instalații energetice navale

UI 2: Instalaii energetice navale

109

Unitatea de nvare nr. 2

INSTALAII ENERGETICE NAVALE

Unitatea de studiu 2.5

Instalatiile auxiliare ale MAI: racire, ungere, lansare

Ritm de studiu recomandat: 100 min.

Cuprins

Instalatia de racire a M.A.I.

Instalatia de ungere a M.A.I.

Instalatia de lansare a M.A.I.

OBIECTIVELE UNITII DE STUDIU 2.5

- definirea rolului funcional al instalaiilo auxiliare (racire, ungere, lansare) ale m.a.i.;

- analiza schemelor ale instalaiilo auxiliare schemelor constructive ale acestora;

- descrierea particularitilor constructive ale componentelor instalaiilor auxiliare ale m.a.i.

2.5.1 Instalatia de racire a M.A.I.

Gradul de rcire a cilindrilor, precum i organizarea raional a procesului de rcire

influeneaz sensibil performanele dinamice, economice i de durabilitate ale m.a.i. Contactul

fluidului proaspt cu pereii calzi ai cilindrului micoreaz gradul de umplere; n schimb, o

temperatur prea sczut a pereilor cilindrilor amplific pierderile de cldur i micoreaz

randamentul indicat. La m.a.c., o temperatur mai ridicat a pereilor camerei de ardere uureaz

autoaprinderea, iar motorul funcioneaz mai linitit, cu o economicitate sporit. La m.a.s., o

temperatur prea ridicat a pereilor favorizeaz apariia diferitelor forme de ardere anormal.

Temperatura pieselor motorului influeneaz, de asemenea, pierderile mecanice. Dac nu

se organizeaz raional circuitul fluidului de rcire, pot aprea creteri locale de temperatur care

duc la fisuri n chiulas i blocul motor sau la arderea unor piese, precum pistonul i supapele.

Att la temperaturi nalte, ct i la temperaturi joase, pelicula de ulei i pierde consistena: n

primul caz datorit reducerii viscozitii, iar n al doilea caz din cauza dilurii uleiului cu

fraciunile grele din combustibil, condensate pe oglinda cilindrului. n ambele cazuri, se

intensific uzura pieselor prin frecare i se reduce durabilitatea motorului.

Instalaia de rcire reprezint totalitatea agregatelor, aparatelor i dispozitivelor care

asigur evacuarea unei fraciuni din cldura dezvoltat n cilindri prin arderea combustibilului.

Sistemul de rcire utilizat se clasific n funcie de natura fluidului de rcire: cu aer; cu

ap.

Dup modul de vehiculare a acestuia n instalaie: cu circulaie natural; cu circulaie

forat.

n domeniul motoarelor navale, se utilizeaz n exclusivitate sistemul de rcire forat, cu

lichid. La rndul su, acesta poate fi: cu circuit deschis (cu un singur circuit); cu mai multe

circuite.

Sistemul de rcire cu circuit deschis folosete ca fluid de rcire apa din afara bordului.

Utilizarea acestui sistem este limitat la navele fluviale de puteri mici, datorit aciunii corozive

a fluidului asupra pieselor motorului i a diferenelor mari de temperatur ntre piese i fluid. Cea


110

mai larg rspndire (aproape general) o are sistemul cu unul sau mai multe circuite nchise i

un circuit deschis. La acestea, fluidele din circuitele nchise (apa, uleiul, combustibilul) sunt

rcite, la rndul lor, n cadrul circuitului deschis, de ctre apa din mediul n care navig nava.

Larga utilizare a acestui sistem este datorat urmtoarelor avantaje:

a) posibilitatea ca temperatura apei la intrarea n motor s fie meninut n jurul a

65700C, ceea ce asigur obinerea parametrilor economici optimi ai motorului;

b) rcirea uniform a motorului, ca urmare a diferenei reduse de temperatur ntre ieirea

i intrarea din/n motor a apei;

c) posibilitatea prenclzirii motorului la pornire;

d) mrirea durabilitii pieselor rcite ale motorului, ca urmare a folosirii apei

desalinizate;

e) posibilitatea realizrii unui bloc motor comun pentru toi cilindrii.

