7/25/2019 calcul instalatie combustibil

1/5

Construcia i calculul motoarelor cu ardere intern navale i a sistemelor auxiliare460

12.2. Calculul sistemului se alimentare cucombustibil

12.2.1. Calculul volumelor tancurilor decombustibil

Tancurile de combustibil (paragraf 12.1.4) sunt

uzual duble, simetrice, fa de planul diametral,unul putnd fi de rezerv. Tancurile sunt saturate nvederea alimentrii, aerisirii, preaplinului, golirii,purjrii, indicrii de nivel maxim i minim, fie, uzual,prin sticle de nivel, fie prin semnalizatoareelectromagnetice de nivel maxim i minim, conformprescripiilor RNR. La navele moderne poate existaun tanc suplimentar ntre cel de decantare i cel deconsum, ca i sisteme de alimentare n comun(Unifuel System) a MP i MA.

Volumul tancului de consum combustibil greu secalculeaz cu relaia:

[ ], (1)321 mCCCVcg

hcgc

]

]]

unde -numrul de carturi n care se facealimentarea continu cu combustibil greu din tanculrespectiv; -coeficient de majorare avolumului efectiv al tancului, datorit adereneireziduurilor petroliere vscoase de pereii tancului;

-consumul orar de combustibil:

611 =C

1.107.12 =C

[ hKgCh /

eeh PcC = , (2)

[ kWhkgce / -consumul specific efectiv decombustibil; -puterea efectiv a motorului;[KWPe

3/mKgcg -densitatea combustibilului greu.

Volumul tancului de consum de motorin este:

][)%2520( 3mVVcgcmc

. (3)

Volumul tancurilor de decantare i se

obine din relaiile (1) i 3), fcnd .cgd

Vmd

V

61=C

Volumul tancului de preaplin este:33 )%105(3.0 mVmV

cgcpr + . (4)

Volumul tancului de reziduuri de combustibileste:

kWmVrez 1000/)1.003.0( 3 , (5)

iar al celui de ape uzate:

cgcuzateape VV )%128( (6)

12.2.2. Stabilirea cantitii de combustibilnecesare a fi ambarcate la bord

Notm cu A [mile]-autonomia navei i cu V [Nd]-viteza sa. Cantitatea total de combustibil necesarla bord este:

][tGGG stmars += , (7)

unde -cantitatea de combustibil necesarefecturii marului:

marsG

[ ]ttCitCtCG DGDGhDGcaldcaldhMPMPhmars310)(

++=

(8)

[ ]hKgCCCDGhcaldhMPh /,, -consumurile orare de

combustibil ale motorului principal MP, alecaldarinei cu arztor i ale celor motoare

auxiliare (DG.-uri); -timpul defuncionare al motorului principal:

DGi

DGcaldMP ttt ,,

[ ]hV

AtMP = , (9)

respectiv al caldarinei i al unui diesel-generator; s-au notat cu A , respectiv V -autonomia i vitezanavei.

Cantitatea de combustibil necesar n staionareeste dat de relaia:

( )

( ) ] [ ]ttCitCtCitCG

DGDGhDGcaldcaldh

DGDGhDGcaldcaldhst

310++

++=

incarc.fara

incarc.cu,(10)

cu i -numrul de DG.-uri care funcioneaz ncazul operaiunilor de ncrcare-descrcare dintimpul staionrii; i -numrul de DG.-uri carefuncioneaz n cazul absenei operaiunilor dencrcare-descrcare; din relaiile anterioare,defalcm combustibilul pe sorturi, combustibil greui motorin:

cgstcgmarscg GGG += (11)

i

cgmstmmarsm GGGG ++= )%2015( , (12)

unde majorarea cu )%2015( reprezint o marjde siguran datorat necesitii funcionriimotorului principal cu motorin la pornire i nregim de manevr.

