tija 5 şi arcul elicoidal cilindric 6. Tensiunea arcului este reglabilă. În acest sens, se utilizează şurubul de reglare 7, care se deplasează în piesa 8 şi se fixează cu contrapiuliţa 9. Accesul la şurubul de reglare este posibil prin îndepărtarea capacului 10.

Motorina este introdusă în injector prin racordul 13 (la care se leagă conducta de înaltă presiune); acest racord poate conţine şi un filtru preventiv capabil să reţină impurităţile din conducta de înaltă presiune.

Orificiile a şi b, prelucrate în corpul injectorului şi în corpul pulverizatorului servesc la dirijarea combustibilului către orificiile de pulverizare p. Corespondenţa dintre orificiul a şi orificiul b se asigură fie cu ajutorul unui canal circular c, fie cu ajutorul unor ştifturi.

Ridicarea acului de pe scaunul prelucrat în corpul pulverizatorului are loc sub acţiunea forţei dezvoltate de presiunea combustibilului din camera q a pulverizatorului asupra porţiunii tronconice a acului, rezultată prin prelucrarea acestuia cu diametre diferite. Acul este ridicat de pe sediu atunci când forţa de presiune învinge tensiunea arcului elicoidal cilindric, moment ce coincide cu începutul injecţiei combustibilului în cilindrul motorului. După ce combustibilul începe să pătrundă în cilindru, presiunea în camera pulverizatorului scade; când forţa de presiune devine mai mică decât tensiunea arcului, acul se aşează pe scaunul conic – moment ce coincide cu sfârşitul injecţiei. Durata injecţiei este determinată, aşadar, de intervalul de timp dintre deschiderea şi închiderea acului pulverizatorului.

Etanşarea acului la presiunile mari din camera pulverizatorului se asigură prin prelucrarea cu precizie deosebită a alezajului din pulverizator şi a acului, pe lungimea corespunzătoare porţiunii de diametru mare. Astfel, jocul cuplului pulverizator-ac pe această porţiune este de cca. 1,5…3m. Cu toate acestea, prin jocul respectiv au loc scăpări de combustibil. După ce asigură ungerea suprafeţelor în contact, scăpările de combustibil sunt dirijate către racordul 11 prin orificiul axial practicat în şurubul 7 (fig.II.1.3.16).

Etanşarea în zona de aşezare a suprafeţelor plane ale pulverizatorului şi corpului injectorului se asigură prin prelucrarea acestora cu valori strânse ale abaterilor de formă (planeitate sub 1m) şi de la calitatea prelucrării suprafeţei (rugozitate sub 0,1m). Etanşarea pe suprafaţa de aşezare a capacului 10 se face cu ajutorul garniturii din cupru 12. O garnitură din cupru sau tablă de oţel se utilizează şi pentru fixarea tubulaturii de înaltă presiune în racordul 13.

De regulă, corpul injectorului se montează în chiulasă într-o poziţie univocă, deoarece orificiile pulverizatorului trebuie să orienteze jetul de combustibil după direcţii determinate de cerinţele procesului de formare a amestecului. Fixarea în locaşul din chiulasă se realizează după mai multe metode: prin intermediul unor flanşe şi prezoane; prin intermediul unor bride; prin înfiletare direct în chiulasă; prin înfiletare prin intermediul unei piuliţe speciale.

Pulverizatorul injectoarelor închise comportă două piese: corpul 2 şi acul 4 (fig.II.1.3.16). Vârful acului pulverizatorului poate fi:

a) conic;b) cu ştift.Când acul este prevăzut cu vârf conic, în

corpul pulverizatorului se prelucrează punga P, din care combustibilul este pulverizat prin unul sau mai multe orificii de pulverizare p (fig.II.1.3.17.a şi b). În cazul existenţei unui singur orificiu de pulverizare (fig.II.1.3.17.a), acesta se execută, de regulă, înclinat. Valorile optime ale diametrului şi unghiului de înclinare ale orificiului de pulverizare se stabilesc în concordanţă cu procedeul de formare a amestecului. Vârful pulverizatorului cu un singur orificiu se execută conic (fig.II.1.3.17.a). În cazul existenţei mai multor orificii de pulverizare (fig.II.1.3.17.b), vârful corpului pulverizatorului are formă de bulb, iar orificiile ase dispun echidistant pe suprafaţa laterală a unui con imaginar, numit con de pulverizare. Unghiul acestuia şi diametrul orificiilor constituie parametri care se optimizează cu ocazia stabilirii soluţiei energetice a MAC-ului. De asemenea, se optimizează şi lungimea orificiilor, parametru care influenţează penetraţia jetului de combustibil.

Când acul este prevăzut cu ştift, în corpul pulverizatorului se execută un singur orificiu de pulverizare dispus central (fig.II.1.3.17.c şi d). Dacă ştiftul este cilindric, rolul lui principal este de a curăţi orificiul de pulverizare de depunerile carbonoase (fig.II.1.3.17.e). Dacă ştiftul este tronconic (fig.II.1.3.17.c) sau dublu tronconic (fig.II.1.3.17.d), la acţiunea de autocurăţire se adaugă şi efectul de dispersie a jetului (particulele de combustibil se lovesc de ultima suprafaţă conică a ştiftului, formând o pânză conică.

Secţiunea de curgere variază proporţional cu înălţimea de ridicare a acului. În cazul pulverizatoarelor cu ştift, secţiunea de curgere creşte lent la începutul ridicării acului, datorită prezenţei ştiftului conic sau dublu tronconic. Ca urmare, la începutul injecţiei se introduce o fracţiune mică din doza pe ciclu, doza principală introducându-se ulterior. Această particularitate este convenabilă pentru limitarea mersului brutal al motorului.

În acelaşi scop se utilizează şi pulverizatoarele denumite Pinteaux (fig.II.1.3.17.e), care permit realizarea injecţiei pilot de combustibil. Acestea au prelucrat sub scaunul conic din corpul pulverizatorului un orificiu lateral, înclinat. Ştiftul cilindric formează cu orificiul principal de pulverizare un ajustaj cu joc foarte mic (cca. 0,003mm). La ridicarea acului, atâta timp cât porţiunea cilindrică a ştiftului (cea care formează ajustajul) nu deschide orificiul de pulverizare, combustibilul curge numai prin orificiul lateral, jetul fiind îndreptat către centrul camerei de ardere; se produce injecţia pilot. Ulterior, când acul deschide orificiul de pulverizare, se produce injecţia dozei principale. Raportul dintre doza injectată prin orificiul lateral şi doza principală variază în funcţie de regimul de funcţionare al motorului. Injectoarele Pinteaux asigură pornirea uşoară a motorului; se utilizează pe motoare cu camere de ardere de mare turbulenţă.

La motoarele navale de puteri mari, se utilizează injectoare de combustibil greu care nu diferă esenţial de injectoarele de motorină. Datorită regimului termic mai ridicat al pulverizatorului, injectoarele de combustibil greu trebuie răcite. În acest sens, atât în corpul injectorului, cât şi în pulverizator se execută o canalizaţie suplimentară, în care circulă ulei sau apă. Se preferă apa (distilată sau tratată, pentru evitarea coroziunii şi a depunerilor) din motive de securitate. Circuitul de răcire al injectoarelor trebuie să fie independent de circuitul de răcire al motorului.

Corpul injectorului se execută din OLC de calitate pentru cementare sau de îmbunătăţire, semifabricatul obţinându-se prin forjare în matriţă. Suprafaţa de aşezare se carbonitrurează şi se căleşte pentru evitarea deformării şi asigurarea unei etanşări corespunzătoare.

Arcului injectorului i se impune o caracteristică precisă, fiind necesare tratamente de stabilizare care să-i asigure menţinerea calităţilor în timp.

La rândul lor, pulverizatoarele se execută din oţeluri speciale. Corpul pulverizatorului se împerechează cu acul, astfel încât jocul în porţiunea de etanşare să rezulte în limitele prescrise (1,5…3m). odată împerecheate, corpul şi acul pulverizatorului, devin ansamblu neinterschimbabil.

Concluzionând, injectoarele închise cu comandă hidraulică prezintă următoarele avantaje:

a) injecţia începe la o presiune relativ mare, care poate fi reglată convenabil prin modificarea tensiunii arcului;

b) întrucât injecţia se termină la presiuni relativ mari, se elimină fenomenul de picurare, fenomen ce duce la o ardere prelungită şi la cocsarea pulverizatoarelor;

c) nu este necesar un dispozitiv special de comandă.Aceste injectoare prezintă însă şi o serie de dezavantaje:

a) construcţie mai complicată, cu piese în mişcare care fac posibilă apariţia defecţiunilor şi reducerea duratei de funcţionare;

b) din cauza şocului produs la închiderea acului, scaunul şi brâul de etanşare a acului se uzează rapid;

c) datorită presiunilor variabile ale combustibilului din camera pulverizatorului, sistemul ac-arc poate intra in vibraţie;

d) datorită dilatării şi contracţiei volumului de combustibil conţinut în pompa de injecţie, conducta de înaltă presiune şi injector, doza de combustibil care poate fi injectată în cilindru este limitată.

Injectoarele prevăzute cu comandă mecanică sau electrică nu sunt aplicate la motoarele navale.

II.1.3.5. Filtrele de combustibil

Filtrele de combustibil sunt destinate, în principal, reţinerii impurităţilor solide existente în combustibilul care le traversează. Unele filtre sunt prevăzute şi cu posibilitatea separării şi sedimentării apei din combustibil. Se asigură astfel protecţia elementelor de mare precizie ale echipamentului de injecţie (elementul de refulare, supapa de refulare şi pulverizatorul) împotriva uzărilor şi a gripărilor premature.

Instalaţiile de alimentare cu combustibil ale MAC-urilor au în dotare unul sau mai multe filtre. După destinaţie, acestea se împart în:

a) filtre care asigură filtrarea prealabilă;b) filtre brute;c) filtre fine;d) filtre preventive.

Filtrarea prealabilă, realizată cu ajutorul sitei-filtru montate în gura de alimentare a tancului de combustibil; permite reţinerea impurităţilor solide mari, care ar putea pătrunde în tanc în timpul umplerii acestuia.

Filtrele brute asigură reţinerea impurităţilor solide cu dimensiuni de 50…150m, care, o dată ajunse în echipamentul de injecţie, pot produce blocarea pistonului-sertar, blocarea acului pulverizatorului sau obturaţia orificiilor de pulverizare. Se montează după pompa de alimentare. În cazul montării înaintea pompei de alimentare, filtrele trebuie să opună rezistenţă mică la trecerea combustibilului prin elementul filtrant; în acest fel se asigură cu uşurinţă debitul de combustibil solicitat de pompa de alimentare.

Filtrele fine reţin impurităţile solide care au dimensiuni sub 10m; se montează înaintea pompei de injecţie.

Filtrele preventive se montează la intrarea în injector pentru evitarea pătrunderii în pulverizator a impurităţilor solide de natura aşchiilor sau a ţundărului, desprinse de pe conducta de înaltă presiune în momentul racordării acesteia la pompa de injecţie şi injector. Aceste filtre asigură reţinerea particulelor cu dimensiuni de 40…100m, fiind realizate sub forma unor tije metalice care se montează în racordul injectorului.

II.1.3.5.1. Filtre brute

Constructiv, filtrele brute de combustibil se compun dintr-o carcasă metalică, în interiorul căreia se află elementul de filtrare, şi un capac, de asemenea metalic, în care sunt practicate orificiile de intrare şi ieşire a combustibilului. Asamblarea acestor elemente se realizează cu ajutorul unor şuruburi speciale, iar etanşarea se asigură cu garnituri din cauciuc.

În figura II.1.3.18 se prezintă construcţia unui filtru brut de combustibil, cu element filtrant din sită de sârmă. Cilindrii 1 din sită de sârmă sunt montaţi coaxial în carcasa 2. Combustibilul pătrunde în filtru prin orificiul de intrare I, practicat în capacul 3. După ce trece prin sitele de sârmă, care reţin impurităţile solide, combustibilul este dirijat spre orificiul de ieşire e (practicat tot în capacul filtrului), prin spaţiile existente între cilindrii din sită de sârmă şi spaţiul central oferit de cilindrul cu diametrul cel mai mic. Acest traseu este impus şi de garniturile 5 şi 6 care obligă combustibilul să traverseze filtrul numai prin cilindrii din sită. Pentru asamblarea cilindrilor din sită, a carcasei şi a capacului filtrului se utilizează prezonul 4. Garnitura 7 asigură etanşarea dintre corpul şi capacul filtrului, strângerea ei realizându-se prin intermediul piuliţei 8 şi a carcasei 2. Concomitent, prin arcul 9 şi talerul 10, se asigură şi strângerea garniturilor interioare 5 şi 6. În figura II.1.3.18.b este prezentată o secţiune printr-un cilindru din sită de sârmă şi modul în care acesta este traversat de combustibil.

Elementul filtrant al filtrelor brute mai poate fi realizat şi din fire de sârmă, discuri cu interstiţii între ele, benzi, pâslă artificială, ţesătură de bumbac etc. Capacul filtrelor brute se execută din aliaje de aluminiu, prin turnare, iar carcasa se poate executa din aluminiu sau din tablă de oţel.

II.1.3.5.2. Filtrele fine

Construcţia filtrelor fine este similară cu cea a filtrelor brute. Suplimentar, capacul este prevăzut cu un dop de aerisire, iar în partea inferioară a carcasei se află un dop de golire care serveşte la eliminarea apei decantate în filtru.

Elementul filtrant se confecţionează din fire de bumbac, pâslă, vată de zgură, hârtie micronică etc. În cazul utilizării hârtiei micronice, modul de pliere a acesteia, pentru introducerea în carcasă, este diferit (fig.II.1.3.19). Prin modul de pliere se urmăreşte ca suprafaţa filtrantă închisă într-o carcasă de o anumită mărime să fie cât mai mare. Astfel, pentru o carcasă cilindrică cu dimensiunile D, d şi H, plierea hârtiei în formă de stea (fig.II.1.3.19.a) asigură suprafaţa de filtrare:

Sf = (D – d)HI [mm2], (II.1.3.8)

plierea în formă de armonică (burduf) (fig.II.1.3.19.b) asigură suprafaţa:

Sf = (D2 – d2) i/2 [mm2], (II.1.3.9)

iar plierea în formă de spirală (fig.II.1.3.19.c) asigură suprafaţa:

Sf = (D + d) HI [mm2], (II.1.3.10)

Suprafeţele filtrante mai mari rezultă în cazul plierii în formă de armonică şi al plierii în formă de spirală.

Înainte de pliere, hârtia de filtru se impregnează cu o soluţie de întărire care îi asigură rezistenţa corespunzătoare în condiţiile traversării ei de către combustibilul refulat de pompa de alimentare (cu debite şi presiuni mari). După pliere, hârtia se lipeşte de carcasa metalică cu ajutorul unui adeziv. Hârtia utilizată este tratată cu răşini. Se obţine astfel o porozitate controlată şi o bună rezistenţă la înmuiere în apă.

II.1.4 Principiile reglării automate a turaţiei. regulatoarele de turaţie. principii de funcţionare, tipuri constructive

II.1.4.1 Reglarea automată a turaţiei

Reglarea automată a turaţiei m.a.i. are următoarele scopuri:a) micşorarea variaţiilor turaţiei (până la valori admisibile), la variaţia sarcinii

motorului;b) asigurarea unei funcţionări stabile a motorului la regimuri care, într-opoziţie fixă

a echipamentului de reglare, ar fi fost instabile (exemplu, mersul în gol);c) limitarea turaţiei maxime a motorului.

În acest scop, se utilizează regulatoare de turaţie mecanice, hidraulice, pneumatice sau combinaţii ale acestora.

II.1.4.2 Regulatoare mecanice

Regulatoarele mecanice utilizează pentru reglare forţa centrifugă a unor mase aflate în mişcare de rotaţie. Ecuaţia de mişcare este

J =Mm - Mr ( II.1.4.1.)

unde: J reprezintă momentul de inerţie al maselor în mişcare, redus la axa arborelui cotit; Mm

– momentul de intrare în regulator (momentul motor, proporţional cu cantitatea de combustibil introdusă în cilindri); Mr - momentul de ieşire (momentul rezistent). Dezechilibrul dinamic dintre Mm şi Mr antrenează variaţia turaţiei n (se obţine semnalul n ), respectiv al vitezei unghiulare . Pentru a reveni la starea iniţială, trebuie modificat Mm prin modificarea cantităţii de combustibil introdus în cilindri ; în acest scop, se modifică poziţia cremalierei pompei de injecţie (se obţine semnalul l). Semnalul n este semnalul de intrare (semnal de abatere) în regulator, iar semnalul l este semnalul de ieşire (semnal de comandă) din regulator.

Modul în care semnalul n este automat transformat în semnalul l (reglarea turaţiei), cu ajutorul unui regulator centrifugal, este reprezentat în fig. II.1.4.1.

Eficienţa regulatorului centrifugal se apreciază prin gradul de neregularitate şi prin gradul de insensibilitate , care sunt cei mai importanţi indicatori dinamici ai regulatorului.

Valorile acestor parametri se pot determina cu ajutorul relaţiilor

’ =

(II.1.4.2.)

= ,

(II.1.4.3.)

în care: 1 şi 2 reprezintă vitezele minimă şi respectiv maximă ale maselor regulatorului, care corespund unor caracteristici date; m – viteza unghiulară medie, definită prin expresia:

m = [s-1]

(II.1.4.4.)

Indicatorii dinamici ai regulatorului, care apar în perioada regimurilor tranzitorii (fig.II.1.4.2.), se aleg astfel încât construcţia regulatorului să nu fie prea complicată, iar preţul de cost cât mai redus.

Principalele prescripţii pentru reglarea automată a turaţiei sunt următoarele:a) oscilaţiile turaţiei în regim stabilizat n nu trebuie să depăşească 0,005nn;b) abaterea instantanee maximă (abaterea maximă stabilită) n sau n, la

aplicarea sau anularea bruscă a sarcinii, nu trebuie să depăşească nn; c) durata procesului de reglare (perioada de stabilizare) 1-2 sau 3-4, la aplicarea

sau anularea bruscă a sarcinii, nu trebuie să depăşească cca. 5sec.În funcţie de modul în care sunt îndeplinite rolurile funcţionale, regulatoarele de turaţie

pot fi:a) pentru un singur regim de funcţionare;b) pentru două regimuri de funcţionare;c) pentru toate regimurile de funcţionare.

Regulatoarele pentru un singur regim

Regulatoarele de turaţie pentru un singur regim de funcţionare realizează numai limitarea turaţiei maxime. Ele acţionează asupra cremalierei pompei de injecţie şi sunt folosite la motoarele cu funcţionare permanentă la acelaşi regim de turaţie (de exemplu, motoarele auxiliare).

Schema de principiu a acestor regulatoare este reprezentată în fig.II.1.4.3. . Pe axul 1, antrenat în mişcare de rotaţie de arborele cotit sau de arborele pompei de injecţie, este fixată pârghia 8 care se roteşte o dată cu axul. Pe pârghia 8 sunt articulate pârghiile cotite 3. Acestea au fixate la unul din capete masele (greutăţile) 2, iar cu celălalt capăt se sprijină pe manşonul 4. La celălalt capăt al manşonului se află pârghia 5, articulată, la rândul ei, cu cremaliera 6 a pompei de injecţie. Momentul de intrare în funcţiune a regulatorului este determinat de condiţia ca forţa produsă de masele în mişcare de rotaţie asupra manşonului să fie mai mare decât forţa de tensiune a arcurilor 7. Astfel, creşterea turaţiei motorului

(+n) determină creşterea forţei centrifuge a maselor care se îndepărtează de manşon. Ca urmare, prin intermediul pârghiilor cotite, manşonul este deplasat spre stânga, modificând poziţia cremalierei în sensul micşorări cantităţii de combustibil injectat (- n). Se asigură astfel revenirea la turaţia nominală.

În limite restrânse, turaţia controlată poate fi reglată pe următoarele căi:a) modificarea lungimii unuia dintre tiranţi (fig.II.1.4.3.a)b) modificarea poziţiei de echilibru a întregului sistem prin intermediul unei

pârghii (fig.II.1.4.3.b) sau a unui arc suplimentar (fig.II.1.4.3.c)

Regulatoarele pentru două regimuri

Regulatorul de turaţie pentru două regimuri de funcţionare asigură limitarea turaţiei nominale şi stabilitatea turaţiei minime de mers în gol. Se pot utiliza la motoarele principale cuplate cu elice cu pas variabil.

În figura II.1.4.4. este prezentată schema de principiu a regulatorului pentru două regimuri. Elementele active, prin intermediul cărora se realizează reglarea turaţiei, sunt constituite de masele 6,7 şi 8, ce le leagă cu cremaliera pompei de injecţie 9. Geometria interioară a maselor permite montarea setului de arcuri elicoidale 4 şi 5 şi deplasarea radială în lungul tijelor 10. Arcul 5, cu rigiditate scăzută se sprijină cu unul din capete pe masa exterioară 2 şi cu celălalt capăt pe discul 12, Arcul 4, cu rigiditate mare, se sprijină cu un capăt pe acelaşi disc 12, iar cu celălalt capăt pe masa interioară 3. Pârghiile cotite 6 sunt articulate cu unul dintre capete pe masele 2, iar cu celălalt capăt acţionează manşonul 13, fixat pe tija 7. Pârghiile cotite pot oscila în jurul axelor A.

Prin intermediul pârghiei 8, elementele active acţionează asupra cremalierei 9 a pompei de injecţie. Pârghia de comandă 11 asigură modificarea în limite restrânse a turaţiilor controlate.

În timpul funcţionări, la regimul de mers în gol, variaţiile de turaţie sunt sesizate de masele exterioare 2 şi de arcul de rigiditate mică 5, acţionându-se în sensul modificării debitului de combustibil. La regimul nominal, masele exterioare 2 sunt aplicate pe cele interioare 3. Variaţiile de turaţie sunt sesizate în această situaţie de către masele interioare 3 şi arcurile de rigiditate mare 4.

Regulatorul de turaţie pentru două regimuri se pot transforma în regulator pentru un singur regim, dacă se elimină din setul de arcuri al maselor centrifuge arcul cu rigiditate mică.

Regulatorul pentru toate regimurile

Pentru motoarele cu funcţionare îndelungată la regimuri parţiale (de exemplu, motoarele principale cuplate cu elice cu pas fix), în condiţiile unor sarcini care variază brusc, se utilizează regulatorul de turaţie pentru toate regimurile, care asigură stabilitatea turaţiei pentru orice regim de lucru al motorului.

Schema de principiu a acestui regulator este prevăzută în figura II.1.4.5. .Pe axul 1, antrenat de arborele pompei de injecţie sau de arborele cotit, este fixată pârghia 2, care se roteşte o dată cu axul. Pârghiile cotite 4 au fixate la unul din capete masele (greutăţile) 3, iar cu celălaltcapăt se sprijină pe manşonul 5, solitar cu tija 6. Prin intermediul pârghiei 7, sistemul poate acţiona asupra cremalierei 8 a pompei de injecţie. Arcul 9 se sprijină pe discul mobil 10. Tensiunea arcului este variabilă în raport cu poziţia manetei de comandă 11, deci regulatorul poate intra în funcţiune la orice turaţie.

Momentul de intrare în funcţiune a regulatorului este determinat de condiţia ca forţa produsă de masele în mişcare de rotaţie asupra manşonului să fie mai mare sau mai mică decât forţa de tensiune a arcului. Numai respectând această condiţie, manşonul se poate deplasa.

Pentru o poziţie dată a manetei de comandă, creşterea turaţiei (+n) determină creşterea forţei centrifuge a maselor, care acţionează prin pârghiile cotite asupra manşonului şi comprimă arcul. Aceasta face ca întregul sistem să se deplaseze în sensul micşorării debitului de combustibil injectat în cilindri (-l). Maneta de comandă asigură corelarea tensiunii arcului cu regimul de funcţionare a motorului.

II.1.4.3 Regulatoare hidraulice

Regulatoarele hidraulice îşi bazează funcţionarea pe principiul variaţiei presiunii unui lichid (de obicei, combustibil) refulat de o pompă rotativă (la mărimea sau micşorarea turaţiei acesteia) sau de către un amplificator hidraulic. Variaţiile de presiune pot fi utilizate pentru producerea forţei necesare deplasării cremalierei pompei de injecţie (figura II.1.4.6.).

Aceste regulatoare prezintă câteva avantaje importante în comparaţie cu cele mecanice: siguranţă mare în funcţionare, stabilitate a reglării, durabilitate sporită şi grad ridicat de adaptabilitate la diverse tipuri de motoare.Regulatoarele de turaţie hidraulice au o largă utilizare în domeniul motoarelor diesel navale. În principal ele sunt formate dintr-un amplificator hidraulic, care acţionează asupra cremalierei pompei de injecţie şi un bloc centrifug, care acţionează amplificatorul hidraulic în conformitate cu necesităţile procesului de reglare sau cu valoarea prescrisă pentru turaţie.

II.1.4.4 Regulatoare pneumatice

La unele motoare rapide, de putere redusă, se utilizează regulatoare de turaţie pneumatice, ataşate pompei de injecţie. Aceste regulatoare sesizează variaţiile de presiune din colectorul de admisie al motorului, schema lor de principiu fiind prezentată în figura II.1.4.7. În situaţia creşterii turaţiei motorului, creşte şi depresiunea din

colectorul de admisie. Modificarea este sesizată de membrana regulatorului, de care este fixată cremaliera pompei de injecţie. Se acţionează astfel în sensul reducerii debitului de combustibil şi prin urmare, al revenirii turaţiei la valoarea prescrisă.

La acest tip de regulator, lipsa pieselor în mişcare cu viteze mari elimină defecţiunile sau dereglările produse de uzura pieselor respective, ceea ce conduce la simplificarea construcţiei şi la sporirea durabilităţii. De asemenea, regulatoarele pneumatice

au un grad ridicat de adaptabilitate, iar gradul de neregularitate se modifică semnificativ în funcţie de turaţie.

II. 1. 5 Teoria procesului de ungere. instalaţia de ungere. sisteme de ungere, elemente componente (pompe, filtre, răcitoare, tancuri ş.a.)

II.1.5.1 Teoria procesului de ungere

Durabilitatea şi economicitatea m.a.i. depind în mare măsură de calitatea şi eficienţa sistemului de ungere, de calitatea materialelor suprafeţelor în frecare şi de proprietăţile uleiului de ungere.

Stratul de ulei introdus între suprafeţele în frecare are ca scop:a) micşorarea lucrului mecanic consumat pentru învingerea forţelor de frecare;b) reducerea uzurii pieselor aflate în mişcare relativă;c) reducerea temperaturii pieselor în mişcare;

d) mărirea etanşeităţii camerei de ardere;e) evacuarea impurităţilor pătrunse între suprafeţele în frecare.

Principalul tip de frecare întâlnită în motor este frecare de alunecare de toate felurile: uscată, lichidă ( vâscoasă şi limită), semiuscată şi semilichidă. Piesele motorului lucrează în condiţii extrem de variate: fusurile arborelui cotit şi ale arborelui de distribuţie au o micşorare de rotaţie etc. Presiunea de contact în lagăre este de circa 30 daN / cm2, iar între camă şi tachet este de ordinul miilor de daN/cm2 .

În sfârşit , temperatura unor piese ale motorului ajunge la sute de grade, iar a altora numai la câteva zeci de grade. Toate aceste aspecte ridică probleme deosebite pentru ungerea motorului, în condiţiile utilizării unui singur tip de ulei.

Procesul de lubrifiere se desfăşoară normal dacă:a) se alege raţional tipul de ulei folosit;b) uleiul se distribuie corespunzător în motor;

b1) consumul minim de lucru mecanic pentru deplasarea uleiului la locurile de ungere; b2) asigurarea unei dozări care să asigure un consum minim; b3) temperaturi adecvate ale pieselor motorului.

Uleiurile de ungere trebuie să asigure următoarele cerinţe:a) vâscozitate optimă, cu o variaţie redusă în raport cu temperatura;b) stabilitate chimică ridicată;c) acţiune eficientă împotriva uzurilor;d) temperatură de congelare redusă.

II.1.5.2 Clasificarea sistemelor de ungere

Instalaţia de ungere este destinată preluării, depozitării, transvazării, filtrării şi debitării uleiului pentru ungerea şi răcirea tuturor pieselor motorului care în timpul funcţionării, efectuează mişcări relative în scopul micşorării pierderilor mecanice prin frecare şi al reducerii uzurii.În unele cazuri, instalaţia de ungere, în afară de rolul ei principal, asigură şi răcirea pistoanelor, precum şi acţionarea unor mecanisme şi dispozitive de comandă şi reglare, la care uleiul sub presiune este folosit drept fluid de lucru. La motoarele navale supraalimentate, puternic solicitate, şi care sunt alimentate cu combustibil greu, creşterea durabilităţii şi economicităţii poate fi obţinută numai prin adoptarea unei instalaţii de ungere optime şi a sortului de ulei cu cele mai corespunzătoare însuşiri de ungere.

Instalaţiile de ungere folosesc următoarele sisteme de lubrifiere:a) forţată (sub presiune);b) gravitaţională;c) prin barbotare (stropire);d) mixtă.Sistemele de ungere gravitaţionale se realizează prin dispunerea rezervorului de ulei la

un nivel superior instalaţiei deservite. Se aplică însă numai la ungerea mecanismelor cu mişcare de rotaţie, solicitate moderat (lagărele radiale şi axiale ale turbinelor cu gaze şi cu vapori, ale turbosuflantelor şi reductoarelor).

Piesele puternic solicitate ale motoarelor nu pot fi unse nici prin barbotare (debit de ulei insuficient) şi de aceea, nici acest sistem nu este utilizat in domeniul m.a.i. Sunt utilizate sistemele de ungere forţată şi mixtă (o parte din piese sunt unse sub presiune, iar celelalte - cu solicitare redusă - prin barbotare).

Uleiul este introdus între suprafeţele pieselor în frecare la o presiune de circa 3…6 bar. Pentru ungerea cilindrilor m.a.c. în 2 timpi, de puteri mari, se foloseşte un subsistem de ungere separat, prin care se trimite uleiul cu proprietăţi‚ de neutralizate a reziduurilor datorate arderilor combustibilului greu, după efectuarea ungerii acest ulei trebuie recondiţionat.

În funcţie de locul de depozitare a uleiului de ungere, instalaţiile de ungere pot fi ; a) cu carter umed;b) cu carter uscat;

În cazul sistemului cu carter umed, uleiul este colectat si depozitat in carterul motorului, iar la sistemul cu carter uscat este colectat într-un rezervor de circulaţie amplasat, de regulă sub carterul motorului.

II.1.5.3 Instalaţia de ungere cu carter umed

Instalaţiile de ungere cu carter umed sunt folosite la motoarele de puteri mici şi mijlocii, cum sunt motoarele auxiliare au unele motoare de propulsie la navele de dimensiuni relativ reduse.

În figura II.1.5.1. este prezentată schema instalaţiei de ungere cu carter umed la care după efectuarea ungerii uleiul este colectat in carterul motorului (baia de ulei) 1. De aici uleiul este aspirat de pompa 2, prin sorbul cu sită 3. Pompa de ungere este prevăzută cu supapa de siguranţă 4,care asigură evitarea suprapresiunii în circuit. Refularea uleiului se face prin filtrul 5 direct sau prin răcitorul de ulei 6, în funcţie de temperatura acestuia. Controlul temperaturii şi vehicularea uleiului prin sau pe lângă răcitor sunt realizate de către de valvula termoregulatoare (termostatul) 7. Filtrul de ulei este dotat de o supapă de scurtcircuitare (by-pass) 8, care permite trecerea uleiului spre magistrala principală (rampa de ungere) 9 atunci când uleiul este rece sau filtrul este înfundat. Este raţională plasarea răcitorului înaintea filtrului pentru ca acesta sa reţină şi eventualele impurităţi din răcitor.

Magistrala principală de ungere este constituită de regulă, din canalizaţia interioară a arborelui cotit. De aici uleiul ajunge la fiecare lagăr palier al arborelui cotit 10, asigurând ungerea fusurilor. Tot din magistrala principală se ia uleiul necesar ungerii lagărelor arborelui de distribuţie 11, pompei de injecţie 12 şi turbosuflantei 13. Prin canalele executate in braţele arborelui cotit uleiul ajunge la lagărele de bielă, asigurând ungerea fusurilor maneton. De aici, uleiul trece prin canalul interior al bielei, ajunge la bolţul pistonului după care se scurge pe mantaua pistonului şi pe cilindru, ajungând din nou în carter. Uleiul care scapă prin părţile laterale ale lagărelor de bielă, fiind centrifugat prin rotirea arborelui cotit, ajunge şi pe suprafeţele inferioare ale cilindrilor, realizându-se astfel ungerea prin barbotare a acestor zone.

Instalaţia este prevăzută cu pompa de preungere 14(manuală sau electrică), care asigură realizarea presiunii de ungere înainte de lansarea motorului şi după oprirea acestuia, în timpul virării. Temperatura uleiului este măsurată cu ajutorul termometrelor 16 şi 18 care

asigură supravegherea căderii de temperatură în răcitor. Presiunea uleiului de ungere este măsurată la ieşirea şi intrarea din/în motor cu ajutorul manometrelor 15 şi 17 presiunea la intrare măsurându-se la nivelul ultimului lagăr palier al arborelui cotit.

Măsurarea nivelului de ulei în baie se realizează cu ajutorul tijei (jojei) 19 montat în conducta 20. Prin această conductă se poate realiza completarea nivelului de ulei. La motoarele de puteri mai mari, în acest scop, este utilizat un subsistem special, comun pentru toate motoarele auxiliare ale navei. Subsistemul este dotat cu tancul de depozitare 21 în care uleiul este introdus printr-o priză de punte şi filtrul grosier 22. Cu ajutorul pompei 23 se poate realiza atât trimiterea uleiului din tanc în carterul motorului, pentru completare, cât şi aspirarea uleiului din carter şi refularea în exteriorul sistemului. Manevrele se execută cu ajutorul valvulelor cu trei căi 24 şi a valvulelor 25.

II.1.5.4 Instalaţia de ungere cu carter uscat

La motoarele navale de puteri mari se utilizează instalaţii de ungere cu carter uscat. În figura II.1.5.2. este prevăzută schema unui sistem de ungere la care uleiul este colectat într-un tanc separat 2, denumit tanc de serviciu sau de circulaţie. Din tancul de serviciu 2, prin intermediul unuia dintre filtrele 3, uleiul este aspirat de către una dintre pompele 4. În funcţie de temperatura uleiului, acesta este refulat spre filtru principal 6, direct sau prin intermediul unuia dintre schimbătoarele de căldură (răcitoare de ulei) 5. Circuitul este realizat automat de către valvula termoregulatoare 20, asigurându-se astfel o temperatură aproximativ constantă a uleiului de ungere. Din filtrul 6, uleiul trece prin tancul de nivel 8, unul din cele două filtre fine 9 şi prin filtrul magnetic 10, ajungând în colectorul 11. Tancul de nivel 8 asigură posibilitatea verificării cantităţii de ulei existente în instalaţie.

