II - 1

CONSTRUCIA GENERATOARELOR DE ABUR NAVALE

2.1. Generatoare de abur cu volum mare de ap

Din aceasta categorie fac parte generatoarele de construcie mai veche, ca de exemplu, generatoarele cu tub de flacra i evi de fum, cu cutie de foc sau combinaii ale acestora.

2.2. Generatoare navale cu flacr ntoars

Un astfel de generator lucreaz la sarcini mici 12 15 [Kg abur / m2h] avnd o suprafaa de schimb de cldur care nu depete 280 [m2]. Avantajele generatoarelor cu flacr ntoars: - datorit coninutului mare de ap n raport cu suprafaa de nclzire, preiau uor variaiile brute de sarcin; - nu necesit o riguroas tratare a apei de alimentare. Dezavantajele generatoarelor cu flacra ntoars: - imposibilitatea de a ridica presiunea peste 20 [bar];

- greutate i dimensiuni impresionante la un debit mic de abur;

- inerie termic mare, motiv pentru care punerea n funciune depete 4 6 ore; - randamentul i debitul specific mici; - pericol de explozie cu consecine nsemnate. Navele auxiliare maritime (remorchere de diverse tipuri si destinatii ) precum si o

parte din navele fluviale folosesc pentru nevoile bordului generatoare pentru producerea

apei fierbini la o temperatur de 85 - 105 [oC]i o presiune 0,21 Mpa. Seciunea longitudinal i transversal printr-un astfel de generator este redat n figura 2.3.

Figura 2.1. Generator de abur ignitubular cu flacr ntoars:

1- ambrazur; 2- tub de flacr; 3- cutie de foc; 4- evi de fum; 5- colector; 6- canal gaze; 7- tub culegtor de abur; 8- economizor; 9- pulverizator.

II - 2

Figura 2.2. Generator de abur ignitubular cu flacr ntoars cu doua drumuri de fum: 1- virola

cilindrica; 2- plac tubular frontal; 3- cutie de fum; 4- tub focar; 5- cutie de fum anterioar; 6- evacuare gaze; 7- plac tubular posterioar; 8- 9- evi de fum.

Figura 2.3.. Generator de ap fierbinte ignitubular cu flacr ntoars cu doua drumuri de fum: 1- colector admisie ap; 2- plac tubular frontal; 3- cutie de fum frontal; 4- tub focar; 5- ieire ap

fierbinte; 6- colector ieire ap fierbinte; 7- cutie de fum anterioar; 8, 10, 12- evi de fum ; 9- evacuare gaze; 11 manta exterioar .

II - 3

2.3. Generatoare de abur cu volum mic de ap

Se mai numesc i generatoare acvatubulare, datorit faptului c suprafaa de nclzire a acestora este format din evi fierbtoare de oel nclzite pe dinafar de gazele de ardere i rcite la interior de amestecul ap-aburi. Realizarea de suprafee de nclzire din evi de diametre mici, mbuntete condiiile schimbului de cldur, permind obinerea de suprafee de nclzire mari i foarte mari, fr a fi nevoie s se mreasc diametrul tamburului. Acestea conduc la creterea debitului specific i implicit a posibilitii de a realiza debite mari de abur, reducnd simitor pericolul de explozie i n acelai timp micornd consumul de metal pe tona de abur produs. Formele constructive ale generatoarelor de abur navale difer de cele staionare, funcie de condiiile specifice impuse; volum, greutate pe tona de abur produs, destinaie. Primele doua condiii au vizat cu predilecie, generatoarele folosite pentru propulsie, mpreun cu un sistem adecvat, turbin cu abur sau main alternativ. Generatoarele de abur triunghiular simetrice (figura 2.6) sunt alctuite din doua colectoare inferioare (2) i unul superior (1) tambur. Denumirea de triunghiulare au primit-o datorit formei focarului (triunghi). ntre colectorul superior i colectoarele inferioare sunt dispuse snopurile de evi fierbtoare, (3,4), mprite funcie de sensul de circulaie al apei n evi cobortoare i urctoare (circulaie natural).

Figura 2.4. Forme constructive ale generatorului acvatubular vertical: I,II,III, - generatore de abur

triunghiulare simetrice; IV, V, VI, VII, - generatore de abur triunghiulare nesimetrice; VIII, XI,- generatore

de abur triunghiulare nesimetrice ecranate; IX,X, - generatore de abur cilindrice ecranate.

II - 4

Astfel focarul cuprinde ca suprafee de schimb de cldur numai zonele laterale n timp ce pereii verticali (frontal i dorsal) sunt cptuii cu crmid refractar. La astfel de generatoare se pot ataa suprafee auxiliare de nclzire, supranclzitoare de abur, prenclzitoare de aer, economizoare. Funcie de forma constructiv aleas supranclzitoarele pot fi de radiaie.

Figura 2.5. Seciune vertical printr-un generator naval triunghiular simetric: 1- colector

principal; 2- colector inferior;3- fascicol de tuburi; 4- supranclzitor; 5- focar; 6- pulverizatoare; 7-manta.

Generatoarele triunghiulare ecranate (figura 2.4,VIII,XI,X,IX,) prezint ntr-unul din borduri, n locul snopului de evi, un ecran alctuit din dou rnduri de tuburi alturate. Ecranul mpiedic scurgerea gazelor printre tuburi, forndu-le s prseasc generatorul pe un singur circuit. Dup ecran este fixat o tabl de oel (sicromal), care are rolul de a opri eventualele scpri de gaze printre tuburile ecranului i de a micora pierderile de cldur n exteriorul acestuia. Imediat n spatele ecranului sunt dispuse tuburile cobortoare care nu sunt nclzite de gazele din focarul generatorului.

