manualul ofiterului mecanic - vol2 - scan

ANASTASEPRUIU IONDRAGOMIR DUMITRU CATAN

GHEORGHE UZUNOV ELENA DINU TEODOR POPA

MANUALUL OFIERULUI MEC ANIC MARITIMVoi .II

Coordonatori: Anastase Pruiu, Gheorghe Uzunov

EDITURA TEHiNIC Bucureti, 1998

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

Adresa: S.C. EDITURA TEHNIC S.A. Piaa Presei Libere, l 33 Bucureti, Romnia Cod 71341

Redactor: ing. Maria Antoinette lonescu Tehnoredactor: Diana Jilavu Editare computerizat: Voichita Pruiu Lara Alexe Coperta: Simona Dmitrescu Bun de tipar: 1998 Coli tipo: 11,5 C.Z.U.: 629.12 ISBN: 973-31-1057-4 ISBN: 973-31-1266-6 Tiparul executat la tipografia Goliat" Constanta

PREFAACartea este rezultatul experienei didactice, tiinifice i activitii practice la bordul navelor a autorilor care activeaz n Academia Naval "Mircea cel Btrn", Centrul de Perfecionare a Personalului din Marina Civil Constana, Inspectoratul Navigaiei Civile, Institutul de Marin Civil. Concepia i ordonarea materialului prezentei lucrri se bazeaz, cu precdere, pe aspectele principale 140ba, to > 540 C Cu parametri nali Po = (49...140)ba, to = (450... 540) C Cu parametri medii Po = (l2...50)bar, to = (300... 450) C 'Cu parametri sczui poT2\ n cazul teoredc al recuperrii totale, aerul se nclzete pn cnd temperatura lui atinge valoarea temperaturii gazelor arse, adic pn la T5.= T4. Prin procesul de ardere din camera de ardere b. nclzirea este continuat pe traseul izobar (5-3) al ciclului, n cursul creia agentul evolutiv absoarbe cldura qa. Dup destinderea adiabatic (J-4) din turbina J, gazele arse intr n recuperatorul g i cedeaz cldur aerului comprimat, pe traseul izobar (4-6), iar n cazul ideal al recuperrii totale (4-6). Evacuarea n atmosfer a gazelor arse este nsoit de rcirea izobar a lor (5-7), n care cedeaz mediului ambiant, coninutul lor de cldur qc. Factorul de recuperare reprezint raportul dintre cldura preluat de aer n recuperator pentru a-i majora temperatura de la T^ la T5 i cldura care ar putea fi preluat de aer ntr-un recuperator cu o suprafa infinit de mare (recuperare total), caz n care i-ar mri temperatura de la 7,, pn la Ty = T,: (2.12)

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

40

Manualul ofierului mecanic

C)

Fig. 2.8. Ciclul teoretic al instalaiei de turbin cu gaze, cu ardere la presiune constant i cu recuperare de cldur: - n diagrama p - V; b- In diagrama T - S .

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

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

. =c

T

\

1*

T3-T2 -(Ty -T,)

(2.13)

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

2.2.4 Ciclul instalaiilor de turbine cu gaze, cu comprimare si destindere izoterm i cu recuperare totalntr-un astfel de ciclu (fig. 2.9), n comprimarea izoterm (/-2) agentul termic cedeaz cldura q{2 = q^ la temperatura 7j = T2 = 7^ iar n destinderea izoterm (J-4), primete din exterior cldura q^ = q* la temperatura T3 = 74 = T, T > 7*0. Ciclul fiind cu recuperare total, = l, n aparatul recuperator cldura cedat de gazele arse n cursul rcirii izobare (4-1). este preluat integral, n nclzirea la presiune constant (2-J), de ctre aerul comprimat; ceea ce rezult i din ciclul reprezentat n diagrama T-s (fig. 2.9,b): aria 4Jad = aria 23cb, adic

Turbine cu gaze

41

Randamentul termic al acestui ciclu teoretic: (2.14)

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

FIg. 2.9. Ciclul instalaiei de turbine cu gaze, cu compresie i destindere izoterm, reprezentat n diagramele:a)p- V\ b)T-s.

Un astfel de ciclu este deci un ciclu ideal irealizabil deoarece: recuperarea integral a cldurii coninut de gazele evacuate reprezint un caz limit, care ar putea avea loc numai ntr-un recuperator ipotetic, cu suprafa infinit de mare; - comprimarea i destinderea izoterm sunt evoluii teoretice, nerealizabile n agregatele industriale. Pentru a se utiliza parial avantajele economice ale ciclului cu comprimare i destindere izoterm, n practic se recurge la fracionarea acestor procese n mai multe agregate legate n serie.

2.2.5. Ciclul instalaiilor de turbine cu gaze, cu rciri si nclziri intermediareInstalaia de turbine cu gaze, a crei schem de principiu este reprezentat n fig.2.10, reali/raz procesul de comprimare n trei compresoare (c/, c2, Cj). ntre care sunt intercalate dou rcitoare intermediare (r, i r,), destinderea, n trei turbine (/,, /2, r,), fiecare din ele fiind precedate de cte o camer de ardere (ca,, ca2 i ca3\ iar schimbtorul de cldur R asiguri o recuperare parial a cldurii coninut de gazele arse evacuate din turbina de joas presiune /,: ciclul real de funcionare a acestei instalaii este reprezentat n fig. 2.1 i. Compresorul c/ aspir aer atmosferic i l comprim politropic (/-2'). dup care, n rcitorul intermediar r;, aerul este supus unei rciri izobare (2 W), ntre comprimrile politropice (7 '-2") i (7' '-2), care au loc n compresoarele de medie i nalt presiune, c: i c3, este intercalat rcirea intermediar (2"-/' f ) care se desfoar izobar, n rcitorul r:. Aerul ptruns n recuperatorul R se nclzete izobar pn la starea corespunztoare punctului 5 din diagrama T-s. n timp ce gazele arse, evacuate din turbina de joas presiune, n prerecuperator se rcesc la presiune constant (4-6).

42


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

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

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

n camera de ardere cat are loc arderea combustibilului n prezena aerului evacuat din recuperator, reprezentat n ciclul de funcionare din fig. 2.11 prin nclzirea izobar (5-J): gazele arse rezultate din ardere se destind poiitropic n turbina de nalt presiune (3-4") i apoi, n camera ca2 sunt supuse nclzirii intermediare (4'-3'). Dup alte dou destinderi politrope (3'~4") i (3"-4) n turbinele /, i /,, ntre care este intercalat nclzirea izobar (4* '-J") n camera de ardere caj% gazele de ardere ptrund n recuperatorul de cldur al instalaiei, din care sunt evacuate n atmosfer. Ciclul de funcionare real este cu att mai apropiat de cel teoretic, izotenic, cu ct numrul rcirilor i nclzirilor intermediare este mai mare. Complicaiile constructive, precum i pierderile de presiune care se nregistreaz n rcitoare i n conductele de legtur, limiteaz, pentru majoritatea instalaiilor, numrul treptelor la 2...S.

Turbine cu gaze

43

2.3. Prile componente ale instalaiilor de turbine cu gazef-

2.3.1. Turbina cu gazeTurbinele cu gaze, constructiv asemntoare celor cu abur, sunt mai simple dect acestea datorit numrului mai mic de trepte i lipsei venalelor de reglare. Funcional, turbina cu gaze se deosebete de cea cu abur prin solicitarea termic puternic a paletelor, cauzat de temperaturile ridicate ale gazelor arse (fig. 2.12). Din acest mod v. rcirea paletelor are un rol important n buna funcionare a turbinei. Sistemele de rcire cu ap prezentnd complicaii din cauza garniturilor de etanare i a vaporizrii apei ntre piesele fixe i mobile ale turbinei, rcirea cu aer a paletelor este cea care a cptat o larg rspndire la toate tipurile de turbine cu gaze.