Din colectorul 11, uleiul ajunge la fiecare fus palier al arborelui cotit; după ungerea palierului, prin orificiile practicate în arborele cotit, uleiul ajunge la lagărul de bielă. La motoarele în doi timpi, cu cap de cruce, prin canalele executate în bielă, uleiul ajunge la lagărele şi la patinele capului de cruce, realizând ungerea acestora. Tot prin capul de cruce, poate fi trimis şi lichidul de răcire a capului pistonului. După efectuarea ungeri, uleiul ajunge din nou în tancul de serviciu 2, după care circuitul este reluat. Trecerea uleiului din carterul motorului în tanc se poate realiza gravitaţional(prin plasarea tancului la un nivel inferior motorului) sau forţat, cu ajutorul uneia sau mai multe pompe de extracţie. În vederea eliminării impurităţilor şi a apei din ulei, se prevede grupul de separatoare 12 şi filtrul termochimic 7. Uleiul este introdus în instalaţie prin priza de punte prevăzută cu filtrul grosier

13 şi este păstrat în tancul de depozitare 14. De aici, cu pompa de transfer 15, uleiul este trimis în instalaţia propriu-zisă.

Uleiul impurificat sau uzat este colectat în tancul 16. Colectarea uleiului se realizează directe la motor, de la purjele filtrelor fine şi de la răcitoarele de ulei. Instalaţia este prevăzută cu manovacuumetrele 17, manometrele diferenţiale 18 şi termometrele 19.

II.1.5.5 Componentele instalaţiei de ungere

Pompele de ungere

În instalaţiile de ungere se folosesc pompe cu roţi dinţate şi pompe cu şurub. Aceste pompe prezintă avantajul construcţiei simple, al siguranţei mari în funcţionare şi al debitări uniforme a uleiului.

După rolul îndeplinit, se folosesc:a) pompe de transfer b) pompe de circulaţiec) pompe de preungered) pompe de extracţiee) pompe de introducere a uleiului sub presiune.

Primele patru tipuri de pompe sunt cu roţi dinţate (la motoarele de puteri mici şi mijlocii) sau cu şurub (la motoarele de mare putere). Pompele sunt prevăzute cu supape de trecere care asigură reglarea regimului de lucru în funcţie de regimul de funcţionare al motorului. Caracteristicile constructiv-funcţionale ale acestor tipuri de pompe au fost prezentate în cap.II.1.3.2.Cel de-al cincilea tip de pompă este caracteristic motoarelor navale lente, în 2 timpi,

alimentate cu combustibil greu.La aceste motoare, ungerea cilindrilor se realizează cu ajutorul unui subsistem special,

folosind pompe individuale de ungere (fig.II.1.5.3.). Uleiul este introdus între suprafeţele pistonului şi cilindrului prin intermediul unor prize de ungere, prevăzute cu ventile de reţinere.Numărul prizelor de ungere depinde de alezaj: 3 prize pentru D < 700 mm sau 4-8 prize pentru D ≥ 700 mm. Fiecare priză de ungere este alimentată de către o pompă cu piston care asigură introducerea uleiului doar în perioada în care pistonul se află în dreptul prizei (zona pmi). Debitele pompelor de transfer se determină în funcţie de volumele tancurilor de ulei şi de duratele de timp necesare vehiculării, în timp de debitul pompelor de circulaţie este stabilit in funcţie de debitul de căldură necesar a fi preluat de uleiul de ungere. În acest al doilea caz, trebuie ţinut seama de faptul că la unele instalaţii, o parte din debitul de ulei (cca. 5....15%) trece prin filtru fin în carterul motorului, de asemenea o parte din debitul de ulei este utilizat pentru acţionarea elementelor de comandă şi reglare.

În cazul instalaţiilor de ungere cu carter uscat la care tancul de colectare a uleiului nu este dispus sub motor, se prevede şi o pompă de extracţie. Debitul acesteia se adoptă de 2,0.....2,5 ori mai mare decât cel al pompei de circulaţie, însă la o presiune mai scăzută (cca. 1,0....1,5 bar). La instalaţiile de ungere ale motoarelor de puteri reduse, nu este prevăzută o pompă de rezervă de ungere; pentru preungere motorului, înainte de lansare, se utilizează o pompă manuală sau o electropompă cu debite relativ reduse.

Filtrele de ulei

La instalaţiile de ungere, ca şi la cele de alimentare cu combustibil, se utilizează filtre grosiere amplasate la prizele de introducere a uleiului în instalaţie (înaintea pompei de transfer) şi filtre fine pe magistrala de ulei(înaintea răcitoarelor de ulei).Din punct de vedere constructiv, nu există deosebiri esenţiale între filtrele de ulei şi cele de combustibil, caracteristicile constructiv-funcţionale ale acestora fiind prezentate în cadrul cap.II.1.3.3. Totuşi prin filtrul fin de ungere trece un debit de ulei de 50.. 100 ori mai mare ( 10..25 kg / kwh ) decât cel corespunzător instalaţiei de combustibil. Prin urmare este necesară fie mărirea importantă a dimensiunilor filtrului fie scăderea fineţei de filtrare, cea de-

a doua soluţie fiind cea mai des întâlnită, se asigură reţinerea impurităţilor cu dimensiuni mai mari de 0,01 mm.

În succesiune cu filtrul fin sau înglobat în aceasta se dispune şi un filtru magnetic sau electromagnetic care reţine impurităţile metalice cu dimensiuni inferioare celor reţinute de către filtrul fin.

La motoarele de puteri medii şi turaţii ridicate, pentru curăţarea uleiului de impurităţi cu dimensiuni mai mici de0,1 mm, se instalează încă un filtru volumic sau centrifugal, prin care în timpul funcţionării motorului, trece circa 5-15 % din debitul de ulei al instalaţiei de ungere, după

trecerea prin filtru uleiul revine in carter sau în tancul de circulaţie. În acest fel, întreaga cantitate de ulei de ungere trece prin acest filtru la fiecare 7-20 de cicluri de circulaţie, asigurându-se reţinerea impurităţilor cu dimensiuni mai mari sau egale de 3-5µm. În fig.II.1.5.4. este prezentată configuraţia unui filtru fin de ulei cu autocurăţire pneumatică, în timp ce figura II.1.5.5. reprezintă principiul constructiv al unui filtru centrifugal de ulei.

Separatoare de ulei

Pentru motoarele navale de puteri medii şi mari, curăţarea fină a uleiului este realizată prin procesul de separaţie, folosind în acest scop separatoare centrifugale de acelaşi tip cu cele utilizate prin separarea impurităţilor din combustibil. Prin separare se pot elimina din ulei apa şi corpurile solide ale căror dimensiuni sunt egale sau mai mari de 3…5 µm. În mod obişnuit ,separatoarele de ulei sunt racordate la tancul de serviciu 2, dar pot fi prevăzute şi conexiuni cu tancul de depozitare 14 (fig.II.1.5.2.)

În funcţie de volumul de ulei ce urmează a fii separat, se utilizează unul sau doua separatoare. Dacă se instalează un singur separator, atunci nava este dotată cu un separator de rezervă sau există posibilitatea folosirii ca rezervă a separatorului de combustibil în cel de-al doilea caz se iau măsuri de prevenire a amestecării uleiului cu combustibil.

Răcitoare de ulei

Răcirea uleiului se realizează cu schimbătoare de căldură prin suprafaţă, schimbul de căldură fiind realizat cel mai adesea prin ţevi (fig.II.1.5.6.) Răcitoarele cu plăci au o utilizare mult mai restrânsă, în special la instalaţiile de ungere la care se im pun limitări severe ale masei si gabaritului. Acest lucru este datorat construcţiei mai complicate cu o siguranţă şi o durată mai mică de funcţionare.

La răcitoarele cu ţevi, uleiul circulă prin exteriorul ţevilor, iar apa de răcire prin interiorul acestora. Pentru evitarea pătrunderii apei in ulei presiunea de circulaţie a uleiului este mai mare decât cea a apei. La ieşirea din răcitor este prevăzut un indicator care poate semnaliza prezenţa apei in ulei.

Prin construcţia schimbătorului de căldură se urmăreşte mărirea traseului parcurs de uleiul de ungere şi prin aceasta intensificarea schimbului de căldură. Ţevile răcitorului pot fi drepte (fig.II.1.5.6. a, b, c) sau in formă de U (fig.II.1.5.6.d) Răcitoarele cu ţevi drepte

prezintă avantajul că pot fi uşor curăţate cu mijloace mecanice, având efecte favorabile asupra schimbului de căldură. Din cauza dilatării liniare a ţevilor, cele doua placi tubulare ”plate” în care sunt fixate la capete ţevile răcitorului, nu oferă o etanşare sigură, de lungă durată. Pentru a se evita acest aspect, una din plăcile de fixare este liberă, putându-se deplasa axial în interiorul răcitorului (fig.II.1.5.6.c). Acest aspect dezavantajat este eliminat în cazul ţevilor în formă U (fig.II.1.5.6.d), dar preţul lor de cost este mai ridicat, iar curăţirea ţevilor mai dificilă.

Tancurile de ulei

În funcţie de tipul şi poziţia motorului de schema instalaţiei de ungere şi de dimensiunile compartimentului maşini, numărul tancurilor de circulaţie este diferit. La motoarele principale instalate pe navele maritime, tancul de circulaţie se dispune în dublu fund, cu coferdamuri separate faţă de tancurile de combustibil, de tancurile de apă şi de fundul navei. În anumite situaţii, sunt prevăzute două tancuri de circulaţie, de volume egale, ceea ce permite reducerea volumului necesar tancului pentru ulei de rezervă şi eliminarea tancului pentru separarea uleiului. De asemenea, în situaţia utilizări a două tancurile circulaţie, ele pot să nu mai fie izolate de fundul navei. Volumul de ulei din fiecare tanc asigură funcţionarea normală a motorului. Fundul tancurilor de circulaţie se execută înclinat spre pupa navei, acolo unde se aglomerează sedimentele şi impurităţile, care sunt eliminate periodic din tancuri.

Acolo unde nu este posibilă amplasarea tancului de circulaţie în dublul fund, el poate fi montat în compartimentul maşini, astfel încât să se asigure trasee cât mai scurte ale tubulaturilor de ulei.

Tancul de ulei separat este prevăzut la instalaţiile la care este posibilă separarea centrifugală a uleiului la intervale de timp, aşa cum este cazul motoarelor auxiliare. Volumul acestui tanc trebuie să asigure depozitarea întregii cantităţi de ulei din instalaţie de ungere deservită. La motoarele principale, de regulă nu sunt prevăzute astfel de tancuri, întrucât separarea uleiului se realizează direct în tancul (tancurile)de circulaţie. Tancul pentru ulei separat se instalează în afara dublului fund.

Volumul total al tancurilor de ulei de rezervă trebuie să asigure, conform regulilor registrelor de clasificare, completarea uleiului din instalaţia de ungere, astfel încât să fie

asigurată funcţionarea în deplină siguranţă a motorului. Volumul acestor tancuri depinde de tipul motoarelor şi al instalaţiilor de ungere, de numărul tancurilor de circulaţie şi de autonomia navei. Rezervoarele de ulei de rezervă se instalează în compartimentul maşini pentru fiecare sort de ulei, în afara dublului fund.

Uleiul uzat, care a fost folosit la motoarele principale sau auxiliare, precum şi la celelalte mecanisme şi agregate ale navei, se colectează în tancuri speciale, pe sorturi de ulei. Volumul acestor tancuri trebuie să asigure colectarea întregi cantităţi de ulei din fiecare sort utilizat la bord.

Toate tancurile sunt prevăzute cu orificii de umplere şi golire, cu aerisire şi cu sisteme de indicare a nivelului din tanc.

Aparatele de măsură şi control

La instalaţiile de ungere sunt prevăzute aparate pentru măsurarea temperaturii şi presiuni uleiului. Manometrele sunt dispuse în amonte şi aval faţă de filtre, la refularea pompei de circulaţie şi pe magistrala prin care uleiul pătrunde în motor, în cel mai îndepărtat loc posibil. Diferenţa de presiune dintre intrare şi ieşire uleiului în /din filtru oferă indicaţii referitoare la gradul de îmbâcsire a filtrului şi la eventuala necesitate a curăţiri acestuia.

Pentru protecţia împotriva lipsei de ulei din instalaţia de ungere(una din cele mai grave avarii posibile în funcţionarea unui motor), motoarele navale sunt prevăzute cu dispozitive de protecţie. Acestea întrerup alimentarea cu combustibil a motorului în situaţia în care presiunea uleiului de ungere scade sub valoarea minimă admisibilă. Schema constructivă a unui dispozitiv hidraulic de protecţie a motorului împotriva absenţei uleiului de ungere este prezentată în figura II.1.5.7., în poziţie de staţionare. La lansarea motorului, în spaţiul A pătrunde aer comprimat, care deplasează bolţul B şi pistonul C. Prin urmare, tija D a dispozitivului roteşte pârghia P care la rândul ei, deblochează pompele de injecţie asigurând condiţiile de lansare a motorului. După pornirea motorului şi intrarea în funcţiune a instalaţiei de ungere, uleiul pătrunde în cilindrul d, menţinând pistonul C, tija D şi pârghia P în poziţia de funcţionare. În situaţia în care presiunea uleiului de ungere scade sub o anumită limită, arcurile R deplasează pistonul C în sens invers, rotind pârghia P în sensul întreruperi alimentării cu combustibil şi, deci, al opriri motorului.

Ca elemente de măsură şi control mai sunt utilizate: traductoare de presiune pentru realizarea curăţirii automate a filtrelor de ulei, relee de nivel pentru pornire/oprirea pompelor de transfer al uleiului, sisteme de semnalizare etc.

II.1.6 Instalaţia de răcire. Aspecte funcţionale, sisteme de răcire, elemente componente

II.1.6.1 Generalităţi privind răcirea

Gradul de răcire a cilindrilor, precum şi organizarea raţională a procesului de răcire influenţează sensibil performanţele dinamice, economice de durabilitate ale m.a.i. Contactul fluidului proaspăt cu pereţii calzi ai cilindrului micşorează gradul de umplere; în schimb o temperatură prea scăzută a pereţilor cilindrilor amplifică pierderile de căldură şi micşorează randamentul indicat. La m.a.c. o temperatură mai ridicată a pereţilor camerei de ardere uşurează autoaprinderea, iar motorul funcţionează mai “liniştit”, cu o economie sporită. La m.a.s., o temperatură prea ridicată a pereţilor favorizează apariţia diferitelor forme de ardere anormală.

Temperatura pieselor motorului influenţează, de asemenea, pierderile mecanice. Dacă nu se organizează raţional circuitul fluidului de răcire, pot apărea creşteri locale de temperatură care duc la fisuri în chiulasă şi blocul motor sau arderea unor piese, precum pistonul şi supapele. Atât la temperaturi înalte, cât şi joase, pelicula de ulei îşi pierde consistenţa: în primul caz datorită reducerii vâscozităţii, iar al doilea caz din cauza diluării uleiului cu fracţiunile grele din combustibil, condensate pe oglinda cilindrului. În ambele cazuri, se intensifică uzura pieselor prin frecare şi se reduce durabilitatea motorului.

Instalaţia de răcire reprezintă totalitatea agregatelor, aparatelor şi dispozitivelor care asigură evacuarea unei fracţiuni din căldura dezvoltată în cilindri prin arderea combustibilului. Sistemul de răcire utilizat se clasifică în funcţie de natura fluidului de răcire:

a) cu aer;b) cu apă.

şi după modul de vehiculare a acestuia în instalaţie:a) naturală;b) forţată.

În domeniul motoarelor navale, se utilizează în exclusivitate sistemul de răcire forţată, cu lichid. La rândul său poate fi:

a) cu circuit deschis (cu un singur circuit);b) cu mai multe circuite.

Sistemul de răcire cu circuit deschis foloseşte ca fluid de răcire apa din afara bordului. Utilizarea acestui sistem este limitată la navele fluviale de puteri mici, datorită acţiunii corozive a fluidului asupra pieselor motorului şi a diferenţelor mari de temperatură între piese şi fluid. Cea mai largă răspândire (aproape generală) o are sistemul cu unu sau mai multe circuite închise şi un circuit deschis. La acestea, fluidele din circuitele închise (apa,uleiul,combustibilul) sunt răcite, la rândul lor, în cadrul circuitului deschis de către apa din mediul în care navigă nava.

Larga utilizare a acestui sistem este datorată următoarelor avantaje:a) posibilitatea ca temperatura apei la intrarea în motor să fie menţinută în jurul a

65…75C, ceea ce asigură obţinerea indicilor economici optimi ai motorului;b) răcirea uniformă a motorului, ca urmare a diferenţei de temperatură redusă între

ieşirea şi intrarea din/în motor a apei;c) posibilitatea preîncălzirii motorului la pornire;d) mărirea durabilităţii organelor răcite ale motorului, ca urmare a folosirii apei

desalinizate;e) posibilitatea realizării unui bloc motor comun pentru toţi cilindrii.Realizarea instalaţiilor de răcire ale m.a.i. trebuie sa asigure următoarele deziderate:a) menţinerea unei temperaturi aproximativ constante a apei în instalaţie;b) greutate şi gabarit reduse;c) consum redus de putere (cca. 10…13% din puterea dezvoltată de motor);d) simplitate constructivă;e) fiabilitate ridicată.

II.1.6.2 Instalaţia de răcire cu două circuite.

În cazul motoarelor navale de puteri mici şi mijlocii, se utilizează instalaţii de răcire alcătuite dintr-un circuit închis (care asigură răcirea motorului) şi un circuit deschis (care realizează răcirea apei din circuitul închis). În figura II1.6.1. este prezentată schema de principiu a unei asemenea instalaţii.

Circuitul apei prin motor se alege astfel încât el să nu se opună circulaţiei libere a lichidului. Aceasta constă

în deplasarea lichidului de jos în sus deoarece, pe măsură ce se încălzeşte, apa de răcire îşi micşorează masa specifică şi se ridică spre partea superioară a circuitului. Totodată, alegerea sensului de circulaţie de sus în jos ar determina tensiuni termice ridicate, deoarece apa care ar intra în motor cu temperaturi reduse ar veni în contact cu zonele cele mai calde ale motorului.

În aceste condiţii, după efectuarea răcirii, apa iese din motor prin colectorul 4. De aici, apa din circuitul închis de răcire este aspirată de pompa de apă dulce 10, direct sau prin intermediul răcitorului de apă 11. Circuitul este realizat automat, în funcţie de temperatura apei de răcire, de către valvula termoregulatoare 12, asigurându-se astfel o temperatură constantă a apei din circuitul închis. Apa refulată de pompa de răcire asigură iniţial răcirea uleiului de ungere în schimbătorul de căldură (răcitorul de ulei) 9, după care intră în motor, realizând răcirea pieselor sale mobile şi fixe.

În timpul funcţionării, în circuit se pot forma bule de vapori si aer din diverse cauze:a) şocuri ale coloanei de lichid;b) întreruperea coloanei de lichid în pompă; c) aspirarea aerului prin neetanşeităţi;d) vaporizarea datorită temperaturilor şi presiunilor ridicate.Formarea acestor pungi de vapori şi aer este periculoasă, deoarece ea conduce la

formarea unei zone calde în camera de ardere, precum şi la supraîncălziri locale, cu posibilitatea apariţiei fisurilor. Fenomenul este evitat prin sensul de circulaţie adoptat şi prin intermediul tancului de expansiune 1, prevăzut cu aerisirea 2 şi cu sticla de nivel 3. Prin amplasarea tancului la un nivel superior faţă de motor (la o diferenţă de înălţime de minim 0,5 m), se asigură eliminarea liberă în atmosferă a vaporilor şi a aerului din instalaţie. De asemenea, eventualele pierderi de lichid prin vaporizare sau neetanşeităţi sunt completate cu apă din tancul 1. Din acest motiv, tancul este frecvent denumit şi tanc de compensă.

Pentru răcirea apei din circuitul închis, este utilizat un circuit deschis de răcire în care apa de mare este aspirată de către pompa de apă sărată 8, prin intermediul prizei de bordaj 6 şi a filtrului 7. Apa de mare asigură iniţial răcirea aerului de supraalimentare în schimbătorul de căldură 5. În continuare, apa de mare preia căldura acumulată de fluidul de răcire din circuitul închis prin intermediul răcitorului de apă 11, după care este evacuată peste bord.

II.1.6.3 Instalaţia de răcire cu patru circuite.

La motoarele navale lente, de puteri ridicate, pe lângă circuitul deschis se utilizează mai multe circuite închise. O astfel de instalaţie este prezentată în figura II.1.6.2. Apa din mediul în care navighează nava intră în magistrala de apă de mare prin una din cele 2 prize şi prin filtrele 2. De aici, apa este aspirată cu una din cele două pompe3 ale circuitului deschis şi refulată prin răcitoarele de aer 4 şi de apă 5, 6 şi 7. Tot cu apă de mare este răcit şi uleiul de ungere, răcire care se realizează în schimbătorul de căldură 15 (există şi instalaţii în care răcirea uleiului se asigură de către apa din circuitul închis). După preluarea debitelor de căldură la cele cinci schimbătore, apa din circuitul deschis este evacuată peste bord prin intermediul valvulelor de sens unic 8.

Pentru răcirea pistoanelor este folosit un circuit închis, compus din tancul de expansiune 9, de unde apa desalinizată este aspirată de către una din pompele 10. În funcţie de temperatura apei, controlată de către valvula termoregulatoare 19, refularea se realizează direct către motor sau indirect, prin intermediul schimbătorului de căldură 5, unde este răcită.Apa ajunge astfel la pistoane, preia căldura de la acestea şi revine în tancul de expansiune 9 prin traseul 18.

Răcirea cilindrilor motorului se realizează, la rândul ei, prin intermediul unui circuit închis în care apa este vehiculată de către una din pompele 12. Ele aspiră apa care a efectuat răcirea prin traseul 21 şi o refulează spre valvula termoregulatoare 20. Aceasta reglează

traseul în funcţie de temperatura apei: în cazul temperaturilor ridicate apa trece în răcitorul 6, micşorându-şi temperatura; în cazul temperaturilor scăzute, apa trece direct spre colectorul de la baza cilindrilor. De aici, apa intră în motor, realizează răcirea cilindrilor şi chiulaselor şi reintră în circuit prin traseul 21. Şi în acest caz, circuitul apei din motor se alegea astfel încât el să nu se opună circulaţiei libere a lichidului, respectiv sensul ascendent .

Prin intermediul tubulaturilor 16, se asigură eliminarea vaporilor şi a aerului din instalaţie. Gazele pot ajunge astfel în atmosferă prin tubulatura de aerisire a tancului de expansiune 11. Pierderile de lichid prin vaporizare sau neetanşeităţi sunt completate cu apa din tancul de expansiune (compensă) 11, prin traseul 22.

În sfârşit, în schema din figura II.1.6.2. este prezentat şi circuitul închis de răcire a pulverizatoarelor injectoarelor de combustibil. Acesta este format din tancul de expansiune 13, pompele 14 şi schimbătorul de căldură 7.

În timpul funcţionării motorului, una dintre pompe refulează lichidul de răcire prin răcitor spre pulverizatoare, după care, prin traseul 17, lichidul de răcire ajunge din nou în rezervorul 13. Ca lichide de răcire, la motoarele în doi timpi de puteri mari, alimentate cu combustibil greu, se foloseşte apa distilată. La motoarele de puteri medii, în doi sau patru timpi, se foloseşte combustibil cu vâscozitate medie sau ulei din instalaţia de ungere a motorului.

La instalaţiile instalaţia prezentată motoarele auxiliare au instalaţii de răcire proprii. Există şi instalaţii având un singur circuit închis, atât pentru motorul principal, cât şi pentru motoarele auxiliare. Şi în cazul instalaţiilor separate, există însă posibilitatea interconectării

circuitelor. Astfel, prin intermediul valvulelor 23, se poate realiza legătura cu instalaţia de răcire a motoarelor auxiliare(pentru preîncălzirea motorului principal) sau cu instalaţiile mecanice de bord (santină, balast, incendiu etc.), în caz de avarie.

În situaţia în care tancul de expansiune comunică direct cu atmosfera, temperatura apei din circuit nu trebuie să depăşească 85-95ºC. Creşterea acestei temperaturi are ca efecte benefice asupra economicităţii şi durabilităţii motorului. Ca urmare, se adoptă în unele cazuri (la motoarele rapide, îndeosebi) soluţia menţinerii în tancul de expansiune a unei presiuni de circa 1.2 – 1,3 bar, ceea ce asigură posibilitatea creşterii temperaturii apei până la circa 105 0C. Temperatura de fierbere, în asemenea condiţii poate fi determinată cu relaţia:

II.1.6.1.

Diferenţa de temperatură între ieşirea şi intrarea în motor nu trebuie să depăşească 10–150C. În sfârşit, lichidele de răcire utilizate în circuitele închise trebuie să posede următoarele proprietăţi:

a) punct de îngheţare redus;b) temperatură de fierbere ridicată;c) dependenţă redusă a vâscozităţii faţă de temperatură;d) stabilitate fizico-chimică;e) proprietăţi anticorosive bune;f) căldură specifică.Circuitelor instalaţiei de răcire trebuie să li se asigure o etanşeitate perfectă. În acest

scop, îmbinarea conductelor se realizează elastic, pentru preluarea deformaţiilor termice, a vibraţiilor şi şocurilor (se utilizează îmbinării din cauciuc şi coliere de strângere). De asemenea, etanşarea rotoarelor pompelor se realizează prin intermediul unor dispozitive speciale.

II.1.6.4 Componentele instalaţiei de răcire

Pompele de răcire

În instalaţiile de răcire cu apă se folosesc pompe centrifuge, caracterizate printr-un randament relativ ridicat, o siguranţă şi o durată mari de serviciu, masă şi gabarit reduse, construcţie şi exploatare simple. Prin plasarea acestor pompe la nivelul inferior al circuitului pe care îl deservesc, este asigurată şi autoamorsarea lor. Mai mult după oprirea motorului, pompele de acest tip nu obturează legătura dintre aspiraţie şi refulare. Drept urmare, se asigură circulaţia liberă a fluidului de răcire în motor (aşa-numitul efect de termosifon), rezultând continuarea procesului de răcire a pieselor motorului şi o uniformizare a temperaturilor.

În conformitate cu caracteristicile funcţionale ale pompelor centrifuge, debitul acestora variază direct proporţional cu turaţia. Dacă antrenarea pompei se realizează de către motor, atunci la turaţii reduse debitul de apă refulat de pompă poate fi insuficient şi motorul se poate

supraîncălzi. Rezultă astfel necesitatea alegerii unui coeficient de majorare a debitului pentru pompele antrenate de motor. În cazul antrenării electrice a pompei de

răcire, debitul se menţine aproximativ constant. De această dată, la sarcini reduse ale motorului, debitul de apă devine exagerat de mare, cu un consum specific de energie ridicat. Din această cauză, este raţional ca debitul de apă vehiculat de pompa de răcire să corespundă regimului de funcţionare al motorului. Antrenarea de către motor a pompelor de răcire este specifică motoarelor rapide şi semirapide, în timp ce la motoarele lente, de puteri mari, se referă antrenarea electrică a acestora.

Antrenarea electrică este caracterizată printr-o siguranţă ridicată în funcţionare, prin posibilitatea utilizării pompei în mai multe circuite, precum şi prin posibilitatea trecerii rapide la funcţionarea cu pompa de rezervă. Există, de asemenea, posibilitatea unei mai bune amplasări a componentelor instalaţiei de răcire în compartimentul maşini. Printre neajunsurile acestui sistem de acţionare se numără dependenţa funcţionării lor de alimentarea cu energie electrică, precum şi un consum specific de energie mai mare.

În figura II.1.6.3. este prezentată schema constructivă şi componenţa unei pompe centrifuge.

La unele motoare navale, puteri relativ reduse, se folosesc pompe cu piston, care au autoamorsare şi un randament superior, comparativ cu cel al pompelor centrifuge.

În mod obişnuit, se utilizează două pompe cu piston, dintre care una este destinată vehiculării apei din

instalaţia de răcire, iar cealaltă este folosită ca pompă de santină, precum şi ca pompă de rezervă.

În figura II.1.6.4. este prezentată schema unei pompe cu piston şi modul de antrenare a acesteia de către motor.

Precum a se asigura funcţionarea neîntreruptă a instalaţiei de răcire, atât pentru circuitul exterior, cât şi pentru circuitul (circuitele) închis(e), este necesar să se prevadă câte două pompe de acelaşi debit. Această prevedere este ilustrată în schema instalaţiei de răcire din figura II.1.6.2.

Pompele de apă dulce au un debit de 45…60 l/kWh, în timp ce pompele din circuitul deschis de răcire asigură debite de 60 …75 l/kWh. Presiunea de refulare, pentru ambele categorii de pompe, în mod uzual este de 2…3 bar.

Răcitoarele de apă

În instalaţiile de răcire se utilizează schimbătoare de căldură de tipul prin suprafaţă, prin ţevi, asemănătoare cu cele prezentate în figura II.1.5.6. Şi în acest caz, utilizarea schimbătoarelor de căldură prin plăci este extrem de restrânsă.

Cuplarea în serie sau în paralel a răcitoarelor modifică rezistenţa hidraulică a instalaţiei, cu influenţe asupra caracteristicii de debit a pompei. Cuplarea în paralel asigură reducerea rezistenţei hidraulice şi creşterea corespunzătoare a debitului pompei. În cazul

înserierii răcitoarelor, primul schimbător de căldură în care intră apa de mare trebuie să fie cel în care fluidul răcit are cea mai mică temperatură de lucru. În aceste situaţii, se recomandă succesiunea: răcitor de aer; răcitor de ulei; răcitor de apă. La motoarele de puteri ridicate (peste 9000kW), se dispun câte două răcitoare pentru fiecare circuit (fig. II.1.6.2.), ceea ce simplifică deservirea şi măreşte siguranţa în funcţionare.

Diferenţa de temperatură dintre intrarea şi ieşirea în/din răcitor a fluidului răcit este de 5…100C, în timp ce diferenţa de temperatură a apei de mare este de 7…150C. Pentru a realiza un transfer de căldură corespunzător este necesar ca temperatura apei de mare, la ieşirea din răcitor, să fie cu 10… 120C mai mică decât temperatura fluidului răcit, la ieşirea din schimbătorul de căldură.

Valvula termoregulatoare

Dispozitivele de reglare automată a temperaturii trebuie să asigure menţinerea regimului de temperatură a apei de răcire indiferent de regimul de funcţionare al motorului şi de condiţiile exterioare. Principalele prescripţii referitoare la reglarea temperaturii sunt:

a) variaţia de temperatură la trecerea de la un regim de funcţionare la altul nu trebuie să depăşească cu mai mult de 50C limitele zonei de neregularitate, pentru a preîntâmpina întreruperi în circulaţia apei, intensificarea depunerilor în spaţiile de răcire, răcirea excesivă a motorului etc.;

b) în condiţiile funcţionarii motorului la regim constant de sarcină şi turaţie, amplitudinea de variaţie a temperaturii apei de răcire nu trebuie să depăşească 1…20C;

c) durata de stabilizare a temperaturii fluidului de răcire, la variaţiile de sarcină şi turaţie, trebuie să fie mai mică.

Pentru menţinerea constantă a temperaturii apei de răcire sunt utilizate următoarele procedee:

a) procedeul de laminare: prin modificarea rezistenţei hidraulice a circuitului, regulatorul de temperatură modifică debitul pompei de apă şi, prin aceasta, menţine o valoare aproximativ constantă a temperaturii; procedeul este vechi şi corespunde reglării manuale a temperaturii;

b) procedeul de transvazare: prin motor se menţine un debit constant al apei de răcire, iar reglarea temperaturii se realizează prin traversarea unei fracţiuni din apa care iese din motor direct spre pompă, evitându-se schimbătorul de căldură;

c) procedeul de acţionare asupra mediului exterior de răcire: regulatorul reacţionează la variaţiile de temperatură ale apei din circuitul închis de răcire, modificând corespunzător debitul apei de răcire din circuitul deschis.

Cel de-al doilea procedeu este cel mai des utilizat întrucât el asigură funcţionarea în bune condiţii a instalaţiei de răcire şi diferenţe mai mici ale temperaturii fluidului de răcire, precum şi o viteză de reglare superioară.

În figura II.1.6.5. este ilustrat principiul de funcţionare al unei valvule termoregulatoare. Elementul sensibil (burduful) este umplut cu un lichid coeficient de dilatare ridicat şi, în funcţie de temperatura fluidului de răcire, se asigură circulaţia sa spre pompă (atunci când temperatura apei este ridicată) sau în ambele direcţii (în condiţiile unor valori

moderate ale temperaturii).

Filtrele şi prizele de fund sau de bordaj

Pentru reţinerea corpurilor solide ar putea pătrunde împreună cu apa de mare în circuitul deschis al instalaţiei de răcire, între pompe şi prizele de fund şi/sau bordaj se intercalează filtrele de apă sărată (fig. II.1.6.6. şi fig. II.1.6.7.).

Pentru preluarea apei din afara bordului se prevăd cel puţin două prize, dintre care una este amplasată între bordul şi fundul navei, iar cea de-a doua pe fundul navei (fig. II1.6.7.). Prin valvulele 4, se introduce aer comprimat în casetele acestor prize pentru îndepărtarea impurităţilor de pe grătare, iar prin valvulele 5 se poate asigura deblocarea de gheaţă a acestor grătare cu ajutorul aburului sau al apei calde. Prin intermediul valvulei 3, se returnează în başa prizei de bord o parte din debitul de apă caldă, în scopul reducerii diferenţei de temperatură dintre apa de mare şi cea din circuitul închis de răcire. În sfârşit cu ajutorul valvulei 6, este asigurată posibilitatea îndepărtării din başele prizelor a reziduurilor petroliere care pot pătrunde în timpul staţionarii navei în bazinele portuare.

Tancurile de expansiune-compensă

Tancul de expansiune se instalează la un nivel care să depăşească cu 0,5…2 mm nivelul celui mai înalt punct al circuitului de răcire. Volumul tancului trebuie să fie situat în limitele 0,12…0,25l/kWh şi poate prezenta 10…20 % din volumul de lichid existent în instalaţie.

Aparatele de măsură şi control

Instalaţiile de răcire sunt prevăzute cu aparate de măsură şi control, precum şi cu elementele de reglare automată, în scopul asigurării unei funcţionări la parametri optimi atât propriilor componente, cât şi a motorului pe care îl echipează.

Astfel, temperatura apei de răcire este măsurată cu ajutorul termometrelor montate la intrarea în motor şi la ieşirea din fiecare chiulasă a acestuia. La m. a.c.-urile în 2 timpi, în circuitul de răcire a pistoanelor, sunt prevăzute termometre la intrarea şi la ieşirea lichidului de răcire de la fiecare piston. Sunt montate, de asemenea, termometre la intrările şi ieşirile schimbătoarelor de căldură aer-apă, ulei-apă, apă-apă.

Pentru măsurarea presiunii şi pentru determinarea rezistenţelor hidraulice din instalaţie, sunt prevăzute manometre montate la intrarea lichidului de răcire în diversele componente ale instalaţiei.

II.1.7 Instalaţia de lansare şi de inversare a sensului de marş.Aspecte funcţionale, sisteme de lansare şi inversare, elemente componente

II.1.7.1 Instalaţia de lansare

Noţiuni generale

Spre deosebire de alte maşini termice (maşina cu abur, turbina ), motoarele cu ardere internă nu pot porni singure, fiind necesară antrenarea lor iniţială în mişcare de rotaţie, cu ajutorul unei surse exterioare de energie. Abia la atingerea unei anumite turaţii, sunt create condiţiile necesare formării amestecului carburant, aprinderii şi arderii acestuia. Valoarea turaţiei la care se realizează pornirea motorului deprinde de modul în care se desfăşoară formarea amestecului şi arderea, respectiv de factorii care influenţează aceste procese :

a) regimul termic iniţial al motorului; b) temperatura mediului ambiant; c) arhitectura camerei de ardere; d) caracteristicile aparaturii de injecţie (aprindere), în special avansul la injecţie

(aprindere); e) proprietăţile combustibilului utilizat ; f) natura uleiului de ungere şi modul de lubrifiere al motorului ;In domeniul m.a.i. navale operaţiunea de pornire este cunoscută sub denumirea de

lansare, iar turaţia la care se realizează – turaţie minimă de lansare (nlansare).

