CAPITOLUL I NOŢIUNI FUNDAMENTALE DE TERMOTEHNICĂ ŞI REZISTENŢA MATERIALELOR

I.1 TERMOTEHNICA: DEFINIŢII, MĂRIMI ŞI PRINCIPII DE BAZĂ

I.1.1 Obiectul termotehnicii

Termotehnica este disciplina tehnică în cadrul căreia se studiază producerea, transportul şi folosirea căldurii. Deoarece fenomenele cu caracter termic sunt deosebit de răspândite, atât în tehnică cât şi în natură, termotehnica are un conţinut deosebit de vast. Ţinând seama de conţinut, termotehnica poate fi împărţită astfel:

Termotehnica teoretică cuprinde studiul teoretic al tuturor fenomenelor termice. În cadrul termodinamicii tehnice se studiază în principal condiţiile de transformare a căldurii în lucru mecanic şi invers, proprietăţile termice ale corpurilor – îndeosebi ale gazelor şi vaporilor – şi primele două principii ale termodinamicii. Termodinamica chimică este acea parte din termotehnică în care se studiază reacţiile chimice, folosind principiile şi metodele termodinamicii. Un capitol de termodinamică chimică deosebit de important pentru instalaţiile termice este acela al arderii combustibililor. În transmiterea căldurii se studiază modul de propagare a căldurii ïntre corpuri şi în interiorul corpurilor. Termotehnica aplicată studiază din punct de vedere termic instalaţiile şi maşinile termice ca: instalaţii de ardere, cuptoare, focare, cazane de abur, instalaţii frigorifice, instalaţii pentru transportul căldurii şi altele. Întrucât maşinile de propulsie sunt motoare termice, pentru a se putea înţelege modul lor de funcţionare, precum şi diferitele fenomene care intervin în exploatare, este necesar ca acestea să fie studiate şi prezentate prin metodele specifice termotehnicii.

I.1.2 Mărimi şi unităţi de măsură folosite în termotehnică

În termotehnică ca şi în cele mai numeroase ramuri ale tehnicii, în prezent se foloseşte încă aproape în mod exclusiv sistemul de unităţi de măsură MKfS . Mărimile fundamentale ale acestui sistem sunt lungimea, forţa şi timpul, cărora le corespund unităţile de măsura fundamentale: metrul (m), kilogramul-forţă (kgf) şi secunda (s). Pe lângă acestea se mai foloseşte ca mărime fundamentală şi temperatura, căreia îi corespunde unitatea de măsură fundamentală, gradul.

Mărimea Unitatea de măsurăSimbol Denumirea Simbolul

1 2 3A Echivalentul caloric al unităţii de lucru mecanic kcal / kgf.mc Căldură specifică kcal / kgf.grd.v Viteză m / s D Debit kgf / h; tf / hE Energie kgf.m; kcal; kWhF Forţă kgf

11 din 375

1 2 3G Greutate kgf; tfh Diferenţă de presiune mm.H2O; mm.Hg; m.H2OHi Putere calorică inferioară kcal / kgfi Entalpie specifică kcal / kgfk Coeficient de transmitere a căldurii kcal / m².grd.h

L , l Lungime mL Lucru mecanic kgf.mm Masă kgf.s² / mn Turaţie rot / minP Putere kW; CP

p PresiuneKgf / m²; mm.H2O;m.H2O; at; atm; torr

Q Căldură kcalQ Debit m³ / hr Căldură de vaporizare kcal / kgfS Suprafaţă, arie, secţiune m²s Entropie specifică Kcal / kgf.°KT Temperatură, în scară absolută °Kt Temperatură, în scara Celsius °Ct Timp s; min; hV Volum m³v Volum specific m³ / kgfw Viteză m / sx Titlul vaporilor γ Greutate specifică Kgf / m³η Randament ; %

Celelalte mărimi cu care se lucrează sunt mărimi derivate din mărimile fundamentale şi se măsoară în unităţi de măsură derivate. În prezent sunt în curs de desfăşurare lucrările de înlocuire a sistemului de unităţi MKfS prin sistemul internaţional de unităţi SI.

Unităţile fundamentale ale acestuia sunt: metrul (m), pentru lungime, kilogramul (kg) pentru masă, secunda (s), pentru timp, gradul absolut (ºK) pentru temperatură. În tabelul 1 se dau simbolurile şi unităţile de măsură, în sistemul MKfS ale mărimilor folosite curent în termotehnică: pentru mărimile care intervin mai rar, simbolurile şi unităţile de măsură se dau la capitolul respectiv. În tabelul 2 se dau semnele convenţionale folosite în schemele instalaţiilor termice. În cele ce urmează sunt precizate câteva unităţi de măsură şi câteva noţiuni referitoare la unele mărimi care intervin mai des în exploatarea instalaţiilor termice.

I.1.3 Volumul specific

Volumul specific al unui corp este volumul ocupat de unitatea de greutate din acel corp:

sau

(I.1.1.1)

Unitatea de măsură a volumului specific este m³.Exemplul 1. Dacă un bloc de oţel care cântăreşte 3 000 kgf are volumul de 0,382 m³,

volumul specific al oţelului este:

Exemplul 2. Dacă 16 m³ aer cântăresc 20,65 kgf, volumul specific al aerului este:

12 din 375

I.1.4 Greutatea specifică

Greutatea specifică a unui corp este greutatea unităţii de volum din acel corp:

sau

(I.1.1.2)

Unitatea de măsură a greutăţii specifice este kgf/m³. Atât din definiţiile date, cât şi din formulele (I.1.1.1) şi (I.1.1.2) rezultă că volumul specific şi greutatea specifică sunt două mărimi inverse.

(I.1.1.3)

Exemplul 3. Greutatea specifică a oţelului din exemplul 1 este:

Aplicând formula (I.1.1. 3), rezultă că volumul specific al oţelului este:

Rezultat obţinut mai înainte

Exemplul 4. Greutatea specifică a aerului din exemplul 2 este:

Exemplul 5. 15 litri de apă cântăresc 15 kgf. Care este greutatea specifică a apei ?Rezolvare. Aplicând formula (I.1.1.2):

Pentru a exprima greutatea specifică a apei în unităţile de măsură fundamentale ale sistemului MKfS, volumul apei care intervine la numitorul formulei (I.1.1.2) trebuie exprimat în m3, în loc de dm3. Ştiind că 1 m³ = 1 000 dm³

I.1.5 Presiunea

Presiunea este forţa cu care se apasă pe unitatea de suprafaţă a unui corp:

, sau (I.1.1.4)

Din formula (I.1.1.4) rezultă că unitatea de măsură pentru presiune este kgf/m².Exemplul 6. Dacă un bloc de piatră (fig.I.1.1.1) care cântăreşte 1600 kgf are ca bază un

pătrat cu latura de 0,5m, presiunea exercitată de bloc asupra terenului pe care se sprijină se calculează cu formula (I.1.1.4)

Dacă în loc de a se alege ca unitate de măsură a suprafeţei metrul pătrat, se alege, de exemplu, centimetrul pătrat, valoarea presiunii rămâne aceeaşi, numai că ea se exprimă în altă

unitate de măsură:

Aceasta rezultă din faptul ca 1 m² are 100 cm X 100 cm = 10 000 cm²; astfel dacă pe 1 m² apasă 6400 kgf, pe 1 cm² revine de 10 000 de ori mai puţin, adică:

13 din 375

Dacă într-un tub (fig.I.1.1.2) astupat la partea inferioară cu un dop se introduce un lichid, acesta exercită asupra dopului o presiune egală cu raportul dintre greutatea lichidului şi suprafaţa de contact dintre lichid şi dop.

Fig.I.1.1.1 Presiunea exercitată de un bloc Fig.I.1.1.2 Presiunea exercitată de unasupra terenului pe care este aşezat lichid aflat într-un tub

1 – tub; 2 – dop; 3 - lichidGreutatea lichidului este egală cu volumul lichidului înmulţit cu greutatea specifică a

acestuia. Notând cu S secţiunea tubului şi cu h înălţimea coloanei de lichid, greutatea lichidului se va exprima cu relaţia: G = V· γ = S · h · γ . Presiunea exercitată de lichid asupra dopului este dată de formula (I.1.1.4):

Rezultă deci că presiunea exercitată de o coloană de lichid la baza sa este egală cu înălţimea coloanei înmulţită cu greutatea specifică a lichidului, adică:

Presiunea = înălţimea coloanei [ m ] x greutatea specifică a lichidului [kgf/m³], sau:p = h · γ (I.1.1.5)

Exemplul 7. Într-un tub se găseşte o coloană de apă înaltă de 10 m. Care este presiunea exercitată de apă la baza tubului ?

Rezolvare. Cu formula (I.1.1.5) ştiind că greutatea specifică a apei este 1000 kgf / m³,p = h · γ = 10 · 1000 = 10 000 kgf/m2

Din cele de mai sus rezultă că presiunea exercitată de un anumit lichid este direct proporţională cu înălţimea coloanei de lichid. Această proprietate se foloseşte pentru construirea unor aparate utilizate la măsurarea presiunilor: barometre şi manometre cu lichid. Barometrul cu mercur (fig.I.1.1.3) constă dintr-un tub astupat la un capăt şi umplut cu mercur; introducând capătul deschis al tubului (fără a lăsa să se scurgă mercurul din acesta) într-un vas în care se găseşte de asemenea mercur, prin întoarcerea tubului cu capătul închis în sus, se constată că mercurul coboară până la un anumit nivel, iar deasupra mercurului din tub se produce vid. Astfel coloana de mercur din tub este ţinută în echilibru numai de apăsarea exercitată de aerul atmosferic din jur, adică, presiunea atmosferică pa, este egală cu presiunea exercitată de coloana de mercur de înălţime h:

Pa = h · γ (I.1.1.6)

Fig.I.1.1.3 – Schema de principiu a barometrului cu mercur

14 din 375

Deoarece deasupra mercurului din tub este vid, presiunea atmosferică dată de barometru se măsoară faţă de vid, adică faţă de presiunea zero. Presiunea măsurată faţă de vid se numeşte presiune absolută. Manometrul cu lichid (fig.I.1.1.4) constă dintr-un tub U, deschis la ambele capete şi în care se introduce un lichid. Unul dintre capete comunică cu atmosfera, celălalt se leagă la recipientul a cărui presiune urmează să fie măsurată. Dacă presiunea din recipient este egală cu presiunea atmosferică, lichidul se va afla la aceeaşi înălţime în cele două ramuri ale tubului U, conform principiului vaselor comunicante. Dacă presiunea din recipient este mai mare decât presiunea atmosferică, se produce o denivelare, nivelul crescând în ramura care comunică cu atmosfera; dacă presiunea în recipient este mai mică decât presiunea atmosferică, denivelarea se produce în sens invers. Deoarece asupra lichidului din una din ramurile tubului acţionează presiunea atmosferică, iar asupra lichidului din cealaltă ramură acţionează presiunea din recipient, denivelarea va fi proporţională cu diferenţa dintre aceste două presiuni, diferenţă care se numeşte presiune relativă. Daca presiunea din recipient este mai mare decât presiunea absolută, presiunea relativă se numeşte suprapresiune sau presiune manometrică (simbol pm), deoarece se măsoară cu manometrul; dacă presiunea din recipient este mai mică decât presiunea atmosferică, presiunea relativă se numeşte depresiune sau presiune vacuumetrică (simbol pv), deoarece se măsoară cu vacuummetrul.

Fig. I.1.1.4 –Schema de principiu a manometrului cu lichida – presiunea din recipient egală cu pa; b – presiunea din recipient > pa;c – presiunea din recipient < pa

După cum s-a arătat, denivelarea lichidului din tub este proporţională cu presiunea relativă:pm = h · γ (I.1.1.7)

La rândul său, presiunea relativă din recipient este presiunea măsurată, luând ca origine (zero) presiunea atmosferică (fig. I.1.1.5). Cunoscând presiunea atmosferică şi presiunea relativă, se poate calcula presiunea absolută din recipient în cazul suprapresiunilor: p = pm + pa (I.1.1.8)iar în cazul depresiunilor: p = pa – pv (I.1.1.9)

Vidul (simbolul vd) se poate exprima şi în procente, cu formula:

(I.1.1.10)

Ca lichide manometrice se folosesc apa (γ = 1000 kgf/m³) şi alcoolul amestecat cu apă (greutatea specifică depinde de cantitatea de apă existentă în alcool), atunci când este necesar să se măsoare presiuni, respectiv diferenţe de presiuni reduse .În cazul măsurării presiunilor mari, pentru a nu fi necesare tuburi prea lungi, se foloseşte un lichid greu, şi anume mercur (γ = 13595 kgf/m³).

Exemplul 8. Care este înălţimea denivelării mercurului, într-un manometru care măsoară presiunea relativă de 10 000 kgf/m² ?

Rezolvare. Cu formula (I.1.1.7):

Fig. I.1.1.5 – Corespondenţa scărilor pentru măsurarea presiunii absolute(p), presiunii relative (pr) şi a vidului(pv)

15 din 375

Comparând cu rezultatul obţinut la exemplul 7, se vede că la aceeaşi presiune, înălţimea

coloanei de mercur este mai mică de ori decât a coloanei de apă, deoarece

mercurul este de 13,595 de ori mai greu decât apa. S-a arătat că din sistemul MKfS de unităţi de măsură rezultă ca unitate de măsură pentru

presiune kgf/m². Faţă de presiunile cu care se lucrează în mod obişnuit, această unitate fiind mult prea mică, s-a ales o unitate de 10 000 de ori mai mare, care se numeşte atmosferă tehnică (simbol at). 1 atmosferă tehnică este presiunea de 10 000 kgf/m², respectiv de 1 kgf/cm²:

1 at = 10 000 kgf/m² = 1 kgf/cm².Pentru a exprima o atmosferă tehnică în coloană de apă se pleacă de la formula (I.1.1.5)

Rezultă că:1 mm · H2O = 1 kgf/m².

1 torr este presiunea exercitată de o coloană de mercur de 1 mm înălţime:1 torr = 1 mm · Hg.

Înălţimea coloanei de mercur corespunzătoare unei atmosfere tehnice, conform formulei (I.1.1.5) este:

Deci, 1 at = 735,6 torrÎn lucrările de fizică şi în anumite domenii din tehnică se mai foloseşte o altă unitate de

măsură pentru presiune, atmosfera fizică (simbol Atm): o atmosferă fizică este presiunea exercitată de o coloană de mercur cu înălţimea de 760 mm:

1 Atm = 760 mm · Hg = 760 torr.Aceasta este presiunea atmosferică la nivelul mării, în condiţii obişnuite. Exprimată în

unităţi MKfS, atmosfera fizică, conform formulei (I.1.1.5) este:1 Atm = hγ = 0,76.13 595 = 10 332 kgf/m² = 1,0332 kgf/cm²,

la care corespunde coloana de apă de:

Comparând atmosfera tehnică cu atmosfera fizică, rezultă:1 Atm = 1,0332 at.

În tabelul 3 se dau valorile de transformare ale unităţilor folosite în mod obişnuit pentru măsurarea presiunii.

Tab. 3 Conversiunea unităţilor de măsură a presiunii

Standardele existente prevăd aceleaşi simboluri (at, Atm, torr etc.) pentru unităţile de măsură a presiunii, indiferent dacă se referă la presiunea absolută sau presiunea relativă.

Starea corpurilor depinde, între altele, de presiune şi anume de presiunea absolută şi nu de presiunea relativă. Pentru aceasta, în termotehnică în mod obişnuit prin presiune se înţelege presiunea absolută. Uneori, când se consideră necesar să se scoată în evidenţă originea scării de măsură a presiunii, se folosesc simbolurile: ata, pentru presiunea absolută, măsurată în atmosfere

Unitatea datăUnitatea cerută

kgf / m2 şi mm. H2O

At şi kgf / cm2 AtmTorr şi mm.

Hg1 kgf / m2=1 mm · H2O

1,000 0,000100 0,0000968 0,073556

1 at=1 kgf / cm2 10 000,000 1,000000 0,9678410 735,5600001 Atm 10 332,280 1,033228 1,0000000 760,0000001 torr= 1 mm Hg 13,595 0,001359 0,0013160 1,000000

16 din 375

tehnice şi atr, pentru presiunea relativă (manometrică sau vacuumetrică), măsurată în atmosfere tehnice.

I.1.6 Temperatura

Temperatura este mărimea care caracterizează gradul de încălzire a corpurilor. Unitatea de măsură pentru temperatură este gradul (simbol º). Gradul este a suta parte din intervalul dintre temperatura de fierbere a apei şi temperatura de topire a gheţi, la presiunea de 1 Atm (760 torr). În mod obişnuit, temperatura se exprimă în scara Celsius, care are ca origine (zero grade) temperatura de topire a gheţi. Temperaturile mai mari decât acestea sunt temperaturi pozitive, iar cele mai mici, temperaturi negative. În scara Celsius simbolul temperaturii este t, iar simbolul gradului este ºC. S-a demonstrat că cea mai coborâtă temperatură posibilă este –273,15 ºC. În termotehnică se foloseşte şi scara absolută a temperaturilor. Aceasta are ca origine (zero grade) temperatura –

273,15 ºC, temperatură care se numeşte zero absolut. În scara absolută simbolul temperaturii este T, iar simbolul gradului este ºK, numit grad Kelvin. În scara absolută nu există decât temperaturi pozitive. Deoarece atât în scara Celsius cât şi în scara absolută, unitatea de măsură pentru temperatura este aceeaşi, diferenţa constând doar în originea scărilor, trecerea de la o scară la cealaltă se face adăugând (sau scăzând) 273,15º (fig. I.1.1.6):

T = 273,15 + t ; t = T – 273,15 (I.1.1.11)În calculele tehnice se pot neglija cele 15 sutimi de grad,

astfel încât formulele se pot scrieT = 273 + t ; t = T – 273 (I.1.1.12)Exemplul 9. Care este temperatura de fierbere a apei,

exprimată în grade absolute, la presiunea de 760 torr ?Rezolvare. În scara Celsius, temperatura de fierbere a apei

este de 100ºC. În scara absolută: T = 273 + 100 = 373 ºK.

Fig. I.1.1.6 – Corespondenţa scărilor pentru măsurarea temperaturii

I.1.7 Viteza

Distanţa parcursă de un mobil în unitatea de timp se numeşte viteza:

, sau

(I.1.1.13)

Din formula (I.1.1.13) rezultă că unitatea de măsură pentru viteză este m/s. Pe lângă aceasta se mai folosesc şi alte unităţi de măsură; de exemplu, viteza autovehiculelor se dă obişnuit în km/h.

Exemplul 10. Un tren parcurge 108km în timp de o oră şi jumătate. Care este viteza trenului, exprimată în km/h şi în m/s ?

Rezolvare. Cu formula (I.1.1.13 ):

Deoarece într-o oră sunt 3600 secunde,

I.1.8 Debitul

17 din 375

Cantitatea sau volumul de fluid care trece printr-o secţiune în unitatea de timp se numeşte debit. Astfel, cantitatea de apă care curge prin albia unui râu, de exemplu într-o secundă, sau volumul de aer refulat de un ventilator, într-o oră, sunt debitul râului (pe secundă), respectiv al ventilatorului (pe oră). Debitul (simbol D sau Q) este egal cu raportul dintre greutatea sau volumul fluidului care trece printr-o secţiune şi timpul de trecere al fluidului, adică:

, sau

(I.1.1.14) şi (I.1.1.15)

După unităţile de măsură folosite pentru exprimarea mărimilor G, V şi t, debitele se măsoară în mod obişnuit în kgf/s, kgf/h, tf/h, l/s, l/min, m³/s şi m³/h. Trecerea de la debitul în volume, formula (I.1.1.15 ), la debit în greutate, formula (I.1.1.14), se face uşor. Deoarece, conform formulelor (I.1.1.1 ) şi (I.1.1.2 ):

şi G = γ V (I.1.1.16)

se poate scrie:

(I.1.1.17)

Exemplul 11. Care este debitul unei conducte de apă, care umple un rezervor de 5 m³ în 2 h 30´ ?

Rezolvare: Cu formula (I.1.1.15 ):

Deoarece pentru apă γ = 1 000 kgf/m3, cu formula (I.1.1.16 ):D = γQ = 1000 x 2 = 2 000 kgf/h.

I.1.9 Lucrul mecanic

Lucrul mecanic se dezvoltă atunci când un corp se deplasează sub acţiunea unei forţe. Valoarea lucrului mecanic este egală cu produsul dintre mărimea forţei şi distanţa pe care are loc deplasarea, adică:

Lucrul mecanic [kgf m] = forţa [kgf] x deplasarea [m], sau:L = F · d (I.1.1.18)

Unitatea tehnică pentru măsurarea lucrului mecanic este kilogramul-forţă-metru; un kilogram-forţă-metru (simbol kgf·m) este lucrul mecanic efectuat de o forţă de 1 kgf, al cărui punct de aplicare se deplasează cu 1 m în direcţia forţei.

Exemplul 12. Cu o macara se ridică o greutate de 5tf. Care este lucrul mecanic cheltuit, dacă înălţimea de ridicare este de 8 m ?

Rezolvare. Cu formula (I.1.1.18):L = F · d = 5 000 · 8 = 40 000 kgf · m

I.1.10 Puterea

18 din 375

Puterea este lucrul mecanic dezvoltat în unitatea de timp; puterea este egală cu raportul dintre lucrul mecanic dezvoltat şi timpul în care se dezvoltă acest lucru mecanic, adică:

sau

(I.1.1.19)

Din formula (I.1.1.19) rezultă că unitatea de măsură pentru putere este kgf·m/s. Deoarece faţă de valorile curente în tehnică această unitate este prea mică, în practică se folosesc alte două unităţi de măsură pentru putere:

Calul-putere (simbol CP) este puterea corespunzătoare unui lucru mecanic de 75 kgf m, efectuat în timp de 1 s:

1 CP = 75 kgf · m/sKilowattul (simbol kW) este puterea corespunzătoare unui lucru mecanic de 102 kgf · m

efectuat timp de 1 s:1 kW = 102 kgf · m/s

Între aceste două unităţi există relaţiile:1 kW = 1,36 CP (I.1.1.20) 1 CP = 0,736 kW (I.1.1.21)

Unitatea cal-putere se foloseşte în prezent aproape numai în domeniul motoarelor cu ardere internă şi uneori în domeniul motoarelor hidraulice.

Unitatea kilowatt este mult mai răspândită; de exemplu, în domeniul maşinilor electrice sau al turbinelor cu abur, puterile se dau aproape numai in kilowaţi; în cazul puterilor mari şi foarte mari, se foloseşte multiplul megawatt (simbol MW), care este egal cu 1 000 kW, adică: 1 MW = 1000 kW.

Exemplul 13. Cu o macara se ridică greutatea de 30 tf la înălţimea de 12 m. Care este puterea necesară (în CP şi în kW), dacă durata de ridicare este un minut şi jumătate?

Rezolvare. Lucrul mecanic consumat conform formulei (I.1.1.18 ):L = F · d = 30 000 · 12 = 360 000 kgf · m.

Puterea, conform formulei ( 19 ):

Ţinând seamă de relaţiile ( 20 ) şi ( 21 ):

I.1.11 Energia

Un corp aflat la o anumită înălţime faţă de sol poate produce prin cădere un lucru mecanic (care poate fi folosit de exemplu, pentru baterea unui pilon în pământ).

Un corp aflat în mişcare poate produce un lucru mecanic (de exemplu, punând în mişcare, prin ciocnire, un alt corp); un gaz comprimat poate produce prin destindere un lucru mecanic (împingând de exemplu un piston); aerul atmosferic în mişcare (vântul) poate produce un lucru mecanic, punând în mişcare motoarele eoliene (de exemplu, morile de vânt, navele cu pânze etc.); cursurile de apă (râurile, căderile de apă), pot produce lucru mecanic, punând în mişcare motoarele hidraulice (turbine, roti de apă). Toate corpurile date ca exemplu se aseamănă prin aceea că pot produce lucru mecanic. Proprietatea pe care o au corpurile, sau sistemele de corpuri, de a produce lucru mecanic, se numeşte energie.

Această proprietate nu depinde numai de felul corpului, ci şi de starea în care se găseşte acesta. De exemplu, apa unui fluviu fiind în mişcare poate produce lucru mecanic, cu ajutorul unei turbine hidraulice. Aceeaşi apă, după vărsarea în mare, nu mai poate fi folosită pentru producerea de lucru mecanic, deoarece nu mai există o diferenţă de nivel care să provoace curgerea apei.

19 din 375

Din formula (I.1.1.19) rezultă că lucrul mecanic este egal cu puterea înmulţită cu timpul, deci energia este egală cu produsul dintre puterea dezvoltată şi timpul cât se dezvoltă această putere.

Energia se poate prezenta sub numeroase forme: mecanică, termică, hidraulică, eoliană, electrică, nucleară, etc.

I.1.12 Lucrul mecanic în termodinamică

Lucrul mecanic care se dezvoltă o dată cu deplasarea corpurilor (v. 1.2.7) este egal cu energia efectuată în timpul deplasării. Pentru a scoate mai bine în relief caracterul transformărilor care se studiază în termodinamică, este necesar să se pună în evidenţă şi un alt aspect al lucrului mecanic.

Într-un cilindru (fig.I.1.1.7) se găseşte o cantitate de gaz, care ocupă volumul V 1 [m³], cilindrul fiind închis cu un piston care se poate deplasa liber. Aerul atmosferic exercită din exterior, asupra pistonului, o forţă de apăsare egală cu produsul dintre secţiunea pistonului şi presiunea atmosferică: S · pa . La rândul său, pistonul exercită asupra gazului din cilindru o forţă de apăsare F, egală cu suma dintre apăsarea dată de aerul atmosferic şi greutatea G a pistonului. Considerând că presiunea atmosferică nu variază, rezultă că forţa F, cu care pistonul apasă gazul, este constantă. Astfel, datorită apăsării, gazul este supus la o presiune constantă p1 [kgf/m²]. Secţiunea cilindrului este S [ m² ]. Pistonul fiind echilibrat de presiunea gazului, se poate scrie că forţa F cu care pistonul apasă asupra gazului este egală cu apăsarea pe care gazul o exercită asupra pistonului; din formula (I.1.1.4) rezultă că această apăsare este egală cu produsul dintre presiunea gazului şi secţiunea cilindrului:

F = p1 · S (I.1.1.23)Dacă, de exemplu, gazul este încălzit, el se dilată,

mărindu-şi volumul până la V2 [ m² ]. Datorită dilatării, pistonul se ridică pe distanţa h. Deci, în timpul dilatării, pistonul care apasă gazul cu forţa F se deplasează pe distanţa h, producându-se lucrul mecanic:

L = F · h = p1 · S · h.Creşterea volumului provocată de dilatarea gazului

este:V2 – V1 = S · h

Fig. I.1.1.7 – Dilatarea unui gaz la presiune constantă

Înlocuind în relaţia de mai înainte, se obţine formula:L = p1

( V2 – V1 ) [ kgf · m ]

20 din 375

Fig. I.1.1.8 – Reprezentarea în diagrama p-v a dilatării unui gaz la presiune constantă

Deci, într-o transformare* la presiune constantă, lucrul mecanic efectuat este egal cu produsul dintre presiunea la care are loc transformarea şi variaţia de volum. În general, se poate spune că dacă într-o transformare volumul rămâne neschimbat (constant), nu se efectuează nici un lucru mecanic; dacă volumul creşte (de exemplu, gazul se destinde), lucrul mecanic efectuat este pozitiv (este cedat de către gaz în exterior); dacă volumul descreşte (de exemplu, gazul se comprimă), lucrul mecanic este negativ (se consumă lucru mecanic din exterior, pentru a se putea comprima gazul). Deoarece lucrul mecanic depinde de presiune şi de volum, el se poate reprezenta grafic; sub formă suprafaţă, într-un sistem de două axe perpendiculare, luând la scară axa verticală presiunea, iar pe axa orizontală volumul. În diagrama din fig. I.1.1.8 s-a reprezentat dilatarea la presiune constantă a gazului. Iniţial gazul ocupa volumul V1 la presiunea p1; punctul 1 reprezintă starea iniţială a gazului (volumul V1, presiunea p1), iar punctul 2, starea finală a gazului, după dilatare (volumul V2 şi presiunea p2 = p1). Unind punctele 1 şi 2 se obţine un segment care reprezintă chiar transformarea gazului, adică creşterea de volum la presiune. Conform formulei (I.1.1.23), lucrul mecanic este egal cu produsul dintre presiunea p1 şi variaţia de volum (V2 – V1). Pe diagrama construită, aceste două mărimi sunt egale cu două segmente de dreaptă, şi anume:

P1 = 1’1 si V2 – V1 = 1’2’.Deci:

L = p1 (V2 – V1) = 1’1 · 1’2 → suprafaţa 122’1’1,Dar 1’1 şi 1’2’ sunt înălţimea şi baza unui patrulater, a cărei suprafaţă este proporţională cu

lucrul mecanic efectuat.Dacă în timpul transformării se modifică şi presiunea, punctele 1 şi 2 nu se vor mai găsi pe

aceiaşi orizontală; de astă dată transformarea se reprezintă nu printr-un segment de dreaptă, ci printr-un segment de curbă 1 – 2 ( fig. I.1.1.9); lucrul mecanic se reprezintă prin suprafaţa haşurată

cuprinsă între curba de transformare 1 – 2 şi axa volumelor (absciselor.

Acest mod de reprezentare grafică se numeşte diagrama p – V (de la mărimile care se reprezintă pe cele două axe).

În diagrama p – V punctele reprezintă stări, segmentele (de drepte sau de curbe) reprezintă transformări, iar suprafeţele reprezintă lucru mecanic. Datorită acestor proprietăţi, diagrama p – V este mult folosită în termodinamică.

Exemplul 14. Într-un cilindru cu diametrul de 15 cm se găsesc 2000 cm3 aer. Cilindrul este închis cu un piston, care exercită asupra aerului o apăsare constantă de 600 kgf. Prin încălzire, aerul se dilată împingând pistonul pe o distanţă de 10 cm. Care este lucrul mecanic efectuat prin dilatarea aerului din cilindru ?

Fig. I.1.1.9 – Reprezentarea în diagramap-v a dilatării unui gaz la presiune

variabilăRezolvare. Lucrul mecanic căutat se calculează cu formula (I.1.1.23 ), în care:

V1 = 2000 cm3 = 0,002 m3

Secţiunea cilindrului este:

.

Presiunea aerului, cu formula (I.1.1.4):

Volumul la sfârşitul transformării ( dilatării ):V2 = V1 + S · h = 0,002 + 0,0177 · 0,1 = 0,00377 m³

Lucrul mecanic (I.1.1.23 ):L = p(V2 – V1) = 22 500(0,00377 – 0,002) = 40 kgf · m.

21 din 375

Problema se poate rezolva şi grafic cu ajutorul diagramei p – V ( fig. I.1.1.10 ).Se aleg următoarele scări:

pentru presiune: 1 at = 10 000 kgf/m² …………..10 mm; pentru volum: 0,001 m³ ……..10 mm

10 mm x 10 mm = 100 mm² = 10 000 kgf/m² x 0,001 m³ = 10 kgf · m.Deci, pentru suprafeţe scara este:1 mm² ……..0,1 kgf · m.

Fig. I.1.1.10 – Reprezentarea în diagrama p-v a dilatării unui gaz la presiune constantă

Din diagramă rezultă că suprafaţa haşurată are mărimea:17,7 · 22,5 = 400 mm².

Deci, lucrul mecanic are valoarea:

I.1.13 Energia mecanică

Energia mecanică se poate manifesta sub formă de energie cinetică şi de energie potenţială. Energia cinetică este energia de mişcare a corpurilor. După cum se ştie, ea depinde de masa şi de viteza de deplasare a corpurilor

(I.1.1.24)

în care:

m este masa corpului, în ;

w – viteza corpului, în m/s; G – greutatea corpului, în kgf;g – 9,81 m/s² este acceleraţia căderii libere.

Din formula (I.1.1.24), energia cinetică rezultă în kgf m.Prin accelerare (mărirea vitezei), energia cinetică a corpului creşte; pentru a se putea mări

viteza unui corp, este necesar să se cheltuiască o cantitate de energie egală cu creşterea de energie cinetică a corpului. De exemplu, pentru accelerarea unui tren este necesar să se consume o anumită cantitate de energie mecanică produsă de locomotivă.

Prin frânare (reducerea vitezei), energia cinetică a corpurilor scade; în acest caz, corpul cedează în exterior o cantitate de energie egală cu reducerea energiei cinetice.

De exemplu, dacă un ciocan loveşte un cui, ciocanul se opreşte, energia cinetică a acestuia se reduce la zero şi ciocanul cedează în exterior un lucru mecanic cheltuit pentru baterea cuiului.

Energia potenţială este energia de poziţie a corpurilor. Daca poziţia unui corp permite acestuia o deplasare prin care să se obţină lucru mecanic, corpul respectiv are energie potenţială.

22 din 375

Orice corp aflat la o anumită înălţime fată de sol are o energie potenţială egala cu produsul dintre greutatea corpului şi distanţa până la suprafaţa pământului:

Ep = G · h (I.1.1.25)în care:

G este greutatea corpului în kgf;h – distanţa până la sol, în m.

Prin căderea corpurilor, energia potenţială a acestora poate fi transformată în lucru mecanic.Energia poate fi înmagazinată sub formă de energie potenţială, în diferite moduri, de

exemplu în resoartele comprimate.Exemplul 15. Un bloc de beton care cântăreşte 100 kgf se găseşte suspendat la 30 m

deasupra solului. Care va fi viteza lui în momentul lovirii cu pământul, dacă blocul este lăsat să cadă liber ?

Rezolvare. Conform formulei (I.1.1.25), iniţial blocul are energia potenţială:Ep = G · h = 100 · 30 = 3 000 kgf · m

Prin cădere, energia potenţială se transformă integral în energie cinetică:Ec = Ep = 3 000 kgf · m

Din formula (I.1.1.24) rezultă viteza blocului în momentul lovirii cu pământul:

I.1.14 Căldura

După cum s-a arătat, energia este strâns legată de mişcare. Astfel, nu se pateu concepe energie mecanică fără deplasarea corpurilor.

Dar, chiar şi în cazurile în care aparent, la exterior, nu se constată vreo mişcare, există anumite mişcări interioare.

Astfel, dacă într-un recipient închis se găseşte un gaz şi dacă acesta este încălzit din exterior, se constată că temperatura gazului creşte.

După cum se ştie, şi gazele, ca şi orice alt corp, sunt formate din molecule; moleculele de gaz sunt in continuă mişcare, deplasându-se fără nici o ordine în interiorul recipientului. Pe măsură ce gazul este încălzit din exterior, viteza de deplasare a moleculelor creşte şi o dată cu aceasta se măreşte si temperatura. Mărirea vitezei moleculelor arată o creştere corespunzătoare a energiei cinetice a acestora şi deci a gazului.

Creşterea energiei gazului se datorează faptului că în timpul încălzirii, gazul primeşte energie, şi anume sub formă de căldură.

În termodinamică, căldura primită de corpuri (dată acestora din exterior) se consideră pozitivă; căldura cedată de corpuri (dată de acestea în exterior) se consideră negativă.

Unitatea de măsură în sistemul MKfS folosită în tehnică pentru căldură este kilocaloria (simbol kcal): 1 kcal este căldura necesară pentru a ridica temperatura unui kilogram-forţă de apă distilată, de la 19,5 la 20,5 ºC, la presiunea de 760 torr.

Pentru Pământ cea mai importantă sursă de energie este Soarele. Acesta radiază căldură în spaţiul înconjurător, o cantitate (foarte mică) ajungând şi pe globul pământesc.

Fără energia primită de la Soare sub formă de lumină şi căldură, procesele care au loc în plante şi animale nu s-ar putea desfăşura şi viaţa nu ar exista.

Atât în viaţa de toate zilele, cât şi în industrie, combustibilii (cărbuni, ţiţei, gaze, lemne, turbă, etc.) – ca sursă de energie – au o importanţă deosebită. Combustibilii provin însă din plantele şi animalele de pe pământ; astfel, combustibilii pot fi consideraţi ca nişte rezervoare de energie solara.

I.1.15 Călduri specifice

23 din 375

Dacă se măsoară căldura necesară pentru a încălzi diferite corpuri, se constată că aceasta creşte cu greutatea corpului care trebuie încălzit şi cu diferenţa de temperatură provocată prin încălzire; de asemenea, cantitatea de căldură depinde şi de natura (substanţa) corpului. Din ecuaţia calorimetrică:

Q = Gc (t2 – t1) (I.1.1.26)rezultă: căldura Q [kcal] schimbată de un corp cu exteriorul este proporţională cu greutatea corpului, G [kgf], cu variaţia de temperatură (t2 – t1) [grd] şi cu o mărime, c, a cărei valoare depinde de natura corpului. Aceasta mărime se numeşte căldură specifică.

Din formula (I.1.1.26) rezultă că:

(I.1.1.27)

Considerând că 1 kgf dintr-un corp (G = 1 kgf), care schimbând căldură cu exteriorul îşi modifică temperatura cu 1 grad (t2 – t1 = 1 grd.), relaţia (I.1.1.27 ) devine:

(I.1.1.28)

deci căldura specifică este cantitatea de căldură necesară pentru a modifica cu 1 grad temperatura unui kilogram-forţă dintr-un corp. După cum rezultă din formulele (I.1.1.27) si (I.1.1.28), căldura specifică se exprimă în kcal/kgf · grd.

Pe lângă substanţa din care este construit corpul, valoarea căldurii specifice depinde şi de starea de agregare, de presiune, de temperatură etc. Astfel, căldura specifică a gheţii este de 0,5 kcal/kgf · grd., a apei este de 1 kcal/kgf · grd., iar a vaporilor de apă este de circa 0,47 kcal/kgf · grd.

Valorile numerice ale căldurilor specifice, necesare în calcule, se iau din tabele.Exemplul 16. Câtă căldură este necesară pentru a încălzi de la 20ºC la 95ºC, 15 kgf apă ?

Dar 15 kgf oţel ? Dar 15 kgf aer ?Rezolvare:

a) Căldura specifică a apei este c = 1 kcal/kgf · grd.Cu formula (I.1.1.26):

Q = G · c · (t2 – t1) = 15 · 1 (95 – 20) = 1 125 kcal.b) Căldura specifică a oţelului este 0,11 kcal/kgf · grd:

Q = 15 · 0,11 (95 – 20) = 123,7 kcal.c) Căldura specifică a aerului este 0,24 kcal/kgf · grd:

Q = 15 · 0,24 (95 – 20) = 270 kcal.

I.1.16 Primele două principii ale termodinamicii

Termodinamica tehnică se bazează pe două legi fundamentale:Primul principiu al termodinamicii

Legea conservării energiei arată că energia nu se poate crea şi nici nu se poate distruge; ea se poate însă transforma, astfel încât cantitatea totală de energie rămâne constantă.

De exemplu, prin frânarea unui tren, reducându-se viteza se micşorează energia cinetică a trenului; în schimb, datorită frecării saboţilor de frână pe roţi, se produce căldură, care provoacă încălzirea roţilor, a saboţilor şi a aerului din jur. Dacă s-ar măsura energia cinetică a trenului înainte de frânare s-ar constata ca este egală cu energia cinetică după frânare, plus căldura dezvoltată prin frecare (deci, cantitatea totală de energie a rămas neschimbat, deşi energia şi-a schimbat forma).

Primul principiu al termodinamicii nu este altceva decât aplicarea legii generale a conservării energiei, proceselor în care schimburile de energie apar numai sub forma de căldură şi de lucru mecanic.

Primul principiu al termodinamicii are numeroase formulări, deosebite doar în aparentă:a) Lucrul mecanic se poate transforma în căldură şi invers. Se ştie că prin frecare se obţine

căldură, consumându-se totodată lucru mecanic pentru învingerea frecării. De asemenea, se ştie că şi căldura poate fi transformată în lucru mecanic cu ajutorul motoarelor termice. Experienţele au

24 din 375

arătat ca aceste transformări se fac într-un raport determinat, adică la o anumită cantitate de căldură, corespunde o anumită cantitate determinată de lucru mecanic şi invers:

1 kcal transformată în lucru mecanic dă 427 kgf · m, respectiv1 kgf · m transformat în căldură dă 1/427 kcal.

Se numeşte echivalent caloric al unităţii de lucru mecanic mărimea .

Aceasta arată cât reprezintă în kilocalorii, 1 kgf · m.

Invers, echivalentul mecanic al unităţii de căldură este mărimea care

arată cât reprezintă în kgf · m, 1 kcal.Deci, din punctul de vedere al cantităţii de energie, între căldură şi lucru mecanic există o

relaţie de echivalenţă, şi anume:Q = AL (I.1.1.29)

Exemplul 17. Un autocamion cu greutatea totală de 8 tf şi care se deplasează cu 70 km/h este frânat până la oprirea totală. Care este căldura dezvoltată în timpul frânării ?

Rezolvare. Viteza camionului (în m/s):

Energia cinetică a autocamionului înainte de frânare, cu formula (I.1.1.24):

Această energie mecanică se transformă în căldură, prin frecarea saboţilor pe tamburii de frână cu formula (I.1.1.29):

Deci, datorită frânării, energia cinetică a vehiculului se transformă în căldură, dând 360,5 kcal.

b) Nici un motor termic nu poate produce lucru mecanic fără a consuma o cantitate echivalentă de căldură. Aceasta rezultă din faptul că energia nu se poate crea. Dacă s-ar construi un motor termic care să producă lucru mecanic fără a consuma căldură (şi nici o altă formă de energie), ar însemna că acel motor creează energie, ceea ce nu se poate. O astfel de maşină, imposibil de realizat, a fost numită „perpetuum mobile de ordinul întâi”.

c) Din cele arătate rezultă încă o formulare a primului principiu al termodinamicii, şi anume: nu se poate realiza un motor care să producă lucru mecanic, fără a consuma o cantitate de energie echivalentă, sau nu se poate realiza un perpetuum mobile de ordinul întâi.

Pe lingă unităţile de măsurare a energiei prezentate până aici – kgf m şi kcal – în termodinamică în general, şi în special în industria energetică se folosesc mult încă două unităţi de măsură, şi anume calul-putere-oră (simbol CPh) şi kilowattul-oră (simbol kWh).

1 CPh este energia dezvoltată de un motor care funcţionează timp de o oră cu puterea constantă de 1 CP formula (I.1.1.20):

1 CPh = 1 CP x 3600 s = 75 kgf · m/s x 3600 s = 270000 kgf · mExprimând această energie mecanică în kilocalorii, cu formula (I.1.1.29) se obţine:

1 CPh = 632 kcal1 kWh este energia dezvoltată de un motor care funcţionează timp de o oră cu puterea

constantă de 1 kW formula (I.1.1.21):1 kWh = 1 kW x 3 600 s = 102 kgf · m/s x 3 600 s = 367 200 kgf · m

Cu formula (I.1.1.29) rezultă:

1 kWh = 860 Kcal

25 din 375

În tabelul 4 se dau valorile de transformare a unităţilor de măsură a energiei, folosite în mod obişnuit.

Tab. 4 Conversia unităţilor de măsură ale energiei

Unitate datăUnitate căutată

Kg-forţă-metru kilocalorie Cal-putere-oră Kilowatt-oră

1 kgf · m 1,000 0,002342300 0,0000037037 0,0000027241 kcal 426,94 1,000 0,0015813 0,0016281 CPh 270 000 632,41 1,000 0,735361 kWh 367 200 860,00 1,36 1,000

Al doilea principiu al termodinamiciiDupă cum se ştie, apa curge de la sine de la nivele mai ridicate către nivele mai coborâte.

Dacă în calea unui curs de apă se interpune un motor hidraulic ( o turbină ), o parte din energia apei ( potenţială, cinetică ) se transformă în lucru mecanic utilizabil în exterior. Dacă turbina se plasează pe o apă stătătoare, unde nu există o diferenţă de nivel ( cădere ), nu se poate obţine lucru mecanic.

În mod asemănător, căldura trece de la sine, de la corpurile cu temperatură mai ridicată, la corpurile cu temperatură mai coborâtă. Dacă între două corpuri cu temperaturi diferite (numite rezervoare termice) se interpune un motor termic, o parte din căldura care trece de la rezervorul termic cu temperatură ridicată la rezervorul termic cu temperatură coborâtă se transformă în lucru mecanic utilizabil în exterior.

Dacă nu se dispune decât de un singur rezervor de căldură (deci la o singură temperatură), căldura nu mai circulă (nemaiexistând cădere de temperatură) şi nu se poate obţine lucru mecanic din aceasta căldură, oricare ar fi temperatura rezervorului termic.

Deci, motorul termic preia căldura de la un rezervor termic cu temperatură ridicată, transformă o parte din această căldură în lucru mecanic dat în exterior, iar restul căldurii ne transformată în lucru mecanic, este cedată unui rezervor termic cu temperatură mai coborâtă.

Din punctul de vedere al producerii de lucru mecanic, căldura netransformată în lucru mecanic şi evacuată, poate fi asemănată cu un deşeu.

Cele arătate mai sus se încadrează într-o lege numită al doilea principiu al termodinamicii. Acesta are numeroase formulări, după aspectele particulare care urmează a fi scoase în evidenţă; astfel:

a) Căldura nu trece de la sine, de la corpurile cu temperatură mai coborâtă la corpurile cu temperatură mai ridicată.

b) Nu toată căldura primită de la un motor termic poate fi transformată în lucru mecanic; o parte din această căldură trebuie cedată în exterior, fără a fi transformată în lucru mecanic.

c) Pentru a funcţiona, orice motor termic trebuie să comunice cu cel puţin două rezervoare termice: unul cu temperatură mai ridicată, de la care motorul primeşte căldura şi altul cu temperatură mai joasă, căruia motorul ii cedează căldura netransformată în lucru mecanic.

Dacă, contrar principiului al doilea al termodinamicii, motoarele termice ar funcţiona comunicând cu un singur rezervor termic, acesta ar putea fi mediul ambiant: aerul, apa oceanelor, mărilor, pământul, etc., în care se găsesc cantităţi nesfârşite de căldură. În aceste condiţii, funcţionarea motoarelor termice ar fi deosebit de avantajoasă, deoarece căldura necesară s-ar obţine gratuit. Astfel de motoare termice, care ar funcţiona fiind în comunicaţie cu un singur rezervor termic, au fost denumite " perpetuum mobile de ordinul doi ".

Dar, conform principiului al doilea al termodinamicii, pe lângă mediul ambiant, de la care s-ar prelua căldura, trebuie să existe încă un rezervor termic, cu temperatura mai coborâtă, căruia să i se cedeze căldura netransformată în lucru mecanic. Deoarece însă într-un anumit moment şi într-un anumit loc, temperatura cea mai joasă este chiar temperatura mediului ambiant, rezultă că funcţionarea unui motor termic care preia căldura numai din mediul ambiant, nu este posibilă. Această constatare conduce la următoarea formulare a principiului al doilea al termodinamicii:

d) Nu se poate realiza un perpetuum mobile de ordinul al doilea

26 din 375

Din cele cunoscute rezultă că transformările lucrului mecanic în căldură şi invers, nu se fac la fel de uşor: lucrul mecanic se poate transforma uşor şi în întregime în căldură, prin simplă frecare; în schimb, căldura nu se poate transforma în lucru mecanic decât parţial şi numai cu ajutorul unor sisteme tehnice complicate, motoarele termice.

Primul principiu al termodinamicii arată că nu se poate obţine lucru mecanic cu un motor termic, fără a consuma o cantitate echivalentă de căldură; al doilea principiu aduce câteva restricţii suplimentare, precizând că nu toată căldura primită de motor se poate transforma în lucru mecanic şi nu orice căldură este utilizabilă pentru a produce lucru mecanic.

I.1.17 Randamentul termic

În general, orice proces tehnic este însoţit de anumite pierderi, astfel încât ceva ce se obţine ca efect util este mai puţin decât ceva ce se consumă. Se numeşte randament, raportul dintre efectul util obţinut şi ceea ce s-a consumat în acest scop:

Deoarece valoarea numitorului este mai mare decât valoarea numărătorului, valoarea randamentului este întotdeauna mai mică decât 1. Dacă acest raport se înmulţeşte cu 100, randamentul se obţine în procente. În mod obişnuit, pentru randament se foloseşte ca simbol litera grecească η (citeşte eta).

De exemplu, în cazul unei sobe pentru încălzirea încăperilor, ceea ce se consumă este căldura dezvoltată prin arderea combustibilului; o parte din această căldură se pierde însă fără a fi utilizată (cu gazele fierbinţi care ies pe coş), numai restul fiind căldură utilă. Randamentul sobei este deci egal cu raportul dintre căldura utilă (cedată în încăpere) şi căldura produsă prin arderea combustibilului în focarul sobei.

Fiecare proces şi fiecare utilaj au randamente proprii. În cazul motoarelor termice, se numeşte randament termic (simbol ηt) raportul dintre lucrul mecanic obţinut, exprimat în kilocalorii (AL) şi căldura consumată în acest scop (Q), adică:

(I.1.1.30)

Exemplul 19. Într-un motor de automobil se produce prin arderea combustibilului 70 000 kcal/h. Din această căldură, 27000 kcal/h se pierd cu gazele evacuate, 16000 kcal/h se pierd prin apa de răcire, iar 3500 kcal/h se pierd prin radiaţia termică a suprafeţelor calde exterioare. Să se determine randamentul termic şi puterea motorului?

Rezolvare. Căldura transformată în lucru mecanic este egală cu căldura consumată, minus pierderile:

AL = 70 000 – ( 27 000 + 16 000 + 3 500 ) = 23 500 kcal/hRandamentul termic (I.1.1.32):

;

Puterea, conform formulei (I.1.1.30)

I.1.18 Transformările gazelor perfecte

În termodinamică se studiază modul de comportare a fluidelor compresibile (fluide ale căror volum se modifică mult o dată cu presiunea şi temperatura); acestea sunt gazele şi vaporii (fluidele incompresibile sunt lichidele, al căror volum variază cu mult mai puţin la schimbările de presiune şi temperatură).

Toate corpurile sunt formate din molecule; între acestea există forţe de atracţie, cu atât mai puternice, cu cât moleculele sunt mai apropiate. La solide apropierea dintre molecule fiind maximă, forţele de atracţie dintre molecule – forţele de coeziune moleculară – au valori mari; la lichide,

27 din 375

distanţele dintre molecule crescând, forţele de coeziune se reduc; la gaze, moleculele sunt cu mult mai depărtate unele de altele, astfel încât forţele de coeziune nu se mai fac simţite decât slab.

Pentru a uşura studierea comportării gazelor, s-a recurs la o simplificare, presupunând că între molecule nu există forţe de coeziune. Gazele – imaginare – la care nu ar exista forţe intermoleculare, au fost numite gaze perfecte.

Legile stabilite pentru gazele perfecte sunt aplicabile de cele mai multe ori şi gazelor reale existente în natură, atunci când forţele intermoleculare sunt foarte mici. Dacă însă un gaz este supus la o presiune ridicată sau la o temperatură redusă, volumul gazului se reduce şi moleculele apropiindu-se mult între ele, forţele de atracţie dintre molecule se fac din ce în ce mai simţite, nemaiputând fi neglijate; în astfel de cazuri legile gazelor perfecte nu mai pot fi aplicate.

Situaţia aceasta se întâlneşte îndeosebi la vapori (gaze aflate în apropierea stării de lichefiere).

Transformarea la volum constant

Într-un cilindru (fig. I.1.1.11) se găseşte o anumită cantitate dintr-un gaz; acesta este închis în cilindru de un piston care nu se poate deplasa, astfel încât volumul gazului rămâne constant. Transformarea la volum constant se numeşte izocoră. Cu ajutorul unui manometru şi al unui termometru se pot măsura presiunea şi temperatura gazului.

Iniţial se măsoară presiunea p1 şi temperatura T1, volumul fiind V1. starea gazului poate fi modificată la volum constant, cu ajutorul unui schimb de căldură (încălzire sau răcire). De exemplu, încălzind gazul până la temperatura T2, presiunea creşte la valoarea p2.

Din valorile presiunilor şi temperaturilor, rezultă că, în transformarea la volum constant, presiunile gazului sunt proporţionale cu temperaturile absolute ale acestuia:

(I.1.1.31)

În diagrama p – V, izocora se reprezintă printr-o paralelă la axa presiunilor (volumul fiind constant). Deoarece în transformarea la volum constant pistonul nu se mişcă, nu se efectuează nici un lucru mecanic (lucrul mecanic este nul). Aceasta rezultă şi din diagrama p – V (fig. I.1.1.11). Curba de transformare (dreapta 1 - 2) fiind perpendiculară pe axa volumelor, suprafaţa cuprinsă între dreapta 1 – 2 şi axa volumelor este egală cu zero; deci lucrul mecanic este nul.

Fig. I.1.1.11 – Reprezentarea în diagrama p-V Fig.1.12 – Reprezentarea în diagrama a unei încălziri la volum constant p-V a unei răciri la volum constantDacă în loc de a se încălzi, gazul s-ar răci la volum constant, fenomenele s-ar desfăşura în

sens invers (fig. I.1.1.12), presiunea scăzând proporţional cu temperatura absolută a gazului.Exemplul 20. un gaz care se găseşte la presiunea de 3at şi temperatura de 20°C, este încălzit

la volum constant până la 400°C. Care este presiunea gazului la sfârşitul încălzirii?Rezolvare. Temperatura absolută a gazului la începutul şi sfârşitul încălzirii, cu formula

(I.1.1.12,a) este:T1 = t1 + 273 = 20 + 273 = 293 °K (I.1.1.32)T2 = t2 + 273 = 400 + 273 = 673 °K (I.1.1.33)

Presiunea la sfârşitul încălzirii, cu formula (I.1.1.33):

28 din 375

Transformarea la presiune constantă

Într-un cilindru (fig. I.1.1.13) se găseşte un gaz închis de un piston. Acesta se poate deplasa liber într-un cilindru şi exercită asupra gazului o apăsare constantă; astfel, presiunea gazului din cilindru este menţinută neschimbată, la cea mai uşoară tendinţă de creştere a presiunii, pistonul se depărtează de fundul cilindrului, lăsând gazul să se destindă, până la restabilirea presiunii iniţiale; invers, pistonul se apropie de fundul cilindrului la tendinţa de scădere a presiunii gazului. Astfel, transformarea se desfăşoară la presiune constantă (izobară).

Iniţial în cilindru se găseşte volumul de gaz V1, la presiunea p1 şi temperatura T1. Starea gazului poate fi modificată cu ajutorul unui schimb de căldură (încălzire sau răcire). Încălzind gazul până la temperatura T2, gazul se dilată, pistonul deplasându-se până ce volumul ocupat de gaz ajunge la V2 (presiunea rămânând neschimbată).

Fig. I.1.1.13 - Reprezentarea în diagrama p-V Fig.1.14 - Reprezentarea în diagrama p-V a unei încălziri la presiune constantă a unei răciri la presiune constantă

Din valorile volumelor şi temperaturilor, rezultă că în transformarea la presiune constantă, volumele gazului sunt proporţionale cu temperaturile absolute ale acestuia:

(I.1.1.34)

În fizică această formulă este cunoscută sub denumirea de legea Gay-Lussac.În diagrama p – V (fig.I.1.1.13) izobara se reprezintă printr-o paralelă la axa volumelor

(presiunea fiind constantă), lucrul mecanic este reprezentat prin suprafaţa 122'1'1, cuprinsă între izobara 12 şi axa volumelor. Dacă în loc de a se încălzi, gazul s-ar răci la presiune constantă, fenomenele s-ar desfăşura invers (fig.I.1.1.14), volumul scăzând proporţional cu temperatura absolută a gazului.

Exemplul 21. Într-un cilindru se găsesc 5 l dintr-un gaz care are temperatura de 60°C. Gazul este încălzit până la temperatura de 500°C. Care va fi volumul la sfârşitul transformării, dacă încălzirea se face la presiune constantă ?

Rezolvare. Temperatura absolută a gazului la începutul şi la sfârşitul încălzirii cu formula (I.1.1.12,a):

T1 = t1 + 273 = 60 + 273 = 333 °KT2 = t2 + 273 = 500 + 273 = 773 °K

Volumul la sfârşitul încălzirii la presiune constantă, cu formula (I.1.1.34)

Transformare la temperatură constantă

29 din 375

Într-un cilindru (fig.I.1.1.15) se găseşte un gaz închis cu un piston. Iniţial, starea gazului este determinată de presiunea p1, de temperatura T1 şi de volumul V1. dacă se micşorează forţa cu care pistonul apasă asupra gazului acesta se destinde; pistonul este împins de către gaz, astfel încât volumul acestuia creşte şi presiunea scade. Dacă nu s-a luat nici o măsură suplimentară, s-ar constata că destinderea este însoţită de răcirea gazului. Pentru a împiedica aceasta, în timpul destinderii gazul trebuie încălzit în exterior, atât cât este necesar pentru ca temperatura lui să rămână neschimbată. În acest fel se poate realiza o transformare la temperatură constantă (izotermică).

La sfârşitul transformării starea gazului este determinată de presiunea p2, temperatura T1 şi volumul V2. din valorile presiunilor şi volumelor, rezultă că în transformarea la temperatură constantă, volumele gazelor sunt invers proporţionale cu presiunile acestuia:

(I.1.1.35)

sau produsul dintre presiune şi volum este constanta:p1V1 = p2V2 = const.

În fizică această relaţie este cunoscută sub denumirea de lege Boyle-Mariotte. În diagrama p-V izoterma se reprezintă printr-o curbă (hiperbolă echilaterală), care satisface relaţia (I.1.1.35). Lucrul mecanic (pozitiv) efectuat în decursul destinderii este reprezentat prin suprafaţa 122`1`1, cuprinsă între izoterma 12 şi axa volumelor. Dacă în loc de a se destinde, gazul ar fi comprimat la temperatură constantă, fenomenele s-ar desfăşura invers (fig. I.1.1.16), volumul ar scădea o dată cu creşterea presiunii şi, pentru a menţine temperatura constantă, gazul ar trebui să fie răcit în timpul comprimării.

Exemplu 21. 2m³ aer, care iniţial are presiunea de 1 at, se comprimă izotermic până când gazul ajunge la 0,5m³. Care va fi presiunea la sfârşitul comprimării?

R e z o l v a r e: Cu formula (I.1.1.35):

Fig.I.1.1.15 – Reprezentarea în diagrama p-Va unei destinderi la temperatură constantă

Fig. I.1.1.16 – Reprezentarea în diagrama p-V a unei comprimări la temperatură constantă

Transformarea adiabatică

În transformarea adiabatică gazul nu face nici un schimb de căldură cu exteriorul; pentru aceasta în timpul transformării adiabatice gazul trebuie să fie perfect izolat termic faţă de exterior.

30 din 375

Dacă dintr-un cilindru prevăzut cu o astfel de izolaţie (fig. I.1.1.17) există un gaz care are iniţial volumul , la presiunea la temperatura şi dacă se reduce forţa cu care pistonul apasă asupra gazului, acesta se va destinde. Se constată că, în cazul destinderii adiabatice, o dată cu mărirea volumului scade atât presiunea, cât şi temperatura.

În transformarea adiabatică, între aceste mărimi există următoarele relaţii:

în care valoarea exponentului x (se citeşte kapa) depinde de natura gazului. Pentru gazele cele mai folosite în tehnică (aerul, gazele de ardere, etc), x = 1,4.

În diagrama p – V, adiabata se reprezintă printr-o curbă (hiperbolă) care satisface relaţia (I.1.1.36). Lucrul mecanic (pozitiv) efectuat în destinderea adiabatică este reprezentat prin suprafaţa 122'1'1, cuprinsă între adiabata 12 şi axa volumelor. Dacă în loc de a se destinde, gazul ar fi, comprimat adiabatic, fenomenele s-ar desfăşura invers (fig.I.1.1.18); volumul ar scădea o dată cu creşterea presiunii şi temperaturii.

Deoarece turbinele cu abur sunt prevăzute cu o bună izolaţie termică exterioară, în timpul funcţionării turbinelor, schimbul de căldură între aburul din interior şi aerul din exterior este neînsemnat; astfel, destinderea aburului în turbină este foarte apropiată de destinderea adiabatică.

Fig. I.1.1.17 – Reprezentarea în diagrama p-V Fig.I.1.1.18 - Reprezentarea în diagrama p-V a unei destinderi adiabatice a unei comprimări adiabatice

I.1.19 Vaporizare, vaporiStări de agregare; gaze reale

Corpurile din natură se prezintă în trei stări de agregare: solidă, lichidă şi gazoasă. După cum se ştie, moleculele corpurilor sunt în continuă mişcare ( chiar şi în corpurile solide ); vitezele şi distanţele pe care se mişcă moleculele sunt cu atât mai mari, cu cât moleculele au mai multă energie. Pe de altă parte, forţele de atracţie dintre molecule ţin moleculele aproape unele de altele, opunându-se la împrăştierea materiei.

În stare solidă moleculele au o energie redusă, astfel încât mişcarea acestora se reduce la oscilaţii care au loc pe distanţe mici. Astfel, moleculele sunt mereu aproape unele de altele şi forţele de atracţie dintre molecule se manifestă foarte puternic; ruperea unui corp solid nu se face decât cu un efort destul de important. Dacă un corp solid – de exemplu o bucată de gheaţă – primeşte energie sub formă de căldură, această energie se repartizează tuturor moleculelor, care încep să se mişte din ce în ce mai repede şi pe distanţe tot mai mari; astfel, forţele de atracţie moleculară reţin tot mai multe molecule, care nu mai sunt atât de strâns legate unele de altele; corpul – gheaţa – s-a topit, transformându-se în lichid - apa. Dacă aceasta primeşte energie în continuare sub formă de căldură, mişcarea moleculelor devine tot mai intensă; când distanţa de

31 din 375

deplasare dintre molecule ajunge mai mare decât distanţa la care mai pot acţiona forţele de atracţie moleculară, moleculele devin libere şi părăsesc suprafaţa lichidului, sub formă de vapori.

Deci, trecerea din starea solidă în starea lichidă se face cu un consum de căldură şi se numeşte topire; trecerea din starea lichidă în starea de vapori se face de asemenea cu consum de căldură şi se numeşte vaporizare.

Schimbarea stării de agregare se poată face şi în sens invers; dacă vaporii sunt răciţi, cedând căldură, energia moleculelor scade şi distanţele de deplasare a moleculelor se reduc tot mai mult. Moleculele apropiindu-se, forţele de coeziune apropie moleculele unele de altele, astfel încât vaporii, se transformă în lichide: are loc condensarea. Dacă lichidul continuă să cedeze energie sub formă de căldură, mişcarea moleculelor se reduce atât de mult, încât forţele de coeziune ajung să se manifeste foarte puternic, transformând corpul în solid, are loc solidificarea.

Cele trei stări de agregare şi transformările prin care se poate trece de la o stare la alta sunt reprezentate schematic în figura I.1.1.19.

În termotehnică interesează în mod deosebit starea lichidă şi starea de vapori, iar ca schimbări de stare de agregare, vaporizarea şi condensarea. La studiul gazelor perfecte s-a plecat de la ipoteza că forţele dintre moleculele gazelor sunt atât de mici, încât pot fi neglijate). Uneori aceste forţe ajung la valori destul de mari, astfel încât influenţa lor se face resimţită în modul de comportare a gazelor. Gazele la care forţele intermediare sunt atât de mari încât nu pot fi neglijate, se numesc gaze reale. În această categorie intră şi vaporii.

Fig. I.1.1.19 – Reprezentarea schematică a transformărilor de stare de agregareÎntre vapori şi gaze nu se poate face o distincţie precisă. În stare gazoasă moleculele sunt

mult distanţate între ele, astfel încât forţele intermoleculare pot fi neglijate. Dacă gazele sunt însă aduse aproape de starea în care începe condensarea (prin răcire şi eventual prin mărirea presiunii), datorită apropierii moleculelor, efectul forţelor dintre molecule ajunge să se facă simţit. În această situaţie nu se mai pot aplica legile gazelor perfecte şi – în mod convenţional – gazele poartă denumirea de vapori. Deci, vaporii sunt gaze aflate în apropierea stării lichide. Vaporii de apă se mai numesc şi aburi.

I.1.20 Vaporizare, supraîncălzire, condensare

Se consideră că într-un cilindru se găseşte 1 kgf apă la temperatura de 0°C. Apa este închisă de un piston, care putându-se deplasa liber, menţine în cilindru presiunea constantă de 760 torr. Volumul ocupat de apă este de 1 dm3. presiunea şi temperatura apei pot fi măsurate cu ajutorul manometrului şi termometrului montate în cilindru (fig. I.1.1.20,a); volumul închis de piston poate fi determinat în funcţie de poziţia pistonului; de asemenea, se presupune că printr-o fereastră se poate privi oricând în interiorul cilindrului.

Încălzind apa în cilindru, la presiune constantă, temperatura apei creşte continuu; totodată, datorită dilatării se constată şi o uşoară creştere a volumului apei. În timpul încălzirii apei, pistonul este în contact direct cu lichidul.

32 din 375

În momentul în care temperatura apei ajunge la 100°C, se constată schimbări importante în desfăşurarea procesului; temperatura care creşte continuu, încetează de a mai creşte; volumul din cilindru care creştea foarte încet, începe să crească foarte repede; pistonul care era în contact direct cu lichidul, părăseşte suprafaţa lichidului, ridicându-se tot mai sus (fig. I.1.1.20,b). Aceste schimbări se datorează faptului că în cilindru a început vaporizarea apei.

În tot timpul cât se desfăşoară vaporizarea (cât mai există lichid în cilindru), temperatura din cilindru rămâne constantă, deşi încălzirea continuă.

Fig. I.1.1.20 – Transformările suferite de apă în decursul vaporizăriiÎn momentul în care ultimele două picături s-au transformat în vapori, vaporizarea s-a

terminat şi în cilindru nu se mai găsesc decât vapori. Volumul ocupat de 1 kgf abur la presiunea de 760 torr este de 1673 dm3 (deci prin vaporizare volumul a crescut aproape de 1700 ori).

Dacă încălzirea continuă, se constată că temperatura începe să crească din nou (peste 100°C), iar volumul ocupat de vapori se măreşte foarte mult. Creşterea temperaturii vaporilor peste temperatura de vaporizare se numeşte supraîncălzire.

Dacă se repetă experienţa punând deasupra pistonului o greutate suplimentară, astfel încât procesul să se desfăşoare la presiunea de 2 at, se constată că vaporizarea începe la temperatura de 119,6°C (în loc de 100°C), iar volumul ocupat de 1 kgf abur, la sfârşitul vaporizării este de 902 dm3 (în loc de 1673 dm3). În rest, fenomenele se desfăşoară asemănător cu cele constatate mai înainte.

Refăcându-se experienţa la diferite presiuni, mai mari sau mai mici, se constată că întotdeauna temperatura de vaporizare creşte cu presiunea, iar volumul vaporilor scade cu creşterea presiunii. Deci, transformarea apei în vapori cuprinde trei faze distincte; încălzirea apei până la temperatura de vaporizare, vaporizarea şi supraîncălzirea vaporilor.

Legile vaporilor sunt:a) În timpul vaporizării, dacă presiunea este constantă, temperatura apei şi a vaporilor

aflaţi deasupra apei este constantă.b) Unei anumite presiuni îi corespunde o anumită temperatură de vaporizare (numită şi

temperatură de saturaţie, simbol ts) şi invers, unei anumite temperaturi îi corespunde o anumită presiune de vaporizare (numită presiune de saturaţie, simbol ps); temperatura de saturaţie creste cu presiunea la care are loc vaporizarea.

c) Vaporizarea se face cu un consum de căldură din exterior (este un proces endoterm).Condensarea, procesul invers vaporizării, se desfăşoară după aceleaşi legi, ca şi

vaporizarea, cu deosebire că în timpul condensării, vaporii cedează căldură în exterior (condensarea este un proces exoterm).

Vapori

Lichidul a cărui temperatură este egală cu temperatura de vaporizare (temperatura de saturaţie), se numeşte lichid în stare de saturaţie. Lichidul se găseşte în această stare, din momentul în care începe vaporizarea, pe toată durata vaporizării, până în momentul în care aceasta se termină.

33 din 375

Vaporii a căror temperatură este egală cu temperatura de vaporizare (temperatura de saturaţie) se numesc vapori saturaţi; dacă conţin în suspensie mici picături de lichid, sau dacă în contact cu lichidul, totalitatea lichidului şi vaporilor aflaţi deasupra lichidului se numesc vapori saturaţi umezi.

De exemplu, conţinutul cilindrului din fig. I.1.1.20,b (atât lichidul, cât şi vaporii) se numeşte abur saturat umed. Vaporii saturaţi care nu conţin nici o picătură de lichid în suspensie şi nici nu sunt în contact cu lichidul din care provin îi carte bineînţeles au temperatura de saturaţie, se numesc vapori saturaţi uscaţi. Vaporii a căror temperatură este mai mare decât temperatura de saturaţie se numesc vapori supraîncălziţi.

I.1.21 Mărimile de stare ale apei şi aburului

Deoarece în industria energetică se folosesc aproape numai vapori de apă, în cele ce urmează vor fi prezentaţi doar aceştia.

Proprietăţile fiecărui corp depind de starea în carte se găseşte corpul respectiv. În general, starea unui corp este precizată dacă se cunosc cel puţin două mărimi de stare (de exemplu dacă se cunosc presiunea şi temperatura unui kilogram – forţă aer, se poate calcula volumul ocupat de aer etc.). În cazul apei şi aburului, proprietăţile mai importante din punct de vedere energetic se exprimă prin următoarele mărimi de stare: presiunea, temperatura, volumul specific, entalpia şi entropia.

Despre primele trei din aceste mărimi s-a vorbit în paragrafele anterioare.Entalpia este o mărime de stare egală cu energia potenţială acumulată în corpul respectiv,

sub formă de căldură. În cazul unei transformări la presiune constantă, în care entalpia variază de la i1 la i2 , căldura schimbată cu exteriorul, de către corpul care suferă transformarea este:

Q = G (i2 - i1) kcal, (I.1.1.37)în care G este greutatea corpului, în kgf.Pentru apă se consideră că, la t = 0°C, i = 0 kcal/kgf.În cazane, încălzirea apei, vaporizarea şi supraîncălzirea aburului se desfăşoară la presiune

constantă; pentru aceasta, entalpia apei, respectiv a aburului, este egală cu căldura necesară pentru a transforma apa, care iniţial are temperatura de 0°C, în apă cu o temperatură mai ridicată sau abur.

Exemplul 23. Care este entalpia unui kilogram – forţă de apă, la temperatura de 90°C ?Rezolvare. Căldura necesară pentru încălzirea apei de la 0°C la 90°C, conform formulei

(I.1.1.26):Q = G · c ( t2 – t1 ) = 1 · 1 ( 90 – 0 ) = 90 kcal. (I.1.1.38)

Deci la temperatura de 90°C, entalpia apei este:i90 = Q = 90 kcal / kgf

Entropia este o mărime de stare caracterizată, printre altele, prin aceea că într-o transformare adiabată (fără schimb de căldură), valoarea sa este constantă. Simbolul entropiei pentru 1 kgf dintr-un corp (entropia specifică) este litera s, iar unitatea de măsură a acestei mărimi este kcal/kgf · °K.

Există tabele şi diagrame în care se găsesc valorile mărimilor de stare pentru apă şi abur. În aceste tabele se notează cu prim (') mărimile de stare ale lichidului de saturaţie şi cu secund (") mărimile de stare ale aburului saturat uscat.

Apa

La saturaţie, fiecărei presiuni îi corespunde şi o anumită temperatură şi invers, astfel încât, dacă se cunoaşte una dintre aceste mărimi, cealaltă poate fi luată din tabele.

Exemplul 24. care este temperatura de vaporizare (de saturaţie) a apei, la presiunea de 5 at. ? Dar la 50 at. ? Care este presiunea apei care la saturaţie are temperatura de 300°C?

Rezolvare. Din tabela cu mărimile de stare ale apei şi ale aburului de saturaţie rezultă:a) la p = 5 at. ts = 151,11°Cb) la p = 50 at. ts = 262,70 °Cc) la t = 309,53 °C ps = 100 at.

34 din 375

deci, la t = 310 °C presiunea va fi cu puţin peste 100 at.Dacă apa nu se găseşte în stare de saturaţie, la o anumită presiune apa poate avea orice

temperatură mai mică decât temperatura de saturaţie; de asemenea, la o anumită temperatură, apa poate avea orice presiune mai mare decât presiunea de saturaţie. În condiţii obişnuite, la temperaturi nu prea mari, volumul specific al apei poate fi considerat egal cu 1 dm3/kgf = 0,001 m3/kgf.

La temperaturi mai mari, datorită dilatării, acest volum specific creşte; în mod obişnuit, în calcule se poate lua v = 0,001 m3/kgf. La presiuni nu prea mari (până la câteva zeci de atmosfere) entalpia apei este aproximativ egală cu temperatura acesteia:

i ≈ tValorile exacte ale entalpiei pot fi luate din tabele.Exemplul 25. Care sunt volumul specific şi entalpia specifică a apei la presiunea de 10 at.

şi la temperatura de 120 °C ? Dar la 200 at. şi 300 °C ?Rezolvare.

- din tabele rezultă: v = 0,0010599 m3/kgf şi i = 120,4 kcal/kgf.Cu formula (I.1.1.40) ar rezulta:

i = t = 120 kcal/kgfdeci o eroare de ţ, 4 kcal/kgf.

- din tabele rezultă: v = 0,00136 m3/kgf şi i = 318,4 kcal/kgf.Cu formula (I.1.1.40) ar rezulta:

i = t = 300 kcal/kgfdeci o eroare de 18,4 kcal/kgf.Exemplul 26. Care sunt temperatura, volumul specific şi entalpia specifică a apei la

saturaţie, la presiunea de 0,5 at.?Rezolvare. Din tabele: t = 80,86°C; .v' = 0,001029 m3/kgf , i' = 80,86 kcal/kgfCu formula ( 40 ) rezultă tot:

i' = ts = 80,86 kcal/kgfExemplul 27. Care sunt presiunea, volumul specific şi entalpia specifică a apei la saturaţie,

la temperatura de 364°C ?Rezolvare. Din tabele rezultă că la temperatura apropiată de 364,08°C:

P = 200 at.; v' = 0,001987 m3/kgf; i' = 431,3 kcal/kgf.Cu formula ( 40 ) ar rezulta:

i' = ts = 364,08 kcal/kgfdeci, o eroare de 431,3 – 364,08 = 67,22 kcal/kgf

Aburul saturat

Pentru o presiune dată, proprietăţile aburului saturat depind de cantitatea de lichid nevaporizat care se găseşte în abur.

Dacă dintr-un kilogram – forţă, de apă se obţine prin încălzire x kgf abur, restul de (1 – x) kgf rămâne în stare lichidă . Astfel se obţine aburul saturat umed, care conţine x kgf abur saturat uscat şi (1 - x) kgf apă.

Se numeşte titlul aburului (simbol x) cantitatea de abur saturat uscat conţinut într-un kilogram – forţă de abur saturat umed. Titlul aburului este egal cu raportul dintre cantitatea de abur saturat uscat şi cantitatea totală de abur saturat umed (adică de abur saturat uscat şi apă)

În cazul apei la saturaţie, x = 0, deoarece apa nevaporizându-se încă, cantitatea de abur saturat uscat este egală cu zero; în cazul aburului saturat uscat x = 1, deoarece toată apa s-a transformat în abur.

Apa nevaporizată, în cantitate de (1 – x) kgf, se numeşte umiditatea aburului. Aceasta variază între 1, pentru apa la saturaţie, şi 0 pentru aburul saturat uscat.

Titlul este o mărime importantă, fiind folosit pentru a defini starea aburului saturat umed.

35 din 375

La saturaţie, fiecărei presiuni îi corespunde o anumită temperatură a aburului şi invers, astfel încât dacă se cunoaşte una dintre aceste mărimi, cealaltă poate fi luată din tabele.

Volumul specific al aburului saturat umed este egal cu volumul ocupat de lichidul nevaporizat, plus volumul ocupat de aburul uscat.

La 1 kgf de abur umed conţinând (1 – x) kgf apă şi x kgf abur uscat, volumul apei este, conform formulei (I.1.1.1):

Vapă = G · v' = ( 1 – x ) · x' (I.1.1.41)iar volumul aburului uscat:

Vab = Gab · v" = x · v" (I.1.1.42)în care volumele specifice v' şi v" ale apei şi aburului la saturaţie se iau din tabele.

Deci, volumul total al aburului saturat umed se obţine adunând volumul apei cu volumul aburului uscat:

v = ( 1 – x ) v’ + x · v” = v’ + x ( v” – v’ ) La presiuni nu prea mari, volumul specific al apei fiind mic, se poate neglija, deci:

v = x · v"Exemplul 28. Care este volumul ocupat de 20 kgf abur saturat cu presiunea de 10 at. şi

titlul x = 0,8 ?Rezolvare . cu formulele ( 1 ) şi ( 41 ) şi din tabele:

x = ( 1 – x ) · x' + x · v" = ( 1 – 0,8 ) – 0,00112 + 0,8 · 0,198 = 0,1585 m3/kgfV = G · v = 20 · 0,1585 = 3,17 m3

Aplicând formula aproximativă ( 42 ):x = x · v" = 0,8 · 0,198 = 0,1583 m3/kgf

se obţine:V = 20 · 0,1583 = 3,166 m3

deci un rezultat foarte apropiat.Entalpia. Se ştie că vaporizarea se face cu un consum de căldură. Vaporizarea începe

numai după ce apa a ajuns la temperatura de saturaţie, la care entalpia are valoarea i'. Pentru a se vaporiza este necesar să se dea acestei ape o cantitate de căldură numită căldură latentă de vaporizare (simbol r).

Se numeşte căldură latentă de vaporizare, căldura necesară pentru a transforma 1 kgf de apă, aflată în stare de saturaţie, în vapori saturaţi uscaţi.

Notând cu i” entalpia vaporilor saturaţi uscaţi, se obţine relaţia:i”= i’ + r (I.1.1.43)

deoarece entalpia vaporilor uscaţi i” este egală cu entalpia apei la saturaţie i’, la care se mai adaugă căldura latentă de vaporizare r.

În tabele se găsesc valorile i’, i” şi r, la diferite pasiuni, respectiv temperaturi.Entalpia aburului saturat umed este egală cu entalpia lichidului rămas nevaporizat, plus

entalpia aburului uscat:(I.1.1.44)

Exemplul 29. Care sunt căldura latentă de vaporizare şi entalpia aburului saturat uscat la presiunea de 50 at?

Rezolvare. Din tabele rezultă:R = 393,5 kcal/kgf; i”= 667,5 kcal/kgf.

Cu formula se poate face verificareai”= i’ + r = 274,3 + 393,2 = 667,5 kcal/kgf.

Exemplul 30. Care este entalpia aburului saturat cu presiunea de 50 at şi x = 0,7 ?Rezolvare. Cu formula ( 44 )

Aburul supraîncălzit

Atât volumul încălzit cât şi entalpia aburului supraîncălzit se iau din tabele, în funcţie de presiune si temperatură.

36 din 375

Exemplul 31. Printr-o conductă cu diametrul de 200 mm trec 30 tf/h, la presiunea de 10 at şi temperatura de 300º C. Să se determine entalpia specifică a aburului si viteza acestuia.

Rezolvare. La presiunea de 10at, t2 = 179,04º C. Temperatura aburului fiind de 300º C, deci mai mare decât temperatura de saturaţie, aburul este supraîncălzit. Din tabele i - 728 kcal/kgf; v =0,263 m³/kgf

Volumul de abur care trece prin conductă într-o oră, cu formula (I.1.1.1):V = Gv = 30 000 · 0,263 = 7 890 m³/h.

Debitul (in m³/s) cu formula (I.1.1.14):

Viteza aburului:

Diagrama i – s pentru abur

Pentru determinarea rapidă şi suficient de exactă a mărimilor de stare ale aburului, se poate folosi diagrama i – s. La aceasta (fig. I.1.1.21) pe axa ordonatelor (verticală) se notează entalpia i, iar pe axa absciselor (orizontală) se notează entropia s.

Câmpul diagramei este tăiat transversal de o curbă groasă – aceasta este curba aburului saturat uscat (x = 1). Deasupra acesteia este zona aburului supraîncălzit, iar dedesubt zona aburului saturat umed.

Curbele de presiune constantă (izobarele) urcă din partea stângă – jos, spre dreapta – sus; pe curbe sunt scrise presiunile respective (in at). Curbele de temperatură constantă (izotermele) pornesc de la curba aburului saturat uscat şi, după ce urcă puţin, devin orizontale; pe izoterme sunt scrise temperaturile respective (în ºC). În domeniul aburului saturat izotermele se confundă cu izobarele (deoarece fiecărei presiuni îi corespunde câte o anumită temperatură.

În domeniul aburului saturat sunt trasate şi curbele de titlu constant (x = ct), pe care sunt scrise şi valorile respective ale titlurilor. Pe unele diagrame sunt trasate şi curbele de volum constant (izocore).

Fig. I.1.1.21 – Diagrama i-s pentru aburDeci în diagrama i – s pentru abur se găsesc valorile entalpiei, presiunii, temperaturii,

titlului (pentru aburul saturat) şi eventual a volumului specific. Cunoscând două dintre aceste valori, starea aburului este definită şi se pot afla şi celelalte mărimi de stare. Pentru aceasta este suficient să se reprezinte pe diagramă punctul care reprezintă starea aburului şi să se citească valorile corespunzătoare ale mărimilor de stare.

37 din 375

Exemplul 32. Să se determine starea aburului la presiunea de 5at şi temperatura de 200 º C.Rezolvare. La intersecţia izobarei de 5at cu izoterma de 200 º C (fig. I.1.1.22), se găseşte

punctul care reprezintă starea aburului. Deoarece punctul este deasupra curbei aburului saturat uscat, aburul este supraîncălzit. În dreptul punctului determinat, pe axa verticală se citeşte entalpia i – 682 kcal/kgf, iar pe axa orizontală se citeşte entropia s = 1,69 kcal/kgfºK.

Cu ajutorul diagramei i – s se pot studia uşor diferite transformări ale aburului. Astfel, de exemplu, vaporizarea şi supraîncălzirea (deasemenea răcirea aburului şi condensarea) se reprezintă de-a lungul izobarelor (fiind fenomene care se desfăşoară la presiune constantă). După cum s-a arătat, în transformarea adiabatică entropia este constantă; deoarece în diagrama i – s se reprezintă pe axa orizontală, transformarea adiabatică se reprezintă printr-o verticală (dreapta de entropie constantă).

Fig. I.1.1.22 – Determinarea stării aburului în diagrama i-sExemplul 33. Câtă căldură este necesară pentru a transforma 100kgf abur saturat, cu

presiunea de 10at şi titlul 0,9 în abur supraîncălzit, cu presiunea de 10at şi temperatura de 300º C?Rezolvare. Din diagrama i – s (fig. I.1.1.23):

i1 = 615 kcal/ kgf; i2 = 729 kcal/kgf.Deoarece încălzirea se face la presiune constantă, căldura primită de abur este egală cu

variaţia entalpiei:Q12 = G (i2 – i1) = 100 (729 – 615) = 11 400 kcal.

Exemplul 34. Care este variaţia entalpiei unui kilogram – forţă abur, care se destinde adiabatic de la 8at si 200 º C până la 1at ? Care este starea finală a aburului ?

Rezolvare. Transformarea adiabatică reprezentându-se printr-o verticală, din diagrama i – s (fig. I.1.1.24) rezultă:

i1 = 615 kcal/ kgf; i2 = 729 kcal/kgf.; x2 = 0,91

Fig. I.1.1.23 – Determinarea schimbului de Fig. I.1.1.24 – Determinarea variaţiei într-o căldură într-o transformare izobară entalpiei într-o transformare adiabatică

Variaţia entalpiei este:i1 – i2 = 678 – 591 = 87 kcal/kgf.

În starea finală aburul este saturat umed (x2 = 0,91).

38 din 375

S

I.2 REZISTENŢA MATERIALELOR: DEFINIŢII, MĂRIMI TEHNICE, CLASIFICARE, DESCRIERE

I.2.1 Bazele rezistenţei materialelor

Rezistenţa materialelor este ştiinţa care, considerând corpurile deformabile sub acţiunea forţelor exterioare, stabileşte relaţii de calcul pentru studiul rezistenţei, rigidităţii şi stabilităţii acestora, în scopul realizării unor construcţii tehnice sigure în funcţionare şi ieftine.

Rezistenţa materialelor studiază, de asemenea, comportarea materialelor sub sarcini şi indică modul de alegere a materialului corespunzător unei anumite piese, ţinând seamă de sarcinile ce-i sunt aplicate şi de condiţiile de lucru ale acesteia.

Rezistenţa materialelor la rândul ei stă la baza altor discipline tehnice ca: organe de maşini, motoare, turbine, maşini de ridicat şi de transportat, maşini-unelte etc. şi în toate cazurile este folosită pentru a indica metoda cea mai potrivită de calcul, dimensionare sau verificare.

În rezistenţa materialelor sunt admise o serie de simplificări si ipoteze, suficiente pentru nevoile tehnicii.

Aceste consideraţii se referă la aspectul teoretic al rezistenţei materialelor.Aspectul experimental al acestei discipline urmăreşte:

- obţinerea caracteristicilor materialelor necesare pentru calcule; - verificarea relaţiilor deduse teoretic prin compararea lor cu fenomenele reale; - studiul fenomenului de rupere a materialelor sub acţiunea sarcinilor şi a diverşilor factori ce influenţează acest fenomen.

Forţele exterioare şi interioare

Dacă asupra unui corp C (fig.II.1,a) acţionează o serie de forţe şi aplicate

în exterior, care sunt în echilibru, atunci corpul se deformează, modificându-se astfel şi distanţele dintre molecule şi valorile forţelor de atracţie dintre acestea. Forţele aplicate din afară datorită cărora se produc aceste modificări se numesc forţe exterioare. Aceste forţe sunt fie de suprafaţă când provin din acţiunea reciprocă a corpurilor prin contact direct, fie de volum când provin din greutatea proprie, inerţie, atracţie magnetică etc.

Forţele de suprafaţă care provin din contactul unui corp cu alte corpuri se numesc sarcini.Sarcinile se pot clasifica după mai multe criterii.

După modul cum sunt distribuite pe o suprafaţă, sarcinile pot fi: a) concentrate;b) distribuite uniform sau neuniform.

Sarcinile sunt concentrate când se transmit la un corp prin intermediul unei suprafeţe ale cărei dimensiuni sunt foarte mici; se măsoară în newtoni (N) şi decanewtoni (daN).Un exemplu îl constituie forţa de apăsare a unui vagon pe şină.

Sarcinile sunt distribuite uniform când sunt aplicate în mod continuu pe o anumită lungime sau suprafaţa corpului. Ca sarcină distribuită uniform poate fi considerată greutatea proprie a unei grinzi sau un strat de bitum turnat pe suprafaţa unui pod ; se măsoară în N şi daN, pe unitatea de lungime sau de suprafaţă.

După modul în care sunt aplicate asupra unui corp, sarcinile pot fi:a) statice;b) dinamice.

Sarcinile statice se aplică de la valoarea zero la valoarea lor de lucru în timp mai îndelungat. De exemplu, acţiunea greutăţii unei clădiri asupra fundaţiei sale.

Sarcinile dinamice rezultă din mişcarea uniform variată sau variată a piesei (forţele de inerţie), din variaţia periodică în timp a valorii forţelor aplicate(forţe variabile) sau din aplicarea bruscă a unei sarcini asupra unui corp. Un exemplu de aplicare bruscă a unei sarcini îl constituie căderea unui ciocan pe o nicovală sau căderea berbecului asupra pilonilor necesari construcţiilor de poduri etc.

39 din 375

Când corpurile sunt sub acţiunea sarcinilor statice se zice că sunt supuse la solicitări statice, iar când sunt sub acţiunea sarcinilor dinamice, acestea sunt supuse la solicitări dinamice.

Sub efectul forţelor exterioare, datorită coeziunii intermoleculare, iau naştere forţe interioare sau eforturi.

Forţele interioare. Dacă corpul C (fig.I.2.1 a), aflat în echilibru, se taie într-o secţiune oarecare cu un plan imaginar P, acesta se împarte în două părţi I şi II.După separarea celor două părţi (fig.I.2.1,b) se constată că acestea, luate fiecare în parte, nu îşi mai menţin echilibrul sub acţiunea forţelor exterioare. Pentru menţinerea echilibrului este necesar să se introducă în secţiune o forţă interioară notată cu F. Această forţă interioară este efortul total din secţiune şi reprezintă de fapt rezultanta tuturor forţelor elementare de legătură intermoleculară care se găsesc pe faţa stângă a secţiunii (partea I). În acelaşi timp forţa interioară reprezintă efectul părţii I asupra părţii a II-a şi invers.Pentru determinarea efortului F se aplică ecuaţiile de echilibru static pentru una sau alta din cele două părţi.

Fig. I.2.1– Eforturi totale a – corpul nesecţionat; b – efortul total din secţiune; c – reducerea efortului în centrul de greutate al secţiunii

Pentru a menţine echilibrul în partea I, forţa F trebuie să fie egală şi de sens contrar cu rezultanta forţelor exterioare care acţionează asupra părţii I. Deoarece forţa F de pe faţa stângă a secţiunii este egală şi de sens contrar cu forţa F de pe faţa dreaptă a secţiunii (partea a-II-a), în virtutea principiului acţiunii şi reacţiunii, rezultă că forţa F de pe faţa dreaptă a secţiunii este întotdeauna egală şi de acelaşi sens cu rezultanta forţelor exterioare care acţionează pe partea din stânga a secţiunii (partea I).

În aplicaţiile practice este convenabil ca forţa interioară F să fie redusă faţă de centrul de greutate al secţiunii, ceea ce face să apară în acest punct şi un cuplu cu momentul M. În acest caz, efortul total se reprezintă printr-o forţă interioară F, aplicată în centrul de greutate al secţiunii, şi printr-un cuplu cu momentul M. Deoarece forţa F este de cele mai multe ori înclinată faţă de planul secţiunii (fig.I.2.1,c), ea se descompune în două componente : una normală pe planul secţiunii, numită efort normal sau forţă normală N şi a doua cuprinsă în planul secţiunii, numită efort tangenţial sau forţă tăietoare T.

Deoarece cunoaşterea efortului total F nu este suficientă, pentru a aprecia capacitatea de rezistenţă a secţiunii, este necesar să se studieze, pe lângă efortul total, şi efortul unitar p. Pentru aceasta se defineşte efortul unitar ca fiind rezultanta forţelor de legătură intermoleculară care acţionează pe unitatea de suprafaţă (1 cm2) în jurul uni punct dat din secţiune (fig.II.2).

Fig.I.2.2 – Efortul unitar din secţiune Fig.I.2.3 – Descompunerea efortului unitar după normala şi tangenta la

secţiuneDin motive de ordin practic se descompune efortul unitar după normala şi tangenta la

secţiune înlocuindu-se astfel efortul unitar p prin componentele σ şi respectiv τ (fig.II.3).

40 din 375

Componentele efortului unitar se numesc efort unitar normal σ , respectiv efort unitar tangenţial τ . Descompunerea este justificată de faptul că experimental s-a constatat că efortul unitar normal σ produce numai deformaţii liniare, iar efortul unitar tangenţial τ produce numai deformaţii unghiulare.

Din cele expuse rezultă că pe baza forţelor exterioare cunoscute se pot determina cu ajutorul ecuaţiilor de echilibru efortul total F sau componentele sale N şi T, împreună cu cuplul interior de moment M. Pentru a se putea trece mai departe de la valoarea efortului total la eforturile unitare σ şi τ, este necesar să se cunoască legea de distribuţie a acestora pe secţiune. Definirea unei asemenea legi se poate face observând pe de o parte modul de deformare al corpului şi pe de altă parte legătura dintre eforturi şi deformaţii.

Ipoteze şi principii de bază în rezistenţa materialelor

În rezistenţa materialelor se admit o serie de ipoteze de bază legate de structura şi comportarea materialelor sub acţiunea sarcinilor.

Ipoteza mediului continuu. Această ipoteză presupune că materialul din care este executat un corp este omogen şi ocupă în mod continuu tot spaţiul reprezentat de volumul său.

Ipoteza izotropiei. In rezistenţa materialelor, materialele se presupun izotrope adică având aceleaşi proprietăţi elastice în toate direcţiile. Metalele, aliajele, betonul sunt materiale izotrope, în timp ce lemnul, materialele stratificate, în general, sunt anizotrope.

Ipoteza elasticităţii perfecte. Un corp se consideră perfect elastic atunci când după îndepărtarea sarcinilor care l-au deformat, revine la forma şi dimensiunile iniţiale. Deoarece în majoritatea cazurilor corpurile sunt solicitate sub limita de elasticitate, această ipoteză poate fi adoptată, fiind aproape de realitate.

Ipoteza proporţionalităţii dintre eforturi şi deformaţii. Pentru ca relaţiile de calcul stabilite la materialele ce se supun legii lui Hooke să poată fi aplicate şi celor ce nu se supun acestei legi, se admite valabilă ipoteza, după care toate materialele folosite în tehnică – se supun acestei legi.

Ipoteza deformaţiilor mici presupune că deformaţiile care se obţin la piesele solicitate până la limita elastică sunt mici în comparaţie cu dimensiunile lor (fig.I.2.4). În baza acestei ipoteze se pot face anumite calcule obţinându-se corpurile rigide şi nedeformabile (calculul reacţiunilor, construirea diagramelor de eforturi etc.).

Fig.I.2.4 – Deformaţii

Principiul lui Saint Venant. Barele din figura I.2.5, a şi b de aceleaşi dimensiuni sunt solicitate la încovoiere, în cazul a, cu o sarcină concentrată P, iar în cazul b cu o sarcină uniform distribuită echivalentă static cu prima. Fiecare din încărcări dă naştere la eforturi unitare şi deformaţii diferite. La distanţă însă, în locul lor de aplicare, legea de repartiţie a eforturilor unitare pe secţiune şi valoarea acestora este aceeaşi.

41 din 375

Fig.I.2.5 – Bare solicitate la încovoiere Fig.I.2.6 – Demonstrarea ipotezei lui Bernoulli

Ipoteza lui Bernoulli. O secţiune A, plană şi normală pe axa unei bare supuse la întindere (figI.2.6, a) după deformarea acesteia se deplasează în poziţia A1, dar rămâne plană şi perpendiculară pe axă. Acelaşi lucru se constată şi la solicitările de compresiune, încovoiere(fig.I.2.6, b), iar la barele cilindrice, şi la răsucire. Bernoulli a emis ipoteza, conform căreia o secţiune plană şi perpendiculară pe axa unei bare înainte şi după deformare. Această ipoteză dă posibilitatea să se stabilească uşor deformaţiile şi eforturile unitare care se produc în bară.

Eforturi unitare

Forţele interioare dintr-o secţiune oarecare a unui corp solicitat cu o serie de sarcini sunt rezultantele unor forţe elementare care acţionează pe fiecare element de suprafaţă al secţiunii (fig.I.2.7).

Notându-se o asemenea forţă elementară cu ∆F1 şi suprafaţa elementară pe care acţionează cu ∆A, intensitatea acestei forţe este caracterizată de raportul:

(I.2.1)

care se numeşte efort unitar.

Fig.I.2.7 – Eforturi unitare pe secţiuneUnităţile de măsură ale acestei mărimi sunt decanewtoni pe centimetru pătrat (daN/cm2 )

sau decanewtoni pe milimetru pătrat (da N/mm2).Efortul unitar p are direcţia forţei care îl produce şi dacă aceasta este înclinată pe suprafaţa

pe care acţionează, p va fi înclinat pe această suprafaţă. În acest caz, p se poate descompune în două componente, una cuprinsă în planul secţiunii numită efort unitar tangenţial care se notează de obicei cu τ şi alta perpendiculară pe secţiune, numită efort unitar normal notată cu σ.

Deformaţii

Corpurile, sub acţiunea sarcinilor, se deformează luând o anumită formă. Practic interesează în mod deosebit legătura care există între forma pe care o are corpul înainte şi după acţionarea sarcinilor. Aceasta depinde de modul în care se deformează fiecare element de volum al corpului.

Presupunându-se un asemenea element de forma unui paralelipiped tridreptunghic şi analizându-se posibilităţile lui de deformare, se disting două asemenea posibilităţi. Una dintre acestea presupune modificarea dimensiunilor laturilor, păstrându-se forma de paralelipiped tridreptunghic (fig.I.2.8,a). Se poate însă ca dimensiunile laturilor paralelipipedului devenind oblic (fig.I.2.8,b). Intr-un caz mai general, deformaţia paralelipipedului elementar se poate produce în ambele moduri.

42 din 375

Fig.I.2.8 – Posibilităţi de deformare a unui corp: a – cu modificarea dimensiunilor iniţiale ale laturilor; b – cu modificarea unghiurilor iniţiale

Lungirea specifică. Dacă o bară este supusă la întindere de o forţă P aplicată în lungul axei (fig.I.2.9), lungimea iniţială lo a acesteia devine l l.. Diferenţa de lungime ∆l = l1- lo este lungirea absolută, iar lungirea unităţii de lungime este denumită lungire specifică; aceasta se notează cu є şi are expresia :

є = (I.2.2)

fiind o mărime adimensională.

Fig.I.2.9 – Deformarea unui corp prin întindere

În practică, deoarece această mărime are valori foarte mici, se exprimă în procente (%).Contracţia transversală. La majoritatea materialelor, o dată cu lungirea acestora, are loc o

micşorare a secţiunii transversale denumită contracţie transversală (figI.2.9).Astfel, de exemplu, dacă secţiunea barei este dreptunghiulară şi are dimensiunile iniţiale bo

şi h o care după lungire devine b1 şi h1, contracţia transversală, pentru fiecare dimensiune, va fi :∆h = h1 - ho

∆b = b1 - bo

iar contracţia transversală specifică :

єt = (I.2.3)

Experimental s-a constatat că contracţia transversală specifică este proporţională cu lungimea specifică conform relaţiei :

єt = - μє , (I.2.4)în care μ este coeficientul de contracţie transversală sau coeficientul lui Poisson (vezi tabelul I.2.1). Dacă bara în loc să se întindă, se comprimă, atunci deformarea acesteia are loc în sensul scurtării ei, iar în secţiunea transversală are loc o umflare a acesteia relaţia (I.2.4.) rămânând valabilă.

Lunecarea. Deformaţia de lunecare transformă un element de volum având forma unui paralelipiped tridreptunghic, într-un element având forma unui paralelipiped oblic, fără modificarea lungimii laturilor.

În figura (I.2.10), suprafaţa BCEF a lunecat faţă de suprafaţa ADHG. Unghiul BAD iniţial de 900

se micşorează după deformare la valoarea 90 – γ .Valoarea acestei lunecări se măsoară prin lunecarea specifică care se notează cu γ. Ea se obţine din relaţia :

γ fiind un unghi de valoare mică pentru a cărui tangentă se ia unghiul exprimat în radiani.Lunecarea specifică este o mărime fără dimensiuni, măsurată în radiani şi reprezintă micşorarea unghiului iniţial de 900

43 din 375

Fig. I.2.10 – Deformarea unui corp prin lunecareI.2.2. Întinderea şi compresiunea.

Definiţie. Forţă axială

Întinderea sau compresiunea unei bare drepte (fig. I.2.11) are loc atunci când forţele care acţionează asupra ei au punctele de aplicaţie pe axa barei (axa centrelor de greutate ale secţiunilor transversale) şi direcţia acestor axe.

Fig.I.2.11 – Bară solicitată la întindere şi compresiune

Dacă forţele sunt dirijate spre exterior ( fig.I.2.11.a) bara este solicitată la întindere, iar dacă sunt dirijate spre interior (fig.I.2.11.b), bara este solicitată la compresiune.

Pentru a se determina valoarea eforturilor unitare este necesar mai întâi să se determine valoarea forţelor interioare. Eforturile unitare se determină aplicându-se metoda secţiunilor. Se secţionează bara solicitată, printr-un plan oarecare m – m *, perpendicular pe axă, împărţindu-se astfel bara în două părţi( fig.II.11.c). Se îndepărtează apoi una din părţi şi se înlocuieşte efectul ei asupra părţii rămase cu o forţă interioară, care să-i menţină echilibrul. Această forţă interioară care este rezultanta tuturor eforturilor unitare ce acţionează pe secţiune, aplicată în lungul axei barei se numeşte forţă axială şi se notează cu N. Această forţă axială este de sens contrar cu sarcina P care acţionează în capătul barei. Deci se poate scrie:

N = P. (I.2.5)

Valoarea efortului unitar normal, care se naşte în secţiunea m – m *, de mărime A, este în acest caz :

(I.2.6)

În cazul compresiunii, sensul forţelor se schimbă (fig.I.2.11.d). Solicitarea de întindere sau compresiune(fig.I.2.12.a,b) se întâlneşte la: cabluri, lanţurile pentru maşinile de ridicat şi transportat, cuplele dintre vagoanele unui tren, conducătoare pentru transportul energiei electrice, coloanele, stâlpi,bare pentru construcţii metalice, grinzi cu zăbrele etc.

44 din 375

Fig.I.2.11 – Exemple de solicitări la întindere şi compresiune

Curba caracteristică a oţeluluiLegea lui HOOKE

Datorită unor forţe exterioare care acţionează asupra unui corp, acesta se deformează şi în interiorul lui iau naştere eforturi unitare. De exemplu, dacă se iau două bare având aceleaşi dimensiuni – una din oţel şi alta din cauciuc – cărora li se fixează una din extremităţi iar de cealaltă se trage cu aceeaşi forţă, se observă că bara de cauciuc se lungeşte mai mult decât cea de oţel. Deşi supuse la aceeaşi sarcină (eforturile unitare pe secţiune sunt aceleaşi), deformaţiile lor sunt diferite; deci materialele se comportă diferit sub acţiunea aceleiaşi sarcini. Pentru unul şi acelaşi material însă, între eforturile unitare şi deformaţiile produse, există o legătură, la un anumit efort corespunzând o anumită valoare a deformaţiei..În timpul încercării se măsoară sarcina de încărcare P şi lungirea, pe baza cărora se calculează

efortul unitar : σ = (I.2.7)

unde A0 este aria secţiunii transversale iniţiale a epruvetei. Lungirea specifică este dată de relaţia

(I.2.8)

Dacă se reprezintă grafic, într-un sistem de axe perpendiculare, variaţia efortului unitar ce ia naştere în epruvetă funcţie de deformaţia specifică, se obţine o curbă denumită curba caracteristică a materialului respectiv.În cazul încercării unei epruvete din oţel moale cu un conţinut mic de carbon, curba caracteristică

are forma din figura (I.2.13).Domeniul de proporţionalitate. Modul de

elasticitate. In intervalul de la O la A, curba caracteristică este o linie dreaptă, adică eforturile unitare sunt proporţionale cu deformaţiile, ceea ce se poate exprima prin relaţia :

σ = є . E, (I.2.9)în care E este un factor de proporţionalitate, denumit modul de elasticitate longitudinal, exprimat în daN/cm2 sau în daN/mm2.

Fig.I.2.13 – Curba caracteristică a oţeluluiRelaţia (I.2.9) este una din relaţiile de bază din rezistenţa materialelor şi este cunoscută şi

sub denumirea de legea lui Hooke.Valoarea corespunzătoare efortului unitar în punctul A se notează de obicei cu σp şi se

numeşte limită de proporţionalitate, iar domeniul corespunzător se numeşte domeniu de proporţionalitate.

Curbe caracteristice asemănătoare se obţin şi la solicitările de încovoiere şi răsucire.La solicitarea de răsucire curba caracteristică se ridică în coordonate τ şi γ iar legea lui

Hooke, în acest caz, se scrie sub forma :τ = Gγ , (I.2.10)

unde G se numeşte modul de elasticitate transversal şi se măsoară în daN/cm 2 sau în daN/mm2. Valorile pentru E şi G sunt date în tabelul I.2.1.Tabelul I.2.1 Valorile constantelor E,G şi μ pentru unele materiale:

Denumirea materialelorModul de elasticitate

longitudinal, E daN/cm2Modul de elasticitate transversal, G daN/cm2

Coeficientul lui Poisson, μ

Oţel carbon (2,0 . . .2,1 ) ∙106 8,1 ∙ 105 0, 24. . .0,28

45 din 375

Oţel aliatOţel turnat

Fontă cenuşie şi albăFontă turnată în cochilieAlamă laminată la rece

Bronz fosforosAlamă laminată la rece

Aliaje de aluminiuDuraluminiuZinc laminat

Plumb

2,1 ∙ 101,75 ∙106

(1,15 . . .1,6 ) ∙106

1,55106

(1,1…1,3)106

1,156

(0,91…0,99)6

(0,06…0,71)6

(0,70…0,75)6

0,846

0,176

8,1 ∙ 105

-

4,55

-

4,9105

4,2105

(3,5…3,7)5

(2,4…2,7)5

(2,6…2,7)5

3,25

0,705

0,25 . . .0,30-

0,23…0,27-

0,32…0,35-

0,270,42

---

Domeniul de elasticitate . Materialul se comportă şi în afara domeniului de proporţionalitate până în punctul B. Valoarea efortului unitar corespunzător punctului B se notează cu e şi se numeşte limită de elasticitate. Cele două limite de elasticitate şi de proporţionalitate marcate pe curbă cu punctul B,respectiv A sunt apropiate şi ca atare din punct de vedere tehnic, acestea pot fi considerate confundate. Dacă se depăşeşte limita de elasticitate se intră în alt domeniu de comportare a materialului, cunoscut sub denumirea de domeniul plastic.

Zona de curgere. Dincolo de limita elastică, deformaţiile cresc mai repede decât efortul unitar, curba caracteristică devenind aproape orizontală în intervalul C – D; materialul curge. Valoarea efortului unitar se notează cu c şi se numeşte limită de curgere.

Zona deformaţiilor. Ruperea. Dincolo de această zonă, eforturile unitare cresc din nou până la o anumită valoare maximă – punctul E pe diagramă – denumită limită de rupere, care se notează de obicei cu r. Dincolo de limita de rupere deformaţia epruvetei se concentrează într-un singur loc, pe epruvetă apare o gâtuire (fig.I.2.14) şi în acel loc se produce ruperea.

Efortul unitar de rupere r la întindere este dat de relaţia :

r = (I.2.10’)Fig.I.2.14 – Epruvetă gâtuită

în care :Pmax este forţa de întindere maximă ;

Ao – secţiunea transversală iniţială.Dacă după ruperea epruvetei se pun cap la cap bucăţile rupte şi se măsoară, lungimea obţinută, exprimată în procente, se numeşte lungire specifică de rupere şi se notează cu :

= r ∙ 100 % sau = (I.2.10”)

unde lr este lungimea epruvetei după rupere, iar lo – lungimea iniţială, înainte de încercare.Gâtuirea specifică la rupere se determină măsurându-se secţiunea epruvetei în locul rupturii

Ar, scăzându-se din cea iniţială Ao şi împărţindu-se la cea iniţială. Gâtuirea specifică la rupere se notează cu şi se obţine cu relaţia:

= (I.2.11)

Lungirea specifică de rupere r oglindeşte proprietăţile unui material de a se deforma sub acţiunea sarcinilor. Astfel, materialele care se rup după o lungire mare cum sunt oţelul cu conţinut mic de carbon , cupru, aluminiu, se numesc materiale tenace. Alte materiale cum sunt fonta, oţelurile cu conţinut mare de carbon, unele aliaje de zinc se rup la o lungire foarte mică. Aceste materiale se numesc fragile.

I.2.3. ForfecareaFenomenul forfecării. Deformaţii

46 din 375

Fenomenul de forfecare are loc într-o secţiune a barei, dacă aceasta este solicitată de două forţe paralele, egale ca mărime şi de sens opus (fig.I.2.15) aplicate în planul tangenţial al secţiunii transversale, astfel încât distanţa dintre ele să fie foarte mică; aceste forţe tind să deplaseze una din părţile barei faţă de cealaltă.

Sub acţiunea forţelor P, partea din dreapta a barei tinde să alunece faţă de partea din stânga de-a lungul secţiunii O – O’. Aplincându-se metoda secţiunilor, se poate considera numai partea din stânga şi forţele care o ţin în echilibru, adică forţa exterioară P şi forţa interioară T (care este rezultanta eforturilor interioare distribuite în toată secţiunea transversală O – O’), egală şi de sens opus forţei P. Această forţă interioară T se numeşte forţă tăietoare şi este egală cu forţa P

Fig.I.2.15 – Bară solicitată la forfecareîn cazul de faţă. Forţa T fiind cuprinsă în planul secţiunii şi deci tangentă la ea, poartă numele de forţă tangenţială.

Solicitarea de forfecare este însoţită, în mod curent, de solicitarea de încovoiere, dar deoarece momentul încovoietor este aproape nul, efectul încovoierii poate fi neglijat.

Solicitarea de forfecare se întâlneşte la nituri, şuruburi, la îmbinările sudate, la îmbinările construcţiilor din lemn, la tăierea tablelor etc.

Pentru calculul pieselor supuse la forfecare se admite ipoteza că eforturile unitare tangenţiale ce iau naştere au aceeaşi valoare pe tot cuprinsul secţiunii.

Dacă se raportează forţa tăietoare T la aria secţiunii A, se obţine valoarea efortului unitar tangenţial :

= (I.2.12)

În cazul secţiunilor mari, fenomenul de forfecare este mai complex, iar repartizarea eforturilor unitare nu se mai poate considera uniformă.

În cazul forfecării se produce o deformaţie care constă în lunecarea a două secţiuni apropiate una faţă de alta (fig.I.2.16). Deplasarea unui punct din secţiune (de exemplu, punctul p în punctul t) se numeşte lunecarea absolută.

În calculele de rezistenţă se foloseşte curent mărimea numită lunecare specifică . Unghiul în cazul deformaţiilor elastice este foarte mic. Deoarece la unghiuri mici tangenta diferă foarte puţin de unghiul său, în locul tangentei unghiului , se ia chiar unghiul

tg ≈

Fig.I.2.16 – Deformaţia în cazul forfecării Lunecarea specifică este egală cu raportul dintre lunecarea absolută şi distanţa punctului considerat p la punctul fix O.

Deci : =

Pe baza datelor experimentale se admite că, în anumite limite, eforturile unitare tangenţiale sunt proporţionale cu lunecările specifice respective, adică se supun legii lui Hooke, şi anume :

= G (I.2.13)G fiind modul de elasticitate transversal.

Deplasarea punctului p sub efectul eforturilor unitare tangenţiale, notată cu s (fig.I.2.17) are valoarea: s = ltg ≈ l.

Ţinând seamă de legea lui Hooke pentru această solicitare s = l

47 din 375

Dacă în această relaţie se introduce = , se obţine relaţia care dă deformaţia prin

alunecare, şi anume : s = (I.2.14)

Fig.I.2.17 – Lunecarea simplă

Fig.I.2.18 – Nituire prin suprapunere cu mai multe nituri:a – solicitarea la forfecare a îmbinării; b – modul ăn care se produce forfecarea unui nit; c- plan de

separaţie; d – repartizarea eforturilor unitare de strivire dintre nit şi gaură.

Solicitarea de forfecare se întâlneşte la îmbinările cu şuruburi, cu nituri (fig.I.2.18), cu pene la îmbinările sudate, la ştanţarea pieselor, la îmbinările construcţiilor din lemn etc.

I.2.4. Momente statice, momente de inerţie,module de rezistenţă

La solicitările de întindere, compresiune şi forfecare, dimensiunile şi forma secţiunii transversale ale barelor se iau în consideraţie în calcule prin expresia ariei secţiunii. La solicitările de încovoiere şi răsucire ce urmează a fi tratate în capitolele următoare, se vor întâlnii şi alte mărimi geometrice cunoscute sub denumirea de momente statice şi momente de inerţie.

Momente statice

48 din 375

Pentru a defini momentul static al suprafeţei plane A din fig.I.2.19 faţă de axa z, se presupune că aceasta a fost împărţită în elemente mici de arie A având coordonatele z, y.

Cu G s-a notat centrul de greutate al suprafeţei, având coordonatele zG şi yG.Prin definiţie momentul static al elementului de arie A în raport cu axa z este produsul

yA. Momentul static al întregii suprafeţe A, în raport cu axa z, este egal cu suma momentelor statice ale tuturor suprafeţelor elementare ce alcătuiesc această suprafaţă şi se exprimă prin relaţia:

Sz = (I.2.15)

se citeşte „sumă pe aria A” din yA şi se reprezintă operaţia:

= y1∆A1 + y2∆A2 + . . . . + yn∆An ,

în care A1, A2,….., An sunt elemente de arie cuprinse în suprafaţa A, iar y1, y2,….., yn, sunt ordonatele corespunzătoare faţă de axa z.

Dacă se cunosc coordonatele centrului de greutate al suprafeţei, yG respectiv zG, momentele statice Sz şi Sy sunt:

Sz= yGA (I.2.15’)

Sy= zGA (I.2.16)

Momentul static al unei suprafeţe în raport cu o axă este deci egal cu produsul dintre aria suprafeţei şi distanţa de la centrul de greutate al acesteia la axă.

Dimensiunea momentului static este lungimea la puterea a treia (L3), iar unitatea de măsură este centimetrul la puterea a treia (cm3).Fig.I.2.19 – Suprafaţă raportată la un

sistem de axe de referinţă

Din relaţiile (I.2.15’) şi (I.2.16) se observă că, dacă axele în raport cu care se calculează momentele statice trec prin centrul de greutate al suprafeţei , valoarea acestor momente este egală cu zero.

Momente de inerţie

Momentele de inerţie se pot clasifica astfel: a) momentele de inerţie axiale sau ecuatoriale (faţă de o axă);

b) momente centrifuge (faţă de două axe );c) momente de inerţie polare (faţă de un punct ).

Momente de inerţie axiale. Pentru definirea momentului de inerţie axial al suprafeţei plane A faţă de axa z (fig.I.2.19) se presupune suprafaţa împărţită în elemente mici de arie A faţă de axa z este dat de produsul y2A. Suma tuturor acestor produse calculate pentru întreaga suprafaţă faţă de axa z reprezintă momentul de inerţie axial al întregii suprafeţe şi se exprimă prin relaţia:

Iz = 2∆A. (I.2.17)

În mod analog , se determină şi momentul de inerţie faţă de axa y, şi anume:

Iy = z2∆A. (I.2.18)

Deoarece y2este pozitiv, rezultă că întotdeauna momentele de inerţie Iz si Iy sunt pozitive.Momentele de inerţie au ca dimensiune lungimea la puterea a patra (L4), iar unitatea de

măsură folosită în practică este centimetrul la puterea a patra (cm4).Dacă sistemul de axe yoz trece prin centrul de greutate al suprafeţei , momentele de inerţie

calculate în raport cu aceste axe se numesc momente de inerţie principale (centrale)

49 din 375

Momente de inerţie centrifuge. Momentul de inerţie centrifug al unei suprafeţe plane se defineşte, pornind de la aceiaşi figură (fig.I.2.19). Pentru un element de suprafaţă A de coordonate x şi y, valoarea acesteia este zyA. Pentru întreaga suprafaţă A, momentul centrifug este dat de suma momentelor centrifuge ale tuturor elementelor ce alcătuiesc suprafaţa A şi este:

. Izy = (I.2.19)

Momentele de inerţie centrifuge pot fi negative, pozitive sau nule. Dimensiunea este lungimea la puterea a patra (L4), iar unitatea de măsură folosită este centimetrul la puterea a patra (cm4).

Momente de inerţie polare. Momentul de inerţie polar se determină faţă de un punct numit pol. Dacă se alege ca pol punctul 0 (fig.I.2.19), atunci pentru un element A valoarea momentului de inerţie polar este r2A, în care r este distanţa de la polul 0 la elementul A. Pentru întreaga suprafaţă A, momentul de inerţie polar este dat de suma tuturor produselor dintre suprafeţele elementare A şi pătratul distanţelor lor la punctul 0, respectiv:

IP = 2∆A. (I.2.20)

Dimensiunea momentului de inerţie polar este lungimea la puterea a patra, respectiv cm4.Deoarece r2 este pozitiv, momentul de inerţie polar este întotdeauna pozitiv.În figură se poate observa că:

r2 = y2 + z2.Introducându-se această valoare în relaţia (II.20) se obţine :

Ip = 2 + z2) ∆A = 2∆A + 2∆A = Iz + Iy. (I.2.21)

Rezultă că suma momentelor de inerţie faţă de două axe perpendiculare este egală cu momentul de inerţie polar faţă de punctul de intersecţie al axelor.

Raze de inerţie

Raza de inerţie este o caracteristică geometrică,care se determină din momentul de inerţie cu ajutorul relaţiilor :

Ai = Iz şi Ai = Iy

de unde :

iz = ; iy = (I.2.22)

Acestea pot fi considerate ca distanţele fictive la care s-ar găsi întreaga suprafaţă a secţiunii, aşa încât produsul dintre suprafaţă şi pătratul razei de inerţie să fie egală cu momentul de inerţie.

Razele de inerţie se măsoară în unităţi de lungime, respectiv în centimetri (cm).

Module de rezistenţă

Module de rezistenţă axiale. Se numeşte modul de rezistenţă a unei suprafeţe în raport cu o axă, raportul dintre momentul de inerţie şi distanţa de la marginea secţiunii la acea axă.

Modulele de rezistenţă în raport cu axele Oz şi Oy ale unei suprafeţe se determină cu relaţiile :

Wz = ; Wy = (I.2.23)

Dimensiunea modulului de rezistenţă este lungimea la puterea a treia (L3), iar unitatea de măsură, centimetri la puterea a treia (cm3).

Module de rezistenţă polare. Pentru secţiunea circulară şi inelară se foloseşte şi noţiunea de modul de rezistenţă polar care este definit de raportul:

Wp = (I.2.24)

unde

50 din 375

Ip este momentul de inerţie polar.Rmax este raza maximă a suprafeţei respective.

I.2.5. Încovoierea

O bară dreaptă este solicitată la încovoiere atunci când sarcinile ce i se aplică sunt cupluri de forţe sau forţe normale pe axa barei, care se află în plane ce trec prin această axă.

Deformaţia la încovoiere a unei grinzi drepte se caracterizează prin faptul că, după încărcare, axa grinzii (la început dreaptă) se încovoaie, iar secţiunile transversale (paralele înainte de încovoiere) se înclină una faţă de alta (fig.I.2.20).Forţele care provoacă încovoierea sunt aşezate într-un plan care trec prin axa grinzii.

În figura (I.2.20.a) este reprezentată o grindă dreaptă simplu rezemată, pe două reazeme; se observă că sub acţiunea forţelor exterioare, grinda se încovoaie, astfel că axa grinzii x – x care la început era o linie dreaptă, a căpătat forma unei curbe (fig.I.2.20.b). Dacă se trasează pe suprafaţa grinzii o reţea de linii orizontale şi verticale paralele, după deformare, liniile drepte orizontale vor deveni nişte curbe aproximativ paralele, iar liniile verticale se vor înclina una faţă de alta, încetând de a mai fi paralele (fig.II.20.b).

Fig.I.2.20 – Grindă simplu rezematăCea mai mare comprimare se constată la fibrele superioare extreme, iar cea mai mare

întindere la fibrele inferioare extreme, fibrele aşezate pe axa x – x păstrându-şi aceeaşi lungime.Dacă se ia o grindă încastrată la un capăt într-un perete şi se încarcă la celălalt capăt cu o

sarcină oarecare, grinda se va încovoia dar caracterul încovoierii va fi deosebit de cel descris mai sus. Deoarece încastrarea nu permite o rotire a extremităţii A, grinda se va încovoia, dar caracterul încovoierii va fi deosebit de cel descris mai sus. Deoarece încastrarea nu permite o rotire a extremităţii A, grinda se va încovoia în felul următor (fig.I.2.21): fibrele superioare se vor întinde,

cele inferioare se vor comprima, iar cele aşezate pe axa x – x se vor curba, dar nu-şi vor modifica lungimea.

Suprafaţa în care fibrele, în urma încovoierii, nu-şi modifică lungimea iniţială se numeşte suprafaţa neutră. Ea este perpendiculară pe planul de acţiune al forţelor şi trece prin centrul de greutate al secţiunii. Linia de intersecţie a suprafeţei neutre cu oricare dintre secţiunile transversale ale grinzii se numeşte axa neutră a secţiunii transversale a grinzii (fig.I.2.22). Axa neutră este perpendiculară pe planul de acţiune al forţelor.Exemple de bare solicitate la încovoiere sunt grinzile podurilor rulante, grinzile cu zăbrele

Fig.I.2.21 – Grindă încastrată utilizate pentru acoperirea halelor (ferme), grinzile orizontale de susţinere ale planşeelor dintre etaje, osiile vagoanelor de cale ferată, osiile de la autocamioane, arcurile în foi, grinzile pentru podurile de cale ferată şi peste râuri etc. Solicitarea de încovoiere apare în cazul barelor încărcate cu sarcini transversale sau momente concentrate, cum ar fi: osia vagonului, grinzile de susţinere, podurile rulante, podurile de cale ferată etc. În figura (II.23) sunt prezentate câteva exemple de bare solicitate la încovoiere.

Reacţiunile la grinzile static determinate se calculează în felul următor: se ia axa grinzii ca axă Ox, originea axelor de coordonate O fiind unul din reazemele grinzii. Ca axă Oy se alege perpendiculara pe axa barei în punctul de origine ales. Se îndepărtează apoi reazemele care fixează grinda, introducându-se în locul lor reacţiunile corespunzătoare tipului de legătură respectiv.

51 din 375

Se scrie apoi suma proiecţiilor tuturor forţelor pe direcţia axei Ox şi se egalează cu zero. Se determină astfel componenta orizontală a reacţiunii reazemului fix. Pentru determinarea reacţiunilor verticale se pot scrie momentele tuturor forţelor în raport cu două puncte ale grinzii (de obicei reazemele acesteia) şi se egalează de asemenea cu zero, ecuaţia de proiecţie a forţelor pe verticală putând fi folosită pentru verificare. În locul a două ecuaţii de momente se poate folosi o singură ecuaţie cu condiţia ca suma proiecţiilor tuturor forţelor pe direcţia Oy să fie egală cu zero.

Fig.I.2.22 – Grindă solicitată la încovoiere Fig.I.2.23 – Exemple de bare solicitate la cu sarcinile cuprinse în planul de simetrie încovoiere: a- grindă cu zăbrele;

b – grinda unui pod rulant; c-osia unui autocamion; d- osia unui vagon.

Eforturi interioare în bare solicitate la încovoiere.Forţă tăietoare. Moment încovoietor

Pentru a se putea studia eforturile interioare într-o grindă simplu rezemată, încărcată cu o forţă concentrată P (fig.I.2.24,a) se presupune că această forţă P este aplicată la o distanţă a de

reazemul din stânga şi că distanţa dintre reazeme (deschiderea grinzii) este egală cu l. Se înlătură reazemele, înlocuindu-se prin reacţiunile V.1 şi V.2 (fig.I.2.24,b). Se presupune că valorile acestor reacţiuni sunt cunoscute şi se cere să se determine forţele interioare care iau naştere în secţiunile grinzii, în urma încărcării ei cu forţa P. Pentru aceasta se secţionează grinda la o distanţă x de reazemul din stânga şi se înlătură partea dreaptă 3-2. Asupra porţiunii din stânga 1-3 a grinzii acţionează o singură forţă exterioară – reacţiunea V1 din reazemul 1, care tinde să deplaseze porţiunea 1-3, în sus şi s-o rotească în sensul mişcării acelor de ceasornic. Pentru a se menţine în stare de echilibru, porţiunea 1-3 trebuie să se aplice în secţiunea m – m’ o forţă interioară T, egală şi de sens opus cu forţa V1. Dar forţa V1, tinzând să rotească porţiunea 1 – 3 în raport cu secţiunea m - m’ formează împreună cu forţa T un cuplu, având momentul

egal cu produsul dintre forţa V1 şi distanţa x. Pentru a se împiedica această rotaţie, este necesar să se aplice în secţiunea m- – m’ un cuplu interior, având un moment M, egal în valoare cu momentul exterior V1 – x, dar tinzând să rotească porţiunea 1-3 în sens contrar.

Rezultă că în secţiunea m – m’ lucrează forţe interioare care echilibrează forţele exterioare şi provoacă deformaţii elastice; aceste forţe interioare sunt forţa tangenţială T şi cuplul M (fig.I.2.24,

52 din 375

Fig.I.2.24 – Grindă simplu rezemată,încărcată cu o sarcină concentrată P

c). Forţa T se numeşte forţă tăietoare, iar cuplul de moment M se numeşte moment încovoietor.

Dacă s-ar fi considerat o altă secţiune între punctele de aplicaţie ale forţelor V1 şi P (fig.I.2.24, b), valoarea distanţei x ar fi fost alta şi prin urmare, şi valoarea momentului încovoietor M ar fi fost alta, deoarece M = V1 ∙ x. În ceea ce priveşte forţa tăietoare T, aceasta rămâne neschimbată şi anume T = V1 pentru toate secţiunile aşezate între punctele de aplicaţie ale forţelor V1 şi P.

Dacă se ia o secţiune între punctele de aplicaţie P şi V2 la o distanţă x1 de reazemul din stânga (fig.I.2.24, b), forţa tăietoare T şi momentul încovoietor M vor avea alte valori. Deoarece reacţiunea V1 constituie numai o fracţiune a forţei P, forţa exterioară P depăşind valoarea reacţiunii (fig.I.2.24, d), va tinde să lase în jos porţiunea 1-4 a grinzii. Forţa interioară T1 trebuie să asigure porţiunii 1-4 echilibrul static. Pentru aceasta, forţa tăietoare trebuie să fie egală cu diferenţa acestor două forţe, adică:

T1 = V1 – P.Pentru a împiedica rotirea porţiunii 1 – 4, momentul încovoietor M1 trebuie să învingă în

secţiunea n - n’ două momente, egale respectiv cu + V1x 1 şi – P (x1 – a), care tind să rotească porţiunea 1 – 4 faţă de secţiune în sensuri opuse. Reacţiunea V1 tinde să rotească porţiunea 1 – 4 în sensul mişcării acelor de ceasornic, iar forţa P în sens opus. Primul moment prin convenţie se consideră pozitiv (+) iar cel de-al doilea, negativ (–).

Deci, momentul M1 are valoarea: M1 = V1 ∙ x1 - P (x1 – a).

Prin urmare, în secţiunea m - m’ acţionează:M = V1x şi T = V1,

Iar în secţiunea n - n’

M1 = V1 ∙ x1 - P (x1 – a) şi T1 = V1 – PSe pot trage următoarele concluzii:

a) la încovoierea unei grinzi sub acţiunea unei sarcini verticale, forţele interioare se reduc în general, la o forţă tăietoare T şi la un moment încovoietor M;b) forţa tăietoare T şi momentul încovoietor M variază în lungul grinzii;c) forţa tăietoare T într-o secţiune dată este egală cu suma proiecţiilor tuturor forţelor exterioare care se află de aceeaşi parte a secţiunii, pe direcţia perpendiculară pe axa grinzii, adică pe direcţia forţelor. Forţa exterioară din stânga se consideră pozitivă dacă este îndreptată în sus (de exemplu, reacţiunea V1) şi negativă dacă este îndreptată în jos (de exemplu, forţa P). Pentru forţele exterioare din dreapta semnele se iau invers;d) momentul încovoietor M într-o secţiune dată este egal cu suma momentelor forţelor exterioare, care se află de aceeaşi parte a secţiunii luate faţă de centrul de greutate al secţiunii transversale.

Momentul încovoietor se consideră pozitiv atunci când roteşte secţiunea din dreapta forţelor în sensul acelor unui ceasornic şi pe cea din stânga în sens contrar şi negativ în situaţia inversă. Secţiunea în care momentul încovoietor atinge valoarea cea mai mare se numeşte secţiune periculoasă.

Eforturi unitare şi deformaţii în barele drepte solicitate la încovoiere. Formula lui Navier.

Datorită solicitării de încovoiere bara se curbează (fig.I.2.25) ceea ce face ca fibrele dinspre interiorul curbei să fie comprimate (se scurtează), iar cele din exterior întinse (se lungesc). Fibrele nesolicitate se numesc neutre şi înainte de deformarea barei sunt situate într-un plan numit neutru

care trece prin linia centrelor de greutate ale secţiunilor transversale.După încărcare, fibrele situate de o parte a planului neutru fiind întinse, iar celelalte comprimate, bara se deformează, iar planul neutru se transformă într-o suprafaţă cilindrică neutră, care, pentru o lungime destul de mică l0 poate fi comparată cu o suprafaţă cilindrică circulară.

53 din 375

Se izolează din bară un element de lungime iniţială l0, mărginit de secţiunile transversale normale pe axa barei, A1 şi A2 (fig.II.25, a).

Înainte de deformare, toate fibrele au aceeaşi lungime l0, egală cu lungimea fibrei ln.După deformare, secţiunile A1 şi A2 vor face între ele un unghi , iar toate fibrele se

încovoaie. Fibrele cuprinse pe suprafaţa neutră îşi vor păstra însă lungimea iniţială ln.Fig.I.2.25 – Bară dreaptă supusă la încovoiere

Experimental, se constată că secţiunile transversale A1 şi A2, care au fost plane înainte de deformare, rămân plane şi transversale şi după deformare, adică ipoteza lui Bernoulli este aplicabilă şi în cazul solicitării la încovoiere.

Alegând Oz drept axă neutră a secţiunii (fig.II.25, b), distanţa unei fibre oarecare m – n până la această axă va fi y. Notând, de asemenea raza de curbură a fibrei medii deformate cu r n

(fig.II.25, c) fibra m – n va avea înainte de deformare aceeaşi lungime cu cea a fibrei medii deformate (l0 = ln), a cărei lungime după deformare se poate scrie ca fiind mn = rn..

După deformare, fibra m – n se lungeşte şi deoarece raza ei de curbură este r n + y, lungimea totală l a acesteia m - n’este egală cu (rn +y); se poate scrie că: mn’ = l = (rn + y) (fig.II.25, c).

Lungimea specifică a unei fibre oarecare situate la distanţa y de axa neutră, ţinând seamă de definiţie, va fi:

(I.2.25)

Din această relaţie rezultă că lungirea fibrelor este proporţională cu distanţa lor la axa neutră, având valoarea maximă în fibrele cele mai depărtate de planul neutru, pozitivă pentru y pozitiv, deci lungire, şi negativă pentru y negativ, deci scurtare.

Lungirile şi scurtările fibrelor determină apariţia de eforturi unitare normale . Dacă se presupune că în nici un punct al secţiunii transversale lungirile specifice nu depăşesc limita de proporţionalitate, atunci se poate aplica legea lui Hooke ( =E). În aceste condiţii, pe suprafaţa elementară ∆A se produce efortul unitar normal:

(I.2.26)

Rezultă că şi efortul unitar normal variază în funcţie de y, având deci aceeaşi variaţie în secţiune ca şi . În consecinţă, atât cât şi sunt nule în planul neutru şi au valorile cele mai mari în fibrele cele mai depărtate de planul neutru. Efortul unitar este de întindere , pentru y pozitiv şi de compresiune c pentru y negativ. Pe o fâşie paralelă cu axa z, y fiind constant şi respectiv au aceeaşi valoare pe toată lăţimea fâşiei.

Deoarece asupra barei lucrează numai momentul de încovoiere Mi , atunci efortul interior axial N = 0 şi ca atare, suma tuturor proiecţiilor forţei N=A pe axa barei trebuie să fie nulă. Rezultă:

N= (I.2.27)Înlocuindu-se efortul unitar cu valoarea lui din relaţia (II.26), se obţine:

N=

Raportul E fiind constant nu poate fi zero şi deci:

Această relaţie reprezintă momentul static al suprafeţei secţiunii grinzii faţă de axa neutră. După cum se ştie, momentul static este nul atunci când axa neutră trece prin centrul de greutate al secţiunii. Rezultă deci concluzia că, la încovoierea barelor drepte, axa neutră trece prin centrul de greutate al secţiunii.

Valorile lui depind de mărimea momentului exterior care solicită şi care trebuie să fie echilibrat de suma momentelor pe care le dau eforturile unitare.

Pentru simplificarea calculelor, momentele forţelor elementare se vor lua faţă de axa z.Momentul dat de efortul unitar de pe suprafaţa A este:

54 din 375

unde A este forţa elementară de pe suprafaţa A;y – braţul de pârghie al forţei elementare.Momentul produs de forţele elementelor de pe toată suprafaţa secţiunii transversale este:

M= (I.2.28)

unde

este momentul de inerţie faţă de aya z. Dacă în relaţia (II.28) se înlocuieşte

E=

atunci se obţine:

M=

sau

(I.2.29)

Relaţia (I.2.29) exprimă legătura dintre momentul de încovoiere care solicită bara şi eforturile unitare din secţiunea ei transversală.

Formula de mai sus poartă numele de formula lui Navier.Efortul unitar este cu atât mai mare cu cât momentul de încovoiere este mai mare şi cu atât

mai mic cu cât momentul de inerţie Iz este mai mare.Pentru y = 0, deci în planul neutru, = 0, iar în fibrele cele mai depărtate, pentru y = ymax ,

are valoarea maximă şi, în acest caz, relaţia devine:

(I.2.30)

Expresia: (I.2.31)

se numeşte modul sau moment de rezistenţă.Relaţia (II.30) constituie formula de bază pentru calculul de rezistenţă la încovoiere a unei

bare drepte.

I.2.6. RăsucireaFenomenul răsucirii

Dacă asupra unei bare încastrate la un capăt se aplică un cuplu de forţe P care acţionează într-un plan perpendicular pe axa barei, la celălalt capăt, se spune că bara este supusă la răsucire (torsiune).

Momentul cuplului care dă naştere solicitării la răsucire se numeşte moment de răsucire şi se notează cu Mr. În cazul de faţă, Mr = Pa (fig.I.2.26).

Pentru a se pune în evidenţă fenomenul de răsucire se poate trasa pe o bară de cauciuc cu secţiune dreptunghiulară (o gumă)

55 din 375

o reţea de linii paralele cu muchiile (fig.II.27, a), linii care urmăresc fibrele longitudinale ale gumei, şi o reţea de linii paralele care urmăresc conturul secţiunilor transversale.

Răsucind bara de cauciuc cu momentul Mr, aceasta capătă forma din (fig.I.2.27, b).

Muchiile laterale şi liniile paralele cu acestea capătă forma unor linii elicoidale, iar cele transversale se curbează şi ele. Dacă se urmăreşte un dreptunghi închis de liniile paralele

longitudinale şi transversale, se constată că acesta, după răsucire, ia forma unui romb curbiliniu.Fig.I.2.27 Deformaţia barei drepte de Fig.I.2.28 Deformaţia barei drepte de secţiune secţiune dreptunghiulară supusă la răsucire circulară supusă la răsucire

Modificarea liniilor transversale arată că secţiunile barei care, înainte de solicitarea la răsucire, erau plane şi perpendiculare pe axa sa, îşi pierd forma lor plană, adică se deplasează în mod apreciabil, ceea ce face imposibilă aplicarea ipotezei lui Bernoulli.

Repetându-se experienţa cu o bară de secţiune circulară sau inelară (fig.I.2.28, a) se constată că generatoarele cilindrului se transformă în linii elicoidale (fig.I.2.28, b), iar liniile transversale care erau cercuri nu-şi modifică forma circulară după solicitare.

Această constatare arată că în cazul barelor circulare sau inelare se poate aplica ipoteza lui Bernoulli, conform căreia o secţiune transversală plană înainte de deformare rămâne plată şi transversală şi după deformarea barei.

Momentul de răsucire care acţionează în secţiunea transversală a unei bare drepte este reprezentat de suma momentelor tuturor cuplurilor, situate în plane perpendiculare pe axa barei, care acţionează porţiunea de bară situată în stânga secţiunii considerate sau de suma momentelor cuplurilor care acţionează în porţiunea de bară situată în dreapta secţiunii considerate, luată cu semn schimbat. Definiţia momentului de răsucire care acţionează într-o secţiune a barei este întru totul asemănătoare definiţiei forţei tăietoare sau momentului încovoietor dintr-o secţiune a unei bare drepte. Din această definiţie rezultă modul de calcul al momentului de răsucire într-o secţiune, deci modul de trasare a diagramei momentelor de răsucire.

Ca exemple practice de scule şi piese care pot fi considerate bare drepte solicitate la răsucire se menţionează: alezoarele, tarozii, burghiele maşinilor de găurit, arborii de transmisie de la toate maşinile-unelte (fig.I.2.29) şi cu ardere internă, axul elicei unui avion, sapele de foraj etc.

Calculul momentelor de răsucire funcţie de puterea transmisă

56 din 375

Fig.I.2.29 - Transmisieprin curea

Fig.I.2.26 – Bară de secţiune circulară supusă la răsucire

Dacă într-o transmisie prin curea (fig.I.2.29) tensiunea ramurii conducătoare este P1, iar a celei conduse este P2 (P1>P2), diferenţa P1 - P2 a celor două tensiuni se numeşte forţă periferică sau forţă tangenţială. Ea se transmite prin frecarea cu suprafaţa roţii de transmisie. Momentul de răsucire este egal cu diferenţa momentelor forţelor P1 şi P2, adică:

Mr = (P1- P2) R (I.2.32)De obicei, P1 este aproape de două ori mai mare decât P2. În acest caz, Mr = (2P2P)R=P2R

Mr=P2R=PR sau Mr=PRFoarte des se pune problema de a se determina momentul de răsucire M r , cunoscându-se

puterea N a maşinii şi numărul n de rotaţii pe minut ale arborelui. O forţă având braţul de pârghie d, rotindu-se într-o secundă cu un unghi dezvoltă o putere de:

N=Pd =MrDacă arborele face n rotaţii pe minut, înseamnă că într-un minut el se va roti cu unghiul

2n, iar într-o secundă cu unghiul = . Puterea pe care o transmite arborele are expresia:

N=Mr=Mr

deci:

Mr= ,

sau

Mr=71620 (II.32,a)

în care: N este puterea transmisă, în CP;n = turaţia arborelui, în rot./min.;Mr = momentul de răsucire transmis, în daN.cm.Dacă puterea maşinilor motoare şi consumatoare N este dată în kilowaţi, ţinându-se seamă

de relaţia:1 kW = 1,36 CP,

rezultă:

Mr=97400 (I.2.32,b)

Eforturi unitare în bare drepte de secţiune circulară sau inelară solicitate la răsucire

Dacă se examinează deformaţiile mici care apar în cazul unei bare de secţiune circulară solicitată la răsucire prin acţiunea unui moment Mr aplicat într-una din secţiunile sale extreme, cealaltă secţiune fiind considerată fixă (fig.I.2.30) rezultă că fibra AB şi raza OB, care înainte de a-i aplica barei momentul de răsucire Mr erau orizontale, după deformare ocupă poziţia AB' respectiv OB'. Considerându-se figurile ABB' şi OBB' ca două triunghiuri dreptunghice având cateta comună BB' şi notându-se cu şi respectiv cu , unghiurile ascuţite opuse acestei catete, rezultă:

tg

de unde BB' = AB tg = OB tg .

Rezultă: tg

Ţinându-se seamă că pentru unghiurile mici tangentele sunt aproximativ egale cu valorile acestor unghiuri, exprimate în radiani şi înlocuindu-se OB cu R şi AB cu l, rezultă:

57 din 375

(I.2.33)

De menţionat că această relaţie este valabilă numai pentru valori mici ale unghiurilor şi . Unghiul reprezintă unghiul de răsucire al secţiunii în care este

aplicat momentul de răsucire Mr în raport cu secţiunea rămasă fixă. Raportându-se unghiul cu care se roteşte această secţiune, la distanţa ei faţă de secţiunea fixă, se va determina unghiul de rotire relativă a două secţiuni, situate una faţă de cealaltă la o distanţă egală cu unitatea:

denumit unghi de răsucire specifică, măsurat în radiani pe centimetru. Înlocuindu-se în relaţia (I.2.33) pentru o rază oarecare r, se obţine:

=r (I.2.34)Unghiul pune în evidenţă micşorarea unghiului drept dcb al dreptunghiului abcd trasat pe

suprafaţa laterală a cilindrului de rază r (v.fig.I.2.30) şi reprezintă lunecarea specifică a barei supuse la răsucire. În baza legii lui Hooke, eforturile unitare tangenţiale din planul secţiunii transversale sunt proporţionale cu lunecările, adică:

=Gr (I.2.35)

unde G reprezintă modulul de elasticitate transversal, în daN/cm2.

Înlocuindu-se în această relaţie valoarea deformaţiei specifice dată de relaţia (I.2.34) se obţine:

=Gr (II.36)Deoarece modulul de elasticitate transversal G şi unghiul de răsucire specifică sunt

constante pentru o bară şi un moment de răsucire date, rezultă că efortul unitar tangenţial variază proporţional cu distanţa r faţă de axa barei, a punctului în care acesta se calculează.