Pentru generatorul triunghiular simetric din figura 2.34 tuburile mai apropiate de

focuri sunt nclzite mai intens, astfel nct amestecul de ap-abur tinde s se ridice ctre colectorul superior, iar apa din evile posterioare, fiind mai rece, coboar n colectorul inferior. Un astfel de contur de circulaie a apei poart denumirea de circulaie natural.

II - 5

2.4. Generatoare de abur ecranate

Prin ecran se nelege suprafaa de radiaie prin care, nu trece un curent de gaze de ardere i care primete cldur numai prin radiaie.

Figura 2.5 - Seciune vertical printr-un generator naval triunghiular ecranat nesimetric: 1- colector

principal; 2- colector inferior;3-fascicol de tuburi urctoare; 4- fascicol de tuburi cobortoare; 4-supranclzitor; 5- tuburi supranclzitor; 6- manta.

II - 6

Figura 2.6- Seciune transversal printr-un generator de abur naval triunghiular nesimetric cu

supranclzitor, economizor i prenclzitor de abur.

Un astfel de generator prezint greutate mic, capacitate mare i au debite de abur specifice mari. n figura 2.5 este prezentat o seciune vertical printr-un generator naval triunghiular ecranat nesimetric.

Figura 2.6. prezint un generator de abur naval cu economizor si prenclzitor de aer astfel: 1- prenclzitor de aer; 2-colector superior; 3-placa calmanta; 4-serpentin reglare temperatur abur supranclzit; 5-prelungitorul capului de alimentare cu ap; 6-tuburi urctoare; 7- tuburi cobortoare; 8-focar; 9-colector inferior; 10-fascicol de tuburi urctoare; 11-colector supranclzitor; 12-fascicl tuburi supranclzitor; 13- fascicol

II - 7

tuburi vaporizator final; 14-izolaie; 15- economizor. Un astfel de generator echipeaz nave cu specific petrolier unde nevoia de abur este mare.

Figura 2.7 - Generator de abur cilindric ecranat cu focar asimetric.

Figura 2.7 prezint schema seciunii transversale printr-un generator de abur cilindric ecranat cu focar asimetric la care: 1-este tambur; 2-economizor; 3-fascicol de

tuburi vaporizator final; 4-colector inferior; 5-izolaie termic; 6-fascicol de tuburi urctoare.

2.5. Elemente de calcul termic al generatoarelor de abur navale

Calculul termic de proiectare are ca obiectiv determinarea dimensiunilor

suprafeelor de radiaie i de convecie ale generatorului, astfel nct acesta s realizeze parametrii nominali dai prin tem. Tema de proiectare trebuie s conin: tipul generatorului (cu circulaie natural sau forat), parametrii nominali ai aburului primar i intermediar, combustibilul (analiza elementar sau tehnica ), temperatura apei de alimentare. Temperatura gazelor de ardere evacuate este aleas de proiectant. Se recomand urmtoarea ordine de calcul: - calculul debitelor i entalpia gazelor i aerului de ardere; - calculul randamentului i debitului de combustibil; - calculul termic al suprafeelor de radiaie; (dimensionarea focarului);

II - 8

- distribuia cldurii ntre suprafeele de convecie ale generatorului i calculul mrimii suprafeei acestora; - ntocmirea schemei circuitului termic al generatorului; Calculul termic de verificare, se ntocmete pentru un generator deja existent, sau numai pentru un schimbtor de cldur, fie la probe i ncercri fie n exploatare. Scopul su este de a determin indicatorii de funcionare la trecerea de la un combustibil la altul, la variaia sarcinii sau a altor parametrii precum i n urma reparrii unor suprafee de schimb de cldur. Calculul termic de verificare are urmtoarele obiective:

- determinarea randamentului generatorului i a consumului de combustibil; - determinarea regimului de temperaturi ale agentului cald i rece; n general calculul termic de verificare scoate n evident economicitatea i sigurana n exploatare a unui generator. Datele temei conin pe cele ale temei de proiectare i n plus datele constructive ale generatorului i schimbtoarele lui. Se admit temperatura de evacuare a gazelor i temperatura aerului nclzit Etapele de calcul sunt similare cu cele de la proiectare. Pentru suprafeele de convecie se admite cldura schimbat, dup care se determin temperatura de intrare i de ieire ale agenilor termici, care servesc la determin rea coeficientului global de schimb de cldur i a diferenei medii de temperatur; suprafaa calculat se compar cu cea cunoscut. Dac valoarea depete o anumit abatere impus calculele se reiau. Schema termic a unui generator de abur arat distribuia cldurii utile ntre schimbtoarele generatorului i poziia optim a acestora, n lungul canalelor de gaze de ardere. Fiecare suprafa se caracterizeaz prin regimul de temperaturi al agentului de lucru i prin valoarea fluxului termic, care conduc la o anumit temperatur a metalului evilor suprafeei respective. Schema termic ncepe cu alegerea sau realizarea circuitului termic al agentului de lucru ap-abur i care i propune o dispunere raional n curentul de gaze de ardere a economizorului, sistemului vaporizator, suprafeei de tranziie i supranclzitoarelor. La ntocmirea schemei termice a unui generator influeneaz urmtorii factori: combustibilul, parametrii aburului, existena nclzirii intermediare, mrcile de oeluri ale suprafeelor aezate n curentul de gaze cu temperaturi ridicate, temperatura de prenclzire a aerului. innd seama de valorile fluxului termic de la gaze la suprafeele montate n circuitele de gaze ale generatorului, se deosebesc trei zone: - ecranele i ecranele de radiaie bilateral ale focarului - unde schimbul de cldur determin nt este cel prin radiaie: fluxul termic de suprafa are valori cuprinse ntre 300 i 700 de Kw/m2 (n nucleul flcrii) ajungnd la 80 - 120 de Kw/m2 la ieirea din focar; - suprafeele paravan, festonul (dac exist) fascicolul vaporizator de convecie sau supranclzitoarele de convecie, n care schimbul de cldur are loc att prin radiaie ct i prin convecie cu valori ale fluxului de 50 la 100 Kw/m2; - suprafee de convecie (la care domin schimbul de cldur prin convecie) n care fluxul termic are valori de 50 la 100 Kw/m

