CALDARI NAVALE SI MASINI DE FORTA CU ABUR

CALDARI NAVALE SI MASINI DE FORTA CU ABUR

CURS NR.1

INSTALATIA DE FORTA CU ABURI LA BORDUL NAVELOR MARITIME

Generalitati :

Rolul instalatiilor de forta la bordul navelor este acela de a pune in miscare propulsoarele, care realizeaza forta necesara deplasarii navei prin apa. Avand in vedere faptul ca, masinile principale de propulsie se diferentiaza intre ele, din punct de vedere al principiului de functionare, putem clasifica instalatiile navale dupa cum urmeaza:

      instalatii de forta cu abur;

      instalatii de forta cu motoare cu ardere interna;

      instalatii de forta cu turbine cu gaze;

      instalatii de forta cu motoare electrice;

      atomice.

Tinand cont de faptul ca fiecare dintre instalatiile de forta enumerate au atat avantaje cat si dezavantaje, alegerea lor se face functie de tipul navei, deplasamentul si destinatia acesteia. In epoca actuala cea mai larga folosinta au capatat-o instalatiile de forta cu motoare cu ardere interna. Cu toate acestea, atat in marina comerciala cat si in cea militara, instalatiile de forta cu aburi au o larga raspandire.

In general, instalatiile de forta cu abur au o componenta simpla si, in linii mari, sunt formate din: caldari si/sau turbine cu aburi, mecanisme, aparate si instalatii auxiliare de servitudine. Schema de principiu este prezentata in fig.1.

Dispunerea instalatiei de forta cu abur, la bordul navei, poate fi facuta dupa cum urmeaza:

a) - liniar - atunci cand caldarile sunt dispuse in prova masinilor de propulsie;

b) - esalonat - cand un anumit numar de caldari sunt dispuse in prova unei masini de propulsie, si sunt urmate de un alt numar de caldari care alimenteaza o masina de propulsie dispusa dupa aceasta;

c) - mixt - cand caldarea si masina de propulsie sunt dispuse in acelasi compartiment;

d) - combinat - cand instalatia de forta are in componenta atat masini cu abur cat si motoare cu ardere interna sau turbine cu gaze.

Consideratii termodinamice privind procesul de producere a aburului

Una din starile de agregare a apei este starea gazoasa sub forma de abur. Aburul se obtine ca urmare a desfasurarii a doua procese de transformare termodinamica, si anume: evaporarea si vaporizarea.

Evaporarea constituie procesul de transformare a apei in vapori la suprafata lichidului. Miscarea browniana a particulelor de apa este caracterizata de variatia in modul si sensul vitezei lor, astfel incat unele parasesc apa, trecand in spatiul liber (cele cu viteze mari), iar altele se transforma din nou in apa. Procesul variaza direct proportional cu temperatura fluidului si cu suprafata expusa mediului exterior.

Vaporizarea constituie procesul de transformare a apei in vapori in toata masa fluidului. Apar bule de abur in masa fluidului, caracterizate prin miscari violente la suprafata de separatie fluid - aer, numita oglinda de vaporizare, iar o parte din aceste bule trec in spatiul de abur. Procesul de vaporizare se desfasoara la o presiune constanta si poate fi descris in diagrama ρ - V prezentata in fig. 2 .

Curba AK se numeste curba lichidului sau curba limitata inferioara si curba BK se numeste curba aburului saturat uscat sau curba limitata superioara. Punctul K se numeste punct critic, caracterizand parametrii la care fluidul trece instantaneu in abur supraincalzit

Punctul 1 desemneaza inceperea procesului de incalzire a fluidului pana la temperatura de fierbere. Punctele 2 si 3 desemneaza aparitia primilor vapori.

In punctul 4 apare aburul saturat umed, continand picaturi fine de fluid antrenate de vapori. Ca urmare a cresterii temperaturii, picaturile de fluid din abur se vaporizeaza, formand aburul saturat uscat. In punctul 5 apare aburul supraincalzit care nu mai contine picaturi de apa si care pentru o aceeasi presiune prezinta o temperatura mai mare decat aburul saturat din punctul 6.

In aceasta diagrama de vaporizare intervine notiunea termodinamica de titlu , care poate fi interpretata ca prezentand greutatea aburului uscat dintr-un kg de abur umed.

Procesul de transformare a caldurii in lucru mecanic se realizeaza prin intermediul unei instalatii de forta cu abur. Schema de principiu a unei astfel de instalatii este redata in fig. 3:

Procesul se caracterizeaza prin urmatoarele etape de lucru: caldarea este alimentata cu apa de catre pompa 1, apa se incalzeste, se vaporizeaza, aburul transformandu-se treptat din abur saturat umed in abur saturat uscat; aburul saturat uscat intra si se destinde in cilindrul masinii cu abur 3, producand lucru mecanic, dupa care iese din cilindru, intra in condensatorul 4, avand peretii reci si incepe sa se condenseze. Apa rezultata din procesul de condensare este preluata de pompa 1 si refulata la volum constant, dupa care ciclul se repeta. Acest ciclu este cunoscut sub denumirea de ciclul Rankine.

Caldarea navala - generator de aburi

Caldarea navala este un schimbator de caldura unde are loc incalzirea si/sau vaporizarea apei, la presiune si temperatura constanta, de catre caldura obtinuta prin arderea unui combustibil, prin efectul termic al curentului electric sau printr-o reactie nucleara. In serviciul marin, o larga raspandire au capatat-o urmatoarele tipuri de caldari:

1 - ignitubulare - sau caldari cu gaze in tuburi cunoscute si sub denumirea de caldari tubulare; sunt caracterizate de faptul ca au volum mare de apa. La acest tip de caldari, gazele obtinute in procesul combustiunii sunt dirijate prin interiorul tuburilor fierbatoare a caror suprafata exterioara este acoperita de catre apa;

2 - acvatubulare - sau caldari cu apa in tuburi cunoscute si sub denumirea de caldari tubuloase - au un volum mic de apa. La acest tip de caldari, apa circula prin interiorul tuburilor fierbatoare, iar gazele arse prin exteriorul acestora.

Rolul caldarilor la bordul navei este acela de a produce aburi, saturati sau supraincalziti, necesari pentru satisfacerea nevoii de energie. In acest sens, sunt produsi aburii necesari functionarii masinilor principale si un plus de 12 - 20% pentru functionarea mecanismelor si aparatelor auxiliare.

Aburul produs la bord este consumat in :

      masinile principale de propulsie;

      masinile mecanismelor auxiliare de servitudine;

      masinile mecanismelor de punte;

      instalatiile de incalzire a incaperilor navei;

      instalatiile de stins incediu ;

      instalatia de incalzire a tancurilor de combustibil;

      instalatiile de incalzire a apei menajere si pentru bucatarie, etc.

La bord, aburul se obtine in cele doua tipuri de caldari, construite sub forma caldarilor principale si auxiliare.

Instalatiile auxiliare ale caldarii

Calitatea aburului produs in caldare este cu atat mai buna cu cat aceasta contine o cantitate mai mare de caldura, acumulata de la combustibilul ars in focar. Acumularea unei cantitati mari de caldura se obtine numai in conditiile in care, combustiunea se realizeaza cu o degajare maxima de caldura, circulatia apei este corect asigurata, iar suprafata de incalzire a caldarii permite si asigura o buna transmitere a caldurii.

Pentru a se asigura conditiile unei bune functionarii, caldarea este prevazuta cu urmatoarele instalatii auxiliare:

      de alimentare cu apa;

      de alimentare cu combustibil

      de distilare a apei pentru alimentatie.

Fiecare dintre aceste instalatii are in componenta: tubulaturi, armaturi, mecanisme, aparate auxiliare, aparate de masura, control si supraveghere.

Caracteristicile principale ale caldarilor

Principalele caracteristici ale caldarilor navale si stationare sunt definite dupa cum urmeaza:

Debitul caldarii:

Prin debitul caldarii se intelege cantitatea de apa care este transformata in abur cu anumiti parametri, in unitatea de timp. In tehnica sunt folosite urmatoarele definiri ale debitului:

a) - debitul nominal al caldarii - este notat cu "D" si reprezinta debitul maxim de vapori ce poate fi produs de catre caldare, in mod permanent, pe timpul exploatarii acesteia.

Exprimarea debitului nominal este data de relatia:

D=Qu/-[kg/h] unde:

- Q = cantitatea de caldura utila acumulata de caldare;

- = continutul de caldura al unui kg de abur saturat cu titlul x, la presiunea din caldare;

- = continutul de caldura al unui kg de apa de alimentare la intrarea sa in caldare;

- -= cantitatea de caldura acumulata de fiecare kg de apa, pentru a se transforma in abur cu titlul x la presiunea din caldare .

b) - debitul normal al caldarii - notat "Dnor" - reprezinta o valoare de circa 80% din debitul nominal al caldarii si corespunde unei valori optime a randamentului acesteia. Dnor = D x 80/100 [kg/h]

c) - debitul minim al caldarilor - se noteaza cu "Dmin" - si reprezinta valoarea celui mai redus debit cu care poate functiona caldarea, pentru o perioada nedefinita de timp, fara ca aceasta sa sufere deteriorari.

d) - debitul specific al caldarii - este notat "" - si reprezinta raportul dintre debitul nominal al caldarii si suprafata de incalzire a acesteia. Pentru determinarea debitului specific se foloseste relatia : =D/A x 1000 [daN/m²h].

Debitul specific al caldarii este caracteristica prin care se poate face o comparatie reala, intre diverse tipuri de caldari, in ce priveste capacitatea de vaporizare a acestora. In ce priveste caldarile navale, debitul specific de vapori este cuprinsa intre 20-220kg/ m²h .

Presiunea de lucru

Presiunea de lucru a caldarilor este caracterizata prin :

a)      - presiunea nominala - este notata cu "" si reprezinta presiunea de lucru maxim admisibila, care este luata in calcul la proiectarea caldarii. Aceasta este presiunea cu care caldarea intra in exploatare;

b)      - presiunea nominala de regim - notata cu "" - reprezinta presiunea maxima a aburului in caldare, mentinuta la o valoare constanta pe timpul cat caldarea functioneaza la un regim normal de lucru. Valoarea presiunii nominale de regim se stabileste anual, prin inspectiile de Registru, in urma verificarii starii in care se gaseste caldarea. In general, presiunea nominala de regim este mai mica cu aproximativ 5% decat presiunea nominala si se determina cu relatia:

; [bar]

c)      - presiunea de utilizare - notata cu "" - reprezinta valoare presiunii pe care o au vaporii in momentul iesirii acestora din supaincalzitorul caldarii;

d)      - presiunea de probe - se noteaza cu "" - si reprezinta presiunea maxima la care sa facut proba hidraulica a caldarii. Uzual la caldarile navale presiunea de probe este de 1,5 ori mai mare decat presiunea nominala a caldarii adica:

; [bar]

Temperatura aburului

In general temperatura este definita ca o marime de stare, care defineste gradul de incalzire a unui corp. Temperatura aburului generat de caldare este luata in discutie atat pentru aburul saturat cat si pentru cel supraincalzit, dupa cum urmeaza:

a)      - temperatura aburului saturat - - reprezinta temperatura aburului care se afla in domul caldarii ; valoarea acestei temperaturii depinde de presiunea din caldare si se determina cu relatia: [C] unde :

- - temperatura aburului saturat sau temperatura de fierbere a apei la presiunea din caldare (C) ;
- - presiunea nominala de regim ().

Aburul saturat, la randul sau, poate fi: saturat umed - atunci cand continutul sau de apa este mai ridicat si saturat uscat - atunci cand umiditatea sa a disparut complet si aburii sunt complet uscati. Gradul de uscare este reprezentat de titlul vaporilor X; gradul de umiditate se noteaza cu Y; intre acestea exista relatia X + Y=1.

Cand X = 1 nu avem umiditate, deci Y =0 si aburul este saturat uscat;

Cand Y = 1 avem numai umiditate - apa ; iar cand X are valori cuprinse intre 0 si 1 aburii sunt saturati umezi.

In cazul in care, de exemplu, consideram ca avem un abur cu titlul X = 72, gradul sau de umiditate este Y = 28, ceea ce inseamna ca in cazul unui kg de abur saturat umed, 72% sunt aburi saturati uscati si 28% apa (umiditate ). Avand in vedere cele de mai sus, se poate trage concluzia ca, in general titlul vaporilor (X) reprezinta procentul de abur saturat uscat dintr-un kg de abur.

Aburul saturat umed este un amestec de abur saturat uscat si apa, la temperatura de saturatie.

b)      - aburul supraincalzit - este aburul a carui temperatura este mai mare decat temperatura de saturatie, corespunzatoare presiunii la care se afla. Diferenta dintre temperatura de supraincalzire si cea de saturatie este cunoscuta ca fiind - gradul de supraincalzire.

Temperatura nominala a aburului () - defineste valoare temperaturii vaporilor supraincalzitii, masurata la iesirea din supraincalzitor, la debitul nominal al caldarii.

Suprafata de incalzire a caldarii

Suprafata de incalzire a caldarii este constituita din acea suprafata metalica, care acumuleaza caldura necesara transformarii apei in vapori cu anumiti parametrii. Suprafata de incalzire a caldarii este formata din:

a)  - suprafata de incalzire principala - () - este suprafata metalica spalata pe de o parte de gazele arse iar pe de alta parte de apa ce urmeaza a fi transformata in abur. In componenta acestei suprafete se intalnesc: suprafata de incalzire care acumuleaza caldura prin radiatie si cea care acumuleaza caldura prin convectie. Calculul suprafetei principale de incalzire se face cu ajutorul relatiei :

[m²], unde:

- = suprafata de incalzire prin radiatie;

- = suprafata de incalzire prin convectie .

Acumularea caldurii prin radiatie este facuta de catre suprafata situata in imediata apropiere a focarului in timp ce incalzirea prin convectie este realizata de catre suprafetele situate mai departe de focar, de catre gazele care parasesc focarul;

b) - suprafata de incalzire auxiliara - este suprafata metalica care acumuleaza caldura de la gaze pentru a realiza o mai buna vaporizare a apei din caldare. Aceasta suprafata este formata din suprafetele de incalzire a preincalzitorului de aer, a economizorului, a supraincalzitorului de aburi si a altor elemente, care participa in mod indirect la procesul de vaporizare.

Randamentul caldurii

Notiunea de randament al caldarii exprima raportul dintre cantitatea de caldura transmisa apei, pentru a se vaporiza la parametri normali de lucru si cantitatea de caldura degajata in focar, prin arderea totala a combustibilului in unitatea de timp:

Daca , avem :

[ %], unde :

      D = debitul de abur al caldarii [kg/h];

      = entalpia aburului la iesirea din caldare [KJ/kg];

      = entalpia apei de alimentare [KJ/kg];

      = puterea calorifica inferioara a combustibilului [KJ/kg];

      = caldura util acumulata de catre caldare [Kcal/h];

      C =consumul de combustibil [kg/h].

La caldarile prevazute cu supraincalzitor, pentru obtinerea aburului supraincalzit, randamentul se determina cu relatia:

[%] ,unde :

- = entalpia aburului la iesirea din supraincalzitor;

- = entalpia aburului la intrarea in supraincalzitor .

Avand in vedere cele prezentate, se poate trage concluzia ca randamentul caldarii reprezinta gradul de economicitate al caldarii, indicandu-ne cata cantitate de caldura acumuleaza caldarea in timpul procesului de vaporizare, din caldura disponibila. Asa cum se poate observa din relatiile de calcul, randamentul caldarii creste atunci cand se realizeaza un debit mai mare de aburi la acelasi consum de combustibil sau daca la acelasi debit se consuma mai putin combustibil.

Randamentul caldarilor navale are valori cuprinse intre: 0,75- 0,95.

Consumul de combustibil

Notiunea de combustibil ( C ) este reprezentata de catre cantitatea de combustibil care este arsa in focarul caldarii, in unitatea de timp, pentru a realiza vaporizarea apei. Consumul de combustibil se exprima in kg pe ora (kg/h) si variaza cu cantitatea de aburi generata de caldare. Pe masura ce creste debitul de aburi, creste si consumul de combustibil:

; [kg/h]

Pentru un debit constant de abur, consumul de combustibil creste odata cu scaderea temperaturii apei de alimentatie care patrunde in caldare. De aici rezulta necesitatea preincalzirii apei de alimentatie la o temperatura cat mai apropiata de temperatura de vaporizare.

In cazul caldarilor navale, functie de tipul acestora, consumul de combustibil este cuprins intre: C = 5002000 kg/h.

Capacitatea de vaporizare a combustibilului

Capacitatea de vaporizare a combustibilului (U), reprezinta cantitatea de abur obtinut in caldare prin arderea unui kilogram de combustibil. Capacitatea de vaporizare poate fi: generala si de abur normal.

Capacitatea generala este data de raportul U= D/C. Aceasta caracteristica nu poate fi folosita pentru comparatia caldarilor si in special a celor cu parametri diferiti.

In functie de capacitatea de vaporizare, pentru comparatia diverselor tipuri de caldari se foloseste notiunea de capacitate de vaporizare de abur normal. Prin abur normal se intelege aburul saturat uscat cu temperatura de 100C si p=1 bar, obtinut din apa a carei temperatura initiala a fost de 0C. La presiune specifica, un kg de abur saturat uscat contine aproximativ 640 Kcal.

Pentru determinarea capacitatii de vaporizare de abur normal se folosesc urmatoarele relatii de calcul:

; [Kcal/h] sau

[Kg/Kg]

In cazul caldarilor navale capacitatea de vaporizare a combustibilului are valorile: U= 1012 Kg abur/Kg combustibil.

Tensiunea termica a focarului

Tensiunea termica a focarului() - este o caracteristica a caldarii care ne da informatii asupra cantitatii de caldura degajata prin arderea combustibilului in focar si care revine fiecarui metru cub din volumul focarului. Pentru determinarea tensiunii termice a focarului se foloseste relatia:

[Kcal/x h], unde :

      C - cantitatea de combustibil [kg/h]

      - puterea calorica inferioara a combustibilului [kj/kg]

      - volumul focarului [ ]

Valoarea tensiunii termice a focarului difera, functie de tipul caldarii, dupa cum urmeaza:

      pentru caldarii acvatubulare -

      pentru caldarii ignitubulare -

Aceste limite ale tensiunii termice sunt definitorii pentru stabilirea dimensiunilor focarului.

Uzual pentru a putea sa avem o imagine asupra intensitatii schimbului de caldura din focar este necesar sa apelam la caracteristica de - tensiune termica a suprafetei de incalzire prin radiatie in unitatea de timp.

Caracteristica de greutate a caldarii

Caracteristica de greutate a caldarii (g) - exprima raportul dintre greutatea caldarii - cu sau fara apa - si debitul orar de abur al acesteia.

g = , unde:

- = greutatea caldarii cu sau fara apa [kg];

- D = debitul orar de aburi al caldarii .

Aceasta caracteristica ne permite sa facem comparatiile necesare intre caldarile navale. Cerintele tehnice si de exploatare impun ca pentru caldarile navale, caracteristica de greutate sa fie cat mai mica.

Clasificarea caldarilor marine

In scopul evidentierii diferentelor dintre diversele tipuri de caldari marine este necesar sa se faca clasificarea acestora. Uzual ambele tipuri de caldari sunt clasificate din urmatoarele puncte de vedere:

Dupa destinatie - caldarile se impart in :

      caldari principale - destinate sa produca si sa alimenteze cu aburi masinile de propulsie din dotarea navei;

      caldari auxiliare - cunoscute si sub numele de caldarine, sunt destinate sa produca aburi pentru functionarea mecanismelor auxiliare ale navei, atunci cand aceasta se afla in stationare.

dupa valoarea presiunii aburului generat - caldarile se impart dupa cum urmeaza :

      caldari cu joasa presiune - la care presiunea de lucru este mai mica de 15 bar; (Pc <15 bar)

      caldari de medie presiune - produc un abur cu o presiune cuprinsa intre 15 si 29 bar (Pc= 1529 bar)

      Caldari de inalta presiune - atunci cand presiunea de regim a caldarii este mai mare de 30 bar.

4. Dupa modul circulatiei apei in caldare - se intalnesc urmatoarele tipuri de caldari:

- cu circulatie naturala - la care circulatia apei in interiorul caldarii se face fara ajutorul vreunui aparat;

Caldarile cu circulatie naturala la randul lor se impart in :

      caldari cu circulatie naturala lenta - la care, in interiorul caldarii, apa circula cu o viteza foarte mica;

      Caldarile cu circulati naturala accelerata - la care circulatia apei in interior se face cu o viteza mare.

Circulatia naturala lenta este specifica caldarilor ignitubulare, iar circulatia naturala accelerata este proprie caldarilor acvatubulare.

- caldari cu circulatie artificiala - in care circulatia interioara a apei este realizata cu ajutorul unor pompe speciale

5. Dupa modul in care este realizat tirajul - exista :

- caldari cu tiraj natural - la care aerul necesar formarii amestecului de combustibil patrunde in focar , in mod natural fara ajutorul unor mecanisme sau instalatii de servitudine .

- caldari cu tiraj artificial - la care aerul destinat arderii este livrat de catre ventilatoare sau suflante .

Curs 2

Caldari ignitubulare

Caldarea ignitubulara - sau flacara in tuburi - a fost folosita pentru prima data, in serviciul marin, in anul 1803, in Anglia, de catre Symington, pentru a livra aburul necesar masinii care actiona zbaturile montate pe nava "Charlotte Dundas". Cativa ani mai tarziu, in 1807, inginerul american, Robert Fulton, construieste pasagerul "Clermont" propulsat cu masini cu abur. Dupa aceste date de referinta, in serviciul maritim, folosirea aburului incepe sa fie tot mai extinsa.

Presiunea aburului produs in caldarile acelor timpuri era cuprinsa intre 1,5-5 bar. Incet dar sigur, incepe modernizarea constructiei caldarilor fapt ce duce la cresterea debitului si a presiunii aburului generat. In acest sens, se poate arata ca, incepand cu anul 1870, au inceput sa fie construite caldari de forma cilindrica, care au putut genera abur cu o presiune de 12daN/c.

Incepand cu anul 1910, caldarile au inceput sa fie prevazute cu supraincalzitoare de abur, fapt ce a dus la cresterea randamentului caldarii si al instalatiilor de forta cu aburi, in general. Pe masura ce tehnologia producerii unor materiale de constructie cu calitati superioare a avansat, dezvoltarea constructiilor navale a capatat un nou avant ducand, in mod implicit, la perfectionarea continua a constructiei caldarilor cu flacara in tuburi.