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

Fig. 2.13 Rcirea exterioar a paletelor mobile i a piciorului paletelor fixe ale turbinelor cu gaze

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

44


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

Efectudndu-se cu aer preluat din conducta de refulare a compresorului, rcirea cu aer a paletelor se poate realiza sub form de: -rcire exterioar (fig. 2.13), la care aerul se prelinge n lungul suprafeelor exterioare ale rotorului: -rcire interioar, care const din introducerea aerului n interiorul arborelui, de unde, prin nite canale radiale este dirijat spre canalele interioare practicate n palete (fig. 2.14), crora le asigur astfel rcirea; -rcire combinat, exterioar i interioar, prezentat n fig. 2.15 pentru turbina cu gaze pentru care n fig. 2.17 este redat schema fluxului termic al gazelor care parcurg instalaia. Paletele turbinelor cu gaze (fig. 2.16) se execut din aliaje speciale, rezistente la temperaturi ridicate (tab. 2.2), prin forjare, sau prin turnare n forme cu modele fuzibile i mai rar, prin frezare. Sistemele adoptate pentru prinderea paletelor sunt similare celor utilizate n construcia turbinelor cu abur (cap. 1).

2.3.2. Compresorul de aerCompresorul, necesar alimentrii cu aer a instalaiei la presiunea corespunztoare funcionrii acesteia, este tipul turbocompresor, acionat de ctre turbina cu gaze, fie prin cuplare direct (fig. 2.17), fie prin intermediul unor multiplicatoare de turaie.

Fig. 2.16 Forma paletelor mobile ale turbinei cu gaze

joeso presiune nolf pre.

.

Compresor Cwpresor Centri de d$ kor tore

i

Turbine de noifo J dit presine presir "" Fig. 2.17 Prile componente ale unei instalaii de turbin cu gaze'de 9 MW

Tabelul 2.2 Aliaje speciale pentru confecionarea paletelor la turbinele cu gazeCompoziia chimic [%] Aliajul Coeficientul de dilatare Temperatura maxim de utilizare |C1

C 0,5 0,5 2,0 2,3 4,00,15 0,25 0,12 0,4 0,6

Si

Mn0,4 0,8 0,3 0,5

P0,03 0,03 0,030,035

S0,030,025

Cr14 16 14 16 13 15 22 25 17 20

Ni12 14 12 14 13 15 12 15*

Mo

W1,8 2,2

Co

Ti0,5 1,5

Nb

Alte elemente

intre 0 i 1000 C

Ei - 123

2,3 0,8 1,0 0,3 0,6

n

-

0,8 1,2

A/2 A/2

18

650 650 700 700 700 735 815 980 980 980

Ei- 4054X14H14B2M (EI -69) 23X13H

2,5 3,5 0,25 0,40

2,00 2,75

0,3

1818,6

0,7 2,0 2,0

0,03 0,03

42,5

Q*?0,12 0,04 0,04

.. UQ0,8

6 63,5 10

4 -

20 62 60 44 10

0,15 0,25

1X18HT(IAIT) Nimonic 80 A Nimonic90 A Vitaliun

0,03

0,035

ii75 55

8

0,8 2,4 2,4

18,2 15,1

-

-

20 20 28 23 20 20

14,1

0,2 0,7 0,4 0,1

2 620 50

-

T/2

JS-816M-252

15,9

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

-

-

46


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

ir.

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

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

Turbine cu gaze

47

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

2.3.3 Camera de ardereCamera de ardere este partea din instalaie n care energia chimic a combustibilului se transform n energie termic a gazelor de ardere rezultate, a cror temperatur se reduce, prin amestecare cu aer suplimentar introdus, pn la valoarea necesar alimentrii turbinei. Realizarea constructiv a camerelor de ardere (clasificate n tabelul 2.3), de care depinde funcionarea sigur i economic a instalaiei, trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii principale: aprindere sigur i simpl a combustibilului; ardere, cu flacr ct mai scurt, stabil n ntreg domeniul de utilizare; rcire corespunztoare a tuturor prtilor ei componente; rezisten aerodinamic ct mai redus; randament ct mai ridicat i dimensiuni ct mai reduse. n camera de ardere n echicurent, combustibilul este introdus printr-un injector, n cazul combustibililor lichizi, sau arztor, la cei gazoi sau solizi pulverizai, iar aerul de ardere este turbionat printr-un sistem de palete directoare, pentru realizarea unui amestec ct mai omogen aer-combustibil. Lungimea camerei de ardere, respectiv volumul ei, se determin n aa fel, nct timpul de trecere al particulelor de combustibil prin camera de ardere s fie suficient pentru realizarea oxidrii complete, adic viteza de deplasare a gazelor s fie inferioar celei de propagare a flcrii.

48Tabelul 2.3 Clasificarea camerelor de ardere Criteriul de clasificare Tipul de camer de ardereCu combustibil lichid


Particulari tU

Combustibilul este pulverizat n camera de ardere prin intermediul injectoarelor Camera de ardere este echipat cu arztoare, prin care este introdus combustibilul. Particulele de combustibil ptrund n camera de ardere, n suspensie ntr-un curent de aer. Aerul i combustibilul se introduc n camera de ardere n direcie axial i n acelai sens. Circulaia aerului n seciunea inelar dintre tubul central i manta, se face n direcia axial t n sens invers fa de gazele arse. Introducerea erului perpendicular pe direcia de micare a gazelor arse, asigur o amestecare bun a aerului cu combustibilul mbuntirea amestecrii aeruluui cu combustibilul se realizeaz prin introducerea tangenial a aerului n camera de ardere Camera de ardere este tubular Arderea are loc n spaiul inelar dintre tubul central i manta

Felul combustibilului

Cu combustibil gazos

Cu combustibil solid pulverizat n echicurent

n contracurent Direcia i .sensul de introducere a aerului i a combustibilului

Unghiular

Qclon1

Realizarea constructiv

ndividual elar

Aer

/-injector, 2-palete directoare; J-orificii pentru ptrunderea aerului secundar.

Fig. 2.21. Schema de principiu a camerei de ardere n echicurent:

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

kJm" -h

(2.16)

Turbine cu gaze

49

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

L*U

Ur -h j

(2.17)

avnd valori de 126...630 GJ/r.h, n cazul camerelor de ardere din instalaiile energetice corespunztoare unor viteze w=25ra/s: Tabelul 2.4 Clasificarea camerelor de ardere Tempera- Presiu- Pierderi nea tura de Camera de ardere aerului iniial presiune [bar] [C] [%] Solicitarea Coefici- Debitul de termic a Combustibil entul de cldur al exces de camerei de camerei de utilizat aer ardere ardere [GJ/m2h] [CJ/h] 83,7

Cilindric. 200

3.8 U 4,1 6,4 3,1

1,6 1.9 0,6 3,5

pcur motorin motorin motorin motorin

1.6...2

pn la 37,787,9 25.1

pn la 83,7 pn la 92.1 pn la 94,1

1.8

400Unghiular Inelar

250 220

-

51.9

-

-stabilitatea i capacitatea de reglare a camerei de ardere, obinute prin msuri constructive speciale, exprim posibilitatea de realizare a arderii stabile, n limitele de variaie a cantitii de combustibil admise; -cderea de presiune din camera de ardere. datorat prezenei paletelor directoare i ocurilor produse la amestecarea gazelor de ardere cu aerul suplimentar; -randamentul termic al camerei de ardere. dependent att de pierderile prin ardere incomplet, ct i de cele ale suprafeelor ei exterioare, prin radiaie i convecie termic, are valori, la construciile moderne, de 0,97...0.98. Fiind supui unor solicitri termice mari, pereii camerelor de ardere se confecioneaz din oeluri refractare, rcii n exterior de aerul secundar care i scald. Figura 2.22 prezint n seciune, o camer de ardere vertical n contracurent, iar figura 2.23, o camer de ardere ciclon./mania exterioara; 2-ub refractar. J-injector,-/-racord pentru adraisia aerului: /-paletele directoare ale aerului primar: 6-orifcii pentru ptrunderea aerului secundar: 7-racord de evacuare.

Fig. 2.22. Camer de ardere vertical n contracurent:

50AerprimrJf


Fig. 2.23. Camer de ardere ddon: /-palet directoare; 2-nervuri de rcire. n scopul obinerii unui amestec corespunztor i a unei arderi uniforme i stabile, camerele de ardere pentru combustibili lichizi, se pot realiza de tipul, cu vaporizare prealabil arderii combustibilului. n fig. 2.24 se prezint dou posibiliti de injectare a combustibilului n curentul de ae 'n sensul acestuia, sau n sens invers.