Volumele corespunztoare de combustibilnecesar a fi ambarcat la bord vor fi:

[ ]321 mG

CCVcg

cg

cg = (13)

C 1

C 2

C 3

C 4

C 5

C 6

C 7

C 8

C 9

C 10

C 11

C 12

C 13

C 14

C 15

C 16

C 17

C 18

C 20

C 21

C 22

C 23

C 24

C 25

C 26

C 27

C 28

C 29

C 30C 31

C 32

C 33

C 34

C 35

C 36

C 37

C 38

C 39

C 40

C 41

C 42

C43

C 44

C 45

C 46

C 47

C 48

C 49

C 50

C 51

C 52

C 53

C 54

C 55

C 56

7/25/2019 calcul instalatie combustibil

2/5

Sistemul de alimentare cu combustibil a motoarelor navale 461

i:

[ 321 mG

CCVm

mm = ], (14)

cu 1.107.1;2.115.1 21 == CC .

12.2.3. Calculul de alegere a pompelor decombustibil

Pompele de circulaie de combustibil sunt,uzual, pompe cu roi dinate, cu antrenareindividual (electropompe), conform celorprezentate la 12.1.2.

Pompa se alege la intersecia dintrecaracteristica pompei i caracteristica instalaiei,aceasta reprezentnd variaia debitului curezistenele hidraulice de pe traseu. Debitul al

pompei se stabilete dup relaia:

pQ

=

h

m

i

VCQp

3

1 , (15)

unde -coeficient ce ine seama deeventuala scdere a randamentului pompei ntimpul funcionrii; -numrul de pompe ce potfunciona simultan; -durata de vehiculareacombustibilului de ctre pompele de circulaie; V -volumul de combustibil vehiculat de pompe:

17.112.11 =C

i

][h

cgc

VV= . (16)

n cazul acionrii cu motoare electrice, putereamotorului electric de acionare a pompei va fi:

[KWHQ

CPp

pp

mp3

2 103600

= ] , (17)

unde 2/mNHp -nlimea de refulare a pompei;

-randamentul pompei;p 20.110.1

2 =C

-coeficient de rezerv de putere.Se dimensioneaz tubulaturile de combustibil pe

aspiraia / refularea pompei:

[ mmw

Qd

refasp

p

refasp

)(

3

)( 3600

410

= ] , (18)

cu vitezele pe tubulatura de aspiraie, respectivrefulare a pompei, n funcie de sortul decombustibil: ;

; ;

.

smw DFOasp /2.17.0 =

smw DFOref /4.19.0 = smw HFOasp /6.03.0 =

smw HFOref /14.0 =

Diametrele se majoreaz la valoarea imediatsuperioar din STAS i se obine diametrul nominal( ); valoarea grosimii evii se alege din STAS i

aceasta se verific dup RNR, n funcie de clasatubulaturii:

nomd

cbsss RNRSTAS ++= 0 , (19)

unde:

[mmp

pds

+

=20

0 ], (20)

cu -diametrul exterior al evii; -coeficient derezisten adimensional: pentru evi trase;

d 1= -

rezistena admisibil:

=

2

2.0

18,27

minmm

NRR tm , (21)

tm RR 2.0, -rezistena la rupere, respectiv limita decurgere convenional la temperatura de calcul t;

[ ]barp -presiunea de calcul a fluidului: barp 10= ;b -coeficient de siguran ce ine seama desubierea evii datorit ndoirii:

[mmsR

db 05.2

1= ] , (22)

R c-raza de curbur; -coeficient de adaos decoroziune: 1=c .