Caldarile cu flacara in tuburi sunt considerate a fi caldari cu volum mare de apa. Din aceasta categorie fac parte generatoarele de abur de constructie mai veche, care sunt cunoscute sub urmatoarele denumiri:

a)      - caldari tip locomotiva;

b)      - caldari cu flacara directa;

c)      - caldari cu flacara intoarsa.

Forma constructiva a acestor tipuri de caldari este prezentata in fig. 1

Datorita faptului ca aceste caldari au un volum mare de apa in raport cu suprafata de incalzire, ele pot prelua, relativ cu destula usurinta, variatiile bruste de sarcina de scurta durata. Cu toate acestea, sunt caracterizate printr-o mare inertie termica si un timp lung de punere in functiune la rece.

Caldarile ignitubulare sunt generatoare de abur cu presiune si productie moderate care folosesc pentru alimentatie apa de calitate medie. Asemenea caldari, cand sunt de mari dimensiuni, pot fi folosite pentru producerea aburului necesar masinilor de propulsie, dar, cel mai adesea,, sunt folosite pentru producerea aburului necesar masinilor auxiliare si serviciilor menajere.

O caldare auxiliara, numita in limbaj comun caldarina, este considerata aceea care nu produce aburi pentru actionarea masinilor de propulsie ci numai pentru serviciile auxiliare esentiale pentru situatia navei pe mare. Asemenea servicii sunt. Actionarea pompelor pentru racire, ungere, transfer si serviciu combustibil, sistemul de incalzire combustibil, masina carmei etc.

Caldarea pentru servicii menajere nu produce aburi pentru masinile de propulsie si nici pentru serviciile esentiale ci numai pentru serviciile menajere de si port.

Este posibil ca, uneori, o caldare auxiliara sa-si execute rolul specific atunci cand nava se afla pe mare, iar atunci cand nava se afla in port sa indeplineasca rolul specific caldarilor pentru servicii menajere.

La bordul navelor, dintre cele trei tipuri de caldari ignitubulare, cea mai larga raspandire au capatat-o caldarile cu flacara intoarsa.

Caldari ignitubulare orizontale

Uzual, caldarile ignitubulare folosite la bordul navelor sunt clasificate in doua grupe principale: caldari orizontale si caldari verticale. Din grupul caldarilor orizontale cu cea mai larga raspandire fac parte caldarile: cu flacara intoarsa, Howen - Johnson, Capus, Economice, Cochran, Bloc, etc.

In cele ce urmeaza vom lua in discutie caldarile cu flacara intoarsa, cunoscute si sub numele de Scotch boiler.

Caldarea cu flacara intoarsa

Proiectul original al acestor caldari a ramas neschimbat pentru o foarte lunga perioada de timp. Initial, corpul caldari a fost construit prin nituire. In epoca moderna, constructia prin nituire a fost inlocuita de constructia prin sudare. Presiunea de lucru a acestui tip de caldare a crescut de la 5,5 bar in 1880, pana la valori mai mari de 21 bar in epoca moderna. Constructiv, un asemenea tip de caldare este prezentat in fig. 2. Principalele componente ale caldarii cu flacara intoarsa sunt: anvelopa, peretele frontal si cel dorsal, furnalele, camerele de ardere, tuburile si legaturile lungi si scurte.

1. Anvelopa caldarii

Anvelopa sau corpul cilindric al caldarii consta dintr-un invelis metalic, care formeaza spatiul pentru apa si abur al caldarii. Anvelopa poate fi constituita din unul sau mai multe tronsoane cilindrice, confectionate din tabla de otel moale de caldare. Imbinarea tronsoanelor intre ele, pentru formarea unui tot unitar, se realizeaza prin nituire sau sudare. In functie de diametrul caldarii, un tronson poate fi construit dintr-o singura sau mai multe foi de tabla din otel de caldare.

Tinand cont de faptul ca in general, caldarile navale cu flacara intoarsa au lungimi cuprinse intre 2,5-3,5 metri, si diametre de 2,5-5 metri, anvelopa caldarii este construita din trei tronsoane, fiecare dintre acestea fiind fabricate din 2-3 foi de tabla.

La constructia caldarilor moderne este folosita din ce in ce mai mult metoda de sudare a tablelor si tronsoanelor in detrimentul imbinarii prin nituire. Atunci cand imbinarea se face prin sudare, cerinta de Registru impune o sudare de Clasa I.

2. Peretii caldarii

Caldarile ignitubulare sunt prevazute cu doi pereti - unul frontal si altul dorsal, care limiteaza spatiul de apa in plan longitudinal. Atat peretele frontal cat si cel dorsal pot fi construiti, pe inaltimea lor, dintr-o singura foaie de tabla de otel de caldare sau din mai multe foi de grosimi variabile. In acest sens, uzual, la constructia peretelui frontal se intalnesc trei zone in care se folosesc table de grosimi diferite; dupa cum urmeaza:

      zona placii superioare - unde grosimea tablei este relativ redusa; in tabla nu se practica orificii, iar zona este supusa numai la efortul de presiune;

      zona placii mijlocii - este zona cea mai solicitata; grosimea tablei este mai mare decat a celei superioare; in placa sunt practicate o serie intreaga de orificii cu scopuri diferite; placa este supusa la eforturi diferentiate;

      zona placii inferioare - foloseste o tabla de grosime egala cu a placii superioare; placa este denumita si "peretele focarului" - intrucat de aceasta se fixeaza tubul de flacara al caldarii.

Peretele dorsal al caldarii este construit din trei placi de otel, cu grosimi variabile de pana la 30 mm.

Ambii pereti sunt flansati de maniera de a permite montarea inspre interior, in cazul fixarii prin nituire si in exterior, pentru fixarea prin sudare. Grosimea placilor din componenta lor este aleasa in functie de valoarea presiunii de lucru a caldarilor si de numarul legaturilor de sustinere.

3. Tubul de flacara

In practica este denumit "furnal" si este componenta caldarii in care are loc arderea combustibilului. Din cauza procesului de ardere tubul de flacara este supus la tensiuni termice deosebit de puternice, care se manifesta prin dilatari si contractari alternative. Tubul de flacara este construit, din otel special, sub forma unui cilindru cu diametru cuprins intre 750-1200 mm si suprafata ondulata. In fig. 3 sunt prezentate diverse tipuri de ondulatii - (virole), si distanta dintre acestea.

Uzual, aceasta distanta este cuprinsa intre 200 - 230mm, iar grosimea tablei, care este absolut constanta, pentru diverse tipuri de caldari, are valori cuprinse intre 9-22 mm.

Numarul furnalelor montate la o caldare depinde de diametrul acesteia. Pentru caldarile marine cu diametrul mai mare de 2,5 m sunt specifice doua furnale, in timp ce pentru caldarile cu diametre cuprinse intre 3,5-5 m, numarul furnalelor este de trei, in

timp ce caldarile cu diametre mai mari de 5 metri sunt prevazute, uzual, cu cate patru tuburi de flacara.

Lungimea uzuala a tuburilor de flacara este de 2500mm, iar fixarea lor se face prin nituire sau sudare, cu un capat pe peretele frontal al caldarii si cu celalalt pe peretele frontal al cutiei de foc.

La caldarile cu flacara intoarsa tuburile de flacara sunt intotdeauna demontabile. In cazul in care tubul este nituit in camere de ardere, fixarea pe peretele frontal al cutiei de foc se face prin intermediul unei flanse terminata in "gat de lebada" asa cum se vede in fig. 4 a

Dimensiunile flacarii sunt alese pentru a permite extragerea tubului de flacara prin deschiderea practicata in peretele frontal al cutiei de foc - fig. 4 b

Atat constructia cat si modul de fixare a furnalului tine cont de faptul ca, acesta este supus la eforturi termice deosebite create de faptul ca in interiorul sau are loc arderea combustibilului si in exterior este inconjurat de apa.

4Cutia de foc

cutia de foc este o prelungire a tubului de flacara in care se continua si se sfarseste procesul de ardere. Cutia de foc se executa din materiale foarte bune conducatoare de caldura, si cu mare rezistenta la temperaturi inalte, uzual, din oteluri speciale sau cupru. Cutia de foc face legatura intre furnal si tuburile de fum (fierbatoare), avand rolul de a asigura intoarcerea directiei de curgere a gazelor spre cos. Este inconjurata, in exterior, de apa din caldare si este o suprafata de incalzire a acesteia. Cutia de foc este expusa, tot timpul cat caldarea se afla in functie, la eforturi termice si de compresie motiv pentru care constructia acesteia impune o atentie deosebita.

Detaliile constructive ale diverselor cutii de foc sunt prezentate in fig. 5. Constructiv o cutie de foc se compune din:

a)      - perete frontal - 1 - a carui parte superioara este placa tubulara pentru fixarea tuburilor fierbatoare;

b)      - perete dorsal - 2 - de care, prin intermediul antretoazelor, se face fixarea de peretele dorsal al caldarii;

c)      - peretii laterali - 3 - au rolul de a asigura inchiderea ermetica a cutiei si de a permite legatura cu corpul cilindric al caldarii;

d)      - partea inferioara - 4 - asigura inchiderea cutie in partea inferioara si in unele cazuri, sustine vatra de caramida refractara. La unele caldari, in exterior, sunt montate "picioare" de sustinere a cutiei in partea inferioara;

e)      - partea superioara - 5 - poarta denumirea de "cerul cutiei de foc" si inchide cutia in partea sa superioara. Pe aceasta sunt montate o serie de legaturi scurte, de care se fixeaza " coroane", pentru sustinerea cutiei in partea superioara. Tot in cerul focarului - cutiei de foc - se monteaza, prin insurubare, dopuri fuzibile - care sunt elemente de protectie a caldarii atunci cand aceasta ramane fara apa.

Avand in vedere rolul si eforturile la care este supusa, cutia de foc este confectionata din tabla de otel moale de caldare cu grosimi de pana la 43 mm. Peretele dorsal al cutiei de foc se construieste cu o oarecare inclinare fata de peretele frontal - asa cum se poate vedea in fig. 6 - pentru a permite o desprindere mai usoara a bulelor de aburi, care se formeaza in timpul functionarii caldarii.

Rigidizarea cutiei de foc si a intregului ansamblu "focar", avand in vedere importanta si greutatea sa, se face atat in plan vertical cat si in plan orizontal, prin legaturi lungi si scurte.

La caldarile cu flacara intoarsa, numarul cutiilor de foc este egal cu cel al furnalelor. Exceptie de la aceasta norma o fac caldarile cu o suprafata de incalzire mai mica de 160 , in cazul carora, la o cutie de foc sunt atasate doua furnale . 5.Tuburile caldarii

Totalitatea tuburilor fierbatoare, montate intr-o caldare ignitubulara cu flacara in tuburi, sunt numite si tevi de fum - si constituie partea principala a suprafetei de incalzire a caldarii. Constructiv, tevile de fum sunt de doua feluri - ordinare si tirante. Tuburile ordinare - numite si simple - sunt destinate sa asigure transmiterea caldurii gazelor arse, in drumul lor spre cos, apei din caldare, in timp ce, tuburile tirante - numite si de legatura - in afara rolului de transmitere a caldurii il mai au si pe acela de rigidizare a legaturii dintre cele doua placi tubulare.

In mod normal, la caldarile navale cu flacara intoarsa, tevile de fum au diametre cuprinse intre 60-90 mm si o grosime a peretelui de 3-4,5mm, in cazul tevilor ordinare si de 5-9 mm, la tevile tirante. Din totalul numarului de tevi, montate in asemenea caldari, 60-70% il reprezinta tevile ordinare si 30-40% tevile tirante.

Fixarea tevilor de fum, in placile tubulare, se face prin:

      mandrinare - cazul tevilor ordinare;

      infiletare si asigurare cu piulita si contrapiulita, la tevile tirante;

      sudare electrica in cazul ambelor tipuri de tevi.

Inainte de a fi introduse in caldare, tevile se decalesc la ambele capete, se expandeaza, cu ajutorul unui dorn, la capatul care ramane in exterior, pana la diametrul necesar, dupa care, se lustruiesc pana la metalul alb, in exterior, in zona care intra in placile tubulare si se ung cu ulei de in fiert.

Dispunerea tevilor in placa tubulara se face de asa maniera incat tevile tirante sa ocupe zona periferica a acesteia.

La caldarile moderne, fixarea tevilor de fum in placile tubulare se face prin sudura electrica. Prin aceasta metoda se exclud folosirea celor doua tipuri de tevi - ordinare si tirante, se creste rezistenta constructiei si durata de folosire a tevilor si placilor tubulare iar operatiunea de montare este mult mai rapida si mai putin costisitoare. Modalitatile de fixare a tuburilor in placile tubulare sunt prezentate in fig. 7

6. Legaturile caldarii

Legaturile caldarii constau din bare de otel cu lungimi diferite, care au rolul de a realiza si mentine, pentru o perioada nedefinita de timp, rigidizarea caldarii. Uzual, in caldarile ignitubulare exista urmatoarele tipuri de legaturi:

a)      - legaturile lungi - sunt bare de otel cu sectiune rotunda si lungime bine determinata, dispuse in spatiul superior al caldarii, cu rolul de a realiza si intari legatura dintre peretele frontal si cel dorsal al caldarii. Legaturile lungi - numite si tiranti - sunt ingrosate la capete si sunt prevazute cu filet. Introducerea tirantilor in caldare se face in mod similar cu introducerea tuburilor fierbatoare. Infiletarea se face simultan in ambii pereti, iar capetele ies in afara acestora si sunt asigurate cu piulita si contrapiulita.

b)      - legaturile scurte - sunt bare de otel sau cupru cu sectiune rotunda cu filet la ambele capete, destinate sa asigure fixarea unor elemente constructive ale caldarii in interiorul sau, la o anumita distanta, considerata, relativ, scurta, unele de altele si sa le mentina in aceasta pozitie, pentru o perioada nedefinita de timp. Legaturile scurte mai sunt numite si - antretoaze - si asigura : legatura cutiilor de foc intre ele, legatura acestora cu peretele dorsal si cu corpul cilindric al caldarii.

La fixarea peretelui dorsal al cutiei de foc cu peretele dorsal al caldarii, tinand cont ca unul dintre pereti este inclinat fata de celalalt si ca in plan transversal, antretoazele se introduc perpendicular, pentru fixare este nevoie sa se foloseasca seibi sub forma de pana care sa asigure strangerea normala a piulitelor.

Modul de fixare a legaturilor lungi si scurte este prezentat in fig. 8 .

Unele legaturi scurte sunt prevazute cu canale centrale de control, cu diametrul de 5-8mm, pe toata lungimea sau numai la capete, care au rolul de a avertiza ruperea unei legaturi. Avertizarea consta in faptul ca, prin ruptura in canal patrunde abur sau apa care ies in exteriorul caldarii si pot fi observate de catre fochist.

Legaturile scurte sunt supuse la eforturi deosebit de mari, iar ruperea uneia dintre ele duce la cresterea sarcinii pe celelalte, producand deformarea corpului caldarii in zona afectata. La caldarile moderne, fixarea legaturilor se face prin sudura.

7. Camera de fum

Este destinata, prin constructie, sa asigure pe toata durata folosirii caldarii, trecerea gazelor arse spre cosul caldarii.

Spatiul camerei de fum este delimitat de peretii acesteia, care sunt confectionati din tabla de otel cu grosimi cuprinse intre 3-5 mm, si care sunt fixati prin suruburi pe peretele frontal al caldarii.

Camera de fum asigura si protectia necesara, contra gazelor arse, a zonei superioare a peretelui frontal spalata la interior de abur. De asemenea, aceasta este prevazuta cu capace de vizita, cu deschidere in plan vertical, care permit curatirea tuburilor de fum si inlocuirea lor, atunci cand este cazul. Camera de fum se continua cu cosul navei, iar la unele caldari navale, la baza cosului, in camera de ardere se monteaza - economizorul pentru apa - al carui rol este acela de a creste temperatura apei de alimentare, prin captarea unei parti din caldura aflata in gazele de evacuare.

Camera de fum joaca un rol deosebit de important in realizare si mentinerea unui tiraj corespunzator, pentru buna functionare a caldarii. In acest sens, este necesara asigurarea unei bune etanseitati a peretilor care formeaza camera de fum.

8. Vatra de caramida

Vatra de caramida are rolul de a asigura protectia necesara metalului caldarii in acele zone unde temperatura este deosebit de ridicata. Zonele cu asemenea temperatura sunt localizate in partea inferioara a cutiei de foc, unde circulatia apei este foarte lenta si deci, racirea suprafetelor calde este mult ingreunata.

Vatra este confectionata din caramida refractara asezata pe un pat de pamant refractar in amestec cu fulgi de azbest.

9. Orificii de vizita

Orificiile de vizita sau de inspectie sunt deschideri practicate in corpul caldarii, acoperite cu capace demontabile, prin intermediul carora pot fi facute inspectii si/sau diverse lucrari de reparatii si intretinere. Orificiile de vizita, practicate in corpul cilindric al caldarii, au forma ovala cu dimensiuni de 300-400 mm. Pentru a se preveni slabirea rezistentei corpului, in zona orificiilor, acestea se executa de maniera ca axa mica a orificiului sa fie paralela cu axa caldarii.

In zona inferioara a corpului caldarii sunt practicate orificii pentru curatirea spatiului de apa, a caror dimensiuni sunt mai mici decat cele ale orificiilor de inspectie. Inchiderea orificiilor de vizita se face cu ajutorul autoclavelor, care se fixeaza cu ajutorul unor suruburi si ancore, ca in fig. 9

Montarea autoclavei se face din interiorul caldarii, pe a carei suprafata interioara se strange, prin intermediul suruburilor si ancorelor de fixare. Pentru a se asigura etansarea necesara, in canalul practicat pe suprafata exterioara a autoclavei se monteaza o garnitura speciala, de forma eliptica, confectionata din klingherit armat unsa cu grafit sau Molikote, pentru a preveni arderea si lipirea pe suprafetele de contact.

10. Principiul de functionare a caldarii cu flacara intoarsa

In cazul caldarilor cu flacara in tuburi suprafata de incalzire este constituita din suprafetele tubului de flacara, a cutiei de foc si a tuburilor fierbatoare.

Caldura degajata prin arderea combustibilului, in tubul de flacara si in cutia de foc, este partial transmisa direct tubului de flacara, iar o alta parte este acumulata de gazele arse care patrund in cutia de foc. Aici are loc arderea ultimelor particule de combustibil, care nu au putut sa arda in furnal. In acest mod cutia de foc acumuleaza caldura atat din arderea combustibilului cat si de la gazele arse aflate in interiorul sau. Din cutia de foc gazele arse patrund in tevile de fum, cu care intra in contact direct si le cedeaza o mare cantitate de caldura. Cu aceasta ocazie caldura este transmisa apei, care inconjoara tuburile prin exterior si aceasta se incalzeste in mod continuu.

Prin incalzire la un moment dat, apa ajunge la temperatura de fierbere (saturatie) corespunzatoare presiunii din caldare si incepe sa se vaporizeze. Vaporii de apa se acumuleaza in partea superioara a caldarii, numita - camera de aburi - care este situata deasupra oglinzii de vaporizare ,.

Cantitatea de aburi generata de caldare creste pe masura ce se continua combustia; odata cu cresterea cantitatii creste si volumul de abur, intr-un spatiu ramas aproximativ constant. Atata timp cat in caldare se produc aburi, fara sa se consume, pentru a avea loc in volumul camerei de aburi, acestia se comprima facand ca presiunea din caldare sa creasca. Pe masura ce creste presiunea in caldare va creste si temperatura de fierbere a apei si cantitatea de caldura necesara vaporizarii. In acest fel la acelasi consum de combustibil vom avea un proces mai redus de vaporizare.

Atunci cand presiunea aburului din caldare atinge valoarea presiunii de regim, poate fi pusa in comunicatie cu consumatorii principali de abur.

Dupa consumarea unei cantitati oarecare de abur, presiunea din caldare scade. Pentru a mentine o presiune constanta, este necesar ca in caldare sa se produca, in aceeasi unitate de timp, o cantitate de abur egala cu cantitatea de abur livrata de catre aceasta.

Caldarile cu flacara intoarsa prezinta urmatoarele avantaje:

      au si mentin un randament ridicat - circa 65-75% chiar in conditii de variatii de regim;

      au o exploatare si intretinere simpla;

      folosesc pentru alimentatie apa fara conditii deosebite de calitate;

      au un volum mare al camerei de abur;

      permit obtinerea unui abur cu continut redus de umiditate.

Fata de cele relatate, caldarile cu flacara intoarsa prezinta urmatoarele dezavantaje:

      necesita timp indelungat pentru ridicarea presiunii;

      genereaza aburi cu presiune relativ redusa, circa 15-16 ;

      au un debit redus de aburi, circa 7-8 t/h;

      din cauza volumului mare de apa, prezinta pericol mare de explozie;

      au o greutate mare, circa 15 kg metal la 1 kg apa etc.

La navele moderne s-a renuntat la folosirea acestui tip de caldare ca si caldare principala.

Caldari multitubulare

Caldarile multitubulare, cunoscute si sub denumirea de caldari "economice", au doua sau trei furnale ondulate conectate la o singura camera de ardere, sau la o vatra de ceramica refractara inchisa intr-o carcasa construita din otel moale de caldare.

Caldarile au fost construite in ultima parte a anilor `50 si au fost folosite pentru a genera aburul necesar mecanismelor auxiliare si pentru servicii neesentiale la bordul tancurilor petroliere de tip vechi, si dimensiuni medii, precum si la bordul cargourilor.

Caldarile multitubulare au fost proiectate sa aiba o rata de vaporizare comparabila cu a caldarilor cu flacara intoarsa de aceeasi dimensiune. In general nu sunt prevazute cu supraincalzitor si au o presiune de lucru situata in jurul valorii de 12 bar. Uzual, la acest tip de caldari, raportul dintre lungime si diametru este de 3/2. Caldarile de mare capacitate pot ajunge si la o lungime de 6 metri si un diametru corespunzator. Pana de curand, aceste caldari au fost folosite pentru a genera aburii necesari atat pentru masinile de propulsie cat si pentru necesitatile auxiliare.

Odata cu folosirea combustibililor grei, cu vascozitate mare, la arderea in motoarele navale, la bordul navelor a inceput sa fie limitata nevoia de abur la operatiunile de incalzire a combustibilului si pentru satisfacerea nevoilor menajere. In acest mod, la bordul navelor cu motoare de propulsie s-a renuntat la folosirea caldarilor ignitubulare de mare capacitate, iar pentru producerea aburului de joasa presiune sunt folosite caldarile cu apa in tuburi, adesea cu dubla evaporatie.