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

Fg. 2.25 Camer de ardere cu crbune pulverizat: /manta exterioar; 2-cptual refractar; J-reea de ajutaje pentru combustibilul pulverizat n suspensie; J-surs de aprindere; 5-ciptuali din beton; 6-injector auxiliar cu combustibil lichid, pentru amorsarea arderii. Asemntoare celor cu combustibil lichid, camerele de ardere cu combustibil gazos au sistemul de omogenizare a amestecului aer-combustibiL constructiv mai simplu.

Turbine cu gaze

51

Camera de ardere n figura 2.25 este destinat utilizrii prafului de crbune. Aceste camere de ardere sunt urmate de baterii multiciclon pentru reinerea cenuii, in scopul reducerii efectului eroziv asupra paletelor turbinei.

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

52


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

Turbine cu gaze

53

4

/-compresor,2-turbin cu gaze;J-intrae gaze;'/ -ieire gaze; 5-intrare aer, 6-ieie aer

Fig.2.28 Turbosuflant Brown Boveri

54


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

Termotehnic i maini tenice Editura Didactic i Pedagogic Bucureti 1977 Manualul inginerului tenotehnician, voi. n Editura Tehnic, Bucureti 1986 Termotehnic i maini termice Editura Didactic i Pedagogic Bucureti 1978 Turbine cu abur Editura Tehnici Bucureti 1996 Turbine cu abur i cu gaze Editura Didactic i Pedagogic Bucureti 1981 Motoare termice Editura Tehnic, Bucureti 1955

{2]. B. Popa, L Carabogdan [3]. S. Petrescu, Dan tefnescu, .a,

[4]. Titus Grecu, M. Crdu, I. Nicolau [5], Gavril Cre

[6]. I. V. Inozemev

POiMPE. CONDUCTE. ARMATURI. GARNITURI3.1. Generali tatiMecanismele i instalaiile auxiliare de bord constituie parte component a utilajului tehnologic de la bordul navelor maritime i fluviale, aflndu-se n funcionare continu sau intermitent pe toat durata de exploatare a navei. Mecanismele i instalaiile hidraulice i pneumatice au rolul de a asigura printr-o funcionare corespunztoare calitile nautice ale navelor i de exploatare precum i condiiile de confort necesar echipajului pentru desfurarea activitii la bord. Mecanismele i instalaiile hidro-pneumatice de la bordul navei sunt supuse n permanent agenilor de lucru din instalaii pe de o parte i diferiilor ageni atmosferici, factori ce supun materialul de construcie n special fenomenului de coroziune. Mecanismele hidraulice trebuie s mai asigure buna funcionare a instalaiilor ce au rolul de a asigura protecia navei pe toat durata exploatrii sale n mar i n staionare mpotriva pericolului de scufundare i a incendiilor ce pot avea loc la bord. v

3.2. Fluide utilizate la bordul navelorFluidul Clasificare Utilizare - rcirea uleiului - rcirea apei din circuitul nchis: - rcirea aerului de baleiaj: - distilatorul de ap tehnic: - stins incendiu etc. - rcirea uleiului: - rcirea apei din circuitul nchis: - rcirea aerului de baleiaj: - stins incendiu etc. - circuitele de rcire ale motoarelor auxiliare: - circuitele de rcire ale motorului principal: - caldarinele (recuperatoare i cu arztor) - nclzire: etc.

de mare de peste bord de fluviu

Ap

tehnic

56Ap


potabil marin greu

Combustibil

diesel marin motorin

Ulei Ageni frigorifici

Aer comprimat Abur Gaze de ardere

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

-

3.3. Clasificarea generatoarelor hidraulice.cu pistonf

Pompe volumice

rotitoare elevatoare

centrifuge Turbo pompe elicoidale .Pompe cu jet

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

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

Pompe. Conducte. Armturi. Garnituri

57

Generatoarele hidraulice, denumite curent pompe, transform energia mecanic primit la arbore n energie hidraulic, n scopul vehiculrii unui fluid. Transformarea energiei se face conform relaiei: Eh = p .E 0 (3-1) n care: Eh - energia hidraulic: 3 - energia mecanic: p - randamentul de transformare sau randamentul pompei.

3.3.1. Pompele voi u m icePompele voluraice sunt maini n care au loc deplasri periodice ale unor volume de lichid dinspre aspiraie ctre refulare, cu creterea corespunztoare a presiunii. Ele sunt caracterizate prin deplasri reduse fluidului fa de organele active ale raaiii( rotor, piston, membran, etc.) iar debitul variaz puin cu nlimea de pompare. Caracteristic acestor maini este prezena unor organe de nchidere ( clape, supape, bile): acestea n timpul funcionrii, nchid spaii prin care este transportat fluidul din camera de aspiraie n camera de refulare. Pompele volumice au urmtoarele utilizri: - pompa cu ulei de lichid se utilizeaz pentru realizarea vacuumului n instalaiile de araorsarp a pompelor - pompa cu angrenaje se folosete pentru realizarea presiunii de ulei la instalaiile de acionri hidraulice etc. pompa Alwailler (cu pant oscilant) se utilizeaz pentru goliri etc.

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

3.3.3. Pierderile n pompePentru a-i ndeplini misiunea, pompa trebuie cuplat la o surs de energie stereomecanic ( de exemplu motor electric) ,care transmite la arborele pompei puterea: P = M - kW (3-2) M [KN m] - momentul transmis la arbore: [rad /s] - viteza unghiular a arborelui rd d a n (3-3) unde n [rot / min] - turaia arborelui s deci: (3-4)

Prin organul su activ pompa transmite energie curentului lichid care o traverseaz, valorificnd sub form de putere hidraulic cea mai mare parte a puterii primit de la arbore, aceasta fiind puterea util realizat de pomp

kWunde : p [kg / m ] - densitatea lichidului pompat: g [m / s ]3 :

(3-5)- acceleraia gravitaional

58


V [m3/s] - debitul real furnizat de pomp: H [m] - nlimea de pompare n cursul convertirii energiei stereoraecanice In energie hidraulic au loc i transformri ireversibile de energie termic, acustic etc. Datorit faptului c aceste disipri nu mai pot fi recuperate In mod curent n tehnic, ele poart denumirea de pierderi, n tabelul 3.1.sunt prezentate disiprile de energie pe baza crora sunt definite pierderile mecanice, pierderile hidraulice precum i pierderile volumice de care trebuie,s se in cont n definirea i determinarea randamentului mecanic, hidraulic i volumic al pompei Randamentul total al pompei se obine fcnd produsul randamentelor mecanic, hidraulic i volumic.Tabelul 3. J. Pierderile n pompe

pierderi mecanice

p.

- frecri n lagre; - frecri n cutiile de atmosfere: - prin ventilaie; - frecarea i ciocnirile dintre particule; - frecri dintre fluid i pereii canalului; - variaii de direcie i seciune; - etanri imperfecte dintre organele fixe i cele mobile: ( o parte din lichid se rentoarce n zona de aspiraie)

p pierderi hidraulicepierderi volumicePv

Vt [ mVs] - debitul volumic teoretic H [m ] - nlimea teoretic de refulare Randamentul total se obine fcnd produsul randamentelor pariale:(3-6)

3.4. Pompe cu piston3.4.1.GeneralitiPompele cu piston fac parte din categoria mainilor volumice, n care transformarea energiei mecanice n energia hidraulic se realizeaz pstrnd energia cinetic a lichidului practic constant, din care cauz mainile volumice se mai numesc i maini hidrostatice, n aceste maini, transportarea lichidului dintr-o cavitate n alta se realizeaz prin echivalarea volumelor, fiind caracteristic prezena organelor de nchidere ( supape, dinii roilor dinate, clapete, bile etc.), care n timpul funcionrii nchid spaii n interiorul crora este transportat lichidul n main, de la intrare la ieire. Pompele cu piston sunt maini hidraulice n care fluidul de lucru este pus n micare prin deplasarea rectilinie alternativ, n corpul pompei, a unui piston. Sensul micrii pistonului se schimb periodic, astfel nct la capetele cursei viteza sa este nul