12.2.4. Calculul de alegere a nclzitoarelor decombustibil

Se determin debitul de cldur necesarnclzirii combustibilului:

[ hKJTTCQQ cv /)( 12 ]= (23)

hmQv /3

-debit de combustibil vehiculat i anume:(15), sau -debitul separatoarelor;pQ sQ

3/980 mKgc = -densitatea combustibilului;

[ ]KkgkJC /2168.1 = -cldura specific acombustibilului; -temperatura absolut de intrarea combustibilului n nclzitor, pentru care

1T

Ct 651 ; , respectiv -se determin dindiagrama vscozitatetemperatur (paragraf12.1.2); n acest fel se asigur o vscozitateredus a combustibilului naintea pompei deinjecie. Odat determinat , se calculeaz din

(23), pe baza cruia se poate stabili debitul de aburnecesar nclzirii combustibilului:

2T 2t

2t Q

C 1

C 2

C 3

C 4

C 5

C 6

C 7

C 8

C 9

C 10

C 11

C 12

C 13

C 14

C 15

C 16

C 17

C 18

C 20

C 21

C 22

C 23

C 24

C 25

C 26

C 27

C 28

C 29

C 30C 31

C 32

C 33

C 34

C 35

C 36

C 37

C 38

C 39

C 40

C 41

C 42

C43

C 44

C 45

C 46

C 47

C 48

C 49

C 50

C 51

C 52

C 53

C 54

C 55

C 56

7/25/2019 calcul instalatie combustibil

3/5

Construcia i calculul motoarelor cu ardere intern navale i a sistemelor auxiliare462

[ ]hkgr

QQa /= , (24)

cu -cldura latent a aburului saturat:

dac presiunea aburului saturat

este i dac

.

[ kgkJr / ]kgkJr /2109=

barpa 2= kgkJr /2164=

barpa 3= Calculul const n determinarea suprafeei deschimb de cldur:

[ 21 mTK

QCS

m= ], (25)

cu -coeficient de majorare asuprafeei de schimb de cldur;

19.110.11 =CK-coeficient

global de schimb de cldur:

KmkWK 2/466.0117.0 = , -diferena detemperatur medie logaritmic:

mT

min

max

minmax

lnT

T

TTTm

= , (26)

n care temperaturile ce apar in cont de valoriletemperaturii agentului de nclzire (abur saturat latemperatura ) i de temperaturile la intrarea i

ieirea combustibilului din nclzitor i (fig. 1,

diagrama temperatur T-suprafaa de schimb decldur ):

at

1t 2t

S

=

=

2min

1max

ttT

ttT

a

a , (27)

Ctao84.151= dac i

dac .

barpa 5= Ctao54.133=

barpa 3=12.2.5. Calculul de alegere a separatoarelor de

combustibil

Se determin numrul de separatoare:

ss

ss

Q

Vi

= (28)

unde:

cgds VV = , (29)

hmQs /3 -debitul separatoarelor; [ ]hs -durata

separrii.

12.2.6. Alegerea filtrelor de combustibilFiltrul dinaintea vscozimetrului: automat, dublu,

cu nclzire cu abur se alege conform cerinelorprezentate la 12.1.4.

12.2.7. Calculul pompei de injecieCalculul pompei de injecie const n

determinarea diametrului pistonaului i a

cursei a acestuia. n paragraful 12.1.4, figura 1,s-a prezentat variaia , n care s-au

evideniat zonele caracteristice ale cursei: -cursacorespunztoare obturrii orificiilor de aspiraie,comprimrii combustibilului, dilatrii prin deformareplastic a cilindrului pompei de injecie i atubulaturii de nalt presiune; -cursa de injeciepropriuzis (A-B), care se ncheie n punctul B, ncare viteza pistonului este maxim; aceastafavorizeaz desfurarea n continuare a

procesului de injecie, astfel nct n ultima sa fazs nu apar fenomene de picurare acombustibilului, ceea ce ar nrutii procesul deardere; -cursa de ncetinire a vitezei pistonauluiB-C: viteza pistonului n C este nul (injecia nu sencheie).

pd

h

)(= fh

1h

2h

3h

Cursa total a pistonului va fi:

][321 cmhhhh ++= . (30)

Curselor , , le corespund fraciunile de

volum de combustibil injectat , , , astfel

nct volumul total este:

1h 2h 3h

1V 2V 3V

][ 3321 cmVVVVt ++= . (31)

Explicitm termenii din (31):