Pentru cargourile echipate cu motoare sunt folosite o noua generatie de caldari orizontale, de mici dimensiuni care inlocuiesc caldarinele conventionale de tip vertical. Cele mai des utilizate sunt caldarinele de tip "compact" dotate cu un grad ridicat de automatizare. Caldarinele de tip "compact" sunt unitati complete pentru generarea aburului, in care, caldarea si componentele sunt montate pe o baza comuna. Fiecare component incorporat in proiectul general are calitatea si capacitatea pentru asigurarea functionarii sale specifice.

Uzual, caldarile "compacte" au o capacitate de circa 15000 kg abur/h si o presiune de lucru de pana la 17,5 bar.

Caldarile ignitubulare verticale

Caldarile ignitubulare in constructie verticala sunt, in general, folosite ca si caldari auxiliare (caldarine) cu rolul de a furniza aburul necesar consumatorilor auxiliari de la bordul navei. Caldarile auxiliare se intalnesc atat la bordul navelor care pentru propulsie folosesc masini de forta actionate cu aburi, cat si la navele care sunt dotate cu motoare cu ardere interna. In principiu, caldarile auxiliare furnizeaza abur saturat folosit in instalatiile de incalzire, de stins incendiu, de actionare a masinilor auxiliare de punte, etc. Alegerea caldarilor se face in functie de cerintele de abur ale navei, debitul acestora fiind cuprins intre 500-15000 kg/h sau chiar mai mult.

Presiunea aburului generat in caldarile auxiliare este cuprinsa intre 5-28 bar. Avand in vedere aceste valori, aburul poate fi folosit la actionarea grupurilor electrogene si a mecanismelor de punte de mare putere. La bordul navelor o larga raspandire au capatat-o urmatoarele tipuri de caldari verticale ignitubulare.

Caldarea cu tevi fierbatoare transversale

Este un tip de caldare verticala de mare eficienta, cu o constructie simpla, fabricata prin nituire. Constructiv caldarea arata ca in fig. 10

Asa cum se vede, anvelopa cilindrica a caldari este plasata pe postament dupa axa sa verticala. In interiorul anvelopei este fixata, prin nituire, camera de ardere a carei forma este cilindrica sau usor conica, iar in interiorul acesteia sunt prevazute doua sau trei tuburi, cu diametru mare, pentru circulatia apei. Tuburile de apa sunt dispuse pe directia de scurgere a gazelor arse spre cosul navei si au un dublu rol: acela de a dezmembra gazele si de a le capta o cat mai mare cantitate de caldura. Partea superioara a camerei de ardere are o forma plata sau usor concava si trebuie sa fie mentinuta, pentru rigidizare, cu ajutorul unor tirante, de partea superioara exterioara a anvelopei.

Rigidizarea caldarii pe postament este asigurata de grosimea dubla a materialului, formata prin imbinarea dintre camera de ardere si anvelopa, si imediat sub aceasta prin montarea unui inel confectionat din cornier care imbraca partea inferioara a caldarii prin exterior.

Caldarile de acest tip construite in ultima perioada de tip, sunt prevazute cu mai mult de 16 tuburi transversale pentru circulatia apei, sunt montate in general, pe navele prevazute cu motoare Diesel si genereaza aburi cu presiune de lucru de circa 7 bar.

Curs 3

Caldari acvatubulare

Generalitati

In cazul caldarilor acvatubulare apa circula prin interiorul tuburilor fierbatoare iar gazele arse in exteriorul acestora. Caldarile cu apa in tuburi reprezinta rezultatul cercetarilor si straduintelor constructorilor de a produce caldari care sa corespunda, in mai mare masura, cerintelor pentru satisfacerea necesarului de forta la bordul navelor. Avand in vedere acest deziderat, constructorii au urmarit strict tendinta de perfectionare a caldarilor navale cu apa in tuburi. Din punct de vedere istoric, evolutia constructiei caldarilor a fost deosebit de diversificata.

Initial, caldarile acvatubulare au fost folosite ca generatoare de abur la bordul navelor militare si numai ulterior acestea au capatat o larga raspandire la bordul navelor comerciale. Constructiv si functional intre caldarile ignitubulare si cele acvatubulare exista diferentieri constructive fundamentale.

Tipuri de caldari acvatubulare

Caldarile acvatubulare sunt construite intr-o diversitate de tipuri motiv pentru care, s-a realizat o clasificare a acestora in scopul recunoasterii cu usurinta a caldarilor folosite in instalatiile de forta de la bordul navelor. Constructiv, caldarile acvatubulare sunt impartite in :

      caldari triunghiulare - normale si ecranate;

      caldari cilindrice - normale si ecranate.

In categoria caldarilor triunghiulare intra caldarile de constructie mai veche, prevazute cu cel putin 3 colectoare. Denumirea vine de la forma de triunghi a focarului construit intre cele trei colectoare ale caldarii.

Caldarile cilindrice sunt caldari cu doua colectoare, unul superior si altul inferior intre care este construit focarul a carui forma este aproximativ cilindrica. Caldarile cilindrice intrunesc unele calitati care le fac preferabile caldarilor triunghiulare.

In general, in instalatiile navale de forta cu aburi au capatat o larga utilizare urmatoarele tipuri constructive de caldari:

- caldarea triunghiulara normala simetrica cu doua circuite de gaze. Asa cum se vede din fig. 1: caldarea are doua colectoare inferioare de aceleasi dimensiuni si doua circuite de gaze.

Un alt tip de caldare triunghiulara este cel prezentat in fig. 2a caldarea are cele doua colectoare inferioare de dimensiuni diferite si un snop de tuburi fierbatoare cu un numar mai mic de tuburi fapt ce permite montarea supraincalzitorului in aceasta sectiune caldarea este numita "asimetrica" intrucat, fata de axa centrala de simetrie aceasta este asimetrica.

In fig. 2b este prezentata o caldare triunghiulara asimetrica ecranata cu un singur circuit de gaze. Caldarea are doua colectoare inferioare cu diametre diferite si in locul unui snop de tuburi fierbatoare este montat un ecran format din doua randuri de tuburi alaturate.

Rolul ecranului este acela de a preveni trecerea gazelor printre tuburile sale si de a le forta sa treaca peste tuburile fierbatoare, in drumul lor spre cos.

Caldarea prezentata in fig. 2c este cunoscuta sub denumirea de caldare triunghiulara asimetrica ecranata, cu un singur circuit de gaze si cu supraincalzitorul dispus intre snopurile tuburilor fierbatoare. Caldarea este prevazuta cu trei colectoare inferioare cu diametre diferite si cu un ecran format din doua randuri de tuburi alaturate.

Un alt tip de caldari acvatubulare, intalnit frecvent la bordul navelor, sunt caldarile cilindrice. Acest tip de caldari au capatat o tot mai larga utilizare inlocuind cu succes caldarile triunghiulare. In fig.3a este prezentata o caldare cilindrica simetrica, normala, cu doua circuite de gaze.

Vatra focarului este asezata direct deasupra colectorului inferior.

O caldare cilindrica asimetrica este prezentata in fig.3 b .

Aceasta este o caldare asimetrica, ecranata, cu un singur circuit de scurgere a gazelor arse si cu supraincalzitor de aburi montat pe directia de scurgere a gazelor.

In afara schemelor de caldari prezentate, atat triunghiulare cat si cilindrice, in practica se intalnesc si alte tipuri rezultate in urma diverselor combinatii constructive.

Circulatia apei in caldare

Generalitati

Buna functionare a caldarii este in mare masura influentata de catre modul in care este realizata circulatia apei si a amestecului apa - abur in interiorul caldarii. Caldura degajata in focar prin arderea combustibilului trebuie sa fie acumulata de catre suprafata de incalzire a caldarii si cedata in timp optim, apei pentru transformarea acesteia in abur. Tinand cont de faptul ca suprafata de incalzire este pe de o parte incalzita de gazele arse si pe de alta parte racita de apa, acesteia trebuie sa i se asigure o racire corespunzatoare pentru a se evita supraincalzirea si arderea. Racirea suprafetei de incalzire se realizeaza printr-o corecta circulatie, naturala sau artificiala, a apei in caldare.

Circulatia naturala a apei in caldare

Circulatia naturala a apei in caldare apare ca urmare a aparitiei diferentei de greutati specifice ale apei, in diverse puncte de-a lungul suprafetei de incalzire.

Aparitia diferentei de greutati specifice este urmare a schimbului de caldura produs in masa apei, cand particulele de apa mai calde si usoare din imediata vecinatate a suprafetei de incalzire, se deplaseaza in sus, iar locul lor este luat de particulele de apa mai reci. In acest mod in masa apei din caldare apare o miscare ascensionala.

Greutatea specifica a apei () este mai mare decat greutatea amestecului apa - aburi () fapt ce duce la aparitia unei forte, care impune apei si amestecului apa - abur o circulatie ascensionala. Forta este numita - impuls de circulatie si se determina cu ajutorul relatiei :

Un contur elementar de circulatie consta dintr-un tub de ascensiune si altul de coborare a apei. Tinand cont de acest lucru se poate concluziona ca, circulatia naturala a apei este determinata de incalzirea neuniforma a acesteia in diferite tuburi din constituenta caldarii. In fig. 7 este reprezentat modul in care are loc circulatia naturala a apei in caldarile acvatubulare. In acest tip de caldare pompa de alimentatie livreaza apa prin intermediul prelungitorului tubului de alimentare (1) dispus pe toata lungimea colectorului superior (2), unde apa proaspat introdusa este separata de restul apei din caldare prin intermediul separatorului (3).

Prin intermediul tuburilor coboratoare (4) apa ajunge in colectorul inferior (5). Apa de alimentare, cu temperatura redusa, pe timpul coborarii, continua sa se incalzeasca si ajunge in colectorul inferior la o temperatura cu circa 10 ˚C mai mica decat temperatura de fierbere corespunzatoare presiunii din caldare. Din colector, sub efectul presiunii coloanei de lichid, apa patrunde in tuburile ascensionale (6) unde primeste o mare cantitate de caldura ajungand pana la temperatura de fierbere (saturatie). Bulele de abur, impreuna cu apa care nu sa vaporizat, ajung in colectorul superior, trec prin masa apei si se acumuleaza in partea superioara a colectorului. Apa care nu s-a vaporizat in primul circuit, prin intermediul tubului coborator (neincalzit)(7), patrunde in colectorul ecranului (8). De aici, amestecul apa aburi patrunde in colectorul superior prin intermediul tubului urmator (9) si al presiunii coloanei de apa din tubul coborator.

Primul contur de circulatie, asa cum se vede in fig. 7 este format din ultimele randuri de tuburi incalzite ale snopului convectiv si primele randuri de tuburi ale aceluiasi snop. Cel de-al doilea contur este format din tuburile de coborare neincalzite, dispuse dupa ecran si tuburile ecranului.

Caldarile acvatubulare se construiesc cu contururi de circulatie, care dispun de tuburi coboratoare incalzite si neincalzite, pentru a nu se produce vaporizarea intregii cantitati de apa in tuburile ascensionale. Este deosebit de important ca tuburile ascensionale, aflate in zone cu temperaturi ridicate, sa fie racite in interior de un amestec apa - aburi, care sa circule prin tuburi cu o viteza mai mare de 0,3 m/s.

Circulatia naturala a apei in caldarile acvatubulare este caracterizata de raportul dintre cantitatea de apa intrata in tuburile ridicatoare in unitatea de timp si cantitatea de aburi obtinuta in tuburi in aceeasi unitate de timp. Raportul se noteaza cu k si poarta denumirea de - grad de circulatie.

la caldarile navale acvatubulare K este cuprins intre 5 si 30 ceea ce inseamna ca, din intreaga cantitate de apa care circula prin tuburile ascensionale, in timp de o ora, numai a 5-a pana la a 30-a pate se transforma in aburi, iar restul se mentine sub forma de apa, pentru a raci tuburile si a preveni arderea acestora. In cazul in care K=1, toata cantitatea de apa existenta in caldare se transforma in aburi, iar racirea tuburilor nu mai este asigurata, lucru interzis pentru caldarile cu circulatie naturala.

Circulatia naturala optima se obtine in caldarile in care gradul de circulatie K≥5, intrucat, in asemenea conditii in interiorul tuburilor ascensionale este prezenta in permanenta o pelicula de apa. Atunci cand k este cuprins intre 1 si 5, in interiorul tuburilor se formeaza dopuri de aburi care duc la aparitia deformatiilor locale si chiar la arderea acestora. In interiorul tuburilor ascensionale exista riscul aparitiei proceselor de separare a apei si aburului fapt ce duce la avarierea acestora. Prevenirea acestui neajuns se asigura prin montajul tuburilor ascensionale sub un unghi <17˚ fata de verticala locului. Circulatia apei este lenta in caldarile navale ignitubulare si accelerata in cele acvatubulare,

Circulatia artificiala a apei in caldare

Gabaritul si greutatea caldarii sunt elemente definitorii pentru caldarile navale. Pentru a se putea construi caldari de inalta presiune cu greutate si gabarit redus sau apelat la solutia circulatiei apei in caldare. Acest tip de circulatie, realizat cu ajutorul unor pompe, poate fi unica sau repetata.

Atunci cand K=1, circulatia apei in caldare este unica intrucat apa introdusa in tuburi face un singur circuit ; pe la un capat al tuburilor intra apa, iar la celalalt ies aburi. Caldarile cu circulatie artificiala au o vatra de caramida, au o mare suprafata de incalzire si un gabarit redus. Caldarile au un volum foarte mic de apa fapt ce face ca timpul necesar pentru ridicarea presiunii sa fie de numai 5-6 minute comparativ cu 30-60 minute pentru caldarile cu circulatie naturala accelerata si cu 6-24 ore la caldarile cu circulatie naturala lenta.

Caldarile la care gradul de circulatie al apei K este cuprins intre 5 si 8, adica acolo unde din intreaga cantitate de apa introdusa in caldare, in unitatea de timp, numai a 5-a pana la a 8-a parte se transforma in aburi, restul apei repetand circulatia, sunt considerate a fi caldari cu circulatie a apei repetata. Acest tip de circulatie se intalneste la caldarile acvatubulare cu constructie specifica deosebita fata de cele in care circulatia apei se face natural.

Apa de alimentare, livrata de pompa de circulatie, patrunde in tuburi in stare apa abur si ajunge in colectorul superior unde are loc separarea aburilor de apa. Aburii sunt trimisi in supraincalzitor, iar apa din colector este aspirata de pompa si retrimisa in circuit.

Apa de alimentatie a caldarii

Apa pentru alimentatia caldarii este considerata a fi aceea care este destinata sa fie introdusa in caldare. Sarurile continute de apa, dupa vaporizarea acesteia, raman in caldare si contribuie la cresterea concentratiei de saruri in apa din caldare. In apa potabila, continutul de saruri este de aproximativ 0,02% sau 0,2 grame/litru. Daca aceasta cantitate s-ar depune uniform pe suprafetele de incalzire ale caldarii ar forma un strat cu grosimea de 0,2mm. In realitatea practica depunerea sarurilor este mai accentuata in zonele in care vaporizarea este mai puternica, uzual, in primele tuburi. Pentru ca apa potabila sa fie apta pentru alimentarea caldarilor, aceasta trebuie sa fie tratata in vederea eliminarii sau neutralizarii sarurilor.

Uzual, caldarile acvatubulare maritime folosesc pentru alimentatie apa provenita din condens, in proportie de 95% si apa tratata in proportie de 5%. Indiferent de provenienta, apa de alimentatie trebuie tratata in totalitatea sa. Apa de alimentatie se deosebeste foarte mult de apa din caldare, mai ales din punct de vedere al concentratiei de saruri.

Indicii de calitate, atat pentru apa de alimentatie cat si pentru apa din caldare, sunt caracterizati prin :

a)      - duritate temporara - indica prezenta bicarbonatilor de calciu si magneziu care, prin fierberea apei, se descompun si formeaza carbonati indisolubili. Carbonatii se depun forma de namol, in spatiul de apa al caldarii, fara sa participe la formarea crustei.

b)      - duritatea permanenta - caracterizeaza prezenta sulfatilor si a clorurilor de calciu si magneziu care pe timpul fierberii apei se pastreaza dizolvati in masa acestora si contribuie la formarea crustei. Componentul cel mai periculos este sulfatul de calciu (gipsul ) care formeaza depuneri solide la suprafata spatiului de apa;

c)      - duritatea totala - este indicele care insumeaza valoarea duritatii temporare si permanente. Se masoara in grade de duritate - d - 1˚d=10 mg CaO= 7,14mg MgO

1˚d(STAS)= 1˚d(german)=1,786˚d(francez)=1,251˚d(englez)

O apa cu duritatea de 10˚ are un continut de 100mg saruri de calciu si magneziu per litru. Apa este considerata moale atunci cand sapunul face spuma, iar cand nu face spuma este considerata dura. Caracterizarea apei se face dupa cum urmeaza:

Apa cu duritate: 0-4˚d - duritate foarte mica

4-8˚d - duritate mica

8-16˚d - duritate medie

16-30˚d - dura

peste 30˚d - foarte dura

d)      salinitatea - caracterizeaza prezenta si continutul de cloruri: de sodiu (NaCl), de calciu si de magneziu (MgCl ) existente in apa. Salinitatea apei se masoara in grade Brandt (˚Br). Un litru de apa cu salinitatea de 1˚ Br contine 10 mg de cloruri. Salinitatea normala a apei din caldare este de 30 ˚Br pentru caldarile cu p>30 bar, 50˚ Br pentru p= 17 - 30 bar, 80˚Br pentru p<17 bar. La caldarile ignitubulare salinitatea maxima = 1000 ˚Br;

e)      - continutul de oxigen dizolvat in apa - este indicele care ne informeaza asupra cantitatii de oxigen dizolvat intr-un litru de apa. Acesta este exprimat in miligrame si are importanta deosebita pentru apa de alimentatie a caldarilor de inalta presiune, unde oxigenul corodeaza puternic metalul;

f)        - numarul bazic - reprezinta cantitatea de hidroxid de natriu (NaOH) continuta intr-un litru de apa;

g)      - numarul fosfatic - reprezinta numarul de miligrame de anhidrida fosfatica continuta de un litru de apa;

h)      - indicele de hidrogen (pH) - ne indica concentratia ionilor de hidrogen in apa, fiind unitatea de masura a reactiei apei

Atunci cand : pH = 7,0 - apa este neutra;

pH<7,0 - apa este acida;

pH>7,0 - apa este bazica.

Masurarea valorii se face cu ajutorul hartiei indicatoare sau cu ajutorul unui pH-metru. Determinarea alcalinitatii se face prin masurarea cantitatii de fenolftaleina.

Pentru mentinerea calitatii apei , la bord, trebuie sa se execute tratarea acesteia atat in caldare cat si in afara ei.

Tratarea apei in afara caldarii

Apa de alimentatie, inainte de a patrunde in caldare, este supusa la operatii de filtrare mecanica sau chimica pentru a i se imbunatati calitatile. Prin filtrare mecanica, din continutul apei se elimina impuritatile de tipul grasimilor si de alt tip. Operatiunea de filtrare se face in basa sau in putul cald, unde sunt montate filtre capabile sa retina grasimile din apa. Basa este un tanc cu sectiune dreptunghiulara impartit in doua compartimente prin intermediul unui perete orizontal. Partea de sus este impartita in cinci camere in care sunt montate diafragmele si sitele primelor trei camere unde are loc separarea solidelor de apa, iar in ultimele doua camere sunt montate filtre cu cocs prin care se face epurarea grasimilor. Din ultima separatie, apa se scurge in incaperea inferioara de unde este aspirata de pompele de alimentatie.

Filtrarea chimica are in vedere tratarea apei cu ajutorul unor reactivi chimici, care reactioneaza cu sarurile din apa si formeaza alte saruri indisolubile, care se depun pe fundul caldarii sub forma de namol si care poate fi expulzat prin extractii de fund. Pentru tratare sunt folositi reactivi chimici de o larga diversitate al caror rol este, in general, acela de a transforma si reduce la minim duritatea temporara si permanenta a apei.

In afara caldarii, apa de alimentatie mai poate fi tratata cu succes si prin operatiile de prelucrare termica. Procedeul consta din vaporizarea apei de mare in instalatii, special montate la bord, pentru distilare. O alta metoda de tratare a apei de alimentare este realizata prin operatia de degazare, care consta in pulverizarea acesteia in mod continuu pentru eliberarea gazelor dizolvate - oxigenul si dioxidul de carbon. Degazarea se realizeaza in aparate speciale numite degazoare, care sunt specifice instalatilor pentru alimentarea caldarilor cu presiune mai mare de 30 bar si inlocuiesc basa sau putul cald. Degazoarele sunt tancuri cilindrice prevazute cu dispozitive de pulverizare a apei si cu canale speciale de evacuare a gazelor, care pot fi montate in interiorul sau exteriorul compartimentelor de caldari.

Tratarea apei in caldare

Apa din caldare, desi a fost tratata inainte de intrare, mai pastreaza o mica cantitate de saruri ale duritatii temporare sau permanente caracteristice care, cu timpul, pot creste si deveni periculoase pentru caldare. Pentru reducerea la minim a acestui risc se impune continuare operatiilor de tratare si in interiorul caldarii. Acest tratament consta din introducerea in caldare a unor reactivi chimici, care sa intre in reactie cu sarurile continute in apa, in urma carora sa rezulte saruri solubile care se depun pe fundul caldarii sub forma de namol.

Ca reactivi chimici sunt folosite substante special pregatite pentru indepartarea sarurilor care dau depuneri. Prin tratarea apei din caldare, duritatea acesteia, in timpul functionarii poate ajunge la mai putin de 0,1˚d. Pentru tratare, in cele mai multe cazuri, reactivi sunt dizolvati in instalatii situate in afara caldarii de unde sunt aspirati cu pompa de alimentatie. Cantitatea de reactiv se alege functie de duritatea apei din caldare, determinata printr-o analiza prealabila si de recomandarea facuta de fabricant, pentru numarul de grame per fiecare metru cub de apa din caldare.

Duritatea si ceilalti indici de calitate ai apei de alimentatie , si a celei din caldare, trebuie mentinuti la valori stabilite de normele instructiunilor de exploatare. Acestea se controleaza si se determina prin analizele zilnice ale apei. Continutul de saruri si namolul din caldare se elimina prin extractiile de suprafata si de fund. Cu aceasta ocazie, din caldare se elimina si o anumita cantitate de apa care se completeaza cu apa tratata in afara caldarii.