Relaţia (I.2.36) reprezintă legea de variaţie a eforturilor unitare tangenţiale pe secţiunea transversală a barei. Eforturile unitare tangenţiale sunt nule în centrul secţiunii (pentru r = 0), variază liniar pe secţiune şi sunt maxime în punctele situate pe conturul secţiunii, adică pentrur = R:

max=GR,unde R reprezintă raza maximă a secţiunii circulare. În baza relaţiei (I.2.36) se obţine diagrama de variaţie a eforturilor unitare (fig.I.2.31).

Pentru a se stabili legătura dintre momentul de răsucire Mr şi efortul unitar tangenţial , se scrie ecuaţia de echilibru a uneia din cele două părţi ale barei, obţinută prin secţionarea acesteia cu un plan perpendicular pe axa sa. Se alege spre exemplu, partea din dreapta (fig.II.32). Această parte a barei se află în echilibru sub acţiunea momentului de răsucire Mr şi a eforturilor unitare care acţionează în acea secţiune a barei. Dacă se admite că aceste eforturi unitare sunt perpendiculare pe raze, ecuaţia de echilibru a momentelor se scrie astfel:

Mr-unde reprezintă o porţiune foarte mică din aria secţiunii asupra căreia acţionează efortul unitar.

58 din 375

Fig.I.2.30 – Deformaţia unei barerăsucite

Fig.I.2.31 - Diagrama de variaţie a eforturilor unitare pe secţiunea transversală a unei bare supusă la răsucire

Înlocuindu-se în această ecuaţie valoarea lui dată de relaţia (I.2.36) se obţine:Mr=

Deoarece mărimile G şi sunt constante, rezultă:Mr=Gr2. (I.2.37)

Expresia r2 reprezintă momentul de inerţie polar al secţiunii transversale a barei în raport cu punctul 0. Deoarece se consideră numai răsucirea barelor drepte de secţiune circulară sau inelară, rezultă că aceste momente de inerţie polare vor avea expresiile:

Ip= respectiv Ip= ,

în care D, respectiv d, reprezintă diametrele secţiunii.Ţinându-se seamă de această axpresie, relaţia (I.2.37) devine:

Mr=Gp (I.2.38)Din relaţia(I.2.36) rezultă că produsul:

G

care, înlocuit în relaţia (I.2.38) dă expresia:

(I.2.39)

Această relaţie reprezintă legea de variaţie a eforturilor tangenţiale pe secţiunea transversală a barei de secţiune circulară sau inelară şi poartă numele de formula lui Navier pentru bare de secţiune circulară sau inelară solicitate la răsucire. Cele mai mari eforturi tangenţiale se ating în punctele situate pe conturul exterior al secţiunii celei mai încărcate:

Înlocuindu-se rmax = R se obţine relaţia generală:

(I.2.40)

Raportul reprezintă modulul de rezistenţă polar al secţiunii circulare, şi deci:

(I.2.41)

de unde:- pentru dimensionare (determinarea modului de rezistenţă polar necesar Wp nec) se foloseşte relaţia:

Wp nec=

- pentru verificarea efortului unitar efectiv ef se foloseşte relaţia:

(I.2.42)

- pentru calculul momentului de răsucire capabil Mr cap se foloseşte relaţia:Mr cap=Wp ef

ar, (I.2.43)

în care ar reprezintă valoarea efortului unitar tangenţial admisibil pentru materialul din care este executată bara.

I.2.7. Flambajul

59 din 375

Fig.I.2.32 – Echilibrul unei părţia barei supuse la răsucire

După cum se ştie, un corp poate să se găsească în una din cele trei situaţii de echilibru: stabil, indiferent sau nestabil. Un fenomen de instabilitate a echilibrului, cauzat de mărimea sarcinii, se întâlneşte în cazul unei bare supusă la compresiune, al cărui raport între lungimea şi dimensiunile transversale este mare. Pentru fixarea ideilor, se consideră cazul unei bare articulate la ambele capete şi supusă la o forţă de compresiune (fig.I.2.33). Dacă forţa de compresiune N are valori mici, bara este supusă la compresiune iar echilibrul este stabil. Mărind continuu valoarea forţei N, bara va părăsi la un moment dat poziţia de echilibru, încovoindu-se. Dacă valoarea forţei N nu depăşeşte o anumită limită, după dispariţia ei, bara rămâne în poziţia iniţială, dreaptă, găsindu-se deci într-un echilibru indiferent. În cazul când valoarea forţei N depăşeşte însă o anumită limită, bara părăseşte complet poziţia de echilibru, încovoindu-se fără a mai reveni la poziţia iniţială de echilibru după dispariţia sarcinii. Apar în acest caz deformaţii permanente. Se spune că a apărut fenomenul de flambaj. Nu este greu de înţeles că, dacă valoarea forţei N continuă să crească, bara se rupe prin încovoiere. Valoarea forţei N, capabilă să aducă bara într-o poziţie de echilibru instabil, se numeşte sarcină critică de flambaj şi se notează cu Nf. Determinarea sarcinii critice de flambaj are un mare rol în tehnică, deoarece flambajul poate produce mari pagube materiale în construcţii.

Experienţele arată că sarcina critică de flambaj pentru bare cu aceeaşi secţiune transversală este cu atât mai mică cu cât bara este mai lungă. După ce o bară comprimată începe să flambeze, pentru o anumită valoare a sarcinii, se constată că pentru o creştere foarte mică a sarcinii, flambarea (încovoierea) se accentuează foarte mult, ajungând foarte repede şi uşor la ruperea ei. Acest fapt dovedeşte că echilibrul elastic dintre forţele interioare şi exterioare ale barei în cazul considerat, este instabil.

Trebuie să se menţioneze faptul că pierderea stabilităţii barei comprimate, prin părăsirea formei rectilinii, este considerată în mod convenţional o problemă de rezistenţă, fiind vorba de fapt de o problemă de echilibru elastic. Un fenomen cu totul analog se întâmplă şi cu un inel subţire supus unei presiuni exterioare (fig.I.2.34) uniform repartizată pe circumferinţa sa. Cât timp presiunea exterioară p rămâne sub o anumită limită, inelul îşi păstrează forma iniţială iar când presiunea p depăşeşte această limită, inelul capătă o formă eliptică, apărând fenomenul de flambaj.

Rezultă deci că atingerea forţei critice de flambaj într-o piesă oarecare reprezintă o stare periculoasă, care poate duce la distrugerea sa. A calcula o bară supusă la compresiune, astfel încât să nu flambeze, înseamnă de fapt a determina valoarea forţei critice şi a alege forţa reală de c ori mai mică, c reprezentând coeficientul de siguranţă de flambaj. Se numeşte efort unitar critic de flambaj f efortul unitar produs în bară de către forţa critică de flambaj N. El poate fi inferior valorilor critice ale celorlalte solicitări cunoscute în rezistenţa materialelor ca: limita de curgere, limita de proporţionalitate etc.

Calculul sarcinii critice de flambaj

Problema determinării sarcinii critice de flambaj a fost rezolvată pe cale teoretică şi prin verificări experimentale de către celebrul învăţat Leonard Euler încă din anul 1744. Soluţia dată de el arată că pentru o bară dreaptă de secţiune constantă, de greutate neglijabilă, solicitată axial la compresiune, sarcina critică de flambaj N este proporţională cu modul de elasticitate longitudinal E al materialului din care este executată bara şi cu momentul de inerţie minim Imin al secţiunii

60 din 375

Fig. I.2.33 Flambajul unei bare Fig. I.2.34 Flambajul unui inel

transversale, coeficientul de proporţionalitate fiind π2 şi invers proporţională cu pătratul lungimii de flambaj lf a barei, adică:

Nf= (I.2.44)

În ceea ce priveşte lungimea de flambaj a barei, trebuie menţionat că aceasta nu este egală cu lungimea barei, ci ea depinde de natura prinderii barei la cele două capete. Astfel, se poate scrie:

lf =kl, (I.2.45)unde l este lungimea barei iar k un coeficient care are valorile:Cazul I: k = 1 – dacă bara este articulată la ambele capete.Cazul II: k = 2 – dacă bara este încastrată la un capăt şi liberă la celălalt.Cazul III: k = 0,5 – dacă bara este încastrată la ambele capete.Cazul IV: k = 0,707 dacă bara este încastrată la un capăt şi articulată la celălalt.

Schematic, cele patru cazuri sunt reprezentate în fig.I.2.35. Formula (I.2.45) care permite calculul lungimii de flambaj l f, a fost introdusă în rezistenţa

materialelor de către F. Iasinski în anul 1892.Trebuie precizat că în practică, nu se întâlnesc exact modurile de prindere ale barei folosite în

schemele din fig.I.2.35. De aceea, asimilarea legăturii reale cu una din cele menţionate anterior trebuie făcută cu multă grijă, ea influenţând în mod direct asupra stabilirii lungimii de flambaj, care poate varia în limite foarte largi.

Cunoscând valoarea forţei critice de flambaj Nf, se poate determina cu uşurinţă valoarea efortului unitar critic σf , prin împărţirea sarcinii critice N la aria A a secţiunii barei.

(I.2.46)

Momentul de inerţie:Imin=Ai2

min, (I.2.47)unde A este aria secţiunii transversale iar imin raza de giraţie (raza de inerţie minimă a secţiunii). După cum se ştie, raza de giraţie i se defineşte ca fiind distanţa la care ar putea fi concentrată întreaga suprafaţă a secţiunii, astfel încât momentul de inerţie astfel calculat să fie egal cu momentul de inerţie al întregii secţiuni. Cu această relaţie se obţine:

(I.2.47`)

Introducând notaţia (I.2.48)

se obţine

(I.2.49)

Rezultă că efortul unitar critic de flambaj este invers proporţional cu pătratul raportului dintre lungimea de flambaj şi raza de inerţie minimă a secţiunii transversale.

61 din 375

Fig.I.2.35 Lungimile de flambaj funcţie de legăturile barei

Raportul se numeşte în rezistenţa materialelor coeficient de zvelteţe (de subţirime)

al barei şi joacă un rol foarte important în toate verificările de stabilitate a barelor comprimate.Formula (I.2.48) arată că efortul unitar critic pentru barele subţiri şi lungi (cu coeficient de

zvelteţe mare) poate fi chiar inferior rezistenţei admisibile σa la compresiune a materialului din care este executată bara.

Rezultă că, dacă bara este dimensionată numai din condiţiile de compresiune, ea cedează totuşi prin flambaj, datorită pierderii stabilităţii.

Limitele de aplicabilitate ale formulei lui Euler. Formulele Tetmajer-Iasinski

Formula (I.2.44) a fost obţinută în ipoteza că, în momentul pierderii stabilităţii, eforturile unitare din bară nu depăşesc limita de proporţionalitate a materialului, adică în limitele de valabilitate ale legii lui Hooke. Din această cauză nu se pot utiliza valorile eforturilor unitare critice, calculate cu formula (I.2.48), dacă ele depăşesc limita de proporţionalitate pentru materialul din care este făcută bara. Rezultă că formula (I.2.48) este valabilă numai dacă

(I.2.50)

unde s-a notat cu σp limita de proporţionalitate. Reprezentând grafic relaţia (I.2.48), se obţine o curbă numită hiperbola lui Euler (fig.I.2.36). Pe această curbă se află un punct C, corespunzător limitei de proporţionalitate a materialului σp. Acest punct determină o anumită valoare 0 pentru coeficientul de zvelteţe care împarte curba în două părţi distincte:

Partea din dreapta punctului C, unde σf<σp, care corespunde flambajului în domeniul elastic;Partea din stânga punctului C, unde f>p , care corespunde flambajului în domeniul plastic.

Partea din stânga punctului c, unde fp, care corespunde flambajului în domeniul plastic.

Fig.I.2.36 Delimitarea domeniilor la flambajul barelorDin cele de mai înainte, rezultă că determinarea coeficientului de zvelteţe 0, corespunzător

atingerii valorii efortului unitar p, are o mare importanţă practică. Plecând de la relaţia (I.2.48), pentru o bară executată din OL 38, STAS 500-63, pentru care E = 2,1 . 106 kgf/cm2 şi p = 1900 kgf/cm2, se obţine

(I.2.51)

Rezultă deci că pentru un asemenea material, formula lui Euler nu se mai poate aplica de îndată ce 105. Aşadar, formula lui Euler este valabilă numai pentru o categorie limitată de bare şi anume, numai pentru cele subţiri şi lungi. În practică însă, se întâlnesc frecvent bare cu coeficient de zvelteţe mic iar experienţa a dovedit că, în cazul eforturilor unitare critice mai mari decât limita de proporţionalitate, forţele critice efective sunt mult inferioare celor determinate cu formula lui Euler. Apare de aici necesitatea de a găsi o metodă şi pentru calculul eforturilor unitare critice în cazul când acestea depăşesc limita de proporţionalitate, adică la barele al căror coeficient de zvelteţe este mai mic decât 0. Încercările de a rezolva această problemă pe cale teoretică s-au lovit de faptul că rezultatele ce se obţin sunt în funcţie de modulul de plasticitate, mărime variabilă şi destul de greu de determinat practic. De aceea, în prezent, metoda experimentală constituie cea mai importantă sursă care furnizează date pentru determinarea eforturilor unitare critice în domeniul plastic. Plecând de la interpretarea unor numeroase încercări experimentale pe bare cu

62 din 375

coeficient de zvelteţe mijlociu şi mic, s-au propus numeroase formule stabilite pe cale experimentală, care să permită calculul efortului unitar critic pe flambaj în funcţie de coeficientul de zvelteţe, dintre care cea mai des întrebuinţată este aceea propusă de Tetmajer şi Iasinski. Pentru oţeluri această formulă este

σf = a – bλ, (I.2.52)în care coeficienţii a şi b variază funcţie de material.

Curba reprezentată de această lege de variaţie poartă denumirea de parabola Tetmajer-Iasinski. În tabela 1 se indică valorile coeficienţilor a şi b, valoarea 0 precum şi formula Tetmajer-Iasinski, pentru câteva materiale mai des întrebuinţate. Se poate spune deci că problema determinării eforturilor unitare la barele cu coeficient de zvelteţe mijlociu şi mic şi a găsit o rezolvare satisfăcătoare pentru nevoile practice. Cu toate acestea, valoarea formulelor Tetmajer-Iasinski este redusă pentru faptul că în aceste formule coeficienţii a, b şi c sunt stabiliţi pentru materiale cu anumite calităţi mecanice, bine determinate, astfel încât, pentru a putea fi aplicate şi la alte materiale cu alte caracteristici (r,c,p,E) trebuie determinate experimental valorile acestor coeficienţi.Tabelul I.2.2 Formulele Tetmajer-Iasinski pentru diferite materiale:

Materialul 0 Formula Tetmajer-Iasinski OL 38 105 f= 3 100 – 11,4 OL 48 89 f= 3 350 – 6,2 Oţel cu 5% Ni 86 f= 4700 – 23 Lemn 100 f= 293 – 1,94 Fontă 81 f= 7 760 – 120 + 0,53 2

Pentru 20 105, în cazul OL 38, între punctele E şi C (fig.I.2.36) se admite o variaţie a

efortului unitar critic de flambaj, dată de relaţia

(I.2.53)

Rezistenţa admisibilă şi coeficientul de siguranţă la flambaj

Ca şi în cazul celorlalte tipuri de solicitări, la formulele de dimensionare la flambaj, nu se poate lucra cu valorile eforturilor unitare critice f, ci trebuie să se lucreze cu eforturile unitare admisibile sau rezistenţe admisibile la flambaj. De aceea, pentru a determina aceste rezistenţe admisibile la flambaj, se aplică eforturilor unitare critice f un coeficient de siguranţă c, astfel încât:

(II.53)

Fig.I.2.37 Diagrama efortului unitar critic la flambaj

63 din 375

Mărimea coeficientului de siguranţă c depinde atât de materialul din care este executată bara cât şi de destinaţia şi importanţa ei în construcţie. Aşa de exemplu, acest coeficient, în standardele actuale are următoarele valori:

pentru construcţii metalice c = 2,4 … 4; pentru construcţii din lemn c = 5 … 10; pentru piese metalice de maşini obişnuite c = 4 … 12; pentru piese de maşini supuse la solicitări alternative c = 14 … 28.Mai mult decât atât, prevederile actuale indică pentru coeficientul de siguranţă la flambaj o

anumită variaţie în funcţie de coeficientul de zvelteţe , pentru acelaşi material. Aceasta se datorează faptului că experienţele au arătat că, pe măsură ce creşte, cauzele care produc flambajul sunt mai importante. Din această cauză STAS 764-49, foloseşte, de exemplu, pentru construcţii metalice în zona elastică ( > 100) coeficientul de siguranţă c = 2,4 iar în zona plastică un coeficient de siguranţă ce variază liniar între c = 2,4 pentru = 100 şi c = 1,714 pentru = 20. Între = 0 şi = 20, coeficientul de siguranţă la flambaj are valoarea c = 1,714, bara fiind considerată ca fiind supusă la compresiune pură.

CAPITOLUL II MOTOARE SI TURBINE NAVALE. MECANISME SI INSTALATII AUXILIARE SPECIFICICE MASINILOR DE PROPULSIE

II.1. MOTOARE CU APRINDERE PRIN COMPRESIE

II.1.1. Principiile constructiv-funcţionale ale m.a.i.

II.1.1.1. Definiţii ale noţiunilor caracteristice m.a.i.

Motorul cu ardere internă este o maşină termică (transformă energia produsă prin arderea unui combustibil în lucru mecanic prin intermediul unui fluid, numit fluid motor) la care produsele arderii intră în compoziţia fluidului motor, iar evoluţia acestuia se realizează prin intermediul unui piston, a cărui mişcare rectilinie alternativă în interiorul unui cilindru se transformă în mişcare de rotaţie de către mecanismul bielă manivelă.

Motorul cu ardere internă reprezintă o maşină complexă alcătuită din:a) mecanismul motor:

1) mecanismul bielă-manivelă (piston, bielă, arbore cotit şi, eventual, tija pistonului şi capul de cruce);

64 din 375

2) partea fixă, alcătuită din cilindru, chiulasă şi carter (rama de fundaţie şi batiul).

b) ansamblul de sisteme auxiliare:1) sistemul de distribuţie;2) sistemul de alimentare cu combustibil;3) sistemul de aprindere (numai la m.a.s.);4) sistemul de ungere;5) sistemul de răcire;6) sistemul de pornire;7) sistemul de inversare a sensului de marş (numai la unele motoare diesel de propulsie);8) sistemul de supraalimentare (la majoritatea m.a.i.).

c) aparatura de comandă, supraveghere şi protecţie.

Schema motorului monocilindric din figura I.1.1.1. cuprinde mecanismul motor şi sistemul de distribuţie. În cilindrul 1 se deplasează pistonul 2, legat de arborele cotit 3 prin intermediul bielei 4. Cilindrul este închis la partea superioară de chiulasa 5, în care sunt practicate 3 orificii. Două dintre orificii sunt controlate de către o supapă: supapa de admisie 6 şi supapa de evacuare 7.În cel de-al treilea orificiu se montează injectorul 8 (pentru m.a.c.) sau bujia (pentru m.a.i.). Partea inferioară a cilindrului se fixează pe carterul motor, format, în general, din două părţi: carterul superior 9, de care se suspendă lagărele arborelui cotit şi carterul inferior 10, care poate conţine baia de ulei.În timpul funcţionării, pistonul se deplasează între două poziţii limită, numite puncte moarte (puncte în care viteza pieselor cu mişcare de translaţie este nulă). Poziţia pistonului care corespunde volumului minim ocupat de fluidul motor se numeşte punct mort interior şi se notează p.m.i.; poziţia pistonului care corespunde volumului maxim ocupat de fluidul motor se numeşte punct mort exterior şi se notează p.m.e.

Spaţiul parcurs de piston între cele două puncte moarte se numeşte cursa pistonului (S), iar diametrul cilindrului – alezaj (D). Volumul generat prin deplasarea pistonului în cursa S se numeşte

cilindree unitară:

(II.1.1.1)

Suma cilindreelor unui motor policilindric reprezintă cilindreea totală: (II.1.1.2)unde I reprezintă numărul de cilindri. Analog, se defineşte volumul minim şi, respectiv, volumul maxim al camerei de ardere:

(II.1.1.3)

(II.1.1.4)

Raportul dintre cele două volume se numeşte raport de comprimare:

(II.1.1.5)

Unghiul făcut de manivelă cu axa cilindrului se numeşte unghi de rotaţie a arborelui cotit (unghi de manivelă sau, simpli, unghi de rotaţie) şi se notează cu . Originea unghiului se alege în pmi, iar numerotarea se realizează în sensul de rotaţie al motorului. Pentru

65 din 375

Fig.II.1.1.1. Schema de principiu a motorului monocilindric

=3600RAC, arborele cotit efectuează o rotaţie completă, iar pistonul parcurge două curse. Numărul de rotaţii efectuate de arborele cotit într-un minut se numeşte turaţie, se notează cu n şi se măsoară în rotaţii pe minut. Între unghiul , turaţia n şi timpul în care este parcurs unghiul există relaţia de dependenţă

(II.1.1.6)

Se numeşte viteza medie a pistonului mp acea viteză consumată cu care pistonul ar parcurge două curse succesive 2S, în intervalul de timp 60/n [s] în care arborele cotit efectuează o rotaţie completă:

vmp= [m/s] (II.1.1.7)

Succesiunea proceselor care se repetă periodic în cilindrul motor se numeşte ciclul de funcţionare (ciclul motor). Partea din ciclul motor care se efectuează într-o cursă a pistonului se numeşte timp. Dacă se notează cu numărul de timpi ai motorului, expresia generală a numărului de cicluri în unitatea de timp este :

nc = [cicluri/sec.] (II.1.1.8)

Realizarea unui ciclu motor presupune înainte de toate să se introducă în cilindru fluid proaspăt (aer la m.a.c. sau amestec aer – combustibil la m.a.s.); introducerea fluidului proaspăt reprezintă procesul de admisie (admisia). Eliberarea energiei chimice a combustibilului are loc în procesul de ardere (arderea). Pentru a mări eficienţa acestui proces ( implicit eficienţa ciclului de funcţionare), se interpune un proces de comprimare a fluidului motor. Lucrul mecanic util se interpune prin acţiunea gazelor de ardere asupra pistonului, în cursa de destindere. După încheierea arderii, are deci loc procesul de destindere. În sfârşit, pentru reluarea ciclului motor, gazele de ardere se îndepărtează din cilindru. Eliminarea gazelor de ardere din cilindru reprezintă procesul de evacuare. Procesele de evacuare şi de admisie const5ituie împreună aşa- numitele procese de schimbare a gazelor (procesele de distribuţie). Toate procesele care alcătuiesc ciclul motor se numesc procese termice.

II.1.1.2. Clasificarea m.a.i.

Diversitatea deosebită înregistrată în construcţia m.a.i. impune stabilirea unor criterii de clasificare care să permită identificarea particularităţilor esenţiale. Există astfel un număr ridicat de criterii :

1. Felul procesului de arderea. motoare cu ardere izocoră (Otto sau Beau de Rochas);b. motoare cu ardere izobară ( Diesel);c. motoare cu ardere mixtă (Trinkler, Selinger sau Sabatherer).

2. Procedeul de aprinderea. motoare cu aprindere prin scânteie (motoare la care aprinderea combustibilului este produsă de o scânteie electrică);b. motoare cu aprindere prin comprimare ( motoare la care aprinderea combustibilului se datorează contactului dintre combustibil şi aerul încălzit în prealabil prin comprimare în cilindru ).

3 Modul de realizare a ciclului motora. motoare în 2 timpi (ciclul motor se realizează într-o rotaţie completă a arborelui cotit, respectiv pe durata a două curse succesive ale pistonului);b. motoare în 4 timpi (ciclul motor se realizează în două rotaţii ale arborelui cotit, respectiv pe durata a 4 curse succesive ale pistonului).

66 din 375

4 Construcţia mecanismului bielă-manivelăa. motoare cu piston portant (fără cap de cruce);b. motoare cu cap de cruce.

5 Numărul de combustibili utilizaţia. motoare monocarburante;b. motoare policarburante.

6 Felul combustibilului utilizata. motoare cu combustibil lichid:

a.1. cu vâscozitate mică (benzină, petrol, alcool);a.2. cu vâscozitate medie (motorină);a.3. cu vâscozitate mare (păcură);

b. motoare cu combustibil gazos;c. motoare cu combustibil gazos şi lichid;d. motoare cu combustibil solid şi lichid.

7 Tipul camerei de arderea. motoare cu cameră de ardere unitară;b. motoare cu cameră de ardere semidivizată (în piston);c. motoare cu cameră de ardere divizată:d. cu antecameră (cameră de preardere);e. cu cameră de turbionare (de preamestec sau de vârtej).

8 Procedeul de admisiea. motoare cu admisie naturală (normală);b. motoare supraalimentate.

9 Raportul dintre cursa pistonului şi diametrul cilindruluia. motoare cu cursă scurtă (0,9<S/D<1,2) ;b. motoare cu cursă medie (1,2<S/D<1,5) ;c. motoare cu cursă lungă (1,5<S/D<1,8) ;d. motoare cu cursă superlungă (S/D = 1,8…4,2).

10 Procedeul de răcirea. motoare răcite cu apă;b. motoare răcite cu aer.

11 Procedeul de acţionare a pistonului de către fluidul motora. motoare cu simplu efect;b. motoare cu dublu efect.

12 Sensul de rotaţiea. motoare ireversibile (cu rotaţie într-un singur sens);b. motoare reversibile (pot funcţiona în ambele sensuri de rotaţie).

13 Viteza medie a pistonuluia. motoare lente (vmp 6,5 m/s);b. motoare semirapide (6,5 m/s < vmp 10 m/s);c. motoare rapide (vmp >10 m/s).

14 Numărul de cilindriia. motoare monocilindrice;b. motoare policilindrice.

15 Dispunerea relativă a cilindrilora. motoare în linie;b. motoare în V;c. motoare cu cilindrii opuşi (boxer);d. motoare în stea (simplă sau multiplă);e. motoare în evantai (3 linii de cilindri sau în W);f. motoare în X;g. motoare cu două linii de cilindri;h. motoare în H;i. motoare cu pistoane opuse.

67 din 375

16 Poziţia axelor cilindrilor faţă de axa de rotaţiea. motoare normal axate (axa de rotaţie coincide cu axa cilindrului);b. motoare dezaxate (între axa de rotaţie şi axa cilindrului există o distanţă denumită dezaxare absolută).

17 Destinaţia motoruluia. motoare pentru autovehicule ;b. motoare pentru maşini agricole ;c. motoare de tracţiune feroviară ;d. motoare de aviaţie ;e. motoare industriale (staţionare sau mobile);f. motoare navale (principale sau auxiliare).

II.1.1.3. Schema de principiu a motorului în 4 timpi. Principiul de funcţionare.Diagramele indicate ale ciclului de funcţionare.

Funcţionarea motorului în 4 timpi

Motorul cu ardere internă în 4 timpi, reprezentat schematic în figura II.1.1.1. funcţionează în modul următor: în cilindru pătrunde aer (la m.a.c.) sau amestec de aer şi combustibil (la m.a.s.) prin canalul şi orificiul supapei de admisie SA. Pătrunderea fluidului proaspăt este cauzată de depresiunea produsă prin deplasarea pistonului din p.m.i. spre p.m.e., efectuând cursa de admisie, respectiv timpul 1 al ciclului. La motoarele supraalimentate, la această depresiune (p r < po) se adaugă comprimarea iniţială a fluidului proaspăt în suflanta agregatului de supraalimentare (p r < po

< ps ). Supapa de admisie trebuie deschisa cu un anumit avans faţă de pmi şi trebuie închisă cu o anumită întârziere faţă de pme, ceea ce asigură o mai bună umplere a cilindrului cu fluid proaspăt (introducerea în cilindru a unei cantităţi mai mari de încărcătură proaspătă). Amestecul de fluid proaspăt şi de gaze arse reziduale (cantitatea de gaze arse în precedentul ciclu de funcţionare care nu au putut fi eliminate din cilindru) constituie fluidul motor sau fluidul de lucru. El este comprimat, teoretic, în timp ce pistonul se deplasează de la pme spre pmi, efectuând cursa de comprimare, respectiv timpul doi al ciclului funcţional. Procesul real în comprimare începe, însă, după închiderea SA şi se termină în momentul începerii arderii combustibilului. Injecţia combustibilului (la mas-uri, scânteia electrică) începe către sfârşitul cursei de comprimare, cu un anumit avans faţă de pmi. In faza iniţială, arderea produce o creştere rapidă a presiunii, urmată de etape în care presiunea fluidului motor are o variaţie relativ redusă.

68 din 375

Fig.II.1.1.2 Principiul de funcţionare al motorului în 4 timpi

Teoretic, arderea combustibilului şi destinderea gazelor se produc în timp ce pistonul se deplasează de la pmi spre pme, efectuând cursa de ardere şi destindere respectiv timpul trei. La începutul procesului, presiunea variază lent, după care urmează o scădere mai accentuată a presiunii. Destinderea gazelor de ardere are loc până în momentul deschiderii supapei de evacuare SE. în timpul acestei curse, energia fluidului motor este transmisă pistonului (prin destindere, gazele împing pistonul de la pmi spre pme). Prin urmare, timpul trei este singurul timp în care are loc transformarea energiei termice în energie mecanică, respectiv singurul timp util al ciclului de funcţionare.

Evacuarea gazelor arse se face în timp ce pistonul se deplasează de la pme spre pmi, efectuând cursa de evacuare, respectiv timpul patru. Evacuarea reală a gazelor arse începe în momentul deschiderii SE, cu un anumit avans faţă de pme. Sfârşitul evacuării, respectiv închiderea acestei supape, trebuie realizat după o eliminare cât mai bună a gazelor arse din cilindru (evacuarea unei cantităţi cât mai mari de gaze arse), deci cu o anumită întârziere faţă de pmi.

Diagramele ciclului de funcţionare

Funcţionarea m.a.i. este reflectată prin diagramele indicate şi circulară (de distribuţie). Diagrama indicată în coordonate presiune-volum (diagrama mecanică sau diagrama p-V) reprezintă variaţia presiunii fluidului motor în funcţie de volumul ocupat de acesta pe parcursul ciclului de funcţionare. Această diagramă asigură posibilitatea de determinare a puterii dezvoltate de motor, suprafaţa conturului diagramei reprezentând lucrul mecanic indicat al ciclului de funcţionare. Variaţia presiunii fluidului motor în funcţie de unghiul de rotaţie al arborelui cotit constituie diagrama indicată în coordonate presiune-unghi de rotaţie (diagrama desfăşurată sau diagrama p-

). Ea pune în evidenţă succesiunea proceselor de lucru din cilindru. Se remarcă faptul că procesele de admisie şi de evacuare au o durată mai mare de cât cea a unei curse complete a pistonului. In acelaşi timp, comprimarea şi destinderea au durate mai reduse. Aceste durate pot fi reflectate în diagrama circulară (diagrama de distribuţie), care prezintă valorile unghiurilor de avans şi de întârziere ale proceselor funcţionale.

69 din 375

Fig. II.1.1.3 Diagramele indicate ale ciclului de funcţionare al motorului în 4 timpi

Valorile uzuale ale acestor unghiuri sunt următoarele:- avansul la admisie: aa=10 …200RAC înaintea pmi;- întârzierea la admisie: ia=25…450RAC după pme;- avansul la evacuare: ae=40 …600RAC înaintea pme;- întârzierea la evacuare: ie= 15…500RAC după pmi;- avansul la injecţie: = 7…400RAC înaintea pmi.

Prin urmare, durata totală a proceselor funcţionale se situează în limitele:- admisia:adm=215…2450RAC;- comprimarea:compr= 120…1630RAC;- arderea şi destinderea: dest=120…1400RAC;- evacuarea: ev=235…2900RAC.

Diagramele prezentate în figura II.1.1.2. corespund motoarelor în 4 timpi, cu admisie naturală. În cazul motoarelor supraalimentate, este superioară atât presiunii atmosferice, cât şi celei de evacuare.

II.1.1.4. Schema de principiu a motorului în 2 timpi. Principiul de funcţionare. Diagramele indicate ale circuitului de funcţionare

Funcţionarea motorului în 2 timpi

70 din 375

La motorul în 2 timpi (fig. II.1.1.4) distribuţia gazelor (procesele de admisie a încărcăturii proaspete şi de eliminare a produselor arderii) se realizează prin intermediul unor orificii practicate în cămaşa de cilindru-ferestrele de admisie FA (cu înălţime mai mică) şi ferestrele de evacuare FE (cu înălţime mai mare). Evacuarea gazelor arse începe în momentul în care pistonul dezobturează FE, permiţând astfel trecerea gazelor arse în colectorul de evacuare. Aceste ferestre sunt deschise în ultima parte a cursei pistonului din pmi spre pme. În această perioadă, evacuarea gazelor arse se datorează diferenţei mari dintre presiunea gazelor arse şi presiunea din colectorul de evacuare - evacuarea liberă.

Fig. II.1.1.4. Principiul de funcţionare al motorului în 2 timpi

Ulterior, pistonul dezobturează FA, prin care aerul (la m.a.c.) sau amestecul de aer şi combustibil (la m.a.s.) pătrunde în cilindrul motorului. Umplerea cilindrului cu încărcătură proaspătă este datorată precomprimării acesteia la o Pbal mai mare decât cea atmosferică şi decât cea a gazelor arse din cilindru.

Din momentul deschiderii ferestrelor de admisie şi până în momentul închiderii acestora, evacuarea gazelor se face datorită împingerii care are loc de către încărcătura proaspătă-evacuarea forţată. Desfăşurarea simultană a proceselor de admisie şi de evacuare reprezintă procesul de baleiaj. În mod curent, ferestrele de admisie sunt denumite ferestre de baleiaj. Închiderea orificiilor de admisie se face de către piston în timp ce acesta se deplasează de la pme spre pmi, pistonul obturează şi FE. În acest interval dintre închiderile FA şi FI are loc cea de-a 3-a etapă a procesului de evacuare: postevacuarea (evacuarea ulterioară sau evacuarea posterioară). În perioada în care FA şi FE sunt închise, au loc următoarele procese: comprimarea fluidului proaspăt, datorat deplasării pistonului spre pmi; injecţia, aprinderea şi arderea (la m.a.c.) sau scânteia electrică aprinderea şi arderea (la m.a.s.), cu creşterea rapidă a presiunii; continuarea arderii (în prima parte) şi destinderea gazelor de ardere pe timpul deplasării pistonului din pmi spre pme. Aceste procese se desfăşoară ca la motoarele în 4 timpi.

Prin urmare, la ciclul motorului în 2 timpi, procesul de evacuare a gazelor se desfăşoară în cea mai mare parte concomitent cu procesul încărcăturii proaspete. Datorită acestei suprapuneri, precum şi a reducerii curselor efective de comprimare şi de destindere, ciclul se realizează într-o singură rotaţie a arborelui cotit respectiv în două curse succesive ale pistonului, de unde şi denumirea de ciclu în doi timpi. Convenţional, timpul 1 este considerat a fi alcătuit din admisie şi comprimare, iar timpul 2 din ardere, destindere şi evacuare.

Diagramele ciclului de funcţionare

Ca şi în cazul motoarelor în 4 timpi, funcţionarea motoarelor în 2 timpi este reprezentată grafic prin diagramele indicate (în coordonatele p-V şi p-) şi prin diagrama circulară. Se remarcă

71 din 375

faptul că datorită particularităţilor constructive, diagrama circulară acestui motor este simetrică (fig.II.1.1.5.).

Fig.II.1.1.5. Diagramele indicate ale ciclului de funcţionare al motoarelor în 2 timpi

Totodată, comparativ cu durata totală a schimbului de gaze al motoarelor în patru timpi (400…4550RAC), la motoarele în 2 timpi, evacuarea şi umplerea se realizează într-o durată de timp mai scurtă:

- admisia: adm=80…1000RAC- evacuarea: ev= 120…1700RAC.

Datorită configuraţiei constructive a acestor motoare, în faza postevacuării se elimină din cilindru o cantitate însemnată de încărcătură proaspătă, ceea ce conduce la reducerea importantă a randamentului ciclului de funcţionare. Acest inconvenient poate fi eliminat prin utilizarea uneia dintre următoarele soluţii constructive:

a. realizarea admisiei prin ferestre de admisie şi a evacuării prin supape de evacuare; supapele de evacuare se deschid înaintea ferestrelor de admisie, iar închiderea lor se realizează înainte ca pistonul să obtureze FA (fig. II.1.1.6.a);

b. montarea pe galeria de evacuare a unui clapet rotitor; acesta obturează FE înainte de închiderea de către piston a FA (fig. II.1.1.6. b);

c. practicarea a două rânduri de FA, deasupra galeriei de admisie, controlate de asemenea de câte un clapet rotitor, care sigură deschiderea lor după deschiderea FE, închiderea fiind realizată de către piston după închiderea FE (fig. II.1.1.6. c) ca şi în cazul motoarelor în cazul motoarelor

72 din 375

Fig. II.1.1.6. Diagramele circulare ale soluţiilor de îmbunătăţire a ciclului de funcţionare al motorului în 2 timpi

Aceste soluţii, deşi atrag după sine complicarea sistemului si de distribuţie al motorului, asigură îmbunătăţirea proceselor de schimb de gaze, şi implicit, creşterea randamentului ciclului de funcţionare.

II.1.1.7 Cinematica şi dinamica mecanismului motor

Mecanismul motor, numit şi mecanism bielă-manivelă, reprezintă principalul ansamblu al motorului cu ardere internă cu piston. El are rolul de a transmite lucrul mecanic realizat prin evoluţia ciclică a fluidului motor în cilindru la maşina sau utilajul antrenat. Transmiterea respectivă se realizează prin transformarea mişcării rectilinii alternative a pistonului în mişcare de rotaţie continuă a arborelui cotit.

II.1.1.7.1 Cinematica mecanismului motor

În timpul funcţionării motorului, arborele cotit şi volantul execută o mişcare de rotaţie, iar pistonul, împreună cu segmenţii şi axul său (bolţul), o mişcare de translaţie, rectilinie-alternativă cu viteză neuniformă. Astfel, în punctele moarte, viteza de deplasare a pistonului este nulă, iar între aceste puncte, pistonul se deplasează cu viteză crescătoare până când ajunge aproximativ la jumătatea cursei, după care viteza sa începe să scadă, ajungând din nou egală cu zero în punctul mort opus. Rezultă că viteza de deplasare a pistonului este variabilă.

Biela are o mişcare complexă, deoarece capul mic, articulat de piston prin ax (bolţ), execută aceeaşi mişcare ca şi pistonul, pe când capul mare, articulat cu manetonul arborelui cotit, are o mişcare de rotaţie; corpul bielei execută o mişcare de pendulare.

Pentru precizarea forţelor din mecanismul motor prezintă interes cinematica pistonului.În figura II.1.1.7.1 este reprezentată schema pentru studiul cinematicii pistonului în care se

utilizează următoarele notaţii: b – lungimea bielei; r – raza manivelei; S – cursa pistonului; xp – deplasarea momentană a pistonului; P – centrul articulaţiei dintre bielă şi piston; M – centrul articulaţiei dintre bielă şi maneton; O – centrul de rotaţie a arborelui cotit; β __ - unghiul dintre bielă şi axa cilindrului, numit şi oblicitatea bielei;α __ - unghiul de rotaţie a arborelui cotit (RAC); Pi, Pp – poziţiile extreme ale centrului P, la punctele moarte.

73 din 375

Fig.II.1.1.7.1 – Cinematica pistonului

Deplasarea pistonului

Deplasarea pistonului este identică cu deplasarea piciorului bielei sau cu a centrului P.La rotirea arborelui cotit cu un unghi oarecare , biela se va deplasa şi ea din poziţia

orizontală şi va face un unghi oarecare cu axa OP. În acest timp, pistonul se va deplasa din poziţia Pi în P, parcurgând distanţa p, dată de relaţia:

p = PiP = PiO – PO, (II.1.1.7.1)

în care: PiO = b + r şi PO = PM/ + M/O = b cos + r cos

Înlocuindu-se în relaţia (II.1.1.7.1), rezultă:

p = b + r – (b cos + r cos),

saup = r (1 - cos) + b(1 - cos) (II.1.1.7.2)

Pentru a se obţine deplasarea pistonului numai în funcţie de unghiul , se înlocuieşte valoarea lui cos, folosindu-se triunghiul POM, din care:

MM/ = r sin = b sin (II.1.1.7.3)

de unde:

sin =

unde s-a notat (pentru motoarele de automobile = 1/ 3,5. . . 1 / 4,5 iar pentru motoarele

navale este).Pe baza relaţiilor trigonometrice rezultă:

cos = (II.1.1.7.4)

Dezvoltându-se după formula binomului lui Newton, relaţia (II.1.1.7.4) devine :

cos

Considerându-se pentru cos numai primii doi termeni (care dau o exactitate suficientă), relaţia (II.1.1.7.2) devine :

74 din 375

(II.1.1.7.5)

Ţinându-se seama de relaţia trigonometrică cos2 =1-2 sin2, rezultă: sin2 =

Iar prin înlocuirea acestei valori în relaţia (5), se obţine:

. (II.1.1.7.6)

Din relaţia (II.1.1.7.6) rezultă că deplasarea pistonului poate fi privită ca o mişcare armonică, compusă din două mişcări diferite:

unde:

reprezintă deplasarea de ordinul I;

- deplasarea de ordinul II.

În figura II.1.1.7.2 cele două deplasări sunt reprezentate prin două cosinusoide, deplasarea de ordinul I având perioada de 360º, iar deplasarea de ordinul II, perioada de 180º. Prin însumarea lor geometrică, se obţine diagrama deplasării pistonului (curba xp).

Fig.II.1.1.7.2 – Graficul deplasării pistonului

Viteza pistonului

Viteza cu care se deplasează pistonul la un moment dat se obţine prin derivarea ecuaţiei deplasării pistonului , în raport cu timpul:

(II.1.1.7.7)

unde: , ω reprezentând viteza unghiulară constantă a arborelui cotit

Prin derivarea relaţiei (II.1.1.7.6), rezultă viteza pistonului:

(II.1.1.7.8)

Viteza pistonului poate fi considerată ca suma a două viteze cu perioade diferite,

deoarece ea reprezintă viteza unei mişcări armonice:vp = vp

/ +vp//

unde:vp

/ = rsin reprezintă viteza de ordinul I;

75 din 375

vp// = - viteza de ordinul II.

În figura II.1.1.7.3 sunt reprezentate grafic curbele vitezei v , vitezei şi vitezei

rezultante .Viteza de ordinul I este o

sinusoidă cu perioada de 360º, iar viteza de ordinul II este tot o sinusoidă cu perioada de 180, dar cu amplitudinea mult mai mică din cauza factorului care este subunitar.Fig. II.1.1.7.3 – Graficul vitezei pistonului

Din figura II.1.1.7.3 rezultă că, datorită vitezei de ordinul II, viteza rezultantă maximă a pistonului nu se obţine la = 90º, ci mai devreme, şi anume atunci când biela şi manivela formează între ele un unghi de aproape 90º.

Acceleraţia pistonului

Acceleraţia pistonului se obţine prin derivarea ecuaţiei vitezei pistonului vp în raport cu timpul:

(II.1.1.7.9)

sau

(II.1.1.7.10)

Din relaţia (II.1.1.7.10) rezultă că acceleraţia pistonului este o sumă a două cosinusoide:

unde:

În figura II.1.1.7.4 sunt reprezentate curbele acceleraţiilor şi precum şi acceleraţia rezultantă ap. Acceleraţia de ordinul I este o cosinusoidă cu perioada de 360º, iar cea de ordinul II, o cosinusoidă cu perioada de 180º.

Valoarea acceleraţiei va fi maximă când pistonul se găseşte la PMI (), rezultând:

(II.1.1.7.11)

Fig. II.1.1.7.4 – Graficul acceleraţiei pistonuluiLa deplasarea pistonului spre PME, acceleraţia scade până la zero (în momentul în care

pistonul atinge viteza maximă), apoi iar creşte, dar în sens invers, până când pistonul ajunge în PME, când mărimea acceleraţiei va fi:

În figura II.1.1.7.5 sunt reprezentate grafic curbele: xp, vp, ap, în funcţie de unghiul de rotaţie a arborelui cotit.

76 din 375

Fig. II.1.1.7. 5 – Graficul deplasării, vitezei şi acceleraţiei pistonului

II.1.1.7.2 Dinamica mecanismului motor

În timpul funcţionării motorului, asupra mecanismului motor acţionează următoarele forţe: forţele datorate gazelor din cilindru, forţele de inerţie ale maselor în mişcare, forţele de frecare şi forţele de greutate.

Principalele forţe de care se ţine seama în calculul de verificare şi dimensionare a organelor componente ale mecanismului motor, datorită valorilor însemnate pe care le ating, sunt forţele de presiune a gazelor şi forţele de inerţie. Celelalte forţe pot fi neglijate, într-o primă aproximaţie, având valori reduse.

Forţa datorată presiunii gazelor din cilindru

Presiunea gazelor din cilindrul motorului se exercită uniform asupra pereţilor camerei de ardere, asupra pereţilor cilindrului şi asupra pistonului (fig. II.1.1.7.6) .

Forţa Fp, care acţionează asupra capului pistonului, este direct proporţională cu presiunea gazelor şi cu suprafaţa capului pistonului:

(II.1.1.7.13)

unde:Pcil este presiunea gazelor din cilindru;Pcart - presiunea gazelor din carter, care lucrează pe fundul pistonului (practic Pcart=1105 N/m2);D - diametrul pistonului, egal cu alezajul cilindrului.

Valoarea presiunii gazelor din cilindru la un moment dat poate fi determinată din diagrama indicată reală, în funcţie de volumul gazelor din cilindru, adică în funcţie de deplasarea xp a pistonului.

Fig. II.1.1.7.6 – Forţa datorată presiuniigazelor din cilindru

77 din 375

În figura II.1.1.7.7 este reprezentată forţa Fp unde s-a ales ca origine forţa corespunzătoare presiunii atmosferice pa.

Forţele de inerţie

Forţele de inerţie apar ca rezultat al mişcării accelerate a pieselor mecanismului motor.După felul mişcării maselor care compun mecanismul motor, se deosebesc:

a) forţe de inerţie ale pieselor care au o mişcare de translaţie sau o mişcare alternativă după axa cilindrului (Fia);b) forţe de inerţie ale pieselor care au o mişcare de rotaţie (Fir).

În prima categorie intră pistonul (se înţelege pistonul în stare montată împreună cu segmenţii şi bolţul) şi o parte din masa bielei aferentă capului mic.

Din a doua categorie fac parte masele braţelor şi manetonului arborelui cotit şi o parte din masa bielei aferentă capului mare.

Mişcarea bielei este complexă, întrucât un capăt al ei are o mişcare liniară, iar celălalt, o mişcare de rotaţie. Pentru simplificare, se consideră că masa bielei mb este împărţită în două componente (fig. II.1.1.7.8): masa m1, concentrată în capul mic al bielei, (cu mişcare de translaţie), numită masa bielei aferentă pistonului, şi masa m2, concentrată în capul mare al bielei (cu mişcare de rotaţie), numită masa bielei aferentă manetonului.

Masele reduse se determină din condiţiile:a) suma maselor reduse m1 şi m2 să fie egală cu masa bielei;b) centrul de greutate al celor două mase să coincidă cu centrul de greutate al masei reale.

Cele două condiţii pot fi scrise sub forma: m1+m2 = mb şi m1l1 = m2l2.

Rezolvându-se cele două ecuaţii, se obţine:

(II.1.1.7.14)Experienţa arată că m1 = (0,2 ... 0,3) mb, iar m2 = (0,7...0,8) mb;

pentru motoarele de automobile, se poate lua m1 = 0,275 mb.Pentru determinarea maselor mecanismului motor aflate în mişcare

de rotaţie, se ia în consideraţie un cot al arborelui cotit, format din fusul maneton cu cele două braţe (manivele) şi porţiunile aferente ale

78 din 375

Fig. II.1.1.7.8 – Descompunerea

bielei în două mase

Fig.II.1.1.7.7 – Variaţia forţei generată de presiunea gazelor din cilindru cu unghiul de rotaţie al arborelui cotit pentru motorul în 4 timpi(k=4) şi pentru motorul în 2 timpi(k=2)

fusurilor paliere (câte ½ fus de fiecare parte) ca în figura II.1.1.7.9. La acest cot, masele porţiunilor braţelor arborelui cotit corespunzătoare fusurilor paliere (mp) se consideră echilibrate, fiind simetrice în raport cu axa de rotaţie a arborelui cotit. Masa manetonului, împreună cu masele corespunzătoare braţelor mm se consideră concentrate în centrul axei manetonului, la raza r de axa arborelui.

Din braţele de manivelă mai rămân două porţiuni de masă MB (câte una pentru fiecare braţ) al căror centru de greutate se află la distanţa p faţă de axa de rotaţie a arborelui cotit. Pentru simplificare, se reduce masa braţului la axa manetonului, adică de la raza p la raza r. Din condiţia egalităţii forţelor de inerţie rezultă:

mBMr2 = mB2

de unde

mBM = mB .

Masa neechilibrată a unui cot de arbore redusă la axa manetonului va fi:

mc = mM+2mB (II.1.1.7.15)Deci, rezumându-se cele de mai înainte, rezultă că masa pieselor mecanismului motor aflate

în mişcare de translaţie rectilinie-alternativă va fi compusă din masa mp a grupului piston şi masa redusă m1 a bielei:

ma = mp+m1 (II.1.1.7.16)Masa pieselor neechilibrate aflate în mişcare de rotaţie va fi compusă din masa redusă m2 a

bielei şi din masa neechilibrată a unui cot al arborelui cotit:mr=mc+m2 (II.1.1.7.17)

Forţele de inerţie ale maselor în mişcare de translaţie se determină cu relaţia:

Fia=-maap=-mar (II.1.1.7.18)

în care ap este acceleraţia pistonului (relaţia10).Această forţă de inerţie poate fi considerată ca o sumă a două forţe de inerţie, şi anume:

Fia=-mar (II.1.1.7.19)numită forţă de inerţie de ordinul I, a cărei perioadă de variaţie (0) corespunde unei rotaţii complete a arborelui cotit:

(II.1.1.7.20)numită forţă de inerţie de ordinul II, a cărei perioadă de variaţie (0) corespunde la o jumătate de rotaţie a arborelui cotit.

79 din 375

Fig. II.1.1.7.9 – Schema unui cot al arborelui cotit pentru precizarea maselor în mişcarea

de rotaţie

Fig.II.1.1.7.10 – Variaţia forţei de inerţie a maselor în mişcare de translaţie şi a

componentelor ei

Fig.II.1.1.7.11 – Forţa de inerţie a maselor în mişcare de rotaţie

Componentele Fia şi şi rezultanta Fia sunt reprezentate în figura II.1.1.7.10. Ambele forţe

şi acţionează în lungul axei cilindrului şi sunt variabile ca mărime şi sens. Astfel, la deplasarea pistonului de la PMI spre PME, când viteza acestuia creşte, forţele de inerţie sunt îndreptate în sens invers vitezei pistonului, iar când viteza începe să scadă, forţele de inerţie au acelaşi sens cu viteza pistonului.

Forţele de inerţie ale pieselor care au o mişcare de rotaţie se calculează cu relaţia:

Fir = mran = mrr (II.1.1.7.21)în care:mr este masa pieselor neechilibrate aflate în mişcare de rotaţie (II.1.1.7.17);an=r2 - acceleraţia normală (centrifugă) în mişcare circulară.

Direcţia acestor forţe este radială, iar sensul - dinspre centrul manetonului spre exterior (fig. II.1.1.7.11).

Deplasându-se forţa Fir pe suportul ei, cu punctul de aplicaţie în O la intersecţia cu axa arborelui cotit, şi descompunându-se după direcţiile Ox şi Oy, se obţin:

Firx= -mrr2cos ; (II.1.1.7.22)Firy=mrr (II.1.1.7.23)

Aceste proiecţii variază armonic în funcţie de unghiul de rotaţie al manivelei şi acţionează asupra lagărelor paliere ale arborelui cotit.

Forţele din mecanismul motorAsupra pistonului acţionează forţa F care este suma forţelor Fp

şi Fia:F=Fp+Fia (II.1.1.7.24)

Forţa F se descompune în două componente (fig. II.1.1.7.12): o componentă Fb, după axa bielei şi o componentă Fn, normală pe axa cilindrului:

Fb= (II.1.1.7.25)

Fn=Ftg (II.1.1.7.26)

Forţa Fn se aplică de la piston către cilindru şi dă naştere forţei de frecare , care produce uzarea celor două organe aflate în mişcare relativă.

Forţele care acţionează asupra fusului maneton şi fusului palier se determină deplasându-se forţa Fb în punctul de articulaţie M şi descompunându-se după două direcţii: una tangenţială la maneton – forţa Ft, cealaltă în lungul manivelei – forţa Fr. Întrucât unghiul este exterior triunghiului POM, se obţine .Rezultă pentru Ft şi Fr relaţiile:

(II.1.1.7.27)

(II.1.1.7.28)

Momentul motor

80 din 375

Fig. II.1.1.7.12 – Forţele din mecanismul motor

Momentul motor instantaneu al unui motor monocilindric este momentul produs de forţa tangenţială în maneton:

M=Ftr (II.1.1.7.29)sau, prin înlocuirea forţei Ft cu valoarea din relaţia (II.1.1.7.27),

M=Fr (II.1.1.7.30)Momentul motor este o mărime periodică; el variază în funcţie de unghiul descris de

manivela arborelui cotit. Momentul motor produce rotaţia arborelui cotit şi se transmite prin linia de axe la propulsorul navei. În figura II.1.1.7.13,a este reprezentată variaţia momentului M pentru un motor monocilindric în patru timpi; în punctele moarte valoarea momentului este zero,

La calculul puterii dezvoltate de motor se foloseşte momentul motor mediu Mm. Prin moment motor mediu se înţelege un moment constant care ar produce acelaşi lucru mecanic, de-a lungul unui ciclu, ca şi momentul motor variabil.

Dacă se cunoaşte valoarea momentului motor mediu Mm(Nm) şi turaţia motorului n (rot/min), se poate calcula puterea cu relaţia:

sau

(II.1.1.7.31)

pentru Mm exprimat în N m sau kgf m şi” n” în rot./min.Dacă se deplasează forţa Fr pe direcţia ei, în centrul arborelui cotit, apoi se aplică în acest

punct două forţe, egale, de sensuri opuse, şi , paralele şi egale cu forţa tangenţială F i, din

81 din 375

Fig. II.1.1.7.13 – Diagrama de variaţie a momentului motor:a - la un motor monocilindric; b – la un motor cu 4 cilindri; c – variaţia

vitezei unghiulare a arborelui cotit

compunerea forţelor şi Fr rezultă forţa . Această forţă se descompune într-o componentă

după axa cilindrului şi una normală pe această direcţie .Forţele şi Fn, egale ca mărime, normale pe axa cilindrului şi situate la distanţa h, dau

naştere unui cuplu de forţe, egal şi de sens contrar momentului motor M (dat de cuplul de forţe F t

şi ), având tendinţa să răstoarne motorul; de acea, este denumit moment de răsturnare şi este transmis cadrului:

Mr= Fnh = -M (II.1.1.7.32)

Componenta F/, egală cu forţa F aplicată în bolţul pistonului, se transmite prin lagărele paliere, la carterul motorului şi la cadrul de susţinere, rămânând neechilibrată. Datorită variaţiei, atât a mărimii cât şi a sensului această forţă va produce şi vibraţii pentru motor.

II.1.1.7.3 Echilibrarea motorului

Analizându-se forţele şi momentele care acţionează în mecanismul motor, rezultă că unele din ele, cum sunt : forţa de inerţie Fia, a maselor în mişcare de translaţie, care acţionează în lungul axei cilindrului, forţa de inerţie Fir a maselor în mişcare de rotaţie, care acţionează în lungul braţului de manivelă, şi momentul de răsturnare Mr, ating uneori valori foarte mari şi acţionând asupra diferitelor organe ale motorului, se transmit ramei de fixaţie a acestuia, ducând la slăbirea îmbinărilor şi făcând posibilă distrugerea lor. De asemenea, aceste forţe şi momente provoacă vibraţii motorului, reduc puterea şi randamentul mecanic al acestuia.

Pentru înlăturarea influenţei acţiunii nefavorabile a forţelor şi momentelor menţionate, motorul se echilibrează.

Un motor este echilibrat atunci când, în regimul normal de funcţionare, forţele care se transmit cadrului motorului sunt constante ca mărime şi sens.

Studiul echilibrării unui anumit motor constă în determinarea forţelor de inerţie libere de ordinele I şi II şi a momentelor create de acestea.

În vederea realizării unei echilibrări cât mai bune a motorului, este necesară îndeplinirea următoarelor cerinţe constructive:

a) grupurile piston, segmenţi, bolţ să aibă aceeaşi greutate, admiţându-se toleranţele de 4 – 20 g la motoarele rapide şi semirapide;

b) bielele să fie de aceeaşi greutate, admiţându-se abateri de 8 – 40 g la motoarele navalizate;

c) arborele cotit să fie echilibrat static şi dinamic.Pentru ca funcţionarea motorului să fie cât mai uniformă, este necesar ca procesele termice (de

lucru) să decurgă în acelaşi mod. Aceasta se poate realiza prin :a) acelaşi raport de comprimare şi aceeaşi formă a camerei de ardere la toţi cilindrii;b) acelaşi avans la aprindere sau la injecţie pentru toţi cilindrii motorului ;c) acelaşi debit de combustibil;d) introducerea amestecului carburant de aceeaşi compoziţie în toţi cilindrii motorului cu

ardere internă.

Echilibrarea motorului monocilindric

Din examinarea dinamicii mecanismului motor al uni motor monocilindric a rezultat că, în timpul funcţionării motorului, rămân libere şi se transmit cadrului următoarele forţe şi momente :

a) forţa de inerţie a maselor aflate în mişcare de translaţie rectilinie alternativă Fia;

82 din 375

b) forţa de inerţie a maselor neechilibrate, aflate în mişcare de rotaţie Fir;

c) momentul de răsturnare Mr.Forţa de inerţie Fia, după cum s-a arătat mai înainte, poate fi considerată ca o sumă a două forţe, şi

anume :

F = - ma 2 cos, forţa de inerţie de ordinul I.

F = - ma r 2 cos2 , forţa de inerţie de ordinul II.

Forţa de inerţie F de ordinul I, care acţionează pe direcţia axei cilindrului şi modificându-şi mărimea şi sensul după legea cosinusoidei a cărei perioadă de variaţie este de 3600 (p rotaţie completă a arborelui cotit), poate fi echilibrată printr-o forţă având aceeaşi lege de variaţie, dar să fie mereu opusă ca sens forţei F . Practic, această echilibrare se poate

realiza prin aşezarea unor contragreutăţi în continuarea braţelor de manivelă, a căror masă totală este mp(fig. II.1.1.7.14), care produc forţa centrifugă Fc.

Fc = m 2 ρ (II.1.1.7.33)

Deplasându-se această forţă pe direcţia ei până când ajunge cu punctul de aplicaţie pe axa de rotaţie a arborelui cotit şi descompunându-se după o direcţie verticală şi una orizontală, se obţin:

Fcv = Fccos m2ρcos; (II.1.1.7.34)Fcv Fcsin -m2ρsin

(II.1.1.7.35)Din aceste relaţii şi din figura II.1.1.7.14 se observă că forţa Fcv este întotdeauna

egală şi opusă ca sens forţei de ordinul I, Fia, dacă este satisfăcută relaţia:

(II.1.1.7.36)

Componenta orizontală Fcv acţionează într-un plan perpendicular pe axa cilindrului. Această forţă rămâne neechilibrată şi provoacă trepidaţia motorului. Rezultă deci că, prin adăugarea de contragreutăţi mp, nu s-a reuşit echilibrarea forţei de inerţie Fia.

Aşezarea de contragreutăţi dă posibilitatea să se înlocuiască parţial sau total forţa de inerţie Fia de pe direcţia axei cilindrului, cu o altă forţă de inerţie Fco, perpendiculară pe prima şi aplicată în 0.

La motoarele navalizate, această înlocuire este de dorit, deoarece forţa Fia, care acţionează în direcţia axei cilindrului, fiind verticală, dă naştere la trepidaţii care sunt amplificate de către amortizoarele motorului şi de elasticitatea corpului navei, pe când forţa de inerţie orizontală Fcv, aproape că nu se simte.

Forţa de inerţie de ordinul II,Fia, la motoarele monocilindrice prevăzute cu contragreutăţi nu se echilibrează. De altfel, această forţă are o valoare mai mică, datorită factorilor şi cos 2. Forţa de inerţie a maselor în mişcare de rotaţie Fir, fiind constantă ca mărime, însă variabilă ca direcţie, produce o vibraţie periodică arborelui cotit, la motoarele monocilindrice, care se transmite motorului într-un plan perpendicular pe axa arborelui.

Această forţă produce o apăsare suplimentară a arborelui pe cuzineţii care-l susţin, apăsare care se roteşte o dată cu arborele şi are ca efect un lucru mecanic rezistent de frecare, precum şi o uzare suplimentară a cuzineţilor.

Rezultă deci, necesitatea echilibrării acestei forţe de inerţie. Echilibrarea se poate face prin ataşarea de contragreutăţi aşezate în prelungirea braţelor de manivelă. Practic, aceste contragreutăţi

83 din 375

Fig. II.1.1.7.14 – Schema echilibrării motorului

monocilindric

se aleg de masă corespunzătoare pentru a echilibra în întregime forţa de inerţie F ir şi jumătate din forţa de inerţie de ordinul I a maselor în mişcare de translaţie rectilinie Fia.

Momentul de răsturnare Mr nu se echilibrează practic la motoarele navalizate. Acest moment în timpul funcţionării motorului, se transmite ramei de fundaţie. Pentru a i se reduce din efectul nefavorabil, motorul se aşează pe suporturi de cauciuc sau alte suspensii elastice.

Echilibrarea motorului cu mai mulţi cilindri aşezaţi în linie

Spre deosebire de motoarele monocilindrice, unde echilibrarea este mai dificilă, motoarele cu mai mulţi cilindri au o funcţionare mai uniformă şi nu transmit cadrului trepidaţii prea mari. La motoarele cu un număr mare de cilindri, prin alegerea corespunzătoare a configuraţiei arborelui cotit, se dă posibilitatea repartizării uniforme a aprinderilor, întrucât acesta duce la variaţii mici ale momentului motor rezultate şi la un bun echilibraj al motorului.

Pentru a realiza o funcţionare uniformă, toate aprinderile trebuie declanşate la intervale egale. De exemplu pentru un motor în patru timpi, perioada funcţională este 4 adică 7200RAC, iar

intervalul de aprindere va fi = , în care i reprezintă numărul de cilindri.

Cu toate acestea, o echilibrare completă nu se poate realiza din următoarele motive:a) mărimea momentului motor este variabilă chiar în timpul cursei active a

pistonului;b) forţele de inerţie acţionând în plane diferite, pot da naştere la momente suplimentare, variabile ca mărime şi sens, având tendinţa de a încovoia arborele cotit.

Pentru realizarea unei echilibrări cât mai bune, se iau măsurile constructive menţionate pentru motorul monocilindric şi se execută verificarea şi echilibrarea fiecărui organ constructiv(fix, mobil) separat. Arborele cotit şi volantul se supun verificării de echilibrare dinamică, prin care se determină mărimea momentului neechilibrat, câr şi planul de acţiune al acestuia. Corectarea se face înlăturând surplusul de material prin găurire în braţele de manivelă în partea indicată, până ce se realizează echilibrarea prescrisă, adecvată.

II.1.2. Construcţia detaliilor motoarelor cu ardere internă

II.1.2.1. Pistonul. Analiza funcţională, particularităţi constructive, materiale

Împreună cu axul pistonului (bolţul) şi segmenţii, pistonul formează grupul piston care asigură evoluţia fluidului motor şi îndeplineşte următoarele funcţiuni:

a) transmite bielei (tijei pistonului) forţa de presiune a gazelor;b) transmite cilindrului reacţiunea normală produsă de bielă (numai la motoarele fără cap de

cruce);c) etanşează cilindrul în două sensuri: împiedică scăparea gazelor în carter şi pătrunderea

uleiului în camera de ardere;d) evacuează o parte din căldura dezvoltată prin arderea combustibilului.

Primele două funcţiuni sunt îndeplinite de piston împreună cu bolţul (la motoarele fără cap de cruce), iar celelalte două împreună cu segmenţii. Pistonul mai îndeplineşte un număr de funcţii suplimentare, şi anume: conţine parţial sau integral camera de ardere; creează o mişcare dirijată a gazelor în cilindru; este un organ de pompare la motoarele în 4; este un organ de distribuţie şi, în unele cazuri, pompă de baleiaj la motoarele în 2.

84 din 375

Construcţia pistonului

Pistonul este compus din următoarele părţi:a) capul pistonului – partea

superioară (dinspre pmi) care preia presiunea gazelor;

b) regiunea port segmenţi – partea laterală a pistonului, prevăzută cu canale în care se introduc segmenţii;

c) mantaua pistonului – partea laterală inferioară a pistonului care ghidează pistonul în cilindru şi transmite forţa normală (la motoarele fără cap de cruce);

d) umerii pistonului – partea în care se sprijinăbolţul. Fig.II.1.2.1 – Părţile constructive ale pistonului

Arhitectura capului pistonului depinde în mare măsură de tipul camerei de ardere. La MAS, el are, de obicei forma unui disc plan (fig.II.1.2.2.a), deoarece în acest caz suprafaţa de schimb de căldură este minimă, iar fabricaţia este simplă. Forma concavă (fig.II.1.2.2.b) apropie camera de ardere de forma semisferică, dar în cavitate se acumulează ulei care formează calamină. Forma bombată (fig.II.1.2.2.c) rezistă mai bine, deoarece presiunea gazelor produce eforturi unitare de compresiune. În schimb, suprafaţa de schimb de căldură este mare şi costul fabricaţiei ridicat.

Fig. II.1.2.2. Diferite arhitecturi ale capului pistonului

85 din 375

La MAC, forma capului pistonului se apropie de cea plană pentru motoarele cu cameră de ardere împărţită. În cazul camerelor de ardere unitare, capul are formă de cupă mai mult sau mai puţin deschisă (fig.II.1.2.2.f,g şi h).

La motoarele cu mare, deoarece capul pistonului se apropie mult de chiulasă în pmi, apare pericolul impactului cu supapele de distribuţie. În acest caz, în capul pistonului se evazează locaşuri în dreptul supapelor.

Pentru a mări rigiditatea capului pistonului, partea lui inferioară se nervurează. La pistoanele pentru MAC, se urmăreşte în primul rând descărcarea termică a primului segment care are o tendinţă mai activă de coxare decât în cazul MAS-urilor. În acest scop, pentru a împiedica orientarea fluxului de căldură numai către primul segment, se racordează larg capul pistonului cu RPS (fig.II.1.2.3.a). O altă metodă constă în amplasarea canalului primului segment cât mai jos faţă de capul pistonului, de obicei sub marginea lui inferioară (fig.II.1.2.3.b).

Deoarece materialul din dreptul primului segment îşi pierde mai uşor duritatea şi suportă atacul agenţilor corozivi, o soluţie eficientă de protejare o constituie utilizarea unor inserţii de metal, de forma unui inel cu canelură (fig.II.1.2.3.c) sau a unui disc inelar din oţel (fig.II.1.2.3.d). Uneori, prin intermediul unui cilindru canelat la exterior, încorporat în RPS (fig.II.1.2.3.e) se protejează toate canalele de segmenţi.

În anumite situaţii, când solicitările termice ale capului pistonului sunt ridicate, inserţia de metal se prevede şi în capul pistonului, în dreptul jetului de flacără sau combustibil (fig.II.1.2.3.f şi g). Inserţia de metal, în cazul pistoanelor din Al, se confecţionează din fontă cenuşie, fontă specială sau austenitică, având coeficientul de dilatare apropiat de cel al aluminiului.

Arhitectura mantalei se realizează astfel încât să se asigure o valoare limitată a presiunii specifice determinată de forţa normală N. Această solicitare determină în timpul funcţionării o formă eliptică a mantalei. Deformarea poate fi contracarată prin confecţionarea pistonului sub o formă eliptică, axa mare a elipsei fiind pe direcţia normală la axul bolţului.

O altă soluţie folosită în construcţia mantalei (în special la MAS) o reprezintă aşa numita manta elastică. În acest scop, se taie mantaua în lungul ei. La rece, mantaua se montează cu joc mic, iar la cald, tăietura preia dilatările termice. Se utilizează tăieturi în formă de T sau de , prevăzute la capete cu un orificiu care înlătură concentrarea tensiunilor şi previne rizarea locală a cămăşii de cilindru (fig.II.1.2.4).

Fig.II.1.2.3

În cazul motoarelor navale lente, cu cap de cruce, pistonul se execută, de regulă, din două părţi asamblate: cea superioară din oţel, cea inferioară din fontă. Pistoanele sunt prevăzute cu spaţii speciale de răcire, fiind închise la partea inferioară. Acest lucru oferă posibilitatea utilizării lor ca pompă de baleiaj. Aceste nu sunt prevăzute cu umeri de fixare a bolţului, ele fiind asamblate rigid cu tija pistonului.

86 din 375

a bFig.II.1.2.4

Solicitările pistonului

În timpul funcţionării, capul pistonului este supus acţiunii forţei de presiune Fp, care se transmite prin umerii pistonului la bolţ, imprimând grupului piston o viteză vp. Componenta normală N aplică pistonul pe cilindru şi produce forţa de frecare F f, care reprezintă cca. 70% din pierderile mecanice ale motorului. (fig.II.1.2.5).

În contact cu gazele fierbinţi, pistonul primeşte un flux de căldură Qp şi se încălzeşte. Cea mai mare parte din căldura primită (cca. 60…70%) se evacuează la nivelul RPS (fig.II.1.2.6). O bună parte din căldură (20…30%) se evacuează prin manta, iar restul se transmite gazelor din carter şi uleiului care vine în contact cu partea interioară a capului sau a RPS, precum şi bolţului şi bielei. În cazul pistoanelor răcite, fluxul principal de căldură (peste 50%) este preluat de către lichidul de răcire. Fig.II.1.2.5

87 din 375

Fig.II.1.2.6. Fig.II.1.2.7

Echilibrul termic al pistonului (nivelul maxim de temperatură) depinde de regimul de funcţionare al motorului. Astfel, reducerea sarcinii şi a turaţiei micşorează nivelul de temperatură din piston, deoarece în primul caz se reduce doza de combustibil, iar în al doilea caz se reduce numărul de cicluri în unitatea de timp (fig.II.1.2.7) în care este exemplificată această dependenţă pentru MAS.

Există trei zone principale de temperatură:a) zona capului, unde se atinge temperatura maximă, care reduce rezistenţa mecanică a

materialului;b) zona primului segment, unde uleiul formează substanţe dure şi lucioase (numite lacuri),

care împiedică deplasarea liberă a segmentului;c) zona RPS şi a mantalei, unde uleiul trebuie să păstreze o capacitate portantă ridicată

pentru suprafeţele de reazem (segmenţi-cilindru, manta-cilindru).Diferenţa de temperatură (diferenţa dintre temperatura în

funcţionare şi cea la montaj sau la “rece”) produce dilatarea pistonului. Pistonul se dilată radial şi longitudinal (fig.II.1.2.8).

Dilatarea longitudinală dă pistonului o formă tronconică având baza în dreptul capului. Dilatarea mai mare a capului şi a RPS creează pericolul gripajului şi compromite aşezarea corectă a segmenţilor faţă de oglinda cilindrului. Concentrarea de material în dreptul umerilor pistonului produce o dilatare inegală. Mantaua ia o formă ovală cu axa mare a elipsei pe direcţia axei locaşurilor bolţului.

Pentru a preveni griparea sau blocajul pistonului în cilindru, din cauza dilatărilor, chiar şi la regimul nominal de funcţionare se prevede între cele două organe un joc diametral ’ (fig.II.1.2.9.a), numit jocul la cald.

La sarcini şi turaţii reduse şi la mersul în gol, pistonul este “rece” şi jocul diametral (fig.II.1.2.9.b), numit joc la rece sau joc la montaj, se amplifică de câteva ori, iar pistonul funcţionează cu zgomot.

Fig.II.1.2.8

a b Fig.II.1.2.9 Fig.II.1.2.10

88 din 375

Totodată, datorită dilatărilor inegale ale pistonului, forma sa nu este perfect cilindrică ci tronconică (fig.II.1.2.9.b), eliptică, în trepte sau în formă de butoi.

Odată cu creşterea încărcării termice este afectată nu numai siguranţa în funcţionare ci şi uzura grupului piston. Evacuarea căldurii din piston devine astfel un deziderat de maximă importanţă. Una dintre soluţiile utilizate în această direcţie constă în utilizarea unor materiale cu conductibilitate termică ridicată (fig.II.1.2.10). O altă soluţie constă în răcirea forţată a pistonului care urmăreşte:

a) reducerea temperaturii maxime a pistonului;b) reducerea temperaturii primului segment pentru evitarea blocării sale;c) reducerea diferenţelor de temperatură pentru micşorarea tensiunilor termice şi a

deformaţiilor.Tendinţa generală de reducere a masei organelor de maşini este accentuată în cazul

pistoanelor atât pentru reducerea consumului de material cât şi de diminuare a forţelor de inerţie, rezultând posibilitatea creşterii turaţiei şi, implicit, a puterii motorului. Se poate proiecta un piston cu masa redusă dacă:

a) se micşorează grosimea pereţilor – procedeu limitat din punct de vedere al rigidităţii şi al rezistenţei mecanice;

b) se reduce înălţimea RPS – procedeu limitat de numărul şi de înălţimea segmenţilor;c) se scurtează mantaua – procedeu limitat de valoarea admisibilă a presiunii specifice;d) se utilizează aliaje cu densitate redusă – procedeu limitat de rezistenţa mecanică scăzută

a acestor materiale.Pentru o bună echilibrare a motorului policilindric, pistoanele trebuie să aibă mase identice.

Materiale de fabricaţie

Materialele pentru pistoane trebuie să îndeplinească o serie de cerinţe funcţionale şi de durabilitate:

a) rezistenţa mecanică ridicată la temperaturi înalte şi sarcini variabile;b) densitate redusă;c) conductibilitate ridicată;d) coeficient de dilatare liniară redus;e) calităţi superioare antifricţiune la temperaturi mari şi în condiţii grele de ungere;f) rezistenţa înaltă la uzură abrazivă, adezivă, corozivă şi de oboseală;g) durabilitate mare.Totodată trebuie îndeplinite şi cerinţele de fabricaţie:a) preţ redus;b) uşurinţă la turnare sau matriţare;c) uşurinţa la prelucrare prin aşchiere.Pistoanele se execută din aliaje de Al sau Fe, cu proprietăţi diferite. Aliajele de Al pot fi şi

pe bază de siliciu numite siluminiu, sau pe bază de Cu, numite şi duraluminiu. Pistoanele din aluminiu se supun tratamentelor termice (călire şi îmbătrânire), care le ridică durabilitatea şi rezistenţa mecanică.

O sporire a durabilităţii se obţine prin acoperirea pistonului, în special a mantalei, cu straturi protectoare care au calitatea de a mări aderenţa uleiului la metal, de a îmbunătăţi calităţile antifricţiune ale suprafeţelor şi de a fi rezistente la atacurile chimice. Se poate astfel realiza cositorirea, plumbuirea, grafitarea sau eloxarea, în funcţie de stratul protector ales.

Aliajele de Al se folosesc cu precădere la motoarele rapide având avantajele:a) greutate specifică mai mică;b) conductibilitate termică mai bună;c) proprietăţi antifricţiune ridicată.

dar şi dezavantajele:a) duritate mică, ceea ce reduce rezistenţa la uzură;b) coeficient de dilatare liniară mare;

89 din 375

c) caracteristici mecanice reduse.Caracteristicile materialelor de construcţie ale pistoanelor sunt prezentate comparativ în

următorul tabel:Tab.II.1.2.1. Caracteristicile materialelor de construcţie ale pistoanelor

ProprietateaMaterialul

Aliaj de Al Fontă şi OLRezistenţa mecanică mică mare (de 3 ori)

Densitatea mică mare (de 3 ori)Coeficient de conductibilitate mare mic (de 3 ori)

Coeficient de dilatare mare mic (de 2 ori)Proprietăţi antifricţiune superioare inferioare

Rezistenţa la uzură mică marePrecizia de turnare mare mică

Prelucrarea prin aşchiere uşoară grea

II.1.2.2. Segmentul, axul pistonului (bolţul), tija pistonului şi capul de cruce. Analiza funcţională, particularităţi constructive, materiale

Segmentul

Rolul funcţionalSegmenţii pistoanelor îndeplinesc, în

principal, funcţia de etanşare a camerei de ardere. Segmenţii care împiedică scăparea gazelor din camera de ardere spre carter se numesc segmenţi de comprimare, iar cei care împiedică trecerea uleiului spre camera de ardere se numesc segmenţi de ungere.

Segmenţii de comprimare îndeplinesc o funcţie suplimentară: evacuează o mare parte din căldura preluată de piston către cilindru. La rândul lor, segmenţii de ungere îndeplinesc şi ei o funcţie suplimentară: dozează şi distribuie uniform uleiul pe cămaşa de cilindru. În situaţia în care ei nu îndeplinesc decât funcţia de radere a peliculei de ulei, se mai numesc şi segmenţi raclori.

FFig.II.1.2.11Construcţia segmentului

Segmentul este de forma unui inel tăiat. Distanţa s dintre capete se numeşte rost. Dimensiunea caracteristică a secţiunii după direcţia radială se numeşte grosime radială a, iar cea după direcţia axială se numeşte înălţimea h. În stare montată, diametrul exterior al segmentului este egal cu alezajul D, iar diametrul interior este, evident, .

Fiecare piston se echipează cu doi segmenţi sau mai mulţi de comprimare şi cu unul sau doi segmenţi de ungere. În cazul utilizării a doi segmenţi de ungere, cel inferior poate fi amplasat şi pe manta, sub bolţ.

Segmenţii se montează în canalele practicate pe periferia pistonului. Cerinţa fundamentală pentru realizarea etanşării este ca segmentul să se aşeze perfect cu suprafaţă S l pe oglinda cilindrului şi cu suprafaţa frontală Sf pe flancul inferior fi sau inferior fs al canalului de piston (fig.II.1.2.12). Pentru a asigura contactul, segmentul trebuie să dezvolte o presiune pe cilindru, din care cauză trebuie să fie elastic. În acest scop, segmentul în stare liberă are diametrul exterior D o

90 din 375

mai mare decât diametrul exterior în stare montată D(fig.II.1.2.11).De aici rezultă că rostul în stare liberă so

trebuie să fie mai mare decât rostul în stare montată sm.

Ca urmare, în fibrele interioare apar reacţiuni elastice, datorită cărora segmentul dezvoltă pe cilindru o presiune numită presiune medie elastică. Elasticitatea segmentului se opune tendinţei de întrerupere a contactului, provocată de deformaţiile de montaj, termice şi de uzură suferite de cilindru. De aceea segmentul se montează în canal cu un joc axial a şi un joc radial r.

Fig.II.1.2.12Din punct de vedere constructiv, segmenţii se împart în două categorii:

a) segmenţii cu elasticitate proprie;b) segmenţii cu expandor.Segmenţii de comprimare cu elasticitate proprie au o mare varietate de tipuri constructive.

Segmentul cel mai simplu este cel realizat cu secţiune dreptunghiulară (fig.II.1.2.13.a). Muchiile ascuţite raclează energic pelicula de ulei, iar perioada de rodaj este mai mare. Aceste dezavantaje se înlătură prin utilizarea unor segmenţi cu muchia laterală înclinată (fig.II.1.2.13.b), cu degajări pe suprafaţa laterală (fig.II.1.2.13.c) sau cu muchiile teşite (fig.II.1.2.13.d), forma cea mai avantajoasă fiind cea bombată. (fig.II.1.2.13.e).

Fig.II.1.2.13

O soluţie eficientă contra blocării segmentului o constituie segmentul trapezoidal (fig.II.1.2.13. f şi g). Durabilitatea se măreşte acoperind suprafaţa laterală a segmentului cu un strat protector de crom sau molibden (fig.II.1.2.13. h, i şi j) sau introducând în această suprafaţă inserţii de cositor, bronz sau oxid de fier cu grafit. (fig.II.1.2.13. k şi l).

Segmenţii de ungere se grupează în două clase: segmenţi cu secţiune unitară sau neperforaţi (fig.II.1.2.14. a,b şi c) şi segmenţi cu secţiune radială perforată (fig.II.1.2.14.d şi e). Numărul şi dimensiunile orificiilor, precum şi dimensiunile spaţiului de acumulare a uleiului sub segment determină eficienţa segmentului.

Segmenţii cu expandor au montat în spatele lor, în canal, un element elastic, care aplică segmentul pe oglinda cilindrului cu o presiune uniform distribuită. Sub acţiunea expandorului, se asigură o presiune sporită de contact, ceea ce impune utilizarea lor îndeosebi la segmenţii de ungere.

Fig.II.1.2.14Capetele segmenţilor comportă prelucrări diferite, cea mai simplă fiind tăietura dreaptă (fig.II.1.2.15.a). Experienţa

91 din 375

arată că scăpările nu sunt practic influenţate de poziţia tăieturii pe piston, chiar atunci când toate rosturile sunt pe aceeaşi generatoare. De aceea, rotirea segmentului nu este împiedicată.

Fig.II.1.2.15 În schimb, la motoarele în 2 există pericolul agăţării capătului segmentului de marginile

ferestrelor cilindrului şi, de aceea, ele se blochează într-o poziţie fixă în canale cu ajutorul unor ştifturi montate în fundul canalelor de piston.

Solicitările segmenţilor

Alături de solicitările mecanice produse de reacţiunile elastice din segment, acesta mai este supus la însemnate solicitări termice. Dintre toţi segmenţii, cel superior (dinspre pmi) are nivelul termic cel mai ridicat, deoarece vine în contact cu gazele fierbinţi şi cu porţiunea cea mai caldă a pistonului. De aceea, el este numit şi segmentul de foc. Temperatura segmentului variază radial, având valoarea minimă pe suprafaţa de contact, pe direcţia axială temperatura segmentului fiind practic constantă. Urmărind deplasarea fluxului termic prin segment (fig.II.1.2.16), se observă că un rol deosebit îl joacă suprafeţele de contact ale segmentului şi deci, variaţia convenabilă a căldurii evacuate din piston se obţine modificând cele două dimensiuni principale ale segmentului, a şi h.

Procesul de uzură a segmentului are trei aspecte fundamentale:

a) uzura adevărată sau de contact;b) uzura abrazivă;c) uzura corozivă.Cazurile de uzură prin oboseală sunt foarte rare.

Fig.II.1.2.16

Faţă de poziţia optimă a segmentului în canal (fig.II.1.2.17.a), se pot ivi abateri de provocate de dezaxarea pistonului în cilindru datorită jocurilor (fig.II.1.2.17.b şi c), de înclinarea flancurilor canalului faţă de planul normal de la axa cilindrului (fig.II.1.2.17.d), de dilatarea sau uzarea cilindrului (fig.II.1.2.17.e) sau de toate aceste la un loc. Deformarea segmentului şi uzura lui

Fig.II.1.2.17

(fig.II.1.2.17. f şi g) împiedică, de asemenea, contactul perfect pe suprafaţa de lucru. Se înţelege că asemenea abateri, micşorând suprafaţa de contact, reduc şi eficienţa etanşării.

Materiale de fabricaţie

Materialul pentru segmenţi trebuie să posede următoarele proprietăţi:

92 din 375

a) calităţi bune de alunecare, pentru a atenua pierderile mecanice în condiţiile frecării semifluide şi pentru a preveni gripajul;

b) duritate ridicată, pentru a prelua sarcinile mari de contact şi pentru a rezista la uzura corozivă şi abrazivă;

c) rezistenţă la coroziune pentru a atenua efectul atacurilor chimice şi electrochimice;d) rezistenţă mecanică la temperaturi relativ mari, pentru a realiza un segment uşor, de

dimensiuni reduse;e) modul de elasticitate superior la temperaturi relativ mari, invariabil în timp, pentru a

preveni vibraţiile;f) calităţi bune de adaptabilitate rapidă la forma cilindrului.Nu există materiale care să satisfacă simultan cerinţele enumerate. Oţelul este impropriu,

întrucât nu posedă calităţi satisfăcătoare de alunecare, fiind folosit doar când sunt necesare rezistenţe mecanice sporite. Cel mai des întâlniţi sunt segmenţii din fontă. Fonta trebuie să conţină, ca orice material antifricţiune, două faze: o fază dură, cu rezistenţă mecanică înaltă, pentru a prelua sarcinile de contact şi o fază moale, cu rezistenţă mică la deformaţia plastică, ceea ce asigură proprietatea antigripantă a materialului. Fonta pentru segmenţi care satisface bine cerinţele unui material antifricţiune este fonta cenuşie perlitică, cu grafit lamelar.

La MAC-uri supraalimentate, primul segment suportă sarcini termice ridicate şi, de aceea, se utilizează frecvent segmenţi de oţel. Pentru a îmbunătăţi comportarea la alunecare, oţelul se grafitează.

O cale de mărire a durabilităţii segmentului o constituie protejarea lui cu straturi metalice superficiale, care sunt de două categorii: unele măresc rezistenţa la uzură în timpul funcţionării, altele îmbunătăţesc rodajul. Protejarea segmentului la uzura corozivă se asigură uneori prin acoperirea cu un strat superficial de fosfor.

Axul pistonului (bolţul)

Rolul funcţional

Axul pistonului (bolţul) este un organ întâlnit la motoarele fără cap de cruce, la care biela este articulată direct de piston, deci la motoarele rapide şi semirapide. El transmite forţa datorită presiunii gazelor de la piston la bielă (mişcarea plan - paralelă).

Construcţia bolţului

Pentru ca biela să poată oscila faţă de axa cilindrului, bolţul se montează cu joc fie în piston, fie în bielă sau cu joc în ambele organe (bolţul flotant).

Când bolţul este fix în bielă, el are o mişcare continuă în umerii pistonului şi, pentru preîntâmpinarea uzurii bolţului sau a umerilor pistonului, se prevăd bucşe de bronz. Când bolţul este flotant (cazul cel mai des întâlnit), el este antrenat într-o mişcare alternativă de rotaţie de către forţe de frecare variabile, iar după un anumit număr de cicluri motoare execută o rotaţie completă. De aceea, uzura acestui tip de bolţ este mai mică în comparaţie cu a celorlalte tipuri constructive.

Forma bolţului este impusă din considerente de masă, de rigiditate, de fabricaţie. Forma tubulară asigură o masă redusă şi o rezistenţă corespunzătoare. Bolţul cu secţiune constantă (fig.II.1.2.18.a) este o soluţie tehnologică simplă. La motoarele rapide, grosimea pereţilor se reduce mult. Pentru mărirea rigidităţii bolţului acesta se confecţionează sub forma unui solid de egală rezistenţă (fig.II.1.2.18.b), dar soluţia creează dificultăţi tehnologice.

93 din 375

Fig.II.1.2.18

Întrucât deformaţia maximă de încovoiere apare în secţiunea centrală, iar cea de ovalizare se produce într-o zonă centrală reprezentând cca.20% din lungimea bolţului, o rigiditate suplimentară se obţine prin prelucrarea cilindrică în trepte a suprafeţei interioare (fig.II.1.2.18. c şi d), ceea ce este avantajos şi pentru forfecare.

În ceea ce priveşte montajul bolţului, soluţia fixării sale în piston şi a montării libere în piciorul bielei elimină ungerea bolţului în locaşurile din piston, dar produce o concentrare mare de tensiuni la marginile umerilor şi măreşte masa îmbinării.

Montajul fix în bielă prezintă avantajul micşorării dezaxării bielei şi, implicit, reducerea intensităţii zgomotului în funcţionare. Montajul flotant al bolţului, deşi măreşte dezaxarea bielei, reduce uzura bolţului în umerii pistonului. În acest caz, însă, apare posibilitatea deplasării axiale a bolţului, producându-se rizuri pe oglinda cilindrului. Mişcarea axială a bolţului se limitează pe două căi. Metoda cea mai răspândită constă în fixarea unor inele de siguranţă în şanţurile practicate în umerii pistonului (fig.II.1.2.19.a). Inelele de siguranţă împiedică trecerea frontală a uleiului pe suprafaţa bolţului din locaş. Acest dezavantaj poate fi înlăturat prin intermediul unor capace sferice la exterior (fig.II.1.2.19.b), confecţionate din material uşor şi moale (aliaj de Al sau Mg).

Fig.II.1.2.19

Solicitările bolţului

Bolţul dezvoltă forţe de inerţie care încarcă organele mecanismului motor. De aici rezultă necesitatea ce masa boţului să fie cât mai redusă. Bolţul lucrează în condiţii grele de solicitare mecanică, fiind solicitat de forţa de presiune a gazelor şi de forţa de inerţie dezvoltată de piston.

Într-o secţiune transversală, apar solicitări de încovoiere care provoacă deformarea bolţului după axa longitudinală (fig.II.1.2.20.a). Solicitări de încovoiere apar şi în secţiunea longitudinală, solicitări care deformează bolţul în plan transversal – deformarea de ovalizare (fig.II.1.2.20.b).

Fig.II.1.2.20Primele solicitări produc ruperea bolţului în planul transversal, iar celelalte în plan longitudinal.

94 din 375

În prima fază a arderii, forţele de presiune înregistrează creşteri rapide care produc solicitarea prin şoc. De asemenea, caracterul variabil al sarcinii produce fenomenul de oboseală al bolţului.

Experienţa arată că deformarea de ovalizare a bolţului produce şi ruperea piciorului bielei, iar încovoierea bolţului poate produce şi ruperea locaşurilor bolţului din piston.

Materialele de fabricaţie

Materialele pentru bolţ trebuie să fie tenace pentru a rezista la solicitările prin şoc. Un material tenace are însă o deformare mare – ceea ce nu corespunde solicitărilor de încovoiere şi oboseală. Se obţin soluţii de compromis dacă se asigură o duritate ridicată stratului superficial şi o tenacitate ridicată miezului.

Materialele care satisfac cel mai bine aceste condiţii sunt OLC şi OLA (elemente de aliere: Cr, Ni, Mn, Mo), cu conţinut redus de carbon (0,12…0,35%). Prin tratamentul termochimic de cementare se aduce duritatea suprafeţei la nivelul dorit. Acest procedeu este scump şi el se înlocuieşte adeseori cu călirea superficială pe o adâncime de 1,0…1,5mm.

Tija pistonului

Rolul funcţional

La motoarele mari navale, forţa normală pe suprafaţa cilindrului N (v.fig.II.1.2.5) este foarte mare. Rezultă frecări foarte mari şi uzuri rapide ale cămăşii cilindrului. De aceea, aceste motoare au mecanismul motor cu cap de cruce (fig.II.1.2.21.b), caz în care forţa normală N se transmite direct batiului prin intermediul capului de cruce.

Aceste motoare prezintă următoarele particularităţi:a) posibilitatea unui joc mai mare între piston şi cilindru;b) utilizarea unor pistoane cu înălţime (implicit masă)

redusă;c) posibilitatea etanşării carterului prin etanşarea trecerii

tijei pistonului în carter;d) micşorarea uzurii pistonului. Fig.II.1.2.21

Tija pistonului este organul care face legătura dintre piston şi capul de cruce, transmiţând forţa de presiune a gazelor.

Construcţia tijei pistonului

Tija pistonului (fig.II.1.2.22) are o secţiune circulară (plină sau tubulară). Asamblarea cu pistonul se realizează prin înşurubare cu ajutorul unei flanşe circulare. Razele de racordare a flanşei cu corpul tijei sunt mari, iar pistonul trebuie prevăzut cu ştifturi pentru centrarea cu flanşa.

Tija este folosită, de regulă, la conducerea agentului de răcire (ulei, uneori apă) la piston. Când se asigură circulaţia agentului de răcire în ambele sensuri, se prevede în interiorul tijei o ţeavă din alamă sau din oţel inoxidabil.

Fixarea tijei în traversa capului de cruce se face printr-o coadă cilindrică sau conică filetată.

95 din 375

Piuliţa de fixare trebuie asigurată contra desfacerii cu o contrapiuliţă sau cu un ştift.

Etanşarea trecerii în carter poate fi realizată cu ajutorul unor plăci circulare înfiletate în corpul batiului. În interior sunt prevăzute inele de etanşare.

Solicitările şi materialele de fabricaţie

Sub acţiunea forţei de presiune a gazelor, tija pistonului este solicitată la compresiune şi la flambaj. Suprafaţa conică de fixare în traversa capului de cruce este solicitată la strivire sub acţiunea aceleiaşi forţe.

Ca materiale de fabricaţie se utilizează oţelurile de înaltă rezistenţă sau oţelurile aliate cu Cr, Ni, Mn.

Fig.II.1.2.22

Capul de cruce

Rolul funcţional

Capul de cruce realizează legătura dintre tija pistonului şi bielă. El preia forţa de presiune a gazelor şi transmite bielei componenta longitudinală, iar batiului – prin intermediul glisierelor şi patinelor – componenta normală.

Fig.II.1.2.23

Construcţia capului de cruce

96 din 375

Partea centrală a capului de cruce o constituie traversa în care este fixată tija pistonului (fig.II.1.2.23). Pe traversă sunt fixate fusurile pentru articularea piciorului bielei şi braţelor patinelor. În acest caz, piciorul bielei este în formă de furcă, dar prinderea bielei poate fi realizată şi cu ajutorul unui bolţ.

Patinele se pot executa în mai multe variante. Astfel, există patine unilaterale (fig.II.1.2.23.a), la care forţa normală într-un sens este preluată de suprafaţa de sprijin a patinei (glisiera fixată de batiu), iar pentru celălalt sens se folosesc două porţiuni înguste de sprijin, numite fălcele. Prinderea patinei unilaterale de capul de cruce se face cu 4 sau 6 bolţuri care trec prin traversa capului de cruce. Există, de asemenea, forme bilaterale cu patru suprafeţe de sprijin plate, identice (fig.II.1.2.23.b) sau cu două suprafeţe de sprijin cilindrice, identice (fig.II.1.2.23.c).

Solicitările şi materialele de fabricaţie

Capul de cruce trebuie să fie o piesă robustă, capabilă să preia eforturi în regim de solicitări dinamice, periodice şi cu şocuri. Principala solicitare de care se ţine seama la dimensionarea capului de cruce o constituie presiunea dintre patină şi glisieră. Valoarea acestei presiuni trebuie să nu conducă la întreruperea filmului de ulei de ungere.

Capul de cruce este confecţionat din oţel, turnat sau forjat, şi prelucrat apoi prin strunjire şi frezare. Fusurile (bolţurile) capului de cruce sunt supuse tratamentului termic. Suprafeţele de frecare ale patinelor se acoperă cu un strat de material antifricţiune (babit, de ex.) şi sunt prevăzute cu canale de ungere. Glisierele se confecţionează din fontă sau oţel turnat, fiind prevăzute cu răcire interioară cu apă.

II.1.2.3. Biela. analiza funcţională, particularităţi constructive, materiale

Rolul funcţional

Biela este organul mecanismului motor care transmite forţa de presiune a gazelor (componenta longitudinală) de la piston (capul de cruce) la arborele cotit şi care asigură transformarea mişcării alternative de translaţie a pistonului în mişcarea de rotaţie a arborelui cotit. La motoarele rapide şi semirapide, biela asigură şi conducerea uleiului la piston.

Construcţia bielei

Biela este compusă din trei părţi, prezentate în figura alăturată (fig. II.1.2.24):

a) piciorul bielei – partea articulatăcu bolţul (traversa capului de cruce);b) capul bielei – partea articulată cufusul maneton al arborelui cotit;c) corpul bielei – partea centrală a bielei.

Construcţia piciorului bielei

Piciorul bielei are forma unui tub. Dacă ungerea se face prin stropire, se practică un orificiu sau o tăietură în partea superioară a piciorului (fig.II.1.2.25). Dacă uleiul este adus sub presiune, se practică un canal în corpul bielei. Dacă este necesar să se asigure răcirea simplă a capului pistonului, prin jeturi de ulei, se prelungeşte canalul până la extremitatea superioară şi se prevede la capătul său cu un pulverizator.

97 din 375

În interiorul piciorului se presează o bucşă din bronz, aluminiu, cupru sau alt material antifricţiune, numită cuzinet. Cuzinetul poate fi realizat dintr-o singură bucată sau secţionat. Este prevăzut cu dispozitive de asigurare împotriva deplasării axiale sau rotirii sale în piciorul bielei. În cuzinet este prevăzut un canal inelar pentru dirijarea uleiului. La motoarele navale de puteri mici, piciorul poate fi confecţionat din două piese.

Construcţia corpului bielei

Solicitarea corpului bielei la flambaj este posibilă în două planuri ale bielei (fig.II.1.2.26.a): în planul de mişcare (planul de oscilaţie) şi într-un plan normal, în care biela se consideră încastrată (planul de încastrare). Solicitarea la flambaj este de 4 ori mai mare în planul de oscilaţie faţă de cel de încastrare. Ca urmare, secţiunea corpului bielei trebuie să asigure un moment de inerţie de 4 ori mai mare în planul de oscilaţie faţă de planul de încastrare, utilizându-se cel mai adesea secţiunea dublu T (fig.II.1.2.26.b). Se mai utilizează secţiunea circulară (mai simplă din punct de vedere constructiv), dar numai la motoarele lente, dar de puteri mari.

Construcţia capului bielei

Capul bielei trebuie să satisfacă mai multe cerinţe:a) să aibă rigiditate superioară, condiţionată de funcţionarea normală a cuzinetului;b) să aibă o masă redusă (forţe de inerţie mici);c) să aibă dimensiuni reduse (determină forma carterului şi face posibilă trecerea bielei prin cilindru la demontare-montare);d) să aibă o racordare largă cu corpul, pentru a atenua efectul de concentrare a tensiunilor.

Capul bielei este secţionat, capacul separându-se de partea superioară a capului după un plan normal la axa bielei (fig.II.1.2.27.a) sau după un plan oblic (fig.II.1.2.27.b), înclinat de obicei la 450, mai rar la 30 sau 600.

La motoarele de puteri mari, poate exista şi posibilitatea de reglare a lungimii bielei şi, implicit, a raportului de comprimare şi a volumului camerei de ardere (fig.II.1.2.27.a).

Muchiile ascuţite din partea superioară a capului duc la ruperi (fig.II.1.2.28.a). De aceea, în această regiune se utilizează racordări largi (fig.II.1.2.28.b) sau degajări (fig.II.1.2.28.c).

Capacul bielei se rigidizează prin nervuri care sporesc însă masa bielei şi dificultăţile de fabricaţie. De asemenea, în partea superioară a capului poate fi practicat un orificiu prin care uleiul este proiectat de forţa

centrifugă.La motoarele cu cilindrii dispuşi în V, dacă

bielele care lucrează pe acelaşi maneton sunt alăturate (fig.II.1.2.29.a), capul lor este identic. În cazul ambielajului în furcă (fig.II.1.2.29.b), una dintre biele are capul în furcă, iar cealaltă are capul normal. Ambele biele lucrează asupra aceleiaşi bucşe. În cazul ambielajului articulat

98 din 375

(fig.II.1.2.29.c), biela secundară (bieleta) transmite mişcarea bielei principale (bielei mamă) prin intermediul unui bolţ.

Şuruburile de bielă se utilizează în număr de 2, 4 sau 6. Ele se prind cu piuliţe pe partea superioară a capacului, pentru o mai bună accesibilitate, şi se asigură împotriva rotirii.

Cuzineţii se execută din oţel cu conţinut redus de carbon sau din aliaje de bronz, pe suprafaţa lor interioară aplicându-se un strat de material antifricţiune. Montarea lor se face cu strângere, ceea ce asigură un contact mai bun cu capul bielei şi implicit, o mai bună evacuare a căldurii.

Solicitările bielei

Biela este solicitată de forţa de presiune a gazelor la comprimare şi flambaj. Forţa de inerţie a grupului piston solicită biela la întindere şi comprimare. Mărimea variabilă a sarcinii aplicate bielei impune acesteia o condiţie fundamentală: să posede o rezistenţă mecanică superioară.

Sub acţiunea acestor forţe, părţile componente ale bielei se deformează diferit. Forţa de presiune produce în corpul bielei o deformaţie permanentă care, micşorând distanţa dintre axele piciorului şi capului bielei (fig. II.1.2.30.a), împiedică mişcarea liberă. Sub acţiunea aceleiaşi forţe, corpul bielei se deformează astfel încât se modifică paralelismul axelor (fig.II.1.2.30.b), ceea ce constituie cauza principală a uzurii lagărelor şi a slăbirii asamblării pieselor din mecanismul motor. Sub acţiunea forţelor de inerţie, piciorul şi capul bielei se ovalizează (fig.II.1.2.30.c), ceea ce creează pericolul de gripaj. Forţele tangenţiale de inerţie produc solicitarea de încovoiere a corpului (fig.II.1.2.30.d). Încovoierea bielei poate apărea şi din cauza dispoziţiei excentrice a forţei de compresiune, determinată de jocul radial dintre bolţ şi bucşă. Deformarea bielei fiind cauza principală a micşorării fiabilităţii ei şi mai ales a organelor conjugate, se impune o a doua cerinţă fundamentală: biela să posede o rigiditate superioară.

Din punct de vedere funcţional, o deosebită importanţă o prezintă lungimea bielei. Bielele lungi conduc la forţe normale mai reduse, deci la micşorarea frecării dintre piston şi cilindru. Soluţia conduce în schimb la mărirea înălţimii motorului, la creşterea masei acesteia şi la reducerea rigidităţii bielei. La reducerea lungimii bielei se obţine o bielă cu rigiditate sporită, la care solicitările de flambaj sunt practic neînsemnate.

Dezvoltând forţe mari de inerţie, biela creează solicitări mari în lagăre, de unde rezultă şi necesitatea unor mase cât mai reduse ale acesteia. După fabricaţie, masa bielei variază în limite largi (5%). Pentru echilibrare se cere ca abaterea să fie sub 1%. De aceea, la piciorul şi la capul bielei se prevăd zone îngroşate, din care se elimină material pentru corectarea masei.

Materiale de fabricaţie

Bielele se confecţionează din:a) oţel carbon de calitate;b) oţel aliat cu elemente de aliere: Cr, Mn, Mo, Ni, V;c) aliaj uşor (duraluminiu) – numai la motoarele de puteri mici;d) fontă cu grafit nodular.

Bielele din oţeluri aliate se lustruiesc, fiind foarte sensibile la concentrarea de tensiuni. O metodă mai eficientă de ridicare a rezistenţei la oboseală o constituie ecruisarea (durificarea bielelor cu alice).

Şuruburile de bielă se execută din oţeluri aliate pentru îmbunătăţire. Materialele de construcţie ale cuzineţilor piciorului şi capului au fost menţionate în paragrafele anterioare.

99 din 375

II.1.2.4. Arborele cotit. analiza funcţională, particularităţi constructive, materiale.

Rolul funcţional

Arborele cotit transformă mişcarea de translaţie a pistonului într-o mişcare de rotaţie şi transmite spre utilizare momentul motor dezvoltat de forţa de presiune a gazelor. La motoarele policilindrice arborele cotit însumează lucrul mecanic produs de fiecare cilindru şi-l transmite utilizatorului. Totodată, arborele cotit antrenează în mişcare unele agregate şi sisteme auxiliare ale motorului.

Construcţia arborelui cotit

Arborele cotit este alcătuit dintr-un număr de coturi egal cu numărul cilindrilor –la motoarele în linie - sau cu jumătatea numărului de cilindri – la motoarele în V. La rândul său, fiecare cot este format din două braţe şi un fus maneton care se articulează cu capul bielei. În unele cazuri (în special la motoarele rapide şi semirapide), pentru echilibrare, pe braţe, în partea opusă manetoanelor, se montează contragreutăţi . Legătura dintre coturi este realizată prin intermediul unor fusuri de reazem, numite fusuri palier. Considerând şi fusurile palier de la extremităţile arborelui cotit, rezultă că, în mod obişnuit, un arbore are (i+1) fusuri palier la motoarele în linie şi (i/2+1) fusuri palier la cele în V. La motoarele de puteri foarte mici, fusurile palier intermediare pot lipsi, legătura dintre coturi realizându-se prin intermediul unui braţ comun, oblic (fig.II.1.2.32).

Partea arborelui cotit care transmite spre utilizare momentul motor (este cuplată cu consumatorul) se numeşte partea posterioară, iar, în opoziţie cu ea, cealaltă extremitate se numeşte partea frontală. La partea posterioară se prelucrează o flanşă de care se prinde volantul cu coroana dinţată. Această piesă asigură o uniformizare a vitezei unghiulare a arborelui cotit. Datorită mişcării alternative a pistoanelor şi variaţiei în limite largi a presiunii fluidului motor, rezultă variaţii importante ale momentului motor şi, implicit, a vitezei unghiulare de rotaţie. Pentru ca aceste variaţii să nu devină supărătoare, se montează volantul care are o masă (implicit moment de inerţie) ridicată. Drept urmare, el joacă rolul de acumulator de energie, înmagazinând, în condiţii de variaţie limitată a vitezei de rotaţie, excedentul de energie mecanică produsă de motor. Atunci când, în aceleaşi condiţii, motorul devine deficitar, în raport cu consumatorul, sub aspectul energiei mecanice reclamate de acesta, volantul cedează energia înmagazinată.

La partea anterioară a arborelui cotit, se montează, prin pană, o roată dinţată pentru antrenarea agregatelor şi mecanismelor auxiliare. În unele cazuri, în această zonă este montat şi amortizorul de vibraţii.

100 din 375

Pentru a obţine o funcţionare cât mai uniformă a motorului, este necesar ca intervalele care separă funcţionarea succesivă a cilindrilor să fie egale şi, în consecinţă, decalajele unghiulare dintre coturile arborelui cotit să fie egale. Motoarele la care este asigurată această condiţie poartă denumirea de motoare cu aprinderi uniform repartizate. Această soluţie atrage după sine şi alte avantaje privind echilibrajul de ansamblu al motorului şi, în consecinţă, marea majoritate a motoarelor în linie se construiesc cu aprinderi uniform repartizate.

Pentru a stabili poziţia unghiulară relativă a coturilor, se construieşte steaua manivelelor. Aceasta reprezintă configuraţia geometrică obţinută prin proiectarea planurilor coturilor pe un plan normal la axa arborelui cotit (fig.II.1.2.33).

La motoarele cu simplă acţiune, decalajul unghiular Δα dintre două aprinderi succesive (dintre coturile arborelui cotit) rezultă prin împărţirea perioadei ciclului motor:

θciclu = τπ [0RAC] (II.1.2.1)la numărul i de cilindri ai motorului:

Δα = θciclu/i =τπ /i [0RAC] (II.1.2.2)

În funcţie de numărul de timpi τ şi de numărul de cilindri i , se definesc mai multe reguli de construire a stelei manivelelor, precizate de cerinţele de echilibrare a motorului cu aprinderi uniform repartizate şi cilindrii în linie:

a) la motoarele în patru timpi şi număr par de cilindri, manivelele sunt două câte două în fază; o mai bună echilibrare se obţine prin utilizarea arborilor cotiţi cu plan central de simetrie (arbori la care manivelele în fază sunt dispuse la egală distanţă de mijlocul lui);

b) la motoarele în doi timpi (indiferent de i ) şi la cele în patru timpi cu număr impar de cilindri, manivelele sunt uniform distribuite în jurul axei de rotaţie a arborelui cotit; şi în acest caz poate fi realizată o simetrie a arborelui prin dispunerea manivelelor în opoziţie la egală distanţă de mijlocul arborelui (pentru i par) sau a manivelelor simetric dispuse faţă de manivela mediană la egală distanţă de aceasta (pentru i impar).

În cazul motoarelor în V (în exclusivitate în patru timpi) există două soluţii posibile:a) dacă i este divizibil cu 4, se utilizează un arbore cotit cu plan central de simetrie al

unui motor în patru timpi cu i/2 cilindri;b) dacă i nu este divizibil cu 4, se utilizează arborele cotit al unui motor în doi timpi cu

i/2 cilindri (eventual simetric).

În următorul tabel sunt prezentate stelele manivelelor pentru cele mai uzuale tipuri de motoare în linie:

Tab. II.1.2.2. Stelele manivelelor pentru motoare în linie, cu aprinderi uniform repartizateTip motor i=2 i=3 i=4 i=5 i=6

101 din 375

4 timpi

2 timpi

Tip motor i=7 i=8 i=9 i=10 i=114 timpi

2 timpi

Pentru o anumită configuraţie a arborelui cotit există mai multe ordini de aprindere posibile. Există şi în acest caz mai multe criterii de triere a ordinilor de aprindere şi anume:

a) încărcarea minimă a lagărelor arborelui cotit;b) reducerea pericolului de rezonanţă la vibraţiile torsionale;c) sporirea gradului de umplere a cilindrului;d) reducerea trepidaţiilor motorului sub acţiunea momentului de răsturnare.

Primul criteriu este fundamental. Se obţine reducerea încărcării lagărelor dacă aprinderile succesive nu au loc în doi cilindri alăturaţi. Sunt situaţii însă în care, luându-se în considerare şi celelalte criterii, se renunţă la acest criteriu fundamental.

Arborele cotit se execută dintr-o bucată sau, în cazul motoarelor de puteri mari, din mai multe bucăţi asamblate.

Braţele arborelui cotit se pot confecţiona în formă paralelipipedică (fig. II.1.2.34.a), dar rezultă o masă sporită a lor. Utilizând aceeaşi formă, pot fi însă eliminate muchiile care nu participă la transmiterea eforturi-lor (fig.II.1.2.34.b şi c). Când se micşorează grosimea h a braţelor, pentru a reduce lungimea arborelui, din considerente de rezistenţă, este necesară creşterea lăţimii b. Se ajunge astfel la forma eliptică (fig.II.1.2.34.d) sau, chiar, circulară (fig.II.1.2.34.e), forme care au o acţiune favorabilă şi asupra rezistenţei la oboseală.

Racordarea fusurilor cu braţul se face prin intermediul unui prag (fig.II.1.2.35.a), cu raze de racordare mari (fig.II.1.2.35.b) sau cu racordare cu degajări (fig.II.1.2.35.c).

Pentru a reduce greutatea arborelui şi forţele centrifuge, fusurile pot fi găurite. Aceasta duce la mărirea rezistenţei la oboseală, cele mai eficiente fiind fusurile cu găuri în formă de butoi.

Ungerea arborelui cotit se realizează cu ulei sub presiune. Lagărele sunt alimentate cu ulei cu ajutorul unor canale practicate în arbore. În cazul fusurilor găurite, se utilizează conducte de conducere a uleiului (fig.II.1.2.36.a). Atunci când se utilizează canale obişnuite, este necesară

102 din 375

etanşarea fusurilor cu capace înşurubate (fig.II.1.2.36.b) sau cu capace fixate cu tiranţi (fig.II.1.2.36.c).

Contragreutăţile care pot fi montate pe braţele arborelui cotit micşorează forţele de inerţie

ale maselor cu mişcare de rotaţie, însă agravează vibraţiile de răsucire ale arborelui. De aceea, în mod obişnuit, contragreutăţile echilibrează doar 40…50% din forţele de inerţie de rotaţie.

Solicitările arborelui cotit

Dintre toate organele motorului, arborele cotit suportă cele mai mari solicitări. Sub acţiunea forţelor de presiune a gazelor şi a celor de inerţie, în elementele arborelui cotit apar solicitări de întindere, compresiune, încovoiere şi răsucire.

Solicitările de încovoiere şi răsucire (fig.II.1.2.37.) compromit coaxialitatea fusurilor, ducând la uzura rapidă a lagărelor şi la pericolul ruperii cotului.

Forţele variabile care acţionează asupra arborelui cotit produc fenomenul de oboseală, periculos îndeosebi la trecerea de la braţ la fus. Solicitarea la vibraţii torsionale este, de asemenea, periculoasă, putând produce uzuri suplimentare ale fusurilor şi cuzineţilor şi chiar ruperea arborelui cotit. Aceste vibraţii produc defecţiuni şi în funcţionarea unor sisteme auxiliare (transmisia, distribuţia etc.).

Fusurile arborelui cotit sunt supuse frecării şi uzurii. Ele trebuie să aibă o duritate ridicată şi să reziste la uzura abrazivă.

Durata de serviciu a arborilor cotiţi trebuie să fie comparabilă cu a pistoanelor. Nivelul ridicat al solicitărilor arborelui cotit impune confecţionarea sa cu o rezistenţă mecanică superioară, care se obţine prin utilizarea unui material de calitate şi, mai ales, prin sporirea rigidităţii construcţiei. De asemenea, arborele cotit trebuie să aibă o masă redusă, o tehnologie cât mai simplă şi o siguranţă mare în funcţionare.

Materialele de fabricaţie

Materialul de fabricaţie a arborelui cotit depinde de procedeul de fabricaţie şi de dimensiunile arborelui. Arborele cotit se confecţionează prin forjare sau prin turnare. Arborii confecţionaţi prin forjare se realizează din oţel, iar cei turnaţi, din oţel sau fontă.

Turnarea este un procedeu mai nou, prezentând următoarele avantaje:

a) reducerea consumului de material;b) realizarea uşoară a formei tubulare;c) realizarea uşoară a formelor optime impuse de necesităţile de echilibrare şi de

solicitarea la oboseală.

103 din 375

Oţelurile folosite sunt: OLC 45, OLC 60, precum şi oţelurile aliate cu Cr, Ni, Mo, V. Fonta posedă calităţi mai bune de turnare decât oţelul. Ea are o rezistenţă mai mică la încovoiere, dar are calităţi antifricţiune superioare. Totodată, ea suportă presiuni specifice mai mari şi amortizează mai bine vibraţiile torsionale. Se utilizează fontă modificată, fontă maleabilă perlitică şi fontă aliată cu Cr, Ni, Mo, Cu. Calităţile arborelui cotit sunt îmbunătăţite considerabil prin tratamente termice, termochimice sau prin prelucrări mecanice superficiale. Duritatea fusurilor creşte considerabil prin călire, nitrurare sau ecruisare.

II.1.2.5. Cilindrul şi blocul motor. Analiza funcţională, particularităţi constructive, materiale.

Cilindrul

Rolul funcţional

Cilindrul este organul în interiorul căruia se deplasează pistonul şi evoluează fluidul motor. De regulă se confecţionează sub forma unei bucşe metalice, fiind numit şi cămaşa de cilindru.

Construcţia cilindrului

După modul de asamblare cu blocul motor, se disting trei soluţii constructive:a) cămaşă de cilindru integrală;b) cămaşă de cilindru uscată;c) cămaşă de cilindru umedă.Cămaşa de cilindru integrală se utilizează foarte rar, în special la M.A.S., ea făcând corp

comun cu blocul cilindrilor (blocul motor). Cămăşile demontabile (uscate sau umede) sunt foarte des utilizate, datorită următoarelor avantaje:

a) posibilitatea realizării cămăşii dintr-un material de calitate superioară;b) simplificarea turnării blocului motor;c) menţinerea în serviciu a blocului motor şi în cazul uzării sau defectării unui singur

cilindru;d) reducerea tensiunilor termice ale cilindrului, dilatarea lui axială nefiind îngrădită;e) înlocuirea uşoară a cilindrilor uzaţi.Cămăşile demontabile sunt uscate (fig.II.1.2.38.b)

atunci când se montează cu strângere sau cu joc foarte mic (pentru preluarea dilatărilor termice) în locaşul din bloc. Ele nu vin în contact direct cu fluidul de răcire. Atunci când la exteriorul cămăşii demontabile circulă fluidul de răcire, ele se numesc umede (fig.II.1.2.38.a).

Deşi cămăşile uscate măresc rigiditatea blocului motor, la motoarele navale cea mai folosită soluţie este aceea a cămăşilor umede, care asigură un mai bun transfer de căldură şi o simplificare a tehnologiei de execuţie.

În cazul cămăşilor de cilindru umede, este caracteristic faptul că pe lângă necesitatea de a rezista la presiunea fluidului motor, ele trebuie să asigure şi etanşeitatea fluidului de răcire în părţile superioară şi inferioară. În mod uzual, în partea superioară, în blocul motor se prevede un locaş inelar în care se sprijină flanşa cămăşii de cilindru (fig.II.1.2.38 şi II.1.2.39.a). Pentru a uşura transferul de căldură de la segmenţi la fluidul de răcire, este necesar ca, în pmi, segmentul de foc să nu depăşească zona cilindrului care este udată la exterior de lichidul de răcire (fig. II.1.2.39.a). Acest lucru este realizat prin limitarea înălţimii flanşei de sprijin a cămăşii de cilindru. Când această soluţie nu

104 din 375

este posibilă, flanşa de reazem a cămăşii de cilindru poate fi amplasată în partea inferioară (fig.II.1.2.39.b) sau într-o zonă mediană a cămăşii (fig.II.1.2.39.c). Aceste soluţii determină însă creşterea grosimii cămăşii de cilindru şi, implicit, un mai slab transfer de căldură.

Pentru zona opusă flanşei de sprijin a cămăşii de cilindru (situată, de obicei, în zona inferioară), etanşarea se realizează cu inele de cauciuc montate în canale executate fie în cămaşă (fig.II.1.2.40.a), fie în bloc (fig.II.1.2.40.b).

Pentru evitarea coroziunii de interstiţiu, se execută un canal între inele (fig.II.1.2.40.a), care colectează scăpările de lichid şi le evacuează spre exteriorul blocului. De asemenea, pentru evitarea uzării prin cavitaţie, la începutul zonei de etanşare se montează un al treilea inel de cauciuc (fig.II.1.2.40.a). Pentru mărirea suprafeţei de contact cu lichidul de răcire, unele cămăşi sunt prevăzute în exterior cu o serie de nervuri (fig.II.1.2.38.a).

Motoarele în doi timpi au cămăşi cu o construcţie aparte (fig.II.1.2.41), care necesită o tehnologie de fabricaţie mai complexă datorită deschizăturilor practicate în acestea pentru ferestrele de admisie şi evacuare. În zona ferestrelor trebuie asigurată o foarte bună etanşeitate între bloc şi cămaşă.

La aceste motoare, alimentate cu combustibil greu, ungerea cilindrilor se realizează cu ajutorul unui subsistem destinat acestui scop, folosind pompe individuale de ungere. Uleiul este introdus între suprafeţele pistonului şi a cilindrului prin intermediul unor prize (canale) de ungere (fig. II.1.2.41), prevăzute cu ventile de reţinere. Numărul acestora depinde de alezaj: la motoarele cu diametrul cilindrului mai redus pot fi trei prize, iar la cele cu alezajul peste 700 mm se folosesc între patru şi opt prize de ungere.

Solicitările cilindrului

Deformarea cilindrului compromite etanşarea camerei de ardere şi durabilitatea mecanismului motor. Cilindrul se deformează static, sub acţiunea forţelor de prestrângere la montaj şi a fluxului termic, precum şi dinamic, sub acţiunea presiunii gazelor, forţei normale şi a impactului cu pistonul.

Uzura oglinzii (suprafaţa interioară) cilindrului constituie una dintre principalele cauze care limitează durata de funcţionare a motorului. Există trei mari categorii de uzură:

a) uzura corosivă – rezultat al contactului dintre metal şi produşii agresivi care se formează în procesul de ardere (acizii acetic, sulfuric şi azotic, formaldehidele, vaporii de apă etc.) şi care se condensează pe oglinda cilindrului. Ea este maximă în partea superioară (dinspre pmi) a cilindrului. Temperatura cămăşii are un rol hotărâtor în această direcţie: când ea coboară sub punctul de rouă (temperatura minimă la care o substanţă se mai află în stare de vapori), produsele corosive condensează pe cămaşă;

b) uzura abrazivă – produsă de particulele dure prezente în atmosferă (particule de cuarţ), în ulei (aşchii metalice, particule de calamină, cuarţ etc.) şi în combustibil;

c) uzura adezivă – consecinţă a contactului direct dintre piston, segmenţi şi cilindru, contact posibil în special în punctele moarte, când ungerea hidrodinamică este compromisă.

Factorii care influenţează uzura cilindrului sunt următorii:a) regimul de funcţionare al motorului;b) presiunea exercitată de segmenţi;c) regimul de ungere a cilindrului;d) gradul de impurificare a aerului, uleiului şi combustibilului;e) natura, viscozitatea şi stabilitatea uleiului;

105 din 375

f) compoziţia chimică şi fracţionată a combustibilului;g) natura materialului cilindrului;h) tehnologia de finisare a cilindrului;i) particularităţile constructive ale cilindrului;j) deformaţia cilindrului produsă la montaj;k) răcirea cilindrului – importanţa condiţiilor de pornire.

Materialele de fabricaţie

Materialul cămăşii de cilindru trebuie să asigure rezistenţa necesară la solicitările dinamice şi statice şi, mai ales, la uzură, ţinând seama de funcţionarea în condiţii de frecare deosebit de nefavorabile.

Materialul cel mai des folosit este fonta de calitate superioară şi fonta cenuşie aliată cu Cr, Ni, Mo, Ti, Va, care-i măresc rezistenţa la uzură. Mai restrâns, sunt utilizate şi aliajele de aluminiu, care deşi sunt mai uşoare şi au o conductibilitate termică mai mare, au o rezistenţă mecanică şi la coroziune nesatisfăcătoare. La unele motoare, cu parametri funcţionali deosebiţi, se folosesc şi cămăşi din oţeluri cu Cr, oţeluri nitrurabile şi oţeluri grafitate.

Procesul de realizare a cămăşilor de cilindru este turnarea (de regulă, centrifugală), urmată de honuire, nitrurare sau fosfatare.Aliajele uşoare se cromează sau se metalizează, ceea ce duce atât la creşterea durităţii, cât şi la îmbunătăţirea ungerii.

Blocul motor

Rolul funcţional

Blocul motor constituie elementul structural al motorului, determinând construcţia generală a acestuia. Conţine cămaşa cilindrului şi spaţiile de răcire, pe el fiind montată chiulasa. Blocul motor poate susţine în lagărele sale arborele cotit şi arborele cu came, iar la exterior este prevăzut cu bosaje pentru prinderea unor agregate auxiliare: filtre, pompe, răcitoare etc. În mod frecvent, mai este numit şi blocul cilindrilor.

Construcţia blocului motor

Blocul motor, denumit frecvent şi blocul cilindrilor, conţine în interiorul său cămăşile de cilindru. La motoarele rapide şi semirapide, blocul motor conţine, de regulă, toţi cilindrii motorului (la motoarele în linie) sau toţi cilindrii unei linii (la motoarele în V, în H, în W, în stea etc.). În cazul motoarelor lente, de puteri mari, blocul motor este individual, conţinând o singură cămaşă de cilindru. Se mai utilizează şi soluţia intermediară a blocului motor pentru un grup de cilindri.

În general, blocul motor (fig.II.1.2.42) este compus dintr-o placă superioară 1 pe care se aşează chiulasa şi o placă inferioară 2, prin intermediul căreia blocul motor se aşează pe carter (batiu). Aceste plăci sunt legate prin intermediul unor pereţi transversali şi longitudinali 3, în care sunt practicate spaţiile 4, necesare vehiculării fluidului de răcire. De asemenea, în bloc pot fi prevăzute canalele 5 pentru tijele împingătoare, iar pe bloc pot fi amplasate bosajele 6 pentru prinderea unor agregate auxiliare.

Blocurile motoare cu cilindri nedemontabili au o construcţie mai complicată, ceea ce conduce la apariţia tensiunilor interne după turnare, datorită vitezelor diferite de răcire a pereţilor

106 din 375

interiori şi exteriori. De asemenea, în timpul funcţionării apar tensiuni termice, datorită gradientului de temperatură axial şi radial. De aceea, astfel de blocuri se utilizează numai la motoarele de alezaj mic (sub 120-140 mm). Utilizarea cămăşilor de cilindru de tip uscat măreşte rigiditatea blocului, dar şi în acest caz gradienţii de temperatură sunt ridicaţi.

Compactitatea blocului motor în plan longitudinal este determinată de distanţa dintre cilindri, care depinde la rândul ei, de:

a) prezenţa sau absenţa lagărului palier între doi cilindri;b) lungimea fusului maneton;c) tipul lagărului (cu alunecare sau rostogolire);d) tipul cămăşii de cilindri (uscată sau umedă);e) mărimea spaţiilor de răcire.La motoarele în doi timpi etanşarea spaţiilor de răcire în zona ferestrelor se realizează cu

inele de cupru spre gaze, urmate de unul sau două inele de cauciuc.În spaţiile de răcire se prevăd locaşuri pentru plăcuţe de zinc în vederea protejării lor la electrocoroziune.

Solicitările blocului motor

Blocul motor este supus la solicitări variabile, determinate de forţele de presiune, forţele de inerţie şi momentele lor, precum şi la solicitări statice, care apar la montaj, prin strângere şi, în timpul funcţionării, prin dilatare. Ca atare, blocul motor necesită condiţii corespunzătoare de rigiditate şi stabilitate dimensională.

Materialele de fabricaţie

Materialele din care se execută blocul motor sunt fonta de calitate sau uşor aliată şi aliajele uşoare pe bază de aluminiu (pentru motoare de puteri mici). Când blocul motor este prevăzut cu cămăşi de cilindru, se utilizează o fontă cenuşie mai ieftină.

Semifabricatele se execută în exclusivitate prin turnare, urmată de curăţire, sablare, ajustare şi, în cazul blocurilor de fontă, de un tratament termic de recoacere, pentru detensionare.

II.1.2.6. Chiulasa, cadrul de fundaţie şi batiul (carterul). analiza funcţională, particularităţi constructive, materiale

Chiulasa

Rolul funcţional

Chiulasa este organul fix al mecanismului motor care închide cilindrul la extremitatea corespunzătoare p.m.i. Chiulasa se fixează pe suprafaţa frontală superioară a blocului motor cu ajutorul prezoanelor sau şuruburilor de prindere.

Chiulasa conţine locaşuri pentru injector 1 (bujie), pentru canalele de admisie 2 şi evacuare 3 (la motoarele în patru timpi), pentru supapele de lansare (la motoarele care se pornesc cu aer comprimat), pentru circulaţia fluidului de răcire 4 precum şi orificii pentru prezoanele (şuruburile) de prindere şi tijele distribuţiei. (când arborele de distribuţie este amplasat în blocul motor). De asemenea, chiulasa conţine, uneori, antecamerele sau camerele de turbionare sau preamestec.

La motoarele în doi timpi, construcţia chiulasei este mai simplă, întrucât lipsesc total sau parţial supapele de distribuţie.

107 din 375

Construcţia chiulasei

Chiulasa poate fi realizată într-un corp comun pentru toţi cilindrii, pentru grupuri de cilindri sau pentru un singur cilindru (individuale). Ea este o piesă de dimensiuni mari, cu o pondere însemnată (12…15%) asupra masei motorului. Partea sa superioară poate fi acoperită cu un capac fixat cu prezoane şi piuliţe.Construcţia chiulasei depinde de:

a) tipul motorului;b) forma camerei de ardere;c) amplasarea supapelor şi traseelor

canalelor de distribuţie a gazelor;d) poziţia injectorului sau bujiei;e) sistemul de răcire;f) tipul sistemului de lansare.

Chiulasele individuale pentru motoarele în doi timpi de puteri foarte mari se realizează uneori din două piese (fig.II.1.2.44.). Partea inferioară 1, în contact cu blocul motor 3, se execută din oţel turnat şi cuprinde camera de ardere. Partea superioară 2 a chiulasei se confecţionează din fontă şi contribuie substanţial la descărcarea celei inferioare de solicitarea produsă de presiunea gazelor. Solidarizarea celor două părţi se realizează prin şuruburi repartizate pe conturul chiulasei. Fluidul de răcire este introdus în regiunea marginală a părţii inferioare şi este apoi dirijat spre regiunea centrală, mai caldă, de unde ajunge în partea superioară a chiulasei.

La MAC, colectoarele de admisie 1 şi de evacuare 2 (fig.II.1.2.45) se prevăd de o parte şi de alta a chiulasei, pentru a evita încălzirea excesivă a aerului de admisie şi înrăutăţirea coeficientu-lui de umplere. Injectorul se montează, uneori, înclinat şi excentric faţă de axa cilindrului, pentru a oferi condiţii mai bune de amplasare a supapelor.

La MAS, amplasarea colectoarelor de admisie şi evacuare de aceeaşi parte a chiulasei este avantajoasă pentru vaporizarea mai bună a combustibilului. Bujia se montează între supape pentru a evita apariţia arderii cu detonaţie.

Grosimea şi traseul canalelor de distribuţie a gazelor trebuie să asigure o eficienţă ridicată a proceselor de admisie şi evacuare. Diametrul canalului de admisie se face cu 10-20% mai mare decât al celui de evacuare, pentru îmbunătăţirea coeficientului de umplere. Canalele se execută cu secţiune variabilă, descrescătoare spre orificiul supapei (fig.II.1.2.46), pentru a reduce pierderile gazodinamice. La MAC cu injecţie directă, îmbunătăţirea formării amestecului pe seama organizării mişcării aerului se obţine prin dirijarea adecvată a canalelor. Efectul este amplificat în cazul canalelor în formă de spirală.

Mişcarea supapelor şi răcirea lor sunt asigurate de ghidurile de supapă, care au forma unor bucşe presate în chiulasă. Jocul dintre tija supapei şi ghid se reduce la minimum pentru o mai bună evacuare a căldurii, dar reducerea este limitată de pericolul gripării.

Orificiile pentru trecerea şuruburilor de chiulasă se repartizează cât mai apropiat de cămaşa cilindrului, fără însă a împiedica răcirea acesteia.

Forma exterioară a chiulasei este cilindrică, pătrată, hexagonală sau octogonală.Etanşarea dintre chiulasă şi blocul motor se realizează cu ajutorul unei garnituri de cupru,

metal moale sau cel mai adesea, din clingherit (amestec de azbest, cauciuc şi un liant mineral).

108 din 375

Solicitările chiulasei

În timpul funcţionării motorului, chiulasa este supusă la solicitări mecanice mari, determinate de forţa de presiune a gazelor. Încălzirea inegală (diferenţe de 100-2000C) a diferitelor zone ale chiulasei (sediul supapei de evacuare mai cald decât al supapei de admisie, canalele de evacuare mai calde decât cele de admisie etc.) produce tensiuni termice care deformează chiulasa. Chiulasele motoarelor în doi timpi sunt mai puternic solicitate termic, din cauza dublării numărului de cicluri în unitatea de timp, respectiv de procese de ardere în unitatea de timp. Tensiuni importante apar şi la montaj, prin strângerea chiulasei.

În aceste condiţii de solicitare complexă, chiulasei I se impun următoarele cerinţe:a) rigiditate mare, pentru a asigura etanşeitatea faţă de gaze;b) rezistenţă mecanică şi termică ridicată, la o masă cât mai mică;c) realizarea unei distribuţii cât mai uniforme a temperaturilor;d) posibilitatea realizării unei forme optime a camerei de ardere şi dirijarea

convenabilă a canalelor de distribuţie;e) amplasarea orificiilor pentru prezoanele sau şuruburile de fixare a chiulasei trebuie

să asigure o presiune de etanşare uniformă pe toată suprafaţa de aşezare.O rigiditate şi rezistenţă mecanică ridicată a chiulasei se obţine prin utilizarea unor materiale cu proprietăţi mecanice şi termice adecvate şi prin construcţia lor în sistem monobloc.

Materiale de fabricaţie

Materialele frecvent folosite pentru confecţionarea chiulasei sunt fonta şi aliajele de aluminiu. Chiulasele din fontă echipează în general MAC-uri de puteri mari, cu solicitări mecanice şi termice ridicate. Fonta posedă proprietăţi mecanice ridicate (care se menţin şi la temperaturi înalte) şi asigură o rigiditate mare a chiulasei. Se utilizează, în general, fonta cenuşie sau fonta specială aliată cu Cr, Ni, Mo, Cu.

Aliajele de aluminiu se utilizează la chiulasele MAS, întrucât micşorează masa motorului şi îmbunătăţesc calităţile antidetonante ale camerelor de ardere, datorită nivelului termic mai scăzut. Chiulasele din aliaje de aluminiu se utilizează, de asemenea la MAC-uri de puteri mici, pentru micşorarea masei specifice a motorului.

La motoarele răcite cu aer se utilizează întotdeauna chiulase din aluminiu, datorită conductibilităţii termice mai ridicate şi fluidităţii mari a aluminiului la turnare, ceea ce permite obţinerea unei construcţii cu nervuri (aripioare) de răcire, având geometrii variabile. După turnare, se execută sablarea, ajustarea şi pregătirea suprafeţei de aşezare. Piesa turnată este supusă unui tratament de recoacere de detensionare.Ghidul supapei se execută din materiale cu proprietăţi antifricţiune, rezistente la temperaturi înalte: fontă refractară; bronz cu Al, Si, P.Scaunul supapei se prelucrează direct în chiulasă sau într-o piesă separată, având forma unui inel, presat într-un locaş amenajat corespunzător. Scaunele se execută din fontă refractară, bronz de Al sau oţel refractar. Când este necesară o stabilitate ridicată la coroziune, suprafaţa scaunului se acoperă cu stelit sau alt material dur.

Cadrul de fundaţie şi batiul (carterul)

Carterul reprezintă organul fix care serveşte pentru fixarea blocului motor şi pentru susţinerea lagărelor arborelui cotit. În vederea uşurării montajului şi execuţiei, carterul se separă în două părţi printr-un plan (de obicei, orizontal) normal la pereţii transversali ai lagărelor. Partea superioară, adiacentă blocului motor, se numeşte carter superior sau batiu (termen specific

109 din 375

motoarelor termice navale), cealaltă parte se numeşte carter inferior sau cadru (ramă, placă) de fundaţie (termen specific motoarelor navale).

Principala condiţie pe care trebuie să o îndeplinească carterul este rigiditatea superioară, deoarece el preia toate forţele şi momentele care iau naştere în timpul funcţionării motorului (forţele de presiune, forţele de inerţie neechilibrate şi momentele acestora). Solicitări suplimentare ale carterului apar şi datorită greutăţii acestuia, a blocului motor şi a chiulasei, mai ales la motoarele de puteri mari. De asemenea, carterul este supus solicitărilor statice care apar la montaj (prin strângere) şi în timpul funcţionării, prin dilatare.

Dacă rigiditatea este insuficientă, apar deformaţii care periclitează coaxialitatea lagărelor de pat, înrăutăţesc condiţiile de ungere în lagăre şi măresc uzura lor, iar în arborele cotit apar tensiuni suplimentare.

Mărirea rigidităţii carterului se obţine pe mai multe căi: a) nervurarea pereţilor transversali (rigiditatea depinde, în primul rând, de numărul şi

de dispunerea nervurilor, mai puţin de masa lor);b) coborârea planului pI – pI de separare a carterului superior de cel inferior, în raport

cu planul p – p de separare a lagărelor (fig.II.1.2.47);c) mărirea numărului de lagăre ale arborelui cotit;d) turnarea comună a carterului şi a blocului motor (bloc-carterul);e) turnarea comună a carterelor superior şi inferior (carterul tunel).

Cadrul de fundaţie (carterul inferior)

Cadrul de fundaţie, denumit şi ramă de fundaţie sau placă de bază (fundaţie), reprezintă baza întregii construcţii a motorului, având de susţinut toate elementele componente ale acestuia şi făcând legătura cu corpul navei. El trebuie să asigure o rigiditate maximă longitudinală şi transversală.

Cadrul de fundaţie se întâlneşte numai la motoarele lente şi semirapide. Pentru motoarele rapide se utilizează carterul inferior, având o construcţie simplificată, cu o contribuţie redusă la rigidizarea construcţiei. El conţine, de obicei, şi baia de ulei a motorului.

Cadrul de fundaţie este confecţionat din două grinzi (lonjeroane) longitudinale, care formează o suprafaţă plană de contact cu osatura navei. Grinzile sunt consolidate în exterior prin nervuri verticale sau înclinate şi în interior prin pereţi transversali nervuraţi (fig.II.1.2.48).

Pereţii despărţitori servesc drept reazeme pentru lagărele de sprijin ale arborelui cotit, împărţind cadrul în spaţii corespunzătoare fiecărui cilindru. Planul de separare dintre cadrul de fundaţie şi batiu se află, de obicei, deasupra axei arborelui cotit (fig.II.1.2.48).

Cadrele de fundaţie sunt prevăzute la partea inferioară cu colectoare de ulei înclinate. Fixarea de postamentul motorului se realizează prin intermediul unor pene înclinate (la motoarele de puteri mari) sau al unor amortizori elastici (la motoarele de puteri mici).

Cadrele de fundaţie se execută din fontă (prin turnare) sau din oţel (prin sudare). Construcţiile sudate duc la o reducere a greutăţii cu 25-30%. Suprafeţele de sprijin trebuie prelucrate prin strunjire. La carterele inferioare mai este utilizat şi aliajul de aluminiu.

110 din 375

Batiul (carterul superior)

Batiul reprezintă organul fix care realizează legătura dintre blocul motor şi cadrul de fundaţie, delimitând spaţiul în care se mişcă organele mobile ale motorului, spaţiu care este închis şi etanş. Batiul poate susţine şi arborele cotit.

În funcţie de tipul motorului, batiul (carterul superior poate fi montat sub diferite forme constructive:

a) din montanţi sau coloane separate în formă de A (fig.II.1.2.49), aşezate în planele verticale ale lagărelor de pat şi îmbinate între ele prin intermediul blocului motor şi al cadrului de fundaţie;

b) batiul (carterul superior) turnat dintr-o bucată sau mai multe subansamble;

c) carterul turnat dintr-o singură bucată (carterul – tunel);

d) carterul superior turnat împreună cu blocul motor (bloc – carterul).

La motoarele cu cap de cruce, mărirea rigidităţii batiului este posibilă prin realizarea montanţilor sub formă de coloane prismatice goale în interior, rigidizate prin pereţi transversali nervuraţi. Pe aceşti montanţi sunt fixate şi glisierele capului de cruce.

Pentru a realiza o montare corectă a motorului, cadrul de fundaţie, montanţii şi blocul motor se asamblează prin intermediul aceloraşi tiranţi (fig.II.1.2.49). Spaţiile libere dintre montanţi (în plan paralel cu planul axei arborelui cotit) se închid cu uşi (capace) de vizitare sau cu plăci sudate.

La extremităţile de rezemare, montanţii sunt prevăzuţi cu tălpi pentru susţinerea blocului motor şi pentru aşezarea pe rama de fundaţie.

Pentru a preîntâmpina eventualele explozii în carter, acestea sunt prevăzute cu supape de siguranţă şi cu detectoare de ceaţă ulei şi gaze. Pentru ventilaţia carterului pot fi prevăzute dispozitive speciale de aerisire.

Construcţia batiului trebuie să fie uşoară şi totuşi rigidă pentru asigurarea etanşeităţii. Se execută din oţel, fontă sau aluminiu (numai la motoarele rapide), prin turnare sau sudură. Strângerea tiranţilor se realizează cu ajutorul unui servopiston hidraulic (la motoarele de puteri mari) sau al unei chei dinamometrice şi se verifică periodic.

Batiul este prevăzut cu posibilităţi de fixare şi susţinere a agregatelor şi mecanismelor auxiliare.

Lagărele de pat

Lagărele de pat asigură susţinerea şi fixarea arborelui cotit al motorului. În funcţie de construcţia motorului, lagărele de pat – care, la motoarele navale, sunt, de regulă, lagăre de alunecare – se execută în două variante:

111 din 375

a) lagăre suspendate;b) lagăre rezemate.

În prima variantă (fig.II.1.2.50.a), partea superioară a lagărului se toarnă odată cu carterul superior, iar partea inferioară (capacul lagărului) se fixează de partea superioară prin prezoane sau şuruburi, constituind reazemul propriu-zis. În această variantă forţele sunt preluate numai de carterul superior, pe care se prevăd tălpile de fixare.

În cazul lagărelor rezemate (fig.II.1.2.50. b), capacul se sprijină pe corpul lagărului, practicat în carterul inferior prevăzut cu tălpi de fixare. Avantajul acestei soluţii îl constituie rigiditatea superioară, dar atrage după sine complicarea construcţiei carterului inferior.

În interiorul corpului şi capacului lagărului sunt montaţi cuzineţii (fig.II.1.2.51), care reprezintă piese cilindrice constituite din două jumătăţi interschimbabile. La motoarele de puteri mari, între capetele de îmbinare ale unui cuzinet se montează un adaos din plăcuţe calibrate de alamă, numite laine.

