2. CALDARI NAVALE2.1. NOTIUNI DE PRODUCERE A ABURULUI

Aburul este starea gazoasa apei si se poate produce prin doua procese de transformare: - Evaporarea, care este procesul de transformare a apei in vapori la suprafata lichidului. Moleculele de apa se afla intr-o continua miscare, haotica, avind diferite viteze. Cele cu viteze mai mari parasesc apa si trec in spatiul liber. O parte din aceste molecule se pot transforma din nou in apa. Evaporarea are loc la orice temperatura. Procesul de evaporare este direct proportional cu temperatura lichidului si cu marimea suprafetei expuse mediului inconjurator. Odata cu cresterea temperaturii va creste si viteza moleculelor, deci o mai mare cantitate de molecule paraseste lichidul si evaporarea este mai intensa. Odata cu inceputul evaporarii, temperatura lichidului va scadea (deoarece viteza medie a moleculelor din lichid se va micsora), deci, implicit, se va micsora si intensitatea evaporarii. Pentru a mentine aceeasi intensitate de evaporare, trebuie sa se compenseze caldura transformata in lucru mecanic, in procesul evaporarii fiind necesar sa se incalzeasca continuu apa. Daca evaporarea are loc intr-un vas inchis ermetic, la un moment dat se produce o egalizare intre cantitatea de lichid evaporat si cantitatea de vapori care se condenseaza in acelasi timp si in aceleasi conditii. Astfel, in spatiul de deasupra apei (spatiul de abur) se gaseste o cantitate bine definita de abur, la o anumita presiune, pentru temperatura pe care o are in acel moment apa. Cind cantitatea si presiunea aburului, fata de o anumita temperatura, au valori maxime, se spune ca spatiul de abur s-a saturat, iar aburul se numeste abur saturat. Acest abur are temperatura apei din care a provenit. Temperatura aburului saturat, la o anumita presiune, poarta numele de temperatura de saturatie. Pentru a mari cantitatea de abur, este necesar sa se ridicetemperatura apei, astfel ca pentru o noua valoare a temperaturii se obtine o noua valoare a presiunii aburului si a cantitatii de abur saturat. In concluzie, cu cit temperatura este mai ridicata, cu atit presiunea aburuluisaturat este mai mare. - Vaporizarea este procesul de transformare a apei in vapori, care are loc in toata masa lichidului. Bulele de abur apar din interiorul apei, pentru a se ridica la suprafata lichidului, si trec in spatiul de abur. Datorita acestor deplasari dezordonate ale bulelor de abur, in masa lichidului se produc miscari violente, suprafata lichidului (numita oglinda de vaporizare) devenind foarte agitata. Deci, in cazul vaporizarii, aburul apare ca urmare a fierberii apei, iar vaporizarea incepe atunci cind apa atinge temperatura de saturatie (care di aceasta cauza se mai numeste si temperatura de

1

vaporizare). La nave, aburul este produs intr-un generator de abur numit caldare navala cu abur. Vaporizarea se face in caldari la presiune constanta. Procesul de vaporizare se poate observa mai usor cu ajutorul diagramei din figura 1 in care curba AKB reprezinta curba de vaporizare (specifica pentru orice lichid care se poate vaporiza) si care determina zona de lichid, abur saturat si abur supraincalzit. Curba AK se mai numeste si curba lichidului (sau curba limita inferioara), iar curba BK poarta numele de curba aburului saturat uscat (sau curba limita superioara). Punctul K se numeste punct critic reprezentind parametrii la care apa trece instantaneu in abur supraincalzit. Procesul de vaporizare reprezentat in figura 1 urmind o linie imaginara paralela cu axa volumelor se produce astfel: apa care se gaseste in caldare (pct. 1) incepe sa fie incalzita pina la temperatura de fierbere si incep sa apara primii vapori (pct. 2). Se continua incalzirea apei, vaporizarea se intensifica si cantitatea de abur creste (pct. 3). In acest punct, aburul poarta denumirea de abur saturat umed, deoarece contine o cantitate relativ mare de picaturi fine de apa antrenate in vapori. Vaporizarea continua, cantitatea de abur creste, dar, datorita temperaturii ridicate, o mare parte din picaturile de apadin abur se transforma si ele in vapori (pct. 4) formind asa-numitul abur saturat uscat. Continuind incalzirea apei, creste temperatura vaporilor, astfel incit (pct. 5) nu mai contin nici un fel de picaturi de apa si aburul se afla in zona aburului supraincalzit (aburul care la aceeasi presiune are o temperatura mai mare decit aburul saturat, pct. 6). Pentru a putea determina cantitatea de apa continuta de abur s-a apelat la notiunea de titlul aburului x reprezentind partea de greutate a aburului uscat intr-un kg de abur umed. De exemplu, cind aburul are x = 0,9 inseamna ca 1 kg din acel abur contine 0,9 kg abur uscat si 0,1 kg apa. p K Abur saturat 1 2 3 aburi 45 6 suprancalziti