Controlul calitatii apei

Pentru a se asigura un tratament corect al apei de alimentare si a celei din caldare este necesar sa se asigure un control riguros al calitatii acestora si alegerea unei cantitati exacte de reactivi chimici. Este demn de retinut ca, numai controlul periodic al calitatii apei de alimentare permite observarea la timp al deprecierii acesteia. Deprecierea calitatii apei are loc, in special, ca urmare a amestecarii acesteia cu apa de mare. Patrunderea apei de mare in circuitul apei de alimentare poate avea loc ca urmare a :

      spargerii tuburilor condensorului;

      infiltrarii in tancurile de depozit;

      executarii unor manevre gresite, etc.

La navele moderne analiza apei de alimentare si a celei din caldare se face, in laboratorul pentru analize, cu ajutorul unei truse compacte, in general, de catre Ofiterul mecanic III, iar rezultatul se inscrie in registrul pentru analize.

Apa din caldare impurificata cu apa de mare trebuie indepartata din circuit, prin extractia totala a caldarii, in caldare se va introduce apa curata dupa depistarea si indepartarea cauzelor care au dus la impurificare.

Interpretarea rezultatelor testarii

Interpretarea corecta a testelor facute asupra apei caldarii dau informatii considerabile asupra a ce se petrece in masa acesteia, in condens si in general, in intregul sistem de apa.

1. - starea clorurilor

In cazul in care testul indica o crestere rapida a clorurilor din apa, in comparatie cu valoarea normala, se vor lua urmatoarele masuri:

      se va mari frecventa extractiilor pana cand cantitatea sarurilor dizolvate si deci, si nivelul clorurilor va scade sub nivelul maxim admis;

      daca nivelul clorurilor este mai mare decat cel admis se va mari frecventa extractiilor si cantitatea de apa extrasa pana ce nivelul scade sub valoarea maxim admisa;

      daca nivelul clorurilor este excesiv, de exemplu de trei ori mai mare decat cel maxim admis, inseamna ca nivelul solidelor este nepermis de mare pentru a se continua functionarea caldarii. In acest sens caldarea va fi oprita si i se va face extractie totala. Se recomanda depistarea sursei de contaminare si eliminarea ei. Pentru spalarea interioara a caldarii de contaminanti se va folosi apa dulce dupa care, caldarea se va umple pana la nivelul nominal cu apa distilata;

      daca citirile clorurilor se modifica brusc dar ceilalti parametri raman constanti, se poate aprecia ca reactivul de testare nu este corect - nu are "taria" necesara. Pentru a verifica calitatea reactivului (nitratul de argint) este necesar sa se faca o analiza a probei de apa cu reactiv vechi si una cu reactiv nou, dupa care se vor compara rezultatele. Rezultatele similare vor indica aceeasi calitate a celor doi reactivi.

2. - alcalinitatea apei

Alcalinitate apei din caldare poate sa creasca din foarte multe motive, dintre care amintim :

      folosirea pentru testul de alcalinitate a unui reactiv cu "tarie" inadecvata;

      executarea unor tratamente chimice aditionale apei din caldare;

      folosirea, pentru alimentarea caldarii a apei depozitata in tancuri cimentate sau a unei ape cu continut ridicat de alcali, etc.

Urmele descresterii in alcalinitate a apei pot fi observate daca:

      contaminarea apei s-a produs ca urmare a folosirii unor alcali pentru precipitarea magneziului; o scadere a fosfatilor si o crestere corespunzatoare a solidelor dizolvate si a nivelului de cloruri - toate in acelasi timp;

      reducerea nivelului tuturor constituentilor apei, prin extractii de fund nu numai al alcalilor;

      reactivul folosit a avut o "tarie" incorecta.

3. - solide dizolvate

Determinarea nivelului de solide dizolvate in apa din caldare este posibil de realizat printr-o metoda rapida de inregistrare a cresterii sau descresterii nivelului de contaminanti. In cazul in care testarea chimica completa a apei din caldare se face la intervale regulate de timp si in caldare este asigurata mentinerea unei rezerve de alcalinitate, atunci testarea conductivitatii sau a dizolvarii solidelor poate fi folosita ca un mijloc rapid de inregistrare a schimbarilor din sistem. Uzual, aceasta poate fi o procedura de urgenta.

4. - curatirea initiala

Este deosebit de important ca suprafata de incalzire a unei caldari noi sa fie curata libera de depuneri de piatra sau de alt gen. Indepartarea acestor depuneri se face printr-o tratare chimica pre-initiala. O asemenea operatiune se desfasoara dupa cum urmeaza:

      degresarea cu substante alcaline pentru a indeparta reziduurile de petrol si grasimi;

      folosirea acidului citric pentru eliminarea scalei si a ruginii;

      folosirea acidului citric diluat (slab), pentru prevenirea reprecipitarii oxidului de fier;

      neutralizarea - pentru a se elimina excesul de acizi si spalarea cu apa, pentru eliminarea tuturor suspensiilor de contaminanti dizolvati;

      pasivizarea - pentru a obtine un strat magnetic de protectie pe intreaga suprafata metalica a caldarii.

Un asemenea proces poate fi executat la intervale de patru - cinci ani, pentru eliminarea oxizilor de fier si cupru, care se pot acumula in caldare prin coroziune in sistemul de apa.

Curs 4

Armatura si accesoriile caldarii

Generalitati

Prin armatura caldarii se intelege totalitatea dispozitivelor dispuse pe colectoare in scopul de a asigura buna functionare a caldarii si de reglare a proceselor care au loc in aceasta.

Armatura caldarii include:

      valvulele principale si auxiliare pentru abur

      supapele de siguranta

      valvulele pentru alimentare cu apa

      valvulele pentru extractie de suprafata si de fund

      alarmele de nivel minim si maxim de apa

      manometrele

      robinetele de aerisire, control si drenaj

      indicatoarele nivelului de apa

      sistemul de producere a scanteii si aprindere

      sistemul de suflare a tuburilor

      instrumente de masura si control   

In general armatura caldarii este numita generic "accesorii" si are importanta deosebita in functionarea si controlul caldarii precum si in mentinerea acesteia in deplina siguranta.

Functionarea sigura a caldarii poate fi obtinuta numai daca armaturile sunt alese de calitatea lor. La montarea armaturii se va avea in vedere functiile pe care acestea le indeplinesc si pozitia in care sunt montate.

Supape de siguranta

Rolul supapelor de siguranta este acela de a preveni aparitia suprapresiunii in caldare fapt ce face sa fie considerata ca drept cele mai importante dintre armaturi.

Pentru caldarile ignitubulare ca si pentru cele acvatubulare de medie presiune sunt folosite supape de siguranta de tip Cockburn si supape de siguranta cu deschidere de mare capacitate. Aceste supape au o capacitate mare de trecere a aburului comparativ cu vechile tipuri de supape armate cu regulator cu arc, considerate a fi supape "ordinare".

In cazul supapelor de mare capacitate, suprafata ceruta este de numai 2/3 din suprafata calculata pentru supapa "ordinara" in timp ce, pentru supapele cu deschidere de mare capacitate suprafata de trecere poate fi redusa la jumatate din suprafata supapei ordinare. In acest sens, diametrul tubulaturii de drenare a aburului precum si diametrul deschiderii practicat in anvelopa caldarii are valori corespunzator reduse.

Valvulele de abur ale caldarii

Caldarile navale sunt dotate cu o serie de valvule al caror rol este acela de a pune si de a scoate din legatura caldarea cu magistrala principala sau auxiliara de aburi. Uzual, pe caldarile principale sunt montate urmatoarele valvule:

      valvula principala pentru abur saturat - montata pe colectorul de abur al caldarii, are rolul de a uni caldarea cu magistrala principala de abur;

      valvula principala pentru abur supraincalzit - montata pe colectorul supraincalzitorului de abur, face legatura intre aceasta si magistrala de abur supraincalzit.

      valvula auxiliara pentru abur saturat - dispusa imediat dupa valvula principala - conecteaza tubulatura auxiliara pentru abur cu colectorul caldarii.

Toate valvulele prezentate anterior sunt construite astfel incat sa permita trecerea aburului numai intr-un singur sens - de la caldare spre consumator.

Uzual, principalele valvule pentru abur folosite la caldarile ignitubulare sunt de tip subar - ridicare cu surub , in timp ce pentru caldarile acvatubulare sunt folosite valvule de tip cu ventil de retinere. Valvulele cu ventil de retinere sau cu auto inchidere montate pe caldarile acvatubulare actioneaza ca un dispozitiv de siguranta pentru prevenirea pierderii apei din caldare, atunci cand doua sau mai multe caldari se afla in comunicatie, si la una dintre ele are loc un accident de spargere a tuburilor.

Valvulele de stop folosite la caldarile ignitubulare au forma dreptunghiulara, sunt construite din otel turnat si a au ventile de trecere care lucreaza pe un scaun confectionat din gunmetal.

In cazul valvulelor folosite pentru abur supraincalzit, capacul si scaunul sunt confectionate din metal Monel, iar corpul valvulelor in toate cazurile trebuie sa fie prevazut cu un sistem corespunzator de drenare.

Valvulele principale de stop ale caldarilor acvatubulare montate pe colectorul de evacuare al supraincalzitorului, lucreaza in conditii de inalta temperatura, si presiune respectiv 450˚C si 60 bar. Datorita acestor conditii de lucru, valvulele trebuie sa fie construite din materiale corespunzatoare. Atunci cand temperatura de lucru este de peste 425˚C, la constructia valvulelor se foloseste otel aliat cu 0,5% molibden pentru a se asigura rezistenta necesara la temperatura a capacului si a scaunului valvulei.

Cele mai uzuale tipuri de valvule pentru aburi, folosite la caldarile igni si acvatubulare, sunt prezentate in fig. 1. Modul in care se face fixarea scaunelor in corpul valvulelor este prezentata in fig. 2 dupa cum urmeaza:

a)      - scaunul este confectionat cu un usor foc de montaj, este presat la rece in corpul valvulei dupa care marginile carcasei sunt ciocanite peste scaun.

b)      - scaunul, prevazut cu guler la partea sa superioara si cu filet exterior fin este insurubat in corpul valvulei.

c)      - scaunul si ghidul supapei sunt confectionate dintr-o singura piesa si este fixat in corpul valvulei cu ajutorul unor bolturi fapt ce-l face mai usor demontabil si inlocuibil.

Valvulele de alimentatie

Au rolul de a pune caldarea in legatura directa cu tubulatura sa de alimentatie cu apa.

Pentru asigurarea unei alimentatii eficiente, in orice conditii de stare, caldarile navale sunt prevazute cu cate doua capete de alimentatie - unul principal si altul secundar. Functional valvulele de alimentatie pot fi:

      simple - permitand trecerea apei in ambele sensuri; si

      cu retinere - permit trecerea apei numai intr-un singur sens de la pompa de alimentatie spre caldare.

Constructiv valvulele de alimentatie sunt prezentate in fig. 3. Un cap de alimentare este format dintr-o valvula simpla si una de retinere, pentru a se asigura trecerea apei numai de la pompa spre caldare - lucru realizabil, in cazul valvulelor simple, numai atunci cand

presiunea din tubulatura de alimentatie este mai mare decat presiunea din caldare. In aceasta situatie apa patrunde in colectorul superior al caldarii asigurand alimentarea continua a caldarii. Atunci cand presiunea din tubulatura scade exista riscul ca apa din caldare sa se scurga in sens invers, lucru deosebit de periculos pentru caldare. Pentru a se preveni asemenea accidente pe langa valvula simpla se monteaza si o valvula cu ventil de retinere. Ventilul valvulei de retinere are posibilitatea sa se deplaseze numai in plan vertical pentru ca piciorul acestuia gliseaza in orificiul special practicat in capacul valvulei.

Fig.3 Armaturi din componenta capului de alimentatie

Uzual, unele caldari moderne sunt prevazute cu valvule pentru alimentatie care au montate in acelasi corp atat ventilul de retinere cat si ventilul valvei, iar altele folosesc valvule prevazute cu un singur ventil care realizeaza atat retinerea cat si inchiderea valvulei. Schema de principiu a unui cap de alimentatie cu apa este prezentata in fig. 3a.

Valvulele pentru extractia de suprafata si de fund

Rolul valvulelor de extractie este acela de a asigura executarea, in mod practic sau permanent, a extractiilor de suprafata si de fund. Prin extractia de suprafata se indeparteaza din caldare grasimile acumulate pe suprafata oglinzii de vaporizare si se mentine un anumit prag de salinitate a apei. Valvula extractiei de suprafata - prezentata in fig. 4 - este montata pe colectorul superior al caldarii si are ventilul construit sub forma ascutita, pentru a se realiza o mai buna reglare a debitului de apa ce trebuie sa se scurga prin valvula.

Spre deosebire de aceasta, valvula extractiei de fund are rolul de a permite indepartarea din partea inferioara a caldarii a depunerilor calcaroase sub forma de mal, cat si folosirea partiala sau totala a apei din caldare atunci cand situatia o impune. O astfel de valvula - figura 5 - este montata in partea inferioara a colectoarelor de apa ale caldarii si este manevrata manual atunci cand se executa extractiile.

Robinetul de aerisire si de control

Uzual, robinetele sunt armaturi folosite pentru modificarea sectiunii de trecere a fluidelor. In sistemul instalatiilor de caldari se folosesc diverse tipuri de robinete, care se deosebesc intre ele dupa tipul constructiv al organelor de inchidere. Astfel, deosebim:

a)      - robinetele cu cep : conic, cilindric sau sferic;

b)      - robinetele cu sertar pana sau sertar paralel;

c)      - robinetele cu retinere, cu ventil sau cu clapeta;

d)      - robinete de reglare, cu ventil, cu ac sau cu clapeta fluture. Primele trei tipuri de robinete sunt numite - robinete de trecere. Pentru utilizare, robinetele trebuie sa indeplineasca urmatoarele:

      sa inchida sigur si etans,

      atunci cand sunt deschise sa opuna o rezistenta cat mai redusa la trecerea fluidului,

      sa poata fi usor demontate si reparate prin inlocuirea sau repararea unor componente,

      sa fie usor manevrabile si sa aiba o rezistenta crescuta la cat mai multe manevre de inchidere - deschidere.

Cel mai adesea, ca robinete pentru aerisirea caldarilor sunt folosite robinetele cu cep montate in partea superioara a colectorului de aburi. Aerisirea se face in scopul eliminarii totale a aerului din interiorul caldarii. Robinetul, deci, are rolul de a pune in comunicatie spatiul colectorului superior cu atmosfera in momentul umplerii caldarii cu apa, in faza initiala a ridicarii presiunii si in timpul golirii apei din caldare.

Ca robinete de control sunt folosite, in general, tot robinete cu cep - fig. 5. De regula asemenea robinete sunt montate pe caldarile de joasa presiune in dreptul nivelului de apa minim si a celui maxim admis in caldare. La unele caldari ignitubulare se mai intalnesc si un al treilea robinet montat in dreptul nivelului mediu (normal) al apei in caldare.

La deschiderea robinetelor, prin tubulaturile conectate la ele se va observa ce anume iese - apa sau abur. Caldarile moderne de medie si inalta presiune nu sunt dotate cu asemenea robinete de control. In cazul in care totusi, acestea exista, vor fi folosite la determinarea nivelului apei in caldare cand numai sunt alte posibilitati de stabilire a nivelului.

Aparate de masura si control

Pentru a asigura si urmarii procesul normal de functionare a caldarii, aceasta trebuie sa fie dotata cu o serie de aparate pentru masura si control al parametrilor. Scopul acestor dotari este acela de a :

      supraveghea si determina presiunea aburului in caldare;

      urmari si masura nivelul apei in caldare;

      determina consumul orar de combustibil;

      masura debitul de aburi al caldarii, temperatura aburului, a aerului si a combustibilului precum si a gazelor de evacuare.

Avand in vedere cele de mai sus, se poate spune ca aparatele de masura si control ne ajuta sa mentinem parametrii caldarii in anumite limite functionale sigure si economice.

Din categoria aparatelor de masura si control fac parte:

Indicatoarele de nivel

Au rolul de a indica in mod fidel si in permanenta nivelul apei in caldare. Uzual, tinand cont de importanta lor deosebita, caldarile navale sunt dotate cu doua indicatoare de nivel care lucreaza in acelasi timp si permit urmarirea si compararea nivelului de apa din caldare in orice moment. Functionarea indicatoarelor de nivel se bazeaza pe principiul vaselor comunicante in care se gaseste acelasi lichid.

Montarea indicatoarelor de nivel se face de maniera de a permite ca observarea nivelului optim al apei in caldare sa se gaseasca la jumatatea indicatorului. Nivelul mediu trebuie sa se afle la o inaltime de circa 150 - 170 mm deasupra nivelului ultimului rand de tuburi, in cazul caldarilor acvatubulare si deasupra nivelului cerului cutiei de foc la caldarile ignitubulare. La caldarile triunghiulare, indicatoarele de nivel se monteaza pe capacul frontal al colectorului de abur, simetric fata de axa verticala a acestuia si la acelasi nivel.

La caldarile navale sunt folosite urmatoarele tipuri de indicatoare de nivel:

a) - cu sticla cilindrica - format dintr-o o sticla de nivel de forma cilindrica fixata cu capetele in doua stuturi de bronz care prin intermediul unor robinete fac legatura cu spatiul de apa si abur al caldarii. Sticlele cilindrice au lungimea cuprinsa intre 300 - 400mm, diametrul de 12 - 20 mm si au perete cu grosimea de 3mm.

Indicatoarele de acest tip - fig. 7a-sunt specifice caldarilor de joasa presiune - sub 15 bar

b) - cu sticla plata - fig. 7b - folosesc sticle de tip klinger, care pot avea dimensiuni diverse dar au forme identice. Sticla are una din suprafete neteda iar alta cu canale triunghiulare. Suprafata neteda este montata spre exteriorul indicatorului, iar canalele de pe suprafata opusa asigura o nuanta mai inchisa la culoare, din cauza refractiei lumini, fapt ce permite o mai buna citire a nivelului apei in caldare. Sticla este fixata intr-o rama metalica prevazuta cu un canal cu latimea de 17mm si lungimea de 200mm prin care se face supravegherea sticlei de nivel. Pe rama exterioara sunt marcate trei semne distinctive corespunzatoare nivelelor : minim, mediu si maxim de apa.

Indicatoarele de nivel cu sticle plate sunt folosite la caldarile cu presiunea de regim de pana la 50 bar. Sticlele sunt confectionate cu latimi de 20 mm sau 34 mm, si cu lungimi cuprinse intre 240 si 280mm. La montare se va urmarii executarea unei strangeri uniforme a suruburilor de fixare altfel sticla se va sparge imediat dupa incalzire.

c)- cu placi de mica - sunt folosite pentru caldarile cu presiune nominala mai mare de 50 bar. Sunt foarte asemanatoare cu indicatoarele cu sticla plata; diferenta intre acestea consta in aceia ca in loc de sticla se folosesc placi cu mica, care asigura o mare rezistenta la presiuni si temperaturi.

d)      - indicatoare de nivel de la distanta - sunt folosite la caldari acvatubulare moderne in scopul de a permite o buna supraveghere a nivelului de apa de la platforma la care fochistul isi face cartul. Un asemenea indicator de nivel este prezentat in fig. 8. Asa cum se vede din schema, coloanele de apa sunt formate din doua tuburi comunicante cu niveluri diferite, care sunt echilibrate de catre coloana unui alt lichid cu greutate specifica mare. Presiunea coloanelor de apa asupra lichidului greu se modifica odata cu variatia nivelului apei incolore si va oscila intr-un indicator de nivel corespunzator cu variatia nivelului.

Cel mai adesea la caldarile navale se utilizeaza indicatoare de nivel de tipul celui prezentat in fig.9

In aceasta instalatie partea inferioara a indicatorului pana la jumatatea sticlei de nivel, este umpluta cu - tetraclorid - . Tetracloridul este un lichid incolor, obtinut din reziduuri petroliere a carui greutate specifica este = 1,8 kgf/dm³ si care pentru o mai buna vizibilitate se amesteca cu praf de pilitura rosie.

Nivelul apei din caldare corespunde nivelului indicat in bratul din stanga. Orice crestere a nivelului de apa in colectorul caldarii determina o crestere a nivelului apei in bratul stang al instalatiei ducand la cresterea presiunii hidrostatice asupra tetracloridului din decantor.

Pe timpul supravegherii functionarii acestui indicator de nivel se va tine cont de faptul ca:

      instalatia, in intregime, trebuie sa fie etansa;

      se intarzie putin variatia nivelului de apa in sticla de nivel coborata pe timpul variatiilor bruste de sarcina ale caldarii;

      indicatorul nu functioneaza atunci cand sticla de pe caldare este sparta sau se face purjarea sticlei;

      indiferent de gradul sau de precizie permanent se va face comparatie cu indicatorul de nivel de pe colector.

Verificarea indicatoarelor de nivel

Asa cum s-a specificat, la caldarile ignitubulare de joasa presiune, ca indicatoare de nivel sunt folosite sticle de nivel cilindrice, care sunt montate pe caldare in unul din modurile prezentate in fig.10.

Pentru verificarea indicatoarelor de nivel procedura adoptata este o functie de modul in care acestea sunt montate pe caldare. In cazul in care sticla de nivel se afla in legatura directa cu apa din caldare ca in montajele (a) si (b), pentru a vedea daca robinetii sticlei sunt in buna stare intai se inchid ambii robineti si apoi se deschide robinetul de purja. Dupa aceea cu purja deschisa, se deschide intai robinetul superior, apoi cel inferior, permitandu - se purjarea sticlei prin golirea apei. In acest mod se verifica buna functionare a armaturilor si indicarea corecta a nivelului apei in caldare.

In situatia in care montajul sticlelor de nivel este cel reprezentat in pozitiile (c ) si (d) existenta unor tubulaturi s ia unor robineti suplimentari maresc riscul ridicarii defectuoase a nivelului de apa. Pentru verificarea coloanelor de apa in primul rand se probeaza conexiunile inferioare prin inchiderea robinetelor A si B si deschiderea robinetilor C, D si E; daca apa curge liber prin robinetul de purja (E) conexiunea este in ordine. In eventualitatea in care una din conexiuni nu este in ordine, se face o testare incrucisata pentru determinarea robinetului defect. Pentru aceasta se inchid robinetii A si D si se lasa deschisi robinetii C, B si E dupa care se inchid robinetii C si B lasand deschisi pe A, D si E.