2

Calculul termic de proiectare al unui generator de abur naval cuprinde

urmtoarele date: - condiiile de lucru ale generatorului; - debitul nominal;

- presiunea nominala;

II - 9

- temperatura nominala;

- debitul i parametrii aburului la intrarea i la ieirea din supranclzitor (dac generatorul este dotat cu supranclzitor); - temperatura apei de alimentare;

- debitul de purj; - debitul presiunea i temperatura aerului de ardere cu care este alimentat agregatul;

- felul i tipul combustibilului folosit, analiza elementar a acestuia, puterea calorific (se calculeaz), temperatura acestuia la introducerea n instalaia de pulverizare.

2.6. Construcia generatoarelor de abur navale

2.6.1. Supranclzitorul de aburi

Prin supranclzitor de aburi se nelege acel element constructiv al cldrii care are rolul de a acumula o parte din cldura gazelor pentru ridicarea temperaturii aburului generat de cldare. Prin ridicarea temperaturii aburului, acesta i mreste continutul de cldur si ca urmare, fiecare cantitate de aburi cu un continut suplimentar de cldur va fi capabil s produc un lucru mecanic mai mare n instalaiile mecanice (la maini). n felul acesta supranclzitorul contribuie la cresterea randamentului cldrii, deoarece mrind continutul de cldur al aburului, masinile vor consuma o cantitate mai mic de aburi pentru care cldarea la rndul ei va consuma o cantitate mai mic de combustibil. Construcia supranclzitoarelor depinde de tipul constructiv al cldrii si din aceast cauz supranclzitoarele pot fi pentru cldri cu flacr n tuburi sau pentru cldri cu ap n tuburi. ntrunul din colectoare ptrunde aburul saturat din cldare, iar n cellalt se acumuleaz aburul supranclzit, care va fi folosit n masinile principale ale navei. Trecnd prin elementele supranclzitorului, aburul reuete s-i ridice temperatura pn la 300330 oC. Supranclzitoarele cldrilor acvatubulare navale se mpart n suprnclzitoare verticale i supranclzitoare orizontale. Termenul vertical sau orizontal se refer la poziia tuburilor si nu a colectoarelor care, de regul, sunt dispuse orizontal la supranclzitoarele verticale i invers la cele orizontale.

Figura 2.8. - Schema unei cldri simetrice cu supran-clzitoarele dispuse n afara snopului convectiv de

tuburi

II - 10

Figura 2.9 - Supranclzitorul vertical dispus n interiorul snopului convectiv

Dup forma tuburilor, supranclziroarele cldrilor acvatubulare pot fi cu tuburi n form de serpentin (figura 2.10a) cu 2 colectoare, n form de bucl cu 2 colectoare (figura 2.10b) sau n form de bucl cu un colector (figura 2.10c). Primele dou tipuri se folosesc la supranclzitoarele orizontale, pe cnd cel de-al 3-lea (2.10c) se folosete la supranclzitoarele verticale. n prezent se tinde a se folosi la cldrile navale numai supranclzitoare verticale cu tuburi n form de bucl, deoarece dup funcionare se pot goli complet de ap. Datorit spargerii si tamponrii unui tub nu se pierde o suprafa prea mare de nclzire, cum s-ar ntmpla la supranclzioarele cu tuburi n form de serpentin. Pentru funcionarea normal a cldrii, supranclzitorul trebuie s fie bine fixat pe cldare. Fixarea supranclzitorului trebuie s asigure: - o poz. const. fat de cldare; - imposibilitatea deplasrii colectorului supranclzitorului n urma diferitelor efecte inertiale;

- posibilitatea dilatrii prin nclzire.

Figura 2.10a Supranclzitor n form de serpentin, cu dou colectoare

Figura 2.10b Supranclzitor n form de bucl, cu dou colectoare

II - 11

Figura 2.10c Supranclzitor n form de bucl, cu un colector

2.6.2. Economizorul

O alt suprafa auxiliar de nclzire a cldrii care poate fi ntlnit numai la cldrile de nalt presiune o constituie economizorul. Acesta are rolul de a acumula o parte din cldura gazelor ce se ndreapt spre cosul navei si a o reda unui circuit de ap ce urmeaz a intra n cldare. Economizorul este dispus n calea gazelor, dup snopul convectiv de tuburi si imediat dup supranclzitorul de aburi. El are ca scop nclzirea apei de alimentare a cldrii pn la o temperatur apropiat temperaturii apei din cldare. n mod normal, economizorul constituie o a doua treapt de nclzire a apei de alimentare. Prima treapt o constituie prenclzitorul de ap care folosete cldura latent a aburului prelucrat n mecanismele auxiliare. Din prenclzitor, apa de alimentare ptrunde n economizor unde, trecnd la o valoare cu 30 ... 40oC mai mic dect temperatura de saturaie din cldare. Economizorul se folosete la cldrile de nalt presiune, deoarece n aceste cldri temperatura de saturatie are valori mari, iar gazele din focar, avnd o vitez de scurgere mare, tind s prseasc cldarea cu o cantitate apreciabil de cld. Economizorul, ca o supraf. auxiliar de nclzire, are tocmai rolul de a micora pe ct posibil continutul de cldur al gazelor la evacuare i de a introduce aceast cldur n cldare o dat cu apa de alim. n felul acesta, apa de alimentare, intrnd cu o temperatur ridicat, va necesita o cantitate de cldur mai mic pentru a atinge temperatura de saturatie la care ncepe procesul de vaporizare. n principiu, economizorul este alctuit dintr-un numr de tuburi prin intermediul crora circul apa de alimentare, iar prin exterior, fiind splate de gazele de ardere. Tuburile economizorului pot avea forma unor serpentine dispuse orizontal i prinse n dou sau mai multe colectoare. Economizoarele se pot clasifica n:

II - 12

- economizoare nefierbtoare, la care apa se prenclzeste cel mult 2025oC sub temperatura de saturatie. Se confecioneaz din tuburi de font cu aripioare dispuse orizontal, avnd direcia de curgere a gazelor de ardere perpendicular pe ele; - fierbtoarele, la care apa se nclzete pn la temperatura de saturatie corespunztoare presiunea din cldare i se vaporizeaz parial (maxim 15% din debitul de abur trecut prin economizor). Se execut din tevi de oel fr suduri (trase) cu diametre de 3252 [mm], dispuse n serpentine paralele. Economizoarele din font sunt mai putin rezistente din punct de vedere mecanic si termic, dar sunt mai rezistente la coroziune.

Avantajele folosirii economizoarelor sunt:

- reducerea suprafeelor de nclzire a vaporizatorului; - folosirea rational a entalpiei reziduale a gazelor de ardere; - eliminarea parial a dilatrii inegale a prilor componente ale sistemului vaporizator; - reducerea variaiei de nivel a tamburului.

2.6.3. Prenclzitorul de aer

n focarele cldrilor navale moderne aerul este introdus dup ce n prealabil a fost nclzit. nclzirea aerului se face n prenclzitorul de aer, care constituie o suprafa auxiliar de nclzire a cldrii. Pentru nclzirea aerului se foloseste cldura gazelor evacuate de cldare. La cldrile care folosesc combustibili lichizi, nclzirea aerului se face pn la 200250 oC. nclzirea aerului constituie o msur eficace pentru cresterea randamentului cldrii, de-oarece aerul cald introdus focar va necesita o cantitate de cldur mai mic pentru echilibrarea temperaturii sale relative cu cea din focar.

Prin introducerea n focarul cldrii a aerului cald, creste intensitatea procesului de ardere a combustibilului, crete temperatura din focar i scad pierderile de cldur determinate de arderea incomplet. Creterea intensittii arderii permite mrirea debitului cldrii datorit intensificrii transferului de cldur ntre suprafeele de schimb de cldur i fluidul de nclzit. Prenclzitorul de aer const n principiu dintr-o serie de tuburi prin care circul aerul destinat nclzirii. n exterior, tuburile sunt nclzite de gazele de ardere care ptrund n coul navei. De regul, prenclzitorul de aer este ultima suprafa auxiliar de nclzire a cldrii si este dispus la baza coului. Gazele calde dup ce au dat o mare parte din cldura lor tuburilor cldrii, prsesc cldarea deinnd nc o cantitate apreciabil de cldur. n scopul utilizrii n ct mai mare msur a cldurii gazelor, n calea acestora se instaleaz supraf. de nclzire a prenclzitorului de aer. n acest fel se reuseste ca o oarecare cantitate de cldur a gazelor s se rentoarc n focar prin intermediul aerului cald.

Prenclzitoarele de aer pot fi executate cu tuburile dispuse orizontal sau vertical Tuburile prenclzitoarelor de aer folosite la nave pot avea diferite forme. Astfel, primele prenclzitoare de aer au fost cu tuburi avnd seciunea rotund. Acest tip de tuburi avea marele dezavantaj c opunea o mare rezisten aerodinamic gazelor n cadrul curgerii lor. Tipurile actuale de prenclzitoare de aer au tuburile cu diferite forme aerodinamice. n figura 2.11, sunt redate cteva forme de tuburi ale prenclzitoarelor de aer i

II - 13

modul de dispunere n calea gazelor. Singurul dezavantaj al tuburilor cu forma aerodinamic constant n procesul tehnologic mai complicat dect n cazul tuburilor cu seciune rotund.

Figura 2.11 Diferite forme de tuburi ale prenclzitoarelor de aer i dispunerea acestora n curentul de

gaze de ardere

Prenclzitoarele de aer fiind dispuse n zone cu temperaturi relativ mici, tuburile acestora funcioneaz n condiii termice mult mai uoare dect tuburile suprafeelor principale de nclzire. Din aceast cauz, grosimea tuburilor ete de 0,5 pn la 2 mm. Prinderea tuburilor se face n plci tubulare prin ndoire si lipire avnd grij ca ntr-una din pri, tuburile s aib posibilitatea de a se dilata. n practic nu se prea se ntlnesc cazuri ca una i aceeai cldare s fie dotat att cu prenclzitor de aer, ct si cu economizor. Prenclzitoarele de aer pot fi ntlnite la cldrile de joas presiune, iar economizoarele la cldrile de nalt presiune. n ceea ce priveste supranclzitoarele de aburi, acestea pot fi ntlnite la toate tipurile de cldri principale. 2.6.4. Instalaia de alimentare cu ap

Aceast instalaie trebuie sa asigure n permanen alimentarea cldrii cu o canitate de ap, funcie de debitul de vapori generai la un moment dat. Instalaia de compune din pompe de alimentare cu ap, pompe de circulaie, tancuri pentru depozitarea apei, valvule de trecere, aparate de msur i control, prenclzitorul de ap, economizorul i tubulatura de legtur.