x=0 A B

x=1

0 V Fig. 1. Procesul de vaporizare a apei n diagrama p V

2

In functie de temperatura exista, deci, doua feluri de abur: abur saturat si abur supraincalzit. Aburul saturat reprezinta acei vapori de apa care se obtin nemijlocit in interiorul camerelor de vaporizare ale generatorilor de aburi; ca o definitie se poate spune ca aburul saturat este acel abur a carui temperatura este egala cu temperatura de saturatie corespunzatoare presiunii la care se gaseste. Pentru a provoca condensarea aburul saturat este suficient ca temperatura acestuia sa scada cu o cantitate infinit mica. Aburul saturat poate saturat uscat sau saturat umed: Aburul saturat uscat este aburul din care lipseste complet faza lichida, avind titlul (gradul de uscare al aburului): x = 1; deci este acel abur saturat care nu contine particule de umiditate. O crestere infinit mica a temperaturii aburului saturat uscat provoaca trecerea aburului in domeniul de supraincalzire, in timp ce o micsorare infinit de mica a temperaturii provoaca condensarea lui partiala (transformarea in abur saturat umed). Aburul suprasaturat uscat reprezinta o stare limita intre aburul saturat umed si cel supraincalzit. Marimile de stare ale aburului saturat uscat pot fi determinate direct din tabelele de abur sau prin calcul. Acestea sunt: - Entalpia aburului (reprezinta continutul de caldura al unui kg. de abur la presiune constanta si se masoara in J/kg.).; - Energia interna (caracterizeaza gradul de incalzire a corpurilor); - Entropia (reprezinta o noua marime calorica de stare cu caracter extensiv). Aburul saturat uscat poate fi obtinut din aburul saturat umed prin separarea pe cale mecanica a picaturilor de apa din abur. Aburul saturat umed este un amestec de doua faze ale aceluiasi component, in echilibru termodinamic: faza lichida (apa in stare de saturatie) si faza gazoasa (aburul saturat uscat); deci este acel abur saturat care contine o cantitate mai mare sau mai mica de particule de apa. La limita devine abur saturat uscat, cind a disparut faza lichida. Fiecarei presiuni ii corespunde o anumita temperatura de saturatie (temperatura de fierbere, fiind bine stabilita, valoarea ei variind in functie de presiunea mediului in care se gaseste lichidul; la aceasta temperatura incepind vaporizarea). Variatia temperaturii de saturatie in functie de presiunea de saturatie (presiunea la care se face vaporizarea) este reprezentata de curba de vaporizare a apei, iar valorile respective se gasesc in tabelele de abur saturat. Aburul saturat umed este, deci, un amestec de abur saturat uscat si apa, la temperatura de saturatie. Participatia masica a aburului saturat uscat in amestecul format din aburul saturat uscat si apa la temperatura de saturatie