59

( puncte moarte), iar micarea imprimat lichidului este pulsatorie. Dup modul n care se comand micarea pistonului, pompele cu piston se clasific n: - pompe cu piston clasice - pompe cu pistoane radiaJe - pompe cu pistoane axiale

3.4.2. Clasificarea pompelor cu piston clasice:a) Dup numrul de curse active la o curs dubl (o rotaie a A.C): - pompe cu simplu efect (cu o singur fa activ a pistonului); - pompe cu dublu efect ( cu ambele fee active): - pompe difereniale ( care la aspiraie se comport ca o pomp cu simplu efect, iar la refulare ca o pomp cu dublu efect). b) Dup tipul constructiv: - pompe cu un singur cilinrdu (simplex): - pompe cu doi cilindri n paralel (duplex): - pompe cu trei cilindri n paralel (triplex): - pompe policilindrice: Pompele simplex sau duplex pot fi cu simplu sau cu dublu efect, iar pompele triplex sunt ntotdeauna cu simplu efect. c) Dup poziia cilindrilor - pompe orizontale: - pompe verticale: d) Dup modul de acionare: - pompe cu acionare direct, antrenate de o main cu abur sau aer comprimat: - pompe acionate de motoare rotative prin intermediul unui mecanism biel- manivel sau a unui excentric: e) Dup natura fluidului vehiculat de pomp: - pomp pentru amestec ap-produse etroliere( ulei, combustibil): - pomp pentru ap ( de mare, tehnic, potabil): - pompe pentru combustibil: - pompe pentru ulei: f) Dup viteza de deplasare a pistonului: - pompe lente: - pompe rapide: Fat de turboporape, pompele cu piston prezint urmtoarele avantaje: - pot asigura teoretic, o presiune de refulare orict de mare: - presiunea de refulare nu depinde de viteza pistonului, ea putnd fi pstrat constant la diverse debite: - sunt autoamorsabile: - au randament hidraulic ridicat, datorit disipaiilor hidraulice mici. Pompele cu piston prezint dezavantajele urmtoare: - au debit limitat datorit modului de micare al pistonului: - sunt mai complicate constnctiv( prezint supape, pistoane, mecanisme biei-manivel): - debitul este pulsatoriu.

60


3.4.3. Construcie i funcionare3.4.3.1. Pompa simplex cu simplu efect

Fig. 3.1. Pomp cu simplu efectl - tanc aspiraie; 2 - sorb; 3 - conduct de aspiraie; 4 - supapa (clapetul) de aspiraie^- caseta supapelor (clapelor); 6- supapa (clapetul) de refulare; 7 -conducta de refulare; 5- tancul de refulare; P- cilindru; 10- piston; / /- tija pistonului; 12 - glisiera capului de cruce;/j - capul de cruce; 14 - biela; 15 - manivela.

Pistonul 10 execut o micare alternativ n cilindrul 9. La deplasarea pistonului ctre dreapta, n cilindru se creaz o depresiune datorit creia supapa de aspiraie 4 se deschide permind intrarea n pomp a lichidului din conducta de aspiraie 3. Aspiraia dureaz toat perioada deplasrii pistonului ctre dreapta. La deplasarea pistonului ctre stnga, datorit presiunii create de piston, supapa de aspiraie 4 se nchide, iar supapa de refulare 6 se deschide, permind trecerea lichidului n conducta de refulare 7. Apoi ciclul se repet.

Pompe. Conducte. Armturi. Garnituri 3.4.3.2. Pompa cu dublu efect

61

Pompa diferenial La deplasarea pistonului ctre dreapta se deschide clapetul de aspiraie 2 i se aspir lichid n volumul V t care crete: se deschide i clapetul de refulare 6 permind trecerea fluidului din volumul V:. se deschide clapetul 3 de refulare i se refuleaz lichidul din volumul V, care se reduce. D - diametrul pistonului d - diametrul tijei pistonului

8f/ - conduct de aspiraie; 2 - clapet de aspira'e; 3 - clapet de refulare; /- conducta de refulare ; J- cilindru; 6- clapet de refulare; 7-piston; S -tija pistonului 9 - clapet de aspirae.

Fig. 3.2. Pompa cu dublu efect

/ - conduct aspirae; 2- cbpet de aspiraie 3 - caseta clapeilor; 4 - clapet de refulare; 5 - hidroforul de refulare; 6 - conducta de refulare; 7 - piston; S - tija pistonului; 9 - conducta de refulare.

Fig. 3.3. Pompa diferenial

-

Clapeii pompei cu piston

2 xee 2l clapei de aspirae; 2 - clapei de refulare; 3 - cutia cu clapei;-/ - tija pistonului^ - cilindrul pompei; 5 piston.

>\

Fig. 3.4. Dispunerea clapcilor Ia o pomp cu simplu efect

AS/*.

Deschiderea i nchiderea conductelor de aspiraie $r refulare ct i reinerea lichidului n pomp este ndeplinit de clapeii pompei. Clasificarea clapeilor a) Dup rolul pe care l au sunt: clapei de aspiraie: clapei de refulare; clapei de reinere. b) Dup felul acionrii sunt: cu aciune automat ( autocomandare); cu acionare printr-un mecanism de distribuie. c) Dup form sunt: cu form de talere; cu form sferic; cu form conic; cu form inelar. Cerine ce se impun clapeilor pentru buna funcionare a pompei: - s separe ermetic cele dou spaii: - s funcioneze fr ocuri: - s deschid i s nchid repede. De regul clapeii de aspiraie i de refulare ai pompei sunt dispui n aa numita cutie de clapei, la care pe de o parte prinde tubulatura de aspiraie, iar pe de alt parte tubulatura de refulare.

f2


3.4 A. Parametrii pompelor cu piston3.4.4.1. Presiunea maxim Reprezint cea mai mare presiune, la care pompa poate funciona corect. Spre deosebire de pompele centrifuge, la cele volumice debitul i presiunea sunt mrimi independente. Orict de mare ar fi presiunea n conducta de refulare, pompa debiteaz acelai volum de lichid. Pentru o exploatare corect presiunea de lucru s fie 70 - 75 % din presiunea maxim. 3.4.4.2. nlimea de aspiraie Se calculeaz n acelai mod ca la pompele centrifuge. Trebuie s se in seama de presiunea din tancul de aspiraie ct i de temperatura fluidului. 3.4.4.3. Debit, cilindree, randament voluraic Cilindreea reprezint volumul refulat de pomp ntr-un ciclu S [m] - cursa pistonului D [m] - diametrul pistonului d [m] - diametrul tijei pistonlui n [rpra] - turaia arborelui de antrenare w [s"1] - viteza unghiular arborelui de antrenare v [ni3] - cilindree ( volumul cursei pistonului);4

m

3

(3-7)

Viteza unghiular: =^ s'1

(3-8)

La fiecare rotaie se execut un ciclu (o refulare). Debitul - volumul de lichid pe car l furnizeaz pompa n unitatea de timp. - debitul teoretic, n ipoteza pierderilor volumice nule. V m3/s -debituf real al pompei Vp mVs - debitul pierdut Vp = V t - V (3-9) Vp - apare datorit urmtoarelor cauze: - introducerea lichidului, prin jocuri, din zona de refulare n zona de aspiraie; - umplerea incomplet cu lichid, datorit unui debit insuficient pe conducta de aspirafie sau a ntrzierilor la nchiderea i deschiderea supapelor; - existenta, uneori n zona de aspiraie a unui amestec aer-lichid. Debitul teoretic se calculeaz cu relaia:

~ 2-

(3-11)

. Conducte. Armaturi. Garnituri

-

6

3

V.-i^l.s.^ 4 2 Randamentul volumic poate fi calculat cu relaia: V V. - V D .