Figura 2.12.- Schema instalaiei de alimentare cu ap a unei caldri

1 tanc de ap; 2 condensator; 3 filtru; 4 pomp; 5 prenclzitor; 6 economizor; 7 cap principal de alimentare; 8 cap secundar de alimentare

II - 14

Pompele trebuie s asigure n permanen o cantitate de ap de alimentare n concordan cu debitul de vapori, respective cu consumul de ap al cldrii. Pentru asigurarea unei caliti corespunztoare a apei de alimentare, aceasta trebuie supus unui control i unor analize periodice n vederea prevenirii apariiei depunerilor de sedimente. Problema principal aste reprezentat de meninerea nivvelului apei n cldare n timpul funcionrii ntre limitele admise, pentru a evita posibilitatea apariiei eventualelor avarii la nivelul diverselor componente ale instalaiei.

2.6.5. Instalaia de alimentare cu combustibil

Condiiile de exploatare a instalaiilor de for cu abur navale au impus anumite cerine combustibililor ce urmeaz a fi folosii n instalaiile de cldri navale. Combustilililor navali li se impun urmtoarele condiii: - aprindere usoar; - ardere prin folosirea oxigenului existent n atmosfer; - produsele arderii s nu distrug materialele cu care intr n contact - n urma arderii s fie degajat o canitate ct mai mare de cldur; - s-i pstreze timp ndelungat calitile sale fizico chimice; - s poat fi uor depozitat la bordul navei; Cldrile navale moderne folosesc n calitate de combustibil, combustibili sepciali, cu ameste de 75% motorin, 10% petrol i 15% pcur. Acest combustibil corespunde cerinelor prezentate mai sus. Trecerea de la folosirea combustibililor solizi la cei lichizi a fost determinat de: - puterea calorific superioar a combustibililor lichizi n comparaie cu cei solizi, micorndu-se n acest fel cantitatea de combustibil necesar la bord.; - posibilitatea pulverizrii combustibilului n particule mici, mbuntindu-se astfel arderea;

- micorarea drastic a cantitii de reziduuri rezultate n urma arderii; - depozitatea i manipularea acestor combustibili la bord este mult mai facil n comparaie cu a combustibililor solizi. Instalaia de alimentare cu combustibil asigur aducerea combustibilului sub presiune si pulverizarea lui n focarul cldrii. Ea se compune din: tanc de combustibil (bunker, de decantare), pompe de combustibil, filtre grosiere i fine, prenclzitoare de combustibil, valvule, tubulaturi i pulverizatoare.

II - 15

Figura 2.13 Instalaia de combustibil a unui generator de abur naval

1tk de decantare; 2 tk de serviciu; 3 filtru grosier (rece); 4 prenclzitor de cb; 5pompa de alim cu cb; 6baterie de filtre calde; 7pulveriza-toare; 8tubulat retur; F focar

Tancurile de combustibil sunt dispuse n apropierea compartimentului cldri. Capacitatea lor este aleas astfel nct s poate depozita o cantitate de combustibil care s asigure funcionarea nentrerupt a cldrii pentru un timp stabilit. Instalaia de alimentare cu combustibil a cldrii trebuie s aib posibilitatea transferului de combustibil ntre diferite tancuri ale instalaiei astfel nct s poat fi controlat att asieta navei c i funcionarea normal a cldrii. Pompele de combustibil sunt de dou feluri: pompe de transfer si pompe de alimentare. Pompele de transfer asigur aspiraia combustibilului din tancul de bunker i trimiterea lui n tancul de serviciu sau ntr-un alt tanc. Pompele de alimentare aspir combustibilul din tancul de serviciu imprimndu-i o anumit presiune, necesar pentru a bun pulverizsre i pentru o dozare corect a combustibilului n procesul de ardere, funcie de sarcina cldrii la un moment dat.Cele mai utilizate pompe pentru manipularea acestui tip de combustibil sunt: pompe cu piston,

centrifuge, cu roi dintate sau pompe cu surub melcat. Folosirea unui anumit tip de pomp pentru efectuarea de diferite operaiuni cu combustibilii caldrilor navale se face funcie de natura combustibilului i de vscozitatea acestuia. Filtrele de combustibil sunt reci sau calde. Cele reci asigur filtrarea combustibilului temperatura mediului sau la o temperatur apropiat de cea din tancul de serviciu. Bateria de filtre este dispus naintea prenclzitorului. Filtrele calde asigur filtrarea dup ce combustibilul a trecut prin prenclzitor. Acestea au rolul de a retine impuritile ce nu au fost reinute n filtrele reci.