3

poarta numele de titlu al aburului (simbol x) si poate lua valori intre 0 (pentru apa in stare de saturatie) si 1 (pentru aburul saturat uscat). In aburul saturat umed , apa poate fi uniform repartizata in toata masa amestecului, sub forma de picaturi fine, in suspensie (ex.: conductele prin care circula aburul saturat umed) sau poate coexista in acelasi spatiu cu aburul, sub forma de masa lichida distincta (ex.: in recipientele in care se produce vaporizarea apei sau condensarea aburului). Marimile de stare ale aburului saturat umed pot fi determinate, direct din diagrame sau prin calcul. Acestea sunt: - Volumul specific (volumul ocupat de 1 kg. de abur la o anumita presiune, se noteaza cu v si se masoara in m3/kgf.; volumul specific intermediar intre apa si abur saturat = pentru abur saturat umed = se determina in functie de titlul aburului; valorile volumelor specifice sunt date in tabele, unde se poate observa ca volumul specific al aburului scade pe masura ce presiunea creste si invers); - Entalpia; - Energia interna; - Entropia. Nu este indicat transportul aburului saturat umed la distante mari, prin conducte, datorita coeficientului mare de transfer de caldura, ceea ce duce la pierderi mari de caldura prin condensare. Condensarea aburului este procesul invers vaporizarii; daca in timpul vaporizarii a trebuit sa i se transmita apei aduse la temperatura de fierbere o cantitate de caldura egala cu caldura latenta de vaporizare, in timpul condensarii, adica trecerii aburului din stare gazoasa in stare lichida, aburului trebuie sa i se retina o cantitate de caldura egala cu caldura latenta de vaporizare la presiunea corespunzatoare. In acest fel aburul se transforma in apa in baza ciclului invers vaporizarii. Aburul cedeaza caldura latenta de vaporizare, fie in mod lent, prin contactul cu unele suprafete reci (cazul caloriferelor), fie rapid prin contactul cu unele suprafete racite intentionat si in mod accelerat (cazul condensoarelor). In primul caz, caldura latenta de vaporizare fiind transmisa aerului din incapere, iar in cel de-al doilea caz caldura latenta de vaporizare fiind transmisa apei de mare care raceste tuburile condensoarelor. Aburul saturat umed este foarte mult intrebuintat in schimbatoare de caldura. Masinile de forta moderne sunt alimentate cu abur supraincalzit care devine umed in ultima parte (cea de joasa presiune) a masinii , ca urmare a destinderii acestuia ceea ce constituie un mare inconvenient, intrucit duce la uzura rapida sau chiar la distrugerea masinilor (eroziunea paletelor la turbine). Aburul supraincalzit este aburul a carui temperatura este superioara temperaturii de saturatie corespunzatoare presiunii la care se gaseste. Diferenta dintre temperatura aburului supraincalzit (temperatura de supraincalzire) si temperatura de

4

saturatie se numeste grad de supraincalzire; cu cit acest grad este mai mare, cu atit aburul are o comportare mai apropiata de aceea a gazelor perfecte. Marimile de stare ale aburului supraincalzit pot fi obtinute din diagrame, din tabele sau prin calcule, din ecuatii (de exemplu: ecuatia Clapeyron Clausius) sau in functie de marimile de stare ale aburului saturat uscat (entalpia si entropia). Caldura specifica a aburului supraincalzit variaza mult nu numai cu temperatura, ca la gazele perfecte, ci si cu presiunea. La o anumita presiune, odata cu cresterea gradului de supraincalzire, caldura specifica scade repede pina la o valoare minima si apoi creste lent. Influenta presiunii asupra caldurii specifice scade o data cu cresterea gradului de supraincalzire. La presiuni inalte, caldura specifica creste mult cind temperatura scade, valorile maxime fiind atinse de aburul saturat uscat. In jurul punctului critic, valoarea caldurii specifice tinde catre infinit. Aburul supraincalzit se obtine prin incalzirea aburului saturat uscat intrun schimbator de caldura, numit supraincalzitor. Acest abur este utilizat pe scara larga in masini de forta cu abur (turbine, masini cu piston), intrucit cresterea gradului de supraincalzire determina o crestere importanta a randamentului masinii. Pentru transportul la distanta prin conducta, se recomanda ca aburul sa fie usor supraincalzit, deoarece pierderile prin condensare sunt, in acest caz, foarte mici sau chiar nule, datorita coeficientului sau de schimb de caldura mult mai mic decit cel al aburului saturat. Dupa valoarea presiunii se deosebesc: abur de joasa presiune, abur de medie presiune, abur de inalta presiune si abur la stare normala. Aburul de joasa presiune are presiunile cuprinse intre 1 si 12 bar si temperatura pina la 300 C. Aburul de medie presiune are presiuni cuprinse intre 12 si 50 bar si temperaturi de 300 - 450 C. Aburul de inalta presiune are presiuni mai inalte de 50 bar si temperaturi ce depasesc 450 C. Presiunea ajunge in mod curent la 250 bar, in unele cazuri atingind chiar 370 bar, iar temperatura se ridica uzual la 540 570 C. uneori chiar pina la 650 C. Aburul la stare normala are presiunea de 760 mm Hg si temperatura de 100 C.

2.2. INSTALATIA DE FORTA CU ABUR Instalatia de forta navala cu abur produce transformarea caldurii in lucru mecanic (fig. 2 a). Procesul de lucru intr-o instalatie de forta ideala se produce astfel (fig. 2 b) : apa care se gaseste in caldare (pct. A) se incalzeste, incepe vaporizarea,5

aburul se transforma treptat din abur saturat umed in abur saturat uscat, dupa izobara AB. In punctul B, aburul saturat uscat (practic supraincalzit) intra in cilindrul masinii cu abur, unde se destinde actionind asupra pistonului si producind lucru mecanic. Aceasta destindere se face dupa adiabata BC. Aburul lucrat (destins) care iese din cilindru intra in contact cu peretii reci ai unui condensor (racit la rindul sau cu un curent de apa rece) si incepe treptat sa se condenseze dupa izobara DC, ajungind in punctul D, cind apa rezultata din condensarea vaporilor este preluata de pompa de circulatie si refulata la un volum constant (deoarece practic apa este incompresibila) dupa izocora DA, pentru ca apoi ciclul sa se repete. Lucrul mecanic obtinut in cilindrul masinii cu abur este reprezentat de aria suprafetei hasurate ABCDA.