In cazul montajului prezentat in fig. (d) - sticla montata pe o coloana cu partea centrala plina - verificarea se face ca in cazul montajelor de la (a) si (b) .

Revizia armaturilor indicatoarelor de nivel

Revizia armaturilor sticlelor de nivel trebuie sa se faca cel putin la fiecare inspectie a caldarii. Cu aceasta ocazie trebuie sa ne asiguram ca orificiile de trecere din robinete, tubulaturi si coloane sunt libere de obstructii. Manerele robinetelor trebuie sa fie pozitionate de maniera ca atunci cand sunt in pozitie verticala, inspre in jos - fig. 9. - aceasta sa reprezinte pozitia lor normala de lucru - apa si abur deschis - purja inchisa.

In situatiile in care sticlele sunt prevazute cu valvule si nu cu robinete, se vor inspecta indicatoarele de "inchis/deschis". Orice maner de robinet care a fost folosit, trebuie repus imediat pe pozitia sa normala de lucru.

Sticlele de nivel, chiar daca nu se sparg, dupa o functionare indelungata devin mate si nu mai asigura o citire corecta a nivelului apei din caldare, motiv pentru care, din timp in timp, acestea trebuie sa fie inlocuite. La montarea unei sticle noi trebuie sa ne asiguram ca aceasta are lungimea corecta. O lungime pre mare poate restrictiona sau chiar bloca conexiunea cu aburul, iar o sticla prea scurta poate obtura partea inferioara.

Manometre si termometre

In marea lor majoritate, functionarea manometrelor folosite la caldarile marine se bazeaza pe principiul Burdon. Constructiv un astfel de manometru este prezentat in fig. 11. Componenta principala a manometrului o constituie un tub, confectionat din bronz sau otel inoxidabil a carui sectiune transversala are forma ovala si care este indoit sub forma unui arc. Unul din capetele tubului este inchis iar celalalt este pus in legatura cu camera de abur a caldarii. Sub actiunea presiunii interioare, tubul tinde sa se indrepte determinand capul tubului 2 prin parghia 3 sa actioneze sectorul dintat 4 in jurul axei 5. Tot sectorul dintat 4 rasuceste si roata dintata 6 pe axul careia se afla acul indicator 7, care se va opri cu varful in dreptul unei valori marcate pe cadranul manometrului. Atunci cand manometrul nu se afla sub presiune indicatorul trebuie sa se sprijine pe un stift montat special.

Este foarte important sa fim siguri ca stiftul este fixat si ramane la pozitie. Au fost cazuri cand lipsa acestui stift a permis acului indicator sa inceapa un al doilea circuit pe cadranul manometrului si astfel sa indice o valoare falsa - mai mica - a presiunii cand de fapt, caldarea se afla in situatia unei periculoase supra presiunii.

Punerea manometrului in legatura cu caldarea se face prin intermediul unui tub, de forma spirala sau sifon, umplut cu condensat, pentru ca in manometru sa nu patrunda direct aburul si sa-l incalzeasca nepermis.

Manometrele nu trebuie sa fie fierbinti pe timpul functionarii uzual constructia manometrelor este facuta sa asigure un grad de precizie egal cu 1% din valoarea maxima inscrisa pe scala. Montajul manometrelor se face in pozitie verticala, exceptand modele special construite, si trebuie sa fie controlate in mod regulat pentru exactitatea indicatiei.

Pentru masurarea temperaturii diversilor parametrii ai caldarilor sunt folosite urmatoarele tipuri de termometre:

a)      - termometre cu mercur - sunt termometre de sticla, de diverse tipuri constructive, introduse in armaturi metalice de protectie contra spargerii. Termometrele cu mercur se folosesc la masurarea temperaturilor de pana la 850˚ C. Peste aceasta valoare exista riscul fierberii mercurului. Pentru a se prevenii acest neajuns si pentru a se marii plaja de masurare pana la valori de 550˚C, deasupra mercurului se introduce azot la o presiune de 10 bar. Indicatiile acestor termometre nu pot fi transmise la distanta;

b)      - termometre manometrice - au forma prezentata in fig. 12 si pot transmite indicatii exacte de temperaturi pana la o distanta de circa 60 metri fata de locul masurarii.

Aceste termometre functioneaza pe principiul variatiei presiunii in raport cu temperatura mediului din interiorul manometrului tubului si a elementului termic. Tubul flexibil capilor este lipit cu un cap la elementul termic si cu celalalt la manometrul care are cadranul gradat in grade Celsius. Elementul termic in functie de limitele temperaturii de masurat se poate umple cu fluide ca: spirt, mercur etc. Odata cu cresterea temperaturii elementului termic, fluidul aflat in interiorul sau vaporizeaza intens fapt ce duce la cresterea presiunii care se transmite manometrului.

c) - pirometre termoelectrice - sunt folosite pentru masurarea temperaturilor inalte. Functionarea acestora se bazeaza pe faptul ca, in punctul de imbinare prin lipire a doua metale diferite, in timpul incalzirii ia nastere un curent electric a carui valoare variaza cu temperatura. Asa cum se vede din fig.14 un astfel de termometru este format dintr-un termocuplu (1) conductori electrici (2) si un galvanometru (3) al carui cadran este gradat in grade centigrad.

d)- pirometre optice - sunt folosite pentru masurarea temperaturilor foarte inalte - pana la 1800˚C - in focarul caldarii sau in alte puncte ale circuitului gazelor arse. Aceste pirometre se pot monta la distante apreciabile fata de mediul a carui temperatura trebuie sa o indice, nefiind necesar un contact direct intre acestea. Masurarea se face prin compararea energiei de radiatie. Ca etalon pentru comparatie se foloseste filamentul unui bec electric care, prin reglarea curentului poate radia in mod diferit permitand compararea intensitatii luminii radiate de corpul incalzit.

Alarme pe nivel minim de apa si oprirea combustibilului

Societatile de clasificare impun ca la caldarile marine sa existe sisteme de alarma pentru nivel minim de apa. La caldarile acvatubulare sunt necesare doua astfel de alarme in timp ce, la caldarile ignitubulare o singura alarma este considerata a fi suficienta. Echipamentele trebuie sa fie capabile sa actioneze in sistem de alarmare optic si sonor si sa opreasca automat alimentarea cu combustibil a arzatorului atunci cand nivelul de apa din caldare scade sub o anumita valoare predeterminata.

Avand in vedere cantitatea redusa de apa existenta in caldarile acvatubulare precum si rata de vaporizare foarte ridicata este necesar ca, pentru prevenirea unor avarii deosebite, pentru nivel minim de apa sa existe un sistem de alarmare. Mecanismul de alarma pentru nivel minim de apa si oprire a combustibilului poate fi montat atat in interiorul colectorului de abur cat si in exteriorul acestuia. Pentru montajul exterior sunt necesare conexiuni pentru aburi si apa cu colectorul.

Initial, acest mecanism operational consta dintr-un flotor conectat la o valvula cu ac. Ventilul valvulei este tinut pe scaunul sau prin actiunea flotorului atunci cand nivelul apei se afla deasupra nivelului minim permis. In eventualitatea ca nivelul apei scade la un nivel minim periculos, ventilul valvulei deschide si permite aburului din sistem sa treaca printr-o alarma sonora si sa inchida alimentarea arzatorului de combustibil. O alarma de nivel minim de acest tip este prezentata in fig. 15.

La caldarile moderne asemenea sistem de alarma si intrerupere a alimentarii cu combustibil este parte integranta a sistemului de alimentare cu apa, care numai este actionat de catre abur ci de catre intrerupatoare electrice sau relee pneumatice si sunt operate prin actiunea unor mecanisme de tip flotor magnetic, instrumente de presiune diferentiala si capacitoare de tip nivel.

Suflatoare de funingine

Pentru mentinerea suprafetelor de incalzire a caldarilor la stare curata periodic acestea trebuie sa fie suflate pentru indepartarea depunerilor de funingine care se intalnesc in toate pasajele de trecere a gazelor arse.

Suflatoarele de funingine trebuie sa fie montate in pozitii convenabile astfel ca toate suprafetele de incalzire, tuburi, supraincalzitoarele, economizoarele si incalzitoarele de aer sa poata fi mentinute in conditii de curatenie. Se recomanda ca suflarea depunerilor de funingine sa se faca la cel putin 12 ore.

Operatiunea de curatire este executata prin intermediul jeturilor de apa sau aer de inalta presiune, care actioneaza astfel incat sa acopere toate partile de incalzire.

Suflatoarele de funingine folosite la caldarile ignitubulare - prezentate consecutiv in fig.16, sunt situate in camerele de ardere, iar duzele, confectionate din otel inalt rezistent la temperatura, sunt dispuse astfel incat, atunci cand nu sunt in operatiune sa poata fi retrase in carcasa de protectie.

Aceasta carcasa, in general este un tub este un tub care trece prin spatiul de apa situat intre peretele dorsal al caldarii si peretele dorsal al cutiei de foc si este, in acest fel, bine racit.

In cazul caldarilor acvatubulare suflatoarele de funingine folosesc, la fel, aer sau abur de inalta presiune si pot fi actionate manual sau automat. Suflatoarele cu o singura duza retractabila - prezentate in fig. 16, uzual, sunt instalate in focare si in alte zone cu temperatura ridicata.

Elementul de sustinere a duzelor multiple este protejat pana la retractare si este pus in pozitie de suflare prin intermediul unui sistem cu surub fara sfarsit dupa care, se opereaza cama care actioneaza supapa de admisie a aburului. Unghiul de suflare este controlat prin forma camei iar jetul puternic de abur este dirijat numai pe directia dorita.

Acest tip de suflatoare este foarte eficient in serviciu si are o durata de folosire foarte lunga chiar si in cele mai dificile conditii de lucru. Valvula de distributie este tinuta inchisa de catre presiunea aburului iar inaltimea de refulare este functie de presiune numai pe timpul operatiilor de suflare; garniturile se schimba usor, cu garnituri metalice, in timpul functionarii caldarii, iar toate componentele sunt confectionate din aliaje metalice rezistente la temperaturi inalte.

Elementul de sustinere a duzelor multiple este protejat pana la retractare si este pus in pozitie de suflare prin intermediul unui sistem cu surub fara sfarsit dupa care, se opereaza cama care actioneaza supapa de admisie a aburului. Unghiul de suflare este controlat prin forma camei iar jetul puternic de abur este dirijat numai pe directia dorita.

Acest tip este foarte eficient ]n serviciu si are o durata de folosire foarte indelungata chiar si in cele mai dificile conditii de lucru. Valvula de distributie este tinuta inchisa de catre presiunea aburului iar inaltimea de refulare este functie de presiune numai pe timpul operatiilor de suflare; garniturile se schimba usor, cu garnituri metalice, in timpul functionarii caldarii, iar toate componentele sunt confectionate din aliaje metalice rezistente la temperaturi inalte.

Aceste suflatoare pot fi actionate manual sau automat. In cazul in care carcasa suflatorului trece prin peretii focarului duza este supusa la temperaturi foarte ridicate, chiar si cand este retardata, fapt ce face necesara montarea unei conexiuni de aer direct de la ventilatorul pentru racirea carcasei.

Folosirea sistemului de suflare cu aer implica existenta unui compresor pentru aer care sa livreze circa 3,5 m³de aer pe minut la opresiune de 8-14 bar, si o butelie cu capacitate de 3,5m³ aer. Controlerul si suflatoarea de acest tip este prezentat in fig.17.

Succesiunea operatiilor incepe prin rotirea manuala a valvulei pentru alimentarea cu aer; terminatia operatilor se face automat atunci cand controlerul principal a completat ciclul pentru toate unitatile de suflare de suflare; a fost oprita functionarea compresorului si a fost declansata alarma sonora.

Fiecare suflator este de tip multi - jet rotativ si livreaza o serie de suflari cu aer cu durata de o secunda, timp in care fiecare element este rotit cu unghi de 17,5˚. In perioada dintre suflari compresorul restabileste presiunea de aer di butelie timp in timp de aproximativ un minut. Dupa aceasta, aerul de comanda repune in miscare clinchetul de comanda pentru deplasarea pistonului, se incepe rotirea elementului si actionarea valvulei pentru aerul de suflare. Controlerul de comanda dispune de un mecanism de rotire similar al carui rol este de a regla alimentarea cu aer de comanda pentru o rotatie completa a elementului de suflare si de a transfera alimentarea cu aer la urmatorul suflator.

Este foarte important ca pe timpul exploatarii caldarii, suflatorul sa opereze numai pe un arc de 90˚. Uzual, dereglarea acestei valori are loc, in special, dupa executarea reparatiilor sau inspectiilor la caldari, cand suflatorul a fost demontat. Cand exista dubii asupra acestei pozitionari trebuie sa se faca remedierile necesare cu proxima ocazie.

Accesoriile interne ale caldarii

Avand in vedere conditiile deosebite in care lucreaza caldarile navale, pentru buna functionare, in interiorul acestora sunt montate o serie de accesorii care participa nemijlocit la desfasurarea proceselor fizice ce se desfasoara in caldari. In cazul caldarilor acvatubulare, asa cum se vede in fig. 18, majoritatea accesoriilor interne sunt montate in colectorul superior

Accesoriile interne ale caldarii sunt reprezentate prin :
a) - tubul culegator de vapori - aburul produs prin intermediul unui tub cu o forma speciala montat in partea superioara a colectorului de abur. Tubul mai are rolul de a reduce; pe cat posibil, cantitatea de apa din abur. Constructia si modul de fixare a tubului este prezentata in fig.19.

Tubul este fixat cu partea sa exterioara prevazuta cu crestaturi transversale cu latimea de 8mm; destinate captarii aburului; la o distanta de 80mm fata de suprafata interioara a colectorului. In general, diametrul tubului culegator variaza intre valorile de 160-280mm, si este functie de cantitatea de abur generata de caldare. Pentru un montaj si intretinere usoara, tubul culegator este construit din mai multe tronsoane de forma conica; confectionate din otel cu grosimea de 3-4 mm.

b) - placa calmanta -este confectionata din tabla de otel cu grosimea de 3mm, si este folosita ca mijloc fizic de asigurare a unei distributii uniforme a bulelor de abur, pe toata suprafata oglinzii de vaporizare si prin aceasta prevenirea formarii cocoasei de vaporizare.

La caldarile navale moderne, placa calmanta are orificii cu diametre cuprinse intre 8 si 22mm si este dispusa sub oglinda de vaporizare la adancimi cuprinse intre 40-200mm. Numarul total al orificiilor practicate este cuprins intre 4000si 6000.

Dispunerea placii se face de maniera de a proteja intreaga suprafata a oglinzii de vaporizare. Pentru a putea fi introdusa in caldare, placa calmanta este confectionata din mai multe sectiuni cu dimensiuni care pot trece prin autoclava de la colector.

Placa calmanta asigura reducerea umiditatii aburului de la 8%, cazul caldarilor fara placa calmanta; la circa 2%, in plus, are rol de stabilizator al nivelului apei atunci cand nava este supusa la ruliu, impiedicand trecerea rapida a apei dintr-un bord in altul asigurand astfel stabilitatea apei in caldare.

c)      - prelungitorul tubului de alimentatie - la caldarile acvatubulare alimentatia cu apa se face numai in colectorul superior. Distribuirea apei in interiorul colectorului se face prin intermediul prelungitorului tubului de alimentatie. Forma si modul de dispunere a acestui tub depinde de tipul constructiv al caldarii. Constructiv, prelungitorul poate fi simplu sau bifurcat fiind dispus pe toata lungimea colectorului, este prevazut cu orificii cu diametrul de 5mm pentru scurgerea apei si are capatul opus intrarii apei obturat.

Dispunerea tubului prelungitor se face in totdeauna cu orificii in jos si niciodata in zona centrala a colectorului pentru a se evita lipirea bulelor de abur pe suprafata interioara a primelor randuri de tuburi fierbatoare si prin aceasta arderea lor.

Tubul prelungitor este confectionat din mai multe tronsoane din tuburi de otel unite prin flanse, al caror diametre depind de cantitatea de apa ce se introduce in caldare iar fixarea lui se face cu ajutorul unor coliere prinse de colector sau de traversele placii calmante.

d) - separatorul apei de alimentatie - se monteaza in colector asa cu este prezentat in fig. 20 pentru a se evita contactul direct dintre apa de alimentare si bulele de abur si pentru a nu permite patrunderea bulelor in tuburile coboratoare.

Separatorul este construit dintr-o tabla de otel cu grosimea de 3-4mm, dispusa pe lungimea colectorului intre prelungitorul tubului de alimentatie si colectorul caldarii.

Un capat al separatorului se fixeaza de traversa placii calmante iar celalalt de un cornier, fixat prin suruburi in peretele colectorului iar partea sa inferioara se fixeaza dupa ultimul rand de tuburi de coborare si inaintea celor de ascensiune.

In partea inferioara separatorul este prevazut cu decupari pentru a permite scurgerea apei atunci cand se face golirea apei.

e) - palnia extractiei de suprafata - este montata in colectorul superior cu scopul de a reduce concentratia mare de saruri si de a indeparta grasimile aflate la suprafata oglinzii de vaporizare. Palnia este confectionata di tabla de otel cu grosimea de 3mm, este montata in centrul colectorului la o distanta cu prinsa intre 10-60mm sub nivelul minim de apa, si prin intermediul unei tubulaturi este pusa in legatura cu valvula de extractie. Functie de lungimea colectorului, in acesta pot fi montate una sau doua palnii - fig.21.

Fixarea acestora se face pe traversele placii calmante sau de tuburile de alimentare.

f) - zincurile caldarii - au rolul de a proteja metalul caldarii impotriva procesului electrochimic ce are loc ca urmare a potentialelor electrice diferite pe care le are le au diversele metale folosite in constructia caldarii. Pentru protectia se monteaza placile de zinc electrolitic cu dimensiunile 300x300x25 mm sau 300x150x25 mm, care la montaj trebuie sa faca un bun contract cu metalul colectorului. Placile de zinc se monteaza in cutii din tabla perforata, pentru a preveni caderea particulelor de zinc, in tuburile caldarii, ca urmare a descompunerii placilor.

Curs 5

Exploatarea caldarilor navale

Generalitati

Pentru ca o caldare sa poata fi pusa in functiune, dupa o oprire oarecare, este necesar ca aceasta sa fie pregatita sa ajunga intr-o stare termica care sa-i permita acest lucru. La bord, pregatirile pot fi facute fie pentru cazul in care caldarea se afla dupa o scurta stationare, fie pentru cazul unei stationari indelungate sau dupa reparatii. O atentie deosebita se va acorda celei de a doua situatii.

In cazul in care caldarea este deschisa, inainte de inchidere, se va proceda la o inspectie interioara minutioasa pentru a ne convinge ca toate accesoriile interne sunt bine montate si fixate , ca nu sunt corpuri straine si ca suprafata interioara este suficient de curata. Dupa terminarea inspectiei se procedeaza la inchiderea caldarii, prin montarea autoclavei pe garnituri noi si se incepe controlul exterior al instalatiei procedandu-se dupa cum urmeaza:

      se verifica starea de fixare a caldarii pe postament si daca aceasta are posibilitatea de dilatare in directiile prevazute prin constructie

      se inchid toate valvulele de pe caldare cu exceptia robinetului de aer, care trebuie sa ramana deschis.

      Se controleaza starea si modul de fixare al armaturilor caldarii;

      Se verifica starea zidariei focarului si a altor dispozitive ale acestuia;

      Se verifica starea manometrelor si a tuburilor de legatura cu caldarea; robinetele se izoleaza se manevreaza in ambele sensuri pentru a putea fi gata de folosire in caz de nevoie;

      Se face un control amanuntit al compartimentului si se inlatura obiectele straine, care prezinta pericol de incendiu;

      Se inspecteaza starea aparatelor si a mecanismelor auxiliare si se pregatesc pentru functionare;

      Se verifica starea santinelor compartimentului, modul de functionare a mijloacelor de stingere a incendiilor si starea inchiderii etanse.

Dupa terminarea controlului se incepe umplerea caldarii cu apa, astfel incat nivelul de lichid sa nu depaseasca 1/3 din inaltimea sticlei de nivel. Dupa incalzire apa isi mareste volumul si nivelul in sticla atinge inaltimea nivelului normal. Nivelul apei din caldare trebuie sa asigure acoperirea cu apa a celor mai inalte suprafete incalzite ale caldarii. Pe timpul introducerii apei, robinetul de aer trebuie sa ramana deschis pentru a se asigura evacuarea aerului din caldare.

In cazul in care caldarea, aflata dupa o scurta stationare, a fost umpluta cu apa pana la robinetul de aer, este necesara golirea prin valvula extractiei de fund, a unei cantitati de apa, care sa asigure un nivel normal la sticla de nivel. Este recomandabil ca temperatura apei introdusa in caldare sa aiba valoarea apropiata de temperatura caldarii, pentru a se evita tensiunile termice in metalul acesteia. Pe timpul umplerii cu apa se vor urmari, depista si inlatura scaparile de apa pe la flanse si neetanseitati.

In situatia in care caldarea se afla dupa o stationare scurta, din programul sau de pregatire lipseste numai secventa controlului interior.

Ridicarea presiunii la caldare

Ridicare presiunii in caldare se poate face in urmatoarele situatii:

      de la rece - caldarea se afla dupa stationare si are o presiune egala cu zero.

      de la cald - caldarea este calda dar presiunea este mai mica decat presiunea de regim.

In realitatea practica exista cazuri cand ridicarea presiunii din caldare trebuie sa se faca in situatii cand :

a)      - nava nu dispune de nici un fel de energie

In aceasta situatie, cu ajutorul unei pompe de mana se introduce motorina intr-un tanc cu combustibil, cu capacitatea de 200-400 litri, situat la o inaltime de 2-4 m, fata de nivelul pulverizatoarelor. Din acest tanc, prin intermediul unei tubulaturi, combustibilul ajunge, prin cadere, la pulverizatoare. Aprinderea combustibilului se face cu festila aprinsa, introdusa printr-un orificiu special practicat, in capac, langa pulverizator, care este dirijata pe directia axei pulverizatorului, pentru aprinderea combustibilului. Dupa aprindere, festila se scoate din focar si se introduce intr-un sistem de stingere montat langa caldare.