'**'

(3-13)

n cazul n care este necesar funcionarea pompei la turaie de antrenare Constant dar la debite variabile se utilizeaz soluii constructive care s permit modificare! cilindreei n timpul funcionrii. 3.4.4.4. Putere Puterea teoretic absorbit de pomp este dat de produsul dintre debitul teoretic i de diferena de presiune la care lucreaz pompa: Pt=p-Vt=p-V$~ care mai poate fi scris: P. = p-T--S- 0 4 2 3.4.4.5. Momente Legtura dintre putere i moment fiind: Pt = H-G> rezult: (3-17) (3-16) (3-15)

"-^TV

(Mfl

-

3.4.4.6. Randament global P - puterea efectiv care se aplic la arborele pompei este mai mare dect puterea teoretic, deoarece trebuie s acopere urmtoarele pierderi: - frecarea n lagre; - frecarea lichidului cu piesele n micare ale pompei; - frecarea lichidului cu porile fixe ale pompei. Raportul dintre puterea teoretic i cea efectiv aplicat la arborele de centrare se numete randament mecanic: PL=Mi=_22L_

AP-v,

P M M Randamentul global al pompei se determin cu relaia:..*!.16 >40

sau > 300 sau > 150 sau > 300

116 116 116

i 1300 i 1150 i 1300 17 17 116

i 1170 i 160 1200

3.12.2. Elemente de calcul de verificaren cazul tubulaturilor standardizate nu se mai fac verificri, dar pentru anumite instalaii este necesar verificarea grosimii conductei. Se poate utiliza relaia:

2appN/rar - presiunea de prob; DQ ram - diametrul nominal: a N/ram2 - efortul unitar admisibil la traciune pentru materialul considerat. Pentru conductele sudate (sudur pe o singur punte)

(3-97)

(3-98)

( sudur pe ambele pri)

(3-99)

94Grosimea peretelui conductei conf. RNR


d-pd mm - diametrul exterior al evii p bar - presiunea maxim de lucru - coeficient de rezisten

mm mm

(3-100) (3-101)

'-^T*

** lb=l u

S0 mm

- coeficientul care ia n considerare sudura grosimii datorit

ndoirii: R mm - raza medie a curbei; c m - adaos pentru coroziune funcie de materialul conductei i de destinaie. 2 . N/ram - efortul unitar admisibil la traciune; a = - - pentru pel i aliaje de oel. n cazul n care nu exist prescripii speciale . = 0,35 r r N/ram: - efortul unitar la rupere.

3.12.3. Sistemele de mbinare a conductelorTraseele conductelor se realizeaz prin asamblarea elementelor acestora. Procedeele i tehnologiile aplicate la asamblarea diverselor elemente de conduct trebuie s asigure rezistena mecanic i o etaneitate corespunztoare. Asamblrile trebuie s menin integritatea fa de aciunile corozive i erozive ale fluidelor transportate prin conducte la temperaturile i presiunile de funcionare, mbinrile pot fi: - nedernontabile: demontabile: cu flan; cu filet; speciale.

7- traseu conducta; 2- traseu conchjc.f 3 -cordoane de sudur;

Fig. 3.29. mbinare nedemontabil

Fig. 3.30. mbinare nedemontabil

/. traseu conduct; 2* cordon sudur; 3- traseu conduct.4-/ra*/ je


95

Fig.3.31. Reperele asamblrii cu flane/element de conduct; 2- cordon de sudur; 3- flan; /- suprafa de etanare; 5* garnituri de etanare; 6- urub; 7- aib; 5- piuli(;.

/ - traseu conduct; 2 - flan pentru 1; 3- garnitur; 4- flan pentru 5;5- traseu conduct; 6- cordoane de sudur.

Fig.3.32. mbinare cu flan

Fig.3.33. mbinare cu flan mobil

/- traseu conduct; 2- flan mobil; 3 -flan sudat; 4- cordon de sudur.

Cuplri elastice Au ca rol s nu transmit vibraiile unui agregat la restul instalaiei. Compensatori Pot prelua deformaiile unei tubulaturi datorate fie: - variaiilor de temperatur: - deformaiilor corpului navei.

96


Fig.3.34. Compensator cu burduf /- traseu conduct; 2- burduf; 3 -traseu conduct.

Fig.3.35. Compensator sub form de Ur

FIg.3.36, Compensator sub form de spir

3.13. ArmturiArmturile reprezint elementele de conduct prin intermediul crora circulaia fluidelor este controlat, dirijat i reglat permanent, corespunztor condiiilor de exploatare ale instalaiilor in cresunt montate. Prin armturi se nelege, n general, dispozitivele montate pe agregate, pe recipiente, conducte i pe alte instalaii care conin un fluid sub presiune i cu ajutorul lor se comand: alimentarea instalaiei; distribuirea fluidului din instalaie; stabilirea sau ntreruperea legturii ntre agregate i conducte, precum i ntre diferite poriuni ale conductei; reglarea debitului, presiunii, nivelului i a temperaturii; descrcarea instalaiei. n mod convenional sunt considerate armturi si aparatele i dispozitivele de control i siguran a instalaiei (manometre, aparate indicatoare de nivel, supape de siguran).

3.13.1.Clasificarea armturilora) Dup destinaie: 1 - armturi nchidere - deschidere; au rolul de a izola o anumit parte a instalaiei; 2 - armturi de distribuie; modific circulaia prin conducte; 3 -armturi de reglaj; regleaz un parametru de lucru: presiune, temperatur, viscozitate: . 4 - armturi de siguran ; nu permit creterea unui parametru (presiune). 5 - armturi de reinere; permit circulaia ntr-un anumit sens. 6 - armturi de blocaj, cnd se modific parametrii fa de cei adoptai ( considerai . normali). 7 - armturi care schimb starea de agregare a fluidului ( oale de condens). b) Dup organul de nchidere: 1 - armturi cu cep: 2 - armturi cu ventil: 3 - armturi cu sertar, 4 - armturi cu clapei. c) Dup direcia fluidului 1 - drepte: 2 - de col;

Pompe. Conducte. Armturi. Garnituri 3 - cu trei ci: 4 - cu patru ci. d) Dup numrul de scaune la robinetele de reglare 1 - cu un scaun: 2 - cu dou scaune. e) Dup soluia constructiv determinat de caracteristicile fluidului 1 - execuie normal: 2 - execuie cu capac cu nervuri: 3 - execuie cu burduf de etanare: 4 - execuie cu eava intermediar: 5 - execuie cu manta de nclzire. 0 Din punct de vedere al acionrii: 1 - cu acionare normal ; 2 - cu acionare mecanic (la armturi comandate electric, hidraulic, pneumatic). 3 - cu funcionare automat (regulatoare de debit, presiune, nivel):

3.13.2. Elementele principale ale unei armturi* Organe active de execuie ( intr direct n contact cu fluidul): - corpul armturii: scaunul: - organul de nchidere propriu-zis. * Mecanismul de acionare.

Fg. 3.37. Robinet cu ventil drept / - roat de acionare; 2- piuli fix . 3 tij filetai pe o poriune: 4 - etanare; 5 - capac; 6 - corpul robinetului; 7- ventil: S - scaunul ventiluiui; 9 - flan de fixare robinet; 10 - garnitur

Fig.3.38. Robinet cu ventil drept cu tija nclina U

/ - roat de acionare; 2- piulii fix 3 - tija; 4 -etanare: 6- garnitur 7 - ventil: 8 - scaun; 9 - corpul robinetului;/# - flan.

98


!

/ - roata de acionare; 2 tij filetat pe o poriune; 3 - piuli: 4 etanare; 5 - garnitur; 6 - capac piuli; 7 - capac pentru etanare; S - sertar pan; 9- scaun sertar pan; W - flan.

Fig. 3.39. Robinet cu sertar pan

Fig.3.40. Robinet cu sertar paralei/ - roat de etanare; 2 - tija; 3 piuli fixa"; 4 - capac fixare piuli; 5 - etanare; 6 - capac fixare etanare; 7 - senar paralel; 8 - scaun; 9 - corp robinet; 10 - flan.

Fig. 3.41. Clapeta cu ventil, dreapt/ capac; 2 - corp clapeta; 3 - flan; 4 - port - ventil; 5 - scaun.

Fig.3.42. Clapeta cu valv dreapt din oel turnat

7- capac; 2 - corp; 3 - flan; 4 -valv; 5 - scaun; 6 prghie.