Realizarea instalaiilor de rcire ale m.a.i. trebuie s asigure urmtoarele deziderate:

a) meninerea unei temperaturi aproximativ constante a apei n instalaie;

b) greutate i gabarite reduse;

c) consum redus de putere (cca. 1013% din puterea dezvoltat de motor);

d) simplitate constructiv;

e) fiabilitate ridicat.

n cazul motoarelor navale de puteri mici i mijlocii, se utilizeaz instalaii de rcire

alctuite dintr-un circuit nchis (care asigur rcirea motorului) i un circuit deschis (care

realizeaz rcirea apei din circuitul nchis). n figura 2.5.3 este prezentat schema de principiu a

unei asemenea instalaii.

Fig. 2.5.3 Schema de principiu a unei instalaii de racier (motoare navale de puteri mici i mijlocii)


111

Circuitul apei prin motor se alege astfel nct el s nu se opun circulaiei libere a

lichidului. Aceasta const n deplasarea lichidului de jos n sus deoarece, pe msur ce se

nclzete, apa de rcire i micoreaz masa specific i se ridic spre partea superioar a

circuitului. Totodat, alegerea sensului de circulaie de sus n jos ar determina tensiuni termice

ridicate, deoarece apa care ar intra n motor cu temperaturi reduse ar veni n contact cu zonele

cele mai calde ale motorului. n aceste condiii, dup efectuarea rcirii, apa iese din motor prin

colectorul 4. De aici, apa din circuitul nchis de rcire este aspirat de pompa de ap dulce 10,

direct sau prin intermediul rcitorului de ap 11. Circuitul este realizat automat, n funcie de

temperatura apei de rcire, de ctre valvula termoregulatoare 12, asigurndu-se astfel o

temperatur constant a apei din circuitul nchis. Apa refulat de pompa de rcire asigur iniial

rcirea uleiului de ungere n schimbtorul de cldur (rcitorul de ulei) 9, dup care intr n

motor, realiznd rcirea pieselor sale mobile i fixe.

n timpul funcionrii, n circuit se pot forma bule de vapori i aer din diverse cauze:

ocuri ale coloanei de lichid; ntreruperea coloanei de lichid n pomp; aspirarea aerului prin

neetaneiti; vaporizarea datorit temperaturilor i presiunilor ridicate.

Formarea acestor pungi de vapori i aer este periculoas, deoarece ea conduce la

formarea unor zone calde n camera de ardere, precum i la supranclziri locale, cu posibilitatea

apariiei fisurilor. Fenomenul este evitat prin sensul de circulaie adoptat i prin intermediul

tancului de expansiune 1, prevzut cu aerisirea 2 i cu sticla de nivel 3. Prin amplasarea tancului

la un nivel superior fa de motor (la o diferen de nlime de minim 0,5m), se asigur

eliminarea liber n atmosfer a vaporilor i a aerului din instalaie. De asemenea, eventualele

pierderi de lichid prin vaporizare sau neetaneiti sunt completate cu ap din tancul 1. Din acest

motiv, tancul este frecvent denumit i tanc de compens.

Pentru rcirea apei din circuitul nchis, este utilizat un circuit deschis de rcire n care apa

de mare este aspirat de ctre pompa de ap srat 8, prin intermediul prizei de bordaj 6 i a

filtrului 7. Apa de mare asigur iniial rcirea aerului de supraalimentare n schimbtorul de

cldur 5. n continuare, apa de mare preia cldura acumulat de fluidul de rcire din circuitul

nchis prin intermediul rcitorului de ap 11, dup care este evacuat peste bord.

Tem pentru studiu 2.5.2: Argumentati necesitatea procesului de racire a mecanismelor

unui M.A.I.

2.5.2 Instalatia de ungere a M.A.I.

Durabilitatea i economicitatea m.a.i. depind n mare msur de calitatea i eficiena

sistemului de ungere, de calitatea materialelor suprafeelor n frecare i de proprietile uleiului

de ungere.