Există deosebiri esenţiale între pornirea m.a.s. şi cea a m.a.c.. La m.a.s-uri, condiţiile de pornire pot fi mai uşor realizate datorită:

a) formări externe a amestecului carburant;b) volatilitatea ridicată a combustibilului;c) asigurarea aprinderii cu ajutorul scânteii electrice.La m.a.c.-uri., formarea amestecului carburant este mai dificilă atât datorită

volatilităţii reduse a combustibilului cât şi a funcţionării deficitare a aparaturii de injecţie, ceea ce reduce considerabil fineţea pulverizării, penetraţia şi dispersarea jetului de combustibil.

De aceea, turaţia de pornire a m.a.c.-urilor este de circa 2 ori mai mare decât a m.a.s.-urilor ( la motoare cu aceeaşi turaţie nominală), reprezentând aproximativ 15 – 20 % din n nom. Turaţia minimă de pornire se realizează la o viteză medie a pistonului situată în domeniul 0,7 – 1 m/s.

După formarea energiei utilizate pentru pornire, se deosebesc următoarele procedee:a) pornirea pneumatică;b) pornirea electrică;c) pornirea inerţială;d) pornirea cu energie potenţială;e) pornirea pirotehnică;f) pornirea manuală.În domeniul motoarelor navale se utilizează numai primele două procedee, lansarea

pneumatică fiind realizată fie cu ajutorul unui demaror pneumatic, fie prin introducerea aerului şi destinderea acestuia în cilindri motorului.

Pornirea inerţială utilizează energia cinetică a unui volant în mişcare de rotaţie, pornirea cu energie potenţială utilizează energia unui act deformat, iar cea pirotehnică se bazează pe extinderea gazelor produse în cilindri prin explozia unor cartuşe. În cazul motoarelor de puteri mici (motocompresoare, motopompe, motoarele bărcilor de salvare) poate fi utilizată pornirea manuală.

Lansarea pneumatică

Cel mai adesea, lansarea pneumatică se realizează prin introducerea unei cantităţi de aer comprimat în interiorul cilindrilor ale căror pistoane se află în apropierea p.m.i. la începutul cursei de destindere. Aerul comprimat care intră în cilindri pe o durată egală cu cursa de destindere va deplasa pistonul, menţinând rotirea motorului până la turaţia minimă de lansare.

Introducerea aerului se realizează fie în toţi cilindri motorului, fie numai într-unii din cilindri, la motoarele cu număr mare de cilindri.

Pornirea se realizează cu ajutorul uneia din instalaţiile ale căror scheme sunt prezentate în fig.II.1.7.1. Aerul necesar lansării este produs la bord de către instalaţia de aer comprimat, care asigură şi aerul necesar altor utilizatori de la bord. Astfel, aerul refulat de compresorul 1 este depozitat într-una sau mai multe butelii de aer 2.

După presiunea aerului din instalaţiile de lansare este pot fi :a) de joasă presiune (20 - 30 bar);b) de medie presiune (60 – 80 bar);c) de înaltă presiune (150 – 250 bar).

În cele trei scheme, este utilizat un electrocompresor cu două trepte şi răcire intermediată , iar buteliile sunt prevăzute cu manometru, supapă de siguranţă şi valvule de manevră.În ultimele două cazuri (cele mai frecvente de altfel), după buteliile de aer se prevede reductorul de presiune 3, care asigură reducerea presiunii la cca. 25 – 30 bar. Ca urmare a pierderilor pe traseu se asigură astfel introducerea aerului în cilindrii motorului la presiuni de 14 – 16 bari, suficient pentru lansare.Lansarea motorului se realizează prin des-chiderea valvulei de manevră (lansare) 4. Acesta trimite aerul către supapele de lansare 5 montate în

chiulase. Cele trei scheme asigură în mod diferit introducerea aerului în cilindri. În primul caz, având o utilizare extrem de restrânsă, deschiderea supapelor de lansare este asigurată de către un ax cu came 6. Prin decalarea corespunzătoare a camelor se asigură astfel deschiderea supapelor de lansare numai la cilindri cu pistoanele în cursa de destindere.

Cel de-al doilea tip de instalaţie este utilizat în cazul motoarelor cu cilindree totale mici şi mijlocii. În acest caz distribuitorul de aer 7 dirijează aerul comprimat numai către supapele de lansare 5 ale cilindrilor cu pistoane în cursa de destindere. În figura II.1.7.2. este prezentă schema de principiu a unui distribuitor cu disc.

Axul 1 al distribuitorului este antrenat de către arborele cotit al motorului şi asigură rotirea discului 2, prevăzut cu orificiul eliptic 6. în corpul 3 al distribuitorului sunt practicate orificiile 4, care se află în legătură cu supapele de lansare prin intermediul unor tubulaturi speciale. Aerul comprimat pătrunde prin orificiul axial al capacului 5 al distribuitorului şi, datorită rotirii discului, va ajunge succesiv la supapele de lansare, în ordinea de aprindere a motorului. Datorită simplităţii constructive, acest tip de distribuitor este larg utilizat, existând însă şi alte tipuri, cum sunt cele cu pistonaşe dispuse radial sau cele cu pistonaşe individuale.

Supapele de lansare utilizate în instalaţia din figura II.1.7.1.b constituie aşa numitele supape cu comandă automată (fig.II.1.7.3.), la care deschiderea supapei este datorată numai presiunii aerului de lansare. Aceasta acţionează asupra talerului 1 al supapei, învingând tensiunea resortului 3 şi asigurând deplasarea spre cilindru a tijei 2. Atunci când în spaţiul A nu se mai găseşte aer comprimat, tija 2 revine în poziţia iniţială sub acţiunea resortului 3.

În sfârşit, în cadrul schemei din figura II.1.7.1.c, aerul de lansare pătrunde permanent în corpul supapelor de lansare, deschiderea acestora fiind asigurată tot de către distribuitor. Acesta dirijează aerul de comandă către supapele care urmează să se deschidă, permiţând pătrunderea în cilindru a aerului de lansare. Aceste instalaţii se utilizează la motoarele de mari dimensiuni, care necesită cantităţi sporite de aer de lansare. Pot fi astfel utilizate distribuitoare de dimensiuni reduse. Supapele de lansare utilizate, numite supape cu comandă pneumatică sunt prezentate în figura II.1.7.4.

La deschiderea valvulei de manevră, aerul de lansare pătrunde prin tubulatura principală în spaţiul A, prin racordul 1. O altă parte din aer trece prin distribuitor care asigură, ca şi în cazul precedent, dirijarea convenabilă a aerului de comandă către spaţiul B al supapei de lansare. În acest moment, aerul acţionează asupra pistonului 2, cuplat rigid cu supapa propriu-zisă 3. Este învinsă tensiunea resortului 4 şi se deschide astfel supapa. Aerul de lansare pătrunde astfel în spaţiul A, în interiorul cilindrului asigurând pornirea motorului. În momentul în care aerul de comandă este întrerupt, ca urmare a rotirii distribuitorului de către arborele cotit, supapa se închide sub acţiunea resortului 4.

În oricare dintre cele trei variante, după un anumit număr de cicluri realizate cu aer comprimat, în decursul cărora turaţia arborelui cotit creşte de la n=0 la n=nmin, se întrerupe

trimiterea aerului în cilindri, motorul funcţionând cu combustibil.Dezavantajul acestui mod de pornire constă în efectul de răcire a cilindrilor, datorat

destinderii aerului comprimat; şi din această cauză, este necesară preîncălzirea motoarelor navale înaintea lansării. Eliminarea acestui dezavantaj este asigurată prin utilizarea unui demaror pneumatic, soluţie utilizabil însă numai la motoarele de puteri mici şi mijlocii.

Volumul de aer pentru o pornire deprinde în primul rând de cilindreea motorului, dar şi de o serie de alţi factori. Conform datelor experimentale volumul mediu de aer de lansare se admite între 6 şi 9 litri de aer (raportat la condiţiile atmosferice) pentru fiecare litru de volum util (cilindree) al cilindrilor. Capacitatea necesară pentru buteliile de aer deprinde însă nu numai de cantitatea de aer consumată pentru pornirea m.a.i., ci şi de aerul necesar pentru dispozitivul de inversare a sensului de marş (unde există), de consumul de aer pentru funcţionarea dispozitivelor pneumatice de reglare automată, precum şi pentru alimentarea altor consumatori de la bord.

Volumul total al buteliilor de aer trebuie să asigure cel puţin:

a) 12 porniri pentru motoarele de propulsie reversibile;

b) 4 porniri pentru motoarele de propulsie nereversibile;

c) câte 3 porniri pentru fiecare motor auxiliar, precum şi aerul necesar pentru sistemele pneumatice.

Se recomandă să nu fie prevăzute mai puţin de două butelii.

Producerea aerului comprim este asigurată cu ajutorul compresoarelor cu piston, cu mai multe trepte de comprimare. Cel mai adesea, ele sunt acţionate electric la o turaţie situată în limitele 600…900rot/min. în figura II.1.7.5.

este prezentată o secţiune transversală printr-un cilindru al un compresor de aer cu două trepte comprimare, în timp ce în figura II.1.7.6. este prezentat capul unei butelii de aer.

Acest procedeu cunoaşte o răspândire aproape generalizată în domeniul m.a.i. de puteri mici şi mijlocii. În cazul m.a.s.-urilor, instalaţia de pornire conţine şi sistemul de aprindere, în timp ce la m.a.c.-uri, construcţia acestei instalaţii este mai simplă.

Pornirea se realizează cu ajutorul demarorului electric care reprezintă un motor electric de c.c., prevăzut cu un dispozitiv special (numit bendix) pentru angrenarea temporară (pe durata pornirii) cu coroana dinţată a volanului m.a.i. Demaroarele electrice sunt prevăzute pentru a funcţiona o durată scurtă de timp şi a dezvolta cupluri mai la o tensiune de alimentare relativ mică (6, 12, 24, 32V), ceea ce face ca intensitatea curentului să atingă câteva sute de amperi. Durata funcţionării continue a demarorului Nu trebuie să depăşească 10…20sec. Sursele de alimentare ale demaroarelor sunt bateriile de acumulatori.

Schema de principiu a instalaţiei de lansare electrică este prezentată în figura II.1.7.7.

In figura II.1.7.8. este prezentat, în secţiune longitudinală, un demaror electric. La pornire, pinionul 3 se cuplează cu coroana dinţată 2, fixată pe volantul motorului 1.

Cuplajul se realizează la antrenarea în mişcare de rotaţie a pinionului 3, datorită deplasării axiale a pinionului pe arborele cu filet elicoidal 4. După pornirea motorului şi creşterea turaţiei arborelui cotit, la întreruperea

alimentării cu energie electrică, pinionul se deplasează în sens invers, adică spre rotorul demarorului, decuplându-se de volant.

II.1.7.2 Inversarea sensului de rotaţie a arborelui propulsorului

Noţiuni generale

Instalaţia de propulsie a unei nave trebuie să fie astfel concepută şi realizată încât să asigure modificarea vitezei, de la stop la viteză maximă şi invers (oprire), inclusiv să poată fi inversat sensul de deplasare al navei. Aceste manevre pot fi realizate prin :

a) inversarea sensului de rotaţie al arborelui maşinii de propulsie şi al propulsorului (în cazul sistemului de propulsie cu maşină reversibilă şi elice cu pas fix);

b) introducerea între maşina de propulsie nereversibilă şi elicea cu pas fix a unei transmisii prin care să se poată inversa sensul de rotaţie al arborelui propulsorului ;

c) modificarea poziţiei palelor elicei, astfel încât să se modifice corespunzător sensul forţei de împingere dezvoltat de elicea cu pas reglabil.

Primul sistem se aplică la instalaţiile de propulsie cu motoare diesel, începând de la cca. 300kW până la puterile cele mai mari, dar şi la sistemele de propulsie cu turbine cu gaze sau turbine cu abur, de puteri medii şi mari.

Inversarea sensului de rotaţie al arborelui propulsorului folosind unele construcţii speciale (cuplaje hidraulice, transmisie electrică, inversoare mecanice) nu impune oprirea maşinii de propulsie. Din acest motiv, acest sistem se aplică la acele nave care în exploatare, trebuie să efectueze manevre de inversare a sensului de deplasare în mod repetat şi la intervale scurte de timp (traulere, nave de salvare, nave care navighează prin canale înguste, nave cu destinaţie specială).

Utilizarea cuplajelor hidraulice sau a altor sisteme de transmisie conduce la creşterea masei şi a gabaritului instalaţiei. Unele dintre inversoarele utilizate nu permit o funcţionare îndelungată la ’’marş înapoi’’,întrucât în acest regim de lucru, fiind puternic solicitate, se încălzesc.

Utilizarea motoarelor reversibile, cu transmisie directă, la navele menţionate anterior nu este recomandabilă, deoarece inversarea sensului de rotaţie la intervale scurte de timp, conduce la creşterea uzurii lagărelor şi a arborelui motor, iar pornirea cu aer rece, care se introduce în cilindrii, provoacă apariţia fisurilor în chiulasă şi în capetele pistoanelor.

Reversibilitatea motoarelor cu ardere internă

Condiţia necesară pentru funcţionarea motorului în ambele sensuri de rotaţie este aceea ca oricare fază a ciclului motor să se realizeze în mod normal. Se admite că în timpul funcţionării unui motor în 4 timpi, la sfârşitul cursei de destindere, pistonul unui cilindru oarecare se află în pme. Corespunzător acestei poziţii a pistonului,rola1 a mecanismului de acţionare a supapei de evacuare (fig.II.1.7.9.) trebuie să fie angajată de cama de evacuare 2. Întrucât supapa de evacuare se deschide cu un anumit avans, când pistonul a ajuns în pme, rola unu a supapei de evacuare va fi deplasată de către cama 2 cu distanţa h.

Se admite, de asemenea, că pentru aceeaşi poziţie a pistonului, arborele cotit trebuie să-şi modifice sensul de rotaţie ( adică să se rotească invers). Procesul de evacuare, care nu depinde de sensul de rotaţie, trebuie să se realizeze şi deci este necesar ca supapele de evacuare să se deschidă. Dacă arborele de distribuţie se va roti acum în sens invers, cama 2 nu va realiza deschiderea supapei. Evident, în acest scop este necesară montarea celei de-a doua came 3, dispusă simetric în raport cu cama 2. Prin urmare, pentru ca motorul să funcţioneze (arborele cotit se roteşte atât într-un sens, cât şi în celălalt sens), este necesar să se monteze câte două came pentru fiecare supapă şi pentru pompa de injecţie. Construcţia camelor şi decalarea acestora trebuie să asigure aceleiaşi unghiuri de avans şi de întârziere pentru ambele sensuri de rotaţie.

Pentru realizarea inversării, există trei sisteme constructive:a) camele sunt montate pe

arborele de distribuţie care, prin deplasare axială, pune în contact rolele tacheţilor cu camele-disc, pentru un anumit sens de rotaţie. În fig. II.1.7.10. este prezentată schema constructivă a unui asemenea dispozitiv în poziţia ,,marş înainte,,. Pe arborele de distribuţie 4 sunt montate cele două came: cama1 pentru ,,marş înainte,, şi cama 2 pentru ,,marş înapoi,,. La deplasarea pistonului 7 al servomotorului pneumatic 6, se va deplasa şi cremaliera 8 care, prin intermediul roţii dinţate 9, va roti arborele 5 şi va îndepărta rola 3 de cama 1, prin intermediul bielei 12. Prin deplasarea în continuare a pistonului 7, tija 10 (solidară cu cremaliera 8) va pătrunde printre rolele 11 şi va efectua deplasarea axială a arborelui 4 până când cama2 ajunge în dreptul rolei 3. Prin rotirea în continuare a arborelui 5, datorită deplasării pistonului 7 şi a cremalierei 8, rola 3 coboară şi restabileşte contactul cu cama 2. Cu ajutorul manetei 13 se controlează funcţionarea servomotorului care acţionează întregul dispozitiv de inversare a sensului de rotaţie;

b) arborele de distribuţie are două serii de came (pentru marşul înainte şi, respectiv, pentru marşul înapoi). Schema constructivă a unui asemenea dispozitiv este prezentată în fig.11.1.7.11. Fiecare supapă este acţionată prin intermediul unei pârghii şi al unei role, fiecare din ele fiind pusă în contact cu una dintre came prin permutare, de unde şi denumirea de inversare cu came permutabile. Inversarea se asigură prin permutarea rolelor 1, cu ajutorul mecanismului format din volantul 2 şi şurubul melc 3. Pe cadranul 4 sunt marcate poziţiile cuplării corecte a mecanismului;

c) dispozitivul cu decalarea unghiulară a arborelui de distribuţie nu are cel e-al doilea rând de came, însă se modifică împănarea roţii dinţate 1 de pe acest arbore fig.II.1.7.12. Roata dinţată de acţionare 1, solidară cu partea conducătoare 2 a cuplajului, este montată liber pe arborele 4, căruia îi transmite mişcarea de rotaţie prin cuplajul 3, fixat pe acest arbore. Prin rotirea cuplajului 2, în raport cu cuplajul condus 3, se realizează decalajul unghiular necesar pentru inversarea sensului de rotaţie.

Cele două părţi ale cuplajului, împreună cu roata dinţată 1, formează un servomotor hidraulic, a cărui schemă constructivă este prezentată în fig.II.1.7.13. Acest dispozitiv este utilizat în special la motoarele în doi timpi. Condiţia utilizării acestui sistem este profilul simetric al camei, păstrând aceleiaşi legi de deplasare a supapelor, respectiv aceleiaşi legi de injecţie.

Indiferent de sistemul utilizat, o dată cu schimbarea camei sau poziţiei acesteia, se acţionează şi asupra distribuitorului de aer, realizând poziţia corespunzătoare de lansare. În aceste condiţii, instalaţia de lansare şi de inversare funcţionează ca un tot unitar, fiind

prevăzute cu o serie de dispozitive de blocaj care nu permit lansarea motorului până ce nu a fost schimbată poziţia camelor şi a distribuitorului de aer.

Sistemele de comandă,care asigură aceste operaţiuni pot fi mecanice, pneumatice, hidraulice sau combinate (folosesc mai multe feluri de energie). În fig.II.1.7.14. este prezentată schema sistemului de comandă (lansare, inversare, variaţia turaţiei şi oprire) a unui motor în 4 timpi. Prin deschidere ventilului 2, aerul comprimat din butelia 1 trece în cavitatea intermediară a valvulei de lansare 3. Comanda valvulei 3 se asigură prin sertarul pneumatic de comandă 4, conectat cu cavitatea intermediară a valvulei prin tubulatura 25 şi, respectiv, cu cavitatea superioară prin tubulatura 19. Prin tubulatura 26 se realizează comunicaţia între cavitatea intermediară a valvulei 3 şi valvula de blocare 13.

Când maneta de lansare 16 se află în poziţia ,,stop,, (verticală) sau în poziţia ,,funcţionare,, (înclinată în partea dreaptă), aerul din cavitatea intermediară a valvulei de lansare trece, prin sertarul pneumatic de comandă 4, în cavitatea superioară a valvulei de lansare 3 şi o menţine închisă. Dacă maneta de inversare 15 se află într-una din poziţiile extreme, pentru ,,marşul înainte,, sau pentru ,,marşul înapoi,, , supapa de blocare 13 se va închide şi nu va permite trecerea aerului comprimat în sertarul de decuplare 10. Acest sertar se menţine deschis, făcând legătura între supapa de distribuţie-lansare 9 şi supapa principală de lansare 7, prin intermediul tubulaturii 21. Într-o asemenea poziţie este posibilă lansarea motorului.

Arborele de distribuţie al motorului este dozat cu două serii de came, pentru ,,marşul înainte,, şi pentru ,,marşul înapoi,, . pentru deplasare axială a arborelui cu came, este prevăzută maneta de inversare 15. Camele au o suprafaţă înclinată pe porţiunea de deplasare, care permite deplasarea axială a arborelui cu came, fără ridicarea rolelor tacheţilor supapelor şi a pompelor de injecţie. Pentru a se evita manevrarea greşită a sistemului de inversare, maneta 15 nu poate fi manevrată decât atunci când maneta 16 se află în poziţia ,,stop,, , iar motorul nu poate fi lansat atâta timp cât maneta 15 nu se află într-una din poziţiile sale extreme, pentru ,,marşul înainte,, sau pentru ,,marşul înapoi,,.

Inversoarele navale

Inversoarele navale reprezintă elemente de legătură între linia axială şi flanşa de cuplare a motorului, asigurând posibilitatea de antrenare în ambele sensuri de rotaţie a propulsorului.

Avantajele acestor dispozitive sunt:a) folosirea motoarelor rapide şi semirapide (mai compacte);b) folosirea motoarelor nereversibile;c) schimbarea sensului de marş e la distanţă;d) posibilitatea pornirii electrice a motorului (nivel ridicat de automatizare);e) durată mai mare de funcţionare.Pot fi menţionate şi următoarele dezavantaje:a) costisitoare, construcţie complexă a liniei de axiale;b) exploatare pretenţioasă;c) volum şi masă ridicate.Inversoarele s-au perfecţionat continuu, gradul lor de automatizare şi siguranţă în

exploatare crescând considerabil. Constructiv, inversoarele şi reductor-inversoarele diferă de la tip la tip, în funcţie de turaţia motorului şi a propulsorului, de cuplul motor şi de elice, de caracteristicile navei ş.a.

În principiu, un inversor funcţionează astfel (fig.II.1.7.15.): pentru ,,marşul înainte,, , discurile de cuplare 4, fixate pe arborele 5, sunt cuplate prin fricţiune cu inele ferodou 3, fixate pe carcasa 2, cuplată la arborele motor. O dată cu rotirea arborelui motor 1, se roteşte întregul ansamblu format din carcasa 2 şi pinioanele 6,7 şi 8, astfel încât la elicea 10 se transmite acelaşi sens şi acelaşi număr de rotaţii cu al motorului.

Pentru ,,marşul înainte,, , discurile de cuplare 4, fixate pe arborele 5, sunt cuplate prin fricţiune cu inelele ferodou 3, fixate pe carcasa 2, cuplată la arborele motor.

Odată cu rotirea arborelui motor 1, se roteşte întregul ansamblu format din carcasa 2 şi pinioanele 6, 7 şi 8, astfel încât la elicea 10 se transmite acelaşi sens şi acelaşi număr de rotaţii cu al motorului.

Pentru ,,marşul înapoi” sunt decuplate discurile 4 şi este strâns bandajul circul de fricţiune cu ferodou 9 pe carcasa 2, imobilizând-o. Prin rotirea axului 1, carcasa cu ferodouri cuplată cu pinionul planetar 6 se va roti în acelaşi sens, obligând şi sateliţii 8 să se rotească în lagărele lor fixate rigid în carcasa 2 (care este imobilă). Prin rotirea sateliţilor 8, se angrenează şi pinionul planetar 7, care se va roti în sens invers faţă de discul planetar 6. Deoarece de pinionul 7 este fixat arborele portelice 5, va permite rotirea acestuia în sens opus sensului de rotaţie al motorului, la aceeaşi turaţie. Cuplarea –decuplarea discului4 de inele 3 se poate face mecanic, hidraulic sau pneumatic. În cazul ,,mersului în gol,, , atât coroana 9 este decuplată de carcasa 2, cât şi de discurile 4 de inelele 3.

În cazul reductor-inversorului (fig.II.1.7.16.), principiul de funcţionare este următorul: pentru ,,marşul înainte,, , discul de cuplare 4 este cuplat prin fricţiune cu discul cu ferodouri 3.

Axul 1 este cu arborele cotit al motorului şi este fixat rigid de carcasa 2. Prin rotire, axul 1 şi carcasa 2 antrenează şi discul de cuplare 4. acesta fiind cuplat cu discul 3, asigură antrenarea în mişcare de rotaţie a axului 5, în acelaşi sens cu arborele cotit. Prin intermediul pinionului 6 (fixat pe arborele port-elice 9), elicea se va roti în acelaşi sens cu motorul, dar la o turaţie redusă (conform raportului de transmisie al pinioanelor).

Pentru,,marşul înapoi,, , discul 4 este cuplat pe discul 10, asigurându-se astfel antrenarea în mişcare de rotaţie a arborelui 11, în acelaşi sens de rotaţie a arborelui 11,în acelaşi sens cu motorul.

Acesta, la rândul său, asigură antrenarea axului port-elice 9 (prin intermediul pinioanelor 12 şi 13) în sens de rotaţie opus arborelui motor, la o turaţie corespunzătoare raportului de transmisie al celor două pinioane.

În cazul ,,mersului în gol,, , discul 4 nu este cuplat nici cu discul 3, nici cu discul 10, astfel că arborii 5 şi 11 nu sunt antrenaţi în mişcare de rotaţie. Acţionarea discului de cuplaj 4 se realizează mecanic sau hidraulic. Întregul mecanism este închis în carcasa 14.

II.1.8 Supraalimentarea m.a.i.

II.1.8.1 Necesitatea supraalimentării

Puterea unui anumit motor este cu atât mai mare, cu cât lucrul mecanic realizat într-un ciclu este mai mare şi cu cât ciclul motor s-a efectuat într-un interval de timp mai scurt. Dar lucrul mecanic realizat într-un ciclu se obţine prin arderea unei anumite cantităţi de combustibil, care necesită o anumită cantitate de aer. Prin urmare, puterea unui motor va ceşte cu creşterea cantităţi de combustibil ars într-un ciclu, ceea ce necesită creşterea masei de aer existent în cilindru la sfârşitul procesului de umplere.

Masa de încărcătură proaspătă existentă în cilindru la sfârşitul umplerii este:

Ma = (kg/h) (II.1.8.1.)

în care vs[m3] reprezintă cilindreea unitară; i – numărul de cilindri; pa [kg/m2]- densitatea aerului ; n [rot/min]- turaţia şi - numărul de timpi.

Sporirea masei de aer în decursul umplerii cilindrului, prin creşterea densităţi pa, în scopul creşteri puterii motorului, se numeşte supraalimentare.

Mărirea puterii motorului cu ardere internă poate fi obţinută prin creşterea dimensiunilor cilindrului, precum şi prin creşterea turaţiei. Dimensiunile cilindrului la m.a.i. navele au ajuns la mărimi maxime ( D1000 mm. şi S/D 2,5),care probabil nu mai pot fi dezvoltare în viitor, datorită forţelor de inerţie ridicate. Numărul de cilindri a ajuns, de asemenea, la valori maximale datorită vibraţiilor torsionale şi de încovoiere ale liniilor de arbori: 12 la motoare în linie, 18 la motoarele în V şi 56 la motoarele în stea sau în x. Şi în ceea ce priveşte turaţia, creşterea acesteia implică reducerea dimensiunilor constructive, pentru limitarea forţelor de inerţie create. Ca urmare, cel mai extins şi mai eficace procedeu de mărire a puterii este creşterea masei de aer prin supraalimentare.

II.1.8.2 Clasificarea sistemelor de supraalimentare

Sistemele de supraalimentare ale m.a.i. se clasifică după două criterii: A) presiunea aerului;B) modul de acţionare a agregatului de supraalimentare.

După primul criteriu, se disting sisteme de supraalimentare:a) cu presiune redusă (1,2…..1,5 bar.)b) cu presiune medie (1,5 …..2,0 bar.)c) cu presiune ridicată (2,0…...3,5 bar.)d) cu presiune foarte mare (ps 3,5 bar)

După modul de acţionare a suflantei, sunt cunoscute următoarele tipuri:a) cu acţionare mecanică (fig.II.1.8.1.a)b) cu acţionare electrică (fig.II.1.8.1.b)c) cu acţionare cu turbină cu gaze (fig.II.1.8.1.c)d) cu acţionare mixtă (fig.II.1.8.1.d)

Antrenarea mecanică asigură o supraalimentare joasă, presiunea de supraalimentare fiind limitată la ps =1,5…..1,6 bar. La presiuni mai mari, puterea consumată pentru antrenarea agregatului de supraalimentare devine extrem de mare, ceea ce reduce economicitatea motorului. Acest sistem asigură concordanţa dintre dubitul de aer şi turaţie, fără a sesiza, însă, şi variaţia de sarcină. Aceste dezavantaje sunt înlăturate parţial prin utilizarea unui sistem de ambreiaj centrifugal, care permite cuplarea suflante numai la regimuri de sarcină şi turaţie ridicate.

În cazul acţionări electrice, suflanta trimite în cilindru o cantitate constantă de aer fără a o pune în corelaţie cu turaţia sau cu sarcina motorului. De aceea, utilizarea acestui sistem este limitată la :

a) motorul cu regimuri de sarcină şi de turaţie constante;b) funcţionarea la regimuri reduse de sarcină şi turaţie ale motoarelor

supraalimentate cu turbosuflantă;c) funcţionarea în caz de avarie a sistemului propriu-zis de supraalimentare.

Suflanta acţionată de o turbină cu gaze reprezintă soluţia cea mai des întâlnită, datorită consumului relativ redus de putere şi a autoreglării la orice regim de sarcină sau de turaţie. Suflanta este montată pe acelaşi arbore cu rotorul turbinei cu gaze, ansamblul fiind denumit turbosuflantă. Turbina valorifică o parte din energia gazelor arse evacuate din motor. Pentru a se mări eficienţa supraalimentării, este necesară răcirea aerului între suflantă şi motor. De asemenea, deschiderea supapelor de evacuare se face cu un avans mai mare, pentru a se crea posibilitatea unei destinderi mai mari a gazelor de evacuare în paletele turbinei. O altă măsură de creştere a eficienţei supraalimentării o reprezintă împărţirea galeriei de evacuare în ramificaţii separate, pentru o mai bună folosire a energiei cinetice a gazelor de evacuare.Supraalimentarea de presiune mare şi foarte mare se realizează prin comprimarea aerului în două trepte şi răcirea intermediară a acestuia. Prima treaptă de comprimare se realizează cu o turbosuflantă, iar a doua treaptă de comprimare se realizează cu o pompă de aer cu piston, antrenată de motor(sistem utilizat de m.a.c.-urile în 2 timpi). A doua treaptă de comprimare poate fi realizată tot cu o turbosuflantă sau cu o suflantă antrenată mecanic (la motoarele în 4 timpi). În cazul supraalimentării de presiune foarte mare, este necesară răcirea după fiecare treaptă de comprimare. La motoarele cu supraalimentare de presiune mare şi foarte mare, piesele mecanismului motor trebuie dimensionate corespunzător, pentru a rezista la solicitările ridicate la care sunt supuse.

II.1.8.3 Particularităţi ale supraalimentării motoarelor în 2 timpi

În cazul supraalimentării cu turbosuflantă, particularităţile funcţionale şi constructive ale motoarelor în 2 timpi, determinate de lipsa curselor de pompaj specifice motoarelor în 4 timpi, conduc la:

a) pornirea dificilă şi funcţionarea instabilă a motorului la turaţii reduse;b) consum mare de aer de baleiaj;c) reducerea temperaturii gazelor arse datorită amestecării lor cu aerul de

baleiaj;

d) înrăutăţirea baleiajului la creşterea presiuni de evacuare. Pentru înlăturarea acestor neajunsuri, sunt utilizate următoarele scheme de supraalimentare:

a) completarea instalaţiei de supraalimentare cu turbosuflantă cu o electrosuflantă care să asigure baleiajul şi umplerea cilindrilor la pornire şi care să completeze debitul de aer al turbosuflantei la regimurile de funcţionare la turaţii reduse ale motorului(fig.II.1.8.2.a);

b) instalaţia de supraalimentare în paralel (fig.II.1.8.2.b), la care aerul este debitat într-un colector comun, atât de suflantă cât şi de pompa de baleiaj. La aceste sisteme, debitul incomplet al suflantei este completat de debitul pompei acţionate de motor. În acest scop, se pune problema stabilirii dimensiunilor optime ale pompei de baleiaj, care să asigure debitul de aer necesar;

c) instalaţia de supraalimentare în succesiune (serie)(fig.II.1.8.2.c). În acest caz, suflanta acţionată de turbina cu gaze introduce aerul comprimat în aspiraţia pompei de baleiaj acţionate de motor. Sistemul permite realizarea unor presiuni mari ale aerului de supraalimentare, o umplere bună a cilindrilor şi prin aceasta asigurarea unei treceri rapide a funcţionări motoarelor de la un regim la altul;

d) instalaţia de supraalimentare mixtă (fig.II.1.8.2.d) care constă în supraalimentarea unor cilindri după schema ,,paralel” şi a celorlalţi după schema ,,serie“. Sistemul asigură îmbinarea avantajelor celor două scheme;

e) instalaţia de supraalimentare cu două trepte de comprimare (fig.II.1.8.2.e) poate fi realizată în prima treaptă cu turbină de impuls, iar a doua treaptă cu turbină de presiune constantă. Comprimarea se face în succesiune, iar aerul este răcit după fiecare treaptă de comprimare. Sistemul este aplicat la motoarele cu presiuni efective mari (pe~20 ….25 bar).

II.1.8.4 Particularităţile umplerii motoarelor supraalimentate

Analizând diagrama indicată de pompaj a unui motor în 4 timpi, supraalimentat (fig.II.1.8.3.), se observă că, datorită pierderilor gazodinamice, presiunea în cilindru pa, atât în decursul, cât şi la sfârşitul umplerii, este mai mică decât presiunea aerului de supraalimentare ps.

Pentru ca aerul să pătrundă în cilindrul motorului este necesar ca presiunea din colectorul de umplere să fie mai mare decât presiunea gazelor din cilindru. Realizarea acestei condiţii impune ca , la motoarele supraalimentate avansul la deschiderea supapei de evacuare să fie mărit. Prin această măsură se îmbunătăţeşte evacuarea gazelor, inclusiv funcţionarea turbinei cu gaze care va dispune de o cantitate sporită de energie, ceea ce va avea ca efect creşterea sensibilă a presiuni de supraalimentare. Momentul închiderii supapei de evacuare trebuie corelat cu cel al deschideri supapei de admisie, ţinând seama de necesitatea realizării unui baleiaj corespunzător, prin care să se asigure evacuarea forţată a gazelor arse şi răcirea pereţilor cilindrilor, a capului pistonului, a chiulasei şi a supapei de evacuare, cerinţă impusă de solicitările termice mai ridicate ale acestor piese. La m. a.c.-urile în 4 timpi, supraalimentarea, suprapunerea deschiderii supapelor se află între limitele 90….1500RAC, comparativ cu 40….600RAC, cât se foloseşte la m.a.c.-urile cu admisie naturală (fig.II.1.8.4.)Pentru folosirea cât mai raţională fenomenul de umplere inerţială, întârzierea la închiderea supapei de admisie trebuie să fie mai mare faţă de întârzierea la închiderea a aceleiaşi supape la m. a.c.-urile cu admisie naturală.

II.1.8.5 Construcţia agregatului de supraalimentare

În construcţia agregatului de supraalimentare se utilizează două tipuri de suflante: de dislocare sau cu palete. Suflantele de dislocare pot fi:

a) cu piston;b) cu plăci rotitoare;c) cu rotoare profilate (tip Roots);d) elicoidale (cu şurub),

iar suflantele cu palete pot fi realizate, la rândul lor, în următoarele variante constructive:a) centrifugale;b) axiale;c) axial-centrifugale.