Robinete cu cep Au organul de nchidere n forma unui cep conic cu orificiul central. Cepul se poate roti n jurul axei sale pe suprafaa de etanare. Axa orificiului cepului este este perpendicular pe axa cepului. Robinetele cu cep se caracterizeaz prin: construcie simpli cost redus, manevr rapid i simpl. Se folosesc numai n reele cu fluide curate i temperaturi reduse. Cepul se execut din font sau bronz cu o conicitate de 1/6...1/7. Domeniul standardizat este Dn 15- Dn 150 pentru Pn 10: Pn 16. Robinetul se realizeaz cu sau fr presgarnitur. cu asamblare prin flane sau mufe filetate.


99

Cowl T

Fig. 3. 43.Elementele componente ale robinetului cu cep i variante de circulaie ale fluidului prin corp/ corp; 2- capac; J- cheie de acionare; /- cep; 5- presgarnirud; 6*- urub de presare.

Robinete de reinereAceste armturi controleaz circulaia unidirecional a fluidelor prin conducte. Robinetele sunt echipate cu dispozitive de reinere cinematice acionate din interior. Poziia dispozitivelor de reinere este normal- nchis: circulaia fluidelor provoac deplasarea acestor dispozitive, deschiderea robinetelor fiind posibil numai dac sensul de curgere corespunde celui normal.

bFig. 3.4*4. Robinete de reinere cu ventil

c

a- ventil liber; b- ventil cu arc de nchidere; c- ventil cu limitare a cursei. /- corp; 2- capac; J- ventil de reinere; -/- ghidaj; 5- arc de nchidere; 6 - tij de limitare a cursei

Armturi pentru eliminat condensulArmturile se deschid automat, intermitent, numai n prezena fazei lichide a amestecurilor bifazice abur- condens. Oala cu plutitor. Nivelul variabil de condens basculeaz plutitorul, iar tija acestuia antreneaz organul de obturare al orifciului de evacuare(fig. 3.45). Separatond termodinamic. La aceast armtur orificiul de evacuare este obturat de o plac care este deplasat datorit diferenei de presiune care acioneaz pe feele plcii. Curgerea condensului permite ridicarea plcii elibernd orificiul. Prezena aburului i curgerea acestuia cu vitez mare provoac laminarea i acumularea aburului n partea superioar, conducnd la nchiderea orifciului ( fig.3.45).

100


Amestec abur - condensat

Spaiul de abur Condensa

Concjsat

Amestec abur-con dersat

8

Fig. 3.45. Oaia de condcns(a) i separatorul tcrmodinamic(b) /- corp: 2- pluiiior. .? bol: /- dispozitiv de evacuare: 5- prghie acionare manuali; 6- placa de evacuare ; 7- duzi; S- cartu filtrant.

Armturi de siguran Aceste armturi protejeaz instalaiile contra creterii accidentale a presiunii fluidelor de lucru peste o valoare de siguran prestabilit. Dispozitivele de deschidere sunt acionate de uide i pot fi comandate sau blocate cu mecanisme reglabile montate n exterior. Poziia dispozitivelor este normal nchis, cu obturarea etan seciunii de evacuare. Prin deschidere, armturile de siguran asigur o seciune corespunztoare pentru evacuarea fluidelor. Depresurizarea datorat evacurii fluidului ore c efect revenirea dispozitivelor n poziia lor iniial. Exemple de armturi de siguran suni prezentate n fig.3.46.

6

7

s

/ corp: 2- ventil: 3- arc: / dispozitiv de comprimare: 5- piulia" de reglare: 6 - contragreutate: 7- urub de fixare: S- conduct de impuls: 9- robinet de descrcare: /0-pston.

Fig. 3.46.Armturi de sigurana a- cu arc; b - cu contragreutate; c - cu impuls.


101

3.13.3. Materiale utilizate n construcia armturilor Se aleg funcie de natura fluidului, temperatura i presiunea de lucru.

Fonta cenuie ( STAS 568- 67) Fonta nodulare (STAS 6071-70) Fonta maleabil (STAS 569-70) Oel

p a 16 bar t < 300 C n 25 bar t 300 C n 16 bar t 400 C pentru corpul i capacul armturii

Se admite n condiiile prevzute de STAS 1180-65; STAS i 181-66

Se pot executa prin turnare,sudare,matriare. Aliaje pe baz de cupru 16 bar

pentru corpuri , capace, inele de etanare, tije, uruburi, piulie.

Deoarece aliajele de cupru nu devin fragile la temperaturi joase, ele se folosesc la executarea armturilor pentru fluide cu temperatur sub - 100C.

3.13.4. Reguli principale pentru montarea si demontarea armturilor1. Orice armtur nainte de a fi montat trebuie s fie verificat cu atenie n ce privete execuia i calitatea. 2. nainte de montare se cur suprafeele flanelor, se pregtesc garniturile i uruburile 3. Garniturile pot fi mbibate cu emulsie de grafit n ulei sau vor fi acoperite abundent cu grafit uscat. Este interzis utilizarea substanelor organice pentru etanarea instalaiei care funcioneaz cu fluide oxidante. 4. La montare se introduc mai nti uruburile n partea inferioar a flanelor, apoi flanele se deprteaz puin se introduce garnitura de sus se introduc restul de uruburi. Strngerea se execut n cruce. 5. nainte de demontare trebuie s se constate c instalaia nu mai este sub presiune: 6. Desfacerea piulielor se face n cruce 7. Se marcheaz pe armtur locul de unde a fost scoas.

102


3.14. Garnituri folosite n instalaiile navalen scopul asigurrii mbinrilor etane ntre diferite elemente ale instalaiilor hidropneumatice navale se folosesc garnituri. Materialul din care se confecioneaz garnitura se alege funcie de natura fluidului de lucru, de temperatura i presiunea acestuia. Tabelul 3.10. Garnituri pentru ap Denumirea materialului Ted Cnep, cli Cauciuc simplu Cauciuc cu tcnd Cauciuc cu plas metalic Prepan Cupru Oel moale Clinsherit Temperatura max. C 50 Presiunea max. bar 1,5 Grosimea mm Observaii Se folosete pnz de vel mbibat cu ulei. Pn la diametrul de 400 mm

40 40 60 80 100-200 nelimitat 275

3,0 3,06

2-6 4-6 3-4 3-4 3 1-3 -

10 16 35 60 100

Garnitur ondulat umplut cu grafit i azbest

Tabelul 3.1 L Garnituri pentru produse petroliere Denumirea materialului Prepan Hrtie desen Fibr Aluminiu Temperatura max. C 30 80 Presiunea max. bar 10 10 Grosimea mm 2-4 Observaii Trebuie impregnat cu ulei

80 300-400

15 60

2

Tabelul 3.12. Garnituri pentru abur Denumirea materialului Azbest( foaie) Azbest (nur) Otel moale Cupni Clingherit Temperatura max. C C 200 425 30 Presiunea max. bar 1,5 i. 5 20 35 80 Grosimea mm2-4 -

Observaii

2-3 0,5 - 1.5

Pompe. Conducte. Armturi. GarnituriTabelul 3.13. Garnituri pentru gaze

103

Denumirea materialului Azbest

Temperatura max. C 650

Presiunea max. bar 1,5

Grosimea garniturii2-4

Observaii

Materiale utilizate la garnituri Prepan - carton dur, satinat cu luciu pe ambele fete: Satinate - Operaie prin care se d luciu unei esturi sau unei foi de hrtie, prin presarea ntre doi cilindri sau uneori uneori, la pres. Fibr vulcan - material obinut din celuloz, rezistent la aciunea produselor petroliere; Clingherit - material fabricat din fibre de asbest i cauciuc, care este rezistent la temperaturi i presiuni nalte. Nu rezist la aciunea acizilor sau bazelor. Azbest - silicat de calciu si magneziu, natural. Este un mineral fibros din ale crei fibre, amestecate pentru legtur cu 10% bumbac se obine prin cardare i filare, fibre reinfl amabile. Cardare - operaie de destrmare a smocurilor de fibre textile n fibre individuale, de ndeprtarea impuritilor i a fibrelor prea scurte, de orientare a fibrelor i de aranjarea sub forma unei pturi subiri. Miniu de plumb (Pb3O4) - Varietate roie de oxid de plumb. Poate fi ntrebuinat ca grund pentru protejarea obiectelor feroase contra ruginii. Grafit - Form natural alotropic a crbunelui, reprezentnd stadiul cel mai naintat de carbonizare. Cristalizeaz n sistemul hexagonal, este unsuros la pipit, infuzibil, rezistent la atacul acizilor. Poate fi ntrebuinat i ca adaos la lubrifiant!.