II - 16

Prenclzitorul de combustibil este un schimbtor de cldur destinat nclzirii combustibilului naintea intrrii n pulverizatoare. nclzirea este necesar pentru reducerea vscozitii, asigurndu-se astfel mbuntirea pulverizrii. Pentru asigurarea prenclzirii combustibilului se utilizeaz cldura aburului prelucrat n diferite maini i mecanisme auxiliare de la bord. Funcie de natura combustibilului folosit, temperatura de prenclzire e cuprins ntre 70110 oC. Armturile si valvulele asigur legtura, cuplarea si decuplarea tuturor celorlalte elemente ale instalaiei. Tubulatura de combustibil e izolat termic pentru reducerea pierderilor de cldur. Pulverizatoarele cu jet de vapori sau cu jet de aer folosesc energia cinetic a jetului n scopul asigurrii unei bune pulverizri a combustibilului. Aceste pulverizatoare necesit o instalaie pentru introducerea aburului sau aerului comprimat. Pulverizatoarele mecanice folosesc energia cinetic a jetului de combustibilului care trece prin pulverizator cu ajut unor pompe. Aceste pulverizatoare pot asigura

reglarea calitativ sau cantitativ a debitului de combustibilului necesar procesului de ardere la variaia sarcinii cldrii. Reglarea cantitativ const n reglarea cantittii de combustibilului ce prsete pulverizatorul, meninnd presiunea constant. Reglarea calitativ a debitului de combustibilului pulverizat se asigur prin variaia presiunii combustibilui n tubulatura la care e racordat pulverizatorul. Reglarea cantitativ e cea mai des utilizat si se realizeaz cu ajutorul valvulei de nchidere a combustibilului spre pulverizator i a unor duze. Ambarcarea i pstrarea combustibilui la bord implic urmtoarele operaiuni: - primirea certificatului de analiz a combustibilului solicitat i studierea lui; - efectuarea msurtorilor n tancurile proprii, stabilirea cantitii totale de combustibil existent la bord;

- stabilirea tancului ce urmeaz a fi umplut cu combustibilul solicitat i stabilirea modalittii de livrare, aceasta presupunnd legtura cu furnizorul; - asigurarea pe tot parcursul ambarcrii a unor msuri deosebite privind normele PSI; - dup livrare, recoltarea unei probe din combustibilul furnizat i sigilarea acestei probe n vederea efecturii unor eventuale probe de laborator.

2.7. Apa de alimentare a cldrilor

Pentru funcionarea normal si ndelungat a cldrii, trebuie ca aceasta s fie alimentat cu ap ct mai curat, fr impuritti mecanice sau chimice. n cldare are loc un proces continuu de vaporizare.

Pentru eliminarea sau neutralizarea, srurilor rezultate n urma vaporizrii apei din caldare se utilizeaz diferite metode de tratare a apei pentru cldri. Calitatea apei vehiculat prin instalaie este caracterizat cu ajutorul urmtorilor incdici de calitate:

Duritate temporar. Acest indice caracterizeaz prezena bicarbonatilor de calciu [Ca(HCO3)2] i bicarbonailor de Mg [Mg(HCO3)2] n ap. Prin fierberea apei aceti bicarbonai se descompun formnd carbonai indisolubili:

Mg(HCO3)2=MgCO3+H2O+CO2.

Carbonaii de Ca si de Ma [CaCO3 si MgCO3] se depun sub form de nmol.

II - 17

Duritatea permanent. Constituie indicele ce caracterizeaz prezena sulfailor i clorurilor de Ca i Ma care n timpul nclzirii apei nu se depun, ci rmn dizolvai n masa apei contribuind la formarea crustei. Creterea concentraiei de astfel de sruri n apa cldrii face ca acestea s se depun sub form de crust. Din srurile care compun duritatea permanent a apei, elementul care are cea mai mare influen asupra suprafeei interioare a cldrii este sulfatul de Ca [CaSO2], prin depunerea cruia se realizeaz o crust solid. Duritatea total. Constituie indicele care nsumeaz valorile duritii temporare i permanente. Duritatea total a apei se msoar n grade de duritate d. Un grad duritate reprezint 10 mg sruri de Ca la un litru de ap. 1od=10 mg CaO = 7,14 mg MgO. Salinitatea apei. Acest indice caracterizeaz prezena i coninutul clorurilor de sodiu, Ca i Mg [NaCl,CaCl2, MgCl2] n ap. Salinitatea apei se msoar n grade Brandt [

oBr]. Un grad Brandt reprez 10 mg de cloruri ntr-un litru de ap.

Continutul de oxigen dizolvat. Acest indice caracterizeaz cantitatea de oxigen dizolvat ntr-un litru de ap, exprimat n miligrame. Cunoaterea acestui indice este important n deosebi pentru apa cldrilor de nalt presiune, unde s-a constatat c oxigenul dizolvat n ap, la presiuni ridicate, corodeaz puternic materialul cldrii. Numrul bazic reprez cantit de NaOH ntrt-un litru de ap. Indicele de hidrogen (pH). Acest indice caracterizeaz concentraia ionilor de hidrogen din ap. El constituie unitatea de msur a reaciei apei. n scopul meninerii calitii apei cldrilor n limitele normelor admise, la bordul navelor se execut tratarea apei att n afara cldrilor, ct i n interiorul acestora.

2.7.1. Tratarea apei n afara cldrilor

Filtrarea mecanic are rolul de a nltura din continutul apei impurittile mecanice.

Filtrarea apei n afara cldrii se face n puul cald al instalaiei sau n ba. Acestea sunt tancuri care au rolul de a depozita temporar condensatul obinut n condensor. La interior, sunt prevzute cu filtre capabile s rein uleiul i alte impuriti mecanice ale condensatului.

Filtrarea chimic se realizeaz prin intermediul unor reactivi chimici care n combinaie cu srurile dizolvate n ap formeaz alte sruri indisolubile care se depun n prile inferioare ale cldrii sub form de nmol past. Prelucrarea termic a apei constituie un alt procedeu de tratare a apei n afara cldrii. Acest procedeu const n vaporizarea apei de mare n instalaiile de distilare. Aburii obinui sunt condensati, i n felul acesta se obine apa distilat care poate fi folosit pentru completarea pierderilor de ap din circuitul cldrii.