Cea mai mare răspândire o au suflantele centrifugale, caracterizate prin dimensiuni reduse şi randamente ridicate. Valorile reduse ale dimensiunilor se datorează turaţiilor mari de

funcţionare (20000…100000 rot/min.).Din punct de vedere constructiv, turbinele cu gaze utilizate în agregatele de supraalimentare pot fi radiale sau axiale, cea mai largă utilizare având-o cele axiale, caracterizate prin randamente mari la gabarite şi greutăţi reduse.

După modul în care este folosită energia conţinută de gazele de evacuare, se disting:a) turbină de presiune constantă;b) turbină de presiune variabilă (numită şi turbină de impuls)

La turbina de presiune constantă, evacuarea gazelor este dirijată într-un colector comun pentru toţi cilindrii, colector al cărui volum este suficient de mare în raport cu volumul unui cilindru. La turbina de impuls sistemul de evacuare, se împarte în mai multe colectoare separate, care au un volum redus. Fiecare din aceste colectoare se cuplează cu un grup de doi, trei sau patru cilindri.

În cazul supraalimentării înalte şi foarte înalt, se utilizează sistemul combinat cu prima turbină de impuls şi cea de-a doua de presiune constantă.

După modul de rezemare a arborelui turbosuflantei, se deosebesc următoarele soluţii:

a) arborele rezemat la extremităţi (fig.II.1.8.5.a); soluţia permite montarea simplă, vizitarea lagărelor, protejarea lagărelor de temperatura ridicată a galeriilor de evacuare şi simplificarea sistemelor de etanşare, dar măreşte lungimea agregatului

b) arborele cu rotorii în consolă la extremităţi (fig.II.1.8.5.b) rezultă reducerea lungimii, dar lagărele nu pot fi vizitate şi sistemele trebuie protejate la încălzire;

c) soluţia combinată (fig.II.1.8.5.c), care protejează lagărul turbinei cu gaze împotriva încălzirii şi asigură pierderi minime la intrarea aerului în compresor;

d) arborii cu rotorii în consolă la o singură extremitate (fig.II.1.8.5.d) asigură compactitate şi rigiditate ridicată, dar determină încălzirea aerului în suflantă. Ca lagăre de reazem, se utilizează atât lagăre de alunecare cât şi de rostogolire.

II.1.8.6 Măsuri constructive aplicate la m.a.i. supraalimentate

Pentru a mări secţiunea de trecere a canalelor de evacuare şi admisie, la m. a.c.-urile în 4 timpi, supraalimentate se prevăd la fiecare cilindru câte 2 supape de admisie şi 2 de evacuare. Pentru a mări coeficientul de umplere, se intervine asupra profilului camelor de acţionare a supapelor de distribuţie, în sensul obţinerii unui timp-secţiune mai mare. În acest fel, se poate asigura umplerea suplimentară a cilindrului, pe baza inerţiei coloanei de aer,realizându-se o suprapresiune de 0,1…0,2bar.(fig.II.1.8.6).

Lungimea colectorului de evacuare trebuie stabilită din condiţia ca undele depresiune care se formează în acest colector să favorizeze umplerea cilindrului.

Colectorul de evacuare trebuie astfel construit, încât variaţiile de presiune care apar în cilindru şi în acest colector să influenţeze favorabil procesul de baleiaj. Pentru a înlătura suprapunerea în timp a perioadelor de baleiaj, uneori este necesar să se folosească mai multe colectoare de evacuare. Dacă ciclu este unghiul de rotaţie al arborelui cotit aferent unui ciclu

motor; i- numărul de cilindri şi sp – unghiul de rotaţie corespunzător suprapunerii deschiderii supapelor, decalajul între procesele care se realizează în doi cilindri trebuie să fie:

sps [0RAC].

(II.1.8.2)Dacă ic este numărul de cilindri care, în decursul duratei ciclu evacuează în fiecare

colector şi nc – numărul de colectoare ale motorului, atunci: sp [0RAC]

(II.1.8.3)

Admiţând în funcţie de tipul motorului, sp şi numărul de cilindri Ic se obţine numărul necesar de colectoare nc. Gruparea pe colectoare a cilindrilor depinde de numărul de cilindri şi de ordinea de aprindere. În fig.II.1.8.7 sunt prezentate câteva exemple de grupări ale cilindrilor pe colectoare de evacuare.

Un alt factor de influenţă a baleiajului şi a umpleri cilindrului îl constituie raportul dintre volumul colectorului de evacuare şi volumul unui cilindru (Vcol/Vs). S-a constatat că, prin reducerea acestui raport, impulsurile de presiune în colectorul de evacuare cresc (curba I din fig.II.1.8.8.) ceea ce duce la creşterea presiunii aerului ps şi la mărirea diferenţe de presiune pI cu efectele favorabile asupra procesului de baleiaj. Dacă acest raport creşte, impulsurile de presiune se reduc, de asemenea, se reduce şi diferenţa de presiune piipi.

II.2. INSTALATIA DE TURBINE CU GAZE

II.2.1. Noţiuni generale despre turbinele cu gaze

II.2.1. Noţiuni generale

Iniţial dezvoltat în sectorul aeronautic, motorul turboreactor a cunoscut o răspândire din ce în ce mai mare în aplicaţiile nautice. Începutul a fost făcut prin utilizarea în scopuri terestre a motoarelor turboreactor care şi-au consumat resursa aeronautică şi nu mai prezentau securitate deplină în zbor. Ulterior s-a trecut la utilizarea unor motoare turboreactor noi concepute pentru scopuri nautice. Prima tentativă în domeniul propulsiei navale a fost făcută pe nava britanică MMS GREY-GOOSE. Cele mai cunoscute motoare turboreactor sunt : Motorul PROTENS (GG+TP) -4500 C.P. Motorul TYNE (GG+TP) -4500 C.P. Motorul OLYMPUS (GG+TP) -28000 C.P. Generatorul electric L.M.2500 –(GG+TP) -28000 C.P. Datorită principalelor avantaje oferite (simplitatea construcţiei, fiabilitate, compactitate, raport mic greutate/putere 0.5 KG./C.P. ,volum redus de lucrări de întreţinere în condiţiile bordului, nivel redus de vibraţii), turbinele cu gaze s-au impus ca unitate de forţă la bordul navelor militare atât în sistemul de propulsie cât şi în acţionarea generatoarelor electrice. Turbinele cu gaze la fel ca şi cele cu abur nu realizează decât o singură fază a ciclului şi anume destinderea agentului termic prin care căldura este transformată în lucru mecanic. Turbina este un motor care transformă energia potenţială a unui fluid (agentul motor) în energie mecanică utilă (de rotaţie). După natura fluidului motor turbinele se deosebesc: a) hidraulice; b) cu abur; c) cu gaze. Pentru a putea funcţiona ele sunt incluse în instalaţii complexe în care se realizează şi celelalte faze ale ciclului. Cea mai simplă instalaţie de turbine cu gaze este compusă din compresor , cameră de ardere şi turbină cu gaze. Ciclul acestor instalaţii se aseamănă cu ciclul m.a.c. cu ardere la presiune constantă. În aplicaţiile navale motoarele turboreactor asigură propulsia navelor fie ca sursă unică de putere, fie în combinaţie cu motoare cu piston sau turbine cu abur. Instalaţiile de forţă navale cu turbine cu gaze sunt compuse din două părţi distincte : a) o parte care generează gazele de lucru, în care energia chimică a combustibilului este transformată în energie termică rezultând gazele de ardere, cu o anumită energie potenţială şi cinetică, corespunzătoare cantităţii de combustibil arse în instalaţie. b) o parte care dezvoltă putere, în urma transformării entalpiei gazelor de lucru în energie mecanică, pe care o dă la axul turbinei cu gaze. În funcţie de modul cum sunt generate gazele de ardere, instalaţiile de turbine cu gaze se împart în două mari categorii :

a) instalaţii cu compresor de aer şi cameră de ardere sau instalaţii de tip clasic; b) instalaţii cu generatoare de gaze cu pistoane libere (GGPL).

II.2.1.2 Clasificarea instalaţiilor de turbine cu gaze

Clasificarea instalaţiilor de turbine cu gaze, se poate face după câteva categorii de bază : 1) după tipul combustibilului folosit : a) instalaţii cu combustibil clasic ( lichid,gaz sau solid); b) instalaţii cu reactor nuclear; 2) după modul de realizare a ciclului : a) cu ciclu închis; b) cu ciclu deschis; 3) după numărul treptelor de comprimare: a) cu o treaptă; b) cu doua trepte; c) cu trei trepte şi răcire intermediară intre trepte; 4) după modul cum decurge arderea în camerele de ardere: a) ardere la presiune constantă (p=cst.); b) ardere la volum constant (V=cst.); 5) după modul de generare a gazelor: a) instalaţii clasice cu cameră de ardere şi compresor ; b) instalaţii cu generatoare de gaze cu pistoane libere (GGPL); 6) după modul cum se produce destinderea în turbinele cu gaze : a) cu acţiune; b) cu reacţiune; c) cu trepte de viteze; d) mixte 7) după modul de utilizare a gazelor ce ies din turbine: a) fără recuperare a căldurii; b) cu recuperare a căldurii;

Varietatea principalelor tipuri constructive precum şi diversitatea domeniilor de utilizare conduc la existenţa unor tipuri variate de instalaţii de turbine cu gaze a căror clasificare generală este prezentă în tabelul următor:

Criteriul de clasificare

Tipul instalaţiei de turbine cu

gazeCaracteristica principală Observaţii

1 2 3 4

Condiţiile de ardere

Cu ardere la presiune constantă

Camera de ardere este prevăzută cu supape de

admisie şi supape de evacuare

1. Randamentul mic depinde de: - raportul de creştere a presiunii în timpul comprimării - raportul de creştere a presiunii în procesul de ardere Este complicată constructiv datorită mecanismului pentru comanda supapelor – nu se mai construieşte.

Cu ardere la volum constant

Camera de ardere nu are supape fiind alimentată

continuu cu aer comprimat şi combustibil

1. Randamentul termic depinde de: - raportul de creştere a presiunii în timpul comprimării - raportul de creştere totală a

temperaturii

1 2 3 4

Circulaţia agentului

termic

Cu circuit deschis

Gazele evacuate din camera de ardere trec prin turbină şi apoi sunt evacuate în atmosferă la temperaturi de 350-450 grade Celsius

1. Randamentul este scăzut (16-18 %) datorită pierderilor de căldură, dar au masă şi volum redus.

2. Randamentul poate creste până la (30-40) % prin introducerea unui recuperator de căldură care însă determină creşterea masei şi a volumului.

Cu circuit închis

În general agentul motor este aerul curat care

evacuat din turbină într-un schimbător de căldură este

aspirat de compresor.

1. Datorită creşterii presiunii medii în circuit, la puteri egale, are dimensiunii mai mici ca instalaţia de turbină cu gaze în circuit deschis.

Cu circuit mixt

Este compusă dintr-un circuit închis comune pe o

porţiune - compresorul de înaltă

presiune alimentează atât camera de ardere cât şi

turbina.

1.Randamentul instalaţiei este de : (30-32 %).2.Datorită complexităţii sunt folosite doar pentru unităţi de mare putere.

Turbină cu expansiune

Valorificarea căldurii

reziduale (evacuate din

turbină)

Fără recuperareDin turbină gazele, la

temperaturi de 350-450 0C, sunt evacuate în atmosferă .

1. Datorită pierderilor de căldură randamentul termic este mic (16-18 %).

2. Au avantajul masei mici şi volumului redus.

Cu recuperare

Gazele evacuate de turbină trec dintr-un recuperator de

căldură care foloseşte temperatura acestora pentru încălzirea aerului refulat în

compresor.

1. Este o metodă de creştere a randamentului termic (de la 18% până la 40%).

2. Creşte masa volumului şi complexitatea instalaţiei.

Cu cicluri combinate

Cele mai utilizate sunt ciclurile combinate gaze-abur. Gazele evacuate din

turbină cu gaze sunt trimise într-un cazan recuperator pentru producerea de abur

supraîncălzit.Cu termoficare

1 2 3 4

Sistemul de alimentare al

turbinei

Cu cameră de ardere

Camera de ardere este componenta instalaţiei în

care energia chimică a combustibilului este

transformată în energie termică a gazelor de ardere

cu care este alimentată turbina.

1. Constructiv camerele de ardere pot fi închise (se utilizează rar) şi deschise.

Cu generator de gaze cu pistoane

libere

În generatorul de gaze cu pistoane libere se realizează atât transformarea energiei chimice a combustibilului

în energie termică a gazelor de ardere, cât şi

comprimarea acestora.

1. Randamentul instalaţiei este de 35-40%.

2. Sunt instalaţii mici şi uşoare datorită eliminării camerei de ardere şi a compresorului.

Cu gaze de evacuare

Recuperează energia termică a gazelor evacuate

(la presiunea superioară presiunii atmosferice) de: motoare cu ardere internă, cazane de abur cu focare

sub presiune etc.

1. Sunt simple (lipseşte camera de ardere şi compresorul) şi foarte economice.

2. Sunt folosite pentru îmbunătăţirea performanţelor generatoarelor de gaze sau alte servicii.

Turbine cu expansiune

Felul comprimării agentului de

lucru

Fără răcire intermediară

Lucrul mecanic util este foarte mic, deoarece o foarte mare parte din

aceasta este consumat de compresor pentru

comprimarea aerului.

Randamentul ciclului este foarte scăzut.

Cu răcire intermediară

Comprimarea se realizează în mai multe compresoare, între care sunt intercalate

răcitoare de aer

1. Cu cât numărul răcirilor intermediare este mai mare cu atât randamentul este mai bun.

2. Complicaţiile constructive şi pierderile de presiune limitează numărul treptelor 2 sau 3.

1 2 3 4Direcţia gazelor

în turbinăCu turbine

axialeLiniile de curgere a gazelor sunt situate pe o suprafaţă

de revoluţie având axa geometrică situată în axa de

rotaţie a turbinei. Pot fi: unietajate, cvasietajate sau multietajate (cu acţiune sau

recţiune)

1. Au construcţie simplă şi montaj uşor. Au o repartiţie favorabilă a solicitării materialelor. Asigură executarea unor puteri unitare foarte mari.

2. Sunt cele mai utilizate.

Cu turbine radiale

Liniile de curgere ale gazelor se găsesc în plane perpendiculare pe axa de

rotaţie a turbinei. Curgerea gazelor poate fi centripetă sau centrifugă. Turbinele pot fi : cu acţiune sau cu recţiune, unietajate sau

multietajate.

1. Nu pot fi executate pentru puteri mari datorită repartiţiei nefavorabile a solicitărilor.

2. Au randament relativ mare, dar necesită execuţiile şi montaj pretenţios

3. Se folosesc la supraalimentarea motoarelor cu ardere internă ( puteri mici cu turaţii mari).

Cu turbine radial axiale

Partea de joasă presiune se execută în trepte axiale, iar partea de înaltă presiune în

trepte radiale.

Destinderea gazelor în

turbine

Fără încălzire intermediară

Lucrul mecanic realizat în turbină este mult mai mic

datorită destinderii adiabate.

Randamentul termic al ciclului este scăzut.

Cu încălzire intermediară.

Destinderea are loc în mai multe turbine, fiecare din ele fiind precedată de o

cameră de ardere. Destinderea tinde către o

izotermă a cărei lucru mecanic este mai mare ca

în cazul destinderii adiabate.

1. Randamentul termic al ciclului este mai bun.

2. Complicaţiile constructive sunt mari.

Modul de transformare al căldurii în lucru

mecanic

Cu acţiune

Căderile de presiune (creşterea energiei cinetice) a gazelor au loc în paletele

statorului. În palele rotorului energia cinetică se

transformă în lucru mecanic. Forţa tangenţială care dă naşterea cuplului

motor se obţine prin devierea curentului de gaze de către paletele motorului.

Constructiv se caracterizează prin profilul paletelor rotorului şi prin existenţa diafragmelor în care sunt fixate ajutajele.

1 2 3 4

Cu recţiune

Căderea de presiune a gazelor are loc parţial în

paletele statorului (paletele directoare), iar restul în paletele rotorului. Forţa

tangenţială care dă naştere cuplului motor este

rezultanta dintre forţa activă (devierea curentului de gaze) şi forţa reactivă

datorită accelerării curentului de gaze (între paletele rotorului are loc

destinderea gazelor).

Constructiv se caracterizează prin profilul paletele rotorului şi lipsa diafragmelor. Paletele directoare sunt fixate în carcasa turbinei.

Mixte

Sunt turbine multietajate a căror trepte de înaltă

presiune sunt formate din trepte cu înaltă presiune, iar cele de joasă presiune sunt

treptele cu recţiune.

Numărul de arbori

Cu un arbore Prin repartizarea turbinei şi compresorului pe două linii de arbori cu turaţii diferite se îmbunătăţeşte randamentul la sarcini parţiale.Compresorul este antrenat de turbina de înaltă presiune, iar consumatorul este antrenat de turbina de joasă presiune.

Cu mai mulţi arbori

II.2.1.3. Avantajele instalaţiilor de turbine cu gaze faţă de celelalte tipuri de instalaţii

Comparativ cu instalaţiile de turbine cu abur, instalaţiile de turbine cu gaze au următoarele avantaje:

a) elimină necesitatea generatorului de abur cu instalaţiile aferente: instalaţia de preparare a apei, pompele de alimentare, ventilatoarele de aer, etc.;b) elimină instalaţia de condensaţie cu pompele de vid, pompele de condens şi de circulaţie;c) pentru aceleaşi puteri instalate, dimensiunile de gabarit, suprafaţa ocupată şi greutatea instalaţiei sunt mult mai mici;d) au posibilitatea de a fi pornite rapid, indiferent de puterea instalaţiei;e) necesită un debit de apa de răcire foarte redus şi la temperaturi relativ mai ridicate;f) cheltuielile de întreţinere sunt mai reduse, iar exploatare mult mai simplă;g) domeniul de utilizare foarte extins, datorită avantajelor amintite anterior, cât şi faptul că se pot realiza instalaţii mobile şi grupuri compacte cu puteri mici;h) permit un grad de automatizare aproape total, 100%;i) randamentul instalaţiei, pentru aceleaşi puteri instalate, este mai ridicat decât al instalaţiilor de turbine cu abur.Dacă se compară instalaţiile de turbine cu gaze cu instalaţiile de motoare cu ardere

internă, rezultă, pentru primele, următoarele avantaje:a) la aceleaşi puteri, dimensiunile de gabarit, suprafaţa ocupată şi greutatea instalaţiei

sunt mai reduse;

b) necesită un debit de apă de răcire mult mai redus;c) exploatarea este mult mai uşoară, iar cheltuielile de întreţinere şi reparaţii sunt mai

mici;d) permite realizarea unor instalaţii cu puteri unitare foarte mari;e) la puteri mari, peste 40000 kW, randamentul instalaţiei este mai mare decât al

instalaţiilor cu motoare cu ardere internă;f) permite utilizarea unor combustibili inferiori şi mult mai ieftini;g) funcţionează fără vibraţii mari, datorită lipsei forţelor alternative iar fundaţiile sunt

mai uşoare.

II.2.2. Principiul de funcţionare a instalaţiilor de forţă navale cu turbine cu gaze

Instalaţiile de forţă din această categorie sunt compuse din două părţi distincte:a) o parte care generează gazele de lucru, în care energia chimică a

combustibilului este transformată în energie termică, rezultând gazele de ardere, cu o anumită energie potenţială şi cinetică, corespunzătoare cantităţii de combustibil arse în instalaţie;

b) o parte care dezvoltă putere, în urma transformării entalpiei gazelor de lucru în energie mecanică, pe care o dă la axul turbinei cu gaze.

În funcţie de modul cum sunt generate gazele de ardere, instalaţiile de turbine cu gaze se împart în două mari categorii :

a) instalaţii cu compresor de aer şi cameră de ardere sau instalaţii de tip clasic (figura II.2.2.a);

b) instalaţii cu generatoare de gaze cu pistoane libere(GGPL fig. II.2.2.b). În figura (II.2.2.a) este dată schema de principiu pentru o instalaţie de turbine cu gaze cu ardere la presiune constantă, în forma cea mai simplă. Aerul aspirat din exterior este comprimat de compresorul 2 şi refulat în camera de ardere 12, unde este introdus şi combustibilul (lichid, gazos sau solid sub forma de praf). Arderea amestecului de aer şi combustibil are loc la presiune constantă, dată de compresor, iar gazele rezultate în urma arderii sunt introdu-se în turbina cu gaze 5,6 la o temperatură ridicată şi o anumită entalpie, unde are loc transformarea energiei potenţiale şi cinetice în energie mecanică. Energia mecanică, prin intermediul reductorului de turaţie 7 şi a liniei axiale 8, este transmisă elicei 9 care realizează forţa de propulsie. Compresorul de aer este antrenat de turbina compresorului 4, cu care formează grupul turbocompresor ce acţionează şi pompa de injecţie a combustibilului 3. Pulverizarea combustibilului în camera de ardere se face prin injectorul 10, iar aprinderea iniţială prin bujia 11, flacăra fiind întreţinută mai departe datorită temperaturii ridicate din camera de ardere. În faza de pornire a instalaţiei se utilizează motorul electric care acţionează grupul turbocompresor, până când intră în funcţiune turbina compresorului. Prin inversorul 13 se poate face inversarea sensului de rotaţie (de marş), alimentând fie turbina cu gaze de marş înainte 5, fie turbina cu gaze la marş înapoi 6. În figura de mai jos este dată schema de principiu pentru o instalaţie de turbine cu gaze la presiune constantă, în forma cea mai simplă.

Fig. II.2.2.a Schema instalaţiei de turbine cu gaze cu ardere la presiune constantă, de tip clasic cu compresor şi arzător

1- motor electric de pornire , 2- compresor de aer, 3- pompa de injecţie pentru combustibil, 4- turbina cu gaze pentru antrenarea compresorului, 5- turbina cu gaze pentru marş înainte, 6-turbina cu gaze pentru marş înapoi, 7-reductor de turaţie, 8- linia axiala , 9- elice pentru propulsie cu pas fix, 10- injectorul de combustibil, 11- bujia pentru aprinderea combustibilului, 12- camera de ardere la presiune constanta, 13- inversor de marş.

Fig.II.2.2.a Schema instalaţiei de propulsie cu turbine cu gaze:1- compresor de aer, 2- compresor de aer, 3- turbina de presiune înaltă, 4- turbina de

joasă presiune, 5- camera de ardere, 6- schimbător de căldură, 7-schimbator de căldură.

În figura (II.2.2.b) este reprezentată schema de principiu a unei instalaţii de turbine cu gaze, cu generatoare de gaze cu pistoane libere(GGPL). În schemă este dat un singur generator, dar în realitate sunt mai multe generatoare grupate, care debitează gazele de ardere într-un colector comun 15 de unde se poate alimenta fie turbina cu gaze de marş înainte 23, fie cea de marş înapoi 24. Cele două turbine acţionează elicea de propulsie 21 prin intermediul reductorului de turaţie 19 şi linia axială 20.

Generatorul de gaze cu pistoane libere este format dintr-un cilindru-motor 11, situat intre doi cilindri-compresori 4. în cilindru-motor se află două pistoane opuse 7, care sunt rigide cu partea de compresie 3 şi se pot mişca liber, neexistând alte piese în mişcare(nu au ambreiaj). În cilindrul-motor are loc un ciclu identic ca la motoarele diesel în doi timpi cu înaltă supraalimentare şi baleiaj în echicurent, în care se produce transformarea energiei chimice a combustibilului în energia termică a gazelor de lucru, corespunzător unei anumite entalpii, şi energia cinetică şi potenţială a gazelor de lucru. Pentru pornirea generatorului de gaze cu pistoane libere se introduce aer sub presiune în cilindrul tampon 2 , prin tubulatura de aer 1, care împinge pistoanele libere 7 spre interior, comprimând în acelaşi timp aerul din cilindrii-compresori 4 şi cilindrul-motor 11.Cand pistoanele ajung în P.M.I. are loc injecţia combustibilului, aprinderea, arderea şi destinderea, în acelaşi mod ca la motoarele diesel în doi timpi.

Deplasarea pistoanelor libere 7 pune în funcţiune şi treptele de compresie 4, astfel că la deplasarea lor spre exterior are loc aspiraţia în cilindrii-compresori 4, totodată având loc şi o compresie a pernelor de aer din cilindrii-tampon 2, cu transformarea energiei cinetice de mişcare a pistoanelor în energie potenţială a aerului comprimat din perne, frânând elastic mişcarea pistoanelor. Cursa de întoarcere (spre interior) este produsă de energia pernelor de aer 2, în acelaşi timp având loc şi comprimarea aerului din cilindrii-compresori 4 şi refulat în colectorul de baleiaj 12, prin supapele de refulare 6.În acelaşi timp are loc şi comprimarea aerului din cilindrul motor 11.Din colectorul de baleiaj 12, aerul intră prin ferestrele de admisie şi baleiaj 8, în cilindrul motor 11, realizând baleiajul în echicurent şi umplerea cu aer a cilindrului motor. O parte din aerul de baleiaj iese prin ferestrele 14, împreună cu gazele de evacuare, şi ajunge în colectorul de gaze 13.Amestecul de aer la baleiaj cu gazele de evacuare formează gazele de lucru ce alimentează turbinele cu gaze.

Deoarece compresiunea şi refularea aerului de baleiaj se face în timpul cursei spre interior a pistoanelor libere, acestea sunt de tipul spre interior cu pistoane opuse.

În principiu, aceste instalaţii pot fi cu simplă sau dublă acţiune, cu un piston sau pistoane opus, de tip spre interior sau spre exterior.

La ieşirea din instalaţie, gazele de lucru au o entalpie ridicată, pe care o cedează în procesul de destindere în turbina cu gaze, în urma transformării rezultând lucrul mecanic de acţionare a elicei.

Sincronizarea mişcării celor două pistoane libere este asigurată de dispozitivul de sincronizare 25.

În comparaţie cu instalaţiile clasice de turbine cu gaze, generatoarele de gaze cu pistoane libere înlocuiesc compresorul de aer, camera de ardere şi turbina de acţionare a compresorului.

Fig. II.2.2.b Schema instalaţiei de turbine cu gaze cu generatoare de gaze cu pistoane libere G.G.P.L.

a- schema 1- tubulatura de aer comprimat pentru pornire(lansare) , 2- cilindru-tampon (camera amortizorului), 3- partea de compresie a pistonului liber, 4- cilindru-compresor, 5- supapa de aspiraţie, 6- supapa de refulare, 7- piston liber (partea din motor), 8- ferestre de baleiaj, 9- corpul, 10- injectorul de combustibil, 11- cilindru-motor, 12- colectorul de baleiaj, 13- colector secundar de gaze (individual), 14- ferestre de evacuare, 15- colector de gaze principal, 16- valvula principala pentru tubulatura de gaze a turbinei de marş înapoi, 17- tubulatura de gaze pentru turbina de marş înapoi, 18- turbina cu gaze pentru marş înapoi, 19- reductorul de turaţie, 20- linia axială (arborele portelice), 21- elicea pentru propulsie (cu pasul fix), 22- tubulatura de evacuare a gazelor, 23- turbina de gaze pentru marş înainte, 24- valvula principală pentru tubulatura de gaze a turbinei de marş înainte, 24- valvula principală pentru tubulatura de gaze a turbinei de marş înapoi, 25- dispozitivul de sincronizare.

b- diagrama p-V a amortizorului. c- diagrama p-V a compresorului. d- diagrama p-V a motorului.

II.2.3 Ciclul de funcţionare al instalaţiilor de turbine cu gaze

II.2.3.1.Instalaţia de turbine cu gaze de tip clasic cu ardere la presiune constantă

Spre deosebire de cele ale motoarelor cu ardere internă cu piston, ciclurile instalaţiilor de turbine cu gaze se realizează în întreaga instalaţie (compusă dintr-un minim de agregate separate: compresor, camera de ardere, turbina cu gaze), iar destinderea gazelor în turbină nu este trunchiată, ci se continuă până la atingerea presiunii de admisie în instalaţie.Instalaţia de turbine cu gaze de tip clasic cu ardere la presiune constanta şi cu circuit deschis.

O asemenea instalaţie reprezentată în figura alăturată, deşi reprezintă avantajul simplităţii şi costului redus, are un randament foarte scăzut, ajungând ca, pentru temperatura gazelor de 600 0C la intrarea în turbină, randamentul total să fie de maximum 18%.

Ciclul ideal (linia întreruptă) şi ciclul real (linia continuă) în diagramele p-V şi T-S reprezentat în figurile de mai jos, cuprind comprimarea adiabatică a aerului în compresor 1-2’, arderea combustibilului la presiunea constanta în camera de ardere 2’-3, destinderea adiabatică a gazelor în turbina de gaze 3-4’ şi evacuarea gazelor în atmosferă la presiune constantă 4’-1.

În cazul ciclului real 1-2-3-4, procesul decurge în mod analog, cu deosebirea comprimării reale a aerului 1-2 şi destinderea reală a gazelor 3-4 se face politropic. Arderea 2-3 are loc la presiunea de refulare din compresor teoretic egală cu presiunea gazelor de alimentare a turbinei, iar evacuarea gazelor 4-1 se face la o presiune teoretică egală cu cea atmosferică, cedând căldura mediului ambiant, ceea ce echivalează cu o răcire izobară a agentului termic.

Fig.II.2.3.1.1- compresor.2- camera de ardere.3- ajutaj.4- palete mobile.

intrare gaze de ardere

II.2.3.2. Instalaţia de turbine cu gaze cu ardere la volum constant

Principala caracteristică a instalaţiilor de turbine cu gaze cu ardere la volum constant, o constituie camera de ardere b, prevăzută cu supapele de admisie(sa) şi de evacuare(se) care asigură condiţiile izocore de ardere.

Evacuarea gazelor arse din camera de ardere făcându-se periodic, lucrul mecanic cules la arborele turbinei se produce de asemenea cu intermitenţă.În figura cifrele încercuite care precizează starea agentului termic, aer-gaze arse, se regăsesc în vârfurile ciclului teoretic de funcţionare a instalaţiei, reprezentat în diagramele p-V şi T-S.

a- compresor, b- camera de ardere, c- motor de pornire, d- turbina cu gaze, e- generator electric, f- conducta de alimentare cu combustibil, sa- supapa de admisie, se- supapa de evacuare, 1-2-3-4- stările agentului evolutiv.

Fig.II.2.3.2.2. Ciclul teoretic al instalaţiei de turbine cu gaze cu ardere la volum constant, reprezentat în :

a-diagrama p-Vb-diagrama T-S.

Compresorul a aspiră aerul la presiunea

p1, după izobara 0-1 şi îl comprimă, teoretic adiabatic, pe traseul 1-2, pana la presiunea p2, corespunzătoare raportului de creştere a presiunii în timpul comprimării.

Supapele de admisie sa fiind deschise, aerul comprimat pătrunde în camera de ardere, în acelaşi timp injectându-se şi combustibilul. După închiderea supapelor şi realizarea aprinderii în volum închis al camerei de ardere, reprezentat în ciclul teoretic prin încălzirea izocoră 2-3.

La atingerea presiunii p3, corespunzătoare raportului de creştere a presiuni în procesul de ardere, supapa de evacuare s4 se deschide şi permite gazelor arse să pătrundă în turbina d.

Destinderea gazelor în turbină se desfăşoară, până când se atinge presiunea p4=p1=po, teoretic după adiabata 3-4; ciclul teoretic se închide prin răcirea izobară 4-1, care reprezintă evacuarea gazelor în atmosferă şi răcirea acestora până la T1<T4.

Pe măsură ce gazele arse sunt evacuate din camera de ardere, presiunea în interiorul acesteia scade, iar la atingerea valorii p2<p3, supapele de evacuare se închid, cele de admisie se deschid, permiţând astfel reluarea procesului ciclic.

Fig.II.2.3.2.1. Schema instalaţiei de turbină cu gaze, cu ardere la volum ccst constant

II.2.4. Elementele componente principale ale instalaţiilor de turbine cu gaze de tip clasic cu cameră de ardere

Elementele principale ale unei instalaţii de propulsie cu turbine cu gaze sunt: compresorul de aer, camera de ardere, turbina, inclusiv sistemul de reglare şi ungere, recuperatorul de căldură, reductorul de turaţii, linia de axe şi elicea de propulsie.

Părţile auxiliare ale instalaţiei sunt formate din: instalaţia de alimentare cu combustibil, instalaţia de răcire a aerului, motorul sau motorul electric de pornire şi sistemul de comandă şi control a întregii instalaţii. Numărul şi tipul turbinelor, compresoarelor de aer, răcitoarele de aer şi modul de cuplare a elementelor depind de tipul instalaţiei.

II.2.4.1. Compresoare de aer

Compresoarele de aer, ca elemente principale de bază ale instalaţiilor cu gaze, trebuie să asigure următoarele condiţii:

a) să furnizeze în camerele de ardere un curent de aer uniform, continuu şi fără pulsaţii;

b) să asigure un grad de comprimare al aerului cât mai mare şi la un randament maxim;

c) să aibă greutatea şi dimensiunile cât mai reduse, pentru un anumit consum de aer şi un anumit grad de comprimare;

d) să prezinte o mare siguranţă în exploatare şi să aibă o construcţie cât mai simplă.

În compresorul centrifugal, energia mecanică este utilizată pentru accelerarea aerului, la trecerea acestuia prin rotor, energia cinetică transformându-se în energie potenţială, o parte în rotor, iar alta în stator.

În trecerea aerului prin rotor şi stator, acesta îşi schimbă direcţia, suferind în fiecare treaptă o întoarcere la 90o, una la 180o şi încă una la 90o.

Temperatura aerului la ieşirea din compresor când nu se face răcirea este de circa 150….250oC. În mod normal, se face răcirea aerului între trepte sau intre compresoare., când acestea sunt legate în serie. Elementul principal al compresorului este rotorul 2, format dintr-un disc cu o serie de palete radiale drepte 6. Peretele discului şi pereţii paletelor formează canalele de scurgere a aerului.

Difuzorul 3 este o suprafaţă inelară plană sau conică, dispusă concentric în jurul rotorului. El poate fi fără palete(fig.II.2.4.1.2.a) sau cu palete de dirijare a aerului(fig.II.2.4.1.2.b.). Difuzorul cu palete este precedat de un spaţiu inelar liber. După difuzor urmează ajutajele de ieşire, care dirijează aerul spre camera de ardere.

Compresoarele centrifugale pot avea rotoare cu palete pe o singură faţă (fig.II.2.4.1.2.) sau ambele feţe, şi cu aspiraţie bilaterală (fig.II.2.4.1.1.).În cazul paletelor pe ambele feţe, pentru aceeaşi viteză a aerului la intrarea în rotor diametrele de intrarea şi ieşire a aerului din rotor sunt mai mici.

Principiul de funcţionare a compresorului este următorul: aerul aflat între paletele rotorului se pune în mişcare de rotaţie odată cu rotorul compresorului şi, sub acţiunea forţelor

centrifugale, se deplasează spre periferie, creând în acelaşi timp o depresiune la intrarea în rotor, ceea ce face ca aerul din afara sa pătrundă în compresor prin canalul de intrare. În rotor, presiunea şi viteza aerului cresc datorită forţei centrifuge. O parte din energia cinetică acumulată de aer în rotor se transformă în energie potenţială în difuzor, unde presiunea continuă să crească datorită micşorării vitezei. De asemenea, în ajutajele de ieşire, cât şi în canalele ce duc la camera de ardere.