104


Bibliografie[1]. V. Anton, M. Popoviciu, L Fitero Hidraulic i maini hidraulice Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti 1978 Mecanica fluidelor i maini hidraulice Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti 1980 ndrumtorul ofierului de nav Editura Tehnic, Bucureti 1983 Instalaii navale de bord Editura Tehnic, Bucureti 1986 Conducte pentru ageni termici Editura Tehnic, Bucureti 1986

[2]. D. lonescu, C. loni, .a.

[3]. Gh. Uzunov, L Dragomir

[4]. I. C. loni, J. Apostolache

[5]. A. Leca, I. Prisecani, .a.

COiMPRESOARE4.1. Generaliti, clasificare, mrimi caracteristiceCompresoarele sunt maini termice generatoare care comprim gazele sau vaporii consumnd energie mecanic. Dup principiul de funcioanare se mpart n dou grupe: - Compresoare cu comprimare volumic la care comprimarea se realizeaz prin micorarea volumului ocupat de gaz cu ajutorul unui organ mobil cu micare rectilinie alternativ, la cele cu piston, sau micare rotativ la cele rotative. - Coraprcsoarc cu comprimare cinetic la care un rotor transfer gazului energie mecanic sub form de energie cinetic, transformat ulterior n energie potenial de presiune. Curgerea este radial la corapresoarcle centrifuge i axial la corapresoarele axiale. Compresoarele, indiferent de principiul de funcionare, natura i starea iniial a gazului, pot fi caracterizate prin dou mrimi principale: - raportul de comprimare e = p/pa , prs pa fiind presiunile de refulare i aspiraie ale gazului; - debitul volumic aspirat l', raportat la presiunea i temperatura de aspiraie pa ta . n figura 4.1 se prezint domeniul de utilizare al diferitelor tipuri de compresoare.

4.2. Compresoare cu piston4.2.0. Construcia compresoarelor cu pistonConstructiv aceste compresoare au, n general, aceleai pri ca ale unui motor cu ardere intern, n fg.4.2 este redat o seciune printr-un compresor vertical, unde se pot distinge toate prile lui componente. Fig. 4,1 Domeniul de utilizare al diferitelor tipuri de compresoare

106


20Fig. 4.2. Construcia unui compresor de aer cu piston/- carterul compresorului; 2- baia de ulei; J- dispoziuv de aerisire a carterului: -t- sond de uleifjoj); 5- supapd de refulare; 6- coloana de refulare; 7- chiulsa compresorului; S- supapi de sigurana; 9- dispoziuv de blocare a supapei de aspirae; W- filtru de aer, cu amortizor de zgomot; U- coloan de aspiraie; 12- supap de spirpe; 13- cilindrul compresorului buca); 14' segraenu" de compresie; 75- pistonul compresorului; 16- biela; 17- manivela; l S- uruburi de biel; 79- arborele cotit; 20- disoziuv(lingur) de ungere prin blocaj.

Compresoare

107

Fig. 4.3. Clasificarea comprcsoarclor de aer, dup dispunerea cilindrilor: - raonocilindrice; b- cu cilindrii n linie; c- cu cilindrii n W; 4- cu cilindrii n V la 90; - cu cilindrii opui.

Clasificarea compresoarelor cu piston se poate face dup mai multe criterii: a) dup dispunerea cilindrilor (fg.4.3); b) dup numrul de cilindri (moocilindrice i policilindrice): c) dup numrul de etaje de comprmare ( de la l pn la 5 etaje); d) dup debitul de comprimare: cu debite mici. Q< 5001/min: cu debite mijlocii, Q= (XS-lOm^min; cu debite mari, Q= 10-50 mVmin: e) dup presiunea maxim de refulare: cu presiune joas, p 10 daN/cr; cu presiune medie, p= 10-100 daN/cr: cu presiune nalt, = 100-1000 daN/cr Procesele de lucru ale compresoarelor cu piston. Pentru explicarea funcionrii proceselor de lucru dintr-un compresor cu piston se va reprezenta diagrama teoretic i real a ciclului de funcionare pentru un compresor cu o singur treapt de comprimare ipentru un compresor cu dou trepte de comprimare, n fig.4.4 se prezint procesele teoretice i reale din compresor. La compresorul cu piston procesele de aspiraie, compresie i refulare au loc pe parcursul unei rotaii complete a arborelui cotit, n cadrul ciclului teoretic s-au admis urmtoarele ipoteze: nu exist schimb de cldur ntre piesele compresorului i fluidul care se comprim; nu se produc pierderi de aer prin neetanseiti: aerul este un gaz perfect. Rezult c fazele procesului teoretic se succed, urmrind fg.4.4. astfel: aspiraia (1-2); comprimarea (2-3); refularea (3-4). Transformarea cuprins pe poriunea (4-1) reprezint destinderea aerului rmas n spaiul mort (volumul vtmtor), de la presiunea de refulare pn la presiunea de aspiraie. Diagrama real reprezentat n fig.4.4 ia n considerare procesele reale din cilindrul compresor. Diferenele dintre cele dou diagrame se explic astfel: presiunea de aspiraie pentru procesul real este mai mic dect presiunea mediului ambiant, ceea ce permite de fapt ncrcarea cilindrului cu aer, iar presiunea de refulare este mai mare dect presiunea din conducta de refulare, fiind necesar pentru nvingerea rezistenelor aerodinamice din clapeii

108


de refulare i conducta de refulare. Pentru a mri presiunea de refulare a aerului, fr a ridica prea mult temperatura s-a recurs la soluia utilizrii unui compresor n dou sau mai multe trepte de comprimare cu rciri intermediare precum i rcire final.

Fig. 4.4. Diagramele proceselor de lucru ale compresoarelor cu piston ntr-o treapta de comprimare

a- diagrama teoretici; b- diagrama real; 1-2 aspiraia; 2-3 compreimarea; 3-4 refularea; 4-1 destinderea

Fg.4.5. Seciune prin compresoare n dou trepte de comprimare

a- compresor n doi cilindri; b- compresor cu cilindru i piston diferenial.

Compresorul n dou trepte de comprimare este prezentat n fig. 4.5. Prin comparaie s-au redat i diagramele ciclului de funcionare pentru un compresor n dou trepte fig. 4.6. Diagrama teoretic la un compresor n dou treptefig. 4.6a are urmtoarele faze: aspiraia aerului Ia presiune atmosferic (1-2) i comprimarea (2-3) ultima fiind considerat o transformare adiabat. Aerul este apoi rcit n rcitorul intermediar 8, la presiune constant p{ reducndu-se volumul de la V 3 la V 4 i apoi este introdus n treapta a doua de comprimare unde presiunea crete pan la valoarea p r ll punctul 5: refularea aerului (transformare izobar) (5-6):^destinderea aerului rmas n spaiul vtmtor (6-1). In fig. 4.6b sunt reprezentate diagramele reale ale celor dou trepte de comprimare a aerului. Se observ c presiunea de aspiraie n treapta a doua punctul 5 este mai mic dect presiunea de refulare din treapta I (punctul 4), ca urmare a pierderilor de presiune i rcirii intermediare. In fig. 4.6c este redat diagrama indicat la ciclul real a compresorului de aer.

Compresoare

109

Fig. 4.6. Diagramele proceselor de lucru ale compresoarelor cu piston n doua trepte de comprimare

d-diagraraa teoretic; 1-2 aspiraia; 2-3 compresia aerului n treapta I; 3-4 ricirea intermediar a aerului; 4-5 comprimarea n treapta a II; 5-6 refularea aerului din compresor. 6-1 destinderea aerului din spaiul mort; pr presiune intermediar ntre cele dou trepte; b- diagrama real; 1-2 aspiraia aerului n treapta I; 2-3 compresia aerului n treapta I; 3-4 refularea aerului n treapta I spre aspiraia treptei a U a; 4-5 rcirea intermediar a aerului; 5-6 aspiraia ia treapta a II a; 6*-7 compresia n treapta a II a; 7-5 refularea aerului n treapta a II a; S-5-l destinderea aerului n spaiul mort; c- diagrama combinat a ciclului real; 1-2 aspiraia; 2-3 compresia; 3-4 refularea; 4-1 destinderea aerului din spaul mort.