Fig. 2.5.2 Necesitatea procesului de ungere


112

Stratul de ulei introdus ntre suprafeele n frecare are ca scop:

a) micorarea lucrului mecanic consumat pentru nvingerea forelor de frecare;

b) reducerea uzurii pieselor aflate n micare relativ;

c) reducerea temperaturii pieselor n micare;

d) mrirea etaneitii camerei de ardere;

e) evacuarea impuritilor ptrunse ntre suprafeele n frecare.

Principalul tip de frecare ntlnit n motor este frecarea de alunecare de toate felurile: uscat,

lichid (viscoas i limit), semiuscat i semilichid. Piesele motorului lucreaz n condiii

extrem de variate: fusurile arborelui cotit i ale arborelui de distribuie au o micare de rotaie;

pistonul i segmenii au o micare alternativ de translaie; bolul are o micare oscilant de

rotaie etc.

Toate aceste aspecte ridic probleme deosebite pentru ungerea motorului, n condiiile

utilizrii unui singur tip de ulei. La motoarele navale de puteri mari se utilizeaz instalaii de

ungere cu carter uscat. Sistemul de ungere cilidri este o component a acesteia, el fiind prezentat

n cadrul urmtorului subcapitol. n figura 2.5.3 este prezentat schema unui sistem de ungere la

care uleiul este colectat ntr-un tanc separat 2, denumit tanc de serviciu sau de circulaie. Din

tancul de serviciu 2, prin intermediul unuia dintre filtrele 3, uleiul este aspirat de ctre una dintre

pompele 4. n funcie de temperatura uleiului, acesta este refulat spre filtrul principal 6, direct

sau prin intermediul unuia dintre schimbtoarele de cldur (rcitoarele de ulei) 5. Circuitul este

realizat automat de ctre valvula termoregulatoare 20, asigurndu-se astfel o temperatur

aproximativ constant a uleiului de ungere. Din filtrul 6, uleiul trece prin tancul de nivel 8, unul

din cele dou filtre fine 9 i prin filtrul magnetic 10, ajungnd n colectorul 11. Tancul de nivel 8

asigur posibilitatea verificrii cantitii de ulei existente n instalaie.

Fig. 2.5.3 Instalatia de ungere a M.A.I.


113

Din colectorul 11, uleiul ajunge la fiecare fus palier al arborelui cotit; dup ungerea

palierului, prin orificiile practicate n arborele cotit, uleiul ajunge la lagrul de biel. La

motoarele n doi timpi, cu cap de cruce, prin canalele executate n biel, uleiul ajunge la

lagrele i la patinele capului de cruce, realiznd ungerea acestora. Tot prin capul de cruce,

poate fi trimis i lichidul de rcire a capului pistonului. Dup efectuarea ungerii, uleiul ajunge

din nou n tancul de serviciu 2, dup care circuitul este reluat. Trecerea uleiului din carterul

motorului n tanc se poate realiza gravitaional (prin plasarea tancului la un nivel inferior

motorului) sau forat, cu ajutorul uneia sau mai multor pompe de extracie.

n vederea eliminrii impuritilor i a apei din ulei, se prevede grupul de separatoare

12 i filtrul termochimic 7. Uleiul este introdus n instalaie prin priza de punte prevzut cu

filtrul grosier 13 i este pstrat n tancul de depozitare 14. De aici, cu pompa de transfer 15,

uleiul este trimis n instalaia propriu-zis.

Uleiul impurificat sau uzat este colectat n tancul 16. Colectarea uleiului se realizeaz

direct de la motor, de la purjele filtrelor fine i de la rcitoarele de ulei. Instalaia este

prevzut cu manovacumetrele 17, manometrele difereniale 18 i termometrele 19.

Tem pentru studiu 2.5.2: Argumentati necesitatea procesului de ungere a mecanismelor

unui M.A.I.

