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 (D_n < 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 m_t a tubulaturii:

m_t = 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 ρ_fgH (r_f fiind densitatea fluidului )cu relaţia:

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

A₁=k₁d² şi

k₁=p×p×p₁k ×g×ρ₁ρ_fLH /2σ

Toate mărimile incluse în constanta k₁ sunt independente de diametru.

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

P₂=ρ_fgQh/1000η [kw]

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

A₂ = p₂p×ρ_fg×Q×h /1000×η

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

A₂=k₂d^-5 [lei/an] unde k₂=8×10³p₂ ρ_f 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 ρ_fghQ

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 ρ_f 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 P_h în energie mecanică P_m:

P_h= QH → η → P_m= Mω

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

P_m= Mω → η → P_h= QH

c) transmisii hidropneumatice - unde energia mecanică P_m se transferă în energie hidropneumatică P_h şi apoi tot în energie mecanică P_m¹:

P_m → η₁ → P_h→ η2 → P_m¹

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 D_N, de diametrul interior d_n şi de presiunea nominala p_n. Armăturile de trecere între ţevi se execută la valoarea diametrului interior şi toate aceste dimensiuni sunt standardizate (de obicei în ţoli). Presiunea nominală p_n 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; σ_α- 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.