Fixarea cuzineţilor în lagăr, pentru a nu-i permite deplasarea axială sau longitudinală, se face cu ajutorul unor ştifturi sau proeminenţe răsfrânte (fig.II.1.2.51). Semicuzinetul inferior trebuie astfel montat încât să permită scoaterea lui prin simpla rotire în corpul lagărului, fără a demonta arborele cotit.

Suprafeţele de lucru ale cuzineţilor nu se prevăd, de obicei, cu canale de ungere, având totuşi la capetele de îmbinare o degajare laterală cu racordare lină spre suprafaţa cuzinetului numită baie, cu rolul de a asigura împrăştierea uleiului la rotirea fusului.

La unele motoare, cuzineţii sunt prevăzuţi cu un canal longitudinal, cu acelaşi rol. Introducerea uleiului în lagăr se face cu ajutorul unor tubulaturi din instalaţia de ungere, prin partea superioară a acestuia. Cuzineţii pot fi realizaţi în următoarele variante:

a) cuzineţi monometalici – construiţi din aliaj de bronz cu Pb sau aliaje de Al, care au o bună calitate de ungere, dar sunt casanţi, nu rezistă la şocuri mecanice şi au un preţ de cost ridicat; folosirea lor este abandonată în prezent;

b) cuzineţi bimetalici – formaţi dintr-un suport (carcasă) de oţel peste care se aplică un strat de material antifricţiune;

c) cuzineţi trimetalici – formaţi din suportul de oţel peste care se aplică un strat de bronz şi un strat foarte subţire de material antifricţiune.

Cuzineţii bi- şi trimetalici sunt folosiţi pe scară largă datorită rezistenţei mecanice superioare şi calităţilor ridicate de ungere şi alunecare. Cuzineţii pot fi executaţi prin turnare sau laminare, după care se adaugă materialul antifricţiune prin turnare centrifugală sau în forme de pământ. În special în cazul cuzineţilor trimetalici, se mai utilizează placarea electrolitică.

O importanţă deosebită o reprezintă pentru cuzinet materialul antifricţiune, care trebuie să îndeplinească o serie de condiţii:

a) rezistenţă la solicitările mecanice;b) bună aderenţă la suportul cuzinetului;c) să poată fi turnat cu uşurinţă;d) să aibă un coeficient de frecare redus;e) să admită jocuri mici între fus şi lagăr, fără pericol de gripare;f) să permită înglobarea particulelor fine de ulei prin deformare plastică;g) rezistenţă ridicată la acţiunea corozivă a uleiului;h) să se păsuiască uşor pe fus în perioada rodajului;i) să aibă o bună conductibilitate termică.

Aceste condiţii sunt îndeplinite de mai multe aliaje, care pot fi grupate în trei categorii:

a) aliaje pe bază de Sn, Pbşi Al, care au o masă moale, plastică, uşor de prelucrat şi păsuit, dar cu o rezistenţă mecanică redusă;

112 din 375

b) aliaje pe bază de Cd, care se obţin prin înlocuirea Sn din aliajul precedent cu Cd, permiţând îmbunătăţirea calităţilor mecanice;

c) aliaje de Cu cu Pb (numite şi bronzuri de Pb), care au căpătat o largă răspândire datorită calităţilor mecanice deosebite. La unele tipuri de astfel de cuzineţi se mai adaugă în compoziţie şi Sn, Zn sau Ni. Dezavantajul acestor cuzineţi îl reprezintă preţul de cost ridicat, datorită tehnologiei complexe de fabricaţie, ştiind că Pb nu difuzează uniform în Cu la temperaturi joase, astfel că la baza aliajului Pb are tendinţa de a se separa de Cu, cu cât conţinutul de Pb este mai mare.

În cazul motoarelor rapide, cu cilindrii dispuşi în stea, sunt utilizate lagăre de rostogolire (rulmenţi).

II.1.2.7. Sistemul de distribuţie a gazelor. Analiza funcţională, tipuri de mecanisme. Mecanismul de distribuţie cu supape

Generalităţi privind distribuţia gazelor

Distribuţia gazelor reprezintă acţiunea repetată periodic de către organele de admisie şi evacuare prin care se asigură umplerea cilindrului cu încărcătură proaspătă şi eliminarea produselor arderii din cilindru.

Sistemul de distribuţie constituie ansamblul tuturor organelor care asigură schimbul de gaze, fiind compus din:

a) mecanismul de distribuţie;b) colectoarele de gaze;c) amortizorul de zgomot;d) filtrul de aer.

Mecanismul de distribuţie reprezintă totalitatea organelor care participă la efectuarea schimbului de gaze, asigurând închiderea şi deschiderea orificiilor de admisie şi de evacuare ale cilindrilor.

În funcţie de modul în care se realizează deschiderea şi închiderea orificiilor de distribuţie, există următoarele tipuri de mecanisme de distribuţie:

a) mecanismul de distribuţie cu supape;b) mecanismul de distribuţie prin ferestre;c) mecanismul de distribuţie mixt (cu supape şi ferestre);d) mecanismul de distribuţie prin sertare.

Pentru asigurarea unei eficienţe sporite a schimbului de gaze, mecanismul de distribuţie trebuie să asigure:

a) o cât mai bună umplere cu încărcătură proaspătă a cilindrului (valoare ridicată a coeficientului de umplere, denumit şi randament volumetric);

b) curăţirea cât mai bună a cilindrului de produsele arderii din ciclul anterior de funcţionare (valoare redusă a coeficientului gazelor arse reziduale);

c) asigurarea condiţiilor optime de ardere a combustibilului (valoare optimă a coeficientului de exces de aer).

Realizarea acestor deziderate poate fi obţinută prin:a) utilizarea unor secţiuni de trecere cât mai mari (limitată de valoarea diametrului

cilindrului – la distribuţia prin supape şi sertare – sau de valoarea cursei pistonului – la distribuţia prin ferestre);

b) mărirea duratei de deschidere a orificiilor de admisie şi de evacuare (limitată de turaţia motorului).

Mecanismul de distribuţie cu supape

Componenţa generală a mecanismului

113 din 375

Schema de principiu a mecanismul de distribuţie cu supape este reprezentată în fig. II.1.2.52. Supapa 1 are rolul de obtura şi dezobtura orificiul prevăzut în chiulasa 2. Supapa are o mişcare alternativă, cursa de deschidere fiind realizată sub acţiunea culbutorului 3, iar cea de închidere sub acţiunea resortului 4. Acest resort are atât rolul de a readuce supapa în poziţia închis, cât şi de a menţine un contact permanent între culbutor şi supapă.

Culbutorul reprezintă o pârghie care transmite mişcarea de comandă primită de la tija împingătoare 5, care, la rândul ei este acţionată de către tachetul 6. Mişcarea întregului mecanism este asigurată de către o camă 7, montată pe un arbore care primeşte mişcarea de la arborele cotit printr-o transmisie mecanică (roţi dinţate, lanţ) – fig. II.1.2.53.

Antrenarea arborelui cu came se realizează la o turaţie egală cu turaţia motorului la motoarele în 2τ sau cu jumătate din turaţia motorului la cele în 4τ.

Scheme constructive

În figura II.1.2.52. a fost prezentată schema generală a mecanismului de distribuţie cu supape. Datorită vitezelor mari de desfăşurare a proceselor de admisie şi de evacuare, elementele mecanismului de distribuţie lucrează cu viteze mari şi variaţii bruşte. Rezultă, prin urmare, şi forţe de inerţie mari însoţite de înrăutăţirea ungerii, ceea ce duce la o uzură rapidă a pieselor mecanismului. O soluţie în această direcţie o reprezintă simplificarea mecanismului de distribuţie. Astfel, în figura II.1.2.54. a şi b, din ansamblul mecanismului sunt eliminaţi tachetul şi tija împingătoare, acţionarea culbutorului fiind efectuată chiar de către arborele cu came, montat în chiulasă. Această soluţie prezintă dezavantajul complicării sistemului de acţionare a arborelui cu came. În schema din figura II.1.2.54.a, fiecare supapă are propriul culbutor şi propria camă, montate pe un arbore comun. În situaţia duratelor egale ale proceselor de admisie şi evacuare, poate fi utilizată o singură camă (fig. II.1.2.54.b).

114 din 375

Pentru micşorarea frecării dintre camă şi culbutor, culbutorii pot fi prevăzuţi cu role (fig. II.1.2.54. a şi b).

În schema din figura II.1.2.54.c, mecanismul de distribuţie este simplificat şi mai mult, fiind compus doar din supape şi arbori cu came. Dezavantajul constă în utilizarea a doi arbori cu came.

Una din cerinţele impuse mecanismului de distribuţie este aceea de a realiza o secţiune cât mai mare de trecere a gazelor. Aceasta se poate realiza prin mărirea diametrului talerului supapei sau prin creşterea cursei supapei. Aceste soluţii sunt, însă, limitate de trei factori: diametrul cilindrului, mărimea volumului spaţiului mort (volumul minim al camerei de ardere) şi creşterea considerabilă a forţelor de inerţie. Acest deziderat se asigură, de regulă, prin utilizarea a câte două supape de admisie şi două de evacuare (fig. II.1.2.54.d). Mai este utilizată, de asemenea, şi soluţia cu două supape de admisie şi una de evacuare. Neajunsul acestei soluţii îl constituie complicarea sistemului lor de acţionare. Un asemenea sistem este prezentat în figura II.1.2.54.e, în care supapele de acelaşi tip sunt acţionate simultan prin intermediul unei traverse.

Toate aceste scheme sunt caracteristice supapelor montate în chiulasă (în cap). La unele MAS-uri se întâlnesc însă şi supape montate în blocul motor (fig. II.1.2.54.f), soluţie ce asigură o construcţie simplificată a chiulasei şi a mecanismului de distribuţie. Utilizarea acestui tip de mecanism este restrânsă, datorită dezavantajelor determinate de înrăutăţirea umplerii şi de tendinţa mai pronunţată la detonaţie.

În timpul funcţionării motorului, supapele, tijele şi pârghiile sistemului se dilată. Dacă nu există posibilitatea de preluare a acestor dilatări, arcul supapei nu mai aşează supapa pe sediu, aceasta rămânând aplicată direct (sau prin intermediul sistemului de împingători) pe cercul primitiv al camei. De aceea, în mecanism se prevede un joc termic a cărui valoare este determinată prin încercări de către uzina constructoare. Uzual, jocul variază între 0,05 şi 0,5 mm, fiind mai mare la supapele de evacuare. Jocul termic reprezintă o cauză a solicitării la şoc a pieselor mecanismului şi, de aceea, el trebuie redus la strictul necesar. Totodată, jocul termic reduce silenţiozitatea motorului.

Arborele cu came

Arborele cu came, denumit şi arbore de distribuţie, reprezintă organul care comandă deschiderea şi închiderea supapelor, determinând totodată şi legea de mişcare a acestora.

Arborele cu came se montează paralel cu arborele cotit, fie în carter, fie în partea superioară a chiulasei. La motoarele în linie se montează, de obicei, un singur arbore, având came pentru comanda supapelor de admisie şi de evacuare. La motoarele în V se pot monta unul (aşezat între blocuri), doi (în carter) sau patru (pe chiulasă) arbori cu came. La montarea arborelui cu came în carter, fusurile de sprijin se execută cu diametre mai mari decât cotele maxime ale vârfurilor camelor, pentru a permite montajul prin deplasare axială. Arborii cu came montaţi în chiulasă se

115 din 375

sprijină pe lagăre demontabile sau lagăre care fac corp comun cu chiulasa. Lungimea arborelui cu came între fusurile de sprijin extreme este egală cu cea a arborelui cotit. Numărul total al fusurilor de sprijin se determină din condiţia respectării săgeţii maxime admisibile.

În principiu, un arbore cu came este format din următoarele elemente (fig. II.1.2.55):

- roata dinţată de acţionare 1;- locaşurile pentru ungere 2;- fusurile pentru lagăre 3;- camele 4.

Fixarea poziţiei camelor pe arbore se face ţinând seama de numărul de cilindri, de ordinea de aprindere şi de fazele de distribuţie. Astfel, decalarea camelor de admisie şi de evacuare ale unui cilindru se face în felul următor: cama de evacuare se plasează astfel încât axa de simetrie a camei să treacă prin canalul de pană de pe arborele cu came (fig. II.1.2.56). Axa de simetrie a camei de admisie a aceluiaşi cilindru se decalează în raport cu axa de simetrie a camei de evacuare cu unghiul:

=(360+DSE+ISA-ISE-DSA) / . [grade] (II.1.2.3)

unde DSE, ISA, ISE, DSA reprezintă avansurile şi întârzierile la deschiderea şi, respectiv, închiderea supapelor de admisie şi de evacuare, iar - numărul de timpi. În funcţie de ordinea de aprindere, camele de acelaşi tip ale arborelui vor fi decalate între ele cu unghiul:

=2ciclu/I=2/i [radiani] (II.1.2.4)Profilul şi înălţimea camelor determină realizarea fazelor de distribuţie şi secţiunea necesară

de curgere. Profilul camei trebuie să asigure o deplasare lină a supapei, deschiderea şi închiderea ei bruscă, precum şi forţe de inerţie minime. Cel mai răspândit profil este cel simetric convex (cama armonică).

Înălţimea h a camelor este determinată de cursa supapei stabilită în concordanţă cu asigurarea desfăşurării optime a procesului de schimbare a gazelor, iar lăţimea b a camelor, se corelează cu raza tachetului (talerul superior al supapei) (fig. II.1.2.57).

Acţionarea arborelui cu came depinde de locul de montaj al acestuia şi de tipul motorului. Arborele cu came montat în blocul motor este acţionat, în general, printr-o transmisie cu roţi dinţate, direct de la arborele cotit sau printr-un angrenaj intermediar. Când distanţa dintre cei doi arbori este mare, se introduce un “tren” de roţi intermediare sau o transmisie cu lanţ.

În timpul funcţionării, arborele cu came este supus la solicitări de încovoiere, datorită forţelor care apar pe came în momentul deschiderii supapelor. Forţele de frecare pe came şi momentul rezistent introdus de agregatele antrenate solicită arborele cu came la torsiune. Frecarea dintre camă şi tachet (talerul superior al supapei) supune acest cuplu la un proces de uzură. Datorită acestor solicitări, arborele cu came trebuie să fie suficient de rigid şi să posede o înaltă rezistenţă la uzură a camelor şi a fusurilor de sprijin.

Materialele care satisfac cel mai bine condiţiile impuse sunt oţelul şi fonta specială; se folosesc OLC de calitate sau uşor aliate (cu Cr, Mn, Si şi uneori, Ni) şi oţeluri de cementare sau de îmbunătăţire. Fonta utilizată pentru fabricarea arborelui cu came este elaborată special, ca fontă aliată (cu Cr, Mn, Va, Ni, Cu) sau ca fontă cu grafit nodular.

Realizarea arborilor cu came se asigură prin turnare sau forjare, urmate de prelucrări mecanice care trebuie să asigure:

a) realizarea profilului camelor;b) coaxialitatea fusurilor;c) grosimea constantă a pereţilor fusurilor în cazul orificiilor de ungere;d) prelucrarea fină a suprafeţelor camelor şi lagărelor.

116 din 375

Suprafeţele expuse uzurii (fusurile şi camele) se durifică superficial (prin cementare, nitrurare, tratamente termice sau termochimice), operaţiune urmată de şlefuire şi lustruire, pentru realizarea unor suprafeţe cât mai netede.

Tachetul

Tachetul reprezintă elementul mecanismului de distribuţie care transmite mişcarea la supapă sau împingător, preluând şi reacţiunea laterală produsă de camă prin frecare.

Tachetul se execută gol la interior, pentru a-i micşora masa. În funcţie de suprafaţa de contact cu cama, tacheţii pot fi:

a) cu rolă – fig.II.1.2.58.a, b) cu suprafaţă sferică – fig.II.1.2.58.b;c) cu suprafaţă plană – fig.II.1.2.58.c.

Tacheţii cu rolă asigură frecarea de rostogolire cu camele de acţionare. Utilizarea lor este, însă, extrem de restrânsă, datorită construcţiei complicate, preţului de cost ridicat şi zgomotului mare produs în funcţionare. La montajul acestor tacheţi trebuie acordată o atenţie deosebită centrării rolei (paralelismului dintre axa rolei şi axa camei). La tacheţii cu suprafaţă sferică, cama de acţionare se realizează cu o uşoară conicitate a vârfului (unghiul din figura II.1.2.58.b). Acest lucru imprimă o mişcare de rotaţie tachetului, ceea ce asigură distribuţia uniformă a uzurilor pe întreaga suprafaţă a platoului. Acelaşi lucru se realizează, în cazul tacheţilor cu suprafaţă plană, prin dezaxarea acestora faţă de axa camei (fig.II.1.2.58.c).

Pentru a reduce zgomotul, uzura camei şi uzura supapei se mai utilizează tacheţii hidraulici (fig. II.1.2.59). În interiorul corpului tachetului 1 este montat cilindrul 2, care comportă pistonul plonjor 3 şi supapa de reţinere 4. Sub acţiunea resortului 5, pistonul 3 este apăsat pe tija supapei sau a împingătorului 6. Prin canalul 7 soseşte uleiul sub presiune din sistemul de ungere al motorului. Când cama atacă tachetul, acesta se ridică împreună cu cilindrul 2. Presiunea uleiului dintre piston şi supapa de reţinere creşte, iar bila se aşează pe sediu; se izolează astfel o “pernă” de ulei în spaţiul 8, care transmite pistonului plonjor mişcarea tachetului.

În acest fel, la uzuri avansate ale supapei sau tachetului, mişcarea nu se transmite cu şoc, deoarece “perna” de ulei îşi modifică volumul şi este capabilă să asigure un contact permanent între tachet şi supapă (sau tija împingătoare). Tachetul hidraulic constituie o soluţie eficientă pentru prevenirea ruperilor prin oboseală ale supapei. De asemenea, tachetul hidraulic permite renunţarea la lucrările de reglaj periodic a jocului termic, iar mecanismul de distribuţie nu se mai prevede cu şuruburi de reglaj. Datorită construcţiei complicate şi, implicit, a preţului de cost ridicat, tacheţii hidraulici sunt foarte rar utilizaţi în domeniul motoarelor navale.

Tacheţii se confecţionează, de regulă, din fontă sau oţel aliat, suprafaţa de contact (platoul) fiind tratată superficial prin cementare şi călire.

117 din 375

Tija împingătoare

Tija împingătoare serveşte la transmiterea mişcării de la tachet la culbutor. Ea trebuie să fie uşoară şi rigidă. Având o formă simplă, tija împingătoare nu ridică probleme deosebite decât în direcţia reducerii masei. Fiind o piesă în mişcare, afectată de acceleraţii mari, pentru a i se reduce masa, de multe ori, tija se execută tubulară.

De regulă, tija împingătoare se construieşte cu un capăt sferic spre culbutor şi un vârf sferic spre tachet (fig. II.1.2.60). În cazul tijelor de dimensiuni mai mari, corpul tijei se îmbină prin presare sau sudură cu capetele prelucrate.

Ca materiale de construcţie se folosesc: OLC de calitate de îmbunătăţire sau oţeluri de îmbunătăţire slab aliate. Capetele se sablează, apoi se călesc şi se detensionează.

Fig.II.1.2.60

Culbutorul

Culbutorul este organul în formă de pârghie, care oscilează în jurul unui ax, în scopul modificării sensului mişcării comandată de cama de distribuţie şi al transmiterii acestei mişcări supapei (fig. II.1.2.52). Culbutorul se execută cu braţe inegale în scopul reducerii acceleraţiilor din sistemul de comandă; braţul mai mare lS este îndreptat spre supapă, pentru a obţine deplasări mari ale acesteia la deplasări mici ale tacheţilor şi tijelor, deci la acceleraţii şi uzuri reduse.

Raportul dintre lungimile braţelor se consideră: S = lS/lC = 1,2 ….. 1,8 [ - ]

(II.1.2.5)

În funcţie de tipul mecanismului de distribuţie, mişcarea comandată de camă este primită de culbutor fie prin intermediul tijei împingătoare, fie direct de la arborele de distribuţie.

Planul de acţionare al culbutorului poate fi perpendicular pe axa de oscilaţie sau înclinat cu unghiul (fig. II.1.2.61), pentru a asigura un aranjament convenabil al supapelor. La capătul culbutorului dinspre tija împingătoare se montează şurubul de reglaj al jocului termic. Capetele culbutorului şi suprafaţa în contact cu axul acestuia se ung. Când ungerea se realizează cu ulei sub presiune, în corpul culbutorului se practică orificii de ungere (fig. II.1.2.62). Uleiul pătrunde prin partea centrală şi este distribuit spre capetele culbutorului prin orificii practicate în braţe.

Culbutorii sunt solicitaţi la încovoiere de către forţa de pe linia camei, precum şi la un intens proces de uzură. De aceea, pentru culbutor se impun condiţii speciale de rigiditate.

Culbutorii se execută din OLC de calitate, OLA Cr – Ni cu conţinut ridicat de Mn sau din fontă nodulară. Semifabricatul se obţine prin matriţare sau turnare, iar suprafaţa de contact cu tija supapei se căleşte prin curenţi de inducţie. Pentru îmbunătăţirea rezistenţei la uzură, în unele cazuri, culbutorul se fosfatează. În scopul reducerii maselor de pe linia camei şi supapei, unele motoare de puteri mici au culbutorii confecţionaţi din aliaje de Al cu capete armate cu pastile din materiale dure.

118 din 375

Mecanismele de distribuţie cu ferestre şi mixte

Mecanismele de distribuţie cu ferestre de admisie şi de evacuare (fig. II.1.2.63.a) şi mixt (cu ferestre de admisie şi supape de evacuare – fig. II.1.2.63.b) sunt specifice motoarelor în doi timpi. Schimbul de gaze prin ferestre este asigurat prin deplasarea pistonului care întrerupe sau permite legătura cilindrului cu colectoarele de admisie şi de evacuare. Sistemul este caracterizat prin simplitate constructivă.

În funcţie de direcţia curentului de gaze în cilindru, se deosebesc:a) baleiajul în contracurent (în buclă) – curentul de gaze

traversează de două ori o suprafaţă perpendiculară pe axa cilindrului – fig.II.1.2.63.a.

b) baleiajul în echicurent – curentul de gaze traversează o singură dată planul perpendicular pe axa cilindrului – fig.II.1.2.63.b.Mecanismul de distribuţie mixt îmbunătăţeşte spălarea

cilindrului prin amplasarea ferestrelor de admisie pe toată circumferinţa cilindrului, prezentând însă inconvenientul necesităţii sistemului de acţionare a

supapei de evacuare.Amplasarea şi orientarea ferestrelor determină sensul curentului de gaze în cilindru. Pentru

reducerea pierderilor de încărcătură proaspătă prin ferestrele de evacuare, se evită plasarea acestora în faţa celor de admisie (fig.II.1.2.64.a). În vederea măririi eficienţei baleiajului, ferestrele de admisie şi de evacuare se amplasează astfel încât fasciculele de jeturi de încărcătură proaspătă şi gaze arse să fie concentrate sau tangenţiale. Există, astfel, variante constructive de ferestre care oferă jeturi concentrate într-un punct situat excentric faţă de axa cilindrului (fig.II.1.2.64.b) precum şi variante la care jeturile sunt două câte două concentrate şi paralele (fig.II.1.2.64.c). De asemenea, există variante la care jeturile sunt tangente la un cerc concentric cu cilindrul (fig.II.1.2.64.d) şi variante la care jeturile sunt tangente la un cerc excentric faţă de axa cilindrului (fig.II.1.2.64.e).

Mecanismul de distribuţie cu sertare

Acest mecanism de distribuţie asigură introducerea încărcăturii proaspete şi evacuarea produselor arderii cu ajutorul unui organ de maşină rotitor, numit sertar. Prin mişcarea sa de rotaţie, sertarul pune sau nu în legătură cilindrul cu orificiile de admisie şi de evacuare. Se utilizează:

a) sertare plate (fig.II.1.2.65.a);b) sertare tronconice (fig.II.1.2.65.b);c) sertare cilindrice orizontale (fig.II.1.2.65.c).

Mecanismul de distribuţie cu sertare, comparativ cu cel cu supape, prezintă următoarele avantaje:

a) funcţionare silenţioasă;b) secţiuni mari de trecere a gazelor;c) acţionare simplă.

119 din 375

Utilizarea acestui tip de mecanism este însă extrem de restrânsă, datorită următoarelor dezavantaje:

a) mase mari în mişcare;b) răcirea defectuoasă a mecanismului;c) ungerea dificilă a mecanismului;d) ajustarea şi prelucrarea pretenţioasă, rezultând un preţ de cost extrem de ridicat;e) etanşarea dificilă între sertar şi cilindru, fiind necesare jocuri foarte mici.

Toate aceste aspecte fac ca mecanismul de distribuţie cu sertare să fie utilizat numai în cazul motoarelor de performanţă (la maşini de cursă de ex.).

II.1.2.8. Ansamblul supapei. analiza funcţională, particularităţi constructive

Ansamblul supapei

Componenţa ansamblului

Ansamblul supapei comandă deschiderea şi închiderea periodică a orificiilor de admisie şi evacuare ale cilindrilor. După rolul orificiilor practicate în chiulasă, se disting supape de admisie şi supape de evacuare.

În fig. II.1.2.66 este prezentat un ansamblu de supapă, având următoarea componenţă: talerul 1 al supapei este partea în formă de disc cu care se închide orificiul comandat de supapă. Talerul are o porţiune conică – suprafaţa de reazem a supapei care se aşează pe scaunul supapei 2. Această suprafaţă asigură autocentrarea supapei la închiderea ei, precum şi o evacuare mai bună a căldurii de la taler la scaun.

Tija supapei 3 se află în bucşa de ghidare 4. Tija primeşte mişcarea de la sistemul de împingători al mecanismului de distribuţie sau direct de la cama acestuia. Totodată, tija serveşte pentru ghidare şi evacuează o parte din căldura primită de taler.

În partea superioară a tijei este prevăzută o degajare în care este montat manşonul conic 7 care asigură fixarea discului 8 al arcurilor de supapă 5. De asemenea, mai este prevăzută o degajare pentru fixarea unui inel elastic 6 care împiedică supapa să cadă în cilindru în situaţia ruperii arcurilor sau talerului superior.

Pentru a mări eficienţa etanşării, supapele se deschid în interiorul cilindrului motorului, astfel încât ele sunt aplicate pe suprafeţele de reazem şi de către forţa de presiune a gazelor.

Suprafaţa de reazem a talerului pe scaun poate fi plată sau conică (fig. II.1.2.67). În primul caz, la aceeaşi înălţime de ridicare h, supapa oferă o secţiune mai mare de trecere; în al doilea caz, secţiunea scade pe măsură ce creşte unghiul al feţei conice. În schimb, apare efectul de autocentrare a supapei. De asemenea, presiunea specifică pe suprafaţa de aşezare creşte, deoarece lungimea b a feţei conice scade cu creşterea unghiului .

120 din 375

Supapa

Supapele sunt organele care prin deschiderea lor asigură intrarea fluidului proaspăt şi evacuarea gazelor arse, în rest asigurând etanşeitatea camerei de ardere.

Părţile componente ale supapei (fig.II.1.2.68) sunt următoarele:- locaşul 1 pentru piesele de fixare a talerului superior; - locaşul 2 pentru montarea inelului elastic;- tija supapei 3;- faţeta conică de reazem 4;- talerul supapei 5.Din punct de vedere constructiv, după forma talerului,

supapele de distribuţie pot fi (fig.II.1.2.69):

- cu taler plat (fig. 2.69.a);- cu taler plat cu o porţiune concavă (fig.II.1.2.69.b);- cu taler concav (lalea) (fig.II.1.2.2.69.c);- cu taler convex (bombat sau sferic) (fig.II.1.2.69.d).

Supapele cu taler plat au cea mai mare răspândire, datorită simplităţii constructive şi rigidităţii satisfăcătoare. Supapele în formă de lalea se utilizează îndeosebi ca supape de admisie, deoarece au o greutate mai mică şi o rigiditate maximă, asigurând o formă bună pentru curgerea gazelor. Supapele cu taler bombat sunt caracteristice îndeosebi supapelor de evacuare, având o rigiditate sporită.

Racordarea dintre tijă şi taler trebuie realizată cât mai lin, atât pentru mărirea rezistenţei mecanice a supapei, cât şi pentru micşorarea rezistenţei opuse curentului de gaze. În zona de ieşire a supapei din ghid, tija supapei este prevăzută cu o muchie de raclare, pentru evitarea depunerilor pe tijă.

Supapele de admisie se execută cu faţa conică la =450 sau 300 (soluţie de compromis); supapele de evacuare se execută la =450. Pentru a obţine un contact mai bun între faţa conică a talerului şi scaun, se prevede o diferenţă de 30I…..10 între unghiurile de înclinare ale celor două suprafeţe (fig.II.1.2.70). Lungimea faţetei conice a talerului b trebuie să fie suficientă pentru ca presiunea de contact să fie cât mai mică în vederea reducerii uzurii şi a fluctuaţiilor termice.

În timpul funcţionării, supapele, mai ales cea de evacuare, se încălzesc puternic. Pentru scăderea temperaturii, se măreşte diametrul tijei şi se lungeşte bucşa de ghidaj, apropiind-o de talerul supapei. Temperatura supapelor de evacuare se micşorează, la anumite construcţii, prin răcire artificială. În acest scop, tija supapei este de formă tubulară (fig.II.1.2.71), iar circa 60% din volumul cavităţii interioare 3 se umple cu substanţe cu punct de topire coborât şi conductibilitate termică ridicată (sodiu metalic, azotat de sodiu, azotat de potasiu). Cavitatea este închisă la partea superioară cu ajutorul unui dop metalic 2. În timpul funcţionării, substanţa din interior se topeşte, înlesnind înmagazinare de căldură. Substanţa se agită energic prin mişcarea alternativă a supapei şi uşurează transferul de căldură de la taler la tijă şi ghidaj. Prin răcirea artificială , se obţine reducerea temperaturii cu 100 – 1500C, de

121 din 375

aceea procedeul este socotit ca una din căile principale de mărire a durabilităţii supapelor de evacuare.

Talerul supapei este solicitat de forţa de presiune a gazelor şi de tensiunea arcului, care produc eforturi unitare ridicate. O solicitare mecanică suplimentară – solicitarea dinamică, de şoc, produsă de forţa arcului şi forţele de inerţie – apare la aşezarea supapei pe scaun (şoc pe faţa conică) şi la acţionarea ei (şoc pe capătul tijei). Din această cauză, suprafeţele de reazem şi de acţionare pretind o duritate superficială ridicată. O soluţie în acest sens o constituie acoperirea acestor suprafeţe (fig. 2.71) cu un strat protector 1 şi 4 de stelit (aliaj dur cu: 16…70% Co, 15..40% Cr, 5…25% W, 0…10% Mo, =…34% Ni, 0…5% Fe), de catonit sau de nicrom (20% Cr; 77% Ni), de 1…2,5 mm grosime.

În timpul funcţionării, temperatura medie a supapelor de evacuare, în zonele în care vine în contact cu gazele arse, ajunge la 700…8500C, iar supapele de admisie 300…4000C. Temperatura ridicată influenţează nefavorabil comportarea supapei. Astfel, rezistenţa mecanică şi duritatea materialului se reduc sensibil; se accentuează pericolul de gripaj a tijei în bucşa de ghidare, se produce deformarea talerului, din cauza câmpului ridicat şi neuniform de temperatură; se intensifică uzura corosivă, întrucât oxidarea metalului este înlesnită de temperatura ridicată.

Materialul de fabricaţie a talerului trebuie să aibă rezistenţă mecanică şi durabilitate ridicate la temperaturi înalte, rezistenţă superioară la oxidare şi conductibilitate termică ridicată. La rândul său, materialul pentru tijă pretinde calităţi bune de alunecare.

Oţelul pentru supape are structură feritică sau austenitică, un conţinut de carbon de 0,4 … 0,8% şi este înalt aliat (elemente de aliere: Cr, Ni, Si, W, V, Al, Co). De regulă supapa de admisie se confecţionează din OLA cu Cr-Ni sau Cr-Si, iar cea de evacuare din OL refractar, aliat cu Cr (12 … 14%), Ni (11 … 15%) sau W(2 … 4%).

La motoarele de puteri mari, se utilizează talere executate din oţel Cr-Si şi tije din oţel Cr-Ni; îmbinarea se execută prin filet sau sudură.

Supapele se execută prin forjare la cald şi strunjire, se tratează termic, după care se rectifică şi se lustruiesc. Tija supapei, fiind supusă pericolului de gripaj, se nitrurează sau se cromează.

Scaunul supapei

Scaunul sau sediul supapei este o piesă în formă de inel, presată în locaşurile din chiulasă în zona canalelor de distribuţie, pe care se reazemă suprafaţa conică a talerului supapei. În figura II.1.2.72 sunt prezentate diferite modalităţi de montare a scaunelor de supapă:

- cilindric cu strângere (fig.II.1.2.72.a);- conic (fig. II.1.2.72.b);- cilindric cu degajări (fig. II.1.2.72.c).

Materialele din care se execută scaunele de supapă trebuie să aibă rezistenţă mare la coroziune şi duritate ridicată la temperaturi înalte. Se folosesc fonta specială refractară, bronzul cu aluminiu şi oţelul refractar. Prin depunerea unui strat de stelit pe suprafaţa conică, durabilitatea scaunului creşte de 4 … 5 ori.

Bucşa de ghidare

Tija supapei este ghidată într-o bucşă separată (fig.II.1.2.66), demontabilă, introdusă cu strângere în locaşul din chiulasă. Cuplul tijă-bucşă lucrează în condiţii deosebite. Pentru a uşura

122 din 375

evacuarea căldurii din supapă, jocul trebuie redus la minim, dar, din cauza dilatării tijei, un joc prea mic creează pericolul de gripaj. Jocurile medii dintre tijă şi bucşă coboară până la 20 … 50m la supapa de admisie şi 50 … 70m la supapa de evacuare.

Pentru a micşora frecarea şi a reduce pericolul de gripaj, cuplul tijă-bucşă trebuie uns. Ungerea se realizează prin ceaţă de ulei şi stropire. O soluţie eficientă se obţine confecţionând bucşele cu suprafaţa interioară tronconică, ceea ce satisface condiţia de dilatare inegală în lungul tijei. Pentru a proteja supapa de evacuare de acţiunea gazelor fierbinţi, bucşa de ghidare se coboară cât mai aproape de talerul supapei.

Bucşele se confecţionează din materiale cu proprietăţi antifricţiune, rezistente la temperaturi înalte: fontă refractară, bronz refractar. Bronzul de aluminiu are un coeficient mare de conductibilitate şi lucrează mai bine în condiţii de ungere insuficientă.

Arcurile de supapă

Arcul supapei trebuie să asigure reţinerea supapei în poziţie închisă şi să preia acţiunea forţelor de inerţie a ansamblului mecanismului de acţionare, care are tendinţa să desprindă tachetul de camă pe porţiunea acceleraţiilor negative.

Funcţionarea arcurilor de supapă se caracterizează printr-o mare frecvenţă a ciclurilor de solicitare, care provoacă oboseala materialului şi degradarea elasticităţii. În cazul vibraţiei arcurilor, condiţiile de lucru devin periculoase, iar la rezonanţă se poate produce chiar ruperea acestora. În majoritatea cazurilor se utilizează arcuri elicoidale cilindrice (fig.II.1.2.73.a). S-a constatat că elasticitatea arcurilor de supapă scade când sarcina creşte. Rezultă necesitatea utilizării unor arcuri cu elasticitate mare, a căror sarcină variază în limite reduse între poziţiile închis şi deschis sau a utilizării a două arcuri concentrice (fig.II.1.2.73.b).

Pentru micşorarea vibraţiilor, sârma arcului trebuie să aibă un număr mare de spire, la un diametru al înfăşurării cât mai mare. Când spaţiul nu permite, se utilizează arcuri duble concentrice (fig.II.1.2.73.b), arcuri cu pas variabil (fig.II.1.2.73.c) sau arcuri tronconice (fig. II.1.2.73.d).

Când se folosesc două arcuri concentrice, fiecare are altă pulsaţie proprie, astfel încât atunci când un arc intră în rezonanţă, celălalt joacă rol de amortizor.

Pentru folosirea judicioasă a spaţiului disponibil şi a materialului, se va urmări asigurarea unei solicitări uniforme a ambelor arcuri. Pentru aceasta, diametrul sârmelor va fi direct proporţional cu diametrul de înfăşurare şi invers proporţional cu numărul de spire. Sensurile de înfăşurare ale celor două arcuri vor fi opuse pentru ca, la ruperea unuia dintre ele, spirele să nu se întrepătrundă.

Când arcurile se execută cu pas variabil, spirele situate mai aproape una de alta se ating periodic, numărul spirelor active se reduce, iar rigiditatea şi frecvenţa oscilaţiilor proprii se modifică, înlăturând astfel condiţiile pentru apariţia rezonanţei.

În cazul arcurilor tronconice, rigiditatea şi frecvenţa oscilaţiilor proprii se modifică după lungimea acestuia şi astfel posibilitatea apariţiei rezonanţei este exclusă.

Arcurile se reazemă cu un capăt pe chiulasă sau pe un disc montat pe bucşa de ghidare, iar celălalt capăt pe discul supapei (fig.II.1.2.66). Discurile se fixează prin procedee diferite (cu manşon conic, cu filet, cu pană). Cea mai răspândită modalitate o reprezintă cea cu manşon. Acesta este o bucşă tronconică la exterior, formată din două bucăţi, care se strâng pe tijă prin conul discului apăsat de forţa arcului.

Arcurile de supapă se confecţionează din sârmă de OLA cu Cr, V, Ni, Mn.

123 din 375

II.1.3. Instalaţia de alimentare cu combustibil. Structura şi elementele componente ale instalaţiei

II.1.3.1 Alimentarea cu combustibil a m.a.i.

Desfăşurarea proceselor de lucru din motor depinde în mare măsură de funcţionarea instalaţiei de alimentare cu combustibil. Această instalaţie trebuie să satisfacă următoarele cerinţe:

a) asigurarea formării amestecului aer-combustibil în bune condiţii;b) asigurarea debitării fără întrerupere a combustibilului spre pompa de injecţie

(carburator);c) dozarea cantităţii de combustibil corespunzătoare regimului de funcţionare al

motorului;d) interzicerea pătrunderii în combustibil a impurităţilor mecanice din exterior,

asigurând reţinerea acestora şi a apei din combustibil;e) depozitarea unei cantităţi de combustibil care să asigure funcţionarea motorului pe

o anumită perioadă, impusă de condiţiile de exploatare.În funcţie de tipul motorului (MAC sau MAS), instalaţia de alimentare cu combustibil

prezintă deosebiri esenţiale. Astfel instalaţia de alimentare cu combustibil a unui MAS funcţionează cu un combustibil relativ curat şi uşor volatil, lucrează la o presiune scăzută şi asigură formarea amestecului aer-combustibil în exteriorul motorului, în carburator. Acesta asigură pulverizarea, vaporizarea şi amestecarea parţială a combustibilului cu aerul. Totodată, prin modificarea poziţiei clapetei de acceleraţie, carburatorul dozează amestecul aer-combustibil în funcţie de sarcina şi de turaţia motorului – reglaj cantitativ. La MAC, instalaţia de alimentare cu combustibil foloseşte un combustibil mai puţin curat şi greu volatil. Reglarea puterii dezvoltate se realizează de această dată prin modificarea dozei de combustibil injectată în cilindru, deci un reglaj calitativ.

II.1.3.2. Instalaţia de alimentare cu combustibil a m.a.c.

Componenţa generală a instalaţiei de alimentare cu combustibil a M.A.C. este următoarea (fig.II.1.3.1.a): rezervorul (tancul) de combustibil 1; filtrul grosier 2; pompa de alimentare (de circulaţie) 3; filtrul fin 4; pompa de injecţie 5; injectoarele 6; conductele de joasă presiune 7; conductele de retur 8 şi conductele de înaltă presiune 9.

Porţiunea instalaţiei dintre tanc şi pompa de injecţie constituie partea de joasă presiune. Aici combustibilul circulă la presiuni reduse (1…5 bar), rolul părţii de joasă presiune fiind alimentarea continuă cu combustibil filtrat a restului instalaţiei, care reprezintă partea de înaltă presiune (echipamentul de injecţie). În această porţiune combustibilul este vehiculat la presiuni de sute şi chiar, mii de bar. Echipamentul de injecţie trebuie să îndeplinească următoarele funcţiuni:

a) realizarea unei presiuni de injecţie suficient de mare, necesară pulverizării fine a combustibilului în camera de ardere;

b) dozarea cantităţii de combustibil pe ciclu, în concordanţă cu regimul de funcţionare al motorului;

c) pulverizarea cât mai fină a combustibilului şi distribuirea acestuia în camera de ardere în conformitate cu cerinţele formării amestecului;

d) declanşarea injecţiei la un anumit moment pe ciclu (avansul la injecţie optim) şi limitarea duratei injecţiei;

e) injectarea combustibilului după o lege impusă (caracteristica de injecţie optimă);f) uniformitatea dozei de combustibil la toţi cilindrii motorului.

Pompei de injecţie îi revin funcţiile de realizare a unei presiuni de injecţie ridicate şi de dozare a cantităţii de combustibil injectată, iar injectorului funcţiile de pulverizare şi distribuţie a combustibilului. Restul funcţiunilor sunt asigurate atât de pompa de injecţie, cât şi de injector.

Modul concret de organizare a instalaţiei de alimentare cu combustibil, numărul şi felul elementelor sale componente, precum şi parametrii constructiv-funcţionali depind de tipul şi de destinaţia motorului pe care instalaţia urmează să-l echipeze.

124 din 375

Astfel, la motoarele de puteri mici şi mijlocii, pompa de alimentare, filtrele şi echipamentul de injecţie sunt montate pe motor (fig.II.1.3.1.a). Instalaţia este prevăzută cu pompă de injecţie monobloc (înglobează elementele de refulare ale tuturor cilindrilor). Pompa de alimentare vehiculează debite de combustibil mult mai mari decât debitul de combustibil injectat pe ciclu. Surplusul de combustibil este colectat şi dirijat spre rezervor. Colectarea se poate face de la pompa de injecţie şi (sau) de la filtre. Majoritatea instalaţiilor se realizează cu colectarea surplusului de la pompa de injecţie, deoarece fluxul continuu de combustibil antrenează aerul, vaporii de combustibil şi impurităţile solide, împiedicând pătrunderea acestora în partea de înaltă presiune. În plus, se asigură şi răcirea pompei de injecţie în zona colectorului de alimentare.

La motoarele semirapide şi la cele lente se utilizează instalaţii cu pompe de injecţie separate pentru fiecare cilindru (pompe individuale) (fig.II.1.3.1.b). Dacă sistemul de injecţie trebuie să fie cât mai compact, pompa de injecţie şi injectorul formează un ansamblu unic (pompa injector 11), eliminându-se conducta de înaltă presiune (fig.II.1.3.1.c). În acest caz, este posibilă realizarea presiunii de injecţie peste 1.00 bar. Colectarea surplusului de combustibil se realizează prin intermediul supapei de retur 10, care asigură presiunea constantă a combustibilului în colectorul de alimentare al pompei de injecţie.

În cazul motoarelor navale lente, de puteri mari, trebuie asigurată funcţionarea atât cu motorină, cât şi cu combustibil greu (păcură). Pentru aceasta, înainte de pătrunderea în tancul de serviciu 1 (fig.II.1.3.1.d), combustibilul este supus unui proces de separare a impurităţilor solide şi a apei. Tancul este prevăzut cu o instalaţie de încălzire 14 (de regulă, cu abur). De asemenea, şi

125 din 375

celelalte elemente ale părţii de joasă presiune (pompe, filtre, conducte) sunt prevăzute cu încălzire sau sunt izolate termic. Pompele de alimentare refulează combustibilul spre un preîncălzitor final 12. Viscozimetrul 13 reglează automat debitul de abur de încălzire în preîncălzitorul final şi deci temperatura combustibilului care traversează preîncălzitorul. Prin urmare, viscozitatea combustibilului la intrarea în pompa de injecţie este cea prescrisă pentru pulverizarea fină în camera de ardere.

II.1.3.3. Pompele de alimentare cu combustibil şi de injecţie. Analiză funcţională, tipuri constructive, elemente componente

II.1.3.3.1. Pompa de alimentare cu combustibil

Rolul funcţional

Pentru asigurarea unei umpleri corespunzătoare a pompei de injecţie (carburatorului), în instalaţia de alimentare cu combustibil se prevede o pompă de alimentare care trebuie să furnizeze un debit de combustibil mai mare decât consumul orar de 15…30 ori la MAC şi de 3…5 ori la MAS.

Pentru realizarea acestor condiţii se folosesc mai multe tipuri de pompe de alimentare: cu piston, cu membrană, cu roţi dinţate, cu palete, cu şurub. Deoarece pompele de alimentare refulează un debit mult mai mare decât cel necesar, la pompele cu piston şi la cele cu membrană, cursa de refulare trebuie să fie elastică pentru a asigura autoreglarea. La celelalte tipuri de pompe se prevăd supape de preaplin care deviază debitul suplimentar de combustibil din circuitul principal în amontele pompei.

Pompa de alimentare cu piston

Pompele de alimentare cu piston se realizează în două variante: cu piston cu simplu efect şi cu piston cu dublu efect.

Pompa cu piston cu simplu efect (fig.II.1.8.2.b) este antrenată de arborele cu came 1 al pompei de injecţie, prin intermediul excentricului 2. Mişcarea este transmisă tachetului cu rolă 3, tijei împingătoare 4 şi, în final, pistonului 5, care este acţionat pe partea opusă de arcul 6.

În corpul 7 sunt montate supapele de aspiraţie 8 şi de refulare 9. Motorina este aspirată în spaţiul de aspiraţie A, prin supapa 8, în momentul în care pistonul 5 execută cursa de refulare, sub acţiunea arcului 6 (cu linie continuă – fig.II.1.3.2.b). În spaţiul de refulare R motorina pătrunde din spaţiul A, prin supapa 9, în momentul în care pistonul 5 este acţionat de către excentricul 2, tachetul 3 şi tija 4 (cursa cu linie întreruptă – fig.II.1.3.2.b).

Cursa pistonului 5, efectuată sub acţiunea arcului 6, foloseşte atât la refularea motorinei către pompa de injecţie, cât şi la umplerea cu motorină a spaţiului de aspiraţie A. Cursa pistonului

126 din 375

efectuată sub acţiunea excentricului foloseşte numai la umplerea cu motorină a spaţiului de refulare R. Valoarea cursei de refulare a pistonului 5 este variabilă, ea depinzând de valoarea contrapresiunii din spaţiul de refulare R. Dacă valoarea contrapresiunii este ridicată, forţa creată de aceasta asupra pistonului reduce o parte din forţa arcului 6 şi, ca atare, pistonul execută numai o porţiune din cursa de refulare. Când forţa creată de contrapresiunea din spaţiul R învinge forţa arcului 6, pistonul 5 nu se mai deplasează în cursa de refulare şi, deci, debitul de motorină refulată către pompa de injecţie este nul.

Pompa de alimentare cu piston cu simplu efect asigură debite de 1-10 Kg/min şi presiuni de refulare de cca 2 bar. Debitul de motorină refulată se poate determina cu relaţia:

Qpa = 10-6(d2/4)snpv [Kg/min] (II.1.3.1) în care: d reprezintă diametrul pistonului [mm]; s – cursa pistonului imprimată de arc (se consideră egală cu cursa imprimată de excentric) în mm; np – turaţia pompei (excentricului), în rot/min; - densitatea motorinei [Kg/dm3]; v - randamentul volumetric (v=0,93…0,96 pentru pompele bine executate şi bine întreţinute).

Pompa cu piston cu dublu efect (fig.II.1.3.2.a) are caracteristic faptul că refularea motorinei către pompa de injecţie se produce în ambele curse ale pistonului 5. Astfel, la deplasarea pistonului sub acţiunea excentricului 2 (cursa cu linie întreruptă – fig.II.1.3.2.a) se deschide supapa de refulare 11, iar motorina din camera de acumulare C2 trece în spaţiul de refulare R şi de aici, către pompa de injecţie. În acelaşi timp, se deschide şi supapa de aspiraţie 8 şi motorina din spaţiul de aspiraţie A trece în camera de acumulare C1.

La deplasarea pistonului 5 sub acţiunea resortului 6 (cursa cu linie continuă – fig.II.1.3.2.a) se deschide supapa de refulare 10, permiţând trecerea motorinei din C1 în R. Concomitent se reumple C2 din A, prin deschiderea supapei de aspiraţie 9. Canalul 12 colectează scăpările de combustibil. Faptul că la pompa cu dublu efect ambele curse ale pistonului sunt active face ca debitul de motorină refulată către pompa de injecţie să fie dublu (2…20 Kg/min) faţă de pompa cu simplu efect, iar posibilitatea anulării acestuia în timpul funcţionării să nu apară niciodată. Aceasta determină creşterea presiunii motorinei în avalul pompei, la valori care-I impun limitarea; de regulă, limitarea se realizează la 3,5 bar, cu ajutorul unor supape montate pe traseul de joasă presiune, între pompa de alimentare şi pompa de injecţie.

Pompele de alimentare cu piston sunt prevăzute cu pompe manuale de amorsare care servesc la eliminarea aerului din instalaţia de alimentare cu combustibil. Pompele de amorsare funcţionează după schema de principiu din figura II.1.3.3. Pistonul 1 aspiră combustibilul din spaţiul de aspiraţie al pompei de alimentare prin supapa de aspiraţie 3, în momentul deplasării sale în cilindrul 2, în sensul săgeţilor cu linie întreruptă. Motorina este refulată, prin supapa 4, în spaţiul de refulare în momentul în care pistonul 1 se deplasează în sensul săgeţii cu linie continuă. După amorsare, pistonul 1 este înşurubat, prin porţiunea filetată 5, în orificiul corespunzător din corpul 2. Pompele de amorsare sunt dimensionate astfel încât să asigure un debit de circa 6 cm3/cursă.

Pompele de alimentare cu piston (cu simplu sau dublu efect) intră, în general, în componenţa instalaţiilor de alimentare cu combustibil a MAC-urilor rapide, de puteri mici şi mijlocii.

Pompa de alimentare cu membrană

În cazul MAS-urilor, pentru deplasarea benzinei din rezervor spre filtre şi carburator, se utilizează cu precădere, pompe de alimentare cu membrană. Aceste pompe asigură debite de 3…5 ori mai mari decât consumul orar al motorului şi presiuni de refulare de 1…3bar.

127 din 375

Pompele de alimentare cu membrană prezintă ca element principal de lucru membrana 1 (fig.II.1.3.4). Porţiunea centrală a membranei este fixată rigid de tija 4 prin intermediul talerelor 5 şi a piuliţei 11. Porţiunea extremă a membranei este fixată între flanşele corpului 3 şi capacul 2 ale pompei. În capacul 2 sunt prevăzute supapele de aspiraţie 7 şi de refulare 8, iar în corpul 3 pârghia de acţionare 9 şi arcul elicoidal cilindric 6. Cursa de aspiraţie (cu linie întreruptă din fig.II.1.3.4) are loc în momentul în care excentricul 10, prezent pe arborele cu came al motorului, acţionează pârghia 9. În acest timp, arcul 6 este comprimat. Depresiunea creată de deplasarea membranei determină deschiderea supapei de aspiraţie şi trecerea benzinei în camera de acumulare C. Cursa inversă a membranei se datorează destinderii arcului 6, ca urmare a eliberării pârghiei 9 de acţiunea excentricului 10. Se realizează astfel micşorarea volumului spaţiului C şi, deci, creşterea presiunii benzinei acumulate aici. Valoarea crescută a presiunii determină deschiderea supapei de refulare şi debitarea benzinei către filtre şi carburator. Arcul 12 serveşte la menţinerea contactului între pârghia 9 şi excentricul 10, iar prin orificiul 13 practicat în corpul pompei se exercită presiunea atmosferică pe suprafaţa interioară a membranei.

Debitul refulat de pompa de alimentare cu membrană se calculează cu relaţia:

Qpa=106(L/4)[d2+(D-d)s/3]nPV [Kg/min.] (II.1.3.2)

în care : D este diametrul nominal (de încastrare) al membranei (fig.II.1.3.5), în mm; d – diametrul talerului, în mm; s – cursa membranei, în mm ; nP – turaţia excentricului, în rot/min; - densitatea combustibilului, în Kg/dm3 şi V – randamentul volumetric al pompei.

Pompa de alimentare cu roţi dinţate

Pompele de alimentare cu roţi dinţate se utilizează în instalaţiile de alimentare cu combustibil ale MAC de puteri mari şi foarte mari. Pompele asigură debite de 70…500 Kg/min şi presiuni de refulare de circa 5 bar. Pentru reglarea presiunii combustibilului la valori care să nu deterioreze filtrele, precum şi pentru menţinerea unei presiuni constante în faţa filtrelor, pompele cu roţi dinţate sunt prevăzute cu supape de descărcare de presiune constantă.

Schema de principiu a pompei de alimentare cu roţi dinţate este prezentată în figura II.1.3.6.a. Angrenajul, format din roata conducătoare 2 şi roata condusă 3, este pus în mişcare de arborele cu came al motorului sau de către un electromotor. În corpul 1 sunt practicate canale prin care se realizează aspiraţia şi refularea combustibilului.

Supapa de siguranţă, formată din bila 4 şi arcul 5, asigură comunicaţia între aceste canale. Din spaţiul de aspiraţie A, combustibilul este preluat de ambele roţi în spaţiile formate de fiecare pereche de dinţi consecutivi şi transportat pe la periferia roţilor în spaţiul de refulare R. Valoarea constantă a acestui spaţiu face ca presiunea locală să crească în timpul funcţionării datorită transportului continuu de combustibil prin golurile dintre dinţii celor două roţi dinţate. Dacă valoarea presiunii combustibilului depăşeşte o anumită limită, dinainte reglată, atunci se deschide supapa 4, care permite accesul surplusului de combustibil în spaţiul de aspiraţie A. Capacul 6 serveşte la reglarea valorii presiunii de refulare prin intermediul şaibelor de reglaj 7.

Debitul de combustibil refulat de pompa cu roţi dinţate, în ipoteza că volumul golului dintre dinţi este egal cu volumul dintelui, se determină cu relaţia:

Qpa=2,25.10-6. DdmBnpv [Kg/min] (II.1.3.3)

128 din 375

în care: Dd reprezintă diametrul de divizare al roţilor dinţate (fig.II.1.3.6.b), în mm; m – modulul roţilor dinţate, în mm; B – lăţimea dintelui, în mm; np – turaţia pompei, în rot/min; - densitatea motorinei, în kg/dm3 şi v – randamentul volumetric al pompei (50…74%).

Pompa de alimentare cu palete

Pompele de alimentare cu palete asigură transferul combustibilului spre echipamentul de injecţie în cazul MAC de puteri mijlocii şi mari. Pompele cu palete asigură debite de combustibil de 10…100 kg/min şi presiuni de refulare de circa 5bar.

Construcţia de principiu a pompei cu palete este prezentată în figura II.1.3.7. Rotorul 2 este montat excentric, cu excentricitatea e, în carcasa 1. În timpul funcţionării paletele (plăcuţele) 3 se deplasează radial în canalele practicate în rotor şi, datorită faptului că asupra lor se exercită o forţă centrifugă, rămân în permanenţă în contact cu suprafaţa interioară a carcasei 1. Depresiunea creată la creşterea volumului dintre două palete consecutive şi carcasă, în zona orificiului de aspiraţie A, determină procesul de aspiraţie a combustibilului în pompă. Scăderea aceluiaşi volum, în zona orificiului de refulare R, determină creşterea presiunii combustibilului şi refularea acestuia către pompa de injecţie.

Debitul de combustibil refulat de pompa cu palete se determină cu relaţia:

Qpa = 2.10-6eB(D - i)npv [Kg/min] (II.1.3.4)

în care: e este excentricitatea, în mm; B – lăţimea paletei, în mm; D – diametrul interior al carcasei, în mm; i – numărul de palete; - grosimea paletei, în mm; np – turaţia rotorului, în r.p.m.; - densitatea combustibilului, în Kg/dm3 şi v – randamentul volumetric.

Pompa de alimentare cu şurub

Pompele de alimentare cu şurub sunt utilizate pentru vehicularea lichidelor vâscoase (combustibilul greu). Se utilizează pompe cu şurub al căror debit nu depăşeşte 4000…6000 Kg/min, iar presiunea până la 10…12 bar.

Aceste pompe funcţionează tot după principiul dislocării fluidului din spaţiul dintre rotoare şi carcasă. Spre deosebire de pompele cu roţi dinţate, mişcarea principală a combustibilului se realizează în direcţie paralelă cu axele de rotaţie (fig.II.1.3.8).

Combustibilul din spaţiul de aspiraţie A este preluat de roata conducătoare 1 şi roata condusă 2 în spaţiile dintre doi dinţi consecutivi şi carcasa 3. El este transportat pe la periferia roţilor spre spaţiul de refulare R. Sincronismul rotoarelor, în cazul utilizării de numere egale de dinţi, este asigurat prin roţi dinţate obişnuite suplimentare 4.

Dinţii rotoarelor în secţiune frontală se profilează după o angrenare elicoidală punctiformă (fig.II.1.3.9.).

Debitul acestor pompe scade mult cu creşterea rezistenţei hidraulice pe traseul de aspiraţie. Valoarea debitului poate fi determinată cu ajutorul relaţiei:

Qpa = 106(A1+A2)B1Z1n1v [Kg/min], (II.1.3.5)

129 din 375

Unde : A1 este suprafaţa golului dintre dinţii consecutivi în secţiunea transversală a rotorului conducător, în mm2 (fig. II.1.3.9); A2 – suprafaţa golului dintre dinţii consecutivi în secţiunea transversală a rotorului condus, în mm2 (fig.II.1.3.9); B – lăţimea dintelui rotorului conducător, în mm; Z1 – numărul de dinţi ai rotorului conducător; n1 – turaţia rotorului conducător, în rot/min; v – randamentul volumetric al pompei şi - densitatea combustibilului, în Kg/dm3.

Pompele cu şurub au gabarit şi masă redusă randament înalt (până la 85%), funcţionează fără vibraţii şi zgomot, având înălţimea de aspiraţie suficient de mare. Principalele neajunsuri ale acestor pompe constau în construcţia lor complexă şi, din această cauză, costul lor este ridicat în comparaţie cu cel al pompelor cu roţi dinţate.

Pompa de transfer combustibil

În subsistemul de transfer combustibil se utilizează cu precădere pompe cu roţi dinţate sau pompe cu şurub. Debitul pompei de transfer trebuie să fie astfel stabilit încât aceasta să asigure vehicularea combustibilului din tancurile de depozitare în tancurile de serviciu sau de decantare pe durata a tr1 = 2…4 ore. Totodată, debitul pompei de transfer trebuie să asigure umplerea tancului de consum al motorului principal în decurs de tr2 = 1…2 ore. Deci:

Qptr = Vrez / I tr1 24 ce Pe /tr2 [m3/h] (II.1.3.6)

unde: Vrez [m3] este volumul rezervorului de serviciu; i – numărul de pompe care lucrează simultan pentru transferul combustibilului; ce [kg/kWh] – consumul specific efectiv de combustibil al MP; Pe [kW] - puterea efectivă a MP; [kg/m3] - densitatea combustibilului.

La instalaţiile de alimentare cu combustibil ale navelor comerciale, debitul specific al pompelor de transfer este situat în domeniul 2…5 l/kWh; limita inferioară se referă la instalaţiile de putere mică. Presiunea pe care trebuie să o dezvolte pompa variază între limitele 2,5…5,0 bar, în funcţie de condiţiile ei de funcţionare. La instalaţiile la care se prevede o pompă de transfer numai pentru motorină, debitul acesteia trebuie să asigure transvazarea volumului de combustibil pe care îl consumă motorul în patru ore, în timp de tr2 = 0,2…0,5 ore , la o presiune de 2…4 bar.

II.1.3.3.2. Pompa de injecţie

Rolul funcţional

Pompele de injecţie care intră în componenţa echipamentelor de injecţie au un rol complex şi variat. În primul rând, pentru obţinerea unor caracteristici optime ale jetului de combustibil injectat în cilindrul motorului, pompele de injecţie trebuie să dezvolte presiuni de refulare (injecţie) foarte mari (300…1100 bar şi uneori mai mari – de exemplu, la pompele-injector). În al doilea rând, pompele de injecţie trebuie să permită dozarea cantităţii de combustibil pe ciclu în concordanţă cu regimul de funcţionare, asigurând totodată şi uniformitatea dozei de combustibil la toţi cilindrii motoarelor policilindrice. În al treilea rând, pompele de injecţie trebuie să asigure avansul la injecţie optim, limitarea duratei injecţiei şi caracteristica de injecţie optimă. De asemenea, pompele de injecţie trebuie să fie fiabile, durabile, să aibă construcţie simplă, cost scăzut şi o exploatare cât mai simplă.

Problema esenţială a pompelor de injecţie o constituie realizarea presiunilor mari de injecţie, solicitate de necesitatea pulverizării fine a combustibilului. Aceste presiuni pot fi asigurate numai de către pompele cu piston. Pentru aceste valori ale presiunii de injecţie (sute de bar), apar însă probleme deosebite în legătură cu precizia de execuţie a pistonului şi cilindrului pompei, precum şi cu etanşarea acestui cuplu de piese faţă de mediul exterior. Singura modalitate de etanşare eficientă o constituie reducerea jocului dintre pistonul şi cilindrul pompei la valori de

130 din 375

1,5…3 m şi practicarea unei execuţii cu lungimea pistonului sporită în raport cu diametrul său. Aceasta presupune operaţii de rectificare fină, cu abateri de formă (de la calitatea prelucrării suprafeţelor şi de la poziţia lor reciprocă) extrem de strânse, precum şi operaţii de rodare şi de “împerechere” a pistonului cu cilindrul, care devin astfel cu regim interzis de interschimbabilitate.

Principiul de funcţionare

Schema de principiu a unei pompe de injecţie cu piston este prezentată în figura II.1.3.10.a. Elementul de pompare se compune din cilindrul 1 şi pistonul 2. Combustibilul este aspirat, prin supapa de aspiraţie 3, în spaţiul C, în momentul în care pistonul se deplasează în cursa de aspiraţie sub acţiunea arcului 4. Deplasarea pistonului în cursa de refulare are loc sub acţiunea camei 5 şi a tachetului 6. Combustibilul din spaţiul C este comprimat şi refulat la presiuni de sute de bari către spaţiul R, prin supapa de refulare 7.

Se constată deci că, pentru realizarea procesului de injecţie, pistonul pompei efectuează o cursă de aspiraţie şi una de refulare. Antrenarea pistonului în cursa de refulare se face rigid, prin camă profilată. Aceasta prezintă ca avantaj principal posibilitatea alegerii legii de mişcare a pistonului, astfel încât să se asigure caracteristica de injecţie optimă şi să fie satisfăcute condiţiile unei bune pulverizări a combustibilului. Din acest motiv, antrenarea pistonului cu camă profilată are, în prezent, o răspândire aproape generală. Antrenarea pistonului în cursa de refulare se poate face şi elastic, prin arc. La antrenarea elastică însă, legea de deplasare a pistonului nu poate fi controlată; în schimb, procesul de injecţie este scos de sub influenţa turaţiei, ceea ce favorizează pulverizarea şi uniformitatea dozelor de combustibil injectat la turaţii reduse. Antrenarea elastică a pistonului este specifică doar echipamentelor de injecţie cu acumulare.

Mărimea dozei refulate se stabileşte în concordanţă cu necesităţile regimului de funcţionare al motorului, prin fracţionarea cursei de refulare a pistonului într-o cursă utilă s u, variabilă (fig.II.1.3.10.b), şi, cel mai des, în două curse moarte sm1 şi sm2, una fixă şi cealaltă variabilă sau ambele variabile. Cursa utilă su se plasează, de obicei, în porţiunea de viteză maximă a pistonului (fig.II.1.3.10.b).

În forma prezentată în figura II.1.3.10.a, pompa de injecţie cu piston refulează în spaţiul R întreaga cantitate de combustibil aspirată în spaţiul C. Pentru corelarea dozei de combustibil refulată cu regimul de funcţionare al motorului, fie se comandă din exterior secţiunea de curgere a, fie se utilizează o camă cu profil variabil deplasabilă axial.

131 din 375

Clasificarea pompelor de injecţie

Din punct de vedere constructiv, pompele de injecţie se împart în două grupe: a) cu cursă constantă şi b) cu cursă variabilă. La rândul lor, pompele de injecţie cu cursa constantă a pistonului pot fi: 1) cu supape şi 2) cu piston sertar.

În figura II.1.3.11.a este prezentată schema pompei cu supape, având cursa pistonului constantă. În figura II.1.3.11.b este prezentată schema pompei de injecţie tot cu cursa pistonului constantă, însă aceasta este cu piston sertar de tip rotitor. Pompa de injecţie având cursa pistonului reglabilă este prezentată în figura II.1.3.11.c.

Componenţa şi funcţionarea pompelor de injecţie menţionate este următoarea: prin rotirea camei 9 se acţionează rola 8 şi tachetul 7, care determină deplasarea pistonului 2 şi presarea combustibilului din cilindrul 1. Prin supapa de refulare 4, combustibilul presat la nivelul presiunii de injecţie este trimis către injector. În cazul pompei de injecţie din figura II.1.3.11.a, refularea se întrerupe în momentul în care se deschide supapa de refulare 5, acţionată prin dispozitivul de reglare 10.

Datorită energiei potenţiale de deformaţie a arcului 6, pistonul 2 efectuează cursa de umplere; combustibilul pătrunde în cilindrul pompei prin supapa de aspiraţie 3 (fig. II.1.3.11.a şi c). La pompa cu piston-sertar (fig.II.1.3.11.b), lipseşte supapa de aspiraţie 3, iar reglarea cantităţii de combustibil refulat se face prin rotirea pistonului 2. La pompa din figura II.1.3.11.c, reglarea se face prin deplasarea axială a camei 9.

În cazul pompelor de injecţie din figura II.1.3.11.a şi b, se refulează numai o fracţiune din cantitatea de combustibil aspirată în cilindrul 1. Acestea sunt pompe cu aspiraţie invariabilă şi descărcare parţială. Ele prezintă ca principal avantaj refularea combustibilului la viteze mari ale pistonului. În acest sens, cursa utilă su (fig.II.1.3.10.b) se plasează între cursele moarte sm1 şi sm2, unde vitezele sunt reduse.

Pompa din figura II.1.3.11.c este de tipul cu aspiraţie variabilă şi descărcare totală. După acest principiu de reglare este construită şi pompa cu element unic de refulare şi distribuitor rotativ, răspândită în prezent la MAC-urile cu turaţii înalte, utilizate în tracţiunea rutieră. La aceste pompe, doza de combustibil corespunzătoare fiecărui regim de funcţionare a motorului se aspiră integral în spaţiul de aspiraţie, după care este refulată în totalitate către injector.

O clasificare completă a pompelor de injecţie este prezentată în tabelul II.1.3.1.

Tabelul II.1.3.1 Clasificarea pompelor de injecţie cu piston

132 din 375

Criteriul de clasificare

Posibilităţi de realizare Exemple constructive

1. Metoda de reglare a dozei de combustibil

1.1. Prin aspiraţie invariabilă şi refulare parţială

1.1.1. Prin supa-pă comandată

a. Pompe cu supapă care comandă sfârşitul injecţiei (Dekkel)

1.1.2. Prin lami-nare

b. Pompe cu supapă de by-pass-are a refulării (fără aplicaţie

1.1.3. Prin ser-tar c. Pompe cu piston sertar şi supapă de aspiraţied. Pompe cu piston sertar fără supapă de aspiraţie

1.2. Prin aspiraţie variabilă şi refulare totală

1.2.1. Prin vari-aţia cursei pisto-nului

e. Pompe cu camă cu profil variabilf. Pompe cu camă cu profil constant şi culbutor cu punct de oscilaţie variabil

1.2.2. Prin lami-narea variabilă a aspiraţiei

g. Pompe cu distribuitor rotativ

2. Modul de plasare a camelor de injecţie

2.1. Pe arborele cu came propriu h. Pompe în liniei. Pompe cu distribuitor rotativ

2.2. Pe arborele de distribuţie al motorului

j. Pompe individualek. Pompe injector

3. Modul de de-servire a cilindri-lor motorului

3.1. Fiecare cilindru este deservit de câte un element de refulare

l. Pompe individualem. Pompe în linien. Pompe injector

3.2. Toţi cilindrii motorului sunt deserviţi de acelaşi element de refulare

o. Pompe cu distribuitor rotativ

Au răspândirea cea mai mare: pompele în linie, individuale şi pompele-injector sunt pompe cu piston-sertar.

Cele mai răspândite sunt pompele cu piston-sertar, cu sau fără arbore cu came propriu. Pompele din prima categorie sunt formate dintr-un număr de elemente de refulare, egal cu numărul de cilindri ai motorului, unite într-un bloc unic; acţionarea elementelor de refulare se efectuează prin intermediul unui arbore cu came comun, cuprins în corpul pompei. Dispunerea elementelor de refulare în lungul arborelui cu came a consacrat acestor pompe denumirea de pompe de injecţie în linie sau pompe de injecţie monobloc.

Pompele din categoria a doua sunt constituite, în general, din câte un element de refulare destinat fiecărui cilindru al motorului. Elementul de refulare este realizat deci sub forma unei pompe de injecţie individuale şi este acţionat prin intermediul unei came de injecţie plasată, de regulă, pe arborele de distribuţie al motorului. Există şi construcţii de pompe fără arbore cu came propriu (pentru unele MAC-uri răcite cu aer, de cilindree mică şi turaţie ridicată) la care două, trei şi, mai rar, patru elemente de refulare sunt unite într-un bloc unic.

În categoria pompelor individuale intră şi pompele-injector, construcţii care unesc în acelaşi ansamblu şi pompa de injecţie şi injectorul, eliminându-se astfel conducta de înaltă presiune – sursă permanentă de fenomene care perturbă desfăşurarea normală a procesului de injecţie.

Pompa de injecţie cu piston-sertar

Datorită avantajelor însemnate pe care le prezintă:a) asigurarea începutului şi sfârşitului procesului de injecţie la viteze mari ale

pistonului-sertar (presiuni mari de injecţie);b) posibilitatea reglării dozei de combustibil injectate prin simpla rotire a pistonului în

cilindru;

133 din 375

c) construcţie simplă;d) siguranţă sporită în funcţionare;e) deservire uşoară.

pompele de injecţie cu piston-sertar au astăzi o răspândire aproape generală.Pompa de injecţie cu piston-sertar funcţionează astfel: cilindrul se umple cu combustibil la

sfârşitul cursei descendente, când pistonul descoperă orificiile de alimentare (fig.II.1.3.12.a şi b). La începutul cursei ascendente, pompa nu refulează, deoarece, iniţial, orificiile de alimentare sunt deschise (fig. II.1.3.12.c). După ce pistonul a acoperit cu partea sa superioară orificiile de alimentare (cursa h1 – preliminară), pistonul continuă să urce, presând combustibilul (fig.II.1.3.12.d şi e), cursa numindu-se de “comprimare” (cursa h2). Când presiunea din cilindru învinge tensiunea resortului supapei de refulare, combustibilul este trimis spre injector (fig.II.1.3.12.f), cursa numindu-se cursa activă (de refulare) h3. Ea durează până în momentul în care marginea elicoidală a pistonului deschide orificiile de alimentare (fig.II.1.3.12.g) şi combustibilul este trimis prin aceste orificii înapoi, în partea de joasă presiune. De acum şi până când pistonul ajunge în PMI are loc a doua cursă moartă h4.

Reglarea dozei de combustibil injectate se realizează prin rotirea pistonului-sertar în jurul propriei axe. Ca urmare, dacă în plină sarcină, lungimea rampei elicoidale este maximă şi pistonul

refulează doza maximă (fig.II.1.3.12.a), la rotirea pistonului-sertar, cursa utilă a pistonului se micşorează datorită reducerii înălţimii rampei elicoidale în dreptul orificiilor de alimentare (fig.II.1.3.12.b şi c). Cursa utilă se anulează şi pompa nu refulează atunci când canalul pistonului-sertar vine în dreptul orificiilor de alimentare, asigurând legătura permanentă dintre cilindrul pompei şi aceste orificii.

Referitor la reglarea dozei de combustibil injectate în cilindrul motorului, trebuie menţionat

că acest reglaj poate fi realizat modificând fie momentul sfârşitului injecţiei, fie momentul începutului injecţiei, fie ambele momente (reglajul combinat). În primul caz (fig. II.1.3.14.a), începutul injecţiei (punctul A) rămâne constant indiferent de regimul de funcţionare al motorului. Sfârşitul injecţiei (punctele B1, B2, B3) poate fi modificat şi, prin aceasta se modifică şi cursa de refulare a pompei. Acest procedeu de reglare este folosit, în general, la MAC-uri care funcţionează la turaţie constantă (motoare auxiliare sau motoare principale cuplate cu EPR).

În cazul în care se modifică începutul injecţiei (figura II.1.3.14.b), injecţia va începe în A1, A2, sau A3, în timp ce sfârşitul injecţiei (punctul B) rămâne constant. Acest procedeu se utilizează, cu precădere, la motoarele principale cuplate direct cu propulsorul de tip EPF, la care variaţia sarcinii se realizează concomitent cu variaţia turaţiei.

134 din 375

La procedeul de reglaj combinat (fig.II.1.3.14.c), se modifică atât începutul injecţiei (punctele A1, A2, A3), cât şi sfârşitul injecţiei (punctele B1, B2, B3). Acest procedeu se aplică la MAC-uri cu domenii mari de variaţie atât a turaţiei, cât şi a puterii.

Procedeul de reglaj utilizat are influenţă asupra desfăşurării procesului de ardere şi a economicităţii motorului. Astfel, dacă nu se modifică sfârşitul injecţiei, atunci la turaţii reduse, arderea se prelungeşte în destindere, mărind pierderile termice. Dacă se menţine constant începutul injecţiei, atunci la turaţii reduse creşte durata avansului la injecţie, ceea ce duce la creşterea rapidă a presiunii fluidului motor, înainte ca pistonul să ajungă în pmi.

Refularea combustibilului se realizează prin intermediul unei supape care întrerupe legătura dintre conducta de înaltă presiune şi cilindrul pompei de injecţie, în intervalul dintre două curse utile. Când cursa de refulare încetează, supapa se aşează pe scaun sub acţiunea resortului propriu, împiedicând aspiraţia combustibilului din conducta de înaltă presiune, ceea ce ar face imposibilă reluarea injecţiei.

Supapa de refulare îndeplineşte şi o a doua funcţiune: descarcă conducta de înaltă presiune de presiunile reziduale înalte, dar, în special, asigură întreruperea bruscă a injecţiei, ameliorând astfel fenomenul de picurare.

Conform tipizării Bosch, producătoare de echipament de injecţie tipizat din anul 1927, pompele de injecţie se împart convenţional în mai multe mărimi, diferenţiate prin valoarea cursei de refulare a pistonului-sertar (înălţimea de ridicare pe cama de injecţie). Mărimea pompei se identifică printr-un simbol literal, care se include în simbolul general al pompei. De regulă, simbolul mărimii se plasează între simbolul prin care se identifică numărul secţiunilor de pompare şi cel care exprimă valoarea diametrului pistonului-sertar. De exemplu, pompa de injecţie cu simbolul general PFR 1 K 65 A 33212 este o pompă de injecţie de mărime K (cursa de refulare a pistonului este de 7 mm), cu o singură secţiune de pompare şi cu valoarea diametrului pistonului-sertar de 6,5 mm.

Pompele de injecţie de o anumită mărime pot fi realizate în mai multe variante constructive, executându-se pistoane cu diametre diferite, tipizate. În acest fel, se obţine o plajă întinsă de valori pentru debitul de combustibil refulat, reuşindu-se, cu aceeaşi mărime de pompă, să se deservească o gamă diversă de motoare.

Mărimea pompei de injecţie se alege în funcţie de parametrii constructivi şi funcţionali ai motorului pe care aceasta urmează să-l echipeze, utilizând nomograme oferite de firmele constructoare: Bosch, Bryce-Berger, l’Orange, Friedman-Maier, Yanmar, WZM (Delta), MOTORPAL, MEFIN-Sinaia etc. Pentru utilizarea nomogramelor este necesară şi cunoaşterea

135 din 375

valorii cantităţii de combustibil injectat pe ciclu (teoretic, egală cu doza refulată de elementul de pompare în timpul cursei utile). Aceasta se poate determina cu relaţia:

QI = 103.Pe.ce/(inp60) [mm3/cursă] (II.1.3.7)

în care Pe este puterea efectivă a motorului, în kW; ce – consumul specific de combustibil, în g/kWh; i – numărul de cilindri ai motorului; np – turaţia axului cu came al pompei de injecţie, în rot/min şi - densitatea combustibilului, în kg/dm3.

II.1.3.4. Injectorul. Tipuri constructive, elemente componente, domenii de utilizare. Filtre de combustibil.

Injectorul

Injectorul este un element component al echipamentului de injecţie, cu rol de introducere a combustibilului în cilindrul motorului, de pulverizare fină a acestuia şi de distribuire uniformă a picăturilor de combustibil în camera de ardere.

Partea principală a injectorului o constituie pulverizatorul, în care sunt practicate unul sau mai multe orificii calibrate de pulverizare, cu diametre de ordinul zecimilor de milimetru. Ca atare, pulverizarea fină a combustibilului depinde de construcţia pulverizatorului, dar şi de mişcarea organizată a aerului în camera de ardere.

După cum orificiul de pulverizare este controlat sau nu de către o supapă (în general, în formă de ac), injectoarele se împart în:

a) injectoare deschise;b) injectoare închise.

În cazul injectoarelor închise, în funcţie de modul în care se realizează deschiderea supapei, se deosebesc:

a) injectoare hidraulice (comanda se realizează prin intermediul combustibilului care urmează să fie injectat);

b) injectoare mecanice (comanda se realizează cu ajutorul unor came şi a unui sistem de pârghii);

c) injectoare electromagnetice (comanda se realizează prin impulsuri electrice).

II.1.3.4.1. Injectorul de tip deschis

La unele motoare de puteri mici se utilizează injectoare de tip deschis. Din punct de vedere constructiv şi funcţional, injectorul deschis este cel mai simplu (fig.II.1.3.15). Acesta este format din corpul injectorului 1, pulverizatorul 2 şi piuliţa 3, prin care pulverizatorul se asamblează cu corpul injectorului.

Corpul injectorului este prevăzut cu un racord 4 de legătură cu conducta de înaltă presiune şi o canalizaţie interioară 5 prin care combustibilul ajunge la orificiul (orificiile) 6 de pulverizare. La trecerea combustibilului prin orificiul (orificiile) de pulverizare apar rezistenţe hidraulice importante, datorită diametrului mic al acestuia (acestora), ceea ce determină pulverizarea combustibilului.

Avantajele injectorului deschis sunt următoarele:a) construcţie simplă (tehnologic uşor de realizat),b) fiabilitate şi durabilitate sporite în exploatare (lipsesc piese în mişcare care

constituie principala cauză a uzurilor şi defecţiunilor care apar în timpul funcţionării);

136 din 375

c) posibilitatea eliminării aerului care pătrunde în conducta de înaltă presiune.Injectorul deschis are o răspândire restrânsă, datorită dezavantajelor pe care le prezintă:a) injecţia începe la presiuni foarte mici, din care cauză pulverizarea şi penetraţia

jetului de combustibil sunt nesatisfăcătoare, ceea ce duce la mărirea întârzierii la autoaprindere (motorul funcţionează brutal);

b) sfârşitul injecţiei are loc, de asemenea, la presiuni foarte mici şi nu poate fi controlat (fineţea pulverizării şi penetraţia jetului sunt nesatisfăcătoare, astfel că ultimele fracţiuni de combustibil injectat ard insuficient);

c) după terminarea procesului de injecţie, combustibilul din canalizaţia interioară continuă să picure în cilindrul motorului, înrăutăţind considerabil condiţiile de ardere şi înlesnind formarea de calamină, care poate obtura orificiul de pulverizare;

d) gazele fierbinţi din cilindrul motorului ridică temperatura pulverizatorului, având consecinţe nefavorabile asupra durabilităţii acestuia.

Utilizarea injectoarelor deschise dă rezultate satisfăcătoare în cazul injecţiei de benzină (în colectorul sau galeria de admisie) sau al ansamblului pompă-injector. În acest din urmă caz, efectul de picurare este înlăturat prin montarea unei supape de reţinere.

II.1.3.4.2. Injectorul de tip închis

Injectorul de tip închis are orificiul (orificiile) de pulverizare controlat (e) de un arc, menţinut în poziţia închis cu ajutorul unui arc elicoidal.

Injectoarele închise cu comandă hidraulică a acului pulverizatorului au construcţia clasică prezentată în figura II.1.3.16. Corpul 1 este asamblat cu pulverizatorul 2 prin intermediul piuliţei speciale 3. În corpul pulverizatorului se introduce acul 4, menţinut pe sediu de tija 5 şi arcul elicoidal cilindric 6. Tensiunea arcului este reglabilă. În acest sens, se utilizează şurubul de reglare 7, care se deplasează în piesa 8 şi se fixează cu contrapiuliţa 9. Accesul la şurubul de reglare este posibil prin îndepărtarea capacului 10.

Motorina este introdusă în injector prin racordul 13 (la care se leagă conducta de înaltă presiune); acest racord poate conţine şi un filtru preventiv capabil să reţină impurităţile din conducta de înaltă presiune.

Orificiile a şi b, prelucrate în corpul injectorului şi în corpul pulverizatorului servesc la dirijarea combustibilului către orificiile de pulverizare p. Corespondenţa dintre orificiul a şi orificiul b se asigură fie cu ajutorul unui canal circular c, fie cu ajutorul unor ştifturi.

Ridicarea acului de pe scaunul prelucrat în corpul pulverizatorului are loc sub acţiunea forţei dezvoltate de presiunea combustibilului din camera q a pulverizatorului asupra porţiunii tronconice a acului, rezultată prin prelucrarea acestuia cu diametre diferite. Acul este ridicat de pe sediu atunci când forţa de presiune învinge tensiunea arcului elicoidal cilindric, moment ce coincide cu începutul injecţiei combustibilului în cilindrul motorului. După ce combustibilul începe să pătrundă în cilindru, presiunea în camera pulverizatorului scade; când forţa de presiune devine mai mică decât tensiunea arcului, acul se aşează pe scaunul conic – moment ce coincide cu sfârşitul injecţiei. Durata injecţiei este determinată, aşadar, de intervalul de timp dintre deschiderea şi închiderea acului pulverizatorului.

Etanşarea acului la presiunile mari din camera pulverizatorului se asigură prin prelucrarea cu precizie deosebită a alezajului din pulverizator şi a acului, pe lungimea corespunzătoare porţiunii de diametru mare. Astfel, jocul cuplului pulverizator-ac pe această porţiune este de cca. 1,5…3m. Cu toate acestea, prin jocul respectiv au loc scăpări de combustibil. După ce asigură

137 din 375

ungerea suprafeţelor în contact, scăpările de combustibil sunt dirijate către racordul 11 prin orificiul axial practicat în şurubul 7 (fig.II.1.3.16).

Etanşarea în zona de aşezare a suprafeţelor plane ale pulverizatorului şi corpului injectorului se asigură prin prelucrarea acestora cu valori strânse ale abaterilor de formă (planeitate sub 1m) şi de la calitatea prelucrării suprafeţei (rugozitate sub 0,1m). Etanşarea pe suprafaţa de aşezare a capacului 10 se face cu ajutorul garniturii din cupru 12. O garnitură din cupru sau tablă de oţel se utilizează şi pentru fixarea tubulaturii de înaltă presiune în racordul 13.

De regulă, corpul injectorului se montează în chiulasă într-o poziţie univocă, deoarece orificiile pulverizatorului trebuie să orienteze jetul de combustibil după direcţii determinate de cerinţele procesului de formare a amestecului. Fixarea în locaşul din chiulasă se realizează după mai multe metode: prin intermediul unor flanşe şi prezoane; prin intermediul unor bride; prin înfiletare direct în chiulasă; prin înfiletare prin intermediul unei piuliţe speciale.

Pulverizatorul injectoarelor închise comportă două piese: corpul 2 şi acul 4 (fig.II.1.3.16). Vârful acului pulverizatorului poate fi:

a) conic;b) cu ştift.Când acul este prevăzut cu vârf conic, în

corpul pulverizatorului se prelucrează punga P, din care combustibilul este pulverizat prin unul sau mai multe orificii de pulverizare p (fig.II.1.3.17.a şi b). În cazul existenţei unui singur orificiu de pulverizare (fig.II.1.3.17.a), acesta se execută, de regulă, înclinat. Valorile optime ale diametrului şi unghiului de înclinare ale orificiului de pulverizare se stabilesc în concordanţă cu procedeul de formare a amestecului. Vârful pulverizatorului cu un singur orificiu se execută conic (fig.II.1.3.17.a). În cazul existenţei mai multor orificii de pulverizare (fig.II.1.3.17.b), vârful corpului pulverizatorului are formă de bulb, iar orificiile ase dispun echidistant pe suprafaţa laterală a unui con imaginar, numit con de pulverizare. Unghiul acestuia şi diametrul orificiilor constituie parametri care se optimizează cu ocazia stabilirii soluţiei energetice a MAC-ului. De asemenea, se optimizează şi lungimea orificiilor, parametru care influenţează penetraţia jetului de combustibil.

Când acul este prevăzut cu ştift, în corpul pulverizatorului se execută un singur orificiu de pulverizare dispus central (fig.II.1.3.17.c şi d). Dacă ştiftul este cilindric, rolul lui principal este de a curăţi orificiul de pulverizare de depunerile carbonoase (fig.II.1.3.17.e). Dacă ştiftul este tronconic (fig.II.1.3.17.c) sau dublu tronconic (fig.II.1.3.17.d), la acţiunea de autocurăţire se adaugă şi efectul de dispersie a jetului (particulele de combustibil se lovesc de ultima suprafaţă conică a ştiftului, formând o pânză conică.

Secţiunea de curgere variază proporţional cu înălţimea de ridicare a acului. În cazul pulverizatoarelor cu ştift, secţiunea de curgere creşte lent la începutul ridicării acului, datorită prezenţei ştiftului conic sau dublu tronconic. Ca urmare, la începutul injecţiei se introduce o fracţiune mică din doza pe ciclu, doza principală introducându-se ulterior. Această particularitate este convenabilă pentru limitarea mersului brutal al motorului.

În acelaşi scop se utilizează şi pulverizatoarele denumite Pinteaux (fig.II.1.3.17.e), care permit realizarea injecţiei pilot de combustibil. Acestea au prelucrat sub scaunul conic din corpul pulverizatorului un orificiu lateral, înclinat. Ştiftul cilindric formează cu orificiul principal de pulverizare un ajustaj cu joc foarte mic (cca. 0,003mm). La ridicarea acului, atâta timp cât porţiunea cilindrică a ştiftului (cea care formează ajustajul) nu deschide orificiul de pulverizare, combustibilul curge numai prin orificiul lateral, jetul fiind îndreptat către centrul camerei de ardere; se produce injecţia pilot. Ulterior, când acul deschide orificiul de pulverizare, se produce injecţia

138 din 375

dozei principale. Raportul dintre doza injectată prin orificiul lateral şi doza principală variază în funcţie de regimul de funcţionare al motorului. Injectoarele Pinteaux asigură pornirea uşoară a motorului; se utilizează pe motoare cu camere de ardere de mare turbulenţă.

La motoarele navale de puteri mari, se utilizează injectoare de combustibil greu care nu diferă esenţial de injectoarele de motorină. Datorită regimului termic mai ridicat al pulverizatorului, injectoarele de combustibil greu trebuie răcite. În acest sens, atât în corpul injectorului, cât şi în pulverizator se execută o canalizaţie suplimentară, în care circulă ulei sau apă. Se preferă apa (distilată sau tratată, pentru evitarea coroziunii şi a depunerilor) din motive de securitate. Circuitul de răcire al injectoarelor trebuie să fie independent de circuitul de răcire al motorului.

Corpul injectorului se execută din OLC de calitate pentru cementare sau de îmbunătăţire, semifabricatul obţinându-se prin forjare în matriţă. Suprafaţa de aşezare se carbonitrurează şi se căleşte pentru evitarea deformării şi asigurarea unei etanşări corespunzătoare.

Arcului injectorului i se impune o caracteristică precisă, fiind necesare tratamente de stabilizare care să-i asigure menţinerea calităţilor în timp.

La rândul lor, pulverizatoarele se execută din oţeluri speciale. Corpul pulverizatorului se împerechează cu acul, astfel încât jocul în porţiunea de etanşare să rezulte în limitele prescrise (1,5…3m). odată împerecheate, corpul şi acul pulverizatorului, devin ansamblu neinterschimbabil.

Concluzionând, injectoarele închise cu comandă hidraulică prezintă următoarele avantaje:a) injecţia începe la o presiune relativ mare, care poate fi reglată convenabil prin

modificarea tensiunii arcului;b) întrucât injecţia se termină la presiuni relativ mari, se elimină fenomenul de

picurare, fenomen ce duce la o ardere prelungită şi la cocsarea pulverizatoarelor;c) nu este necesar un dispozitiv special de comandă.

Aceste injectoare prezintă însă şi o serie de dezavantaje:a) construcţie mai complicată, cu piese în mişcare care fac posibilă apariţia

defecţiunilor şi reducerea duratei de funcţionare;b) din cauza şocului produs la închiderea acului, scaunul şi brâul de etanşare a acului

se uzează rapid;c) datorită presiunilor variabile ale combustibilului din camera pulverizatorului,

sistemul ac-arc poate intra in vibraţie;d) datorită dilatării şi contracţiei volumului de combustibil conţinut în pompa de

injecţie, conducta de înaltă presiune şi injector, doza de combustibil care poate fi injectată în cilindru este limitată.

Injectoarele prevăzute cu comandă mecanică sau electrică nu sunt aplicate la motoarele navale.

II.1.3.5. Filtrele de combustibil

Filtrele de combustibil sunt destinate, în principal, reţinerii impurităţilor solide existente în combustibilul care le traversează. Unele filtre sunt prevăzute şi cu posibilitatea separării şi sedimentării apei din combustibil. Se asigură astfel protecţia elementelor de mare precizie ale echipamentului de injecţie (elementul de refulare, supapa de refulare şi pulverizatorul) împotriva uzărilor şi a gripărilor premature.

Instalaţiile de alimentare cu combustibil ale MAC-urilor au în dotare unul sau mai multe filtre. După destinaţie, acestea se împart în:

a) filtre care asigură filtrarea prealabilă;b) filtre brute;c) filtre fine;d) filtre preventive.

139 din 375

Filtrarea prealabilă, realizată cu ajutorul sitei-filtru montate în gura de alimentare a tancului de combustibil; permite reţinerea impurităţilor solide mari, care ar putea pătrunde în tanc în timpul umplerii acestuia.

Filtrele brute asigură reţinerea impurităţilor solide cu dimensiuni de 50…150m, care, o dată ajunse în echipamentul de injecţie, pot produce blocarea pistonului-sertar, blocarea acului pulverizatorului sau obturaţia orificiilor de pulverizare. Se montează după pompa de alimentare. În cazul montării înaintea pompei de alimentare, filtrele trebuie să opună rezistenţă mică la trecerea combustibilului prin elementul filtrant; în acest fel se asigură cu uşurinţă debitul de combustibil solicitat de pompa de alimentare.

Filtrele fine reţin impurităţile solide care au dimensiuni sub 10m; se montează înaintea pompei de injecţie.

Filtrele preventive se montează la intrarea în injector pentru evitarea pătrunderii în pulverizator a impurităţilor solide de natura aşchiilor sau a ţundărului, desprinse de pe conducta de înaltă presiune în momentul racordării acesteia la pompa de injecţie şi injector. Aceste filtre asigură reţinerea particulelor cu dimensiuni de 40…100m, fiind realizate sub forma unor tije metalice care se montează în racordul injectorului.

II.1.3.5.1. Filtre brute

Constructiv, filtrele brute de combustibil se compun dintr-o carcasă metalică, în interiorul căreia se află elementul de filtrare, şi un capac, de asemenea metalic, în care sunt practicate orificiile de intrare şi ieşire a combustibilului. Asamblarea acestor elemente se realizează cu ajutorul unor şuruburi speciale, iar etanşarea se asigură cu garnituri din cauciuc.În figura II.1.3.18 se prezintă construcţia unui filtru brut de combustibil, cu element filtrant din sită de sârmă. Cilindrii 1 din sită de sârmă sunt montaţi coaxial în carcasa 2. Combustibilul pătrunde în filtru prin orificiul de intrare I, practicat în capacul 3. După ce trece prin sitele de sârmă, care reţin impurităţile solide, combustibilul este dirijat spre orificiul de ieşire e (practicat tot în capacul filtrului), prin spaţiile existente între cilindrii din sită de sârmă şi spaţiul central oferit de cilindrul cu diametrul cel mai mic. Acest traseu este impus şi de garniturile 5 şi 6 care obligă combustibilul să traverseze filtrul numai prin cilindrii din sită. Pentru asamblarea cilindrilor din sită, a carcasei şi a capacului filtrului se utilizează prezonul 4. Garnitura 7 asigură etanşarea dintre corpul şi capacul filtrului, strângerea ei realizându-se prin intermediul piuliţei 8 şi a carcasei 2. Concomitent, prin arcul 9 şi talerul 10, se asigură şi strângerea garniturilor interioare 5 şi 6. În figura II.1.3.18.b este prezentată o secţiune printr-un cilindru din sită de sârmă şi modul în care acesta este traversat de combustibil.

140 din 375

Elementul filtrant al filtrelor brute mai poate fi realizat şi din fire de sârmă, discuri cu interstiţii între ele, benzi, pâslă artificială, ţesătură de bumbac etc. Capacul filtrelor brute se execută din aliaje de aluminiu, prin turnare, iar carcasa se poate executa din aluminiu sau din tablă de oţel.

II.1.3.5.2. Filtrele fine

Construcţia filtrelor fine este similară cu cea a filtrelor brute. Suplimentar, capacul este prevăzut cu un dop de aerisire, iar în partea inferioară a carcasei se află un dop de golire care serveşte la eliminarea apei decantate în filtru.

Elementul filtrant se confecţionează din fire de bumbac, pâslă, vată de zgură, hârtie micronică etc. În cazul utilizării hârtiei micronice, modul de pliere a acesteia, pentru introducerea în carcasă, este diferit (fig.II.1.3.19). Prin modul de pliere se urmăreşte ca suprafaţa filtrantă închisă într-o carcasă de o anumită mărime să fie cât mai mare. Astfel, pentru o carcasă cilindrică cu dimensiunile D, d şi H, plierea hârtiei în formă de stea (fig.II.1.3.19.a) asigură suprafaţa de filtrare:

Sf = (D – d)HI [mm2], (II.1.3.8)

plierea în formă de armonică (burduf) (fig.II.1.3.19.b) asigură suprafaţa:

Sf = (D2 – d2) i/2 [mm2], (II.1.3.9)

iar plierea în formă de spirală (fig.II.1.3.19.c) asigură suprafaţa:

Sf = (D + d) HI [mm2], (II.1.3.10)

Suprafeţele filtrante mai mari rezultă în cazul plierii în formă de armonică şi al plierii în formă de spirală.

Înainte de pliere, hârtia de filtru se impregnează cu o soluţie de întărire care îi asigură rezistenţa corespunzătoare în condiţiile traversării ei de către combustibilul refulat de pompa de alimentare (cu debite şi presiuni mari). După pliere, hârtia se lipeşte de carcasa metalică cu ajutorul unui adeziv. Hârtia utilizată este tratată cu răşini. Se obţine astfel o porozitate controlată şi o bună rezistenţă la înmuiere în apă.

141 din 375

II.1.4 Principiile reglării automate a turaţiei. regulatoarele de turaţie. principii de funcţionare, tipuri constructive

II.1.4.1 Reglarea automată a turaţiei

Reglarea automată a turaţiei m.a.i. are următoarele scopuri:a) micşorarea variaţiilor turaţiei (până la valori admisibile), la variaţia sarcinii

motorului;b) asigurarea unei funcţionări stabile a motorului la regimuri care, într-opoziţie fixă a

echipamentului de reglare, ar fi fost instabile (exemplu, mersul în gol);c) limitarea turaţiei maxime a motorului.

În acest scop, se utilizează regulatoare de turaţie mecanice, hidraulice, pneumatice sau combinaţii ale acestora.

II.1.4.2 Regulatoare mecanice

Regulatoarele mecanice utilizează pentru reglare forţa centrifugă a unor mase aflate în mişcare de rotaţie. Ecuaţia de mişcare este

J =Mm - Mr ( II.1.4.1.)

unde: J reprezintă momentul de inerţie al maselor în mişcare, redus la axa arborelui cotit; Mm – momentul de intrare în regulator (momentul motor, proporţional cu cantitatea de combustibil introdusă în cilindri); Mr - momentul de ieşire (momentul rezistent). Dezechilibrul dinamic dintre Mm şi Mr antrenează variaţia turaţiei n (se obţine semnalul n ), respectiv al vitezei unghiulare . Pentru a reveni la starea iniţială, trebuie modificat Mm prin modificarea cantităţii de combustibil introdus în cilindri ; în acest scop, se modifică poziţia cremalierei pompei de injecţie (se obţine semnalul l). Semnalul n este semnalul de intrare (semnal de abatere) în regulator, iar semnalul l este semnalul de ieşire (semnal de comandă) din regulator.

Modul în care semnalul n este automat transformat în semnalul l (reglarea turaţiei), cu ajutorul unui regulator centrifugal, este reprezentat în fig. II.1.4.1.

Eficienţa regulatorului centrifugal se apreciază prin gradul de neregularitate şi prin gradul de insensibilitate , care sunt cei mai importanţi indicatori dinamici ai regulatorului.

Valorile acestor parametri se pot determina cu ajutorul relaţiilor

’ = (II.1.4.2.)

= , (II.1.4.3.)

în care: 1 şi 2 reprezintă vitezele minimă şi respectiv maximă ale maselor regulatorului, care corespund unor caracteristici date; m – viteza unghiulară medie, definită prin expresia:

m = [s-1] (II.1.4.4.)

142 din 375

Indicatorii dinamici ai regulatorului, care apar în perioada regimurilor tranzitorii (fig.II.1.4.2.), se aleg astfel încât construcţia regulatorului să nu fie prea complicată, iar preţul de cost cât mai redus.

Principalele prescripţii pentru reglarea automată a turaţiei sunt următoarele:a) oscilaţiile turaţiei în regim stabilizat n nu trebuie să depăşească 0,005nn;b) abaterea instantanee maximă (abaterea maximă stabilită) n sau n, la aplicarea sau

anularea bruscă a sarcinii, nu trebuie să depăşească nn; c) durata procesului de reglare (perioada de stabilizare) 1-2 sau 3-4, la aplicarea sau

anularea bruscă a sarcinii, nu trebuie să depăşească cca. 5sec.În funcţie de modul în care sunt îndeplinite rolurile funcţionale, regulatoarele de turaţie pot

fi:a) pentru un singur regim de funcţionare;b) pentru două regimuri de funcţionare;c) pentru toate regimurile de funcţionare.

Regulatoarele pentru un singur regim

Regulatoarele de turaţie pentru un singur regim de funcţionare realizează numai limitarea turaţiei maxime. Ele acţionează asupra cremalierei pompei de injecţie şi sunt folosite la motoarele cu funcţionare permanentă la acelaşi regim de turaţie (de exemplu, motoarele auxiliare).

Schema de principiu a acestor regulatoare este reprezentată în fig.II.1.4.3. . Pe axul 1, antrenat în mişcare de rotaţie de arborele cotit sau de arborele pompei de injecţie, este fixată pârghia 8 care se roteşte o dată cu axul. Pe pârghia 8 sunt articulate pârghiile cotite 3. Acestea au fixate la unul din capete masele (greutăţile) 2, iar cu celălalt capăt se sprijină pe manşonul 4. La celălalt capăt al manşonului se află pârghia 5, articulată, la rândul ei, cu cremaliera 6 a pompei de injecţie. Momentul de intrare în funcţiune a regulatorului este determinat de condiţia ca forţa produsă de masele în mişcare de rotaţie asupra manşonului să fie mai mare decât forţa de tensiune a arcurilor 7. Astfel, creşterea turaţiei motorului (+n) determină creşterea forţei centrifuge a maselor care se îndepărtează de manşon. Ca urmare, prin intermediul pârghiilor cotite, manşonul este deplasat spre stânga, modificând poziţia cremalierei în sensul micşorări cantităţii de combustibil injectat (- n). Se asigură astfel revenirea la turaţia nominală.

În limite restrânse, turaţia controlată poate fi reglată pe următoarele căi:

143 din 375

a) modificarea lungimii unuia dintre tiranţi (fig.II.1.4.3.a)b) modificarea poziţiei de echilibru a întregului sistem prin intermediul unei

pârghii (fig.II.1.4.3.b) sau a unui arc suplimentar (fig.II.1.4.3.c)

Regulatoarele pentru două regimuri

Regulatorul de turaţie pentru două regimuri de funcţionare asigură limitarea turaţiei nominale şi stabilitatea turaţiei minime de mers în gol. Se pot utiliza la motoarele principale cuplate cu elice cu pas variabil.

În figura II.1.4.4. este prezentată schema de principiu a regulatorului pentru două regimuri. Elementele active, prin intermediul cărora se realizează reglarea turaţiei, sunt constituite de masele 6,7 şi 8, ce le leagă cu cremaliera pompei de injecţie 9. Geometria interioară a maselor permite montarea setului de arcuri elicoidale 4 şi 5 şi deplasarea radială în lungul tijelor 10. Arcul 5, cu rigiditate scăzută se sprijină cu unul din capete pe masa exterioară 2 şi cu celălalt capăt pe discul 12, Arcul 4, cu rigiditate mare, se sprijină cu un capăt pe acelaşi disc 12, iar cu celălalt capăt pe masa interioară 3. Pârghiile cotite 6 sunt articulate cu unul dintre capete pe masele 2, iar cu celălalt capăt acţionează manşonul 13, fixat pe tija 7. Pârghiile cotite pot oscila în jurul axelor A.Prin intermediul pârghiei 8, elementele active acţionează asupra cremalierei 9 a pompei de

injecţie. Pârghia de comandă 11 asigură modificarea în limite restrânse a turaţiilor controlate.În timpul funcţionări, la regimul de mers în gol, variaţiile de turaţie sunt sesizate de masele

exterioare 2 şi de arcul de rigiditate mică 5, acţionându-se în sensul modificării debitului de combustibil. La regimul nominal, masele exterioare 2 sunt aplicate pe cele interioare 3. Variaţiile de turaţie sunt sesizate în această situaţie de către masele interioare 3 şi arcurile de rigiditate mare 4.

Regulatorul de turaţie pentru două regimuri se pot transforma în regulator pentru un singur regim, dacă se elimină din setul de arcuri al maselor centrifuge arcul cu rigiditate mică.

Regulatorul pentru toate regimurile

144 din 375

Pentru motoarele cu funcţionare îndelungată la regimuri parţiale (de exemplu, motoarele principale cuplate cu elice cu pas fix), în condiţiile unor sarcini care variază brusc, se utilizează regulatorul de turaţie pentru toate regimurile, care asigură stabilitatea turaţiei pentru orice regim de lucru al motorului.

Schema de principiu a acestui regulator este prevăzută în figura II.1.4.5. .Pe axul 1, antrenat de arborele pompei de injecţie sau de arborele cotit, este fixată pârghia 2, care se roteşte o dată cu axul. Pârghiile cotite 4 au fixate la unul din capete masele (greutăţile) 3, iar cu celălaltcapăt se sprijină pe manşonul 5, solitar cu tija 6. Prin intermediul pârghiei 7, sistemul poate acţiona asupra cremalierei 8 a pompei de injecţie. Arcul 9 se sprijină pe discul mobil 10. Tensiunea arcului este variabilă în raport cu poziţia manetei de comandă 11, deci regulatorul poate intra în funcţiune la orice turaţie.

Momentul de intrare în funcţiune a regulatorului este determinat de condiţia ca forţa produsă de masele în mişcare de rotaţie asupra manşonului să fie mai mare sau mai mică decât forţa de tensiune a arcului. Numai respectând această condiţie, manşonul se poate deplasa.

Pentru o poziţie dată a manetei de comandă, creşterea turaţiei (+n) determină creşterea forţei centrifuge a maselor, care acţionează prin pârghiile cotite asupra manşonului şi comprimă arcul. Aceasta face ca întregul sistem să se deplaseze în sensul micşorării debitului de combustibil injectat în cilindri (-l). Maneta de comandă asigură corelarea tensiunii arcului cu regimul de funcţionare a motorului.

II.1.4.3 Regulatoare hidraulice

Regulatoarele hidraulice îşi bazează funcţionarea pe principiul variaţiei presiunii unui lichid (de obicei, combustibil) refulat de o pompă rotativă (la mărimea sau micşorarea turaţiei acesteia) sau de către un amplificator hidraulic. Variaţiile de presiune pot fi utilizate pentru producerea forţei necesare deplasării cremalierei pompei de injecţie (figura II.1.4.6.).Aceste regulatoare prezintă câteva avantaje importante în comparaţie cu cele mecanice: siguranţă mare în funcţionare, stabilitate a reglării, durabilitate sporită şi grad ridicat de adaptabilitate la diverse tipuri de motoare.Regulatoarele de turaţie hidraulice au o largă utilizare în domeniul motoarelor diesel navale. În principal ele sunt formate dintr-un amplificator hidraulic, care acţionează asupra cremalierei pompei de injecţie şi un bloc centrifug, care acţionează amplificatorul hidraulic în conformitate cu necesităţile procesului de reglare sau cu valoarea prescrisă pentru turaţie.

145 din 375

II.1.4.4 Regulatoare pneumatice

La unele motoare rapide, de putere redusă, se utilizează regulatoare de turaţie pneumatice, ataşate pompei de injecţie. Aceste regulatoare sesizează variaţiile de presiune din colectorul de admisie al motorului, schema lor de principiu fiind prezentată în figura II.1.4.7. În situaţia creşterii turaţiei motorului, creşte şi depresiunea din

colectorul de admisie. Modificarea este sesizată de membrana regulatorului, de care este fixată cremaliera pompei de injecţie. Se acţionează astfel în sensul reducerii debitului de combustibil şi prin urmare, al revenirii turaţiei la valoarea prescrisă.

La acest tip de regulator, lipsa pieselor în mişcare cu viteze mari elimină defecţiunile sau dereglările produse de uzura pieselor respective, ceea ce conduce la simplificarea construcţiei şi la sporirea durabilităţii. De asemenea, regulatoarele pneumatice au un grad ridicat de adaptabilitate, iar gradul de neregularitate se modifică semnificativ în funcţie de turaţie.

II. 1. 5 Teoria procesului de ungere. instalaţia de ungere. sisteme de ungere, elemente componente (pompe, filtre, răcitoare, tancuri ş.a.)

II.1.5.1 Teoria procesului de ungere

Durabilitatea şi economicitatea m.a.i. depind în mare măsură de calitatea şi eficienţa sistemului de ungere, de calitatea materialelor suprafeţelor în frecare şi de proprietăţile uleiului de ungere.

Stratul de ulei introdus între suprafeţele în frecare are ca scop:a) micşorarea lucrului mecanic consumat pentru învingerea forţelor de frecare;b) reducerea uzurii pieselor aflate în mişcare relativă;c) reducerea temperaturii pieselor în mişcare;d) mărirea etanşeităţii camerei de ardere;e) evacuarea impurităţilor pătrunse între suprafeţele în frecare.

Principalul tip de frecare întâlnită în motor este frecare de alunecare de toate felurile: uscată, lichidă ( vâscoasă şi limită), semiuscată şi semilichidă. Piesele motorului lucrează în condiţii extrem de variate: fusurile arborelui cotit şi ale arborelui de distribuţie au o micşorare de rotaţie etc. Presiunea de contact în lagăre este de circa 30 daN / cm2, iar între camă şi tachet este de ordinul miilor de daN/cm2 .

În sfârşit , temperatura unor piese ale motorului ajunge la sute de grade, iar a altora numai la câteva zeci de grade. Toate aceste aspecte ridică probleme deosebite pentru ungerea motorului, în condiţiile utilizării unui singur tip de ulei.

Procesul de lubrifiere se desfăşoară normal dacă:a) se alege raţional tipul de ulei folosit;b) uleiul se distribuie corespunzător în motor;

b1) consumul minim de lucru mecanic pentru deplasarea uleiului la locurile de ungere; b2) asigurarea unei dozări care să asigure un consum minim; b3) temperaturi adecvate ale pieselor motorului.

Uleiurile de ungere trebuie să asigure următoarele cerinţe:a) vâscozitate optimă, cu o variaţie redusă în raport cu temperatura;b) stabilitate chimică ridicată;c) acţiune eficientă împotriva uzurilor;d) temperatură de congelare redusă.

146 din 375

II.1.5.2 Clasificarea sistemelor de ungere

Instalaţia de ungere este destinată preluării, depozitării, transvazării, filtrării şi debitării uleiului pentru ungerea şi răcirea tuturor pieselor motorului care în timpul funcţionării, efectuează mişcări relative în scopul micşorării pierderilor mecanice prin frecare şi al reducerii uzurii.În unele cazuri, instalaţia de ungere, în afară de rolul ei principal, asigură şi răcirea pistoanelor, precum şi acţionarea unor mecanisme şi dispozitive de comandă şi reglare, la care uleiul sub presiune este folosit drept fluid de lucru. La motoarele navale supraalimentate, puternic solicitate, şi care sunt alimentate cu combustibil greu, creşterea durabilităţii şi economicităţii poate fi obţinută numai prin adoptarea unei instalaţii de ungere optime şi a sortului de ulei cu cele mai corespunzătoare însuşiri de ungere.

Instalaţiile de ungere folosesc următoarele sisteme de lubrifiere:a) forţată (sub presiune);b) gravitaţională;c) prin barbotare (stropire);d) mixtă.Sistemele de ungere gravitaţionale se realizează prin dispunerea rezervorului de ulei la un

nivel superior instalaţiei deservite. Se aplică însă numai la ungerea mecanismelor cu mişcare de rotaţie, solicitate moderat (lagărele radiale şi axiale ale turbinelor cu gaze şi cu vapori, ale turbosuflantelor şi reductoarelor).

Piesele puternic solicitate ale motoarelor nu pot fi unse nici prin barbotare (debit de ulei insuficient) şi de aceea, nici acest sistem nu este utilizat in domeniul m.a.i. Sunt utilizate sistemele de ungere forţată şi mixtă (o parte din piese sunt unse sub presiune, iar celelalte - cu solicitare redusă - prin barbotare).

Uleiul este introdus între suprafeţele pieselor în frecare la o presiune de circa 3…6 bar. Pentru ungerea cilindrilor m.a.c. în 2 timpi, de puteri mari, se foloseşte un subsistem de ungere separat, prin care se trimite uleiul cu proprietăţi‚ de neutralizate a reziduurilor datorate arderilor combustibilului greu, după efectuarea ungerii acest ulei trebuie recondiţionat.

În funcţie de locul de depozitare a uleiului de ungere, instalaţiile de ungere pot fi ; a) cu carter umed;b) cu carter uscat;

În cazul sistemului cu carter umed, uleiul este colectat si depozitat in carterul motorului, iar la sistemul cu carter uscat este colectat într-un rezervor de circulaţie amplasat, de regulă sub carterul motorului.

II.1.5.3 Instalaţia de ungere cu carter umed

Instalaţiile de ungere cu carter umed sunt folosite la motoarele de puteri mici şi mijlocii, cum sunt motoarele auxiliare au unele motoare de propulsie la navele de dimensiuni relativ reduse.

În figura II.1.5.1. este prezentată schema instalaţiei de ungere cu carter umed la care după efectuarea ungerii uleiul este colectat in carterul motorului (baia de ulei) 1. De aici uleiul este aspirat de pompa 2,

147 din 375

prin sorbul cu sită 3. Pompa de ungere este prevăzută cu supapa de siguranţă 4,care asigură evitarea suprapresiunii în circuit. Refularea uleiului se face prin filtrul 5 direct sau prin răcitorul de ulei 6, în funcţie de temperatura acestuia. Controlul temperaturii şi vehicularea uleiului prin sau pe lângă răcitor sunt realizate de către de valvula termoregulatoare (termostatul) 7. Filtrul de ulei este dotat de o supapă de scurtcircuitare (by-pass) 8, care permite trecerea uleiului spre magistrala principală (rampa de ungere) 9 atunci când uleiul este rece sau filtrul este înfundat. Este raţională plasarea răcitorului înaintea filtrului pentru ca acesta sa reţină şi eventualele impurităţi din răcitor.

Magistrala principală de ungere este constituită de regulă, din canalizaţia interioară a arborelui cotit. De aici uleiul ajunge la fiecare lagăr palier al arborelui cotit 10, asigurând ungerea fusurilor. Tot din magistrala principală se ia uleiul necesar ungerii lagărelor arborelui de distribuţie 11, pompei de injecţie 12 şi turbosuflantei 13. Prin canalele executate in braţele arborelui cotit uleiul ajunge la lagărele de bielă, asigurând ungerea fusurilor maneton. De aici, uleiul trece prin canalul interior al bielei, ajunge la bolţul pistonului după care se scurge pe mantaua pistonului şi pe cilindru, ajungând din nou în carter. Uleiul care scapă prin părţile laterale ale lagărelor de bielă, fiind centrifugat prin rotirea arborelui cotit, ajunge şi pe suprafeţele inferioare ale cilindrilor, realizându-se astfel ungerea prin barbotare a acestor zone.

Instalaţia este prevăzută cu pompa de preungere 14(manuală sau electrică), care asigură realizarea presiunii de ungere înainte de lansarea motorului şi după oprirea acestuia, în timpul virării. Temperatura uleiului este măsurată cu ajutorul termometrelor 16 şi 18 care asigură supravegherea căderii de temperatură în răcitor. Presiunea uleiului de ungere este măsurată la ieşirea şi intrarea din/în motor cu ajutorul manometrelor 15 şi 17 presiunea la intrare măsurându-se la nivelul ultimului lagăr palier al arborelui cotit.

Măsurarea nivelului de ulei în baie se realizează cu ajutorul tijei (jojei) 19 montat în conducta 20. Prin această conductă se poate realiza completarea nivelului de ulei. La motoarele de puteri mai mari, în acest scop, este utilizat un subsistem special, comun pentru toate motoarele auxiliare ale navei. Subsistemul este dotat cu tancul de depozitare 21 în care uleiul este introdus printr-o priză de punte şi filtrul grosier 22. Cu ajutorul pompei 23 se poate realiza atât trimiterea uleiului din tanc în carterul motorului, pentru completare, cât şi aspirarea uleiului din carter şi refularea în exteriorul sistemului. Manevrele se execută cu ajutorul valvulelor cu trei căi 24 şi a valvulelor 25.

II.1.5.4 Instalaţia de ungere cu carter uscat

La motoarele navale de puteri mari se utilizează instalaţii de ungere cu carter uscat. În figura II.1.5.2. este prevăzută schema unui sistem de ungere la care uleiul este colectat într-un tanc separat 2, denumit tanc de serviciu sau de circulaţie. Din tancul de serviciu 2, prin intermediul unuia dintre filtrele 3, uleiul este aspirat de către una dintre pompele 4. În funcţie de temperatura uleiului, acesta este refulat spre filtru principal 6, direct sau prin intermediul unuia dintre schimbătoarele de căldură (răcitoare de ulei) 5. Circuitul este realizat automat de către valvula termoregulatoare 20, asigurându-se astfel o temperatură aproximativ constantă a uleiului de ungere. Din filtrul 6, uleiul

148 din 375

trece prin tancul de nivel 8, unul din cele două filtre fine 9 şi prin filtrul magnetic 10, ajungând în colectorul 11. Tancul de nivel 8 asigură posibilitatea verificării cantităţii de ulei existente în instalaţie.

Din colectorul 11, uleiul ajunge la fiecare fus palier al arborelui cotit; după ungerea palierului, prin orificiile practicate în arborele cotit, uleiul ajunge la lagărul de bielă. La motoarele în doi timpi, cu cap de cruce, prin canalele executate în bielă, uleiul ajunge la lagărele şi la patinele capului de cruce, realizând ungerea acestora. Tot prin capul de cruce, poate fi trimis şi lichidul de răcire a capului pistonului. După efectuarea ungeri, uleiul ajunge din nou în tancul de serviciu 2, după care circuitul este reluat. Trecerea uleiului din carterul motorului în tanc se poate realiza gravitaţional(prin plasarea tancului la un nivel inferior motorului) sau forţat, cu ajutorul uneia sau mai multe pompe de extracţie. În vederea eliminării impurităţilor şi a apei din ulei, se prevede grupul de separatoare 12 şi filtrul termochimic 7. Uleiul este introdus în instalaţie prin priza de punte prevăzută cu filtrul grosier 13 şi este păstrat în tancul de depozitare 14. De aici, cu pompa de transfer 15, uleiul este trimis în instalaţia propriu-zisă.

Uleiul impurificat sau uzat este colectat în tancul 16. Colectarea uleiului se realizează directe la motor, de la purjele filtrelor fine şi de la răcitoarele de ulei. Instalaţia este prevăzută cu manovacuumetrele 17, manometrele diferenţiale 18 şi termometrele 19.

II.1.5.5 Componentele instalaţiei de ungere

Pompele de ungere

În instalaţiile de ungere se folosesc pompe cu roţi dinţate şi pompe cu şurub. Aceste pompe prezintă avantajul construcţiei simple, al siguranţei mari în funcţionare şi al debitări uniforme a uleiului.

După rolul îndeplinit, se folosesc:a) pompe de transfer b) pompe de circulaţiec) pompe de preungered) pompe de extracţiee) pompe de introducere a uleiului sub presiune.

Primele patru tipuri de pompe sunt cu roţi dinţate (la motoarele de puteri mici şi mijlocii) sau cu şurub (la motoarele de mare putere). Pompele sunt prevăzute cu supape de trecere care asigură reglarea regimului de lucru în funcţie de regimul de funcţionare al motorului. Caracteristicile constructiv-funcţionale ale acestor tipuri de pompe au fost prezentate în cap.II.1.3.2.Cel de-al cincilea tip de pompă este caracteristic motoarelor navale lente, în 2 timpi, alimentate cu combustibil

greu.La aceste motoare, ungerea cilindrilor se realizează cu ajutorul unui subsistem special,

folosind pompe individuale de ungere (fig.II.1.5.3.). Uleiul este introdus între suprafeţele pistonului şi cilindrului prin intermediul unor prize de ungere, prevăzute cu ventile de reţinere.Numărul prizelor de ungere depinde de alezaj: 3 prize pentru D < 700 mm sau 4-8 prize pentru D ≥ 700 mm. Fiecare priză de ungere este alimentată de către o pompă cu piston care asigură introducerea uleiului doar în perioada în care pistonul se află în dreptul prizei (zona pmi). Debitele

149 din 375

pompelor de transfer se determină în funcţie de volumele tancurilor de ulei şi de duratele de timp necesare vehiculării, în timp de debitul pompelor de circulaţie este stabilit in funcţie de debitul de căldură necesar a fi preluat de uleiul de ungere. În acest al doilea caz, trebuie ţinut seama de faptul că la unele instalaţii, o parte din debitul de ulei (cca. 5....15%) trece prin filtru fin în carterul motorului, de asemenea o parte din debitul de ulei este utilizat pentru acţionarea elementelor de comandă şi reglare.

În cazul instalaţiilor de ungere cu carter uscat la care tancul de colectare a uleiului nu este dispus sub motor, se prevede şi o pompă de extracţie. Debitul acesteia se adoptă de 2,0.....2,5 ori mai mare decât cel al pompei de circulaţie, însă la o presiune mai scăzută (cca. 1,0....1,5 bar). La instalaţiile de ungere ale motoarelor de puteri reduse, nu este prevăzută o pompă de rezervă de ungere; pentru preungere motorului, înainte de lansare, se utilizează o pompă manuală sau o electropompă cu debite relativ reduse.

Filtrele de ulei

La instalaţiile de ungere, ca şi la cele de alimentare cu combustibil, se utilizează filtre grosiere amplasate la prizele de introducere a uleiului în instalaţie (înaintea pompei de transfer) şi filtre fine pe magistrala de ulei(înaintea răcitoarelor de ulei).Din punct de vedere constructiv, nu există deosebiri esenţiale între filtrele de ulei şi cele de combustibil, caracteristicile constructiv-funcţionale ale acestora fiind prezentate în cadrul cap.II.1.3.3. Totuşi prin filtrul fin de ungere trece un debit de ulei de 50.. 100 ori mai mare ( 10..25 kg / kwh ) decât cel corespunzător instalaţiei de combustibil. Prin urmare este necesară fie mărirea importantă a dimensiunilor filtrului fie scăderea fineţei de filtrare, cea de-a doua soluţie fiind cea

mai des întâlnită, se asigură reţinerea impurităţilor cu dimensiuni mai mari de 0,01 mm.

În succesiune cu filtrul fin sau înglobat în aceasta se dispune şi un filtru magnetic sau electromagnetic care reţine impurităţile metalice cu dimensiuni inferioare celor reţinute de către filtrul fin.

La motoarele de puteri medii şi turaţii ridicate, pentru curăţarea uleiului de impurităţi cu dimensiuni mai mici de0,1 mm, se instalează încă un filtru volumic sau centrifugal, prin care în timpul funcţionării motorului, trece circa 5-15 % din debitul de ulei al instalaţiei de ungere, după trecerea prin filtru uleiul revine in carter sau în tancul de circulaţie. În acest fel, întreaga cantitate de ulei de ungere trece prin acest filtru la fiecare 7-20 de cicluri de circulaţie, asigurându-se

reţinerea impurităţilor cu dimensiuni mai mari sau egale de 3-5µm. În fig.II.1.5.4. este prezentată configuraţia unui filtru fin de ulei cu autocurăţire pneumatică, în timp ce figura II.1.5.5. reprezintă principiul constructiv al unui filtru centrifugal de ulei.

150 din 375

Separatoare de ulei

Pentru motoarele navale de puteri medii şi mari, curăţarea fină a uleiului este realizată prin procesul de separaţie, folosind în acest scop separatoare centrifugale de acelaşi tip cu cele utilizate prin separarea impurităţilor din combustibil. Prin separare se pot elimina din ulei apa şi corpurile solide ale căror dimensiuni sunt egale sau mai mari de 3…5 µm. În mod obişnuit ,separatoarele de ulei sunt racordate la tancul de serviciu 2, dar pot fi prevăzute şi conexiuni cu tancul de depozitare 14 (fig.II.1.5.2.)

În funcţie de volumul de ulei ce urmează a fii separat, se utilizează unul sau doua separatoare. Dacă se instalează un singur separator, atunci nava este dotată cu un separator de rezervă sau există posibilitatea folosirii ca rezervă a separatorului de combustibil în cel de-al doilea caz se iau măsuri de prevenire a amestecării uleiului cu combustibil.

Răcitoare de ulei

Răcirea uleiului se realizează cu schimbătoare de căldură prin suprafaţă, schimbul de căldură fiind realizat cel mai adesea prin ţevi (fig.II.1.5.6.) Răcitoarele cu plăci au o utilizare mult mai restrânsă, în special la instalaţiile de ungere la care se im pun limitări severe ale masei si gabaritului. Acest lucru este datorat construcţiei mai complicate cu o siguranţă şi o durată mai mică de funcţionare.

La răcitoarele cu ţevi, uleiul circulă prin exteriorul ţevilor, iar apa de răcire prin interiorul acestora. Pentru evitarea pătrunderii apei in ulei presiunea de circulaţie a uleiului este mai mare decât cea a apei. La ieşirea din răcitor este prevăzut un indicator care poate semnaliza prezenţa apei in ulei.

Prin construcţia schimbătorului de căldură se urmăreşte mărirea traseului parcurs de uleiul de ungere şi prin aceasta intensificarea schimbului de căldură. Ţevile răcitorului pot fi drepte (fig.II.1.5.6. a, b, c) sau in formă de U (fig.II.1.5.6.d) Răcitoarele cu ţevi drepte prezintă avantajul

151 din 375

că pot fi uşor curăţate cu mijloace mecanice, având efecte favorabile asupra schimbului de căldură. Din cauza dilatării liniare a ţevilor, cele doua placi tubulare ”plate” în care sunt fixate la capete ţevile răcitorului, nu oferă o etanşare sigură, de lungă durată. Pentru a se evita acest aspect, una din plăcile de fixare este liberă, putându-se deplasa axial în interiorul răcitorului (fig.II.1.5.6.c). Acest aspect dezavantajat este eliminat în cazul ţevilor în formă U (fig.II.1.5.6.d), dar preţul lor de cost este mai ridicat, iar curăţirea ţevilor mai dificilă.

Tancurile de ulei

În funcţie de tipul şi poziţia motorului de schema instalaţiei de ungere şi de dimensiunile compartimentului maşini, numărul tancurilor de circulaţie este diferit. La motoarele principale instalate pe navele maritime, tancul de circulaţie se dispune în dublu fund, cu coferdamuri separate faţă de tancurile de combustibil, de tancurile de apă şi de fundul navei. În anumite situaţii, sunt prevăzute două tancuri de circulaţie, de volume egale, ceea ce permite reducerea volumului necesar tancului pentru ulei de rezervă şi eliminarea tancului pentru separarea uleiului. De asemenea, în situaţia utilizări a două tancurile circulaţie, ele pot să nu mai fie izolate de fundul navei. Volumul de ulei din fiecare tanc asigură funcţionarea normală a motorului. Fundul tancurilor de circulaţie se execută înclinat spre pupa navei, acolo unde se aglomerează sedimentele şi impurităţile, care sunt eliminate periodic din tancuri.

Acolo unde nu este posibilă amplasarea tancului de circulaţie în dublul fund, el poate fi montat în compartimentul maşini, astfel încât să se asigure trasee cât mai scurte ale tubulaturilor de ulei.

Tancul de ulei separat este prevăzut la instalaţiile la care este posibilă separarea centrifugală a uleiului la intervale de timp, aşa cum este cazul motoarelor auxiliare. Volumul acestui tanc trebuie să asigure depozitarea întregii cantităţi de ulei din instalaţie de ungere deservită. La motoarele principale, de regulă nu sunt prevăzute astfel de tancuri, întrucât separarea uleiului se realizează direct în tancul (tancurile)de circulaţie. Tancul pentru ulei separat se instalează în afara dublului fund.

Volumul total al tancurilor de ulei de rezervă trebuie să asigure, conform regulilor registrelor de clasificare, completarea uleiului din instalaţia de ungere, astfel încât să fie asigurată

funcţionarea în deplină siguranţă a motorului. Volumul acestor tancuri depinde de tipul motoarelor şi al instalaţiilor de ungere, de numărul tancurilor de circulaţie şi de autonomia navei. Rezervoarele de ulei de rezervă se instalează în compartimentul maşini pentru fiecare sort de ulei, în afara dublului fund.

Uleiul uzat, care a fost folosit la motoarele principale sau auxiliare, precum şi la celelalte mecanisme şi agregate ale navei, se colectează în tancuri speciale, pe sorturi de ulei. Volumul acestor tancuri trebuie să asigure colectarea întregi cantităţi de ulei din fiecare sort utilizat la bord.

Toate tancurile sunt prevăzute cu orificii de umplere şi golire, cu aerisire şi cu sisteme de indicare a nivelului din tanc.

Aparatele de măsură şi control

152 din 375

La instalaţiile de ungere sunt prevăzute aparate pentru măsurarea temperaturii şi presiuni uleiului. Manometrele sunt dispuse în amonte şi aval faţă de filtre, la refularea pompei de circulaţie şi pe magistrala prin care uleiul pătrunde în motor, în cel mai îndepărtat loc posibil. Diferenţa de presiune dintre intrare şi ieşire uleiului în /din filtru oferă indicaţii referitoare la gradul de îmbâcsire a filtrului şi la eventuala necesitate a curăţiri acestuia.

Pentru protecţia împotriva lipsei de ulei din instalaţia de ungere(una din cele mai grave avarii posibile în funcţionarea unui motor), motoarele navale sunt prevăzute cu dispozitive de protecţie. Acestea întrerup alimentarea cu combustibil a motorului în situaţia în care presiunea uleiului de ungere scade sub valoarea minimă admisibilă. Schema constructivă a unui dispozitiv hidraulic de protecţie a motorului împotriva absenţei uleiului de ungere este prezentată în figura II.1.5.7., în poziţie de staţionare. La lansarea motorului, în spaţiul A pătrunde aer comprimat, care deplasează bolţul B şi pistonul C. Prin urmare, tija D a dispozitivului roteşte pârghia P care la rândul ei, deblochează pompele de injecţie asigurând condiţiile de lansare a motorului. După pornirea motorului şi intrarea în funcţiune a instalaţiei de ungere, uleiul pătrunde în cilindrul d, menţinând pistonul C, tija D şi pârghia P în poziţia de funcţionare. În situaţia în care presiunea uleiului de ungere scade sub o anumită limită, arcurile R deplasează pistonul C în sens invers, rotind pârghia P în sensul întreruperi alimentării cu combustibil şi, deci, al opriri motorului.

Ca elemente de măsură şi control mai sunt utilizate: traductoare de presiune pentru realizarea curăţirii automate a filtrelor de ulei, relee de nivel pentru pornire/oprirea pompelor de transfer al uleiului, sisteme de semnalizare etc.

II.1.6 Instalaţia de răcire. Aspecte funcţionale, sisteme de răcire, elemente componente

II.1.6.1 Generalităţi privind răcirea

Gradul de răcire a cilindrilor, precum şi organizarea raţională a procesului de răcire influenţează sensibil performanţele dinamice, economice de durabilitate ale m.a.i. Contactul fluidului proaspăt cu pereţii calzi ai cilindrului micşorează gradul de umplere; în schimb o temperatură prea scăzută a pereţilor cilindrilor amplifică pierderile de căldură şi micşorează randamentul indicat. La m.a.c. o temperatură mai ridicată a pereţilor camerei de ardere uşurează autoaprinderea, iar motorul funcţionează mai “liniştit”, cu o economie sporită. La m.a.s., o temperatură prea ridicată a pereţilor favorizează apariţia diferitelor forme de ardere anormală.

Temperatura pieselor motorului influenţează, de asemenea, pierderile mecanice. Dacă nu se organizează raţional circuitul fluidului de răcire, pot apărea creşteri locale de temperatură care duc la fisuri în chiulasă şi blocul motor sau arderea unor piese, precum pistonul şi supapele. Atât la temperaturi înalte, cât şi joase, pelicula de ulei îşi pierde consistenţa: în primul caz datorită reducerii vâscozităţii, iar al doilea caz din cauza diluării uleiului cu fracţiunile grele din combustibil, condensate pe oglinda cilindrului. În ambele cazuri, se intensifică uzura pieselor prin frecare şi se reduce durabilitatea motorului.

Instalaţia de răcire reprezintă totalitatea agregatelor, aparatelor şi dispozitivelor care asigură evacuarea unei fracţiuni din căldura dezvoltată în cilindri prin arderea combustibilului. Sistemul de răcire utilizat se clasifică în funcţie de natura fluidului de răcire:

a) cu aer;b) cu apă.

şi după modul de vehiculare a acestuia în instalaţie:a) naturală;b) forţată.

În domeniul motoarelor navale, se utilizează în exclusivitate sistemul de răcire forţată, cu lichid. La rândul său poate fi:

a) cu circuit deschis (cu un singur circuit);b) cu mai multe circuite.

153 din 375

Sistemul de răcire cu circuit deschis foloseşte ca fluid de răcire apa din afara bordului. Utilizarea acestui sistem este limitată la navele fluviale de puteri mici, datorită acţiunii corozive a fluidului asupra pieselor motorului şi a diferenţelor mari de temperatură între piese şi fluid. Cea mai largă răspândire (aproape generală) o are sistemul cu unu sau mai multe circuite închise şi un circuit deschis. La acestea, fluidele din circuitele închise (apa,uleiul,combustibilul) sunt răcite, la rândul lor, în cadrul circuitului deschis de către apa din mediul în care navigă nava.

Larga utilizare a acestui sistem este datorată următoarelor avantaje:a) posibilitatea ca temperatura apei la intrarea în motor să fie menţinută în jurul a 65…

75C, ceea ce asigură obţinerea indicilor economici optimi ai motorului;b) răcirea uniformă a motorului, ca urmare a diferenţei de temperatură redusă între ieşirea

şi intrarea din/în motor a apei;c) posibilitatea preîncălzirii motorului la pornire;d) mărirea durabilităţii organelor răcite ale motorului, ca urmare a folosirii apei

desalinizate;e) posibilitatea realizării unui bloc motor comun pentru toţi cilindrii.Realizarea instalaţiilor de răcire ale m.a.i. trebuie sa asigure următoarele deziderate:a) menţinerea unei temperaturi aproximativ constante a apei în instalaţie;b) greutate şi gabarit reduse;c) consum redus de putere (cca. 10…13% din puterea dezvoltată de motor);d) simplitate constructivă;e) fiabilitate ridicată.

II.1.6.2 Instalaţia de răcire cu două circuite.

În cazul motoarelor navale de puteri mici şi mijlocii, se utilizează instalaţii de răcire alcătuite dintr-un circuit închis (care asigură răcirea motorului) şi un circuit deschis (care realizează răcirea apei din circuitul închis). În figura II1.6.1. este prezentată schema de principiu a unei asemenea instalaţii.

Circuitul apei prin motor se alege astfel încât el să nu se opună circulaţiei libere a lichidului. Aceasta constă în deplasarea lichidului de jos în sus deoarece, pe măsură ce se încălzeşte, apa de răcire îşi micşorează masa specifică şi se ridică spre partea superioară a circuitului. Totodată, alegerea sensului de circulaţie de sus în jos ar determina tensiuni termice ridicate, deoarece apa care ar intra în motor cu temperaturi reduse ar veni în contact cu zonele cele mai calde ale motorului.

În aceste condiţii, după efectuarea răcirii, apa iese din motor prin colectorul 4. De aici, apa din circuitul închis de răcire este aspirată de pompa de apă dulce 10, direct sau prin intermediul răcitorului de apă 11. Circuitul este realizat automat, în funcţie de temperatura apei de răcire, de către valvula termoregulatoare 12, asigurându-se astfel o temperatură constantă a apei din circuitul închis. Apa refulată de pompa de răcire asigură

154 din 375

iniţial răcirea uleiului de ungere în schimbătorul de căldură (răcitorul de ulei) 9, după care intră în motor, realizând răcirea pieselor sale mobile şi fixe.

În timpul funcţionării, în circuit se pot forma bule de vapori si aer din diverse cauze:a) şocuri ale coloanei de lichid;b) întreruperea coloanei de lichid în pompă; c) aspirarea aerului prin neetanşeităţi;d) vaporizarea datorită temperaturilor şi presiunilor ridicate.Formarea acestor pungi de vapori şi aer este periculoasă, deoarece ea conduce la formarea

unei zone calde în camera de ardere, precum şi la supraîncălziri locale, cu posibilitatea apariţiei fisurilor. Fenomenul este evitat prin sensul de circulaţie adoptat şi prin intermediul tancului de expansiune 1, prevăzut cu aerisirea 2 şi cu sticla de nivel 3. Prin amplasarea tancului la un nivel superior faţă de motor (la o diferenţă de înălţime de minim 0,5 m), se asigură eliminarea liberă în atmosferă a vaporilor şi a aerului din instalaţie. De asemenea, eventualele pierderi de lichid prin vaporizare sau neetanşeităţi sunt completate cu apă din tancul 1. Din acest motiv, tancul este frecvent denumit şi tanc de compensă.

Pentru răcirea apei din circuitul închis, este utilizat un circuit deschis de răcire în care apa de mare este aspirată de către pompa de apă sărată 8, prin intermediul prizei de bordaj 6 şi a filtrului 7. Apa de mare asigură iniţial răcirea aerului de supraalimentare în schimbătorul de căldură 5. În continuare, apa de mare preia căldura acumulată de fluidul de răcire din circuitul închis prin intermediul răcitorului de apă 11, după care este evacuată peste bord.

II.1.6.3 Instalaţia de răcire cu patru circuite.

La motoarele navale lente, de puteri ridicate, pe lângă circuitul deschis se utilizează mai multe circuite închise. O astfel de instalaţie este prezentată în figura II.1.6.2. Apa din mediul în care navighează nava intră în magistrala de apă de mare prin una din cele 2 prize şi prin filtrele 2. De aici, apa este aspirată cu una din cele două pompe3 ale circuitului deschis şi refulată prin răcitoarele de aer 4 şi de apă 5, 6 şi 7. Tot cu apă de mare este răcit şi uleiul de ungere, răcire care se realizează în schimbătorul de căldură 15 (există şi instalaţii în care răcirea uleiului se asigură de către apa din circuitul închis). După preluarea debitelor de căldură la cele cinci schimbătore, apa din circuitul deschis este evacuată peste bord prin intermediul valvulelor de sens unic 8.

Pentru răcirea pistoanelor este folosit un circuit închis, compus din tancul de expansiune 9, de unde apa desalinizată este aspirată de către una din pompele 10. În funcţie de temperatura apei, controlată de către valvula termoregulatoare 19, refularea se realizează direct către motor sau indirect, prin intermediul schimbătorului de căldură 5, unde este răcită.Apa ajunge astfel la pistoane, preia căldura de la acestea şi revine în tancul de expansiune 9 prin traseul 18.

Răcirea cilindrilor motorului se realizează, la rândul ei, prin intermediul unui circuit închis în care apa este vehiculată de către una din pompele 12. Ele aspiră apa care a efectuat răcirea prin traseul 21 şi o refulează spre valvula termoregulatoare 20. Aceasta reglează traseul în funcţie de temperatura apei: în cazul temperaturilor ridicate apa trece în răcitorul 6, micşorându-şi temperatura; în cazul temperaturilor scăzute, apa trece direct spre colectorul de la baza cilindrilor. De aici, apa intră în motor, realizează răcirea cilindrilor şi chiulaselor şi reintră în circuit prin traseul 21. Şi în acest caz, circuitul apei din motor se alegea astfel încât el să nu se opună circulaţiei libere a lichidului, respectiv sensul ascendent .

Prin intermediul tubulaturilor 16, se asigură eliminarea vaporilor şi a aerului din instalaţie. Gazele pot ajunge astfel în atmosferă prin tubulatura de aerisire a tancului de expansiune 11. Pierderile de lichid prin vaporizare sau neetanşeităţi sunt completate cu apa din tancul de expansiune (compensă) 11, prin traseul 22.

În sfârşit, în schema din figura II.1.6.2. este prezentat şi circuitul închis de răcire a pulverizatoarelor injectoarelor de combustibil. Acesta este format din tancul de expansiune 13, pompele 14 şi schimbătorul de căldură 7.

În timpul funcţionării motorului, una dintre pompe refulează lichidul de răcire prin răcitor spre pulverizatoare, după care, prin traseul 17, lichidul de răcire ajunge din nou în rezervorul 13.

155 din 375

Ca lichide de răcire, la motoarele în doi timpi de puteri mari, alimentate cu combustibil greu, se foloseşte apa distilată. La motoarele de puteri medii, în doi sau patru timpi, se foloseşte combustibil cu vâscozitate medie sau ulei din instalaţia de ungere a motorului.

La instalaţiile instalaţia prezentată motoarele auxiliare au instalaţii de răcire proprii. Există şi instalaţii având un singur circuit închis, atât pentru motorul principal, cât şi pentru motoarele

156 din 375

auxiliare. Şi în cazul instalaţiilor separate, există însă posibilitatea interconectării circuitelor. Astfel, prin intermediul valvulelor 23, se poate realiza legătura cu instalaţia de răcire a motoarelor auxiliare(pentru preîncălzirea motorului principal) sau cu instalaţiile mecanice de bord (santină, balast, incendiu etc.), în caz de avarie.

În situaţia în care tancul de expansiune comunică direct cu atmosfera, temperatura apei din circuit nu trebuie să depăşească 85-95ºC. Creşterea acestei temperaturi are ca efecte benefice asupra economicităţii şi durabilităţii motorului. Ca urmare, se adoptă în unele cazuri (la motoarele rapide, îndeosebi) soluţia menţinerii în tancul de expansiune a unei presiuni de circa 1.2 – 1,3 bar, ceea ce asigură posibilitatea creşterii temperaturii apei până la circa 1050C. Temperatura de fierbere, în asemenea condiţii poate fi determinată cu relaţia:

II.1.6.1.Diferenţa de temperatură între ieşirea şi intrarea în motor nu trebuie să depăşească 10–150C.