2.7.2. Tratarea apei n cldare

Tratarea apei n cldare const n introducerea unor reactivi chimici n cldare. Acestia intrnd n combinatie cu srurile coninute de apa din cldare dau natere altor sruri solubile care se depun pe fundul cldri n stare de nmol - past. La atingerea unei limite admisibile a coninutului de sruri, de nmol, precum i a alcalinittii apei din cldare, se procedeaz la evacuarea din cldare a unei pri din ap i nlocuirea acesteia

II - 18

cu ap de alimentare tratat n afara cldrii. Aceast operatie se numete extractie de fund a cldrii, deoarece nmolul se elimin printr-un orificiu practicat n colecto-rul inf al cldrii.

2.8. Automatizarea generatoarelor de abur navale

Problemele controlului si ale conducerii functionarii generatorului sunt :

- Asigurarea debitului generatorului cu mentinerea constanta a presiunii si temperaturii

prescrise;

- Functionarea sigur, adica mentinerea conditiilor normale de functionare ale generatorului;

- Conducerea corecta a focului pentru asigurarea economicitatii exploatarii;

- Asigurarea consumului minim de energie pentru nevoile proprii ale instalatiei.

2.8.1. Aparate de msura i control

Aparate pentru masurarea debitului -de abur, de ap,de aer, gaze de ardere,de combustibil, sunt-debitmetrele si contoarele folosite pentru masurarea respectiv

inregistrarea debitelor de fluid.

- debitmetrele si contoarele pot fi:

-volumice

-de viteza sau de laminare.

- Volumice - cu cilindru etalonat, cu piston, cu rezervoare prismatice i cu jgheab oscilant sau cu disc.

- De viteza - pot fi cu rotor cu pale sau angrenaj, format din dou corpuri rotitoare cu profil conjugat.

- De laminare - cu diafragm sau cu tub Venturi i un manometru diferential.

Aparate pentru masurarea presiunii - aburului, apei, aerului carburant, depresiunii

in canalele de gaze de ardere.

- manometre cu tub Bourdon P; cu tub de sticla pentru presiuni mici;

- indicatoare pentru masurarea depresiunilor cu tub de sticla, cu burduf metalic.

Aparate pentru masurarea temperaturii

- termometre de sticla cu mercur (-30 C;+600 C), termometre manometrice, cu rezistor,

cu bimetal, pirometre optice - pn la 500C se pot folosi termometre electrice - pentru temperaturi mai mari de 500C - cu bimetal, pirometre. Cu exceptia celor cu mercur celelalte termometre pot fi cu indicatoare la distan.

Aparate pentru analiza calitativa: a gazelor de ardere (det. CO2,O2,CO + H2 -

ORSAT) - analizatoare de gaze care folosesc - msurarea conductibilitii termice a CO2; msurarea electric a efectului termic datorat proprietilor magnetice ale O2; msurarea electrica a puterii calorifice degajata prin arderea CO+H2.

II - 19

- analiza calitatii apei de alimentatie = salimometre (determinarea coninutului de sruri n mg/l). Se poate determina i coninutul de sruri din aburul suprainclzit cu salinometre.

2.8.2. Reglarea generatorului de abur

Scopul reglarii: aducerea unei anumite mrimi fizice la o valoare dat i meninerea ei la aceast valoare, cu o anumita precizie. Aceasta mrime fizicp se numete mrime de reglat si poate fi: electrica (tensiune, curent, putere), mecanica hidraulica (turatie, presiune, debit, nivel de lichid), termic (temperatura, debit de caldura).Valoarea

data la care marimea de reglat trebuie adusa si mentinuta se numeste valoare impusa sau

de consum. Marimea de reglat se masoara permanent; valoarea obtinuta comparandu-se

cu valoarea impusa; in momentul cand intre cele doua valori apare o diferenta, in

sistemul de reglare intervine o alta marime, numita marime de comanda care institue, in

functie de abaterea marimii reglate o anumita valoare a unei alte marimi, numita

servomarime, reducand din nou marimea de reglat la coincidenta cu valoarea impusa.

Cauza aplicarii procedeului de reglare o constitue marimea perturbatoare, a carei

variatie antreneaza variatia marimii de reglat. Compararea valorii marimii de reglat cu

valoarea de consum si modificarea marimii de comanda o poate face omul sau un

regulator. In primul caz reglarea este manuala iar in al doilea - automata.

Procesele de reglare in care intervine o singura marime de reglat chiar daca se

lucreaza cu marimi ajutatoare de reglaj sau de comanda se numesc procese simple.

Reglarea generatorului in ansamblu constitue un proces complex in care apar mai multe

valori de reglat si mai multe valori de consemn independente.

Scopul reglarii generatorului - consta in mentinerea egalitatii dintre productia de

abur si sarcina (debitul de abur cerut de consumator), prin restabilirea presiunii de regim.

Impune deci reglarea:

- sarcinii - mentinerea constanta a presiunii aburului la variatia debitului de abur prin

modificarea alimentarii cu combustibil.

- arderii - mentinerea regimului optim de ardere la orice sarcina prin asigurarea

raportului necesar intre combustibil si aer.

- nivelului apei - in generatorul de abur cu tambur, independent de oscilatia sarcinii,

ramane constant.

- temperaturii mentinerea constanta a acesteia la valoarea prescrisa pentru orice sarcina.

- meninerea constanta a depresiunii in focar.