]['""' 31111 cmVVVV ++= , (32)

n care corespund celor trei fenomene

ce se produs n timpul cursei i anume:

'",",' 111 VVV

1h

-volumul corespunztor obturrii orificiului deaspiraie:'1

V

C 1

C 2

C 3

C 4

C 5

C 6

C 7

C 8

C 9

C 10

C 11

C 12

C 13

C 14

C 15

C 16

C 17

C 18

C 20

C 21

C 22

C 23

C 24

C 25

C 26

C 27

C 28

C 29

C 30C 31

C 32

C 33

C 34

C 35

C 36

C 37

C 38

C 39

C 40

C 41

C 42

C43

C 44

C 45

C 46

C 47

C 48

C 49

C 50

C 51

C 52

C 53

C 54

C 55

C 56 Fig. 1

7/25/2019 calcul instalatie combustibil

4/5

Sistemul de alimentare cu combustibil a motoarelor navale 463

[ 32

14' cmh

dV or

p

= ] , (33)

cu -nlimea orificiului de aspiraie;orh

-volumul corespunztor fenomenului decompresibilitate a combustibilului:"1V

, (34)cinjVpV ="1

unde -coeficient de compresibilitate a

combustibilului:

daN

cm2

4102

1

= , -vo-

lumul supus comprimrii, -

presiunea de injecie;

][ 3cmVc

]/[ 2cmdaNpinj

-volumul corespunztor dilatrii prin

deformare plastic a cilindrului pompei deinjecie i a tubulaturii de nalt presiune; notm:

-razele interioar i, respectiv,exterioar ale tubulaturii de nalt presiune,

-lungimea tubulaturii de nalt presiune,

-creterea diametral a peretelui tubulaturiide nalt presiune:

'"1V

][, cmrr ei

][cml

ir

+

+=

22

22

ie

ieiinji

rr

rr

E

rpr , (35)

cu E-modulul de elasticitate longitudinal almaterialului conductei, -coeficientul luiPoisson; volumul analizat va fi:

[ ] ][)('" 3221 cmlrrrV iii += . (36)

Din cele de mai sus, rezult valoarea primeiporiuni a cursei pistonului:

2

11

4

pd

Vh

= . (37)

Dac se cunoate legea de variaie a vitezei npe intervalul de mrime cunoscut , seselecteaz valorile acesteia n punctele A i B, sause iau din intervalele uzuale: ,

, dup care se calculeaz

viteza medie a pistonului pe acest interval:

[ RAC2 ]

scmwpA /)8040(

scmwpB /)200150(

[ scmww

w pBpA

p /2

+= ] , (38)

iar de aici cursa de injecie este:

][22 cmwh p = , (39)

unde 2 -durata injeciei:

][6

22 s

n

= (40)

i mai departe volumul corespunztor cursei dearmare:

[ 322

24

cmhd

V p

= ]. (41)

Pentru acest volum se utilizeaz n continuare oalt form de scriere:

c

ccKV

=2 , (42)

unde K-coeficient de majorare ce ine seama deeventualele scurgeri prin neetaneiti ieventualele funcionri n regim de suprasarcin:

6.14.1 =K ; -cantitatea de combustibil injectatpe un ciclu ntr-un cilindru:

cc

[ cilKgn

i

Cc

hc /

602

= ] , (43)

]/[ minrotn -turaia motorului, -numrul de timpi

de funcionare; utiliznd pentru consumul orarrelaia (2), se obine:

hC

][602

32 cm

ni

PcKV

c

ee

= , (44)

iar din (41) cu introducerea lui (39) i (40):

nw

dV p

p

64

2

2

2

= . (45)

n continuare, egalm (44) cu (45) i obinem:

nw

d

ni

PcK p

p

c

ee

64602

2

2

=

, (46)

de unde:

][5 2

cmwi

PcKd

pc

eep

= . (47)

Pentru ultima poriune a cursei, n vederea

respectrii condiiilor menionate anterior pentruaceast zon, se adopt:

23 )18.0( hh . (48)