4.2.1. Dimensiunile principale si debitul compresoruluiDimensiunile principale sunt: D[m] - diametrul cilindrului: c[m] - cursa pistonului: Ap = D1 /4 fm:] - suprafaa pistonului; Vc = Ap c [m3] - cilindreea unui spaiu activ. Debitul volumic l' [mVs] este vjrftimul de gaz refulat n unitatea de timp de ctre ultima treapt, raportat la starea de aspiraie. r = -/-/-r c [mVs]}

(4.1)

unde: este coeficientul global de debit: i - numrul de spaii de lucru: n[s ] - turaia. Debilul masic m [kg/s] este cantitatea de gaz refulat n unitatea de timp de ultima treapt:

110


(4.2)

unde: [kg/m3] este cantitatea de gaz n starea de aspiraie. 4.2.2* Calculul coeficientului global de debit n figura 4.7 se prezint ciclul teoretic i real al compresorului raonoetajat cu spaiu mort avnd volumul V. n calcule preliminare, se poate estima pe baza datelor experimentale, din figura 4.8 sau cu relaia:

(4.3;

VPqFig. 4.7. Ciclul teoretic i real ai compresorului monoetajat. unde u = Vu IVC este gradul de umplere teoretic.(4.4)

Fig. 4.8. Coeficientul de debit :a.b - pentru o creapii; c - limita inferioar pentru mai multe trepie

n care , = V/ Ve = 0,03 ... 0,12 este spaiul mort relativ. Pentru calcule mai exacte : = ., - -^ -i = Va IVC este gradul de umplere real;

(4.5) /4 g\

= -(l + /j, /n, -.v -r.[./n= // 2 , (4.7) unde: n, este exponentul politropic mediu la comprimare (pentru aer n{ = 1,3 ... 1,4); : este coeficientul politropic mediul Ia destindere (pentru aer n: = 1,1 ... 1,4): n{ i n2 cresc cu creterea turaiei i scad cu mbuntirea rcirii; , r sunt cderile relative de presiune la aspiraie i refulare. Obinuit, u = r = 0,02 ... 0,10, n funcie de rezistena hidraulic a supapelor i de viteza de curgere prin supape; /^ este coeficientul de reducere al debitului datorit nclzirii gazului de aspiraie ( w s 0,94...0,98);

Comp resoarf

111

, este coeficientul de reducere al debitului datorit pierderilor prin neetanieti: t = 0,95-0,97 ; i , sunt cu att mai mici cu ct c este mai mare. n figura 4.9 se dau valorile orientative ale lui ^ i ale produsului w ^n funcie de c ; este coeficientul de reducere al debitului datorit umiditii coninute n aerul aspirat; cnd umiditatea se condenseaz: >l-a-ps/pa =0,9,7... 0.99,

(4-8)

, fiind umiditatea relativ a gazului aspirat, iar p, - presiunea parial a vaporilor de ap la saturaie; semnul egal corespunde condensrii totale.

Fig. 4.9. Valori orientative ale Iui l.

4.2.3.Calculul dimensiunilor principale Ia compresoarele monoetajateDatele iniiale pentru calcul sunt V, pa, ta iprPentru un compresor raonoetajat cu / spaii de lucru, acionat la turaia n i avnd un coeficient de debit , diametrul cilindrului este:[m]

(4.9)

unde c/ D =0.6 ... 1,2: valori mici duc la dimensiuni mari ale compresorului i la viteze medii reduse ale pistonului cu avantajul micorrii pierderilor de presiune n supape: valori mari duc la efecte contrarii. Dac n i / nu se impun, se calculeaz mai multe variante cu turaiile sincrone. Soluiile se analizeaz cu urmtorii parametrii de control: - viteza medie a pistonului: cm=2cn [m /s] (4.10) cm = 1,8 ... 3,5 (max. 4) la compresoare orizontale cu dubl aciune i cm = 2,5 ... 5 (max. 6) la compresoare verticale: - parametrul de acceleraie: (4.11) u = 2,5 ... 6 m / s 2 , pentru compresoarele lente orizontale i = 4,5 m/s:, pentru compresoarele verticale rapide: - parametrul de nclzire: , ^nux"2 [kN/s:]20 (max. 50)

(4.12)

F^u fiind fora maxim exercitat asupra pistonului. Pentru lagre de alunecare , = .r c ./ v =r;./ m . P , [W]

(4>13)

unde /, [J/m3] i lm [J/kg] sunt lucrurile mecanice specifice volumic i masic. Puterea teoretic poate fi iiotermic Ptz, adiabatic P^ sau politropic P^, dup cum se consider procesul de comprimare teoretic: 'vtt = Pa '* c [J/m3] (4.14) (4.15)

(4.16) unde N i n, sunt exponenii adiabatic i respectiv politropic. Puterea indicat:

pt=y-v/^ [w]

(4.i7)

unde , este randamentul indicat, n funcie de procesul teoretic de referin, se disting: randamentul indicat iiotemiic u. , adiabatic ^ i politropic i]^ La compresoarele pentru aer i gaze procesul teoretic este cel izotermic, iar la corapresoarele frigorifice, cel adiabatic. Ca valori, la compresorul monoetajat //: = 0,62 ... 0,76, funcie de e. iar /w = 0,90 ... 0,97. Dac se dispune de diagrama indicat: (4.18) Pi [N/m ] fiind presiunea medie indicat // fiind numrul de spaii de lucru la prima3

treapt, iar - coeficientul global de debit al compresorului, calculat cu relaia: (4'19> fiind coeficientul global de debit al primei trepte, calculat cu relaia (4.3) i (4.5) Cilindreea treptelor urmtoare se calculeaz cu relaia:V *

'>

''/

r * ^(y-I) cO-l)

(4.20)

Pentru aceeai curs la toate spaiile de lucru, diametrele cilindrilor de comprimare la treptele urmtoare se calculeaz cu relaia:

Compresoarc

113

;

Q-i)l

*o-p

j

'-a,-

7 " My-i) e-

aj

l

.lm . 3J

(4

v 1-0,1

l

0^ = 0,01;

m=i

=>

v =1-0,01

Q^ = 0,05;

m=l

=>

v = 1-0.05

0^ = 0,1 :

m= l

r=>

v =1-0.1

-l

172


.2"

.3 1

.4 f

.5 t

.6 \

1 t

8 t

9 -

10 -

- - -

11

.

12

Fig. 6.3 Diagrama de determinare a lui v funcie de p,/p

- Instalaii frigorifice

173

6.6.1.2 Influena laminrii vaporilor prin supapeLaminarea prin supape reprezint procesul de reducere a presiunii vaporilor Ia trecerea prin supape. Po - presiunea vaporilor n conducta de aspiraie; Po' - presiunea n cilindru: p, = P 0 - P > (6.101) Aceast diferen de presiune trebuie s acopere urmtoarele rezistene hidraulice: ^ = /?j + /?: + ^3 + p4 (6.102) p,-rezistena hidraulic n canalele racordurilor i supapelor de aspiraie: p:- rezistena hidraulic dat de ineria masei de vapori ce curge n cilindru: p3- rezistena hidraulic necesar nvingerii forei elastice a resortului supapei: p4- rezistena hidraulic necesar nvingerii ineriei maselor mobile ale supapei la deschidere. Obsen'aie In supapele de evacuare sunt pierderi de sarcin similare, care necesit o suprapresiune a vaporilor, la refulare din compresor fa de presiunea n condensator:

Fig. 6.4. Procesul de comprimare a unui ga/ n compresorul cu spaiu vtmtor, cu laminarea n supape. (6.103) iar n cazul n care nu se ine seama de laminare: (6.104)

174


Notm:

(6.105)

Coeficientul de laminare, care se determin innd cont de faptul c evoluia (IM") este considerat izoterm: (6.106) ''i 58 *', O+

Po

(6.107) (6.108)

O

(6.109)

Cum 'o

manualul ofiterului mecanic - vol2 - scan

Documents