marți, 29 martie 2011

Instalaţii navale

NOŢIUNI GENERALE PRIVIND INSTALAŢIILE NAVALE


Elemente componente comune ale instalaţiilor cu tubulaturi şi ale celor care folosesc sisteme similare


3. Armături. Armăturile sunt dispozitive cu rol de dirijare a fluidului pe conducte sau pentru a modifica parametrii de stare (în general debitul şi sarcina) a acestor fluide.

Majoritatea armăturilor sunt constituite din valvule de diverse tipuri: cu ventil, cu sertar, de siguranţă, etc. – când diametrul interior de cuplare la tubulatură este mai mic de 32 mm (Dn < 32 mm) valvulele poartă denumirea de robineţi.

Având în vedere rolul funcţional al armăturilor acestea se clasifică astfel :

a) armături de trecere - reglează debitul închizând parţial sau total secţiunea de trecere:
b) armături de trecere şi reţinere – permite trecerea şi reglarea debitului în sensul săgeţii neînegrite: c) armături de distribuţie

casetă de distribuţie cu trecere


casetă de distribuţie cu reţinere



d) armături de manevră - realizează schimbarea sensului de circulaţie a fluidului în instalaţie.

Armăturile de manevră sunt construcţii compacte care trebuie să aibă indicaţii pentru manevre foarte clare.

e) armături de reglaj - au rolul de a regla valorile unor parametri ai fluidului din instalaţii, fie în sensul limitării (superioară - inferioară), fie în scopul menţinerii unui parametru la o valoare fixă optimă.


f) armături ce modifică faza unui agent de lucru – în această categorie sunt incluse oalele de condens utilizate în instalaţia de încălzire cu abur.


g) coturi şi derivaţii – realizează schimbarea direcţiei fluidului pe tubulaturi


f) servovalve – sunt valve comandate de la distanţă care pot realiza o serie de cerinţe ca: debite variabile corespunzătoare rolului funcţional al instalaţiei deservite, presiuni proporţionale cu un curent de intrare, etc. – acţionarea lor poate fi făcută electric, hidraulic sau pneumatic, etc.

Instalaţii navale



NOŢIUNI GENERALE PRIVIND INSTALAŢIILE NAVALE

Optimizarea diametrului tubulaturii în funcţie de cheltuielile de construcţie şi exploatare



La proiectarea unei instalaţii cu tubulaturi se cere ca aceasta să transfere un debit Q, la o viteză de transport v şi nelimitându-se pierderile de sarcină h, ceea ce se poate realiza cu o gamă largă de diametre d. Astfel, instalaţiile cu tubulaturi de diametre mari au pierderi de sarcină mici, cheltuieli de exploatare mici, dar cheltuielile de investiţii sunt mari.


Soluţia optimă este aceea în care cheltuielile legate de construirea şi exploatarea instalaţiei sunt minime.


Cheltuielile de construcţie depind de masa mt a tubulaturii:


mt = ρ1π×d×s×L


unde: ρ1 - este densitatea materialului tubulaturii [kg/m3]; d, s, L – diametrul, grosimea pereţilor şi lungimea tubulaturii.


Cheltuielile de construcţie C1 sunt:


C1 = k×p1×ρ1×π×d×s×L


unde: k este coeficientul de majorare a cheltuielilor de construcţie, datorită necesităţilor de montaj; p1- costul unităţii de masă de tubulatură [lei/kg]


Pentru durata de exploatare a instalaţiei 1/p ani din totalul cheltuielilor de construcţie, revine anual cota A1=pC1 [lei/an]


Considerând H sarcina instalaţiei [m coloană apă] şi σ rezistenţa admisibilă a materialului tubulaturii, grosimea pereţilor s se poate exprima, în funcţie de presiunea interioară ρfgH (rf fiind densitatea fluidului )cu relaţia:


s= ρf×g×H×d/2 ×s astfel încât se poate scrie că:



A1=k1d2 şi


k1=p×p×p1k ×g×ρ1ρfLH /2σ


Toate mărimile incluse în constanta k1 sunt independente de diametru.


Cheltuielile de construcţie pentru maşinile hidropneumatice ale instalaţiilor depind de puterea instalată:


P2fgQh/1000η [kw]


Dacă p2 [lei/kw] este costul specific al maşinilor, cheltuielile anuale de amortizare a maşinilor, A2 sunt:


A2 = p2p×ρfg×Q×h /1000×η


sau ţinând cont de variaţia parabolică a sarcinii cu debitul rezultă:


A2=k2d-5 [lei/an] unde k2=8×103p2 ρf pQ3λl /p2η


Mărimea k2 este independentă de diametru.


Cheltuielile anuale de exploatare A3 reprezintă costul energiei consumate anual prin frecări. Puterea P3 necesară învingerii rezistenţelor h este :


P3=10-3 ρfghQ


Energia pierdută anual pin frecare pentru t ore de funcţionare a instalaţiei este: E=t×P3 [kwh/an]


Notând p3[lei/kwh], costul energiei consumate, se poate scrie:


A3=k3d-5 [lei/an] unde k3=8×103p2 ρf pQ3λl /p2


Toate mărimile incluse în expresia lui k3 sunt de asemenea independente de diametru d.