În sfârşit, lichidele de răcire utilizate în circuitele închise trebuie să posede următoarele proprietăţi:a) punct de îngheţare redus;b) temperatură de fierbere ridicată;c) dependenţă redusă a vâscozităţii faţă de temperatură;d) stabilitate fizico-chimică;e) proprietăţi anticorosive bune;f) căldură specifică.Circuitelor instalaţiei de răcire trebuie să li se asigure o etanşeitate perfectă. În acest scop,

îmbinarea conductelor se realizează elastic, pentru preluarea deformaţiilor termice, a vibraţiilor şi şocurilor (se utilizează îmbinării din cauciuc şi coliere de strângere). De asemenea, etanşarea rotoarelor pompelor se realizează prin intermediul unor dispozitive speciale.

II.1.6.4 Componentele instalaţiei de răcire

Pompele de răcire

În instalaţiile de răcire cu apă se folosesc pompe centrifuge, caracterizate printr-un randament relativ ridicat, o siguranţă şi o durată mari de serviciu, masă şi gabarit reduse, construcţie şi exploatare simple. Prin plasarea acestor pompe la nivelul inferior al circuitului pe care îl deservesc, este asigurată şi autoamorsarea lor. Mai mult după oprirea motorului, pompele de acest tip nu obturează legătura dintre aspiraţie şi refulare. Drept urmare, se asigură circulaţia liberă a fluidului de răcire în motor (aşa-numitul efect de termosifon), rezultând continuarea procesului de răcire a pieselor motorului şi o uniformizare a temperaturilor.

În conformitate cu caracteristicile funcţionale ale pompelor centrifuge, debitul acestora variază direct proporţional cu turaţia. Dacă antrenarea pompei se realizează de către motor, atunci la turaţii reduse debitul de apă refulat de pompă poate fi insuficient şi motorul se poate supraîncălzi. Rezultă astfel necesitatea alegerii unui coeficient de majorare a debitului pentru

pompele antrenate de motor. În cazul antrenării electrice a pompei de răcire, debitul se menţine aproximativ constant. De această dată, la sarcini reduse ale motorului, debitul de apă devine exagerat de mare, cu un consum specific de energie ridicat. Din această cauză, este raţional ca debitul de apă vehiculat de pompa de răcire să corespundă regimului de funcţionare al

157 din 375

motorului. Antrenarea de către motor a pompelor de răcire este specifică motoarelor rapide şi semirapide, în timp ce la motoarele lente, de puteri mari, se referă antrenarea electrică a acestora.

Antrenarea electrică este caracterizată printr-o siguranţă ridicată în funcţionare, prin posibilitatea utilizării pompei în mai multe circuite, precum şi prin posibilitatea trecerii rapide la funcţionarea cu pompa de rezervă. Există, de asemenea, posibilitatea unei mai bune amplasări a componentelor instalaţiei de răcire în compartimentul maşini. Printre neajunsurile acestui sistem de acţionare se numără dependenţa funcţionării lor de alimentarea cu energie electrică, precum şi un consum specific de energie mai mare.

În figura II.1.6.3. este prezentată schema constructivă şi componenţa unei pompe centrifuge.

La unele motoare navale, puteri relativ reduse, se folosesc pompe cu piston, care au autoamorsare şi un randament superior, comparativ cu cel al pompelor centrifuge.

În mod obişnuit, se utilizează două pompe cu piston, dintre care una este destinată vehiculării apei din instalaţia de răcire, iar cealaltă este folosită ca pompă de santină, precum şi

ca pompă de rezervă.În figura II.1.6.4. este prezentată schema unei pompe cu piston şi modul de antrenare a

acesteia de către motor.Precum a se asigura funcţionarea neîntreruptă a instalaţiei de răcire, atât pentru circuitul

exterior, cât şi pentru circuitul (circuitele) închis(e), este necesar să se prevadă câte două pompe de acelaşi debit. Această prevedere este ilustrată în schema instalaţiei de răcire din figura II.1.6.2.

Pompele de apă dulce au un debit de 45…60 l/kWh, în timp ce pompele din circuitul deschis de răcire asigură debite de 60 …75 l/kWh. Presiunea de refulare, pentru ambele categorii de pompe, în mod uzual este de 2…3 bar.

Răcitoarele de apă

În instalaţiile de răcire se utilizează schimbătoare de căldură de tipul prin suprafaţă, prin ţevi, asemănătoare cu cele prezentate în figura II.1.5.6. Şi în acest caz, utilizarea schimbătoarelor de căldură prin plăci este extrem de restrânsă.

Cuplarea în serie sau în paralel a răcitoarelor modifică rezistenţa hidraulică a instalaţiei, cu influenţe asupra caracteristicii de debit a pompei. Cuplarea în paralel asigură reducerea rezistenţei hidraulice şi creşterea corespunzătoare a debitului pompei. În cazul înserierii răcitoarelor, primul schimbător de căldură în care intră apa de mare trebuie să fie cel în care fluidul răcit are cea mai mică temperatură de lucru. În aceste situaţii, se recomandă succesiunea: răcitor de aer; răcitor de ulei; răcitor de apă. La motoarele de puteri ridicate (peste 9000kW), se dispun câte două răcitoare pentru fiecare circuit (fig. II.1.6.2.), ceea ce simplifică deservirea şi măreşte siguranţa în funcţionare.

Diferenţa de temperatură dintre intrarea şi ieşirea în/din răcitor a fluidului răcit este de 5…100C, în timp ce diferenţa de temperatură a apei de mare este de 7…150C. Pentru a realiza un transfer de căldură corespunzător este necesar ca temperatura apei de mare, la ieşirea din răcitor, să fie cu 10… 120C mai mică decât temperatura fluidului răcit, la ieşirea din schimbătorul de căldură.

158 din 375

Valvula termoregulatoare

Dispozitivele de reglare automată a temperaturii trebuie să asigure menţinerea regimului de temperatură a apei de răcire indiferent de regimul de funcţionare al motorului şi de condiţiile exterioare. Principalele prescripţii referitoare la reglarea temperaturii sunt:

a) variaţia de temperatură la trecerea de la un regim de funcţionare la altul nu trebuie să depăşească cu mai mult de 50C limitele zonei de neregularitate, pentru a preîntâmpina întreruperi în circulaţia apei, intensificarea depunerilor în spaţiile de răcire, răcirea excesivă a motorului etc.;

b) în condiţiile funcţionarii motorului la regim constant de sarcină şi turaţie, amplitudinea de variaţie a temperaturii apei de răcire nu trebuie să depăşească 1…20C;

c) durata de stabilizare a temperaturii fluidului de răcire, la variaţiile de sarcină şi turaţie, trebuie să fie mai mică.

Pentru menţinerea constantă a temperaturii apei de răcire sunt utilizate următoarele procedee:

a) procedeul de laminare: prin modificarea rezistenţei hidraulice a circuitului, regulatorul de temperatură modifică debitul pompei de apă şi, prin aceasta, menţine o valoare aproximativ constantă a temperaturii; procedeul este vechi şi corespunde reglării manuale a temperaturii;

b) procedeul de transvazare: prin motor se menţine un debit constant al apei de răcire, iar reglarea temperaturii se realizează prin traversarea unei fracţiuni din apa care iese din motor direct spre pompă, evitându-se schimbătorul de căldură;

c) procedeul de acţionare asupra mediului exterior de răcire: regulatorul reacţionează la variaţiile de temperatură ale apei din circuitul închis de răcire, modificând corespunzător debitul apei de răcire din circuitul deschis.

Cel de-al doilea procedeu este cel mai des utilizat întrucât el asigură funcţionarea în bune condiţii a instalaţiei de răcire şi diferenţe mai mici ale temperaturii fluidului de răcire, precum şi o viteză de reglare superioară.

În figura II.1.6.5. este ilustrat principiul de funcţionare al unei valvule termoregulatoare. Elementul sensibil (burduful) este umplut cu un lichid coeficient de dilatare ridicat şi, în funcţie de temperatura fluidului de răcire, se asigură circulaţia sa spre pompă (atunci când temperatura apei este ridicată) sau în ambele direcţii (în condiţiile unor valori moderate ale temperaturii).

Filtrele şi prizele de fund sau de bordaj

Pentru reţinerea corpurilor solide ar putea pătrunde împreună cu apa de mare în circuitul deschis al instalaţiei de răcire, între pompe şi prizele de fund şi/sau bordaj se intercalează filtrele de apă sărată (fig. II.1.6.6. şi fig. II.1.6.7.).

159 din 375

Pentru preluarea apei din afara bordului se prevăd cel puţin două prize, dintre care una este amplasată între bordul şi fundul navei, iar cea de-a doua pe fundul navei (fig. II1.6.7.). Prin valvulele 4, se introduce aer comprimat în casetele acestor prize pentru îndepărtarea impurităţilor de pe grătare, iar prin valvulele 5 se poate asigura deblocarea de gheaţă a acestor grătare cu ajutorul aburului sau al apei calde. Prin intermediul valvulei 3, se returnează în başa prizei de bord o parte din debitul de apă caldă, în scopul reducerii diferenţei de temperatură dintre apa de mare şi cea din circuitul închis de răcire. În sfârşit cu ajutorul valvulei 6, este asigurată posibilitatea îndepărtării din başele prizelor a reziduurilor petroliere care pot pătrunde în timpul staţionarii navei în bazinele portuare.

Tancurile de expansiune-compensă

Tancul de expansiune se instalează la un nivel care să depăşească cu 0,5…2 mm nivelul celui mai înalt punct al circuitului de răcire. Volumul tancului trebuie să fie situat în limitele 0,12…0,25l/kWh şi poate prezenta 10…20 % din volumul de lichid existent în instalaţie.

Aparatele de măsură şi control

Instalaţiile de răcire sunt prevăzute cu aparate de măsură şi control, precum şi cu elementele de reglare automată, în scopul asigurării unei funcţionări la parametri optimi atât propriilor componente, cât şi a motorului pe care îl echipează.

Astfel, temperatura apei de răcire este măsurată cu ajutorul termometrelor montate la intrarea în motor şi la ieşirea din fiecare chiulasă a acestuia. La m. a.c.-urile în 2 timpi, în circuitul de răcire a pistoanelor, sunt prevăzute termometre la intrarea şi la ieşirea lichidului de răcire de la fiecare piston. Sunt montate, de asemenea, termometre la intrările şi ieşirile schimbătoarelor de căldură aer-apă, ulei-apă, apă-apă.

Pentru măsurarea presiunii şi pentru determinarea rezistenţelor hidraulice din instalaţie, sunt prevăzute manometre montate la intrarea lichidului de răcire în diversele componente ale instalaţiei.

160 din 375

II.1.7 Instalaţia de lansare şi de inversare a sensului de marş.Aspecte funcţionale, sisteme de lansare şi inversare, elemente componente

II.1.7.1 Instalaţia de lansare

Noţiuni generale

Spre deosebire de alte maşini termice (maşina cu abur, turbina ), motoarele cu ardere internă nu pot porni singure, fiind necesară antrenarea lor iniţială în mişcare de rotaţie, cu ajutorul unei surse exterioare de energie. Abia la atingerea unei anumite turaţii, sunt create condiţiile necesare formării amestecului carburant, aprinderii şi arderii acestuia. Valoarea turaţiei la care se realizează pornirea motorului deprinde de modul în care se desfăşoară formarea amestecului şi arderea, respectiv de factorii care influenţează aceste procese :

a) regimul termic iniţial al motorului; b) temperatura mediului ambiant; c) arhitectura camerei de ardere; d) caracteristicile aparaturii de injecţie (aprindere), în special avansul la injecţie

(aprindere); e) proprietăţile combustibilului utilizat ; f) natura uleiului de ungere şi modul de lubrifiere al motorului ;In domeniul m.a.i. navale operaţiunea de pornire este cunoscută sub denumirea de lansare,

iar turaţia la care se realizează – turaţie minimă de lansare (nlansare).Există deosebiri esenţiale între pornirea m.a.s. şi cea a m.a.c.. La m.a.s-uri, condiţiile de

pornire pot fi mai uşor realizate datorită:a) formări externe a amestecului carburant;b) volatilitatea ridicată a combustibilului;c) asigurarea aprinderii cu ajutorul scânteii electrice.La m.a.c.-uri., formarea amestecului carburant este mai dificilă atât datorită volatilităţii

reduse a combustibilului cât şi a funcţionării deficitare a aparaturii de injecţie, ceea ce reduce considerabil fineţea pulverizării, penetraţia şi dispersarea jetului de combustibil.

De aceea, turaţia de pornire a m.a.c.-urilor este de circa 2 ori mai mare decât a m.a.s.-urilor ( la motoare cu aceeaşi turaţie nominală), reprezentând aproximativ 15 – 20 % din nnom. Turaţia minimă de pornire se realizează la o viteză medie a pistonului situată în domeniul 0,7 – 1 m/s.

După formarea energiei utilizate pentru pornire, se deosebesc următoarele procedee:a) pornirea pneumatică;b) pornirea electrică;c) pornirea inerţială;d) pornirea cu energie potenţială;e) pornirea pirotehnică;f) pornirea manuală.În domeniul motoarelor navale se utilizează numai primele două procedee, lansarea

pneumatică fiind realizată fie cu ajutorul unui demaror pneumatic, fie prin introducerea aerului şi destinderea acestuia în cilindri motorului.

Pornirea inerţială utilizează energia cinetică a unui volant în mişcare de rotaţie, pornirea cu energie potenţială utilizează energia unui act deformat, iar cea pirotehnică se bazează pe extinderea gazelor produse în cilindri prin explozia unor cartuşe. În cazul motoarelor de puteri mici (motocompresoare, motopompe, motoarele bărcilor de salvare) poate fi utilizată pornirea manuală.

Lansarea pneumatică

Cel mai adesea, lansarea pneumatică se realizează prin introducerea unei cantităţi de aer comprimat în interiorul cilindrilor ale căror pistoane se află în apropierea p.m.i. la începutul cursei de destindere. Aerul comprimat care intră în cilindri pe o durată egală cu cursa de destindere va deplasa pistonul, menţinând rotirea motorului până la turaţia minimă de lansare.

161 din 375

Introducerea aerului se realizează fie în toţi cilindri motorului, fie numai într-unii din cilindri, la motoarele cu număr mare de cilindri.

Pornirea se realizează cu ajutorul uneia din instalaţiile ale căror scheme sunt prezentate în fig.II.1.7.1. Aerul necesar lansării este produs la bord de către instalaţia de aer comprimat, care asigură şi aerul necesar altor utilizatori de la bord. Astfel, aerul refulat de compresorul 1 este depozitat într-una sau mai multe butelii de aer 2.

După presiunea aerului din instalaţiile de lansare este pot fi :a) de joasă presiune (20 - 30 bar);b) de medie presiune (60 – 80 bar);c) de înaltă presiune (150 – 250 bar).

În cele trei scheme, este utilizat un electrocompresor cu două trepte şi răcire intermediată , iar buteliile sunt prevăzute cu manometru, supapă de siguranţă şi valvule de manevră.În ultimele două cazuri (cele mai frecvente de altfel), după buteliile de aer se prevede reductorul de presiune 3, care asigură reducerea presiunii la cca. 25 – 30 bar. Ca urmare a pierderilor pe traseu se asigură astfel introducerea aerului în cilindrii motorului la presiuni de 14 – 16 bari, suficient pentru lansare.Lansarea motorului se realizează prin des-chiderea valvulei de manevră (lansare) 4. Acesta trimite aerul către supapele de lansare 5 montate în chiulase. Cele trei scheme asigură în mod diferit introducerea aerului în cilindri. În primul caz, având o utilizare extrem de restrânsă, deschiderea supapelor de lansare este asigurată de către un ax cu came 6. Prin decalarea corespunzătoare

162 din 375

a camelor se asigură astfel deschiderea supapelor de lansare numai la cilindri cu pistoanele în cursa de destindere.

Cel de-al doilea tip de instalaţie este utilizat în cazul motoarelor cu cilindree totale mici şi mijlocii. În acest caz distribuitorul de aer 7 dirijează aerul comprimat numai către supapele de lansare 5 ale cilindrilor cu pistoane în cursa de destindere. În figura II.1.7.2. este prezentă schema de principiu a unui distribuitor cu disc.

Axul 1 al distribuitorului este antrenat de către arborele cotit al motorului şi asigură rotirea discului 2, prevăzut cu orificiul eliptic 6. în corpul 3 al distribuitorului sunt practicate orificiile 4, care se află în legătură cu supapele de lansare prin intermediul unor tubulaturi speciale. Aerul comprimat pătrunde prin orificiul axial al capacului 5 al distribuitorului şi, datorită rotirii discului, va ajunge succesiv la supapele de lansare, în ordinea de aprindere a motorului. Datorită simplităţii constructive, acest tip de distribuitor este larg utilizat, existând însă şi alte tipuri, cum sunt cele cu pistonaşe dispuse radial sau cele cu pistonaşe individuale.

Supapele de lansare utilizate în instalaţia din figura II.1.7.1.b constituie aşa numitele supape cu comandă automată (fig.II.1.7.3.), la care deschiderea supapei este datorată numai presiunii aerului de lansare. Aceasta acţionează asupra talerului 1 al supapei, învingând tensiunea resortului 3 şi asigurând deplasarea spre cilindru a tijei 2. Atunci când în spaţiul A nu se mai găseşte aer comprimat, tija 2 revine în poziţia iniţială sub acţiunea resortului 3.

În sfârşit, în cadrul schemei din figura II.1.7.1.c, aerul de lansare pătrunde permanent în corpul supapelor de lansare, deschiderea acestora fiind asigurată tot de către distribuitor. Acesta dirijează aerul de comandă către supapele care urmează să se deschidă, permiţând pătrunderea în cilindru a aerului de lansare. Aceste instalaţii se utilizează la motoarele de mari dimensiuni, care necesită cantităţi sporite de aer de lansare. Pot fi astfel utilizate distribuitoare de dimensiuni reduse. Supapele de lansare utilizate, numite supape cu comandă pneumatică sunt prezentate în figura II.1.7.4.

La deschiderea valvulei de manevră, aerul de lansare pătrunde prin tubulatura principală în spaţiul A, prin racordul 1. O altă parte din aer trece prin distribuitor care asigură, ca şi în cazul precedent, dirijarea convenabilă a aerului de comandă către spaţiul B al supapei de lansare. În acest moment, aerul acţionează asupra pistonului 2, cuplat rigid cu supapa propriu-zisă 3. Este învinsă tensiunea resortului 4 şi se deschide astfel supapa. Aerul de lansare pătrunde astfel în spaţiul A, în interiorul cilindrului asigurând pornirea motorului. În momentul în care aerul de comandă este întrerupt, ca urmare a rotirii distribuitorului de către arborele cotit, supapa se închide sub acţiunea resortului 4.

163 din 375

În oricare dintre cele trei variante, după un anumit număr de cicluri realizate cu aer comprimat, în decursul cărora turaţia arborelui cotit creşte de la n=0 la n=nmin, se întrerupe

trimiterea aerului în cilindri, motorul funcţionând cu combustibil.Dezavantajul acestui mod de pornire constă în efectul de răcire a cilindrilor, datorat

destinderii aerului comprimat; şi din această cauză, este necesară preîncălzirea motoarelor navale înaintea lansării. Eliminarea acestui dezavantaj este asigurată prin utilizarea unui demaror pneumatic, soluţie utilizabil însă numai la motoarele de puteri mici şi mijlocii.

Volumul de aer pentru o pornire deprinde în primul rând de cilindreea motorului, dar şi de o serie de alţi factori. Conform datelor experimentale volumul mediu de aer de lansare se admite între 6 şi 9 litri de aer (raportat la condiţiile atmosferice) pentru fiecare litru de volum util (cilindree) al cilindrilor. Capacitatea necesară pentru buteliile de aer deprinde însă nu numai de cantitatea de aer consumată pentru pornirea m.a.i., ci şi de aerul necesar pentru dispozitivul de inversare a sensului de marş (unde există), de consumul de aer pentru funcţionarea dispozitivelor pneumatice de reglare automată, precum şi pentru alimentarea altor consumatori de la bord.

Volumul total al buteliilor de aer trebuie să asigure cel puţin:a) 12 porniri pentru motoarele de propulsie reversibile;b) 4 porniri pentru motoarele de propulsie nereversibile;c) câte 3 porniri pentru fiecare motor auxiliar,

precum şi aerul necesar pentru sistemele pneumatice.

Se recomandă să nu fie prevăzute mai puţin de două butelii.

Producerea aerului comprim este asigurată cu ajutorul compresoarelor cu piston, cu mai multe trepte de comprimare. Cel mai adesea, ele sunt acţionate electric la o turaţie situată în limitele 600…900rot/min. în figura II.1.7.5. este prezentată o secţiune transversală printr-un cilindru al un compresor de aer cu două trepte comprimare, în timp ce în figura II.1.7.6. este prezentat capul unei butelii de aer.

164 din 375

Lansarea electrică

Acest procedeu cunoaşte o răspândire aproape generalizată în domeniul m.a.i. de puteri mici şi mijlocii. În cazul m.a.s.-urilor, instalaţia de pornire conţine şi sistemul de aprindere, în timp ce la m.a.c.-uri, construcţia acestei instalaţii este mai simplă.

Pornirea se realizează cu ajutorul demarorului electric care reprezintă un motor electric de c.c., prevăzut cu un dispozitiv special (numit bendix) pentru angrenarea temporară (pe durata pornirii) cu coroana dinţată a volanului m.a.i. Demaroarele electrice sunt prevăzute pentru a funcţiona o durată scurtă de timp şi a dezvolta cupluri mai la o tensiune de alimentare relativ mică (6, 12, 24, 32V), ceea ce face ca intensitatea curentului să atingă câteva sute de amperi. Durata funcţionării continue a demarorului Nu trebuie să depăşească 10…20sec. Sursele de alimentare ale demaroarelor sunt bateriile de acumulatori.

Schema de principiu a instalaţiei de lansare electrică este prezentată în figura II.1.7.7.

165 din 375

In figura II.1.7.8. este prezentat, în secţiune longitudinală, un demaror electric. La pornire, pinionul 3 se cuplează cu coroana dinţată 2, fixată pe volantul motorului 1.

Cuplajul se realizează la antrenarea în mişcare de rotaţie a pinionului 3, datorită deplasării axiale a pinionului pe arborele cu filet elicoidal 4. După pornirea motorului şi creşterea turaţiei arborelui cotit, la întreruperea alimentării cu energie electrică, pinionul se deplasează în sens invers, adică spre rotorul demarorului, decuplându-se de volant.

II.1.7.2 Inversarea sensului de rotaţie a arborelui propulsorului

Noţiuni generale

Instalaţia de propulsie a unei nave trebuie să fie astfel concepută şi realizată încât să asigure modificarea vitezei, de la stop la viteză maximă şi invers (oprire), inclusiv să poată fi inversat sensul de deplasare al navei. Aceste manevre pot fi realizate prin :

a) inversarea sensului de rotaţie al arborelui maşinii de propulsie şi al propulsorului (în cazul sistemului de propulsie cu maşină reversibilă şi elice cu pas fix);

b) introducerea între maşina de propulsie nereversibilă şi elicea cu pas fix a unei transmisii prin care să se poată inversa sensul de rotaţie al arborelui propulsorului ;

c) modificarea poziţiei palelor elicei, astfel încât să se modifice corespunzător sensul forţei de împingere dezvoltat de elicea cu pas reglabil.

Primul sistem se aplică la instalaţiile de propulsie cu motoare diesel, începând de la cca. 300kW până la puterile cele mai mari, dar şi la sistemele de propulsie cu turbine cu gaze sau turbine cu abur, de puteri medii şi mari.

Inversarea sensului de rotaţie al arborelui propulsorului folosind unele construcţii speciale (cuplaje hidraulice, transmisie electrică, inversoare mecanice) nu impune oprirea maşinii de propulsie. Din acest motiv, acest sistem se aplică la acele nave care în exploatare, trebuie să efectueze manevre de inversare a sensului de deplasare în mod repetat şi la intervale scurte de timp (traulere, nave de salvare, nave care navighează prin canale înguste, nave cu destinaţie specială).

166 din 375

Utilizarea cuplajelor hidraulice sau a altor sisteme de transmisie conduce la creşterea masei şi a gabaritului instalaţiei. Unele dintre inversoarele utilizate nu permit o funcţionare îndelungată la ’’marş înapoi’’,întrucât în acest regim de lucru, fiind puternic solicitate, se încălzesc.

Utilizarea motoarelor reversibile, cu transmisie directă, la navele menţionate anterior nu este recomandabilă, deoarece inversarea sensului de rotaţie la intervale scurte de timp, conduce la creşterea uzurii lagărelor şi a arborelui motor, iar pornirea cu aer rece, care se introduce în cilindrii, provoacă apariţia fisurilor în chiulasă şi în capetele pistoanelor.

Reversibilitatea motoarelor cu ardere internă

Condiţia necesară pentru funcţionarea motorului în ambele sensuri de rotaţie este aceea ca oricare fază a ciclului motor să se realizeze în mod normal. Se admite că în timpul funcţionării unui motor în 4 timpi, la sfârşitul cursei de destindere, pistonul unui cilindru oarecare se află în pme. Corespunzător acestei poziţii a pistonului,rola1 a mecanismului de acţionare a supapei de evacuare (fig.II.1.7.9.) trebuie să fie angajată de cama de evacuare 2. Întrucât supapa de evacuare se deschide cu un anumit avans, când pistonul a ajuns în pme, rola unu a supapei de evacuare va fi deplasată de către cama 2 cu distanţa h.

Se admite, de asemenea, că pentru aceeaşi poziţie a pistonului, arborele cotit trebuie să-şi modifice sensul de rotaţie ( adică să se rotească invers). Procesul de evacuare, care nu depinde de sensul de rotaţie, trebuie să se realizeze şi deci este necesar ca supapele de evacuare să se deschidă. Dacă arborele de distribuţie se va roti acum în sens invers, cama 2 nu va realiza deschiderea supapei. Evident, în acest scop este necesară montarea celei de-a doua came 3, dispusă simetric în raport cu cama 2. Prin urmare, pentru ca motorul să funcţioneze (arborele cotit se roteşte atât într-un sens, cât şi în celălalt sens), este necesar să se monteze câte două came pentru fiecare supapă şi pentru pompa de injecţie. Construcţia camelor şi decalarea acestora trebuie să asigure aceleiaşi unghiuri de avans şi de întârziere pentru ambele sensuri de rotaţie.

Pentru realizarea inversării, există trei sisteme constructive:a) camele sunt montate pe

arborele de distribuţie care, prin deplasare axială, pune în contact rolele tacheţilor cu camele-disc, pentru un anumit sens de rotaţie. În fig. II.1.7.10. este prezentată schema constructivă a unui asemenea dispozitiv în poziţia ,,marş înainte,,. Pe arborele de distribuţie 4 sunt montate cele două came: cama1 pentru ,,marş înainte,, şi cama 2 pentru ,,marş înapoi,,. La deplasarea pistonului 7 al servomotorului pneumatic 6, se va deplasa şi cremaliera 8 care, prin intermediul roţii dinţate 9, va roti arborele 5 şi va îndepărta rola 3 de cama 1, prin intermediul bielei 12. Prin deplasarea în continuare a pistonului 7, tija 10 (solidară cu cremaliera 8) va pătrunde printre rolele 11 şi va efectua deplasarea axială a arborelui 4 până când cama2 ajunge în dreptul rolei 3. Prin rotirea în continuare a arborelui 5, datorită deplasării

167 din 375

pistonului 7 şi a cremalierei 8, rola 3 coboară şi restabileşte contactul cu cama 2. Cu ajutorul manetei 13 se controlează funcţionarea servomotorului care acţionează întregul dispozitiv de inversare a sensului de rotaţie;

b) arborele de distribuţie are două serii de came (pentru marşul înainte şi, respectiv, pentru marşul înapoi). Schema constructivă a unui asemenea dispozitiv este prezentată în fig.11.1.7.11. Fiecare supapă este acţionată prin intermediul unei pârghii şi al unei role, fiecare din ele fiind pusă în contact cu una dintre came prin permutare, de unde şi denumirea de inversare cu came permutabile. Inversarea se asigură prin permutarea rolelor 1, cu ajutorul mecanismului format din volantul 2 şi şurubul melc 3. Pe cadranul 4 sunt marcate poziţiile cuplării corecte a mecanismului;

c) dispozitivul cu decalarea unghiulară a arborelui de distribuţie nu are cel e-al doilea rând de came, însă se modifică împănarea roţii dinţate 1 de pe acest arbore fig.II.1.7.12. Roata dinţată de acţionare 1, solidară cu partea conducătoare 2 a cuplajului, este montată liber pe arborele 4, căruia îi transmite mişcarea de rotaţie prin cuplajul 3, fixat pe acest arbore. Prin rotirea cuplajului 2, în raport cu cuplajul condus 3, se realizează decalajul unghiular necesar pentru inversarea sensului de rotaţie.

Cele două părţi ale cuplajului, împreună cu roata dinţată 1, formează un servomotor hidraulic, a cărui schemă constructivă este prezentată în fig.II.1.7.13. Acest dispozitiv este utilizat în special la motoarele în doi timpi. Condiţia utilizării acestui sistem este profilul simetric al camei, păstrând aceleiaşi legi de deplasare a supapelor, respectiv aceleiaşi legi de injecţie.

Indiferent de sistemul utilizat, o dată cu schimbarea camei sau poziţiei acesteia, se acţionează şi asupra distribuitorului de aer, realizând poziţia corespunzătoare de lansare. În aceste condiţii, instalaţia de lansare şi de inversare funcţionează ca un tot unitar, fiind prevăzute cu o serie de dispozitive de blocaj care nu permit lansarea motorului până ce nu a fost schimbată poziţia camelor şi a distribuitorului de aer.

168 din 375

Sistemele de comandă,care asigură aceste operaţiuni pot fi mecanice, pneumatice, hidraulice sau combinate (folosesc mai multe feluri de energie). În fig.II.1.7.14. este prezentată schema sistemului de comandă (lansare, inversare, variaţia turaţiei şi oprire) a unui motor în 4 timpi. Prin deschidere ventilului 2, aerul comprimat din butelia 1 trece în cavitatea intermediară a valvulei de lansare 3. Comanda valvulei 3 se asigură prin sertarul pneumatic de comandă 4, conectat cu cavitatea intermediară a valvulei prin tubulatura 25 şi, respectiv, cu cavitatea superioară prin tubulatura 19. Prin tubulatura 26 se realizează comunicaţia între cavitatea intermediară a valvulei 3 şi valvula de blocare 13.

Când maneta de lansare 16 se află în poziţia ,,stop,, (verticală) sau în poziţia ,,funcţionare,, (înclinată în partea dreaptă), aerul din cavitatea intermediară a valvulei de lansare trece, prin sertarul pneumatic de comandă 4, în cavitatea superioară a valvulei de lansare 3 şi o menţine închisă. Dacă maneta de inversare 15 se află într-una din poziţiile extreme, pentru ,,marşul înainte,, sau pentru ,,marşul înapoi,, , supapa de blocare 13 se va închide şi nu va permite trecerea aerului comprimat în sertarul de decuplare 10. Acest sertar se menţine deschis, făcând legătura între supapa de distribuţie-lansare 9 şi supapa principală de lansare 7, prin intermediul tubulaturii 21. Într-o asemenea poziţie este posibilă lansarea motorului.

Arborele de distribuţie al motorului este dozat cu două serii de came, pentru ,,marşul înainte,, şi pentru ,,marşul înapoi,, . pentru deplasare axială a arborelui cu came, este prevăzută maneta de inversare 15. Camele au o suprafaţă înclinată pe porţiunea de deplasare, care permite deplasarea axială a arborelui cu came, fără ridicarea rolelor tacheţilor supapelor şi a pompelor de injecţie. Pentru a se evita manevrarea greşită a sistemului de inversare, maneta 15 nu poate fi manevrată decât atunci când maneta 16 se află în poziţia ,,stop,, , iar motorul nu poate fi lansat atâta timp cât maneta 15 nu se află într-una din poziţiile sale extreme, pentru ,,marşul înainte,, sau pentru ,,marşul înapoi,,.

169 din 375

Inversoarele navale

Inversoarele navale reprezintă elemente de legătură între linia axială şi flanşa de cuplare a motorului, asigurând posibilitatea de antrenare în ambele sensuri de rotaţie a propulsorului.

Avantajele acestor dispozitive sunt:a) folosirea motoarelor rapide şi semirapide (mai compacte);b) folosirea motoarelor nereversibile;c) schimbarea sensului de marş e la distanţă;d) posibilitatea pornirii electrice a motorului (nivel ridicat de automatizare);e) durată mai mare de funcţionare.Pot fi menţionate şi următoarele dezavantaje:a) costisitoare, construcţie complexă a liniei de axiale;b) exploatare pretenţioasă;c) volum şi masă ridicate.Inversoarele s-au perfecţionat continuu, gradul lor de automatizare şi siguranţă în exploatare

crescând considerabil. Constructiv, inversoarele şi reductor-inversoarele diferă de la tip la tip, în funcţie de turaţia motorului şi a propulsorului, de cuplul motor şi de elice, de caracteristicile navei ş.a.

În principiu, un inversor funcţionează astfel (fig.II.1.7.15.): pentru ,,marşul înainte,, , discurile de cuplare 4, fixate pe arborele 5, sunt cuplate prin fricţiune cu inele ferodou 3, fixate pe carcasa 2, cuplată la arborele motor. O dată cu rotirea arborelui motor 1, se roteşte întregul ansamblu format din carcasa 2 şi pinioanele 6,7 şi 8, astfel încât la elicea 10 se transmite acelaşi sens şi acelaşi număr de rotaţii cu al motorului.

Pentru ,,marşul înainte,, , discurile de cuplare 4, fixate pe arborele 5, sunt cuplate prin fricţiune cu inelele ferodou 3, fixate pe carcasa 2, cuplată la arborele motor.

Odată cu rotirea arborelui motor 1, se roteşte întregul ansamblu format din carcasa 2 şi pinioanele 6, 7 şi 8, astfel încât la elicea 10 se transmite acelaşi sens şi acelaşi număr de rotaţii cu al motorului.

Pentru ,,marşul înapoi” sunt decuplate discurile 4 şi este strâns bandajul circul de fricţiune cu ferodou 9 pe carcasa 2, imobilizând-o. Prin rotirea axului 1, carcasa cu ferodouri cuplată cu pinionul planetar 6 se va roti în acelaşi sens, obligând şi sateliţii 8 să se rotească în lagărele lor fixate rigid în carcasa 2 (care este imobilă). Prin rotirea sateliţilor 8, se angrenează şi pinionul planetar 7, care se va roti în sens invers faţă de discul planetar 6. Deoarece de pinionul 7 este fixat arborele portelice 5, va permite rotirea acestuia în sens opus sensului de rotaţie al motorului, la aceeaşi turaţie. Cuplarea –decuplarea discului4 de inele 3 se poate face mecanic, hidraulic sau pneumatic. În cazul ,,mersului în gol,, , atât coroana 9 este decuplată de carcasa 2, cât şi de discurile 4 de inelele 3.

În cazul reductor-inversorului (fig.II.1.7.16.), principiul de funcţionare este următorul: pentru ,,marşul înainte,, , discul de cuplare 4 este cuplat prin fricţiune cu discul cu ferodouri 3. Axul 1 este cu arborele cotit al motorului şi este fixat rigid de carcasa 2. Prin rotire, axul 1 şi carcasa 2 antrenează şi discul de cuplare 4. acesta fiind cuplat cu discul 3, asigură antrenarea în mişcare de rotaţie a axului 5, în acelaşi sens cu arborele cotit. Prin intermediul pinionului 6 (fixat pe arborele port-elice 9), elicea se va roti în acelaşi sens cu motorul, dar la o turaţie redusă (conform raportului de transmisie al pinioanelor).

Pentru,,marşul înapoi,, , discul 4 este cuplat pe discul 10, asigurându-se astfel antrenarea în mişcare de rotaţie a arborelui 11, în acelaşi sens de rotaţie a arborelui 11,în acelaşi sens cu motorul.

170 din 375

Acesta, la rândul său, asigură antrenarea axului port-elice 9 (prin intermediul pinioanelor 12 şi 13) în sens de rotaţie opus arborelui motor, la o turaţie corespunzătoare raportului de transmisie al celor două pinioane.

În cazul ,,mersului în gol,, , discul 4 nu este cuplat nici cu discul 3, nici cu discul 10, astfel că arborii 5 şi 11 nu sunt antrenaţi în mişcare de rotaţie. Acţionarea discului de cuplaj 4 se realizează mecanic sau hidraulic. Întregul mecanism este închis în carcasa 14.

II.1.8 Supraalimentarea m.a.i.

II.1.8.1 Necesitatea supraalimentării

Puterea unui anumit motor este cu atât mai mare, cu cât lucrul mecanic realizat într-un ciclu este mai mare şi cu cât ciclul motor s-a efectuat într-un interval de timp mai scurt. Dar lucrul mecanic realizat într-un ciclu se obţine prin arderea unei anumite cantităţi de combustibil, care necesită o anumită cantitate de aer. Prin urmare, puterea unui motor va ceşte cu creşterea cantităţi de combustibil ars într-un ciclu, ceea ce necesită creşterea masei de aer existent în cilindru la sfârşitul procesului de umplere.

Masa de încărcătură proaspătă existentă în cilindru la sfârşitul umplerii este:

Ma = (kg/h) (II.1.8.1.)

în care vs[m3] reprezintă cilindreea unitară; i – numărul de cilindri; pa [kg/m2]- densitatea aerului ; n [rot/min]- turaţia şi - numărul de timpi.

Sporirea masei de aer în decursul umplerii cilindrului, prin creşterea densităţi pa, în scopul creşteri puterii motorului, se numeşte supraalimentare.

Mărirea puterii motorului cu ardere internă poate fi obţinută prin creşterea dimensiunilor cilindrului, precum şi prin creşterea turaţiei. Dimensiunile cilindrului la m.a.i. navele au ajuns la

171 din 375

mărimi maxime ( D1000 mm. şi S/D 2,5),care probabil nu mai pot fi dezvoltare în viitor, datorită forţelor de inerţie ridicate. Numărul de cilindri a ajuns, de asemenea, la valori maximale datorită vibraţiilor torsionale şi de încovoiere ale liniilor de arbori: 12 la motoare în linie, 18 la motoarele în V şi 56 la motoarele în stea sau în x. Şi în ceea ce priveşte turaţia, creşterea acesteia implică reducerea dimensiunilor constructive, pentru limitarea forţelor de inerţie create. Ca urmare, cel mai extins şi mai eficace procedeu de mărire a puterii este creşterea masei de aer prin supraalimentare.

II.1.8.2 Clasificarea sistemelor de supraalimentare

Sistemele de supraalimentare ale m.a.i. se clasifică după două criterii: A) presiunea aerului;B) modul de acţionare a agregatului de supraalimentare.

După primul criteriu, se disting sisteme de supraalimentare:a) cu presiune redusă (1,2…..1,5 bar.)b) cu presiune medie (1,5 …..2,0 bar.)c) cu presiune ridicată (2,0…...3,5 bar.)d) cu presiune foarte mare (ps 3,5 bar)

După modul de acţionare a suflantei, sunt cunoscute următoarele tipuri:a) cu acţionare mecanică (fig.II.1.8.1.a)b) cu acţionare electrică (fig.II.1.8.1.b)c) cu acţionare cu turbină cu gaze (fig.II.1.8.1.c)d) cu acţionare mixtă (fig.II.1.8.1.d)

Antrenarea mecanică asigură o supraalimentare joasă, presiunea de supraalimentare fiind limitată la ps =1,5…..1,6 bar. La presiuni mai mari, puterea consumată pentru antrenarea agregatului de supraalimentare devine extrem de mare, ceea ce reduce economicitatea motorului. Acest sistem asigură concordanţa dintre dubitul de aer şi turaţie, fără a sesiza, însă, şi variaţia de sarcină. Aceste dezavantaje sunt înlăturate parţial prin utilizarea unui sistem de ambreiaj centrifugal, care permite cuplarea suflante numai la regimuri de sarcină şi turaţie ridicate.

În cazul acţionări electrice, suflanta trimite în cilindru o cantitate constantă de aer fără a o pune în corelaţie cu turaţia sau cu sarcina motorului. De aceea, utilizarea acestui sistem este limitată la :

a) motorul cu regimuri de sarcină şi de turaţie constante;b) funcţionarea la regimuri reduse de sarcină şi turaţie ale motoarelor

supraalimentate cu turbosuflantă;c) funcţionarea în caz de avarie a sistemului propriu-zis de supraalimentare.

Suflanta acţionată de o turbină cu gaze reprezintă soluţia cea mai des întâlnită, datorită consumului relativ redus de putere şi a autoreglării la orice regim de sarcină sau de turaţie. Suflanta este montată pe acelaşi arbore cu rotorul turbinei cu gaze, ansamblul fiind denumit turbosuflantă.

172 din 375

Turbina valorifică o parte din energia gazelor arse evacuate din motor. Pentru a se mări eficienţa supraalimentării, este necesară răcirea aerului între suflantă şi motor. De asemenea, deschiderea supapelor de evacuare se face cu un avans mai mare, pentru a se crea posibilitatea unei destinderi mai mari a gazelor de evacuare în paletele turbinei. O altă măsură de creştere a eficienţei supraalimentării o reprezintă împărţirea galeriei de evacuare în ramificaţii separate, pentru o mai bună folosire a energiei cinetice a gazelor de evacuare.Supraalimentarea de presiune mare şi foarte mare se realizează prin comprimarea aerului în două trepte şi răcirea intermediară a acestuia. Prima treaptă de comprimare se realizează cu o turbosuflantă, iar a doua treaptă de comprimare se realizează cu o pompă de aer cu piston, antrenată de motor(sistem utilizat de m.a.c.-urile în 2 timpi). A doua treaptă de comprimare poate fi realizată tot cu o turbosuflantă sau cu o suflantă antrenată mecanic (la motoarele în 4 timpi). În cazul supraalimentării de presiune foarte mare, este necesară răcirea după fiecare treaptă de comprimare. La motoarele cu supraalimentare de presiune mare şi foarte mare, piesele mecanismului motor trebuie dimensionate corespunzător, pentru a rezista la solicitările ridicate la care sunt supuse.

II.1.8.3 Particularităţi ale supraalimentării motoarelor în 2 timpi

În cazul supraalimentării cu turbosuflantă, particularităţile funcţionale şi constructive ale motoarelor în 2 timpi, determinate de lipsa curselor de pompaj specifice motoarelor în 4 timpi, conduc la:

a) pornirea dificilă şi funcţionarea instabilă a motorului la turaţii reduse;b) consum mare de aer de baleiaj;c) reducerea temperaturii gazelor arse datorită amestecării lor cu aerul de baleiaj;d) înrăutăţirea baleiajului la creşterea presiuni de evacuare.

Pentru înlăturarea acestor neajunsuri, sunt utilizate următoarele scheme de supraalimentare:a) completarea instalaţiei de supraalimentare cu turbosuflantă cu o electrosuflantă

care să asigure baleiajul şi umplerea cilindrilor la pornire şi care să completeze debitul de aer al turbosuflantei la regimurile de funcţionare la turaţii reduse ale motorului(fig.II.1.8.2.a);

b) instalaţia de supraalimentare în paralel (fig.II.1.8.2.b), la care aerul este debitat într-un colector comun, atât de suflantă cât şi de pompa de baleiaj. La aceste sisteme, debitul incomplet al suflantei este completat de debitul pompei acţionate de motor. În acest scop, se pune problema stabilirii dimensiunilor optime ale pompei de baleiaj, care să asigure debitul de aer necesar;

c) instalaţia de supraalimentare în succesiune (serie)(fig.II.1.8.2.c). În acest caz, suflanta acţionată de turbina cu gaze introduce aerul comprimat în aspiraţia pompei de baleiaj acţionate de motor. Sistemul permite realizarea unor presiuni mari ale aerului de supraalimentare, o umplere bună a cilindrilor şi prin aceasta asigurarea unei treceri rapide a funcţionări motoarelor de la un regim la altul;

d) instalaţia de supraalimentare mixtă (fig.II.1.8.2.d) care constă în supraalimentarea unor cilindri după schema ,,paralel” şi a celorlalţi după schema ,,serie“. Sistemul asigură îmbinarea avantajelor celor două scheme;

173 din 375

e) instalaţia de supraalimentare cu două trepte de comprimare (fig.II.1.8.2.e) poate fi realizată în prima treaptă cu turbină de impuls, iar a doua treaptă cu turbină de presiune constantă. Comprimarea se face în succesiune, iar aerul este răcit după fiecare treaptă de comprimare. Sistemul este aplicat la motoarele cu presiuni efective mari (pe~20 ….25 bar).

II.1.8.4 Particularităţile umplerii motoarelor supraalimentate

Analizând diagrama indicată de pompaj a unui motor în 4 timpi, supraalimentat (fig.II.1.8.3.), se observă că, datorită pierderilor gazodinamice, presiunea în cilindru pa, atât în decursul, cât şi la sfârşitul umplerii, este mai mică decât presiunea aerului de supraalimentare ps.

Pentru ca aerul să pătrundă în cilindrul motorului este necesar ca presiunea din colectorul de umplere să fie mai mare decât presiunea gazelor din cilindru. Realizarea acestei condiţii impune ca , la motoarele supraalimentate avansul la deschiderea supapei de evacuare să fie mărit. Prin această măsură se îmbunătăţeşte evacuarea gazelor, inclusiv funcţionarea turbinei cu gaze care va dispune de o cantitate sporită de energie, ceea ce va avea ca efect creşterea sensibilă a presiuni de supraalimentare. Momentul închiderii supapei de evacuare trebuie corelat cu cel al deschideri supapei de admisie, ţinând seama de necesitatea realizării unui baleiaj corespunzător, prin care să se asigure evacuarea forţată a gazelor arse şi răcirea pereţilor cilindrilor, a capului pistonului, a chiulasei şi a supapei de evacuare, cerinţă impusă de solicitările termice mai ridicate ale acestor piese. La m. a.c.-urile în 4 timpi, supraalimentarea, suprapunerea deschiderii supapelor se află între

174 din 375

limitele 90….1500RAC, comparativ cu 40….600RAC, cât se foloseşte la m.a.c.-urile cu admisie naturală (fig.II.1.8.4.)Pentru folosirea cât mai raţională fenomenul de umplere inerţială, întârzierea la închiderea supapei de admisie trebuie să fie mai mare faţă de întârzierea la închiderea a aceleiaşi supape la m. a.c.-urile cu admisie naturală.

II.1.8.5 Construcţia agregatului de supraalimentare

În construcţia agregatului de supraalimentare se utilizează două tipuri de suflante: de dislocare sau cu palete. Suflantele de dislocare pot fi:

a) cu piston;b) cu plăci rotitoare;c) cu rotoare profilate (tip Roots);d) elicoidale (cu şurub),

iar suflantele cu palete pot fi realizate, la rândul lor, în următoarele variante constructive:

a) centrifugale;b) axiale;c) axial-centrifugale.

Cea mai mare răspândire o au suflantele centrifugale, caracterizate prin dimensiuni reduse şi randamente ridicate. Valorile reduse ale dimensiunilor se datorează turaţiilor mari de funcţionare (20000…100000 rot/min.).Din punct de vedere constructiv, turbinele cu gaze utilizate în agregatele de supraalimentare pot fi radiale sau axiale, cea mai largă utilizare având-o cele axiale, caracterizate prin randamente mari la gabarite şi greutăţi reduse.

După modul în care este folosită energia conţinută de gazele de evacuare, se disting:a) turbină de presiune constantă;b) turbină de presiune variabilă (numită şi turbină de impuls)

La turbina de presiune constantă, evacuarea gazelor este dirijată într-un colector comun pentru toţi cilindrii, colector al cărui volum este suficient de mare în raport cu volumul unui cilindru. La turbina de impuls sistemul de evacuare, se împarte în mai multe colectoare separate, care au un volum redus. Fiecare din aceste colectoare se cuplează cu un grup de doi, trei sau patru cilindri.

În cazul supraalimentării înalte şi foarte înalt, se utilizează sistemul combinat cu prima turbină de impuls şi cea de-a doua de presiune constantă.

După modul de rezemare a arborelui turbosuflantei, se deosebesc următoarele soluţii:

a) arborele rezemat la extremităţi (fig.II.1.8.5.a); soluţia permite montarea simplă, vizitarea lagărelor, protejarea lagărelor de temperatura ridicată a galeriilor de evacuare şi simplificarea sistemelor de etanşare, dar măreşte lungimea agregatului

b) arborele cu rotorii în consolă la extremităţi (fig.II.1.8.5.b) rezultă reducerea lungimii, dar lagărele nu pot fi vizitate şi sistemele trebuie protejate la încălzire;

175 din 375

c) soluţia combinată (fig.II.1.8.5.c), care protejează lagărul turbinei cu gaze împotriva încălzirii şi asigură pierderi minime la intrarea aerului în compresor;

d) arborii cu rotorii în consolă la o singură extremitate (fig.II.1.8.5.d) asigură compactitate şi rigiditate ridicată, dar determină încălzirea aerului în suflantă. Ca lagăre de reazem, se utilizează atât lagăre de alunecare cât şi de rostogolire.

II.1.8.6 Măsuri constructive aplicate la m.a.i. supraalimentate

Pentru a mări secţiunea de trecere a canalelor de evacuare şi admisie, la m. a.c.-urile în 4 timpi, supraalimentate se prevăd la fiecare cilindru câte 2 supape de admisie şi 2 de evacuare. Pentru a mări coeficientul de umplere, se intervine asupra profilului camelor de acţionare a supapelor de distribuţie, în sensul obţinerii unui timp-secţiune mai mare. În acest fel, se poate asigura umplerea suplimentară a cilindrului, pe baza inerţiei coloanei de aer,realizându-se o suprapresiune de 0,1…0,2bar.(fig.II.1.8.6).

Lungimea colectorului de evacuare trebuie stabilită din condiţia ca undele depresiune care se formează în acest colector să favorizeze umplerea cilindrului.

Colectorul de evacuare trebuie astfel construit, încât variaţiile de presiune care apar în cilindru şi în acest colector să influenţeze favorabil procesul de baleiaj. Pentru a înlătura suprapunerea în timp a perioadelor de baleiaj, uneori este necesar să se folosească mai multe colectoare de evacuare. Dacă ciclu este unghiul de rotaţie al arborelui cotit aferent unui ciclu motor; i- numărul de cilindri şi sp – unghiul de rotaţie corespunzător suprapunerii deschiderii supapelor, decalajul între procesele care se realizează în doi cilindri trebuie să fie:

sps [0RAC]. (II.1.8.2)

Dacă ic este numărul de cilindri care, în decursul duratei ciclu evacuează în fiecare colector

şi nc – numărul de colectoare ale motorului, atunci: sp [0RAC]

(II.1.8.3)

176 din 375

Admiţând în funcţie de tipul motorului, sp şi numărul de cilindri Ic se obţine numărul necesar de colectoare nc. Gruparea pe colectoare a cilindrilor depinde de numărul de cilindri şi de ordinea de aprindere. În fig.II.1.8.7 sunt prezentate câteva exemple de grupări ale cilindrilor pe colectoare de evacuare.

Un alt factor de influenţă a baleiajului şi a umpleri cilindrului îl constituie raportul dintre volumul colectorului de evacuare şi volumul unui cilindru (Vcol/Vs). S-a constatat că, prin reducerea acestui raport, impulsurile de presiune în colectorul de evacuare cresc (curba I din fig.II.1.8.8.) ceea ce duce la creşterea presiunii aerului ps şi la mărirea diferenţe de presiune pI cu efectele favorabile asupra procesului de baleiaj. Dacă acest raport creşte, impulsurile de presiune se reduc, de asemenea, se reduce şi diferenţa de presiune piipi.

177 din 375

II.2. INSTALATIA DE TURBINE CU GAZE

II.2.1. Noţiuni generale despre turbinele cu gaze

II.2.1. Noţiuni generale

Iniţial dezvoltat în sectorul aeronautic, motorul turboreactor a cunoscut o răspândire din ce în ce mai mare în aplicaţiile nautice. Începutul a fost făcut prin utilizarea în scopuri terestre a motoarelor turboreactor care şi-au consumat resursa aeronautică şi nu mai prezentau securitate deplină în zbor. Ulterior s-a trecut la utilizarea unor motoare turboreactor noi concepute pentru scopuri nautice. Prima tentativă în domeniul propulsiei navale a fost făcută pe nava britanică MMS GREY-GOOSE. Cele mai cunoscute motoare turboreactor sunt : Motorul PROTENS (GG+TP) -4500 C.P. Motorul TYNE (GG+TP) -4500 C.P. Motorul OLYMPUS (GG+TP) -28000 C.P. Generatorul electric L.M.2500 –(GG+TP) -28000 C.P. Datorită principalelor avantaje oferite (simplitatea construcţiei, fiabilitate, compactitate, raport mic greutate/putere 0.5 KG./C.P. ,volum redus de lucrări de întreţinere în condiţiile bordului, nivel redus de vibraţii), turbinele cu gaze s-au impus ca unitate de forţă la bordul navelor militare atât în sistemul de propulsie cât şi în acţionarea generatoarelor electrice. Turbinele cu gaze la fel ca şi cele cu abur nu realizează decât o singură fază a ciclului şi anume destinderea agentului termic prin care căldura este transformată în lucru mecanic. Turbina este un motor care transformă energia potenţială a unui fluid (agentul motor) în energie mecanică utilă (de rotaţie). După natura fluidului motor turbinele se deosebesc: a) hidraulice; b) cu abur; c) cu gaze. Pentru a putea funcţiona ele sunt incluse în instalaţii complexe în care se realizează şi celelalte faze ale ciclului. Cea mai simplă instalaţie de turbine cu gaze este compusă din compresor , cameră de ardere şi turbină cu gaze. Ciclul acestor instalaţii se aseamănă cu ciclul m.a.c. cu ardere la presiune constantă. În aplicaţiile navale motoarele turboreactor asigură propulsia navelor fie ca sursă unică de putere, fie în combinaţie cu motoare cu piston sau turbine cu abur. Instalaţiile de forţă navale cu turbine cu gaze sunt compuse din două părţi distincte : a) o parte care generează gazele de lucru, în care energia chimică a combustibilului este transformată în energie termică rezultând gazele de ardere, cu o anumită energie potenţială şi cinetică, corespunzătoare cantităţii de combustibil arse în instalaţie. b) o parte care dezvoltă putere, în urma transformării entalpiei gazelor de lucru în energie mecanică, pe care o dă la axul turbinei cu gaze. În funcţie de modul cum sunt generate gazele de ardere, instalaţiile de turbine cu gaze se împart în două mari categorii : a) instalaţii cu compresor de aer şi cameră de ardere sau instalaţii de tip clasic; b) instalaţii cu generatoare de gaze cu pistoane libere (GGPL).

178 din 375

II.2.1.2 Clasificarea instalaţiilor de turbine cu gaze

Clasificarea instalaţiilor de turbine cu gaze, se poate face după câteva categorii de bază : 1) după tipul combustibilului folosit : a) instalaţii cu combustibil clasic ( lichid,gaz sau solid); b) instalaţii cu reactor nuclear; 2) după modul de realizare a ciclului : a) cu ciclu închis; b) cu ciclu deschis; 3) după numărul treptelor de comprimare: a) cu o treaptă; b) cu doua trepte; c) cu trei trepte şi răcire intermediară intre trepte; 4) după modul cum decurge arderea în camerele de ardere: a) ardere la presiune constantă (p=cst.); b) ardere la volum constant (V=cst.); 5) după modul de generare a gazelor: a) instalaţii clasice cu cameră de ardere şi compresor ; b) instalaţii cu generatoare de gaze cu pistoane libere (GGPL); 6) după modul cum se produce destinderea în turbinele cu gaze : a) cu acţiune; b) cu reacţiune; c) cu trepte de viteze; d) mixte 7) după modul de utilizare a gazelor ce ies din turbine: a) fără recuperare a căldurii; b) cu recuperare a căldurii;

Varietatea principalelor tipuri constructive precum şi diversitatea domeniilor de utilizare conduc la existenţa unor tipuri variate de instalaţii de turbine cu gaze a căror clasificare generală este prezentă în tabelul următor:

Criteriul de clasificare

Tipul instalaţiei de turbine cu

gazeCaracteristica principală Observaţii

1 2 3 4

Condiţiile de ardere

Cu ardere la presiune constantă

Camera de ardere este prevăzută cu supape de

admisie şi supape de evacuare

1. Randamentul mic depinde de: - raportul de creştere a presiunii în timpul comprimării - raportul de creştere a presiunii în procesul de ardere Este complicată constructiv datorită mecanismului pentru comanda supapelor – nu se mai construieşte.

Cu ardere la volum constant

Camera de ardere nu are supape fiind alimentată

continuu cu aer comprimat şi combustibil

1. Randamentul termic depinde de: - raportul de creştere a presiunii în timpul comprimării - raportul de creştere totală a

temperaturii

1 2 3 4

179 din 375

Circulaţia agentului

termic

Cu circuit deschis

Gazele evacuate din camera de ardere trec prin turbină şi apoi sunt evacuate în atmosferă la temperaturi de 350-450 grade Celsius

1. Randamentul este scăzut (16-18 %) datorită pierderilor de căldură, dar au masă şi volum redus.

2. Randamentul poate creste până la (30-40) % prin introducerea unui recuperator de căldură care însă determină creşterea masei şi a volumului.

Cu circuit închis

În general agentul motor este aerul curat care

evacuat din turbină într-un schimbător de căldură este

aspirat de compresor.

1. Datorită creşterii presiunii medii în circuit, la puteri egale, are dimensiunii mai mici ca instalaţia de turbină cu gaze în circuit deschis.

Cu circuit mixt

Este compusă dintr-un circuit închis comune pe o

porţiune - compresorul de înaltă

presiune alimentează atât camera de ardere cât şi

turbina.

1.Randamentul instalaţiei este de : (30-32 %).2.Datorită complexităţii sunt folosite doar pentru unităţi de mare putere.

Turbină cu expansiune

Valorificarea căldurii

reziduale (evacuate din

turbină)

Fără recuperareDin turbină gazele, la

temperaturi de 350-450 0C, sunt evacuate în atmosferă .

1. Datorită pierderilor de căldură randamentul termic este mic (16-18 %).

2. Au avantajul masei mici şi volumului redus.

Cu recuperare

Gazele evacuate de turbină trec dintr-un recuperator de

căldură care foloseşte temperatura acestora pentru încălzirea aerului refulat în

compresor.

1. Este o metodă de creştere a randamentului termic (de la 18% până la 40%).

2. Creşte masa volumului şi complexitatea instalaţiei.

Cu cicluri combinate

Cele mai utilizate sunt ciclurile combinate gaze-abur. Gazele evacuate din

turbină cu gaze sunt trimise într-un cazan recuperator pentru producerea de abur

supraîncălzit.Cu termoficare

1 2 3 4

180 din 375

Sistemul de alimentare al

turbinei

Cu cameră de ardere

Camera de ardere este componenta instalaţiei în

care energia chimică a combustibilului este

transformată în energie termică a gazelor de ardere

cu care este alimentată turbina.

1. Constructiv camerele de ardere pot fi închise (se utilizează rar) şi deschise.

Cu generator de gaze cu pistoane

libere

În generatorul de gaze cu pistoane libere se realizează atât transformarea energiei chimice a combustibilului

în energie termică a gazelor de ardere, cât şi

comprimarea acestora.

1. Randamentul instalaţiei este de 35-40%.

2. Sunt instalaţii mici şi uşoare datorită eliminării camerei de ardere şi a compresorului.

Cu gaze de evacuare

Recuperează energia termică a gazelor evacuate

(la presiunea superioară presiunii atmosferice) de: motoare cu ardere internă, cazane de abur cu focare

sub presiune etc.

1. Sunt simple (lipseşte camera de ardere şi compresorul) şi foarte economice.

2. Sunt folosite pentru îmbunătăţirea performanţelor generatoarelor de gaze sau alte servicii.

Turbine cu expansiune

Felul comprimării agentului de

lucru

Fără răcire intermediară

Lucrul mecanic util este foarte mic, deoarece o foarte mare parte din

aceasta este consumat de compresor pentru

comprimarea aerului.

Randamentul ciclului este foarte scăzut.

Cu răcire intermediară

Comprimarea se realizează în mai multe compresoare, între care sunt intercalate

răcitoare de aer

1. Cu cât numărul răcirilor intermediare este mai mare cu atât randamentul este mai bun.

2. Complicaţiile constructive şi pierderile de presiune limitează numărul treptelor 2 sau 3.

181 din 375

1 2 3 4

Direcţia gazelor în turbină

Cu turbine axiale

Liniile de curgere a gazelor sunt situate pe o suprafaţă

de revoluţie având axa geometrică situată în axa de

rotaţie a turbinei. Pot fi: unietajate, cvasietajate sau multietajate (cu acţiune sau

recţiune)

1. Au construcţie simplă şi montaj uşor. Au o repartiţie favorabilă a solicitării materialelor. Asigură executarea unor puteri unitare foarte mari.

2. Sunt cele mai utilizate.

Cu turbine radiale

Liniile de curgere ale gazelor se găsesc în plane perpendiculare pe axa de

rotaţie a turbinei. Curgerea gazelor poate fi centripetă sau centrifugă. Turbinele pot fi : cu acţiune sau cu recţiune, unietajate sau

multietajate.

1. Nu pot fi executate pentru puteri mari datorită repartiţiei nefavorabile a solicitărilor.

2. Au randament relativ mare, dar necesită execuţiile şi montaj pretenţios

3. Se folosesc la supraalimentarea motoarelor cu ardere internă ( puteri mici cu turaţii mari).

Cu turbine radial axiale

Partea de joasă presiune se execută în trepte axiale, iar partea de înaltă presiune în

trepte radiale.

Destinderea gazelor în

turbine

Fără încălzire intermediară

Lucrul mecanic realizat în turbină este mult mai mic

datorită destinderii adiabate.

Randamentul termic al ciclului este scăzut.

Cu încălzire intermediară.

Destinderea are loc în mai multe turbine, fiecare din ele fiind precedată de o

cameră de ardere. Destinderea tinde către o

izotermă a cărei lucru mecanic este mai mare ca

în cazul destinderii adiabate.

1. Randamentul termic al ciclului este mai bun.

2. Complicaţiile constructive sunt mari.

Modul de transformare al căldurii în lucru

mecanic

Cu acţiune

Căderile de presiune (creşterea energiei cinetice) a gazelor au loc în paletele

statorului. În palele rotorului energia cinetică se

transformă în lucru mecanic. Forţa tangenţială care dă naşterea cuplului

motor se obţine prin devierea curentului de gaze de către paletele motorului.

Constructiv se caracterizează prin profilul paletelor rotorului şi prin existenţa diafragmelor în care sunt fixate ajutajele.

1 2 3 4

182 din 375

Cu recţiune

Căderea de presiune a gazelor are loc parţial în

paletele statorului (paletele directoare), iar restul în paletele rotorului. Forţa

tangenţială care dă naştere cuplului motor este

rezultanta dintre forţa activă (devierea curentului de gaze) şi forţa reactivă

datorită accelerării curentului de gaze (între paletele rotorului are loc

destinderea gazelor).

Constructiv se caracterizează prin profilul paletele rotorului şi lipsa diafragmelor. Paletele directoare sunt fixate în carcasa turbinei.

Mixte

Sunt turbine multietajate a căror trepte de înaltă

presiune sunt formate din trepte cu înaltă presiune, iar cele de joasă presiune sunt

treptele cu recţiune.

Numărul de arbori

Cu un arbore Prin repartizarea turbinei şi compresorului pe două linii de arbori cu turaţii diferite se îmbunătăţeşte randamentul la sarcini parţiale.Compresorul este antrenat de turbina de înaltă presiune, iar consumatorul este antrenat de turbina de joasă presiune.

Cu mai mulţi arbori

II.2.1.3. Avantajele instalaţiilor de turbine cu gaze faţă de celelalte tipuri de instalaţii

Comparativ cu instalaţiile de turbine cu abur, instalaţiile de turbine cu gaze au următoarele avantaje:

a) elimină necesitatea generatorului de abur cu instalaţiile aferente: instalaţia de preparare a apei, pompele de alimentare, ventilatoarele de aer, etc.;b) elimină instalaţia de condensaţie cu pompele de vid, pompele de condens şi de circulaţie;c) pentru aceleaşi puteri instalate, dimensiunile de gabarit, suprafaţa ocupată şi greutatea instalaţiei sunt mult mai mici;d) au posibilitatea de a fi pornite rapid, indiferent de puterea instalaţiei;e) necesită un debit de apa de răcire foarte redus şi la temperaturi relativ mai ridicate;f) cheltuielile de întreţinere sunt mai reduse, iar exploatare mult mai simplă;g) domeniul de utilizare foarte extins, datorită avantajelor amintite anterior, cât şi faptul că se pot realiza instalaţii mobile şi grupuri compacte cu puteri mici;h) permit un grad de automatizare aproape total, 100%;i) randamentul instalaţiei, pentru aceleaşi puteri instalate, este mai ridicat decât al instalaţiilor de turbine cu abur.Dacă se compară instalaţiile de turbine cu gaze cu instalaţiile de motoare cu ardere internă,

rezultă, pentru primele, următoarele avantaje:a) la aceleaşi puteri, dimensiunile de gabarit, suprafaţa ocupată şi greutatea instalaţiei sunt mai

reduse;b) necesită un debit de apă de răcire mult mai redus;c) exploatarea este mult mai uşoară, iar cheltuielile de întreţinere şi reparaţii sunt mai mici;d) permite realizarea unor instalaţii cu puteri unitare foarte mari;e) la puteri mari, peste 40000 kW, randamentul instalaţiei este mai mare decât al instalaţiilor

cu motoare cu ardere internă;

183 din 375

f) permite utilizarea unor combustibili inferiori şi mult mai ieftini;g) funcţionează fără vibraţii mari, datorită lipsei forţelor alternative iar fundaţiile sunt mai

uşoare.

II.2.2. Principiul de funcţionare a instalaţiilor de forţă navale cu turbine cu gaze

Instalaţiile de forţă din această categorie sunt compuse din două părţi distincte:a) o parte care generează gazele de lucru, în care energia chimică a combustibilului

este transformată în energie termică, rezultând gazele de ardere, cu o anumită energie potenţială şi cinetică, corespunzătoare cantităţii de combustibil arse în instalaţie;

b) o parte care dezvoltă putere, în urma transformării entalpiei gazelor de lucru în energie mecanică, pe care o dă la axul turbinei cu gaze.

În funcţie de modul cum sunt generate gazele de ardere, instalaţiile de turbine cu gaze se împart în două mari categorii :

a) instalaţii cu compresor de aer şi cameră de ardere sau instalaţii de tip clasic (figura II.2.2.a);b) instalaţii cu generatoare de gaze cu pistoane libere(GGPL fig. II.2.2.b).

În figura (II.2.2.a) este dată schema de principiu pentru o instalaţie de turbine cu gaze cu ardere la presiune constantă, în forma cea mai simplă. Aerul aspirat din exterior este comprimat de compresorul 2 şi refulat în camera de ardere 12, unde este introdus şi combustibilul (lichid, gazos sau solid sub forma de praf). Arderea amestecului de aer şi combustibil are loc la presiune constantă, dată de compresor, iar gazele rezultate în urma arderii sunt introdu-se în turbina cu gaze 5,6 la o temperatură ridicată şi o anumită entalpie, unde are loc transformarea energiei potenţiale şi cinetice în energie mecanică. Energia mecanică, prin intermediul reductorului de turaţie 7 şi a liniei axiale 8, este transmisă elicei 9 care realizează forţa de propulsie. Compresorul de aer este antrenat de turbina compresorului 4, cu care formează grupul turbocompresor ce acţionează şi pompa de injecţie a combustibilului 3. Pulverizarea combustibilului în camera de ardere se face prin injectorul 10, iar aprinderea iniţială prin bujia 11, flacăra fiind întreţinută mai departe datorită temperaturii ridicate din camera de ardere. În faza de pornire a instalaţiei se utilizează motorul electric care acţionează grupul turbocompresor, până când intră în funcţiune turbina compresorului. Prin inversorul 13 se poate face inversarea sensului de rotaţie (de marş), alimentând fie turbina cu gaze de marş înainte 5, fie turbina cu gaze la marş înapoi 6. În figura de mai jos este dată schema de principiu pentru o instalaţie de turbine cu gaze la presiune constantă, în forma cea mai simplă.

Fig. II.2.2.a Schema instalaţiei de turbine cu gaze cu ardere la presiune constantă, de tip clasic cu compresor şi arzător

1- motor electric de pornire , 2- compresor de aer, 3- pompa de injecţie pentru combustibil, 4- turbina cu gaze pentru antrenarea compresorului, 5- turbina cu gaze pentru marş înainte, 6-turbina

184 din 375

cu gaze pentru marş înapoi, 7-reductor de turaţie, 8- linia axiala , 9- elice pentru propulsie cu pas fix, 10- injectorul de combustibil, 11- bujia pentru aprinderea combustibilului, 12- camera de ardere la presiune constanta, 13- inversor de marş.

Fig.II.2.2.a Schema instalaţiei de propulsie cu turbine cu gaze:1- compresor de aer, 2- compresor de aer, 3- turbina de presiune înaltă, 4- turbina de joasă

presiune, 5- camera de ardere, 6- schimbător de căldură, 7-schimbator de căldură.

În figura (II.2.2.b) este reprezentată schema de principiu a unei instalaţii de turbine cu gaze, cu generatoare de gaze cu pistoane libere(GGPL). În schemă este dat un singur generator, dar în realitate sunt mai multe generatoare grupate, care debitează gazele de ardere într-un colector comun 15 de unde se poate alimenta fie turbina cu gaze de marş înainte 23, fie cea de marş înapoi 24. Cele două turbine acţionează elicea de propulsie 21 prin intermediul reductorului de turaţie 19 şi linia axială 20. Generatorul de gaze cu pistoane libere este format dintr-un cilindru-motor 11, situat intre doi cilindri-compresori 4. în cilindru-motor se află două pistoane opuse 7, care sunt rigide cu partea de compresie 3 şi se pot mişca liber, neexistând alte piese în mişcare(nu au ambreiaj). În cilindrul-motor are loc un ciclu identic ca la motoarele diesel în doi timpi cu înaltă supraalimentare şi baleiaj în echicurent, în care se produce transformarea energiei chimice a combustibilului în energia termică a gazelor de lucru, corespunzător unei anumite entalpii, şi energia cinetică şi potenţială a gazelor de lucru. Pentru pornirea generatorului de gaze cu pistoane libere se introduce aer sub presiune în cilindrul tampon 2 , prin tubulatura de aer 1, care împinge pistoanele libere 7 spre interior, comprimând în acelaşi timp aerul din cilindrii-compresori 4 şi cilindrul-motor 11.Cand pistoanele ajung în P.M.I. are loc injecţia combustibilului, aprinderea, arderea şi destinderea, în acelaşi mod ca la motoarele diesel în doi timpi.

Deplasarea pistoanelor libere 7 pune în funcţiune şi treptele de compresie 4, astfel că la deplasarea lor spre exterior are loc aspiraţia în cilindrii-compresori 4, totodată având loc şi o compresie a pernelor de aer din cilindrii-tampon 2, cu transformarea energiei cinetice de mişcare a pistoanelor în energie potenţială a aerului comprimat din perne, frânând elastic mişcarea pistoanelor. Cursa de întoarcere (spre interior) este produsă de energia pernelor de aer 2, în acelaşi timp având loc şi comprimarea aerului din cilindrii-compresori 4 şi refulat în colectorul de baleiaj 12, prin supapele de refulare 6.În acelaşi timp are loc şi comprimarea aerului din cilindrul motor 11.Din colectorul de baleiaj 12, aerul intră prin ferestrele de admisie şi baleiaj 8, în cilindrul motor 11, realizând baleiajul în echicurent şi umplerea cu aer a cilindrului motor. O parte din aerul de baleiaj iese prin ferestrele 14, împreună cu gazele de evacuare, şi ajunge în colectorul de gaze

185 din 375

13.Amestecul de aer la baleiaj cu gazele de evacuare formează gazele de lucru ce alimentează turbinele cu gaze.

Deoarece compresiunea şi refularea aerului de baleiaj se face în timpul cursei spre interior a pistoanelor libere, acestea sunt de tipul spre interior cu pistoane opuse.

În principiu, aceste instalaţii pot fi cu simplă sau dublă acţiune, cu un piston sau pistoane opus, de tip spre interior sau spre exterior.

La ieşirea din instalaţie, gazele de lucru au o entalpie ridicată, pe care o cedează în procesul de destindere în turbina cu gaze, în urma transformării rezultând lucrul mecanic de acţionare a elicei.

Sincronizarea mişcării celor două pistoane libere este asigurată de dispozitivul de sincronizare 25.

În comparaţie cu instalaţiile clasice de turbine cu gaze, generatoarele de gaze cu pistoane libere înlocuiesc compresorul de aer, camera de ardere şi turbina de acţionare a compresorului.

Fig. II.2.2.b Schema instalaţiei de turbine cu gaze cu generatoare de gaze cu pistoane libere G.G.P.L.

a- schema 1- tubulatura de aer comprimat pentru pornire(lansare) , 2- cilindru-tampon (camera amortizorului), 3- partea de compresie a pistonului liber, 4- cilindru-compresor, 5- supapa de aspiraţie, 6- supapa de refulare, 7- piston liber (partea din motor), 8- ferestre de baleiaj, 9- corpul, 10- injectorul de combustibil, 11- cilindru-motor, 12- colectorul de baleiaj, 13- colector secundar de gaze (individual), 14- ferestre de evacuare, 15- colector de gaze principal, 16- valvula principala pentru tubulatura de gaze a turbinei de marş înapoi, 17- tubulatura de gaze pentru turbina de marş înapoi, 18- turbina cu gaze pentru marş înapoi, 19- reductorul de turaţie, 20- linia axială (arborele portelice), 21- elicea pentru propulsie (cu pasul fix), 22- tubulatura de evacuare a gazelor, 23- turbina de gaze pentru marş înainte, 24- valvula principală pentru tubulatura de gaze a turbinei de marş înainte, 24- valvula principală pentru tubulatura de gaze a turbinei de marş înapoi, 25- dispozitivul de sincronizare.

b- diagrama p-V a amortizorului. c- diagrama p-V a compresorului. d- diagrama p-V a motorului.

186 din 375

II.2.3 Ciclul de funcţionare al instalaţiilor de turbine cu gaze

II.2.3.1.Instalaţia de turbine cu gaze de tip clasic cu ardere la presiune constantă

Spre deosebire de cele ale motoarelor cu ardere internă cu piston, ciclurile instalaţiilor de turbine cu gaze se realizează în întreaga instalaţie (compusă dintr-un minim de agregate separate: compresor, camera de ardere, turbina cu gaze), iar destinderea gazelor în turbină nu este trunchiată, ci se continuă până la atingerea presiunii de admisie în instalaţie.Instalaţia de turbine cu gaze de tip clasic cu ardere la presiune constanta şi cu circuit deschis.

O asemenea instalaţie reprezentată în figura alăturată, deşi reprezintă avantajul simplităţii şi costului redus, are un randament foarte scăzut, ajungând ca, pentru temperatura gazelor de 600 0C la intrarea în turbină, randamentul total să fie de maximum 18%.

Ciclul ideal (linia întreruptă) şi ciclul real (linia continuă) în diagramele p-V şi T-S reprezentat în figurile de mai jos, cuprind comprimarea adiabatică a aerului în compresor 1-2’, arderea combustibilului la presiunea constanta în camera de ardere 2’-3, destinderea adiabatică a gazelor în turbina de gaze 3-4’ şi evacuarea gazelor în atmosferă la presiune constantă 4’-1.

În cazul ciclului real 1-2-3-4, procesul decurge în mod analog, cu deosebirea comprimării reale a aerului 1-2 şi destinderea reală a gazelor 3-4 se face politropic. Arderea 2-3 are loc la presiunea de refulare din compresor teoretic egală cu presiunea gazelor de alimentare a turbinei, iar evacuarea gazelor 4-1 se face la o presiune teoretică egală cu cea atmosferică, cedând căldura mediului ambiant, ceea ce echivalează cu o răcire izobară a agentului termic.

Fig.II.2.3.1.1- compresor.2- camera de ardere.3- ajutaj.4- palete mobile.

intrare gaze de ardere

187 din 375

II.2.3.2. Instalaţia de turbine cu gaze cu ardere la volum constant

Principala caracteristică a instalaţiilor de turbine cu gaze cu ardere la volum constant, o constituie camera de ardere b, prevăzută cu supapele de admisie(sa) şi de evacuare(se) care asigură condiţiile izocore de ardere.

Evacuarea gazelor arse din camera de ardere făcându-se periodic, lucrul mecanic cules la arborele turbinei se produce de asemenea cu intermitenţă.În figura cifrele încercuite care precizează starea agentului termic, aer-gaze arse, se regăsesc în vârfurile ciclului teoretic de funcţionare a instalaţiei, reprezentat în diagramele p-V şi T-S.

a- compresor, b- camera de ardere, c- motor de pornire, d- turbina cu gaze, e- generator electric, f- conducta de alimentare cu combustibil, sa- supapa de admisie, se- supapa de evacuare, 1-2-3-4- stările agentului evolutiv.

Fig.II.2.3.2.2. Ciclul teoretic al instalaţiei de turbine cu gaze cu ardere la volum constant, reprezentat în :

a-diagrama p-Vb-diagrama T-S.

Compresorul a aspiră aerul la presiunea p1, după izobara 0-1 şi îl comprimă, teoretic adiabatic, pe traseul

1-2, pana la presiunea p2, corespunzătoare raportului de creştere a presiunii în timpul comprimării.Supapele de admisie sa fiind deschise, aerul comprimat pătrunde în camera de ardere, în

acelaşi timp injectându-se şi combustibilul. După închiderea supapelor şi realizarea aprinderii în volum închis al camerei de ardere, reprezentat în ciclul teoretic prin încălzirea izocoră 2-3.

La atingerea presiunii p3, corespunzătoare raportului de creştere a presiuni în procesul de ardere, supapa de evacuare s4 se deschide şi permite gazelor arse să pătrundă în turbina d.

Destinderea gazelor în turbină se desfăşoară, până când se atinge presiunea p4=p1=po, teoretic după adiabata 3-4; ciclul teoretic se închide prin răcirea izobară 4-1, care reprezintă evacuarea gazelor în atmosferă şi răcirea acestora până la T1<T4.

Pe măsură ce gazele arse sunt evacuate din camera de ardere, presiunea în interiorul acesteia scade, iar la atingerea valorii p2<p3, supapele de evacuare se închid, cele de admisie se deschid, permiţând astfel reluarea procesului ciclic.

188 din 375

Fig.II.2.3.2.1. Schema instalaţiei de turbină cu gaze, cu ardere la volum ccst constant

II.2.4. Elementele componente principale ale instalaţiilor de turbine cu gaze de tip clasic cu cameră de ardere

Elementele principale ale unei instalaţii de propulsie cu turbine cu gaze sunt: compresorul de aer, camera de ardere, turbina, inclusiv sistemul de reglare şi ungere, recuperatorul de căldură, reductorul de turaţii, linia de axe şi elicea de propulsie.

Părţile auxiliare ale instalaţiei sunt formate din: instalaţia de alimentare cu combustibil, instalaţia de răcire a aerului, motorul sau motorul electric de pornire şi sistemul de comandă şi control a întregii instalaţii. Numărul şi tipul turbinelor, compresoarelor de aer, răcitoarele de aer şi modul de cuplare a elementelor depind de tipul instalaţiei.

II.2.4.1. Compresoare de aer

Compresoarele de aer, ca elemente principale de bază ale instalaţiilor cu gaze, trebuie să asigure următoarele condiţii:

a) să furnizeze în camerele de ardere un curent de aer uniform, continuu şi fără pulsaţii;

b) să asigure un grad de comprimare al aerului cât mai mare şi la un randament maxim;

c) să aibă greutatea şi dimensiunile cât mai reduse, pentru un anumit consum de aer şi un anumit grad de comprimare;

d) să prezinte o mare siguranţă în exploatare şi să aibă o construcţie cât mai simplă.

În compresorul centrifugal, energia mecanică este utilizată pentru accelerarea aerului, la trecerea acestuia prin rotor, energia cinetică transformându-se în energie potenţială, o parte în rotor, iar alta în stator.

În trecerea aerului prin rotor şi stator, acesta îşi schimbă direcţia, suferind în fiecare treaptă o întoarcere la 90o, una la 180o şi încă una la 90o.

Temperatura aerului la ieşirea din compresor când nu se face răcirea este de circa 150….250oC. În mod normal, se face răcirea aerului între trepte sau intre compresoare., când acestea sunt legate în serie. Elementul principal al compresorului este rotorul 2, format dintr-un disc cu o serie de palete radiale drepte 6. Peretele discului şi pereţii paletelor formează canalele de scurgere a aerului.

Difuzorul 3 este o suprafaţă inelară plană sau conică, dispusă concentric în jurul rotorului. El poate fi fără palete(fig.II.2.4.1.2.a) sau cu palete de dirijare a aerului(fig.II.2.4.1.2.b.). Difuzorul cu palete este precedat de un spaţiu inelar liber. După difuzor urmează ajutajele de ieşire, care dirijează aerul spre camera de ardere.

Compresoarele centrifugale pot avea rotoare cu palete pe o singură faţă (fig.II.2.4.1.2.) sau ambele feţe, şi cu aspiraţie bilaterală (fig.II.2.4.1.1.).În cazul paletelor pe ambele feţe, pentru aceeaşi viteză a aerului la intrarea în rotor diametrele de intrarea şi ieşire a aerului din rotor sunt mai mici.

Principiul de funcţionare a compresorului este următorul: aerul aflat între paletele rotorului se pune în mişcare de rotaţie odată cu rotorul compresorului şi, sub acţiunea forţelor centrifugale, se deplasează spre periferie, creând în acelaşi timp o depresiune la intrarea în rotor, ceea ce face ca aerul din afara sa pătrundă în compresor prin canalul de intrare. În rotor, presiunea şi viteza aerului cresc datorită forţei centrifuge. O parte din energia cinetică acumulată de aer în rotor se transformă în energie potenţială în difuzor, unde presiunea continuă să crească datorită micşorării vitezei. De asemenea, în ajutajele de ieşire, cât şi în canalele ce duc la camera de ardere.

189 din 375

Fig.II.2.4.1.1. Schema principală a compresorului Fig.II.2.4.1.2. Schema de principiu a centrifugal cu palete pe ambele fete şi aspiraţie compresorului centrifugal, cu bilaterală : palete pe o faţă, cu una si cu două

a- secţiune longitudinală; trepte de compresie:b- vedere laterală a rotorului cu palete radiale a- compresorul centrifugal cu o treaptă:

si difuzorul cu palete de dirijare a aerului. 1- canalul de intrare; 2- rotorul; 3- difuzorul fără palete de dirijare aaerului; 4- ajutajul de ieşire; 5- axul de antrenare; 6- palete radiale; 7- statorul; b- vedere laterală a rotorului cu palete radiale şi difuzorul; c- compresorul centrifugal cu doua

trepte.

Fig.II.2.4.1.3. Schema compresorului centrifugal cu difuzor spiral şi polispiral-rectiliniu :

a- cu difuzor spiral;b- cu difuzor polispiral-rectiliniu

II.2.4.2.Camera de ardere

Camera de ardere fiind un element component important, siguranţa şi eficacitatea funcţionării instalaţiilor de turbine cu gaze depind de construcţia sa şi de modul cum decurge procesul de ardere în cameră.

Camera de ardere trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:a) aprinderea să fie simplă şi cât mai sigură la pornirea instalaţiei;

190 din 375

b) arderea să fie stabilă (fără pulsaţii, întreruperi, înăbuşirea sau aruncarea flăcării) la orice regim de funcţionare;

c) lungimea flăcării cât mai sigură, cât mai scurtă, pentru a nu pleca pe evacuarea spre turbină,

d) răcirea sigură în zonele unde au loc supraîncălziri(circa 2000oC), pierderea de căldură în timpul arderii sa fie minime(prin pereţii camerei de ardere sau prin arderi chimice incomplete),

e) rezistenţa aero şi gazodinamică să fie cât mai mică; f) randamentul sa fie cât mai mare,g) dimensiunile camerei de ardere să fie cât mai reduse pentru o anumită cantitate de căldură

realizată.În general, camerele au corpul (carcasa exterioară) în forma tubulară.În interior, concentric cu aceasta, se află camera sau tubul de foc. La toate camerele de

ardere, aerul care pătrunde prin secţiunea de intrare 1 se împarte în două părţi: o cantitate mică de aer, aerul primar în proporţie de 20…30% din debitul total, este îndreptată direct în zona de ardere, care ocupă partea din faţă a camerei şi asigură arderea întregii cantităţi de combustibil, realizându-se o temperatură de circa1500…..1800oC, care favorizează stabilitatea flăcării. O mare cantitate de aer , aerul secundar, în proporţie de 70-80% din debitul total, circulă prin exteriorul tubului de foc, ocolind zona de ardere, şi apoi pătrunde în zona de amestec din partea posterioară a camerei de ardere( partea dinspre turbină), printr-o serie de orificii şi canale speciale. în zona de amestec, aerul se amestecă cu gazele rezultate în zona de ardere, reducându-le temperatura şi totodată determină arderea produselor oxidate incomplet şi o cantitate de combustibil nears. Temperatura amestecului se micşorează până la temperatura admisibilă în faţa turbinelor 4, adică 800oC pentru instalaţiile navale. Aerul secundar mai are şi rolul de a răci pereţii tubului de foc şi de a forma un strat izolator de căldură între aceasta şi carcasa exterioară a camerei de ardere. La un exces de ardere prea mare, amestecul de aer şi combustibil se aprinde mai greu, iar procesul de ardere este instabil şi de intensitate mică. Chiar dacă amestecul se aprinde, flacăra poate fi întreruptă foarte uşor de curent de aer care trece prin aceasta. De asemenea, flacăra care apare în zona de ardere este stabilă numai dacă viteza aerului care pătrunde este mai mică decât viteza aerului la intrarea în camera de ardere până la o viteză de 40….60 m/s, prin mărirea secţiunii de trecere respective. Curenţii de gaze calde, turbionate în sens contrar aerului, asigură aprinderea amestecului proaspăt şi arderea lui stabilizată. Iniţial, la pornirea camerei de ardere se utilizează bujia electrică 8, cu ajutorul căreia se amorsează arderea amestecului de aer şi combustibil.

Fig.II.2.4.2.1. Schema camerei de ardere individuale simple: a - camera de ardere; 1- tubulatura de combustibil; 2- carcasa exterioara; 3- camera (tubul) de foc; 4- ecranul (stabilizatorul de flacără); 5- injectorul cu diuză pentru pulverizare;

6- turbionatorul de aer; 7- intrarea aerului comprimat în camera de ardere; 8- bujia pentru aprinderea combustibilului; 9- conductor electric de înalta tensiune; 10- ieşirea amestecului de gaze şi aer din camera de ardere;

b - diagramele de variaţie a temperaturii (T) şi a vitezei gazelor, de-a lungul camerei de

ardere.

191 din 375

Ecranele stabilizatoare de flăcări au forma unor trunchiuri de con goale, cu numeroase orificii, şi îndreptate cu baza mare spre zona de ardere(fig.II.2.4.2.2.) sau forma unor grătare plane sau tronconice, formate din placi subţiri cu un mare număr de orificii (fig.II.2.4.2.2.) care permit trecerea aerului primar. Tot în scopul obţinerii unui amestec uniform şi intensiv al aerului primar cu combustibilul injectat se montează în acelaşi plan cu injectorul sau în faţa acestuia turbionatoare speciale 6, formate dintr-o serie de palete fixe radiale şi curbate, dispuse sub un unghi anumit. Deoarece turbionarea amestecului duce la aruncarea unor părticele de combustibil părţile laterale ale camerei de ardere, o parte din aerul secundar se duce la periferia zonei de ardere printr-o serie de orificii practicate în peretele tubului de foc 3.

Fig.II.2.4.2.2.Schema camerei de ardere cu vaporizare prealabilă a combustibilului1- tubulatura de combustibil; 2- carcasa exterioară; 3- camera ( tubul ) de foc; 4- ecranul (stabilizatorul de flacără ); 5- injectorul cu diuza pentru pulverizare; 6- turbionatorul de aer; 7- intrarea aerului comprimat în camera de ardere; 8- bujia pentru aprinderea combustibilului; 9- conductor electric de înaltă tensiune; 10- ieşirea amestecului de gaze şi aer din camera de ardere; 11- tuburile de vaporizare a combustibilului; 12- camera de vaporizare.

Pentru obţinerea unui amestec mai bun de aer şi combustibil, a micşorării timpului de ardere şi a măririi stabilităţii flăcării, se poate folosi vaporizarea prealabilă a combustibilului (fig. II.2.4.2.2.), unde este prezentată o cameră de ardere cu vaporizare prealabilă a combustibilului. În aceasta cameră de ardere faţă de cea prezentată anterior apare în plus camera de vaporizare cu tuburile de vaporizare a combustibilului, care sunt învăluite la exterior de gazele fierbinţi. Gradul de pulverizare al combustibilului influenţează procesul de ardere în sensul măririi vitezei de ardere şi propagare a flăcării, cu cât pulverizarea este mai fină şi mai uniformă. Mărind presiunea de injecţie, gradul de pulverizare creşte.

Clasificarea camerelor de ardere:1) după felul combustibilului : a) lichid cu injectoare; b) gazos cu arzătoare; c) solid pulverizat cu un curent de aer;2) după direcţia şi sensul de introducere a aerului şi a combustibilului: a) echicurent;

b) contracurent; c) unghiulară unde aerul este perpendicular pe

direcţia de mişcare a gazelor arse. d) ciclon constă în introducerea tangenţială a

aerului în camera de ardere.

192 din 375

II.2.4.3.Turbina cu gaze

Din punct de vedere constructiv şi al principiului de funcţionare, turbinele cu gaze sunt asemănătoare cu turbinele cu abur folosite şi ele la propulsia navelor. Datorită înlocuirii agentului termic (a aburului cu gaze), turbinele cu gaze au un număr de trepte mai mic şi o serie de particularităţi constructive prin care se deosebesc de turbinele cu abur. Pentru a scoate în evidenţă aceste particularităţi se iau pentru analiza două instalaţii de aceeaşi putere 5000 kW şi turaţie 3600 rot./min., una având turbina cu gaze şi cealaltă turbina cu abur. Dacă la turbina cu abur este necesar un debit de abur 0,7m3/s(24t/h), la o temperatură de 440oC, o presiune de 32daN/cm2 la intrare şi o presiune 0,05daN/cm2 la condensor, pentru turbina cu gaze este necesar un debit de gaze de 280m3/s(230t/h) la o temperatură de 650oC, o presiune de 6daN/cm2 la intrarea în turbină şi o presiune de evacuare de 1,03daN/cm2. Rezultă pentru turbina cu gaze un consum specific de 46kg/kW/h, iar pentru cea cu abur un consum specific de 4,8kg./kW/h, debitul necesar de gaze în m3/s fiind de 40 de ori mai mare decât debitul de abur. Aceasta este o consecinţă a faptului că, la aceeaşi temperatură, entalpia gazelor este mult mai mică decât entalpia aburului, de aceea turbina cu gaze are trepte mai puţine.

În prezent, cele mai folosite turbine cu gaze sunt cele cu reacţiune. Pentru cazul analizat mai sus, raportul dintre debitul volumetric la intrarea şi ieşirea din turbina cu abur este de 250, ceea ce înseamnă că, în primul caz, volumul aburului creşte, prin destinderea în turbină, de 250 de ori, iar în al doilea caz, volum gazelor creste de 3,95 ori.

Ca urmare, lungimea paletelor la turbina cu gaze variază foarte puţin de la o treaptă la alta, însă paletele primei trepte vor fi mai mari decât la turbina cu abur, tocmai datorită debitului volumetric mare la intrarea în turbină în plus, primele palete ale turbinei cu gaze este limitată de lungimea paletelor primei trepte, faţă de turbina cu abur, unde puterea este limitată de lungimea paletelor ultimei trepte. Din comparaţia făcută anterior rezultă ca turbinele cu gaze necesită o presiune a gazelor mult mai mică decât a turbinelor cu abur. De asemenea, datorită entalpiei reduse a gazelor faţă de abur, trebuie ca temperatura gazelor la intrarea în turbină să fie de peste 500oC mai mare decât la turbina cu abur, însă la temperaturi de peste 750oC este necesară răcirea paletelor fixe şi mobile mai ales la prima treaptă prin folosirea unor materiale rezistente la temperaturi ridicate. Pentru temperaturi sub 400oC, piesele se fac din otel carbon obişnuit; între 400 şi 600oC se folosesc oţeluri slab aliate cu molibden; între 600-700oC oţeluri austenitice, iar peste 700oC se folosesc aliaje de cobalt, nichel, titan. În cazul când nu se folosesc aliaje speciale şi pentru temperaturi sub 700oC este necesară răcirea paletelor fixe şi mobile cu apă sau aer (la interior).

Fig.II.2.4.3. Turbina cu gaze cu o singură treaptă şi compresor axial:1- strat de material temo-izolant; 2- material izolant între cele două carcase; 3- carcasa; 4- disc forjat integral cu arbore; 5- arbore; 6- cuplaj turbină compresor; 7- disc integral cu rotorul compresorului.

Turbina cu gaze este maşina energetică în care are loc transformarea energiei potenţiale a gazelor în energie mecanică, care realizează rotirea arborelui turbinei. Prin cuplarea arborelui

193 din 375

turbinei cu un consumator, se realizează transformarea energiei mecanice în diferite forme de energie dictate de scopul utilizării acestuia.

O clasificare generală a turbinelor cu gaze este prezentată în tabelul de mai jos:

Criteriu de clasificare

Tipul turbinei

Particularităţi

1 2 3

Agentul motor folosit

Cu gaze de ardere

Gazele de ardere pot fi produse special (camera de ardere, generatoare de gaze cu pistoane libere) sau evacuate de motoare cu ardere internă, instalaţii tehnologice etc..

Cu aer caldAerul şi freonul se comprimă şi se încălzesc într-un schimbător de căldură.

Cu heliu În cazul centralelor nuclearo-electriceDirecţia

gazelor în turbina

AxialeRadial

Radial-axialeModul de

transformare a căldurii în

lucru mecanic

Cu acţiune

Cu reacţiune

Mixte

Circulaţia gazelor

Cu circuit deschis

O particulă de gaz străbate o singură dată turbina. Funcţionează de obicei cu gaze de ardere.

Cu circuit închis

O particulă de gaz străbate de mai multe ori turbina. Funcţionează de obicei cu aer sub presiune încălzit cu heliu

Realizarea transformărilor energetice

Mono-etajateTransformările energetice se realizează într-un etaj (rând de palete). Au puteri mici şi turaţii mari. Dimensiunile turbinei sunt mici.

Multietajate (cu trepte de

presiune)

Transformările energetice se realizează în mai multe trepte dispuse în serie. Se utilizează în cazul puterilor mijlocii şi mari. Au randament mai bun.

Presiunea agentului

motor

Înaltă presiune

Pot fi cu axe separate sau pe acelaşi ax

Medie presiune

Joasă presiune

Principalele elemente componente ale turbinei cu gaze sunt:- rotorul turbinei;- statorul turbinei;- instalaţiile auxiliare ale turbinei;- fundaţia (postamentul)turbinei.

II.2.4.3.1 Rotorul turbinei cu gaze

Construcţia rotorului depinde de tipul turbinei cu acţiune sau reacţiune-de dimensiunile şi turaţia lui, de temperatura la care funcţionează , etc. Paletele rotorului - se confecţionează din oţeluri feritice (550-5650 C), oteluri austenitice (650-8000 C) şi aliaje speciale (condiţii deosebit de grele de lucru). Forma profilului

194 din 375

paletei se alege funcţie de tipul paletei (cu acţiune sau cu recţiune) şi de numărul Mach corespunzător vitezei relative de la intrare a gazelor.

Paleta rotorului are trei părţi: partea activă - formează pereţii laterali ai canalului; piciorul paletei - fixarea paletei de disc; capul paletei - partea opusă piciorul paletei la extremitatea căreia se află cepul pentru fixarea bandajului ce acoperă canalul interpaletar.

Constructiv paletele pot fi: laminate, frezate, răsucite sau tubulare. Acestea se fixează în discuri cu ajutorul unor piese de închidere, prin sudură, nituire sau cu ştifturi cilindrice.

Bandajul poate fi realizat dintr-o bucată cu paleta sau separat din tablă fixată de capul paletelor, prin cepuri.

Discurile rotorului – pot fi executate în corp comun cu arborele sau separat şi montate pe acesta prin presare la cald.

Rotorul turbinei cu acţiune se execută deseori în construcţie monobloc, discurile fac corp comun cu arborele. Rotorul monobloc este o soluţie constructivă simplă, compactă şi sigură, dar este limitată de posibilităţile tehnologice de forjare. În cazul unor diametre mari discurile se execută separat şi se montează pe arbore prin presare la cald.

Elementele componente ale discului rotorului sunt: 1. coroana discului – pe aceasta se fixează paletele;2. butucul discului – pe acesta se fretează pe arbore;3. pânza discului – leagă coroana, de butuc.

După paletare, discurile rotorului se echilibrează static, iar rotorul complet asamblat se echilibrează dinamic.

La turbinele cu recţiune de dimensiuni moderate, a căror viteză periferică nu depăşeşte de obicei 180m/s se utilizează rotoarele în tambur.

La dimensiuni mari, tamburul se confecţionează gol în interior, iar la diametre mari se realizează rotoarele în tambur obţinute prin asamblarea prin sudare a mai multe discuri negăurite cu coloana lată.

Discurile împreună cu paletele sunt componentele cele mai solicitate ale turbinei funcţionând în acelaşi mediu. Deoarece discurile nu sunt supuse acţiunii de eroziune şi coroziune a gazelor, pentru confecţionarea acestora se utilizează oţeluri carbon de calitate O.L.C. 45(sub 300 grade Celsius) sau oţeluri slab aliate cu Mg, Cr, Ni, şi V(peste 300 grade Celsius).

Arborele rotorului - poate fi executat în construcţie monobloc cu discurile rotorului sau poate fi o piesa separată de discuri. Pe arbore în afară de eventualele discuri frecate se mai montează bucşe de distanţă între discuri, bucşe pentru labirinţi exteriori, discul lagărului axial, discul de echilibrare, semicupla, inele aruncătoare de ulei, roata dinţată a angrenajului care antrenează pompa de ulei, etc. Majoritatea acestor piese se fixează pe arbore prin strângere la cald şi se asigură contra rotirii de obicei cu o pană.

Pentru uşurarea montării pe arbore a pieselor prezentate mai sus, acestea se confecţionează cu grosimea variabilă în trepte. Uneori se folosesc doi arbori coaxiali pentru realizarea a două linii de arbori.

Arborele corpului de joasă presiune al turbinei cu diametrul pană la 600mm şi la puteri foarte mari se execută din oţel carbon de calitate O.L.C.35 sau O.L.C.45. În cazul rotoarelor monobloc şi în cazul arborilor care funcţionează la temperaturi mai mari , se utilizează oţeluri slab aliate cu Cr, Ni, Mg, V.

Cuplajele rigide -(cu discuri ,cu ştifturi, etc.)cât şi cuplajele elastice (cu burduf, cu dinţi ,etc.) sunt utilizate la cuplarea rotoarelor turbinei cu gaze, deoarece permit deplasări relative ale acestora.

Virorul - este un dispozitiv de rotire a rotorului pentru a asigura răcirea uniformă a acestuia după oprirea turbinei cu gaze de obicei aceasta se îmbină cu cuplajul turbinei. Acţionarea virorului se poate realiza manual (acţionare intermitentă) sau cu un motor electric(acţionare continuă).

195 din 375

II.2.4.3.2. Statorul turbinei cu gaze

Ajutajele - asigură destinderea gazelor şi creşterea vitezei acestora. Construcţia ajutajelor este determinată de presiunea şi temperatura gazelor, de dimensiunile secţiunilor de curgere, de locul pe care-l ocupă în ansamblul turbinei, etc. Ajutajele se confecţionează prin turnare (normală sau de precizie),frezare (pretenţioasă şi costisitoare) sau sudare.

Diafragmele - sunt piese ale statorului în care se fixează ajutajelor turbinelor cu acţiune sau reacţiune a căror rotor este sub formă de discuri.

În partea de înaltă presiune a turbinei diafragmele se prevăd cu ajutaje frezate în construcţie sudată sau turnată, iar pentru temperaturi joase diafragmele se prevăd cu palete din tablă încastrate prin turnare în corpul de fontă a acestora. Diafragmele se execută din două bucăţi cu planul de separare în planul orizontal de separare a carcaselor pentru a se asigura montarea şi demontarea uşoară a acestora. Pentru temperaturi sub 250 grade diafragmele se confecţionează din fontă perlitică (cu adaos de Ni şi Cr) turnate, iar peste 250 grade se confecţionează din oţel turnat, forjat sau laminat.

Paletele directoare - folosite pentru turbinele cu reacţiune care au rolul în tambur sunt asemănătoare cu paletele rotorului. Acestea pot fi cu profil constant sau variabil şi se fixează de obicei în carcasă. Un disc şi un rând de palete directoare sau un disc şi o diafragmă, constituie o treaptă a turbinei.

Carcasa - asigură: fixarea diafragmelor treptelor sau ale paletelor directoare; aducerea gazelor la turbină , distribuirea lor la ajutajele primei trepte, conducerea între trepte şi evacuarea acestora din turbină ; izolarea treptelor faţă de exterior şi fixarea în extremităţi a lagărelor turbinei.Carcasa are controlul bine determinat, atât de dimensiunile şi forma rotorului, cât şi de traiectoria gazelor la intrarea şi ieşirea din turbină.

Pentru montarea şi demontarea mai uşoară a rotorului, carcasa se execută din două părţi, separate printr-un plan orizontal care trece prin axa rotorului.

II.2.4.3.3. Instalaţiile auxiliare ale turbinei cu gaze

Instalaţiile auxiliare ale turbinei cu gaze asigură atât funcţionarea normală a acesteia, cât şi adaptarea funcţionarii acesteia funcţie de puterea cerută de consumator.

1) Răcirea cu aer a paletelor turbinei este cea mai des utilizată şi poate fi:a) răcirea exterioară unde aerul se prelinge în lungul suprafeţelor exterioare ale rotorului;b) răcirea interioară ce constă în introducerea aerului în interiorul arborelui, de unde prin nişte

canale radiale este dirijat spre canalele interioare practicate în palete;c) răcire combinată exterioară şi interioară.

2) Controlul funcţionarii turbinei Sistemul de controlul al turbinei cu gaze trebuie sa îndeplinească multe funcţiuni, care sunt

vitale pentru buna funcţionare. El trebuie sa controleze viteza arborelui, sa programeze curgerea combustibilului în timpul pornirii şi în alte condiţii tranzitorii şi să prevină supratemperatura în camera de ardere şi în componentele turbinei.

Pentru îndeplinirea acestor funcţii, sistemul de control este format dintr-o serie de dispozitive separate, combinate în diverse sisteme:

a) controlul şi măsurarea vitezei este realizata prin intermediul unui regulator de turaţie de tip centrifugal, care, printr-un sistem hidraulic(o valvula pilot şi piston) acţionează valvula principala de combustibil, pentru reglarea curgerii acestuia, controlând în acest fel turaţia şi puterea maşinii.

b) controlul puterii este mai important decât controlul vitezei, în instalaţiile marine de mari dimensiuni; ca sistem de reglare a vitezei turbina trebuie sa dispună şi de un regulator de oprire la supraturaţie.

c) controlul temperaturii este realizat cu ajutorul termocuplelor; pentru protecţia la supratemperatură sunt folosite întrerupătoare termice care pot întrerupe circuitul de

196 din 375

comandă şi opri sistemul. În acest scop pot fi folosite comenzi pneumatice. Semnalul termocuplelor poate fi amplificat electronic şi introdus în sistemul de comandă pentru a modula curgerea combustibilului.

d) controlul şi măsurarea combustibilului este făcută prin intermediul regulatoarelor de putere, turaţie şi temperatură. În plus, trebuie reglată curgerea combustibilului pe timpul pornirii şi asigurarea unei cantităţi suficiente, pentru prevenirea stingerii flăcării. La turbinele marine alimentarea se face cu combustibil la presiune pozitivă şi, dacă este necesar, încălzit pentru menţinerea vâscozităţii necesare. După filtrare combustibilul ajunge la pompa principală de combustibil, care poate fi cu roţi dinţate sau cu piston şi este antrenată de arborele turbinei. De la pompa de combustibil ajunge în camera de ardere.

e) protecţia la supraturaţie controlează viteza arborelui turbinei pentru menţinerea ei în limitele prescrise. Acest lucru este făcut prin intermediul unui regulator de oprire la supraturaţie. Un astfel de dispozitiv se montează pe fiecare arbore, iar când turaţia atinge valoarea de 110% taie alimentarea cu combustibil. Mecanismul este de tip centrifugal, care acţionează asupra valvulele de combustibil sau asupra unor contacte electrice care, în mod similar, taie curgerea combustibilului.

3) Cuzineţii, etanşările şi ungerea.Cuzineţii turbinelor cu gaze se împart în două clase :

a) antifricţiune sau cu rulmenţi;b) cu bucşă sau de alunecare şi lagăre de împingere cu film de ulei.

La turbinele navale sunt folosite lagăre de alunecare sau cu film de ulei.Lagărele antifricţiune cu bile sau role pot asigura o funcţionare de lungă durata dar au o

viaţă limitată. Pentru acest tip de lagăre, fiecare rotor este susţinut de două sau mai multe lagăre. Un lagăr, în mod frecvent, este cu role cilindrice pentru a preveni mişcarea axială a rotorului, iar celelalte lagăre care susţin rotorul şi preiau împingerea axială sunt cu rulmenţi. Lagărele antifricţiune au nevoie de o mică cantitate de ulei pentru ungere. Acesta însă trebuie răcit pentru a păstra jocurile şi pentru a evita zgomotele şi blocarea. Jetul de ulei trebuie direcţionat pe arbore adiacent la inelul interior al rulmentului şi în jurul carcasei, pentru a menţine lagărul rece fără să fie nevoie ca prin acesta sa treacă o cantitate mare de ulei.

Lagărele de alunecare sunt cu film de ulei format dintr-o cantitate adecvată de ulei cu vâscozitate potrivită. Lagărele sunt placate cu material antifricţiune, iar forma găurii este eliptică.

Lagărele de împingere au rolul de a prelua împingerea netă a turbinei, adică diferenţa dintre împingerea compresorului şi împingerea turbinei în cazul generatorului de gaz, sau împingerea turbinei plus sau minus împingerea cuplajului în cazul turbinelor de putere.

Fiecare rotor dispune de lagărul sau de împingere format din lagăre cu film de ulei. În mod normal, lagărul cuprinde un guler de împingere ferm ataşat arborelui cu placi de împingere în ambele parţi.

Lagărele de alunecare şi de împingere necesită o cantitate mare de ulei răcit, de bună calitate, pentru ungere şi răcire.

Etanşarea arborelui serveşte pentru etanşarea, controlul sau prevenirea scurgerii lichidului de-a lungul arborelui, la trecerea acestuia printr-un perete sau o diafragmă care separă două zone aflate la presiuni diferite sau conţin două fluide diferite.

Etanşarea poate fi făcută prin:a) contact şi constă din inele de cărbune sau grafit ţinute în contact cu suprafaţa bine lustruită a

arborelui prin intermediul unui resort. Suprafaţa metalului este călită, iar materialul inelelor este ales să dea minimum de frecare şi uzură. Acest sistem de etanşare, în cazul turbinelor cu gaze, lucrează fără ungere.

b) labirinţi al căror principiu de lucru este acela de a forma o serie de strangulări, prin intermediul unui număr de dinţi metalici practicaţi pe componente fixe, sau pe arbore şi uneori pe ambele componente. Dinţii sparg diferenţa totală de presiune a fluidului dintre cele două parţi ale etanşării într-o serie de trepte, pentru a controla curgerea prin spaţiile de toleranţă dintre vârfurile dinţilor şi suprafaţa prelucrată. Viteza creată în spaţiul de toleranţă, prin căderea de

197 din 375

presiune este parţial disipată în turbulenţa din spaţiul dintre dinţii adiacenţi, reducând mult curgerea.

Sistemul de ungere are rolul de asigura ungerea organelor turbinei, livrând în mod continuu o cantitate de ulei, la presiune şi temperatură corectă.

În mod normal, un sistem de ungere constă dintr-un rezervor de ulei, una sau mai multe pompe (care livrează uleiul la cuzineţi, reductor şi la sistemul de comandă ), regulatoare de presiune, răcitoare şi filtre de ulei.

Tancul de ulei este amplasat sub turbină, iar capacitatea lui este funcţie de curgerea pompei astfel ca, în caz de accident tancul să poată livra timp de 4 minute.

Tancul de ulei trebuie să fie prevăzut cu sticlă de nivel şi cu autoclavă destul de mare pentru a permite curăţirea, precum şi cu sisteme de alarmă pentru nivel minim şi maxim.

Tubulaturile de alimentare şi scurgere sunt fabricate prin laminare şi sunt din oţel inoxidabil. Este o practică uzuală ca tubulatura de alimentare să treacă prin interiorul tubulaturii de scurgere pe o distanţă cât mai mare. În acest fel tubulatura de scurgere acţionează ca o linie de siguranţă în eventualitatea avarierii liniei de alimentare care, în caz contrar, ar putea împrăştia ulei peste componentele calde ale instalaţiei şi ar produce incendii. Pentru reducerea riscului de foc, numărul tubulaturilor şi al conexiunilor sunt reduse la minim, iar acolo unde sunt necesare conexiuni, acestea se fac prin sudare.

Aşa cum se vede în figură, instalaţia este prevăzuta cu sisteme de filtrare şi răcire a uleiului. Filtrele dispun de capacitatea de a asigura filtrări cuprinse în gama 10÷2 microni. Nu se admite by-pass-area filtrelor întrucât, la ungerea lagărelor ar putea pătrunde o mare cantitate de impurităţi.

Regulatoarele de presiune, uzual, sunt valvule de golire prevăzute cu resort. Unele sisteme folosesc două niveluri de presiune, unul pentru controlul funcţionarii şi altul de joasă presiune pentru ungere. Pompa principală de ungere este de tipul cu roti dinţate şi este antrenată de arborele principal al turbinei. Pentru ungere mai pot fi folosite şi pompe centrifuge acţionate de arborele turbinei sau de electromotor.

Fig.II.2.4.3.3.1. Sistemul uleiului de ungere, aranjament tipic pentru propulsia cu turbine cu gaze: 1- tanc de ulei; 2- răcitorul de ulei; 3- reductor de turaţie; 4- cuzinet de împingere; 5- pompa principală de ulei; 6- pompa de baleiaj; 7- filtru; 8- pompa de transfer; 9- filtru foarte fin; A- accesoriu pentru acţionarea

pompei; B- comanda hidraulică;

a- cuzinetul nr. 1; b- cuzinetul nr. 2; c- cuzinetul nr. 3; d- cuzinetul nr. 4; CR- conexiune de recepţie.

Materialele folosite la construcţia turbinelor cu gaze trebuie să corespundă cerinţelor impuse de condiţiile de operare a componentelor turbinelor expuse la temperaturi şi presiuni ridicate, care lucrează la turaţii mari.

Cerinţe stricte se impun materialelor folosite la fabricarea discurilor, paletelor, rotoarelor, tubulaturilor de gaze şi a componentelor camerei de ardere. Materialele trebuie sa reziste la temperatura, presiune, coroziune şi eroziune şi sa nu fie scumpe. Temperatura componentelor turbinei: în plus faţă de solicitarea mecanică, apărută în rotor şi alte componente ale turbinei, temperatura gazului de lucru produce solicitări termice de o magnitudine considerabilă. Din acest motiv temperatura rotorului, discurilor şi a paletelor este

198 din 375

calculată sau determinată experimental. Distribuţia temperaturii unui rotor cu discuri integrale în stare staţionară este prezentată în figura următoare:

Fig.II.2.4.3.3.2. Distribuţia temperaturii într-un rotor cu discuri intregale al unei turbine oprite

II.2.4.4. Recuperatorul de căldură

Recuperatorul de căldură are rolul important în instalaţiile de turbine cu gaze, prin intermediul lor putându-se folosi o parte din căldura gazelor, evacuate din turbine, la preîncălzirea aerului comprimat înainte de a intra în camera de ardere. Practic, recuperatoarele de căldură sunt schimbătoare de căldură tubulare, la care aerul circulă în interiorul tuburilor, iar gazele evacuate prin spaţiile dintre tuburi. Recuperatoarele de căldură pot fi cu curent încrucişat când gazele circulă perpendicular pe ţevi, sau în contracurent, când gazele circulă de-a lungul ţevilor şi în sens invers circulaţiei aerului din tuburi. Recuperatoarele din contracurent au ţevile cu nervuri longitudinale, astfel coeficientul echivalent de convecţie de la gaze la pereţi este mai mare(4….8 ori) decât în cazul ţevilor netede. Recuperatoarele de căldură se montează cât mai aproape de compresor şi turbină cu scopul de a simplifica instalaţia şi a reduce căderile de presiune atât pe traseul de gaze, cât şi de aer.

II.2.5. Accesoriile instalaţiei de turbine cu gaze

Pentru a funcţiona, instalaţia are nevoie de o serie de accesorii cum sunt:a) pompe de combustibil şi de ungere cu ulei care livrează combustibil şi ulei sub presiune pe

timpul funcţionarii, inclusiv la pornire; pompele pot fi acţionate separat, de către un electromotor, dar, uzual, sunt antrenate prin intermediul unui reductor de turaţie de către arborele turbinei.

b) maşina de pornire a turbinei care poate fi un electromotor, o turbină cu abur, un motor cu aer sau un motor DIESEL, care, la rândul lor, au propriul sistem de pornire; la instalaţiile de mare putere, ca maşina de primă pornire poate fi folosită o turbină cu gaze de mici dimensiuni.

c) filtrul de ulei este montat pe tubulatura de aspiraţie aer, pentru a preveni murdărirea compresorului şi prin acesta se previne reducerea capacităţii şi a randamentului compresorului şi degradarea întregii maşini; filtrul se montează la înălţimi mari faţă de nivelul apei şi trebuie sa fie echipat cu şicane efective pentru a preveni intrarea apei. Decantorul poate fi de tip separator sau este de tip filtru format din metal şi fibre sintetice de dimensiuni bine stabilite, care să controleze efectiv diametrul picăturilor de apă.

d) amortizorul de zgomot se montează atât pe intrarea aerului cât şi pe evacuarea gazelor, turbina fiind o maşină de mare turaţie generează zgomote de mare turaţie cu o frecvenţă de spectru foarte larg; mare parte din zgomote este generată aerodinamic de frecvenţa trecerii palelor, sursa majoră de zgomote apărând în jurul deschiderilor de intrare şi ieşire şi a reductorului de turaţie. Zgomotele sunt radiate de întreaga maşină, iar intensitatea sunetului este funcţie de masa carcasei.

199 din 375

II.3. MECANISME ŞI INSTALAŢII AUXILIARE SPECIFICE MAŞINILOR DE PROPULSIE NAVALE

II.3.1. Separatoare navale

II.3.1.1. Noţiuni introductive: definiţii, principii şi mărimi constructive şi funcţionale

Una din cele mai importante etape din domeniul exploatării navelor este aceea de separare sau de purificare a produşilor finali sau intermediari. Această necesitate rezultă din însăşi natura proceselor tehnologice care conduc frecvent la obţinerea unor amestecuri având în principiu caracteristicile unor sisteme eterogene formate din faze diferite, de tip lichid-gaz, solid-gas, lichid-solid, etc..

Toate aceste varietăţi de amestecuri sunt caracterizate de faptul că faza continuă (dispersantă) este un fluid (foarte frecvent, un lichid), iar faza dispersă (având de cele mai multe ori un caracter polidispers), este alcătuită din particule solide, bule de gaze, etc.. Condiţionat de natura sistemelor eterogene, de proprietăţile fizico-chimice ale fazelor componente, se pot realiza prin una din următoarele tipuri de operaţii:

a) separări fizico-mecanice, bazate ca principiu pe legităţi derivate din mecanica fluidelor;b) separări termice, bazate pe operaţii de transfer termic şi de transport al fluidelor;c) separări prin difuziune, datorate diferenţelor de concentraţie şi temperatură între particulele sistemelor aflate în contact.

Separarea sistemelor eterogene de tip lichid-solid (Tab.1) este percepută adesea ca un ansamblu de diverse procese fizico-mecanice de separare.

Tab.1 Prezentare generală a principalelor procedee şi echipamente de separare mecanică a mediilor eterogene lichid-solid:

În câmp gravitaţional În câmp centrifugalCu o circulaţie

împiedicatăCu circulaţieneîmpiedicată

În aparate rotative În aparate fixe

-site fixe de sortare-decantoare continue orizontale

-centrifuge; sedimentare cu tambur cilindric

-hidrocicloane

-site mobile -decantoare verticale-centrifuge;sedimentare cu camere cilindrice

-limpezitoare cu tub central

-limpezitor cu flotoare

-decantoare cu conuri-centrifuge; sedimentare cu cuţit de descărcare

-limpezitoare cu difuzor

-separator lamelar în plăci

-decantoare semicontinue cu şicane

-centrifuge;separatoare cu talere şi duze

-

--decantoare în contra curent

-centrifuge;separatoare cu talere şi supapă

-

- --centrifuge;decantoare cu şnec transportor

-

- --centrifuge;

decantoare-extractoare-

- - -centrifuge tubulare -

Frecvent pentru a asigura selectivitatea separării se apelează la pretratarea chimică a acestor amestecuri eterogene fără a afecta însă caracterul fizico-mecanic al procesului de separare.

200 din 375

O separare eficientă (cu randament ridicat) şi economică la bordul navei cu aceste separatoare se realizează dacă se asigura următorul complex minimal de factori:

a) decantat sau filtrat limpede,b) sediment omogen cu umiditate relativă scăzută,c) evacuare uşoară atât a sedimentului cât si a decantatului (filtratului),d) regenerări rapide, pretratări simple sau chiar, lipsa acestora, e) consumuri materiale şi energetice scăzute şi, de cele mai multe ori productivitate ridicată a procesului.

Pentru ca agregatul de la bord să respecte aceşti factori se impune o scurtă prezentare a operaţiilor de filtrare şi sedimentare utilizate cel mai frecvent în separarea fizico-mecanică a sistemelor disperse lichid-solid. Prezentarea va fi însoţită de enumerarea şi precizarea modalităţilor tehnice şi tehnologice de bază pentru realizarea acestor operaţii.

Filtrarea

Filtrarea se poate defini ca operaţia unitară de separare a unor sisteme eterogene fluide tip dispersie sau soluţie in fazele componente, cu menţiunea că operaţia nu depinde de diferenţa de densitate dintre faze.

Separarea se realizează prin intermediul unui strat filtrant considerat ca poros care este permeabil în general, doar pentru faza fluidă şi impermeabil pentru toate celelalte sau, pentru majoritatea fazelor solide.

În tabelul următor sunt redate criteriile fundamentale de realizare a operaţiei de filtrare specifică separatoarelor.

Tab.2 Criterii tehnologice de realizare a operaţiei de filtrare.Criteriul Tipul filtrării Caracteristici

Forţa motrică

În câmp gravitaţionalSe realizează sub presiunea hidrostatica a fazei eterogene.

În câmp centrifugalSe realizează în câmpul de forţe centrifuge ale fazei eterogene.

Sub presiune (+Δp)Se realizează în suprapresiunea creată deasupra stratului filtrant.

Sub depresiune (vid) (-Δp)Se realizează în depresiunea (vidul) creată deasupra stratului filtrant.

Structura şi configuraţia stratului filtrant, µf- simplex funcţional, definit ca raportul dintre diametru porilor şi grosimea stratului filtrant)

De suprafaţa Valoare scăzută pentru µf

De adâncime Valoare scăzută pentru µf

Mixtă Valori medii pentru µf.

Reprezentative în acest sens sunt următoarele variante de filtrare (pe baza cărora dealtfel a fost structurat şi tabelul anterior);1. filtrarea de suprafaţă; se realizează la suprafaţa stratului filtrant şi se utilizează în special pentru sistemele fluide eterogene cu o încărcare medie de fază solidă. Stratul filtrant iniţial are o grosime cuprinsă între 80 – 600 µm la o suprafaţă liberă de trecere între 1 – 75 %. Constituirea acestui strat filtrant este simplă, în formă monostrat sau monofilar.2. filtrarea de adâncime; se realizează in adâncimea stratului filtrant si se utilizează pentru sisteme fluide eterogene cu o încărcare mică de solid sau pentru sisteme coloidale. Se asigură astfel posibilitatea unor filtrări selective cu o capacitate de reţinere foarte avansată de până la 99%.

Constituirea stratului filtrant este de regulă sub forma unei structuri plane groase sau având alte forme. La o porozitate a stratului filtrant cuprinsă intre 1-1000µm se asigură o suprafaţă liberă de trecere de aproximativ 90%.3. filtrarea mixtă; are loc atât la suprafaţa stratului filtrant cât şi-n profunzimea acestuia, fiind frecvent întâlnită la sistemele fluide eterogene cu încărcare variabilă de fază solidă. Este specifică

201 din 375

pentru straturile filtrante având grosimea cuprinsă intre 1-6000 µm. Suprafaţa liberă de trecere are limite foarte largi cuprinse între 1-70%.

Filtrarea în câmp centrifugal a fazelor eterogene lichid-solid, se impune ca un procedeu deosebit de eficient. Forţa motrice a procesului sub acţiunea căreia se realizează modificarea concentraţiei este presiunea centrifugală rezultată din rotirea suspensiei. Filtrarea în câmp centrifugal este dependentă de mulţi factori dintre care cel mai important este intensitatea câmpului de forţe centrifugale, ce depinde de:a) numărul de talere filtrante;b) distanţa dintre talere;c) structura si natura suprafeţelor filtrante, etc.

Pentru obţinerea unui grad de separare comparabil cu cel caracteristic altor tehnici de filtrare, la filtrarea în câmp centrifugal se recomandă ca în suspensia de alimentare să existe o concentraţie a solidului mai mare ca cea caracteristică altor tehnici de filtrare.

Uzual filtrările în câmp centrifugal la bordul navelor sunt recomandate pentru:a) separarea motorinei si a uleiului necesare pentru propulsie şi generarea energiei electrice,b) separarea reziduurilor existente in santina navei,c) separarea altor fluide.

Principalii parametri constructivi şi funcţionali uzuali, ai separatoarelor centrifugale sunt cuprinşi în tabelul următor:

Tab.3Parametrii Valori caracteristice

Poziţia axei tamburului Verticală OrizontalăDirecţia de evacuare a sedimentului Frontală superioară Frontală inferioară Laterală

Diametrul tamburului (m) 0,6-1,6 0,8-1,6 0,3-2Capacitatea de umplere (kg) 80-650 120-1000 15-1500

Volumul nominal al tamburului (m3) 0,05-0,5 0,1-0,8 0,1-0,8

Suprafaţa efectivă de separare (m2) 0,8-2,5 1-8 0,25-6

Turaţie tambur (rot/min) 750-2400 750-1500 750-3600

Notă:Întrucât aproximativ (30 – 80) % din presiunea de separare se pierde pentru a învinge

rezistenţa hidraulică a sedimentului format pe suprafaţa filtrantă, grosimea optimă a acestui strat se recomandă a fi inferioară valorii de 60 mm.

Principii funcţionale generale ale separatoarelor navale

Procesul de filtrare se realizează de regulă în condiţiile unui gradient de presiune Δp = ct şi viteză variabilă, în care componenta lichidă a fazei eterogene trece prin elementul activ de separare si se scurge prin orificiile din corpul tamburului rotitor.

Rotorul separatorului – ca principal organ constructiv si funcţional, capătă in acest context funcţiuni diverse ca:

a) organ generator de presiune;b) organ de distribuţie pentru suspensie, faza separată (motorină, ulei, apă) sau pentru

lichidul de spălare;c) spaţiu de depozitare pentru sediment sau de montaj pentru diverse armături sau

accesorii.Există separatoare care au dispunerea tamburului în plan vertical sau orizontal. Cu privire la

acest aspect cât şi consecinţele amplasării, dar şi asupra condiţiilor de utilizare a acestor mecanisme, trebuie menţionat că separatoarele cu tambur vertical asigură de regulă, suprafeţe efective de separare şi capacitate de umplere – nominale – mai mari si mai uşor realizabile constructiv decât la cele cu tambur orizontal.

202 din 375

Separarea prin sedimentare în câmp centrifugal are loc datorită acţiunii forţelor externe asupra constituenţilor fazei eterogene cu diferenţe de densităţi (greutăţi specifice). Este specifică separatoarelor care nu admit în funcţionare pierderi de lichid în sediment si care asigură atât randament ridicat de separare (80- 90) % cât şi debite ridicate de alimentare (de până la 1500 m³/h), iar dimensiunile critice pentru faza solidă egale cu 0,1-500 µm.

Un alt principiu funcţional important al procesului de separare este acela că în pofida numeroaselor perfecţionări, flexibilitatea procesului este scăzută în primul rând datorită dependenţei inverse între selectivitatea separării şi capacitatea sau debitul de alimentare.

În baza acestor sumare principii, tabelul următor cuprinde recomandări importante de utilizare a unor separatoare la bordul navelor;

Tab.4

Tipul separatorulu

i

Concentraţia de

suspensie (% volum)

Dimensiunea critică a solidului

(µm)

Efectul de

rupere a fazei solide

Pierdere de fază solidă

(g/l)

Claritatea

filtratului

Umiditatea finală

(% volum)

Separator cu descărcare manuală

5-10 2-25 Scăzut Neglijabilă Foarte bună

3

Separator cu descărcare prin cuţit

5-3010-100 Mare

Redusă, mai puţin

momentul de început

Foarte bună

3

Separator cu descărcare

prin vibraţii şi oscilaţii

10-80uzual 40

80-100Redus

5-10 la particulele cu Dc= 100µm, aprox.=50%

Slabă 3-7

Separator cu descărcare

prin pulsaţii

15.uzual.20-60 60-100 Redus

2-5 la particulele cu Dc= 100µm, aprox=50%

Bună 2-5

Separator cu tambur conic

perforat

Uzual40-60 90-100

Foarte scăzut

Medie10-20 Slabă 5-15

Separator cu descărcare prin melc

50 uzual40-75 60-100 Mediu

6-12, Dc=100µm Slabă 5-15

Din această gamă largă de separatoare cele mai des întâlnite în domeniul naval sunt cele cu separare prin sedimentare cu ajutorul talerelor. Tamburul acestora poate fi sub formă biconică sau cilindro-tronconică, care cuprinde în interiorul său un număr de 40 până la 200 de talere (discuri) tronconice cu un interstiţiu de trecere între ele de la 0,3 până la 3 mm. Prezenţa acestui pachet de talere are ca scop creşterea eficienţei deseparare întrucât curentul de suspensie este descompus într-un număr ridicat de straturi subţiri de curgere dezvoltate în lungul talerelor.

Faza solidă sau faza de densitate mai mare se concentrează pe pereţii interiori ai tamburului şi se elimină fie la oprirea mecanismului, fie în mod continuu sau intermitent prin dispozitivele periferice ale tamburului ca: duze, supape, armături, etc. . Din punctul de vedere al performanţelor globale, aceste separatoare centrifugale sunt recomandate în domeniul naval pentru separarea reziduurilor din santină sau, a separării combustibililor şi lubrifianţilor existenţi la bord, aceste

203 din 375

medii (faze) eterogene având concentraţia volumică de fază solidă cuprinsă între (0,1 – 25) % din volum, caracterizate printr-o granulaţie critică a solidului în intervalul 0,1 – 50 µm, debite la intrare cuprinse între 0,4 – 300 m³/h, asigurând o eficacitate a separării de până la 96-98%, deci foarte mare.

Sugestiv in acest sens este tabelul următor care cuprinde parametrii constructivi şi funcţionali importanţi pentru unele separatoare navale.

Tab.5

Tipul separatoruluiTipul fazelor

separate

Concentraţia suspensiei(% volum)

Dimensiunea critică a solidului

(µm)

Parametrii constructivi şi funcţionar

Separator centrifugal cu ax

orizontal cu golire prin sifon

Lichid-solid 15 3-800n=200-700 rot/min

eficacitate 98% D=0,5-2,2 m.

Separator centrifugal cu ax

vertical pe 3 coloane

Lichid-solidlichid-lichid

10 1-500n=600-2400 rot/min

eficacitate 98% D=0,8-1,5m.

Separator centrifugal cu talere

si funcţionare discontinuă

Lichid-solid lichid-lichid

0,3-2 0,5-300n=4000-14000 rot/min eficacitate 96% debit

suspensie = 0,4-120m³/h.

Separator centrifugal cu talere

şi autogolire prin duze

Lichid-solid 25 0,3-500n=4000-10000 rot/min eficacitate 96% debit suspensie =300 m³/h

Separator centrifugal cu talere

şi autogolire prin inelar

Lichid-solid 10 0,5-500n=4000-10000 rot/min eficacitate 96% debit

suspensie =0,4-60 m³/h.

Separator centrifugal cu talere

şi autogolire prin supare

Lichid-solid 2-5 0,5-800n=4000-10000 rot/min

eficacitate 96-98% debit suspensie =0,8-16 m³/h

Separator centrifugal

extractor cu talere şi autogolire duze

Solid-lichid 15 0,5-500n=4000-14000 rot/min eficacitate 96% debit

suspensie =0,8-80 m³/h

Separator centrifugal decantor

cu melcSolid-lichid 70 0,1-600

n=4000-6000 rot/min eficacitate 96% debit

suspensie =2-120 m³/hSeparator centrifugal

decantor-extractor cu melc

Solid - lichid-lichid

60 0,5-500n=4000-6000 rot/min eficacitate 96% debit

suspensie =0,15-120 m³/h

Obs.1. În cazul separatoarelor centrifugale decantoare cu melc, faza eterogenă este alimentată

central în tamburul aflat în rotor unde, datorită forţelor centrifuge de inerţie solidul este împins spre periferie de unde este preluat şi evacuat de către melcul transportor în timp ce decantatul este evacuat în mod continuu pe la unul din capetele tamburului. 2. Referitor la structura constructivă a tamburului trebuie ştiut că atât lungimea cât şi unghiul de înclinare a zonei conice au o mare importanţă în funcţionarea cu eficienţă a

204 din 375

separatoarelor centrifugale. Astfel, cu cât lungimea tamburului şi turaţia acestuia sunt mai mari iar diametrul nominal al tamburului este mai mic, cu atât capacitatea de separare este mai mare.

3. Separatoarele centrifugale decantoare cu melc pot funcţiona doar în mod continuu, circulaţia fazelor componente ale fazei eterogene se realizează atât în echicurent cât şi-n contracurent. Pentru separatoarele centrifugale decantoare-extractoare cu melc circulaţia fazelor este mixtă.

4. În literatura de specialitate dimensiunea critică a particulelor solide şi conţinutul de fază solidă a amestecului eterogen, sunt percepute ca fiind mărimi de bază în alegerea centrifugelor pentru separarea sistemelor eterogene. Se poate reconsidera astfel că, clasa separatoarelor centrifugale este structurată pe două mari entităţi:

a) cea a separatoarelor centrifugale orientate în special pe amestecuri eterogene cu fază lichidă preponderentă;

b) cea a separatoarelor centrifugale decantoare orientate spre amestecuri eterogene cu faza solidă preponderentă.

Deşi în practică la bordul navei sunt şi alţi factori care determină alegerea tipului separatorului centrifugal adecvat, cum ar fi densitatea şi vâscozitatea fazelor, forma, natura şi consistenţa particulelor solide, totuşi pentru separatoarele centrifugale cu talere, mărimea critică a particulelor solide şi concentraţia fazei solide în amestecul eterogen, rămân factori de bază în alegere.

Există însă la bordul navelor separatoare centrifugale cu talere având funcţionare discontinuă care din punct de vedere constructiv au un rotor cu tambur de formă cilindrico-tronconică cu perete continuu, fără orificii de evacuare a decantatului solid şi a fazei lichide mai grele. Procesul discontinuu de separare şi limpezire se realizează în pachetul de talere de formă tronconică, iar depozitarea solidului decantat se realizează în camera de solid având formă cilindrică dispusă la baza tamburului. Evacuarea fazelor lichide separate şi limpezite se realizează prin intermediul dispozitivelor inelare cu fante axiale de evacuare dispuse în zona superioară a tamburului.

Pentru separatoare centrifugale cu talere (specifice în marea lor majoritate la bordul navelor) datorită calităţilor superioare în ceea ce priveşte rezistenţa şi durabilitatea sistemului de rezervoare s-a ales soluţia constructivă de amplasare a tamburului separator în CONSOLĂ, la capătul superior al arborelui, având de obicei lagărul superior în construcţie elastică, iar cel inferior în construcţie rigidă.

În figura care urmează sunt prezentate cele mai des întâlnite variante constructive a separatoarelor centrifugale cu talere prin rezumarea tamburului în consolă.

a) la distanţă de centrul de masă,b) în centrul de masă al tamburului prin fund profilat,c) în centrul virolei suplimentare.Semnificaţia termenilor: e – excentricitate, deplasare,

G – centru de greutate ( masă ) F – forţa centrifugă a maselor neechilibrate ale tamburului în stare

funcţională (forţa maximă din consolă).Având în vedere turaţiile uzuale ale separatoarelor centrifugale cu talere (6000-8000)

rot/min, precum şi forţa maximă de pe consolă (Fc) la susţinerea corpului (tamburului inferior) cu talere, se utilizează cu precădere lagărele cu rulmenţi (axiali, radiali-axiali).

205 din 375

În ceea ce priveşte modul de montare al rulmenţilor în crapodinele separatoarelor cu talere, trebuie menţionate două variante de bază:a) montaj cu strângere pe arbore;b) montaj cu strângere în corpul lagărului.

În prima variantă, demontarea şi înlocuirea acestora este mult mai uşoară faţă de cea de-a-2-a, dat fiind faptul că depresarea rulmenţilor de pe arbore este mai uşoară decât cea din crapodină (carcasă, scut).

Controlul, comanda şi supravegherea proceselor realizate cu separatoarele centrifugale cu talere, pe faze componente sau în ansamblul lor, necesită diverse sisteme de urmărire şi tipuri de comenzi. Dintre cele mai întâlnite tipuri de comenzi pot fi redate:a) comenzi temporizate prin relee de timp adaptate la programe individuale. Sunt relativ simple

însă, pentru suspensii cu concentraţii oscilante sau pentru circuitele de gaz inert sau aer sterilizat (cu căderi neprevăzut de mari de presiune), sunt puţin performante;

b) comenzi proprii interactive cu control asupra circuitului decantatului sau a fazei valoroase, (omogene, separate) realizat prin fotosenzor sau senzor de presiune pe circuitele de protecţie prin aer sterilizat sau gaz inert.

La prelucrarea suspensiilor sau amestecurilor eterogene cu potenţial exploziv sau de natură inflamabilă, pentru a creşte siguranţa procesului de separare centrifugală, se recomandă controlul continuu al conţinutului de O2 prin metode paramagnetice de analiză. Aceste metode asigură o siguranţă deosebită, evitând pericolul de explozie sau incendiu la bord, realizându-se simultan cele mai bune condiţii tehnice de reglare şi reducere continuă a conţinutului de O2 şi N2. Chiar dacă presupun tehnică avansată de analiză, aceste metode asigură cum mai spuneam, un grad ridicat de siguranţă fluxului cât şi de protecţie a mediului ambiant pentru habitatele fluviale şi maritime.

Principii constructive şi funcţionale

Pentru pregătirea unor cantităţi importante de combustibili şi lubrifianţi necesari consumatorilor de la bord (motoare termice, caldarine, incineratoare etc.) cât şi pentru separarea hidrocarburilor din apa de santină, sunt necesare instalaţii corespunzătoare în acest scop.

Instalaţiile de combustibil de la bord, pe lângă celelalte elemente componente cum sunt: tancurile, pompele, încălzitoarele, şi altele, au ca element component principal separatorul, prin intermediul căruia se îndepărtează din masa de amestec eterogen (motorină, ulei, reziduuri de santină), acele ”faze” a căror prezenţă periclitează buna funcţionare a consumatorilor.

O clasificare a separatoarelor poate fi făcută din mai multe puncte de vedere:1. din punct de vedere al tipului de instalaţie în cadrul căreia se găseşte la bordul navei,

există separatoare de:a) motorină;b) ulei şi de santină

2. din punct de vedere al modului în care se face antrenarea la ax, există separatoare antrenate cu motor diesel sau, electric(situaţia cea mai des întâlnită).

3. din punct de vedere al felului în care se face separarea, există separatoare:a) gravitaţionale: la care separarea fazei eterogene se realizează pe principiul diferenţei

de greutăţi specifice a constituenţilor;b) centrifugale: la care separarea fazei eterogene se face datorită efectului cumulat

generat de forţa centrifugă de inerţie şi diferenţa de greutăţi specifice a constituenţilor fazei.

Mărimile tehnice ale unui separator sunt de natură constructivă şi funcţională. Cele constructive se referă la dimensiunile constructive (lungime, lăţime) şi greutate, iar cele funcţionale se referă la:

a) capacitatea de separare: volum de fază eterogenă separată în unitatea de timp [t/h; t/min];

b) vâscozitate: rezistenţa la curgere a fluidului de separare, măsurată în °E (Engler), mărime care depinde foarte mult de temperatură [°C];

206 din 375

c) presiunea de lucru a fluidului de separare [kgf/cm²][barr]d) turaţia la axul de antrenare al tamburului separatorului [rot/min];e) numărul talerelor de separare, de regulă nr. cuprins între 100÷ 140 ±4. Talerul (discul)

de separare este elementul constructiv activ al separatorului; prin intermediul acestuia se face separarea fazei eterogene în faze omogene (fluid de lucru, cum sunt motorina sau uleiul şi apa cu impurităţi de natură mecanică sau suspensii coloidale);

f) greutatea specifică a constituenţilor fazei eterogene [g/cm³ ]. Principial, construcţia separatoarelor este:

1 – corp 1 – fază grea2,3 – capace 2 – fază uşoară purificată4 – aerisire 3 – fază uşoară clarificată5 – zonă, fază grea (sediment) 4 – ax6 - intrare fază eterogenă7 – ieşire fază uşoară

(separată)8 - purjă iar funcţionarea acestora (pentru separatorul gravitaţional şi cel centrifugal ), tot principial, este:

a) pentru separatorul gravitaţional: pe baza diferenţei de greutăţi specifice a constituenţilor fazei eterogene. De exemplu apa şi alte suspensii, având greutăţi specifice superioare uleiului sau motorinei, se vor separa şi sedimenta (depune) în partea inferioară a corpului;

b) pentru separatorul centrifugal: separarea se realizează prin intermediul unui câmp de forţe create la nivelul camerei de separare cât şi ca urmare a diferenţelor de greutăţi specifice şi a forţelor de frecare ce apar la nivelul spaţiilor interstiţiale dintre talere.

II.3.1.2. Separatoare gravitaţionale: definiţie, clasificare, mărimi tehnice, factorii ce influenţează separarea fazei eterogene

Separatoarele gravitaţionale sunt instalaţii (dispozitive) statice (care nu au elemente in mişcare ), de diferite capacităţi, prin intermediul cărora se realizează separarea, pe principiul diferenţei de greutăţi specifice a impurităţilor din faza eterogenă (fluidul de separat), astfel încât faza omogenă rezultată este bună calitativ pentru consumul motoarelor termice şi caldarinelor.

O clasificare a separatoarelor gravitaţionale poate fi făcută din anumite puncte de vedere:a) din punct de vedere al instalaţiilor pe care le utilizează există separatoare gravitaţionale

pentru:1. staţiile de epurare a apelor reziduale generate de întreprinderi, instituţii, unităţi, mari

sectoare de activitate economică sau rurale (cum ar fi cele zootehnice) etc.;2. sistemele de santină ale navelor (cu predilecţie cele comerciale si de intervenţie);3. instalaţiile de preparare combustibil ale motoarelor de propulsie navală;

207 din 375

4. separarea in anumite puncte la cheu (mare sau fluviu) a hidrocarburilor din reziduurile depozitate la bordul navelor si transferate ulterior in rezervoare special construite şi destinate.

b) din punct de vedere al capacităţii, există separatoare gravitaţionale:1. mici;2. mijlocii;3. de mare capacitate.

c) din punct de vedere al formei exista separatoare gravitaţionale:1. cilindrice;2. paralelipipedice.

d) din punct de vedere al materialului constructiv: separatoare gravitaţionale cu pereţi rezistenţi la acţiunea distructivǎ a reziduurilor de hidrocarburi (OLA, OLI, OL cromat, nichelat, inserţii de materiale plastice cu metale sau nemetale).