Fig.II.2.4.1.1. Schema principală a compresorului Fig.II.2.4.1.2. Schema de principiu a centrifugal cu palete pe ambele fete şi aspiraţie compresorului centrifugal, cu bilaterală : palete pe o faţă, cu una si cu două

a- secţiune longitudinală; trepte de compresie:b- vedere laterală a rotorului cu palete radiale a- compresorul centrifugal cu o

treaptă:si difuzorul cu palete de dirijare a aerului. 1- canalul de intrare;

2- rotorul; 3- difuzorul fără palete de

dirijare aaerului; 4- ajutajul de ieşire; 5- axul de antrenare; 6- palete radiale; 7- statorul; b- vedere laterală a rotorului cu

palete radiale şi difuzorul; c- compresorul centrifugal cu

doua trepte.

Fig.II.2.4.1.3. Schema compresorului centrifugal cu difuzor spiral şi polispiral-rectiliniu :

a- cu difuzor spiral;b- cu difuzor polispiral-rectiliniu

II.2.4.2.Camera de ardere

Camera de ardere fiind un element component important, siguranţa şi eficacitatea funcţionării instalaţiilor de turbine cu gaze depind de construcţia sa şi de modul cum decurge procesul de ardere în cameră.

Camera de ardere trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:a) aprinderea să fie simplă şi cât mai sigură la pornirea instalaţiei;b) arderea să fie stabilă (fără pulsaţii, întreruperi, înăbuşirea sau aruncarea flăcării) la

orice regim de funcţionare;c) lungimea flăcării cât mai sigură, cât mai scurtă, pentru a nu pleca pe evacuarea spre

turbină,d) răcirea sigură în zonele unde au loc supraîncălziri(circa 2000oC), pierderea de

căldură în timpul arderii sa fie minime(prin pereţii camerei de ardere sau prin arderi chimice incomplete),

e) rezistenţa aero şi gazodinamică să fie cât mai mică; f) randamentul sa fie cât mai mare,g) dimensiunile camerei de ardere să fie cât mai reduse pentru o anumită cantitate de

căldură realizată.În general, camerele au corpul (carcasa exterioară) în forma tubulară.În interior, concentric cu aceasta, se află camera sau tubul de foc. La toate camerele de

ardere, aerul care pătrunde prin secţiunea de intrare 1 se împarte în două părţi: o cantitate mică de aer, aerul primar în proporţie de 20…30% din debitul total, este îndreptată direct în zona de ardere, care ocupă partea din faţă a camerei şi asigură arderea întregii cantităţi de combustibil, realizându-se o temperatură de circa1500…..1800oC, care favorizează stabilitatea flăcării. O mare cantitate de aer , aerul secundar, în proporţie de 70-80% din debitul total, circulă prin exteriorul tubului de foc, ocolind zona de ardere, şi apoi pătrunde în zona de amestec din partea posterioară a camerei de ardere( partea dinspre turbină), printr-o serie de orificii şi canale speciale. în zona de amestec, aerul se amestecă cu gazele rezultate în zona de ardere, reducându-le temperatura şi totodată determină arderea produselor oxidate incomplet şi o cantitate de combustibil nears. Temperatura amestecului se micşorează până la temperatura admisibilă în faţa turbinelor 4, adică 800oC pentru instalaţiile navale. Aerul secundar mai are şi rolul de a răci pereţii tubului de foc şi de a forma un strat izolator de căldură între aceasta şi carcasa exterioară a camerei de ardere. La un exces de ardere prea mare, amestecul de aer şi combustibil se aprinde mai greu, iar procesul de ardere este instabil şi de intensitate mică. Chiar dacă amestecul se aprinde, flacăra poate fi întreruptă foarte uşor de curent de aer care trece prin aceasta. De asemenea, flacăra care apare în zona de ardere este stabilă numai dacă viteza aerului care pătrunde este mai mică decât viteza aerului la intrarea în camera de ardere până la o viteză de 40….60 m/s, prin mărirea secţiunii de trecere respective. Curenţii de gaze calde, turbionate în sens contrar aerului, asigură aprinderea amestecului proaspăt şi arderea lui stabilizată. Iniţial, la pornirea camerei de ardere se utilizează bujia electrică 8, cu ajutorul căreia se amorsează arderea amestecului de aer şi combustibil.

Fig.II.2.4.2.1. Schema camerei de ardere individuale simple: a - camera de ardere; 1- tubulatura de combustibil; 2- carcasa exterioara; 3- camera (tubul) de foc; 4- ecranul (stabilizatorul de flacără); 5- injectorul cu diuză pentru pulverizare;

6- turbionatorul de aer; 7- intrarea aerului comprimat în camera de ardere; 8- bujia pentru aprinderea combustibilului; 9- conductor electric de înalta tensiune; 10- ieşirea amestecului de gaze şi aer din camera de ardere;

b - diagramele de variaţie a temperaturii (T) şi a vitezei gazelor, de-a lungul camerei de ardere.

Ecranele stabilizatoare de flăcări au forma unor trunchiuri de con goale, cu numeroase orificii, şi îndreptate cu baza mare spre zona de ardere(fig.II.2.4.2.2.) sau forma unor grătare plane sau tronconice, formate din placi subţiri cu un mare număr de orificii (fig.II.2.4.2.2.) care permit trecerea aerului primar. Tot în scopul obţinerii unui amestec uniform şi intensiv al aerului primar cu combustibilul injectat se montează în acelaşi plan cu injectorul sau în faţa acestuia turbionatoare speciale 6, formate dintr-o serie de palete fixe radiale şi curbate, dispuse sub un unghi anumit. Deoarece turbionarea amestecului duce la aruncarea unor părticele de combustibil părţile laterale ale camerei de ardere, o parte din aerul secundar se duce la periferia zonei de ardere printr-o serie de orificii practicate în peretele tubului de foc

3. Fig.II.2.4.2.2.Schema camerei de ardere cu vaporizare prealabilă a combustibilului

1- tubulatura de combustibil; 2- carcasa exterioară; 3- camera ( tubul ) de foc; 4- ecranul (stabilizatorul de flacără ); 5- injectorul cu diuza pentru pulverizare;

6- turbionatorul de aer; 7- intrarea aerului comprimat în camera de ardere; 8- bujia pentru aprinderea combustibilului; 9- conductor electric de înaltă tensiune; 10- ieşirea amestecului de gaze şi aer din camera de ardere; 11- tuburile de vaporizare a combustibilului; 12- camera de vaporizare.

Pentru obţinerea unui amestec mai bun de aer şi combustibil, a micşorării timpului de ardere şi a măririi stabilităţii flăcării, se poate folosi vaporizarea prealabilă a combustibilului (fig. II.2.4.2.2.), unde este prezentată o cameră de ardere cu vaporizare prealabilă a combustibilului. În aceasta cameră de ardere faţă de cea prezentată anterior apare în plus camera de vaporizare cu tuburile de vaporizare a combustibilului, care sunt învăluite la exterior de gazele fierbinţi. Gradul de pulverizare al combustibilului influenţează procesul de ardere în sensul măririi vitezei de ardere şi propagare a flăcării, cu cât pulverizarea este mai fină şi mai uniformă. Mărind presiunea de injecţie, gradul de pulverizare creşte.

Clasificarea camerelor de ardere:1) după felul combustibilului : a) lichid cu injectoare; b) gazos cu arzătoare; c) solid pulverizat cu un curent de aer;2) după direcţia şi sensul de introducere a aerului şi a combustibilului: a) echicurent;

b) contracurent; c) unghiulară unde aerul este perpendicular

pe direcţia de mişcare a gazelor arse.

d) ciclon constă în introducerea tangenţială a aerului în camera de ardere.

II.2.4.3.Turbina cu gaze

Din punct de vedere constructiv şi al principiului de funcţionare, turbinele cu gaze sunt asemănătoare cu turbinele cu abur folosite şi ele la propulsia navelor. Datorită înlocuirii agentului termic (a aburului cu gaze), turbinele cu gaze au un număr de trepte mai mic şi o serie de particularităţi constructive prin care se deosebesc de turbinele cu abur. Pentru a scoate în evidenţă aceste particularităţi se iau pentru analiza două instalaţii de aceeaşi putere 5000 kW şi turaţie 3600 rot./min., una având turbina cu gaze şi cealaltă turbina cu abur. Dacă la turbina cu abur este necesar un debit de abur 0,7m3/s(24t/h), la o temperatură de 440oC, o presiune de 32daN/cm2 la intrare şi o presiune 0,05daN/cm2 la condensor, pentru turbina cu gaze este necesar un debit de gaze de 280m3/s(230t/h) la o temperatură de 650oC, o presiune de 6daN/cm2 la intrarea în turbină şi o presiune de evacuare de 1,03daN/cm2. Rezultă pentru turbina cu gaze un consum specific de 46kg/kW/h, iar pentru cea cu abur un consum specific de 4,8kg./kW/h, debitul necesar de gaze în m3/s fiind de 40 de ori mai mare decât debitul de abur. Aceasta este o consecinţă a faptului că, la aceeaşi temperatură, entalpia gazelor este mult mai mică decât entalpia aburului, de aceea turbina cu gaze are trepte mai puţine.

În prezent, cele mai folosite turbine cu gaze sunt cele cu reacţiune. Pentru cazul analizat mai sus, raportul dintre debitul volumetric la intrarea şi ieşirea din turbina cu abur este de 250, ceea ce înseamnă că, în primul caz, volumul aburului creşte, prin destinderea în turbină, de 250 de ori, iar în al doilea caz, volum gazelor creste de 3,95 ori.

Ca urmare, lungimea paletelor la turbina cu gaze variază foarte puţin de la o treaptă la alta, însă paletele primei trepte vor fi mai mari decât la turbina cu abur, tocmai datorită debitului volumetric mare la intrarea în turbină în plus, primele palete ale turbinei cu gaze este limitată de lungimea paletelor primei trepte, faţă de turbina cu abur, unde puterea este limitată de lungimea paletelor ultimei trepte. Din comparaţia făcută anterior rezultă ca turbinele cu gaze necesită o presiune a gazelor mult mai mică decât a turbinelor cu abur. De asemenea, datorită entalpiei reduse a gazelor faţă de abur, trebuie ca temperatura gazelor la intrarea în turbină să fie de peste 500oC mai mare decât la turbina cu abur, însă la temperaturi de peste 750oC este necesară răcirea paletelor fixe şi mobile mai ales la prima treaptă prin folosirea unor materiale rezistente la temperaturi ridicate. Pentru temperaturi sub 400oC, piesele se fac din otel carbon obişnuit; între 400 şi 600oC se folosesc oţeluri slab aliate cu molibden; între 600-700oC oţeluri austenitice, iar peste 700oC se folosesc aliaje de cobalt, nichel, titan. În cazul când nu se folosesc aliaje speciale şi pentru temperaturi sub 700oC este necesară răcirea paletelor fixe şi mobile cu apă sau aer (la interior).

Fig.II.2.4.3. Turbina cu gaze cu o singură treaptă şi compresor axial:1- strat de material temo-izolant; 2- material izolant între cele două carcase; 3- carcasa; 4- disc forjat integral cu arbore; 5- arbore; 6- cuplaj turbină compresor; 7- disc integral cu rotorul compresorului.

Turbina cu gaze este maşina energetică în care are loc transformarea energiei potenţiale a gazelor în energie mecanică, care realizează rotirea arborelui turbinei. Prin cuplarea arborelui turbinei cu un consumator, se realizează transformarea energiei mecanice în diferite forme de energie dictate de scopul utilizării acestuia.

O clasificare generală a turbinelor cu gaze este prezentată în tabelul de mai jos:

Criteriu de clasificare

Tipul turbinei

Particularităţi

1 2 3

Agentul motor folosit

Cu gaze de ardere

Gazele de ardere pot fi produse special (camera de ardere, generatoare de gaze cu pistoane libere) sau evacuate de motoare cu ardere internă, instalaţii tehnologice etc..

Cu aer caldAerul şi freonul se comprimă şi se încălzesc într-un schimbător de căldură.

Cu heliu În cazul centralelor nuclearo-electriceAxiale

Direcţia gazelor în

turbina

Radial

Radial-axiale

Modul de transformare a căldurii în

lucru mecanic

Cu acţiune

Cu reacţiune

Mixte

Circulaţia gazelor

Cu circuit deschis

O particulă de gaz străbate o singură dată turbina. Funcţionează de obicei cu gaze de ardere.

Cu circuit închis

O particulă de gaz străbate de mai multe ori turbina. Funcţionează de obicei cu aer sub presiune încălzit cu heliu

Realizarea transformărilor energetice

Mono-etajateTransformările energetice se realizează într-un etaj (rând de palete). Au puteri mici şi turaţii mari. Dimensiunile turbinei sunt mici.

Multietajate (cu trepte de

presiune)

Transformările energetice se realizează în mai multe trepte dispuse în serie. Se utilizează în cazul puterilor mijlocii şi mari. Au randament mai bun.

Presiunea agentului

motor

Înaltă presiune

Pot fi cu axe separate sau pe acelaşi ax

Medie presiune

Joasă presiune

Principalele elemente componente ale turbinei cu gaze sunt:- rotorul turbinei;- statorul turbinei;- instalaţiile auxiliare ale turbinei;- fundaţia (postamentul)turbinei.

II.2.4.3.1 Rotorul turbinei cu gaze

Construcţia rotorului depinde de tipul turbinei cu acţiune sau reacţiune-de dimensiunile şi turaţia lui, de temperatura la care funcţionează , etc. Paletele rotorului - se confecţionează din oţeluri feritice (550-5650 C), oteluri austenitice (650-8000 C) şi aliaje speciale (condiţii deosebit de grele de lucru). Forma profilului paletei se alege funcţie de tipul paletei (cu acţiune sau cu recţiune) şi de numărul Mach corespunzător vitezei relative de la intrare a gazelor.

Paleta rotorului are trei părţi: partea activă - formează pereţii laterali ai canalului; piciorul paletei - fixarea paletei de disc; capul paletei - partea opusă piciorul paletei la extremitatea căreia se află cepul pentru fixarea bandajului ce acoperă canalul interpaletar.

Constructiv paletele pot fi: laminate, frezate, răsucite sau tubulare. Acestea se fixează în discuri cu ajutorul unor piese de închidere, prin sudură, nituire sau cu ştifturi cilindrice.

Bandajul poate fi realizat dintr-o bucată cu paleta sau separat din tablă fixată de capul paletelor, prin cepuri.

Discurile rotorului – pot fi executate în corp comun cu arborele sau separat şi montate pe acesta prin presare la cald.

Rotorul turbinei cu acţiune se execută deseori în construcţie monobloc, discurile fac corp comun cu arborele. Rotorul monobloc este o soluţie constructivă simplă, compactă şi sigură, dar este limitată de posibilităţile tehnologice de forjare. În cazul unor diametre mari discurile se execută separat şi se montează pe arbore prin presare la cald.

Elementele componente ale discului rotorului sunt: 1. coroana discului – pe aceasta se fixează paletele;2. butucul discului – pe acesta se fretează pe arbore;3. pânza discului – leagă coroana, de butuc.

După paletare, discurile rotorului se echilibrează static, iar rotorul complet asamblat se echilibrează dinamic.

La turbinele cu recţiune de dimensiuni moderate, a căror viteză periferică nu depăşeşte de obicei 180m/s se utilizează rotoarele în tambur.

La dimensiuni mari, tamburul se confecţionează gol în interior, iar la diametre mari se realizează rotoarele în tambur obţinute prin asamblarea prin sudare a mai multe discuri negăurite cu coloana lată.

Discurile împreună cu paletele sunt componentele cele mai solicitate ale turbinei funcţionând în acelaşi mediu. Deoarece discurile nu sunt supuse acţiunii de eroziune şi coroziune a gazelor, pentru confecţionarea acestora se utilizează oţeluri carbon de calitate O.L.C. 45(sub 300 grade Celsius) sau oţeluri slab aliate cu Mg, Cr, Ni, şi V(peste 300 grade Celsius).

Arborele rotorului - poate fi executat în construcţie monobloc cu discurile rotorului sau poate fi o piesa separată de discuri. Pe arbore în afară de eventualele discuri frecate se mai montează bucşe de distanţă între discuri, bucşe pentru labirinţi exteriori, discul lagărului axial, discul de echilibrare, semicupla, inele aruncătoare de ulei, roata dinţată a angrenajului care antrenează pompa de ulei, etc. Majoritatea acestor piese se fixează pe arbore prin strângere la cald şi se asigură contra rotirii de obicei cu o pană.

Pentru uşurarea montării pe arbore a pieselor prezentate mai sus, acestea se confecţionează cu grosimea variabilă în trepte. Uneori se folosesc doi arbori coaxiali pentru realizarea a două linii de arbori.

Arborele corpului de joasă presiune al turbinei cu diametrul pană la 600mm şi la puteri foarte mari se execută din oţel carbon de calitate O.L.C.35 sau O.L.C.45. În cazul rotoarelor monobloc şi în cazul arborilor care funcţionează la temperaturi mai mari , se utilizează oţeluri slab aliate cu Cr, Ni, Mg, V.

Cuplajele rigide -(cu discuri ,cu ştifturi, etc.)cât şi cuplajele elastice (cu burduf, cu dinţi ,etc.) sunt utilizate la cuplarea rotoarelor turbinei cu gaze, deoarece permit deplasări relative ale acestora.

Virorul - este un dispozitiv de rotire a rotorului pentru a asigura răcirea uniformă a acestuia după oprirea turbinei cu gaze de obicei aceasta se îmbină cu cuplajul turbinei. Acţionarea virorului se poate realiza manual (acţionare intermitentă) sau cu un motor electric(acţionare continuă).

II.2.4.3.2. Statorul turbinei cu gaze

Ajutajele - asigură destinderea gazelor şi creşterea vitezei acestora. Construcţia ajutajelor este determinată de presiunea şi temperatura gazelor, de dimensiunile secţiunilor de curgere, de locul pe care-l ocupă în ansamblul turbinei, etc.

Ajutajele se confecţionează prin turnare (normală sau de precizie),frezare (pretenţioasă şi costisitoare) sau sudare.

Diafragmele - sunt piese ale statorului în care se fixează ajutajelor turbinelor cu acţiune sau reacţiune a căror rotor este sub formă de discuri.

În partea de înaltă presiune a turbinei diafragmele se prevăd cu ajutaje frezate în construcţie sudată sau turnată, iar pentru temperaturi joase diafragmele se prevăd cu palete din tablă încastrate prin turnare în corpul de fontă a acestora. Diafragmele se execută din două bucăţi cu planul de separare în planul orizontal de separare a carcaselor pentru a se asigura montarea şi demontarea uşoară a acestora. Pentru temperaturi sub 250 grade diafragmele se confecţionează din fontă perlitică (cu adaos de Ni şi Cr) turnate, iar peste 250 grade se confecţionează din oţel turnat, forjat sau laminat.

Paletele directoare - folosite pentru turbinele cu reacţiune care au rolul în tambur sunt asemănătoare cu paletele rotorului. Acestea pot fi cu profil constant sau variabil şi se fixează de obicei în carcasă. Un disc şi un rând de palete directoare sau un disc şi o diafragmă, constituie o treaptă a turbinei.

Carcasa - asigură: fixarea diafragmelor treptelor sau ale paletelor directoare; aducerea gazelor la turbină , distribuirea lor la ajutajele primei trepte, conducerea între trepte şi evacuarea acestora din turbină ; izolarea treptelor faţă de exterior şi fixarea în extremităţi a lagărelor turbinei.Carcasa are controlul bine determinat, atât de dimensiunile şi forma rotorului, cât şi de traiectoria gazelor la intrarea şi ieşirea din turbină.

Pentru montarea şi demontarea mai uşoară a rotorului, carcasa se execută din două părţi, separate printr-un plan orizontal care trece prin axa rotorului.

II.2.4.3.3. Instalaţiile auxiliare ale turbinei cu gaze

Instalaţiile auxiliare ale turbinei cu gaze asigură atât funcţionarea normală a acesteia, cât şi adaptarea funcţionarii acesteia funcţie de puterea cerută de consumator.

1) Răcirea cu aer a paletelor turbinei este cea mai des utilizată şi poate fi:a) răcirea exterioară unde aerul se prelinge în lungul suprafeţelor exterioare ale rotorului;b) răcirea interioară ce constă în introducerea aerului în interiorul arborelui, de unde prin

nişte canale radiale este dirijat spre canalele interioare practicate în palete;c) răcire combinată exterioară şi interioară.

2) Controlul funcţionarii turbinei Sistemul de controlul al turbinei cu gaze trebuie sa îndeplinească multe funcţiuni, care

sunt vitale pentru buna funcţionare. El trebuie sa controleze viteza arborelui, sa programeze curgerea combustibilului în timpul pornirii şi în alte condiţii tranzitorii şi să prevină supratemperatura în camera de ardere şi în componentele turbinei.

Pentru îndeplinirea acestor funcţii, sistemul de control este format dintr-o serie de dispozitive separate, combinate în diverse sisteme:

a) controlul şi măsurarea vitezei este realizata prin intermediul unui regulator de turaţie de tip centrifugal, care, printr-un sistem hidraulic(o valvula pilot şi piston) acţionează valvula principala de combustibil, pentru reglarea curgerii acestuia, controlând în acest fel turaţia şi puterea maşinii.

b) controlul puterii este mai important decât controlul vitezei, în instalaţiile marine de mari dimensiuni; ca sistem de reglare a vitezei turbina trebuie sa dispună şi de un regulator de oprire la supraturaţie.

c) controlul temperaturii este realizat cu ajutorul termocuplelor; pentru protecţia la supratemperatură sunt folosite întrerupătoare termice care pot întrerupe

circuitul de comandă şi opri sistemul. În acest scop pot fi folosite comenzi pneumatice. Semnalul termocuplelor poate fi amplificat electronic şi introdus în sistemul de comandă pentru a modula curgerea combustibilului.

d) controlul şi măsurarea combustibilului este făcută prin intermediul regulatoarelor de putere, turaţie şi temperatură. În plus, trebuie reglată curgerea combustibilului pe timpul pornirii şi asigurarea unei cantităţi suficiente, pentru prevenirea stingerii flăcării. La turbinele marine alimentarea se face cu combustibil la presiune pozitivă şi, dacă este necesar, încălzit pentru menţinerea vâscozităţii necesare. După filtrare combustibilul ajunge la pompa principală de combustibil, care poate fi cu roţi dinţate sau cu piston şi este antrenată de arborele turbinei. De la pompa de combustibil ajunge în camera de ardere.

e) protecţia la supraturaţie controlează viteza arborelui turbinei pentru menţinerea ei în limitele prescrise. Acest lucru este făcut prin intermediul unui regulator de oprire la supraturaţie. Un astfel de dispozitiv se montează pe fiecare arbore, iar când turaţia atinge valoarea de 110% taie alimentarea cu combustibil. Mecanismul este de tip centrifugal, care acţionează asupra valvulele de combustibil sau asupra unor contacte electrice care, în mod similar, taie curgerea combustibilului.

3) Cuzineţii, etanşările şi ungerea.Cuzineţii turbinelor cu gaze se împart în două clase :

a) antifricţiune sau cu rulmenţi;b) cu bucşă sau de alunecare şi lagăre de împingere cu film de ulei.

La turbinele navale sunt folosite lagăre de alunecare sau cu film de ulei.Lagărele antifricţiune cu bile sau role pot asigura o funcţionare de lungă durata dar au

o viaţă limitată. Pentru acest tip de lagăre, fiecare rotor este susţinut de două sau mai multe lagăre. Un lagăr, în mod frecvent, este cu role cilindrice pentru a preveni mişcarea axială a rotorului, iar celelalte lagăre care susţin rotorul şi preiau împingerea axială sunt cu rulmenţi. Lagărele antifricţiune au nevoie de o mică cantitate de ulei pentru ungere. Acesta însă trebuie răcit pentru a păstra jocurile şi pentru a evita zgomotele şi blocarea. Jetul de ulei trebuie direcţionat pe arbore adiacent la inelul interior al rulmentului şi în jurul carcasei, pentru a menţine lagărul rece fără să fie nevoie ca prin acesta sa treacă o cantitate mare de ulei.

Lagărele de alunecare sunt cu film de ulei format dintr-o cantitate adecvată de ulei cu vâscozitate potrivită. Lagărele sunt placate cu material antifricţiune, iar forma găurii este eliptică.

Lagărele de împingere au rolul de a prelua împingerea netă a turbinei, adică diferenţa dintre împingerea compresorului şi împingerea turbinei în cazul generatorului de gaz, sau împingerea turbinei plus sau minus împingerea cuplajului în cazul turbinelor de putere.

Fiecare rotor dispune de lagărul sau de împingere format din lagăre cu film de ulei. În mod normal, lagărul cuprinde un guler de împingere ferm ataşat arborelui cu placi de împingere în ambele parţi.

Lagărele de alunecare şi de împingere necesită o cantitate mare de ulei răcit, de bună calitate, pentru ungere şi răcire.

Etanşarea arborelui serveşte pentru etanşarea, controlul sau prevenirea scurgerii lichidului de-a lungul arborelui, la trecerea acestuia printr-un perete sau o diafragmă care separă două zone aflate la presiuni diferite sau conţin două fluide diferite.

Etanşarea poate fi făcută prin:a) contact şi constă din inele de cărbune sau grafit ţinute în contact cu suprafaţa bine

lustruită a arborelui prin intermediul unui resort. Suprafaţa metalului este călită, iar

materialul inelelor este ales să dea minimum de frecare şi uzură. Acest sistem de etanşare, în cazul turbinelor cu gaze, lucrează fără ungere.

b) labirinţi al căror principiu de lucru este acela de a forma o serie de strangulări, prin intermediul unui număr de dinţi metalici practicaţi pe componente fixe, sau pe arbore şi uneori pe ambele componente. Dinţii sparg diferenţa totală de presiune a fluidului dintre cele două parţi ale etanşării într-o serie de trepte, pentru a controla curgerea prin spaţiile de toleranţă dintre vârfurile dinţilor şi suprafaţa prelucrată. Viteza creată în spaţiul de toleranţă, prin căderea de presiune este parţial disipată în turbulenţa din spaţiul dintre dinţii adiacenţi, reducând mult curgerea.

Sistemul de ungere are rolul de asigura ungerea organelor turbinei, livrând în mod continuu o cantitate de ulei, la presiune şi temperatură corectă.

În mod normal, un sistem de ungere constă dintr-un rezervor de ulei, una sau mai multe pompe (care livrează uleiul la cuzineţi, reductor şi la sistemul de comandă ), regulatoare de presiune, răcitoare şi filtre de ulei.

Tancul de ulei este amplasat sub turbină, iar capacitatea lui este funcţie de curgerea pompei astfel ca, în caz de accident tancul să poată livra timp de 4 minute.

Tancul de ulei trebuie să fie prevăzut cu sticlă de nivel şi cu autoclavă destul de mare pentru a permite curăţirea, precum şi cu sisteme de alarmă pentru nivel minim şi maxim.

Tubulaturile de alimentare şi scurgere sunt fabricate prin laminare şi sunt din oţel inoxidabil. Este o practică uzuală ca tubulatura de alimentare să treacă prin interiorul tubulaturii de scurgere pe o distanţă cât mai mare. În acest fel tubulatura de scurgere acţionează ca o linie de siguranţă în eventualitatea avarierii liniei de alimentare care, în caz contrar, ar putea împrăştia ulei peste componentele calde ale instalaţiei şi ar produce incendii. Pentru reducerea riscului de foc, numărul tubulaturilor şi al conexiunilor sunt reduse la minim, iar acolo unde sunt necesare conexiuni, acestea se fac prin sudare.

Aşa cum se vede în figură, instalaţia este prevăzuta cu sisteme de filtrare şi răcire a uleiului. Filtrele dispun de capacitatea de a asigura filtrări cuprinse în gama 10÷2 microni. Nu se admite by-pass-area filtrelor întrucât, la ungerea lagărelor ar putea pătrunde o mare cantitate de impurităţi.

Regulatoarele de presiune, uzual, sunt valvule de golire prevăzute cu resort. Unele sisteme folosesc două niveluri de presiune, unul pentru controlul funcţionarii şi altul de joasă presiune pentru ungere. Pompa principală de ungere este de tipul cu roti dinţate şi este antrenată de arborele principal al turbinei. Pentru ungere mai pot fi folosite şi pompe centrifuge acţionate de arborele turbinei sau de electromotor.

Fig.II.2.4.3.3.1. Sistemul uleiului de ungere, aranjament tipic pentru propulsia cu turbine cu gaze: 1- tanc de ulei; 2- răcitorul de ulei; 3- reductor de turaţie; 4- cuzinet de împingere; 5- pompa principală de ulei; 6- pompa de baleiaj; 7- filtru; 8- pompa de transfer; 9- filtru foarte fin; A- accesoriu pentru acţionarea

pompei; B- comanda hidraulică;

a- cuzinetul nr. 1; b- cuzinetul nr. 2; c- cuzinetul nr. 3; d- cuzinetul nr. 4; CR- conexiune de recepţie.

Materialele folosite la construcţia turbinelor cu gaze trebuie să corespundă cerinţelor impuse de condiţiile de operare a componentelor turbinelor expuse la temperaturi şi presiuni ridicate, care lucrează la turaţii mari.

Cerinţe stricte se impun materialelor folosite la fabricarea discurilor, paletelor, rotoarelor, tubulaturilor de gaze şi a componentelor camerei de ardere. Materialele trebuie sa reziste la temperatura, presiune, coroziune şi eroziune şi sa nu fie scumpe. Temperatura componentelor turbinei: în plus faţă de solicitarea mecanică, apărută în rotor şi alte componente ale turbinei, temperatura gazului de lucru produce solicitări termice de o magnitudine considerabilă. Din acest motiv temperatura rotorului, discurilor şi a paletelor este calculată sau determinată experimental. Distribuţia temperaturii unui rotor cu discuri integrale în stare staţionară este prezentată în figura următoare:

Fig.II.2.4.3.3.2. Distribuţia temperaturii într-un rotor cu discuri intregale al unei turbine oprite

II.2.4.4. Recuperatorul de căldură

Recuperatorul de căldură are rolul important în instalaţiile de turbine cu gaze, prin intermediul lor putându-se folosi o parte din căldura gazelor, evacuate din turbine, la preîncălzirea aerului comprimat înainte de a intra în camera de ardere. Practic, recuperatoarele de căldură sunt schimbătoare de căldură tubulare, la care aerul circulă în interiorul tuburilor, iar gazele evacuate prin spaţiile dintre tuburi. Recuperatoarele de căldură pot fi cu curent încrucişat când gazele circulă perpendicular pe ţevi, sau în contracurent, când gazele circulă de-a lungul ţevilor şi în sens invers circulaţiei aerului din tuburi. Recuperatoarele din contracurent au ţevile cu nervuri longitudinale, astfel coeficientul echivalent de convecţie de la gaze la pereţi este mai mare(4….8 ori) decât în cazul ţevilor netede. Recuperatoarele de căldură se montează cât mai aproape de compresor şi turbină cu scopul de a simplifica instalaţia şi a reduce căderile de presiune atât pe traseul de gaze, cât şi de aer.

II.2.5. Accesoriile instalaţiei de turbine cu gaze

Pentru a funcţiona, instalaţia are nevoie de o serie de accesorii cum sunt:a) pompe de combustibil şi de ungere cu ulei care livrează combustibil şi ulei sub presiune pe

timpul funcţionarii, inclusiv la pornire; pompele pot fi acţionate separat, de către un

electromotor, dar, uzual, sunt antrenate prin intermediul unui reductor de turaţie de către arborele turbinei.

b) maşina de pornire a turbinei care poate fi un electromotor, o turbină cu abur, un motor cu aer sau un motor DIESEL, care, la rândul lor, au propriul sistem de pornire; la instalaţiile de mare putere, ca maşina de primă pornire poate fi folosită o turbină cu gaze de mici dimensiuni.

c) filtrul de ulei este montat pe tubulatura de aspiraţie aer, pentru a preveni murdărirea compresorului şi prin acesta se previne reducerea capacităţii şi a randamentului compresorului şi degradarea întregii maşini; filtrul se montează la înălţimi mari faţă de nivelul apei şi trebuie sa fie echipat cu şicane efective pentru a preveni intrarea apei. Decantorul poate fi de tip separator sau este de tip filtru format din metal şi fibre sintetice de dimensiuni bine stabilite, care să controleze efectiv diametrul picăturilor de apă.

d) amortizorul de zgomot se montează atât pe intrarea aerului cât şi pe evacuarea gazelor, turbina fiind o maşină de mare turaţie generează zgomote de mare turaţie cu o frecvenţă de spectru foarte larg; mare parte din zgomote este generată aerodinamic de frecvenţa trecerii palelor, sursa majoră de zgomote apărând în jurul deschiderilor de intrare şi ieşire şi a reductorului de turaţie. Zgomotele sunt radiate de întreaga maşină, iar intensitatea sunetului este funcţie de masa carcasei.

CAPITOLUL III EXPLOATAREA, ÎNTREŢINEREA MOTOARELOR TERMICE , A MECANISMELOR ŞI INSTALAŢIILOR AFERENTE

III.1. PREGĂTIREA PENTRU PORNIRE, PORNIREA, DESERVIREA, OPRIREA ŞI ÎNTREŢINEREA MAŞINILOR ŞI INSTALAŢIILOR DE PROPULSIE NAVALE

III.1.1 Pregătirea pentru pornire, pornirea, deservirea oprirea şi întreţinerea motoarelor termice navale

Motoarele şi instalaţiile aferente trebuie să se găsească în permanentă stare de eficienţă şi gata pentru a fi puse în funcţiune. Atunci când se găsesc în stare de repaus trebuie să se execute un control zilnic în scopul verificării stării tehnice, prevenirea oxidării părţilor interioare şi exterioare a motorului şi a mecanismelor care-l deservesc.

Zilnic se va roti arborele cotit al motorului (2–3 rotaţii) cu dispozitivul de virare, executând în acelaşi timp amorsarea cu ulei. După fiecare virare arborele cotit se va lăsa în altă poziţie. La motoarele în stea, amorsarea cu ulei şi virarea arborelui cotit se vor executa numai dacă se execută pornirea.

Executarea virării motorului în stea cu aer comprimat de joasă presiune fără ca să urmeze lansarea motorului este interzisă, deoarece aceasta conduce la oxidarea cămăşilor de cilindru şi a altor piese.

Dacă motorul nu a funcţionat timp de 6-8 zile, acesta se va porni pentru circa 10-15 minute la mers în gol.

Dacă motorul nu a funcţionat timp de o lună şi nu există posibilitatea punerii în funcţiune, atunci se vor unge suprafeţele în frecare cu ulei curat. Pompele de injecţie se recomandă în acest caz să fie umplute cu ulei deshidratat pentru a le feri de corodare. Săptămânal se va înlocui uleiul.

Conservarea motorului pe o perioadă îndelungată se execută în conformitate cu subcapitolul referitor la “ conservarea şi deconservarea motorului” şi a instrucţiunilor de exploatare specifice motorului.

Când temperatura în compartimentul maşini se prevede că va coborî sub +5°C, apa trebuie scoasă din spaţiile de răcire ale motorului, din răcitor, tubulaturi de evacuare şi din

tubulaturile de răcire. Din spaţiile de răcire ale motorului care sunt dispuse jos, apa va fi scoasă prin robineţii de purjare sau dopuri filetate, după care se suflă cu aer de joasă presiune ( 0,3 ÷ 1,5 ) atm.

La motoarele care au instalaţiile de scurgere a surplusului de combustibil, se vor verifica periodic canalele de scurgere şi tubulaturile, neadmiţând înfundarea lor.