In situatia in care combustibilul nu s-a aprins se repeta operatia. Cand combustibilul pulverizat s-a aprins, caldura degajata prin ardere se transmite apei din caldare unde incepe procesul de vaporizare. Aburul format se ridica in spatiul superior al colectorului si cu cat cantitatea sa creste,creste si presiunea in caldare. Atunci cand prin robinetul de aer iese abur, robinetul se inchide. Cand presiunea aburului din caldare atinge valoarea de 5-6 bar, se deschide usor valvula auxiliara, prin care se transmite abur la mecanismele auxiliare, se incepe incalzirea acestora si apoi punerea in functiune.

Pe timpul ridicarii presiunii in acest mod, cel putin pentru prima faza - pana la pornirea mecanismelor auxiliare - la cosul caldarii se degaja o mare cantitate de fum negru, din cauza lipsei sau insuficientei aerului pentru combustie.

b)      - nava dispune de energie electrica

Procesul de ridicare a presiunii in asemenea situatii consta din aceleasi faze caracteristice. In prima faza, dispunand de energie electrica, pot fi folosite numai mecanismele si aparatele auxiliare, care pot functiona cu asemenea energie; cum ar fi pompa de combustibil, ventilatoarele si preincalzitoarele de combustibil. Faza a doua a procesului de ridicare a presiunii incepe odata cu realizarea unei presiuni de 5-6 bar in caldare si pornirea celorlalte mecanisme auxiliare care functioneaza cu abur.

c) - nava dispune de abur

in asemenea situatie presiunea poate fi ridicata cu ajutorul aburului existent la bord, provenit de la alte caldari sau caldarine sau cu ajutorul aburului primit de la o alta nava. Ca si in celelalte situatii, ridicarea presiunii, incepe odata cu aprinderea combustibilului livrat de catre o pompa antrenata de o masina primara ce functioneaza cu abur.

Preincalzirea combustibilului se face cu abur prelucrat in mecanismele auxiliare sau provenit din tubulatura auxiliara de abur.

Primirea aburului de la o alta nava se face prin intermediul unor racorduri speciale montate pe puntea principala, in ambele borduri.

La caldarile acvatubulare, timpul necesar pentru ridicarea presiunii variaza intre 30 si 60 de minute, functie de volumul de apa al caldarii. In cazul caldarilor ignitubulare timpul este cuprins intre 6 si 30 ore, intrucat aceste caldari au un volum mare de apa si o suprafata de incalzire relativ mica. La caldarile moderne, pe timpul ridicarii presiunii se pot arde 25-40% din consumul maxim de combustibil.

Urmatoarea etapa, dupa punerea caldarii in functiune, o reprezinta punerea caldarii in comunicatie cu masinile care functioneaza cu abur. Pentru aceasta este necesara pregatirea tubulaturii magistrale de abur care, inainte de a suporta circulatia aburului cu parametrii de regim, trebuie adusa la o stare termica cat mai apropiata de regimul de lucru. Incalzirea magistralei de abur se face prin deschiderea partiala a valvulei principale de abur, astfel incat aburul sa poata incalzi tubulatura si armaturile montate pe ea. Condensul format pe tubulatura se scurge prin intermediul unei tubulaturi de purjare, prevazute cu robineti, montate in anumite puncte pe traseu. In momentul in care prin purji iese abur viu, se considera terminata perioada de incalzire a tubulaturii, purjile se inchid si valvula de abur se deschide complet.

Daca la aceeasi magistrala de abur sunt conectate mai multe caldari aflate sub presiune, conectarea altei caldari se va face numai cand presiunea sa de regim este mai mare cu cel putin 0,5 bar decat presiunea aburului din tubulatura magistrala. In caz ca nu se respecta aceasta conditie, caldarea nu livreaza abur in magistrala, iar presiunea va tinde sa se egalizeze in intreaga instalatie de caldari.

Cand caldarile au atins presiunea de regim se impune verificarea functionarii supapelor de siguranta fie prin manevrare manuala, fie prin cresterea presiunii cu circa 0,5-0,7 bar peste valoarea presiunii de regim.

Supravegherea functionarii caldarii

In momentul in care caldarile sunt conectate la tubulatura magistrala de abur, se considera ca acestea pot sa alimenteze principalii consumatori de abur de la bord. Pentru asigurarea unei bune functionari a instalatiilor si livrarea aburului pentru o perioada lunga de timp, este necesara realizarea unui program corect de supraveghere a functionarii caldarilor. In timpul functionarii caldarii un loc principal in ocupa supravegherea urmatoarelor:

a) - alimentarea caldarii cu apa

Supravegherea nivelului de apa in caldare si mentinerea lui la o valoare constanta in sticlele de nivel, cade in sarcina fochistului. In cazul caldarilor acvatubulare, intreruperea alimentatiei cu apa pentru o perioada de 1-2 minute duce la evaporarea completa a apei din caldare si la arderea acesteia. Uzual, nivelul apei in sticlele de nivel trebuie sa oscileze usor in dreptul semnului de valoare medie marcat pe indicatoarele de nivel. Daca nivelul apei ramane nemiscat comunicatiile sticlelor cu caldarile sunt infundate, astfel ca in sticle exista apa dar in caldare nivelul este insuficient sau invers.

Controlul sticlelor de nivel se face prin purjarea acestora la fiecare sfert de ora timp de 2-3 secunde. Pe timpul purjarii apa trebuie sa dispara din sticle, iar dupa inchiderea robinetului trebuie sa reapara.

Daca din diverse motive una dintre sticlele de nivel a fost scoasa din uz, functionarea caldarii numai cu o singura sticla se admite pentru o perioada de maxim 20 minute, timp considerat ca suficient pentru inlocuirea sticlei defecte. In caz ca dupa cele 20 de minute caldarea a ramas tot intr-o sticla de nivel se va proceda la oprirea caldarii si remedierea avariei. O caldare acvatubulara poate functiona peste 20 de minute numai cu o singura sticla de nivel, numai cu conditia asigurarii unei supravegheri stricte si numai in cazuri de forta majora, cand viata echipajului si a navei depinde de functionarea continua a caldarii. La caldarile ignitubulare problema nivelului de apa nu este la fel de stricta, intrucat acestea au volum mai mare de apa si un consum mai mic de combustibil.

La disparitia apei din sticlele de nivel ale caldarii acvatubulare aceasta se opreste imediat indiferent de timpul cat sticla a ramas fara apa. Tinand cont de acest lucru, concluzia care se trage este ca functionarea caldarii fara apa la sticlele de nivel este strict interzisa. Aceeasi interzicere se aplica si pentru alimentarea cu apa a caldarii aflate in asemenea situatie.

In aceasta situatie, caldarea se opreste se lasa la racit si se inspecteaza la exterior, pentru depistarea eventualelor deformatii in structura sa metalica si numai in cazul in care acestea nu au aparut, caldarea se alimenteaza cu apa si se reaprind focurile.

b) - supravegherea arderii

Arderea combustibilului in caldare este sursa de caldura care asigura vaporizarea apei din caldare. O ardere incorecta reduce randamentul caldarii, produce fum la cos si nu produce un abur cu parametri normali. Conducerea arderii este in sarcina fochistului, care trebuie sa acorde o atentie deosebita functionarii pulverizatoarelor si mentinerea temperaturii combustibilului la valori de circa 80-90˚C, la iesirea din preincalzitor.

Canalele interioare ale pulverizatoarelor mecanice trebuie sa fie mentinute in stare curata, pentru a permite pulverizarea uniforma a combustibilului la o valoare de circa 30bar. Obturarea canalelor de pulverizare duce la dereglarea arderii.

Temperatura combustibilului joaca un rol determinant in desfasurarea arderii. Daca temperatura este scazuta lichidul devine vascos si se ingreuneaza trecerea prin canalele pulverizatorului si pulverizarea sa. O buna combustie se obtine atunci cand combustibilul pulverizat in focar arde complet si in timp util si este caracterizat de:

      claritatea gazelor de cos;

      culoarea roza a gazelor in interiorul focarului; atunci cand se priveste prin vizor se vad clar caramizile de pe peretele opus;

      zgomotul constant, fara vibratii, produs de pulverizatoare.

Supravegherea arderii se face prin intermediul unui periscop, montat cu vizorii in dreptul fiecarei caldari, prin intermediul caruia se poate urmari filamentul unei lampi electrice dispusa in partea opusa cosului. Cand filamentul se vede clar inseamna ca gazele sunt transparente, produse in urma unei combustii corecte.

Culorile gazelor de la cosul navei ne dau informatii asupra naturii arderii, dupa cum urmeaza:

      gaze transparente - ardere completa

      gaze de culoare inchisa - lipsa de oxigen, ardere incompleta

      gaze de culoare galben deschis - exces de aer

      gaze de culoare alba - apa in combustibil sau tuburi sparte

Daca in timpul functionarii caldarii apar scapari de apa sau aburi pe la diverse imbinari nu se va proceda la strangerea piulitelor si nu se vor initia reparatii sau inlocuiri de componente atata timp cat caldarea este in functie. Daca scaparile nu pun in pericol viata echipajului si caldarea nu poate fi oprita pentru reparatii, scaparile se neglijeaza pana exista posibilitatea opririi caldarii si eliminarea cauzelor.

Reglarea arderii in focarul caldarii se face in functie de indicatiile manometrelor pentru presiunea de regim care, indiferent de situatie, trebuie mentinuta la o valoare constanta. Presiunea aburului nu trebuie sa scada sub 75% din valoarea presiunii de regim.

Anomalii care pot aparea in functionarea caldarii

In timpul functionarii caldarilor navale pot aparea fenomene anormale care impun luarea unor masuri de urgenta, pentru asigurarea continuarii functionarii sau impun oprirea imediata a acesteia. Functie de gravitatea pericolului pe care il prezinta pentru caldare, fenomenele anormale se impart in:

Fenomene anormale care impun oprirea imediata a caldarii

In categoria acestor fenomene intra:

a) - pierderea apei la sticlele de nivel - atunci cand, din diverse motive, apa a disparut complet din sticlele de nivel se poate produce arderea suprafetelor metalice ale caldarii si chiar explozia acesteia. Pierderea apei se manifesta prin:

- lipsa apei in sticlele de nivel;

- aparitia unor pete rosii sau albe de diverse dimensiuni in structura metalica a caldarii

- topirea dopului de siguranta amplasat pe cerul focarului la caldarile ignitubulare

- miros specific de cauciuc ars

- umflarea si explozia tuburilor

Pierderea apei se poate datora urmatoarelor cauze:

      neatentia fochistului

      infundarea sticlelor de nivel

      pierderea apei in afara caldarii prin tuburi sparte

      apa de alimentatie are o temperatura prea ridicata

      capul de alimentatie este blocat

      pompa de alimentatie are o aspiratie si o refulare defectuoasa, etc.

In asemenea situatie la bord, se vor lua masuri ca:

      oprirea imediata a caldarii

      inspectarea amanuntita a suprafetei de incalzire vizibila pentru depistarea eventualelor deformatii

      punerea caldarii la rece

      daca in structura metalica a caldarii nu au aparut deformatii se alimenteaza caldarea cu apa, se aprind focurile si se tine sub observatie stricta comportamentul caldarii.

b) - supraincalziri locale in metalul caldarii si deformarea lui

In cazul functionarii anormale in structura metalica a caldarilor acva si ignitubulare pot sa apara supraincalziri locale periculoase si cauzele care duc la asemenea situatii sunt:

      lipsa apei in caldare;

      existenta unor straturi groase de crusta pe suprafata de incalzire;

      urme de grasimi pe suprafata de incalzire;

      functionarea defectuoasa a unuia sau mai multor pulverizatoare fapt ce face ca flacara sa loveasca direct in suprafata de incalzire.

Supraincalzirea locala a metalului se manifesta prin inrosirea tubului de flacara la caldarile ignitubulare, a tuburilor fierbatoare situate in imediata apropiere a focarului la caldarile acvatubulare si a portiunilor metalice din corpul caldarilor.

In asemenea situatii se impun urmatoarele masuri:

      oprirea focurilor si verificarea nivelului si calitatii apei

      stabilirea cauzelor care au condus la aparitia fenomenului si inlaturarea lor.

Deformarea metalului supraincalzit este specifica caldarilor ignitubulare care au suferit supraincalziri locale nedescoperite la timp.

c) - spargerea tuburilor la caldarile acvatubulare

- este un fenomen suficient de frecvent, in exploatarea caldarilor navale, determinat de:

- lipsa de apa si incalzirea locala a tuburilor;

- existenta unui strat gros de crusta pe peretii tuburilor;

- deranjarea circulatiei apei in caldare.

Spargerea tuburilor este semnalata prin:

      prezenta in mod continuu a aburului in gazele de evacuare din esapamentul caldarii;

      zgomote specifice scaparilor de abur (suieraturi) in zona tubului ars sau spart;

      aparitia unor jeturi puternice de abur in focar sau in camera de fum.

Lipsa apei in tuburi este produsa de:

      pierderea apei din sticlele de nivel;

      montajul incorect al sticlelor de nivel (prea jos);

      lipsa placii calmante si oscilatiile mari ale navei.

Crusta groasa pe peretii tuburilor este produsa de duritate ridicata a apei ca urmare a netratarii chimice a acesteia.

Deranjarea circulatiei apei apare atunci cand bulele de abur se lipesc de peretii tubului, in loc sa circule prin acestea, inrautatesc transferul de caldura in acel loc si produc arderea tuburilor. Cu cat circulatia apei este mai intensa cu atat mai bine vor fi racite tuburile. Uzual, cel mai frecvent, se sparg tuburile situate in zona ultimelor randuri, din cauza lipsei de apa, produsa de mentinerea unui nivel scazut in sticlele de nivel.

In cazuri mai rare, se pot sparge si tuburi situate in zona primelor randuri, din cauza lipirii bulelor de abur pe suprafata lor interioara sau ca urmare a montajului gresit al prelungitorului tubului de alimentatie. Montarea acestuia nu trebuie sa fie facuta in dreptul tuburilor de ascensiune, intrucat presiunea mare a apei de alimentatie face ca bulele de abur din primele randuri de tuburi sa-si reduca viteza de deplasare si chiar sa se lipeasca de peretii interiori ai acestora. Spargerea tuburilor, indiferent de cauza, impune oprirea imediata a caldarii. Dupa o racire de circa 24 ore, se deschide caldarea, se face determinarea tuburilor avariate si se procedeaza la tamponarea lor. Pentru determinarea tuburilor sparte se foloseste pompa de presat tuburi a carei presiune este de 8-10 bar si se procedeaza dupa cum urmeaza:

      se goleste caldarea de apa si se lasa la racit;

      se stabileste aproximativ zona si numarul tuburilor sparte;

      cate un om intra in colectorul superior si in cel inferior;

      tubul flexibil de refulare al pompei de presare se introduce in capatul unui tub din placa tubulara a colectorului superior si se incepe presarea apei. Daca manometrul de pe pompa indica o presiune crescuta, tubul testat este bun;daca presiunea nu creste rezulta ca apa scapa prin spartura tubului. In ultima situatie omul din colectorul inferior introduce un dop de lemn in tubul avariat si il bate cu ciocanul, fara sa-l sparga, pana ce aproximativ jumatate din lungimea dopului a patruns in tub. Aceeasi operatie se executa si la capul tubului din colectorul superior.

Tamponarea tuburilor se poate face si cu dopuri metalice de forma tronconica cu o conicitate de 1/10.d .Societatile de clasificare nu permit functionarea unei caldari, care are un numar de tuburi tamponate mai mare de 10% din numarul total de tuburi si cer evidenta acestora . Pentru aceasta, se executa o schita cu dispunerea tuturor tuburilor in placile tubulare si hasurarea tuburilor tamponate.

La caldarile acvatubulare, inlocuirea tuburilor avariate nu poate fi facuta decat odata cu inlocuirea totala a tuburilor caldarii. Operatiunea se face , uzual, dupa ce s-a depasit limita de10% tuburi tamponate. Riscul functionarii unei caldari cu un numar de tuburi tamponate mai mare decat cel specificat, este deosebit de mare, intrucat se deranjeaza circulatia naturala a apei in caldare si aceasta este supusa fenomenului de ardere si explozie.

d) - spargerea tuburilor supraincalzitorului

Cauzele spargerii tuburilor la supraincalzitor pot fi

      separarea supraincalzitorului de caldare pe timpul ridicarii presiunii;

      tuburile au depuneri serioase de scala (crusta) care impiedica transferul de caldura, si se supraincalzesc pana la ardere;

      tuburile sunt puternic atacate de coroziuni intrucat, pe timpul stationarii, supraincalzitorul nu a fost in totalitate golit de apa.

Spargerea tuburilor este evidentiata prin:

      scaderea presiunii la manometrul montat pe tubulatura de abur supraincalzit;

      existenta in zona supraincalzitorului a zgomotului specific de scurgere a aburului prin spatii inguste.

La aparitia acestui fenomen caldarea se opreste imediat ,si se procedeaza la tamponarea tuburilor . Un supraincalzitor poate functiona cu un numar maxim de 10% tuburi tamponate. Inlocuirea tuburilor la supraincalzitor trebuie sa se faca independent de starea tuburilor la caldare.

e) - aparitia fisurilor in corpul caldarii

Fenomenul este specific caldarilor ignitubulare si se manifesta, in special, la locurile de imbinare a tubului de flacara de peretele frontal al cutiei de foc sau de peretele frontal al caldarii.

Fenomenul se produce ca urmare a:

      variatiilor mari de regim termic pe timpul functionarii caldarii;

      in focar se introduce aer prea rece ;

      in prima faza de ridicare a presiunii, caldarea este incalzita incorect;

      racirea brusca a caldarii;

      supraincalzirilor locale ale metalului din structura caldarii neobservate la timp.

In cazul aparitiei unor asemenea fenomene se iau urmatoarele masuri:   

      stoparea imediata a caldarii;

      se lasa caldarea sa se raceasca uniform ;

      se verifica amanuntit locul in care au aparut fisurile si se iau masuri de inlaturare a acestora .

Inlaturarea fisurilor se face prin sudare dupa o tehnologie bine stabilita. Inainte de a se initia sudarea se vor practica gauri de limitare a fisurii si se va prelucra fisura, pentru a permite sudarea atat din interior cat si din exterior.

Fenomene anormale care permit functionarea daca se intervine urgent pentru indepartarea lor

In categoria acestor fenomene, urmatoarele sunt considerate ca fiind definitorii:

a) - presiunea de regim creste peste valoarea normala. Fenomenul se observa la manometrele caldarii in momentul in care acul indicator depaseste semnul rosu de pe cadran semn care indica presiunea normala de functionare a caldarii. Acest fenomen poate fi produs de:

- neatentia fochistului;

- defectarea manometrului.

In asemenea situatii se impun urmatoarele masuri:

      se reduce consumul de combustibil prin oprirea unor pulverizatoare sau inchiderea partiala a valvulelor de alimentare;

      se inteteste alimentarea cu apa a caldarii;

      se probeaza manual functionarea supapelor de siguranta;

      se verifica functionarea supapelor de siguranta;

      se verifica functionarea manometrelor prin compararea indicatiilor cu citirile date de un etalon montat special pentru acest scop.

Pe timpul functionarii caldarii este necesar sa se verifice periodic modul de functionare a celor doua supape de siguranta montate pe caldare. Aceste supape sunt reglate sa declanseze diferentiat si anume, una la o presiune de 0,5 bar peste presiunea de regim, iar alta la o presiune cu 0,7 bar mai mare decat presiunea de regim.

In cazul in care nu se executa verificarea periodica a functionarii supapelor acestea pot sa se blocheze si in caz de aparitie a suprapresiunii in caldare exista riscul sa nu functioneze, astfel ca, rolul de protectie a caldarii nu se realizeaza.

b)      - nivelul de apa la sticlele de nivel scade anormal

Pe timpul functionarii caldarii este posibil sa apara cazuri de scadere anormala a nivelului de apa la sticlele de nivel. Asemenea situatie poate sa fie provocata de:

      neatentia fochistului;

      pompa de alimentatie functioneaza defectuos sau nu realizeaza presiunea si debitul necesar de apa cerut de regimul consumului de abur;

      exista un consum prea mare de abur;

      caldarea are tuburi sparte si apa se pierde in afara caldarii;

      blocarea capului de alimentatie pe deschis si scurgerea apei din caldare.

Masura care se impune in asemenea situatie este de a se creste acceleratia functionarii pompei de alimentatie. Daca masura nu este efectiva se opreste caldarea si se cauta motivele care nu permit mentinerea nivelului de apa. Caldarea nu se repune in functie fara depistarea si eliminarea cauzelor care au provocat asemenea fenomen.

c) - nivelul apei in caldare creste anormal

Un nivel normal al apei in caldare este considerat a fi atunci cand, la sticla de nivel, apa ocupa ¾ din inaltimea acesteia. Depasirea acestui nivel este considerata a fi o crestere anormala a apei in caldare. Aceasta crestere poate fi cauzata de:

      neatentia fochistului;

      cresterea turatiei masinii primare de antrenare a pompei de alimentatie;

      aparitia unor fenomene anormale in caldare.

In asemenea conditii se impun masuri ca:

      reducerea alimentatiei caldarii;

      purjarea repetata a sticlelor de nivel;

      reducerea focurilor;

      reducerea consumului de abur, etc.

in caz ca masurile nu sunt suficiente, se stopeaza caldarea si se trece la depistarea si eliminarea cauzelor care au generat fenomenul.

d) - aparitia ebolutiilor

Acestea sunt fenomene de fierbere turburenta a apei in colectoarele caldarii si manifesta prin oscilarea excesiva a nivelului la sticlele de nivel.

Fenomenul poate fi provocat de:

      continutul ridicat de impuritati mecanice sau chimice in apa din caldare in special grasimi;

      deschiderea brusca a valvulelor de manevra a consumatorilor de abur prin formarea unei diferente de presiune intre caldare si consumator si extragerea unei mari cantitati de abur din caldare;

      cresterea salinitatii apei, in special in apropierea oglinzii de vaporizare unde densitatea apei este mai mare, iar trecerea bulelor de abur prin oglinda de vaporizare este mult ingreunata.

Pentru a readuce si chiar a evita formarea ebolutiilor se va proceda:

      la fiecare cart se vor executa extractiile de suprafata si de fund, mai ales atunci cand la sticlele de nivel apa urca si coboara rapid si/sau se observa ulei;

      se reduce turatia masinilor, prin inchiderea partiala a valvulei de abur pe timpul extractiilor si mai ales al ebolutiilor.

Daca in urma acestor masuri ebolutiile nu inceteaza, caldarea se opreste din functiune si se vor lua masuri de executare a extractiilor de suprafata si de fund. La caldarile moderne extractiile se executa la presiune de regim.