2.5.3 Instalatia de lansare a M.A.I.

Spre deosebire de alte maini termice (maina cu abur, turbina), motoarele cu ardere

intern nu pot porni singure, fiind necesar antrenarea lor iniial n micare de rotaie, cu

ajutorul unei surse exterioare de energie. Abia la atingerea unei anumite turaii, sunt create

condiiile necesare formrii amestecului carburant, aprinderii i arderii acestuia. Valoarea turaiei

la care se realizeaz pornirea motorului depinde de modul n care se desfoar formarea

amestecului i arderea, respectiv de factorii care influeneaz aceste procese: regimul termic

iniial al motorului; temperatura mediului ambiant; arhitectura camerei de ardere; caracteristicile

aparaturii de injecie (aprindere), n special avansul la injecie (aprindere); proprietile

combustibilului utilizat; natura uleiului de ungere i modul de lubrificaie a motorului.

n domeniul m.a.i. navale operaiunea de pornire este cunoscut sub denumirea de

lansare, iar turaia la care se realizeaz turaie minim de lansare (nlansare).

Exist deosebiri eseniale ntre pornirea m.a.s. i cea a m.a.c. La m.a.s.-uri, condiiile de

pornire pot fi mai uor realizate datorit:

a) formrii externe a amestecului carburant;

b) volatilitatea ridicat a combustibilului;

c) asigurarea aprinderii cu ajutorul scnteii electrice.

La m.a.c.-uri, formarea amestecului carburant este mai dificil att datorit volatilitii

reduse a combustibilului, ct i funcionrii deficitare a aparaturii de injecie, ceea ce reduce

considerabil fineea pulverizrii, penetraia i dispersarea jetului de combustibil.


114

De aceea, turaia de pornire a m.a.c.-urilor este de circa 2 ori mai mare dect a m.a.s.-

urilor (la motoare avnd aceeai turaie nominal), reprezentnd aproximativ 15-20% din nnom.

Turaia minim de pornire se realizeaz la o vitez medie a pistonului situat n domeniul 0,7-

1,0m/s.

Dup forma energiei utilizate pentru pornire, se deosebesc urmtoarele procedee:

a) pornirea pneumatic;

b) pornirea electric;

c) pornirea inerial;

d) pornirea cu energie potenial;

e) pornirea pirotehnic;

f) pornirea manual.

n domeniul motoarelor navale se utilizeaz numai primele dou procedee, lansarea

pneumatic fiind realizat fie cu ajutorul unui demaror pneumatic, fie prin introducerea

aerului i destinderea acestuia n cilindrii motorului.

Pornirea inerial utilizeaz energia cinetic a unui volant n micare de rotaie,

pornirea cu energie potenial utilizeaz energia unui arc deformat, iar cea pirotehnic se

bazeaz pe destinderea gazelor produse n cilindri prin explozia unor cartue. n cazul

motoarelor de puteri mici (motocompresoare, motopompe, motoarele brcilor de salvare)

poate fi utilizat pornirea manual.

Lansarea pneumatic

Cel mai adesea, lansarea pneumatic se realizeaz prin introducerea unei cantiti de

aer comprimat n interiorul cilindrilor ale cror pistoane se afl n apropierea p.m.i., la

nceputul cursei de destindere. Aerul comprimat care intr n cilindri pe o durat egal cu

cursa de destindere va deplasa pistonul, permind rotirea motorului pn la turaia minim de

lansare. Introducerea aerului se realizeaz fie n toi cilindrii motorului, fie numai ntr-unii din

cilindri, la motoarele cu numr mare de cilindri.

Pornirea se realizeaz cu ajutorul instalaiei din figura 2.5.4. Aerul necesar lansrii

este produs la bord de ctre instalaia de aer comprimat, care asigur i aerul necesar altor

utilizatori de la bord. Astfel, aerul refulat de compresorul 1 este depozitat ntr-una sau mai

multe butelii de aer 2.

Fig. 2.5.4 Instalatia de lansare a M.A.I.