Cel puţin o dată la 500 de ore de funcţionare a motorului, tubulaturile şi filtrele pentru ventilarea carterului se vor verifica şi curăţa. Înfundarea tubulaturilor şi a filtrelor de ventilaţie poate duce la concentrarea vaporilor de ulei în carterul motorului şi la explozia lor.

Nu este permis ca nivelul de combustibil din tancurile de serviciu să scadă sub nivelul stabilit (de regulă ½ din capacitate), deoarece aceasta poate duce la pătrunderea aerului în instalaţia de combustibil a motorului.

Aerul poate pătrunde în instalaţia de combustibil de înaltă presiune prin sectorul dintre tancul de serviciu şi pompa de alimentare cu motorină, unde presiunea în timpul funcţionării motorului este mai mică decât cea a aerului.

Pentru a preveni pătrunderea aerului în instalaţia de combustibil se va urmări etanşeitatea acesteia, periodic se va purja aerul prin dopurile pe purjare de pe filtre şi tubulaturi special destinate în acest sens. Existenţa aerului în instalaţia de combustibil îngreuiază pornirea sau o face chiar imposibilă pentru motorul respectiv.

La motoarele care au capace de vizită la carter, cel puţin o dată pe lună se vor deschide şi se va executa controlul pieselor motorului, se va verifica starea şplinturilor de siguranţă şi eventualele scurgeri pe la garniturile cilindrilor. Se va roti arborele cotit, amorsând cu ulei, în acelaşi timp se va urmări dacă uleiul va pătrunde la cuzineţi..

Garniturile de la capacele de vizită ale carterului se vor menţine în stare bună, iar în cazul deteriorării se vor înlocui cu altele noi. Acest lucru permite să se prevină eventualele scăpări de ulei din carter sau pătrunderea combustibilului în carter, car are duce la diluarea uleiului şi la scăderea vâscozităţii.

Compartimentul maşini trebuie să fie menţinut în stare de curăţenie, iar santinele trebuie păstrate permanent în stare uscată, în scopul observării rapide a scurgerilor de la motor sau instalaţii.

La nave sunt prevăzute următoarele stări de pregătire a instalaţiilor motorului Diesel:a. imediată, prin care se asigură posibilitatea ca în orice moment nava să poată pleca,

iar la motor să se poată mări turaţia până la regimul nominal.b. ordonată, prin care se asigură posibilitatea pornirii motorului şi mărirea turaţiei

până la turaţia nominală după un anumit interval de timp care nu este suficient pentru pregătirea normală a instalaţiilor motorului Diesel din stare rece.

Aceste stări de pregătire pot să se prelungească timp îndelungat (până la câteva zile).

În conformitate cu stările de pregătire, există 3 metode de menţinere a instalaţiilor în una din stările de pregătire precizate:

a. menţinerea instalaţiilor motorului Diesel în situaţia de a fi puse în funcţiune imediat. Mecanismele auxiliare şi instalaţiile care deservesc motorul, se găsesc în stare de a fi puse în funcţiune imediat, iar motoarele principale încălzite până la temperatura care le permite să fie introduse în sarcină nominală după maxim 8 – 10 minute; telegraful se găseşte în poziţia „ Atenţie”; demontarea motorului şi a mecanismelor auxiliare nefiind permisă.

b. menţinerea instalaţiilor motorului Diesel în situaţia de a fi puse în funcţiune în maxim o oră. Mecanismele auxiliare se găsesc în situaţia de a fi puse în funcţiune imediat, valvulele de pe instalaţiile de răcire şi ungere sunt închise; se execută încălzirea periodică a motoarelor Diesel la o temperatură ce permite introducerea

în sarcină până la 50 %, după care timp de 10 – 30 minute se poate prelua sarcina nominală în funcţie de tipul motorului; se permite să se execute reparaţii mici însă care nu afectează pornirea motorului.

c. menţinerea instalaţiilor motorului Diesel în situaţia de a fi puse în funcţiune în mai mult de o oră. Toate mecanismele auxiliare şi instalaţiile se găsesc într-o stare de pregătire anunţată; deservirea instalaţiilor energetice se execută conform instrucţiunilor.

Pentru trecerea instalaţiilor motorului Diesel din stare rece în situaţia de pornire într-o oră sau imediat este necesar să se execute pregătirea normală completă pentru pornire, se verifică motoarele Diesel în funcţionare şi numai după aceasta se va trece la regimul de menţinere a instalaţiilor de a fi puse în funcţiune în termenul stabilit. După încetarea stărilor de pregătire se vor aduce instalaţiile în stare de repaus şi în continuare se va executa pregătirea normală pentru funcţionare.

Pregătirea pentru pornire şi pornirea motorului Diesel naval.

Pregătirea motorului pentru pornire constă în aducerea lui într-o asemenea stare, care să garanteze evitarea defecţiunilor şi să permită încărcarea motorului până la puterea nominală, în timpul stabilit.

Pregătirea motorului pentru pornire trebuie să se facă atent şi în conformitate cu instrucţiunile specifice acestuia.

Pregătirea minuţioasă a motorului pentru pornire este condiţia de bază a funcţionării sigure şi fără defecţiuni. Numai în cazul pregătirii corecte a acestuia pentru pornire se poate răspunde la comandă prin punerea telegrafului în poziţia „ Atenţie” şi să se execute pornirea.

La navele marinei militare există două metode de pregătire a motorului pentru pornire: a) pregătirea normală;b) pregătirea rapidă.Pregătirea normală a motorului pentru pornire se execută în condiţiile exploatării

corecte.Pregătirea rapidă a motorului pentru pornire se permite să se facă numai în situaţii deosebite şi în scopuri de învăţământ.

La pregătirea motorului, după reparaţii, în afara celor menţionate mai sus este necesar să se execute prevederile specifice cărţii tehnice a motorului respectiv.

Pregătirea normală a motorului pentru pornire

Se controlează la exterior motorul, mecanismele auxiliare şi instalaţiile pentru a ne convinge că nu sunt obiecte străine.

Se deschid capacele carterului pentru a verifica dacă nu sunt obiecte străine în el. Se verifică strângerea piuliţelor şi şuruburilor.

Se verifică dacă nu sunt scăpări de apă în carter pe la garniturile de la cămăşile cilindrilor.

Se amorsează motorul cu ulei. Când presiunea uleiului în magistrală ajunge la valori indicate de instrucţiuni (care trebuie să fie mai mare de 0,5 – 2 bar) se va roti arborele cotit 2 – 3 rotaţii, având armăturile manometrelor indicatoare deschise (acolo unde există). După virarea arborelui cotit, instalaţia de virat se va pune în poziţia iniţială.

Înainte de virare, la motoarele care au ungerea separată a cilindrilor se va conecta instalaţia de ungere.

Durata amorsării cu ulei a motorului pe timpul răcoros al anului când temperatura aerului în tancul de circulaţie sau baia de ulei este sub +15 °C, trebuie să fie minimum 5 – 8 minute, iar când temperatura uleiului şi a motorului este mai mare de +15 °C, durata va fi de 3 – 5 minute. În timpul amorsării motorului trebuie să se verifice manometrele dacă indică existenţa presiunii de ulei la motoarele care au prevăzut scoaterea uleiului din carter cu ajutorul pompei se va controla dacă există ulei în carter sau inversor.Se execută preungerea organelor motorului care au prevăzută ungerea manuală.

După terminarea amorsării cu ulei a motorului se vor închide capacele carterului care trebuie să aibă garniturile în stare bună, pentru a nu se scurge ulei în timpul funcţionării instalaţiei.

La motoarele reversibile se va verifica funcţionarea sistemului de inversare a sensului de rotaţie, iar la motoarele cu inversor se vor verifica cuplarea şi decuplarea inversorului.Se verifică sistemul de acţionare al pompelor de injecţie astfel ca tijele cremalierelor să se deplaseze normal pe toată cursa.

Se fixează, de la cremalieră, debitul maxim de combustibil. Se va vira motorul cu aer comprimat sau demaror, fără combustibil, având robinetele indicatoare deschise (acolo unde există). Se verifică dacă în cilindri nu s-a colectat apă, combustibil sau ulei. După verificare se închid robinetele aparatelor indicatoare.

Pentru a preveni personalul care se găseşte în apropierea motorului, de accidente, de fiecare dată, înaintea virării, acesta se va atenţiona de manevra care urmează a se executa.

Dacă în timpul amorsării cu ulei şi virării cu dispozitivul de virare, se observă o rezistenţă mărită la virare datorită unor cauze necunoscute, se interzice virarea cu aer sau cu demarorul până când se determină şi se înlătură cauzele.

Cauzele rezistenţei mărite la virarea motorului pot fi calaminarea, cocsarea, griparea, apă în cilindri şi altele.

Dacă motorul se pregăteşte pentru pornire după o scurtă oprire (0,5–2ore) şi toate instalaţiile sunt pregătite pentru pornire, ne putem limita la virarea acestuia cu aer comprimat, amorsând în acelaşi timp cu ulei. Virarea se va executa cu robinetele aparatelor indicatoare deschise (acolo unde există)

Pregătirea instalaţiei de ungere

Se verifică cantitatea de ulei din tancul de circulaţie sau baia de ulei şi se completează până la nivelul stabilit. În mod normal tancul de circulaţie trebuie să fie la ¾ din capacitate.

Se deschid cepurile şi valvulele, se pregăteşte magistrala de ungere pentru amorsarea motorului cu agregatul de amorsare sau cu pompa manuală. Pe timpul pregătirii pornirii unui motor după o staţionare îndelungată se va înlătura aerul din instalaţie prin intermediul robinetelor de purjare.

În perioada rece a anului se va pune în funcţiune instalaţia de încălzire a uleiului (dacă aceasta există) din tancul de circulaţie sau carter, în aşa fel încât în momentul pornirii temperatura uleiului să fie 30 – 45°C.

Nu se admite pornirea motorului când temperatura uleiului e mai mică de 15 – 18°C. Încălzirea continuă cu rezistenţa electrică, sau cu abur a uleiului în tancul de circulaţie

sau carter nu este permisă, deoarece la funcţionarea îndelungată a încălzitoarelor se va forma pe aceasta o crustă de cocs, a cărui grosime va creşte continuu. Depunerea de cocs pe pereţii

încălzitoarelor duce la înrăutăţirea schimbului de căldură între încălzitor şi ulei, la degradarea uleiului şi la scăderea calităţilor de onctuozitate.

Pregătirea instalaţiei de răcire

Se fixează cepurile şi valvulele de la tubulaturi în poziţia corespunzătoare de lucru pentru instalaţia respectivă în conformitate cu instrucţiunile de exploatare.

Se umple instalaţia de răcire cu apă, se purjează aerul şi se verifică umplerea prin robinetele de purjare.

În cazul instalaţiei de răcire cu circuit închis se va verifica nivelul de apă în tancul de expansiune şi se va purja aerul prin robinetele de purjare. Dacă este necesar se va completa cu apă până la nivelul stabilit.

Se conectează alimentarea aparatelor de semnalizare şi control şi se verifică funcţionarea lor.

Pregătirea instalaţiei de combustibil

Se purjează de apă tancul de serviciu şi filtrul şi se completează combustibilul până la nivelul stabilit, folosindu-se separatoarele centrifugale, acolo unde există.

Se deschid cepurile şi valvulele de pe magistrala de combustibil care fac legătura între tancul de serviciu şi motor. Se verifică comunicarea între tancul de rezervă şi serviciu, se execută purjarea aerului din instalaţie.

Dacă înainte de pregătirea motorului pentru pornire s-au demontat injectoare sau tubulaturi, atunci se vor amorsa individual cu motorină prin intermediul pompei manuale, fiecare tubulatură sau injector. În timpul amorsării cu motorină trebuie avut grijă să nu se pompeze combustibil în cilindri.

Pregătirea instalaţiei de evacuare

La navele, la care condiţiile de exploatare creează posibilitatea pătrunderii apei de peste bord în instalaţia de evacuare a gazelor, se vor deschide robineţii de scurgere şi şuruburile de control. După pornirea motorului , robineţii se vor închide şi se vor strânge şuruburile de control.

Dacă există suspiciuni privind prezenţa apei în cilindri, se va vira motorul cel puţin o rotaţie a arborelui cotit şi se verifică prezenţa apei la orificiile de control şi robinetele aparatelor indicatoare (unde există).

Se verifică dacă în cutia de control care se găseşte sub orificiul de scurgere al turbosuflantei, există apă. Orificiul rămâne deschis până în momentul lansării motorului.

Se deschid toţi clapeţii instalaţiei de evacuare şi se vor rigidiza.În caz că există posibilitatea ca apa să pătrundă în tubulatura de evacuare este necesar

să se deschidă clapeţii de evacuare după lansare, la primele rotaţii ale motorului. Ordinea deschiderii clapeţilor şi lansarea în acest caz trebuie sincronizate şi introduse în instrucţiunile de exploatare cu aprobarea specialistului de nave (organul superior).

Pregătirea instalaţiei de pornire cu aer comprimat

Se verifică presiunea aerului din buteliile de pornire şi dacă este cazul se va completa rezerva de aer, din butelii până la presiunea de lucru a instalaţiei.

Pe timpul staţionării, presiunea minimă admisă în buteliile de apă este de 100 bar pentru înaltă presiune şi 30 bar sau 20 bar pentru presiune medie.

Se deschid valvulele care fac ca aerul din butelia destinată pornirii să ajungă la maneta de lansare a motorului.

În cazul când buteliile încărcate cu aer sunt primite este necesar să se verifice dacă într-adevăr buteliile sunt încărcate cu aer şi nu cu alt gaz. Pornirea motorului este admisă numai cu aer comprimat.

Se interzice pornirea motorului cu oxigen, hidrogen, acetilenă sau alte gaze combustibile.

Pregătirea liniei axiale

Se controlează linia axială de la un cap la altul. Presetupa de la ieşirea liniei axiale în afara bordului trebuie slăbită puţin în aşa fel încât apa să picure rar.

Se verifică cantitatea de ulei din cuzineţi. Nivelul uleiului trebuie să fie ¾ din înălţimea sticlei indicatoare. În cazul ungerii cu inele, să se verifice starea inelelor de ungere.

Se porneşte pompa (unde există) care trimite uleiul la cuzineţi şi se verifică dacă uleiul ajunge la destinaţie prin manometru.

Se verifică decuplarea reductor-inversorului cu linia axială.Se verifică corectitudinea funcţionării semnalizării cuplării. Se verifică, ca

dispozitivele de stopare sau frânare să fie decuplate, iar lanţul care pune în funcţiune generatorul tahometrului să aibă o întindere normală.

Se verifică, ca pe linia axială şi în tunelul liniei axiale să nu fie obiecte străine care ar putea influenţa buna funcţionare sau care ar putea să se deplaseze în timpul marşului.

Pregătirea rapidă a instalaţiilor motorului Diesel pentru funcţionare

Pregătirea rapidă a instalaţiilor motorului Diesel pentru a fi puse în funcţiune trebuie să fie condusă nemijlocit de comandantul SL – 5 sau şeful mecanic, antrenând la această activate întreg personalul electromecanic în concordanţă cu instrucţiunile de plecare rapidă de la ancoră sau de la cheu.

Pentru fiecare tip de motor trebuie întocmite instrucţiuni speciale de pregătire rapidă a instalaţiilor pentru punere în funcţiune. Aceste instrucţiuni trebuie să prevadă ordinea de acţiune a personalului, durata unor etape şi activităţi, care să prevină eventualele defecţiuni şi avarii.

Fiecare pregătire rapidă a instalaţiilor motorului Diesel pentru funcţionare se execută numai la ordinul comandantului navei.

Pregătirea rapidă a instalaţiilor motorului Diesel pentru funcţionare se execută după darea unui semnal special. Fiecare caz de pregătire rapidă a instalaţiilor motorului Diesel trebuie consemnat în Registrul de funcţionare a motoarelor principale.

La pregătirea rapidă a instalaţiilor motorului Diesel se admite numai personalul care cunoaşte foarte bine obligaţiile ce decurg din instrucţiunile de exploatare.

Cantitatea şi volumul operaţiilor care se execută de către echipaj la pregătirea rapidă pentru funcţionare a instalaţiilor motorului Diesel nu se deosebesc cu nimic faţă de pregătirea normală, însă durata destinată executării fiecărei operaţii ( virarea motorului, amorsarea cu ulei, etc ), se micşorează la minimum. Pentru preîntâmpinarea unor posibile greşeli, care ar putea să ducă la defecte şi avarii a instalaţiilor motorului Diesel, este necesar ca echipajul să fie deosebit de atent.

Pregătirea rapidă pentru funcţionare a instalaţiilor motorului include pregătirea pentru pornire a motorului propriu – zis şi a instalaţiilor acestuia, precum şi lansarea motorului şi introducerea în sarcină până la 50 %, fără o încălzire preliminară.

Introducerea motorului în sarcină fără a fi încălzit preliminar şi micşorarea duratei de la pornire până la introducerea în sarcină nominală duce la înrăutăţirea regimului termic normal, la apariţia de sarcini termice şi mecanice suplimentare în piesele motorului Diesel, care pot conduce în unele cazuri la gripaje, la formarea de fisuri în piese şi la alte defecţiuni. De aceea pe perioada lansării şi introducerii în sarcină nominală este necesar:

a) să se urmărească cu atenţie presiunea uleiului din motor; presiunea uleiului în instalaţii se va menţine puţin mai mare ca în mod normal, dar nu mai mare decât limita superioară admisă, stabilită pentru tipul respectiv de motor;

b) după fiecare 3 – 5 minute se va controla temperatura gazelor de evacuare; în nici un caz nu se va admite supraîncălzirea motorului;

c) prin reglarea debitului de apă de peste bord se va menţine temperatura apei în circuitul închis în limita a 65 – 70°C; pentru realizarea stării termice normale, temperatura apei se va micşora la 55°C;

d) se va observa, asculta funcţionarea motorului; în cazul apariţiei de zgomote anormale se va micşora turaţia şi se vor lua măsuri urgente de depistare şi de înlăturare a cauzelor apariţiei zgomotelor.

Pornirea motorului Diesel

Pornirea motorului este permisă numai după ce s-a primit ordin sau s-a dat aprobare.Înaintea pornirii motorului trebuie să se primească rapoartele necesare precum că linia

axială, mecanismele auxiliare şi instalaţiile sunt gata de a fi puse în funcţiune.Se interzice pornirea motorului Diesel fără a fi virat.

Pornirea cu aer comprimat a motorului.

Se fixează maneta de inversare corespunzător ordinului sau in cazul inversorului în poziţia „În gol”.

Înainte de pornire se va avertiza echipajul asupra lansării, turaţia se va fixa astfel ca după lansare să fie minimă şi stabilă.

Se va lansa motorul acţionând maneta de lansare cu aer.Imediat după ce motorul a pornit se va pune maneta de lansare în poziţia iniţială sau se

va închide valvula de lansare cu aer. Se va fixa turaţia corespunzătoare tipului de motor şi instrucţiunilor de exploatare.

Se închid valvulele de aer şi se purjează magistrala de aer.Imediat după pornire se va verifica presiunea uleiului, apei şi combustibilului în

instalaţiile care deservesc motorul. Se va verifica de asemenea să nu fie zgomote şi bătăi

suspecte. Dacă după un minut de la lansare presiunea uleiului nu se ridică la limitele normale sau se aud zgomote şi bătăi suspecte, motorul va fi oprit şi va fi lansat din nou numai după înlăturarea cauzelor care au dus la apariţia defecţiunilor.

În perioada rece a anului, când temperatura uleiului din tancul de circulaţie sau din baia de ulei şi a aerului din compartimentul maşini este mai mică de 10°C, pentru a preveni defecţiunile se vor lua măsuri pentru a preveni creşterea bruscă a presiunii de ulei. Presiunea uleiului nu trebuie să depăşească limita maximă stabilită pentru motorul respectiv.

La introducerea în sarcină, a unui motor rece, sarcina iniţială la elice sau generator nu trebuie să depăşească 20 – 30 % din puterea nominală; în cazul motoarelor reversibile cuplate direct la elice, regimul de funcţionare trebuie să fie cel recomandat de cartea tehnică.

Pornirea electrică a motorului Diesel

De regulă, pornirea motorului Diesel se execută cu aer, şi numai în cazul defectării instalaţiei de pornire cu aer sau în lipsa acestei instalaţii, motorul se va porni cu ajutorul electromotorului.

Înainte de pornirea motorului Diesel cu ajutorul electromotorului se va vira arborele cotit 2 – 3 rotaţii pentru preungerea cilindrilor.

Se pune maneta de combustibil în poziţia „Funcţionare” corespunzătoare unei turaţii minime.

Se apasă butonul de pornire şi se va urmări presiunea uleiului la manometru.Când turaţia ajunge la 100 – 150 rot/min se va mări treptat debitul de combustibil.

Când motorul a început să funcţioneze, se va întrerupe alimentarea electromotorului. Reglarea următoare a turaţiei se va executa prin mărirea debitului de combustibil.

Durata funcţionării continue a electromotorului de pornire nu trebuie să depăşească 30 secunde. Se interzice executarea a mai mult de 4 încercări. Dacă după aceasta motorul nu a pornit, se vor lua măsuri de înlăturarea a cauzelor care au făcut pornirea imposibilă.

În cazul pornirii grupului electrogen, la început sarcina nu va depăşi 25 – 30 % din puterea nominală.

Supravegherea instalaţiilor pe timpul funcţionării motorului Diesel naval

Încălzirea şi introducerea în sarcină

Durata de încălzire a motorului, până la introducerea sa în sarcină nominală depinde de starea tehnică a acestuia şi instalaţiilor sale, de tipul motorului, de condiţiile mediului ambiant şi poate fi cuprinsă între 2 şi 45 minute. Din punct de vedere practic, parametrii principali care determină durata de încălzire a motorului sunt temperatura apei şi a uleiului.

Creşterea sarcinii motorului peste 25 % este admisă numai după o încălzire preliminară a motorului; practic se execută numai după ce temperatura uleiului la intrare a depăşit 20 – 25°C.

Dacă temperatura uleiului din tancul de circulaţie, sau baia de ulei înainte de pornire, este mai mare de 20°C, încălzirea motorului în gol poate să nu se facă. În acest caz imediat după pornire motorul se poate introduce în sarcină până la 25% şi va funcţiona cu această sarcină până când temperatura la intrare, a uleiului şi a apei, ajunge la 40 - 45°C. Numai după realizarea temperaturii uleiului şi a apei de 40 - 45°C se poate introduce sarcină de 50%. Când temperatura uleiului a ajuns 50 - 55°C motorul poate fi introdus în sarcină la mai mult de 50%.

Exemplu: Durata de introducere în sarcină nominală din momentul pornirii, a motoarelor de tip „MAN” şi „Alco” este de 15 – 20 minute când temperatura uleiului din tanc, înainte de pornire, este de 10 - 15°C, iar pentru motoarele de tip „MB” durata este de 40 minute (din care 15 minute la încet, 25 de minute la jumătate).

Pe timp de vară când motorul este încălzit, sau când temperatura uleiului este de 20 – 30°C, durata de funcţionare până la introducerea în sarcină nominală poate fi micşorată, pentru motoarele rapide până la 5 – 8 minute, iar pentru motoarele semirapide şi lente până la 20 – 30 minute.

În cazuri deosebite motorul poate fi introdus “rapid” în sarcină, iar durata de introducere poate fi cuprinsă intre 5 – 10 minute şi este în funcţie de tipul motorului.

Durata de funcţionare a motorului până la introducerea în sarcini nominale când temperatura uleiului din instalaţie şi tancul de circulaţie este de 40 – 45°C poate fi scurtată ajungând la:

a) 2 – 3 minute pentru motoarele rapide;b) 8 – 10 minute pentru motoarele semirapide şi lente;c) 2 – 3 minute în cazul introducerii rapide în sarcină cu condiţia unui control atent.

Durata funcţionării motorului în gol este de 3 – 5 minute la motoarele de putere mică (D107; D120; MB836) şi la 10 – 15 minute la motoarele de putere medie (MB820, ALCO, MAN).

Motoarele auxiliare, Diesel generatoare, vor funcţiona 3 – 5 minute după pornire în gol şi numai după aceasta se va mări turaţia şi introduce în sarcină în felul următor:

a) Când se porneşte un motor rece care nu a funcţionat în ziua respectivă, care are temperatura uleiului şi a apei < de 15°C. Notăm cu Nn - puterea nominală, nn – turaţia nominală. După 2 minute de la realizarea turaţiei nominale – a 25% Nn. După 5 minute de la realizarea turaţiei nominală – a 50% Nn. După 8 minute de la realizarea turaţiei nominale – la 100% Nn

b) Când se porneşte un motor cald (temperatura uleiului şi a apei > 20 – 30°C). După realizarea turaţiei nominale – 25%Nn. După 2 minute de la realizarea turaţiei nominale – 50%Nn. După 3 minute de la realizarea turaţiei nominale – la 75% Nn. După 5 minute de la realizarea turaţiei nominale – la 100% Nn.

c) La pornirea şi încălzirea rapidă ordinea şi durata introducerii sarcinii de 100%, este determinată de instrucţiunile de exploatare ale furnizorului; dacă aceste instrucţiuni lipsesc, atunci când temperaturile apei şi a uleiului sunt de 25 – 350C, se poate introduce 50% Nn, iar după 2 minute 75% Nn.

Când se trece de la un regim de funcţionare al motorului la altul se interzice schimbarea bruscă a turaţiei.

Creşterea turaţiei trebuie să se execute treptat prin mărirea treptată a debitului de combustibil.

Această obligaţie se referă numai la motorul care se încălzeşte funcţionând în sarcină, ci şi la motorul încălzit, în cazul când se măreşte sau se micşorează turaţia.

Schimbarea bruscă a turaţiei înrăutăţeşte regimul de ungere şi duce la crearea de tensiuni mecanice mari în organele mobile ale motorului.

Se interzice funcţionarea motorului Diesel în gol mai mult de 30 minute. Funcţionarea îndelungată a motorului în gol şi de asemenea, nerespectarea modului de introducere în sarcină a unui motor rece sunt dăunătoare şi pot constitui cauze ale avarierii. În timpul funcţionării în gol arderea este incompletă şi este însoţită de arderea duzelor, segmenţilor, supapelor şi a altor elemente.

Motorul Diesel se consideră încălzit şi este gata să fie introdus în sarcină nominală când la un regim constant temperatura uleiului şi a apei de intrare şi de asemenea,

temperatura uleiului şi a apei la ieşire rămân constante. De regulă la motoarele rapide cu instalaţia de răcire în circuit închis temperatura apei la ieşire trebuie să fie 80 – 85°C, iar temperatura uleiului la ieşire trebuie să fie 70 - 85°C. Pentru motoarele care au răcire numai în circuit deschis de regulă temperatura apei la ieşire trebuie să fie 45 - 55°C, iar a uleiului 50 – 65°C.

Un motor rapid naval, cu circuit închis de răcire se consideră încălzit şi poate funcţiona la toate regimurile atunci când temperatura uleiului la intrare este mai mare de 60°C.

În funcţie de timpul instalaţiilor motorului Diesel, încălzirea se poate face trimiţând apa şi uleiul parţial sau total prin răcitor.

În timpul încălzirii motorului Diesel nu se permite ca să se mărească brusc temperatura uleiului şi a apei de răcire. Mărirea bruscă a temperaturii în instalaţia de răcire duce la supraîncălzirea motorului şi la o depunere pronunţată de piatră în cavităţile de răcire ale cilindrului. Trebuie să se aibă în vede că este mai bine să se răcească motorul cu o cantitate mare de apă caldă, decât cu o cantitate mică de apă rece.

În cazul măririi bruşte a temperaturii apei de răcire şi a uleiului, micşorarea temperaturii se va executa prin reglarea treptată(manuală sau automatizată) a valvulelor din instalaţie, care trimit apa peste bord sau la răcitor.

Dacă se porneşte un motor, care se răceşte cu apă de peste bord, acesta fiind oprit de o perioadă scurtă de timp şi deci nu s-a răcit, atunci pornirea se va face cu destulă uşurinţă.

Când se încălzeşte motorul pe timp friguros, nu se permite să se circule întreaga cantitate de ulei pe lângă răcitor, deoarece când se schimbă manevra, uleiul rămas în răcitor poate să formeze un dop care îngreunează trecerea liberă a fluidului cald şi poate duce la avarierea motorului.

Supravegherea motorului în timpul funcţionării

Supravegherea motorului Diesel în timpul funcţionării urmăreşte următoarele scopuri principale:

a) asigurarea regimului necesar de marş şi manevrabilitatea navei;b) asigurarea unei funcţionări sigure a motorului Diesel care exclude avariile şi

defecţiunile;c) obţinerea puterii necesare de la motor, la un consum optim de combustibil şi

menţinerea unei stări tehnice bune a motorului.În timpul funcţionării motorului, personalul de exploatare trebuie să urmărească

funcţionarea motorului, a instalaţiilor şi mecanismelor după indicaţiile aparatelor de măsură, control şi semnalizare, de asemenea, să controleze, să asculte funcţionarea motorului şi să exploateze motorul în conformitate cu instrucţiunile de exploatare.

Periodic se verifică funcţionarea motorului prin determinarea presiunii maxime a ciclului de cilindri, a presiunii medii şi urmărirea temperaturii gazelor de evacuare. Funcţionarea normală a motorului este caracterizată de valoarea acestor parametri care sunt indicaţi în instrucţiunile de exploatare, sau formulare.

În timpul exploatării motorului la sarcini intermediare, temperatura gazelor la evacuare şi presiunea maximă a ciclului trebuie să fie mai mică decât limita admisă la sarcină nominală. În timpul funcţionării cu sarcini mici a motorului, temperatura gazelor de evacuare şi presiunea maximă a ciclului pentru puterea nominală, indicate de formulare sau instrucţiuni de exploatare, trebuie micşorate cu 15%.

Uniformitatea distribuirii sarcinii pe cilindri se va verifica prin intermediul pimetrului sau cu instalaţia pirometrică. Periodic la fiecare 25 - 30 de ore funcţionare se va verifica cu pimetru distribuirea sarcinilor pe cilindri la o putere apropiată de puterea nominală.

Presiunea indicată de pimetru între cilindri nu trebuie să difere cu mai mult de 7%. Temperatura gazelor la evacuarea pe cilindri, la puterea nominală nu trebuie să difere

cu mai mult de 30°C. Creşterea exagerată a temperaturii gazelor la evacuare duce la arderea pistoanelor, supapelor, griparea pistoanelor, crearea de fisuri în chiulasă, în cămăşi şi în corpul turbosuflantei, arderea paleţilor şi la alte defecţiuni a turbinei cu gaze spre exemplu.

Creşterea temperaturii gazelor este deosebit de periculoasă pentru motoarele în doi timp, care au tensiuni termice mai mari decât motoarele în patru timpi ca urmare a temperaturilor mari din cilindru.

Presiunea maximă a ciclului trebuie controlată cu ajutorul indicatorului după fiecare 25 – 30 de ore pe timpul funcţionării la puteri apropiate de puterea nominală.

Diferenţa presiunilor maxime a ciclului între cilindri nu trebuie să fie mai mare de 4 (bar).

Periodic se va controla presiunea în carter. Presiunea nu trebuie să depăşească valoarea indicată în instrucţiunile de exploatare pentru tipul respectiv de motor. Creşterea presiunii în carter indică starea anormală a grupului piston: arderea, griparea sau uzura segmenţilor, arderea pistonului etc.

Se va urmări funcţionarea pompelor de injecţie. Încălzirea exagerată a pompei şi a tubulaturii injectorului şi în acelaşi timp mărirea şocurilor hidraulice în tubulatura de înaltă presiune a injectorului în timpul funcţionării motorului indică înfundarea duzei injectorului.

Se va urmări răcirea motorului. Răcirea cilindrilor trebuie să fie uniformă. Aceasta se realizează cu ajutorul valvulelor termoregulatoare şi termostatelor sau prin reglarea normală a debitului apei. Oscilarea bruscă a presiunii şi temperaturii apei în timpul funcţionării la regimuri stabilizate, indică defectarea valvulelor termoregulatoare sau a termostatelor. În cazul ieşirii din funcţiune a valvulei termoregulatoare se va trece la reglarea manuală a temperaturii apei de răcire.

În cazul unei temperaturi scăzute a apei de răcire şi la o sarcină mică a motorului temperatura trebuie menţinută în limitele corespunzătoare admise prin micşorarea cantităţii de apă de peste bord.

În cazul răcirii motorului cu apă dulce în circuit închis, nu se va permite o diferenţă de temperatură între intrare şi ieşire mai mare de 10 -150C.

Temperatura maximă la ieşire nu trebuie să depăşească 55°C în cazul apei de peste bord şi 85°C în cazul apei din circuitul închis. Mărirea temperaturilor faţă de cele indicate duce, în cazul circuitului deschis, la o depunere intensă de săruri pe cămăşile cilindrilor, iar în cazul circuitului închis, generarea de abur care, la rândul lui provoacă supraîncălzirea motorului.

Dacă din anumite motive motorul sau unul din cilindri, se supraîncălzesc, atunci nu se va admite în nici un caz mărirea bruscă a cantităţii de apă, pentru a preîntâmpina formarea de fisuri prin contactul apei reci cu piesele supraîncălzite. În asemenea cazuri se va micşora sarcina şi turaţia şi se va răci motorul sau cilindrii prin mărirea treptată a cantităţii de apă.

Dacă în timpul reglării debitului de apă necesar răcirii cilindrilor, temperatura apei de evacuare de la un cilindru diferă mai mult faţă de ceilalţi cilindri, această stare de lucruri va indica înfundarea canalelor de pătrundere a apei sau că cilindrul respectiv este în suprasarcină. În acest caz este necesar să se verifice distribuirea sarcinii pe cilindri sau dacă diferă să se regleze sarcina uniform.

Dacă se dovedeşte că sarcina este distribuită uniform atunci canalele de răcire sunt înfundate. În acest caz se va micşora sarcina cilindrului supraîncălzit şi cu prima posibilitate se va înlătura defecţiunea.

Se va urmări permanent temperatura şi presiunea uleiului din instalaţia de ungere, reglând presiunea şi temperatura în conformitate cu instrucţiunile de exploatare ale motorului respectiv.

În cazul micşorării presiunii uleiului din magistrală sub limita admisă de instrucţiuni se va opri imediat motorul pentru depistarea şi înlăturare defecţiunii. Dacă se observă motorină în ulei se va da uleiul la analiză si se va urmări periodic calitatea uleiului.

Nu se permite, în cazul unui motor încălzit, o diferenţă mare a presiunii înainte şi după filtru. Dacă diferenţa de presiune înainte şi după filtru este mai mare decât valorile indicate de instrucţiuni se va schimba sau curăţa filtrul imediat.

În timpul curăţeniei filtrelor de ulei se va urmări cu deosebită atenţie dacă nu sunt particule mecanice sau sclipiri. Existenţa particulelor metalice indică uzura suprafeţelor de lucru a pinioanelor sau topirea unor cuzineţi.

Micşorarea bruscă a diferenţei de presiune la aceeaşi turaţie, indică defectarea uneia sau mai multor secţii de filtru. Funcţionarea motorului cu defecţiuni la filtru de ulei este interzisă.

Înainte de pornire şi în timpul funcţionării, din oră în oră se va verifica nivelul uleiului din tancul de circulaţie sau baia de ulei, nepermiţând ca nivelul să scadă sub jumătate. Scăderea bruscă a nivelului uleiului din tancul de circulaţie indică scurgerea uleiului în santină sau în apa de răcire prin tubulaturile răcitorului de ulei. Consumul exagerat de ulei poate fi cauza uzării segmenţilor.