Mărimile tehnice se structurează în:a) mărimi tehnice constructive: lungime, lăţime, înălţime, diametru;b) mărimi tehnice funcţionale:

1. capacitatea de separare;2. presiunea cu care faza eterogenă este vehiculată în separator;3. compoziţia fizico-chimică a elementului activ (strat filtrant – separator).

Dimensiunile orificiilor sunt foarte importante.4. Vâscozitatea fazei eterogene: strâns legată de valoarea de temperatură. De altfel

temperatura este mărimea definitorie pentru interiorul separatorului;5. Structura şi dimensiunile elementului separator (filtrant). Filtrarea fiind operaţiunea

de separare a sistemelor eterogene fluid – solid în fazele componente cu ajutorul unui strat filtrant cu structură poroasă, metalică – cu sau fără magnet permanent -, mai nou – cu elemente filtrante – separatoare, din ţesuturi membranare.

Factorii care influenţează separarea fazei eterogene în cadrul unei instalaţii sunt: a) granulometria fazei solide: suspensii între 1 μm şi 1 mm sau mai mari; b) forma particulelor solide: sferică, aciculară, foiţe (cea mai dezavantajoasă pentru că la creşterea presiunii, se comportă ca nişte supape); c) suprafaţa specifică a fazei solide: aglomerare sau nu; d) vâscozitatea fazei eterogene; e) temperatura de filtrare: cea optimă creşte viteza de filtrare, cea foarte ridicată poate genera transformări alotropice; f) presiunea de filtrare: e posibilă şi depresiunea cu rol important în formarea stratului filtrant; g) stratul – elementul - filtrant (separator): conglomerat de nisip, argilă, piatră calcaroasă, zgură etc., cauciuc pe suport metalic, table (caje), site, ţesături, împletituri, plăci poroase, straturi fibroase şi purverulente (depuneri prin sedimentare pe un suport – ex. pulberile de cărbune – membrane şi ţesuturi membranare, hârtia).Funcţionarea calitativă a unui element separator (filtrant) este determinată de următorii parametri:

a) caracteristica hidraulică: căderea de presiune funcţie de cantitatea de fluid separat;b) gradul sau raportul de separare: raportul dintre cantitatea de impurităţi reţinute de elementul

separator şi cantitatea de impurităţi ce exista înainte de separare;c) fineţea procesului de separare: mărimea maximă a particulelor sedimentate după separare;d) îmbâcsirea = colmatarea: durata de folosire a elementului separator (până când căderea de

presiune pe element ajunge la valoarea maximă admisibilă);e) eficacitatea separării: este dată de gradul de separare dintre cantitatea de motorină şi apă sau

suspensii mecanice, coloidale.

Variante constructive şi funcţionarea de principiu

Separatoarele gravitaţionale se utilizează cu predilecţie ca separatoare a reziduurilor din santină însă tot ele, pot realiza la bordul navei şi separarea uleiului sau combustibilului, de apă. Se

208 din 375

întâlnesc foarte des la navele comerciale unde trebuie, în conformitate cu convenţiile internaţionale de prevenire a poluării apelor cu hidrocarburi, să purifice cantităţi însemnate de reziduuri colectate în santină (scurgeri de uleiuri, motorină, păcură şi alte hidrocarburi), a căror densităţi variază în limitele = (0,8 ÷ 0,97) g/cm³.Pentru densităţi ale apei de mare, = (1,020 ÷ 1,025) g/cm³, între cele 2 faze rezultă o diferenţă de densitate, care constituie tocmai baza funcţionării separatoarelor de santină.

În fig. II.3.1.2.1 este reprezentată o schemă de principiu a unei instalaţii de reziduuri petroliere.

Amestecul de apă şi hidrocarburi, colectat în tancul 1, este aspirat prin sorbul 2 de către pompa 3 şi trimis în separatorul 4.

Apa separată de hidrocarburi este evacuată peste bord prin armătura cu clapet 5. Întrucât concentraţia de reziduuri petroliere din apa aspirată nu este constantă, debitul de fază omogenă poate varia între zero şi debitul maxim al pompei.

Deci, evacuarea reziduurilor din separator nu poate fi făcută în mod continuu, ci intermitent, pe măsura acumulării de fază omogenă în partea superioară a separatorului, se sesizează armătura 7 care deschide circuitul către tancul 9 pentru faza separată (reziduurile), apa curată fiind evacuată peste bord prin clapetul 5. Concentraţia acesteia, conform convenţiei Marpol nu trebuie să depăşească 15 ppm.

Fig. II.3.1.2.1 Schema de principiu a unei instalaţii separatoare de reziduuri petroliere1 – tanc reziduuri (santină),2 – sorb cu sită,3 – pompă de alimentare,4 – separator,5 – armătură tip clapet,6 – armătură acţionată manual,7 – armătură acţionată electric (ventil electromagnetic),8 – tablou de supraveghere şi control,9 – tanc de depozitare a fluidului separat,

Separatorul de ulei “SCHRŐDER”

209 din 375

Caracteristica constructivă de bază a acestui separator gravitaţional o constituie şicanele; nişte pereţi, diafragme dispuse pentru ca să înlesnească, să dirijeze fluidul de separat astfel încât faza omogenă să fie cât mai lipsită de impurităţi.

Constructiv acest separator arată ca in fig. II.3.1.2.2.

1 – admisie fază eterogenă (emulsii santină),2 – ieşire fază separată (ulei),3 – ieşire fază grea (apă),4 – traseu ascendent fază separată (uşoară),5 – evacuare fază grea (apă)6 – armătură acţionată pneumatic,7 – orificiu admisie apă pentru spălare (curăţire),8 – armătură acţionată de traductorul de nivel,9 – şicane, diafragme (membrane),10 – corpul separatorului.

Separatorul este construit şi echipat să funcţioneze automatizat, elementul principal fiind sistemul de automatizare tip “NISI”.

Înainte de introducerea fazei eterogene are loc umplerea cu apă pentru amorsarea interiorului.

Presiunea cu care faza eterogenă este aspirată de pompă şi introdusă din santină în separator este de (1,5 ÷2) barr.

Pentru separare poate fi introdus şi ulei necesar ungerii instalaţiilor energetice de la bord, în care s-a constatat prezenţa unor impurităţi.

Când pompa aspiră din santină, din construcţie există pe aspiraţie un filtru grosier care reţine impurităţile de granulaţie mare.

Un rol foarte important prin numărul lor dar şi prin suprafaţa de lucru îl au şicanele care dacă sunt mai multe la număr lungesc traseul fazei eterogene, scăzând astfel conţinutul de impurităţi, iar suprafaţa lor este în strânsă interdependenţă cu gradul de purificare atât ca valoare totală cât şi calitate a suprafeţei, aceasta crescând sau scăzând gradul de aderenţă.

Periodic, atât filtrul brut cât şi şicanele, dar şi interiorul separatorului, se curăţă.Dacă faza eterogenă conţine şi solvenţi, funcţionarea optimă a separatorului nu mai este

garantată.

Separatorul de santină cu electrod de comandă

210 din 375

Fig. II.3.1.2.2 Separatorul de ulei tip „SCHRODER”

Acest separator realizează separarea hidrocarburilor şi a altor reziduuri din apa de santină, însă cu un element activ adecvat poate separa uleiul sau combustibilul de la bord, cu foarte bune rezultate.Constructiv acest separator arată ca în fig. II.3.1.2.3 (a, b)

Fig. II.3.1.2.3 – Separator de santină cu electrod de comandă1 – calotă superioară,2 – calotă inferioară,3 – garnitură de etanşare,4 – racord de intrare a apei de santină,5 – filtru grosier,6 – placă calmantă perforată,7 – filtru fin,8 – axul central,9 – orificiul central al discurilor,10 – orificiul lateral al discurilor,11 – zonă de separare fină,12 – tubulatură de evacuare apă separată peste bord,13 – orificiu pentru colectare ulei,14 – tuburi ridicătoare,

15 – serpentină cu abur sau rezistenţă electrică,16 – orificiu de golire ulei,17 – electrod de comandă18 – cutia de derivaţie,19 – conductoare electrice,20 – ventil electromagnetic,21 – sistem de dezaerare,22 – flotor pentru aer23 – robinete de control nivel minim şi maxim,24 – pâlnie de extracţie,25 – robinet de golire,26 – orificiu de evacuare apă spălare,27 – suport, postament

Acest tip de separator de santină este folosit la bordul navelor maritime şi fluviale, având comandă automatizată pentru deversarea fazelor separate (ulei, păcură sau motorină din apă).

Este o construcţie cilindrică realizată din 2 calote: inferioara şi superioară asamblate prin intermediul unei garnituri de cauciuc sinterizat. La partea superioară se află racordul de intrare a fazei eterogene cuplat la o pompă ce creează o presiune de (1,5 ÷ 3,5) kgf/cm².

În interiorul separatorului se află un filtru grosier 5 format dintr-o sită metalică, la nivelul căruia are loc o primă separare a uleiului aflat în fază eterogenă (emulsii de santină), care, cu siguranţă mai conţinând reziduuri petroliere, este dirijat prin placa calmantă 6. Reziduurile

211 din 375

petroliere acced apoi către filtrul fin 7 care se constituie din mai multe discuri suprapuse şi aşezate sub un anumit unghi faţă de axul central 8 şi solidar cu acesta.

Discurile prezintă câte un orificiu central 9 prin care faza eterogenă pătrunde în filtrul fin.Datorită timpului de separare, relativ ridicat, şi a diferenţelor de greutate specifică, apa

conţinută în reziduurile de santină se va aduna în zona orificiului 10 al axului central.Uleiul fiind mai uşor va aluneca spre periferia discurilor (care sunt orientate sub un anumit

unghi astfel încât incidenţa să fie maximă, separarea cât mai bună) continuând mişcarea ascendentă spre zona de separare fină 11.

Apa sub presiune se va separa şi va pătrunde prin spaţiul dintre discuri şi apoi prin orificiile laterale 10 în axul central 8 (care este gol pe dinăuntru), de aici apa separată fiind evacuată peste bord prin tubulatura 12.Uleiul pătruns în filtrul fin urmează profilul talerelor (a spaţiilor interstiţiale) şi ajuns în zona de separare fină 11 acesta se va ridica şi pe traseul 13, 14 ajunge în spaţiul delimitat de calota superioară la un nivel min. – max. care va comanda închiderea – deschiderea armăturii 20 de evacuare sau nu, a fazei separate.

Pentru ca separarea să se producă mai eficient în acest spaţiu este montată o serpentină de abur sau rezistenţă electrică cu rol în micşorarea vâscozităţii fazei eterogene.

La procesul automatizat de funcţionare a separatorului participă şi electrodul de comandă amplasat după cum se vede în fig. II.3.1.2.3b. La nivelul optim al fazei separate şi care pe principiul constantei dielectrice, ce o au anumiţi constituenţi ai fazei eterogene, va comanda închiderea – deschiderea armăturii pentru evacuare fază separată (ulei, păcură, motorină, etc.).

Deci, electrodul de comandă lucrează ca un traductor, care funcţie de constanta dielectrică (specifică uleiului, păcurii sau impurităţilor) va produce alimentarea ventilului 20 sau întreruperea alimentarii. Spre exemplu, dacă în ulei apare apă (care are o altă constantă dielectrică) traductorul preia informaţia şi o transmite electric – prin intermediul cutiei de conexiuni – la armătura 20 care se va închide. Debitul unui astfel de separator = (6 ÷ 20) m³/h.

O variantă modernă a acestui separator este aceea la care sesizarea fazei omogene se face tot de către un electrod, însă comanda armăturii 20 se realizează hidrostatic prin presiunea din interiorul mecanismului.

Separatorul tip “SEROM”

Este o variantă românească de separator gravitaţional conceput şi realizat de un colectiv de cadre de la ICEPRONAV Galaţi.

Acesta separă hidrocarburile din apa ce se deversează peste bord, sau este reutilizată ca apă tratată.1 – Racord de intrare amestec,2 – Robineţi de preluare probe evacuare hidrocarburi,3 – Alimentare electrică,4 – Bloc traductori nivel,5 – Servovalvulă,6 – Valvulă pneumatică fluture,7 – Tor de aglomerare pe inele,8 – Filtru volumic,9 – Hidrocicloane,10 – Racord hidrocarburi separate,11 – Racord de alimentare cu aer comprimat, Fig. II.3.1.2.4 – Separatorul gravitaţional tip 12 – Racord evacuare apă tratată, „SEROM”13 – Coloană de sedimentare,14 – Corpul, carcasa cu calotele superioară şi inferioară15 – Postament sau ramă de fund

212 din 375

Faza eterogenă (w + r) intră cu presiune în separator care este amplificată ascensional de construcţia axială ciclonară până în partea superioară a mecanismului.

De aici, datorită efectului conjugat al forţei de presiune cu diferenţa de greutăţi specifice, hidrocarburile se vor separa de celelalte faze şi se vor aduna sub perna de aer a separatorului de unde, intermitent vor fi evacuate către un tanc special destinat sau direct, către consumatorii energetici de la bord.

Faza grea formată din apă şi impurităţi (mecanice, suspensii coloidale etc.) după ce va străbate componente 7 şi 8, se va separa astfel: impurităţile se vor stoca în coloana de sedimentare 13 special construită, iar apa separată (tratată) acumulată în cavităţile din calota inferioară, va fi evacuată peste bord intermitent sau recirculată pentru necesităţile bordului.Obs. a) Instalaţia este prevăzută să funcţioneze automatizat la bordul navei şi aceasta datorită componentelor 3, 4, 5, 6 şi 11 din figura anterioară. b) Eliminarea impurităţilor din coloana 13 poate fi făcută manual sau automat.

O altă variantă concepută şi realizată la Galaţi este separatorul din fig. II.3.1.2.5

Fig. II.3.1.2.5 – Separator gravitaţional cu separare prin evaporare

1- corp agregat evaporator,2- tanc scurgere santină,3- evacuare vapori (gaze),4- termostat,5- starter,6- pompă,7- armătură,8- ventilator axial centrifugal,9- evacuare reziduuri hidrocarburi de la evaporator,10- baterie de încălzire

Apa şi reziduurile petroliere (w +r) sunt stocate în santină. Atât stocarea cât şi deversarea peste bord sunt total interzise de normative. Un dispozitiv cu care se micşorează concentraţia de hidrocarburi sub 15 ppm, este echipamentul de concentrare şi separare prin evaporare prezentat mai sus (ppm reprezentând nr. de grame de component rezidual dintr-un milion de grame de apă, cu alte cuvinte concentraţia de hidrocarburi nu depăşeşte 15 g la o tonă de reziduuri din santină sau din tancul de depozit special destinat).

213 din 375

Aerul introdus (curgerea fiind forţată) va prelua vaporii de apă obţinuţi prin evaporare, dispozitivul realizând astfel separarea apei din reziduurile petroliere prin evaporarea umidităţii conţinută de acestea.

Căldura necesară evaporării apei este furnizată de bateria de încălzire şi de aerul de circulaţie în contracurent, în cazul în care Taer > Tw + r , care curge pelicular pe ţevi.

Pentru obţinerea performanţelor cu acest mecanism, foarte important este ca valorile de p şi T să fie cele optime (ex. presiunea vaporilor saturaţi la exteriorul serpentine să fie mai mare decât presiunea din interiorul agregatului, iar T în interiorul agregatului să fie mai mică decât T în partea superioară a mecanismului).

Eficienţa economică rezultată în urma instalării la bord este dată de faptul că atât aburul (apa caldă) cât şi aerul la T de lucru constituie surse termice secundare (recuperate, refolosibile). Această instalaţie poate prelucra aproximativ 100 m³ în 24 h, fază eterogenă, cu un consum de [9÷12]m³/h apă caldă sau [90 ÷ 120] kg abur/h.

Există posibilitatea ca produsele petroliere rezultate în urma evaporării şi separării să fie utilizate de către instalaţiile energetice ale navei.

Separatorul gravitaţional tip „SEVASTOPOL”

Fig. II.3.1.2.6 - Separator gravitaţional tip „SEVASTOPOL”

1 – armătură electromagnetică de protecţie;2 – ieşire apă de spălare;3 – traductor nivel fază eterogenă;4 – traductor nivel suspensii;5 – filtru colector de suspensii coloidale;6 – distribuitor de jet cu rol de separare brută;7 – intrare reziduuri;8 – ieşire apă separată;9 – intrare apă-aer pentru curăţire;

10 – armătură electromagnetică pe ţeava de evacuare C.L. separat;11 – încălzitor.

214 din 375

Acest separator este utilizat cu succes la bordul navelor de luptă ruseşti cu bazele de dislocare la Marea Neagră.

Particularitatea constructivă a acestui separator o reprezintă elementul (filtrul) de separare care înglobează granule de diferite forme, mărimi şi compoziţii, a căror proprietate principală este că reţin prin aderenţă impurităţile şi separă faza omogenă (uleiul sau păcura) de ceilalţi constituenţi.

Mărimi funcţionale: capacitatea minimă de separare = 0,6 m³/h, filtrează – separă brut (prin intermediul componentei 6 impurităţi cu Ø = (0,8 ÷ 1,2) mm, separă motorină cu vâscozitatea ~ 5 cst şi păcură cu vâscozitatea ~ 220 cst sau mai mică, temperatura optimă a fazei eterogene fiind 37,8ºC. Presiunea de lucru a fazei eterogene = 3 kgf/ cm², filtrarea fină realizându-se pentru particule cu Ø = (1 ÷ 2) mm.

Valoarea concentraţiei de hidrocarburi din apa separată nu a depăşit 20 ppm, cu posibilităţi de îmbunătăţire a calităţii. Funcţionarea continuă la sarcină nominală este garantată pentru 300 h, durata de serviciu fiind de 10000 h. Faza eterogenă este introdusă pe la partea superioară, separată brut şi încălzită pentru a-i scade vâscozitatea.

Purificarea şi limpezirea au loc în interiorul filtrului cu granule ce reţine impurităţile. Sub stratul filtrant se acumulează hidrocarburile care ulterior se vor evacua pe traseul 10, iar apa tratată se va evacua pe traseul 8. Periodic stratul filtrant se suflă în contracurent pe traseul 9 la comanda primită de la componenta 4.

Obs. a) Suflarea se face până în 50 h funcţionare, la interval de 10 minute. b) Sistemul de comandă, supraveghere şi control este automatizat.

II.3.1.3 Separatoare centrifugale: definiţie, clasificare, mărimi tehnice, factorii care influenţează separarea fazei eterogene

Sunt acele mecanisme sau dispozitive care realizează separarea prin centrifugare a impurităţilor din combustibilii si lubrifianţii utilizaţi de către consumatorii la bord. Se clasifică după mai multe criterii: 1. din punct de vedere al instalaţiei pe care o deserveşte există separatoare pentru:

a) motorină;b) ulei;c) păcură;d) reziduurile din santină (mai rar întâlnită la navele noastre).

2. din punct de vedere al antrenării la ax există separatoare:a) antrenate de către un motor electric (cel mai des întâlnite) prin intermediul unui

cuplaj multiplicator;b) antrenate de către un motor termic.

3. din punct de vedere al turaţiei la ax există separatoare de:a) mică turaţie (n = până în 6000 rot/min);b) medie turaţie (n = până în 11.000 rot/min);c) mare turaţie (n = până în 18.000 rot/min);

4. din punct de vedere al golirii depunerilor de fază grea, există separatoare:a) cu golire normală;b) cu golire semiautomatizată;c) cu golire automatizată;

5. din punct de vedere al cantităţii de fază omogenă separată în unitatea de timp, există separatoare:

a) de debite mici (până la 1 m³/h);b) de debite mijlocii (până la 10 m³/h);c) de debite mari (peste la 10 m³/h);

215 din 375

Ca şi la mecanismele studiate anterior, mărimile tehnice specifice unui separator sunt de natură constructivă şi funcţională; cele constructive ţin de greutate, înălţime de construcţie, diametrul carcasei, numărul talerelor, suprafaţă de lucru şi valoarea interstiţiului etc. Mărimile funcţionale ţin de:

a) presiunea cu care faza eterogenă intră în separator; b) debitul de fază separată; cantitatea de unitate în timp;c) turaţia de lucru;d) concentraţia de impurităţi.

Factorii care influenţează separarea fazei eterogene:a) granulometria;b) forma particulelor;c) suprafaţa specifică a fazei grele;d) vâscozitatea;e) temperatura de separare;f) presiunea de lucru;g) turaţia la ax;h) numărul de talere, construcţia acestora şi interstiţiile dintre acestea.

Separatorul centrifugal “SECECOM”

Este utilizat la bordul navei pentru separarea din combustibil sau ulei a impurităţilor de natură mecanică, a suspensiilor coloidale sau a apei. Mărimile tehnice caracteristice sunt:

a) capacitatea de separare – 7500 l/h la T = 80ºC, pentru motorină sau ulei, iar pentru păcura 3700 l/h la T = 90ºCb) presiunea la aspiraţie = (0,5 ÷ 0,6) bar iar pe refulare maxim 2,5 bar;c) turaţia la axul separatorului = 6000 rot/min, antrenarea făcându-se cu un motor asincron trifazat a cărei putere este de 5,5 KW iar turaţia de 1500 rot/min;d) numărul talerelor de separare = 131 ± 10 buc.;e) temperatura de intrare a agentului de separare se impune a nu fi sub 50ºC iar conţinutul de suspensii în motorină sau ulei, înainte de separare nu trebuie să fie mai mare de 0,5 %, iar vâscozitatea aproximativ de 5ºE;

Schema de principiu a separatorului “SECECOM”

Fig. II.3.1.2.7 Camera de separare a agregatului

1 – intrare amestec eterogen, 2 – faza uşoară separată (omogenă: uleiul sau motorina), 3 – faza grea (impurităţi mecanice ori de altă natură, apă), 4 – evacuare fază uşoară (motorină, ulei, separate), 5 – calea de evacuare a fazei grele (apa de regulă + alte impurităţi), 6 – disc gravitaţional; prin alegerea corectă a diametrului său interior se asigură ca linia de demarcaţie dintre cele două faze (apă şi ulei, spre exemplu) , de forma unei suprafeţe cilindrice, să corespundă zonei găurilor practicate în talerele de separare. Pentru aceasta orice agregat de separare este livrat cu un set de discuri gravitaţionale având acelaşi diametru exterior şi valori diferite pentru diametrul interior, ştanţate pentru fiecare disc în parte. Determinarea valorii

216 din 375

corecte a diametrului interior se poate face analitic, grafic sau prin încercări succesive (cea mai des utilizată la bord). Cele două procese distincte care se produc în separator sunt:

a) purificarea;b) clarificarea.

Purificarea reprezintă separarea integrală a apei şi a particulelor de impurităţi mecanice grosiere din faza eterogenă. Clarificarea sau limpezirea este operaţia de separare a restului de impurităţi (a celor de dimensiuni reduse) din faza purificată. aflate în câmp centrifugal. Observaţii

1. Separatorul clarificator se deosebeşte de cel purificator prin faptul că nu separă fluide cu greutăţi specifice diferite prin disc gravitaţional;

a) constructiv cât şi funcţional separatorul poate fi cu sau fără auto descărcare a impurităţilor (automatizat sau nu);

b) avându-se în vedere că firma constructoare recomandă pentru beneficiari utilizarea la bord a 2 separatoare (unul ca purificator şi altul ca clarificator) legate în serie (pentru o cât mai bună separare), rezultatele exploatării nu pot fi decât optime;

c) motorul electric de acţionare are o P = 11 kw, n = 1500 rot/min, U alim = 380 V la f = 50 Hz; curent alternativ;

d) raport de transmitere 3,9: 1;e) masă netă – 1206 kg.

2. Separatorul dispune constructiv de următoarele racorduri:a) intrare fază eterogenă;b) la încălzitor;c) ieşire combustibil separat;d) ieşire apă separată;e) ieşire nămol;f) intrare apă de comandă;g) intrare apă pentru închidere hidraulică;

3. Alte mărimi tehnice:a) unghiul conicităţii talerelor este frecvent 70ºb) domeniul de temperaturi ale fluidului de lucru (-34 ÷ 260)ºC;c) granulometria acceptată pentru solid, de (1 ÷ 74) μm;d) debitul de impurităţi Qi Є (0,1 ÷ 9) t/h;e) debitul de impurităţi fază omogenă Qfo Є (2 ÷ 180) m³/h.

Amestecul de separat este alimentat continuu (vezi fig.II.3.1.2.7) printr-un tub central fix astfel încât suferă o primă separare în tambur, care se continuă ulterior în spaţiile dintre talere (cum se vede în fig. II.3.1.2.8 unde faza uşoară urcă spre centrul centrifugei pe faţa inferioară a talerelor iar faza grea coboară spre periferia tamburului pe faţa superioara a talerelor.

1 – arbore;2 – rotor;3 – talere; 4 – spaţii interstiţiale;5 – capacul tamburului;6 – tambur;7 – alimentare;8 – evacuare fază uşoară9 – evacuare fază grea;10 – corp;11 – conul mobil;12 – ţeavă fixă.

217 din 375

Fig. II.3.1.2.8 – Variante cinematice constructive

Semnificaţia literală corespunzătoare variantelor constructive este prezentată mai jos:a) cu alimentare şi evacuare a fazei separate pe la partea superioară;b) cu evacuarea nămolului pe la partea inferioară sau lateral, fie continuu - prin duze, fie

intermitent prin (duze) sau valvule (supape);c) variante de alimentare a spaţiilor dintre talere ( existenţa unor fante în talere la o anumită

distanţă de ax);d) detaliu de separare a fazelor în lamelele de fluid dintre talere.

Uneori procesul de alimentare – separare se face şi prin intermediul găurilor practicate în suprafeţele talerelor, poziţia acestor fante se alege astfel încât motorina sau uleiul care se cer separate ( cât mai bine ) să parcurgă un drum cât mai lung pe suprafeţele dintre talere.

Faza separată (uşoară) este evacuată printr-o cavitate pe la partea superioară, iar faza grea (sedimentul) se evacuează tot pe la partea superioară (vezi fig. II.3.1.2.8.a) sau prin intermediul unor armături aflate în zona de diametru maxim a tamburului de separare (întrucât în zona respectivă se acumulează cantitatea maximă de sediment – fază grea).

218 din 375

Fig. II.3.1.2.9 Separator purificator

Acest separator funcţionează la bordul navelor maritime ca “separator automat autocurăţitor” în cele două variante arătate anterior (ca purificator şi ca clarificator – limpezitor) – vezi fig. II.3.1.2.9 şi II.3.1.2.10.

Subansamblul “antrenare” este compus dintr-o carcasă de fontă în interiorul căreia este aşezat axul orizontal. Pe acest ax este fixată o roată dinţată care va acţiona axul vertical. Axul orizontal primeşte mişcarea de rotaţie de la motorul electric prin intermediul cuplajului elastic. Părţile principale ale subansamblului “ax vertical” sunt:

a) axul propriu-zis, lagărul radial, pinion, corp crapodină;b) rulmenţi.

Mişcarea de rotaţie se transmite axului printr-un bolţ. Axul este rezemat în crapodină prin intermediul unui lagăr axial, iar centrarea radială se realizează în timpul funcţionării cu ajutorul acelor cilindrice din rulmentul radial.

Fig. II.3.1.2.10 Separator clarificator

219 din 375

Amestecul de separat este introdus prin partea superioară a tamburului şi va accede între talerele conice de separare.

Datorită diferenţelor de greutăţi specifice şi a forţelor centrifugale care acţionează asupra fazelor componente, faza de lichid mai uşoară se va separa spre partea interioară a talerelor iar fazele mai grele se vor separa spre periferia talerelor.

Mecanismul separă restul particulelor solide (diametrul acestora nu depăşeşte 0,5m) şi apa, de faza omogenă (motorină, ulei).

Trebuie făcute anumite precizări:a) pentru obţinerea unui lichid bine separat de impurităţi firma constructoare recomandă

utilizarea la bord a două separatoare cuplate în serie, unul funcţionând ca purificator şi cel de-al doilea ca clarificator;

b) strângerea nămolului cu alte impurităţi are loc (datorită efectului conjugat al forţei centrifuge de inerţie şi a diferenţelor de greutăţi specifice ale fazei eterogene) în cavităţile inferioare şi laterale ale oalei (tamburului) de separare de unde periodic, se face descărcarea acestuia automatizat (sau manual dacă autodescărcarea nu mai funcţionează);

c) pe toată durata procesului de separare temperatura fazei eterogene trebuie ţinută constantă (exemple: pentru uleiul mineral de ungere – cu sau fără aditivi ~ (80 ÷ 90)ºC, pentru uleiul de motor diesel: = 50ºC, pentru păcură (80 ÷ 90)ºC, iar pentru motorină aproximativ 50ºC);

d) tamburul se deschide pentru evacuarea nămolului când valoarea de presiune a agentului de lucru învinge presiunea exercitată la exteriorul tamburului de către apa de comandă.

Condiţiile de operare a separatorului sunt alese astfel încât solidul să fie evacuat cu o cantitate suficientă de apă pentru că altfel nu se va realiza curgerea, recuperarea apei făcându-se prin decantare sau spălare. Capacitatea de separare a talerelor este, maximizată când rotorul are diametrul sensibil egal cu înălţimea de construcţie, vitezele de forfecare scăzând astfel, iar forţele de separare cresc implicit. Acest fenomen de întrepătrundere, aglomerare a constituenţilor fazei eterogene ( generat de unghiul de dispunere a talerelor fată de ax, de suprafaţa talerelor, de valoarea spaţiilor interstiţiale şi nu în ultimul rând, de valoarea presiunii de lucru), poartă denumirea de coalescenţă,

care influenţează foarte mult valoarea vitezei de separare, în sensul că aceasta creşte.

Separator centrifugal cu talere, evacuare şi spălare continuă a fazei grele

1 – introducere faza eterogenă;2 – evacuare fază separată (omogenă);3 – evacuare apă reziduală;4 – evacuare fază grea (impurităţi şi alte suspensii coloidale);5 – traseu de recirculare;6 – lichid de spălare;7 – motor de antrenare;8 – ax;9 – cupa de separare (conul mobil);10 – corp;11 – crapodina.Lichidul de spălare trebuie să fie mai greu ca faza lichidă a suspensiei (fazei eterogene). O anumită proporţie din acest lichid poate fi recirculată.

Fig. II.3.1.2.11 - Schema de principiu a unui separator centrifugal cu talere,evacuare şi spălare continuă a fazei grele

220 din 375

Această soluţie constructivă se utilizează şi la obţinerea unui sediment mai concentrat prin recircularea parţială a sedimentului.

Centrifuga “hidrociclon” cu talere

Este o variantă concepută şi testată de către un colectiv de cadre din Universitatea “Dunărea de Jos” – Galaţi în cooperare cu personal specializat din cadrul Întreprinderii industriei alimentare.

1 – alimentare ( cu distribuitor ) fază eterogenă;2 – axul separatorului;3 – rotor cu talere neperforate;4 – carcasă tip “cyclon”;5 – acţionare ax;6 – cuplaje;7 – fază separată (uşoară);8 – fază grea (sediment);9 – etanşare la ax;10 – suport de susţinere (cu distanţiere) talere.

Fig.II.3.1.2.12 – Centrifuga hidrociclon

Alimentarea cu fază eterogenă se face tangenţial la periferia talerelor, care sunt dispuse din construcţie cu o concavitate faţă de axa verticală de 60º. În urma aplicării vitezei de rotaţie ω la ax, rotorul cu talere se va roti şi în urma efectului congruent al forţei centrifuge de inerţie cu diferenţa de greutăţi specifice ale componenţilor fazei eterogene, faza separată uşoară (omogenă) va fi eliminată prin ţeava coaxială a talerelor pe la partea de sus a centrifugii, iar faza grea se va separa şi va fi eliminată periodic prin orificiul din partea de jos a separatorului. Un rol foarte important în distribuirea cât mai uniformă a fazei eterogene între spaţiile interstiţiale ale talerelor îl are prelungitorul perforat al ţevii de alimentare, prin acesta tensiunile tangenţiale caracteristice constituenţilor, fiind sensibil atenuate. Centrifuga separă foarte bine două lichide nemiscibile (care nu se amestecă).

Exemplu: separarea apei din motorină sau din ulei.

221 din 375

II.3.2.Compresoare navale

II.3.2.1 Compresoare de aer: definiţie, clasificare, mărimi tehnice, principii constructive şi funcţionale.

Aerul comprimat constituie la bordul navelor una din sursele de energie foarte utile, prezentând unele avantaje comparativ cu alte forme de energie.

Principalii consumatori sunt: telecomanda propulsiei şi guvernării, instalaţia de stins incendiul cu CO2, hidrofoarele, dispozitivele pneumatice etc.

Presiunea după reductoare, la care sunt alimentaţi consumatorii, este după cum urmează: 6 atmosfere pentru telecomandă, dispozitive pneumatice, instalaţia de stins incendiul cu CO2 şi 3 atmosfere pentru hidrofoare, clapeţi etc.

Elementul component principal pentru procesul de comprimare a aerului este compresorul.

Definiţie: compresorul este o maşină, un agregat care realizează comprimarea aerului într-o treaptă sau mai multe trepte de comprimare, la presiuni ridicate. Este deci un generator de aer, la o anumită temperatură.

Clasificare:

După modul cum se realizează comprimarea aerului compresoarele pot fi:1. Volumice – la care creşterea de presiune se realizează prin micşorarea volumului unei cantităţi de aer închisă în interiorul unui spaţiu delimitat. Aspiraţia şi refularea la aceste compresoare se realizează intermitent.

Din categoria compresoarelor volumice fac parte compresoarele alternative cu piston şi compresoarele rotative cu lamele, lobi sau elicoidale.2. Dinamice – la care creşterea presiunii se realizează prin transmiterea energiei cinetice unui curent de aer şi transformarea acesteia în energie statică.

Aspiraţia şi refularea la aceste compresoare se realizează în mod continuu, uniform. Având însă debite mijlocii, Q = (400 – 10000) m3/h şi presiuni relativ scăzute, p = (4 8)·105N/m2, au utilizări mai restrânse în domeniul naval.

Mărimi caracteristice:

a) Presiunile de aspiraţie şi refulare ale fluidului de lucru pa şi pr,b) Raportul de comprimare: π = pr/pa,c) Debitul volumic refulat: V = λ·i·n·Vc [m3/s],(fig.II.3.2.1) unde:

λ – coeficient global de debit;i – nr. de spaţii de lucru;Vc = Ap·c = c (π·D2)/4 – reprezintă cilindreea compresorului.

Mărimile din relaţia debitului volumic pot fi exprimate astfel:

c.1. Coeficientul global de debit, este o mărime adimensională care reprezintă gradul total de umplere al compresorului cu agent de lucru (aer);

λ ≈ λu·(1,01 1,02)· πc, unde:

λu = Vμ/Vc – reprezintă gradul de umplere, teoretic.

Diagrama care reprezintă coeficientul global de debit, λ = f(πc), este reprezentată mai jos:

222 din 375

a – b – variaţia parametrilor în cazul compresorului cu o treaptă de comprimare;c – limita inferioară pentru compresorul în mai multe trepte de comprimare.

Pentru calcule mai exacte se utilizează următoarea relaţie: λ = λa·λw·λe·λφ unde:λa = gradul de umplere real;λw = coeficientul de scădere a debitului datorită încălzirii aerului la aspiraţie;λe = coeficientul de micşorare a debitului datorită pierderilor prin neetanşeităţi;λφ = coeficientul de scădere a debitului datorită umidităţii conţinute în aerul aspirat.

c.2. Diametrul cilindrului:D = [mm],

unde raportul c/D ≈ 0,6 – 1,2, valori calculate experimental.

c.3. Viteza medie a pistonuluivpm = 2·c·n [m/s].

c.4. Puterea:Puterea teoretică, se consideră adiabatică întrucât procesul de comprimare teoretic se consideră

adiabatic, deci: Pt = Pad = n·Vc·lv

unde:lv – lucrul mecanic specific volumetric.Puterea efectivă de antrenare la cuplă;

Pe = Pi + Pm [CP sau W] unde:

Pi = n·pi·Vc [CP sau W] – puterea indicată, pi – presiune medie indicată, Pm – puterea corespunzătoare pierderilor mecanice.Puterea motorului de antrenare:

PM = Pe/ηtr , unde:ηtr = (0,96 ÷ 0,99) – randamentul transmisiei cuplului (prin roţi dinţate sau curele trapezoidale).

223 din 375

cb

a

λ

πc00,7

1

0,9

0,8

1,52 3 4 5 6

Fig.II.3.2.1 – Graficul coeficientului global de debit λ funcţie de raportul de

comprimare πc

Cel mai des întâlnite în domeniul naval sunt compresoarele cu piston, constructiv elementele componente(fig.II.3.2.2) având în general aceeaşi denumire ca cele de la un motor cu ardere internă.

Aceste compresoare îşi justifică utilizările la bordul navei numai dacă:a) furnizează către consumatori un curent de aer uniform (continuu şi fără pulsaţii);b) asigură un grad de comprimare al aerului cât mai mare şi la un randament maxim;c) are greutate şi dimensiuni cât mai reduse;d) prezintă o sensibilitate cât mai scăzută la schimbarea regimului său de funcţionare;e) are o construcţie cât mai simplă şi o siguranţă mărită în exploatare.

Ipotezele de studiu teoretic al ciclului de funcţionare pentru un compresor cu o treaptă de comprimare sunt:a) nu există schimb de căldură între piesele compresorului şi exterior (deci transformările sunt adiabatice);b) nu se produc pierderi de aer pe la îmbinări;c) aerul aspirat este un gaz perfect;d) pistonul se deplasează fără frecări;e) cilindrul nu are spaţii moarte;f) procesul de aspiraţie are loc la presiune atmosferică.

Diagrama ciclului teoretic:

224 din 375

D Vm

p 3

P M I1 2

4

VVUVT

P M E

6

89321

ω

P M I P M E

5

4

7

Fig. II..3.2.2 - Diagrama ciclului teoretic şi secţiunea în plan transversal a unui compresor cu o treaptă de

comprimare

1 ÷ 2 - aspiraţie,3 ÷ 4 - refulare,4 ÷ 1 - destindere.

Elemente componente:1 – cilindru,2 – piston,3 – bielă-manivelă,4 – supapă de refulare,5 – supapă de aspiraţie,6 – tubulatură de refulare,7 – tubulatură de aspiraţie,8 – carter,9 – arbore cotit.

Procesele de aspiraţie, comprimare, refulare au loc pe parcursul unei singure rotaţii a arborelui cotit.

Diagrama ciclului real(fig.II.3.2.4):

225 din 375

p 4’

3’

2’

21’

1pa

0v

3

Fig. II.3.2.4. – Ciclul real de funcţionare a unui compresor într-o treaptă de

comprimare

1’ ÷ 2’; aspiraţie,2’ ÷ 3’; comprimare,3’ ÷ 4’; refulare,4’ ÷ 5’; destindere.

În acest caz nu se iau în considerare ipotezele enumerate la studiul ciclului teoretic, astfel încât pe durata unui ciclu de funcţionare, redat prin intermediul diagramei, se prezintă procesele reale care au loc în timpul funcţionării compresorului.

Diferenţele dintre cele două diagrame (părţile haşurate) se explică astfel:Presiunea aerului pe aspiraţie la ciclul real este mai mică comparativ cu presiunea aerului pe

aspiraţie corespunzătoare ciclului teoretic şi aceasta datorită “strangulării” fluxului de aer produs de supapa de aspiraţie şi tubulatura aferentă, aceste două componente favorizând valori mari pentru rezistenţele aero-mecanice.

Pe refulare, presiunea aerului la ciclul real este mai mare comparativ cu cea corespunzătoare ciclului teoretic tocmai datorită rezistenţelor aerodinamice din traseul de refulare cât şi creşterii valorii de temperatură, proporţional cu presiunea.Observaţii: a) În cadrul unui ciclu de funcţionare pistonul efectuează procesul de comprimare a aerului până la presiunea la care este reglată, prin intermediul unui resort, prin supapa de refulare.

b) La ciclul teoretic de funcţionare a unui compresor într-o treaptă de comprimare, scăderea aproape bruscă a presiunii între punctele 4’ – 1’ din diagramă, se datorează tendinţei de echilibrare a valorii presiunii mediului exterior cu cea din interior, din momentul deschiderii supapei de admisie.

c) În sistemul de coordonate p – v suprafaţa corespunzătoare ciclului teoretic de funcţionare a unui compresor într-o treaptă de comprimare, reprezintă valoarea lucrului mecanic consumat de compresor pentru efectuarea ciclului.

Din diagramă rezultă că lucrul mecanic consumat de compresor va fi dat de aria suprafeţei ABCDA, care se determină astfel:LABCDA = LBCONB + LABNMA – LADOMA LC = L1 + L2 – L3

unde: L1 = p1·v1

L2 = ,

(II.3.2.1)L3 = p0·v0 astfel încât:

Lc = p1·v1 + – p0·v0 ,

Valoarea lui Lc depinzând în cea mai mare măsură de

alura curbei compresiei din

226 din 375

0

p0 V1

NooN

VooN

MooN

Av

D

p1

CooN

BooN

Fig.II.3.2.5 – Diagrama ciclului teoretic a unui compresor într-o treaptă de comprimare

diagramă, care poate fi: o izotermă (pv – const), adiabatică (pvk – const) sau politropică (pvn – const).

În ipoteza de studiu pentru ciclul teoretic (fig.II.3.2.5) s-a considerat că, compresia este adiabatică, aceasta presupune inexistenţa schimbului de căldură între agregat şi exterior pe timpul compresiei. În virtutea relaţiei generale pvk – constant, există analogiapv = p0v0 = p1v1 = constant pv = p0v0 => p = p0v0/v, valoare care înlocuită în relaţia (II.3.2.1), în care aplicându-se formule de calcul algebric, va rezulta forma finală (II.3.2.2) pentru lucrul mecanic,

L2 = = = k/k – 1·p0v0·

astfel că forma finală va fi:

Lc = p1v1 + k/(k – 1)·p0v0· – p0v0, (II.3.2.2)

unde k – exponent adiabatic.

II.3.2.2 Variante constructive de compresoare de aer. Cicluri şi diagrame de funcţionare.

Compresorul volumic alternativ

Compresorul volumic alternativ este un agregat care are ca scop comprimarea aerului la presiuni ridicate într-o treaptă sau mai multe trepte de comprimare, consumând în acest sens energie mecanică.

Funcţie de numărul treptelor de comprimare, există compresoare cu o treaptă de comprimare, două trepte de comprimare, trei trepte de comprimare şi mai multe.

După principiul de funcţionare există compresoare cu:a) comprimare volumică, la care comprimarea se realizează prin micşorarea volumului ocupat

de gaz cu ajutorul unui organ mobil, cu mişcare rectilinie alternativă sau rotativă;b) comprimare cinetică, la care un rotor transferă gazului energie mecanică sub formă de

energie cinetică, transformată ulterior în energie potenţială de presiune. Curgerea agentului de lucru pentru astfel de compresoare este radială în cazul celor centrifuge

şi axială la compresoarele axiale.c) Funcţie de valoarea de presiune pentru aerul comprimat: există compresoare de joasă

presiune, de medie şi înaltă presiune.La bordul navelor există compresoare care comprimă agentul de lucru în una sau mai multe

trepte de comprimare.Compresoarele într-o treaptă de comprimare deservesc după cum s-a arătat anterior,

instalaţiile frigorifice şi de microclimat de la bordul navei. Funcţie de presiunile de lucru pentru aer, în cadrul instalaţiilor mecanice de bord sunt utilizate şi compresoare în două şi trei trepte de comprimare.

227 din 375

Reprezentarea cinematică a construcţiei compresorului cu două trepte de comprimare, în cilindri separaţi este realizată în fig.II.3.2.6, alăturată:1 – carter,2 – arbore cotit,3 – bielă,4 – pistoane,5 – cilindri,6 – supape de aspiraţie,7 – supape de refulare,8 – răcitor interior de aer.

Creşterea presiunii aerului pe refularea treptei a II-a de comprimare are loc fără o creştere semnificativă a temperaturii aerului şi aceasta datorită existenţei din construcţie a unui răcitor intermediar (8).

P.M.I. – punct mort interiorP.M.E. – punct mort exterior .

228 din 375

Vsm

VC

VT

PMI PME

v1 1’

22’

3’ 34

4’

3”

5

5’6

’6

p

r r

aer20º C

6

7

8

67

4

5

ω

3

21

Fig.II.3.2.6 – Elementele constructive şi diagrama ciclurilor teoretic şi real pentru un

compresor în două trepte

V Sm – volum “mort”VS ≡ VC – volum cilindreeVT – volum total1 ÷ 2 (1’ ÷ 2’) – admisie2 ÷ 3 (2’ ÷ 3’) – comprimare treapta I3 ÷ 4 (3’ ÷ 4’) – refulare treapta I admisie

treapta a II-a4 ÷ 5 (4’ ÷ 5’) – comprimare treapta a II-a5 ÷ 6 (5’ ÷ 6’) – refulare treapta a II-a6 ÷ 1 (6’ ÷ 1’) – destindere-evacuare (stocare).

Ipotezele de studiu sunt cele expuse la compresorul într-o treaptă de comprimare.Ciclul teoretic de funcţionare a unui compresor în două trepte de comprimare se desfăşoară

după următorul ciclu închis : 1 ÷ 2 ÷ 3 ÷ 4 ÷ 5 ÷ 6 ÷ 1.În aceste condiţii, comparând ciclul teoretic cu cel real (reprezentat cu o linie întreruptă în

aceleaşi coordonate) se observă următoarele: a) scăderea valorilor de presiune a aerului pe cursa 1’ ÷ 2’ de aspiraţie, datorită vacuumului creat în capul pistonului la cursa acestuia dinspre P.M.I. înspre P.M.E.; b) o uşoară scădere de presiune între punctele 3’ ÷ 4’ datorită efectului creat de răcitorul intermediar; c) o creştere de presiune pentru aerul refulat din cilindrul treptei a II-a, datorită rezistenţelor opuse de forma supapei şi de către tubulatura de evacuare; d) ciclul real de funcţionare a unui compresor în două trepte de comprimare se desfăşoară după diagrama reprezentată, având următoarele puncte semnificative: 1’ ÷ 2’ ÷ 3’ ÷ 4’ ÷ 5’ ÷ 6’ ÷ 1’.

Compresia treptată a aerului, cu răcire după fiecare treaptă, apropie procesul compresiei de o transformare izotermă, fapt ce determină scăderea puterii consumate de compresor. Acest lucru reiese şi din compararea suprafeţei descrise de ciclul de funcţionare a unui compresor într-o treaptă de comprimare, dacă se ţine cont de ipoteza anterioară conform căreia suprafaţa descrisă de ciclul de funcţionare determină tocmai valoarea lucrului mecanic teoretic consumat (P = L tc/t) pentru realizarea valorii presiunii de lucru impusă.

Constructiv, cu randamente chiar şi mai bune în exploatare, sunt utilizate şi compresoarele cu două trepte de comprimare cu piston diferenţial, într-un singur cilindru.

Altă variantă de schemă cinematică pentru compresorul în două trepte(fig.II.3.2.7):

I – prima treaptă de comprimare,II – a II-a treaptă de comprimare,1 – cilindru,2 – piston diferenţial,3 – răcitor intermediar de aer,4 – supapă de aspiraţie şi refularetreapta I,5 – supapă de aspiraţie şi refularetreapta a II-a,6 – sistem de transmisie a mişcării.

229 din 375

apă

II

I

butelie aer

4

216

5

3

Fig.II.3.2.7 – Schema cinematică a unui compresor cu piston diferenţial în două trepte

de comprimare

Concluzii:1. Obţinerea de presiuni înalte pentru aer se poate realiza comprimând aerul în trepte, în

agregatul numit compresor.2. Dacă nu se realizează răcirea intermediară a aerului la presiuni ridicate, pe lângă

scăderea debitului pot rezulta şi alte disfuncţionalităţi pentru compresor.

Compresorul cu trei trepte de presiune

Foarte importantă în acest caz este efectuarea răcirii intermediare a aerului între trepte, întrucât se poate ajunge la temperaturi pentru aer de 160 ÷ 250 C.

Din motive de securitate a agregatului şi nu numai, se recomandă ca temperatura aerului la refularea din treapta a III-a să nu depăşească 150 C.

I – prima treaptă de comprimare,II – a II-a treaptă de comprimare,III – a III-a treaptă de comprimare,

1 – cilindru,2 – piston diferenţial,3 – supapa de admisie şi evacuare treapta I,4 – supapa de admisie şi evacuare treapta a II.a,5 – supapa de admisie şi evacuare treapta a III-a,6 – sistem de transmitere a mişcării.

230 din 375

apă

apă

apă

IIIIII

IIbutelie aer

123

4 3

5I6

Fig.II.3.2.8 – Schema cinematică a unui compresor cu piston diferenţial în trei trepte de comprimare

Avantajele unui compresor în trei trepte de comprimare: a) economie de lucru mecanic; prin apropierea procesului de comprimare de cel izotermic; b) creşterea coeficientului de debit; c) micşorarea valorii forţelor ce acţionează aspra pistonului, cu posibilitatea creşterii turaţiei.

Dezavantaje: a) construcţie complicată(fig.II.3.2.8); b) creşterea pierderilor prin căderile de presiune; c) necesită personal de deservire calificat.

Ciclul teoretic de funcţionare(fig.II.3.2.9) a unui compresor în trei trepte de comprimare.

4 ÷ 1 – admisie aer treapta I,1 ÷ 2 – compresie aer treapta I,2’ ÷ 1’ – refulare aer din treapta I cu răcire intermediară pe admisie treapta a II-a,1’ ÷ 2’’ – comprimare aer treapta a II-a,2’’ ÷ 1’’ – refulare aer din treapta a II-a cu răcire intermediară pe admisie treapta a III-a,1’’ ÷ 2’’’ – comprimare aer treapta a III-a,2’’’ ÷ 3’’’ ÷ 4 – refulare – destindere.

231 din 375

Fig.II.3.2.9 Diagrama ciclului de funcţionare a unui compresor cu trei trepte de

comprimare

Iniţial, (pentru comparaţie), se consideră că, compresia aerului de la p1 la pk se face într-o singură treaptă, căreia îi corespunde ciclul 4 ÷ 1 ÷ 2 ÷ 3’’’ ÷ 4.

Apoi se consideră că aceeaşi presiune finală se realizează după ce aerul este comprimat succesiv în trei trepte: în treapta I comprimarea are loc de la p1 la p2’; în treapta a II-a comprimarea are loc de la p1’ la p2’’; în treapta a III-a comprimarea are loc de la p1’’ la p2’’’.

Prima presiune intermediară – p2, – se realizează în urma comprimării politropice 1 ÷ 2’; aerul comprimat până în punctul 2’ este răcit imediat după ieşirea din cilindrul de joasă presiune, la presiune constantă.

Când răcirea agentului de lucru se realizează până la temperatura iniţială (≈ 20º C), acest proces se termină în punctul 1’ dispus pe izoterma 1 ÷ 1’.

Procesele de comprimare, răcire şi refulare au loc în mod analog până în punctul 3’’’ căruia îi corespunde valoarea de presiune de refulare din treapta a III-a, pentru ca apoi aerul să suporte o destindere-evacuare către consumatori.

Concluzii:1. Ciclul teoretic de funcţionare a unui compresor în trei trepte de comprimare este: 1 ÷ 2’

÷ 1’ ÷ 2’’ ÷ 1’’ ÷ 2’’’ ÷ 3’’’ ÷ 4 ÷ 1.2. Comparând diagrama compresorului cu o treaptă de comprimare cu cea de mai sus –

pentru acelaşi grad de comprimare va rezulta că, compresorul în trei trepte de comprimare consumă o putere mai mică; acest lucru rezultă din diferenţa de suprafaţă – cea haşurată în diagramă – care reprezintă tocmai valoarea lucrului mecanic ce s-ar fi cheltuit suplimentar dacă comprimarea s-ar fi făcut într-o treaptă.

3. Eficacitatea energetică a compresorului în trei trepte este astfel demonstrată.Observaţii: Numărul de trepte de presiune trebuie totuşi limitat pentru că acestea complică construcţia, cresc preţul de cost şi gradul de securitate.

Compresoare volumice rotative

Din categoria compresoarelor volumice rotative (cu o utilizare restrânsă în domeniul naval) există următoarele tipuri reprezentative:

1. Compresoare volumice rotative cu lamele(fig.II.3.2.10):

1 – carcasă, stator,2 – rotor cu excentricitate,

232 din 375

ωo

1o

2o

3o

4o

8o

6o

7o

5o

e

Fig.II.3.2.10 Compresorul volumic rotativ (cu lamele culisante)

3 – axul compresorului,4 – lamele,5 – canale,6 – racordul de aspiraţie,7 – racordul de refulare,8 – ramă de fixaţie.

Antrenarea în mişcarea de rotaţie a acestuia se face prin intermediul unei cuple de la un motor electric. Principiul funcţional este identic cu cel prezentat în cazul unei pompe volumice rotative cu lamele, numai că diferă agentul de lucru care, este apa de regulă.

2. Compresoare volumice rotative cu lobi(fig.II.3.2.11):

1 – carcasă, stator,2 – lobi (conducător, condus),3 – arbore conducător,4 – arbore condus5 – racord de aspiraţie,6 – racord de refulare.

Antrenarea în mişcarea de rotaţie a compresorului se realizează prin intermediul unei cuple, de la un motor electric de acţionare; o dată arborele conducător pus în mişcare într-un anumit sens de rotaţie (ω), acesta va imprima şi pentru arborele condus o viteză de rotaţie (ω) în sens invers, astfel încât fluidul antrenat de la aspiraţie de către lobi, datorită rotirii acestora cu o forţă centrifugă de inerţie cât şi etanşeităţii existente între vârful lobilor şi interiorul carcasei, fluidul de lucru va fi condus, împins către racordul de refulare.

Acesta este ciclul de funcţionare pentru o rotaţie completă a arborelui, el reluându-se pentru următoarea rotaţie.

233 din 375

Fig.II.3.2.11 Secţiune în plan vertical-longitudinal pentru un compresor volumic

rotativ cu lobi

3. Compresorul volumic rotativ elicoidal(fig.II.3.2.12):

1 – rotor,2 – coroană elicoidală,3 – carcasă.

Punându-se în mişcare de rotaţie arborele cu viteza unghiulară ω, fluidul va circula în direcţie axială către refulare.

Observaţie: compresorul nu are nevoie de ungere, în agentul de lucru, într-o anumită proporţie injectându-se ulei.

Instalaţiile aferente unui compresor:1. Instalaţia de ungere.2. Instalaţia de răcire.

1. Ungerea compresorului se poate efectua prin barbotare şi sub presiune.Metoda prin barbotare se pretează la părţile constructive inferioare ale agregatului; cuzineţii

arborelui cotit şi bielei. Metoda cu presiune de ulei are 3 căi de aplicare:

a) prin ceaţă de ulei, care pătrunde în spaţiul de aer prin intermediul unei tubulaturi;b) cu ungătoare speciale acţionate electromecanic sau manual;c) prin introducerea de ulei sub formă de picături în racordul de aspiraţie sau prin filtrul de

aer.Elementele componente ale instalaţiei sunt: pompa de ungere – care este de tipul cu

angrenaje –, filtrul de ulei – care are ca elemente filtrante: sita metalică, pâsla, fetrul sau hârtia –, schimbătorul de căldură, rezervor, ungătoare pentru sistemul manual de ungere, a.m.c-uri etc.

Aceste 3 căi de aplicare sunt specifice ungerii cuplei cilindru-piston.Uleiurile de ungere pentru compresor trebuie să îndeplinească unele cerinţe specifice:

vâscozitate scăzută la temperaturi ridicate de lucru, proprietăţi bune de rezistenţă la spumare, nedepunerea de produse carbonoase în spaţiul de ungere (se are în vedere că temperatura de aprindere a uleiului = 220 – 260 C, atingerea acestei valori duce la creşterea concentraţiei de vapori care poate determina explozii).

Uleiurile româneşti utilizate la compresoarele de aer sunt din grupa K – 40, 65, 90, funcţie de tipul agregatului.

Observaţii: 1. Pentru toate compresoarele, la alegerea uleiului se vor avea în vedere temperatura mediului ambiant şi cea a agentului de lucru.2. Preîntâmpinarea încălzirii excesive a compresorului este realizată de instalaţia de răcire care poate avea ca agent de lucru, apa sau aerul, sau şi apa şi aerul.

234 din 375

Fig.II.3.2.12 Secţiunea în plan vertical-longitudinal a unui compresor elicoidal

905030

T [C] d [cm] Ti Tm Tf

20 55

25

25 95 tur retur

Cu toate acestea temperatura aerului comprimat rămâne destul de ridicată; tabelar sunt date temperaturile finale în anumite condiţii pentru compresorul cu diametrul cilindrului d=20(30)cm.

Răcirea cilindrului se impune pentru micşorarea solicitărilor termice, îmbunătăţirea ungerii şi scăderea consumului de ulei, iar cea intermediară pentru răcirea fluidului până aproape de temperatura iniţială.

Observaţii:1. În cazul compresoarelor mici, cilindrii se nervurează la exterior – pentru creşterea suprafeţei

de transfer de căldură, iar la răcitoarele cu apă, cilindrii au cămăşi.2. Răcitoarele cu H2O se realizează cel mai frecvent cu fascicule de ţevi în manta tubulară.3. Pentru evitarea depunerilor de piatră se recomandă ca temperatura apei de răcire la ieşirea

din sistemul de răcire să nu depăşească 40ºC.4. Pompele cele mai des utilizate în circuitul de răcire cu apă al compresoarelor navalizate,

sunt cele volumice rotative, elementul activ constituindu-l paletele sau pinioanele.

II.3.3 Pompe navale

II.3.3.1 Pompe volumice alternative: definiţie, clasificare, mărimi tehnice, variante constructive, funcţionarea de principiu

a) Definiţie, clasificare, mărimi tehnice. Sunt maşini (mecanisme) hidraulice în care fluidul de lucru este pus în mişcare prin deplasarea rectilinie-alternativă a unui piston în corpul pompei. Aceasta consumă energie mecanică sau electrică pentru a genera energie hidraulică. Este des întâlnită la bord în cadrul instalaţiei de santină sau pentru servomecanismele care necesită presiuni mari de lucru (maşina cârmei, reductor-inversor, la elemente de comandă, etc.).

Aceste pompe se clasifică din mai multe puncte de vedere:a.1. din punctul de vedere al modului de funcţionare:

a1.1. pompa volumică alternativă cu simplu efect care are o singură faţă a pistonului activă astfel încât la un ciclu de funcţionare (de “du-te vino” PMI PME) se realizează o singură pompare (aspiraţie-refulare).

a1.2. pompa volumică alternativă cu dublu efect care are ambele feţe ale pistonului active astfel încât la un ciclu de funcţionare se realizează două pompări.

a1.3. pompa volumică alternativă diferenţială care este un tip intermediar celor două, cu particularitatea că în partea de aspiraţie funcţionează ca o pompă cu simplu efect iar în cea de refulare ca o pompă cu dublu efect.a.2. din punctul de vedere al destinaţiei, există pompe cu simplu efect care deservesc instalaţii ce aparţin S.L.-5 cât şi instalaţii aparţinătoare altor S.L. (artilerie, torpile, bombe, etc.).a.3. din punctul de vedere al geometriei elementului activ pot fi pompe cu piston normal, tip plonjor sau diferenţial.a.4. din punctul de vedere al realizării presiunii:

a4.1. pompe de joasă,a4.2. medie şia4.3. înaltă presiune.

a.5. din punctul de vedere al turaţiei la arbore:a5.1. pompe de joasă,

235 din 375

a5.2. medie şia5.3. mare turaţie.

a.6. din punctul de vedere al antrenării:a6.1. cu un motor electric,a6.2. cu un motor termic.

Mărimile tehnice ale unei astfel de pompe se structurează în:a) mărimi constructive: greutate, lungime, lăţime, înălţime;b) mărimi funcţionale:

a1. Debitul = cantitatea de fluid vehiculată în unitatea de timp, Q = [m³/s],

unde q = reprezintă cilindreea (volumul util) pompei.

a2. Ha [m. col. H2O] = presiunea vidometrică şi se defineşte ca fiind diferenţa între presiunea atmosferică şi cea existentă în tabulatura de aspiraţie.

a3. H [m. col. H2O] = sarcina pompei ce se exprimă prin energia necesară deplasării fluidului de la aspiraţie către refulare.

a4. Puterea pompei = energia consumată de pompă pentru ca aceasta să funcţioneze la

parametrii optimi. P = N = [Kgf )] [CP] sau [W]S.I. .

a5. Randamentul pompei este o mărime tehnică adimensională, subunitară. Se exprimă prin

relaţiile: p = sau p = mnv unde:

Pu = puterea utilă (de ieşire),Pa = puterea absorbită (de intrare),m,n,v – randamente: mecanic, hidraulic, volumetric.

b6. Turaţia reprezintă viteza de rotaţie a mecanismului de antrenare a pompei, valoarea ei rezultând din relaţia:

VMP = = (II.3.3.1).

Pentru instalaţiile navale Vmp – viteza medie a pistonului este aproximativ 3 m/s şi este dată de variaţia cursei pistonului în unitatea de timp:

Vmp = = ≈ 3m/s.

p – numărul de perechi de poli. Se revine la relaţia (II.3.3.1) cu mărimile cunoscute şi rezultă valoarea turaţiei în [rot/min.].

b) Tipuri constructive şi funcţionarea de principiu.

b.1. Pompa volumică alternativă cu simplu efect

Destinaţie: la compartimentul maşini al navei pentru pomparea lichidelor de vâscozitate mult variabilă (datorită variaţiilor de temperatură).

Construcţie: are următoarea structură(fig.II.3.3.1):

1 – carcasa, corpul pompei,2 – pistonul,3 – de aspiraţie (S.A.)4 respectiv de refulare (S.R.),5 – tubulatura de aspiraţie,6 – tubulatura de refulare (T.A.),7 – element de acţionare (T.R.).

236 din 375

Fig. II.3.3.1 Pompa volumică alternativă cu simplu efect

Funcţionare: pistonul execută o mişcare alternativă între PMI şi PME (poziţii limită) astfel încât pe această cursă în cilindru se creează o depresiune, datorită căreia, deschizându-se S.A. se permite intrarea fluidului din T.A. în cilindree. Când pistonul a ajuns în PME (viteza sa este 0) aspiraţia încetează, pistonul deplasându-se invers când se realizează compresia cu S.A. şi S.R. închise. Cu puţin timp ca pistonul să ajungă în PMI se deschide S.R., lichidul fiind astfel evacuat. Şi ciclul se reia.

Caracteristici ale funcţionării:Acest tip de pompă este o maşină hidraulică în care fluidul de lucru este pus în mişcare prin

deplasarea rectilinie-alternativă a pistonului în corpul pompei; o parte din energia primită de la un motor electric pompa o transmite lichidului sub formă de energie hidraulică prin intermediul cuplei cilindru-piston.

În punctele moarte (PMI, PME) viteza de deplasare a pistonului este zero, ceea ce imprimă fluidului o curgere cu debit pulsatoriu – fapt nedorit în funcţionarea optimă a pompei. Pentru uniformizarea debitului, din construcţie sunt prevăzute pe T.R. sau pe ambele, acumulatoare hidropneumatice cu rol foarte important în acest sens. Acestea lucrează pe timpul de refulare al pompei când lichidul acumulat de la cursa anterioară de refulare (surplusul) vine – împins de perna de aer şi netezeşte debitul fluctuant, obţinându-se astfel un debit continuu mediu (fără “vârfuri”).Neuniformitatea debitului la pompa cu simplu efect este exprimată prin următorul grafic:

Pentru uniformizarea debitului se pot construi pompe cu număr cât mai mare de cavităţi de lucru “z”, cu ciclurile de funcţionare decalate între ele cu 2π/z obţinându-se astfel o pompă simplex cu dublu efect al cărei debit de variaţie în timp este mult mai uniform, valoarea sa putând fi

calculată cu relaţia: QMED =

Diagrama este prezentată în stânga.

Prin utilizarea a “z” cilindri de lucru cu ciclurile de funcţionare defazate cu 2/t creşte

uniformitatea debitului. În diagrama din dreapta este reprezentat comparativ variaţia debitelor instantanee ale pompelor simplex cu simplu efect (I), simplex cu dublu efect (II) şi duplex cu dublu efect (III).

b.2. Pompa volumică alternativă cu dublu efect

Destinaţie: echipează toate instalaţiile auxiliare de bord enumerate la punctul b.1. prin ele realizându-se o îmbunătăţire a neuniformităţii debitului către consumatori întrucât la o cursă a pistonului spre stânga sau spre dreapta, ambele feţe lucrează: în acelaşi timp într-o cavitate se produce aspiraţie iar în cealaltă refulare.

Construcţie: este reprezentată prin desenul ce urmează:

237 din 375

1 – carcasă,2 – piston, 3 – supape,4 – tijă,5 – cavitate de aspiraţie,6 – cavitate de refulare.

Materialele din care se construiesc pompele volumice alternative sunt: pistonul din oţel inoxidabil cu segmenţi de etanşare din textolit, supapele sunt tip “disc” cu bucşe din bronz montate prin presare.

Funcţionarea: la deplasarea pistonului spre dreapta în cavitatea din stânga se deschide supapa de jos şi se închide cea de sus ocazie cu care pe fondul depresiunii

create lichidul este aspirat. În acelaşi timp din cavitatea din dreapta (existând lichid de la cursa anterioară), cu supapa de jos închisă şi cea de sus deschisă are loc refularea lichidului spre consumator. Când pistonul se deplasează spre stânga funcţiile supapelor se schimbă, realizându-se astfel un ciclu de funcţionare, debitul realizat de pompă fiind mult îmbunătăţit comparativ cu cel de la pompele cu simplu efect, în sensul că acesta este fără pulsaţie.O variantă a pompei cu dublu efect este cea realizată mai jos: în partea de aspiraţie ea funcţionează

ca o pompă cu simplu efect astfel: la deplasarea pistonului spre dreapta se deschide supapa de alimentare (S.A.) şi datorită depresiunii create în cavitatea V1 a corpului pompei pătrunde lichidul din T.A. La deplasarea spre stânga a pistonului lichidul din cavitatea V1 este pompat prin supapa de refulare (S.R.) spre T.R. Dar, în spatele pistonului, simultan se eliberează volumul V2.

Volumului de lichid pompat de piston la cursa spre stânga este mai mare ca diferenţa de volum a pistoanelor de diametre D, d astfel că la o parte din lichidul pompat către T.R. umple acest

volum (V2), iar restul este obligat să iasă prin T.R. La cursa spre dreapta a pistonului diferenţial, în volumul V2 pătrunde pistonul de diametru

D şi împinge în T.R. un volum de lichid egal cu diferenţa de volume a pistoanelor cu diametrele D şi d, realizându-se astfel un ciclu complet şi odată cu acesta, o uniformizare a debitului către consumator cu acest tip de pompă.

Mai există şi alte variante constructive ale pompelor cu simplu efect:Exemplul 1: pompa cu piston tip “plunger” este

reprezentată în desenul care urmează:“Plunger” în limba germană înseamnă scufundător – deci o caracteristică principală pentru acest tip de pompă este că lungimea de lucru a pistonului este mult mai mare în raport cu diametrul. Alta este că pistonul nu mai glisează în corpul propriu-zis al pompei ci într-un volum separat. Prelucrarea dintre piston şi cilindru trebuie să fie foarte precisă pentru ca uzura să fie minimă.

238 din 375

Fig.II.3.3.2 – Pompa volumică alternativă cu dublu efect

Fig.II.3.3.3 – Varianta a pompei volumice alternative cu dublu efect

Etanşarea foarte bună duce la o eficienţă maximă în funcţionare. Sunt întâlnite la instalaţiile şi dispozitivele hidraulice de forţă: ascensoare, elevatoare, electrostivuitoare, macarale, etc.

Exemplul 2: pompa cu membrană (diafragmă elastică) lucrează în medii corozive (santină, petrol-păcură, etc.) tocmai de aceea membrana este confecţionată din material rezistent la aceste medii (cauciuc sinterizat, bronz, alamă). Schema cinematică este reprezentată mai jos, având următoarele elemente componente:

1. corpul pompei2. piston3. ax (tijă)4. membrana5. cavitate de aspiraţie (refulare)

Pe acelaşi principiu funcţionează şi pompa de benzină de la automobilele “Dacia” şi nu numai. Membrana este din material necoroziv (alamă lamelară sau ondulată, cauciuc sinterizat, etc.) şi este dispusă între cupla cilindru-piston şi camera supapelor.

Concluzii: 1. La modul general, aceste tipuri de pompe pot realiza presiuni de până la 350 Kgf/cm2 şi debite de până la 400m3/h însă în domeniul naval militar român valorile de presiune nu depăşesc 40 Kgf/cm2, iar debitele de 100m3/h. Înălţimile de aspiraţie nu depăşesc 10 m col. H2O.2. Au şi avantaje dar şi dezavantaje dacă se face o comparaţie cu pompele care au principiul dinamic de funcţionare (cele rotative).

Avantaje:a) pot aspira presiuni de refulare foarte mari, care nu depind de viteza de plasare a pistonului,b)aceste presiuni putând fi păstrate constante la diverse debite,c) funcţionează cu randamente bune de până la 50%,d)sunt autoamorsabile, putând antrena şi suspensii mecanice.

Dezavantaje:a) debit relativ redus datorită secţiunilor mici de trecere, a vitezelor mici de circulaţie şi trecerilor b)multiple prin punctele moarte.c) construcţie complicată datorită organelor de distribuţie şi mişcării alternative a pistonului,d)debit pulsatoriu, etc.

3. Neuniformitatea debitării are un efect negativ asupra funcţionării instalaţiei pentru că generează vibraţii în aceasta. Cum s-a arătat anterior, pentru înlăturarea acestui neajuns, se recurge din construcţie la folosirea unor vase tampon (acumulatoare) montate îndeosebi pe refularea pompelor cu o singură faţă activă.

II.3.3.2 Pompe volumice rotative: definiţie, clasificare, mărimi tehnice, variante constructive, funcţionarea de principiu

1. Pompa cu palete (lamele)

239 din 375

Fig.II.3.3.4 – Pompa volumică alternativă tip plunjer

Fig.II.3.3.5 - Pompa cu membrană

Destinaţie. Face parte din categoria pompelor care echipează la bordul navei, instalaţiile de combustibil, ulei sau apă (vezi instalaţia de motorină a motorului 3D6, mecanismul de amorsare a motopompei MU 400, pompa de baleiaj, etc.) şi vehiculează aceste lichide către consumatori.

Construcţie. Din punctul de vedere al modului de aspiraţie şi refulare a lichidului această pompă poate fi cu aspiraţie exterioară şi cu aspiraţie interioară.

Pentru studiu se va considera pompa cu lamele cu aspiraţie exterioară reprezentată în figura următoare într-o secţiune în plan transversal:Elementele constructive de bază sunt:

1 – corpul sau carcasa pompei,2 – rotorul, situat excentric faţă de carcasă,

3 – un număr de lamele care glisează în canalele (4) practicate simetric în butucul rotoric,5 – orificiul de aspiraţie,

6 – orificiul de refulare,7 – diafragmă, perete despărţitor.

Rotorul 2 este fixat pe un arbore 8 care este montat cu excentricitatea “e” în lagăre şi antrenat în mişcarea de rotaţie cu viteza unghiulară ω de un pinion sau printr-o cuplă, de un motor electric.

FuncţionareImprimându-se axului rotoric o mişcare de rotaţie

cu viteza unghiulară ω în sensul săgeţii de pe figură, în stânga axei verticale a pompei volumele dintre două

lamele consecutive cresc, fapt ce favorizează apariţia unor depresiuni datorită cărora lichidul pătrunde în corpul pompei. Continuându-se rotirea axului, efectul cumulat al forţei centrifuge de inerţie cu micşorarea volumelor din dreapta axei verticale, face ca lichidul să fie pompat către orificiul de refulare cu ajutorul lamelelor.Acesta este un ciclu de funcţionare. Continuându-se mişcarea de rotaţie la ax, funcţionarea pompei va fi continuă, implicit debitul cerut de consumator, de aprox. 300 l/min şi presiunea de până la 100 bar iar n<1000 rot/min.Observaţie. Debitul pompei depinde de numărul şi suprafaţa lamelelor, de turaţia şi excentricitatea pompei. Deci pentru ca acesta să fie de altă valoare, se umblă la una din aceste mărimi.Spre deosebire de această pompă, cea cu aspiraţie interioară prezintă unele particularităţi constructive care reies din figura următoare:

1 – corpul, carcasa pompei,2 – rotorul,3 – axul pompei,4 – camera de aspiraţie,5 – camera de refulare,6 – perete despărţitor,7 – palete rotitoare şi culisante, care în timpul funcţionării urmăresc fidel suprafaţa interioară a carcasei pompei,8 – canale radiale executate în butucul rotoric.

Camerele de aspiraţie şi refulare sunt dispuse în interiorul axului pompei care este gol, cu un perete dispus diametral ce separă cele două camere.Aceste două camere comunică prin intermediul canalelor (8) cu volumele dintre palete. În rest funcţionarea este identică cu cea specifică pompei cu aspiraţie şi refulare exterioară. Se întâlneşte la bordul navelor în componenţa reductoarelor de turaţie, a

240 din 375

Fig.II.3.3.7 – Pompa volumică rotativă cu lamele

Fig.II.3.3.8 – Pompa volumică rotativă cu palete rotitoare şi culisante cu aspiraţie interioară

inversoarelor, a instalaţiilor de comandă a unor mecanisme, ca pompe de motorină pe circuitul de joasă presiune, etc.

2. Pompa cu roţi dinţate (angrenaje, pinioane)

Destinaţie: de a asigura alimentarea sau transferul de lichide mai ales vâscoase în cadrul unei instalaţii de la bordul navei (instalaţia de ungere, de comandă a unui reductor-inversor, a unui alt servomecanism, etc.). Comparativ cu pompa cu lamele, aceasta este caracterizată de debite mici, presiunile în schimb putând ajunge şi până la 250 kgf/cm² la turaţii de până la 3000 rot/min.

Construcţie: din punctul de vedere al modului de angrenare vom întâlni pompe cu angrenare exterioară (cele mai des întâlnite) [vezi figura următoare] şi cu angrenare interioară.

1 – roata conducătoare,2 – roata condusă,3 – carcasa pompei,4 – orificiul de aspiraţie,5 – orificiul de refulare,6 – camera de aspiraţie,7 – camera de refulare,

a, b, c, d – notaţii arbitrare.

Funcţionare. Se consideră că pompa este înecată în ulei şi imprimându-se axului conducător o mişcare de rotaţie cu viteza

unghiulară ω în sensul arătat pe figură, pinionul conducător se va roti într-un sens iar cel condus în sens invers. Astfel că, dinţii a şi b rotindu-se, aduc dinspre camera de aspiraţie înspre camera de refulare mai mult lichid decât poate să încapă în volumul eliberat de dinţii c şi d - care se află în angrenare – şi astfel diferenţa de volum dintre volumele descrise de dinţii a, b şi respectiv c, d va fi refulată în orificiul de evacuare 5.

Deci depresiunea (aspiraţia) va fi în partea pompei unde volumele dintre dinţi cresc (în partea de jos) iar presiunea crescută (refularea) va fi în partea pompei unde volumele dintre dinţi scad (în partea de sus – vezi dinţii a şi b).

Observaţie. O parte din lichid rămâne între dinţii aflaţi în angrenare (în jocurile dintre ei dacă uzura e prea mare) şi este astfel transportat din camera de refulare spre cea de aspiraţie, explicându-se astfel valoarea randamentului volumetric (v). Lucru nedorit. De aceea în timpul funcţionării trebuie ca jocul dintre dinţi şi carcasă şi între ei implicit, să fie cel optim (0,4 ÷ 0,8 mm) astfel încât şi valoarea v să fie cea nominală.

Spre deosebire de această pompă, cea cu angrenare interioară prezintă unele particularităţi constructive care reies din figura următoare:

1 – corp, carcasă, 2 – roată dinţată interioară, 3 – coroană dinţată, 4 – piesă în formă de semilună cu rol de izolare a cavităţii de aspiraţie (5) faţă de cea de refulare (6), 7 – axul roţii conducătoare, 8 – postamentul pompei.

Aceste pompe funcţionează pe acelaşi principiu ca şi pompele cu angrenare exterioară. Lichidul care umple cavităţile dintre dinţi este transportat din camera (5) în camera (6) de unde este evacuat forţat ca urmare a întrepătrunderii dinţilor roţilor conjugate. Pentru izolarea (separarea) cavităţii (5) de cavitatea (6) se foloseşte o piesă (4) amplasată între roata dinţată interioară şi coroana dinţată, asigurându-se astfel etanşarea cavităţilor de volume variabile ce apar între dinţi.

Observaţii:

241 din 375

Fig.II.3.3.9 – Pompa cu roţi dinţate cu angrenare exterioară

Fig.II.3.3.10 - Pompa cu roţi dinţate cu angrenare interioară

a) pompa este nereversibilă;b) este de debit mai mare comparativ cu pompa cu roţi dinţate cu angrenare exterioară;c) debitul pompei poate fi reglabil pentru o turaţie dată dacă se realizează roata dinţată interioară sau coroana dinţată deplasabilă.

3. Pompa tip “melc”

3.a. Pompa tip “melc” cu un singur şurub

Destinaţie: în cadrul instalaţiilor de transfer, de pompare a lichidelor vâscoase dar nu cu impurităţi (santină, drenaj, etc.). Diferă de pompele cu angrenaje printr-o relativă capacitate, o stabilitate a debitului şi un randament mai ridicat.

Construcţia este simplă (vezi figura următoare):

1 – rotor melcat, din oţel inoxidabil, bronz sau cauciuc,2 – coroană nervurată cu rol de închidere a volumelor pentru refularea lichidului aspirat,3 – corpul, carcasa pompei.

Funcţionarea este silenţioasă. I se imprimă axului o viteză de rotaţie ω în sensul indicat pe figură. Pompa fiind înecată în lichidul vâscos din santină, îl va aspira datorită mişcării de rotaţie a

rotorului, antrenându-l şi introducându-l pe fondul depresiunii create în volumele generate de profilul rotoric şi cel al coroanei statorice. Continuându-se mişcarea de rotaţie odată cu închiderea volumelor dintre rotor şi coroană (care are un număr de nervuri mai mare cu unu ca a rotorului) lichidul va fi împins axial către refulare.

Observaţie. Pentru pomparea reziduurilor din santină se recomandă folosirea pompelor cu şurub melc din cauciuc astfel încât particulele solide cuprinse între rotor şi carcasă să capete şi o mişcare de rostogolire ca urmare a elasticităţii acestuia, contribuind astfel la menţinerea uniformităţii debitului. Presiunea de lucru nu depăşeşte 6 bari.

3.b. Pompa tip “melc” cu 3 şuruburi

Destinaţie. Pentru pomparea lichidelor vâscoase ce există în santină sau în alte tancuri de pe navă.

Construcţie. Rotorul – forma de şurub melc, o largă utilizare având-o pompa cu 3 şuruburi melc, unul central – conducător şi 2 laterale – conduse.

Sensurile nervurilor sunt inverse.1 – axul şurubului conducător,2 – axele şuruburilor conduse,3 – şurubul conducător;4 – şuruburile conduse,5 – carcasa, corpul, statorul pompei,

Ansamblul interior corpului pompei este rotorul acesteia.

Funcţionare. Prin rotirea şurubului conducător la un unghi oarecare, lichidul din camera de aspiraţie este captat în golul şurubului 1 apoi, prin răsucirea mai departe a axelor, lichidul va

242 din 375

Fig.II.3.3.12 - Pompa tip melc cu trei şuruburi

Fig.II.3.3.11 – Pompa tip melc cu un singur şurub

înainta axial prin golul şurubului conducător, identic cu deplasarea unei piuliţe pe un şurub, până în camera de refulare a lichidului respectiv, de unde este evacuat spre consumator.

4. Pompa cu lobi

Destinaţie: vehiculează agentul de lucru vâscos sau chiar aerul în cadrul instalaţiilor auxiliare de bord (de alimentare cu motorină-păcură, ulei, de baleiaj în echicurent sau contracurent la un m.a.c. în 2 timpi).

Construcţie: Are în componenţă următoarele piese:

1 – carcasă, corp,2 – rotoare profilate (cu lobi),3 – 4 – axele (arborii) rotoarelor,

5 – camera de aspiraţie,6 – camera de refulare.

Funcţionarea este identică cu cea redată la pompa cu roţi dinţate, cu precizarea că profilul (forma) lobilor, dar şi numărul acestora, influenţează în foarte mare măsură mărimea debitului refulat de pompă, iar

funcţional influenţează foarte mult valoarea de debit, jocurile dintre lobi şi dintre aceştia şi carcasa pompei. Aspiraţia se produce, pe partea în care lobii ies din angrenare. Nu au performanţe mari aşa că folosirea lor este limitată în domeniul naval.

II.3.3.3 Pompe cu pistonaşe radiale: definiţie, clasificare, mărimi tehnice, variante constructive, funcţionarea de principiu

Destinaţie, rol. Sunt utilizate în cadrul instalaţiilor navale de bord pentru acţionarea hidraulică a:a) armăturilor de închidere-deschidere dintr-un sistem centralizat,b) vinciurilor şi cabestanelor,c) maşinilor de cârmă din cadrul instalaţiilor de guvernare,d) capacelor mecanice de la gurile de magazii,e) uşilor etanşe.

Construcţie. O schemă bloc pentru un sistem hidrostatic care include ca element activ o pompă cu pistonaşe, este redată în figura II.3.3.14:

1 – motor de acţionare,2 – pompă volumică rotativă cu debit variabil,3 – piesă de comandă,4 – tubulatură de alimentare,5 – motor hidrostatic,6 – tubulatură de refulare,7 – element de execuţie.

Prin reglarea debitului pompei 2 se produce o variaţie de turaţie şi putere pentru motorul

243 din 375

Fig.II.3.3.13 – Pompa cu lobi

Fig.II.3.3.14 – Schema bloc a unui sistem hidrostatic

hidrostatic 5 realizându-se astfel o transformare de energie mecanică în energie hidraulică şi invers în cadrul sistemului.

O reprezentare printr-o secţiune în plan transversal pentru o pompă volumică rotativă cu pistonaşe radiale se redă în figura II.3.3.15 :1 – rotor cu excentricitate (e) pentru e0, Q=ridicat,pentru e=0, Q=0,pentru e0, Q=scăzut sause schimbă sensul debităriiîn condiţiile menţinerii aceluiaşi sens de rotaţie.2 – pistonaşe3 – carcasă4 – diafragmă

Semnificaţia altor componente din figură: - viteză unghiulară de rotaţie a rotorului pompei.e – excentricitate (deplasare pe verticală, dezaxare),A – aspiraţie.R – refulare.

Funcţionare. Se imprimă rotorului pompei o viteză de rotaţie astfel încât o dată cu acesta se va produce şi deplasarea radială a pistoanelor, care însă va fi limitată de carcasa statorului, a cărui axă geometrică poate fi deplasată după dorinţă, realizându-se astfel excentricitatea e.

În timpul deplasării rotorului (rotirii), volumele limitate de pistonaşe variază, agregatul funcţionând ca o pompă volumică rotativă astfel: spaţiul din stânga, cu volume crescătoare fiind despărţit de cele cu volume descrescătoare prin membrana 4 a axului central, realizându-se astfel aspiraţia şi refularea pompei, ciclul reluându-se. Sunt pompe cu debite de până la 750 l/min., acesta putând fi crescut dacă se montează în paralele pe aceeaşi axă două-trei rânduri de cilindri. Viteza de deplasare a fluidului este între 4-6 m/s.

Pentru o rotaţie completă variaţia de volum util provocată de un pistonaş de diametru d este:

= astfel încât pentru agregatul cu z pistonaşe şi turaţia n0 [rot/s] debitul mediu

este: .

Concluzii: 1. Spre deosebire de alte tipuri de pompe, cilindrii pompelor cu pistonaşe radiale execută o mişcare de rotaţie (împreună cu cilindrul rotativ) şi o mişcare de translaţie în interiorul acestor cilindrii (rotorul fiind excentric). Direcţia mişcării de translaţie a pistonaşelor este perpendiculară pe axa de rotaţie a cilindrului.

2. Caracteristica principală a pompei cu pistonaşe radiale este posibilitatea variaţiei debitului în limite foarte largi în sens pozitiv sau negativ fapt ce le face utilizabile pentru o gamă foarte largă de domenii: instalaţii de auto-tractare, ridicare-coborâre, aeronave, nave, etc.

Pompe cu pistonaşe axiale

Destinaţie: ca element component principal al unui sistem de acţionare hidrostatică, asigură presiune de lucru necesară acestor servomecanisme.

Construcţie. Există următoarele variante:1. pompe axiale cu disc înclinat fix,2. pompe axiale cu blocul cilindrilor fix,3. pompe axiale cu blocul cilindrilor şi cu discul înclinat, mobile.

244 din 375

Fig.II.3.3.15 – Pompă volumică rotativă cu pistonaşe radiale secţionată

transversal

1. Pompa axială cu disc înclinat fix:

1 – blocul cilindrilor - fix faţă de axul agregatului,2 – pistonaşe axiale,3 – disc înclinat reglabil - rigid faţă de ax, mobil faţă de stator,4 – arcuri,5 – axul pompei,6 – orificiile de lucru ale pompei,7 – carcasa (statorul pompei).

Funcţionare.Considerându-se poziţia pistoanelor cea

din secţiunea reprezentată, cu sensul de rotaţie a axului cel arbitrar stabilit, pe primele 180 arcul presează pistonul de jos pe disc astfel încât în acelaşi cilindru se creează o depresiune, lichidul fiind aspirat în pompă până când pistonaşul de jos

ajunge în poziţia de sus, astfel încât continuându-se mişcarea de rotaţie pe următoarele 180, discul presează pistonul în cilindru aşa că, lichidul va fi refulat, ciclul reluându-se.

2. Pompe axiale cu blocul cilindrilor fix . Acest tip de pompă este o particularitate a primului tip, ea având în construcţie blocul cilindrilor solidari cu carcasa iar discul înclinat şi mecanismul de distribuţie (solidare cu axul) fiind antrenate de axul pompei prin intermediul unui motor electric sau termic.

Prin rotirea sa axul imprimă o mişcare oscilatorie dispozitivului de distribuţie şi o mişcare de rotaţie discului înclinat. Astfel, pistonaşele vor fi presate pe discul înclinat de arcuri realizându-se simultan aspiraţia şi refularea lichidului.

3. Pompe axiale cu blocul cilindrilor şi cu discul înclinat, mobile

1 – blocul cilindrilor,2 – pistonaşe,3 – tije (biele),4 – disc înclinat, reglabil,5 – axul pompei,6 – sistem de prindere şi racordare a pompei.

245 din 375

Fig.II.3.3.17 – Pompă axială cu blocul cilindrilor şi cu discul înclinat, mobile – secţiune în plan vertical -

longitudinal

Fig.II.3.3.16 - Pompa axială cu disc înclinat fix într-o reprezentare în

secţiune longitudinală

Când ansamblul bloc-pistoane-disc este antrenat în mişcare de rotaţie, în cilindrii de lucru se produc variaţii de volum care sunt folosite pentru utilizarea agregatului ca pompă (în reprezentarea făcută orificiul inferior este de aspiraţie iar cel superior de refulare). Dacă se schimbă sensul de rotaţie se schimbă şi aspiraţia cu refularea. Deci pompa este reversibilă.

Atunci când în loc de energie mecanică mecanismul primeşte agent de lucru la presiunea corespunzătoare el va funcţiona ca hidromotor livrând la arborele 5 energie mecanică. Debitul agregatului şi deci puterea se reglează prin variaţia unghiului de înclinare a discului 4. Valorile uzuale ale acestei pompe sunt: =25, P 135 KW, Q 250 l/min., p 300 bar., n 3000 rot/min.

Concluzie finală: pentru creşterea valorii de debit în domeniul naval se recomandă utilizarea pompelor jumelate care din construcţie se montează două pompe în aceeaşi carcasă astfel încât cilindrii lor să fie realizaţi într-un rotor comun şi dispuşi pe două rânduri.

II.3.3.4 Pompe dinamice şi ejectoare: definiţie, clasificare, mărimi tehnice, variante constructive, funcţionarea de principiu

Din categoria acestor tipuri de pompe fac parte pompele centrifuge (radiale şi axiale) şi cele cu jet.

1. Pompa centrifugă radială

Destinaţie: la vehicularea apei în instalaţiile de balast, santină, de stins incendiu, alimentare cu apă, în instalaţiile cu tubulaturi ale motoarelor principale, auxiliare de la bord şi caldarinelor, etc.

Construcţie: există pompe centrifuge la care dispozitivul de ghidare poate fi:1. cu cameră spirală în jurul rotorului, aceasta fiind chiar carcasa (statorul) pompei,2. cu o piesă (coroană) de palete direcţionale dispuse pe interiorul carcasei melcate. Această variantă este reprezentată într-o secţiune în plan transversal mai jos:

1 - carcasa pompei,

2 - cavitate de refulare,3 - piesa cu palete directoare,4 - palete rotorice,5 - axul pompei,6 - tubulatura de aspiraţie,7 - tubulatura de refulare.

Rotorul are formă de disc, curbura paletelor fiind de regulă în spatele sensului de rotaţie, fiind determinată de condiţiile cinematice ale deplasării fluidului în rotor.

Funcţionarea: aceste pompe realizează conversia energetică prin modificarea componentei cinetice a energiei ca urmare a interacţiunii dintre fluidul de lucru şi rotor. Se consideră pompa acţionată la ax de un rotor electric. La momentul iniţial, pe fondul depresiunii create în corpul pompei, fluidul este aspirat axial în pompă. Continuându-se rotirea, fluidul este dirijat între

246 din 375

Fig.II.3.3.18 - Pompa centrifugă radială

canalele create de paletaj şi coroana statorică şi de aici, către periferia rotorului datorită acţiunii forţei centrifuge de inerţie. La ieşirea din rotor viteza particulelor de lichid creşte pentru ca în nervurile coroanei directoare aceste viteze să scadă, presiunea în schimb pe refulare crescând.

Coroana directoare care “încinge” pe interior corpul pompei simultan cu dirijarea agentului de lucru joacă un rol foarte important pe durata funcţionării în atenuarea fenomenului de rezonanţă, aceasta având un număr de palete (nervuri) direcţionale mai mare (sau mai mic) cu unu comparativ cu numărul de palete rotorice.

O problemă serioasă ce poate apare în funcţionare este aceea a riscului de apariţie a fenomenului de cavitaţie, caracterizat într-o primă fază de valoarea presiunii fluidului de lucru care se va micşora până la valoarea presiunii de vaporizare, când apar în masa lichidului bulele de vapori ce pot îngloba şi suspensii mecanice. În a II-a fază în condiţiile creşterii valorii de presiune are loc spargerea acestor bule prin implozie, la contactul cu extradosul palei. Repetarea acestor implozii duce la accentuarea eroziunii palei până la rupere. Faptul că pompa lucrează cavitaţional rezultă din următorul grafic:

HNAC – înălţimea de aspiraţie netă cerută,

HNAD – înălţimea de aspiraţie netă disponibilă

Există 3 situaţii distincte:

1. HNAD > HNAC – pompa lucrează necavitaţional,2. HNAD = HNAC – aceasta înseamnă că în 2 puncte (A,B) de pe elementele de lucru ale pompei, fenomenul de cavitaţie se produce.3. HNAD > HNAC – aceasta înseamnă că fenomenul de cavitaţie se produce pe întreagă zonă a paletajului rotoric. (cea haşurată din grafic).

Deci curba în coordonate H(Q) pentru pompa ce lucrează cavitaţional este HNAC (Q). Se evită o astfel de funcţionare pentru că pompa va lucra cu randament scăzut. Sunt atât condiţii constructive cât şi de exploatare, care aplicate duc la micşorarea efectului cavitaţional (zgomote puternice şi presiuni mari), cum ar fi:

a) rotunjirea paletelor la raza de aspiraţie, b)micşorarea sarcinilor pe palete prin alungirea lor,c) scăderea vitezelor radiale şi relative ale lichidului prin creşterea înălţimii paletei spre aspiraţie,d) tubulatura de aspiraţie să fie cât mai scurtă şi cu cât mai puţine coturi,e) folosirea în construcţia rotoarelor de pompă a materialelor din oţel, inox sau bronz.

Obs.1 Jocul funcţional dintre coroana directoare (spiralată pentru a putea prelua debitele de lichid de la periferia rotorului) şi vârfurile paletajului rotoric trebuie să fie între (0,3 0,6 mm.).

Obs.2 Parametrii funcţionali a unei pompe centrifuge sunt:

presiunea H=hk [Kgf/cm2]SI unde

c – viteza radială a lichidului,

u – viteza periferică a rotorului. Valoarea acestei presiuni este influenţată de valoarea unghiului de intrare a lichidului în paletaj, de numărul de palete, de vâscozitate, traseul de tubulaturi, etc.

puterea hidraulică N= [CP,Kw]SI unde - randamentul pompei,

=hmv=0,7-0,9.

debitul Q=v [m3/s]SI unde c0 – viteza lichidului la intrarea în

pompă.

247 din 375

Fig.II.3.3.19 – Funcţionarea cavitaţională a pompei centrifuge

turaţia n=3,65 [rot/min]SI unde n0 – turaţia motorului electric de antrenare.

Alte tipuri constructive şi funcţionale de pompe centrifuge navale

1. pompa centrifugă de tip “K”: are un singur rotor dispus într-un corp lichidul pătrunde în sens axial în rotor şi este refulat radial. Prezintă

inconvenientul că trebuie să aibă obligatoriu o piesă de

echilibrare axială a rotorului fapt ce determină apariţia

unor frecări suplimentare care implică micşorarea

randamentului pompei.

2. pompa centrifugă tip “D” reprezintă pompa cu un rotor dublu în care lichidul pătrunde axial din două direcţii opuse, aspiraţia executându-se

printr-o tubulatură comună. Comparativ cu tipul “K”

această variantă are capacitate de aspiraţie mai scăzută

deoarece lichidul aspirat este ramificat ceea ce creează

pierderi de presiune. Este utilizată acolo unde se cer

presiuni de lucru scăzute dar debite mari.

3. pompa centrifugă tip “M” are mai multe rotoare dispuse într-un corp comun prin interiorul cărora lichidul trece astfel încât îşi creşte treptat

presiunea. Poate fi considerată ca o sumă de pompe simple

care funcţionează în serie. În practică este denumită pompa

cu mai multe trepte (se specifică numărul de trepte).

Lucrează pentru presiuni de până la 70 m. col. H2O şi sunt utilizate la stingerea incendiilor sau în cadrul instalaţiei de combustibil a caldarinei. Se recomandă un număr par de trepte

(2, 4, 6, … ) pentru ca pompa să funcţioneze echilibrată axial.

4. pompa centrifugă tip “MD” se deosebeşte de tipul anterior doar prin faptul că prima treaptă are intrare dublă pentru agentul de lucru în rest

traseul intern parcurs fiind identic cu cel din varianta

anterioară. Acest tip este utilizat acolo unde instalaţia

hidraulică necesită presiuni > 200 m col. H2O şi debite

superioare valorii de 140 m3/h. Numărul de trepte va fi

întotdeauna impar (1, 3, 5, …) realizându-se astfel din

construcţie o echilibrare axială în timpul funcţionării

pompei.

Dealtfel constructiv rotoarele pompelor centrifuge pot fi cu paletele:

prinse între două discuri de rezistenţă:

248 din 375

încastrate într-un singur disc:

încastrate numai în butucul rotorului

(este cazul elicei sau a pompei centrifuge axiale)

Tot constructiv se întâlnesc următoarele tipuri de rotoare (specifice pompelor centrifuge radiale):

(cu intrare şi ieş. cu intr. semirad. intr. axială şi cu intr. semirad.

radială) şi ieşire rad.) ieş. radială) şi ieş. semirad.)

Pentru asigurarea parametrilor funcţionali optimi încă din calculul de proiectare şi construcţie, foarte importantă pentru specialişti este dispunerea sub un anumit unghi de înclinare faţă de axa verticală a pompei, a paletelor rotorului.

Astfel, pentru paletajul rotoric curbat înainte unghiul este format de tangenta la cercul care circumscrie paletajul în punctul maxim al unei palete, cu prelungirea feţei laterale a paletei (extradosul) [practic este tangenta la pală] unghiul se măsoară în sens invers sensului de rotire a palei. În cazul acestei reprezentări unghiul cu care lichidul iese dintre paletele rotorice faţă deverticala pompei, reprezintă unghiul maxim teoretic admisibil pentru o funcţionare optimă a pompei, aceasta funcţionând fără şocuri, rezonanţă sau cavitaţie. Semnificaţia notaţiilor din figură este:

w – viteza lichidului la ieşirea din pompă,c2 – viteza radială a lichidului,u2 – viteza periferică a rotorului.

249 din 375

Pentru paletajul rotoric curbat înapoi, unghiul <90o este format de tangenta la cercul carecircumscrie paletajul şi tangenta la concavitateapaletei (extradosul acesteia) ATENŢIE: O valoare mai mică decât ceareprezentată în figură nu este admisă deoarecepompa s-ar transforma în turbină. Practic valoarea optimă a unghiului =(15 30)o .Semnificaţia mărimilor pentru triunghiurile de viteze este aceeaşi ca la figura anterioară.

Pentru paletajul curbat înainte când unghiul =90o agentul de lucru realizează impactul cu suprafaţaaferentă paletajului perpendicular pe aceasta. Este situaţia cea mai defavorabilă în funcţionarea la parametri optimi ai unei pompe centrifuge radiale întrucât simultan cu fenomenul de rezonanţă pot săapară şocul hidraulic şi cavitaţia.

CONCLUZII: 1. pentru a împiedica apariţia şocurilor la intrarealichidului în paletajul rotoric, este indicat ca direcţia de pătrundere să nu fie perpendiculară pe planul de rotire al paletajului ci să se facă funcţie de varianta constructivă, cu unghiul 90o, care reprezintă condiţia de şoc minim la intrare.2. pentru debite şi randamente ridicate dispunerea paletajului rotoric se face din construcţie sub un unghi <90o cu curbura în sensul de rotaţie (este cazul celei de-a doua variante).

O pompă multietajată se obţine constructiv prin suprapunerea treptelor astfel încât rezultă un mecanism de transformare şi amplificare a valorilor de debit şi presiune, valorile de debit putând ajunge până la 150000 m3/h şi presiuni mai mari de 100m col. H2O. Reprezentarea într-o secţiune în plan longitudinal este făcută mai jos cu următoarele elemente componente.

1 – axul pompei 2 – rotoare 3 – cavităţi de transformare-amplificare 4 – canale directoare

ATENŢIE foarte mare şi la această soluţie constructivă întrucât valoarea unghiului neadecvat aleasă poate determina în timpul funcţionării valori fluctuante pentru mărimile optime ale pompei.

Într-o pompă centrifugă radială există următoarele pierderi:

- pvol – datorate formei constructive a rotorului cât şi interstiţiului (0,30,6) mm. care există între rotor şi stator,

- Phidraul – care se realizează în canalele profilate ce există în traseul de lichid,

250 din 375

Fig.II.3.3.20 – Pompă centrifugă multietajată

- Pmec – datorate lagărelor (presetupelor, inelelor, labirinţilor). Caracteristic pompelor centrifuge este fenomenul de POMPAJ care este definit de:- bătăi puternice în pompe şi reţea echivalente cu acele lovituri de “berbec” specifice timpului

III aferent motorului cu aprindere prin compresie; - variaţii bruşte ale cuplului solicitat de pompe, de la motorul de antrenare;

Aceste funcţii anormale nu pot duce decât la deteriorarea rapidă a pompelor şi implicit a instalaţiei în ansamblu.

Pentru creşterea valorii de presiune pe refularetrebuie să se “lege” mai multe pompe în serie:

Pentru creşterea valorii de debit aferent pompei trebuie să se “lege” în paralel mai multe pompe:

Există în acest sens mai multe metode de reglare a debitului pompei, acestea fiind:a) variaţia turaţiei pompei,b) obturarea parţială prin intermediul “manevrelor” armăturilor (vane, robineţi) a aspiraţiei sau refulării,c) modificarea paletajului: numărul de palete şi poziţia acestora la încastrare,d) modificarea montajului la pompele cu mai multe etaje.

În urma acestor modificări constructive şi funcţionale, bineînţeles că se modifică şicondiţiile de lucru pentru pompă.

Un fenomen des întâlnit, din cauza nesupravegherii pompei în timpul funcţionării este cel de POMPAJ, care constă în apariţia unor pulsaţii ale debitului refulat în anumite condiţii de funcţionare; este foarte dăunător, culminând cu vibraţii puternice ce pot duce la distrugerea pompei.

Acest lucru poate fi perceput analizând diagrama următoare:

Hef – sarcina efectivă a maşinii,V – debitul volumic realizat,K – punctul critic ce corespunde sarcinii maxime.

Pe ramura din stânga punctului K funcţionarea pompei e nestabilă (zona de pompaj), denumire ce rezultă din faptul că în această zonă debitul se anulează brusc (în punctul H0), după care pompa îşi poate relua funcţionarea cu debitul VA, fenomenul repetându-se dacă se creează premisele apariţiei (menţinerea) fenomenului de pompaj, astfel încât pompa va funcţiona cu întreruperi de debit .

[Cum de fapt se întâmplă întreruperea debitului la pompa cu piston, întreruperi care nu sunt dictate însă funcţional ci constructiv].

La pompa centrifugă radială însă, acest fenomen se manifestă (datorită cauzelor constructive şi funcţionale) prin desprinderea curentului de fluid de pe extradosul paletajului rotoric astfel încât se generează o curgere inversă.

251 din 375

Ca urmare a faptului că în acelaşi timp cu deplasarea de-a lungul paletelor, lichidul se află şi în mişcare de rotaţie, vitezele de curgere nu sunt repartizate uniform pe secţiune astfel încât implică eforturi unitare variabile care solicită uniform paletajul.

Acest efect negativ poate fi înlăturat prin reglarea turaţiei, aceasta implicând reglarea debitului care la rândul lui implică reglarea randamentului, acesta indicându-ne practic funcţionarea stabilă, la parametri optimi a mecanismului.

La M.A.I. fenomenul de pompaj este principala cauză a consumului de ulei peste valoarea optimă şi se concretizează prin:

a) depunere de calamină,b) aprinderi secundare, datorate acumulării de ulei în spaţiul delimitat de 2 segmenţi

consecutivi, mantaua pistonului şi oglinda cilindrului, care este “mânat” înspre P.M.I. unde au loc transformări în calamină sau aprinderi secundare.

Întreprinderea de pompe “Aversa” fabrică pentru domeniul naval mecanismele multietajate tip “SADU” cu următoarele caracteristici: Q100 m3/h, H180 m col. H2O, diametrul ştuţului = (50100) mm, etc.

Etanşarea carcasei se face cu garnituri de azbest grafitat, la rulmenţi prevăzându-se din construcţie - bucşă presetupă. Montarea-demontarea rulmenţilor se face prin încălzire în ulei mineral până la 100o C.

Durata de serviciu a unei astfel de pompe este de maxim 15 ani. Sorbul de pe aspiraţie trebuie să se afle la cel puţin un metru scufundat în apă pentru ca pompa să realizeze sarcina optimă.

Înainte de punerea în funcţiune a pompei în afară de verificarea ungerii, a etanşeităţii, a cuplajului cu motorul electric de acţionare a a.m.c.-urilor, sensul de rotaţie se controlează printr-o foarte scurtă conectare la reţea.

2. Pompa centrifugă axială

Destinaţie: sunt utilizate în cadrul instalaţiilor navale acolo unde este necesară pomparea unei mari cantităţi de lichid la o presiune relativ scăzută. Debitul unor astfel de pompe poate ajunge la 120000 m3/h, ele fiind întâlnite îndeosebi în cadrul instalaţiilor de ambarcare - debarcare combustibil, în circuitele deschise de răcire ale motoarelor principale, auxiliare, condensatoare -răcitoare, etc.

Construcţie: 1 – cuplă, 2 – piesă de ghidare şi etanşare,3 – ax,4 – carcasă (stator),5 – paletaj rotoric,6 – paletaj statoric (fix, direcţional),7 – butuc rotoric,8 – cavitate de aspiraţie,9 – cavitate de refulare.

Funcţionare. Conversia electro – mecano - hidraulică se realizează datorită cuplării la reţea şi interacţiunii palelor rotorului cu vâna de lichid. Astfel, lichidul pătrunzând în corpul pompei după cum arată sensul săgeţilor din figură între paletele mobile, capătă o direcţie de deplasare radială după care pătrunde în cavităţile formate

252 din 375

Fig.II.3.3.21 - Pompa centrifugă axială

de paletajul fix care se montează de regulă în aval de rotor cu rol de a transforma mişcarea turbionară a lichidului în curgere laminară (axială).De aceea acest direcţional mai poartă denumirea de “directrice”, fiind solidară cu carcasa pompei.

Din punctul de vedere al aşezării paletajului director acesta poate din construcţie să fie dispus:1. la intrarea în rotor - cu rol de a devia şuviţele axiale de lichid astfel încât acestea să realizeze impactul cu rotorul conform unghiului prescris2. la ieşirea din rotor – cu rol dublu: a)de a transforma energia cinetică (de viteză) în energie de presiune,b)de a prelua şi rolul de deviere expus anterior caracteristic pompelor

Pentru obţinerea unor randamente ridicate în exploatarea acestor pompe în construcţia de serie trebuie avute în vedere următoarele:

1. concavitate mai mică sau mai mare,2. curbura să fie “după” sau “contra” sensului de curgere,3. = unde - unghiul sub care se dispune paletajul fix faţă de axa funcţională a pompei,

- unghiul sub care se dispune paletajul mobil faţă de axa funcţională a pompei; dacă se respectă această condiţie se evită apariţia în timpul funcţionării a aşa-zisului “şoc hidraulic”.

Caracteristicile principale în timpul funcţionării pompelor centrifuge axiale sunt:a) gradul de reacţie care, este definit ca raportul dintre creşterea statică de presiune din rotor şi

creşterea totală de presiune pe etaj , r =psrt/pte această caracteristică depinzând de curbura paletajului rotoric. Adică:

1. grad de reacţie crescut, specific paletajului curbat, aceasta implicând debite şi randamente ridicate,2. grad de reacţie scăzut, specific paletajului plat, aceasta implicând debite şi randamente micşorate, presiunile fiind în schimb ridicate.

Observaţie: La debite mai mici decât cele corespunzătoare randamentului maxim al pompei, apare un alt fenomen nedorit –PULSAŢIA debitului, acesta diferind ca origine de cel de pompaj însă care, se manifestă similar, sub forma unor oscilaţii puternice de presiune şi debit şi a micşorării gradului de comprimare. Cauza? – comportamentul aerohidrodinamic ale profilurilor. Pentru unghiuri mici de incidenţă şi viteze scăzute de spălare a acestora apar desprinderi ale curentului de lichid de pe extradosul profilului şi acţiunea lor în contracurent.

În reprezentarea următoare, pentru valori diferite ale gradului de reacţie sunt redate diferite forme aproximative de lucru pentru etajele pompei (I, II, III, IV, V):

I II III IV V

O reprezentare în secţiune longitudinală pentru o pompă axială des utilizată la bordul navelor este redată în figura următoare:

1 - paletă directoare,2 - paletă rotorică,

253 din 375

3 - butuc, 4 - cavitate de aspiraţie,5 - cavitate de refulare,6 - carcasă.

De altfel, profilul paletelor - care poate fi asemănător cu a unei elice - este reprezentat în figura ce urmează:

Se conturează foarte clar configuraţia paletelor faţă de butucul rotoric şi faţă de interiorul carcasei pompei. Alte două caracteristici importante pentru pompa axială sunt:

b. Cavitaţia pompei: reprezintă fenomenul de generare a zgomotelor puternice şi a suprapresiunilor de către pompă,

c. Portanţa: la baza căreia stă teoria lui Jukowski: considerând profilul hidrodinamic (secţiunea transversală a paletei) dispus într-un curent de fluid vâscos astfel încât să se formeze un unghi de atac, între axa profilului şi direcţia de curgere a fluidului, se poate observa că profilul va suporta o deplasare ascensională sub acţiunea unei forţe P aplicate în CG (centrul de greutate) al profilului ca rezultantă a forţei aplicate pe extradosul şi intradosul paletei.

Această teorie stă la baza studiului funcţionării pompelor axiale iar în ceea ce priveşte presiunea creată de pompă se ţine cont de legea conservării energiei conform căreia se consideră teoretic că întreaga energie a rotorului se transmite fluidului.

Din cazurile practice (de exploatare) s-a ajuns la concluzia că pentru realizarea şi funcţionarea unor manifestări optime pentru fenomenul de cavitaţie şi portanţă trebuie ca profilele paletelor (AD şi R – din construcţie) să se dispună astfel încât să devină din ce în ce mai plate dinspre intrare spre ieşire.

5. Caracteristicile de sarcină ale pompei axiale

Caracteristic este faptul că fiecare pompă are mai multe caracteristici de sarcină , corespunzător diferitelor raze ale paletei de la butuc la vârf; de regulă se reprezintă numai caracteristicile extreme ale paletei conform diagramei următoare:

curba A reprezintă caracteristica de sarcină aproape de vârf,

curba B reprezintă caracteristica de sarcină a pompei aproape de butuc,

K – punctul de intersecţie a acestor două caracteristici şi reprezintă regimul de funcţionare teoretic caracterizat de Qt şi Ht.

Interpretare: caracteristicile de sarcină ale pompelor axiale se deosebesc mult de caracteristicile

254 din 375

Fig.II.3.3.22 – Fenomenul de portanţă specific paletajului pompelor axiale

celorlalte pompe; pe măsură ce debitul creşte, presiunea scade însă mult mai repede.

În acest sens, reglajul pompelor axiale se face prin variaţia turaţiei iar pornirea trebuie să se

facă cu valvele de aspiraţie şi refulare deschise total.

Concluzii finale:

1) pompele axiale au rotor cu palete curbate în sens axial, uneori de forma elicei,2) numărul de palete este scăzut (uneori două),3) fluidul se deplasează paralel cu axul; intră deci axial şi iese tot axial,4) pompele axiale sunt întâlnite în instalaţiile de pompare de la bordul navelor a căror consumatori solicită debite mari şi foarte mari.

5) centrarea pompelor cu motoare de antrenare are ca scop să situeze axele celor doi arbori în aceleaşi plane simetrice, atât în plan vertical cât şi orizontal,

6) una din metodele cele mai întâlnite de centraj este cea ce utilizează tijele universale denumite şi strele.

Diagrama de pulsaţii (pompaj):

Fenomenul pulsatoriu (pompaj) poate duce chiar la gripare. Ca protecţie se prevede un by-pass pentru recircularea lichidului prin pompă în caz de funcţionare cu debit scăzut (neregulat negativ).

II.3.4. Caldarine navale

II.3.4.1 Definiţie, clasificare, mărimi tehnice, construcţia şi funcţionarea de principiu

Caldarina navală este agregatul de la bord prin intermediul căruia se asigură apa caldă sau aburul necesare în marş ori staţionare, pentru preîncălzirea agenţilor de lucru ai motoarelor, comanda anumitor dispozitive sau mecanisme, activităţi gospodăreşti, etc.

Principalele mărimi caracteristice ale acestor agregate sunt:

a) presiunea de regim, p[kgf/cm2],b) temperatura nominală, T[0C, K],c) debitul de apă, abur, Q[m3/h],d) suprafaţa de încălzire, A[m2 ], este aria măsurată a pereţilor interiori ai caldarinei, scăldată

pe de o parte de gazele de ardere iar pe cealaltă parte de apă şi vapori,e) tensiunea termică a focarului-este cantitatea de căldură degajată prin arderea

combustibilului în focar,f) randamentul - este raportul dintre cantitatea de căldură transmisă apei pentru a se vaporiza

la parametrii de lucru, şi cantitatea de căldură introdusă în focar.

255 din 375

Clasificarea caldarinelor:

a) din punctul de vedere al realizării construcţiei, există caldarine:1. nituite( foarte rare),2. sudate; cele mai des întâlnite,3. mixte; destul de rare.b) din punctul de vedere al realizării presiunii pentru agentul de lucru, există caldarine:1. de joasă presiune; p≤20 kgf/cm2 ,2. de medie presiune, p≤60 kgf/cm2,3. de înaltă presiune.c) din punctul de vedere al realizării temperaturii pentru agentul de lucru, există caldarine:1. de joasă temperatură;

T≤150 0C,2. de medie temperatură; 150

0C≤T≤ 3500C,3. de înaltă temperatură; T>

350 0 C.d) din punctul de vedere al

realizării presiunii de circulaţie a agentului de lucru în interior, există caldarine:

1. cu circulaţie naturală a apei,2. cu circulaţie forţată a apei (există o pompă de circulaţie, de regulă centrifugă cu palete).

În primul caz, presiunea de circulaţie a agentului de lucru este generată pe principiul diferenţelor de greutăţi specifice a constituenţilor agentului de lucru.

e) din punctul de vedere al modului în care gazele arse spală ţevile, există caldarine:1. acvatubulare; gazele arse spală ţevile pe la exteriorul acestora,2. ignitubulare; gazele arse spală ţevile pe la interiorul acestora.

II.3.4.2 Caldarine ignitubulare: destinaţie-rol, construcţia şi funcţionarea de principiu

La bordul navelor se exploatează următoarele variante constructive:a) Caldarine ignitubulare cu flacără directă; gazele rezultate din procesul de ardere din focar

trec direct prin ţevile de fum şi apoi în atmosferă. În figura II.3.4.1 este reprezentat un astfel de agregat:

1. corp (manta), 2. perete anterior,3. perete posterior (placă tubulară),4. dom (tambur superior, colector),5. tub focar,6. camera de foc,

256 din 375

7. antretoaze,8. ţevi de gaze,9. ancore de plafon,10. coş,11. tiranţi,12. inele de dilataţie,13. instalaţie de alimentare cu apă,14. instalaţie de alimentare cu combustibil,15. traseu de apă caldă (abur),16. postament.

Corpul cilindric (manta, virolă, anvelopă) este învelişul metalic exterior care delimitează mediile de fluid ale caldarinei. Se construieşte dintr-o singură foaie metalică sau din mai multe tronsoane, funcţie de lungimea şi diametrul acesteia. În placa tubulară se mandrinează ţevile de fum. Domul este volumul în care se colectează abur.

Tubul focar are formă cilindrică sau gofrată (cu nervuri de diferite dimensiuni) astfel încât să permită dilataţiile şi contractările sale atât în timpul funcţionării cât şi la oprirea agregatului.

Aceste tuburi lucrează la temperaturi ridicate, pereţii săi trebuind să suporte şi presiunile crescute ale agentului de lucru din care cauză materialul constructiv este din oţel.

În focar are loc desăvârşirea procesului de ardere a amestecului carburant după care gazele rezultate parcurgând interiorul ţevilor transmit căldură prin pereţii acestora apei şi părăsesc ţevile prin coş apoi către atmosferă.

Antretoazele sunt elemente de fixare şi întărire (rigidizare) a focarului faţă de tubul focar, placa tubulară şi corpul caldarinei. La partea superioară rigidizarea „cerului” camerei de gaze se realizează prin intermediul ancorelor care sunt tot nişte bare metalice, cilindrice filetate la capete.

Fixarea caldarinei de corpul navei se face printr-un postament (şa) amortizor rezistent astfel încât să fie preluate dilataţiile şi deplasările.

b) Caldarine ignitubulare cu flacără întoarsă; la acestea (fig.II.3.4.2) gazele rezultate din procesul de ardere suferă o schimbare de direcţie de 180o, dictată de traseul ţevilor între peretele frontal şi cel al cutiei de foc, apoi sunt evacuate în atmosferă. Randamentul acestor caldarine este mai mare decât cel al caldarinelor cu flacără directă.

1. corp,2. tub de flacără,3. cutia de foc,4. snop de ţevi,5. placa tubulară frontală,6. placa tubulară a cutiei de foc,7. antretoaze,8. vatra focarului,9. tirant,10. autoclave,11. coş,12. tub culegător de abur (apă caldă),

257 din 375

Fig.II.3.4.1 – Caldarină ignitubulară cu flacără directă

13. şurub de siguranţă,14. instalaţie de alimentare cu combustibil,15. instalaţie de alimentare cu apă,16. traseu agent de lucru către consumatori.

Peretele posterior al cutiei de gaze se construieşte cu o înclinaţie de aprox. 5 grade pentru a înlesni desprinderea bulelor de abur de pe perete. Ţevile de fum se construiesc din oţel tras dintr-o bucată şi au rol în canalizarea gazelor spre evacuare dar şi de transmitere a căldurii spre agentul de lucru. Tiranţii sunt ţevi de legătură, cu filete la capete şi au rol de rigidizare între pereţii caldarinei.

Gurile de vizitare sunt de formă eliptică şi conform RNR au dimensiuni de 300x400 mm.

Partea superioară a focarului este prevăzută din construcţie cu un şurub de bronz care la partea opusă a capului are un canal umplut cu plumb care, se va topi atunci când nivelul apei scade sub cel minim admis astfel încât vaporii vor pătrunde în focar stingând flacăra şi caldarina se opreşte.

II.3.4.3 Caldarine acvatubulare: destinaţie-rol, construcţia şi funcţionarea de principiu

Caldarinele acvatubulare, comparativ cu cele ignitubulare, sunt întâlnite mai des la bordul navei datorită următoarelor avantaje:a) greutate redusă,b) exploatarea acestora la valori de presiune şi temperatură ridicate,c) rezistenţă mare la eforturi termomecanice înalte,d) ajungerea în timp scurt în parametri optimi de exploatare,e) dimensiuni de gabarit mici ceea ce implică şi un amplasament adecvat la bord, siguranţă în exploatare întrucât este echipată cu dispozitive de automatizare care, cer operatori cu înaltă calificare în deservire.

Cele mai des întâlnite caldarine acvatubulare sunt acelea care utilizează un focar răcit complet cu apă nefiind necesar nici un fel de manta refractară. Dar navele din flota noastră din considerente constructive şi funcţionale sunt echipate cu caldarina care au la bază vatra de cărămidă refractară, aceasta având un rol foarte important în realizarea şi menţinerea temperaturii optime de exploatare a agregatului.

De principiu, din punctul de vedere al construcţiei caldarina include doi tamburi amplasaţi vertical unul sub altul şi legaţi între ei prin ţevile fierbătoare, ale căror capete sunt sudate de plăcile tubulare sau îmbinate de acestea prin mandrinare şi ambutisare (fig.II.3.4.3).1. camera de fum,2. guri (autoclave) de vizitare,3. tambur superior apă-abur,4. placă tubulară superioară,5. ţevi fierbătoare,6. tambur inferior – apă,

258 din 375

Fig. II.3.4.2 - Caldarină ignitubulară cu flacără întoarsă

7. tub de legătură între tamburi, 8. focar,9. arzător,10. vatra focarului,11. bolta camerei de foc,12. tubul focar,13. capacul caldarinei,14. manta, corp, virolă,15. coşul caldarinei,16. separator apă-abur,17. tub culegător abur,18. pâlnie extracţie de suprafaţă,19. traseul agentului de lucru către consumatori,20. instalaţia de alimentare a caldarinei cu apă,21. traductori de nivel (minim, maxim) al apei,22. instalaţia de motorină a caldarinei,23. traseul apei calde către consumatori,24. centrul focarului.

Pentru asigurarea unei bune funcţionări caldarina este echipată cu o serie de armături şi accesorii externe şi interne. Armăturile caldarinei sunt:a) valvulele aferente agentului de lucru generat (apă caldă sau abur),b) valvulele traseelor de alimentare (apă, motorină, aer),c) valvulele de extracţie de suprafaţă şi de fund,d) valvulele supraîncălzitorului, e) robineţii pentru manometre şi pentru traseele de aer,f) indicatoarele de nivel,g) supapele de siguranţă şi a.m.c.-urile (supapele de siguranţă asigură protecţia la suprapresiune realizând comunicarea dintre agentul de lucru şi atmosferă, fiind reglate pentru a funcţiona la o presiune de (0,8-0,9)pn.

Accesoriile interne ale caldarinei sunt: a) tubul culegător de abur; separă vaporii de apa caldă,b) placa calmantă; uniformizează fluxul ieşirii vaporilor la nivelul oglinzii de vaporizare omogenizând astfel procesul. Se confecţionează din tablă de oţel laminată cu grosimea de 3 mm, având un număr determinat de orificii (φ=8 – 22), a căror suprafaţă este aproximativ 30% din cea a plăcii. Se montează la 130-140 mm sub oglinda de vaporizare,c) pâlnia de extracţie; se montează la maxim 40 mm sub oglindă şi ar rol de a extrage şi evacua din caldarină sărurile şi grăsimile,d) prelungitorul tubului de alimentare; menţine nivelul constant pentru apă în caldarină,e) paravanul vaporilor; se confecţionează din tablă de oţel şi asigură separarea apei de alimentare de cea existentă deja în colectorul superior, evitându-se astfel solicitările termice intense.

Tot din construcţie, pentru a se asigura o temperatură de aproximativ 60o C la suprafaţa anvelopei, există stratul izolant compus din: un înveliş de carton de azbest, trei straturi de vată minerală prinse cu reţea (plasă) de sârmă şi un strat de stucatură (33% ciment, 50% azbest fulgi şi 17% dolomit) întreaga izolaţie se „strânge” apoi cu o foaie de tablă zincată de 0,5 mm.

Există două faze în funcţionarea caldarinei:a) încălzirea apei până la punctul de fierbere, obţinându-se astfel şi presiunea de regim pentru agentul de lucru, b) exploatarea propriu-zisă care se concretizează prin cuplarea caldarinei la consumatori.

259 din 375

Fig.II.3.4.3 - Caldarină acvatubulară

Obs. 1.: intrarea în funcţiune are loc după pregătirea caldarinei şi a instalaţiilor aferente. Acţionarea se face manual (local) sau de la distanţă (automatizat). Obs. 2.: în funcţionare lucrează următoarele protecţii:

a) lipsă flacără; numai în regim automat, prin intermediul releelor comandate de fototraductor astfel încât caldarina se va opri,b) presiune maximă abur; la peste 7,1 kgf/cm2 intră supapa de siguranţă,c) nivel (minim, maxim) apă, este controlat prin intermediul dispozitivului cu relee „Mobrey” prin care se alimentează sau se rupe alimentarea cu energie electrică a motorului electric de acţionare a pompei de apă.

Obs. 3: în toate cazurile de avarie se aprinde pe tabloul de bord un bec de semnalizare care avertizează operatorul în acest sens, Obs.4: arzătorul are în structura sa şi instalaţie de alimentare cu aer cu rol de a asigura cantitatea de aer necesar realizării combustiei la diferite regimuri şi are în componenţă un ventilator şi o suflantă sau compresor, preîncălzitor de aer şi armătura registru (şuber) pentru reglarea cantităţii de aer necesar arderii. Obs. 5: uneori în caldarina acvatubulară ţevile conţin un amestec de apă-abur în proporţie diferită, dată de fluctuaţiile din focar - acestea fiind variabile. Este posibil deci ca un tub să funcţioneze coborâtor un anumit interval de timp şi urcător în alt interval.

O circulaţie eficientă şi fără fluctuaţii se realizează din construcţie prin introducerea în interiorul caldarinei a unui dispozitiv numit supraîncălzitor între ţevile urcătoare şi cele coborâtoare (vezi fig. II.3.4.4) în care s-au făcut notaţiile:

1. snopul de ţevi coborâtoare,2. supraîncălzitorul,3. snopul cu ţevi urcătoare,4. corpul caldarinei,5. tamburul inferior,6. tamburul superior,7. coşul caldarinei,8. epicentrul focarului.

Această amplasare a supraîncălzitorului duce la o diferenţă considerabilă de temperatură şi greutate specifică a agentului de lucru între cele două categorii de tuburi (snopi de ţevi).

De altfel pentru funcţionarea la parametri nominali a oricărei caldarine de la bordul navei trebuie respectate întocmai activităţile de exploatare – întreţinere prevăzute de documentaţia tehnică specifică.

CAPITOLUL III EXPLOATAREA, ÎNTREŢINEREA MOTOARELOR TERMICE ,

A MECANISMELOR ŞI INSTALAŢIILOR AFERENTE

III.1. PREGĂTIREA PENTRU PORNIRE, PORNIREA, DESERVIREA, OPRIREA ŞI ÎNTREŢINEREA MAŞINILOR ŞI INSTALAŢIILOR DE PROPULSIE NAVALE

III.1.1 Pregătirea pentru pornire, pornirea, deservirea oprirea şi întreţinerea motoarelor termice navale

260 din 375

Fig.II.3.4.4 – Circulaţia apei în caldarina acvatubulară cu

supraîncălzitor

Motoarele şi instalaţiile aferente trebuie să se găsească în permanentă stare de eficienţă şi gata pentru a fi puse în funcţiune. Atunci când se găsesc în stare de repaus trebuie să se execute un control zilnic în scopul verificării stării tehnice, prevenirea oxidării părţilor interioare şi exterioare a motorului şi a mecanismelor care-l deservesc.

Zilnic se va roti arborele cotit al motorului (2–3 rotaţii) cu dispozitivul de virare, executând în acelaşi timp amorsarea cu ulei. După fiecare virare arborele cotit se va lăsa în altă poziţie. La motoarele în stea, amorsarea cu ulei şi virarea arborelui cotit se vor executa numai dacă se execută pornirea.

Executarea virării motorului în stea cu aer comprimat de joasă presiune fără ca să urmeze lansarea motorului este interzisă, deoarece aceasta conduce la oxidarea cămăşilor de cilindru şi a altor piese.

Dacă motorul nu a funcţionat timp de 6-8 zile, acesta se va porni pentru circa 10-15 minute la mers în gol.

Dacă motorul nu a funcţionat timp de o lună şi nu există posibilitatea punerii în funcţiune, atunci se vor unge suprafeţele în frecare cu ulei curat. Pompele de injecţie se recomandă în acest caz să fie umplute cu ulei deshidratat pentru a le feri de corodare. Săptămânal se va înlocui uleiul.

Conservarea motorului pe o perioadă îndelungată se execută în conformitate cu subcapitolul referitor la “ conservarea şi deconservarea motorului” şi a instrucţiunilor de exploatare specifice motorului.

Când temperatura în compartimentul maşini se prevede că va coborî sub +5°C, apa trebuie scoasă din spaţiile de răcire ale motorului, din răcitor, tubulaturi de evacuare şi din tubulaturile de răcire. Din spaţiile de răcire ale motorului care sunt dispuse jos, apa va fi scoasă prin robineţii de purjare sau dopuri filetate, după care se suflă cu aer de joasă presiune ( 0,3 ÷ 1,5 ) atm.

La motoarele care au instalaţiile de scurgere a surplusului de combustibil, se vor verifica periodic canalele de scurgere şi tubulaturile, neadmiţând înfundarea lor.

Cel puţin o dată la 500 de ore de funcţionare a motorului, tubulaturile şi filtrele pentru ventilarea carterului se vor verifica şi curăţa. Înfundarea tubulaturilor şi a filtrelor de ventilaţie poate duce la concentrarea vaporilor de ulei în carterul motorului şi la explozia lor.

Nu este permis ca nivelul de combustibil din tancurile de serviciu să scadă sub nivelul stabilit (de regulă ½ din capacitate), deoarece aceasta poate duce la pătrunderea aerului în instalaţia de combustibil a motorului.

Aerul poate pătrunde în instalaţia de combustibil de înaltă presiune prin sectorul dintre tancul de serviciu şi pompa de alimentare cu motorină, unde presiunea în timpul funcţionării motorului este mai mică decât cea a aerului.

Pentru a preveni pătrunderea aerului în instalaţia de combustibil se va urmări etanşeitatea acesteia, periodic se va purja aerul prin dopurile pe purjare de pe filtre şi tubulaturi special destinate în acest sens. Existenţa aerului în instalaţia de combustibil îngreuiază pornirea sau o face chiar imposibilă pentru motorul respectiv.

La motoarele care au capace de vizită la carter, cel puţin o dată pe lună se vor deschide şi se va executa controlul pieselor motorului, se va verifica starea şplinturilor de siguranţă şi eventualele scurgeri pe la garniturile cilindrilor. Se va roti arborele cotit, amorsând cu ulei, în acelaşi timp se va urmări dacă uleiul va pătrunde la cuzineţi..

Garniturile de la capacele de vizită ale carterului se vor menţine în stare bună, iar în cazul deteriorării se vor înlocui cu altele noi. Acest lucru permite să se prevină eventualele scăpări de ulei din carter sau pătrunderea combustibilului în carter, car are duce la diluarea uleiului şi la scăderea vâscozităţii.

Compartimentul maşini trebuie să fie menţinut în stare de curăţenie, iar santinele trebuie păstrate permanent în stare uscată, în scopul observării rapide a scurgerilor de la motor sau instalaţii.

La nave sunt prevăzute următoarele stări de pregătire a instalaţiilor motorului Diesel:a. imediată, prin care se asigură posibilitatea ca în orice moment nava să poată pleca, iar la

motor să se poată mări turaţia până la regimul nominal.

261 din 375

b. ordonată, prin care se asigură posibilitatea pornirii motorului şi mărirea turaţiei până la turaţia nominală după un anumit interval de timp care nu este suficient pentru pregătirea normală a instalaţiilor motorului Diesel din stare rece.

Aceste stări de pregătire pot să se prelungească timp îndelungat (până la câteva zile).

În conformitate cu stările de pregătire, există 3 metode de menţinere a instalaţiilor în una din stările de pregătire precizate:

a. menţinerea instalaţiilor motorului Diesel în situaţia de a fi puse în funcţiune imediat. Mecanismele auxiliare şi instalaţiile care deservesc motorul, se găsesc în stare de a fi puse în funcţiune imediat, iar motoarele principale încălzite până la temperatura care le permite să fie introduse în sarcină nominală după maxim 8 – 10 minute; telegraful se găseşte în poziţia „ Atenţie”; demontarea motorului şi a mecanismelor auxiliare nefiind permisă.

b. menţinerea instalaţiilor motorului Diesel în situaţia de a fi puse în funcţiune în maxim o oră. Mecanismele auxiliare se găsesc în situaţia de a fi puse în funcţiune imediat, valvulele de pe instalaţiile de răcire şi ungere sunt închise; se execută încălzirea periodică a motoarelor Diesel la o temperatură ce permite introducerea în sarcină până la 50 %, după care timp de 10 – 30 minute se poate prelua sarcina nominală în funcţie de tipul motorului; se permite să se execute reparaţii mici însă care nu afectează pornirea motorului.

c. menţinerea instalaţiilor motorului Diesel în situaţia de a fi puse în funcţiune în mai mult de o oră. Toate mecanismele auxiliare şi instalaţiile se găsesc într-o stare de pregătire anunţată; deservirea instalaţiilor energetice se execută conform instrucţiunilor.

Pentru trecerea instalaţiilor motorului Diesel din stare rece în situaţia de pornire într-o oră sau imediat este necesar să se execute pregătirea normală completă pentru pornire, se verifică motoarele Diesel în funcţionare şi numai după aceasta se va trece la regimul de menţinere a instalaţiilor de a fi puse în funcţiune în termenul stabilit. După încetarea stărilor de pregătire se vor aduce instalaţiile în stare de repaus şi în continuare se va executa pregătirea normală pentru funcţionare.

Pregătirea pentru pornire şi pornirea motorului Diesel naval.

Pregătirea motorului pentru pornire constă în aducerea lui într-o asemenea stare, care să garanteze evitarea defecţiunilor şi să permită încărcarea motorului până la puterea nominală, în timpul stabilit.

Pregătirea motorului pentru pornire trebuie să se facă atent şi în conformitate cu instrucţiunile specifice acestuia.

Pregătirea minuţioasă a motorului pentru pornire este condiţia de bază a funcţionării sigure şi fără defecţiuni. Numai în cazul pregătirii corecte a acestuia pentru pornire se poate răspunde la comandă prin punerea telegrafului în poziţia „ Atenţie” şi să se execute pornirea.

La navele marinei militare există două metode de pregătire a motorului pentru pornire: a) pregătirea normală;b) pregătirea rapidă.Pregătirea normală a motorului pentru pornire se execută în condiţiile exploatării corecte.

Pregătirea rapidă a motorului pentru pornire se permite să se facă numai în situaţii deosebite şi în scopuri de învăţământ.

La pregătirea motorului, după reparaţii, în afara celor menţionate mai sus este necesar să se execute prevederile specifice cărţii tehnice a motorului respectiv.

262 din 375

Pregătirea normală a motorului pentru pornire

Se controlează la exterior motorul, mecanismele auxiliare şi instalaţiile pentru a ne convinge că nu sunt obiecte străine.

Se deschid capacele carterului pentru a verifica dacă nu sunt obiecte străine în el. Se verifică strângerea piuliţelor şi şuruburilor.

Se verifică dacă nu sunt scăpări de apă în carter pe la garniturile de la cămăşile cilindrilor.Se amorsează motorul cu ulei. Când presiunea uleiului în magistrală ajunge la valori

indicate de instrucţiuni (care trebuie să fie mai mare de 0,5 – 2 bar) se va roti arborele cotit 2 – 3 rotaţii, având armăturile manometrelor indicatoare deschise (acolo unde există). După virarea arborelui cotit, instalaţia de virat se va pune în poziţia iniţială.

Înainte de virare, la motoarele care au ungerea separată a cilindrilor se va conecta instalaţia de ungere.

Durata amorsării cu ulei a motorului pe timpul răcoros al anului când temperatura aerului în tancul de circulaţie sau baia de ulei este sub +15 °C, trebuie să fie minimum 5 – 8 minute, iar când temperatura uleiului şi a motorului este mai mare de +15 °C, durata va fi de 3 – 5 minute. În timpul amorsării motorului trebuie să se verifice manometrele dacă indică existenţa presiunii de ulei la motoarele care au prevăzut scoaterea uleiului din carter cu ajutorul pompei se va controla dacă există ulei în carter sau inversor.Se execută preungerea organelor motorului care au prevăzută ungerea manuală.

După terminarea amorsării cu ulei a motorului se vor închide capacele carterului care trebuie să aibă garniturile în stare bună, pentru a nu se scurge ulei în timpul funcţionării instalaţiei.

La motoarele reversibile se va verifica funcţionarea sistemului de inversare a sensului de rotaţie, iar la motoarele cu inversor se vor verifica cuplarea şi decuplarea inversorului.Se verifică sistemul de acţionare al pompelor de injecţie astfel ca tijele cremalierelor să se deplaseze normal pe toată cursa.

Se fixează, de la cremalieră, debitul maxim de combustibil. Se va vira motorul cu aer comprimat sau demaror, fără combustibil, având robinetele indicatoare deschise (acolo unde există). Se verifică dacă în cilindri nu s-a colectat apă, combustibil sau ulei. După verificare se închid robinetele aparatelor indicatoare.

Pentru a preveni personalul care se găseşte în apropierea motorului, de accidente, de fiecare dată, înaintea virării, acesta se va atenţiona de manevra care urmează a se executa.

Dacă în timpul amorsării cu ulei şi virării cu dispozitivul de virare, se observă o rezistenţă mărită la virare datorită unor cauze necunoscute, se interzice virarea cu aer sau cu demarorul până când se determină şi se înlătură cauzele.

Cauzele rezistenţei mărite la virarea motorului pot fi calaminarea, cocsarea, griparea, apă în cilindri şi altele.

Dacă motorul se pregăteşte pentru pornire după o scurtă oprire (0,5–2ore) şi toate instalaţiile sunt pregătite pentru pornire, ne putem limita la virarea acestuia cu aer comprimat, amorsând în acelaşi timp cu ulei. Virarea se va executa cu robinetele aparatelor indicatoare deschise (acolo unde există)

Pregătirea instalaţiei de ungere

Se verifică cantitatea de ulei din tancul de circulaţie sau baia de ulei şi se completează până la nivelul stabilit. În mod normal tancul de circulaţie trebuie să fie la ¾ din capacitate.

Se deschid cepurile şi valvulele, se pregăteşte magistrala de ungere pentru amorsarea motorului cu agregatul de amorsare sau cu pompa manuală. Pe timpul pregătirii pornirii unui motor

263 din 375

după o staţionare îndelungată se va înlătura aerul din instalaţie prin intermediul robinetelor de purjare.

În perioada rece a anului se va pune în funcţiune instalaţia de încălzire a uleiului (dacă aceasta există) din tancul de circulaţie sau carter, în aşa fel încât în momentul pornirii temperatura uleiului să fie 30 – 45°C.

Nu se admite pornirea motorului când temperatura uleiului e mai mică de 15 – 18°C. Încălzirea continuă cu rezistenţa electrică, sau cu abur a uleiului în tancul de circulaţie sau

carter nu este permisă, deoarece la funcţionarea îndelungată a încălzitoarelor se va forma pe aceasta o crustă de cocs, a cărui grosime va creşte continuu. Depunerea de cocs pe pereţii încălzitoarelor duce la înrăutăţirea schimbului de căldură între încălzitor şi ulei, la degradarea uleiului şi la scăderea calităţilor de onctuozitate.

Pregătirea instalaţiei de răcire

Se fixează cepurile şi valvulele de la tubulaturi în poziţia corespunzătoare de lucru pentru instalaţia respectivă în conformitate cu instrucţiunile de exploatare.

Se umple instalaţia de răcire cu apă, se purjează aerul şi se verifică umplerea prin robinetele de purjare.

În cazul instalaţiei de răcire cu circuit închis se va verifica nivelul de apă în tancul de expansiune şi se va purja aerul prin robinetele de purjare. Dacă este necesar se va completa cu apă până la nivelul stabilit.

Se conectează alimentarea aparatelor de semnalizare şi control şi se verifică funcţionarea lor.

Pregătirea instalaţiei de combustibil

Se purjează de apă tancul de serviciu şi filtrul şi se completează combustibilul până la nivelul stabilit, folosindu-se separatoarele centrifugale, acolo unde există.

Se deschid cepurile şi valvulele de pe magistrala de combustibil care fac legătura între tancul de serviciu şi motor. Se verifică comunicarea între tancul de rezervă şi serviciu, se execută purjarea aerului din instalaţie.

Dacă înainte de pregătirea motorului pentru pornire s-au demontat injectoare sau tubulaturi, atunci se vor amorsa individual cu motorină prin intermediul pompei manuale, fiecare tubulatură sau injector. În timpul amorsării cu motorină trebuie avut grijă să nu se pompeze combustibil în cilindri.

Pregătirea instalaţiei de evacuare

La navele, la care condiţiile de exploatare creează posibilitatea pătrunderii apei de peste bord în instalaţia de evacuare a gazelor, se vor deschide robineţii de scurgere şi şuruburile de control. După pornirea motorului , robineţii se vor închide şi se vor strânge şuruburile de control.

Dacă există suspiciuni privind prezenţa apei în cilindri, se va vira motorul cel puţin o rotaţie a arborelui cotit şi se verifică prezenţa apei la orificiile de control şi robinetele aparatelor indicatoare (unde există).

Se verifică dacă în cutia de control care se găseşte sub orificiul de scurgere al turbosuflantei, există apă. Orificiul rămâne deschis până în momentul lansării motorului.

Se deschid toţi clapeţii instalaţiei de evacuare şi se vor rigidiza.

264 din 375

În caz că există posibilitatea ca apa să pătrundă în tubulatura de evacuare este necesar să se deschidă clapeţii de evacuare după lansare, la primele rotaţii ale motorului. Ordinea deschiderii clapeţilor şi lansarea în acest caz trebuie sincronizate şi introduse în instrucţiunile de exploatare cu aprobarea specialistului de nave (organul superior).

Pregătirea instalaţiei de pornire cu aer comprimat

Se verifică presiunea aerului din buteliile de pornire şi dacă este cazul se va completa rezerva de aer, din butelii până la presiunea de lucru a instalaţiei.

Pe timpul staţionării, presiunea minimă admisă în buteliile de apă este de 100 bar pentru înaltă presiune şi 30 bar sau 20 bar pentru presiune medie.

Se deschid valvulele care fac ca aerul din butelia destinată pornirii să ajungă la maneta de lansare a motorului.

În cazul când buteliile încărcate cu aer sunt primite este necesar să se verifice dacă într-adevăr buteliile sunt încărcate cu aer şi nu cu alt gaz. Pornirea motorului este admisă numai cu aer comprimat.

Se interzice pornirea motorului cu oxigen, hidrogen, acetilenă sau alte gaze combustibile.

Pregătirea liniei axiale

Se controlează linia axială de la un cap la altul. Presetupa de la ieşirea liniei axiale în afara bordului trebuie slăbită puţin în aşa fel încât apa să picure rar.