Extractia de fund nu se face simultan la toate colectoarele inferioare, pentru a nu solicita prea mult tubulatura de extractie si pentru a nu produce o scadere prea rapida a nivelului apei in sticla de nivel. Inainte de a se incepe extractia de fund, nivelul apei in caldare se ridica pana la ¾ din inaltimea sticlei de nivel, iar pe timpul extractiei se va urmari, ca sa nu dispara apa din sticlele de nivel.

e) - spargerea sticlei de nivel

Este urmare a faptului ca:

      sticlele nu au fost incalzite suficient si uniform pe timpul ridicarii presiunii;

      sticlele nu au fost montate corect in armatura lor fapt ce da nastere la tensiuni care, pe timpul dilatarii, duc la spargerea sticlei.

Pentru incalzirea uniforma a sticlelor, pe timpul ridicarii presiunii, acestea vor fi purjate din cinci in cinci minute, timp de 1-2 secunde. Reducerea tensiunilor interne in sticlele de nivel are importanta deosebita in pastrarea integritatii acestora. Pentru aceasta, inaintea montarii unor sticle noi, acestea vor fi introduse intr-un vas in care se gaseste ulei mineral incalzit la o temperatura de 80-90˚C, pentru o perioada de 2-3 ore. Dupa scoaterea din ulei sticlele se spala atent, cu apa fiarta, pentru indepartarea urmelor de ulei, apoi se monteaza in armaturile lor. Strangerea suruburilor de la armaturi se face in cruce, pornindu-se de la centru.

La spargerea sticlelor de nivel se vor lua masurile urmatoare:

      se inchid robinetii de izolare a sticlei, fata de caldare;

      se inlocuieste sticla sparta, cu o sticla noua, in timp cat mai scurt posibil;

      supravegherea atenta a nivelului apei la sticla aflata in functiune, care va fi purjata cat mai des posibil.

      Nu se admite functionarea caldarii cu o singura sticla de nivel pentru o perioada de timp mai mare de 20 de minute. In cazul in care, din motive diverse, nu se poate inlocui sticla in timp util, se stopeaza caldarea si se iau toate masurile pentru remedierea avariilor.

Fenomene anormale care permit continuarea functionarii caldarii sub o atenta supraveghere

Asemenea situatii sunt create la aparitia unor fenomene ca:

a) - scaderea anormala a presiunii in caldare

Se considera ca acest fenomen se manifesta atunci cand, presiunea de regim nu poate fi atinsa sau mentinuta, desi conditiile de ardere sunt respectate si bine reglate, pentru un anumit regim de functionare. Cauzele care pot provoca o astfel de situatie pot fi:

      neatentia fochistului;

      caldarea are tuburi sparte;

      suprafata de incalzire este murdara si nu se realizeaza un schimb de caldura normal;

      pentru ardere se foloseste un combustibil cu putere calorifica inferioara.

Remedierea unei astfel de situatii, pe moment, se poate face numai prin marirea consumului de combustibil. Pentru eliminarea completa a situatiei este necesara oprirea caldarii si curatirea interioara si exterioara a suprafetei de incalzire a acesteia.

b) - aburul supraincalzit are o temperatura scazuta

Fenomenul are loc atunci cand suprafata de incalzire a supraincalzitorului este murdara, crusta la interior - funingine la exterior. Restabilirea capacitatii de captare a caldurii se face prin executarea operatiei de curatire interioara si exterioara.

c) - arderea incompleta a combustibilului

Este un fenomen care poate fi determinat prin analize chimice si/sau prin observarea culorii fumului de la cos. Cauzele care produc un asemenea fenomen sunt:

      temperatura combustibilului este inadecvata - in general scazuta - pentru realizarea unei pulverizari corecte;

      combustibilul are un continut ridicat de apa si impuritati;

      pulverizatoarele sunt infundate;

      in focar nu este livrata o cantitate de aer suficienta pentru formarea unui amestec omogen de combustibil;

      in focar este introdus prea mult combustibil care, neavand timp sa arda in intregime, paraseste focarul sub forma de particule fine de culoare neagra odata cu gazele arse.

Pentru a asigura arderea completa a combustibilului se impun masuri ca:

      incalzirea combustibilului si mentinerea lui, la temperaturi cuprinse intre 80-90˚C;

      purjarea tancului de combustibil sau trecerea consumului pe un alt tanc in care exista combustibil curat;

      inlocuirea pulverizatoarelor de combustibil;

      cresterea debitului de aer, introdus in focar, prin marirea turatiei suflantei;

      reglare consumului de combustibil functie de necesarul de abur etc.

d) - supraincalzirea peretilor caldarii

Fenomenul se observa la inrosirea peretilor verticali exteriori ai caldarii, produsa de:

      proiectarea combustibilului aprins, de catre o pulverizare incarcata, si arderea acestuia pe peretii caldarii;

      deteriorarea zidariei focarului si a izolatiei termice a caldarii, etc.

Remedierea neajunsurilor poate fi facuta prin reglarea presiunii de pulverizare a combustibilului, refacerea zidariei focarului si a izolatiei termice.

Oprirea caldarii

Atat punerea in functiune cat si oprirea caldari se face la dispozitia sefului mecanic. Pentru oprirea caldarilor se procedeaza dupa cum urmeaza:

      se inchid valvulele de pe tubulatura de combustibil care duc spre pulverizatoare;

      se opreste pompa (presa) de combustibil;

      se inchid valvulele principale si auxiliare de abur;

      se alimenteaza caldarea cu apa pana ce nivelul apei la sticlele de nivel ajunge la aproximativ ¾ din inaltimea acestora;

      se face o extractie de fund pana ce nivelul apei ajunge la ½ din inaltimea sticle de nivel;

      se lasa caldarea la racire, lenta si uniforma, prin inchiderea tuturor orificiilor care leaga focarul cu exteriorul.

Dupa o anumita perioada de timp apa si aburul se racesc odata cu suprafata de incalzire a caldarii. Dupa racire se ventileaza focarul si se trece la curatirea acestuia. Odata caldarea oprita, se trece la remedierea defectiunilor constatate dar care nu au putut fi efectuate in timpul functionarii.

Conservarea caldarilor

Caldarea oprita poate fi mentinuta in stare de nefunctionare pentru o perioada mai scurta sau mai lunga de timp. Pentru aceasta este necesar sa se initieze toate masurile care sa protejeze caldarea contra coroziunii. Este stiut ca, corodarea suprafetelor metalice este produsa de contactul direct al acestora cu umiditatea si dioxidul de carbon. In stationare caldarile pot fi pastrate pline cu apa sau goale si uscate. Uzual, la o stationare de pana la 30 de zile caldarea se pastreaza plina cu apa pana la robinetul de aerisire. Pentru eliminarea aerului din caldare este necesar sa se aprinda focurile si sa se incalzeasca apa pana ce pe robinetul de aer iese abur. Dupa inchiderea robinetului se considera ca in caldare a ramas numai apa, fara aer.

In cazul in care stationarea caldarii este mai mare de 30 de zile, aceasta trebuie pastrata goala, fara apa.

Uscarea caldarii se face prin aprinderea unui foc, pentru o perioada scurta de timp, dupa golirea completa a apei.

Pentru pastrarea deschisa a caldarii suprafata interna a acesteia se sterge bine cu carpe uscate dupa care, in colectoarele caldarii se introduc vase cu var nestins care are rolul de a absorbi umiditatea di aerul ramas in caldare. Substantele absorbante trebuie sa ocupe numai jumatate din volumul vaselor, pentru a nu se imprastia prin caldare odata cu marirea volumului ca urmare a absorbirii umiditatii.

Pentru conservarea suprafetei exterioare a caldarii se impune:

      piturarea cu miniu de fier a portiunilor neizolate termic, din colectoare;

      ungerea cu pacura sau cu vaselina a exteriorului tubului;

      ungerea cu un amestec format din ulei si grafit a saniilor de sustinere a colectoarelor;

      montarea unor flanse oarbe, prevazute cu garnituri de cauciuc, intre flansele de cuplare a armaturilor caldarii;

      piturarea cu miniu de fier a anvelopei caldarii.

La caldarile care au o stationare mai lunga de 12 luni, pentru asigurarea conservarii caldarii este necesara demontarea izolatiei termice si piturarea suprafetelor metalice astfel dezvelite. In toate cazurile de conservare a caldarii, temperatura din compartiment nu trebuie sa scada sub 8˚C.

In mod normal, inainte de conservare, caldarile sunt supuse unui proces minutios de curatare. De altfel, curatirea caldarilor trebuie sa se faca la fiecare 800 ore de functionare atat la exterior cat si la interior. Curatirea exterioara a caldarii se face pentru a indeparta funinginea si cenusa acumulate pe suprafetele exterioare ale tuburilor. Operatiunea se executa cu perii de sarma si cu raschete speciale confectionate din otel; dupa care zona se sufla cu aer sa cu abur supraincalzit.

Curatirea interioara a caldarii se face in scopul indepartarii depunerilor de pe suprafetele metalice. Operatiunea poate fi executata mecanic sau chimic. Curatirea interioara a tuburilor se face cu ajutorul unor perii cilindrice de sarma, manevrate cu ajutorul unor tije metalice lanturi sau axe flexibile antrenate de un motor electric. Uzual, curatirea mecanica se face dupa curatirea chimica.

Curs 6

Masini alternative cu abur navale

Principiul de lucru al masinilor alternative cu abur

Masinile alternative (cu piston) cu abur transforma energia termica a aburului in energie cinetica, folosita la realizarea lucrului mecanic disponibil la extremitatea arborelui cotit.

Masinile alternative cu abur navale in exploatare trebuie sa prezinte: o siguranta exceptionala, o manevrabilitate perfecta greutate si gabarit reduse consum specific de abur scazut si lucrari de reparatii si intretinere de volum cat mai mic si la intervale cat mai mari.

Transformarea energiei termice a aburului ( produs de cazan) in energie cinetica are loc in cilindrul masinii 1(fig.1) prin deplasarea pistonului 2, datorita diferentelor de presiune pe fetele acestuia.

Deplasarea pistonului se transmite, prin tija acestuia 3, capului de cruce si bielei care produce rotirea arborelui cotit. Distributia aburului pe fetele pistonului se realizeaza prin sistemul de distributie. Aburul proaspat, care vine de la cazan prin canalul 4, umple spatiul situat deasupra pistonului, in timp ce spatiul situat dedesubtul pistonului este pus in comunicare cu canalul de evacuare 5. Datorita diferentei de presiune care se creeaza, pe fata superioara a pistonului actionand presiunea ridicata a aburului proaspat, iar pe fata interioara presiunea scazuta a mediului inconjurator (presiunea atmosferica sau a condensului), pistonul este impins in jos. Daca alimentarea masinii cu abur proaspat a avut loc pe toata durata cursei pistonului din punctul mort interior (PMI) pana in punctul mort exterior (PME) se spune ca masina lucreaza cu plina admisie. In momentul in care pistonul a atins PME, sistemul de distributie inchide legatura canalului 4 cu aburul proaspat si deschide legatura lui cu condensatorul de evacuare. In acelasi timp canalul 5 este pus in legatura, cu conducta de abur proaspat. In felul acesta se creeaza o noua diferenta de presiune, care actioneaza asupra pistonului de jos in sus, ridicandu-l. Daca admisiunea aburului dureaza pana ce pistonul atinge PMI, se asigura si pentru cursa ascendenta principiul functionarii cu plina admisie.

S-a demonstrat ca poate fi realizata o reducere simtitoare a consumului specific de abur, respectiv o economie de combustibil, daca se intrerupe atat admisiunea aburului, cat si evacuarea sa, inainte ca pistonul sa fi ajuns la sfarsit de cursa. Aburul proaspat din cilindru continua sa exercite presiune asupra fetei pistonului si sa-l deplaseze pana la sfarsitul cursei. Cantitatea de abur ramanand insa constanta, presiunea scade (aburul se destinde); masina se numeste cu expansiune. De asemenea, tot pentru a reduce consumul specific, aburul este admis si evacuat din cilindru inainte ca pistonul sa fi atins punctul mort corespunzator. In felul acesta masina lucreaza cu avans la admisie si evacuare. Procesul de lucru care se desfasoara in spatiile de deasupra si de dedesubtul pistonului unei masini alternative cu abur este format din patru faze: admisiunea (umplerea), destinderea (expansiunea), evacuarea si compresiunea. In diagrama p - V (fig.3.2) acest proces este reprezentat printr-o pereche de diagrame: I arata evolutia aburului in spatiul de deasupra, iar II - in cel de dedesubtul pistonului. Aceste diagrame se numesc diagrame indicate si se obtin cu un aparat special, numit indicator.

Momentele caracteristice ale procesului de lucru sunt: 1- admisiunea anticipata a aburului in cilindri:; 2- inchiderea admisiunii;3 - inceperea evacuarii anticipate a aburului din cilindru ; 4- inchiderea anticipata a evacuarii aburului. Portiunea din diagrama cuprinsa intre punctele 1 si 2 reprezinta admisiunea, 2-3 destinderea, 3-4 evacuarea, iar 4-1 compresiunea.

Marimile t` si t`` reprezinta volumele spatiilor moarte, adica volumele care raman intre piston si cilindru in PMI si, respectiv in PME. Volumul generat de deplasarea pistonului din PMI in PME si invers este volumul util si se noteaza Vu. Volumul total al cilindrului se noteaza Vt.

TIPURI DE MASINI ALTERNATIVE CU ABUR NAVALE

Masinile cu abur folosite la propulsia navelor sunt reversibile. Masinile alternative cu abur instalate pe nave se pot clasifica dupa cum urmeaza.

In functie de caracteristicile constructive se clasifica:

dupa directia de deplasare a pistonului in masinile verticale, orizontale si oblice;

- dupa numarul cilindrilor, in masinile monocilindrice si policilindrice ;

- dupa felul dispozitivului utilizat pentru distribuirea aburului la cilindri, in: masini cu sertar fig.3, masini cu supape (fig.4) si masini cu distributie cu ferestre in echicurent (fig5); la acestea admisiunea aburului se face cu sertar sau supape iar evacuarea se face prin orificii, plasate la centrul cilindrului, deschise de piston;

- dupa sensul de rotatie, in: masini cu sens de rotatie la dreapta (arborele cotit privit dinspre pupa spre prova se roteste in sensul miscarii acelor unui ceasornic) si masini cu sens de rotatie la stanga (arborele se roteste in sensul invers acelor ceasornicului).

In functie de caracteristicile cinematice, si anume dupa valoarea vitezei medii de deplasare a pistonului se clasifica in : masini lente (<3 m/s) si masini rapide (>3m/s).

- dupa valoarea presiunii a aburului proaspat furnizat de cazan_, in: masini normale (<) masini de presiune ridicata [] si masini de presiune inalta(> )

- dupa starea aburului proaspat furnizat de cazan,in: masini care lucreaza cu abur saturat si masini care lucreaza cu abur supraincalzit;

- dupa modul de evacuare a aburului, in: masini cu contrapresiune, la care evacuarea aburului din cilindri are loc in atmosfera [] si masini cu condensatie, la care aburul este eliminat intr-un condensator [];

dupa modul de desfasurare a procesului de lucru, in: masini cu plina admisiune si masini cu expansiune; la masinile cu expansiune, aceeasi cantitate de abur proaspat este lasata sa se destinda in unul, doi sau mai multi cilindri ( primul cilindru se numeste de inalta presiune, ultimul, care este legat de condesator de joasa presiune, iar cei intermediari - de medie presiune).

La masinile policilindrice cu simpla expansiune, dispunerea cilindrilor poate fi in tandem fig. 6 sau compound fig.7.

In functie de destinatie masinile alternative se impart in: masini principale, utilizate la actionarea instalatiei de propulsie, si masini auxiliare , necesare actionari generatoarelor, pompelor , ventilatoarelor si celorlalte aparate auxiliare de la bordul navei.

Organe principale ale masinilor alternative cu abur

Cilindrul. Cilindrul se executa din fonta speciala(aliata cu nichel, molibden, vanadiu) prin turnare, dintr-o singura piesa cu cutia de distributie. In functie de marimea masinii, cilindrii au unul sau doi pereti. Cilindrul cu pereti dubli (fig.8) este format din cilindrul exterior 1, cilindrul exterior( camasa) 2, suruburi de fixare 3, elemente de etansare si spatiul de lucru 5. Spatiul de incalzire 6, umplut in permanenta cu abur , are rolul de a evita condensarea aburului in spatiul de lucru. Camasa avand o constructie simpla , poate fi schimbata cu usurinta in cazul depasirii tolerantelor de uzura . Camasa se executa cu extremitatea superioara libera, pentru a permite dilatari longitudinale. Etansarea se realizeaza prin introducerea in canalele circulare de pe fata exterioara a camasii a unor inele din snur de azbest. In partea inferioara, camasa are un guler inelar cu gauri, pentru a se fixa cilindrul exterior. Lungimea camasii se alege astfel incat segmentii marginali ai pistonului sa depaseasca extremitatile suprafetei de lucru cu 0,3mm la partea de sus si cu 0,1mm la partea de jos, pentru a se evita formarea pragurilor de uzura. Grosimea a peretelui camasii se poate determina cu relatia constructiva:

In care: D' este diametrul interior al camasii;

- presiunea de admisiune a aburului.

Grupul piston. Grupul piston este format din urmatoarele piese: pistonul cu segmentii, tija, capul de cruce si glisiera.

Pistonul (fig.9) In general, este de forma unui disc. Butucul discului se fixeaza in tija si contratija. Pistoanele mari se executa din otel prin turnare, iar cele mici - prin forjare. Uneori pistoanele se executa din doua bucati: capul si coroana (fig.10).

Pentru realizarea etanseitatii, in coroana se monteaza 2 - 4 segmenti. Segmentii se executa din fonta perlitica. Constructia cea mai simpla a segmentilor este reprezentata in fig.10. Acestia sunt de sectiune dreptunghiulara si prevazuti cu taietura oblica. Se utilizeaza cilindrii de inalta presiune si de medie presiune.

Pentru cilindrii de joasa presiune se utilizeaza segmenti de tipul celor din fig.11, unde cele doua inele 1 si 2 sunt presate spre exterior , prin intermediul arcului elicoidal 3.

Capul de cruce are rolul de a asigura o legatura rigida cu tija pistonului si, in acelasi timp, o legatura mobila cu capul bielei (fig.12). El prezinta o suprafata suficienta pentru ca forta specifica de frecare sa nu atinga valori prea mari.

Glisiera (Fig.12) este formata din doua rigle prismatice perfect paralele si rigid fixate de cilindru. Pentru buna functionare a sistemului cap de cruce - glisiera este necesara asigurarea unei ungeri perfecte. Suprafata de ghidaj a glisierei se acopera cu material antifrictiune; se prevad pe ea si canale de ungere. Glisiera se monteaza astfel ca la mars inainte, presiunea capului de cruce sa fie preluata de suprafata ei, iar la mars inapoi - de sinele de alunecare.

Biela (fig13). Se executa prin forjare din otel aliat cu crom, nichel si molibden. Este organul cel mai solicitat al masinii. Deformatiile bielei dau uzuri neuniforme in lagare.

Arborele cotit. Se construieste din otel aliat. Poate fi dintr-o bucata sau mai multe bucati legate de flanse (fig14). Montajul coturilor se face la cald.

Placa de fundatie Se executa din fonta perlitica prin turnare. In cazul masinilor mari se face din bucati asamblate prin buloane. Prinderea ei de postamentul navei se face cu buloane si laine metalice (fig.15). In placa de fundatie se gasesc lagare de pat din otel, fonta sau bronz. Cuzinetii sunt executati din aliaje pe baza de staniu.

Sertarele de distributie. Dupa forma, se construiesc sertare plane, cilindrice sau de constructie speciala, cu canal sau tricochilic.

La sertarul plan (fig. 16) corpul cilindric prezinta pe una din partile laterale o placa, denumita oglinda prevazuta cu trei orificii, pe care aluneca sertarul, de forma unei cochilii; sertarul executa o miscare de du - te - vino si acopera cu talpile sale cele trei orificii.

Sertarul cilindric (fig.17) inlocuieste sertarul plan, se gripeaza usor si devine neetans la utilizarea aburului cu presiune mai mare de si temperatura mai mare de 615 K.

In scopul evitarii laminarii aburului la deschiderea si inchiderea orificiilor de distributie a aburului ca urmare a vitezei reduse de deplasare a sertarului in vecinatatea PMI si PME, s - au realizat sertare de constructie speciale, din care cele mai utilizate sunt cele cu canale de ocolire si cele tricochilice.

Supape de distributie . Unele masini au in locul sertarelor de distributie supape actionate cu came.

Diverse armaturi. Valva principala de manevra. denumita si valva registru, se monteaza intre cazan si cilindru de inalta presiune. Pentru a se usura deschiderea valvei, elementul de inchidere este prevazut cu pistonul compresor 1. Pentru intreruperea rapida a alimentarii cu abur, in capul valvei se obisnuieste a se intercala clapeta 2, de regulatorul Aspinal. Prezenta acestui organ este absolut necesara, deoarece, la navigatie pe mare montata, tangajul fiind pronuntat, elicea iese din apa cuplu rezistent scade si masina isi mareste turatia.

Valva auxiliara de manevra serveste la pornirea usoara a masinii din orice pozitie a arborelui cotit se intercaleaza intre cazan si cilindrii de medie si joasa presiune.

Robinetele de purjare servesc la evacuarea apei de condensare din interiorul cilindrului.

Supapele de siguranta asamblate la partea superioara si inferioara a cilindrilor, au drept scop evitarea avariilor produse de apa condensata.

Turbine cu abur

CLASIFICAREA TURBINELOR CU ABUR

Turbina cu abur este o masina termica rotativa in care energia potentiala a aburului produs in instalatia de caldari este transformata, mai intai in energie cinetica si apoi in lucru mecanic de rotatie, transmis cu ajutorul liniei axiale la propulsorul navei, sau prin actionarea directa a unui mecanism auxiliar.

Elementele componente ale unei turbine elementare cu abur sunt prezentate in figura 1. Ansamblul format dintr-o coroana de ajutaje si un rotor se numeste etaj sau treapta de presiune. Din acest punct de vedere, turbinele pot fi monoetajate sau polietajate. In primul etaj al unei turbine se intalneste notiunea de ajutaj, pentru ca in etajele superioare ajutajul sa fie similar cu distribuitorul.

Principiul de functionare a unei turbine elementare este urmatorul:aburul care intra in colectorul de admisie, venind prin tubulatura de la caldare trece prin ajutaje, prin spatiile dintre palete (canale rotorice) rotind turbina dupa care este evacuat prin colectorul de evacuare.