Creşterea nivelului de ulei în tancul de circulaţie sau baia de ulei indică pătrunderea apei sau motorinei în ulei. În aceste situaţii se va opri motorul, se va stabili cauza creşterii sau scăderii nivelului şi se va înlătura în cel mai scurt timp posibil.

Funcţionarea motorului cu un ulei în care a pătruns apa şi îndeosebi apa de mare este interzisă. În cazul pătrunderii apei în ulei este necesar să se spele cu ulei curat întreaga instalaţie de câteva ori. În acelaşi timp se virează arborele cotit.

Dacă sunt bănuieli privind pătrunderea combustibilului în ulei se va efectua analiza uleiului. Micşorarea accentuată a vâscozităţii indică pătrunderea unei mari cantităţi de motorină în ulei. De fiecare dată când se constată micşorarea accentuată a vâscozităţii se va depista cauza şi se vor lua toate măsurile necesare de remediere.

Sistematic se va urmări vâscozitatea uleiului şi periodic se va efectua analiza prin luarea de probe în termenele stabilite.

În cazul micşorării vâscozităţii sub limitele indicate de tabelul 1, uleiul va fi înlocuit imediat şi se va nota în registrul de exploatare, numărul certificatului de analiză şi valoarea vâscozităţii uleiului introdus în sistemul de ungere.

În cazul existenţei separatorului centrifugal, periodic, se va executa separarea uleiului. După fiecare 30 – 50 ore de funcţionare a motorului se va executa separarea uleiului

din instalaţia şi tancul de circulaţie.După fiecare 4 ore de funcţionare a motorului se va purja tancul de serviciu ( de

motorină ). Completarea tancurilor de serviciu se va executa din timp nepermiţând ca nivelul să ajungă sub valoarea stabilită.

Periodic, dar nu mai rar de o dată în cart, se vor controla legăturile, manşoanele de motorină şi ulei pentru depistarea acestor locuri pe unde sunt posibile scăpări şi scurgeri de ulei şi motorină. În cazul scurgerilor de motorină se vor strânge ştuţurile şi şuruburile la flanşe sau se vor schimba garniturile, dacă după strângere scurgerea continuă.

Periodic se va urmări nivelul uleiului în lagărele liniei axiale. De asemenea, se va urmări temperatura cuzineţilor de împingere şi presetupelor de la linia axială. La fiecare 30 de minute se va nota temperatura cuzineţilor de la linia axială.

Temperatura maximă admisă pentru cuzineţii cu compoziţia din babit este de 65°C. Când temperatura creşte şi a ajuns la 60°C, se va depista cauza şi se vor lua toate măsurile de prevenire a supraîncălzirii lor. Acestea sunt:

a) mărirea cantităţii de apă necesară răcirii uleiului;b) conectarea unei ungeri forţate;c) completarea cu ulei proaspăt.În toate cazurile de mărire anormală a temperaturii cuzineţilor se va micşora turaţia

liniei axiale respectiv a motorului Diesel şi dacă acesta nu are nici un efect se va opri motorul şi se va verifica cuzinetul prin demontare.

Suprasolicitarea şi creşterea temperaturii cuzinetului de împingere până la topirea materialului antifricţiune poate avea loc, nu numai datorită defecţiunilor liniei axiale, dar şi datorită următoarelor situaţii:

a) când nava remorchează altă navă cu o viteză la care presiunea în cuzinet depăşeşte valorile admisibile; când motoarele funcţionează în probe la cheu sau în cazul navigaţiei în gheţuri.

b) când nava încearcă să se smulgă de pe uscat cu forţe proprii, se pot atinge sarcini mari la o viteză nulă a navei.

Pentru a preveni suprasolicitarea motorului şi a cuzinetului de împingere în toate cazurile indicate, turaţia liniei axiale nu va depăşi 70 – 75% din turaţia nominală.

Periodic se va controla santina şi tunelul liniei axiale care se va usca dacă este necesar.Se vor verifica locurile de prindere a tubulaturilor, pentru a nu permite ecruisarea

tubulaturilor prin atingerea lor de elementele metalice ca urmare a vibraţiilor. Se va urmări ca magistralele să nu aibă scurgeri.

Dacă observăm creşterea vibraţiilor unei porţiuni din linia axială sau a corpului navei, se vor lua măsuri de depistare şi înlăturare a lor.

Când se trece de la un regim de funcţionare la altul, zonele de turaţii interzise trebuie parcurse rapid dar nu brusc. Limitele de turaţie interzise trebuie ştiute bine de personalul de exploatare. Zona de turaţii critice trebuie notată clar pe indicatorul de turaţii al motorului.

Funcţionarea motorului în zone de turaţii critice poate fi cauza ruperii arborelui cotit, uzării înainte de termen a pieselor inversorului şi altor defecţiuni importante.

Funcţionarea motorului în patru timpi fără suflantă este posibilă, dar pentru aceasta este necesar să se blocheze sau să se scoată rotorul suflantei. În cazul funcţionării motorului fără suflantă, sarcina admisă nu trebuie să depăşească 70% din sarcina nominală. Valoarea sarcinii va fi limitată de temperatura gazelor la evacuare corespunzătoare motorului respectiv.

Se interzice să se şteargă părţile în mişcare ale motorului cu stupă sau lavete şi de asemenea echiparea şi dezechiparea îmbrăcămintei lângă motorul care funcţionează.

Scoaterea din sarcină şi oprirea motoarelor Diesel navale

Ordinea operaţiilor la scoaterea din sarcină a motorului, se prevede în instrucţiunile de folosire a mijloacelor de propulsie. Această ordine trebuie să fie însuşită corect de personalul care exploatează instalaţia cu motoare Diesel.

La scoaterea motoarelor din sarcină mai întâi se reduce turaţia motorului până la „Încet” sau sarcină mică; la acest regim motorul trebuie să funcţioneze 5 – 8 minute după care se poate opri după oprirea motorului, clapeţii, robineţii instalaţiei de evacuare şi valvulele instalaţiilor, precum şi toate mecanismele auxiliare se vor pune în poziţie iniţială conform instrucţiunilor instalaţiei respective. Apoi se va controla la exterior întreg motorul, cuplajul, linia axială şi mecanismele auxiliare şi vor fi înlăturate defectele constante în timpul funcţionării motorului. După acea se vor pune în ordine sculele şi subansamblele.

Oprirea motoarelor rapide nereversibile se execută numai cu inversorul decuplat. Pentru aceasta, înainte de oprire se va reduce turaţia până la „Încet” şi se va aduce maneta inversorului în poziţia „Marş în gol”. Maneta de reglare a combustibilului se va pune în poziţia „Stop”.

Înainte de oprirea motorului este necesară funcţionarea la sarcină mică sau la mers în gol până când temperatura uleiului şi a apei la intrare ajunge la 65°C.

Pentru răcirea uniformă a motorului şi micşorarea intensităţii gradului de depunere a pietrei după oprire, în cazul existenţei electropompelor de apă şi ulei, se va circula apa şi uleiul timp de 2 – 5 minute fără a se roti arborele cotit.

Oprirea bruscă a motorului, în cazul când se găseşte la turaţia nominală sau sarcina plină, fără motiv bine întemeiat este interzisă, deoarece aceasta are influenţe negative asupra pieselor motorului, prin încălzirea lor datorită încetării circulaţiei apei şi a uleiului.

De aceea, în cazul unei opriri bruşte a motorului, se va executa timp de 4 – 5 minute circulaţia cu ulei şi apă, rotind manual arborele cotit. Circulaţia apei de răcire prin intermediul unei pompe automate trebuie să continue, dacă condiţiile permit, până când se reduce temperatura apei la ieşire, la 50 – 60°C.

În cazul creşterii bruşte a turaţiei şi când motorul nu se poate opri prin intermediul manetei de comandă, acesta se va opri cu ajutorul manetei de avarie sau prin închiderea circuitului de combustibil sau aer.

La motoarele din serie D, MB, Alco şi altele asemănătoare, cel puţin o dată pe lună, după o funcţionare îndelungată la putere nominală sau apropiată de puterea nominală, se vor deschide capacele carterului, se va controla mecanismul bilă manivelă de la toţi cilindrii şi se vor verifica dacă nu s-au încălzit prea mult cuzineţii de pat şi de bielă.

Temperatura pieselor similare la palpare trebuie să fie identică. Acelaşi control se execută după oprirea motorului dacă se prevede o nefuncţionare îndelungată.

În perioada rece a anului, motorul şi magistralele de apă trebuie să fie purjate şi uscate. Purjarea şi uscarea se execută după ce temperatura apei în motor a scăzut la 20 - 25°C. În cazul instalaţiilor cu circuit închis apa din motor nu se va scoate dacă există posibilitatea de încălzire sau s–a adăugat antigel în apă.

După ce motorul a fost oprit şi au fost luate toate măsurile de punere în stare de repaus, se vor executa obligatoriu următoarele operaţii:

1. se vor completa cu combustibil tancurile de serviciu;2. se vor completa cu ulei la nivelul 75% din volum, tancurile de circulaţie, iar acolo

unde nu sunt se va verifica şi completa uleiul în carter;3. se va completa cu apă dedurizată tancul de expansiune;4. se va porni compresorul şi se va face plinul cu aer comprimat. Trebuie avut în

vedere că presiunea în butelie nu trebuie să fie mai mică de 120 (barr) la buteliile care se încarcă la 150 (barr) iar la navele care au presiuni mai mici, presiunea limită minimă reprezintă 80% din presiunea normală.

Se vor deschide robineţii indicatori la toţi cilindrii (pentru motoarele care au robinet). Astfel că motorul este pregătit pentru o nouă pornire(lansare).

III.1.2 Pregătirea pentru pornire, pornirea, deservirea şi oprirea mecanismelor şi instalaţiilor aferente agregatelor de propulsie navale

III.1.2.1 Pregătirea pentru pornire, pornirea, deservirea şi oprirea separatoarelor navale

Exploatarea şi întreţinerea separatoarelor gravitaţionale

Exploatarea unor astfel de mecanisme presupune executarea activităţilor specifice prin care să se îndeplinească scopul pentru care au fost construite: acela de a separa fluide la bordul navei. Rolul primordial în acest sens îl are personalul special instruit. Totalitatea activităţilor pe care acesta le execută sunt cuprinse în cadrul unor operaţiuni. Orice mecanism, dispozitiv, agregat sau instalaţie de la bordul navei comportă 5 mari operaţiuni în cadrul exploatării şi anume:

1. Pregătirea pentru pornire (utilizare sau folosire):a) un control exterior al mecanismului;b) strângerea sau fixarea pe postament;c) controlul racordului electropompei prin care faza eterogenă este introdusă în

separator;d) verificarea existenţei şi a prinderii aparatelor de măsură şi control în cadrul

instalaţiilor mecanismului;e) dezaerarea;f) amorsarea separatorului; este cazul separatorului cu electrod de comandă care

iniţial se umple cu apă pentru ca faza eterogenă să nu părăsească separatorul neseparată. Practic se realizează etanşarea camerei de separare în faza iniţiala de după pornirea electropompei.

2. Pornirea separatorului după cum s-a spus în cadrul funcţionării variantelor prezentate, este intermitentă, acest lucru fiind dictat de valorile de lucru a anumitor parametri.

3. Supravegherea (deservirea) pe timpul utilizării:a) apariţia unor scurgeri pe la îmbinări neetanşe;b) valorile parametrilor de lucru înregistrate prin intermediul a.m.c. –urilor;c) zgomote anormale generate de mecanismul pompă – motor electric de

antrenare; 4. Oprirea separatorului:

a) oprirea pompării de fază eterogenă;b) închiderea armăturilor aferente traseelor agentului de lucru.

5. Pregătirea mecanismului pentru o nouă utilizare:a) golirea separatorului şi curăţirea prin spălare a interiorului;b) remedierea anumitor neetanşeităţi;c) completări cu lubrifiant la grupul motor – pompă;d) curăţirea (decolmatarea) elementului filtrant brut şi fin;e) refacerea plinurilor la fluidele de lucru;f) anumite remedieri de natură mecanică sau electrică.

Întreţinerea unor astfel de mecanisme este relativ uşor de făcut şi presupune executarea de către personalul calificat, a acelor activităţi prin care să se menţină în funcţiune la parametrii optimi, o perioadă cel puţin egală cu durata de serviciu prescrisă de către firma constructoare.Aceste activităţi se desfăşoară tot secvenţial după un anumit algoritm astfel: Zilnic operatorul execută:

a) controlul exteriorb) verifică starea de prindere şi de fixaţie (inventarul componentelor);c) îndepărtarea umezelii, a prafului, eliminarea eventualelor scurgeri.

Săptămânal se execută toate activităţile specifice întreţinerii zilnice, în plus:a) verificarea fixării pe postament precum şi a cuplajului pentru că de aici ar

putea rezulta noncoaxialităţi cu repercusiuni grave din punct de vedere electromecanic;

b) existenţa nulului de protecţie;

c) valoarea rezistenţei de izolaţie;d) ungerea la lagăre; specific exploatării mecanismului.e) Deoarece aceste tipuri de separatoare nu au componente în mişcare la celelalte

elemente statice se intervine după un anumit număr de ore de funcţionare, astfel:

f) după 400 ÷ 600 h de utilizare se schimbă sau se curăţă elementul activ (filtrul fin);

g) după 1000 h de utilizare se schimbă sau se curăţă filtrul brut;h) Atunci când situaţia o impune nu se mai ţine cont de numărul orelor de

funcţionare, ci se intervine.i) după un an, maxim 2 ani de utilizare, se schimbă garniturile dintre capace şi

corpul separatorului. Şi tot după un an se execută curăţirea pereţilor interiori ai separatorului întrucât se prevede în p.p. L. – v.f.t.a..-ul, atunci se execută tot algoritmul astfel încât să se îndepărteze depunerile. Aceasta se face pe cale mecanică sau chimică. Calea mecanică presupune utilizarea unor raşchete , spatule sau perii de sârmă, iar cea chimică presupune utilizarea în anumite concentraţii a unor solvenţi pentru un anumit timp, transformarea crustei în precipitat care se va depozita în calota inferioară de unde se elimină cu jet puternic de apă.

j) După uscare se aplică un strat protector anticorosiv sau pitură specială.k) În ceea ce priveşte grupul motor – pompă, se au în vedere următoarele:l) verificarea cuplajului;m) curăţirea de praf la sistemul colector – inele – perii colectoare pentru cazul

când rotorul motorului electric de antrenare este cu bobine;n) semeringurile de etanşare a cavităţilor cu fluide diferite.

Exploatarea şi întreţinerea separatoarelor centrifugale

Exploatarea separatoarelor este activitatea care include toate operaţiunile efectuate de către personalul specializat pentru ca mecanismul să separe fluidul eterogen. Operaţiunile care trebuie derulate sunt următoarele: 1. Pregătirea pentru pornire; 2. Pornirea; 3. Supravegherea în timpul funcţionarii (deservirea); 4. Oprirea; 5. Pregătirea pentru o nouă pornire.

Corespunzător fiecăreia dintre operaţiuni, personalul autorizat desfăşoară o succesiune de acţiuni, astfel:

1. La pregătirea pentru pornire:a) se verifică racordările mecanismului la: alimentarea cu fază eterogenă, la instalaţia

electrică şi de automatizare, la reţeaua de apă pentru comanda şi închiderea hidraulică. Racordarea la alimentarea cu fază eterogenă se face cu tuburi flexibile;

b) strângerea capacelor de separare cu ajutorul dispozitivelor rabatabile;c) se degajă frâna;d) nivelul lubrifiantului aproape că trebuie să depăşească partea de mijloc a sticlei de

nivel pentru ulei;e) se deschide robinetul pentru apa de comandă;f) se deschide robinetul pentru recircularea sedimentului o dată cu apa de spălare.

2. La pornire:a) se porneşte motorul electric de acţionare al cărui sens de rotire trebuie să fie astfel încât tamburul de separare să se rotească în sensul acelor de ceas dacă se priveşte de sus;b) o dată cu pornirea motorului electric se vor anclanşa releele:

1. termic (cu rol în accederea pentru separare a fazei eterogene cu temperatura optimă de lucru);2. de timp (cu rol în autodescărcarea sedimentului);

c) când tamburul de separare va ajunge la turaţia de regim, robinetul pentru apa de comandă se poziţionează pe “deschis” şi este lăsat în această poziţie până când apa va începe să curgă prin ţeava indicatorului care, se află montat înaintea acestei armături. În acest moment tamburul este închis, deci gata de lucru;d) alimentarea cu apă pentru închiderea hidraulică se face numai atunci când separatorul este utilizat ca purificator, temperatura apei fiind optimă pentru realizarea închiderii hidraulice în tamburul de separare.

Alimentarea încetează când separatorul începe să evacueze apă prin ţeava de control. Obs. Când apa începe să reverse prin ţeava de evacuare fază separată (ulei sau motorină) înseamnă că presiunea acesteia este prea mare şi atunci se montează la racord o şaibă de reducţie.

a) Şi tot pentru funcţionarea separatorului ca purificator se montează discul gravitaţional (de greutate) funcţie de natura (compoziţia) fazei eterogen. La separatorul clarificator acest disc lipseşte, montându-se însă talerul clarificator. (fără orificii).

Din acest moment separatorul poate primi faza eterogenă (ulei sau motorină) deschizând robinetul aferent.

Descărcarea nămolului poate fi făcută manual sau automatizat (de regulă până la 6 h de funcţionare continuă).

3. În timpul funcţionării se au în vedere următoarele:a) indicaţiile manometrelor;b) zgomote anormale;c) apariţia unor neetanşeităţi sau scurgeri neprevăzute.

4. Oprirea presupune:a) se închide robinetul de admisie al fazei eterogene în separator;b) se închide robinetul pentru apa de comandă;c) se decuplează motorul electric de acţionare şi când turaţia la ax a scăzut la 800

rot/min, se apasă frâna.

5. Pregătirea pentru o nouă pornire: Se execută toate acţiunile specifice punctului I şi în plus:

- se verifică şi se refac nivelurile de fluide în mecanismele funcţionale;- se remediază anumite neetanşeităţi;- se controlează starea a.m.c.-urilor şi a armăturilor;- se verifică cuplajele, prinderea pe postament;- se aspectează în amănunţime mecanismul.

Întreţinerea separatorului

Presupune desfăşurarea unei succesiuni de activităţi de către personal calificat cu scopul menţinerii în funcţiune la parametrii optimi (nominali) pe întreaga perioadă prescrisă de firma constructoare (durata de serviciu), a dispozitivului (mecanismului respectiv).

Această succesiune de acţiuni se desfăşoară secvenţial algoritmizat, astfel: I. Întreţinerea zilnică – este cea mai importantă pentru asigurarea duratei de serviciu a

mecanismului şi presupune:a) aspectarea exterioară, cu referire la starea de fixaţie, la prinderea pe postament, la

cuplaj, a.m.c.-uri;b) ştergerea cu stupă, lavetă a exteriorului şi remedierea eventualelor scurgeri;c) controlul ungerii şi completarea (eventual) a gresoarelor (Pentru ungerea separatorului

se utilizează lubrifiant de calitate superioară de vâscozitate (2,12 ÷ 2,55) º E. Capacitatea băii de ulei este aproximativ 10 1. Este clar că în timpul funcţionării nivelul uleiului scade, dar nu are voie să coboare sub marginea inferioară a sticlei de nivel. Înlocuirea uleiului se va face la aproximativ 300 h de lucru, dar dacă acesta este murdar, se schimbă imediat);

d) se verifică dacă garnitura de la dopul de scurgere este în bună stare;e) sticla de nivel pentru ulei trebuie întreţinută perfect curată;f) dacă separatorul are tamburul demontat şi scos din funcţiune pentru câteva zile, pentru

a preîntâmpina apariţia coroziunii fusul tamburului trebuie uns cu ulei sau grăsime. Înainte de remontarea tamburului, fusul se va şterge cu o cârpă.

II. Întreţinerea săptămânală se realizează de regulă cu ocazia verificării tehnicii (V.F T.A.) când se execută toate operaţiunile specifice exploatării mecanismului.Se urmăreşte executarea următoarelor:

a) ungerea pompei cu roţi dinţate; când lichidul supus separării va conţine numai o cantitate neînsemnată de ulei, trebuie din când în când strâns gresorul pompei cu 1/4 din 360º. Pentru evitarea aspirării aerului, gresorul trebuie să fie permanent plin cu lubrifiant;

b) verificarea transmisiilor, cuplajelor, îmbinărilor, contactelor;c) controlul stării de fixaţie.

III. Întreţinerea lunară:a) se curăţă pachetul de talere, distribuitorul şi capacele tamburului;b) se remediază (eventual) neetanşeităţile;c) se corectează (eventual) noncoaxialităţile;d) se verifică rezistenţa de izolaţie (0,7 MΩ pentru instalaţiile de forţă şi 0,5 MΩ pentru

consumatorii clasici – valori minime).Notă: Atât la întreţinerile lunare cât şi la cele săptămânale nu se evită activităţile specifice

întreţinerilor zilnice.IV. Controalele tehnice se execută la 3, 6, 9 luni (respectiv CT – 1, CT – 2, CT – 3) gradul

de complexitate al lucrărilor executate crescând comparativ cu întreţinerile anterioare, în sensul

că deteriorarea anumitor piese care determină exploatarea ineficientă a mecanismului impune şiînlocuirea acestora.V. Revizia tehnică: se controlează şi se fac constatări cu privire la starea tehnică a

mecanismului. Se execută conform prescripţiilor firmei la un an de la intrarea în exploatare. Prin intermediul graficului de mai jos se redă succesiunea reviziilor şi reparaţiilor

specifice unui astfel de separator:Reparaţie

Reparaţii

Revizia Tehnică 1 an 2,4 ani 8 ani 16 ani

Reparaţii curente (până la 8 ani)

Reparaţie medie (la 8 ani)

Durata de serviciu

Graficul este realizat avându-se în vedere că durata (garantată) de serviciu este de 16 ani, de către firma constructoare (Tehnofrig – Cluj – Napoca). Astfel că dacă revizia tehnică se execută anual iar reparaţiile curente la 2 ani (RC – 1) şi 4 ani (RC – 2), cele medii – la jumătate din durata de serviciu, deci 8 ani.

Trebuie avute în vedere următoarele: a) durata de serviciu diferă: este funcţie de mecanism şi de firma constructoare;b) Reparaţia capitală survine în două situaţii:

1. după expirarea duratei de serviciu prescrisă de către firma constructoare;2. atunci când mecanismul a suferit o avarie înaintea expirării duratei de

serviciu. Dacă în timpul reparaţiei unele piese ale tamburului vor fi prelucrate sau înlocuite, se va verifica echilibrarea dinamică a întregului agregat. De ce ? Pentru că tamburul separatorului este perfect echilibrat dacă are numărul de talere existent pe ax, cu ocazia livrării separatorului. Schimbarea numărului de talere duce la un dezechilibru în tambur, lucru care nu este permis. Tot firma constructoare recomandă (ca să se prevină defecţiuni în exploatare) efectuarea de revizii şi reparaţii după un anumit număr de ore de funcţionare, astfel:

a) revizia tehnică – după 250 h de funcţionare;b) RC – 1 – după 2500 h de funcţionare;c) RC – 2 – după 5000 h de funcţionare;d) RK – după 10.000 h de funcţionare.Cu ocazia reviziilor tehnice se vor verifica şi dacă este cazul se vor înlocui garniturile

de etanşare. În cadrul RC – 1 şi RC – 2 se va înlocui căptuşeala de pe saboţii cuplajului centrifugal şi al frânei, presetupele pompei.

Se recomandă ca reparaţia capitală (RK) a separatorului să fie făcuta de către firma constructoare.

III.1.3.2 Pregătirea pentru pornire, pornirea, deservirea şi oprirea compresoarelor navale

Exploatarea – întreţinerea compresoarelor

1. Pregătirea pentru pornire.a) verificarea stării de fixaţie şi a prinderii pe postament;b) verificarea cuplajului, a sensului de rotaţie prescris, se face manual sau electric;c) îndepărtarea (eventual) a obiectelor străine de pe agregat;d) verificarea nivelului uleiului în baie, la nevoie se completează, la compresoarele cu gresoare; controlez cantitativ şi calitativ unsoarea (vaselina);e) acolo unde este cazul se verifică întinderea curelelor.

2. Pornirea: se face în două moduri:a) cu comandă manuală;b) cu comandă automatizată; compresorul fiind dotat în acest sens cu presostat şi

relee de pornire-oprire.3. Supravegherea în timpul funcţionării

a) pentru micşorarea sarcinii, la pornire se poate deschide robinetul de purjă care, după câteva minute de la pornire, se va închide treptat;

b) verificarea presiunii pe manometrul de ulei; trebuie să aibă valori de 2,5 – 4 bar, în caz că presiunea scade sub 2 bar electrocompresorul trebuie oprit şi se controlează sistemul de ungere;

c) verificarea existenţei apei de răcire în compresor, prin slăbirea unuia dintre cele două dopuri cu protector de zinc, aflat pe partea superioară a blocului cilindrilor, lângă chiulasă. Diferenţa de temperatură dintre intrare şi ieşire nu trebuie să depăşească 15ºC.La intrarea în compresor, temperatura maximă a apei de răcire nu trebuie să depăşească 35º C;

d) urmărirea valorilor de presiune pentru aer pe trepte; cea finală – cât şi cele intermediare – trebuie să fie egale cu cele indicate de cartea tehnică;

e) temperatura aerului refulat din compresor către depozitare nu trebuie să depăşească 150ºC;

f) se urmăreşte ungerea suprafeţelor în frecare; temperatura maximă a pieselor în mişcare nu trebuie să depăşească 70ºC;

g) o atenţie foarte mare trebuie acordată atât pompării uleiului la cuplele aflate în mişcare relativă – prin supravegherea tubulaturii aferente cât şi prin apariţia eventualelor zgomote anormale, lovituri sau bătăi anormale;

h) la pornirea şi oprirea agregatului se observă modul de funcţionare a sistemelor de purjare automată pentru agregatul de lucru.

4. Oprirea compresoruluiSe poate efectua cu comandă manuală sau automatizat şi se realizează în două situaţii:

a) din cauza funcţionării anormale;b) dictată de atingerea parametrilor comandaţi pentru o anumită sarcină.

5. Pregătirea pentru o nouă pornirea) se execută toate activităţile enumerate la punctul 1., în plus;b) dacă circuitul de apă nu este propriu compresorului atunci se închide armătura

traseului respectiv;c) pentru a se evita îngheţul, în cazul opririlor mai îndelungate, pe timp de iarnă când

temperatura aerului scade sub 0º C, se scurge apa din instalaţie;d) se remediază eventualele neetanşeităţi;e) se refac plinurile.

Pentru un compresor care funcţionează în condiţii grele (navale), se recomandă următoarele instrucţiuni de deservire:

Nr. Lucrarea După … h de funcţionare

crt. 10 25 100 250 5001 2 3 4 5 6 71. Completarea uleiului în baie x

2.Verificarea etanşeităţii circuitelor aferente compresorului

x

3.Verificarea stării şi a întinderii curelei trapezoidale

x

4. Verificarea funcţionării supapelor de siguranţă X5. Curăţirea filtrului de aer X6. Înlocuirea filtrului de ulei X7. Verificarea supapelor pe treapta inferioară X8. Verificarea dopurilor zincate X9. Curăţirea spaţiilor de apă din blocul cilindrilor X10. Curăţirea răcitorului de aer X11. Verificarea funcţionării presostatului X12. Înlocuirea şi spălarea băii X13. Curăţirea chiulasei X

14.Verificarea cuplajului dintre compresor şi motorul electric de antrenare

X

Lucrări de întreţinere care se impun în cazul opririi de durată:a) în scopul protejării împotriva coroziunii, se asigură suprafeţele care se află în mişcare

relativă, cu un strat corespunzător de ulei;b) cămăşile de cilindru şi pompa de apă se usucă foarte bine după ce în prealabil au fost

curăţate; îndepărtarea crustei depuse pe interiorul ţevilor cât şi la cămăşile cilindrilor cât şi în interiorul pompei, se face cu apă caldă – în raport de 3 : 1 – care va dizolva crusta, spălându-se apoi cu soluţie de sodă 20%, la T = 80º ÷ 90º C şi în cele din urmă, se limpezeşte cu apă dulce (tehnică), fierbinte.Concluzie: În conformitate cu cartea tehnică a oricărui agregat – compresor, lucrările sunt cuprinse distinct după cum urmează:

1. lucrări tehnice;2. lucrări săptămânale;3. lucrări lunare;4. controale tehnice;5. revizia tehnică – se execută anual;6. reparaţii curente;R.C. – 1 – la 900 ÷ 1000 ore funcţionare;R.C. – 2 – la 1800 ÷ 2000 ore funcţionare;7. reparaţii medii; între reparaţiile curente şi capitale se pot repara capital anumite

componente sau piese-subansamble aferente agregatului propriu-zis, fără demontarea sa de pe rama de fixaţie;

8. reparaţii capitale – la 4000 ÷ 4500 h de ore funcţionare, acestea se execută în două situaţii:

8.1. la expirarea duratei de serviciu;8.2. în caz de avariere şi se execută lucrările specifice după demontarea compresorului de pe rama de fixaţie.

Uleiurile româneşti recomandate a fi utilizate în deservirea electrocompresoarelor navalizate sunt cuprinse în tabelul de mai jos:

MarcaPunct de

inflamabilitateIndice de

vâscozitate la 50º C

Punct de congelare º

C

Temperatura ambiantă pentru care

este recomandatK – 100 (K 65)STAS 751 – 184

220 8 – 9 - 25 -10 – + 50

M – 20 (iarna)STAS 751 – 180 205 4 – 6 - 20 -10 – + 50

M – 20 (vara)STAS 751 – 180 230 8 – 10 -12 0 – 50

K 220 (K 120)STAS 1195 – 184 240 15 – 17 - 5 0 –55

Lista mărcilor de uleiuri străine recomandate pentru funcţionarea agregatelor în condiţii dificile de exploatare; zone tropicale, ecuatoriale, la poli:

Shell Talpa Oil 30, Shell Rotella Oil 30, Mobil Oil Extra Heavy, Mobil grad 312, Tro Mar 65, Tro Mar HD 30, Castrol Marine Heavy, Castrol 215 M, Aral Oil HKZ, 12 M Soviet Oil, 19 T Soviet Oil, BP Energal GE 300 C.

Observaţii: 1. Pentru temperaturi de 50º C se vor folosi uleiuri cu vâscozitate 9 – 10 º E;2. Pentru agregatele care funcţionează o perioadă lungă în condiţii de iarnă, se

recomandă obligatoriu uleiuri cu punct de congelare mai mic de 0º C;3. După efectuarea R.K. compresorul se supune perioadei de rodaj obligatorie

astfel:a) oră de funcţionare fără contrapresiune;b) câte 30’ de funcţionare la 3, 6, 10, 15 bar (treptat deci) c) contrapresiune: 15 ore la 20 bar; 5 ore la 25 bar; 5 ore la 30 bar.

III.1.2.3 Pregătirea pentru pornire, pornirea, deservirea şi oprirea pompelor navale

1. Pregătirea pentru pornire şi pornirea pompelor a) se verifică nivelul uleiului în lagăre şi data la care a fost schimbat, b) se decuplează pompa de motorul electric de acţionare prin scoaterea părţii demontabile a cuplajului şi se face proba de sens a motorului,c) se cuplează din nou pompa cu motorul şi se verifică corectitudinea centrajului,d) se amorsează pompa(scoaterea completă a aerului şi gazelor din tubulatura de admisie şi din pompă şi umplerea totală cu lichid), acolo unde aceasta nu-i autoamorsabilă,e) o dată cu lansarea motorului este pornită şi pompa.

2. Supravegherea în timpul funcţionăriia) după atingerea turaţiei maxime a motorului se controlează pe refularea pompei indicaţia manometrului(nu este admisă utilizarea pompei la presiuni mai mici sau mai mari decât valorile prescrise),b) pentru pompa cu etanşare moale se reglează apăsarea presetupei astfel încât aceasta să aibă o uşoară scurgere de lichid(30÷50 picături/min.). La pompele cu etanşare mecanică, la început scurgerile pot fi foarte mici, pentru ca după rodaj acestea să dispară.c) lagărele trebuie să funcţioneze silenţios şi să nu încălzească cu mai mult de 500C în plus faţă de temperatura mediului ambiant.

3. Oprirea şi pregătirea pentru o nouă pornirea) are loc o dată cu oprirea motorului,

b) se închid armăturile de by-pass pentru preîncălzire (acolo unde acestea există),c) se închide vana de refulare,d) se închide armătura de pe tubulatura de aspiraţie şi alte armături auxiliare,e) se verifică strângerea piuliţelor tiranţilor, f) se controlează apariţia unor scurgeri şi se remediază aceste neetanşeităţi,g) se verifică şi se corectează(eventual) plinurile de apă, ulei.

4. Lucrări de întreţinere a pompelora) dacă pompa este nouă, după o lună de funcţionare se schimbă uleiul,b) după intrarea în funcţiune la parametrii nominali, uleiul se schimbă la 4 luni(până la schimbul periodic, uleiul se mai verifică atât cantitativ cât şi calitativ),c) lagărele nu trebuie să genereze zgomote anormale sau vibraţii,d) când nu se realizează o bună etanşare la axul pompei, se evită strângerea excesivă a acesteia sau se înlocuieşte nu numai garnitura presetupei ci întregul set de garnituri aferente pompei,e) apariţia bătăilor, implicit a zgomotelor, este dată de noncoaxialităţi - generate în cele mai dese din cazuri de deteriorarea lagărelor care, se vor schimba,f) se examinează şi se curăţă periodic partea fixă a etanşărilor de depunerile de gudroane(în cazul vehiculării de combustibil). Atunci când pompa funcţionează ca unitate independentă, mai întâi aceasta se aduce la temperatura de regim iar pentru evitarea îngheţului, se verifică golirea pompei de apă. Obs.1. Toate intervenţiile vor fi notate de către operator în jurnalul de maşini. Obs.2. La piesele din interiorul pompei are acces doar personalul calificat şi autorizat, în situaţiile de avarie, de executare a lucrărilor de revizii şi reparaţii planificate(funcţie de numărul de ore de funcţionare) sau de expirare a duratei de întrebuinţare.

III.1.2.4 Pregătirea pentru pornire, pornirea, deservirea şi oprirea caldarinelor navale

1. Pregătirea pentru pornirea) se face un control exterior vizual al caldarinei (corp, mecanisme, dispozitive, racorduri,

îmbinări, etc);b) se verifică nivelul apei în caldarină şi eventual se corectează;c) se verifică nivelul motorinei în caldarină şi eventual se corectează;d) se corectează poziţia clapetei de aer;e) se deschide robinetul pentru aer şi se lasă deschis până la eliminarea completă a aerului

din caldarină.

2. Pornirea şi ridicarea presiunii în caldarină

Are loc manual (local) sau de la distanţă (automatizat). Durata încălzirii şi punerea în funcţiune a caldarinei de la rece până la trimiterea agentului de lucru către consumator, se stabileşte funcţie de tipul caldarinei, volumul de apă, temperatura apei de alimentare, traseul apei, consumul de carburant, etc. Dealtfel, temperatura necesară creşterii presiunii poate varia de la 15 – 20 minute la 4 – 6 ore.

a) se pun în funcţiune mecanismele auxiliare ale caldarinei pentru preventilare şi preîncălzirea combustibilului;

b) se deschide traseul de combustibil şi se apasă simultan pe butonul de pornire astfel încât caldarina este pornită.