Se verifică cantitatea de ulei din cuzineţi. Nivelul uleiului trebuie să fie ¾ din înălţimea sticlei indicatoare. În cazul ungerii cu inele, să se verifice starea inelelor de ungere.

Se porneşte pompa (unde există) care trimite uleiul la cuzineţi şi se verifică dacă uleiul ajunge la destinaţie prin manometru.

Se verifică decuplarea reductor-inversorului cu linia axială.Se verifică corectitudinea funcţionării semnalizării cuplării. Se verifică, ca dispozitivele de

stopare sau frânare să fie decuplate, iar lanţul care pune în funcţiune generatorul tahometrului să aibă o întindere normală.

Se verifică, ca pe linia axială şi în tunelul liniei axiale să nu fie obiecte străine care ar putea influenţa buna funcţionare sau care ar putea să se deplaseze în timpul marşului.

Pregătirea rapidă a instalaţiilor motorului Diesel pentru funcţionare

Pregătirea rapidă a instalaţiilor motorului Diesel pentru a fi puse în funcţiune trebuie să fie condusă nemijlocit de comandantul SL – 5 sau şeful mecanic, antrenând la această activate întreg personalul electromecanic în concordanţă cu instrucţiunile de plecare rapidă de la ancoră sau de la cheu.

Pentru fiecare tip de motor trebuie întocmite instrucţiuni speciale de pregătire rapidă a instalaţiilor pentru punere în funcţiune. Aceste instrucţiuni trebuie să prevadă ordinea de acţiune a personalului, durata unor etape şi activităţi, care să prevină eventualele defecţiuni şi avarii.

Fiecare pregătire rapidă a instalaţiilor motorului Diesel pentru funcţionare se execută numai la ordinul comandantului navei.

Pregătirea rapidă a instalaţiilor motorului Diesel pentru funcţionare se execută după darea unui semnal special. Fiecare caz de pregătire rapidă a instalaţiilor motorului Diesel trebuie consemnat în Registrul de funcţionare a motoarelor principale.

La pregătirea rapidă a instalaţiilor motorului Diesel se admite numai personalul care cunoaşte foarte bine obligaţiile ce decurg din instrucţiunile de exploatare.

265 din 375

Cantitatea şi volumul operaţiilor care se execută de către echipaj la pregătirea rapidă pentru funcţionare a instalaţiilor motorului Diesel nu se deosebesc cu nimic faţă de pregătirea normală, însă durata destinată executării fiecărei operaţii ( virarea motorului, amorsarea cu ulei, etc ), se micşorează la minimum. Pentru preîntâmpinarea unor posibile greşeli, care ar putea să ducă la defecte şi avarii a instalaţiilor motorului Diesel, este necesar ca echipajul să fie deosebit de atent.

Pregătirea rapidă pentru funcţionare a instalaţiilor motorului include pregătirea pentru pornire a motorului propriu – zis şi a instalaţiilor acestuia, precum şi lansarea motorului şi introducerea în sarcină până la 50 %, fără o încălzire preliminară.

Introducerea motorului în sarcină fără a fi încălzit preliminar şi micşorarea duratei de la pornire până la introducerea în sarcină nominală duce la înrăutăţirea regimului termic normal, la apariţia de sarcini termice şi mecanice suplimentare în piesele motorului Diesel, care pot conduce în unele cazuri la gripaje, la formarea de fisuri în piese şi la alte defecţiuni. De aceea pe perioada lansării şi introducerii în sarcină nominală este necesar:

a) să se urmărească cu atenţie presiunea uleiului din motor; presiunea uleiului în instalaţii se va menţine puţin mai mare ca în mod normal, dar nu mai mare decât limita superioară admisă, stabilită pentru tipul respectiv de motor;

b) după fiecare 3 – 5 minute se va controla temperatura gazelor de evacuare; în nici un caz nu se va admite supraîncălzirea motorului;

c) prin reglarea debitului de apă de peste bord se va menţine temperatura apei în circuitul închis în limita a 65 – 70°C; pentru realizarea stării termice normale, temperatura apei se va micşora la 55°C;

d) se va observa, asculta funcţionarea motorului; în cazul apariţiei de zgomote anormale se va micşora turaţia şi se vor lua măsuri urgente de depistare şi de înlăturare a cauzelor apariţiei zgomotelor.

Pornirea motorului Diesel

Pornirea motorului este permisă numai după ce s-a primit ordin sau s-a dat aprobare.Înaintea pornirii motorului trebuie să se primească rapoartele necesare precum că linia

axială, mecanismele auxiliare şi instalaţiile sunt gata de a fi puse în funcţiune.Se interzice pornirea motorului Diesel fără a fi virat.

Pornirea cu aer comprimat a motorului.

Se fixează maneta de inversare corespunzător ordinului sau in cazul inversorului în poziţia „În gol”.

Înainte de pornire se va avertiza echipajul asupra lansării, turaţia se va fixa astfel ca după lansare să fie minimă şi stabilă.

Se va lansa motorul acţionând maneta de lansare cu aer.Imediat după ce motorul a pornit se va pune maneta de lansare în poziţia iniţială sau se va

închide valvula de lansare cu aer. Se va fixa turaţia corespunzătoare tipului de motor şi instrucţiunilor de exploatare.

Se închid valvulele de aer şi se purjează magistrala de aer.Imediat după pornire se va verifica presiunea uleiului, apei şi combustibilului în instalaţiile

care deservesc motorul. Se va verifica de asemenea să nu fie zgomote şi bătăi suspecte. Dacă după un minut de la lansare presiunea uleiului nu se ridică la limitele normale sau se aud zgomote şi bătăi suspecte, motorul va fi oprit şi va fi lansat din nou numai după înlăturarea cauzelor care au dus la apariţia defecţiunilor.

În perioada rece a anului, când temperatura uleiului din tancul de circulaţie sau din baia de ulei şi a aerului din compartimentul maşini este mai mică de 10°C, pentru a preveni defecţiunile se vor lua măsuri pentru a preveni creşterea bruscă a presiunii de ulei. Presiunea uleiului nu trebuie să depăşească limita maximă stabilită pentru motorul respectiv.

266 din 375

La introducerea în sarcină, a unui motor rece, sarcina iniţială la elice sau generator nu trebuie să depăşească 20 – 30 % din puterea nominală; în cazul motoarelor reversibile cuplate direct la elice, regimul de funcţionare trebuie să fie cel recomandat de cartea tehnică.

Pornirea electrică a motorului Diesel

De regulă, pornirea motorului Diesel se execută cu aer, şi numai în cazul defectării instalaţiei de pornire cu aer sau în lipsa acestei instalaţii, motorul se va porni cu ajutorul electromotorului.

Înainte de pornirea motorului Diesel cu ajutorul electromotorului se va vira arborele cotit 2 – 3 rotaţii pentru preungerea cilindrilor.

Se pune maneta de combustibil în poziţia „Funcţionare” corespunzătoare unei turaţii minime.

Se apasă butonul de pornire şi se va urmări presiunea uleiului la manometru.Când turaţia ajunge la 100 – 150 rot/min se va mări treptat debitul de combustibil. Când

motorul a început să funcţioneze, se va întrerupe alimentarea electromotorului. Reglarea următoare a turaţiei se va executa prin mărirea debitului de combustibil.

Durata funcţionării continue a electromotorului de pornire nu trebuie să depăşească 30 secunde. Se interzice executarea a mai mult de 4 încercări. Dacă după aceasta motorul nu a pornit, se vor lua măsuri de înlăturarea a cauzelor care au făcut pornirea imposibilă.

În cazul pornirii grupului electrogen, la început sarcina nu va depăşi 25 – 30 % din puterea nominală.

Supravegherea instalaţiilor pe timpul funcţionării motorului Diesel naval

Încălzirea şi introducerea în sarcină

Durata de încălzire a motorului, până la introducerea sa în sarcină nominală depinde de starea tehnică a acestuia şi instalaţiilor sale, de tipul motorului, de condiţiile mediului ambiant şi poate fi cuprinsă între 2 şi 45 minute. Din punct de vedere practic, parametrii principali care determină durata de încălzire a motorului sunt temperatura apei şi a uleiului.

Creşterea sarcinii motorului peste 25 % este admisă numai după o încălzire preliminară a motorului; practic se execută numai după ce temperatura uleiului la intrare a depăşit 20 – 25°C.

Dacă temperatura uleiului din tancul de circulaţie, sau baia de ulei înainte de pornire, este mai mare de 20°C, încălzirea motorului în gol poate să nu se facă. În acest caz imediat după pornire motorul se poate introduce în sarcină până la 25% şi va funcţiona cu această sarcină până când temperatura la intrare, a uleiului şi a apei, ajunge la 40 - 45°C. Numai după realizarea temperaturii uleiului şi a apei de 40 - 45°C se poate introduce sarcină de 50%. Când temperatura uleiului a ajuns 50 - 55°C motorul poate fi introdus în sarcină la mai mult de 50%.

Exemplu: Durata de introducere în sarcină nominală din momentul pornirii, a motoarelor de tip „MAN” şi „Alco” este de 15 – 20 minute când temperatura uleiului din tanc, înainte de pornire, este de 10 - 15°C, iar pentru motoarele de tip „MB” durata este de 40 minute (din care 15 minute la încet, 25 de minute la jumătate).

Pe timp de vară când motorul este încălzit, sau când temperatura uleiului este de 20 – 30°C, durata de funcţionare până la introducerea în sarcină nominală poate fi micşorată, pentru motoarele rapide până la 5 – 8 minute, iar pentru motoarele semirapide şi lente până la 20 – 30 minute.

În cazuri deosebite motorul poate fi introdus “rapid” în sarcină, iar durata de introducere poate fi cuprinsă intre 5 – 10 minute şi este în funcţie de tipul motorului.

Durata de funcţionare a motorului până la introducerea în sarcini nominale când temperatura uleiului din instalaţie şi tancul de circulaţie este de 40 – 45°C poate fi scurtată ajungând la:

a) 2 – 3 minute pentru motoarele rapide;

267 din 375

b) 8 – 10 minute pentru motoarele semirapide şi lente;c) 2 – 3 minute în cazul introducerii rapide în sarcină cu condiţia unui control atent.

Durata funcţionării motorului în gol este de 3 – 5 minute la motoarele de putere mică (D107; D120; MB836) şi la 10 – 15 minute la motoarele de putere medie (MB820, ALCO, MAN).

Motoarele auxiliare, Diesel generatoare, vor funcţiona 3 – 5 minute după pornire în gol şi numai după aceasta se va mări turaţia şi introduce în sarcină în felul următor:

a) Când se porneşte un motor rece care nu a funcţionat în ziua respectivă, care are temperatura uleiului şi a apei < de 15°C. Notăm cu Nn - puterea nominală, nn – turaţia nominală. După 2 minute de la realizarea turaţiei nominale – a 25% Nn. După 5 minute de la realizarea turaţiei nominală – a 50% Nn. După 8 minute de la realizarea turaţiei nominale – la 100% Nn

b) Când se porneşte un motor cald (temperatura uleiului şi a apei > 20 – 30°C). După realizarea turaţiei nominale – 25%Nn. După 2 minute de la realizarea turaţiei nominale – 50%Nn. După 3 minute de la realizarea turaţiei nominale – la 75% Nn. După 5 minute de la realizarea turaţiei nominale – la 100% Nn.

c) La pornirea şi încălzirea rapidă ordinea şi durata introducerii sarcinii de 100%, este determinată de instrucţiunile de exploatare ale furnizorului; dacă aceste instrucţiuni lipsesc, atunci când temperaturile apei şi a uleiului sunt de 25 – 350C, se poate introduce 50% Nn, iar după 2 minute 75% Nn.

Când se trece de la un regim de funcţionare al motorului la altul se interzice schimbarea bruscă a turaţiei.

Creşterea turaţiei trebuie să se execute treptat prin mărirea treptată a debitului de combustibil.

Această obligaţie se referă numai la motorul care se încălzeşte funcţionând în sarcină, ci şi la motorul încălzit, în cazul când se măreşte sau se micşorează turaţia.

Schimbarea bruscă a turaţiei înrăutăţeşte regimul de ungere şi duce la crearea de tensiuni mecanice mari în organele mobile ale motorului.

Se interzice funcţionarea motorului Diesel în gol mai mult de 30 minute. Funcţionarea îndelungată a motorului în gol şi de asemenea, nerespectarea modului de introducere în sarcină a unui motor rece sunt dăunătoare şi pot constitui cauze ale avarierii. În timpul funcţionării în gol arderea este incompletă şi este însoţită de arderea duzelor, segmenţilor, supapelor şi a altor elemente.

Motorul Diesel se consideră încălzit şi este gata să fie introdus în sarcină nominală când la un regim constant temperatura uleiului şi a apei de intrare şi de asemenea, temperatura uleiului şi a apei la ieşire rămân constante. De regulă la motoarele rapide cu instalaţia de răcire în circuit închis temperatura apei la ieşire trebuie să fie 80 – 85°C, iar temperatura uleiului la ieşire trebuie să fie 70 - 85°C. Pentru motoarele care au răcire numai în circuit deschis de regulă temperatura apei la ieşire trebuie să fie 45 - 55°C, iar a uleiului 50 – 65°C.

Un motor rapid naval, cu circuit închis de răcire se consideră încălzit şi poate funcţiona la toate regimurile atunci când temperatura uleiului la intrare este mai mare de 60°C.

În funcţie de timpul instalaţiilor motorului Diesel, încălzirea se poate face trimiţând apa şi uleiul parţial sau total prin răcitor.

În timpul încălzirii motorului Diesel nu se permite ca să se mărească brusc temperatura uleiului şi a apei de răcire. Mărirea bruscă a temperaturii în instalaţia de răcire duce la supraîncălzirea motorului şi la o depunere pronunţată de piatră în cavităţile de răcire ale cilindrului. Trebuie să se aibă în vede că este mai bine să se răcească motorul cu o cantitate mare de apă caldă, decât cu o cantitate mică de apă rece.

În cazul măririi bruşte a temperaturii apei de răcire şi a uleiului, micşorarea temperaturii se va executa prin reglarea treptată(manuală sau automatizată) a valvulelor din instalaţie, care trimit apa peste bord sau la răcitor.

Dacă se porneşte un motor, care se răceşte cu apă de peste bord, acesta fiind oprit de o perioadă scurtă de timp şi deci nu s-a răcit, atunci pornirea se va face cu destulă uşurinţă.

268 din 375

Când se încălzeşte motorul pe timp friguros, nu se permite să se circule întreaga cantitate de ulei pe lângă răcitor, deoarece când se schimbă manevra, uleiul rămas în răcitor poate să formeze un dop care îngreunează trecerea liberă a fluidului cald şi poate duce la avarierea motorului.

Supravegherea motorului în timpul funcţionării

Supravegherea motorului Diesel în timpul funcţionării urmăreşte următoarele scopuri principale:

a) asigurarea regimului necesar de marş şi manevrabilitatea navei;b) asigurarea unei funcţionări sigure a motorului Diesel care exclude avariile şi

defecţiunile;c) obţinerea puterii necesare de la motor, la un consum optim de combustibil şi

menţinerea unei stări tehnice bune a motorului.În timpul funcţionării motorului, personalul de exploatare trebuie să urmărească

funcţionarea motorului, a instalaţiilor şi mecanismelor după indicaţiile aparatelor de măsură, control şi semnalizare, de asemenea, să controleze, să asculte funcţionarea motorului şi să exploateze motorul în conformitate cu instrucţiunile de exploatare.

Periodic se verifică funcţionarea motorului prin determinarea presiunii maxime a ciclului de cilindri, a presiunii medii şi urmărirea temperaturii gazelor de evacuare. Funcţionarea normală a motorului este caracterizată de valoarea acestor parametri care sunt indicaţi în instrucţiunile de exploatare, sau formulare.

În timpul exploatării motorului la sarcini intermediare, temperatura gazelor la evacuare şi presiunea maximă a ciclului trebuie să fie mai mică decât limita admisă la sarcină nominală. În timpul funcţionării cu sarcini mici a motorului, temperatura gazelor de evacuare şi presiunea maximă a ciclului pentru puterea nominală, indicate de formulare sau instrucţiuni de exploatare, trebuie micşorate cu 15%.

Uniformitatea distribuirii sarcinii pe cilindri se va verifica prin intermediul pimetrului sau cu instalaţia pirometrică. Periodic la fiecare 25 - 30 de ore funcţionare se va verifica cu pimetru distribuirea sarcinilor pe cilindri la o putere apropiată de puterea nominală.

Presiunea indicată de pimetru între cilindri nu trebuie să difere cu mai mult de 7%. Temperatura gazelor la evacuarea pe cilindri, la puterea nominală nu trebuie să difere cu

mai mult de 30°C. Creşterea exagerată a temperaturii gazelor la evacuare duce la arderea pistoanelor, supapelor, griparea pistoanelor, crearea de fisuri în chiulasă, în cămăşi şi în corpul turbosuflantei, arderea paleţilor şi la alte defecţiuni a turbinei cu gaze spre exemplu.

Creşterea temperaturii gazelor este deosebit de periculoasă pentru motoarele în doi timp, care au tensiuni termice mai mari decât motoarele în patru timpi ca urmare a temperaturilor mari din cilindru.

Presiunea maximă a ciclului trebuie controlată cu ajutorul indicatorului după fiecare 25 – 30 de ore pe timpul funcţionării la puteri apropiate de puterea nominală.

Diferenţa presiunilor maxime a ciclului între cilindri nu trebuie să fie mai mare de 4 (bar).Periodic se va controla presiunea în carter. Presiunea nu trebuie să depăşească valoarea

indicată în instrucţiunile de exploatare pentru tipul respectiv de motor. Creşterea presiunii în carter indică starea anormală a grupului piston: arderea, griparea sau uzura segmenţilor, arderea pistonului etc.

Se va urmări funcţionarea pompelor de injecţie. Încălzirea exagerată a pompei şi a tubulaturii injectorului şi în acelaşi timp mărirea şocurilor hidraulice în tubulatura de înaltă presiune a injectorului în timpul funcţionării motorului indică înfundarea duzei injectorului.

Se va urmări răcirea motorului. Răcirea cilindrilor trebuie să fie uniformă. Aceasta se realizează cu ajutorul valvulelor termoregulatoare şi termostatelor sau prin reglarea normală a debitului apei. Oscilarea bruscă a presiunii şi temperaturii apei în timpul funcţionării la regimuri stabilizate, indică defectarea valvulelor termoregulatoare sau a termostatelor. În cazul ieşirii din funcţiune a valvulei termoregulatoare se va trece la reglarea manuală a temperaturii apei de răcire.

269 din 375

În cazul unei temperaturi scăzute a apei de răcire şi la o sarcină mică a motorului temperatura trebuie menţinută în limitele corespunzătoare admise prin micşorarea cantităţii de apă de peste bord.

În cazul răcirii motorului cu apă dulce în circuit închis, nu se va permite o diferenţă de temperatură între intrare şi ieşire mai mare de 10 -150C.

Temperatura maximă la ieşire nu trebuie să depăşească 55°C în cazul apei de peste bord şi 85°C în cazul apei din circuitul închis. Mărirea temperaturilor faţă de cele indicate duce, în cazul circuitului deschis, la o depunere intensă de săruri pe cămăşile cilindrilor, iar în cazul circuitului închis, generarea de abur care, la rândul lui provoacă supraîncălzirea motorului.

Dacă din anumite motive motorul sau unul din cilindri, se supraîncălzesc, atunci nu se va admite în nici un caz mărirea bruscă a cantităţii de apă, pentru a preîntâmpina formarea de fisuri prin contactul apei reci cu piesele supraîncălzite. În asemenea cazuri se va micşora sarcina şi turaţia şi se va răci motorul sau cilindrii prin mărirea treptată a cantităţii de apă.

Dacă în timpul reglării debitului de apă necesar răcirii cilindrilor, temperatura apei de evacuare de la un cilindru diferă mai mult faţă de ceilalţi cilindri, această stare de lucruri va indica înfundarea canalelor de pătrundere a apei sau că cilindrul respectiv este în suprasarcină. În acest caz este necesar să se verifice distribuirea sarcinii pe cilindri sau dacă diferă să se regleze sarcina uniform.

Dacă se dovedeşte că sarcina este distribuită uniform atunci canalele de răcire sunt înfundate. În acest caz se va micşora sarcina cilindrului supraîncălzit şi cu prima posibilitate se va înlătura defecţiunea.

Se va urmări permanent temperatura şi presiunea uleiului din instalaţia de ungere, reglând presiunea şi temperatura în conformitate cu instrucţiunile de exploatare ale motorului respectiv.

În cazul micşorării presiunii uleiului din magistrală sub limita admisă de instrucţiuni se va opri imediat motorul pentru depistarea şi înlăturare defecţiunii. Dacă se observă motorină în ulei se va da uleiul la analiză si se va urmări periodic calitatea uleiului.

Nu se permite, în cazul unui motor încălzit, o diferenţă mare a presiunii înainte şi după filtru. Dacă diferenţa de presiune înainte şi după filtru este mai mare decât valorile indicate de instrucţiuni se va schimba sau curăţa filtrul imediat.

În timpul curăţeniei filtrelor de ulei se va urmări cu deosebită atenţie dacă nu sunt particule mecanice sau sclipiri. Existenţa particulelor metalice indică uzura suprafeţelor de lucru a pinioanelor sau topirea unor cuzineţi.

Micşorarea bruscă a diferenţei de presiune la aceeaşi turaţie, indică defectarea uneia sau mai multor secţii de filtru. Funcţionarea motorului cu defecţiuni la filtru de ulei este interzisă.

Înainte de pornire şi în timpul funcţionării, din oră în oră se va verifica nivelul uleiului din tancul de circulaţie sau baia de ulei, nepermiţând ca nivelul să scadă sub jumătate. Scăderea bruscă a nivelului uleiului din tancul de circulaţie indică scurgerea uleiului în santină sau în apa de răcire prin tubulaturile răcitorului de ulei. Consumul exagerat de ulei poate fi cauza uzării segmenţilor.

Creşterea nivelului de ulei în tancul de circulaţie sau baia de ulei indică pătrunderea apei sau motorinei în ulei. În aceste situaţii se va opri motorul, se va stabili cauza creşterii sau scăderii nivelului şi se va înlătura în cel mai scurt timp posibil.

Funcţionarea motorului cu un ulei în care a pătruns apa şi îndeosebi apa de mare este interzisă. În cazul pătrunderii apei în ulei este necesar să se spele cu ulei curat întreaga instalaţie de câteva ori. În acelaşi timp se virează arborele cotit.

Dacă sunt bănuieli privind pătrunderea combustibilului în ulei se va efectua analiza uleiului. Micşorarea accentuată a vâscozităţii indică pătrunderea unei mari cantităţi de motorină în

ulei. De fiecare dată când se constată micşorarea accentuată a vâscozităţii se va depista cauza şi se vor lua toate măsurile necesare de remediere.

Sistematic se va urmări vâscozitatea uleiului şi periodic se va efectua analiza prin luarea de probe în termenele stabilite.

În cazul micşorării vâscozităţii sub limitele indicate de tabelul 1, uleiul va fi înlocuit imediat şi se va nota în registrul de exploatare, numărul certificatului de analiză şi valoarea vâscozităţii uleiului introdus în sistemul de ungere.

270 din 375

În cazul existenţei separatorului centrifugal, periodic, se va executa separarea uleiului. După fiecare 30 – 50 ore de funcţionare a motorului se va executa separarea uleiului din

instalaţia şi tancul de circulaţie.După fiecare 4 ore de funcţionare a motorului se va purja tancul de serviciu ( de motorină ).

Completarea tancurilor de serviciu se va executa din timp nepermiţând ca nivelul să ajungă sub valoarea stabilită.

Periodic, dar nu mai rar de o dată în cart, se vor controla legăturile, manşoanele de motorină şi ulei pentru depistarea acestor locuri pe unde sunt posibile scăpări şi scurgeri de ulei şi motorină.

În cazul scurgerilor de motorină se vor strânge ştuţurile şi şuruburile la flanşe sau se vor schimba garniturile, dacă după strângere scurgerea continuă.

Periodic se va urmări nivelul uleiului în lagărele liniei axiale. De asemenea, se va urmări temperatura cuzineţilor de împingere şi presetupelor de la linia axială. La fiecare 30 de minute se va nota temperatura cuzineţilor de la linia axială.

Temperatura maximă admisă pentru cuzineţii cu compoziţia din babit este de 65°C. Când temperatura creşte şi a ajuns la 60°C, se va depista cauza şi se vor lua toate măsurile de prevenire a supraîncălzirii lor. Acestea sunt:

a) mărirea cantităţii de apă necesară răcirii uleiului;b) conectarea unei ungeri forţate;c) completarea cu ulei proaspăt.În toate cazurile de mărire anormală a temperaturii cuzineţilor se va micşora turaţia liniei

axiale respectiv a motorului Diesel şi dacă acesta nu are nici un efect se va opri motorul şi se va verifica cuzinetul prin demontare.

Suprasolicitarea şi creşterea temperaturii cuzinetului de împingere până la topirea materialului antifricţiune poate avea loc, nu numai datorită defecţiunilor liniei axiale, dar şi datorită următoarelor situaţii:

a) când nava remorchează altă navă cu o viteză la care presiunea în cuzinet depăşeşte valorile admisibile; când motoarele funcţionează în probe la cheu sau în cazul navigaţiei în gheţuri.

b) când nava încearcă să se smulgă de pe uscat cu forţe proprii, se pot atinge sarcini mari la o viteză nulă a navei.

Pentru a preveni suprasolicitarea motorului şi a cuzinetului de împingere în toate cazurile indicate, turaţia liniei axiale nu va depăşi 70 – 75% din turaţia nominală.

Periodic se va controla santina şi tunelul liniei axiale care se va usca dacă este necesar.Se vor verifica locurile de prindere a tubulaturilor, pentru a nu permite ecruisarea

tubulaturilor prin atingerea lor de elementele metalice ca urmare a vibraţiilor. Se va urmări ca magistralele să nu aibă scurgeri.

Dacă observăm creşterea vibraţiilor unei porţiuni din linia axială sau a corpului navei, se vor lua măsuri de depistare şi înlăturare a lor.

Când se trece de la un regim de funcţionare la altul, zonele de turaţii interzise trebuie parcurse rapid dar nu brusc. Limitele de turaţie interzise trebuie ştiute bine de personalul de exploatare. Zona de turaţii critice trebuie notată clar pe indicatorul de turaţii al motorului.

Funcţionarea motorului în zone de turaţii critice poate fi cauza ruperii arborelui cotit, uzării înainte de termen a pieselor inversorului şi altor defecţiuni importante.

Funcţionarea motorului în patru timpi fără suflantă este posibilă, dar pentru aceasta este necesar să se blocheze sau să se scoată rotorul suflantei. În cazul funcţionării motorului fără suflantă, sarcina admisă nu trebuie să depăşească 70% din sarcina nominală. Valoarea sarcinii va fi limitată de temperatura gazelor la evacuare corespunzătoare motorului respectiv.

Se interzice să se şteargă părţile în mişcare ale motorului cu stupă sau lavete şi de asemenea echiparea şi dezechiparea îmbrăcămintei lângă motorul care funcţionează.

Scoaterea din sarcină şi oprirea motoarelor Diesel navale

271 din 375

Ordinea operaţiilor la scoaterea din sarcină a motorului, se prevede în instrucţiunile de folosire a mijloacelor de propulsie. Această ordine trebuie să fie însuşită corect de personalul care exploatează instalaţia cu motoare Diesel.

La scoaterea motoarelor din sarcină mai întâi se reduce turaţia motorului până la „Încet” sau sarcină mică; la acest regim motorul trebuie să funcţioneze 5 – 8 minute după care se poate opri după oprirea motorului, clapeţii, robineţii instalaţiei de evacuare şi valvulele instalaţiilor, precum şi toate mecanismele auxiliare se vor pune în poziţie iniţială conform instrucţiunilor instalaţiei respective. Apoi se va controla la exterior întreg motorul, cuplajul, linia axială şi mecanismele auxiliare şi vor fi înlăturate defectele constante în timpul funcţionării motorului. După acea se vor pune în ordine sculele şi subansamblele.

Oprirea motoarelor rapide nereversibile se execută numai cu inversorul decuplat. Pentru aceasta, înainte de oprire se va reduce turaţia până la „Încet” şi se va aduce maneta inversorului în poziţia „Marş în gol”. Maneta de reglare a combustibilului se va pune în poziţia „Stop”.

Înainte de oprirea motorului este necesară funcţionarea la sarcină mică sau la mers în gol până când temperatura uleiului şi a apei la intrare ajunge la 65°C.

Pentru răcirea uniformă a motorului şi micşorarea intensităţii gradului de depunere a pietrei după oprire, în cazul existenţei electropompelor de apă şi ulei, se va circula apa şi uleiul timp de 2 – 5 minute fără a se roti arborele cotit.

Oprirea bruscă a motorului, în cazul când se găseşte la turaţia nominală sau sarcina plină, fără motiv bine întemeiat este interzisă, deoarece aceasta are influenţe negative asupra pieselor motorului, prin încălzirea lor datorită încetării circulaţiei apei şi a uleiului.

De aceea, în cazul unei opriri bruşte a motorului, se va executa timp de 4 – 5 minute circulaţia cu ulei şi apă, rotind manual arborele cotit. Circulaţia apei de răcire prin intermediul unei pompe automate trebuie să continue, dacă condiţiile permit, până când se reduce temperatura apei la ieşire, la 50 – 60°C.

În cazul creşterii bruşte a turaţiei şi când motorul nu se poate opri prin intermediul manetei de comandă, acesta se va opri cu ajutorul manetei de avarie sau prin închiderea circuitului de combustibil sau aer.

La motoarele din serie D, MB, Alco şi altele asemănătoare, cel puţin o dată pe lună, după o funcţionare îndelungată la putere nominală sau apropiată de puterea nominală, se vor deschide capacele carterului, se va controla mecanismul bilă manivelă de la toţi cilindrii şi se vor verifica dacă nu s-au încălzit prea mult cuzineţii de pat şi de bielă.

Temperatura pieselor similare la palpare trebuie să fie identică. Acelaşi control se execută după oprirea motorului dacă se prevede o nefuncţionare îndelungată.

În perioada rece a anului, motorul şi magistralele de apă trebuie să fie purjate şi uscate. Purjarea şi uscarea se execută după ce temperatura apei în motor a scăzut la 20 - 25°C. În cazul instalaţiilor cu circuit închis apa din motor nu se va scoate dacă există posibilitatea de încălzire sau s–a adăugat antigel în apă.

După ce motorul a fost oprit şi au fost luate toate măsurile de punere în stare de repaus, se vor executa obligatoriu următoarele operaţii:

1. se vor completa cu combustibil tancurile de serviciu;2. se vor completa cu ulei la nivelul 75% din volum, tancurile de circulaţie, iar acolo unde

nu sunt se va verifica şi completa uleiul în carter;3. se va completa cu apă dedurizată tancul de expansiune;4. se va porni compresorul şi se va face plinul cu aer comprimat. Trebuie avut în vedere că

presiunea în butelie nu trebuie să fie mai mică de 120 (barr) la buteliile care se încarcă la 150 (barr) iar la navele care au presiuni mai mici, presiunea limită minimă reprezintă 80% din presiunea normală.

Se vor deschide robineţii indicatori la toţi cilindrii (pentru motoarele care au robinet). Astfel că motorul este pregătit pentru o nouă pornire(lansare).

III.1.2 Pregătirea pentru pornire, pornirea, deservirea şi oprirea mecanismelor şi instalaţiilor aferente agregatelor de propulsie navale

272 din 375

III.1.2.1 Pregătirea pentru pornire, pornirea, deservirea şi oprirea separatoarelor navale

Exploatarea şi întreţinerea separatoarelor gravitaţionale

Exploatarea unor astfel de mecanisme presupune executarea activităţilor specifice prin care să se îndeplinească scopul pentru care au fost construite: acela de a separa fluide la bordul navei. Rolul primordial în acest sens îl are personalul special instruit. Totalitatea activităţilor pe care acesta le execută sunt cuprinse în cadrul unor operaţiuni. Orice mecanism, dispozitiv, agregat sau instalaţie de la bordul navei comportă 5 mari operaţiuni în cadrul exploatării şi anume:

1. Pregătirea pentru pornire (utilizare sau folosire):a) un control exterior al mecanismului;b) strângerea sau fixarea pe postament;c) controlul racordului electropompei prin care faza eterogenă este introdusă în

separator;d) verificarea existenţei şi a prinderii aparatelor de măsură şi control în cadrul

instalaţiilor mecanismului;e) dezaerarea;f) amorsarea separatorului; este cazul separatorului cu electrod de comandă care iniţial

se umple cu apă pentru ca faza eterogenă să nu părăsească separatorul neseparată. Practic se realizează etanşarea camerei de separare în faza iniţiala de după pornirea electropompei.

2. Pornirea separatorului după cum s-a spus în cadrul funcţionării variantelor prezentate, este intermitentă, acest lucru fiind dictat de valorile de lucru a anumitor parametri.

3. Supravegherea (deservirea) pe timpul utilizării:a) apariţia unor scurgeri pe la îmbinări neetanşe;b) valorile parametrilor de lucru înregistrate prin intermediul a.m.c. –urilor;c) zgomote anormale generate de mecanismul pompă – motor electric de antrenare;

4. Oprirea separatorului:a) oprirea pompării de fază eterogenă;b) închiderea armăturilor aferente traseelor agentului de lucru.

5. Pregătirea mecanismului pentru o nouă utilizare:a) golirea separatorului şi curăţirea prin spălare a interiorului;b) remedierea anumitor neetanşeităţi;c) completări cu lubrifiant la grupul motor – pompă;d) curăţirea (decolmatarea) elementului filtrant brut şi fin;e) refacerea plinurilor la fluidele de lucru;f) anumite remedieri de natură mecanică sau electrică.

Întreţinerea unor astfel de mecanisme este relativ uşor de făcut şi presupune executarea de către personalul calificat, a acelor activităţi prin care să se menţină în funcţiune la parametrii optimi, o perioadă cel puţin egală cu durata de serviciu prescrisă de către firma constructoare.Aceste activităţi se desfăşoară tot secvenţial după un anumit algoritm astfel: Zilnic operatorul execută:

a) controlul exteriorb) verifică starea de prindere şi de fixaţie (inventarul componentelor);c) îndepărtarea umezelii, a prafului, eliminarea eventualelor scurgeri.

Săptămânal se execută toate activităţile specifice întreţinerii zilnice, în plus:a) verificarea fixării pe postament precum şi a cuplajului pentru că de aici ar putea

rezulta noncoaxialităţi cu repercusiuni grave din punct de vedere electromecanic;b) existenţa nulului de protecţie;c) valoarea rezistenţei de izolaţie;d) ungerea la lagăre; specific exploatării mecanismului.

273 din 375

e) Deoarece aceste tipuri de separatoare nu au componente în mişcare la celelalte elemente statice se intervine după un anumit număr de ore de funcţionare, astfel:

f) după 400 ÷ 600 h de utilizare se schimbă sau se curăţă elementul activ (filtrul fin);g) după 1000 h de utilizare se schimbă sau se curăţă filtrul brut;h) Atunci când situaţia o impune nu se mai ţine cont de numărul orelor de funcţionare,

ci se intervine.i) după un an, maxim 2 ani de utilizare, se schimbă garniturile dintre capace şi corpul

separatorului. Şi tot după un an se execută curăţirea pereţilor interiori ai separatorului întrucât se prevede în p.p. L. – v.f.t.a..-ul, atunci se execută tot algoritmul astfel încât să se îndepărteze depunerile. Aceasta se face pe cale mecanică sau chimică. Calea mecanică presupune utilizarea unor raşchete , spatule sau perii de sârmă, iar cea chimică presupune utilizarea în anumite concentraţii a unor solvenţi pentru un anumit timp, transformarea crustei în precipitat care se va depozita în calota inferioară de unde se elimină cu jet puternic de apă.

j) După uscare se aplică un strat protector anticorosiv sau pitură specială.k) În ceea ce priveşte grupul motor – pompă, se au în vedere următoarele:l) verificarea cuplajului;m) curăţirea de praf la sistemul colector – inele – perii colectoare pentru cazul când

rotorul motorului electric de antrenare este cu bobine;n) semeringurile de etanşare a cavităţilor cu fluide diferite.

Exploatarea şi întreţinerea separatoarelor centrifugale

Exploatarea separatoarelor este activitatea care include toate operaţiunile efectuate de către personalul specializat pentru ca mecanismul să separe fluidul eterogen. Operaţiunile care trebuie derulate sunt următoarele: 1. Pregătirea pentru pornire; 2. Pornirea; 3. Supravegherea în timpul funcţionarii (deservirea); 4. Oprirea; 5. Pregătirea pentru o nouă pornire.

Corespunzător fiecăreia dintre operaţiuni, personalul autorizat desfăşoară o succesiune de acţiuni, astfel:

1. La pregătirea pentru pornire:a) se verifică racordările mecanismului la: alimentarea cu fază eterogenă, la instalaţia electrică

şi de automatizare, la reţeaua de apă pentru comanda şi închiderea hidraulică. Racordarea la alimentarea cu fază eterogenă se face cu tuburi flexibile;

b) strângerea capacelor de separare cu ajutorul dispozitivelor rabatabile;c) se degajă frâna;d) nivelul lubrifiantului aproape că trebuie să depăşească partea de mijloc a sticlei de nivel

pentru ulei;e) se deschide robinetul pentru apa de comandă;f) se deschide robinetul pentru recircularea sedimentului o dată cu apa de spălare.

2. La pornire:a) se porneşte motorul electric de acţionare al cărui sens de rotire trebuie să fie astfel încât tamburul de separare să se rotească în sensul acelor de ceas dacă se priveşte de sus;b) o dată cu pornirea motorului electric se vor anclanşa releele:

1. termic (cu rol în accederea pentru separare a fazei eterogene cu temperatura optimă de lucru);2. de timp (cu rol în autodescărcarea sedimentului);

274 din 375

c) când tamburul de separare va ajunge la turaţia de regim, robinetul pentru apa de comandă se poziţionează pe “deschis” şi este lăsat în această poziţie până când apa va începe să curgă prin ţeava indicatorului care, se află montat înaintea acestei armături. În acest moment tamburul este închis, deci gata de lucru;d) alimentarea cu apă pentru închiderea hidraulică se face numai atunci când separatorul este utilizat ca purificator, temperatura apei fiind optimă pentru realizarea închiderii hidraulice în tamburul de separare.

Alimentarea încetează când separatorul începe să evacueze apă prin ţeava de control. Obs. Când apa începe să reverse prin ţeava de evacuare fază separată (ulei sau motorină) înseamnă că presiunea acesteia este prea mare şi atunci se montează la racord o şaibă de reducţie.

a) Şi tot pentru funcţionarea separatorului ca purificator se montează discul gravitaţional (de greutate) funcţie de natura (compoziţia) fazei eterogen. La separatorul clarificator acest disc lipseşte, montându-se însă talerul clarificator. (fără orificii).

Din acest moment separatorul poate primi faza eterogenă (ulei sau motorină) deschizând robinetul aferent.

Descărcarea nămolului poate fi făcută manual sau automatizat (de regulă până la 6 h de funcţionare continuă).

3. În timpul funcţionării se au în vedere următoarele:a) indicaţiile manometrelor;b) zgomote anormale;c) apariţia unor neetanşeităţi sau scurgeri neprevăzute.

4. Oprirea presupune:a) se închide robinetul de admisie al fazei eterogene în separator;b) se închide robinetul pentru apa de comandă;c) se decuplează motorul electric de acţionare şi când turaţia la ax a scăzut la 800

rot/min, se apasă frâna.

5. Pregătirea pentru o nouă pornire: Se execută toate acţiunile specifice punctului I şi în plus:

- se verifică şi se refac nivelurile de fluide în mecanismele funcţionale;- se remediază anumite neetanşeităţi;- se controlează starea a.m.c.-urilor şi a armăturilor;- se verifică cuplajele, prinderea pe postament;- se aspectează în amănunţime mecanismul.

Întreţinerea separatorului

Presupune desfăşurarea unei succesiuni de activităţi de către personal calificat cu scopul menţinerii în funcţiune la parametrii optimi (nominali) pe întreaga perioadă prescrisă de firma constructoare (durata de serviciu), a dispozitivului (mecanismului respectiv).

Această succesiune de acţiuni se desfăşoară secvenţial algoritmizat, astfel: I. Întreţinerea zilnică – este cea mai importantă pentru asigurarea duratei de serviciu a

mecanismului şi presupune:a) aspectarea exterioară, cu referire la starea de fixaţie, la prinderea pe postament, la cuplaj,

a.m.c.-uri;b) ştergerea cu stupă, lavetă a exteriorului şi remedierea eventualelor scurgeri;c) controlul ungerii şi completarea (eventual) a gresoarelor (Pentru ungerea separatorului se

utilizează lubrifiant de calitate superioară de vâscozitate (2,12 ÷ 2,55) º E. Capacitatea băii de ulei este aproximativ 10 1. Este clar că în timpul funcţionării nivelul uleiului scade, dar nu are voie să coboare sub marginea inferioară a sticlei de nivel. Înlocuirea uleiului se va face la aproximativ 300 h de lucru, dar dacă acesta este murdar, se schimbă imediat);

d) se verifică dacă garnitura de la dopul de scurgere este în bună stare;

275 din 375

e) sticla de nivel pentru ulei trebuie întreţinută perfect curată;f) dacă separatorul are tamburul demontat şi scos din funcţiune pentru câteva zile, pentru a

preîntâmpina apariţia coroziunii fusul tamburului trebuie uns cu ulei sau grăsime. Înainte de remontarea tamburului, fusul se va şterge cu o cârpă.

II. Întreţinerea săptămânală se realizează de regulă cu ocazia verificării tehnicii (V.F T.A.) când se execută toate operaţiunile specifice exploatării mecanismului.Se urmăreşte executarea următoarelor:

a) ungerea pompei cu roţi dinţate; când lichidul supus separării va conţine numai o cantitate neînsemnată de ulei, trebuie din când în când strâns gresorul pompei cu 1/4 din 360º. Pentru evitarea aspirării aerului, gresorul trebuie să fie permanent plin cu lubrifiant;

b) verificarea transmisiilor, cuplajelor, îmbinărilor, contactelor;c) controlul stării de fixaţie.

III. Întreţinerea lunară:a) se curăţă pachetul de talere, distribuitorul şi capacele tamburului;b) se remediază (eventual) neetanşeităţile;c) se corectează (eventual) noncoaxialităţile;d) se verifică rezistenţa de izolaţie (0,7 MΩ pentru instalaţiile de forţă şi 0,5 MΩ pentru

consumatorii clasici – valori minime).Notă: Atât la întreţinerile lunare cât şi la cele săptămânale nu se evită activităţile specifice

întreţinerilor zilnice.IV. Controalele tehnice se execută la 3, 6, 9 luni (respectiv CT – 1, CT – 2, CT – 3) gradul de complexitate al lucrărilor executate crescând comparativ cu întreţinerile anterioare, în sensul că deteriorarea anumitor piese care determină exploatarea ineficientă a mecanismului impune şiînlocuirea acestora.V. Revizia tehnică: se controlează şi se fac constatări cu privire la starea tehnică a

mecanismului. Se execută conform prescripţiilor firmei la un an de la intrarea în exploatare. Prin intermediul graficului de mai jos se redă succesiunea reviziilor şi reparaţiilor specifice

unui astfel de separator:Reparaţie

Reparaţii

Revizia Tehnică 1 an 2,4 ani 8 ani 16 ani

Reparaţii curente (până la 8 ani)

Reparaţie medie (la 8 ani)

Durata de serviciu

Graficul este realizat avându-se în vedere că durata (garantată) de serviciu este de 16 ani, de către firma constructoare (Tehnofrig – Cluj – Napoca). Astfel că dacă revizia tehnică se execută anual iar reparaţiile curente la 2 ani (RC – 1) şi 4 ani (RC – 2), cele medii – la jumătate din durata de serviciu, deci 8 ani.

276 din 375

Trebuie avute în vedere următoarele: a) durata de serviciu diferă: este funcţie de mecanism şi de firma constructoare;b) Reparaţia capitală survine în două situaţii:

1. după expirarea duratei de serviciu prescrisă de către firma constructoare;2. atunci când mecanismul a suferit o avarie înaintea expirării duratei de serviciu.

Dacă în timpul reparaţiei unele piese ale tamburului vor fi prelucrate sau înlocuite, se va verifica echilibrarea dinamică a întregului agregat. De ce ? Pentru că tamburul separatorului este perfect echilibrat dacă are numărul de talere existent pe ax, cu ocazia livrării separatorului. Schimbarea numărului de talere duce la un dezechilibru în tambur, lucru care nu este permis. Tot firma constructoare recomandă (ca să se prevină defecţiuni în exploatare) efectuarea de revizii şi reparaţii după un anumit număr de ore de funcţionare, astfel:

a) revizia tehnică – după 250 h de funcţionare;b) RC – 1 – după 2500 h de funcţionare;c) RC – 2 – după 5000 h de funcţionare;d) RK – după 10.000 h de funcţionare.Cu ocazia reviziilor tehnice se vor verifica şi dacă este cazul se vor înlocui garniturile de

etanşare. În cadrul RC – 1 şi RC – 2 se va înlocui căptuşeala de pe saboţii cuplajului centrifugal şi al frânei, presetupele pompei.

Se recomandă ca reparaţia capitală (RK) a separatorului să fie făcuta de către firma constructoare.

III.1.3.2 Pregătirea pentru pornire, pornirea, deservirea şi oprirea compresoarelor navale

Exploatarea – întreţinerea compresoarelor

1. Pregătirea pentru pornire.a) verificarea stării de fixaţie şi a prinderii pe postament;b) verificarea cuplajului, a sensului de rotaţie prescris, se face manual sau electric;c) îndepărtarea (eventual) a obiectelor străine de pe agregat;d) verificarea nivelului uleiului în baie, la nevoie se completează, la compresoarele cu gresoare; controlez cantitativ şi calitativ unsoarea (vaselina);e) acolo unde este cazul se verifică întinderea curelelor.

2. Pornirea: se face în două moduri:a) cu comandă manuală;b) cu comandă automatizată; compresorul fiind dotat în acest sens cu presostat şi relee de

pornire-oprire.3. Supravegherea în timpul funcţionării

a) pentru micşorarea sarcinii, la pornire se poate deschide robinetul de purjă care, după câteva minute de la pornire, se va închide treptat;

b) verificarea presiunii pe manometrul de ulei; trebuie să aibă valori de 2,5 – 4 bar, în caz că presiunea scade sub 2 bar electrocompresorul trebuie oprit şi se controlează sistemul de ungere;

c) verificarea existenţei apei de răcire în compresor, prin slăbirea unuia dintre cele două dopuri cu protector de zinc, aflat pe partea superioară a blocului cilindrilor, lângă chiulasă. Diferenţa de temperatură dintre intrare şi ieşire nu trebuie să depăşească 15ºC.La intrarea în compresor, temperatura maximă a apei de răcire nu trebuie să depăşească 35º C;

d) urmărirea valorilor de presiune pentru aer pe trepte; cea finală – cât şi cele intermediare – trebuie să fie egale cu cele indicate de cartea tehnică;

e) temperatura aerului refulat din compresor către depozitare nu trebuie să depăşească 150ºC;

f) se urmăreşte ungerea suprafeţelor în frecare; temperatura maximă a pieselor în mişcare nu trebuie să depăşească 70ºC;

277 din 375

g) o atenţie foarte mare trebuie acordată atât pompării uleiului la cuplele aflate în mişcare relativă – prin supravegherea tubulaturii aferente cât şi prin apariţia eventualelor zgomote anormale, lovituri sau bătăi anormale;

h) la pornirea şi oprirea agregatului se observă modul de funcţionare a sistemelor de purjare automată pentru agregatul de lucru.

4. Oprirea compresoruluiSe poate efectua cu comandă manuală sau automatizat şi se realizează în două situaţii:

a) din cauza funcţionării anormale;b) dictată de atingerea parametrilor comandaţi pentru o anumită sarcină.

5. Pregătirea pentru o nouă pornirea) se execută toate activităţile enumerate la punctul 1., în plus;b) dacă circuitul de apă nu este propriu compresorului atunci se închide armătura traseului

respectiv;c) pentru a se evita îngheţul, în cazul opririlor mai îndelungate, pe timp de iarnă când

temperatura aerului scade sub 0º C, se scurge apa din instalaţie;d) se remediază eventualele neetanşeităţi;e) se refac plinurile.

Pentru un compresor care funcţionează în condiţii grele (navale), se recomandă următoarele instrucţiuni de deservire:

Nr.crt.

LucrareaDupă … h de funcţionare

10 25 100 250 5001 2 3 4 5 6 71. Completarea uleiului în baie x

2.Verificarea etanşeităţii circuitelor aferente compresorului

x

3.Verificarea stării şi a întinderii curelei trapezoidale

x

4. Verificarea funcţionării supapelor de siguranţă X5. Curăţirea filtrului de aer X6. Înlocuirea filtrului de ulei X7. Verificarea supapelor pe treapta inferioară X8. Verificarea dopurilor zincate X9. Curăţirea spaţiilor de apă din blocul cilindrilor X10. Curăţirea răcitorului de aer X11. Verificarea funcţionării presostatului X12. Înlocuirea şi spălarea băii X13. Curăţirea chiulasei X

14.Verificarea cuplajului dintre compresor şi motorul electric de antrenare

X

Lucrări de întreţinere care se impun în cazul opririi de durată:a) în scopul protejării împotriva coroziunii, se asigură suprafeţele care se află în mişcare

relativă, cu un strat corespunzător de ulei;b) cămăşile de cilindru şi pompa de apă se usucă foarte bine după ce în prealabil au fost

curăţate; îndepărtarea crustei depuse pe interiorul ţevilor cât şi la cămăşile cilindrilor cât şi în interiorul pompei, se face cu apă caldă – în raport de 3 : 1 – care va dizolva crusta, spălându-se apoi cu soluţie de sodă 20%, la T = 80º ÷ 90º C şi în cele din urmă, se limpezeşte cu apă dulce (tehnică), fierbinte.Concluzie: În conformitate cu cartea tehnică a oricărui agregat – compresor, lucrările sunt cuprinse distinct după cum urmează:

1. lucrări tehnice;2. lucrări săptămânale;3. lucrări lunare;

278 din 375

4. controale tehnice;5. revizia tehnică – se execută anual;6. reparaţii curente;R.C. – 1 – la 900 ÷ 1000 ore funcţionare;R.C. – 2 – la 1800 ÷ 2000 ore funcţionare;7. reparaţii medii; între reparaţiile curente şi capitale se pot repara capital anumite

componente sau piese-subansamble aferente agregatului propriu-zis, fără demontarea sa de pe rama de fixaţie;

8. reparaţii capitale – la 4000 ÷ 4500 h de ore funcţionare, acestea se execută în două situaţii:

8.1. la expirarea duratei de serviciu;8.2. în caz de avariere şi se execută lucrările specifice după demontarea compresorului de pe rama de fixaţie.

Uleiurile româneşti recomandate a fi utilizate în deservirea electrocompresoarelor navalizate sunt cuprinse în tabelul de mai jos:

MarcaPunct de

inflamabilitateIndice de

vâscozitate la 50º C

Punct de congelare º

C

Temperatura ambiantă pentru care

este recomandatK – 100 (K 65)STAS 751 – 184

220 8 – 9 - 25 -10 – + 50

M – 20 (iarna)STAS 751 – 180 205 4 – 6 - 20 -10 – + 50

M – 20 (vara)STAS 751 – 180 230 8 – 10 -12 0 – 50

K 220 (K 120)STAS 1195 – 184 240 15 – 17 - 5 0 –55

Lista mărcilor de uleiuri străine recomandate pentru funcţionarea agregatelor în condiţii dificile de exploatare; zone tropicale, ecuatoriale, la poli:

Shell Talpa Oil 30, Shell Rotella Oil 30, Mobil Oil Extra Heavy, Mobil grad 312, Tro Mar 65, Tro Mar HD 30, Castrol Marine Heavy, Castrol 215 M, Aral Oil HKZ, 12 M Soviet Oil, 19 T Soviet Oil, BP Energal GE 300 C.

Observaţii: 1. Pentru temperaturi de 50º C se vor folosi uleiuri cu vâscozitate 9 – 10 º E;2. Pentru agregatele care funcţionează o perioadă lungă în condiţii de iarnă, se

recomandă obligatoriu uleiuri cu punct de congelare mai mic de 0º C;3. După efectuarea R.K. compresorul se supune perioadei de rodaj obligatorie astfel:a) oră de funcţionare fără contrapresiune;b) câte 30’ de funcţionare la 3, 6, 10, 15 bar (treptat deci) c) contrapresiune: 15 ore la 20 bar; 5 ore la 25 bar; 5 ore la 30 bar.

III.1.2.3 Pregătirea pentru pornire, pornirea, deservirea şi oprirea pompelor navale

1. Pregătirea pentru pornire şi pornirea pompelor a) se verifică nivelul uleiului în lagăre şi data la care a fost schimbat, b) se decuplează pompa de motorul electric de acţionare prin scoaterea părţii demontabile a cuplajului şi se face proba de sens a motorului,c) se cuplează din nou pompa cu motorul şi se verifică corectitudinea centrajului,d) se amorsează pompa(scoaterea completă a aerului şi gazelor din tubulatura de admisie şi din pompă şi umplerea totală cu lichid), acolo unde aceasta nu-i autoamorsabilă,e) o dată cu lansarea motorului este pornită şi pompa.

2. Supravegherea în timpul funcţionării

279 din 375

a) după atingerea turaţiei maxime a motorului se controlează pe refularea pompei indicaţia manometrului(nu este admisă utilizarea pompei la presiuni mai mici sau mai mari decât valorile prescrise),b) pentru pompa cu etanşare moale se reglează apăsarea presetupei astfel încât aceasta să aibă o uşoară scurgere de lichid(30÷50 picături/min.). La pompele cu etanşare mecanică, la început scurgerile pot fi foarte mici, pentru ca după rodaj acestea să dispară.c) lagărele trebuie să funcţioneze silenţios şi să nu încălzească cu mai mult de 500C în plus faţă de temperatura mediului ambiant.

3. Oprirea şi pregătirea pentru o nouă pornirea) are loc o dată cu oprirea motorului,b) se închid armăturile de by-pass pentru preîncălzire (acolo unde acestea există),c) se închide vana de refulare,d) se închide armătura de pe tubulatura de aspiraţie şi alte armături auxiliare,e) se verifică strângerea piuliţelor tiranţilor, f) se controlează apariţia unor scurgeri şi se remediază aceste neetanşeităţi,g) se verifică şi se corectează(eventual) plinurile de apă, ulei.

4. Lucrări de întreţinere a pompelora) dacă pompa este nouă, după o lună de funcţionare se schimbă uleiul,b) după intrarea în funcţiune la parametrii nominali, uleiul se schimbă la 4 luni(până la schimbul periodic, uleiul se mai verifică atât cantitativ cât şi calitativ),c) lagărele nu trebuie să genereze zgomote anormale sau vibraţii,d) când nu se realizează o bună etanşare la axul pompei, se evită strângerea excesivă a acesteia sau se înlocuieşte nu numai garnitura presetupei ci întregul set de garnituri aferente pompei,e) apariţia bătăilor, implicit a zgomotelor, este dată de noncoaxialităţi - generate în cele mai dese din cazuri de deteriorarea lagărelor care, se vor schimba,f) se examinează şi se curăţă periodic partea fixă a etanşărilor de depunerile de gudroane(în cazul vehiculării de combustibil). Atunci când pompa funcţionează ca unitate independentă, mai întâi aceasta se aduce la temperatura de regim iar pentru evitarea îngheţului, se verifică golirea pompei de apă. Obs.1. Toate intervenţiile vor fi notate de către operator în jurnalul de maşini. Obs.2. La piesele din interiorul pompei are acces doar personalul calificat şi autorizat, în situaţiile de avarie, de executare a lucrărilor de revizii şi reparaţii planificate(funcţie de numărul de ore de funcţionare) sau de expirare a duratei de întrebuinţare.

III.1.2.4 Pregătirea pentru pornire, pornirea, deservirea şi oprirea caldarinelor navale

1. Pregătirea pentru pornirea) se face un control exterior vizual al caldarinei (corp, mecanisme, dispozitive, racorduri,

îmbinări, etc);b) se verifică nivelul apei în caldarină şi eventual se corectează;c) se verifică nivelul motorinei în caldarină şi eventual se corectează;d) se corectează poziţia clapetei de aer;e) se deschide robinetul pentru aer şi se lasă deschis până la eliminarea completă a aerului din

caldarină.

2. Pornirea şi ridicarea presiunii în caldarină

Are loc manual (local) sau de la distanţă (automatizat). Durata încălzirii şi punerea în funcţiune a caldarinei de la rece până la trimiterea agentului de lucru către consumator, se stabileşte funcţie de tipul caldarinei, volumul de apă, temperatura apei de alimentare, traseul apei, consumul

280 din 375

de carburant, etc. Dealtfel, temperatura necesară creşterii presiunii poate varia de la 15 – 20 minute la 4 – 6 ore.

a) se pun în funcţiune mecanismele auxiliare ale caldarinei pentru preventilare şi preîncălzirea combustibilului;

b) se deschide traseul de combustibil şi se apasă simultan pe butonul de pornire astfel încât caldarina este pornită.

3. Supravegherea (deservirea) caldarinei în timpul funcţionăriia) se menţine constant nivelul de apă; dacă s-a spart o sticlă de nivel e permisă funcţionarea

caldarinei, cu sticla de nivel de rezervă maxim 20 de minute. La dispariţia nivelului din sticlă, caldarina se opreşte;

b) menţinerea constantă a valorii de presiune se realizează prin corelarea combustiei cu necesarul de agent de lucru către consumator;

c) se asigură buna funcţionare a mecanismelor, dispozitivelor şi a.m.c.-urilor aferented) apariţia zgomotelor, a neetanşeităţii determină oprirea imediată a caldarinei.

4. Oprirea caldarinei şi pregătirea pentru o nouă pornirea) se închid armăturile aferente alimentării cu combustibil;b) se lasă să mai funcţioneze pompa de circulaţie a agregatului de lucru şi a postventilării pentru

a se preîntâmpina şocul termic;c) se întrerupe alimentarea consumatorilor cu agregatul de lucru, menţinând circulaţia apei

astfel încât caldarina să se răcească treptat;d) se opresc ulterior şi circuitul apei şi a aerului după 15 – 20 minute de la întreruperea

combustibilului;e) se refac plinurile, se remediază anumite neetanşeităţi şi prinderi, fixări de elemente

componente,f) se elimină scurgerile de combustibil, se curăţă exteriorul caldarinei, toate armăturile fiind pe

poziţie închis.

III.2. Incidente, cauze, remedieri specifice motoarelor termice, mecanismelor şi instalaţiilor aferente

III.2.1 Incidente, cauze, remedieri specifice motoarelor termice navale

Cele mai des întâlnite deranjamente în timpul exploatării motoarelor navale sunt redate tabelar în cele ce urmează:

Nr. crt.

CAUZE REMEDIERI

1 2 31. La operaţiunea de lansare, arborele motor se mişcă dar nu se roteşte complet.

1Vavulele pentru deschiderea aerului de la butelii sunt închise.

Se verifică deschiderea valvulelor.

2Presiunea aerului din butelie este prea mică.

Se încarcă butelia, folosind compresorul de aer.

3Robinetele de control ale cilindrilor sunt deschise.

Se încarcă butelia, folosind compresorul de aer, se închid robinetele.

4 Supapele de lansare nu se deschid corect

Se verifică închiderea robinetelor; maneta se pune în poziţia pornire şi se verifică dacă jocul rolelor care le acţionează corespunde indicaţiilor uzinei constructoare.

5Supapa de pornire s-a înţepenit deschisă ( ciuperca nu se aşează pe scaun)

Se presează supapa de pornire cu aer comprimat şi se verifică deschiderea supapei.

281 din 375

1 2 3

6Sertăraşele distribuitoare de aer se înţepenesc.

Se verifică funcţionarea prin apăsare; revenirea în poziţie iniţială trebuie să se facă rapid şi uşor. Sertăraşele defecte se scot, se şterg cu o cârpă îmbibată în ulei, apoi se montează la loc. Acestea nu trebuie să aibă joc în locaşurile lor.

7Tubulatura de la distribuitorul de aer este înfundată.

Se verifică, se desfundă şi se suflă cu aer apoi se remontează.

8 Elicea navei este blocată. Se verifică şi în caz afirmativ se degajează.9 Presetupa etamboului este prea strânsă. Se verifică şi eventual se slăbeşte.

După ce motorul atinge turaţia de trecere pe motorină, aprinderea nu are loc sau se face cu întârziere

10 Compresia în cilindri este prea strânsă. Se presează supapa de pornire cu aer comprimat şi se verifică deschiderea acesteia.

11 Combustibilul nu ajunge la pompă.

-Se verifică existenţa combustibilului în tancul de consum-se verifică deschiderea valvulei de pe conducta de alimentare-se verifică buna funcţionare a filtrelor-se verifică umplerea tubulaturii şi a pompei de alimentare cu combustibil

12În tubulatura de alimentare şi în pompele de combustibil a pătruns aer

Se aeriseşte traseul de combustibil până la injector

13 Dereglarea distribuţiei combustibilului Se va verifica începutul injecţiei combustibilului şi se reglează conform indicaţiilor uzinei constructoare

14Acul injectorului(supapei de refulare) se înţepeneşte, iar aerul pătrunde în tubulatura de alimentare

Se deblochează acul injectorului, eventual se înlocuieşte cu altul nou

15 Combustibilul conţine apă

-se evacuează apa din tancul de consum prin purjare periodică-se umple tancul de serviciu cu combustibil curat -se umple tubulatura de alimentare, filtrele şi pompele cu combustibil curat

16 Blocarea regulatoruluiSe verifică modul de funcţionare al regulatorului şi se remediază defectele

17Pulverizarea combustibilului se face în mod defectuos

Se demontează pompa de combustibil, se curăţă şi la nevoie se şlefuiesc supapele cu combustibil curat

18Înălţimea la care se deschide canalul de aspiraţie nu este bine fixată

Se execută reglarea

19 Acela duzelor şi injectoarelor au scăpăriSe demontează injectoarele şi se şlefuiesc acele duzelor sau se înlocuiesc

20 Presiunea insuficientă în cilindru

Se verifică jocul dintre tije şi tacheţi, dacă supapele calcă bine pe scaune, se verifică cursa pistonului, se măreşte debitul aerului de baleiaj, se curăţă colectorul de aspiraţie şi filtrul de aer.

21 Combustibilul este prea vâscos.Se încălzeşte sau se foloseşte un combustibil mai fluid.

282 din 375

1 2 322 Motorul este prea rece. Se preîncălzeşte până la temperatura optimă.23 Chiulasa unui cilindru este crăpată. Se înlocuieşte.24 Capul pistonului este fisurat. Se înlocuieşte pistonul.

2. Motorul se opreşte în timpul funcţionării

25Întreruperea alimentării pompelor cu motorină

Se verifică existenţa combustibilului în tancul de consum Se verifică starea filtrelor

26Cantitate prea mare de apă în tancul de consum

Se evacuează apa din tubulatură, din pompă şi din tancul de consum, apoi se umple cu combustibil curat

27Neetanşeitatea pompei de combustibil şi a conductei de alimentare

Se evacuează aerul din corpul pompei prin robinetele de control şi pulverizatoare, pompând manual, se vor strânge îmbinările pompei şi ale tubulaturii de alimentare

28 Camera de combustie este arsă Se înlocuieşte cu una nouă 3. Turaţia motorului scade, însă temperatura de evacuare creşte

29Motorul este supraîncălzit (suprasarcină)

Se micşorează numărul de rotaţii până la restabilirea temperaturii nominale

30Funcţionarea anormală a instalaţiei de baleiaj

Se verifică funcţionarea pompei de baleiaj Se verifică şi se curăţă ciupercile supapelor de refulare, eventual se înlocuiesc

31Conul acului injectorului nu se închide bine sau se blochează

Se şlefuieşte sau se înlocuieşte acul injectorului

4. Motorul prezintă bătăi în funcţionare32 Motorul este supraîncărcat Se reduce sarcina motorului

33 Avansul la admisie este prea încărcat

Dacă la suspendarea pompei unui cilindru bătăile dispar, se va micşora avansul la admisieDacă gazele arse sunt prea fierbinţi, se va reduce debitul pompei La motoarele de turaţie mare, bătăile s-ar putea să nu dispară nici la reducerea avansului, nici prin reducerea debitului pompei de combustibil, în care caz se opreşte motorul din funcţionare

34 Un cilindru este supraîncărcatSe verifică sistemul de injecţie şi se egalizează sarcina pe toţi cilindrii

35 Injectoarele lucrează defectuos Se verifică funcţionarea injectoarelor

36 Supraîncălzirea capului pistonuluiSe verifică funcţionarea dispozitivului telescopic şi se remediază instalaţia de răcire a pistonului

37Început de gripare ( sau chiar gripare) între cilindru şi piston

Se urmăreşte ungerea cilindrului, se micşorează spaţiul răcirii şi alimentarea cu combustibil Dacă nu se găseşte cauza bătăilor, motorul se opreşte şi se poziţionează pistonul în PME

Dacă în carter se găseşte pilitură sau praf metalic, se demontează pistonul, lagărele din capul de bielă şi cămaşa cilindrului.

38Bolţul pistonului are joc mare în umărul său ori în bielă.

Se demontează pistonul şi se înlocuiesc bolţul, bucşele sau chiar pistonul.

283 din 375

1 2 3

39Cuzinetul de la capul sau piciorul bielei are joc prea mare iar buloanele sunt slăbite.

Se opreşte motorul şi se examinează jocurile şi aspectul suprafeţelor de frecare; se lasă jocul necesar; bolţul pistonului se înlocuieşte.

40Jocul dintre piston şi cămaşa cilindrului este prea mare

Se înlocuieşte cămaşa cilindrului .

41Cuzineţii s-au topit(gripat) şi turaţia a scăzut

Se opreşte imediat motorul şi se examinează cuzineţii de bielă şi de pat se şlefuiesc rizurile buloanelor, dacă este cazul se montează cuzineţi noi

42Joc prea mare între roţile dinţate ale distribuţiei

Se înlocuiesc roţile care au uzuri prea mari comparativ cu cele prescrise

5. Funcţionarea anormală a unor cilindri

43Presiune insuficientă la sfârşitul compresiei

Se examinează cilindrul în cauză dacă nu are scăpări de gaze pe la segmenţi

44 Pompa de combustibil are scăpăriSe verifică funcţionarea supapelor, a garniturilor şi se înlătură defectele

45Acul injectorului se blochează din cauza dezaxării sau a ungerii insuficiente

Se demontează, se verifică, se înlocuieşte, se reglează ungerea

46 Duzele injectorului sunt cocsificateSe curăţă sau se înlocuiesc duzele cu altele bune

47Injectoarele de motorină nu funcţionează bine

Motorina se încălzeşte înainte de utilizare

48 La injector apar gazeÎndepărtarea gazelor se face prin deschiderea robinetului de control

6. Gazele de evacuare au culoare închisă

49 Amestec prea bogat de motorinăSe reduce proporţia de motorină la cilindrul respectiv

50 Acul injectorului se blochează Se strânge sau se slăbeşte puţin

51Fisuri în suportul acului sau în duzele injectorului

Se remediază fisurile sau se înlocuiesc componentele

52Supapele de refulare ale pompei de motorină nu se închid

Se demontează şi se şlefuiesc sau se înlocuiesc

53La pompele cu sertăraşe înălţimea deschiderii admisiei nu e bine reglată

Se corectează această înălţime

54Presiunea de compresie în cilindri este insuficientă

Se corectează jocul la cupla cilindru-piston

55Motorina vine cu întârziere la camera de ardere

Se verifică şi se corectează începutul injecţiei

56 Orificiile duzelor sunt decalibrate Se înlocuiesc duzele

57Presiunea aerului de pulverizare este insuficientă

Se verifică şi se corectează funcţionarea supapelor

7. Gazele de evacuare au o culoare albastră

58Uleiul de ungere pătrunde în cilindri în cantitate prea mare

Segmenţii de radere nu sunt bine montaţi sau sunt uzaţi; Se montează corect sau se înlocuiesc

59Nivelul uleiului din carter este prea ridicat

Se verifică şi se elimină cauza creşterii lui

60Uleiul pătrunde în camera de ardere odată cu aerul

Se micşorează gradul de ungere al pompei de baleiaj sau se corectează nivelul uleiului din carter

284 din 375

1 2 38. Gazele de evacuare au culoare albă

61Arderea motorinei este incompletă ; temperatura în camera de ardere este prea redusă

Se măreşte compresia până la valoarea nominală

62Motorina conţine un procent mai mare de apă sau apa pătrunde în cilindri prin chiulasă

Se separă apa de motorină, chiulasele cu crăpături se înlocuiesc

63Aerul admis în camera de ardere este prea umed

Se purjează apa din buteliile de aer

9. Explozie de gaze la supapele de siguranţă

64Motorina abundă la injectoare, din cauza unui debit prea mare al pompei

Se trece maneta de reglare a combustibilului la minimum, verificând ca alimentarea de la pompă să fie în poziţia 0

65Presiunea exploziilor este superioară celei normale sau arcul supapei de siguranţă este prea slab

Se micşorează avansul la admisie şi se reglează arcul supapei de siguranţă

66Supraîncărcarea cilindrului sau pătrunderea apei în camera de ardere în timpul admisiei

Se micşorează debitul de combustibil, se examinează chiulasa

67 Vârful acului injectorului este ars Se înlocuieşte acul ars al injectorului 10. Funcţionarea neregulată a instalaţiei de ungere

68 Pompa nu refulează uleiulSita de la valvulele de închidere a tancului de colectare a uleiului este îmbâcsită

69 Vacuum scăzutSe verifică tubulatura de aspiraţie a uleiului şi se strâng toate îmbinările tubulaturii

70 Pompa de ulei nu are presiunea necesară

Se verifică eventualele pierderi de ulei pe tubulatura de refulare Se verifică închiderea supapei de reglare Se verifică pierderile de ulei prin legăturile telescopice de răcire a pistoanelor

71 Filtrul de ulei nu funcţionează normalSita filtrului este ruptă sau defectă şi trebuie înlocuită

72Apa pătrunde în instalaţia centrală de ungere şi uleiul devine gri-murdar

Se verifică etanşeitatea tubulaturi şi a răcitorului de ulei Se verifică articulaţiile telescopice de răcire a pistoanelor

73Apa pătrunde în ulei prin garniturile de cauciuc ale cămăşii cilindrului

Se presează spaţiul de răcire, se stabilesc locurile neetanşe şi se înlocuiesc garniturile.

74Colectorul are fisuri, prin care pătrunde apa

Se remediază fisurile sau se înlocuieşte colectorul

75Apa pătrunde în carter prin presetupa pompei de apă.

Se strânge presetupa până se opreşte scurgerea sau, se înlocuieşte.

11. Neregularităţi în răcirea motorului

76Pompa de apă nu asigură presiunea necesară în instalaţia de răcire.

Dacă vacuum-ul creşte prea mult pe aspiraţie, s-a îmbâcsit sita Kingstonului sau filtrul de apă e prea murdar, acestea urmând a fi curăţate.

77Bătăi în pompa de alimentare cu apă a instalaţiei de răcire a motorului.

Se opreşte motorul şi se remediază defecţiunea de la pompă.

78Temperatura apei de răcire este prea ridicată.

Se reduce încărcarea motorului, se corectează valoarea de presiune a apei.

79 Blocul motor se supraîncălzeşte. Se opreşte motorul şi se verifică traseul de apă

285 din 375

aferent.1 2 3

79 Motorul se temperează.Se lasă pornit fără sarcină o perioadă apoi se opreşte şi se verifică apa şi a.m.c.-urile.

12. Motorul îşi măreşte brusc turaţia(se ambalează)

80Pierderea elicei, slăbirea fixării acesteia, forfecarea penei de fixare, ruperea palelor.

Dacă regulatorul de turaţie nu stabilizează situaţia, se taie imediat alimentarea cu motorină şi se remediază defecţiunile.

81 Din cauza tangajului elicea iese din apă.Deservirea motorului se face din PCL pentru a se atenua astfel creşterile sau scăderile de turaţii.

82 Aerul de baleiaj conţine vapori de ulei.Este cazul motoarelor în 2 timpi, caz în care se opreşte motorul şi se verifică circuitul de ulei.

13. Regulatorul funcţionează anormal.

83La scăderea sarcinii motorului, turaţia creşte peste limitele admise

Se verifică transmisia de la regulator la pompă, arcurile regulatorului, închiderile pistonaşelor precum şi avansul la injecţie.

84Regulatorul funcţionează stabil dar turaţia motorului nu este constantă.

Se verifică mecanismul de acţionare al pompelor de combustibil şi mufa regulatorului. Se înlătură frecările sau slăbirile acestui mecanism.

85Regulatorul împiedică obţinerea turaţiei maxime.

Se controlează mecanismul de acţionare, se corectează deplasările axiale sau radiale.

14. Încălzirea pieselor în mişcare de frecare.

86 Corpul pistonului se încălzeşte.

Se micşorează turaţia motorului, se opreşte alimentarea cilindrului respectiv şi i se face o ungere abundentă cu ulei proaspăt. Se verifică dacă tubulatura de ungere a cilindrului respectiv este înfundată. De asemenea, se verifică răcirea.

87 Încălzirea lagărelor.Se va examina calitativ şi cantitativ uleiul folosit în instalaţie.

15. Defecţiuni la inversare.

88 Inversarea nu se poate efectua.

Se verifică şi se corectează următoarele: presiunea aerului de la distribuitorul de inversare, poziţia axului mecanismului de cuplare-decuplare.

Defecţiuni ale pompelor de injecţie tip „BOSCH”

1. Pompa nu refulează.89 Tancul de serviciu este gol. Se face umplerea acestuia.90 Valvula tancului este închisă. Se execută manevra de deschidere.

91Tubulatura de combustibil este înfundată.

Se verifică, se curăţă, se suflă şi se montează la loc.

92 Filtrul de motorină este înfundat. Se demontează, se curăţă sau se înlocuieşte.

93 Pompa ”prinde” aer.Se purjează pompa, se corectează etanşeitatea prin acţionarea manuală sau pornind motorul, până când motorina curge fără bule de aer.

94Pistonul pompei s-a avariat şi s-a înţepenit.

Se demontează şi se înlocuieşte piesa avariată.

95 Pompa debitează neregulat.Se verifică şi se corectează prinderile, cuplajele, ermetizările,etc.

286 din 375

96 Supapa de refulare s-a înţepenit. Se curăţă ciuperca şi scaunul acesteia.1 2 3

97Pompa nu realizează debitul şi presiunea prescrise.

Se impune centicubarea pompei.

2. Pompa nu are un debit continuu.98 În pompă se află aer. Se amorsează pompa, evacuându-se aerul.99 Arcul supapei de refulare s-a rupt. Se înlocuieşte arcul rupt.100 Supapa de refulare este deteriorată. Se înlocuieşte supapa deteriorată.101 Arcul pistonului s-a deteriorat. Se înlocuieşte.102 Galetul s-a uzat. Se înlocuieşte.

103 Pistonul se înţepeneşte din când în când.Se decalaminează, se curăţă şi se finisează cupla cilindru-piston sau se înlocuieşte.

104 Debitul motorinei este prea mic.Se corectează nivelul din tanc, se decolmatează filtrul, se curăţă conductele aferente, etc.

105 Supapă de refulare deteriorată. Se înlocuiesc supapa şi scaunul acesteia.106 Piuliţe nestrânse bine. Se corectează strângerea.

3. Debitul pompei este prea mare.

107 Şurubul de pe roata dinţată s-a slăbit Se reglează după semnul existent şi se strânge şurubul

4. Defecţiuni la începutul injecţiei

108Şurubul de reglaj de pe manşonul cu galet s-a slăbit

Se reglează şurubul şi se strânge bine, se controlează dacă pistonul pompei are în puncul mort superior jocul prescris

109 Cama avariată Se înlocuieşte cama sau axul cu came 5. Tija de reglaj nu se poate deplasa

110Pistonul s-a înţepenit sau tija s-a murdărit şi înţepenit

Se curăţă pompa.

III.2.2 Incidente, cauze, remedieri specifice mecanismelor aferente maşinilor de propulsie

III.2.2.1 Incidente funcţionale, cauze, modalităţi de remediere a separatoarelor gravitaţionale

NrCrt.

Deranjamentul Cauze Remedieri

1 2 3 41. Deteriorarea discurilor (talerelor)

care compun elementul activ (filtrul fin) acolo unde acesta există sub această formă pentru că mai există şi variantele cu granule, cu şicane, cu tor de aglomerare pe inele etc.

Subţierea prin eroziune a suprafeţei de lucru astfel încât cresc spaţiile interstiţiale;Ruperea parţială sau accentuată a elementului activ.

Înlocuirea talerelor respective sau a întregului set;Înlocuirea acestuia.

2. Îngheţarea sau blocarea separatorului.

Nerealizarea golirii fluidului la temperaturi coborâte, când nu este folosit;Umplerea exagerată cu suspensii.

Dezgheţare şi golire;Golirea, curăţarea, spălarea.

3. Scurtcircuitarea cablurilor electrice ale motorului de antrenare a pompei de introducţie.

Exploatarea timp îndelungat la suprasarcină;Micşorarea rezistenţei de izolaţie.

Se înlocuiesc cablurile de alimentare.

287 din 375

1 2 3 44. Arderea rezistenţei electrice sau

întreruperea circuitului aburului.Utilizarea inutilă timp îndelungat;Neetanşeitate sau rupere a conductorului.

Se înlocuieşte;Refacerea neetanşeităţii, sudura sau înlocuirea conductei.

5. Întreruperea bobinei electromagnetice de acţionare a armăturilor.

Suprasarcină sau micşorarea rezistenţei de izolaţie.

Înlocuirea bobinei;Confecţionarea acesteia.

6. Spargerea sau fisurarea corpului separatorului.

Acţiunea chimică a compuşilor în interior;Acţiunea mecanică exterioară.

Curăţarea şi sudarea zonei.

7. Apariţia neetanşeităţilor la îmbinările racordurilor ţevilor.

Deteriorarea garniturilor;Slăbirea strângerilor.

Înlocuirea lor;Strângerea şuruburilor.

8. Obţinere pe evacuare de fază omogenă cu impurităţi.

Nerealizarea amorsării;Dereglări interne;Creşterea presiunii de lucru

Se corectează;Se face reglarea.

9. Colmatarea filtrului brut. Necurăţirea la timp; Impurităţi de granulaţie prea mare

Se curăţă;Se îndepărtează.

Incidente funcţionale, cauze, modalităţi de remediere a separatoarelor centrifugale

Incidente ce pot să apară în timpul funcţionării, cauze şi modalităţi de remediere:a) Tamburul nu se închide:

1. lipsa apei din rezervor;2. armătura de pe ţeava de la rezervor, spre separator, este închisă sau nu este în stare bună

(armătura);3. piesele mecanismului care închide şi deschide tamburul (ajutajul, canalele din corpul

tamburului, supapele din conul mobil al tamburului) nu sunt in bună stare.Se identifică şi se remediază cauzele enumerate mai sus.

b) Tamburul nu se deschide:1. nivelul de apă din rezervor nu este cel optim;2. armătura pe ţeava de alimentare nu funcţionează;3. mecanismul (dispozitivul) camerei de presiune este defect;4. garnitura (din cauciuc) din conul mobil – este deteriorată.Se identifică şi se remediază cauzele enumerate mai sus.

c) Tamburul de separare are o turaţie foarte redusă:1. frâna slăbita;2. tamburul se roteşte liber;3. motorul electric + echipamentul aferent – nu funcţionează;4. ferodoul aferent saboţilor este deteriorat. Ferodourile unse cu ulei trebuie spălate cu

tricloretilenă sau cu soluţii similare care dizolvă grăsimea, astfel încât în exploatare optimă rugozitatea suprafeţelor de fricţiune să fie cea a unei pile dure.

Se identifică şi se remediază cauzele enumerate mai sus.d) Debitul de fază omogenă (separată) este prea mare:

1. temperatura prea mare (viscozitate mică), ce implică fluidizare ridicată;2. presiunea pentru faza eterogenă este peste valoarea optimă.

288 din 375

Atât pentru presiune cât şi pentru temperatură, ofertantul recomandă menţinerea constantă a acestor valori. Şi, pentru ca faza omogenă să corespundă calitativ, separatorul trebuie utilizat la 2/3 din capacitate pe durata unui cart (la cel cu autodescărcare) şi timp de 1 h continuu (la cel cu descărcare manuală).e) În timpul umplerii tamburului cu apă pentru formarea închiderii hidraulice apa nu începe să se

scurgă din racordul de evacuare după trecerea a 10 – 15 sec. de la pornirea motorului electric de acţionare:

1. tamburul este închis;2. suprafaţa de etanşare a conului mobil este deteriorată.

Remedieri:1. se verifică mecanismul camerei de presiune, nivelul de apă şi armătura aferentă ţevii

de alimentare;2. se rectifica suprafaţa de etanşare a conului mobil.3. Pompa nu aspiră sau are un debit redus:4. filtrul este înfundat;5. la pregătirea pentru pornire nu s-a amorsat pompa sau nu i se respectă înălţimea de

aspiraţie;6. existenţa neetanşeităţilor pe ţeava de aspiraţie, în presgarnitură sau gresor, in supapa

cu reţinere.Se identifică şi se remediază cauzele enumerate mai sus.

f) Calitatea separării este necorespunzătoare:1. discul de greutate (gravitaţional) este ales incorect;2. turaţia la ax este necorespunzătoare;3. spaţiul pentru reziduurile grele este prea plin;4. debit incorect reglat;5. temperatură necorespunzătoare.

Remedieri:1. alegerea corectă a discului gravitaţional;2. reglajul turaţiei la ax;3. se corectează durata între două descărcări a oalei tamburului;4. reglajul debitmetrului;5. refacerea valorii de temperatură.

g) Apar scurgeri:1. garniturile de cauciuc, din plastic, dopurile, sunt deteriorate;2. presiunea apei de închidere hidraulică este necorespunzătoare (nu se încadrează in

0,15 – 0,3 bar).Remedieri:

1. schimbarea garniturilor dopurilor;2. corectarea valorii de presiune.

Recomandări făcute de firma constructoare pentru beneficiar, în timpul deservirii:1. după o intervenţie (revizie – reparaţie) tamburul să nu fie montat în ansamblul

separatorului dacă nu este echilibrat dinamic şi supraturat un anumit interval de timp; la remontarea sa, piuliţa de închidere trebuie să fie înşurubată până când cele două semne (de pe piuliţă şi corp tambur) se suprapun;

2. apariţia vibraţiilor impune oprirea imediată a mecanismului, depistarea cauzei, suprimarea acesteia şi remedierea deranjamentului;

3. să nu se accepte scurgeri de fază eterogenă;4. să nu se exploateze mecanismul fără ca acesta să fie legat la pământ.

289 din 375

III.2.2.2 Incidente funcţionale, cauze, modalităţi de remediere a compresoarelor navaleNr.crt.

Incidentul (deranjamentul)

Cauza Mod de remediere

1 2 3 4

1.Presiune de aer scăzută la manometrul treptei I

supapa de pe aspiraţia treptei I este defectă;

se demontează supapa şi se curăţă (eventual se înlocuieşte sau se schimbă arcul);

2.

Presiune de aer ridicată la manometrul treptei I

supapa de pe refularea treptei I este defectă;

se demontează supapa şi se curăţă, inclusiv scaunul, eventual se înlocuieşte sau i se schimbă arcul;

3.

Debitul este sub valoarea nominală

tubulaturi neetanşe; supapele nu etanşează complet;

remedierea îmbinărilor, înlocuirea garniturilor; curăţirea scaunului sau înlocuirea elementelor componente;

4.

Temperatura uleiului în carter este ridicată astfel încât există pulsaţii la răsuflătoarea carterului

filtrul de aer este murdar; segmenţii blocaţi în canale;

se curăţă; spălare; suflare; dacă sunt abateri de la valorile nominale, se schimbă întreg setul: piston- segment-cilindru;

5.

Turaţia compresorului este scăzută

ungerea defectuoasă a agregatului; tensiunea de alimentare a maşinii nu este cea nominală;

refacerea nivelului, verificarea elementului filtrant, a calităţii uleiului; verificare şi convertirea valorii tensiunii de alimentare;

6.

Zgomote puternice la cuplaj

jocuri prea mari între inelele elastice şi locaşurile din volant sau bolţuri;

se demontează şi se înlocuiesc rondelele de cauciuc uzate apoi se verifică centrarea maşinii electrice cu compresorul;

7.Zgomote neobişnuite (metalice) în timpul funcţionării agregatului

lagăre uzate; ambielaj uzat;

înlocuirea rulmenţilor; verificarea şi înlocuirea pieselor uzate;

8.La purjare se observă ulei prea mult în aerul refulat

ulei prea mult în carter; calitate depreciată;

se corectează nivelul; se verifică şi se înlocuieşte uleiul;

9.

Maşina electrică de antrenare se supraîncălzeşte (putere de antrenare prea mare)

presiunea pe refulare este peste valorile admisibile; traseele de aer sunt înfundate;

verificarea stării funcţionale a manometrului; se curăţă depunerile de calamină; se înlocuiesc (eventual) ţevile uzate;

10.

Pe la supapele de siguranţă se scapă aer

existenţa impurităţilor care blochează supapele; arcurile de supapă sunt deteriorate;

se elimină impurităţile; se înlocuiesc;

11.Funingine pe pistoane şi pe pereţii cilindrilor

calitatea uleiului este nesatisfăcătoare;

se utilizează marca de ulei prescrisă de cartea tehnică.

290 din 375

III.2.2.3 Incidente funcţionale, cauze, modalităţi de remediere a pompelor navale

Nr. Deranjamente Cauze Modalităţi de remediere1. Pompa nu se

amorsează.- clapeta sorbului, neetanşă(cazul amorsării prin umplere),- pompa nu-i suficient umplută,- etanşeizare necorespunzătoare a mecanismului,- în cazul amorsării cu pompă de vid, nu se creează depresiunea necesară,- înălţimea de aspiraţie este prea mare,- temperatura sau greutatea specifică a lichidului, sunt mai mari decât valorile nominale.

- se verifică sorbul, se schimbă garnitura sau se rectifică suprafaţa de etanşare a clapetei,- se reia activitatea de umplere astfel încât să se evacueze complet aerul,- se verifică şi se corectează toate îmbinările,- se controlează inclusiv etanşările dintre etajele pompei,- se corectează greşeala de instalare sau se schimbă pompa,- se corectează valorile

2. Pompa se dezamorsează.

- etanşeitate necorespunzătoare,- creşterea înălţimii de aspiraţie peste valoarea nominală,- temperatura, implicit densitatea lichidului, sunt peste valoarea nominală

- se verifică şi se remediază prin înlocuire,- se corectează înălţimea de aspiraţie sau se înlătură pierderile de pe aspiraţie,- se corectează valorile

3. Debitul pompei este sub valoarea nominală.

- rezistenţe hidraulice suplimentare pe aspiraţie sau refulare, sorb înfundat sau ţeava de aspiraţie prea mică în diametru,- etanşările sunt necorespunzătoare,- pompa este înfundată,- turaţia motorului electric de antrenare este scăzută,- uzuri ridicate ale rotorului sau labirinţilor(lagărelor),- sensul de rotaţie este greşit,- pompa este incomplet golită de aer,- pompa funcţionează cavitaţional,- armătura by-pass este dereglată,- dezechilibrări axiale sau radiale.

- se verifică şi se înlocuiesc garniturile,- se demontează şi se curăţă,- se corectează turaţia,- se înlocuiesc,- se corectează,- se amorsează din nou cu eliminarea completă a aerului, - se reglează,- se verifică şi se remediază.

4. Supraîncărcarea motorului electric de antrenare.

- valorile rezistenţelor hidraulice pe refulare diferite de cele nominale,- frecare accidentală între piesele pompei,- conexiuni greşite la cutia cu borne a electromotorului,- presetupa este prea strânsă,- creşterea cu peste 20% a debitului lichidului,- turaţia la ax este prea mare.

- creşterea presiunii pe refulare,- se schimbă piesele,- se corectează,- se deşurubează,- se corectează,- idem.

291 din 375

1 2 3 45. Presiune insuficientă

pe refulare.- turaţie insuficientă,- aer, vapori în lichidul de curgere,- rotor deteriorat,- labirinţii şi bucşele distanţiere sunt uzate.

- se corectează,- se deschide , se dezaerează şi se verifică înălţimea de aspiraţie astfel încât pompa să nu lucreze cavitaţional,- se înlocuiesc.

6. Pompa vibrează. - descentrarea pieselor,- sistemul de prindere este deteriorat,- rotorul este parţial înfundat,- axul este strâmb,- piese în mişcare de roto-translaţie cu incipienţă de gripaj,- gaze în lichid,- cuzineţi uzaţi.

- se corectează centrajul,- se verifică şi se corectează,- se desfundă,- reparaţie capitală sau se înlocuieşte,- idem,- se elimină,- se înlocuiesc.

7. Încălzirea excesivă a lagărelor.

- lipsă lubrifiant sau insuficient, uzat, marcă greşită,- descentrări.

- se completează sau se schimbă,- se corectează.

8. Pompa produce zgomote anormale.

- noncoaxialităţi, - pompa lucrează cavitaţional,- rotorul este parţial înfundat.

- se verifică şi se corectează,- se corectează valorile de presiune şi debit, înălţime de aspiraţie,de neetanşeitate,- se desfundă sau se înlocuieşte.

III.2.2.4 Incidente funcţionale, cauze, modalităţi de remediere a caldarinelor navale

a) incidente care nu permit funcţionarea în continuare a caldarinei.1. pierderea apei la sticlele de nivel. Simptom – înroşirea suprafeţelor de încălzire,

apariţia unui miros caracteristic de cauciuc ars.cauze modalităţi de remediere

- neatenţia operatorului,- defecţiune la pompa de alimentare,- defecţiune în sistemul de alimentare cu apă,- sticlele de nivel, înfundate,- caldarina prezintă tuburi înfundate sau pompa de alimentare nu asigură debitul şi presiunea necesare

- se pedepseşte, se opreşte caldarina,- se îndepărtează defecţiunea,- se verifică şi se remediază,

- se desfundă,- se verifică şi se remediază, se corectează valoarea de debit şi presiune.

2. spargerea tuburilor. Simptom – abur intens pe coş, zgomot specific, zgomot puternic de agent de lucru în zona tuburilor.

cauze modalităţi de remediere- supraîncălzirea locală a tuburilor,- crustă groasă pe pereţi,

- lipsă apă în tuburi,- coroziune accentuată a ţevilor,

- oprirea caldarinei şi golirea sa,- îndepărtarea sa prin procedee chimice şi mecanice,- refacerea cantităţii optime,- îndepărtarea coroziunii.

292 din 375

3. apariţia fisurilor în corpul caldarinei. Simptom – abur în cutia de fum sau spre exteriorul caldarinei.

cauze modalităţi de remediere- încălzire neuniformă,- răcirea bruscă după scoaterea din sarcină,- aer rece în focar,

- oprirea caldarinei,- răcirea lentă,- preîncălzirea aerului.

b) incidente care pot deveni cauza unor avarii periculoase.1. creşterea presiunii peste cea de regim

cauze modalităţi de remediere- defectarea automatizării,

- nesupraveghere continuă,

- micşorarea cantităţii de combustibil, asigurarea nivelului optim de apă,- supraveghere permanentă,

2. eboluţiuni. Simptom – variaţia excesivă a nivelului apei în colectorul superior.cauze modalităţi de remediere

- conţinutul ridicat de impurităţi mecanice şi ulei în agentul de lucru,- creşterea durităţii apei,- deschiderea bruscă a armăturii pentru agentul de lucru către consumatori,

- se efectuează extracţia de suprafaţă,

- se micşorează consumul de agent de lucru,- deschidere lentă, progresivă. dacă nu se poate face remedierea se opreşte caldarina.

c) incidente care nu permit în funcţionarea continuare caldarinei decât sub o atentă supraveghere.

1. arderea incompletă a motorineicauze modalităţi de remediere

- micşorarea temperaturii motorinei,- pulverizatoare înfundate,- lipsă aer,

- menţinerea constantă a valorii acesteia,- înlocuirea acestora,- creşterea concentraţiei acestora.

2. supraîncălzirea pereţilor metalici exteriori

cauze modalităţi de remediere- presiunea ridicată a aerului,- pulverizatoarele proiectează combustibil pe pereţi,- izolaţie deteriorată,

- se reglează valoarea acesteia,- se reglează, se desfundă, se înlocuiesc,

- se înlocuieşte. Dacă remedierile nu dau rezultate, se opreşte caldarina.

293 din 375

CAPITOLUL IV PROTECŢIA MUNCII

IV.1 PREVEDERI GENERALE PRIVIND ORGANIZAREA ŞI DESFĂŞURAREA ACTIVITĂŢII DE PROTECŢIE A MUNCII

IV.1.1. Reguli generale

Protecţia muncii constituie un ansamblu de activităţi instituţionalizate având ca scop asigurarea celor mai bune condiţii desfăşurării procesului de muncă, apărarea vieţii, integrităţii organismului şi sănătăţii personalului militar şi salariaţilor civili, prevenirea accidentelor de muncă şi îmbolnăvirilor profesionale în activitatea de serviciu.

Măsurile de protecţie a muncii în armată se asigură :a) personalului militar şi .salariaţilor civili din toate unită ţile şi formaţiunile militare pe

timpul desfăşurării activităţilor de serviciu;b) personalului militar şi salariaţilor civili detaşaţi sau veniţi temporar pentru

desfăşurarea unor activităţi de serviciu în alt loc de muncă;c) rezerviştilor pe perioada stagiului de pregătire militară în unităţi;d) personalului militar şi salariaţilor civili, pe timpul participării acestora la diferite

forme de pregătire organizate în unităţi sau formaţiuni militare.În unităţile şi formaţiunile militare măsurile de protecţie a muncii se realizează în

conformitate cu prevederile Legii protecţiei muncii, Normelor Generale de Protecţie a Muncii. Normelor Specifice de Securitate a Muncii (pe domenii de activitate). precum şi pe baza prevederilor din regulamentele, ordinele şi instrucţiunile specifice fiecărei arme sau domeniu de activitate din armată care se referă la reguli de siguranţă pe timpul producerii, mânuirii, folosirii, manipulării, transportului, depozitării armamentului, explozibilului, muniţiei, tehnicii militare şi ale celorlalte componente care contribuie la realizarea activităţilor de serviciu.

Activităţile legate de transportul persoanelor şi materialelor se vor desfăşura cu respectarea prevederilor legale privind circulaţia pe drumurile publice. Prevederile de mai jos se aplică şi personalului din cadrul regiilor autonome din subordinea sau coordonareaMinisterului Apărării Naţionale.

Organizarea, coordonarea şi controlul activităţii de protecţie a muncii din unităţile şi formaţiunile Ministerului Apărării Naţionale, cercetarea, înregistrarea şi evidenţa, accidentelor de muncă şi a îmbolnăvirilor profesionale, precum şi autorizarea din punct de vedere al protecţiei muncii a unităţilor din subordine se realizează de către organele proprii, constituite în cadrul armatei. Contractele colective de muncă încheiate la nivelul societăţilor comerciale din cadrul Ministerului Apărării Naţionale vor cuprinde, obligatoriu, clauze referitoare la protecţia muncii, a căror: aplicare să asigure prevenirea accidentelor de muncă ,şi a bolilor profesionale. În contractele individuale de muncă, în convenţiile civile şi în contractele de şcolarizare vor fi stipulate clauze privind protecţia muncii, stabilindu-se răspunderea părţilor.

Convenţiile internaţionale si contractele bilaterale încheiate de Ministerul Apărării Naţionale cu parteneri străini, în vederea desfăşurării unor activităţi specifice de către personalularmatei pe teritoriul altor ţări, vor cuprinde clauze cu privire la protecţia muncii. În regulamentele de ordine interioară(fişele posturilor) ale unităţilor. şi formaţiunilor militare vor fi stabilite obligaţii şi răspunderi în domeniul protecţiei muncii, în conformitate cu reglementările existente la nivelul Ministerului Apărării Naţionale.

Desfăşurarea tuturor activităţilor în cadrul unităţilor şi formaţiunilor militare este condiţionată de obţinerea .autorizaţiei de funcţionare din punct de vedere al protecţiei muncii, emisă de organele abilitate prin prezentele instrucţiuni.

Pentru activităţile în oare se folosesc surse de radiaţii nucleare, precum şi pentru activităţile specifice de prevenire şi stingere a incendiilor, vor fi respectate Normele de Radioprotecţie editate de Comisia Naţională de Control a Activităţilor Nucleare respectiv,

294 din 375

Normele Generale de Prevenire şi Stingere a Incendiilor editate de Ministerul Lucrărilor Publice şi Amenajării Teritoriului.

Cheltuielile necesare realizării măsurilor de protecţie a muncii sunt finanţate din sumele prevăzute cu această destinaţie în bugetul Ministerului Apărării Naţionale.

Organizarea activităţii de protecţie a muncii la nivelul unităţilor şi formaţiunilor militare se face pe baza următoarelor principii:

a) obligaţia de a asigura securitatea şi sănătatea personalului militar şi salariaţilor civili pe timpul tuturor activităţilor desfăşurate în unitate sau în alte locuri aparţinând acesteia revine comandantului (şefului) unităţii sau formaţiunii militare;

b) obligaţiile şi răspunderile personalului militar şi salariaţilor civili în domeniul securităţii şi sănătăţii în muncă nu vor afecta principiul responsabilităţii comandantului (şefului) unităţii sau formaţiunii militare;

c) în contextul responsabilităţii sale, comandantul (şeful) unităţii sau formaţiunii militare va lua măsurile tehnice şi organizatorice necesare pentru asigurarea sănătăţii si. securităţii personalului militar şi salariaţilor civili din subordine.

Comandantul (şeful) unităţii şi formaţiunii militare, răspunde de asigurarea sănătăţii şi securităţii personalului militar şi salariaţilor civili ţinând seama de următoarele principii generale de prevenire:

a) evitarea riscurilor;b) evaluarea riscurilor care nu pot fi evitate;c) combaterea riscurilor la sursă;d) adaptarea muncii la om, în ce priveşte proiectarea locurilor de muncă, alegerea

echipamentului tehnic şi a metodelor de muncă, în vederea micşorării monotoniei muncii şi a stabilirii unor ritmuri de lucru predeterminate şi reducerii efectelor lor asupra sănătăţii;

e) adaptarea la progresul tehnic;f) înlocuirea pericolelor prin non-pericole sau pericole mai mici ;g) prioritatea măsurilor de protecţie colectivă faţă de măsurile de protecţie individuală ;h) prevederea de instrucţiuni de securitate a muncii corespunzătoare pentru personalul

militar şi salariaţii civili.Având în vedere natura activităţilor din unitate, comandantul (şeful) unităţii sau

formaţiunii militare trebuie să ia următoarele măsuri :a) să evalueze riscurile pentru sănătatea şi securitatea personalului militar şi a

salariaţilor civili, în vederea stabilirii măsurilor de prevenire referitoare la alegerea echipamentului tehnic, a substanţelor chimice şi preparatelor utilizate, aprovizionarea locurilor de muncă etc. ;

b) să ia în considerare capacităţile personalului militar şi ale salariaţilor civili în ceea ce priveşte sănătatea şi starea psihofiziologică a acestora, ori de câte ori li se încredinţează sarcini de muncă;

c) să se asigure că personalul militar şi salariaţii civili sunt consultaţi în problemele referitoare la consecinţele privind securitatea şi sănătatea în muncă la introducerea de noi tehnologii, alegerea echipamentului tehnic, îmbunătăţirea condiţiilor şi a mediului de muncă etc. ;

d) să ia măsuri corespunzătoare pentru ca în locurile de muncă unde există pericole majore, să poată avea acces numai personalul care a fost instruit adecvat;

e) să ia măsuri ca personalul numit să îndeplinească funcţia de inspector sau responsabil cu protecţia muncii să întocmească documentele necesare pentru organizarea şi conducerea acestei activităţi.

f) să numească prin ordin de zi pe unitate comisiile şi responsabilităţile pe linia protecţiei muncii.

În cazul în care un loc de muncă este folosit de mai multe unităţi, comandanţii (şefii) acestora vor coopera în luarea măsurilor privind asigurarea securităţii şi sănătăţii în muncă a personalului militar şi salariaţilor civili din subordine, răspunderea revenind celui care a organizat activitatea. Având în vedere natura activităţilor, comandanţii (şefii) unităţilor

295 din 375

militare îşi vor coordona acţiunile de prevenire a riscurilor profesionale şi se vor informa reciproc privind riscurile potenţiale de accidentare sau îmbolnăvire profesională a personalului militar şi salariaţilor civili din subordine.

Personalul militar şi salariaţii civili nu pot fi implicaţi în nici o situaţie, în costurile financiare ale măsurilor de prevenire referitoare la securitatea şi sănătatea în muncă.

IV.1.2. Pregătirea şi instruirea personalului

Pregătirea şi instruirea personalului în domeniul protecţiei muncii este parte componentă a pregătirii profesionale şi are ca scop însuşirea cunoştinţelor şi formarea deprinderilor de securitate, în vederea prevenirii accidentelor de muncă şi îmbolnăvirilor profesionale. Pregătirea generală în domeniul protecţiei muncii se realizează în învăţământul tehnic (preuniversitar şi universitar), iar la nivelul unităţilor şi formaţiunilor militare prin instructajul de protecţie a muncii. Învăţământul militar de toate gradele va include în programa .analitică cursuri speciale prin care se vor preda cunoştinţe de protecţia muncii, atât generale, cât şi specifice profilului de învăţământ.

Instructajul de protecţie a muncii se execută cu întregul personal militar, salariaţii civili angajaţi permanent, angajaţii cu convenţii civile, detaşaţii. lucrătorii sezonieri, temporari sau zilieri inclusiv cu militarii încorporaţi şi concentraţi, conform prevederilor legilor în vigoare.

Instructajul de protecţia muncii cuprinde trei faze :a) instructajul introductiv general;b) instructajul la locul da muncă;c) instructajul periodic.

Instructajul introductiv general se efectuează următoarelor categorii de personal militar şi salariaţi civili :

a) noilor încadraţi în muncă (inclusiv militarilor în termen);b) celor mutaţi de la o unitate militară la alta;c) celor veniţi în unitate ca detaşaţi;d) celor care participă la diferite forme de pregătire militară sau de specialitate

cu o durată mai mare de 30 de zile;e) persoanelor aflate în unitate, în perioada de probă, în vederea angajării.

Scopul instructajului introductiv general este de a informa personalul militar şi salariaţii civili cu privire la activităţile specifice unităţii şi despre principalele măsuri de protecţie a muncii care trebuie respectate în timpul lucrului (activităţii). Instructajul introductiv general se efectuează, de regulă, în cabinetele de protecţie a muncii sau în alte spaţii special amenajate, individual sau în grupuri de cel mult 20 de persoane. de către inspectorii sau responsabilii cu protecţia muncii.

Durata instructajului introductiv general depinde de specificul activităţii ce urmează a fi executată, de gradul de mecanizare şi automatizare a locului de muncă, precum şi de nivelul de pregătire al participanţilor şi nu va fi mai mică de 8 ore. Sunt exceptaţi delegaţii individuali sau în grup, cărora li se vor prezenta succint activităţile riscurile şi măsurile de prevenire a accidentelor de muncă şi care vor fi însoţiţi pe toată durata vizitei de către o persoană numită de comandantul (şeful) unităţii sau formaţiunii militare.

În cadrul instructajului introductiv general se vor prezenta, în principal, următoarele probleme :

a) legislaţia de protecţie a muncii în vigoare ;b) consecinţele posibile ale necunoaşterii şi nerespectării legislaţiei de protecţie a

muncii şi ale celorlalte acte normative;c) riscurile de accidentare şi îmbolnăvire profesională specifice unităţii.

Conţinutul instructajului introductiv general şi programul de desfăşurare vor fi întocmite de către inspectorii sau responsabilii cu protecţia muncii şi aprobate de comandantul (şeful) unităţii sau formaţiunii militare.

296 din 375

După terminarea instructajului introductiv general personalul instruit va fi supus verificării cunoştinţelor :de protecţie a muncii pe bază de teste întocmite de fiecare unitate militară în parte. Concluzia verificării (admis) va fi consemnată în fişa individuală de instructaj pentru protecţia muncii de către preşedintele comisiei de verificare care va semna la rubrica respectivă din formular. În cazul în care o persoană nu şi-a însuşit cunoştinţele predate la instructajul introductiv general, preşedintele comisiei de verificare nu va semna fişa individuală de instructaj pentru protecţia muncii, urmând ca persoana respectivă să fie reinstruită Dacă nici după reinstruire persoana în cauză nu şi-a însuşit cunoştinţele prezentate în cadrul instructajului introductiv general aceasta nu poate fi angajată pe funcţia solicitată (cu excepţia militarilor în termen, care vor fi reinstruiţi până când aceştia îşi vor însuşi cunoştinţele predate).

Instructajul la locul de muncă se efectuează după instructajul introductiv general şi are ca scop prezentarea măsu rilor de prevenire specifice activităţi i sau locului de muncă unde a fost repartizată persoana respectivă. Acesta se efectuează întregului personal care are efectuat instructajul introductiv general precum şi personalului transfera t de la un loc de muncă la a l tu l în cadrul acele iaş i uni tă ţ i , în grupuri de maximum 30 de persoane. Instructajul la locul de muncă se efectuează de către conducătorul direct al activităţii sau locului de muncă, iar durata acestuia depinde de complexitatea utilajului, a activităţii sau locului de muncă respectiv şi nu va fi mai mic de 8 ore ; persoanele care efectuează instructajul la locul de muncă, precum şi durata acestuia se stabilesc prin ordin de zi pe unitate.

Instructajul la locul de muncă se face pe bază de material scris, aprobat de şeful ierarhic superior celui care-1 efectuează, şi va cuprinde următoarele :

a) riscurile de accidentare şi îmbolnăvire profesională specifice activităţii sau locului de muncă;

b) prevederile normelor specifice de securitate a muncii şi ale regulamentelor, instrucţiunilor, ordinelor şi dispoziţiunilor specifice locului de muncă;

c) demonstraţii practice privind activitatea pe care persoana respectivă o va desfăşura.

Admiterea definitivă la lucru a persoanei respective se va face numai după ce şeful ierarhic superior celui care a efec tuat instructajul la locul de muncă a verificat dacă persoana supusă instructajului şi-a însuşit cunoştinţele de protecţia muncii predate şi a semnat în fişa individuală de instructaj a acestuia.

Instructajul periodic se execută cu întregul personal şi are drept scop prezentarea în detaliu a normelor specifice de protecţie a muncii pe domenii de activitate ; acest instructaj se efectuează pe baza unei tematici scrise aprobate de şeful ierarhic superior şi va fi completat, în mod obligatoriu, cu demonstraţii practice. Intervalul de timp la care se efectuează, instructajul periodic, precum şi durata acestuia se stabilesc prin ordin de zi pe unitate, în funcţie de specificul şi complexitatea activităţilor desfăşurate şi nu va fi mai mare de 6 luni ; pentru personalul tehnico-administrativ intervalul între două instructaje periodice va fi de 12 luni.

Instructajul periodic se mai efectuează în mod obligatoriu, indiferent de timpul trecut de la instructajul anterior, în următoarele cazuri :

a) când personalul militar sau salariatul civil a lipsit peste 30 de zile calendaristice de la program;

b) când s-a modificat procesul tehnologic ori s-au înlocuit utilajele şi sculele din dotarea locului de muncă;

c) când au apărut modificări ale normelor de protecţie a muncii şi ale celorlalte reglementări care au fost folosite la. efectuarea instructajelor;

d) la reluarea activităţii după un accident de muncă;e) la efectuarea unor lucrări (activităţi) speciale sau ocazionale, diferite de cele pe

care le execută în mod curent.Persoanele care efectuează instruirea în domeniul protecţiei muncii trebuie să posede o

bună pregătire tehnică, cunoştinţe de specialitate, precum şi calităţi psihopedagogice

297 din 375

atestate prin diplomă sau certificat de absolvire a cursurilor de formare sau specializare organizate, în cadrul Ministerului Apărând Naţionale.

Instructajele de protecţie a muncii (introductiv general, la locul de muncă şi periodic) se vor consemna, în mod obligatoriu, în fişa individuală de instructaj, cu indicarea materialului predat, a duratei şi datei instruirii.

După efectuarea instructajului la încadrarea în muncă sau de începere a activităţii (instructajul introductiv general şi instructajul la locul de muncă), fişa individuală de instructaj se semnează de-cel care a fost instruit, de cel care a efectuat instructajul, precum şi de persoana care a verificat modul de însuşire a cunoştinţelor de protecţie a muncii. După efectuarea instructajului periodic, fişa individuală de instructaj se semnează de cel instruit şi de cel care a efectuat instructajul, confirmând, pe baza examinării persoanei respective, că acesta şi-a însuşit materialul predat. Verificarea efectuării şi însuşirii instructajului periodic se face prin sondaj de către şeful ierarhic celui care efectuează instruc tajul şi de persoanele din conducerea unităţii sau formaţiunii militare, care vor semna, cel puţin de două ori pe an, fişele individuale de instructaj ale persoanelor verificate, confirmând că instructajul a fost însuşit în mod corespunzător.

Fişa individuală de instructaj se întocmeşte pentru întregul personal militar şi salariaţii civili din unităţile şi formaţiunile militare, pentru cei angajaţi cu convenţii civile sau detaşaţi, pentru lucrătorii sezonieri, temporari sau zilieri, şi va fi păstrată de conducătorul activităţii sau locului de muncă, respectiv de cel care are sarcina efectuării instructajului la locul de muncă. Fişa individuală de instructaj se completează citeţ, specificându-se concret articolele din norme, regulamente şi instrucţiuni care au fost prelucrate ; se interzice folosirea ghilimelelor la completarea fişei individuale de instructaj. Fişele individuale de instructaj ale tuturor categoriilor de persoane care pleacă definitiv din unitate se păstrează, timp de un an, de către inspectorul sau responsabilul cu protecţia muncii, după oare acestea vor fi distruse.

Pentru vizitatorii în grup se întocmeşte fişa colectivă de instructaj, în care se vor consemna regulile ce trebuie respectate pe timpul desfăşurării activităţii. Pentru personalul tehnico-ingineresc din instituţii şi institute de cercetări, precum şi pentru delegaţiile străine, este obligatorie prezenţa unui însoţitor din unitate, fără a se întocmi fişă colectivă de instructaj.

IV.1.3.Cazuri particulare de instruire

Militarilor în termen încorporaţi, la sosirea în unitate, li se va efectua instructajul introductiv general de către inspectorul sau responsabilul cu protecţia muncii, în prezenţa comandantului de subunitate, ocazie cu care se întocmeşte fişa individuală de instructaj. În cazul în care militarii în termen rămân în unitare, acestora li se va efectua instructajul la locul de muncă şi cel periodic după repartizarea acestora pe subunităţi. Pentru militarii în termen repartizaţi la alte unităţi sau formaţiuni militare, o dată cu documentele de mutare (detaşare) se vor înainta şi fişele individuale de instructaj ale acestora (completate la rubrica „instructajul introductiv general"), urmând ca la sosirea în unitate comandanţii de subunităţi sau conducătorii locurilor de muncă să efectueze instructajul la locul de muncă şi cel periodic.

Pe timpul perioadei de instrucţie instructajul periodic va fi efectuat de către comandantul de subunitate, la termenele stabilite prin ordinul de zi pe unitate, ocazie cu care se vor prelucra prevederile din regulamentele, ordinele, instrucţiunile şi dispoziţiile ce reglementează activităţile ce se vor desfăşura în perioada următoare. Înainte de desfăşurarea instrucţiei de specialitate în cazarmă sau în teren (aplicaţii, trageri de luptă, trecerea tehnicii la exploatarea de sezon, folosirea explozivilor reali etc.), comandanţii de subunităţi vor efectua instruirea militarilor din subordine referitor la cunoaşterea regulilor şi măsurilor de siguranţă prevăzute în regulamentele, instrucţiunile, ordinele şi dispoziţiile specifice fiecărei categorii de activităţi şi arme ; instruirea se va consemna în carnetul comandantului de subunitate.

298 din 375

Pentru activităţi ocazionale, nelegate de activitatea de instrucţie, comandanţii de subunităţi vor întocmi fişe colective de instructaj cu valabilitate de cel mult 30 de zile.

Instructajul de protecţie a muncii pentru militarii concentraţi se efectuează astfel:a) pentru cei cu scoatere din producţie se parcurg toate fazele de instruire;b) pentru cei fără scoatere din producţie se întocmeşte, de către comandantul de

subunitate, fişă colectivă de instructaj.Persoanele străine de unitatea sau formaţiunea militară, sosite pentru predarea-

primirea autovehiculelor sau a altor materiale, la intrarea în unitate vor citi un instructaj minimal de protecţie a muncii (care se va afişa la punctul de control sau biroul de informaţii) şi vor semna de luare la cunoştinţă în registrul de vizitatori (la rubrica observaţii).

Instructajul minimal de protecţie a muncii va cuprinde măsurile de securitate necesar a fi respectate în cadrul unităţii, precum, şi interdicţia de a intra în locurile sau sectoarele stabilite de conducerea unităţii sau formaţiunii militare.

IV.I.4.Pregătirea şi instruirea personalului de la bordul navelor

Personalul îmbarcat trebuie să posede cunoştinţele generale cu privire la lucrul în condiţiile specifice de la bord, astfel încât activităţile să se desfăşoare în siguranţă. Obligaţia şi răspunderea stabilirii şi realizării depline a măsurilor de protecţie a muncii revin comandantului navei. Este interzisă transmiterea răspunderii pentru protecţia muncii.

Organizarea şi conducerea activităţii de instruire pe linia protecţiei muncii vor fi consemnate în ordinul de zi pe navă (unitatea de nave) şi vor cuprinde nominal persoanele care efectuează instructajul introductiv general, instructajul la locul de muncă şi instructajul periodic, astfel:

a) instructajul introductiv general va avea o durată de cel puţin 8(opt) ore şi va fi condus de către ofiţerul secund;

b) instructajul la locul de muncă va avea o durată de cel puţin 8(opt) ore si va fi condus de către comandanţii serviciilor de luptă (şefii de servicii) pentru militarii din subordine;

c) instructajul periodic va avea o durată de cel puţin 2 (două) ore şi va fi condus de comandanţii de grupuri (grupe) sau diferenţiat pe categorii de specialităţi. În cazul în care militarii sunt numiţi să execute alte activităţi decât cele pentru care li s-a efectuat instructajul periodic (revizii, andocări, reparaţii, lucrări în arboradă sau în afara bordajului, ambarcări-debarcări de muniţii, rachete, torpile, bombe antisubmarin), se va efectua instructajul la schimbarea condiţiilor de muncă, în cadrul acestui instructaj se vor prelucra acele norme care se referă la noile condiţii de lucru.

Efectuarea instructajelor se consemnează în fişa individuală de instructaj, în care vor semna atât cei instruiţi cât şi cei care au condus instruirea. Completarea şi păstrarea fişelor individuale de instructaj se fac conform "Normelor interne de protecţie a muncii pentru personalul ambarcat pe navele Marinei Militare".

La navă, instructajul de protecţie a muncii se face:a) ofiţerilor, maiştrilor militari şi subofiţerilor;b) militarilor angajaţi pe bază de contract;c) militarilor în termen;d) militarilor mutaţi de la o navă la alta;e) militarilor veniţi în unitate ca detaşaţi;f) ofiţerilor-elevi, studenţilor Academiei Navale şi elevilor, la efectuarea stagiului sau

practicii.Este interzisă repartizarea la orice fel de activitate la bord a militarilor care nu au fost

instruiţi din punctul de vedere al protecţiei muncii.Fiecare navă (unitate de nave) va întocmi un documentar pentru efectuarea instructajului

introductiv general cu problematica specifică tipului de navă. Materialul documentar va fi întocmit de ofiţerul secund şi aprobat de comandantul navei.

Fişele individuale de instructaj vor fi ştampilate pe prima filă şi vor fi păstrate astfel:a) la comandanţii serviciilor de luptă (şefii de servicii) pentru toţi militarii din subordine;b) la ofiţerul secund pentru comandanţii serviciilor de luptă (şefii de servicii);c) ia comandantul navei pentru comandantul secund şi ofiţerul secund.

299 din 375

Fişa individuală de instructaj a comandantului navei se păstrează la inspectorul cu protecţia muncii al unităţii de nave.

Comandantul de navă şi comandantul (ofiţerul) secund efectuează şedinţele de instruire în cadrul unităţii de nave, conform organizării de acest eşalon.

Răspunderea pentru desfăşurarea activităţii de supraveghere tehnică a instalaţiilor sub presiune, de ridicat şi a mijloacelor de măsurare, precum şi a aparatelor consumatoare de combustibil revine comandantului navei, care va numi prin ordin de zi pe navă un responsabil cu supravegherea tehnică. Acesta va răspunde de inspectarea prevederilor "Regulamentului privind desfăşurarea activităţii de supraveghere tehnică a instalaţiilor sub presiune, instalaţiilor de ridicat, aparatelor consumatoare de combustibili şi a mijloacelor de măsurare în Ministerul Apărării Naţionale", de efectuarea verificărilor conform prescripţiilor şi reglementărilor normelor tehnice de metrologie şi ale Registrului Naval Român. Responsabilul cu supravegherea tehnică urmăreşte ca cei care au în exploatare aparatură să respecte prevederile normativelor în vigoare şi propune comandantului navei măsuri disciplinare sau contravenţionale împotriva celor care încalcă aceste prevederi.

Instalaţiile noi (sau vechi, montate din nou) şi cele reparate nu pot fi date în exploatare decât după verificarea tehnică pentru autorizare la funcţionare; în timpul exploatării, instalaţiile sunt supuse verificărilor oficiale (la scadenţă) în scopul prelungirii autorizaţiei oficiale de funcţionare. Instalaţiile sub presiune, de ridicat şi aparatele consumatoare de combustibil, care au termenul scadent depăşit, se interzic la funcţionare prin nominalizare în ordinul de zi pe navă (unitate). Macaralele, bigile şi gruiele vor avea inscripţionate pe braţ sarcina de ridicare şi data expirării termenului scadent al verificării oficiale. Manevrarea acestora se va face numai de personalul autorizat.

Pe timpul executării lucrărilor sau controlului la opera vie a navelor cu scafandri, se vor respecta prevederile din "Normele privind organizarea şi desfăşurarea activităţilor de scufundare".

Navele Marinei Militare se consideră ca locuri de muncă cu grad ridicat de pericol.Comandanţii navelor au obligaţia să urmărească funcţionarea corectă a instalaţiilor de

microclimat, creşterea gradului de securitate a muncii şi asigurarea condiţiilor normale de muncă pentru întregul echipaj.Comandanţii de nave vor urmări ca membrii echipajul să primească integral drepturile băneşti, de odihnă şi hrană pentru lucrul în condiţii grele, toxice sau periculoase, în conformitate cu reglementările legale în vigoare.

Comandanţii serviciilor de luptă (şefii de servicii) vor întocmi materiale documentare care vor cuprinde măsuri specifice serviciului de luptă respectiv şi care nu se regăsesc în "Normele interne de protecţia muncii pentru personalul îmbarcat pe navele Marinei Militare".

IV.2. DOTAREA CU ECHIPAMENT INDIVIDUAL DE PROTECŢIE

Dotarea personalului cu echipament individual de protecţie şi alegerea sortimentelor se va face în conformitate cu prevederile ,,Normativului - cadru de acordare şi utilizare a echipamentului individual de protecţie" aprobat prin ordinul Ministrului Muncii şi Protecţiei Sociale, nr. 225/21.07.1995. ,,Normele de dotare cu echipament individual de protecţie şi lucru a personalului civil din Ministerul Apărării Naţionale "se aplică salariaţilor civili din armată, precum şi militarilor care desfăşoară activităţi neprevăzute în normele specifice de dotare cu echipament a acestora. În conformitate cu dispoziţiile legale în vigoare, unităţile au obligaţia să asigure dotarea întregului personal cu echipament de protecţie şi echipament de lucru, în vederea prevenirii accidentelor de muncă şi a îmbolnăvirilor profesionale. Echipamentul de protecţie este proprietatea unităţii şi se acordă gratuit întregului personal, acesta fiind obligat să-l utilizeze pe întreaga perioadă a îndeplinirii sarcinilor de muncă (de serviciu), în condiţiile care au impus dotarea cu echipamentul respectiv. Echipamentul individual de protecţie acordat unei persoane trebuie să asigure protecţia acesteia împotriva tuturor factorilor de risc care acţionează cumulativ asupra sa în timpul îndeplinirii sarcinilor de muncă Echipamentul de lucru se acordă personalului care îşi desfăşoară activitatea în

300 din 375

condiţiile ce determină uzura prematură sau murdărirea excesivă a îmbrăcămintei personale, precum şi pentru combaterea efectului agenţilor atmosferici asupra organismului (ploaie, vânt, frig). Echipamentul de lucru se procură de către unităţi şi se distribuie personalului încadrat în muncă , astfel personalului militar în mod gratuit iar salariaţilor civili contra cost prin plata de către aceştia a 50 % din preţul de achiziţie, al echipamentului, în 6 rate lunare, diferenţa fiind suportată de către unitate

La modificarea condiţiilor de muncă, unităţile au obligaţia să asigure mijloace individuale de protecţie necesare conform noii situaţii, precum şi instruirea executantului în legătură cu utilizarea corectă a acestora. Elevii şi studenţi care efectuează practica, beneficiază de echipamentul de protecţie acordat meseriilor specialităţilor şi funcţiilor de la locurile de muncă unde vor lucra Unităţile au obligaţia de a pune la dispoziţia persoanelor cărora, prin reglementările legale în vigoare, li se permite accesul la locurile de muncă, echipamentul de protecţie strict necesar în vederea prevenirii riscurilor de accidentare sau de îmbolnăvire profesională. Acordarea sortimentelor de echipament individual de protecţie se va face astfel încât acestea să asigure protecţia concomitentă a lucrătorilor contra tuturor riscurilor existente şi prevenirea unor accidente cu consecinţe grave în caz de incendiu, prin respectarea următoarelor cerinţe :

a) să nu formeze topitură;b) să nu întreţină arderea.

Purtarea echipamentului individual de protecţie în locurile amenajate pentru servirea mesei este interzisă. Echipamentul individual de protecţie va fi depus în vestiare special amenajate. La curăţarea echipamentului individual de protecţie, persoanele juridice sau fizice care desfăşoară activităţi de curăţire vor lua măsuri de neutralizare a substanţelor toxice aflate vizibil sau invizibil pe echipament. Îmbrăcămintea şi încălţămintea utilizate în timpul lucrărilor de vopsitorie vor fi antistatice ; se interzice utilizarea îmbrăcămintei sintetice sau de lână, generatoare de sarcini electrice. Nu este permisă utilizarea echipamentelor individuale de protecţie care nu sunt realizate si certificate în conformitate cu standardele si normativele în vigoare.

Persoana juridică care acordă echipament individual de protecţie este obligată:a) să doteze lucrătorii cu echipament individual de protecţie adecvat naturii

activităţii pe care aceştia o desfăşoară;b) să întreţină echipamentul individual de protecţie în condiţii perfecte de

utilizare şi siguranţă prin păstrare, curăţare, reparare şi verificare corespunzătoare;c) Personalul care execută lucrări este obligat:d) să poarte echipamentul individual de protecţie cu care a fost dotat;e) să nu folosească echipamentul individual de protecţie în alte scopuri decât

cel pentru care i s-a acordat;f) în cazul schimbării specificului activităţii să solicite echipament individual de

protecţie adecvat.

IV.3. IGIENA MUNCII LA BORDUL NAVEI

IV.3.1. Iluminatul

În porturi şi/sau la ancoraj vor fi iluminate punţile, pasarelele, scara de acces pe punte, scările de bord, trecerile precum şi următoarele locuri periculoase:

a) gurile de ambarcare combustibil şi apă potabilă, când se execută operaţia;b) tambuchiurile, spiraiurile, gurile magaziilor deschise, alte deschideri din punte;c) spaţiile şi locurile de manevră atunci când se execută operaţia.

În cazul în care se execută lucrări de orice natură, magaziile şi coridoarele vor fi iluminate ziua prin deschiderea completă a bocaporţilor sau capacelor, iar noaptea sau ori de câte ori vizibilitatea este redusă, prin echipamente portabile, în aşa fel încât toate locurile accesibile şi cele periculoase să fie iluminate corespunzător. Cablurile de alimentare ale acestora vor fi trifilare.

301 din 375

Iluminatul cu lampa de petrol la nave se va face numai acolo unde nu există acces la energie electrică. Este interzisă folosirea lămpilor care nu au rezervor metalic precum şi iluminarea cu acetilenă. În cazul folosirii lămpilor portabile, acestea vor fi alimentate la curent de 24 V, vor fi prevăzute cu armătură metalică, glob şi cârlige de agăţat. Lămpile portabile vor fi verificate înainte de utilizare.

Se interzice folosirea pe navă a lămpilor electrice portabile, a cablurilor, a ştecherelor şi a aparatelor de conectare improvizate sau cu defecţiuni.

La navele petroliere, pentru vizitarea tancurilor de marfă şi de combustibil vor fi întrebuinţate numai lămpi electrice etanşe, antiex, cu baterii uscate.

Sursele de iluminat trebuie să fie astfel amenajate şi folosite încât să nu împiedice desfăşurarea activităţii la bord şi să nu fie confundate cu luminile şi semnalele de navigaţie prescrise de Regulamentul Internaţional de prevenire a abordajelor pe mare, Regulamentul de navigaţie pe Dunăre şi râuri interioare etc. (luminile de drum, de poziţie).

Se va verifica cel puţin o dată pe lună funcţionarea iluminatului de siguranţă (avarie).

IV.3.2. Încălzirea

Încăperile de locuit de pe nave vor fi prevăzute cu instalaţie de încălzit capabilă să menţină o temperatură constantă de circa 16°C. Aceste instalaţii vor fi astfel construite şi întreţinute încât să poată funcţiona tot timpul cât nava staţionează sau navighează.

La sistemul de încălzire cu sobe, acestea vor fi bine amarate şi burlanele bine asigurate, astfel ca să poată rezista la orice balans, oricât de violent ar fi el. Sobele vor fi aşezate pe material termoizolant, iar dacă sunt montate pe punte sau paiol metalic, materialul termoizolant trebuie să aibă o grosime corespunzătoare normelor PSI. De asemenea, între sobă şi peretele cabinei vor fi prevăzute paravane metalice dublate cu material termoizolant, pentru protejarea împotriva incendiilor. Toate trecerile coşurilor prin pereţi sau plafoane vor fi izolate cu material termoizolant, iar coşurile vor fi prevăzute cu dispozitive parascântei. Fluturii de reglare a tirajului vor fi astfel construiţi încât să nu permită închiderea completă a tirajului. Zgura şi cenuşa de la sobe vor fi stinse prin umectare cu apă şi apoi vor fi evacuate. Sobele montate pe nave vor fi împrejmuite cu grilaj demontabil.

La sobele care folosesc drept combustibil gaze comprimate în butelii (butan, metan etc.) vor fi respectate regulile şi instrucţiunile de folosire a buteliilor cu gaze comprimate şi lichefiate. Se va avea în vedere ca buteliile de gaze să fie bine amarate; pentru sobele care folosesc drept carburanţi cărbunele sau brichetele de cărbune, se va asigura un tiraj corespunzător, încăperile vor avea asigurată o aerisire care să nu poată fi obturată complet; iar la sobele sau caldarinele care folosesc combustibili lichizi (păcură, motorină, petrol etc. ), instalaţia de alimentare nu va prezenta scurgeri sau pierderi la racorduri sau robinete. Robinetele vor asigura o bună închidere şi vor avea o amplasare accesibilă. Instalaţia de alimentare va fi prevăzută cu robinete intermediare de izolare.

Toate mijloacele de încălzire amplasate la bordul navelor vor fi prevăzute cu certificate de conformitate.

La sistemul de încălzire cu abur vor fi respectate următoarele măsuri:a) se va menţine tubulatura bine izolată cu material termoizolant de grosime suficientă;b) la tubulatura de presiune, la trecerea prin locurile unde se circulă, termoizolaţia va fi

protejată cu apărători metalice, pentru a nu fi deteriorată şi lovită;c) toate ventilele şi robinetele instalaţiei de încălzire vor fi în bună stare de funcţionare, vor

asigura o perfectă închidere, fără scăpări sau pierderi, vor fi uşor de manevrat iar rozetele robinetelor vor fi confecţionate din material termoizolant sau vor fi izolate cu material izolant;

d) instalaţia de alimentare va fi prevăzută cu ventile sau robinete de izolare pe circuite bloc şi va avea sistem de scurgere şi golire;

e) se interzice accesul pentru remedieri de neetanşeităţi la instalaţia sub presiune.Pentru vopsirea instalaţiei de încălzire vor fi folosite numai vopsele ignifuge.Se interzice manevrarea cu mâinile ude a mijloacelor de încălzire electrice aflate sub tensiune.

Orice reparaţie la instalaţia electrică de încălzire va fi executată numai de către personal autorizat. La cea mai mică defecţiune, instalaţia electrică de încălzire va fi scoasă imediat de sub tensiune.

Este interzisă folosirea pentru încălzirea încăperilor a oricărui sistem improvizat.

302 din 375

Se vor lua măsuri ca radiatoarele electrice să fie în stare tehnică bună, să aibă cablul de alimentare bine izolat şi radiatorul să nu depăşească puterea instalaţiei electrice de alimentare. Radiatoarele electrice de încălzire vor fi amplasate la distanţă de pereţii cabinelor, de mobilier sau de îmbrăcăminte.

IV.3.3. Ventilarea

Toate compartimentele de lucru, de locuit, magaziile de mărfuri, de materiale şi de provizii etc. vor avea asigurată ventilarea naturală sau artificială. Instalaţiile de ventilare vor respecta prevederile din Normele generale de protecţie a muncii.

Dispozitivele de închidere a deschiderilor în exterior ale ventilării artificiale trebuie menţinute în stare de funcţionare (neînţepenite) şi să se poată manevra uşor. Este interzisă obturarea deschiderilor sau a trombelor de la cabine cu hârtie, stupă, cârpe etc. Trombele de aerisire nu trebuie orientate spre locuri de unde ar putea aspira aer viciat, gaze de la motoare, fum, aer cald etc. Trombele de pe puntea navei nu vor fi orientate pe direcţia valurilor. Trombele de aerisire trebuie să fie în stare de funcţionare, astfel ca blocarea să se poată face uşor. Tălpile trombelor trebuie să fie gresate, să nu fie vopsite, astfel ca rotirea trombei să se poată face uşor.

Canalele de ventilare unde se creează posibilitatea acumulării de condens vor fi izolate termic şi vor fi prevăzute cu dopuri de scurgere. Ventilatoarele portabile electrice utilizate pentru completarea aerajului la navă vor avea carcase de protecţie (în cazul ventolei metalice) şi vor fi supravegheate în timpul funcţionării.

Nu se admite accesul personalului în compartimentele unde se constată existenţa gazelor explozive, vătămătoare şi a prafului nociv, până nu se asigură mai întâi ventilarea completă a compartimentului. Se interzice intrarea personalului în compartimentele sau tancurile închise şi lipsite de aerisire, până când acestea nu se ventilează. Când este nevoie să se lucreze sau să se intre în compartimentele unde se constată prezenţa gazelor nocive şi nu se poate asigura o ventilare normală, se va intra cu mască de protecţie cu filtru de aer sau cu tub de aducţie liberă a aerului din exterior sau numai după efectuarea unei ventilări forţate şi cu asigurare din exterior. Ester interzis accesul în spaţiile care au fost de curând vopsite, până când vopseaua nu s-a uscat şi încăperea nu a fost aerisită. De asemenea, nu se ţin închise compartimentele unde s-a vopsit tubulatura fierbinte sau instalaţiile de încălzire, până la uscarea vopselei.

După deratizarea navei, se va asigura o bună ventilare a compartimentelor de locuit şi de lucru, conform indicaţiilor deratizatorului.

IV.3.4. Întreţinerea igienică a navei

În fiecare dimineaţă, punţile de lemn la navele de pasageri vor fi spălate cu apă şi vor fi frecate cu peria. Ori de câte ori va fi nevoie, punţile de lemn vor fi bricuite, petele de ulei sau grăsime vor fi curăţate cu clorură de var sau cu sodă şi detergenţi.

Înainte de a se spăla punţile sau suprastructura cu manica şi înainte de ieşirea în mare, se vor lua măsuri de deconectare a instalaţiilor electrice de punte şi de protejare împotriva pătrunderii apei, iar capacele de aerisire de la vinciuri şi reostate vor fi închise. În timpul spălării cu manica, este interzis să se îndrepte jetul de apă asupra prizelor, cablurilor electrice, precum şi asupra oricărei instalaţii electrice. Personalul va purta echipamentul de protecţie corespunzător.

Materialele de curăţenie, soda, detergenţii etc., dezinfectantele (bromocet, clorură de var, cloramină etc.) precum şi substanţele insecticide (prafuri sau soluţii) vor fi păstrate în afara blocului alimentar, bine închise şi etichetate.

Orice navă va avea în rezervă rufărie curată în cantitate suficientă ca să satisfacă necesităţile voiajului. Rufăria de pat la navele de pasageri va fi schimbată ori de câte ori va fi nevoie şi la sfârşitul voiajului. Lenjeria şi îmbrăcămintea nu vor fi ţinute în acelaşi loc cu echipamentul de lucru. Navele vor fi dotate cu cele necesare pentru spălarea şi călcatul rufăriei personale şi a echipamentului de lucru sau a echipamentului de protecţie.

La curăţarea interioarelor nu vor fi folosite produse volatile sau inflamabile.Apucarea şi aruncarea cioburilor de sticlă cu mâna neprotejată este interzisă.

303 din 375

Toate navele vor fi dotate cu material suficient şi adecvat pentru întreţinerea curăţeniei. înainte de plecare în misiune, navele vor fi aprovizionate cu rezerve suficiente de materiale şi unelte pentru întreţinerea igienică a acesteia. Cabinele vor fi curăţate zilnic, iar periodic se va face pe navă curăţenie generală. Băile, spălătoarele şi duşurile vor fi menţinute în bună stare de funcţionare şi vor fi prevăzute cu toate accesoriile necesare.

Toate trecerile de conducte de presiune prin băi, spălătoare sau duşuri vor fi izolate termic.Nu se admit improvizaţii la instalaţiile electrice de încălzire a apei pentru băi, pentru

duşuri sau boilere. Folosirea boilerelor electrice se va face respectând întocmai instrucţiunile de exploatare. Instalaţia trebuie să fie prevăzută cu termometre şi termostate.

IV.4 ORGANIZAREA LOCULUI DE MUNCĂ

IV.4.1. Prevederi generale

Armatorii au obligaţia, fără a prejudicia autoritatea şi responsabilitatea comandantului:a) să asigure dotarea navelor cu tot echipamentul tehnic şi materialele necesare efectuării

lucrului la bord în condiţii de securitate;b) să asigure dotarea echipajului cu tot echipamentul individual de lucru şi de protecţie

necesar desfăşurării activităţii;c) să asigure, condiţiile de lucru, de trai şi de sănătate la bordul navelor;d) să asigure întreţinerea tehnică a navelor, instalaţiilor şi dispozitivelor de pe acestea şi să

elimine cât mai repede posibil defecţiunile constatate, atunci când ele sunt susceptibile de a afecta securitatea şi sănătate a echipajului,

e) să ia măsuri pentru a asigura curăţenia periodică a navelor şi a ansamblului instalaţiilor şi dispozitivelor de menţinere a condiţiilor de igienă la bord;

f) să asigure dotarea cu mijloace de salvare şi supraveghere conform legislaţiei în vigoare;Conducerea navei pune la dispoziţia echipajului echipamentul de protecţie şi

echipamentul de lucru, dispozitivele, uneltele şi materialele de protecţie corespunzătoare fiecărui loc de muncă, potrivit condiţiilor specifice de lucru, precum şi alimentaţia de protecţie conform normativelor în vigoare.

Şefii de servicii vor efectua cel puţin o dată pe lună, un control general al tuturor echipamentelor tehnice, al locurilor de muncă şi al materialelor de protecţie a muncii. Rezultatul acestui control va fi consemnat în Registrul de Controale al navei, stabilindu-se măsurile şi termenele de remediere a deficienţelor constatate.

Pentru fiecare tip de echipament tehnic al navei, conducerea navei va întocmi instrucţiuni proprii de protecţie a muncii, instrucţiuni care vor fi prelucrate cu tot personalul din cadrul echipajului ce are acces la aceste echipamente, iar acolo unde ester posibil ele vor fi afişate în locuri vizibile.

Se interzice orice fel de intervenţie (porniri, remedieri etc.) la echipamentele tehnice ale navei de către membri ai echipajului în afara celor stabiliţi prin sarcinile de serviciu. Exploatarea şi întreţinerea echipamentelor tehnice de la bordul navelor nu va fi efectuată dacă personalul desemnat nu a fost instruit în prealabil. Agregatele, instalaţiile etc. de la bordul navelor vor fi în bună stare tehnică şi prevăzute cu dispozitive de siguranţă, de supraveghere, de semnalizare şi control, astfel încât să se asigure funcţionarea lor corectă, fără pericol de accidentare.

La efectuarea unor lucrări cu grad sporit de periculozitate, şefii de servicii vor da dispoziţii de efectuare a lucrării numai după ce au verificat personal situaţia, echipamentul de protecţie folosit şi au luat toate măsurile necesare de securitate, efectuând sub semnătură un instructaj special asupra măsurilor de protecţie a muncii care trebuie respectate tot timpul efectuării acestor lucrări, asigurând o supraveghere tehnică permanentă şi competentă.

Ofiţerul de gardă sau cart răspunde de problemele de protecţie a muncii pe sectorul său de activitate precum şi de prevenirea accidentelor pentru persoanele străine, venite la bordul navei în vizită aprobată, în cadru organizat. Se interzice membrilor echipajului scăldatul în bazinele portuare şi ale şantierului, în radă, în Dunăre, în mare deschisă şi căile navigabile interioare. Înaintea părăsirii cabinei sau altor încăperi de uz social, membrii echipajului vor efectua următoarele operaţii: stingerea

304 din 375

luminilor, scoaterea aparatelor electrice de sub tensiune, închiderea robinetelor de apă, închiderea hublourilor, stingerea ţigărilor rămase aprinse

IV.4.2. Personalul străin care execută reparaţii la bord

Persoanele care sunt trimise la navă pentru executarea unor lucrări sau în interes de serviciu vor fi instruite în prealabil de către şeful lor direct, atât în ceea ce priveşte sarcina (lucrarea) de executat cât şi asupra modului de circulaţie şi de comportare la bordul navei. Nerespectarea îndatoririlor ce decurg din aceasta atrage răspunderea din partea persoanei respective şi a şefului direct.

Conducerea navei împreună cu conducătorul echipei de lucru, au obligaţia de a lua toate măsurile care se impun în vederea desfăşurării în condiţii de securitate a operaţiilor ce urmează a se executa la bordul navei de către persoane trimise în interes de serviciu. Neluarea acestor măsuri atrage după sine răspunderea directă a conducerii navei şi/sau a conducătorilor echipelor de lucru.

IV.4.3. Formaţii de lucru constituite din cadrul echipajului care execută activităţi la bord sau pe uscat

Înainte de începerea lucrului conducătorul lucrărilor este obligat să ia toate măsurile necesare asigurării condiţiilor normale şi sigure privind securitatea muncii pentru lucrătorii care efectuează activităţi şi lucrări şi să se asigure:

a) dacă tuturor lucrătorilor li s-a făcut instructajul de protecţie a muncii specific meseriei şi lucrărilor ce urmează să le execute în conformitate cu ,,Normele generale de protecţie a muncii" în vigoare ;

b) dacă printre personalul care urmează să execute lucrări sau activităţi există persoane bolnave, obosite sau sub influenţa băuturilor alcoolice;

c) dacă toţi lucrătorii sunt dotaţi cu echipament individual de protecţie corespunzător activităţilor ce le au de executat;

d) dacă sculele, dispozitivele şi utilajele ce urmează a fi folosite sunt în bună stare.Existenţa unor situaţii neconforme cu punctele a, b, c, d, atrage automat obligativitatea neacceptării la lucru a persoanei respective.