115

Dup presiunea aerului din instalaiile de lansare, ele pot fi:

de joas presiune (2030bar);

de medie presiune (6080bar);

de nalt presiune (150250bar).

n cele trei scheme, este utilizat un electrocompresor cu dou trepte i rcire

intermediar, iar buteliile sunt prevzute cu manometru, supap de siguran i valvule de

manevr.

n cazul prezentat dup buteliile de aer se prevede reductorul de presiune 3, care

asigur reducerea presiunii la cca. 2530 bar. Ca urmare a pierderilor pe traseu, se asigur

astfel introducerea aerului n cilindrii motorului la presiuni de 1416 bar, suficient pentru

lansare.

Lansarea motorului se realizeaz prin deschiderea valvulei de manevr (lansare) 4.

Aceasta trimite aerul ctre supapele de lansare 5 montate n chiulase. Cele trei scheme asigur

n mod diferit introducerea aerului n cilindri. Instalatia utilizata n cazul motoarelor cu

cilindree totale mici i mijlocii. n acest caz, distribuitorul de aer 7 dirijeaz aerul comprimat

numai ctre supapele de lansare 5 ale cilindrilor cu pistoane n cursa de destindere.

2.5.4 TESTE DE AUTOEVALUARE

1. n cazul motoarelor navale, se utilizeaz sisteme de rcire:

a) cu gaze lichefiate datorita vascozitatii mici;

b) cu ap, avnd circulaie forat;

c) cu aer;

d) cu freon sau cu amoniac.

2. n funcie de rolul funcional, n componena instalaiilor de ungere a motoarelor navale

intr:

a) pompe de preungere; b) pompe axiale; c) compresoare; d) pompe centrifuge.

3. Pornirea pneumatic a motoarelor navale se realizeaz prin:

a) introducerea aerului comprimat n interiorul cilindrilor ale cror pistoane se afl la nceputul

cursei de admisie;

b) introducerea aerului comprimat n interiorul cilindrilor ale cror pistoane se afl la nceputul

cursei de ardere;

c) introducerea aerului comprimat n interiorul cilindrilor ale cror pistoane se afl la nceputul

cursei de comprimare;

d) prin acionarea pneumatic a unui demaror care antreneaz n micare de rotaie volantul

arborelui cotit.

2.4.5 LUCRARE DE VERIFICARE

1. Pentru schema dn fig. 2.5.5 precizai elementele componente si principiul de funcionare.


116

2.5.6 RSPUNSURI LA TESTELE DE AUTOEVALUARE

1. B; 2. A; 3. D.

2.5.7 BIBLIOGRAFIE

1. Alexandru, C., 1991. Maini i instalaii navale, Editura Tehnic, Bucureti, 1991.

2. Dragalina, A., Costiniuc, C., .a., 2007. Maini i instalaii navale. Editura Muntenia,

Constana, ISBN 978-973-692-206-0.

3. Dragalina Al., 2003. Motoare cu ardere intern, vol. I, II i III, Academia Naval Mircea cel

Btrn, Constana, 2003.

4. Filip, G., 2011. Vademecum Roman-englez Pentru Cadeti Electromecanici (Romanian-

English Guide Book for Electromechanic Cadets). Ediie electronic aniversar, Trgu Mure,

2011, ISBN 9730119058, 9789730119053.

5. MAN Diesel & Turbo, 2012. Basic Principles of Ship Propulsion.info-

[email protected] www.mandieselturbo.com.

6. Manea L. .a., 2001. Motoare termice n zona portuar, vol.I i II, Editura Matrix Rom,

Bucureti, 2001.

7. Nicolae, F., 2003. Maini si instalaii navale. Volumul 1. Editura Ex Ponto, Constanta 2003

ISBN: 9736442616.

8. Trifan, A., Olaru, N., 2010. Instalaii energetice navale cu motoare cu ardere intern.

Tehnologii de reducere a polurii mediului marin. Editura Dobrogea 2010.

9. Uzunov, G., Pruiu, A., .a., 1997. Manualul ofierului mecanic maritim, vol.1, vol.2. Editura

Tehnic, Bucureti, 1997.

mailto:[email protected]:[email protected]://www.mandieselturbo.com/

instalații energetice navale

Documents