3. Supravegherea (deservirea) caldarinei în timpul funcţionăriia) se menţine constant nivelul de apă; dacă s-a spart o sticlă de nivel e permisă

funcţionarea caldarinei, cu sticla de nivel de rezervă maxim 20 de minute. La dispariţia nivelului din sticlă, caldarina se opreşte;

b) menţinerea constantă a valorii de presiune se realizează prin corelarea combustiei cu necesarul de agent de lucru către consumator;

c) se asigură buna funcţionare a mecanismelor, dispozitivelor şi a.m.c.-urilor aferented) apariţia zgomotelor, a neetanşeităţii determină oprirea imediată a caldarinei.

4. Oprirea caldarinei şi pregătirea pentru o nouă pornirea) se închid armăturile aferente alimentării cu combustibil;b) se lasă să mai funcţioneze pompa de circulaţie a agregatului de lucru şi a postventilării

pentru a se preîntâmpina şocul termic;c) se întrerupe alimentarea consumatorilor cu agregatul de lucru, menţinând circulaţia apei

astfel încât caldarina să se răcească treptat;d) se opresc ulterior şi circuitul apei şi a aerului după 15 – 20 minute de la întreruperea

combustibilului;e) se refac plinurile, se remediază anumite neetanşeităţi şi prinderi, fixări de elemente

componente,f) se elimină scurgerile de combustibil, se curăţă exteriorul caldarinei, toate armăturile

fiind pe poziţie închis.

III.2. Incidente, cauze, remedieri specifice motoarelor termice, mecanismelor şi instalaţiilor aferente

III.2.1 Incidente, cauze, remedieri specifice motoarelor termice navale

Cele mai des întâlnite deranjamente în timpul exploatării motoarelor navale sunt redate tabelar în cele ce urmează:

Nr. crt.

CAUZE REMEDIERI

1 2 31. La operaţiunea de lansare, arborele motor se mişcă dar nu se roteşte complet.

1Vavulele pentru deschiderea aerului de la butelii sunt închise.

Se verifică deschiderea valvulelor.

2Presiunea aerului din butelie este prea mică.

Se încarcă butelia, folosind compresorul de aer.

3Robinetele de control ale cilindrilor sunt deschise.

Se încarcă butelia, folosind compresorul de aer, se închid robinetele.

4 Supapele de lansare nu se deschid corect

Se verifică închiderea robinetelor; maneta se pune în poziţia pornire şi se verifică dacă jocul rolelor care le acţionează corespunde indicaţiilor uzinei constructoare.

5Supapa de pornire s-a înţepenit deschisă ( ciuperca nu se aşează pe scaun)

Se presează supapa de pornire cu aer comprimat şi se verifică deschiderea supapei.

1 2 36 Sertăraşele distribuitoare de aer se

înţepenesc.Se verifică funcţionarea prin apăsare; revenirea în poziţie iniţială trebuie să se facă rapid şi

uşor. Sertăraşele defecte se scot, se şterg cu o cârpă îmbibată în ulei, apoi se montează la loc. Acestea nu trebuie să aibă joc în locaşurile lor.

7Tubulatura de la distribuitorul de aer este înfundată.

Se verifică, se desfundă şi se suflă cu aer apoi se remontează.

8 Elicea navei este blocată. Se verifică şi în caz afirmativ se degajează.9 Presetupa etamboului este prea strânsă. Se verifică şi eventual se slăbeşte.

După ce motorul atinge turaţia de trecere pe motorină, aprinderea nu are loc sau se face cu întârziere

10 Compresia în cilindri este prea strânsă. Se presează supapa de pornire cu aer comprimat şi se verifică deschiderea acesteia.

11 Combustibilul nu ajunge la pompă.

-Se verifică existenţa combustibilului în tancul de consum-se verifică deschiderea valvulei de pe conducta de alimentare-se verifică buna funcţionare a filtrelor-se verifică umplerea tubulaturii şi a pompei de alimentare cu combustibil

12În tubulatura de alimentare şi în pompele de combustibil a pătruns aer

Se aeriseşte traseul de combustibil până la injector

13 Dereglarea distribuţiei combustibilului Se va verifica începutul injecţiei combustibilului şi se reglează conform indicaţiilor uzinei constructoare

14Acul injectorului(supapei de refulare) se înţepeneşte, iar aerul pătrunde în tubulatura de alimentare

Se deblochează acul injectorului, eventual se înlocuieşte cu altul nou

15 Combustibilul conţine apă

-se evacuează apa din tancul de consum prin purjare periodică-se umple tancul de serviciu cu combustibil curat -se umple tubulatura de alimentare, filtrele şi pompele cu combustibil curat

16 Blocarea regulatoruluiSe verifică modul de funcţionare al regulatorului şi se remediază defectele

17Pulverizarea combustibilului se face în mod defectuos

Se demontează pompa de combustibil, se curăţă şi la nevoie se şlefuiesc supapele cu combustibil curat

18Înălţimea la care se deschide canalul de aspiraţie nu este bine fixată

Se execută reglarea

19 Acela duzelor şi injectoarelor au scăpăriSe demontează injectoarele şi se şlefuiesc acele duzelor sau se înlocuiesc

20 Presiunea insuficientă în cilindru

Se verifică jocul dintre tije şi tacheţi, dacă supapele calcă bine pe scaune, se verifică cursa pistonului, se măreşte debitul aerului de baleiaj, se curăţă colectorul de aspiraţie şi filtrul de aer.

21 Combustibilul este prea vâscos.Se încălzeşte sau se foloseşte un combustibil mai fluid.

1 2 322 Motorul este prea rece. Se preîncălzeşte până la temperatura optimă.23 Chiulasa unui cilindru este crăpată. Se înlocuieşte.24 Capul pistonului este fisurat. Se înlocuieşte pistonul.

2. Motorul se opreşte în timpul funcţionării

25Întreruperea alimentării pompelor cu motorină

Se verifică existenţa combustibilului în tancul de consum Se verifică starea filtrelor

26Cantitate prea mare de apă în tancul de consum

Se evacuează apa din tubulatură, din pompă şi din tancul de consum, apoi se umple cu combustibil curat

27Neetanşeitatea pompei de combustibil şi a conductei de alimentare

Se evacuează aerul din corpul pompei prin robinetele de control şi pulverizatoare, pompând manual, se vor strânge îmbinările pompei şi ale tubulaturii de alimentare

28 Camera de combustie este arsă Se înlocuieşte cu una nouă 3. Turaţia motorului scade, însă temperatura de evacuare creşte

29Motorul este supraîncălzit (suprasarcină)

Se micşorează numărul de rotaţii până la restabilirea temperaturii nominale

30Funcţionarea anormală a instalaţiei de baleiaj

Se verifică funcţionarea pompei de baleiaj Se verifică şi se curăţă ciupercile supapelor de refulare, eventual se înlocuiesc

31Conul acului injectorului nu se închide bine sau se blochează

Se şlefuieşte sau se înlocuieşte acul injectorului

4. Motorul prezintă bătăi în funcţionare32 Motorul este supraîncărcat Se reduce sarcina motorului

33 Avansul la admisie este prea încărcat

Dacă la suspendarea pompei unui cilindru bătăile dispar, se va micşora avansul la admisieDacă gazele arse sunt prea fierbinţi, se va reduce debitul pompei La motoarele de turaţie mare, bătăile s-ar putea să nu dispară nici la reducerea avansului, nici prin reducerea debitului pompei de combustibil, în care caz se opreşte motorul din funcţionare

34 Un cilindru este supraîncărcatSe verifică sistemul de injecţie şi se egalizează sarcina pe toţi cilindrii

35 Injectoarele lucrează defectuos Se verifică funcţionarea injectoarelor

36 Supraîncălzirea capului pistonuluiSe verifică funcţionarea dispozitivului telescopic şi se remediază instalaţia de răcire a pistonului

37 Început de gripare ( sau chiar gripare) între cilindru şi piston

Se urmăreşte ungerea cilindrului, se micşorează spaţiul răcirii şi alimentarea cu combustibil Dacă nu se găseşte cauza bătăilor, motorul se opreşte şi se poziţionează pistonul în PME

Dacă în carter se găseşte pilitură sau praf metalic, se demontează pistonul, lagărele din

capul de bielă şi cămaşa cilindrului.

38Bolţul pistonului are joc mare în umărul său ori în bielă.

Se demontează pistonul şi se înlocuiesc bolţul, bucşele sau chiar pistonul.

1 2 3

39Cuzinetul de la capul sau piciorul bielei are joc prea mare iar buloanele sunt slăbite.

Se opreşte motorul şi se examinează jocurile şi aspectul suprafeţelor de frecare; se lasă jocul necesar; bolţul pistonului se înlocuieşte.

40Jocul dintre piston şi cămaşa cilindrului este prea mare

Se înlocuieşte cămaşa cilindrului .

41Cuzineţii s-au topit(gripat) şi turaţia a scăzut

Se opreşte imediat motorul şi se examinează cuzineţii de bielă şi de pat se şlefuiesc rizurile buloanelor, dacă este cazul se montează cuzineţi noi

42Joc prea mare între roţile dinţate ale distribuţiei

Se înlocuiesc roţile care au uzuri prea mari comparativ cu cele prescrise

5. Funcţionarea anormală a unor cilindri

43Presiune insuficientă la sfârşitul compresiei

Se examinează cilindrul în cauză dacă nu are scăpări de gaze pe la segmenţi

44 Pompa de combustibil are scăpăriSe verifică funcţionarea supapelor, a garniturilor şi se înlătură defectele

45Acul injectorului se blochează din cauza dezaxării sau a ungerii insuficiente

Se demontează, se verifică, se înlocuieşte, se reglează ungerea

46 Duzele injectorului sunt cocsificateSe curăţă sau se înlocuiesc duzele cu altele bune

47Injectoarele de motorină nu funcţionează bine

Motorina se încălzeşte înainte de utilizare

48 La injector apar gazeÎndepărtarea gazelor se face prin deschiderea robinetului de control

6. Gazele de evacuare au culoare închisă

49 Amestec prea bogat de motorinăSe reduce proporţia de motorină la cilindrul respectiv

50 Acul injectorului se blochează Se strânge sau se slăbeşte puţin

51Fisuri în suportul acului sau în duzele injectorului

Se remediază fisurile sau se înlocuiesc componentele

52Supapele de refulare ale pompei de motorină nu se închid

Se demontează şi se şlefuiesc sau se înlocuiesc

53La pompele cu sertăraşe înălţimea deschiderii admisiei nu e bine reglată

Se corectează această înălţime

54Presiunea de compresie în cilindri este insuficientă

Se corectează jocul la cupla cilindru-piston

55Motorina vine cu întârziere la camera de ardere

Se verifică şi se corectează începutul injecţiei

56 Orificiile duzelor sunt decalibrate Se înlocuiesc duzele

57Presiunea aerului de pulverizare este insuficientă

Se verifică şi se corectează funcţionarea supapelor

7. Gazele de evacuare au o culoare albastră58 Uleiul de ungere pătrunde în cilindri în Segmenţii de radere nu sunt bine montaţi sau

cantitate prea maresunt uzaţi; Se montează corect sau se înlocuiesc

59Nivelul uleiului din carter este prea ridicat

Se verifică şi se elimină cauza creşterii lui

60Uleiul pătrunde în camera de ardere odată cu aerul

Se micşorează gradul de ungere al pompei de baleiaj sau se corectează nivelul uleiului din carter

1 2 38. Gazele de evacuare au culoare albă

61Arderea motorinei este incompletă ; temperatura în camera de ardere este prea redusă

Se măreşte compresia până la valoarea nominală

62Motorina conţine un procent mai mare de apă sau apa pătrunde în cilindri prin chiulasă

Se separă apa de motorină, chiulasele cu crăpături se înlocuiesc

63Aerul admis în camera de ardere este prea umed

Se purjează apa din buteliile de aer

9. Explozie de gaze la supapele de siguranţă

64Motorina abundă la injectoare, din cauza unui debit prea mare al pompei

Se trece maneta de reglare a combustibilului la minimum, verificând ca alimentarea de la pompă să fie în poziţia 0

65Presiunea exploziilor este superioară celei normale sau arcul supapei de siguranţă este prea slab

Se micşorează avansul la admisie şi se reglează arcul supapei de siguranţă

66Supraîncărcarea cilindrului sau pătrunderea apei în camera de ardere în timpul admisiei

Se micşorează debitul de combustibil, se examinează chiulasa

67 Vârful acului injectorului este ars Se înlocuieşte acul ars al injectorului 10. Funcţionarea neregulată a instalaţiei de ungere

68 Pompa nu refulează uleiulSita de la valvulele de închidere a tancului de colectare a uleiului este îmbâcsită

69 Vacuum scăzutSe verifică tubulatura de aspiraţie a uleiului şi se strâng toate îmbinările tubulaturii

70 Pompa de ulei nu are presiunea necesară

Se verifică eventualele pierderi de ulei pe tubulatura de refulare Se verifică închiderea supapei de reglare Se verifică pierderile de ulei prin legăturile telescopice de răcire a pistoanelor

71 Filtrul de ulei nu funcţionează normalSita filtrului este ruptă sau defectă şi trebuie înlocuită

72Apa pătrunde în instalaţia centrală de ungere şi uleiul devine gri-murdar

Se verifică etanşeitatea tubulaturi şi a răcitorului de ulei Se verifică articulaţiile telescopice de răcire a pistoanelor

73Apa pătrunde în ulei prin garniturile de cauciuc ale cămăşii cilindrului

Se presează spaţiul de răcire, se stabilesc locurile neetanşe şi se înlocuiesc garniturile.

74 Colectorul are fisuri, prin care pătrunde Se remediază fisurile sau se înlocuieşte

apa colectorul

75Apa pătrunde în carter prin presetupa pompei de apă.

Se strânge presetupa până se opreşte scurgerea sau, se înlocuieşte.

11. Neregularităţi în răcirea motorului

76Pompa de apă nu asigură presiunea necesară în instalaţia de răcire.

Dacă vacuum-ul creşte prea mult pe aspiraţie, s-a îmbâcsit sita Kingstonului sau filtrul de apă e prea murdar, acestea urmând a fi curăţate.

77Bătăi în pompa de alimentare cu apă a instalaţiei de răcire a motorului.

Se opreşte motorul şi se remediază defecţiunea de la pompă.

78Temperatura apei de răcire este prea ridicată.

Se reduce încărcarea motorului, se corectează valoarea de presiune a apei.

79 Blocul motor se supraîncălzeşte.Se opreşte motorul şi se verifică traseul de apă aferent.

1 2 3

79 Motorul se temperează.Se lasă pornit fără sarcină o perioadă apoi se opreşte şi se verifică apa şi a.m.c.-urile.

12. Motorul îşi măreşte brusc turaţia(se ambalează)

80Pierderea elicei, slăbirea fixării acesteia, forfecarea penei de fixare, ruperea palelor.

Dacă regulatorul de turaţie nu stabilizează situaţia, se taie imediat alimentarea cu motorină şi se remediază defecţiunile.

81 Din cauza tangajului elicea iese din apă.Deservirea motorului se face din PCL pentru a se atenua astfel creşterile sau scăderile de turaţii.

82 Aerul de baleiaj conţine vapori de ulei.Este cazul motoarelor în 2 timpi, caz în care se opreşte motorul şi se verifică circuitul de ulei.

13. Regulatorul funcţionează anormal.

83La scăderea sarcinii motorului, turaţia creşte peste limitele admise

Se verifică transmisia de la regulator la pompă, arcurile regulatorului, închiderile pistonaşelor precum şi avansul la injecţie.

84Regulatorul funcţionează stabil dar turaţia motorului nu este constantă.

Se verifică mecanismul de acţionare al pompelor de combustibil şi mufa regulatorului. Se înlătură frecările sau slăbirile acestui mecanism.

85Regulatorul împiedică obţinerea turaţiei maxime.

Se controlează mecanismul de acţionare, se corectează deplasările axiale sau radiale.

14. Încălzirea pieselor în mişcare de frecare.

86 Corpul pistonului se încălzeşte.

Se micşorează turaţia motorului, se opreşte alimentarea cilindrului respectiv şi i se face o ungere abundentă cu ulei proaspăt. Se verifică dacă tubulatura de ungere a cilindrului respectiv este înfundată. De asemenea, se verifică răcirea.

87 Încălzirea lagărelor.Se va examina calitativ şi cantitativ uleiul folosit în instalaţie.

15. Defecţiuni la inversare.

88 Inversarea nu se poate efectua.

Se verifică şi se corectează următoarele: presiunea aerului de la distribuitorul de inversare, poziţia axului mecanismului de cuplare-decuplare.

Defecţiuni ale pompelor de injecţie tip „BOSCH”

1. Pompa nu refulează.89 Tancul de serviciu este gol. Se face umplerea acestuia.90 Valvula tancului este închisă. Se execută manevra de deschidere.

91Tubulatura de combustibil este înfundată.

Se verifică, se curăţă, se suflă şi se montează la loc.

92 Filtrul de motorină este înfundat. Se demontează, se curăţă sau se înlocuieşte.

93 Pompa ”prinde” aer.Se purjează pompa, se corectează etanşeitatea prin acţionarea manuală sau pornind motorul, până când motorina curge fără bule de aer.

94Pistonul pompei s-a avariat şi s-a înţepenit.

Se demontează şi se înlocuieşte piesa avariată.

95 Pompa debitează neregulat.Se verifică şi se corectează prinderile, cuplajele, ermetizările,etc.

96 Supapa de refulare s-a înţepenit. Se curăţă ciuperca şi scaunul acesteia.1 2 3

97Pompa nu realizează debitul şi presiunea prescrise.

Se impune centicubarea pompei.

2. Pompa nu are un debit continuu.98 În pompă se află aer. Se amorsează pompa, evacuându-se aerul.99 Arcul supapei de refulare s-a rupt. Se înlocuieşte arcul rupt.100 Supapa de refulare este deteriorată. Se înlocuieşte supapa deteriorată.101 Arcul pistonului s-a deteriorat. Se înlocuieşte.102 Galetul s-a uzat. Se înlocuieşte.

103 Pistonul se înţepeneşte din când în când.Se decalaminează, se curăţă şi se finisează cupla cilindru-piston sau se înlocuieşte.

104 Debitul motorinei este prea mic.Se corectează nivelul din tanc, se decolmatează filtrul, se curăţă conductele aferente, etc.

105 Supapă de refulare deteriorată. Se înlocuiesc supapa şi scaunul acesteia.106 Piuliţe nestrânse bine. Se corectează strângerea.

3. Debitul pompei este prea mare.

107 Şurubul de pe roata dinţată s-a slăbit Se reglează după semnul existent şi se strânge şurubul

4. Defecţiuni la începutul injecţiei

108Şurubul de reglaj de pe manşonul cu galet s-a slăbit

Se reglează şurubul şi se strânge bine, se controlează dacă pistonul pompei are în puncul mort superior jocul prescris

109 Cama avariată Se înlocuieşte cama sau axul cu came 5. Tija de reglaj nu se poate deplasa

110Pistonul s-a înţepenit sau tija s-a murdărit şi înţepenit

Se curăţă pompa.

III.2.2 Incidente, cauze, remedieri specifice mecanismelor aferente maşinilor de propulsie

III.2.2.1 Incidente funcţionale, cauze, modalităţi de remediere a separatoarelor gravitaţionale

Nr Deranjamentul Cauze Remedieri

Crt.1 2 3 41. Deteriorarea discurilor (talerelor)

care compun elementul activ (filtrul fin) acolo unde acesta există sub această formă pentru că mai există şi variantele cu granule, cu şicane, cu tor de aglomerare pe inele etc.

Subţierea prin eroziune a suprafeţei de lucru astfel încât cresc spaţiile interstiţiale;Ruperea parţială sau accentuată a elementului activ.

Înlocuirea talerelor respective sau a întregului set;Înlocuirea acestuia.

2. Îngheţarea sau blocarea separatorului.

Nerealizarea golirii fluidului la temperaturi coborâte, când nu este folosit;Umplerea exagerată cu suspensii.

Dezgheţare şi golire;Golirea, curăţarea, spălarea.

3. Scurtcircuitarea cablurilor electrice ale motorului de antrenare a pompei de introducţie.

Exploatarea timp îndelungat la suprasarcină;Micşorarea rezistenţei de izolaţie.

Se înlocuiesc cablurile de alimentare.

1 2 3 44. Arderea rezistenţei electrice sau

întreruperea circuitului aburului.Utilizarea inutilă timp îndelungat;Neetanşeitate sau rupere a conductorului.

Se înlocuieşte;Refacerea neetanşeităţii, sudura sau înlocuirea conductei.

5. Întreruperea bobinei electromagnetice de acţionare a armăturilor.

Suprasarcină sau micşorarea rezistenţei de izolaţie.

Înlocuirea bobinei;Confecţionarea acesteia.

6. Spargerea sau fisurarea corpului separatorului.

Acţiunea chimică a compuşilor în interior;Acţiunea mecanică exterioară.

Curăţarea şi sudarea zonei.

7. Apariţia neetanşeităţilor la îmbinările racordurilor ţevilor.

Deteriorarea garniturilor;Slăbirea strângerilor.

Înlocuirea lor;Strângerea şuruburilor.

8. Obţinere pe evacuare de fază omogenă cu impurităţi.

Nerealizarea amorsării;Dereglări interne;Creşterea presiunii de lucru

Se corectează;Se face reglarea.

9. Colmatarea filtrului brut. Necurăţirea la timp; Impurităţi de granulaţie prea mare

Se curăţă;Se îndepărtează.

Incidente funcţionale, cauze, modalităţi de remediere a separatoarelor centrifugale

Incidente ce pot să apară în timpul funcţionării, cauze şi modalităţi de remediere:

a) Tamburul nu se închide:1. lipsa apei din rezervor;2. armătura de pe ţeava de la rezervor, spre separator, este închisă sau nu este în stare

bună (armătura);3. piesele mecanismului care închide şi deschide tamburul (ajutajul, canalele din corpul

tamburului, supapele din conul mobil al tamburului) nu sunt in bună stare.Se identifică şi se remediază cauzele enumerate mai sus.

b) Tamburul nu se deschide:1. nivelul de apă din rezervor nu este cel optim;2. armătura pe ţeava de alimentare nu funcţionează;3. mecanismul (dispozitivul) camerei de presiune este defect;4. garnitura (din cauciuc) din conul mobil – este deteriorată.Se identifică şi se remediază cauzele enumerate mai sus.

c) Tamburul de separare are o turaţie foarte redusă:1. frâna slăbita;2. tamburul se roteşte liber;3. motorul electric + echipamentul aferent – nu funcţionează;4. ferodoul aferent saboţilor este deteriorat. Ferodourile unse cu ulei trebuie spălate cu

tricloretilenă sau cu soluţii similare care dizolvă grăsimea, astfel încât în exploatare optimă rugozitatea suprafeţelor de fricţiune să fie cea a unei pile dure.

Se identifică şi se remediază cauzele enumerate mai sus.d) Debitul de fază omogenă (separată) este prea mare:

1. temperatura prea mare (viscozitate mică), ce implică fluidizare ridicată;2. presiunea pentru faza eterogenă este peste valoarea optimă.

Atât pentru presiune cât şi pentru temperatură, ofertantul recomandă menţinerea constantă a acestor valori. Şi, pentru ca faza omogenă să corespundă calitativ, separatorul trebuie utilizat la 2/3 din capacitate pe durata unui cart (la cel cu autodescărcare) şi timp de 1 h continuu (la cel cu descărcare manuală).e) În timpul umplerii tamburului cu apă pentru formarea închiderii hidraulice apa nu începe

să se scurgă din racordul de evacuare după trecerea a 10 – 15 sec. de la pornirea motorului electric de acţionare:

1. tamburul este închis;2. suprafaţa de etanşare a conului mobil este deteriorată.

Remedieri:1. se verifică mecanismul camerei de presiune, nivelul de apă şi armătura aferentă

ţevii de alimentare;2. se rectifica suprafaţa de etanşare a conului mobil.3. Pompa nu aspiră sau are un debit redus:4. filtrul este înfundat;5. la pregătirea pentru pornire nu s-a amorsat pompa sau nu i se respectă înălţimea

de aspiraţie;6. existenţa neetanşeităţilor pe ţeava de aspiraţie, în presgarnitură sau gresor, in

supapa cu reţinere.Se identifică şi se remediază cauzele enumerate mai sus.

f) Calitatea separării este necorespunzătoare:1. discul de greutate (gravitaţional) este ales incorect;2. turaţia la ax este necorespunzătoare;3. spaţiul pentru reziduurile grele este prea plin;4. debit incorect reglat;5. temperatură necorespunzătoare.

Remedieri:1. alegerea corectă a discului gravitaţional;2. reglajul turaţiei la ax;3. se corectează durata între două descărcări a oalei tamburului;4. reglajul debitmetrului;5. refacerea valorii de temperatură.

g) Apar scurgeri:1. garniturile de cauciuc, din plastic, dopurile, sunt deteriorate;2. presiunea apei de închidere hidraulică este necorespunzătoare (nu se încadrează

in 0,15 – 0,3 bar).Remedieri:

1. schimbarea garniturilor dopurilor;2. corectarea valorii de presiune.

Recomandări făcute de firma constructoare pentru beneficiar, în timpul deservirii:1. după o intervenţie (revizie – reparaţie) tamburul să nu fie montat în ansamblul

separatorului dacă nu este echilibrat dinamic şi supraturat un anumit interval de timp; la remontarea sa, piuliţa de închidere trebuie să fie înşurubată până când cele două semne (de pe piuliţă şi corp tambur) se suprapun;

2. apariţia vibraţiilor impune oprirea imediată a mecanismului, depistarea cauzei, suprimarea acesteia şi remedierea deranjamentului;

3. să nu se accepte scurgeri de fază eterogenă;4. să nu se exploateze mecanismul fără ca acesta să fie legat la pământ.

III.2.2.2 Incidente funcţionale, cauze, modalităţi de remediere a compresoarelor navaleNr.crt.

Incidentul (deranjamentul)

Cauza Mod de remediere

1 2 3 4

1.Presiune de aer scăzută la manometrul treptei I

supapa de pe aspiraţia treptei I este defectă;

se demontează supapa şi se curăţă (eventual se înlocuieşte sau se schimbă arcul);

2.

Presiune de aer ridicată la manometrul treptei I

supapa de pe refularea treptei I este defectă;

se demontează supapa şi se curăţă, inclusiv scaunul, eventual se înlocuieşte sau i se schimbă arcul;

3.

Debitul este sub valoarea nominală

tubulaturi neetanşe; supapele nu etanşează complet;

remedierea îmbinărilor, înlocuirea garniturilor; curăţirea scaunului sau înlocuirea elementelor componente;

4.

Temperatura uleiului în carter este ridicată astfel încât există pulsaţii la răsuflătoarea carterului

filtrul de aer este murdar; segmenţii blocaţi în canale;

se curăţă; spălare; suflare; dacă sunt abateri de la valorile nominale, se schimbă întreg setul: piston- segment-cilindru;

5. Turaţia compresorului este scăzută

ungerea defectuoasă a agregatului;

refacerea nivelului, verificarea elementului filtrant, a calităţii

tensiunea de alimentare a maşinii nu este cea nominală;

uleiului; verificare şi convertirea valorii tensiunii de alimentare;

6.

Zgomote puternice la cuplaj

jocuri prea mari între inelele elastice şi locaşurile din volant sau bolţuri;

se demontează şi se înlocuiesc rondelele de cauciuc uzate apoi se verifică centrarea maşinii electrice cu compresorul;

7.Zgomote neobişnuite (metalice) în timpul funcţionării agregatului

lagăre uzate; ambielaj uzat;

înlocuirea rulmenţilor; verificarea şi înlocuirea pieselor uzate;

8.La purjare se observă ulei prea mult în aerul refulat

ulei prea mult în carter; calitate depreciată;

se corectează nivelul; se verifică şi se înlocuieşte uleiul;

9.

Maşina electrică de antrenare se supraîncălzeşte (putere de antrenare prea mare)

presiunea pe refulare este peste valorile admisibile; traseele de aer sunt înfundate;

verificarea stării funcţionale a manometrului; se curăţă depunerile de calamină; se înlocuiesc (eventual) ţevile uzate;

10.

Pe la supapele de siguranţă se scapă aer

existenţa impurităţilor care blochează supapele; arcurile de supapă sunt deteriorate;

se elimină impurităţile; se înlocuiesc;

11.Funingine pe pistoane şi pe pereţii cilindrilor

calitatea uleiului este nesatisfăcătoare;

se utilizează marca de ulei prescrisă de cartea tehnică.

III.2.2.3 Incidente funcţionale, cauze, modalităţi de remediere a pompelor navale

Nr. Deranjamente CauzeModalităţi de

remediere1. Pompa nu se

amorsează.- clapeta sorbului, neetanşă(cazul amorsării prin umplere),- pompa nu-i suficient umplută,- etanşeizare necorespunzătoare a mecanismului,- în cazul amorsării cu pompă de vid, nu se creează depresiunea necesară,- înălţimea de aspiraţie este prea mare,- temperatura sau greutatea specifică a lichidului, sunt mai mari decât valorile nominale.

- se verifică sorbul, se schimbă garnitura sau se rectifică suprafaţa de etanşare a clapetei,- se reia activitatea de umplere astfel încât să se evacueze complet aerul,- se verifică şi se corectează toate îmbinările,- se controlează inclusiv etanşările dintre etajele pompei,

- se corectează greşeala de instalare sau se schimbă pompa,- se corectează valorile

2. Pompa se dezamorsează.

- etanşeitate necorespunzătoare,- creşterea înălţimii de aspiraţie peste valoarea nominală,- temperatura, implicit densitatea lichidului, sunt peste valoarea nominală

- se verifică şi se remediază prin înlocuire,- se corectează înălţimea de aspiraţie sau se înlătură pierderile de pe aspiraţie,- se corectează valorile

3. Debitul pompei este sub valoarea nominală.

- rezistenţe hidraulice suplimentare pe aspiraţie sau refulare, sorb înfundat sau ţeava de aspiraţie prea mică în diametru,- etanşările sunt necorespunzătoare,- pompa este înfundată,- turaţia motorului electric de antrenare este scăzută,- uzuri ridicate ale rotorului sau labirinţilor(lagărelor),- sensul de rotaţie este greşit,- pompa este incomplet golită de aer,- pompa funcţionează cavitaţional,- armătura by-pass este dereglată,- dezechilibrări axiale sau radiale.

- se verifică şi se înlocuiesc garniturile,- se demontează şi se curăţă,- se corectează turaţia,- se înlocuiesc,- se corectează,- se amorsează din nou cu eliminarea completă a aerului, - se reglează,- se verifică şi se remediază.

4. Supraîncărcarea motorului electric de antrenare.

- valorile rezistenţelor hidraulice pe refulare diferite de cele nominale,- frecare accidentală între piesele pompei,- conexiuni greşite la cutia cu borne a electromotorului,- presetupa este prea strânsă,- creşterea cu peste 20% a debitului lichidului,- turaţia la ax este prea mare.

- creşterea presiunii pe refulare,- se schimbă piesele,- se corectează,- se deşurubează,- se corectează,- idem.

1 2 3 45. Presiune insuficientă

pe refulare.- turaţie insuficientă,- aer, vapori în lichidul de curgere,- rotor deteriorat,- labirinţii şi bucşele distanţiere sunt uzate.

- se corectează,- se deschide , se dezaerează şi se verifică înălţimea de aspiraţie astfel încât pompa să nu lucreze cavitaţional,- se înlocuiesc.

6. Pompa vibrează. - descentrarea pieselor,- sistemul de prindere este deteriorat,- rotorul este parţial înfundat,- axul este strâmb,- piese în mişcare de roto-translaţie cu incipienţă de gripaj,- gaze în lichid,- cuzineţi uzaţi.

- se corectează centrajul,- se verifică şi se corectează,- se desfundă,- reparaţie capitală sau se înlocuieşte,- idem,- se elimină,- se înlocuiesc.

7. Încălzirea excesivă a lagărelor.

- lipsă lubrifiant sau insuficient, uzat, marcă greşită,- descentrări.

- se completează sau se schimbă,- se corectează.

8. Pompa produce zgomote anormale.

- noncoaxialităţi, - pompa lucrează cavitaţional,- rotorul este parţial înfundat.

- se verifică şi se corectează,- se corectează valorile de presiune şi debit, înălţime de aspiraţie,de neetanşeitate,- se desfundă sau se înlocuieşte.

III.2.2.4 Incidente funcţionale, cauze, modalităţi de remediere a caldarinelor navale

a) incidente care nu permit funcţionarea în continuare a caldarinei.1. pierderea apei la sticlele de nivel. Simptom – înroşirea suprafeţelor de

încălzire, apariţia unui miros caracteristic de cauciuc ars.cauze modalităţi de remediere

- neatenţia operatorului,- defecţiune la pompa de alimentare,- defecţiune în sistemul de alimentare cu apă,- sticlele de nivel, înfundate,- caldarina prezintă tuburi înfundate sau pompa de alimentare nu asigură debitul şi presiunea necesare

- se pedepseşte, se opreşte caldarina,- se îndepărtează defecţiunea,- se verifică şi se remediază,

- se desfundă,- se verifică şi se remediază, se corectează valoarea de debit şi presiune.

2. spargerea tuburilor. Simptom – abur intens pe coş, zgomot specific, zgomot puternic de agent de lucru în zona tuburilor.

cauze modalităţi de remediere- supraîncălzirea locală a tuburilor,- crustă groasă pe pereţi,

- lipsă apă în tuburi,- coroziune accentuată a ţevilor,

- oprirea caldarinei şi golirea sa,- îndepărtarea sa prin procedee chimice şi mecanice,- refacerea cantităţii optime,- îndepărtarea coroziunii.

3. apariţia fisurilor în corpul caldarinei. Simptom – abur în cutia de fum sau spre exteriorul caldarinei.

cauze modalităţi de remediere- încălzire neuniformă,- răcirea bruscă după scoaterea din sarcină,

- oprirea caldarinei,- răcirea lentă,

- aer rece în focar, - preîncălzirea aerului.

b) incidente care pot deveni cauza unor avarii periculoase.1. creşterea presiunii peste cea de regim

cauze modalităţi de remediere- defectarea automatizării,

- nesupraveghere continuă,

- micşorarea cantităţii de combustibil, asigurarea nivelului optim de apă,- supraveghere permanentă,

2. eboluţiuni. Simptom – variaţia excesivă a nivelului apei în colectorul superior.

cauze modalităţi de remediere- conţinutul ridicat de impurităţi mecanice şi ulei în agentul de lucru,- creşterea durităţii apei,- deschiderea bruscă a armăturii pentru agentul de lucru către consumatori,

- se efectuează extracţia de suprafaţă,

- se micşorează consumul de agent de lucru,- deschidere lentă, progresivă. dacă nu se poate face remedierea se opreşte caldarina.

c) incidente care nu permit în funcţionarea continuare caldarinei decât sub o atentă supraveghere.

1. arderea incompletă a motorineicauze modalităţi de remediere

- micşorarea temperaturii motorinei,- pulverizatoare înfundate,- lipsă aer,

- menţinerea constantă a valorii acesteia,- înlocuirea acestora,- creşterea concentraţiei acestora.

2. supraîncălzirea pereţilor metalici exteriori

cauze modalităţi de remediere- presiunea ridicată a aerului,- pulverizatoarele proiectează combustibil pe pereţi,- izolaţie deteriorată,

- se reglează valoarea acesteia,- se reglează, se desfundă, se înlocuiesc,

- se înlocuieşte. Dacă remedierile nu dau rezultate, se opreşte caldarina.

capitolul ii motoare si turbine navale

Documents