Cheltuielile anuale de construcţie şi exploatare sunt minime când suma A=A1+A2+A3 este minimă, soluţie a ecuaţiei obţinută prin derivarea lui A.


Ţinând cont de relaţiile de mai sus se poate scrie:


A=k1d2+(k2+k3)d-5


Suma A este minimă pentru diametrul care constituie soluţia ecuaţiei:


∂A/∂d=0=2k1d-5(k2+k3)d-6


deci valoarea optimă a diametrului este:


Instalaţii navale

NOŢIUNI GENERALE PRIVIND INSTALAŢIILE NAVALE


Elemente componente comune ale instalaţiilor cu tubulaturi şi ale celor care folosesc sisteme similare

Instalaţiile navale au multe elemente constructive comune, dintre care: maşinile hidropneumatice (pompe şi motoare hidraulice), tubulaturile, armăturile, elemente de comandă şi control, racordurile flexibile, tancurile de depozitare şi consum, compensatoarele de dilataţie şi comprimare a conductelor, suporţii pentru fixarea tubulaturilor şi armăturilor, etc.

1) Maşini hidropneumatice. Maşinile hidropneumatice sunt dispozitive din componenta instalaţiilor navale, care au ca scop de funcţionare modificarea nivelului energetic al fluidului, ce deserveşte instalaţia respectivă, prin conversie mecano-hidraulică. După tipul conversiei maşinile hidropneumatice se clasifică în:

a) motoare hidropneumatice - unde are loc conversia energiei hidropneumatice Ph în energie mecanică Pm:

Ph= QH η → Pm= Mω


b) generatoare hidropneumatice - unde are loc conversia energiei mecanice Pm în energie hidropneumatică Ph:ω


Pm= Mω η → Ph= QH

c) transmisii hidropneumatice - unde energia mecanică Pm se transferă în energie hidropneumatică Ph şi apoi tot în energie mecanică Pm1:

Pm → η1 → Ph→ η2 → Pm1


După principiul de realizare a conversiei energetice maşinile hidropneumatice se clasifică:


- maşini hidropneumatice cu principiu dinamic de funcţionare - sunt maşinile ce utilizează energia cinetica a vânei de fluid (presiunea dinamică);


- maşini hidropneumatice cu principiu static de funcţionare - sunt maşinile la care conversia de energie se face prin modificarea volumului de lucru.


Pornind de la aceste principii de funcţionare, maşinile hidraulice utilizate pe navă se pot cataloga conform tabelului ai jos:



La bordul navei maşinile hidropneumatice sunt foarte răspândite şi se regăsesc în componenţa instalaţiilor navale într-o gamă constructivă foarte largă.


2) Tubulaturi. Tubulaturile sunt trasee realizate din ţevi de diferite tipuri, în funcţie de rolul, utilitatea instalaţiei şi natura fluidului transferat.


Preponderent, la bordul navei se întâlnesc tubulaturile realizate din ţevi de otel în variantele: ţevi laminate şi ţevi trase pentru dimensiuni mici, ţevi sudate (pe generatoare sau elicoidal) şi ţevi turnate pentru diametre mari. Ţevile din cupru şi aliajele sale, care sunt utilizate la bordul navei, se întâlnesc în special la schimbătoarele de căldura şi în locurile unde există pericol de explozie prin lovirea ţevii. Tubulatura este caracterizată de diametrul nominal DN, de diametrul interior dn şi de presiunea nominala pn. Armăturile de trecere între ţevi se execută la valoarea diametrului interior şi toate aceste dimensiuni sunt standardizate (de obicei în ţoli). Presiunea nominală pn reprezintă valoarea medie a presiunii de funcţionare a instalaţiei în timp.


Observaţie: Pe tubulaturi poate fi întâlnită şi o valoare extremă a presiunii, numită presiune maximă. În acest caz presiunea maximă reprezintă 0,9 din presiunea la care se deschide valvula de siguranţă montată pe instalaţie.


Grosimea peretelui tubulaturii s se determina cu relaţia s = s0 + b + c


unde : s0 - grosimea peretelui din considerente de rezistenţă;


b - adaos datorită subţierii la îndoire;


c - adaos ce ia în calcul coroziunea datorată lichidului transferat.


Considerând semnificaţia mărimilor: D - diametrul exterior al tubulaturii; p - presiunea maxima în instalaţie; σα- rezistenţa admisibila la tracţiune; φ - coeficient ce ţine cont de procesul tehnologic de obţinere a ţevii (j = 1 pentru ţevi laminate şi trase; j >1 pentru ţevi sudate); R - raza de curbura a cotului de îndoit, se pot determina componentele principale ale grosimii peretelui tubulaturii.


Observaţie: Tubulaturile din oţel, prin care circulă apa de mare, trebuie supuse operaţiunii de zincare, în vederea protejării la coroziune.