Personalul va executa numai lucrările încredinţate de conducătorul formaţiei de muncă şi numai acelea pentru care este calificat şi autorizat. Toate locurile de muncă unde există pericolul de intoxicare, sufocare, electrocutare, cădere de la înălţime etc., vor fi marcate cu tăbliţe avertizoare, iar spaţiul respectiv va fi izolat si împrejmuit faţă de zona înconjurătoare prin bariere, balustrade etc. Toate suprafeţele pe care se circulă (pasarele, platforme etc.) vor fi în permanenţă menţinute în stare de curăţenie, îndepărtându-se orice urmă de noroi sau grăsimi care ar putea provoca căderea prin alunecare a personalului muncilor

IV.5 PREVEDERI DE SECURITATE A MUNCII PENTRU ACTIVITATEADE DEPOZITARE ,MANIPULARE ŞI TRANSPORT A MATERIALELOR

IV.5.1. Depozitarea materialelor

În operaţiile de manipulare, transport şi depozitare a materialelor, utilajelor şi sculelor se vor respecta „Normele specifice de securitate a muncii pentru manipularea, transportul prin purtare sau cu mijloace mecanizate şi depozitare a materialelor".

Aşezarea materialelor, utilajelor si a sculelor se vor executa de personal specializat şi dotat , cu echipament individual de protecţie corespunzător. Materialele se vor depozita pe sortimente, în stive sau stelaje, asigurate împotriva rostogolirii sau a mişcărilor necontrolate.

La amenajarea spaţiilor de depozitare a produselor toxice, inflamabile sau explozibile, pe lângă prevederile prezentelor norme se vor aplica şi prevederile altor reglementări legale în

305 din 375

vigoare referitoare la aceste substanţe (legi, decrete, norme PSI etc.) La depozitele de substanţe inflamabile, instalaţiile electrice vor fi în construcţie antiex.

Produsele de vopsire se vor depozita în spaţii distincte, închise, îngrădite, special amenajate şi marcate corespunzător, în funcţie de natura materialelor. Depozitarea produselor de vopsire se va face în spaţii uscate, aerisite, asigurate, ferite de acţiunea intemperiilor şi radiaţiilor solare, de sursele de foc deschis sau de alte surse de încălzire, temperatură cuprinsă între 5°C şi 25°C. Clasa de inflamabilitate pentru fiecare produs, stabilită conform P118/83, va fi consemnată în specificaţia tehnică aferentă produsului. Depozitarea lichidelor combustibile din clasele I şi II se poate face în aceeaşi clădire cu lichidele combustibile din clasele III si IV, cu condiţia ca spaţiile pentru lichidele din clasele I şi II să fie separate prin pereţi antifoc de cele pentru lichidele din clasele III şi IV. Vopselele şi diluanţii vor fi depozitate în ambalaje metalice prevăzute cu capace care se închid etanş şi dotate cu mânere. După golire, ambalajele ce au conţinut materiale de vopsire vor fi depozitate în locuri special destinate în acest scop.

Depozitarea produselor se va face în recipiente perfect etanşe, a căror integritate iniţială va fi verificată şi menţinută prin manipulări atente, fără şocuri mecanice. Produsele ambalate vor fi depozitate ordonat, pe loturi, şi vor fi prevăzute cu etichete referitoare la conţinutul şi denumirea chimică uzuală a produsului, dalta fabricării şi indicatoare de avertizare asupra pericolului pe care îl prezintă.

Uşile spaţiilor de depozitare vor fi inscripţionate cu indicatoare de avertizare asupra pericolelor existente, conform standardelor în vigoare si vor fi ţinute sub cheie de către un gestionar. Uşile se vor deschide spre exterior.

În spaţiile de depozitare se interzic fumatul, intrarea cu flacără deschisă, precum şi accesul persoanelor străine. De asemenea se va menţine curăţenia, prin îndepărtarea imediată a oricăror scurgeri accidentale de produs, acestea prezentând în multe cazuri pericol de autoaprindere" prin oxidare.

În cadrul spaţiilor de depozitare se va asigura o circulaţie adecvată a aerului, prin ventilare naturală organizată sau mecanică, în funcţie de caracteristicile substanţelor depozitate şi conform specificaţiilor producătorului, pentru a fi menţinută permanent o atmosferă fără noxe sau amestecuri explozive de vapori. Spaţiile de depozitare vor fi dotate cu substanţe neutralizante pentru cazurile de scurgeri accidentale şi cu mijloace adecvate de stins incendii, în funcţie de natura produselor stocate şi de indicaţiile specificaţiilor tehnice aferente fiecărui produs privind stingerea incendiilor.

Dezgheţarea armăturilor, ventilelor, conductelor, pompelor etc. aferente depozitelor se va face numai cu apă caldă, aburi etc., fiind interzisă folosirea în acest scop a focului deschis.

Demontările, înlocuirile, reparaţiile şi alte operaţii similare la pompe, robinete, conducte, rezervoare etc. din dotarea depozitelor, care impun folosirea focului deschis se vor efectua numai după obţinerea permisului de „lucru cu foc", oprirea şi curăţarea de produsele inflamabile a instalaţiei respective şi asigurarea tuturor măsurilor ce se impun pentru prevenirea incendiilor sau exploziilor.

IV.5.2. Manipularea şi transportul a materialelor

Încărcarea, descărcarea şi , manipularea materialelor, utilajelor si a sculelor se vor executa de personal specializat şi dotat , cu echipament individual de protecţie corespunzător. Transportul sculelor de mână se va face în lădiţe sau truse speciale a căror greutate nu va depăşi 20 kg.

Personalul care execută operaţiile de manipulare, transport şi depozitare va fi instruit cu privire la caracterul periculos al acestor produse şi la riscul de. incendiu, accidentare sau îmbolnăvire profesională în caz de nerespectare a măsurilor de prevenire stabilite prin normele specifice de securitate a muncii, normele P.S.I. şi instrucţiunile proprii. În timpul manipulării produselor de vopsire, lucrătorii vor purta echipamentul individual de protecţie adecvat pericolelor existente şi stabilit prin instrucţiunile proprii.

306 din 375

Se interzice aruncarea materialelor şi sculelor devenite indisponibile în timpul lucrului. Acestea vor fi ridicate sau coborâte cu grijă pentru evitarea accidentelor. În cazul când operaţiile de încărcare si descărcare a unor materiale se execută manual, podeţele înclinate vor fi prevăzute cu şipci transversale la o distanţă de 300—400 mm între ele sau cu alte mijloace care să împiedice alunecarea lucrătorilor.

Transportul substanţelor toxice, caustice, inflamabile sau explozibile de la depozite la locurile de muncă se va face cu mijloace de transport adecvate specificului substanţei respective şi tipului de ambalaj, conduse de personal special instruit şi numit în acest scop. În timpul transportului, ambalajele (recipientele cu materiale de vopsire) vor fi asigurate împotriva răsturnării. Este interzis transportul substanţelor chimice în recipiente deschise şi neprotejate. De asemenea se interzice utilizarea mijloacelor de transport neamenajate special, pentru transportul substanţelor inflamabile şi neechipate cu mijloace adecvate de stins incendii, în funcţie de natura produselor transportate şi de indicaţiile tehnice aferente fiecărui produs, privind stingerea incendiilor.

Se vor respecta indicaţiile privind incompatibilitatea dintre diversele categorii de produse peliculogene şi produse auxiliare, conform specificaţiilor tehnice si etichetărilor, fiind interzis transportul acestor produse împreună, în acelaşi mijloc de transport (exemple : componenţi acizi împreună cu produse puternic alcaline, acceleratori de cobalt sau sicativi metalici împreună cu peroxizi organici sau cu alte substanţe oxidante etc.).

Toate operaţiile de manipulare a produselor de vopsire, precum şi de distrugere a reziduurilor vor fi executate respectându-se normele de prevenire a incendiilor şi caracteristicile produsului din specificaţia tehnică aferentă. Cisternele pentru transportul produselor inflamabile vor fi legate la pământ.

Operaţiile de transvazare a substanţelor se vor efectua cu dispozitive speciale, astfel încât să se evite contactul lucrătorilor cu substanţele respective sau inhalarea de vapori nocivi. La utilizarea dispozitivelor de sifonare se interzice aspirarea cu gura. La transvazarea substanţelor inflamabile se va asigura scurgerea sub formă de jet continuu şi nu sub formă de ploaie, pentru eliminarea posibilităţilor de apariţie a electricităţii statice.

Deschiderea capacelor metalice se va face cu scule care nu produc scântei.Colectarea reziduurilor, cârpelor, bumbacului, hârtiei îmbibate cu substanţe sau cu

produse auxiliare se va face în recipiente speciale.In timpul manipulărilor se vor evita deversările şi se va verifica închiderea etanşă a

ambalajelor, care pot fi depuse în spaţii special amenajate.

IV.6 PREVEDERI DE SECURITATE A MUNCII PENTRU ACTIVITATEA DESFĂŞURATĂ ÎN COMPARTIMENTUL MAŞINI

IV.6.1. Generalităţi

Se interzice blocarea spaţiilor de circulaţie şi de acces din sala maşinilor, inclusiv a celor de avarie. Încăperile în care se află maşinile, motoarele cu ardere internă etc. trebuie să fie permanent aerisite. Compartimentele de maşini trebuie să aibă o iluminare corespunzătoare. Lămpile electrice trebuie să fie etanşe şi prevăzute cu coşuri metalice şi globuri de protecţie. Ieşirile de avarie, uşile de acces la compartimentul maşini şi spiraiurile sălii maşinilor vor fi prevăzute cu sisteme duble de acţionare de deschidere-închidere atât din interior cât şi din exterior şi vor fi menţinute permanent în stare de funcţionare şi fără a fi blocate. În locurile unde se demontează balustradele pentru reparaţii sau modificări, se vor monta imediat balustrade provizorii astfel ca puntea, podeţul sau scara pe care se circulă să nu rămână fără balustradă.

Ţinuta personalului, în compartimentul maşini, în timpul serviciului de cart şi gardă şi al salariaţilor de întreţinere şi reparaţii, va fi corespunzătoare condiţiilor de lucru, îmbrăcămintea va fi bine strânsă pe corp, iar încălţămintea va avea talpă antiderapantă şi bombeu metalic. La lucrările care se execută la înălţime se va utiliza centura de siguranţă. Personalul din sala maşinilor va fi dotat cu protectori individuali împotriva zgomotului (antifoane de tip corespunzător).

307 din 375

În timpul remedierii defecţiunilor la motoarele de propulsie vor fi luate măsuri de blocare a axelor portelice sau a zbaturilor. În timpul operaţiilor de întreţinere şi reparaţii la maşini, utilaje şi instalaţii piesele şi materialele vor fi amarate şi depozitate corect, pentru prevenirea unor eventuale accidente. Se interzice demontarea paiolurilor, grătarelor etc. fără ca în prealabil toate căile de acces spre acestea să fie blocate şi inscripţionate corespunzător. Înaintea operaţiilor de introducere a unor piese din exterior în şahtul maşinii cu ajutorul macaralei, vor fi luate măsuri de îndepărtare a tuturor obstacolelor şi a oamenilor din zona respectivă de lucru. Operaţiile de demontare şi montare se vor face numai sub conducerea ofiţerilor mecanici care răspund de agregatul sau instalaţia respectivă. Remedierile necesare la agregate sau instalaţii vor fi executate numai după oprirea acestora. Locurile periculoase care nu pot fi protejate cu apărători vor fi îngrădite cu balustrade sau paravane de protecţie montate la distanţă corespunzătoare.

Transmisiile cu roţi dinţate, cuplaje, curele, lanţuri etc. trebuie protejate cu carcase metalice. Toate părţile componente ale unei maşini, ale unui utilaj sau ale unei instalaţii şi toate conductele cu temperaturi de peste 55°C trebuie să fie izolate din punct de vedere termic. Dispozitivele de protecţie vor fi îndepărtate de la locul lor numai în caz de reparaţii, control sau curăţenie şi numai atât timp cât instalaţia nu funcţionează. Acestea vor fi montate înainte de începerea probelor de funcţionare care se execută după reparaţii sau revizii. La repararea mecanismelor în compartimentul de maşini se va evita lucrul la nivelurile suprapuse, în cazul când acest lucru nu se poate evita, se vor confecţiona platforme care să izoleze personalul de la nivelurile inferioare. Toate organele exterioare în mişcare ale maşinilor şi mecanismelor care pot produce accidente trebuie să aibă apărători de protecţie.

Introducerea motoarelor, agregatelor şi oricăror piese grele se va executa numai cu instalaţii de ridicat prin deschizăturile punţii special amenajate. În timpul când se execută manevre de introducere a agregatelor prin deschizături anume făcute în punte, în zona periculoasă din dreptul lor lucrul este interzis, personalul va fi îndepărtat, iar locul supravegheat. Până la montarea diferitelor ansambluri (luminatoare, culoare etc.), locul respectiv (decuparea) trebuie îngrădit cu balustrade solid construite, cu înălţimea de l m şi scândură de bord de 15—20 cm, sau astupate cu capace solide. Până la fixarea definitivă a paiolului pe osatura navei se vor aşeza panouri de scânduri pentru a se evita căderea muncitorilor în santină. Este interzisă executarea oricăror lucrări de pe rezervoare rotunde, butelii de aer etc., oricât de scurt ar fi timpul necesar executării lucrărilor; trebuie în mod obligatoriu să se execute platforme simple şi comode.

Bidoanele, damigenele, sticlele şi orice vas cu substanţe chimice lichide, inflamabile sau combustibile vor fi bine astupate şi amarate şi vor fi depozitate în încăperi separate; ele vor fi etichetate asupra conţinutului. Se interzice depozitarea sau manipularea lichidelor inflamabile în vase din material plastic, cu excepţia celui special realizat împotriva acumulării electricităţii statice. În compartimentul maşini se interzic spălarea şi degresarea cu produse uşor inflamabile sau toxice.

IV.6.2. Motoare cu ardere internă

Înainte de începerea oricărei operaţii de reparare sau întreţinere la motoarele principale sau auxiliare, se va asigura ca maşina respectivă să nu fie pusă în mişcare în mod accidental. În timpul executării lucrărilor care implică demontarea unor piese grele, vor fi luate măsuri de amarare a acestora.

La efectuarea controlului interior al carterelor motoarelor, efectuarea de măsurători în carter etc. se vor utiliza lămpi portative cu glob de tip etanş (antiex). Este interzis a se interveni la instalaţia de înaltă presiune în timpul funcţionării motoarelor. Se interzice agăţarea şi uscarea hainelor şi altor materiale pe maşini, instalaţii sau pe dispozitivele de protecţie ale acestora.

La motoarele cu virare manuală, după fiecare virare este obligatorie scoaterea levierului. Înainte de pornirea motoarelor principale se va verifica dacă virorul este decuplat, dacă toate apărătorile organelor în mişcare sunt montate, dacă nu sunt scule şi dispozitive în carter sau pe motor. În cazul folosirii soluţiei pentru dezincrustarea spaţiilor cu apă de răcire a motoarelor, se vor aplica instrucţiunile firmei producătoare.

308 din 375

Dacă sunt scăpări de oxid de carbon, amoniac, bioxid de carbon etc. în compartimentul maşini, trebuie să se utilizeze pentru intervenţie măşti de gaze cu cartuş filtrant în funcţie de gazul respectiv. Aceste măşti vor fi păstrate capsulate, în cutii speciale, cu posibilitatea de a le utiliza în cel mai scurt timp. Este interzisă folosirea măştii contra gazelor din dotare(pentru acţiunile de luptă).

La pornirea manuală a motoarelor stabile de la bărcile de salvare, a motocompresoarelor, a motoarelor de avarie etc. se vor avea în vedere următoarele: manivela să fie fixată corect în rac; ştiftul manivelei să nu fie uzat; rotirea manivelei pentru pornire se execută de jos în sus, iar degetele se vor aşeza toate pe aceeaşi parte a mânerului; mânerul manivelei va fi prevăzut cu manşon.

Persoanele care pun în funcţiune motorul cu ardere internă având pornirea cu "ţigarete" vor trebui să verifice gradul de uzură al filetului suportului ţigaretei. Se vor îndepărta acele suporturi ale căror filete sunt uzate.

Orice operaţie de gresare şi schimbare a uleiului se face numai cu oprirea motorului, numai în situaţiile în care funcţionarea motorului ar pune în pericol siguranţa personalului de deservire iar aparatele manuale ca şi cele automate se manevrează numai de personal pregătit special în acest scop. Aparatele sânt prevăzute şi cu instrucţiuni de folosire afişate în apropierea locului de lucru cu ele.

Uleiurile, valvolina şi unsorile uzate se vor colecta zilnic de la locurile de muncă. Echipamentul de protecţie prevăzut în normative este obligatoriu.

IV.6.3. Maşini cu abur şi căldări

La punctele de exploatare a instalaţiilor mecanice sub presiune se vor afişa:a) schema instalaţiei, cu indicarea tuturor organelor de reglaj şi control;b) instrucţiunile de utilizare;c) măsurile de protecţie a muncii.

Afişele vor fi înlocuite ori de câte ori s-au degradat sau când instalaţia a fost modificată.Pentru remedierea unor avarii sau mici incidente în funcţionarea instalaţiilor cu aburi, nu

se efectuează nici o demontare fără ştirea şi aprobarea şefului mecanic sau a înlocuitorului acestuia şi numai după ce se izolează locul unde se execută lucrarea şi se purjează acea parte din instalaţie. După demontare, vor fi luate măsuri de asigurare împotriva deschiderii valvulelor aferente care ar permite scăpări de vapori şi vor fi montate tăbliţe de avertizare: "NU MANEVRAŢI ! SE LUCREAZĂ". La terminarea lucrării, se va face proba de funcţionare, care va fi controlată de către şeful mecanic sau înlocuitorul acestuia.

Se interzice depozitarea de materiale în compartimentul căldări; trecerile vor fi întotdeauna libere. Mânerele robinetelor indicatoarelor de nivel vor fi izolate, pentru a nu provoca arsuri atunci când sunt manevrate.

IV.6.4. Reparaţii la corpul navei , cârmă şi la elice

Lucrările în tancurile de combustibil şi de alte materiale uşor inflamabile se admit numai după ce ele au fost curăţate de reziduuri şi au fost degazate şi ventilate cu multă atenţie. La executarea acestor operaţii, oamenii care lucrează în tancuri trebuie să fie echipaţi cu centură de siguranţă şi cu mască izolantă sau cu mască de protecţie cu aducţie de aer curat din afară. Cel care coboară în tanc va fi supravegheat de altul care rămâne afară, ţinând în mină capătul liber al frânghiei (călăuză) care are celălalt capăt legat de centura de siguranţă.In tot timpul lucrului trebuie ca toate deschiderile şi gurile de vizitare ale tancului să fie lăsate deschise.

Este interzis a se face curăţarea vopselei vechi prin ardere prealabilă cu lămpi de benzină în interiorul navelor. Înainte de începerea operaţiunilor de vopsire în spaţii închise, maistrul sau şeful de echipă va verifica personal si se vor asigura că în compartimentele vecine nu se sudează sau nu se execută lucrări cu foc deschis.

În timpul vopsirii compartimentelor închise si dublului fund se va întrebuinţa o ventilaţie corespunzătoare locului de muncă respectiv în vederea eliminării gazelor sau măşti de protecţie cu aducţie de aer. La vopsirea prin pulverizare în interiorul compartimentelor se vor folosi în mod obligatoriu măşti izolante sau măşti de protecţie cu aducţie de aer curat. Când se

309 din 375

vopseşte cu materiale toxice, inflamabile sau explozive, se vor utiliza măşti izolante sau măşti de protecţie cu aducţie de aer curat si lămpi de 24 V în construcţie antiexplozivă pentru iluminat local, de asemenea, pe navă se vor pune tăblii indicatoare cu inscripţia : „PERICOL DE INCENDIU ŞI EXPLOZIE", .„ACCESUL CU FOC INTERZIS", „FUMATUL INTERZIS". Dacă în timpul lucrului apar emanaţii de gaze puternice se va opri lucrul şi se vor lua măsuri de elucidare şi înlăturare a cauzelor. La terminarea lucrului se va verifica compartimentul unde s-a lucrat pentru evitarea lăsării oricăror surse de incendiu.

Legăturile pentru lămpile portative de pe navă vor fi amplasate în cofrete închise ermetic pentru a nu produce aprinderea vaporilor explozivi.

Se interzice lucrul în afara bordului în regiunea elicelor când acestea sunt în funcţiune. Lucrul în regiunea elicelor, când acestea nu funcţionează, este permis numai după ce în prealabil a fost înştiinţat mecanicul şef al navei sau înlocuitorul acestuia pentru a se exclude posibilitatea punerii în mişcare a maşinilor. Motoarele se pornesc numai după ce s-au verificat compartimentele pe unde trec liniile axiale pentru a exclude posibilitatea de accidentare a personalului de către liniile axiale.

IV.6.5. Andocarea navei

Este interzis a se trece de pe doc pe navă şi invers prin alte locuri decât pe pasarela de trecere. La coborârea navei de pe doc, înainte de a se desprinde de pe cavaleţi, vor fi controlate toate compartimentele navei din punctul de vedere al vitalităţii şi flotabilităţii.

Echipajelor navelor li se va atrage atenţia asupra locurilor unde se execută pe doc manevra cu piese grele, cu macarale sau cu diferite instalaţii de ridicare.

Tot timpul cât nava este pe doc, nu se va manevra pana cârmei şi nu se va roti elicea navei cu virorul, fără a se lua toate măsurile de siguranţă şi de control la pupa navei şi fără aprobarea docului.Pe doc, branşamentele electrice, de apă sau de aer vor fi executate numai de către personalul docului. În timpul cât nava primeşte curent electric de la doc, este interzis să se folosească consumatorii electrici de putere mare, fără ca în prealabil să fie anunţat docul.

IV.6.6. Efectuarea probelor

Pentru executarea probelor la instalaţia de guvernare se vor lua măsuri de verificare a penei cârmei în sensul ca aceasta să nu fie blocată de pontoane, flotoare, plute etc. şi a întregii articulaţii a instalaţiei de guvernare.

În vederea efectuării probelor de regim la motoarele principale se vor lua în plus următoarele măsuri :

a) se va asigura legarea navei de cheu în funcţie de puterea motorului ce se probează;b) se vor îndepărta de navă toate ambarcaţiunile si pontoanele de lucru;c) se vor întări legăturile navei ce se află în pupa navei care efectuează probele;d) se vor lua măsuri de menţinere în poziţie normală a pasarelelor şi schelelor de

legătură cu malul.Probarea instalaţiei de încărcare se va face sub îndrumarea tehnică a şantierului. Pentru

executarea probelor la instalaţia de manevră a bărcilor se vor lua măsuri de evacuare a tuturor ambarcaţiunilor ce se află în zona de acţiune a gruielor de barcă. Este interzisă executarea probelor la gruiele de bărci cu oameni la bordul bărcilor.

Pe tot timpul cât tabloul principal de distribuţie la navele în construcţie este sub tensiune, va fi prevăzut cu paravane etc. pentru a împiedica accesul altor persoane decât electricienilor. Tablourile vor fi dotate cu covoare si podeţe electroizolante.

Înainte de începerea probei unui agregat sau unei instalaţii electrice se vor verifica existenţa si funcţionarea sistemelor de protecţie.

310 din 375

IV.7 PREVEDERI DE SECURITATE A MUNCII PENTRU ACTIVITAŢI DE PRELUCRARE A MATERIALELOR

IV.7.1. Prelucrarea mecanică a materialelor

Operaţiile de prelucrare a ţevilor (tăierea, îndoirea, fasonarea etc.) vor fi executate pe bancul de lucru din atelierele de semifabricate. Se interzice executarea operaţiilor de prelucrare a ţevilor pe schelele de montaj, cu excepţia ajustării racordurilor între conducte, în vederea definitivării poziţiei de montaj.

Prelucrarea ţevilor metalice în vederea executării reparaţiilor sau a prefabricatelor, precum si operaţiile de pilire, găurire, lipire şi sudare a ţevilor şi confecţiilor metalice, se vor efectua cu scule, dispozitive şi utilaje în bună stare de funcţionare şi cu respectarea normelor specifice de securitate a muncii privitoare la operaţiile respective.

Prelucrarea ţevilor si a prefabricatelor din materiale plastice se va efectua cu scule, dispozitive şi utilaje în bună stare de funcţionare si se vor respecta „Normele specifice de securitate a muncii pentru prelucrarea cauciucului sintetic şi a produselor macro-moleculare".

Aparatele electrice portabile sau fixe folosite la lucrările de reparaţii vor fi obligatoriu conectate la instalaţia de legare la pământ, în astfel de cazuri se vor respecta prevederile standardelor în vigoare ce cuprind prescripţii privind protecţia împotriva electrocutării la utilajele şi echipamentele mobile sau fixe, precum şi a „Normelor specifice de securitate a muncii pentru utilizarea energiei electrice".

La operaţia de îndoire la rece a ţevilor folosite în instalaţii vor fi respectate următoarele instrucţiuni :

a) umplerea ţevilor se va face numai cu nisip bine uscat;b) umplerea ţevilor cu nisip va fi făcută numai cu ajutorul unui turn special

amenajat pe baza unui proiect, iar folosirea turnului va fi posibilă numai după ce in prealabil a fost verificat de către conducătorul formaţiei de lucru;

c) zona de lucru a turnului va fi îngrădită;d) ţevile vor fi uscate bine înainte de a fi umplute cu nisip;e) este interzisă îndoirea ţevilor cu suprafaţa interioară umedă, iar în timpul iernii

cu suprafaţa acoperită cu gheaţă sau zăpadă.La operaţia de îndoire a ţevilor la cald vor fi luate următoarele măsuri :

a) pentru ţevile lungi se vor întrebuinţa suporţi susţinători;b) răcirea cu apă a ţevilor încălzite va fi făcută de l a distanţă cu ajutorul

căuşilor cu mânere lungi.Este interzis a se face controlul cu mâna al coincidenţei orificiilor şuruburilor la

îmbinarea ţevilor prin flanşe. În acest scop vor fi folosite dornurile sau .şuruburile. Dispozitivele de fixare a conductelor vor fi confecţionate din materiale incombustibile.

În compartimentul maşini, vor fi afişate în locuri vizibile schemele instalaţiilor (conductelor) precum şi instrucţiunile de deservire a lor în condiţii normale de funcţionare, ca şi modul de procedură în situaţii de avarie. Ventilele de închidere si şuberele vor avea marcate în mod vizibil, chiar pe ele, semne care să indice sensul de rotire al dispozitivului de închidere, precum si sensul de mişcare a fluidului în conductă. Lucrătorii care execută operaţii de curăţare mecanică a conductelor sunt obligaţi a purta mănuşi şi ochelari de protecţie.

Operaţiile de şlefuire, polizare şi lustruire mecanică se vor efectua în încăperi separate. Maşinile sau instalaţiile de şlefuire, polizare şi lustruire mecanică vor fi prevăzute cu instalaţii de ventilare mecanică locală. Dispozitivele de protecţie (carcase) a zonelor ie degajare a particulelor rezultate din procesele de lucru vor îndeplini concomitent funcţia de protecţie a lucrătorilor contra particulelor din zona de lucru ; dispozitivele de aspiraţie locală vor fi racordate la instalaţia de ventilare mecanică locală. Carcasele de protecţie vor lăsa liberă numai partea de disc strict necesară lucrului, orientată într-o direcţie nepericuloasă pentru operator. Capetele axelor maşinilor de şlefuit vor fi protejate, dacă depăşesc cu mai mult de un sfert din diametrul lor piuliţa de strângere a discurilor. Capetele axelor

311 din 375

maşinilor de şlefuit de dimensiuni nepericuloase (mai scurte de 50 mm) vor avea suprafeţele netede şi muchiile rotunjite. La maşinile cu mai multe viteze de rotaţie se interzice depăşirea vitezei admise, în funcţie de dimensiunile discului sau şaibei de polizat şi a pieselor de prelucrat.

Şaibele confecţionate din materiale moi vor avea gaura centrală protejată cu un material solid şi rezistent pentru a nu se deforma în timpul lucrului si a nu produce accidentarea.

Maşinile de şlefuit vor fi prevăzute cu iluminat local astfel amplasat încât filamentul să nu fie vizibil. După utilizarea pastelor de lustruit este obligatorie spălarea mâinilor şi a feţei.

Se interzic fumatul, focul deschis şi utilizarea surselor de căldură care pot provoca incendii, întrucât scamele degajate din procesele de prelucrare sunt inflamabile.

IV.7.2. Prelucrarea termică a materialelor

IV.7.2.1 Lucrări de sudură electrică şi oxiacetilenică

La toate lucrările de sudură efectuate atât în halele sau atelierele de producţie, cât si pe platforme deschise, pe cale, în docul uscat etc., se vor aplica normele specifice de tehnica securităţii muncii.

Toate aparatele de sudură electrică vor fi amplasate în locuri anume destinate. Aparatele ce lucrează în aer liber vor trebui să fie protejate împotriva intemperiilor. Cablurile de la cleşte se vor trece pe sub căile de acces pentru a evita electrocutările şi deteriorarea lor. Agregatele vor fi legate la instalaţia de protecţie prin legare la nul de protecţie, precum si la pământ şi vor fi echipate cu dispozitive de protecţie.

În cazul în care de la cel mai îndepărtat punct din interiorul navei faţă de cel mai apropiat punct de distribuţie a curentului pe mal există o distanţă ce nu poate fi parcursă de un cablu mai scurt de 50 m, agregatele pot fi amplasate pe punte în locuri special amenajate şi acoperite. Cablurile de alimentare cu curent de la mal ale acestor puncte vor fi protejate în tuburi si legate la instalaţia de protecţie prin legare la pământ. În timpul lucrărilor de sudură pe punţi, conductorii trebuie să fie astfel aşezaţi şi protejaţi încât să nu pericliteze angajaţii ce lucrează pe navă.

Sudarea în apropierea căptuşelilor de lemn sau altor materiale combustibile trebuie să se efectueze cu măsuri corespunzătoare contra incendiilor.

Înainte de începerea lucrărilor de sudură la navele aflate în reparaţie sau la navele ce se află în stadiul de finisare, şeful de echipă (maistrul) vor verifica dacă prin lucrările ce se execută nu se periclitează securitatea personalului aflat în compartimentele vecine sau în cele aflate jos, dacă încălzirea materialelor prin sudură nu produce pericol de explozie, incendiu în alte secţiuni ale navei. Lucrările de sudură se vor începe numai în cazurile de deplină, securitate.

Când se lucrează în dublu fund sau la compartimente închise se vor lua măsuri speciale de aerisire prealabilă şi ventilare. Se vor folosi ventilatoare acţionate cu turbine, cu aer comprimat, ejectoare cu aer comprimat sau distribuitoare de aer care să reducă presiunea aerului comprimat din reţea. Admisia aerului se va face în compartiment şi în timpul cit se execută operaţiunile de sudare sau tăiere.

Sudorul şi ajutorul său vor fi legaţi cu o frânghie în afara compartimentului, fiind supravegheaţi din afară de un angajat special numit. In cazuri speciale se poate folosi şi mască cu aspiraţia aerului din afara compartimentului.

IV.7.2.2. Utilizarea lămpii de benzină

La utilizarea lămpii de benzină cu care se execută lipiturile se vor respecta următoarele:

a) umplerea cu benzină a rezervorului nu va depăşi trei sferturi din capacitatea

312 din 375

acestuia;b) este interzisă umplerea rezervorului, demontarea şi montarea lămpii, desfacerea

buşonului etc. în apropierea unei flăcări deschise;c) este interzisă introducerea benzinei prin arzător în scopul unei amorsări rapide a

flăcării este interzisă aprinderea lămpii de benzină cu buşonul rezervorului desfăcut sau incomplet înşurubat;

d) este interzisă desfacerea arzătorului lămpii de benzină când rezervorul acesteia se află sub presiune.

IV.7.3. Prelucrarea chimică a materialelor

IV.7.3.1. Degresarea în solvenţi organici şi în produse petroliere

Se interzice utilizarea solvenţilor organici inflamabili în încăperi neamenajate, în conformitate cu prevederile normelor P.S.I. în vigoare. Operaţiile de degresare cu solvenţi organici se vor efectua în locuri special amenajate pentru aceasta. Operaţiile de degresare în tricloretilenă sau percloretilenă se vor efectua cu utilaje carcasate care să nu permită degajare cu vapori.

Nu se va folosi tricloretilena şi percloretilena în utilaje deschise, în încăperi închise, neventilate. Nu se va efectua operaţiile de degresare în atmosferă umedă sau în apropierea surselor de lumină, foc şi căliră puternică. Se interzice depăşirea temperaturilor de descompune pentru percloretilenă (peste 150°C) şi pentru tricloretilenă este 120°C). In încăperile în care se lucrează cu tricloretilenă sunt interzise focuri deschise şi scântei. Degresarea în tricloretilenă a pieselor reprezintă pe suprafeţe şpan sau pulberi de metale uşoare este interzisă.

Se interzice lucrul cu tricloretilenă a unei singure persoane, în încăperea respectivă trebuie să existe şi alte persoane, pentru acordarea primului ajutor în caz de necesitate.

IV.7.3.2. Degresarea chimică

Se interzice degresarea chimică fără funcţionarea instalaţiilor de ventilare mecanică locală aferente băilor. In carul agitării băilor cu aer, debitul de aer va fi astfel reglat încât să se evite stropirea lucrătorilor cu soluţii alcaline.

Introducerea şi scoaterea pieselor din băi se vor face lent, pentru a evita stropirea lucrătorilor cu substanţe alcaline. Lucrătorii ce execută operaţia de curăţare chimică a conductelor cu .diferiţi acizi sau baze, vor fi. echipaţi cu echipament de protecţie individual conform ,,Normativului-cadru de acordare a echipamentului individual de protecţie" emis de MMPS şi vor purta obligatoriu mănuşi de cauciuc şi măşti de gaze cu filtru pentru vapori şi acizi.

La curăţarea chimică a ţevilor cu acizi, temperatura acestora nu va depăşi 40C.

IV.7.3.3. Decaparea chimică

Se interzice lucrul fără funcţionarea instalaţiilor de ventilare mecanică locală, exceptând băile care conţin soluţii foarte diluate (sub 1% acid).

Exploatarea băilor cu conţinut acid, calde sau reci, precum şi atingerea pieselor umezite cu soluţii acide se vor face în aşa fel încât să fie evitat contactul direct al soluţiilor cu pielea.

Curăţarea acidului azotic de pe pardoseli precum a vaselor de acid azotic, se va face numai cu apă curată, fiind interzisă utilizarea altor substanţe sau materiale (rumeguş, paie, .ţi, pământ etc.).

313 din 375

IV.7.4. Vopsirea produselor rezultate din prelucrarea materialelor

IV.7.4.1 Prevederi comune tuturor procedeelor de vopsire

Cel puţin o dată pe lună se va face o verificare completă a instalaţiilor de ventilare, urmărindu-se eficienţa acestora şi respectarea parametrilor prevăzuţi prin cartea tehnică a instalaţiilor, în cazul în care se constată scăderea eficientei instalaţiilor de ventilare, se vor efectua curăţarea adecvată, repararea sau înlocuirea, după caz, a unor elemente ale acestora.

Se interzice depozitarea materialelor combustibile pe o rază de 10 m de la accesul la utilajele de vopsire. Uşile încăperilor de lucru vor fi prevăzute cu indicatoare de avertizare contra pericolului existent, conform standardelor în vigoare şi se vor deschide spre exterior. Căile de acces şi circulaţie .vor fi menţinute permanent libere şi curate.

Ori de câte ori survin scurgeri, stropiri sau vărsări de soluţii pe pardoseală, se va proceda imediat la îndepărtarea acestora cu mijloace adecvate substanţelor respective. În cazul în care nu se poate asigura ventilarea locului de muncă, se admite efectuarea de lucrări de vopsire în camere cu un volum de cel puţin 30 m2 şi cu o suprafaţă de 10 m2, cu condiţia să se respecte concentraţiile admise de substanţe toxice în atmosfera zonei de muncă, în acest caz lucrătorul poate lucra fără echipament de protecţie a căilor respiratorii. În atelierul de vopsire se va asigura o temperatură minimum 16°—18°C. La locurile de muncă se admite păstrarea numai a unor cantităţi de lacuri, vopsele, solvenţi etc., necesare unui schimb de lucru.

Pentru lucrările de vopsitorie care se execută la înălţimi mai mari de 2 m, unde nu sunt scări şi platforme cu balustradă, lucrătorii se vor asigura împotriva căderii cu centuri de siguranţă legate de elementele fixe existente. Este interzis lucrul fără echipamentul individual de protecţie prevăzut pentru fiecare categorie de lucrări, prin instrucţiunile proprii şi lucrul cu hainele îmbibate cu substanţe inflamabile.

Personalului din vopsitorii îi este interzis să se apropie de sursele de căldură cu foc deschis, în echipamentul de lucru precum şi purtarea lenjeriei de corp din fibre sintetice.

Se interzice lucrătorilor care lucrează cu pistoale de pulverizare, să îndrepte jetul asupra altor persoane.

Furtunurile şi echipamentele de vopsire vor fi depozitate astfel încât, în eventualitatea unor scurgeri sau distrugeri, materialul de aplicat să nu curgă într-un spaţiu unde să constituie sursă de aprindere.

Vopsirea cu pensula se poate executa şi în hale de cu alt specific, cu condiţia ca în apropiere să nu existe surse de aprindere, iar ventilarea generală să asigure respectarea concentraţiei admisibile în zona de lucru.

IV.7.4.2. Prepararea materialelor de vopsire

Prepararea materialelor de vopsire (lacuri, vopsele te.) se va efectua numai în spaţii special amenajate, în funcţie de natura produselor si de tehnologia aplicată, cu respectarea normelor PSI în vigoare.

Se interzice prepararea materialelor de vopsire în spaţiile de depozitare ale acestora sau în alte spaţii neamenajate pentru aceasta.

Se interzice folosirea surselor incandescente, a focului deschis, fumatului etc. în încăperile în care se prepară vopselele.

Uşile încăperilor în care se prepară vopselele vor fi inscripţionate cu indicatoare de avertizare şi de interdicţie corespunzătoare.

314 din 375

IV.8. PREVEDERI DE SECURITATE A MUNCII PENTRU ACTIVITATEADE PRODUCERE A AERULUI COMPRIMAT

IV.8.1. Activitatea de producere a aerului comprimat în instalaţii fixeOperatorul trebuie să menţină în perfectă stare de curăţenie elementele de prefiltrare ale

prizei de aer. Curăţarea filtrelor de aer trebuie efectuată periodic, în conformitate cu indicaţiile întreprinderii constructoare prevăzute în Cartea tehnică a utilajului sau ori de câte ori este nevoie. Atunci când agregatul de comprimare are un singur filtru de aer este interzisă curăţarea acestuia în timpul funcţionării, în cazul în care sunt mai multe filtre, montate în paralel, verificarea şi curăţarea se vor face individual, numai după izolarea filtrului respectiv.

Înainte de punerea în funcţiune a agregatului de comprimare se va verifica de către operator întreaga instalaţie, inclusiv legarea la nulul de protecţie şi la priza de pământ, conform prevederilor standardelor în vigoare, după care se va deschide robinetul cu ventil pentru alimentarea cu apă de răcire a instalaţiei. Debitul apei de răcire va fi reglat astfel încât temperatura finală a apei, după răcirea instalaţiei, să nu depăşească temperatura indicată în Cartea tehnică, a utilajului. Se interzice pornirea agregatului de comprimare fără apa de răcire să circule în instalaţie. Pornirea şi oprirea agregatului de comprimare trebuie să se facă conform instrucţiunilor prevăzute în cartea tehnică a utilajului

Operatorul nu va permite funcţionarea agregatului dacă temperatura aerului comprimat va depăşi 600C, la ieşirea din răcitoarele finale. În timpul funcţionării agregatului de comprimare este interzisă orice intervenţie la organele de maşini aflate în mişcare.

Nu se admite ungerea manuală în timpul funcţionării agregatului de comprimare decât în cazul în care acesta este prevăzut cu dispozitive de ungere (pulverizatoare), care asigură operatorilor o securitate perfectă. Înainte de o nouă umplere cu ulei, uleiul rămas în rezervorul dispozitivului de ungere manuală se evacuează. Filtrele de ulei se curăţă sau/se înlocuiesc periodic, în conformitate cu prevederile Cărţii tehnice a utilajului.

Ungerea agregatului de comprimare trebuie să se facă numai cu uleiurile minerale prevăzute în Cartea tehnică a utilajului, cu specificaţia caracteristicilor fizico-chimice. Este interzisă utilizarea uleiurilor care nu sunt însoţite de buletine de analiză a calităţii. Se interzice utilizarea uleiurilor recuperate pentru ungere. Consumul de ulei se va evidenţia pe schimburi şi agregate de comprimare în Registrul unic de evidenţă. Orice creştere a consumului de ulei, peste cel indicat în Cartea tehnică a utilajului, va fi analizată la sfârşitul fiecărui schimb, de către persoane autorizate, luându-se măsuri în vederea eliminării cauzei care a produs-o. La scăderea nivelului de ulei din instalaţia de ungere sub nivelul limită admisibil stabilit în Cartea tehnică a utilajului sau la întreruperea debitului de ulei trebuie oprit imediat agregatul de comprimare, dacă acesta nu este prevăzut cu un dispozitiv automat de deconectare.

Se interzice funcţionarea agregatului de comprimare, dacă temperatura aerului din interiorul staţiei de compresoare nu se încadrează în intervalul de temperaturi admisibile ale aerului, prevăzute în Cartea tehnică a utilajului, măsurate conform standardelor în vigoare. Controlul temperaturii aerului comprimat trebuie efectuat de către operator pe toate treptele de comprimare. Temperaturile trebuie să fie măsurate şi consemnate în Registrul unic de evidenţă a instalaţiei la intervalul prescris în Cartea tehnică a utilajului, dar nu mai mare de o oră.

Sistemul de răcire (cămăşi, răcitoare pentru ulei, răcitoare intermediare şi finale pentru aer) trebuie curăţat la intervalele impuse în Cartea tehnică a utilajului. Această operaţie de întreţinere se va consemna în Registrul unic de evidenţă a instalaţiei. Temperatura apei de răcire la evacuarea din răcitoarele intermediare, precum şi din cămăşile de răcire, nu trebuie să depăşească valorile prescrise în Cartea tehnică a utilajului. Apa de răcire trebuie să aibă parametrii (duritate, conţinut de impurităţi etc.), conform cu cei prescrişi în Cartea tehnică a utilajului. Personalul de specialitate va lua probe zilnic şi va verifica conformitatea parametrilor apei de răcire cu cei prescrişi în Cartea tehnică a utilajului. Se interzice utilizarea agregatelor de comprimare a aerului dacă apa de răcire nu are parametrii în conformitate cu cei aţi în Cartea tehnică a utilajului.

Agregatul de comprimare trebuie să fie oprit în mod obligatoriu în următoarele cazuri :

a) spargerea unei conducte ;

315 din 375

b) vibraţii datorate cuplajelor defecte ale organelor în mişcare şi fixării incorecte a conductelor ;

c) creşterea presiunii de refulare peste limita maximă prescrisă ;d) scăderea presiunii de separaţie sub limita prescrisă ;e) jocuri radiale sau zgomote anormale ale agregatului de comprimare;f) defecţiuni în sistemul de ungere ; g) defecţiuni în sistemul de răcire ;h) defecţiuni în sistemul de transmisie.

Dacă se observă şi alte defecţiuni, decât cele menţionate mai sus, operatorul trebuie să oprească imediat agregatul de comprimare şi să anunţe şeful ierarhic superior.

IV.8.2. Transportul, distribuţia şi stocarea aerului comprimat

Se interzice strângerea îmbinărilor demontabile cu flanşe la aparatele de măsură şi control sau pe conductele de aer comprimat care lucrează în regim de presiune, în timpul funcţionări agregatului de comprimare. Se interzice instalarea conductelor de aer comprimat în apropierea locurilor în care se găseşte foc deschis. Se interzice funcţionarea agregatului de comprimare dacă izolaţia termică a conductelor de transport a aerului comprimat este deteriorată sau lipseşte.

În vederea verificării presiunii aerului din conductă, la capătul conductei din dreptul recipientului tampon, se va monta un manometru de control, care va trebui să fie în permanentă stare de funcţionare. Pe traseele secundare de transport şi de distribuţie a aerului comprimat la diverşi consumatori se vor utiliza furtunuri flexibile din cauciuc.

Recipientul tampon trebuie scos imediat din funcţiune şi izolat de restul instalaţiei, atunci când se constată :

a) deformaţii sau fisuri ;b) scurgeri la îmbinări ;c) defecţiuni la aparatele de măsură şi control precum şi la supapele de siguranţă ;d) defecţiuni la organele de fixare a capacelor de protecţie.

Înaintea punerii în funcţiune a agregatului de comprimare a aerului trebuie verificate toate aparatele dacă sunt corect interconectate şi rigid fixate. Reglarea supapei de siguranţă trebuie făcută la presiunea indicată în prescripţiile ISCIR, controlându-se etanşeitatea racordurilor şi a flanşelor la aceste aparate.

IV.8.3.Activitatea de producere a aerului comprimat în instalaţiile mobile

La instalarea agregatelor mobile de comprimare a aerului trebuie luate măsuri pentru ca evacuarea gazelor arse la motor să nu provoace incendii, iar priza de aer să fie amplasată într-un loc ferit de praf, gaze şi apă. Se interzice instalarea agregatelor de comprimare mobile în încăperi care nu au uşi şi ferestre cu deschiderea în exterior.

Operatorul care exploatează agregatele mobile comprimare a aerului trebuie instruit de către persoana fizică juridică deţinătoare a acestor agregate şi verificat dacă şi-a însuşit cunoştinţele teoretice şi practice necesare cu privire la funcţionarea în condiţii de siguranţă a recipientelor.Acest operator trebuie să cunoască funcţionarea aparatelor de măsură şi control precum şi a dispozitivelor de supraveghere automată. Schimbarea sau reglarea supapelor de siguranţă nu se poate face decât de persoanele autorizate ISCIR.

Agregatul mobil de comprimare trebuie oprit imediat din funcţiune atunci când se constată:a) deformări la pereţii recipientului ;b) crăpături sau fisuri în pereţii recipientului ;c) scăpări de aer la îmbinări ;d) defecţiuni la aparatele de măsură şi control precum şi la dispozitivele de siguranţă

(supape de siguranţă) ;

316 din 375

e) apariţia unui incendiu care ameninţă în mod direct recipientul sub presiune.Este interzis a fuma sau a umbla cu flacără deschisă în apropierea rezervorului de combustibil al agregatului mobil de comprimare. După alimentarea cu combustibil a agregatului mobil de comprimare a aerului trebuie să fie curăţate eventualele urme de combustibil scurs pe rezervor. Deschiderea recipientului sub presiune se va face după ce operatorul s-a asigurat că nu există presiune în recipient. Reducerea presiunii se va face treptat, cu respectarea măsurilor prescrise în instrucţiunile din Cartea tehnică a utilajului.

Se interzice utilizarea agregatelor mobile de comprimare a aerului dacă saşiul prezintă fisuri sau dacă agregatul respectiv motorul termic sau electric, nu este fixat corect pe saşiu, producând vibraţii suplimentare. Se interzice exploatarea agregatelor mobile de comprimare a aerului antrenate de motorul termic, dacă rezervorul de combustibil sau conductele aferente prezintă scurgeri de combustibil.

IV.8.4.Întreţinerea şi revizia instalaţiilor fixe şi mobile de producere a aerului comprimat

Agregatele de comprimare a aerului precum şi recipientele sub presiune trebuie să fie verificate şi curăţate periodic pentru eliminarea impurităţilor cu ulei oxidat etc., în conformitate cu indicaţiile prevăzute în Cartea tehnică a utilajului. Ventilele supapelor oalelor de condens precum şi celelalte puncte de rezistenţă locală ale conductelor, unde sunt posibile depuneri de ulei oxidat, trebuie curăţate cel puţin o dată pe an. La efectuarea operaţiilor de reparare, la supapele de siguranţă, trebuie înlăturate depunerile de ulei oxidat.

Se interzice demontarea, în vederea efectuării operaţiilor de reparare la recipiente şi de înlăturare a defectelor de la asamblările elementelor aflate sub presiune, în timpul funcţionării agregatelor de comprimare a aerului aceasta fiind permisă numai după ce operatorul s-a asigurat că nu mai există presiune. De asemenea se interzice curăţarea prin ardere sau cu lichide uşor volatile şi inflamabile a depunerilor de ulei oxidat din conducte, recipiente, separatoare şi răcitoare. În caz de îngheţ, conductele de aer comprimat şi dispozitivele aferente, vor fi dezgheţate cu apă caldă sau abur.

Pereţii interiori ai cilindrilor de la compresoarele cu piston trebuie curăţaţi numai cu petrol. Este interzisă spălarea cu benzină sau gazolină a conductelor de aer comprimat, înainte de montare sau după reparaţii. Curăţarea conductelor de aer comprimat se execută prin introducerea şi menţinerea timp de 20 de ore a unei soluţii apoase de sodă caustică NaOH, cu o concentraţie de 5—10%, pe toată lungimea respectivă. Pentru îndepărtarea soluţiei de NaOH din conductele de aer comprimat, acestea trebuie spălate cu apă sub presiune, până ce se va constata, cu ajutorul hârtiei de filtru, impregnată cu turnesol sau fenolftaleină, lipsa oricărei alcalinităţi. Această curăţare a conductelor trebuie făcută la un interval de minimum un an. După montarea şi curăţarea conductelor, acestea trebuie uscate cu aer comprimat şi unse cu ulei mineral.

Repararea agregatelor de comprimare se realizează numai cu materialele recomandate de producătorii utilajelor. Supapele de siguranţă trebuie controlate şi verificate odată cu reviziile menţionate în „Prescripţiile tehnice C37" —Colecţia ISCIR. Fiecare supapă de siguranţă trebuie să aibă un marcaj vizibil şi durabil, pe o placă de identificare, fixată pe corpul ei. Pe fiecare placă se va nota indicatorul ISCIR de confirmare a certificării, presiunea nominală de deschidere şi alte date tehnice.

Pentru pornirea agregatului de comprimare, după reparaţii, se vor verifica următoarele :a) montarea corectă a tuturor conductelor, elementelor de susţinere a capacelor, a

apărătorilor (protectorilor) ;b) existenţa şi funcţionarea corectă a aparatelor de măsură şi control ;c) funcţionarea corectă a tuturor dispozitivelor de siguranţă ;d) nivelul uleiului şi al lichidului de răcire ;e) poziţionarea corectă a tuturor armăturilor şi a instalaţiei de aer comprimat ;f) funcţionarea instalaţiei electrice şi de combustibil ;g) montarea corectă a conductelor, a recipientelor sub presiune, precum şi a separatoarelor

de ulei şi apă de pe conductele de alimentare ale recipientului tampon ;h) montarea corectă a demarorului, funcţionarea corectă a sistemului de angrenare şi starea

317 din 375

tehnică corespunzătoare a angrenajelor.Se interzice exploatarea agregatelor de comprimare după reparaţii fără să se efectueze probe de presiune, în conformitate cu prescripţiile tehnice C4 şi C5 din Colecţia ISCIR

IV.8.5.Dispozitive de siguranţă, aparate de măsură şi control

Toate aparatele de măsură şi control folosite în instalaţiile de la bord trebuie să fie verificate în conformitate cu instrucţiunile de metrologie în vigoare.

Se interzice utilizarea manometrelor dacă :a) lipseşte sigiliul de verificare ;b) acul indicatoarelor nu revine la „O" după dispariţia presiunii;c) este spartă sticla cadranului sau apar alte defecţiuni, care pot deforma exactitatea

indicaţiei acestuia; d) nu are marcată cu roşu presiunea maximă admisibilă de lucru.

Este interzisă reducerea numărului supapelor de siguranţă şi înlocuirea celor montate iniţial, cu supape de siguranţă, care nu corespund din punctul de vedere al debitului de evacuare al fluidului şi al presiunii de deschidere a acestora.

Nu se va realiza montarea oricărui robinet de deschiere pe conducta de evacuare între aparatul, recipientul etc., care funcţionează în regim de presiune şi supapa de siguranţă, în alte condiţii decât cele prevăzute în „Prescripţiile tehnice C4-90" Colecţia ISCIR. În timpul funcţionării nu se va schimba poziţia contragreutăţilor sau strângerea arcurilor supapelor de siguranţă recipientelor sub presiune etc., la care sunt montate.

Este interzisă punerea sub presiune a agregatelor mobile de comprimare a aerului acţionate electric care nu au fost verificate din punct de vedere electric sau nu au corespuns acestor verificări. Agregatele mobile de comprimare a aerului se vor deplasa numai după scoaterea de sub tensiune a cablurilor de alimentare cu energie electrică a acestora. După ce agregatul mobil a fost plasat pe locul unde trebuie să funcţioneze se va face legătura exterioară la priza de pământ şi se va verifica vizual imposibilitatea atingerii pieselor aflate sub tensiune.

La executarea operaţiilor la care există pericolul de electrocutare prin atingere directă trebuie utilizate mijloacele de protecţie electroizolante recomandate de standardele în vigoare iar la executarea operaţiilor la care există pericolul de electrocutare prin atingere indirectă, toate echipamentele şi instalaţiile vor fi legate la priza de pământ, conform standardelor în vigoare.

Operatorii agregatelor de comprimare a aerului acţionate electric, trebuie să verifice vizual; înainte de punerea sub tensiune a acestora, următoarele măsuri de protecţie :

a) existenţa şi montarea corectă a protectorilor ;b) lipsa crăpăturilor, ciupiturilor, înnădirilor de la cablurile electrice de alimentare ;c) legarea la priza de pământ a agregatelor de comprimare (motoarelor, carcaselor şi

elementelor de fixare).Agregatele de comprimare a aerului acţionate electric trebuie exploatate după luarea tuturor

măsurilor de electrosecuritate impuse în „Norme specifice de securitate a muncii pentru transportul şi distribuţia energiei electrice".

In cazul scoaterii din funcţiune a supapelor de siguranţă pentru un timp îndelungat, repunerea lor în funcţiune trebuie făcută numai după ce au fost revizuite, probate hidraulic şi reglate la presiunea prescrisă în Cartea tehnică a utilajului, în conformitate cu „Prescripţiile tehnice C 37"—Colecţia ISCIR.

Supapele de siguranţă trebuie să se deschidă la presiunea prescrisă în Cartea Tehnică, a utilajului, care nu trebuie să o depăşească pe cea nominală cu mai mult de 10%. Reglarea supapelor de siguranţă trebuie efectuată de persoane autorizate ISCIR, iar datele de reglare se vor înscrie în Registrul ISCIR. După efectuarea reglării, toate supapele, indiferent de tip, se sigilează. Verificarea şi curăţarea supapelor de siguranţă trebuie executate la termenele impuse în prescripţiile ISCIR sau ori de câte ori este nevoie.

318 din 375

IV.9. GHID DE TERMINOLOGIE DE SECURITATE A MUNCII

ACCIDENT DE MUNCĂ. Accident prin care se produce vătămarea organismului uman în timpul procesului de muncă sau în îndeplinirea sarcinilor de muncă. Eveniment aleator, neaşteptat, brusc, care se petrece în procesul de muncă şi are consecinţe negative asupra omului.

BOALĂ PROFESIONALĂ. Tulburare a stării de sănătate care se produce ca urmare a exercitării unei meserii sau profesiuni, cauzată de agenţi nocivi fizici, chimici sau biologici caracteristici locului de muncă sau de suprasolicitarea diferitelor organe sau sisteme ale organismului în procesul de muncă.

CALITATE DE PROTECŢIE A UNEI MAŞINI. Proprietatea unei maşini de a nu genera pericole de accidentare şi/sau îmbolnăvire profesională.

CAPACITATE DE MUNCĂ. Posibilitatea, la un moment dat, a unei persoane de a-şi utiliza capacitatea profesională la efectuarea de munci fizice şi intelectuale de o anumită intensitate, durată şi calitate.

CAPACITATE PROFESIONALĂ. Ansamblul aptitudinilor, cunoştinţelor şi deprinderilor necesare unei persoane pentru îndeplinirea unei anumite sarcini de muncă.

CAUZE DIRECTE. Cauze care au provocat nemijlocit accidentele şi bolile profesionale sau au concurat direct la producerea acestora.

CAUZE DISFUNCŢIONALE. Cauze care constituie disfuncţii ale procesului de producţie.

CAUZE FUNCŢIONALE. Cauze care, în condiţiile date, constituie elemente funcţionale normale ale procesului de producţie. OBSERVAŢIE: Prin "elemente funcţionale" înţelegem acele elemente care concură în mod direct şi necesar la realizarea scopului procesului de muncă.

CAUZE INDIRECTE. Cauze care au provocat accidente şi boli profesionale în mod indirect, ca substrat al cauzelor directe ale acestor fenomene.

CAUZE NEFUNCŢIONALE. Cauze proprii unor procese de producţie, dar neutile desfigurării normale a acestora şi care afectează în principal factorul uman.

CAUZE OBIECTIVE. Cauze care în situaţia dată nu au depins de factorul uman.CAUZE PRINCIPALE. Cauze prin a căror înlăturare în faza de factori de risc s-ar fi

putut evita producerea accidentelor sau a bolilor profesionale.CAUZE SECUNDARE (FAVORIZANTE). Cauze care au favorizat producerea

efectelor provocate de cauzele principale şi a căror înlăturare în faza de factori de risc nu constituie o garanţie a neproducerii acestor efecte.

CAUZE SUBIECTIVE. Cauze care în situaţia dată au depins de factorul uman.CIRCUIT DE SUDARE. Totalitatea elementelor conductoare, inclusiv arcul electric de

sudare, destinate transportului curentului de sudare.COMPORTAMENT RISCANT. Comportament inadecvat securităţii care poate

favoriza sau declanşa un accident sau o îmbolnăvire profesională.CONCENTRAŢIE MAXIMĂ ADMISĂ (CMA) (CONCENTRAŢIE DE VÂRF

ADMISĂ). Concentraţia noxelor în zona de muncă ce nu trebuie depăşită în nici un moment al zilei de muncă.

CONCENTRAŢIE MEDIE ADMISĂ. Concentraţia noxelor la un loc de muncă, rezultată dintr-un număr reprezentativ de determinări efectuate la acel loc de muncă, ce nu trebuie depăşită pe durata unui schimb de lucru.

CONTROL DE PROTECŢIE A MUNCII. Verificarea elementelor componente ale procesului de producţie din punctul de vedere al respectării cerinţelor de securitate a muncii.

DIAGNOZĂ DE SECURITATE A MUNCII. Identificarea tuturor factorilor de risc dintr-un sistem, în scopul elaborării măsurilor de prevenire a accidentelor de muncă şi bolilor profesionale.

DINAMICA PRODUCERII ACCIDENTULUI. Înlănţuirea şi/sau îmbinarea cauzelor care au dus la producerea accidentului, începând cu cauza iniţială şi terminând cu provocarea vătămării organismului.

319 din 375

DISFUNCŢIE A UNUI SISTEM. Abatere de la starea normală de funcţionare a sistemului.

DISPOZITIV DE PROTECŢIE. Dispozitiv care reduce sau elimină, singur sau în asociere cu un protector, riscul de accidentare.

DISTANTA DE SECURITATE. Distanţa minimă admisibilă între executant şi sursa de pericol, necesară pentru realizarea securităţii acestuia.

ECHIPAMENT DE MUNCĂ. Orice maşină, aparat, dispozitiv, mecanism, unealtă sau instalaţie etc., utilizată în timpul muncii.

ECHIPAMENT INDIVIDUAL DE LUCRU. Totalitatea obiectelor de îmbrăcăminte, încălţăminte şi alte accesorii, cu care este dotat salariatul în procesul de muncă, în scopul prevenirii uzurii premature sau murdăririi obiectelor personale.

ECHIPAMENT INDIVIDUAL DE PROTECŢIE. Totalitatea mijloacelor individuale de protecţie cu care este dotat executantul în timpul îndeplinirii sarcinii de muncă, în vederea asigurării protecţiei sale împotriva pericolelor la care este expus.

ELECTROD PENTRU SUDARE. Bucată de sârmă acoperită cu un strat special, cu secţiunea de obicei circulară cu ajutorul căreia se formează arcul electric.

ERGONOMIE. Domeniu interdisciplinar care urmăreşte optimizarea sistemului "om - sarcină de muncă - mijloace de producţie - mediu", prin adaptarea reciprocă a acestor elemente, în scopul creşterii eficienţei economice în condiţii de confort şi securitate a muncii.

EXECUTANT. Factorul uman implicat nemijlocit în executarea sarcinii de muncă.EXPERT. Persoană capabilă să evalueze sarcina care i se încredinţează şi să recunoască

eventualele pericole, pe baza experienţei dobândite pe plan profesional şi a cunoaşterii prescripţiilor corespunzătoare.

FACTOR NOCIV. Factor de risc a cărui acţiune asupra executantului duce, în anumite condiţii, la îmbolnăvirea acestuia. Factorii nocivi se găsesc în procesul de muncă sub fontă de stări permanente şi conduc de regulă la boli profesionale. OBSERVAŢIE În funcţie de nivelul şi durata de acţiune, un factor nociv poate deveni periculos.

FACTOR PERICULOS. Factor de risc a cărui acţiune asupra executantului duce, în anumite condiţii, la accidentarea acestuia Factorii periculoşi apar de regulă în procesul de muncă sub formă de variaţii bruşte, neaşteptate, dar pot fi întâlniţi şi ca stări obiecte ascuţite, explozivi.) şi conduc exclusiv la accidente de muncă

FACTOR UMAN. Termen generic desemnând omul implicat în procesul de producţie, indiferent de modul de implicare a acestuia.

FACTORI DE RISC, DE ACCIDENTARE SI ÎMBOLNĂVIRE PROFESIONALĂ (FACTORI DE RISC). Factori (însuşiri, stări, procese, fenomene, comportamente) proprii elementelor componente ale sistemului executant - sarcină de muncă - mijloace de producţie - mediu de muncă, şi care, conducând la o disfuncţie a sistemului, pot provoca accidente de muncă sau boli profesionale. Factorii de risc sânt cauze potenţiale ale accidentelor de muncă şi bolilor profesionale. După producerea acestor fenomene nedorite, când cauzele potenţiale au devenit reale, nu se mai întrebuinţează termenul de factori de risc, ci acela de cauze ale accidentelor şi bolilor profesionale.

FACTORI PERICULOŞI. Factori (însuşiri, stări, procese , fenomene, comportamente) proprii elementelor componente ale sistemului - executant - sarcină de muncă - mijloace de producţie - mediu de muncă, ce caracterizează pericolele proprii acestor elemente şi care, conducând la o disfuncţie a sistemului pot provoca accidente de muncă sau boli profesionale.

FAZĂ DE MUNCĂ. Partea operaţiei de muncă ce se caracterizează prin utilizarea aceloraşi unelte de muncă şi aceluiaşi regim tehnologic, obiectul muncii suferind o singură transformare tehnologică.

FAZĂ NOCIVĂ. Faza unui proces de muncă ce prezintă un risc de îmbolnăvire profesională pentru personal.

FAZĂ PERICULOASĂ. Faza unui proces de muncă ce prezintă un risc de accidentare pentru personal.

FIABILITATE A UNUI SISTEM. Calitatea unui sistem de a funcţiona fără defecţiuni un anumit interval de timp pentru scopul dat şi în mediul pentru care a fost conceput

320 din 375

IGIENA MUNCII. Ramură a igienei având drept obiect de studiu mediul de muncă şi modificările fiziologice şi complexe de măsuri care să asigure menţinerea capacităţii de muncă şi a stării de sănătate ale oamenilor muncii

INCAPACITATE DE MUNCĂ. Rezultatul pierderii totale sau parţiale a capacităţii de muncă în urma unui accident sau a unei boli, ori lipsa capacităţii de muncă datorată unei invalidităţi congenitale.

INCAPACITATEA DE MUNCĂ PRIN ACCIDENT SAU BOALĂ PROFESIONALĂ. Rezultatul pierderii totale sau parţiale a capacităţii de muncă în urma unui accident de muncă sau a unei boli profesionale.

INSTRUCTAJ DE PROTECŢIE A MUNCII. Formă de instruire în domeniul protecţiei muncii care se desfăşoară la nivelul unităţilor economice şi are ca scop însuşirea de către personalul muncitor, a cunoştinţelor şi formarea deprinderilor impuse de securitatea muncii specifice activităţii pe care o desfăşoară.

INSTRUCTAJ DE SECURITATE A MUNCII. Modalitate de instruire în domeniul securităţii muncii care se desfăşoară la nivelul unităţilor şi are ca scop însuşirea de către salariaţi a cunoştinţelor şi formarea deprinderilor impuse de securitatea muncii, specifice activităţii pe care o realizează sau urmează a o realiza.

INSTRUCŢIUNI DE UTILIZARE. Instrucţiuni a căror elaborare este obligatorie pentru orice produs, constituind parte integrantă a documentaţiei pentru certificarea produsului şi prin care, producătorul, trebuie să prezinte toate informaţiile necesare utilizării produsului în conformitate cu scopul pentru care a fost creat şi asigurării securităţii muncii.

INSTRUCŢIUNI SPECIFICE DE SECURITATE A MUNCII. Componente ale sistemului de reglementări în domeniul securităţii muncii ale căror prevederi sunt valabile numai pentru activităţile desfăşurate în cadrul unei unităţi ; elaborarea lor, de către unităţi (prin efort propriu sau în colaborare cu institute specializate), este obligatorie atunci când normele generale şi specifice de securitate a muncii nu acoperă totalitatea activităţilor desfăşurate în unitate, sau voluntară, atunci când patronul consideră necesar pentru îmbunătăţirea securităţii muncii detalierea şi completarea normelor cu unele prevederi specifice unităţii.

INSTRUCŢIUNI SPECIFICE DE SECURITATE A MUNCII. Componente ale sistemului de reglementări în domeniul securităţii muncii, ale căror prevederi sunt valabile numai pentru lucrările desfăşurate în cadrul unei unităţi ; elaborarea lor. de către unităţi (prin efort propriu sau în colaborare cu instituţiile specializate), este obligatoriu atunci când normele generale şi specifice de securitate a muncii nu acoperă totalitatea activităţilor desfăşurate în unitate, sau voluntară, atunci când patronul consideră necesară, pentru îmbunătăţirea securităţii muncii, detalierea şi completarea normelor cu unele prevederi specifice unităţii.

INSTRUIREA ÎN DOMENIUL PROTECŢIEI MUNCII. Ansamblul de activităţi didactice care au ca scop însuşirea cunoştinţelor şi formarea deprinderilor impuse de securitatea muncii.

INVALIDITATE. Defect fizic congenital sau dobândit în urma unui accident sau a unei boli din cauza căreia persoana respectivă este total sau parţial inaptă de muncă.

ÎMPREJURARE A PRODUCERII UNUI ACCIDENT. Situaţia concretă şi modul în care au interacţionat cauzele în dinamica producerii unui accident de muncă.

ÎNTOARCEREA FLĂCĂRII. Fenomen de propagare a flăcării în sens invers curgerii gazului spre interiorul arzătorului, creând pericol de explozie.

LEZIUNE. Modificarea patologică la nivelul ţesuturilor organismului ca urmare a acţiunii unor factori de risc.

LOC DE MUNCĂ FIX. Loc de muncă ce nu-şi schimbă poziţia în spaţiul în timpul procesului de muncă.

LOC DE MUNCĂ MOBIL. Loc de muncă ce îşi schimbă permanent poziţia în spaţiu în timpul procesului de muncă.

LOC DE MUNCĂ NEPERMANENT. Loc de muncă din cadrul unei zone de lucru în care .muncitorul lucrează mai puţin de 50% în timpul său de muncă sau mai puţin de două ore neîntrerupt

321 din 375

LOC DE MUNCĂ PERMANENT. Locul în care muncitorul se găseşte în cea mai mare parte din timpul său de lucru (peste 50% sau mai mult de două ore neîntrerupt) dacă munca se efectuează în diferite puncte ale zonei de lucru, se consideră loc de muncă permanent întreaga zonă de lucru.

LOC DE MUNCĂ. Zona (spaţiul) dotată cu mijloace de muncă şi organizată pentru realizarea unei operaţii sau lucrări, de către unul sau mai mulţi executanţi în condiţii de muncă precizate.

LUCRARE. Acţiunea prin care se asigură realizarea unui obiectiv precis stabilit şi care se îndeplineşte conform unei metode de muncă dinainte precizată.

MEDIU DE MUNCĂ. Ansamblul condiţiilor fizice, chimice, biologice şi psihosociale în care executantul îşi desfăşoară activitatea..

MEDIU SOCIAL (DE MUNCĂ). Ansamblul de relaţii, atitudini, interacţiuni, moduri de comportament care se stabilesc în cadrul colectivului de muncă.

METODA DE MUNCĂ. Modul de organizare a unei operaţii de muncă, în condiţii organizatorice, tehnologice şi de înzestrare tehnică stabilite.

MICROCLIMA LOCULUI DE MUNCĂ. Starea fizică a aerului la un loc de muncă, caracterizată prin temperatură, umiditate şi mişcare a aerului, precum şi radiaţii calorice.

MIJLOACE DE PRODUCŢIE. Totalitatea mijloacelor de muncă (instalaţii, utilaje, maşini, aparate, dispozitive, unelte ) şi a obiectelor muncii (materii prime, semifabricate, materiale etc.) care se utilizează în procesul de producţie.

MIJLOACE DE PROTECŢIE A MUNCII. Mijloace prin a căror utilizare se previne sau se diminuează acţiunea factorilor de risc asupra unuia sau mai multor muncitori.

MIJLOC DE PROTECŢIE COLECTIVĂ. Mijloc de protecţie destinat pentru protecţia similară a doi sau mai multor muncitori şi care se aplică asupra mijloacelor de producţie.

MIJLOC DE PROTECŢIE INDIVIDUALĂ. Mijloc de protecţie destinat pentru protecţia unui singur muncitor şi care se aplică asupra acestuia.

MIJLOC INDIVIDUAL DE PROTECŢIE. Mijloc de protecţie (protector) destinat pentru protecţia unui singur executant şi care se aplică asupra acestuia.

MIJLOC INDIVIDUAL DE PROTECŢIE. Mijloc de protecţie (protector) destinat pentru protecţia unui singur executant şi care se aplică asupra acestuia.

MUNCA FIZICĂ. Munca în care predomină activitatea musculară a organismului uman; intensitatea acesteia se evaluează prin determinarea consumului de energie.

NORMĂ DE PROTECŢIE A MUNCII. Prevederea cu caracter juridic prin care se precizează cerinţele desfăşurării unei activităţi în condiţii de securitate a muncii.

NOXĂ (AGENT NOCIV). Agent fizic, chimic său biologic care, atunci când concentraţia sau intensitatea şi durata sa de acţiune depăşesc anumite limite, are efect dăunător asupra omului.

NOXĂ (SINONIM : FACTOR NOCIV). Agent fizic, chimic sau biologic cu acţiune dăunătoare asupra organismului, în mediul luat în considerare.

NOXĂ (SINONIM : FACTOR NOCIV). Agent fizic, chimic sau biologic cu acţiune dăunătoare asupra organismului, în mediul luat în considerare.

OBOSEALĂ. Starea temporală a organismului caracterizată printr-un ansamblu de simptome subiective şi obiective (în special scăderea capacităţii de muncă) şi care apare în urma efortului de muncă şi dispare în urma unei perioade de odihnă.

OPERAŢIE DE MUNCĂ. Partea procesului de muncă de a cărei efectuare răspunde un executant, pe un anumit loc de muncă, dotat cu anumite utilaje şi unelte de muncă, acţionând asupra unor anumite obiecte sau grupe de obiecte ale muncii, în cadrul aceleiaşi tehnologii

ORGANIZAREA MUNCII. Ansamblul de măsuri, metode, forme şi mijloace cu caracter social-economic şi tehnico-organizatoric având ca scop asigurarea şi folosirea forţei de muncă în condiţii de eficienţă economică şi securitate a muncii.

ORGANIZAREA PRODUCŢIEI. Ansamblul de măsuri, metode, forme şi mijloace cu caracter social economic şi tehnico-organizatoric având ca scop asigurarea si folosirea mijloacelor de producţie şi a forţei de muncă în condiţii de eficientă economică si securitate a muncii

322 din 375

PRAG DE NOCIVITATE. Concentraţia minimă a unei noxe la care apar efecte dăunătoare asupra omului.

PREVENIRE. Ansamblul procedeelor şi măsurilor luate sau planificate la toate stadiile de lucru pentru evitarea pericolelor sau reducerea riscurilor.

PROCES DE MUNCĂ. Orice activitate umană având ca scop realizarea de valori materiale şi spirituale.

PROCES DE PRODUCŢIE. Ansamblul activităţilor, proceselor naturale şi de prelucrare automată prin care se realizează în sistemul de producţie transformarea prevăzută a obiectelor muncii;

PROCES TEHNOLOGIC. Latura procesului de producţie reprezentând .transformarea directă, cantitativă şi calitativă a obiectului muncii (modificarea formei, structurii, grupării, compoziţiei chimice, amplasării în spaţiu etc.).

PROPAGANDA ÎN DOMENIUL PROTECŢIEI MUNCII Ansamblul de acţiuni, metode şi mijloace de influenţare a comportamentului factorului uman în conformitate cu cerinţele securităţii muncii.

PROTECŢIA MUNCII (PHOTECTIA OMULUI ÎN PROCESUL MUNCII). Activitate complexă "care cuprinde ansamblul acţiunilor şi măsurilor ce se întreprind pentru asigurarea integrităţii anatomofuncţionale şi sănătăţii oamenilor muncii. OBSERVAŢIE: Protecţia muncii este parte integrantă a conceperii, organizării şi desfăşurării proceselor de producţie, chemată ca prin măsuri şi mijloace specifice să prevină disfuncţiile din sistemul de producţie care pot avea consecinţe asupra factorului uman, astfel încât activitatea acestuia .să se desfăşoară în condiţii de securitate şi eficienţa. La baza activităţii de protecţie a muncii stă un sistem, multidisciplinar fundamentat, de acte legislative, măsuri şi mijloace tehnice, social-economice, organizatorice, educative, de igienă şi medicină a muncii prin care se asigură securitatea, păstrarea sănătăţii şi capacităţii de muncă a omului în procesul muncii.

PROTECŢIE COLECTIVĂ. Măsură de protecţie a muncii prin care se previne sau se diminuează acţiunea factorilor de risc asupra a doi sau mai multor muncitori. Se concretizează în dotarea instalaţiilor, utilajelor, maşinilor, clădirilor, halelor etc. cu mijloace de protecţie colectivă concepute exclusiv pentru realizarea securităţii muncii.

PROTECŢIE CONDIŢIONATĂ. Modalitate de prevenire a accidentelor de muncă şi bolilor profesionale prin folosirea unui mijloc de protecţie a cărui utilizare sau funcţie de protecţie este dependentă de factorul uman pentru a cărui protecţie este prevăzut.

PROTECŢIE INDIVIDUALĂ. Măsură de protecţie a muncii prin care se previne sau se diminuează acţiunea factorilor de risc asupra unei singure persoane. Se concretizează în dotarea personalului cu mijloace de protecţie individuală (cască, mască, salopetă, încălţăminte, mănuşi, unguente etc.)

PROTECŢIE NECONDIŢIONATĂ. Modalitatea de prevenire a accidentelor de muncă şi bolilor profesionale prin folosirea unui mijloc de protecţie a cărui utilizare sau funcţie de protecţie este independentă de factorul uman pentru a cărui protecţie este prevăzut.

PROTECŢIE. Ansamblul de măsuri care constau în utilizarea unor mijloace specifice, denumite mijloace de protecţie, cu scopul protejării executanţilor faţă de pericolele care nu au fost suficient evitate sau limitate prin prevenire intrinsecă.

RECUPERARE A CAPACITĂŢII DE MUNCĂ PIERDUTE PARŢIAL SAU TOTAL ÎN URMA UNUI ACCIDENT DE MUNCĂ SAU A UNEI BOLI PROFESIONALE. Activitate implicând un sistem de măsuri şi mijloace prin care se urmăreşte restabilirea capacităţii de muncă pierdute în urma unui accident de muncă sau a unei boli profesionale.

RISC DE ACCIDENTARE. Posibilitatea producerii unui accident.RISC PROFESIONAL. Risc în procesul de muncă.RISC. Posibilitatea producerii unui eveniment nedorit. Probabilitatea asociată cu

gravitatea unei posibile leziuni sau afectări a sănătăţii, într-o situaţie periculoasă.SARCINA DE MUNCĂ. Totalitatea operaţiilor de muncă pe care executantul trebuie să

le efectueze, în anumite condiţii date, pentru, realizarea scopului procesului de muncă.SÂRMĂ PENTRU SUDARE. Metal de adaos sub formă de sârmă (în colac, pe bobină

sau pe rolă). Poate fi sârmă plină sau sârmă tubulară.

323 din 375

SECURITATEA MUNCII. Situaţie, stare caracterizată prin nivel de risc mai mic sau egal cu riscul acceptabil, în sistemele de muncă. Situaţie, stare caracterizată prin absenţa riscului inacceptabil, în sistemele de muncă. Activitatea de reducere a riscului la nivel necesar şi posibil ţinând cont de experienţa generală în materie de securitate a muncii, a ştiinţei şi tehnicii, precum şi de valorile admise în comun de societate (convenţiile sociale). Starea elementelor implicate în procesul de muncă în care este exclusă acţiunea factorilor de risc asupra executanţilor. OBSERVAŢIE: Securitatea muncii reprezintă rezultatul protecţiei muncii.

SECURITATEA TEHNICĂ. Totalitatea măsurilor şi mijloacelor tehnice de prevenire a accidentelor de muncă şi bolilor profesionale. OBSERVAŢIE; În locul acestui termen, este folosit .impropriu termenul de tehnica securităţii muncii.

SITUAŢIE PERICULOASĂ. Orice situaţie în care o persoană este expusă unuia sau mai multor pericole.

SUBSTANŢĂ PERICULOASĂ. O substanţă care, în virtutea proprietăţilor sale chimice sau fizico-chimice, poate constitui un pericol.

TOXICOLOGIE INDUSTRIALĂ. Disciplina care studiază caracteristicile şi acţiunea substanţelor toxice asupra organismului uman în procesul muncii.

TRAUMATISM. Ansamblul tulburărilor de ordin local şi general care apar în urma acţiunii asupra organismului uman a unui factor periculos.

VĂTĂMARE. Afectarea integrităţii anatomo-funcţionale şi a sănătăţii ca urmare a acţiunii unor factori de risc.

ZONĂ NOCIVĂ. Spaţiul în care este posibilă acţiunea factorilor nocivi asupra personalului.

ZONĂ PERICULOASĂ A UNUI ECHIPAMENT DE MUNCĂ. Orice zonă situată în interiorul sau în jurul echipamentului de muncă în care o persoană este expusă riscului de leziune sau afectare a sănătăţii. Notă : Pericolul care generează riscul înfăţişat în acesta definiţie :- poate fi permanent prezent pe durata funcţionării prevăzute a echipamentului de muncă (deplasarea elementelor mobile periculoase, degajare de substanţe periculoase, arc electric în timpul fazei de sudură etc.) sau :poate apărea neaşteptat (pornire neintenţionată / neprevăzută etc.).

ZONĂ PERICULOASĂ. Spaţiul în care este posibilă acţiunea factorilor periculoşi asupra personalului.

324 din 375

CAPITOLUL V PROTECŢIA ÎMPOTRIVA POLUĂRII ACVATORIILOR MARITIME ŞI FLUVIALE

V.1.NOŢIUNI INTRODUCTIVELa modul general poluarea reprezintă degradarea calitativă a mediului înconjurător.

Poluarea acvatoriilor - acest fenomen nedorit - are loc prin activitatea mai mult sau mai puţin conştientă a omului ambarcat, cum ar fi:a) curăţirea şi spălarea tancurilor de combustibili – lubrifianţi, a santinei şi deversarea acestor

reziduuri în acvatorii;b) producerea unor avarii la corp cu spargerea tancurilor de combustibili-lubrifianţi şi implicit,

deversări masive de produse petroliere;c) evacuarea peste bord a altor reziduuri cu un conţinut de hidrocarburi mai mare de 15ppm etc.

Degradarea calitativă a apelor rezultă în urma poluării:a) fizice; depunerile radioactive care ajung în apă o dată cu ploaia, apele utilizate în uzinele

atomice, deşeurile atomice etc.;b) termice; deversarea în apă a fluidelor calde care au fost utilizate la răcirea instalaţiilor

industriale sau a celor provenite de la răcirea propulsoarelor navelor , etc.;c) chimice; prin contaminarea acvatoriilor cu produse metalice sau nemetalice rezultate în urma

prelucrărilor agroindustriale (nitriţi, azotaţi, nitraţi, fosfaţi, cianuri, pesticide, insecticide, detergenţi etc.).

De problemele ecologice ale Mării Negre se fac răspunzătoare în primul rând ţările riverane însă, în aceeaşi măsură, poate chiar mai mult – şi cele din bazinul hidrografic al Dunării. In cadrul Institutului Naţional de Cercetare şi Dezvoltare Marină”Grigore Antipa”- Constanţa specialiştii, au găsit valori de aprox.5000μg hidrocarburi la litrul de apă , confirmându-se astfel că peste 50% dintre poluanţii mărilor şi oceanelor lumii provin din deversările de reziduuri din toate sectoarele de activitate de la uscat. Şi aceasta pentru că:a) nu există sau, există dar sunt nefuncţionale - staţiile de epurare;b) nu se execută controlul concentraţiei de ppm;c) inexistenţa sau, existenţa dar neexploatarea agregatelor şi instalaţiilor de prevenire şi combatere

a poluării apei;d) neperceperea de către Stat a taxei – onorariului pentru deversare în urma epurării reziduurilor.

Cu toate că în comparaţie cu celelalte componente alotropice ale mediului (habitate umane, obiective industriale, căi de comunicaţie, agricultura etc.),, activităţile militare sunt foarte puţin implicate în poluarea propriu-zisă a apelor, totuşi au loc scurgeri accidentale de reziduuri petroliere care ar putea concura împreună cu cele din alte sectoare de activitate la formarea pe suprafaţa apei a aşa zisei ”mareea neagră” - o peliculă consistentă de reziduuri petroliere care va împiedica aerisirea straturilor de apă dincolo de 100m adâncime. Fără oxigenul absolut necesar, cu siguranţă că, flora şi fauna se vor distruge. Şi nu numai atât. Pelicula de petrol va murdări şi infesta ţărmurile (plajele) şi cheiurile (danele), cu impact imediat asupra fiinţei umane.

Protecţia mediului marin de către nave presupune cunoaşterea şi aplicarea informaţiei şi tehnologiei în domeniu care, trebuie să fie în strânsă legătură cu evoluţia ştiinţei şi tehnicii pe plan mondial. Toate acestea nu se vor materializa însă atâta timp cât omul va acţiona inconştient (barbar, necivilizat) asupra mediului.

Sarcina cea mai importantă care se află în faţa omenirii este dezarmarea generală întrucât printre altele, războiul şi cursa înarmărilor constituie prin ele însele o sursă dintre cele mai serioase de degradare a mediului (ex. războaiele din Vietnam, Irak - Kuweit, Coreea, Orientul Apropiat - Mijlociu, Balcani, etc.).

În ceea ce priveşte Armata Română (Forţele Navale) – racordarea acesteia la cerinţele compatibilităţii şi interoperabilităţii cu structurile statelor membre NATO , include şi problematica referitoare la protecţia mediului. Normativul internaţional ce stă la baza monitorizării menţinerii proprietăţilor fizico-chimice optime pentru apă, este Convenţia „Marpol 73/78- un acord de gospodărire a Terrei - cu adăugiri ulterioare. Pentru SL-5 interesează în mod special anexele 1,5 şi 6, cu reguli privind poluarea cu hidrocarburi şi respectiv, cu reguli ce se aplică poluatorului când acesta poluează cu gaze ce rezultă în urma arderilor de la bord(motoare, turbine, caldarine,

325 din 375

incineratoare, etc) Obiectivul principal al Convenţiei este completa eliminare a poluării internaţionale a mediului marin cu hidrocarburi şi alte substanţe dăunătoare şi minimalizarea descărcărilor accidentale ale acestor substanţe de la nave.

În toate cercurile interne dar mai ales în cele externe de la toate nivelele - inclusiv în organismele militare - se vorbeşte tot mai insistent despre o nouă ameninţare la adresa omenirii, anume-poluarea de către om a propriilor habitate de vieţuire datorită menţinerii la cote ridicate a pericolului unui conflict nuclear generalizat şi implicit, posibilitatea unei catastrofe ecologice iremediabile.

V.1.1 Semnificaţii, drepturi şi răspunderi ce decurg din legea protecţiei mediului, prin aplicarea semnelor convenţionale ce vin în sprijinul normativelor de prevenire şi combatere a

poluării mediului înconjurător

Prin legea protecţiei mediului promulgată în 1995 şi completată în 2000, s-a instituit cadrul general al reglementărilor în domeniul mediului şi totodată s-au modelat atitudinile şi comportamentul cetăţenilor faţă de mediu, prin instituirea de limitări, restricţii şi pârghii economice de materializare a principiilor „ Poluatorul plăteşte” şi „Mediul nu este un bun gratuit”.

În sprijinul aplicării acestei legi, pentru prevenirea şi combaterea poluării de orice natură, există o anexă cu semnele convenţionale care vin în sprijinul reglementărilor de mediu (vezi anexa 1.a, b, c,). Această anexă va conduce cu siguranţă la un sistem bine conturat de prevenire şi combatere a poluării mediului cu economii apreciabile şi cu un câştig din start - păstrarea purităţii apei, aerului şi solului.

Având în vedere însă aceste semne convenţionale, trebuie precizat că simbolul „ trifoiului cu 4 foi”=floarea mediului, este aplicat pe toate panourile cu semnele convenţionale de protecţie a mediului înconjurător.

Astfel, primele 11 semne convenţionale sunt de interzicere, următoarele 8 sunt de indicare iar ultimele 11 sunt auxiliare (anexa 1 a, b, c).

Semnificaţia practică a acestor panouri este dată tabelar mai jos:

Nr.crt Panoul Semnificaţia

1. M1 Interzicerea depozitării substanţelor periculoase2. M2 Interzicerea depozitării îngrăşămintelor chimice,3. M3 Interzis spălatul utilajelor de transport logistic,4. M4 Interzisă folosirea „momelilor” periculoase,5. M5 Interzisă arderea vegetaţiei,6. M6 Interzisă defrişarea vegetaţiei,7. M7 Interzisă producerea de zgomote peste limitele admise,8. M8.a. Interzis vânatul,9. M8.b. Interzis pescuitul, 10. M9 Interzisă deversarea apelor uzate şi a deşeurilor de pe nave,11. I.1. Efluent,12. I.2. Poluant,13. I.3. Risc ecologic potenţial,14. I.4. Deşeuri periculoase,15. I.5. Mediu deteriorat,16 I.6. Zonă umedă,17. I.7. Post de supraveghere a mediului,18. I.8. Informaţii privind mediul (persoană autorizată),19. P.1. Arie protejată,20. P.2. Autorizaţie de mediu,21. P.3÷8,11 Zonă ecoturistică,22. P 9 Staţie de incinerare a deşeurilor,23. P. 10 Staţie de epurare a apelor uzate.

326 din 375

Anexa 1.a.

327 din 375

Anexa 1.a.

328 din 375

Anexa 1.b.

329 din 375

Anexa 1. c.

330 din 375

V.2 ARMATA SE INSTRUIEŞTE PROTEJÂND MEDIUL ÎNCONJURĂTOR

În contextul efortului general actual de limitare a deteriorării calităţii mediului ambiant cât şi-n dorinţa de găsire a soluţiilor durabile şi eficiente de refacere şi conservare a habitatelor, Armata (Marina Militară ) şi-a reorientat concepţia cu privire la desfăşurarea procesului de instruire, astfel că acum este posibilă desfăşurarea pregătirii pentru luptă în deplină concordanţă cu legislaţia în vigoare. Până la intrarea în vigoare şi respectarea legislaţiei de mediu(L137/”95, cu OG125-anexă la lege), procesul de instruire a trupelor se desfăşura fără minim de protecţie producând efecte dezastruoase şi astăzi, mai importante fiind:

a)degradarea solului, folosind în procesul de instruire motorizatele şi tehnica pe şenile, b)distrugerea zonelor cu vegetaţie bogată (păduri, alte areale protejate de lege), prin dislocări – redislocări de trupe, ocazie cu care nu se respectă traseele recomandate, parcările delimitate sau completele de mascare din dotare, c)evacuarea necontrolată a unor mari cantităţi de deşeuri menajere solide, lichide în locuri neamenajate,d)degradarea calităţii apei şi a solului deci, a pânzei freatice, prin deversările reziduurilor şi necircularea lor prin staţii de epurare,e)efectul de seră; încălzirea globală a Terrei la care cu un procent de sub 1,5% participă şi emisiile de gaze rezultate în urma arderii carburanţilor la bord şi care ajunse în atmosferă la o anumită altitudine formează un strat ce se va opune împrăştierii în spaţiu a căldurii radiante de la sol. Odată cu acestea este distrus stratul de ozon şi creşte temperatura mediului ambiant şi frecvenţa ploilor acide. De aceea, conform legislaţiei, orice navă trebuie să aibă la bord un plan de acţiune în caz de poluare a acvatoriului, întocmit în strânsă corelare cu cel al Administraţiei Portuare de la Dunăre sau Mare.

Legi conexe şi alte hotărâri interne cu privire la prevenirea, combaterea şi sancţionarea contravenienţilor poluării mediului, sunt structurate în tabelul ce urmează:

Nr. crt.

Normativul ConţinutResponsabil

aplicareNivel de aplicare

Intr. în vigoare

1 2 3 4 5 6

1. Legea 6/93Ratificarea Convenţiei „Marpol”

Guvernul N(R,L) Mart.93

2.Declaraţia de la Odessa

Protecţia Mării Negre ˝ ˝ Aprilie΄93

3. Legea 17/΄90 Jurisdicţia apelor teritoriale. ˝ ˝ Aprilie΄90

4. Legea 98/΄92Ratificarea Convenţiei Mării Negre.

˝ ˝ Ian.΄94

5. Legea 107/΄96 Legea apelor ˝ ˝ Dec. ΄96

6. HG138/1994 Penalităţi ˝ ˝ Apr.94

7. HG47/1994 Dezastre, calamităţi ˝ ˝ Apr.94

8.Nota internă a Marinei Militare

Protecţia mediuluiForţele Navale

R(L) ΄91

9.Instrucţiunea M4/1993

Aplicarea de către M.Ap.N. a HG531/΄92

Guvern N,R,L Febr. ΄93

10.Ordonanţele de guvern nr.14 şi 15/2000

Participarea României la Convenţia internaţională de mediu şi răspunderea civilă în caz de poluare

Guvern N,R,L 2000

Nr. Normativul Conţinut Responsabil Nivel de Intr. în

331 din 375

crt. aplicare aplicare vigoare

11.

PM-2; metodologia de elaborare a planului de acţiune pentru protecţia mediului în Armată

Metodologie MApN N,R,L 2000

12.Strategia de protecţie a mediului în Armata României.

Strategie MApN N,R,L 2000

13.L426-2001 şi HG662-2001 şi HG856-2002

Management, marketing deşeuri

Guvern N;R;L2000, 2001, 2002

14.

Ordonanţa de urgenţă nr. 91 privind modificarea şi completarea legii protecţiei mediului.

Modificarea şi completarea legii

Guvern N;R;L 2002

15.

Doctrina forţelor armate privind protecţia mediului pe timpul operaţiilor şi instrucţiei

Politici de mediu MApN N,R,L 2003

Pentru salvarea habitatului în zona litorală a României se impun de urgenţă următoarele măsuri:

a) evitarea trecerii trupelor prin zone cu baraje, ecluze, faleze, diguri, etc.b) interzicerea executării lucrărilor genistice în zonele de importanţă istorică, arheologică sau în rezervaţii naturale,c) evitarea funcţionării staţionare a oricărui agregat sau a funcţionării îndelungate la suprasarcină a acestuia astfel încât să se reducă zgomotul fonic,d) utilizarea substanţelor cu grad ridicat de poluare (sarinul, iperita, hidrazina, VX-ul, tabunul, etc.), decât în cantităţi prevăzute de normativele internaţionale,e) la terminarea misiunii deşeurile de amestec incendiar vor fi complet arse şi îngropate în sol la o adâncime de peste 50 cm.,f) realimentarea cu carburant a navelor să se facă astfel încât să nu se producă scurgeri în apă. Uleiurile şi combustibilii uzaţi se vor colecta în bidoane (butoaie) etanşe în vederea predării firmelor specializate în reciclarea acestora,g) incintele de spălare a părţilor murdare de reziduuri ale mecanismelor şi agregatelor se vor şterge cu laveta după care se spală cu apă fără a se turna detergent în aceasta.

V.3 MAREA NEAGRĂ – MARE CU STATUT SPECIAL

Aproape o treime din zonele de uscat ale Europei are legături cu Marea Neagră. Este o zonă ce include părţi majore din 17 ţări, 13 oraşe mari şi circa 160 milioane de oameni. Aici se varsă marile fluvii europene: Dunărea, Niprul şi Donul, iar singura legătură cu oceanele lumii este Strâmtoarea Bosfor, cu doar 70 m adâncime şi 700 m lăţime în medie, în timp ce adâncimea Mării Negre depăşeşte în unele locuri, 2 Km. Datorită acestor condiţii de mediu, apele Mării Negre sunt “moarte” sub adâncimea de 180 m, aceasta devenind cel mai mare bazin anoxic din lume. Întregul ecosistem este într-un avansat proces de degradare, introducerea accidentală de faună, distrugerea resurselor estetice ale litoralului, supraexploatarea resurselor sunt realităţi evidente. Intensificarea cooperării subregionale şi apariţia unor noi probleme au reclamat adoptarea unui regim special de ocrotire împotriva degradării mediului marin. În acest context, la 21 aprilie 1992, la Bucureşti a fost semnată de către reprezentanţii statelor riverane (Bulgaria, Georgia, România, Federaţia Rusă, Turcia şi Ucraina) Convenţia privind protecţia Mării Negre împotriva poluării însoţite de două

332 din 375

protocoale adiţionale. Este vorba de un ansamblu convenţional în care regimul juridic general este stabilit de către Convenţie, iar regimurile speciale de protecţie a mediului marin împotriva unor forme particulare de poluare: din surse de pe uscat, cu petrol şi alte substanţe nocive în situaţii de urgenţă şi poluarea prin descărcare, sunt prevăzute de către protocoalele adiţionale. Acestea sunt: Protocolul privind protecţia mediului marin al Mării Negre împotriva poluării din surse de pe uscat, Protocolul privind cooperarea în combaterea poluării cu petrol şi alte substanţe nocive a mediului marin al Mării Negre împotriva poluării prin descărcare.În spiritul reglementărilor internaţionale generale în materie, Convenţia referitoare la protecţia Mării Negre a recunoscut, în preambul, că resursele naturale şi de agrement ale acesteia “pot fi păstrate, în primul rând, prin eforturile comune ale ţărilor riverane” şi, în consecinţă, sunt luate în considerare “caracteristicile hidrologice şi ecologice speciale ale Mării Negre şi sensibilitatea deosebită a faunei şi florei acesteia la schimbările de temperatură şi de compoziţie ale apei Mării”. Găsim aici o definiţie general acceptată a” mării regionale” ca o zonă specifică a oceanului caracterizată printr-o anumită unitate geografică, oceanografică, halieutică, umană chiar. În ciuda impreciziei semnificaţiilor juridice ale noţiunilor în materie, Marea Neagră poate fi caracterizată ca o mare regională, semideschisă (de tip mediteranean) cu un mediu marin deosebit de vulnerabil. De ce? Pentru că potrivit experienţelor, 90% din volumul total al apelor Mării Negre este lipsit de oxigen şi marea majoritate a vieţii marine este concentrată la suprafaţă, în restul de 10%. În mediul marin se deversează o enormă cantitate de poluanţi de origine fluvială, mai ales din Dunăre, Nipru şi Don. Starea sa ecologică în ansamblu şi mai ales în partea sa nord-vestică aflată sub influenţa nemijlocită a aportului de apă dulce al fluviilor, este extrem de gravă şi ameninţată de un posibil colaps pe termen scurt. Toate modificările care au alterat profund starea de echilibru a ecosistemului marin s-au datorat modificării stratului de H2S(hidrogen sulfurat), a accentuării hipoxiei, pătrunderii unor cantităţi uriaşe de poluanţi minerali şi organici.(concluziile Colocviului din 17 octombrie 1992, de la Trieste, publicate în “Europe Environnement”, nr. 396 din 20 octombrie 1992, p.17) După accidentul de la Cernobâl, o problemă serioasă a devenit şi poluarea radioactivă. Câmpul geografic de aplicare a Convenţiei cuprinde marea teritorială şi zona economică exclusivă din Marea Neagră a fiecărei părţi contractante. Întocmai ca şi celelalte convenţii referitoare la mări regionale (cu excepţia celei de la Djeddah) şi cea de faţă exclude orice aplicare a prevederilor sale la apele interioare ale statelor semnatare, permiţând, în schimb, protocoalelor adiţionale să prevadă astfel, în funcţie de obiectivele fiecăruia. Astfel, Protocolul privind protecţia mediului marin al Mării Negre împotriva poluării din surse de pe uscat, se aplică şi la apele interioare faţă de liniile de bază de la care se măsoară lăţimea mării teritoriale şi în cazul cursurilor de apă dulce, până la limita apei dulci (art.3, care preia prevederile pertinente ale Protocoalelor III şi IV ale Convenţiei de la Barcelona).În termeni geografici, convenţia se va aplica la Marea Neagră propriu-zisă, având ca limită de sud linia care uneşte capul Kelagra şi capul Dalyan.

În vederea precizării semnificaţiilor şi circumscrierii cât mai exacte a câmpului de aplicare, Convenţia stabileşte înţelesurile acordate unor noţiuni ca: poluarea mediului marin, nave, descărcarea şi substanţe nocive:

a)Definiţia poluării mediului marin. În definirea acestui concept, Convenţia preia dispoziţiile art. 1, alin. 4 al Convenţiei ONU privind dreptul mării din 10 decembrie 1982 prevăzând ca “Poluarea mediului marin înseamnă introducerea de către om, direct sau indirect, de substanţe sau energie în mediul marin, inclusiv estuare, care au sau pot avea ca rezultate asemenea efecte dăunătoare cum sunt vătămarea resurselor vii şi a vieţii marine, pericole pentru sănătatea omului, obstacole pentru activităţile pe mare, inclusiv pescuitul şi alte folosinţe legitime ale Mării, degradarea calităţii de folosire a apei acesteia şi deteriorarea condiţiilor de agrement” (art. II.1.). Din păcate, documentul nu a reflectat întreaga viziune a Convenţiei dreptului mării în această privinţă, rezumându-se la termenii art. 1, alin. 4. Într-adevăr, aceasta s-a lărgit, prin art. 196, care prevede şi “introducerea intenţionată ori accidentală într-o zonă a mediului marin de specii străine ori noi, care ar putea provoca schimbări considerabile şi vătămătoare”.b)Nave, descărcare, substanţă nocivă. Pentru scopurile convenţiei, „nave” înseamnă ambarcaţiuni de deplasare pe mare de orice tip. Acest termen include navele cu elice, vehicule cu perne de aer, submarine, mijloace plutitoare, indiferent dacă sunt sau nu autopropulsate, platformele şi orice alte construcţii amplasate pe apă. Aeronavele reprezintă orice mijloc de

333 din 375

deplasare în aer de orice tip (art. II.2.a şi b). În circumscrierea câmpului de aplicare în temeiul imunităţii suverane, Convenţia a stabilit că nu se aplică nici unei nave de război, nave auxiliare altor vase sau aeronave aflate în proprietatea sau care sunt exploatate de către un Stat şi folosite, la acea dată, numai în serviciul necomercial al Guvernului (art. IV). Cu toate acestea, fiecare parte contractantă este ţinută să adopte măsuri adecvate care să nu stânjenească operaţiunile unor asemenea nave sau aeronave aflate în proprietatea sa ori exploatată de ea, ca aceasta să acţioneze într-o manieră conformă dispoziţiilor convenţiei. c)Descărcarea este definitivă atât în sens pozitiv, ca orice deversare deliberată de deşeuri sau alte materiale de pe nave sau aeronave, orice sabordaj deliberat de către nave sau aeronave, cât şi negative, neincluzând: deversarea de deşeuri sau alte materiale care rezultă în mod direct sau indirect din exploatarea normală a navelor sau aeronavelor şi a echipamentului lor, altele decât deşeurile sau acele materiale transportate de sau de la nave sau aeronave, care sunt exploatate în scopul deversării unor asemenea materiale sau derivate din tratarea unor deşeuri sau altor materiale pentru un alt scop decât simpla deversare a acestora, cu condiţia ca această evacuare să nu fie contrară scopurilor amintitei convenţii.d)Substanţa nocivă înseamnă, în înţelesul Convenţiei, orice substanţă periculoasă, otrăvitoare sau un alt tip de substanţă, care, introdusă în mediul marin, datorită toxicităţii ei şi/sau persistentă şi/sau caracteristicilor bioacumulatoare, ar cauza poluare sau ar afecta negativ procesele biologice.

Convenţia reafirmă ca principii generale în raporturile între statele părţi: deplina egalitate în drepturi şi îndatoriri, respectarea suveranităţii naţionale, independenţa, neamestecul în treburile interne, avantajul reciproc şi alte principii şi norme corespunzătoare ale dreptului internaţional. O dezvoltare specială o cunoaşte dreptul şi obligaţia semnatarilor de a coopera în vederea prevenirii, reducerii şi controlului poluării, pentru a proteja şi conserva mediul marin al Mării Negre.

Ca în toate convenţiile privind protecţia mărilor regionale şi cea referitoare la Marea Neagră după ce afirmă, în preambul, disponibilitatea de a coopera, pentru conservarea mediului marin şi protejarea resurselor vii ale acestuia împotriva poluării, relevă necesitatea colaborării ştiinţifice, tehnice şi tehnologice în acest sens. De asemenea, “pe baza abordării regionale concertate”, este prevăzută şi colaborarea cu organizaţii internaţionale interesate.

În spiritul “comunităţii de interese” şi “patrimoniului regional”, precum şi al adevărului precum că “poluarea rezultă şi din surse de pe uscat din alte ţări ale Europei”, Convenţia este deschisă aderării oricărui stat neriveran la Marea Neagră “interesat în realizarea scopurilor prezentei convenţii şi care să contribuie în mod substanţial la protecţia şi conservarea mediului marin al Mării Negre”.

Obligaţia generală de cooperare se manifestă sub forma informării, consultării, concertării şi negocierii. O reglementare specifică şi detaliată vizează cooperarea ştiinţifică şi tehnică şi supravegherea stării mediului marin.

Spre deosebire de situaţia marii majorităţi a ansamblurilor convenţionale ale celorlalte mări convenţionale Convenţia privind Marea Neagră a instituit o nouă structură instituţională de cooperare permanentă, Comisia pentru protecţia mediului marin al Mării Negre, cu sediul la Istambul. Aceasta este formată din reprezentanţi ai statelor părţi (care se bucură de privilegii şi imunităţi diplomatice, în conformitate cu dreptul internaţional), iar preşedinţia sa este asumată prin rotaţie, de către fiecare parte contractantă, în ordinea alfabetică a limbii engleze. Organismul funcţionează din1998, reprezentanţii se întâlnesc de cel puţin o dată pe an, preşedintele putând convoca reuniuni extraordinare, la cererea oricărei părţi contractante.

În exercitarea funcţiilor sale Comisia (are capacitatea juridică necesară) emite hotărâri şi recomandări, adoptate cu unanimitate de membrii săi.

În privinţa competenţei sale, organismul adoptă regulile sale de procedură pentru exercitarea funcţiilor sale, decide asupra organizării activităţilor şi stabileşte organele subsidiare conform prevederilor convenţiei.

Referitor la funcţiile comisiei, acestea constau, în general, în elaborarea de recomandări vizând măsurile necesare pentru realizarea scopurilor convenţiei, amendamentele necesare la aceasta şi la protocoalele adiţionale, măsuri suplimentare pentru protecţia mediului marin, elaborarea de criterii referitoare la prevenirea, reducerea şi controlul poluării, cooperarea cu

334 din 375

organizaţiile internaţionale competente, în special în vederea dezvoltării unor programe adecvate ori, obţinerii de asistenţă(consiliere, sponsorizare) în îndeplinirea obiectivelor generale.

Ca şi în cazul altor convenţii, pe baza recomandării comisiei, sau la cerere, reprezentanţi ale părţilor contractante se pot reuni în scopul adoptării de amendamente la Convenţie şi/sau la protocoale. Comisia este asistată în activitatea ei de un secretariat permanent, compus dintr-un director executiv şi funcţionari (desemnaţi dintre cetăţenii tuturor statelor riverane Mării Negre).

Părţile contractante îşi asumă angajamentul general de a lua, individual sau în comun, toate măsurile necesare în concordanţă cu dreptul internaţional şi în conformitate cu prevederile acestei convenţii, pentru a “preveni, reduce şi controla poluarea” (art. V.2.).

În acest sens, în spiritul unei metode sectoriale de abordare sunt prezentate măsurile necesare în vederea combaterii unor forme ori surse speciale de poluare.

Astfel, Convenţia consacră (art. VI) angajamentul fiecărei părţi contractante de a preveni poluarea mediului marin a Mării Negre prin orice surse, cu substanţe periculoase şi materiale (stabilite într-o anexă, respectiv la categorii, printre care: compuşi organostanici, mercur, cadmiu, plumb şi compuşii acestora, etc.).

Faţă de o altă formă de poluare, cea de pe nave, părţile contractante se obligă să adopte, individual sau în comun, toate măsurile adecvate, pentru prevenirea, reducerea şi controlul acesteia, în conformitate cu regulile şi standardele internaţionale adoptate (art. VIII).

Cooperarea în materie de combatere a poluării în situaţii de urgenţă (stabilită, la nivel de principiu, în art. IX al Convenţiei) este guvernată de Protocolul (adiţional) privind cooperarea în combaterea poluării cu petrol şi alte substanţe nocive a mediului marin al Mării Negre, în situaţii de urgenţă.

Convenţia cuprinde şi dispoziţii referitoare la poluarea prin descărcare, care face, de asemenea, obiectul unui protocol adiţional, stabilind, pe lângă obligaţia de a adopta toate măsurile adecvate şi de a coopera în prevenirea, reducerea şi controlul acestui gen de poluare, şi pe cea ca fiecare stat contractant să nu permită, în zonele aflate sub jurisdicţia sa, descărcarea de materiale de către persoane fizice sau juridice ale statelor care nu sunt riverane Mării Negre.

Şi în cazul Mării Negre, poluarea de origine telurică produce consecinţe dintre cele mai negative pentru mediul marin. În acest sens este stipulată obligaţia semnatarilor de a preveni, reduce şi controla poluarea mediului marin din surse de pe uscat (art. VII), conform condiţiilor stabilite detaliat în primul protocol adiţional al Convenţiei (care utilizează, în legătură cu descărcările în mare, metoda listelor, lista I cuprinzând substanţe şi materiale periculoase, iar lista II substanţe şi materiale nocive).

În acelaşi context, în ce priveşte poluarea rezultată din activităţile relative la platoul continental, este prevăzut angajamentul părţilor contractante de a adopta legi şi regulamente, precum şi măsuri de a preveni, reduce şi controla poluarea mediului marin al Mării Negre, cauzată sau legată de activităţi care au loc pe platoul său continental, inclusiv explorarea şi exploatarea resurselor naturale ale platoului continental.

Poluarea de origine atmosferică este şi ea expres prevăzută de Convenţie şi tratată ca o formă specifică. Astfel art. XII al documentului prevede obligaţia părţilor contractante de a adopta legi şi regulamente precum şi măsuri individuale sau convenite pentru a preveni, reduce sau controla poluarea mediului marin al Mării Negre din sau prin atmosferă aplicabile spaţiului aerian de deasupra teritoriului lor şi navelor sub pavilionul lor sau navelor şi aeronavelor înregistrate pe teritoriul lor.

O formă particulară de poluare, la care nu fac referiri celelalte convenţii privind protecţia mărilor regionale împotriva poluării, este cea prin deşeuri periculoase aflate în traficul transfrontieră. Măsurile care trebuie adoptate în cooperarea statelor riverane îşi propun să prevină poluarea mediului marin provocată de deşeuri periculoase aflate în traficul peste frontieră, ca şi pentru combaterea traficului ilegal al acestora (fiind prevăzută elaborarea şi adoptarea unui protocol adiţional în materie).

În strânsă legătură cu aceste probleme, Convenţia tratează şi pe cea referitoare la protecţia resurselor vii marine. Astfel, potrivit art. XIII, atunci când iau măsuri pentru prevenirea, reducerea şi controlul poluării mediului marin, părţile contractante trebuie să acorde o atenţie deosebită

335 din 375

evitării producerii de daune vieţii marine şi resurselor vii, în special prin schimbarea locului lor de vieţuire şi crearea de piedici în calea pescuitului şi altor folosinţe ilegale ale Mării Negre.

Alături de măsurile de prevenire şi de combatere a acestora, Convenţia prevede şi măsuri referitoare la responsabilitatea materială, “în scopul de a asigura cel mai ridicat grad de descurajare şi de protecţie a Mării Negre împotriva poluării”.

În acest scop, este consacrată mai întâi responsabilitatea părţilor contractante pentru îndeplinirea obligaţiilor lor internaţionale privind protecţia şi păstrarea mediului marin al Mării Negre. Pentru concretizarea acesteia, fiecare stat semnatar va adopta reguli şi reglementări privind răspunderea materială pentru daune provocate de către persoane fizice şi juridice, mediului marin al Mării Negre în zonele în care el îşi execută suveranitatea, drepturile suverane şi jurisdicţia sa. În acest context, se acordă o atenţie deosebită sistemelor de asigurare a unei compensaţii prompte şi adecvate sau a altei reparaţii, pentru pagube cauzate prin poluarea mediului marin. Totodată, este prevăzut angajamentul de cooperare în vederea dezvoltării şi armonizării legilor, reglementărilor şi procedurilor referitoare la răspunderea materială, la evaluarea daunelor şi la compensaţia pentru pagubele cauzate prin poluare.

Convenţia nu instituie organe speciale de jurisdicţie pentru soluţionarea diferendelor, în ce priveşte întreruperea şi aplicarea dispoziţiilor sale. Ea se limitează în a aprecia că se va căuta o soluţionare pe calea negocierilor sau a oricărui mijloc paşnic, la alegerea părţilor contractante (art. XXV).

Adoptarea Convenţiei privind protecţia Mării Negre împotriva poluării se înscrie în contextul mai larg al preocupărilor statelor din zonă – din ultimii ani; de a-şi multiplica cooperarea pe multiple planuri: economic, politic, cultural-ştiinţific etc., inclusiv prin crearea unor structuri instituţionale adecvate.

Deşi semnată mai târziu decât celelalte convenţii relative la protecţia mărilor regionale (inclusiv din motive politico-strategice), cea de faţă reuşeşte să instituie o cooperare interstatală cu caracter permanent şi să valorifice o parte din experienţa adoptării şi aplicării celorlalte documente în materie.

Astfel, statele-părţi nu cooperează numai în domeniul de urgenţă – situaţiile critice – dar şi în prevenirea şi combaterea celor mai diverse forme de poluare a mediului marin. În acelaşi timp, se cuvine remarcat caracterul complex şi dinamic al ansamblului convenţional: cadrul general asigurat de convenţie, completat şi dezvoltat în mod specific prin protocoalele adiţionale, precum şi posibilitatea îmbogăţirii sale permanente cu reglementări cerute de realităţile concrete.

Sub raportul conţinutului, reglementările stabilesc obiective de calitate şi cantitate, fixează exigenţele pe care factorii de mediu şi resursele naturale trebuie să le îndeplinească din punct de vedere ecologic.

Nu în ultimul rând, de o importanţă deosebită este faptul că monitorizarea prin satelit a Mării Negre se dovedeşte a fi deosebit de eficientă.

În realizarea şi chiar completarea semnificaţiilor convenţiei din 1992, statele riverane au semnat şi aplică şi alte documente, menite să promoveze cooperarea multilaterală în materie. Astfel, Declaraţia ministerială referitoare la protecţia Mării Negre (semnată la Odessa, la 7 aprilie 1993), constituie un text preponderent politic, având scopuri pragmatice de protecţie a mediului marin pe termen scurt şi lung în privinţa controlului poluării, reabilitării resurselor naturale şi gospodăririi raţionale a deşeurilor. Alături de asemenea documente s-au elaborat şi se implementează o serie de programe în diferite domenii de activitate.

Programul internaţional de cercetări în Marea Neagră (CoMSBlack), iniţiat la Varna în 1991 (la care au participat Bulgaria, Georgia, România, Federaţia Rusă, SUA, Turcia şi Ukraina), are ca obiective principale: identificarea şi crearea unui sistem de gestionare a bazelor de date pentru zona deltei ca şi a platoului pentru cele două zone menţionate, precum şi pentru aprofundarea cercetărilor marine.

Programul de gestionare eficientă şi protecţie a Mării Negre, al facilităţii globale pentru mediu (GEF) a fost inaugurat la Constanţa în 1992 şi vizează Marea Neagră, Marea de Azov, zonele costiere ale ţărilor riverane şi bazinele de drenaj ale fluviilor tributare, exceptând Dunărea (pentru care există un program GEF separat).

336 din 375

Programul urmăreşte crearea unui cadru operaţional complex pentru cooperarea regională pe termen lung în vederea limitării procesului continuu de degradare a mediului şi resurselor marine, utilizării durabile a acestora.. Programul privind interacţiunea dintre fluviul Dunărea şi partea nord-vestică a Mării Negre (EROS-2004), propus în 1994, la Paris, cu contribuţia Uniunii Europene, are ca obiectiv desfăşurarea de cercetări asupra calităţii mediului în regiune, la care participă specialişti din ţările riverane, din Franţa, Belgia, Olanda, Germania şi Marea Britanie. Este o continuare a programelor EROS-1994 pentru Marea Mediterană occidentală.

Planul strategic de acţiune pentru realizarea protecţiei Mării Negre (Istanbul, 31 decembrie 1996) semnat de reprezentanţii statelor riverane (Bulgaria, Georgia, România, Federaţia Rusă, Turcia şi Ucraina), “în spiritul Declaraţiei de la Rio-1992”; documentul cuprinde un set de principii, politici şi acţiuni menite să conducă la amplificarea cooperării regionale în direcţia sporirii sănătăţii mediului, pentru populaţia riverană şi conservării ecosistemului Mării Negre. Astfel, ca principii sunt reluate cele consacrate de Convenţia de la Rio de Janeiro (1992), adaptându-le la problemele specifice regiunii, respectiv: promovarea conceptului de “dezvoltare durabilă”, principiul precauţiei în luarea deciziilor, principiul acţiunii preventive, principiul stimulării folosirii de tehnologii “curate”, principiul folosirii de instrumente economice adecvate pentru susţinerea depoluării durabile, introducerea considerentelor de mediu în toate strategiile şi planurile zonale, promovarea unei strânse legături între statele riverane, principiul implicării deţinătorilor de interese în zonă prin protejarea drepturilor de proprietate, transparenţa şi participarea voluntară a publicului.

O atenţie deosebită se acordă întăririi rolului mecanismelor regionale de cooperare între statele riverane, în frunte cu Comisia de la Istambul (creată în urma Convenţiei din 1992), Secretariatul şi cele şapte grupuri Consultative tematice. De două ori pe an se organizează conferinţe de cercetare referitoare la mecanismele de aplicare a Planului Strategic de Acţiune (prima, în iunie 1998).

Alte asemenea programe:Programul de monitoring, analize de laborator şi gestionarea informaţiilor în ţările riverane Mării Negre, Programul regional multiinstituţional de cooperare, Programul regional Marea Neagră pentru cercetări marine şi servicii, etc.

Ca o concluzie, statutul special pentru Marea Neagră este dictat de situaţii nou apărute după 1989; multitudinea de state riverane cu economii diferenţiate în dezvoltare, traficul intens al navelor, vărsarea unor mari fluvii ale Europei şi nu în ultimul rând, faptul că această mare este declarată o mare închisă, fără curenţi puternici(mareea lipsind deci), ea necomunicând cu oceanul planetar decât prin strâmtorile Bosfor-Dardanele.

Mai nou-specialiştii au ajuns la concluzia că eutrofizarea planctonului marin(proces prin care nitraţii şi fosfaţii proveniţi din surse de pe uscat, fertilizează în exces apele costiere, favorizând înfloriri masive de alge care, la rândul lor consumă oxigenul din apă necesar pentru supravieţuirea altor animale marine)mai este generată şi de existenţa în apa mării a unei specii de melci întâlnită în apele teritoriale ale Japoniei cât şi a unei specii de meduze întâlnită în apele teritoriale nord-americane(golful Mexic), estuarul fluviului Amazon, aduse şi deversate la noi o dată cu apa de balast a navelor. Această faună s-a înmulţit foarte mult infestând pur şi simplu platoul continental românesc, coparticipând astfel la distrugerea înceată dar sigură a vieţii marine specifice acestei zone.

Tot specialiştii români susţin că din 23 de specii de peşte cunoscute până în deceniul 8, azi mai există 5. Dar poate că şi mai grav este faptul că apele adânci ale Mării Negre adăpostesc aprox.2,5-3 mil. tone de hidrogen sulfurat generate de deşeuri radioactive, chimice, substanţe otrăvitoare şi hidrocarburi—deversate fără nici o restricţie în mare.

De aceea, dacă într-un timp cât mai scurt nu se limitează astfel de practici (prin legislaţie şi monitorizare optime), spun specialiştii-salvarea Mării Negre nu va putea fi înfăptuită, implicit a fiinţei umane pentru că, emanaţiile la suprafaţa mării a hidrogenului sulfurat şi a amoniacului stocate în pungi la anumite adâncimi şi în anumite condiţii de presiune şi temperatură, pot determina moartea prin asfixie a omului.

337 din 375

V.4.PRINCIPII, POLITICI ŞI ACŢIUNI DE REABILITARE ŞI PROTECŢIE A MĂRII NEGRE STABILITE DE COMUN ACORD DE CĂTRE ŢĂRILE RIVERANE ÎN URMA DECLARAŢIEI

DE LA ODESSA (1999) A ŞI CONVENŢIEI DE LA BUCUREŞTI (2000)

V.4.1.Principii politice

a) dezvoltarea durabilă nu se poate realiza decât prin asigurarea unui mediu înconjurător sănătos pentru Marea Neagră simultan cu restabilirea şi dezvoltarea sa economică;b) principiul precauţiei; desfăşurarea unei activităţi să nu implice riscuri pentru sănătatea umană;c) folosirea tehnologiei cu ajutorul căreia să aibă loc o dezvoltare durabilă a habitatelor umane;d) aplicarea fără restricţii a principiului „poluatorul plăteşte”;e) cooperarea nu numai între statele riverane Mării Negre dar şi între cele aparţinând întregului bazin hidrografic al Dunării, Donului, Niprului etc.;f) transparenţa şi participarea publică vor fi susţinute prin punerea la dispoziţie pe scară largă a informaţiei prin toate căile şi mijloacele cât şi cooptarea pentru implementarea strategiilor, a publicului larg;g) atragerea de câţi mai mulţi sponsori, donatori, instituţii financiare ,agenţii de ajutor bilateral etc.

V.4.2.Managementul deşeurilor - reducerea poluării

a) prin scăderea treptată a producţiei până la închiderea firmei sau retehnologizarea acesteia;b) tratarea în totalitate a reziduurilor şi apoi deversarea acestora, sau reciclarea;c) aplicarea taxei de efluent-o reglementare juridică coercitivă dar foarte bună pentru poluatorii noştri;d) utilizarea de facilităţi portuare pentru recepţionarea reziduurilor la cheu (dană);e) evitarea introducerii prin debalastare în acvatoriile de litoral a speciilor (de floră şi faună) exotice din alte zone ale lumii, cu rol distructiv pentru habitate;f) interdicţie totală de depunere a gunoiului în zonele maritime costiere sau fluviale (estuare, lagune, ostroave etc.);g) interzicerea cu desăvârşire a depozitării substanţelor toxice containerizate, de orice natură, în Marea Neagră;h) prin aplicarea legislaţiei de combatere a traficului ilegal de deşeuri periculoase;i) toate activităţile desfăşurate la ţărm de către persoane fizice sau private să fie autorizate numai dacă utilizează cea mai performantă tehnologie de prevenire şi de combatere a poluării;j) personalul cu funcţii în domeniu (care trebuie să fie de specialitate, instruit şi autorizat) să monitorizeze mai îndeaproape tentativele de murdărire, distrugere a componentelor mediului;k) prin întocmirea şi raportarea de date statistice exacte, care ar oferi posibilitatea operatorilor să identifice cu rapiditate şi precizie cauzele apariţiei poluantului şi de a lua măsuri adecvate de suprimare a lor şi de depoluare a zonei.

V.5. STANDARDE NATO DE PREVENIRE ŞI COMBATERE A POLUĂRII MEDIULUI DE CĂTRE NAVELE MILITARE

V.5.1 Generalităţi

Un bun management al mediului din partea sectorului militar prevede existenţa unui program care ar trebui să aibă următoarea componenţă:

a)curăţarea; remedierea stricăciunilor provocate mediului de anumite substanţe deversate accidental sau datorită unor practici neglijente cât şi reecologizării zonelor afectate de reziduuri;

338 din 375

b)concordanţa; implică alinierea operaţiunilor din sfera de activitate la cerinţele de protecţie a mediului înconjurător. În acest sens, spre exemplu, în U.S. Navy activităţile de mediu sunt raportate periodic la ministerul de resort;c)conservarea: asigură menţinerea calităţii vieţii terestre şi acvatice;d)prevenirea poluării: presupune eliminarea poluării chiar de la sursă;e)comunicarea şi informarea: presupune receptarea importanţei pe care o are protecţia mediului înconjurător.

Succesul aplicării unui astfel de program presupune: cunoaşterea în detaliu a sectorului de activitate, cooptarea de personal cu aptitudini în implementarea de programe care să fie capabili să formeze deprinderi subordonaţilor şi să-i educe în spiritul protecţiei mediului.

Din experienţa misiunilor executate de către statele membre NATO se cunoaşte că în cazul încălcării cerinţelor de protecţie a mediului consecinţele pot fi deosebit de dure. În unele situaţii încălcarea flagrantă a politicii de mediu, neglijarea aspectelor referitoare la prevenirea şi combaterea poluării, au condus la anularea sau stoparea misiunii, generând adversităţi din partea comunităţii.

Normativul de bază, Legea protecţiei mediului - stabileşte politica, obiectivele şi mijloacele prin intermediul cărora este asigurată protecţia mediului pe timpul instruirii Armatei. În acest sens, voi evidenţia câteva aspecte ce caracterizează activitatea unui ofiţer comandant din structurile armate ale statelor membre NATO.

1. Ca ofiţer comandant asigură conducerea şi dezvoltarea programelor de protecţie a mediului în sfera de acţiune a unităţii;

2. Coordonează activitatea echipei de management al mediului constituită din: ofiţerul de relaţii cu publicul, locţiitorii pe linie medicală, logistică, etc.

3. Se familiarizează permanent cu problemele de protecţie a mediului apărute pe plan mondial;

4. Coordonează activităţile adiacente sau în care sunt implicate mijloacele de protejare a surselor naturale şi socio–economice aflate în sfera în care îşi instruieşte trupele;

5. Cunoaşte obiectivele de protecţie a mediului în urma inspectării periodice a unităţii;6. Include în cadrul aprecierii anuale problemele de protecţie a mediului funcţie de nivelul de

competenţă şi de impact.Trebuie subliniat faptul că încălcarea legilor referitoare la protecţia mediului înconjurător

poate conduce la pedepse civile sau penale substanţiale. Astfel, în SUA amenzile pot ajunge până la 250.000 dolari iar cele cumulative la circa 50.000 dolari pe zi, în timp ce pedepsele cu privare de libertate, de până la 15 ani.

Tocmai de aceea, prin implementarea normativelor din legea protecţiei mediului cât şi a convenţiilor internaţionale referitoare la prevenirea poluării datorită activităţilor specifice din domeniul naval şi portuar, se impun cerinţe specifice referitoare la controlul şi evacuarea apelor uzate. Este cunoscut faptul că fiecare navă are un plan de management al reziduurilor de la bord (vezi fig.1) structurat pentru fiecare sursă de poluare în parte, care să respecte standardele de mediu, prin care se poate contribui la rezolvarea problemei poluării de către navele militare.

Fig.V.5.1 – Sisteme de colectare, depozitare şi transfer ale vectorilor poluanţi în porturi pentru navele comerciale şi militare.

1,2,3,4 – surse poluante: ape poluate cu hidrocarburi, ape uzate, reziduuri solide, materiale periculoase etc. ;

339 din 375

CHT – sisteme de colectare, depozitare şi transfer în porturi;

OVBD – deversare peste bord în conformitate cu cerinţele internaţionale.

În continuare sunt prezentate câteva repere din programele de protecţie a mediului ale flotelor navale NATO. Astfel, SUA au fundamentat pe baza unor studii deosebit de laborioase desfăşurate în ultimii ani, cel mai nou plan de management al reziduurilor de la bordul navelor militare (1999) care cuprinde următoarele reguli:

1. Reguli de prevenire a poluării cu hidrocarburi;2. Reguli de prevenire a poluării cu ape uzate;3. Reguli de prevenire a poluării cu gunoi de la nave;4. Reguli de prevenire a poluării cu noxe;5. Reguli de prevenire a poluării cu materiale periculoase.

Marina militară germană are deasemenea planuri deosebit de stricte în domeniul protecţiei mediului şi a implementat o serie de sisteme integrate bazate pe tehnologii dintre cele mai actuale care asigură compactarea, procesarea şi reciclarea reziduurilor de la bord ( vezi fig. V.6.1)

Marina Militară britanică urmăreşte să respecte reglementările prevăzute de anexa 5 pentru a avea o dotare corespunzătoare. Astfel, s-au făcut dotări cu mecanisme care procesează gunoiul amestecat al tuturor navelor într-un timp prescris, operarea făcându-se de către personal instruit şi certificat, funcţionarea fiind garantată de către firma constructoare, pe o perioadă de 25 de ani. Spre exemplu, procesoarele pentru plastice au fost testate şi instalate la bordul tuturor navelor operative a Royal Navy până în anul 2002, incinerarea fiind folosită mai mult pentru arderea deşeurilor la bordul navelor de suprafaţă şi nici într-un caz în limitele zonei Arctice sau Antarctice, în interiorul porturilor, bazinelor portuare, a radelor şi estuarelor. Pentru navele de deplasament mic şi foarte mic Convenţia Marpol recomandă utilizarea la bord a containerelor standard care să depoziteze deşeurile, reziduurile pentru 1-2 zile după care acestea să fie transferate pe nave specializate colectoare prin intermediul platformelor tip”Burton” sau cu elicopterele.

De asemenea, implementarea celor mai noi tehnologii pentru protejarea mediului înconjurător este şi preocuparea specialiştilor din Marina Militară a altor state precum: Franţa, Italia, Spania, Japonia,Canada, Australia, Rusia, etc.

Fig.V.5.2 – Plan pentru managementul resurselor

V.5.2. Poluarea produsă de navele militare

340 din 375

Deversarea accidentală sau operaţională a produselor petroliere conduce la intensificarea proceselor de degradare fizico – chimică a mediului marin (vezi fig.3 ).

De aceea, se impune ca într-un timp cât mai scurt navele militare române să fie dotate cu tehnologiile cele mai moderne de prelucrare – procesare a tuturor reziduurilor de orice natură de la bord. Şi de asemenea, din proiectul de construcţie al navei să existe mijloace şi materiale de luptă pentru prevenirea şi combaterea poluării acvatoriilor maritime şi fluviale cum ar fi: tancuri special destinate pentru depozitarea deşeurilor, separatoare a reziduurilor de santină, agregate de procesare a acestora (compactoare, prese, dezintegratoare, desfibratoare, incineratoare).

Trebuie spus faptul că în cadrul Marinelor Militare a statelor membre NATO există toate componentele enumerate mai sus chiar dacă un incinerator costă actualmente aproximativ 400.000 USD şi ocupă la bord un spaţiu de nici 3m3. Pentru că, în afara arderii reziduurilor petroliere, aceste agregate cu o alimentare automatizată şi cu mijloace proprii PSI, distrug reziduurile de mâncare, apă verde, apă solidă neagră, cârpe de ulei, reziduuri medicale, documente clasate, etc. Printr-o monitorizare a emisiilor de noxe şi reziduuri solide (cenuşă, metal, sticlă,mase plastice) orice navă poate deveni în totalitate validă din orice punct de vedere.

Fig.V.5.2.1 - Intensificarea proceselor de degradare fizico–chimică a mediului marin

În cazul navelor militare deversarea de hidrocarburi se poate înregistra în următoarele situaţii:

1. balastarea sau curăţarea tancurilor de combustibil lichid;2. descărcarea balastului murdar sau a apei de spălare din tancurile de combustibil;3. evacuarea reziduurilor de hidrocarburi sub formă de sedimente (slop);4. operaţiuni specifice instalaţiei de santină (deversare voită);5. operaţiuni de ambarcare (debarcare) a combustibilului în timpul misiunilor de asigurare a

suportului logistic.Pe plan internaţional normele de prevenire a poluării cu hidrocarburi sunt prevăzute şi în

anexa 1 a Convenţiei Marpol.

Poluarea cu ape uzate

341 din 375

După unii specialişti apele uzate deversate pot conduce pe termen lung la creşterea fertilităţii mediului, prin adăugarea de nutrienţi. În cele mai multe din cazuri efectele sunt dăunătoare însă, datorită volumului mare nediluat al deversărilor. Aceste efecte includ depunerile de mizerie, eutrofizarea apei, implicit lipsa oxigenării, reducerea salinităţii, infecţii şi reziduuri toxice. Pericolul cel mai mare al deversării apelor uzate în mare sau fluviu este pentru OM deoarece este receptorul unor suferinţe ca: febra tifoidă, tulburări respiratorii, hepatită virală, infecţii ale aparatului acustico-vestibular. Ele pot fi transmise direct prin contactul omului cu apa sau indirect prin consumul de produse alimentare de provenienţă marină.

Poluarea cu gunoi de la nave

În sensul reglementărilor internaţionale, prin gunoaie provenite de la nave se înţelege orice tip de resturi rămase în urma aprovizionării: gunoaie domestice sau operaţionale, mai puţin peştele proaspăt sau părţi ale acestuia rămase în urma operaţiunilor sau activităţilor curente de la bord .

Consiliul Naţional de Cercetare al Marinei SUA a propus Congresului ca până în anul 2008, atât navele de suprafaţă cât şi submarinele, să elimine total deversările de reziduuri solide nealimentare cu ocazia misiunilor executate în zonele cu statut special.

În conformitate cu anexa 5 a Convenţiei Marpol, reziduurile solide nealimentare sunt constituite din: hârtie şi cartoane, resturi metalice, deşeuri din sticlă, materiale plastice, etc.

Interesante în acest sens sunt informaţiile din tabelul de mai jos în care sunt prezentate informaţii referitoare la cantităţile de gunoi generate de navele militare de suprafaţă din flota SUA:

Nr. crt Material Greutate Volumul compactat Obs.

1. Hârtie0,5 kg/pers/zi 1,6x10-3

m3/pers/zi

2. Resturi metalice0,3 kg/pers/zi 1,5x10-4

m3/pers/zi

3. Deşeuri din sticlă 0,05 kg/pers/zi 2,83x10-5 m3/pers/zi

4. Materiale plastice 0,1 kg/pers/zi 2,83x10-4 m3/pers/zi

5. Total 0,95 kg/pers/zi 2,1x10-3 m3/pers/zi

În acelaşi fel şi bazele navale se supun regulilor de prevenire a poluării cu gunoi (deşeuri solide sub diverse forme) conform standardelor de protecţia mediului NAVSEA.

Poluarea cu noxe provenite de la nave

Deşi, într-o primă apreciere, contribuţia maşinilor navale (motoare cu ardere internă, turbine cu gaze sau vapori, etc.) la nivelul global de poluare poate fi considerată ca suficient de redusă, emisiile poluante conţinute în gazele de evacuare sunt tratate tot mai serios în ultimul timp.

Cu toate că acţiunea emisiilor poluante asupra atmosferei nu este clar estimată în cazul navigaţiei în apele internaţionale, efectul nociv asupra aerului atmosferic din zonele bazelor navale şi în cazul navigaţiei pe apele interioare (în special zona fluviului Dunărea) poate constitui în viitorul apropiat o problemă de mediu.

Studiile efectuate în cazul unor baze navale ale statelor membre N.A.T.O. au evidenţiat o creştere a conţinutului de emisii poluante în aerul din zona acestora (oxizi de sulf şi azot NOx, SOx), care s-au dovedit a fi dependente de condiţiile ambientale şi meteorologice.

În acest sens este interesant de remarcat efectele nocive care le au asupra organismului uman emisiile poluante conţinute în gazele de evacuare ale motoarelor navale:

NOx – iritant pentru ţesuturile pulmonare SOx – în concentraţii mari cauzează indispoziţii respiratoriiHC – iritaţii ale ochilor şi mucoaselor

342 din 375

CO – absorbit de plămâni reacţionează cu hemoglobina din sânge formând carbooxihemoglobina, care este deosebit de dăunătoare pentru orgasm.În ultimul timp în flotele statelor membre N.A.T.O. se impun o serie de reglementări care privesc limitarea poluării cu noxe de la nave.

Poluarea cu materiale periculoase

Pentru a se menţine în stare operaţională, orice navă militară trebuie să dispună de materiale periculoase de diverse tipuri şi în diferite cantităţi.

Prin materiale periculoase se înţelege orice substanţă, care datorită cantităţii, concentraţiei sau caracteristicilor chimice şi fizice, poate afecta sănătatea echipajului sau mediului ambiant în momentul utilizării incorecte.

În categoria substanţelor periculoase intră:a) substanţe inflamabileb) substanţe toxicec) substanţe cu acţiune corozivăd) substanţe oxidantee) butelii de gazef) gaze comprimate

Nu sunt incluse în această clasificare muniţia, armamentul, explozibilii, combustibilii pentru rachete, capsele pentru iniţiere, substanţele chimice şi biologice, rezervele de medicamente (dacă nu sunt considerate substanţe cu compoziţie şi stare fizică specială şi care necesită o preparare din substanţe periculoase), resturi medicale şi materiale infecţioase, combustibili solizi şi materiale radioactive.

Marina americană solicită anual locuri prin care reduce de la sursă (nave de suprafaţă sau submarine), poluanţii, acoperind necesarul până în anul 2010. Deja aceasta a adoptat sisteme integrate de manipulare a reziduurilor de la bordul navei, prin intermediul cărora se face economie de spaţiu şi de investiţii. Folosirea curentă a compactoarelor, măcinătoarelor, zdrobitoarelor, pasteurizatoarelor şi a altor procesoare, poate realiza conversia reziduurilor voluminoase în substanţe compacte. Echipamentul de procesare a reziduurilor este disponibil dar este costisitor, va necesita spaţiu şi va cere atenţia pentru un personal calificat. Astfel, funcţie de specificul misiunii navei, sistemul integrat poate realiza:a. reducerea volumului de reziduuri la bord prin compactare mecanică;b. incinerarea; acest lucru implică achiziţii, testări şi operări, instalări şi

deserviri în condiţii tipice ale Marinei;c. monitorizarea emisiilor.

V.6. CONCLUZII FINALE

Este imperios necesară promovarea la toate nivelele a unei adevărate culturi ecologice al cărei obiectiv general să fie cercetarea legăturilor dintre om şi mediu pe de o parte şi sănătatea ambilor pe de altă parte, în aşa fel încât să se ajungă a se elimina din viaţa noastră activitatea unor poluanţi ca: indiferenţa, ignoranţa, promovarea pseudovalorilor etc. Numai astfel se va reuşi ocrotirea a tot ceea ce înseamnă poluare morală şi spirituală, ocrotirea prin eliminare nereprezentând o simplă problemă de atitudine şi voinţă ci una de existenţă, de dezvoltare şi progres.

Perpetuarea fiinţei umane implică aşadar obligativitatea pentru noi toţi a însuşirii şi aplicării următorilor 3„E”: energie, economie, ecologie care, s-ar putea traduce prin sănătate, fără prea mulţi bani, pentru viaţă!

343 din 375

Responsabilitatea şi interesul pentru prevenirea şi combaterea poluării acvatoriilor maritime şi fluviale, nu trebuie să fie numai pentru România ci ele trebuie să capete într-un timp cât mai scurt valenţe europene. Pentru noi, prin noi şi cu noi să salvăm împreună Marea Neagră!

Este imposibil ca până la urmă populaţia să nu conştientizeze acest impact negativ al poluării de orice natură pentru sănătatea sa în primul rând, ca să nu mai fie nevoie de acea monitorizare perfecţionată sau de amenzi usturătoare care, să-l formeze pe om pentru o viaţă decentă, întru-un mediu nepoluat. O sensibilizare, o schimbare de atitudine şi cultură se impun din partea noastră, a tuturor.

344 din 375

CAPITOLUL VI. METODICA PREGĂTIRII DE SPECIALITATE

VI.1 INTRODUCERE ÎN METODICĂ

VI.1.1. Conceptul de metodică

Din toate timpurile, dar mai ales în cele moderne, învăţarea a constituit şi constituie o temă de reflecţie şi interes major pentru instruiţi, instructori pe diferite trepte, părinţi, pentru oameni din toate sferele socialului, pentru întreaga societate. Învăţarea înseamnă timp şi efort, iar apropierea de stăpânirea ei se realizează târziu, sau poate niciodată, astfel încât nu putem să spunem că nu mai avem nimic de învăţat în legătură cu ceea ce înseamnă în mod real a şti cum să înveţi eficient.

Metodica predării specialităţii completează pregătirea instructorului* (comandant SL, PL etc.) de specific tehnic pentru instruirea (pregătirea) subordonaţilor şi dacă este cazul pentru cariera didactică. Numai îmbinarea armonioasă a cunoştinţelor de specialitate cu o pregătire temeinică de metodică poate asigura reuşita unei bune instruiri a subordonaţilor şi a realizării unei cariere didactice.

Metodica predării disciplinelor de specialitate este o parte a didacticii generale. Didactica este parte a pedagogiei care studiază problemele învăţământului. Termenul derivă de la adjectivul din limba greacă "didaktike" care înseamnă "a învăţa pe alţii". Activitatea de instruire desfăşurată în şcoală se mai numeşte şi activitate didactică. Cuvântul "metodica" derivă din "metodichi" din limba greacă şi consemnează totalitatea metodelor şi procedeelor folosite în procesul de învăţământ pentru transmiterea cunoştinţelor şi pentru formarea la cei instruiţi a priceperilor şi deprinderilor practice. Spre deosebire de metodologie (sistemul mijloacelor ce servesc la găsirea unui nou adevăr ştiinţific), metodica prezintă un sistem complex, dar unitar, de mijloace care asigura predarea şi însuşirea adevărului deja descoperit. De asemenea metodica are o strânsă legătură cu psihologia pedagogică, care-i oferă informaţii asupra legilor psihologice în conformitate cu care se asigură însuşirea cunoştinţelor de către instruiţi pe diferite trepte de vârstă. În privinţa aceasta, trebuie avut în vedere faptul că la procesul de învăţământ participă doi factori care se intercondiţionează: instructorul pe diferite trepte(comandant SL, PL etc.) şi instruitul. Rezultatul corelaţiei depinde în mare măsură de modul în care instructorul reuşeşte să pună de acord acţiunea sa cu particularităţile psihice ale instruitului.

Datele furnizate de psihologia pedagogică ajută metodica predării să explice unele probleme ce-şi află corelaţii în procesul de predare a disciplinelor de specialitate, ca de exemplu : formarea deprinderilor de lucru cu tehnica sau cu diferite aparate şi instalaţii, cu manualul etc. O strânsă legătură se stabileşte şi între metodică şi logică, aceasta din urma însuşindu-şi anumite norme ale gândirii: analiza, sinteza, abstractizarea, generalizarea. În raportul dintre metodică şi logică, metodica are ca sarcină aflarea corelaţiilor dintre procesele logice ale studiului precum şi exerciţiile şi aplicaţiile practice privite ca instrument de lucru (diagrame, scheme,...). În concluzie metodica este o parte a didacticii care studiază: principiile, metodele, mijloacele, procedeele şi formele de predare-învăţare a unei discipline ţinând seama de specificul acesteia şi are în vedere atât teoria cât şi practica procesului didactic astfel încât ea reprezintă de fapt un ghid teoretic şi practic pentru instructor

Obiectivele metodicii predării disciplinelor de specialitate sunt următoarele:- trebuie să stabilească ce, cât, în ce ordine şi cum să se înveţe;- întocmeşte şi perfecţionează programele disciplinei precizând criteriile de selectare a

conţinuturilor de idei, a noţiunilor şi a problemelor de bază ale disciplinei respective;- ordonează şi sistematizează aceste conţinuturi care trebuie corelate cu celelalte discipline de

instruire formând un sistem unitar;- analizează şi aprobă manualele ;- prelucrează ştiinţific metodele didactice clasice şi caută metode mai eficiente, pe care să

le integreze sistemului de învăţământ ale disciplinei respective;- asigură relaţii de colaborare instructor-instruit;- asigură echilibrul funcţional între predare şi învăţare, între gradul de prelucrare didactică a

conţinutului şi efortul pretins instruiţilor în asimilare;- evaluează eficienta procesului de învăţare şcolară al disciplinei respective şi propune soluţii

345 din 375

de ameliorare a acestuia;- urmăreşte formarea la instruiţi a deprinderilor eficiente de instruire şi autoinstruire.