Din punct de vedere ai modalitatii de destindere a aburului in paletele rotorului turbinele pot fi cu actiune si cu reactiune.

O clasificare mai amanuntita a turbinelor se poate face dupa urmatoarele criterii :

a. dupa destinatie (turbine principale, turbine auxiliare);

b. dupa natura procesului de destindere a aburului in palete (turbine cu actiune, cu reactiune, combinate);

c. dupa modul de utilizare a energie aburului (turbine cu o treapta sau monoetajate, turbine cu trepte sau etaje de viteza, turbine cu etaje de presiune, turbine cu etaje de presiune si viteza);

d. dupa directia de curgere a aburului (turbine axiale sau elicoidale, turbine radiale centrifuge si centripete);

e. dupa modul de admisie a aburului (turbine cu admisie totala, turbine cu admisie partiala);

f. dupa modul de evacuare a aburului (turbine cu condensatie, turbine cu contrapresiune, turbine cu prize intermediare cu abur);

g. dupa valoarea presiunii initiale a aburului (turbine supracritice, turbine cu inalta presiune, turbine de medie presiune, turbine de joasa presiune).

PRINCIPIUL DE FUNCTIONARE

TURBINA CU ACTIUNE

La aceste turbine energia potentiala a aburului se transforma integral in energie cinetica in ajutajele turbinei, iar in spatiul dintre palete, energia cinetica se transforma in energie mecanica cedata mai departe arborelui turbinei sub forma de lucru mecanic de rotatie. Paletele mobile de pe rotorul turbinei cu actiune sunt simetrice ca forma ceea ce face ca spatiul dintre palete sa prezinte o sectiune constanta. Cea mai simpla turbina cu actiune, turbina LAVAL, are o singura treapta de presiune (fig.2). Aburul intra in ajutaj la presiunea dupa care se destinde la presiunea , patrunzand in spatiul dintre palete. In acelasi timp viteza absoluta a aburului creste de la valoarea in ajutaj la valoarea la intrarea intre paletele mobile. In canalul rotoric, aburul isi schimba directia de curgere urmarind forma paletelor si exercitand asupra lor un cuplu de rotatie. La iesirea dintre palete presiunea aburului are aceeasi valoare cu cea de a intrare in ajutaj, dar viteza scade pana la o valoare . Ceea ce este de remarcat la turbina cu actiune este lipsa fortelor axiale.

Turbina cu reactiune

La aceasta turbina (fig.3) destinderea aburului se realizeaza atat in ajutaje, cat si intre paletele mobile. De aceasta data spatiul dintre palete are o sectiune variabila datorita formei asimetrice a paletelor. Energia potentiala a aburului se transforma partial in energie cinetica in ajutajele turbine si intre paletele mobile, iar apoi se transforma in energie mecanica la arborele turbinei. In fig. 12.3. se prezinta principiul de functionare pentru o turbina cu reactiune formata dintr-un singur etaj: aburul intra in ajutaj la presiunea , unde se destinde pana la presiunea , cand patrunde intre paletele mobile, continuandu-si destinderea pana la iesirea din turbina la o valoare mai mica a presiunii . Variatia vitezei absolute este aceeasi ca si pentru turbina cu actiune. Ceea ce este de remarcat la aceasta turbina este aparitia unei forte axiale in directia de curgere a aburului. Ca urmare a existentei acestei forte turbina este prevazuta cu lagare axiale, iar in cazul

turbinelor navale de propulsie aceasta forta axiala este preluata in parte de catre elice. Deoarece forma ajutajelor si a paletelor mobile este asemanatoare, la acest tip de turbine ajutajele treptelor urmatoare se mai numesc si palete fixe. Constructiv, se fixeaza in carcasa turbine palete cu directia modificata fata de paletele mobile de pe rotor, dar de constructie identica.

In domeniul naval turbinele cu reactiune se folosesc pentru actionarea turbosuflantelor la supraalimentarea motoarelor cu ardere interna sau la propulsia navelor.

TURBINE POLIETAJATE

Ca urmare a faptului ca turbinele cu actiune si cele cu reactiune au anumite limite functionale, apar solicitari mecanice mari datorita vitezei periferice mari, ceea ce implica randament scazut. Pentru a micsora viteza periferica este necesara micsorarea vitezei de intrare a aburului in canalele rotorice. In cazul turbinelor cu actiune acest lucru se realizeaza prin fractionarea vitezei absolute a aburului in mai multe viteze pe diferite etaje ale turbinei, precum si prin fractionarea presiunii de intrare a aburului pe mai multe trepte de presiune. In practica se folosesc atat solutii unice (variind numai una dintre marimi) cat si solutii combinate.

In cazul turbinelor cu reactiune, reducerea vitezei periferice se realizeaza prin fractionarea presiunii initiale a aburului in mai multe trepte de presiune. In practica navala cele mai utilizate sunt turbinele polietajate (fig. 12.4) care se clasifica in: turbine cu actiune cu trepte de viteza, turbine cu actiune cu trepte de presiune, turbine cu actiune cu trepte de viteza si de presiune; turbine polietajale cu reactiune.

Comparatie intre masinile alternative cu abur si turbine

Pentru a compara cele doua tipuri de. masini energetice care folosesc drept fluid motor-aburul, se considera avantajele si dezavantajele turbinei fata de masina alternativa.

Turbinele cu abur prezinta urmatoarele avantaje fata de. masinile alternative cu abur:

      debitul de abur care lucreaza in turbina este constant, ceea ce asigura o incarcare termica si mecanica constanta a organelor turbinei;

      lipsind mecanismul biela manivela si frecarea intre organele mobile fiind mult mai redusa, se constata o uzura redusa a masinii, o exploatare comoda, o functionare linistita; vibratiile transmise corpului navei sunt mult mai reduse;

      turbinele se exploateaza si se intretin mult mai simplu decat masinile alternative;

      datorita vitezei mari de circulatie a aburului, se realizeaza agregate cu puteri mari ( s - au construit agregate ajungand la 55 000kW); acest avantaj este foarte important pe navele mari de pasageri transatlantice rapide, pentru care turbina este masina de propulsie de baza;

      greutatea raportata la puterea obisnuita la instalatiile cu turbina cu abur pentru puterii medii si mai ales pentru puteri mari este mult mai redusa decat in cazul masinilor alternative; pentru puteri mici, este mai mare din cauza greutatii mari a transmisiei;

      randamentul instalatiei cu turbine cu abur se situeaza intre cel al masinii cu abur si cel al motorului cu ardere interna, si anume:

a)      - pentru masini alternative cu abur,

b)      - pentru turbine cu abur,

c)      - pentru motoarele cu ardere interna,ή =35.42%.

      pretul de cost al constructiei instalatiei de forta cu turbine cu abur, al exploatarii si intretinerii este mult mai redus decat al instalatiilor cu masini alternative cu abur; in prezent, turbina cu abur este singura masina care poate fi folosita economic in cazul instalatiilor nucleare;

      turbinele prezinta o mare siguranta in functionare si necesita mult mai putine reparatii decat masinile cu abur;

      turbina cu abur imbunatateste stabilitatea transversala a navei, coborand centrul de greutate al acesteia mai mult decat masinile cu abur cu piston, care, ce obicei, sunt dispuse vertical.

Turbinele cu abur prezinta urmatoarele dezavantaje:

      la regimuri partiale se micsoreaza substantial randamentul;

      datorita vitezei mari de rotatie a turbinei este necesara o transmisie cu roti dintate sau electrica;

      reversibilitatea care necesita existenta unor turbine speciale de mars inapoi, deoarece turbinele cu abur nu sunt reversibile; la navele de transport, turbina de mars inapoi are circa 40% din puterea turbinei de mars inainte; aceasta turbina mareste dimensiunile de gabarit ale turboagregatului si consuma lucru mecanic la mars inainte; turbina de mars inapoi poate lipsi in cazul propulsiei turboelectrice sau la utilizarea elicelor cu pas reglabil.

Organele principale ale turbinelor cu abur

Carcasa. Aceasta asigura spatiile etanse in care se desfasoara procesele de lucru ale aburului. Are o forma cilindrica sau conica, corespunzatoare formei rotorului. Pentru a asigura montarea si demontarea turbinei, carcasa are un plan de separatie orizontal, care o desparte in doua parti: corpul si capacul. Cele doua jumatati au bride orizontale masive, care se imbina prin suruburi rezistente asezate cat mai aproape de peretii carcasei, pentru a micsora efectul de incovoiere in bride. Suprafetele de contact ale bridelor se ajusteaza cu multa atentie, iar intre ele se aseaza garnituri. Pentru asigurarea unei cat mai bune etanseitati, suprafetele bridelor se ung cu un mastic special, recomandat de intreprinderea constructoare. Strangerea suruburilor se face cu ajutorul cheilor dinamometrice. Pentru asigurarea unei asezari corecte a capacului fata de corp, bridele au 2-8 prezoane de pozitie. Pentru scoaterea capacului, pe brida superioara exista 4-8 suruburi de desfacere.

Corpul se toarna o data cu paturile, in care se monteaza lagarele radiale si de impingere. De asemenea, pentru fixarea turbinei pe postament, corpul este prevazut cu talpi. Tinand seama de dilatarea termica a corpului, patul din prova se sprijina pe talpi mobile, iar cel din pupa pe talpi fixe (fig. 5). Talpile mobile au suprafetele de alunecare prelucrate cu mare precizie; aceste suprafete sunt unse periodic cu unsoare grafitata. De asemenea, au montat un indicator pentru controlul dilatarii corpului la preincalzire.

Materialele folosite pentru executarea carcaselor de turbine sunt:

      pentru abur sub 513 K - fonta; la temperaturi mai mari se produc transformari structurale care duc la scaderea rezistentei mecanice;

      pentru abur sub 693K - otel carbon;

      pentru abur la temperaturi mai mari de 693 K - oteluri aliate cu crom, nichel, molibden sau vanadiu.

La constructiile moderne, carcasele turbinelor se executa din otel turnat sau sudat, ceea ce permite reducerea greutatii corpului si a pretului executiei.

Diafragmele si ajutajele intermediare. Diafragmele au rolul de a separa treptele de presiune intre ele si de a sustine ajutajele treptei urmatoare de presiune. O diafragma (fig.6) este formata dintr-un disc 3, care constitue suportul ajutajelor 2, o obada 1, care acopera ajutajele la periferie si piese de etansare, care se monteaza pe portiunea ce se asambleaza cu arborele.

Unele diafragme se executa usor bombate spre partea de inalta presiune pentru a avea o rezistenta mecanica mai mare. In cazul admisiei partiale de abur, ajutajele sunt dispuse numai pe o parte din circumferinta. In cazul turbinelor cu puteri mari, diafragmele sunt formate din doua jumatati de disc, separate in plan orizontal. Pentru montarea diafragmelor in carcasa turbinei se executa caneluri in care intra obadale.

Diafragmele se pot executa complet prin turnare, prin forjare cu ajutajele frezate sau prin sudare.

Diafragmele turnate se executa din fonta, cu ajutaje din oteluri aliate, care prin turnare sun inglobate in corpul diafragmei. Pentru abur la temperaturi mai mari de 473 - 513 K se folosesc diafragme forjate din otel - carbon. Dupa turnare, forjare sau sudare diafragmele se supun unui tratament termic de detensionare, iar apoi se executa prelucrarea mecanica.

Paletele mobile si paletele directoare. Paletele sunt cele mai importante si in acelasi timp cele mai solicitate piese ale turbinelor, piese de care depinde in primul rand randamentul turbinei. In functie de destinatie, paletele pot fi mobile, montate pe rotor, si fixe (directoare), montate in carcasa.

Paleta (fig.7) este formata din trei parti : coada 1, care serveste pentru fixarea in rotor sau in carcasa, partea activa 2, care formeaza canalul de abur, si varful 3.

Sectiunea transversala a paletei in partea sa activa se numeste profilul paletei. Marginile profilului, functie de directia de deplasare a aburului, se numesc muchia de intrare, respectiv de iesire. Paletele cu actiune (fig.8 a) au profilul aproape simetric (). Profilul paletelor cu reactiune (fig.8 b) are unghiul de intrare mult mai mare decat unghiul de iesire pentru a forma un canal convergent.

Paletele cu actiune au o grosime apreciabila, pe cand cele cu reactiune sunt relativ subtiri. Inaltimea paletelor variaza intre 10mm la primele trepte si 400mm la ultimele trepte. Latimea paletelor este de 14 - 60 mm. Numarul de palete pe o roata poate ajunge la 700 buc.

Paletele se executa prin laminare, iar la varf si la coada se frezeaza. La viteze periferice mari se frezeaza si spatele paletelor. Modern, paletele se executa prin presare in matrita sau prin turnare de precizie cu modele fuzibile. Pentru micsorarea vibratiilor, varfurile paletelor se prind cu bandaj metalic.

Materialul din care se executa paletele trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii: rezistenta mecanica la temperaturi inalte; rezistenta la coroziune si eroziune (condensarea aburului); sa fie usor de prelucrat; sa aiba pret de cost redus.

Pentru paletele care lucreaza la temperaturi mari 723 K se utilizeaza oteluri crom - nichel ( Ni 14%, Cr 4 - 12%). Pentru temperaturi mai mari se utilizeaza oteluri autentice cu 12 - 14% Ni si 14 - 16% Cr.

Rotorul. Un rotor de turbina cu abur are urmatoarele parti componente: arborele, discurile sau tamburul cu palete mobile, Flansa de imbinare si inelele de impingere.

Din punct de vedere constructiv, rotorul poate fi cu discuri(fig. 9.a), cu tambur(fig.9.c), sau de tip combinat (fig.9.b).

Rotoarele se pot executa in urmatoarele moduri:

      forjare dintr-o bucata - cand intregul rotor, exceptand unele repere marunte, consta dintr-o singura piesa forjata;

      compuse - cand rotorul este format din mai multe piese forjate, de dimensiuni mari, sudate intre ele;

      sudate - cand rotorul este sudat din piese separate.

Turbinele navale ( in special cele principale) sunt de tip rigid, adica cu turatia de regim sub turatia critica de rezonanta.

Rotoarele cu discuri se executa din discuri separate, montate pe arbore. Discurile sunt piese de baza ale rotorului pentru transmiterea energiei mecanice de la paletele mobile la arbore. Un disc are urmatoarele parti (fig.10): obada 1, pe care se fixeaza paletele 4, butucul 3, cu ajutorul caruia discul se fixeaza pe arbore; panza discului 2, adica partea dintre disc si obada. Fixarea discurilor pe arbore se face prin frezare, asigurata cu una sau doua pene.

Arborele rotoric (fig.11) este una din partile cele mai importante ale turbinei; el functioneaza la temperaturi ridicate si turatii mari. La unul din capetele arborelui exista inele care preiau impingerea axiala si o transmit lagarului de impingere. La celalalt capat exista inelele care preiau impingerea axiala si o transmit lagarului de impingere. La celalalt capat exista o portiune tronconica pe care se fixeaza flansa arborelui reductorului. Pe arbore se fixeaza si limitatorul de turatie maxima, iar pentru turbinele de putere mica si regulatorul de turatie. Tot pe arbore se monteaza si transmisia tahometrului.

Rotoarele combinate sunt folosite la turbinele navale de puteri mari. Partea de inalta presiune se executa din discuri montate pe arbore, iar partea de joasa presiune se executa cu tambur.

Rotoarele se executa din oteluri aliate cu crom, molibden, nichel si vanadiu. La executie se acorda o mare atentie echilibrarii statice si dinamice.

Etansarea turbinelor. Etansarea interioara a diafragmelor se face pentru a impiedica trecerea aburului nedestins dintr-o camera de presiune in alta. Etansarea exterioara a lor se face pentru a impiedica iesirea aburului la partea de inalta presiune si intrarea aburului la partea de joasa presiune.

Pentru etansarea exterioara se folosesc labirinti metalici (cei mai indicati), labirinti cu inele cu carbune, etansare hidraulica cu o perna de lichid. Etansarea interioara se face numai cu labirinti.

Etansarea cu labirinti foloseste reducerea presiunii aburului prin laminare, in mai multe camere, formate fiecare dintr-o reducere si o marire brusca a sectiunii de trecere.

Exista mai multe constructii de labirinti: radiali (fig12,a), axiali (fi.12,b) si combinati sau radiali-axiali(fig.12,c). Cei mai folositi sunt labirinti radiali.

Labirintii radiali se pot fixa rigid sau elastic. In fig.13,a este reprezentat un labirint rigid. Cutitele labirintului sunt executate din alama moale si sunt fixate direct in corpul diafragmei. Fixarea se face cu ajutorul unor sarme cu sectiune ovala, introduse fortat intre pereti cutitului. Datorita valorii mici a jocurilor radiale (0,2 - 0,4 mm), arborele turbinei poate atinge cutitele labirintilor. In locul de atingere, in urma frecarii, arborele se dilata, ceea ce accentueaza fenomenul. Din aceasta cauza apar vibratii puternice in turbina care pot provoca avarierea ei.

Evitarea acestor fenomene se obtine folosind labirinti elastici fig.13,b. Acestia sunt formati din segmente de inele pe care sunt fixate cutitele labirintilor. Bucatile de inel se aseaza in locasele lor din diafragme; ele se preseaza pe arbore cu ajutorul unor arcuri lamelare.

In labirintii care se folosesc la partea de joasa presiune pentru a impiedica patrunderea aerului, se trimite abur cu presiune inalta de la alimentarea partii de inalta presiune.

Pentru turbinele auxiliare se folosesc sisteme de etansare cu inele de carbune. Acest mod de etansare se realizeaza cu ajutorul a 3-8 inele, executate din carbune presat, bogat in grafit.

Pentru a putea fi montat mai usor fiecare inel consta din 3-6 segmente stranse cu ajutorul unui arc. Inele se aseaza in suporturi metalice care se monteaza in cutiile de etansare. Jocul radial al inelelor de carbune fata de arbore este redus.

La temperatura de regim jocul se reduce la zero. Datorita proprietatilor lubrifiante ale grafitului, contactul dintre inele si arbore nu este daunator. Inelele de carbune nu se pot folosi la viteze periferice mari, din cauza uzuri mari. Din acelasi motiv nu se pot folosi la temperaturi mai mari de 573 K. Se pot face etansari mixte folosind si inele metalice si inele de carbune.

Lagare de sprijin. Rotorul turbinei se sprijina cu fusurile sale in doua lagare de sprijin care preiau greutatea rotorului, eforturile care apar in cazul admisiei partiale a aburului si eforturile date de transmisie; de asemenea lagarele au rolul de a fixa pozitia radiala a rotorului fata de corpul turbinei.

Lagarele de sprijin ale turbinei functioneaza la viteze periferice mari ale arborelui (60-80 m/s) si cu incarcaturi specifice mari. Aceste lagare trebuie sa prezinte siguranta mare in functionare, pierderi de putere prin frecare mici si uzura redusa.

Pentru buna functionare a lagarului se asigura o circulatie permanenta de ulei, care serveste atat pentru ungere cat si pentru evacuarea calduri degajate prin frecare fusurilor in lagar.

Lagarele de sprijin fig.14 constau din urmatoarele parti: corpul lagarului 4, capacul lagarului 1, cuzinetul 2, materialul antifrictiune 3, suruburile de imbinare si instalatia de ungere a lagarului. Cuzinetii se executa din bronz sau otel carbon, iar suprafata interioara se acopera cu aliaje antifrictiune, de exemplu - 83. pentru asigurarea unui contact cat mai bun intre fus si cuzinet pe intreaga lungime a lagarului, prelucrarea pentru finisare a suprafetei cuzinetului se executa la strung cu cutit cu varf de diamant. Intre cuzinet si fus se lasa un joc pentru ungere, a carei marime este: .

Dupa modul de amplasare a cuzinetilor in corpul lagarelor, acestea pot fi: rigide sau cu autocentrare.

Lagarele rigide au cuzinetii cilindrici la partea exterioara, montandu-se in locasurile cilindrice ale corpului si capacului. La incovoierea arborelui in lagare iau nastere presiuni mari care duc la uzuri rapide.

Lagarele de autocetrare au o suprafata sferica de sprijin asezata intr-un locas sferic. Pentru incovoieri mici al arborelui, cuzinetii urmeaza linia elastica a arborelui. In acest mod se mareste siguranta in functionarea turbinei.

Lagare axiale si de impingere. Turboagregatul natural are lai multe lagare axiale de fixare si un lagar de impingere. Lagarele axiale de fixare se prevad in fiecare corp de turbina (turbina de inalta presiune, turbina de medie presiune si turbina de joasa presiune) si servesc pentru asezarea axiala precisa a rotorului fata de corpul turbinei, precum si pentru preluarea eforturilor axiale ce apar in timpul functionarii turbinei. Lagarul de impingere se monteaza pe linia de arbori , de obicei dupa reductor, el preluand impingerea axiala a elicei.

Lagarul de impingere (fig.15) are un singur inel de impingere 1, forjat dintr-o bucata cu arborele sau fixat pe acesta. Pe inel sunt asezate 6-12 perne de impingere 2, care se sprijina printr-o articulatie de corpuri lagarului 3. La rotirea arborelui uleiul este antrenat in spatiile dintre inel si perne formand un film de ulei. Inclinarea pernelor se produce automat datorita antrenarii uleiului. Pernele de impingere se executa din bronz fosforos si se acopera cu un strat de 1,5 - 2mm de aliaj - 83. Prelucrarea pernelor trebuie sa se execute cu mare atentie astfel incat grosimea lor sa nu difere cu mai mult de 0,02mm. O diferenta de grosime mai mare duce la supraincarcarea pernei mai groase, ceea ce poate produce topirea stratului de aliaj antifrictiune.

Bibliografie

1 Masini si instalatii navale

- Conf.dr.ing Mariana Panaitescu

- Conf.dr.ing Viorel Panaitescu

Ed. Exponto Constanta 2001

2 Termotehnica si masini termice

- Prof. dr. doc. ing. Bazil Popa

- S.l. ing. Constanta Vintila

Ed. Didactica si Ped. Bucuresti 1977

3 Ghid de pregatire profesionala in termoenergi

- Dr. ing. Pavel Bocanete

- Ing. Filip Rouadedeal

Ed. Tehnica Bucuresti 1989

4 Cazane cu abur

- Prof. Stefan Gheorghiu

Ed. Didactica si Ped. Bucuresti 1966

5 Exploatarea caldarilor navale

- Sef maritim expert consultant Ioan Andrei Toaca

Ed. Muntenia Constanta 1995