2.8.2.1. Reglarea automata a debitului de apa

Se executa cu ajutorul regulatoarelor cu un singur impuls sau cu mai multe

impulsuri. Regulatorul cu un singur impuls (cu actiune directa) se compune dintr-un

flotor ce actioneaza un brat curb care transforma miscarea de translatie in miscare de

rotatie. Bratul exterior comanda printr-o banda metalica valvula de reglaj. La cresterea

nivelului apei flotorul se ridica actionand asupra inchiderii valvulei de alimentare cu apa.

II - 20

La generatoarele cu circulatie fortata la care volumul de apa este mic se

intrebuinteaza scheme de automatizare cu trei impulsuri : H - nivelul apei, Pa - debit de

abur.

Figura 2.14. Schema de automatizare a nivelului de ap ntr-o cldare naval

F-fierbator S.I.-supraincalzitor

Da -debit de abur E.M.-element de masura

R - regulator de nivel E.E. - element de executie

Regulatorul intr in functiune inainte ca marimea reglata H sa se modifice datorita perturbatiei introdusa de pompa de alimentare. Variatia debit apa Qa (captate prin

E.M.) modifica echilibrul semnalelor aplicate in R. si acesta actioneaza aducnd debitul la valoarea anterioara. Modificarea sarcinii produce un dezechilibru intre semnalele Da si

Qa care modifica pe Qa pn cnd acesta corespunde noii sarcini; semnalul H intervine ca o corectie.

Figura 2.15. Caracteristica static a lui R cu trei semnale

II - 21

Functionarea pe caracteristica 2 este contraindicata - daca sarcina caldarii este

minima si are loc o incarcare brusca. Prin fenomenul de umflare se mareste valoarea

anterioara a nivelului si apa patrunde in supraincalzitor; la scaderea brusca a sarcinii

nivelul poate scadea sub nivelul minim.

Functionarea dupa caracteristica 3 este mai sigur; R este de tip P.I. (element proporional integrator) asigurnd o caracteristic astatic.

dtXKXKX iiIPC unde primul termen este P iar al doilea I. Pentru aceasta, cele doua elemente de debit trebuie s determine aceeai deplasare a elementului de execuie R primind de fapt dou semnale: - variaia H;

- diferena dt

dHQD aa ;

n cazul caracteristicii 3 orice modificare a raportului static al semnalelor (datorat modificarii debitului de purje, caracteristic unui traductor) are ca efect mentinerea altei

valori a nivelului. O schema mai performanta mai comporta un regulator corector prin

care d comanda Qa.

2.4.2.2. Reglarea automat a procesului de ardere

Alimentarea cu combustibil produce arderea in focar a unei cantiti de combustibil asigurndu-se meninerea valorii prescrise a presiunii aburului. Arderea unei cantitati de combustibil mai mari sau mai mici produce creterea sau scderea presiunii aburului, care pentru protecia instalaiei trebuie s se menin n limite destul de strnse. Alimentarea cu aer trebuie s asigure regimul cel mai economic de ardere a combustibilului. Pentru verificarea excesului de aer se determina cantitatile de O2 si CO2

din gazele de ardere. Valorile optime ale coeficientului de exces depind de felul

combustibilului, de modul de ardere, de constructia cldrii i sarcina. Creterea lui conduce la pierderi de cldura prin gazele evacuate iar reducerea sa excesiva duce la pierderea prin ardere incomplet. Depresiunea in focar (tirajul) trebuie sa asigure evacuarea complet a produselor arderii (n cazul existenei exhaustoarelor, debitul ventilatoarelor de introducere a aerului in focar sa fie egal cu debitul de extragere. Excesul de presiune in focar produce iesirea

gazelor si flacarii in compartiment iar cresterea depresiunii duce la cresterea aerului fals care scade randamentul generatorului prin creterea pierderilor prin gazele de ardere si produce un consum mare de energie electrica pentru tiraj. In cazul reglarii procesului

de ardere marimile de reglat sunt:

-Pc - presiunea aburului la iesirea din generator

-m - presiunea aburului la iesirea din magistrala -Pt - presiunea aburului la iesirea din tambur.

Generatorul de abur ca obiect de reglat, cu marimile de iesire presiunea, poate fi

considerat ca format din doua elemente serie:

II - 22

Figura 2.16. Cldarea ca sistem automat n schema bloc

Marimea reglata (P) variaza prin modificarea cantitatii de caldura Q produsa in

focar presupunnd astfel modificarea debitelor de combustibil si de aer (B; A). Perturbatiile principale care actioneaza asupra presiunii aburului sunt:

- variatia debitului de abur cerut de consumator fiind perturbatie externa sau de sarcina; - variatia debitului de combustibil - perturbatie interna;

- variatia debitului de aer are efect asemanator cu variatia debitului de combustibil dar cu

valori mai mici ale presiunii aburului.

Figura 2.17. Caracteristicile de funcionare pentru diferite tipuri de instalaii

Cazul a): presiunea este mentinuta constanta inaintea turbinei. Se protejeaza

turbina la variatii de presiune si asigura functionarea economica la parametrii constanti.

Deoarece pierderile de presiune variaza functie de debit, Pt crete cu sarcina i ca urmare crete probabilitatea de declanare a supapelor de siguranta pentru sarcini cu

II - 23

durata de utilizare mai mare si solicitarea termica a focarului, micsorandu-se randamentul

arderii si prelungindu-se durata regimului tranzitoriu. Aceasta functionare este

avantajoasa in special la actiunea perturbatiilor externe;

Cazul b): functionarea conform acestei scheme elimina mai usor perturbatiile

externe; cu semnale suplimentare de la perturbatii externe se poate obtine o comportare

satisfacatoare;

Cazul c): reduce si avntajele si dezavantajele caracteristice figurii b.