C 1

C 2

C 3

C 4

C 5

C 6

C 7

C 8

C 9

C 10

C 11

C 12

C 13

C 14

C 15

C 16

C 17

C 18

C 20

C 21

C 22

C 23

C 24

C 25

C 26

C 27

C 28

C 29

C 30C 31

C 32

C 33

C 34

C 35

C 36

C 37

C 38

C 39

C 40

C 41

C 42

C43

C 44

C 45

C 46

C 47

C 48

C 49

C 50

C 51

C 52

C 53

C 54

C 55

C 56

7/25/2019 calcul instalatie combustibil

5/5

Construcia i calculul motoarelor cu ardere intern navale i a sistemelor auxiliare464

Cunoscnd acum diametrul pistonaului, pebaza relaiilor (37), (39) i (48), se determin icursa din relaia (30).

12.2.8. Calculul injectorului

Realizarea injeciei presupune ndeplinireacondiiei: fora de presiune ce acioneaz pesuprafaa conic a acului trebuie s nving forede strngere a arcului, conform celor prezentate la12.1.4:

4

)( 22 dDpF inj

< , (49)

unde -diametrul acului injectorului; d-diametrulla baz al vrfului conic al acului injectorului (fig. 2)

D

Calculul injectorului const n determinarea

diametrului al orificiilor duzei pulverizatorului.Pentru aceasta, scriem ecuaia de continuitate:

id

ntre seciunea de refulare a combustibilului dinpompa de injecie i ieirea din injector:

ii

p

pw

dzw

d

=

44

22

, (50)

cu z numrul de orificii; -vitezacombustibilului la ieirea din orificiu;

iw

ntre seciunea de dup acul injectorului i ceade dup injector (la ieirea combustibilului dinpulverizator n camera de ardere):

, (51)iiacac wAwA =

cu -seciunea dup acul injectorului; -

viteza dup acul injectorului; -seciunea deieire din injector:

acA acw

iA

ii

i wd

zA

=4

2

. (52)

Se exprim urmtoarele cderi de presiune: cderea ntre presiunea de refulare a pompei i

presiunea de injecie:

c

c

acinjp

wpp

=2

2

2 (53)

cderea de presiune ntre camera de injecie ipresiunea din cilindru:

c

c

icilinj

wpp

=2

2

2, (54)

c -coeficient de pierdere de vitez datorat

frecrilor: 9.08.0 =c .Cderea total de presiune la injecie se obine

prin nsumarea membru cu membru a ecuaiilor(53) i (54), cu utilizarea relaiilor (50)(52):

.24

1

21

21

22

2

22

2

2

2

2

22

2

2

2

2

2

2

2

2

2

c

c

ac

i

i

pp

c

c

ac

i

i

pp

c

c

i

acic

c

ic

c

accilp

A

dz

d

d

z

w

A

A

d

d

z

w

w

ww

wwpp

+

=

=

+

=

=

+=

+

=

(55)

Din (39) i (40), se obine:

2

2

2

2 6

=

=

nhhwp , (56)

care se introduce n (55):

2

22

2

2

2

2

2

241

6

c

c

ac

i

i

p

cilpA

dz

d

d

z

hnpp

+

= . (57)

Pentru asigurarea unei viteze necesarrealizrii unei injecii corespunztoare, trebuie simpunem o anumit cdere de presiune total;impunnd numrul de orificii

iw

z , din (57) rezult .id

C 1

C 2

C 3

C 4

C 5

C 6

C 7

C 8

C 9

C 10

C 11

C 12

C 13

C 14

C 15

C 16

C 17

C 18

C 20

C 21

C 22

C 23

C 24

C 25

C 26

C 27

C 28

C 29

C 30C 31

C 32

C 33

C 34

C 35

C 36

C 37

C 38

C 39

C 40

C 41

C 42

C43

C 44

C 45

C 46

C 47

C 48

C 49

C 50

C 51

C 52

C 53

C 54

C 55

C 56

Fig. 2