*Prin instructor se înţelege orice cadru sau persoană care desfăşoară o activitate de instruire la orice nivel: toţi şefi şi comandanţi care au în subordine subordonaţi, (de la PL în sus), instructori de la instituţiile de învăţământ.

Sursele pentru realizarea metodicii predării disciplinelor de specialitate sunt următoarele:- practica instructiv-educativă a instructorului în procesul didactic ; literatura de profil

pedagogic, didactic, metodic şi de specialitate;- programele de instruire, şcolare şi indicaţiile metodice oficiale;- lucrările consfătuirilor şi simpozioanelor pe teme didactice;- cercetări proprii privind optimizarea învăţământului disciplinelor de specialitate.- cultura generală a instructorului care îi permite înţelegerea într-un context mai larg a

specialităţii lui şi îşi poate adapta metode specifice altor domenii.Scopul metodicii subînscrie ideea construirii unui sistem de activităţi care să ajute

instructorul de specialitate pentru îndeplinirea sarcinilor instructiv-educative.

VI.1.2. Instructorul

Instructorul are în primul rând rolul de a organiza şi conduce activitatea didactică. Succesul în munca instructiv-educativă depinde în cea mai mare măsură de instructori, de competenţa şi dragostea lor pentru profesie. Nici planurile de instruire sau de învăţământ, nici programele, nici manualele, nici baza materială nu pot avea asupra instruitului o influenţă care să se poată compara cu aceea a instructorului.Astfel instructorul:

- creează condiţiile necesare de muncă;- organizează şi conduce activitatea instruitului, prin care dispoziţiile lui se dezvoltă

necontenit şi se transformă în calităţi;- influenţează dezvoltarea memoriei, imaginaţiei, gândirii şi spiritul de observaţie al

instruiţilor;- urmăreşte ca persoanele instruite să facă progrese, îi stimulează, îi îndrumă şi îi

corectează, astfel încât capacităţile lor psihice să treacă treptat de la stadii inferioare la stadii superioare.

S-a crezut că introducerea mijloacelor moderne de învăţământ (mijloace audio-vizuale, manuale programate, calculatoare, televiziune şcolară) ar duce la diminuarea rolului instructorului. În realitate, aşa cum observa unul dintre creatorii instruirii programate, B. F. Skinner, folosirea în scoală a acestor mijloace "amplifică rolul instructorului ca fiinţa umană". Orice persoană instruită este o individualitate complexă, care nu poate fi înţeleasă şi direcţionată spre un scop social decât de o persoană pregătită. Astfel instructorul, pe diferite trepte ale procesului de instruire este de neînlocuit. Principala funcţie a instructorului nu este de a preda (de a transmite cunoştinţe), ci de a îndruma şi organiza activitatea de cercetare a instruiţilor. Instructorul colaborează cu instruiţii, îi stimulează, creează condiţiile optime de muncă şi de cercetare, îi ajută să-şi formeze personalitatea. Dezvoltarea morală şi estetică a instruiţilor este de asemenea influenţată de activitatea şi de personalitatea instructorului. Ei îi obişnuiesc pe cei instruiţi cu munca sistematică şi planificată, cu viata în colectiv şi cu disciplina.

Multe din convingerile şi sentimentele instructorilor se transmit celor instruiţi. Influenţa educativă hotărâtoare pe care o exercită instructorul asupra celor instruiţi se păstrează ani de zile, uneori chiar toata viaţa. Chipul luminos al instructorului, devine pentru mulţi instruiţi un exemplu de imitat. În afară de activitatea didactică desfăşurată în clasă, instructorii au depus şi depun o bogata activitate extraşcolară.

Profesia didactică este extrem de complexă, de aceea indicaţiile despre însuşirile necesare instructorului sunt insuficient elaborate. Înţelesul noţiunii de "instructor bun" nu este acelaşi la indivizii şi categoriile sociale cu care instructorul vine în contact (instruiţi, părinţi, comandanţi, şefi, organe administrative etc.) În funcţie de vârsta instruiţilor pe care-i îndrumă şi de mediul în

346 din 375

care lucrează, i se cer instructorului însuşiri diferite. De aceea este important să se găsească în primul rând acele calităţi dominante, cerute tuturor instructorilor, indiferent de vârsta persoanelor cu care lucrează şi de mediul în care-şi desfăşoară activitatea Aceste calităţi nu pot deriva decât din esenţa activităţii educative care presupune îndrumarea oamenilor (mai ales a generaţiei tinere) spre a-i pregăti pentru sarcinile prezente şi de viitor ale societăţii. Astfel instructorul trebuie să fie un mijlocitor între generaţia care se ridică şi valorile sociale create de omenire şi mesagerul unor valori sociale, al unui ideal de viată.

Principalele calităţi cerute instructorului:- calităţi fizice;- calităţi intelectuale;- optimismul pedagogic;- calităţi de voinţă şi caracter; - calităţi morale;- tactul pedagogic; - măiestria pedagogică.

VI.2 METODICA PREGĂTIRII DE SPECIALITATE

VI.2 1. Clasificarea metodelor de învăţământ

Metoda de învăţământ este calea urmată de persoana instruită şi de instructor, cu scopul ca instruitul să se formeze, atât prin activitatea îndrumată de instructor cât şi prin cea desfăşurată în mod independent. În strânsă legătură cu noţiunea: metodă de învăţământ este noţiunea: procedeu. Procedeul este un aspect particular, practic, de folosire a unei metode. Astfel, la folosirea explicaţiei ca metodă de învăţământ se poate recurge la mai multe procedee: prezentarea unor imagini pe folii de retroproiector, prezentarea unor secvenţe video sau cu ascultarea unor fragmente înregistrate pe bandă de casetofon.

Metodele de învăţământ sunt alese de instructor şi în aplicarea fiecăreia se poate găsi o gamă variată de procedee, spre a face lecţii vii şi atractive, spre a le spori eficienţa. Utilizarea unei metode unice de învăţământ a fost combătută, pe bună dreptate, de pedagogi. Nu există încă o clasificare a metodelor de învăţământ unanim acceptată. Pentru simplificare, propunem clasificarea metodelor după scopul urmărit în:

- metode de asimilare (însuşirea cunoştinţelor, formarea priceperilor şi deprinderilor);- metode de control;- metode de apreciere

Metodele de asimilare, la rândul lor, se clasifică în funcţie de mijloacele folosite pentru instruire şi formare. Conform acestui criteriu, metodele de asimilare a conţinutului învăţământului se clasifică în metode verbale, metode intuitive şi metode active (bazate pe acţiune)

Metode de asimilare

Metode verbale(se servesc de cuvânt)

Metode intuitive(se servesc de observarea obiectelor

şi fenomenelor)

Metode active(se servesc de acţiune)

Expunere Conversaţie ProblematizareMunca cu manualul şi alte cărţi Instruirea programată etc.

DemonstrareModelare Observaţii independente etc.

Exerciţii Lucrări practice Algoritmizare Lucrări de laborator experimente

347 din 375

VI.2 2. Metode de asimilare(însuşirea cunoştinţelor, formarea priceperilor şi deprinderilor)

Sub denumirea de metode de asimilare se includ căile care-i ajută pe instruiţii să-şi însuşească cunoştinţe noi, să le fixeze şi să-şi formeze priceperi şi deprinderi, deci să le înţeleagă, să le prelucreze şi să le aplice în practică. La realizarea acestor obiective, ajută atât metodele verbale, cât şi cele intuitive şi active.

VI.2 2.1. Metode verbale

a)Expunerea - este calea de prezentare a cunoştinţelor în cuvântul viu şi este o metodă larg folosită în învăţământul de toate gradele. Prezentarea verbală este făcută de obicei de instructor. El comunică instruiţilor cunoştinţe pe care nu le aveau până acum sau corectează şi completează cunoştinţe vechi. Alteori expunerea cunoştinţelor poate fi făcută de alte persoane decât instructorul: instruitul poate povesti o întâmplare la care a asistat sau poate reda conţinutul unei cărţi sau reviste de specialitate citite sau al unui film vizionat; poate relata despre fapte şi evenimente, fie printr-o expunere orală, fie citind un text scris. Prezentarea verbală a evenimentelor sau descrierea unor obiecte se poate realiza şi prin mijloace tehnice moderne: calculator; retroproiector, tinstruitizor, casetofon.

În funcţie de conţinutul şedinţei care se predă şi de particularităţile de vârstă ale instruiţilor, expunerea îmbracă forma de povestire, explicaţie şi prelegere.

Povestirea este o prezentare neîntreruptă a unor întâmplări, a unor fapte. Cu ajutorul ei instructorul urmăreşte : să transmită instruiţilor cunoştinţe noi, să le trezească emoţii, să le dezvolte sentimente, să le orienteze atitudinea. În decursul povestirii poate fi prezentat, la timpul potrivit, material demonstrativ sau pot fi citite fragmente scurte din materiale referitoare la tema tratată. Această formă a expunerii este mai puţin întâlnită în cadrul predării disciplinelor cu specific ingineresc; totuşi ea se poate utiliza în cadrul şedinţelor introductive (la prezentarea aspectelor legate de evoluţia istorică a unor fenomene, materiale, obiecte, etc. care fac obiectul de studiu al disciplinei respective).

Explicaţia este forma expunerii în care predomină argumentarea raţională. Prin explicaţie se urmăreşte mai ales ca instruiţii să înţeleagă bine ideile ce li se comunică, de aceea ea se adresează mai mult gândirii şi mai puţin afectivităţii. Este o metodă larg utilizată în procesul de învăţământ tehnic şi se foloseşte în mod frecvent material intuitiv: planşe, machete, imagini din filme didactice, etc. Dacă materialul intuitiv este bine ales, el vine în sprijinul explicaţiei şi-i ajută pe instruiţi să-şi însuşească noţiuni clare, să înţeleagă mai corect şi integral materialul nou. Când se foloseşte explicaţia este necesar să se aleagă cu grijă materialul (obiecte, fenomene, texte, exerciţii, exemple etc.) ce va fi analizat cu instruiţii. Acesta trebuie să fie accesibil, substanţial şi educativ, să se preteze la desprinderea cu uşurinţă a ceea ce este caracteristic şi tipic. În timpul explicaţiei instructorul :

- poate pune întrebări instruiţilor spre a-şi da seama dacă şi-au însuşit corect şi conştient partea expusă până atunci.

- poate cere instruiţilor să repete sau să redea pe scurt cele expuse- îi poate antrena pe instruiţi, prin întrebări, să participe la explicaţii, să formuleze reguli, să

interpretezefapte în lumina cunoştinţelor noi.

Se recomandă ca aceste întreruperi ale explicaţiei să nu fie însă de lungă durată astfel încât instruiţii să piardă firul logic al expunerii. Predominantă rămâne prezentarea cunoştinţelor noi din cuvântul viu al instructorului.

Prelegerea ester o expunere neîntreruptă şi sistematică a unei teme din programă, în timp de una sau mai multe ore.

Caracteristice prelegerii sunt:- argumentarea logică a ideilor;- prezentarea de ipoteze şi teorii cu analiza critică a acestora;- sistematizarea unui bogat material în legătură cu tema.- desfăşurarea ei pe baza unui plan ţinând seama ca durata unei prelegeri este mare, că

problemele prezentate sunt complexe şi analizate multilateral. Acest plan poate fi oral sau scris.

348 din 375

- în mod obişnuit prelegerea este însoţită de material intuitiv, ilustrativ: desene, scheme, grafice, proiecţii, obiecte, texte etc.

Cerinţele unei bune expuneri pentru a fi interesantă şi atractivă:- trebuie să aibă stringenţă logică: între idei să existe înlănţuiri logice, să se treacă în mod firesc

de la o idee la alta, fiecare afirmaţie să fie întemeiată, adică să fie bazată pe argumente sigure, generalizările şi concluziile să se sprijine pe fapte, pe exemple şi să decurgă în mod logic din acestea;

- să fie sistematică, să se desfăşoare pe baza unui plan care să reflecte structura expunerii, să scoată în evidenţă ideile principale, să reliefeze esenţialul, să ajute la înţelegerea succesiunii ideilor şi la poziţia lor logică în raport cu altele;

- să fie clară şi expresivă;- să folosească un vocabular familiar instruiţilor, trezind astfel în conştiinţa lor imagini clare;- să vehiculeze un material informaţional care să se prezinte ca o prelungire a experienţei de viaţă

a instruiţilor şi care răspunde unor trebuinţe actuale ale lor;- să se folosească un ton adecvat conţinutului, o pronunţare clară şi un ritm potrivit (vorbirea

monotonă, cea prea puternică sau prea slabă oboseşte; folosirea pauzelor, reliefarea prin intonaţie a esenţialului, accentuarea deosebită a unor cuvinte sau propoziţii, participarea afectivă a instructorului la cele expuse ca oglindire sinceră a sentimentelor sale, contribuie la expresivitatea expunerii şi prin aceasta la sporirea efectelor ei instructive şi educative).

Folosirea cu succes a expunerii solicită instructorilor multe calităţi. cum ar fi: cunoaşterea temeinică a temei, capacitatea de a pătrunde în resorturile gândirii instruiţilor, de a sesiza repede ce şi cât au înţeles aceştia din cele expuse., de a găsi uşor procedee prin care să ajute înţelegerea lor şi să le menţină viu interesul pentru cele prezentate.

Privire critică asupra metodei expunerii.Nici una dintre metodele de învăţământ n-a fost supusă unor critici mai aspre decât expunerea.

I s-a reproşat că:- face apel mai mult la memorie;- că solicită instruitul să înveţe pe de rost formule, definiţii, nume proprii, date, fără ca

instructorul să se preocupe dacă acesta le-a înţeles sau nu;- că e o cale de a umple capul instruiţilor cu cuvinte despre realitate, nu cu înţelegerea

realităţii;- că ea nu cultivă gândirea instruiţilor, capacităţile lor creatoare;- că este o metodă plictisitoare; chiar dacă instruitul nu are nici un interes pentru tema

care se prezintă, el totuşi trebuie să asculte cu atenţie, să memoreze, să fie disciplinat, să-şi inhibe orice altă preocupare;

- că se bazează pe autoritatea instructorului.Cu toate acestea expunerea rămâne încă o metodă utilă, fertilă ba chiar necesară în procesul

de instruire deoarece sunt lucruri pe care instruitul trebuie să le înveţe de la instructor.Avantajele expunerii faţă de alte metode didactice:

- îi dă posibilitatea instructorului ca într-un timp scurt să transmită o cantitate mare de cunoştinţe;

- prezentarea sistematică a ideilor şi înlănţuirea lor logică;- instruiţii pot fi solicitaţi să urmărească ideile, să elaboreze ipoteze, să construiască

raţionamente, să tragă concluzii (gândirea lor poate fi tot timpul activă) chiar dacă expunerea este indisolubil legată de o atitudine pasivă, receptivă din partea instruiţilor;

- efectele educative importante pe care le are contactul direct al instruiţilor cu personalitatea instructorului, în timpul expunerii instructorul influenţează pe instruiţi prin:

- conţinutul informaţional transmis,- modul logic şi sistematic de a gândi,- limbajul cultivat,- mijloacele de comunicare ectosemantică: prin expresia fetei, prin inflexiunile vocii, prin fermitatea convingerilor care se degajă din personalitatea sa.

Cuvântul viu rămâne un mijloc de seamă în comunicarea dintre oameni, nu numai dintre oamenii adulţi ci şi între instructori şi instruiţi în procesul de învăţământ.

349 din 375

b)Conversaţia este metoda de instruire şi educare a instruiţilor cu ajutorul întrebărilor şi răspunsurilor. Conversaţia se foloseşte la însuşirea de cunoştinţe, la verificarea şi la fixarea cunoştinţelor şi este mult utilizată în învăţământul tehnic. Când conversaţia este folosită în scopul însuşirii de cunoştinţe noi, poartă denumirea de conversaţie euristică, iar când este folosită în scopul fixării şi al verificării cunoştinţelor i se spune conversaţie examinatoare.

Conversaţia euristică poate fi folosită numai în anumite condiţii:- când noile cunoştinţe pot fi desprinse de instruiţi din cercetarea unui material intuitiv, din

analiza unor exemple, a experienţei şi observaţiilor lor anterioare;- când noile cunoştinţe pot fi deduse din cunoştinţele însuşite anterior.

Conversaţia euristică este nepotrivită la şedinţele prin care se urmăreşte cultivarea emoţiilor şi sentimentelor. În acest caz este mai potrivită povestirea. În conversaţia euristică întrebările pornesc de la instructor spre instruit dar şi de la instruit spre instructor.

Conversaţia examinatoare se foloseşte după ce instruiţii şi-au însuşit cunoştinţe, spre a se constata cât de bine le stăpânesc. Conversaţia examinatoare nu este adresată numai memoriei. ci şi gândirii. Aşa se procedează şi când se urmăreşte consolidarea cunoştinţelor însuşite de instruiţi în şedinţa curentă şi când sunt controlaţi din şedinţele anterioare.

Folosirea conversaţiei ca metodă de învăţământ cere o serioasă pregătire şi este strâns legată de arta de a pune întrebări, de a stimula cu ajutorul lor participarea activă a instruiţilor la lecţii şi de a asigura pe această cale însuşirea volumului de cunoştinţe prevăzute de programă. Principalele cerinţe pe care trebuie să le îndeplinească întrebările adresate instruiţilor sunt următoarele:

- să fie precise din punct de vedere al conţinutului, exprimate corect şi simplu, la întrebările, confuze, echivoce, pot fi date mai multe răspunsuri şi în acest caz, instruiţii nu ştiu care din ele este cel aşteptat de instructor;

- să fie concise, scurte, astfel încât să fie reţinute uşor de instruiţi (cele prea lungi, cele care conţin cuvinte inutile, cele compuse din 2 - 3 întrebări simple nu sunt eficiente) nu trebuie să cuprindă termeni neînţeleşi de instruiţi sau să aibă o construcţie străină spiritului limbii respective;

- să stimuleze gândirea instruiţilor (stimulează gândirea întrebările care solicită dezvăluirea esenţialului, care cer efectuarea de comparaţii, stabilirea de legături cauzale etc. Spre a stimula gândirea, întrebarea trebuie să reflecte unele situaţi problematice, să ridice în faţa instruiţilor unele dificultăţi, pe care aceştia însă să le poată rezolva pe baza observaţiilor şi cunoştinţelor anterioare);

- sa nu fie nici prea uşoare, nici prea grele, să nu cuprindă în ele răspunsul şi nici să-1 sugereze;

- să fie adresate într-o succesiune logică, după plan (gândirea este condusă din aproape în aproape, la sesizarea principalului, la desprinderea regulilor, definiţiilor, legilor; prin succesiunea logică dintre întrebări, gândirea instruiţilor este orientată spre scopul urmărit, se evită digresiunile inutile, îndepărtarea de temă).

Când se observă că instruiţii nu au suficient de clare unele idei, se poate recurge la întrebări ajutătoare, spre a explica acele idei. În alte cazuri, şirul întrebărilor planificate poate fi întrerupt de unele întrebări pe care le adresează instruiţii spre a cere explicaţii suplimentare. Asemenea întrebări neprevăzute imprimă conversaţiei vioiciune şi naturaleţe, o feresc de rigiditate şi artificial. Aceste abateri nu trebuie să aibă însă o durată prea mare încât instruiţii să piardă şirul ideilor de bază.

În folosirea conversaţiei este nevoie să fie respectate şi unele cerinţe cu privire la ritmul şi distribuirea întrebărilor asupra grupei de instruire:

- întrebările mai uşoare, întrebările prin care se urmăreşte repetarea unor cunoştinţe în vederea memorării lor (scheme logice, formule de calcul, definiţii de mărimi fizice etc.) sunt adresate de obicei într-un ritm viu;

- întrebările referitoare la comparaţii, generalizări, analize, vor fi adresate într-un ritm mai lent, spre a lăsa instruiţilor timp suficient de gândire;

- întrebarea se adresează întregii grupe de instruire, se lasă timpul necesar de gândire, apoi se cere unui instruit să formuleze răspunsul.

350 din 375

Atunci când conversaţia este folosită pentru examinare frontală, cât şi când este folosită pentru însuşirea de cunoştinţe noi, este bine să se lucreze cu cât mai mulţi instruiţi, spre a-i antrena în activitate. În orice şedinţă pot fi găsite probleme cu dificultate diferită, prin care să fie antrenaţi şi instruiţii mai buni cât şi cei mai slab pregătiţi. Când se foloseşte metoda conversaţiei, instructorul va pretinde ca şi răspunsurile instruiţilor să îndeplinească unele cerinţe:

- să fie corecte, clare şi precise (instruitul să nu piardă din vedere întrebarea, răspunsul sau să nu devieze de la aceasta).

- să fie complete, adică să satisfacă toate cerinţele cuprinse în întrebare. Dacă răspunsul nu este corect şi complet, se va cere altui instruit să-1 corecteze sau să-1 completeze. Dacă instruiţii nu reuşesc să facă aceasta. atunci instructorul însuşi va prezenta răspunsul corect şi complet.

Observaţii critice asupra metodei conversaţiei.Instructorul are de parcurs o programă extrem de încărcată şi de aceea când foloseşte

conversaţia el trece peste răspunsurile greşite ale instruiţilor şi ia în consideraţie numai pe cele bune, spre câştiga timp. Adesea instructorul nu are timp nici să se asigure dacă răspunsul bun dat de instruit este întemeiat logic sau a fost dat la întâmplare. Folosită în asemenea condiţii conversaţia euristică nu răspunde cerinţelor unui învăţământ activ. Metoda are eficienţă la disciplinele cu specific tehnic şi ea duce la rezultate bune când în răspunsul dat de instruit la o întrebare se găsesc germenii răspunsului la întrebarea următoare. Chiar în cazul în care conversaţia euristică este utilizată în domenii adecvate, se ridică totuşi obiecţii asupra caracterului ei activ şi formativ. Deşi instructorul respectă cerinţa de a pune întrebările într-o ordine logică, este evident însă că această ordine este ştiută numai de el, iar instruiţii urmează acest traseu fără să ştie unde vrea să ajungă instructorul şi cu atât mai puţin unde îşi propun să ajungă ei. Ei nu-si dau seama de înlănţuirea ideilor, de structura raţionamentului, nu înţeleg de ce din elementele cuprinse într-un răspuns dat de ei, instructorul alege numai pe unele şi le ignoră pe altele. Persoana cu adevărat activă într-o asemenea situaţie este instructorul. Instruiţii se mulţumesc să gândească şi să răspundă corect, dar le scapă finalitatea procesului. Trezirea interesului pentru problema ce se va discuta, cunoaşterea exactă a posibilităţilor şi a pregătirii anterioare a instruiţilor, îmbinarea conversaţiei cu observaţia, cu expunerea, cu activitatea, grija ca instruiţii să verifice rezultatele obţinute, să le confrunte cu practica, potenţează caracterul activ al acestei metode şi asigura eficienta folosirii ei în procesul de învăţământ.

c)Problematizarea poate fi considerată ca o variantă a conversaţiei euristice. Se propun instruiţilor probleme de gândire pe care ei le pot rezolva pe baza cunoştinţelor însuşite anterior. Întrebările problematice au însă unele particularităţi prin care se deosebesc de cele denumite curent întrebări euristice:

- se referă la un fapt sau o situaţie complexă şi solicită stabilirea unor legaturi de dependenţă în care trebuie să se ţină seama de mai multe condiţii, de mai mulţi factori care acţionează concomitent sau succesiv;

- fac apel mai intens la flexibilitatea gândirii;- permit adesea mai multe soluţii.

Ceea ce caracterizează problematizarea este crearea unor situaţii conflictuale (situaţii problematice) în gândirea instruitului care apar:

- când instruitul observă un dezacord între vechile lui cunoştinţe şi ce i se cere să rezolve;- când instruitul e pus în situaţia de a alege din cunoştinţele numai pe cele care îi ajută să

rezolve o problemă dată;- când există contradicţii între modul de rezolvare teoretică şi cel de rezolvare practică a unei

probleme;- când instruiţii sunt solicitaţi să construiască ipoteze plauzibile pe baza cunoştinţelor însuşite

anterior, în legătură cu rezolvarea unei probleme noi.Rezolvarea situaţiilor problematice se poate face fie pe grupe. fie individual. Când se lucrează pe

grupe este necesar să fie activizaţi şi instruiţi mai puţin pregătiţi, ca şi ei să participe la găsirea soluţiilor, să emită ipoteze, să aibă atitudine critică faţă de ceea ce afirmă instruiţii mai buni, care în asemenea situaţii sunt tentaţi să se prevaleze în conducători ai discuţiilor. Întrebările problematice obligă pe instruiţi să construiască ipoteze, să încerce soluţionarea problemei pe baza acestor ipoteze, să părăsească ipotezele respective când îşi dau seama că sunt greşite şi să construiască altele cu valoare

351 din 375

operativă superioară, până când ajung să rezolve corect problema dată. În ceea ce priveşte construirea de către instruiţi a răspunsului la întrebările problematice sunt mai multe păreri:

Majoritatea pedagogilor consideră că este mai bine ca instruiţii să răspundă singuri la asemenea întrebări, utilizând mijloace de informare verbale, mijloace intuitive sau efectuând lucrări, ajutaţi, dacă este nevoie, şi de instructor. În asemenea caz întrebările probleme nu depăşesc posibilităţile intelectuale ale instruiţilor.

Unii pedagogi consideră ca rolul întrebărilor problematice este de a trezi curiozitatea instruitului pentru ceea ce va fi comunicat de instructor, pentru ceea ce va fi vizionat într-un film.

Alţi pedagogi, sunt de părere că la o întrebare problematică instructorul nu trebuie să intervină şi să dea imediat răspuns, nici să-1 ajute pe instruit la găsirea răspunsului. Dacă instruitului i se dă răspuns imediat la tot ce întreabă, se obişnuieşte să nu mai gândească Ar fi mai bine să-1 laşi pe instruit să se gândească singur, să se frământe câteva zile. Mai mult chiar, se recomandă ca în cazul când instruitul a ajuns la un răspuns greşit, educatorul să nu-1 corecteze, ci într-o împrejurare favorabilă îl va face să-şi dea seama de eroare şi-i va sugera mijloacele spre a se corecta.

Un procedeu de problematizare prin participarea activă a întregii clase de instruiţi este cel denumit brainstorming (brain=creier, storming=furtună, asalt). În legătură cu o problemă supusă dezvoltării, instructorul solicită pe instruiţi să emită cât mai multe păreri, să formuleze cât mai variate şi neaşteptate ipoteze. Ei au dreptul, atât să se completeze, să modifice, să continue sau să combine idei emise anterior de colegii lor, cât şi să vină cu soluţii noi, în contrazicere cu cele exprimate anterior. Asaltul acesta de idei îmbogăţeşte cunoştinţa fiecăruia din ei, contribuie la formarea flexibilităţii gândirii.

Problematizarea obişnuieşte instruiţii să-şi pună probleme, să privească un fapt pe toate feţele, să construiască raţionamente plauzibile, să caute mijloace de a le verifica şi a confrunta soluţiile găsite cu realitatea. Ea dezvolta la instruiţi atitudinea critică, deprinderea de cercetare independentă a obiectelor şi fenomenelor.

d)Munca cu manuale, scheme, cărţi tehnice, de exploatare precum şi alte cărţi. În cărţi se găseşte experienţa, gândirea şi simţirea generaţiilor trecute, de aceea ele sunt o sursă de cunoştinţe, de sfaturi şi de trăiri emotive şi reprezintă un izvor de îmbogăţire a personalităţii omului. Azi instruiţii folosesc manuale, culegeri de probleme, dicţionare, enciclopedii, etc. Instructorul trebuie să-i înveţe cum să folosească aceste cărţi pentru permanenta lor cultivare de unde derivă importanţa acestei metode. Folosirea manualului şi a altor cărţi îi ajută pe instruiţi :

- să-şi însuşească noi cunoştinţe;- să le sistematizeze şi fixeze;- să-şi formeze priceperi şi deprinderi de muncă intelectuală.

Activitatea instruiţilor cu manualul şi alte cărţi se realizează sub mai multe forme: studiul textelor, efectuarea de exerciţii. probleme, scheme, rezumate, scoaterea ideilor principale, elaborarea de conspecte, pregătirea răspunsurilor la întrebările date de instructor, completarea notiţelor luate în timpul explicării etc.

Privire critica asupra muncii instruiţilor cu manualul şi alte cărţi.La început, pregătirea generaţiilor tinere s-a făcut pe calea cuvântului. Când au apărut cărţile,

afirmaţiile găsite în ele s-au bucurat de mai multă autoritate decât cuvântul instructorului. Autoritatea cărţii a detronat pe cea a dascălului. Munca instruiţilor cu manualul a devenit o metodă didactică larg folosită. În prima fază metoda aceasta a fost folosită de instruiţi spre a memora cât mai exact textele. A şti, a fi cult însemna a reţine în memorie multe cunoştinţe, din domenii diferite, chiar dacă acestea nu aveau nici o utilitate practică. Munca de memorare a fost apoi asociată cu cea de înţelegere a textelor. Instruiţii sub îndrumarea şi cu ajutorul instructorilor analizează, clarifică, interpretează conţinutul cărţilor, servindu-se şi de sprijinul materialului intuitiv sau al unor cărţi de referinţă. Progresul uimitor de rapid al ştiinţei şi tehnicii din vremea noastră a impus o optică nouă asupra muncii instruiţilor cu manualul şi cu alte cărţi. Nu este abandonat scopul de a înţelege în toată adâncimea sa conţinutul cărţilor, dar rolul cărţii nu se reduce la aceasta. Munca instruitului cu cartea trebuie să dezvolte personalitatea acestuia, să trezească în el dorinţa de a cunoaşte. de a cerceta. La aceasta ajută desigur şi modul cum sunt alcătuite manualele. Manualul stârneşte curiozitatea instruitului, îl provoacă la reflecţie, în manuale instruitul găseşte alături de o expunere concentrată şi sistematică a temei, date, statistici, tabele, texte succinte, imagini, scheme şi un număr de întrebări la care are de răspuns prelucrând aceste date oferite de manual. Instruitul este activ şi cucereşte

352 din 375

cunoştinţele prin efort propriu. Munca sa cu manualul şi alte cărţi devine astfel o cale de instruire prin descoperire.

Concluzii asupra metodelor verbale.Metodele verbale folosesc cuvântul spus sau scris ca principal mijloc de instruire şi de

educaţie a instruiţilor. Ele sunt criticate deoarece: instruitul învaţă cuvinte, formule, reguli, dar adesea în spatele acestora nu se

găsesc faptele, realitatea, relaţiile pe care le denumesc; între mintea instruitului şi realitatea vie se interpune cuvântul instructorului, cartea,

iar strădania instruitului este de a reţine cuvintele, textele din carte, nu de a înţelege viata, realitatea;

prin metodele verbale se urmăreşte predominant să se comunice instruitului adevăruri gata elaborate; dar mult mai important ar fi ca instruitul să înveţe cum să dobândească singur cunoştinţele de care are nevoie;

în procesul de învăţământ este dominantă atitudinea receptivă a instruitului şi atmosfera plictisitoare a muncii de memorare;

instruitul devine adesea sclav al textului cărţii. Pentru el autoritatea unei afirmaţii este prezenţa ei în carte, nu raţiunea;

instruitul nu gândeşte prin sine însuşi, ci reproduce ceea ce alţii au gândit şi au spus.Totuşi metodele verbale au unele calităţi care le recomandă să fie folosite încă în învăţământ:

prin ele materia este prezentată instruitului într-o ordine sistematică; o expunere bună, un manual bun se preocupă nu numai de prezentarea clară a ideilor

şi de înţelegerea lor de către instruiţi, ci şi de înlănţuirea logică a materialului studiat, ceea ce asigură progresul în însuşirea obiectului respectiv.

prin metodele verbale instruitul este pus în contact cu ceea este esenţial într-o ştiinţă, cu formularea precisă a adevărurilor cucerite de omenire printr-o îndelungată muncă de cercetare. Unele din aceste adevăruri trebuie să fie însuşite de instruiţi şi reţinute: date tehnice, formule, unităţi de măsură, scheme constructive, etc. Activitatea intelectuală a omului se sprijină pe unele reguli, pe deprinderi intelectuale de calcul, etc. Toate acestea şi le însuşesc instruiţii într-un timp mai scurt prin metodele verbale.

în anumite ştiinţe tehnice, unde calea deductivă este folosită predominant, instruirea cu ajutorul cuvântului dă rezultate bune. Instructorul sau manualul îndrumă gândirea instruitului

VI.2 2.2.Metode intuitive

a) Observarea liberă. Instruiţii acumulează o mulţime de cunoştinţe, înainte de a veni în marină şi chiar în timpul pregătirii, din observarea obiectelor şi fenomenelor din natură şi societate. Printr-o observaţie liberă nedirijată a obiectelor (motoare, utilaje, tehnică, nave, etc.), şi fenomenelor din natură (fierbere, ardere etc.) ei îşi însuşesc cunoştinţe despre acestea, în special despre aspectul lor exterior. Tot în acest mod îşi însuşesc cunoştinţe despre societate: observă relaţiile dintre membrii familiei, dintre cei în vârstă şi cei tineri, observă munca oamenilor din diferite domenii, comportarea acestora în diferite împrejurări. Observaţiile acestea sunt strâns împletite cu trăiri emotive extrem de variate, cu exemple de comportare, care îl influenţează adânc pe instruit.

Observaţia liberă este un proces care se continuă pe tot parcursul vieţii omului şi constituie un izvor nesecat de dezvoltare şi de conturare a personalităţii. Prin observaţie liberă omul alege adesea din ceea ce-i oferă natura şi societatea numai ceea ce-1 interesează şi retine mai ales ceea ce răspunde unor trebuinţe ale sale. Observaţiile libere pot fi făcute individual sau în grup. Grupul potenţează capacitatea de observare, sporeşte randamentul. Observarea în grup are efecte pozitive nu numai asupra rezultatelor intelectuale ce se obţin, ci şi asupra efectelor emotive. Uneori grupul temperează trăirile emotive, alteori le potenţează. Observaţia liberă are însă şi lipsuri:

- ea se menţine la aspecte exterioare, nu pătrunde în structura obiectelor, în înlănţuirea fenomenelor, în surprinderea esenţelor;

- se poate ca observaţia liberă să se menţină asupra unor aspecte fără importanţă

353 din 375

pentru cunoaşterea obiectelor respective, atrasă de ceea ce place şi distrează; - ea poate fugi de la un aspect la altul, la întâmplare, provocată de succesiunea agenţilor

senzoriali.În procesul de învăţământ se utilizează în mod frecvent observaţia îndrumată dirijată de

instructor. Când instruiţii observă ceea ce le arată instructorul - obiecte, fenomene, acţiuni - ea poartă denumirea de demonstrare; când ei observă singuri materialul pe baza unor instrucţiuni sau a unui plan dat de instructor, poartă denumirea de observaţie independentă. În cazul demonstrării instruiţii au o atitudine mai mult receptivă, în cazul observaţiilor independente au o atitudine mult mai activă.

b) Demonstrarea. Demonstrarea constă în arătarea de către instructor a materialului intuitiv despre care instruiţii au de învăţat sau care poate duce clarificări în însuşirea unei teme. De obicei arătarea materialului este însoţită de descrierea şi explicarea lui, făcute fie de instructor, fie de instruiţi, cu scopul de a observa ceea ce este esenţial. Demonstrarea se foloseşte atât la asimilarea unor cunoştinţe noi, cât şi la fixarea şi consolidarea acestora. Este o metodă larg folosită la studierea tuturor obiectelor de învăţământ. Însuşirea cunoştinţelor este mai uşoară şi mai temeinică dacă explicaţiile sunt însoţite de arătarea obiectelor, fenomenelor şi acţiunilor despre care se învaţă. La fiecare obiect de învăţământ poate fi prezentat material demonstrativ bogat. La prezentarea unor teme pot fi prezentate obiecte din natură, la altele se foloseşte demonstrarea cu ajutorul experienţelor, în alte cazuri se prezintă machete, modele, filme, etc.

Materialul demonstrativ poate fi prezentat în orice etapă a şedinţei astfel:- în partea introductivă a şedinţei, spre a oferi instruiţilor intuiţii şi imagini de care au

nevoie spre a înţelege tema ce va fi explicată;- concomitent cu explicarea cunoştinţelor noi spre a ilustra cele expuse; - după explicarea cunoştinţelor noi, în vederea consolidării şi concretizării lor.

b1) Demonstrarea cu ajutorul obiectelor, fenomenelor şi proceselor naturale. De câte ori este posibil, este bine să se arate instruiţilor obiectele despre care au de învăţat, să li se prezinte fenomenele şi procesele în condiţiile naturale de producere ca instruiţii să le observe, să cunoască intuitiv părţile lor componente, să înţeleagă modul lor de producere. Un aport deosebit îl au în acest sens excursiile, excursiile de studii în învăţământul superior) şi vizitele. Obiectele şi fenomenele din natură şi societate (pădure, râu, fabrică, muzeu, etc.) observate de instruiţi direct sunt izvor de cunoştinţe, dar şi de intense trăiri emotive. Excursiile şi vizitele se pot organiza în diferite momente ale procesului de învăţământ:

- fie înainte de studierea unor teme, ca instruiţii să-şi îmbogăţească numărul de observaţii în legătură cu acele teme;

- fie după studierea unui capitol, cu scopul de a consolida cunoştinţele însuşite;- fie la sfârşit de trimestru, cu scopul de a consolida cunoştinţele însuşite;- fie la sfârşit de an şcolar, cu scopul de a consolida cunoştinţele însuşite;- fie că se organizează chiar cu scopul ca şedinţa respectivă să fie însuşită de instruiţi prin

observarea directă a obiectelor şi fenomenelor despre care învaţă.b2) Demonstrarea cu ajutorul materialului confecţionat. Materialul demonstrativ

confecţionat înlocuieşte materialul natural, când acesta nu poate fi adus în fata instruiţilor din diferite cauze: dimensiuni, complexitate, nu se găseşte în apropiere, etc. Materialul confecţionat în volum - mulaje, machete, modele - îi ajută pe instruiţi să înţeleagă componenta obiectelor, aparatelor, maşinilor pe care le reprezintă. Adesea acest material prezintă la scară obiectele naturale, la dimensiuni accesibile observaţiei instruiţilor şi reliefează ceea ce este principal. Este de preferat ca materialul confecţionat sa fie alcătuit din piese demontabile, dând posibilitatea instruiţilor să demonteze şi să monteze obiectele respective, şi să observe relaţiile dintre părţile lui componente.

Materialul bidimensional (în plan) planşe, ilustraţii, hărţi, diagrame, scheme este mai des folosit decât materialul în volum. Materialul grafic ajută la înţelegerea cunoştinţelor noi, dacă:

- reuşeşte să reliefeze esenţialul, caracteristicul;- este simplu şi redă cât mai corect realitatea;- înfăţişează sugestiv aspectele realităţii, încât sa izbească de la început atenţia instruiţilor,

spre a fi reţinute cu uşurinţă;

354 din 375

Când se prezintă diferitele faze de dezvoltare ale unor obiecte sau fenomene se folosesc serii de tablouri sau ilustraţii.

b3) Demonstrarea cu ajutorul desenelor executate de instructor pe tablă. Desenul didactic se foloseşte la multe obiecte de învăţământ. El însoţeşte expunerea orală a cunoştinţelor si-i ajută pe instruiţi să înţeleagă şi să reţină mai bine cele explicate. De obicei, concomitent cu explicarea şi desenul executat de instructor pe tablă, desenează şi instruiţii în caietele lor de notiţe. Adesea desenul este însoţit de explicaţii scrise. Desenul instructorului trebuie să fie simplu, spre a putea fi executat şi de instruiţi, şi să fie corect, adică să redea nedeformat realitatea.

b4) Demonstrarea cu ajutorul mijloacelor moderne de învăţământ. În mod frecvent

mijloacele moderne de învăţământ sunt clasificate in:

- mijloace auditive (înregistrări pe casete),- mijloace vizuale (folii de retroproiector, diapozitive) prezintă imagini ale obiectelor şi

fenomenelor la dimensiuni accesibile observaţiei şi oferă posibilitatea unei analize amănunţite a obiectelor, de aceea sunt mai potrivite când se studiază structura, forma şi dimensiunile obiectelor, aşezarea elementelor în raportul unora faţă de altele,

- mijloace audio-vizuale (filmul sonor, PC-ul). În procesul de învăţământ se folosesc filme didactice, realizate anume pentru însuşirea unei teme şi prezintă într-un timp util pentru o observaţie amănunţită transformări şi procese, care în realitate au durat timp îndelungat sau un timp extrem de scurt.

b5) Demonstrarea cu ajutorul experimentelor efectuate de instructor. La şedinţele de rezistenţă, studiul metalelor, organe de maşini, prezentarea tehnicii etc. se foloseşte demonstrarea cu ajutorul experienţelor. Instructorul montează un experiment adecvat în legătură cu tema sau şedinţa de studiat, pe baza căruia explica instruiţilor fenomenele pe care ei le observă, îi ajută sa asimileze cunoştinţe temeinice despre proprietăţile corpurilor şi substanţelor, ii familiarizează cu legile care explică producerea fenomenelor. În timpul desfăşurării experienţei, instructorul îndrumă observaţiile instruiţilor şi le atrage atenţia asupra fenomenelor esenţiale, încât să descopere proprietăţi, să găsească legături cauzale.

b6) Demonstrarea acţiunilor pe care trebuie să şi le însuşească instruiţii. La predarea unor obiecte de învăţământ (de exemplu: desenul tehnic, funcţionarea şi exploatarea tehnicii, studiul metalelor, practica tehnologică, etc.) este necesar să se prezinte instruiţilor în mod demonstrativ acţiunile pe care ei trebuie să le înveţe. în mod obişnuit, demonstrarea acestor acţiuni este însoţită de explicaţii. Instruiţii vor şti mai bine cum să execute o schiţă. cum să mânuiască şi să exploateze tehnica dacă li se va explica şi li se va arata practic aceasta decât dacă ei ar privi fotografii, planşe etc. Explicaţia este de obicei scurtă şi subordonată demonstraţiei. Demonstrarea impune instructorului să-şi pregătească din vreme materialul necesar, să fie stăpân pe tehnica experimentală, să cunoască amănunţit problemele teoretice legate de desfăşurarea şi rezultatele experimentului.

Etapele principale ce trebuie parcurse pentru acest tip de demonstrare sunt:- familiarizarea cu conţinutul lucrării ce se va efectua;- familiarizarea cu uneltele, manetele ce vor fi folosite precum şi cu tehnica ce va fi

exploatată;- atragerea atenţiei asupra greşelilor frecvente ce se pot ivi, făcându-se un instructaj de

protecţie a muncii;- demonstrarea propriu-zisă a acţiunii, oferindu-se concomitent şi lămuriri;

Uneori, după această demonstrare instructorul cere ca unul sau doi instruiţi să efectueze acţiunea respectiva, pentru a se convinge dacă au înţeles corect; apoi întreaga grupă trece la executarea ei. Aceste procedee îl ajută pe instruit să observe mai bine mişcările arătate, să înţeleagă succesiunea acestora, să reţină modul de a le executa corect În această demonstrare explicativă se folosesc de obicei două procedee:

- încetinirea ritmului de efectuare a acţiunilor;- divizarea acţiunii globale în elementele ei componente.

Cerinţele unei bune demonstrări:

355 din 375

- demonstrarea efectuată de instructor trebuie să-i obişnuiască pe instruiţi cu o metodă ştiinţifică de a observa;

- la început se efectuată o observare generală a obiectului(tehnicii), spre a se forma o imagine de ansamblu a acestuia; apoi se procedează la o observare analitică, ghidată de o anumita schemă, de un anumit plan de observare;

- tehnica, obiectele şi fenomenele care au loc trebuie să fie prezentate astfel încât instruiţii să observe ceea ce au ele caracteristic; pentru aceasta instructorul va orienta observaţiile lor sau îi va îndemna să cerceteze mai amănunţit anumite părţi sau aspecte, solicitând prin întrebări potrivite sesizarea esenţialului;

- tehnica, obiectele şi fenomenele trebuie să fie prezentate astfel încât instruiţii să-şi dea seama de evoluţia lor, de schimbările şi dezvoltarea lor;

- la o şedinţă să se folosească mai multe forme de demonstrare: material tridimensional, planşe, desen pe tablă, proiecţii etc.

c) Modelarea. Prin modelare se înţelege metoda de a cerceta tehnica, obiectele şi fenomenele din natură şi societate cu ajutorul modelelor. Prin model se înţelege un sistem mai simplu, elaborat ca înlocuitor al unui sistem mai complex (originalul) şi care, pe baza analogiei lui cu sistemul original, serveşte ca mijloc de a studia indirect proprietăţile şi transformările posibile ale sistemului original. În procesul de învăţământ, ca şi în tehnică şi în ştiinţă, se folosesc mai multe feluri de modele:

- modele obiectuale, ce reprezintă obiecte reale: corpuri geometrice, machete, mulaje etc.,- modele figurative ce reprezintă: scheme, grafice simplificate ale unor obiecte sau

fenomene- (schema unei instalaţii, semne convenţionale pentru formele de relief, filme de animaţie

care reprezintă fenomene electrice, biologice);- modele simbolice ce reprezintă formule logice sau matematice care stau la baza

construirii- unor raţionamente, a funcţionarii unor maşini, agregate etc.

În procesul de învăţământ modelele au în principal două funcţii: ilustrative şi cognitive. De cele mai multe ori, modelele se folosesc ca orice material demonstrativ confecţionat pentru a ilustra obiectul original, prezentându-1 simplificat, în elementele lui esenţiale: macheta unei instalaţii, modelul unei maşini(a tehnicii în general), macheta unei nave sau a unei dane portuare, etc. Deoarece modelul reflectă notele caracteristice ale obiectelor şi fenomenelor, el face posibilă o cunoaştere mai adâncă a realităţii decât cea obţinută prin observarea aspectelor ei exterioare.

Metoda modelării se foloseşte însă şi pentru prelucrarea cunoştinţelor vechi şi descoperirea de cunoştinţe noi de către instruiţi. Uneori li se cere instruiţilor să construiască obiecte sau scheme, să realizeze activităţi, fie similar, fie analog cu modelele care le-au fost prezentate. În construcţiile similare intră mai multe elemente imitative din model, în cele analoge instruitul introduce elemente noi, modificări esenţiale faţă de model.În procesul de învăţământ, sistemele mai simple şi mai accesibile instruiţilor devin modele pentru studierea unor sisteme mai complexe şi mai puţin accesibile.

d) Observaţiile independente. Observaţiile independente se folosesc pentru a consolida cunoştinţele, priceperile şi deprinderile însuşite de instruiţi anterior prin alte metode (expunere, lectura din manual etc.), dar mai ales pentru însuşirea de cunoştinţe noi şi pentru formarea deprinderii de a observa sistematic. Utilizând această metodă, instruiţii îşi formează reprezentări clare şi precise, sesizează mai uşor interdependentele dintre fenomene, principiile de funcţionare a tehnicii, îşi formează priceperi şi deprinderi de a utiliza aparatura de cercetare şi de a cerceta. Însuşirea şi consolidarea cunoştinţelor se realizează în mod precumpănitor prin activitatea proprie a instruiţilor, prin efortul lor de cercetare. Această metodă are deci un pronunţat caracter activ şi euristic. Observarea independentă a obiectelor şi fenomenelor în condiţiile lor naturale sau modul de funcţionare a tehnicii poate fi făcută fie fără aparate speciale, fie cu ajutorul unor aparate sau instrumente. Ea poate dura un timp scurt (câteva minute, o oră) în cadrul şedinţei sau un timp mai îndelungat (câteva zile , săptămâni sau luni) în afara şedinţei, în funcţie de tema de învăţat.

Observaţiile independente pot fi organizate:- frontal (fiecare instruit efectuează aceeaşi observaţie pe care o fac concomitent şi colegii săi);

356 din 375

- individual (fiecare instruit efectuează o observaţie deosebită de a colegilor săi);- pe grupe (fiecare grupă de instruiţi are de efectuat o lucrare, o sarcină etc.).

Instructorul poate da îndrumările fie global, fie în etape. De obicei, când observaţiile au o durată scurtă, planul sau instructajul este prezentat în întregime înainte de începerea lucrului (lucrare monofazica). Dacă însă tema sau şedinţa necesită un timp mai îndelungat, atunci instrucţiunile sunt date în etape(lucrare polifazică). La observaţiile frontale îndrumările se pot da fie oral, fie în scris: la cele individuale şi pe grupe ele se dau în scris.

Privire critică asupra metodelor intuitive.Metodele intuitive sunt utilizate pe scară largă în procesul de învăţământ, considerându-se că ele

ajută la însuşirea de către instruiţi a unor cunoştinţe temeinice, că activează pe instruiţi şi că le formează deprinderi de a observa, exploata şi cerceta. Aceste obiective nu se realizează însă în orice condiţii de folosire a metodelor intuitive.

Supraevaluarea metodelor intuitive şi folosirea lor într-o viziune psihologică asociaţionistă, conform căreia noţiunile s-ar forma spontan din percepţii şi reprezentări, poate aduce prejudicii procesului de învăţământ. Psihologia contemporană a dovedit că ideile, conceptele, nu se desprind în mod spontan din percepţii şi reprezentări. Datele senzoriale, imaginile oricât de multe şi de exacte, nu duc prin ele însele la cunoştinţe operaţionale decât după ce sunt supuse unei prelucrări mintale.

Prin metodele intuitive instruiţii îşi însuşesc cunoştinţe despre aspectul exterior al obiectelor. Dar a reuşi să descrii un obiect sau sa enumeri fazele succesive ale unui proces, nu înseamnă încă a cunoaşte esenţa acestora. Înregistrarea în minte, ca pe pelicula unui film, a unui număr imens şi variat de imagini, nu este încă ştiinţă. E necesar ca datele senzoriale să fie supuse unei prelucrări mintale, prin care ele să fie transformate, ordonate, sistematizate.

Pentru ca observarea să servească pe deplin procesul de învăţământ, e necesar ca ea să răspundă unor preocupări, unor interese ale instruitului. Dacă instruitul este interesat să afle ceva nou, el îşi pune probleme, emite ipoteze şi caută să le verifice, vine deci cu anumite întrebări în faţa obiectelor şi fenomenelor. Observarea acestora este calea de a verifica ipotezele stabilite de el, de a răspunde la problemele pe care şi le-a pus. Este adevărat că uneori contactul cu lucrurile trezeşte în instruit curiozitate şi interes, ii pune probleme, alteori însă e necesar ca instructorul să prezinte aceste ipoteze, probleme, iar instruiţii să încerce să le soluţioneze pe baza datelor furnizate de observaţie. Folosite în aceste condiţii metodele intuitive pot servi la însuşirea de către instruiţi a unor cunoştinţe temeinice.

Folosirea metodelor intuitive nu duce în mod necesar nici la activizarea instruiţilor. Când se folosesc metodele verbale instruiţii receptează cuvinte, iar acum receptează imagini.

VI.2 2.3. Metode active

Metodele active sunt căile care folosesc ca mijloc pentru instruirea şi formarea instruiţilor acţiunea şi activitatea. În procesul de învăţământ, instruiţii efectuează uneori activităţi preponderent imitative, alteori activităţi creatoare.

a) Exerciţiile. Pregătirea instruiţilor pentru viaţă şi dezvoltarea lor intelectuală, morală, estetică şi fizică solicită nu numai cunoştinţe bogate, ci şi formarea unor priceperi şi deprinderi adecvate. Este necesar ca instruiţii să-şi formeze priceperi şi deprinderi de citire, de scriere, de desen, apoi priceperi şi deprinderi de a mânui unelte, maşini şi tehnică atât în procesul de învăţământ cât şi în procesul de exploatare a tehnicii sau practica productivă. Pe de altă parte, este necesar să-şi formeze deprinderi şi obişnuinţe de comportare civilizată, de viaţă în colectiv, deprinderi igienice şi estetice, să-şi formeze trăsături de caracter. Exerciţiul este metoda principală pentru formarea acestora.

Prin exerciţiu se înţelege executarea repetată şi conştientă a unei acţiuni, spre a o apropia de un model sau de a îmbunătăţi performanţele ei. În procesul de învăţământ, exerciţiul este o metodă folosită pe scară largă, atât cu scopul de a consolida cunoştinţele însuşite anterior şi de a forma priceperi şi deprinderi, cât şi pentru a dezvolta capacităţile creatoare ale instruiţilor. Unele exerciţii se efectuează fără o îndrumare din partea educatorului, pe baza imitativă. Ucenicul care "fură" meseria de la meşter, copilul care imită vorbirea, gesturile, atitudinile unui personaj luat ca model, efectuează exerciţii deosebit de utile pentru ei. Omul nu renunţă niciodată la exerciţii imitative, fiindcă totdeauna are de învăţat ceva de la alţii. În procesul de învăţământ însă exerciţiile sunt

357 din 375

îndrumate. După funcţia pe care o îndeplinesc în formarea priceperilor şi a deprinderilor, exerciţiile sunt de mai multe feluri:

- exerciţii de antrenament (introductive);- exerciţii de bază;- exerciţii paralele.

Exerciţiile de antrenament (introductive) sunt primele exerciţii pe care le fac instruiţii pentru a se familiariza cu operaţia demonstrată de instructor. În cadrul lor, instruiţii repetă de câteva ori activitatea efectuată de instructor ca model, sunt îndrumaţi atent spre a evita greşelile şi procedeele incorecte.

Exerciţiile de bază asigură formarea deprinderilor prin repetarea activităţii de către instruiţi cu scopul de a se apropia cât mai mult de model. Instructorul urmăreşte ca instruiţii să aplice conştient îndrumările date de el, insistă asupra fazelor dificile din acţiunea respectivă, asupra succesiunii fazelor. La început ele cuprind şi erori. Instructorul supraveghează, îndrumă şi ajută pe instruiţi spre a elimina treptat erorile şi a-şi forma deprinderi corecte. Corectarea unei deprinderi greşite este adesea mai dificilă decât formarea unei deprinderi noi. Aceste exerciţii se pot realiza direct pe tehnica în funcţiune(când nu conduc la deteriorarea ei) sau pot fi organizate pe modele şi simulatoare.

Exerciţiile paralele servesc şi la formarea de deprinderi noi dar şi la consolidarea celor vechi. Este necesar ca în activitatea următoare, odată cu efectuare exerciţiilor pentru formarea de noi priceperi şi deprinderi, să se urmărească şi menţinerea deprinderilor formate anterior.

Folosirea cu succes a exerciţiilor este condiţionată de respectarea unor cerinţe:Modelul, pe care instruiţii tind să şi-1 însuşească prin exerciţii, să fie pe cât posibil perfect

şi accesibil de imitat.La baza exerciţiului trebuie să stea idei clare, însuşite în mod conştient. Dacă instruitul

lucrează mecanic, fără să-şi dea seama de regula pe care o aplică, exerciţiul are un caracter "meşteşugăresc". Dacă însă instruitul gândeşte când efectuează exerciţiul, dacă înţelege clar ceea ce face, atunci se consolidează bine cunoştinţele, se formează priceperi şi deprinderi corecte si prin fiecare activitate nouă instruitul se apropie de model. Se recomandă ca exerciţiile să fie variate, atât în ceea ce priveşte conţinutul cât şi forma lor;

efectuarea de desene, hărţi, diagrame, tabele, rezolvarea de probleme, elaborarea de compuneri, montarea de experimente, mânuirea unor elemente ale tehnicii şi efectuarea unor algoritmi simpli care nu necesită efort fizic sunt forme de exerciţii ce pot fi utilizate în procesul de învăţământ sau de exploatare a tehnicii. Se recomandă, de asemenea, ca exerciţiile să fie gradate şi progresive, să se pornească de la

exerciţii uşoare spre exerciţii din ce în ce mai grele. Un exerciţiu uşor, programat la început, dă încredere instruitului în posibilităţile sale, iar eşalonarea gradată a exerciţiilor îl ajută să constate progresele pe care le realizează necontenit şi îl stimulează în muncă. Fiecare deprindere nouă trebuie încadrată în sistemul deprinderilor formate anterior. Există o

înlănţuire logică şi între deprinderi, nu numai între cunoştinţe. Aceasta impune eşalonarea exerciţiilor intr-o anumită ordine de efectuare, astfel ca noile deprinderi să fie o continuare a celor vechi, o complicare treptată a lor.Cantitatea şi durata exerciţiilor trebuie să asigure formarea priceperilor şi deprinderilor

vizate.Rezultatele obţinute prin exerciţii să fie analizate, la început sub îndrumarea instructorului, iar

mai târziu prin autocontrol, pentru ca instruiţii să ştie ce au făcut bine şi ce au greşit. Analizând succesele şi insuccesele din activitatea lor, instructorul va discuta cu ei asupra cauzelor şi mijloacelor potrivite spre a le corecta. La această analiză este bine să fie solicitaţi şi instruiţii, ca ei înşişi să descopere părţile bune şi pe cele slabe din munca lor, formându-li-se în acest mod spiritul critic şi autocritic şi prin aceasta capacitatea de a-şi îmbunătăţi necontenit activitatea, comportarea. Instructorul să organizeze astfel exerciţiile încât instruiţii să treacă treptat de la o

activitate imitativă, îndrumată pas cu pas, spre o activitate din ce în ce mai independentă, spre o activitate creatoare. Lucrările cu caracter creator sunt exerciţii care dezvoltă într-o largă măsură aptitudinile

358 din 375

instruiţilor şi spiritul lor de independenţă. Ele se practică sub forma de referate, desene, lucrări practice etc. Pentru buna lor desfăşurare este necesar ca instruiţii să stăpânească temeinic cunoştinţele, priceperile şi deprinderile solicitate de activitatea creatoare, să fie îndrumaţi, iar lucrările executate să fie analizate şi apreciate, spre a se asigura obţinerea unor rezultate mai bune în viitor. S-ar părea că folosirea exerciţiilor ca metodă de învăţământ ar pune în activitate numai pe

instruiţi şi că instructorul ar avea un rol pasiv. În realitate nu este aşa, şi în aplicarea acestei metode, ca şi în aplicarea celorlalte, cadrele didactice au rolul conducător. Ele aleg exerciţiile potrivite cu pregătirea instruiţilor, asigură permanent controlul, ajutorul, îndrumarea şi evaluarea muncii instruiţilor.

b) Lucrările practice. Lucrările practice sunt o variantă a metodei exerciţiilor. Faţă de metoda exerciţiilor, metoda lucrărilor practice are unele trăsături specifice deşi amândouă au la bază activitatea instruiţilor. Noţiunea de lucrări practice este indisolubil legată de cea de efort fizic. În timpul efectuării lucrărilor practice, instruiţii depun o muncă fizică, se folosesc de unelte de muncă.

Trăsături specifice: Pentru efectuarea lucrărilor practice instruiţii se folosesc adesea de cunoştinţe din mai multe

discipline. Spre a efectua lucrări în atelier la tehnică şi instalaţii, de exemplu, ei apelează la cunoştinţe de fizică, matematică, tehnologie, studiul metalelor, desen tehnic precum şi cunoştinţe de specialitate.De obicei, o lucrare practică are o durată mai mare decât un exerciţiu. Unele lucrări practice

se efectuează timp de mai multe ore şi sunt eşalonate pe etape. Importanţa lucrărilor practice ca metodă de învăţământ decurge din necesitatea de a lega cât

mai strâns învăţământul de viaţă, de producţie, de tehnică.Ele obişnuiesc pe instruit să-şi:

- planifice munca (adunarea materialului, a instrumentelor de muncă, precizarea scopului, informarea tehnică, efectuarea unor schiţe etc.),

- să aleagă mijloacele cele mai potrivite,- să-şi controleze necontenit activitatea, comparând-o cu modelul etc.

Lucrările practice au şi o deosebită valoare educativă, în cadrul lor instruiţii îşi dezvoltă perseverenţa, răbdarea, dragostea pentru muncă.

c) Algoritmizarea. Un algoritm este un procedeu, o regulă bine determinată de a rezolva o problemă tipică. Dacă algoritmul este urmat corect, după un număr de operaţii se va găsi în mod cert soluţia problemei. Algoritmul este construit pe baza unor înlănţuiri de raţionamente şi exprimă în mod sintetic structura logică internă a rezolvării problemei.

Algoritmii se prezintă sub diferite forme:

- sub formă de reguli de calcul (regula de extragere a rădăcinii pătrate, regula de aducere a fracţiilor la acelaşi numitor etc.);

- sub forma unor formule de operaţii în matematică, în fizică şi chimie;- sub forma unui model sau a unei scheme de desfăşurare a unei activităţi intelectuale

(modelul unui raţionament logic);- sub forma unor instrucţiuni tip, care ghidează activitatea într-un domeniu oarecare.

Asemenea instrucţiuni cuprind îndrumări exacte, într-o ordine precis stabilită cum ar fi de exemplu instrucţiunile pentru efectuarea unei lucrări de laborator, instrucţiunile privind funcţionarea tehnicii şi ale instalaţiilor, etc.Avantajele utilizării acestei metode sunt:

- îi obişnuieşte pe instruiţi să găsească uşor procedeul adecvat de a rezolva probleme, ceea ce le va fi de real folos după terminarea şcolii.

- antrenând pe instruit în construirea de algoritmi, el va putea transfera această abilitate în rezolvarea unor probleme mai complexe de mai târziu. Se ştie, de exemplu, că dacă instruiţii au de rezolvat o problemă complexă, ei sunt învăţaţi să o reducă la probleme simple.

359 din 375

Scopul urmărit prin utilizarea metodei algoritmizării în procesul de învăţământ este de a uşura rezolvarea de probleme tipice, de a forma deprinderi de muncă intelectuală pe baza unor reguli conştient însuşite şi de a forma modalităţi de rezolvare a problemelor complexe. Algoritmizarea are însă consecinţe negative dacă este utilizată incorect şi excesiv deoarece prin caracterul ei artificial duce la un fel de mecanizare a gândirii ceea ce, evident, nu ajută la educaţia modernă a instruiţilor. Nu se poate desfăşura un proces de învăţământ fără algoritmi, dar nu se poate nici fără metode euristice, fără dezvoltarea gândirii creatoare, care nu este însă algoritmizabilă.

d) Lucrările de laborator. Efectuarea lucrărilor de laborator necesită o aparatură adecvată şi tehnica de folosire a acestei metode are multe puncte comune cu cea a observaţiilor independente. Lucrările de laborator se desfăşoară pe baza unui plan dat de instructor, fie oral, fie în scris, în care se arată materialele ce vor fi folosite, ordinea lucrărilor de executat modul de notare a rezultatelor etc. Ele se organizează în diferite scopuri:

- fixarea mai temeinică a cunoştinţelor - se organizează după ce instruiţii şi-au însuşit cunoştinţe noi sau după ce au văzut o experienţă efectuată de instructor.

- formarea de priceperi şi deprinderi de a mânui diferite instrumente şi aparate instruiţii repetă experimentele făcute de instructor sau efectuează experimente similare acelora

- însuşirea de cunoştinţe noi, prin descoperirea acestora cu ajutorul experimentului. Sub îndrumarea instructorului, cu ajutorul lucrărilor de laborator instruiţii ajung să cunoască noi însuşiri şi caractere ale obiectelor şi fenomenelor, să stabilească relaţii între acestea.

Când se organizează lucrări de laborator prin care se urmăreşte ca instruiţii să ajungă la descoperirea de cunoştinţe noi, nu li se spune nici înainte, nici în timpul efectuării, care sunt rezultatele şi concluziile la care trebuie să ajungă în timpul desfăşurării lor, instructorul urmăreşte cum lucrează fiecare instruit în parte sau cum lucrează grupele, stimulează pe cei ramaşi în urmă, iar dacă este necesar dă indicaţii unor instruiţi sau corectează pe cei care s-au abătut de la instrucţiunile date. După terminarea lucrării se trag concluziile, procedându-se aşa cum am arătat la observaţiile independente. Lucrările de laborator se organizează ca şi la observaţiile independente, adică:

- frontal, - individual - pe grupe.

Instructajul se realizează ca şi la observaţiile independente, în funcţie de caracterul lucrării (lucrări monofazice şi lucrări polifazice). E util însă ca în instrucţiuni să se explice mai detaliat instruitului procedeele tehnice de lucru: cum să mânuiască uneltele şi materialele, ordinea strictă a operaţiilor, cum să noteze rezultatele obţinute, ce desene să treacă în caiet sau fişă etc. Lucrările de laborator constituie o cale de învăţare prin descoperire şi o iniţiere a instruiţilor în cercetarea ştiinţifică. Uneori lucrările de laborator sunt o variantă a observaţiilor independente: instruitul intervine şi modifică unele elemente în producerea şi desfăşurarea fenomenelor. La predarea ştiinţelor tehnice inginereşti, multe teme pot fi însuşite de instruiţi prin efectuarea de experimente în laborator. Crearea laboratoarelor va face să crească ponderea metodei lucrărilor de laborator şi a experimentelor efectuate de instruiţi în vederea însuşirii de cunoştinţe noi şi de formare a priceperilor de cercetare experimentală.

Privire critică asupra metodelor activeCunoştinţele însuşite de instruit prin activitatea sa sunt mai clare şi mai sigure decât cele

primite pe cale verbală, prin explicaţia altuia sau prin lectura cărţilor.Nici cunoştinţele verbale şi nici cele intuitive nu au precizia şi siguranţa celor scoase din

practică. Acestea din urmă se păstrează adesea toată viaţa şi instruitul se poate folosi de ele cu succes oricând are nevoie.

Metodele active constituie şi o excelentă cale de corectare a cunoştinţelor greşite. Fie că sursa greşelilor este într-o informare verbală eronată sau într-o sesizare necorespunzătoare prin simţuri, corectarea cea mai temeinică şi mai corespunzătoare se realizează prin acţiune, printr-o activitate dirijată.

Cel mai de seamă merit al metodelor active este că prin ele se asigură la un nivel ridicat formarea instruiţilor.

Cunoştinţele dobândite prin activitate sunt încorporate în personalitate, ca elemente inseparabile de aceasta. Asemenea cunoştinţe sunt legate intim de stările afective trăite în timpul

360 din 375

descoperirii lor (îndoieli speranţe, dezamăgiri), de procese voluntare şi trăsături de caracter implicate în activitatea desfăşurată (încordare, hotărâre, perseverenţă, răbdare), de mobilizarea proceselor de cunoaştere (alegerea mijloacelor potrivite spre a atinge scopul propus, spirit critic, inventivitate). De aici rezultă că metodele active ajută la dezvoltarea întregii personalităţi.Prin activitate sunt exercitate şi dezvoltate toate procesele psihice.

Descoperirea unui adevăr prin metode active este un proces mult mai complex decât asimilarea lui pe cale verbală. De aceea ea cere mai mult timp şi o activitate mai variată, decât receptarea unor cunoştinţe oferite de-a gata. Procesele gândirii se desfăşoară nu în condiţiile unei simplificări excesive a realităţii, soluţia cea mai eficientă, ceea care mobilizează întreaga lor fiinţă. Desfăşurând asemenea activităţi, ajutaţi şi îndrumaţi cu tact de cadrele didactice, instruiţii îşi vor însuşi treptat instrumentele de cercetare: vor învăţa să desprindă întrebările pe care le pun faptele şi obiectele, vor învăţa să pună ei întrebări, să construiască ipoteze raţionale, vor învăţa să aleagă instrumentele potrivite spre a transforma realitatea conform unor scopuri fixate anterior, vor învăţa strategia cercetării, vor deveni capabili să prevadă unele rezultate negative şi deci să nu meargă pană la capăt pe o cale greşită, se vor deprinde să verifice în practică rezultatele etc. Desigur nu toţi instruiţii îşi vor însuşi metoda de cercetare în acelaşi ritm şi la acelaşi nivel. Instructorul va ţine seama de aceasta şi ajutorul său va fi diferenţiat de la instruit la instruit.

Se recomandă însă ca metodele active să se folosească îmbinat cu metodele verbale şi cu cele intuitive; ca metodele verbale şi intuitive să fie activizate, adică instruiţii să depună o activitate de a prelucra mijloacele verbale şi intuitive spre a extrage din ele în mod independent, cunoştinţe noi. Utilizarea metodelor active presupune ca instruitul să ştie să se folosească de cărţi, de documente, de fişe, de scheme, de imagini, de filme, care cuprind o experienţă umană condensată. Multe cunoştinţe nu pot fi descoperite de instruit, ci el trebuie să le înveţe de la instructor sau din cărţi.

VI.2 2.4. Învăţarea prin descoperire

Instruirea prin descoperire nu este o metodă, ci o finalitate către care tinde orice metodă. Ea este determinată de cerinţa de a-1 pregăti pe instruitul de azi spre a face faţă în viitor unor cerinţe mereu noi pe care i le va pune viaţa, producţia, tehnica. Instruirea nu trebuie să se rezume la însuşirea unui anumit cuantum de cunoştinţe, formule, reguli şi la priceperea de a le mânui şi folosi, ci e necesar să urmărească mai degrabă cultivarea la instruiţi a curiozităţii spre cunoaştere, capacitatea de a continua singuri munca începută. Dar spre a se ajunge aici se impune ca încă din timpul anilor de şcoală o parte din cunoştinţele pe care trebuie să şi le însuşească instruiţii să nu le fie oferite de instructor ci să fie descoperite - sau mai corect redescoperite - de instruiţii înşişi. Învăţarea prin descoperire presupune desfăşurarea următoarelor activităţi:

- formularea ipotezelor de soluţionare a problemelor puse;- selectarea ipotezelor plauzibile;- stabilirea condiţiilor, a elementelor intelectuale şi a materialului necesar spre a

descoperi răspunsul sau a efectua lucrarea cerută;- efectuarea lucrării;- verificarea soluţiilor găsite.

În instruirea prin descoperire, determinarea precisă a aspectelor ajutorului dat de instructor, cum, cât şi când să ajute pe instruiţi, este fundamentală. Îndrumarea instruiţilor este un element constitutiv al instruirii prin descoperire. Descoperirea efectuată de instruiţi este o descoperire dirijată. Pentru a doza corect ajutorul şi îndrumarea, instructorul trebuie să cunoască perfect toate etapele rezolvării "problemei", adică ale cercetării şi toate "răscrucile" unde instruitul ar putea apuca un drum greşit; de asemenea, se cere ca el să cunoască bine pe fiecare instruit, spre a şti când şi cum să intervină în activitatea acestuia. Învăţarea prin descoperire se poate organiza sub mai multe forme, determinate de specificul obiectului de învăţământ, de metodele folosite, de particularităţile de vârstă ale instruiţilor:

Proces inductiv, instruiţilor li se prezintă date, materiale şi li se cere sa desprindă din ele generalizări, noţiuni, reguli; Proces deductiv, instruiţii îşi pun întrebări, la care se poate răspunde prin formularea de

raţionamente, pornindu-se de la adevăruri generale însuşite anterior, prin informarea din cărţi, prin

361 din 375

efectuarea unor activităţi, ajungându-se astfel la descoperirea de cunoştinţe noi sau la corectarea unor cunoştinţe greşite; Proces ipotetic-deductiv, instruiţii emit ipoteze în legătură cu o problemă nouă şi apoi încep să

le verifice. Instruirea prin descoperire influenţează pozitiv atât dezvoltarea intelectuală a instruiţilor, cât şi pe

cea afectivă şi voluntară, pregătindu-l pe instruit pentru o integrare rapidă şi flexibilă în condiţiile noi pe care i le va pune în faţă viaţa şi producţia socială.

VI.2 3. Metode de control

Controlul are funcţia de a constata ce a făcut bine instruitul, ce nu a făcut bine şi ce-ar mai trebui făcut, spre a şti cum să fie îndrumată activitatea lui viitoare. Prin control instruitul îşi dă seama de lipsurile din pregătirea sa şi poate primi ajutorul specific de care are nevoie spre a obţine rezultate mai bune. Controlul activităţii instruiţilor îi este util şi instructorului. Prin control poate cunoaşte volumul cunoştinţelor însuşite de instruiţi şi calitatea acestora, ceea ce-1 va ajuta să organizeze mai precis munca sa viitoare. Totodată prin controlul activităţii instruiţilor îşi dă seama de rezultatele propriei sale munci, constată care metode au dat rezultate bune şi care nu, ce forme de organizare a şedinţei sunt mai eficiente etc. Verificarea trebuie făcută continuu şi sistematic şi să cuprindă întreaga activitate a instruitului. Se cere să se ţină seama de particularităţile de vârstă şi individuale ale instruiţilor; într-un fel se tratează cu instruiţii timizi, în alt fel cu cei temerari, într-un fel cu cei care se exprimă greoi, dar gândesc adânc, în alt fel cu cei pripiţi. Instructorul trebuie să dovedească tact, înţelegere, răbdare cu fiecare instruit în parte. Controlul efectuat de instructor sau condus de el vizează şi formarea la instruiţi a deprinderii de autocontrol; instruitul să descopere singur greşelile pe care le-a făcut şi să ştie să le corecteze.

Principalele metode de control ale activităţii şi comportării instruiţilor sunt:- observarea;- chestionarea orală;- lucrările scrise;- lucrările practice;- examene;- teste de verificare.

a) Observarea. Instructorii pot controla nivelul pregătirii şi comportării instruiţilor, observându-i. Pe baza observaţiei se constată care sunt instruiţii ce muncesc sârguincios şi conştiincios, atent şi îngrijit şi care sunt cei superficiali în muncă, neglijenţi şi delăsători. Observând cum îşi efectuează sarcinile, cum participă la activitatea de instruire, cum urmăresc răspunsurile colegilor care sunt examinaţi, cum le apreciază şi completează, cum îşi iau notiţe se pot trage unele concluzii cu privire la interesele şi pregătirea lor. Observarea este calea dominantă de a controla atitudinea instruiţilor faţă de muncă, faţă de colegi şi de alte persoane precum şi disciplina lor.

b) Chestionarea orală. Controlul cunoştinţelor instruiţilor se efectuează temeinic şi sistematic cu ajutorul chestionării orale. Prin examinarea orală se poate constata ce cunoştinţe au instruiţii, ce goluri şi confuzii au în cunoştinţele lor. La examinarea orală putem constata următoarele particularităţi:

temele propuse instruiţilor spre a fi dezvoltate trebuie alese astfel încât să se poată constata şi volumul cunoştinţelor şi calitatea acestora se pun întrebări de memorie şi de gândire. Se consideră întrebări de memorie cele care

cer denumiri, date, definiţii, reguli, descrieri etc. Sunt socotite întrebări care se adresează îndeosebi gândirii cele care cer comparaţii, analize, demonstrări, elaborarea de generalizări, aprecieri şi caracterizări, stabilirea de legături cauzale, concretizări ale unei reguli învăţate etc. este bine ca fiecărui instruit să i se dea o întrebare cu caracter sintetic, pe care să o dezvolte.

Pentru a răspunde la asemenea întrebări instruiţii trebuie să expună liber o parte din şedinţă, să

362 din 375

îmbine cunoştinţe din mai multe şedinţe predate anterior. Un asemenea mod de examinare îl obişnuieşte pe instruit să expună sistematic, liber şi închegat ceea ce ştie. este obositoare şi adesea neconcludentă chestionarea instruiţilor printr-un şir neîntrerupt de

întrebări analitice, adică de întrebări la care instruitul poate răspunde printr-un cuvânt sau o propoziţie. întreaga grupă trebuie să urmărească întrebările puse şi răspunsurile date, încât orice instruit să

fie în stare să continue răspunsul, să poată arăta părţile bune şi eventualele erori din răspunsurile celor chestionaţi. nu se va trece peste răspunsul unui instruit, dacă din modul în care este formulat rezultă că

acesta şi-a însuşit cunoştinţele în mod mecanic. În acest caz se va pune aceeaşi întrebare într-o altă formulare sau se va cere instruitului să-şi expliciteze răspunsul, să-1 exemplifice. dacă un instruit răspunde greşit, i se pot pune întrebări ajutătoare şi în cazul când nu reuşeşte să-şi

corecteze răspunsul, atunci se cere ca acesta sa fie corectat de alţi instruiţi, iar dacă nici aceştia nu reuşesc, instructorul însuşi trebuie să arate care este răspunsul corect şi să-1 însoţească de explicaţii.

c) Lucrări scrise. Prin lucrări scrise de control poate fi verificată. în cadrul unei singure şedinţe, întreaga grupă de instruiţi. Ele sunt de doua feluri:

- lucrări de control curent (extemporale);- lucrări de control semestriale (teze, verificări parţiale).

Lucrările de control curente (extemporalele):- nu sunt anunţate;- subiectul care se dă instruiţilor pentru a-l dezvolta în scris se alege din şedinţa de zi;- se poate cere instruiţilor să răspundă la o întrebare precisă, să facă o caracterizare, să rezolve un

exerciţiu, să dezvolte o idee principală, etc.;- timpul de lucru pentru instruiţi este de 15-30 minute.

Lucrările scrise semestriale (teze, verificări parţiale):. - sunt anunţate din timp;- subiectele care se dau au caracter sintetic, deci pentru efectuarea lor sunt necesare cunoştinţe

din mai multe şedinţe sau capitole (teme);- instruiţii au la dispoziţie pentru lucru timpul întregii şedinţe;- sunt planificate către sfârşitul semestrului;- sunt precedate de obicei de şedinţe recapitulative.

Deoarece ponderea notei la lucrările semestriale este semnificativă, pregătirea lor cere instruiţilor un efort deosebit. Spre a nu suprasolicita pe instruiţi, nu se dau acest tip de lucrări la toate obiectele de învăţământ, ci numai la cele fixate de regulamentele în vigoare, de şedinţele comisiilor didactice, etc. Rezultatele lucrărilor de control se analizează cu instruiţii, ca ei să ştie ce greşeli au făcut şi cum trebuie executată corect lucrarea. Lucrările scrise de control constituie un mijloc pentru depistarea greşelilor tipice la un obiect de învăţământ la grupa respectivă, precum şi pentru depistarea greşelilor individuale. Cunoscându-se greşelile, se pot găsi şi mijloacele potrivite spre a le înlătura.

d) Lucrările practice. La unele obiecte de învăţământ, cunoştinţele instruiţilor şi mai ales priceperile şi deprinderile lor pot fi controlate prin lucrări practice. Un asemenea control dă posibilitatea instructorului să constate şi gradul în care instruitul ştie să aplice cunoştinţele în practică.

Uneori proba de verificare practică este aceeaşi pentru toţi instruiţii din grupă, alteori se dau probe individuale.

Este bine ca la controlul pregătirii instruiţilor să se folosească în mod combinat toate metodele de verificare, spre a se cunoaşte din toate punctele de vedere pregătirea acestora. Pe de altă parte se ştie că unii instruiţi obţin rezultate mai bune la verificările orale, alţii la cele scrise sau practice. O imagine mai concludentă, de ansamblu, asupra pregătirii lor o dă examinarea prin mai multe metode.

e) Examenele. Examenele reprezintă o formă de verificare finală - orală, scrisă sau practică, sau toate combinate - a cunoştinţelor, priceperilor şi deprinderilor însuşite de instruiţi timp de un an sau mai mulţi ani. Subiectele de examen trebuie să dea posibilitatea instruiţilor să dovedească atât cunoştinţele însuşite, cât şi maturitatea de gândire. Pentru admiterea instruiţilor în unele şcoli, cursuri

363 din 375

sau alte forme de pregătire se organizează concursuri de admitere, cu scopul de a selecţiona pe cei mai buni dintre candidaţi

f)Teste de verificare. La unele obiecte de învăţământ se folosesc teste de prin care se urmăreşte cunoaşterea mai exactă şi obiectivă a cunoştinţelor însuşite de instruiţi. Prin test controlul se face într-un timp mult mai scurt decât prin verificarea orală sau scrisă obişnuită. Un test de verificare (test de inventar) se deosebeşte de o lucrare scrisă obişnuită prin modul cum este elaborat, prin forma în care prezintă chestiunile la care au de răspuns instruiţii, prin modul cum se aplică şi cum se cotează răspunsurile instruiţilor. Când se elaborează un test de verificare, subiectele care se aleg fac parte din cele esenţiale şi sunt stabilite în urma consultării mai multor manuale şi a mai multor instructori competenţi. La verificarea orală sau scrisă obişnuită nu se ţine seama de aceste cerinţe, decât în mică măsură.

Testul este redactat sub forma unui caiet care cuprinde un număr de întrebări scurte şi precise. Instruitului nu i se cere să construiască răspunsuri detaliate, largi, ci răspunsuri scurte (un cuvânt, un număr, etc.), să sublinieze răspunsul pe care-1 consideră corect din cele prezentate de test etc. La aplicarea unui test de verificare se creează condiţii de muncă egale pentru instruiţi. Tuturor instruiţilor li se dau aceleaşi lămuriri, munca începe în acelaşi moment pentru toţi, modalitatea de a răspunde este aceeaşi. Aceasta particularitate a verificării prin teste face posibilă compararea obiectivă a rezultatelor din grupe diferite, unde predau instructori diferiţi.

Modul de cotare a răspunsurilor date de instruiţi la teste este altul decât la controlul prin metodele de mai sus. Instrucţiuni precise arată cum să se evalueze fiecare răspuns, eliminându-se în mare măsură subiectivismul. Pe de altă parte, la cotarea răspunsurilor instrucţiunile ţin seama şi de dificultatea întrebărilor, acordând mai multe puncte pentru un răspuns bun la o întrebare dificilă şi mai puţine la o întrebare uşoară. În mod asemănător se utilizează şi teste de verificare autoverificare implementate pe calculatoarele personale (PC).

Testele de verificare au însă şi limite:- ele nu pot diferenţia răspunsurile nuanţate, originale, creatoare, aprecieri estetice, aptitudini

literare etc.; - prin ele nu se poate urmări capacitatea de a construi răspunsuri închegate şi sistematice, după

un plan elaborat de instruit;- prin ele nu se pot urmări deprinderile practice;

De aceea este bine să se îmbine toate metodele de control.

VI.2 4. Metode de apreciere

Este necesar ca instruiţii să ştie cum au lucrat, cum este evaluată activitatea lor, ce-ar trebui să facă spre a-şi îmbunătăţii situaţia. Ei pot desfăşura cu succes activitatea de asimilare a materialului şi pe cea de prelucrare a acestui material (extrapolări, interpolări, aplicări în practică), dar nu reuşesc decât după ani de zile de exerciţii îndrumate să aprecieze corect activitatea lor şi a colegilor.

Aprecierea trebuie să se facă în funcţie de un model, pe baza unui etalon, ţinând seama de anumite criterii. Instruitul nu are nici pregătirea necesară, nici experienţa în a opera cu toate aceste abstracţii. Adesea nici aprecierea adulţilor nu este corectă, obiectivă. Ştiinţa care studiază problemele examinării şi aprecierii instruiţilor, venind în ajutorul cadrelor didactice, este docimologia. Principalele funcţii ale aprecierii sunt:

- stimularea instruiţilor spre a-şi îmbunătăţi activitatea;- clasificarea lor după rang în cadrul grupului din care fac parte;- formarea şi dezvoltarea capacităţii lor de apreciere şi autoapreciere obiectivă;

VI.2 4.1 Metode clasice de apreciere

364 din 375

Aprecierea se realizează prin:- calificative verbale neînsoţite de note; - apreciere cu note;- diferite forme de recompense şi pedepse;

Aprecierea verbală se foloseşte des, în următoarele situaţii:

- când se controlează sarcinile primite de instruiţi;- când se efectuează verificarea frontală a conţinutului şedinţei;- când instruiţii sunt ajutaţi să-şi fixeze cunoştinţe noi; - când instruiţii efectuează exerciţii pentru a-şi forma priceperi şi deprinderi;- când se observă schimbări în conduita instruiţilor;

Aprecieri verbale ca "bine", "frumos", "sunt mulţumit de răspunsul tău" etc. sau cele care exprimă o nemulţumire, dacă sunt obiective şi sincere, dacă sunt la timpul potrivit şi cu discernământ, stimulează activitatea viitoare a instruiţilor. În aprecierea cu note, în ţara noastră, se foloseşte sistemul de notare cu note de la 10 la 1. Ţinând seama că prin note se stabileşte şi rangul pe care-1 ocupă instruitul în cadrul colectivului din care face parte, că ele au o semnificaţie precisă pentru instruiţi, se cere ca la acordarea lor să se respecte următoarele criterii:

Notarea să fie obiectivă, adică să reflecte cât mai exact nivelul pregătirii instruitului, pentru aceasta se va ţine seama de volumul cunoştinţelor, priceperilor şi deprinderilor, şi de calitatea acestora; Volumul cunoştinţelor şi deprinderilor se stabileşte în raport cu cerinţele programei şi nu cu nivelul pregătirii celorlalţi instruiţi din grupă; La aprecierea calităţii se are în vedere dacă instruitul şi le-a însuşit temeinic şi conştient, dacă le expune sistematic, clar şi precis, dacă e capabil să le interpreteze şi să le aplice corect în practică. La aprecierea lucrărilor scrise se ţine seama de stilul, ortografia şi forma lor.

Cerinţa de a ţine seama de cantitatea şi calitatea cunoştinţelor ia aspecte particulare în funcţie de specificul fiecărui obiect de învăţământ. Nu este bine ca în aprecierea cunoştinţelor instruiţilor să se manifeste prea multă indulgenţă . A da instruiţilor note de "încurajare" înseamnă a induce în eroare pe instruit. Nu este bun însă nici procedeul de a manifesta o exigenţă excesivă în aprecierea activităţii instruiţilor. A da note mici cu scopul de a intimida şi ameninţa pe instruiţi e un procedeu cu urmări rele: descurajează pe instruiţi, îi îndepărtează de instructor şi de obiectul de învăţământ, îi determină să înveţe numai de teama notelor. La aprecierea instruitului trebuie să fie exclus cât se poate mai mult subiectivismul în sensul că instructorul nu trebuie să se lase influenţat de notele obţinute de acesta la alte obiecte de învăţământ şi nici la obiectul respectiv în trecut, să nu ţină seama nici de disciplina instruitului, nici de frecvenţa lui şi nici de alte considerente. E bine ca:

- după notare să se explice instruitului de ce i s-a dat acea notă, adică să i se arate pe scurt ce-a ştiut şi ce n-a ştiut şi să i se spună ce are de făcut spre a obţine în viitor rezultate mai bune;

- instructorii trebuie să nu manifeste o atitudine de nepăsare faţă de rezultatele muncii instruiţilor, faţă de notele obţinute de aceştia;

- instructorii trebuie să se bucure în mod sincer de succesele realizate de instruiţii lor şi să-şi manifeste deschis nemulţumirea faţă de delăsările acestora;

Această participare afectivă a instructorilor la aprecierea instruiţilor creează un climat favorabil muncii perseverente şi are o deosebită valoare educativă. Dacă sunt respectate cerinţele de mai sus, aprecierile sunt stimulative şi fixează în mod corect rangul pe care-1 deţine instruitul în colectivul său. Totodată, asemenea aprecieri devin un ghid, ale cărui cerinţe instruiţii şi le însuşesc treptat, spre a aprecia şi ei corect şi obiectiv activitatea colegilor şi pe a lor proprie. Capacitatea de apreciere şi autoapreciere corectă nu este înnăscută, ci se formează. Este recomandat:

- ca la apreciere să fie antrenaţi şi instruiţii din grupă, când li se cere să-şi motiveze aprecierile;

- ca instruitul însuşi să fie antrenat să se aprecieze, să-şi observe greşelile, pentru ca astfel în mod treptat el singur să-şi poată îmbunătăţii activitatea, să se autoeduce.

365 din 375

VI.2 4.2. Metode moderne de apreciere

Cercetările moderne privind îmbunătăţirea sistemului de apreciere merg în două direcţii: eliminarea subiectivismului şi precizarea aspectului care se notează. Pentru realizarea unei evaluări mai obiective şi mai analitice se recomandă folosirea: testelor, ghidurilor de notare, scărilor obiective de apreciere.

Aşa cum s-a arătat, aplicarea testelor pentru a controla nivelul pregătirii este însoţită şi de o mai mare obiectivitate şi precizie în evaluarea răspunsurilor, faţă de evaluarea globală prin note sau calificative. Testele fiind probe etalonate permit să se transforme valorile calitative în masuri cantitative. Răspunsul unui instruit la o întrebare este evaluat în unităţi de măsură şi poate fi comparat obiectiv cu răspunsurile celorlalţi colegi, cât şi cu etalonul general, indicând precis locul pe care-1 ocupă instruitul respectiv faţă de toţi subiecţii din aceeaşi categoric cu el. Dar limitele indicate cu privire la folosirea testelor ca mijloace de control sunt limite şi pentru evaluare. Îmbunătăţirea metodelor de evaluare au dus la crearea ghidurilor de notare ce utilizează descriptori de performanţă. Ghidurile se alcătuiesc pentru fiecare obiect de învăţământ şi indică elementele de care să se ţină seama la apreciere, indicând ce calităţi trebuie să aibă un răspuns spre a fi notat cu 10, cu 9, cu 8 etc. La notare instructorul confruntă răspunsul instruitului cu indicaţiile ghidului şi acordă pentru fiecare element o notă. Valoarea globală a răspunsului este media notelor acordate. Dificultatea acestei metode de notare constă în stabilirea elementelor (aspectelor) de care să se ţină seama la fiecare obiect de învăţământ şi a ponderii pe care trebuie s-o aibă fiecare element în stabilirea notei finale. De asemenea, necesită un calcul greoi.

Scările obiective de apreciere la lucrările efectuate de instruiţi seamănă cu testele şi se elaborează ca şi acestea. O asemenea scară este constituită dintr-o serie de eşantioane de lucrări din ramura care se apreciază şi fiecare eşantion corespunde unei trepte calificative. Pentru a aprecia o lucrare a unui instruit, instructorul o raportează la eşantioanele scării şi-i va acorda numărul de puncte pe care-1 are eşantionul cu care ea seamănă cel mai mult.

Privire critică asupra metodelor de apreciereAprecierile prin note, prin calificative, prin alte forme de recompense şi pedepse urmăresc să

stimuleze pe instruiţi şi să stabilească rangul lor în colectivul din care fac parte. A compara pe un instruit cu un coleg al său în activitatea de învăţare este tot atât de ilogic cu a le cere să aibă aceeaşi înălţime şi aceeaşi greutate. E greşit să suprasoliciţi pe fiecare instruit spre a deveni bun şi foarte bun la toate disciplinele şcolare. Emulaţia şi clasificarea generează rivalităţi între instruiţi, concurenţa, dorinţa de a învinge pe altul, de a obţine lauda instructorului, de a atrage atenţia asupra sa. Întrecerea duce la orgoliu, la îngâmfare, la dispreţ pentru cel “învins”. Ea nu dezvoltă spiritul colectiv, simţul într-ajutorării, altruismul.

A învăţa pentru a lua o notă mare, pentru a primi un premiu înseamnă a învăţa din motive extrinseci. Metodele de apreciere, aşa cum sunt folosite astăzi în învăţământ, cultivă asemenea motive. Mult mai important ar fi însă ca prin metodele de apreciere să se dezvolte în instruiţi sentimentul datoriei împlinite, să se cultive metodele intrinseci. Motive intrinseci sunt cele ce nu depind de o recompensă din afara activităţii care se efectuează. Stimulul activităţii rezidă în realizarea ei cât mai corectă, cât mai apropiată de model sau chiar de activitatea în sine. În loc de a învăţa pentru a obţine o notă mai mare sau de a ajunge primul în grupă, instruitul să fie obişnuit cu efortul spre a simţi satisfacţiile pe care le oferă munca, plăcerea unei reuşite, împlinirea datoriei.

Sprijinirea procesului de învăţământ pe aceste motive intrinseci duce la rezultate mai bune mai temeinice, mai de durată, decât sprijinirea lui pe motive extrinseci, pe laude, note şi alte forme de apreciere. Dar ţinând seama de instabilitatea intereselor instruiţilor, de lipsa unor deprinderi ferme de muncă ordonată şi sistematică şi de incapacitatea lor de a-şi evalua corect rezultatele muncii, se consideră că aprecierile făcute de instructor sunt necesare. Spre a diminua defectele legate de caracterul lor exterior, la folosirea metodelor de apreciere clasice şi moderne, pot ajuta următoarele indicaţii care lămuresc cum şi când să se facă aprecierile:

Cum? Prin note, laude, evidenţieri să se încurajeze efortul, succesele, mai ales în faza iniţială a

activităţii instruiţilor. Aprecierea să aibă ca rezultat creşterea încrederii în posibilităţile lor, să le dea curaj în

366 din 375

muncă, în noi încercări. Să nu se insiste asupra nereuşitelor instruitului, să nu-1 ducem pe instruit în situaţia de a-i

fi ruşine de rezultatele muncii lui. E bine ca prin aprecierile care se fac, instruitul să fie comparat mai mult cu el însuşi decât cu

alţii. Să se evidenţieze progresele realizate de instruit de la o etapă la alta, succesele în raport cu

munca sa anterioară, fără a se ridica rangul pe care-1 ocupă în colectiv.Când? Aprecierile au un rol stimulator şi corectiv dacă se fac atunci când instruitul simte nevoia

de compara rezultatele sale cu ale unui etalon, cu un model. Instruitul le simte ca necesare, le doreşte în momentele de răscruce, de îndoială, de

neîncredere. Aprecierile negative să fie amânate sau suspendate în timp ce instruitul lucrează, spre a

înlătura astfel inhibiţiile pe care le provoacă în mod obişnuit observaţiile critice.Metodele de învăţământ se perfecţionează necontenit, are loc o necontenită modernizare a

lor. Modernizarea metodelor de învăţământ în principal vizează accentuarea activismului instruiţilor, în acest sens instructorul nu mai are în principal rolul de a transmite cunoştinţe instruiţilor ci de a organiza, coordona şi conduce activitatea de cercetare a instruiţilor. Se schimbă de asemenea şi rolul instruiţilor. Ei nu mai sunt simpli înregistratori ai unor cunoştinţe elaborate de alţii, ci devin mai activi pentru descoperirea cunoştinţelor noi. Modernizarea metodelor de învăţământ urmăreşte şi asigurarea caracterului ştiinţific al acestui proces, în spiritul metodelor moderne este exclusă asimilarea dogmatică a cunoştinţelor. Lupta împotriva rutinei, a şablonului în munca didactică este şi o luptă pentru perfecţionarea metodelor de învăţământ.

VI.2 5 Forme de organizare a procesului de învăţământ

VI.2 5.1. Şedinţa - forma de bază a organizării procesului de învăţământ

Organizarea procesului de învăţământ sub formă de şedinţe prezintă mai multe caracteristici: Materia de învăţământ este împărţită în unităţi mici, care pot fi asimilate de instruiţi în

timpul fixat (programa şcolară este defalcată în teme, iar temele în şedinţe; o şedinţă având un timp limitat, de regulă 50 de minute).

Între şedinţele care se predau la un obiect de învăţământ există o succesiune logică. Asimilarea fiecărei şedinţe priveşte toate aspectele învăţării: înţelegerea materialului nou,

consolidarea lui, aplicarea în practică, formarea priceperilor si deprinderilor în legătură cu el, controlul calităţii şi cantităţii materialului asimilat.

Activitatea se desfăşoară sub îndrumarea unei persoane pregătite spre a conduce acest proces, instructorul.

Instructorul alege materia de asimilat de către instruiţi, stabileşte durata activităţii, alege metodele de care se vor servi instruiţii în muncă, hotărăşte structura (etapele) acestei activităţi şi conţinutul fiecărei etape, asigură unitatea instrucţiei cu educaţia.

În anumite situaţii, procesul de învăţământ poate fi organizat si sub alte forme suplimentare:- organizarea unor activităţi suplimentare, fie individual, fie în grup cu instruiţii care au

absentat mai mult timp sau cu cei care din diferite motive au rămas în urma la un obiect de învăţământ, ajutându-i să ajungă la zi cu materia;

- organizarea meditaţiilor, respectiv consultaţiilor cu instruiţii care n-au înţeles anumite părţi din materie, ca si cu cei care vor să aprofundeze peste nivelul programei anumite teme şi şedinţe;

- organizarea excursiilor si vizitelor pentru asimilarea cunoştinţelor sau consolidarea celor noi(în afara celor prevăzute în programa şcolară)

- munca în laborator: în laboratoare instruiţii pot studia în mod independent anumite fenomene, pot verifica rezultatele unei cercetări făcute de alte persoane etc., utilizând predominant experimentul(în afara celor prevăzute în programa şcolară).

367 din 375

Cerinţele didactice ale unei şedinţe

Unele rezultate ale activităţii didactice pot fi observate numai după o lungă durată de timp, dar fără să se poată preciza care a fost cursul sau şedinţele care le-au produs. Aşa sunt rezultatele care privesc dezvoltarea proceselor psihice, formarea concepţiei ştiinţifice despre lume, progresul moral si estetic al instruiţilor. Alte rezultate ale activităţii didactice pot fi însă constatate cu uşurinţă la sfârşitul şedinţei: instruitul are un volum de cunoştinţe mai mare decât la începutul şedinţei, şi-a format şi consolidat mai bine unele priceperi si deprinderi, stăpâneşte mai bine anumite tehnici de muncă intelectuală şi fizică, se pricepe să aplice mai corect în practică anumite cunoştinţe. La sfârşitul unei şedinţe eficiente instruitul simte că s-a dezvoltat sub mai multe aspecte.

Şedinţa are randamentul maxim atunci când toţi instruiţii din clasă au obţinut maximum de rezultate bune cantitativ si calitativ, în funcţie de posibilităţile lor, cu un efort cât mai mic, într-un timp cât mai scurt. Orice şedinţă trebuie să constituie un pas mai departe în dezvoltarea personalităţii instruitului. Pentru ceasta se cer respectate mai multe cerinţe:

1. Claritatea scopului urmăritAlegerea metodelor si procedeelor, alegerea conţinutului şedinţei şi reliefarea unor părţi din

acest conţinut, structura şedinţei şi îmbinarea locului de muncă individuală cu cel colectiv depind de scopul urmărit prin cursul. Stabilirea cu claritate şi precizie a scopului îl ajută pe instructor să evite digresiunile inutile si să prezinte sistematic materialul de bază.

Scopul unei şedinţe exprima esenţa instructiv-educativă a acesteia. Într-o şedinţă se urmăresc de obicei mai multe scopuri, dar unul este dominant. Celelalte sunt subordonate lui. Spre a fixa în mod corect scopul unei şedinţe, instructorul trebuie să ţină seama de trei elemente:

- conţinutul temei pe care o va preda;- nivelul actual de dezvoltare a instruiţilor;- sarcinile mai apropiate şi mai îndepărtate în direcţia cărora trebuie dezvoltată

personalitatea instruiţilor.Ţinând seama de aceste elemente instructorul poate stabili cu precizie ce cunoştinţe şi

deprinderi pot fi formate sau consolidate cu ajutorul conţinutului temei, în funcţie de vârsta şi de pregătirea anterioara a instruiţilor.

2. Alegerea judicioasa a conţinutului şedinţei.Spre a realiza o şedinţă bună instructorul trebuie să aleagă pentru fiecare parte a şedinţei

materialul cel mai potrivit, care să asigure atingerea scopului urmărit:- dacă urmăreşte să formeze la instruiţi o noţiune nouă, le va prezenta exemple

tipice şi caracteristice în acest sens;- dacă urmăreşte ca instruiţii să ajungă la o concluzie corectă pe baza unor comparaţii,

el selectează obiectele care vor fi comparate şi precizează criteriul de comparaţie;- dacă urmăreşte să formeze anumite priceperi, alege exerciţii adecvate acestui scop;

Cu privire la cantitatea de material care să fie însuşit de instruiţi în decursul şedinţei, e bine să se evite exagerările: sa nu se dea nici prea mult material, nici prea puţin. Programele şcolare precizează volumul de informaţii pentru o şedinţă. Daca se dă prea mult material, instruiţii nu vor retine decât o parte din el şi nu este sigur ca vor retine tocmai ceea ce este esenţial iar dacă li se oferă prea puţin material, şedinţa nu va avea randament.

3. Alegerea metodelor şi procedeelor potrivite pentru realizarea sarcinilor urmărite în fiecare parte a şedinţei.

Spre a realiza o şedinţă bună, instructorul alege din fiecare grupă de metode pe cea sau pe cele care sunt în concordanţă cu scopul urmărit, cu vârsta şi pregătirea anterioară a instruiţilor. Utilizarea judicioasă a fiecărei metode, la locul şi timpul cel mai potrivit, în condiţii variate de la o grupă la alta, de la o temă la alta, contribuie la sporirea eficienţei şedinţei.

4. Organizarea metodică a şedinţeiÎntr-o şedinţă bună nimic nu se realizează la întâmplare, ci după un plan bine gândit.

Diferitele activităţi care alcătuiesc şedinţa sunt desfăşurate într-o succesiune logică, spre a asigura realizarea scopului ei.Fiecărei activităţi i se acordă o durată care contribuie la obţinerea unui maxim de randament. Nici un minut din şedinţă nu trebuie irosit şi nici o secvenţă din şedinţă nu trebuie tratată superficial.

368 din 375

Practica instructiv-educativă pune la îndemână multe cazuri negative: efectuarea unor activităţi formale, necerute de şedinţa respectivă, conversaţii introductive prea lungi, insistenţa asupra unor cunoştinţe pe care instruiţii le posedă deja, prezentarea unui material didactic prea bogat, efectuarea unor exerciţii-şablon, lipsite de varietate şi progresivitate etc.

Buna organizare a şedinţei depinde de respectarea principiilor didactice, în condiţiile concrete de activitate cu grupa respectivă. O şedinţă bine organizată antrenează la activitate pe toţi instruiţii. Particularităţile individuale fac însă ca aceştia să nu lucreze în acelaşi ritm, să nu obţină aceleaşi rezultate. Instructorul prevede aceste situaţii şi pregăteşte mijloacele potrivite spre a obţine de la fiecare instruit randamentul maxim, fie alternând munca îndrumată cu cea independentă, când poate veni în sprijinul instruiţilor mai slabi.

VI.2 5.2 Tipuri de şedinţă

Nu există o topologie a şedinţelor, după cum nu există structură unică pentru fiecare tip şi fiecare variantă. Structura prezentată pentru fiecare tip şi variantă de şedinţă este relativă şi orientativă, nu absolută şi nu obligatorie. Fiecare instructor îşi va construi demersul didactic în raport cu obiectivele operaţionale propuse prin planificare proiectare.

Prin structura şedinţei se înţelege modul de organizare sau de alcătuire a ei. O şedinţă este o unitate, dar este alcătuită din mai multe activităţi, din mai multe momente sau etape. Etapele procesului de învăţământ sunt:

- perceperea activă a materialului nou;- înţelegerea şi generalizarea acestui material;- fixarea cunoştinţelor însuşite;- formarea priceperilor şi deprinderilor (aplicarea în practică);- verificarea cunoştinţelor, priceperilor şi deprinderilor însuşite de instruiţi;

În unele şedinţe, activitatea instruiţilor trece prin aceste etape. Acestea se numesc şedinţe mixte sau combinate, în alte şedinţe însă activitatea instruiţilor se concentrează mai mult asupra unor etape, urmărindu-se realizarea unor sarcini didactice mai restrânse şi anume:

- asimilarea de cunoştinţe noi (percepere activă a materialului, înţelegerea şi generalizarea lui);

- fixarea, recapitularea şi sistematizarea cunoştinţelor însuşite în mai multe şedinţe anterioare;

- formarea de priceperi şi deprinderi, aplicarea în practică;- controlul cunoştinţelor, priceperilor şi deprinderilor;

În cadrul fiecărui tip de şedinţă există o mulţime de variante în funcţie de metoda folosită, de vârsta instruiţilor, de locul unde se desfăşoară şedinţa, de nivelul de pregătire al instruiţilor, de mijloacele didactice utilizate etc. în cadrul fiecărei variante, structura şedinţei se poate schimba, etapele dobândind altă pondere sau alt loc în desfăşurarea şedinţei. Tipurile de şedinţă şi structura lor nu trebuie considerate însă ca şabloane pe care instructorul să le urmeze întocmai, ci numai ca scheme orientative, ca sugestii de a-si organiza cât mai bine şedinţele.

a) şedinţa combinată (mixtă). Şedinţa combinată este cea mai complexă. Propunându-şi să realizeze toate sarcinile didactice, o şedinţă de tip combinat are cea mai complexă structură. Este utilă, fiindcă schimbarea activităţilor în decursul unei şedinţe, unită cu schimbarea metodelor de învăţământ, solicită alţi centri corticali şi prin aceasta se evită oboseala şi se menţine o atenţie încordată.

Structura relativă a şedinţei mixte este:- moment organizatoric;- verificarea conţinuturilor însuşite (cunoştinţe, deprinderi, priceperi dobândite de instruit);- pregătirea instruiţilor pentru receptarea noilor cunoştinţe (se realizează de obicei

printr-o conversaţie introductivă, în care sunt actualizate cunoştinţe dobândite anterior de instruit, relevante pentrunoua temă, prin prezentarea unor situaţii-problemă, pentru depăşirea cărora sunt necesare noi cunoştinţe)

- precizarea tipului şi obiectivelor; instructorul trebuie să comunice instruiţilor, într-o formă accesibilă, ce aşteaptă de la ei la sfârşitul activităţii;

369 din 375

- comunicarea în vederea însuşirii a noilor cunoştinţe printr-o strategie metodică adaptată obiectivelor, conţinutului temei şi instruiţilor, prin utilizarea acelor mijloace de învăţământ care pot facilita şi eficientiza realizarea acestei sarcini didactice;

- fixarea şi sistematizarea conţinuturilor predate prin repetare şi exerciţii aplicative;Organizarea clasei pentru şedinţă. La începutul oricărei şedinţe instructorul asigură condiţiile pentru

buna ei desfăşurare. Se asigură ordinea şi liniştea în clasă, ca toţi instruiţii să audă îndrumările care se dau. Se controlează prezenţa instruiţilor şi se cer lămuriri despre cauzele absentelor. Tot în această etapă, instructorul aşează la locul potrivit materialul didactic de care are nevoie în timpul şedinţei pentru demonstrare. Instruiţii pun pe masă, conform indicaţiilor instructorului, cărţile, caietele şi alte materiale de care se vor servi ulterior.

Nu este indicat să se înceapă activitatea didactică până nu sunt îndeplinite aceste condiţii. De buna organizare a clasei pentru şedinţă depinde munca disciplinată şi eficientă a instruiţilor. Această etapă durează de la l la 2 minute.

Controlul materiei însuşite anterior. Instructorul controlează atât temele scrise şi lucrările practice pe care instruiţii le-au executat în mod independent cât şi nivelul de cunoştinţe, priceperi şi deprinderi însuşite în şedinţele anterioare. Controlul este necesar spre a-i obişnui pe instruiţi cu pregătirea perseverentă şi conştiincioasă. Totodată prin control pot fi evitate lacunele din cunoştinţele instruiţilor şi rămânerea lor în urmă la învăţătură. Controlul nivelului de cunoştinţe, priceperi şi deprinderi însuşite în şedinţele anterioare se realizează prin metodele cunoscute: chestionarea orală, lucrările scrise de control, lucrările practice, teste etc.

Asimilarea cunoştinţelor noi. O altă sarcină didactică pe care î-şi propune să o realizeze o şedinţă combinată este asimilarea de cunoştinţe noi. Asimilarea nu se realizează, de cele mai multe ori, printr-o singură activitate. Adesea este nevoie de o pregătire a instruiţilor spre a înţelege tema nouă. Instruiţii asimilează mai uşor şi mai temeinic cunoştinţele noi, dacă în prealabil au fost readuse în conştiinţa lor unele cunoştinţe însuşite mai înainte, de care se lega logic cunoştinţele noi. Se înţelege că dacă noile cunoştinţe se leagă logic, organic de cunoştinţele din şedinţa anterioară, atunci prin controlul şedinţei vechi se realizează şi o pregătire pentru şedinţa nouă şi nu mai este nevoie de o pregătire specială. Daca însă cunoştinţele noi nu le continuă pe cele din şedinţa precedentă, atunci este necesar să se organizeze cu instruiţii o convorbire introductivă, cu scopul de a clarifica şi completa cunoştinţele vechi, utile pentru înţelegerea materialului nou. În unele cazuri se urmăreşte nu numai o pregătire intelectuală a instruiţilor, ci şi o pregătire afectivă a lor pentru şedinţa nouă, adică să se creeze o atmosferă favorabilă desfăşurării şedinţei, să se trezească în instruiţi curiozitate şi interes pentru conţinutul şedinţei noi, dorinţa de a-şi însuşi noile cunoştinţe. De asemenea sunt şi cazuri când este necesară o pregătire voluntar-practică a instruiţilor pentru şedinţa nouă: sa fie pregătiţi pentru efortul cerut, pentru învingerea dificultăţilor, să intuiască anumite materiale, să efectueze măsurători, să manipuleze anumite aparate, de care vor avea nevoie în decursul însuşirii noilor cunoştinţe.

În practica instructiv-educativă se fac adesea greşeli în organizarea pregătirii pentru o şedinţă nouă: Uneori pregătirea se realizează în legătură cu titlul şedinţei noi şi nu cu conţinutul ei de idei. O

asemenea pregătire este artificială. Alteori convorbirea introductivă se poartă asupra unor idei arhicunoscute de către instruiţi. O

asemenea pregătire este inutilă, ba chiar este dăunătoare: plictiseşte pe instruiţi, creează o atmosfera de lâncezeală în grupă. O bună pregătire pune probleme, dinamizează clasa, o antrenează la activitatea prin care vor fi cucerite noile cunoştinţe.

Pregătirea nu trebuie să dureze prea mult timp. Se va insista numai asupra ideilor fără clarificarea cărora înţelegerea materialului nou ar fi dificilă.

La cele mai multe şedinţe, înainte de a se trece la comunicarea cunoştinţelor noi, instructorul anunţă subiectul şedinţei, adică le spune instruiţilor despre ce vor învăţa. Tot acum este potrivit uneori să se arate scopul învăţării noii şedinţe şi să se stabilească planul după care va fi studiată acea şedinţă .

Planul după care va fi făcută expunerea poate fi prezentat înainte de a începe expunerea - fie în scris, fie oral - sau poate fi prezentat pe parcurs. Planul îi ajută pe instruiţi să urmărească şedinţa, să-şi ia notiţe în mod ordonat, să delimiteze cu claritate secvenţele şedinţei.

În continuare urmează activitatea de asimilare a cunoştinţelor noi. Este o activitate esenţială în cadrul unei şedinţe combinate. Prin ea instruiţii îşi însuşesc cunoştinţe ştiinţifice despre realitatea înconjurătoare, ajung să descopere legăturile şi dependenţele dintre fenomene, îşi dezvoltă procesele de cunoaştere, sentimentele şi voinţa. Pentru realizarea tuturor acestor sarcini este necesar ca activitatea instruiţilor să fie îndrumată de cadrele didactice. Acestea vor urmări în primul rând ca instruiţii să înţeleagă ceea ce învaţă, să prelucreze şi să adâncească materialul nou. Activitatea de

370 din 375

asimilare a cunoştinţelor noi este complexă şi diferă de la un obiect de învăţământ la altul. Uneori li se prezintă instruiţilor obiecte şi fenomene din natură şi li se cere să le observe; alteori li se prezintă fapte, întâmplări şi li se cere să le înţeleagă; în alte cazuri se îmbină prezentarea de material intuitiv cu explicaţia. în cele mai multe cazuri, procesul de asimilare este o succesiune de activităţi care vizează contactul instruiţilor cu materialul nou, prelucrarea şi aprofundarea acestui material, desprinderea generalizărilor.

Contactul instruiţilor cu materialul nou se realizează diferit, mai ales în funcţie de specificul obiectului de învăţământ, de planul şedinţei, de scopul urmărit. Materialul prezentat trebuie să fie substanţial, suficient şi variat. Prezentarea globală a obiectelor şi fenomenelor trebuie să fie urmată de analiza acestora, de aprofundarea lor. Instruiţii vor observa părţile obiectelor, etapele evenimentelor, structura fenomenelor, vor reflecta asupra acestora spre a extrage din ele esenţialul, caracteristicul. Aceasta activitate se realizează sub forme variate. Uneori materialul nou este cercetat analitic, parte cu parte. Alteori se compară materialul nou cu cel însuşit anterior sau se compară diferitele elemente ale materialului nou, spre a se stabili asemănări şi deosebiri, a se evidenţia ceea ce este esenţial, a se stabili legături şi dependenţe între fenomene, idei, acţiuni. Rezultatul reflectării asupra materialului nou se sintetizează sub forma unor generalizări: noţiuni, definiţii, reguli, legi, principii, caracterizări etc.

Fixarea cunoştinţelor noi. În această etapă a şedinţei instructorul organizează activităţi prin care ajută pe instruiţi să reţină esenţialul din cele predate, să sistematizeze şi să consolideze cunoştinţele asimilate, să le facă operante. Realizarea acestor obiective este urmărită şi în timpul asimilării noilor cunoştinţe, dar atunci nu se poate insista organizat asupra lor, instructorul urmărind predominant o altă sarcină didactică. Este necesar ca de realizarea lor instructorul să se ocupe într-o etapă aparte a şedinţei - fixarea. Ca şi alte activităţi didactice, fixarea pune în faţa instructorilor unele probleme de a căror soluţionare corectă depinde eficacitatea acestei etape: ce material va forma obiectul fixării, cu care instruiţi se va lucra în fixare, ce fel de activităţi se vor desfăşura în vederea consolidării cunoştinţelor. La fixarea cunoştinţelor nu se reaminteşte tot materialul prezentat în etapa anterioară. Fixarea nu trebuie să se transforme într-o repetare a predării. Se vor repeta numai ideile principale din materia predată, ţinând seama de utilitatea lor, de importanta lor pentru însuşirea viitoarelor şedinţe şi teme. Fixarea se poate efectua teoretic şi practic. Uneori, pe baza planului de idei dat de instructor, instruiţii prezintă pe scurt ideile principale, etapele esenţiale. Alteori, instructorul conduce discuţia cu instruiţii, pornind de la generalizările stabilite şi le cere sa explice cum s-a ajuns la acestea. Aplicarea în practică a noilor cunoştinţe îi ajută pe instruiţi să le înţeleagă mai profund şi să ştie să se folosească de ele. Acum instructorul le cere ca pe baza generalizărilor însuşite să explice fenomene noi, să concretizeze, să exemplifice, să rezolve exerciţii şi probleme, să efectueze lucrări practice. Desigur, aceste aplicări practice servesc nu numai la consolidarea cunoştinţelor însuşite, dar şi la formarea de priceperi şi deprinderi.

Temele de studiu. Cu această etapă se încheie multe şedinţe. Temele sunt o parte integrantă a muncii şcolare, o continuare a activităţii desfăşurate până atunci. De regulă, ele sunt efectuate fără supravegherea directa a instructorului şi deci solicită o mai mare independenţă şi iniţiativă din partea instruiţilor. Uneori instruiţii rezolvă parţial temele încă din timpul şedinţei şi pot conlucra între ei. De cele mai multe ori însă temele prevăzute pentru munca independentă a instruiţilor sunt lucrate individual. Buna organizare şi desfăşurare a acestei etape solicită cunoaşterea câtorva probleme: scopul şi importanţa temelor, tipuri de teme, norme pentru darea temelor, reguli didactice pentru rezolvarea temelor.

Scopul didactic urmărit prin efectuarea temelor este consolidarea cunoştinţelor şi formarea depriceperi şi deprinderi. Rezolvarea de exerciţii şi probleme, executarea unor lucrări practice, pe bazacunoştinţelor însuşite de instruiţi, contribuie la fixarea mai temeinică a cunoştinţelor şi la însuşirea şiconsolidarea unor priceperi şi deprinderi de muncă. Utilitatea temelor rezultă şi din aportul acestora la realizarea unor sarcini educative: obişnuirea cu munca ordonată, îndeplinirea conştiincioasă a îndatoririlor, folosirea raţională a timpului liber, priceperea de a lucra cu mijloace de informaţie (dicţionare, enciclopedii, atlase, cărţi de exploatare, fişe tehnice, reviste), formarea deprinderilor de autoinstruire.

Observaţii critice în legătură cu structura şedinţei combinateStructura şedinţei combinate a fost şi este încă obiectul unor discuţii. S-a ajuns la concluzia

că structura şedinţei combinate nu trebuie privită ca un şablon, în care să se "toarne" orice şedinţă, de la orice obiect de învăţământ. Din ce în ce mai mult îşi face loc ideea că fiecare şedinţă este o creaţie, că succesul ei depinde în mare parte de măiestria instructorului. lată câteva din observaţiile ce se fac în legătură cu structura şedinţei combinate:

371 din 375

Nu sunt necesare toate momentele indicate mai sus, în orice şedinţă combinată. Astfel, în unele nu e nevoie de convorbire introductivă, în altele nu se dau teme.

Nu se acordă fiecărei etape aceeaşi durată. Uneori se acordă mai mult timp pentru asimilarea cunoştinţelor noi, alteori pentru fixare, alteori pentru formarea de priceperi si deprinderi, în funcţie de specificul obiectului de învăţământ, de planul şedinţei.

Poate fi schimbată ordinea acestor etape. Uneori e mai potrivit ca temele să fie date după asimilarea materialului nou, dacă tema se leagă firesc de munca pe care o fac instruiţii în acel moment; alteori controlul temelor efectuate de instruiţi şi chiar verificarea orală a instruiţilor pot fi făcute după ce s-a dat o nouă temă.

b) Cursul-şedinţa de asimilare de cunoştinţe noi. Prin acest tip de şedinţă se urmăreşte ca instruiţii să-şi însuşească noi cunoştinţe, să adâncească şi să completeze unele cunoştinţe mai vechi nesistematizate şi superficiale şi să elimine din conştiinţa lor unele păreri eronate. Şedinţele de asimilare de cunoştinţe noi se organizează la toate obiectele de învăţământ, când se cere ca instruiţii să-şi însuşească în mod ştiinţific noţiuni noi, reguli, definiţii, legi, principii, teoreme. Structura acestor şedinţe diferă în funcţie de vârsta instruiţilor, de obiectul de învăţământ si de planul şedinţei.

Cea mai mare parte din timp se acordă, aşa cum este şi firesc pentru acest tip de şedinţă, asimilării de cunoştinţe noi. Aici dobândeşte o importanta mai mare decât la şedinţa combinată anunţarea noii şedinţe şi a planului după care va fi studiată. Fiind vorba de o expunere a instructorului sau de o activitate de cercetare depusă de instruiţi, e necesar să fie clar cunoscute principalele idei care vor fi lămurite şi scopul urmărit. Unii instructori obişnuiesc să anunţe încă de la început planul şedinţe şi să-1 noteze pe tablă; alţii obişnuiesc să anunţe la început numai prima idee şi apoi să o dezvolte, apoi în continuare să anunţe a doua idee si să o dezvolte s.a.m.d., fiecare din aceste procedee este bun şi poate fi folosit cu succes, în funcţie de specificul şedinţei care se predă.

Comunicarea (asimilarea) materialului nou este momentul esenţial al acestui tip de şedinţă. Contactul instruiţilor cu materialul nou poate porni de la observarea unor obiecte şi fenomene, de la demonstrarea unor experienţe sau de la expunerea verbală a materialului nou de către instructor. Prelucrarea materialului, analiza lui se realizează cu ajutorul instruiţilor, în vedere interpretării lui ştiinţifice, a explicării legăturilor cauzale, a comparării cu alt material, a desprinderii elementelor esenţiale. Instruiţii pot fi antrenaţi de asemenea şi în momentul următor al şedinţei: stabilirea generalizărilor, a definiţiilor şi regulilor şi mai ales la formularea unor caracterizări, a unor concluzii. La fixarea cunoştinţelor se poate proceda în doua feluri:

- fixare parţială utilizată când numărul de cunoştinţe noi este mare şi constă în câteva întrebări referitoare la esenţa materialului dintr-o unitate prezentată si analizată anterior. Se trece la fixare parţială a celei de a doua unităţi metodice, procedându-se la fel.

- fixare globală care constă în recapitularea ideilor principale, aplicându-le la interpretarea unor fenomene noi după expunerea integrala a şedinţei, fie ca s-au efectuat anterior şi fixări parţiale, fie că nu s-au efectuat. Ea se realizează pe baza planului de expunere prezentat schematic de pe tablă.

În ceea ce priveşte tema, dacă este necesară, se procedează ca în cazul şedinţelor combinate.

c) Seminarul-şedinţa de recapitulare şi sistematizare. Repetarea cunoştinţelor are ca efect consolidarea lor în conştiinţa instruiţilor. Asemenea repetări se fac şi în cazul şedinţelor combinate sau chiar al celor de asimilare de cunoştinţe noi, fie cu prilejul verificării şedinţei vechi, fie în etapa fixării. Ele sunt folositoare, dar nu pot asigura sintetizarea cunoştinţelor predate în mai multe şedinţe sau în mai multe teme şi nici sistematizarea lor la nivel mai înalt.

De aceea este necesară organizarea unor şedinţe aparte, şedinţele de recapitulare şi sistematizare, cu scopul de a sintetiza şi sistematiza cunoştinţele instruiţilor, de a stabilii noi corelaţii intre idei. Asemenea şedinţe se ţin:

1. la început de etapă, an şcolar spre a reaminti instruiţilor principalele cunoştinţe însuşite anterior şi a-i pregăti astfel să înţeleagă mai bine mai bine materia din noua etapă;

2. după parcurgerea unei teme sau a câtorva teme din programă;3. la sfârşit de semestru; 4. la sfârşit de etapă, an şcolar.

372 din 375

Programele şcolare prevăd la fiecare obiect de învăţământ numărul de ore destinat şedinţelor de recapitulare. Succesul acestui tip de şedinţă depinde, printre altele, şi de alegerea judicioasă a temei de recapitulat. Uneori tema vizează. o sintetizare a materiei "pe orizontală", adică a unor capitole predate succesiv: alteori vizează o sintetizare a materiei "pe verticala", adică a unor idei predate în capitole separate. Tratarea acestor teme nu trebuie să constituie o repetare nemodificată a cunoştinţelor predate anterior, să nu rămână la nivelul faptelor particulare, dar nici să nu fie reduse la o reamintire a generalităţilor. Pe baza unui material tipic şi caracteristic (acest material poate fi luat din şedinţele predate sau poate fi un material nou) vor fi reactualizate concluziile, generalizări vechi, integrându-le în sistemul logic de noţiuni din care fac parte. De aceea este necesar ca temele şedinţelor recapitulative:

1. să aibă un caracter sintetic;2. să ofere posibilităţi de a adânci cunoştinţele, de a le plasa în noi legături;3. să ducă la generalizări mai cuprinzătoare decât cele cunoscute de instruiţi.

Materialul este organizat după noi criterii, din noi puncte de vedere, ceea ce face ca şedinţa să aibă un caracter nou, creator. După caracterul temei şi după metodele folosite, şedinţa de recapitulare are mai multe variante.

c.1)Şedinţa de recapitulare după un plan dat. După ce instructorul stabileşte tema care va fi discutată cu instruiţii în şedinţa de recapitulare, el prezintă instruiţilor şi planul de idei după care se va desfăşura recapitularea. Uneori acest plan este elaborat în comun cu instruiţii. De asemenea instructorul indică instruiţilor şi capitolele sau paragrafele ce urmează a fi citite de ei, în acest caz şedinţa de recapitulare se desfăşoară astfel: Reamintirea temei şi a planului; Recapitularea cunoştinţelor conform planului stabilit. Ideile din plan sunt dezvoltate oral şi

concomitent se completează planul cu idei noi, încât la sfârşitul şedinţei instruiţii să aibă în caiete o schemă cuprinzătoare şi sistematică în legătură cu tema discutată. Acestei etape a şedinţei i se atribuie cea mai mare parte din timp. De obicei se foloseşte metoda conversaţiei, dar pot fi folosite şi demonstrarea, lucrările de laborator etc.

Concluzii şi generalizări. Instructorul arată care părţi din materie au fost bine însuşite şi care mai necesită o revenire, apreciază calitatea răspunsurilor date de instruiţi, subliniază ideile esenţiale din şedinţă.

c.2)Şedinţa de recapitulare pe bază de exerciţii. Recapitularea cunoştinţelor se poate realiza şi prin efectuarea unor exerciţii şi probleme, insistându-se asupra elementelor teoretice de care se servesc instruiţii spre a le rezolva corect. Deci accentul se pune pe reamintirea, precizarea si sistematizarea cunoştinţelor, nu pe formarea de priceperi si deprinderi. Structura acestei variante de recapitulare este următoarea: Anunţarea temei de recapitulat si stabilirea scopului; Efectuarea lucrărilor de către instruiţi. Lucrările se desfăşoară sub îndrumarea instructorului.

Exerciţiile şi problemele alese spre rezolvare solicită cunoştinţe din mai multe şedinţe sau teme, capitole.

Concluziile instructorului. Se relevă elementele esenţiale, se fac precizări care să evite eventualele confuzii în viitor.

c.3)Alte variante ale şedinţelor de recapitulare . Unii instructori organizează recapitularea şi sistematizarea cunoştinţelor predate anterior, sub forma de şedinţe de sinteză. După ce a predat unul sau mai multe capitole din programă, instructorul pregăteşte o temă de sinteză, în care evidenţiază elementele esenţiale din şedinţele predate si le sistematizează. Expunerea de sinteză a instructorului poate fi înlocuită printr-un referat sau portofoliu, elaborate de un instruit sau de un grup de instruiţi, pe baza unui plan şi a unei bibliografii date de instructor din vreme. În unele cazuri, şedinţa de recapitulare se realizează pe baza materialului audiovizual. După ce acest material le este prezentat instruiţilor, urmează comentarii şi concluzii în discuţia instructorului cu instruiţii. În sfârşit, unii instructori organizează şedinţe de recapitulare pe baza activităţii independente a instruiţilor. Instructorul notează pe tablă un număr de întrebări, în legătură cu tema de recapitulat. Instruiţii răspund în scris, succint, la fiecare întrebare, consultând şi manualul. După ce au terminat, se reia fiecare întrebare, se discută şi se clarifică. Instruiţii îşi completează răspunsurile scrise. Şedinţa se încheie cu concluziile finale si aprecierile instructorului. Varianta aceasta se apropie de

373 din 375

recapitularea cu ajutorul manualului programat, în acest caz, instruiţii găsesc în manual întrebările recapitulative, grupate si sistematizate în cadrul unei teme.

d.) Şedinţa de formare a priceperilor si deprinderilor-laborator, proiect, aplicaţie. Acest tip de şedinţe vizează:

1. formarea de priceperi si deprinderi;2. aplicarea în practică a cunoştinţelor însuşite;3. familiarizarea instruiţilor cu diferite procedee de muncă;4. obişnuirea instruiţilor cu organizarea şi desfăşurarea muncii independente;5. consolidarea cunoştinţelor;6. clarificarea şi precizarea noţiunilor.

Cea mai mare parte din activitatea desfăşurată de instruiţi în cadrul acestor şedinţe constă în efectuarea de exerciţii şi lucrări practice, rezolvarea de exerciţii şi probleme, observaţii, montarea unor experimente şi lucrări de laborator, confecţionarea de material didactic, executarea unor algoritmi de funcţionare a tehnicii, antrenamente şi exerciţii de exploatare a tehnicii, exerciţii de vitalitate, etc. Structura acestor şedinţe va fi diferită, în funcţie de obiectul de învăţământ şi de metoda folosită. La cele mai multe, după ce se organizează grupa pentru muncă şi se anunţă tema şi scopul lucrării care va fi executată se trece la explicarea si demonstrarea activităţii de către instructor, apoi la. formarea şi consolidarea priceperilor şi deprinderilor prin activitatea desfăşurată de instruiţi, şi în sfârşit la analiza şi aprecierea lucrărilor executate de ei. Aceste momente nu sunt însă necesare la orice şedinţă de formate a priceperilor şi deprinderilor, astfel explicarea şi demonstrarea activităţii de către instructor nu este necesară totdeauna. Reamintirea principiilor ştiinţifice care stau la baza lucrării şi executarea model a lucrării de către instructor sunt necesare când se organizează primele şedinţe de acest tip. Mai târziu, când instruiţii şi-au format unele deprinderi de muncă în domeniul respectiv, demonstraţia poate lipsi, iar în unele cazuri poate lipsi şi explicaţia.

În cadrul lucrărilor practice demonstrarea instructorului îşi propune să arate instruiţilor cum se folosesc uneltele şi maşinile, cum se exploatează şi întreţine tehnica, cum să fie eliminate rebuturile, în ce ordine să fie executate lucrările, cum să se controleze spre a-şi da seama dacă au executat bine sau nu. Uneori instructorul execută o singura operaţie şi apoi cere să o execute şi instruiţii, alteori el execută lucrarea în întregime şi apoi o execută şi instruiţii. Etapa consacrată formarii priceperilor şi deprinderilor la instruiţi ocupă cea mai mare parte din timp. Când activitatea pe care o au să o efectueze instruiţii nu le este familiară, instructorul poate cere unui instruit să o execute în faţa grupei, spre a se convinge că a fost înţeleasă corect şi că ştie ordinea operaţiilor; apoi o vor executa toţi instruiţii. Alteori se poate cere ca toţi instruiţii să o execute simultan, de probă. Greşelile observate acum vor fi discutate, spre a fi evitate în exerciţiile următoare. Instruiţii vor efectua apoi singuri activităţile cerute, de mai multe ori, în forme cât mai variate, spre a-şi însuşi cât mai bine priceperile şi deprinderile respective. În timp ce instruiţii îndeplinesc aceste activităţi, sunt controlaţi, sunt îndrumaţi - individual sau colectiv - sunt stimulaţi şi ajutaţi cei cu un ritm mai lent de muncă şi cei mai puţin îndemânatici. Dacă se observă greşeli numai la câţiva instruiţi, aceştia vor fi corectaţi individual; dacă se observă aceeaşi greşeală la mai mulţi instruiţi, se poate opri activitatea pentru a se explica încă o dată, iar dacă se consideră necesar va fi demonstrate din nou partea respectivă din lucrare. Controlul efectuat de instructor trebuie astfel direcţionat încât să duca treptat la formarea priceperii de autocontrol iar instruitul să fie obişnuit să compare lucrarea sa cu modelul, cu schema, cu desenul.

După ce instruiţii au terminal activitatea, este indicat ca analiza şi aprecierea lucrărilor să fie făcută cu participarea instruiţilor. Aceasta contribuie la formarea spiritului critic şi autocritic. Aprecierea trebuie să fie obiectivă, să reliefeze ceea ce este caracteristic în munca instruitului, să dezvăluie cauzele deficienţelor şi mijloacele de a le înlătura în viitor, să stimuleze pe instruiţi ca în viitor să obţină rezultate mai bune. La lucrările practice, şedinţa se încheie prin curăţarea locului de muncă şi a sculelor, punerea instrumentelor la locul destinat etc.

e.) Şedinţa de verificare a cunoştinţelor, priceperilor şi deprinderilor-verificări. Controlul cunoştinţelor, priceperilor şi deprinderilor însuşite de instruiţi se realizează în toate etapele şedinţelor: în etapa verificării cunoştinţelor, priceperilor, deprinderilor, în etapa fixării, în cea a asimilării cunoştinţelor noi, prin unele întrebări de sondaj. Uneori însă este necesar să se rezerve ore speciale pentru organizarea unor şedinţe de verificare. Prin ele se urmăreşte stabilirea nivelului cunoştinţelor,

374 din 375

priceperilor şi deprinderilor însuşite de instruiţi până în acel moment, cât şi aprecierea obiectivă a muncii acestora. Şedinţele de verificare se pot organiza în mai multe variante:

1. şedinţe de verificare orală:2. şedinţe de verificare scrisă;3. şedinţe de verificare practică..

La organizarea unei şedinţe de verificare orală, se procedează astfel:1. se precizează din şedinţa precedentă tema sau temele din care vor fi examinaţi

instruiţii;2. în timpul verificării orale, instruiţii chestionaţi răspund la întrebări;3. se apreciază cunoştinţele instruiţilor;4. se trag concluzii cu privire la pregătirea lor, la lipsurile pe care le mai au, indicându-

se ce trebuie să facă pentru a le înlătura.Prin şedinţele de verificare scrisă se poate constata atât nivelul cunoştinţelor, cât şi al unor

priceperi şi deprinderi (deprinderi de descriere ortografică, de calcul, de exprimare corectă, etc.). Ele pot lua forma lucrărilor de control curent şi a lucrărilor scrise semestriale. Şedinţa destinată lucrării de control scris începe cu organizarea clasei: pregătirea celor necesare muncii, asigurarea ordinii, disciplinei, condiţiilor de muncă independentă. Se anunţă apoi tema lucrării scrise, eventual este notată şi pe tablă. Partea cea mai mare din timp este destinată muncii independente a instruiţilor, spre a dezvolta, în timpul stabilit, subiectul dat. La sfârşitul şedinţei lucrările sunt adunate, apoi corectate şi apreciate de către instructor, ţinându-se seama de volumul şi calitatea cunoştinţelor. Când li se aduc instruiţilor lucrările de control corectate, este necesar să se realizeze o analiză a rezultatelor. Instructorul face o apreciere generală asupra lucrărilor. Se arată apoi care au fost greşelile mai frecvente întâlnite în lucrări şi se precizează cauzele care le-au provocat. Se analizează o lucrare foarte bună, care ar putea servi ca model despre modul cum trebuia efectuată lucrarea. Se distribuie apoi lucrările corectate şi li se cere instruiţilor să reflecteze asupra greşelilor pe care le-au făcut, eventual să ceara lămuriri.

Şedinţele de verificare practică servesc şi pentru controlul cunoştinţelor, dar ,mai ales pentru controlul priceperilor şi deprinderilor însuşite de instruiţi. Astfel, li se cere să efectueze, să confecţioneze, să execute o planşă, o lucrare simplă etc. Structura acestor şedinţe este următoarea: precizarea temei, şedinţei şi a scopului urmărit, executarea lucrărilor practice de către instruiţi, fie individual fie pe grupe sau echipe, aprecierea lucrărilor şi concluzii cu privire la pregătirea lor.

VI.2 6. Evaluarea procesului de instruire

Evaluarea reprezintă procesul prin care se realizează măsurarea rezultatelor obţinute de către instruiţi şi aprecierea acestora prin compararea cu obiectivele (finalităţile) educaţionale în vederea luării deciziilor de îmbunătăţire şi de derulare a procesului de învăţământ.

Evaluarea de proces (a rezultatelor instruirii) presupune o metodologie în stabilirea căreia trebuie date răspunsuri la următoarele întrebări:

A evalua:PE CINE ?

- pe toţi instruiţii;- un anumit grup de instruiţi;- instruiţii luaţi individual;CÂND?- de câteva ori ;- la date fixe; - continuu;CU CE?- probe scrise, orale, practice;- tehnici de evaluare;- observaţia directă în clasă;

375 din 375

- referate , proiecte, portofolii;PENTRU CINE?- instruiţi;- părinţi;- instructori;- factori de decizie;- instituţii/ persoane care vor angaja viitorii absolvenţi;ÎN FUNCTIE DE CE ?- obiective curriculare / de evaluare.

VI.2 7. Probectarea activităţii didactice

A proiecta activitatea didactică presupune un demers anticipativ, pe baza unui algoritm procedural, ce corelează răspunsul sincer la următoarele tipuri de întrebări: ce voi face, cu ce voi face, cum voi face, cum voi şti dacă am realizat ce mi-am propus; răspuns concretizat în organizarea, desfăşurarea şi evaluarea activităţii de predare din partea instructorului şi a celei de învăţare din partea instruitului.

Aceste întrebări sunt expresia celor patru etape fundamentale în proiectarea lecţiei:Etapa I. Identificarea obiectivelor lecţiei: Ce trebuie să realizez cu instruiţii?

În funcţie de gradul de generalitate, obiectivele sunt:- Obiective cadru, denumite şi finalităţi sau scopuri ale educaţiei, care se regăsesc în

programă sub denumirea de obiective cadru- Obiective concrete (sau de referinţă) ce pot fi exprimate operaţional şi sunt expresia

anticipării de către profesor a comportamentului instruitului observabil şi măsurabil într-un timp scurt. Obiectivul operaţional trebuie exprimat în termeni comportamentali expliciţi prin utilizarea unor verbe de acţiune. Operaţionalizarea obiectivelor permite o evaluare obiectivă a rezultatelor instruitului şi a eficienţei activităţii instructorului. În funcţie de obiectivele operaţionale, stabilim şi tipul lecţiei.

Etapa a II-a. Analiza resurselor sau altfel spus situaţia de pornire a şedinţei: De unde trebuie să încep?

După identificarea obiectivelor, profesorul trebuie să realizeze o analiză detaliată a principalelor categorii de resurse implicate în desfăşurarea activităţii:

- Resurse umane: instruitul (trăsături de personalitate, interese, trebuinţe de învăţare), instructorul;

- Resurse de conţinut didactic: ansamblul valorilor educaţionale (cunoştinţe, priceperi, deprinderi, atitudini) ce fac obiectul activităţii de predare-învăţare;

- Resurse de ordin material: materiale didactice şi mijloace tehnice care pot contribui la eficientizarea activităţii;

- Locul desfăşurării activităţii;- Timpul disponibil pentru activitatea didactică;

Etapa a III-a. Elaborarea strategiilor didactice optime sau altfel spus situaţia de acţiune:

- Cum trebuie să structurez conţinutul informaţional?- Ce formă de situaţie didactică să favorizez (ţinând cont de tipul de conţinut şi de

particularităţile de vârstă, de capacităţile, aptitudinile şi nevoile de învăţare ale grupei sau individului)

- Ce activitate de învăţare să provoc?- Ce intervenţii didactice ale instructorului să provoc?

Este etapa corelării şi selectării metodelor, materialelor şi mijloacelor şi îmbinarea lor într-o strategie didactică în funcţie de următorii factori:

- Specificul activităţii (comunicare, însuşire de cunoştinţe, evaluare, formare de priceperi

376 din 375

şi deprinderi);- Obiectivele operaţionale identificate;- Contextul psihopedagogic al instruirii (gradul de motivare al instruiţilor, nivelul

pregătirii lor);- Contextul material al instruirii;- Stilul şi personalitatea instructorului;

Etapa a IV-a. Elaborarea instrumentelor de evaluare sau altfel spus determinarea rezultatelor: Care este rezultatul activităţii de predare realizate de instructor?

Conturarea acestei etape se realizează prin stabilirea momentului când se poate realiza evaluarea, stabilirea instrumentului de evaluare cel mai potrivit corespunzător obiectivelor operaţionale şi stabilirea modului cum va fi exprimat rezultatul evaluării.

Proiectarea pedagogică se materializează în mai multe documente sau instrumente de lucru (proiecte didactice), fiecare reprezentând un nivel al proiectării:

- planificarea calendaristică anuală (proiectul anual al predării unei discipline);- proiectul activităţii semestriale.(proiectul semestrial); - proiectul sistemului de şedinţe;- proiectul fiecărei şedinţe (proiectul didactic însoţit de conspectul şedinţei).

Acesta din urmă prezintă, în mod schematic, simplificat, aspectele şi elementele esenţiale ale şedinţei, concepute în unitatea şi interacţiunea lor: obiective, metode, procedee şi mijloace de învăţământ, etapele succesive şi conţinutul fiecărei etape (cunoştinţe ce vor fi transmise, fixate, recapitulate, verificate; date, fapte, exemple concrete); acţiuni şi operaţii ce vor fi executate de instructori şi instruiţi (evenimentele instruirii) pentru realizarea obiectivelor.

Elementele componente sunt repartizate în doua părţi: o parte introductivă şi alta ce prezintă desfăşurarea propriu-zisă a etapelor şi evenimentelor succesive, specifice tipului respectiv.

Proiectul didactic reprezintă un instrument curent de lucru şi, totodată un model optimal (mental sau/şi scris), după care instructorul se orientează pe parcursul lecţiei, evitând astfel, pe cât posibil, erorile, riscurile, evenimentele nedorite, improvizaţia şi risipa de resurse în desfăşurarea procesului instructiv-educativ.

377 din 375