2

1 apa rece 4 3

a) p A Caldare B Pompa Masina D C x=0 Condensor x=1 V b c p A Caldare BPompa Masina

D x=0 Condensor

C x=1 V

Fig. 2. Instalatia de forta cu abur a schema instalatiei de forta cu abur; b procesul de lucru cu abur saturat; c procesul de lucru cu abur suprancalzit.

6

In realitate, procesele de transformare nu se realizeaza dupa izobare, izocore sau adiabate. Pentru ca randamentul ciclului sa fie mai mare, este necesar ca lucrul mecanic util al instalatiei sa fie mai mare, astfel incit aria suprafetei dintre curbe sa fie cit mai mare. Sporirea randamentului se realizeaza prin folosirea aburului supraincalzit in masina cu abur. In acest caz (fig. 2. c), aria suprafetei hasurate va fi mai mare, corespunzatoare unui randament mai ridicat.

2. 3.

DEFINITII. CLASIFICAREA CALDARILOR

Caldarile navale sunt generatoare de abur in care caldura rezultata din arderea unui combustibil, dintr-o reactie nucleara sau prin efect termic al curentului electric se transmite apei in scopul incalzirii ei, a vaporizarii acesteia sau a supraincalzirii aburului saturat. Caldarea navala, este deci, un schimbator de caldura care transforma apa in abur aflat la anumiti parametri de stare, datorita energiei calorice degajate de arderea combustibilului. Acest abur este folosit la actionarea masinilor termice cu abur (masini cu piston si turbine) folosite pentru propulsarea navei sau pentru actionarea unor mecanisme auxiliare. Caldarile navale pot fi clasificate astfel: - dupa modul in care se face schimbul de caldura, in: caldari acvatubulare (cu apa in tuburi) si caldari ignitubulare (cu flacara in tuburi); - dupa destinatie, in: caldari principale (care genereaza abur numai pentru actionarea masinilor principale de propulsie) si caldari auxiliare ( al caror abur este folosit pentru actionarea diferitelor mecanisme auxiliare la bord si ca abur de serviciu); - dupa presiunea aburului, in: caldari de joasa presiune (cind presiunea de regim a caldarii este mai mica de 15 bar); caldari de medie presiune ( cind presiunea de regim a caldarii este cuprinsa intre 15 si 30 bar) si caldari de inalta presiune (in care presiunea de regim a caldarii este mai mare de 30 bar); - dupa calitatea aburului obtinut, in: caldari cu abur saturat, si, caldari cu abur supraincalzit; - dupa circulatia apei in caldare, in: cu circulatie naturala, si, caldari cu circulatie artificiala (circulatia apei se face cu ajutorul unor pompe speciale de circulatie; - dupa tirajul caldarii, in: caldari cu tiraj natural, si, caldari cu tiraj artificial (aerul este insuflat la focarul caldarii cu ajutorul unor suflante sau ventilatoare).

7

Caldarea ignitubulara cunoscuta la bordul navelor si sub denumirea de caldare tubulara este caldarea la care gazele rezultate din procesul de ardere scalda suprafata interioara a tuburilor sistemului fierbator, iar suprafata exterioara a tuburilor este acoperita de apa. Caldarea ignitubulara este in general o caldare cu volum mare de apa. Caldarea acvatubulara cunoscuta la bordul navelor si sub denumirea de caldare tubulloasa este caldarea la care apa circula prin interiorul tuburilor sistemului fierbator, in exterior acestea fiind scaldate de gazele rezultate din procesul de ardere a combustibilului. Caldarea acvatubulara este o caldare cu volum mic de apa.

2. 4. CARACTERISTICILE PRINCIPALE ALE CALDARILOR NAVALE

Presiunea nominala, Pn este presiunea de lucru maxima admisibila ce se are in vedere la proiectare. Presiunea nominala de regim, Pr reprezinta valoarea presiunii vaporilor in caldare in timpul exploatarii fiind mai mica cu 5% decit presiunea nominala: Pr=0,95Pn. Presiunea de utilizare, Pu este valoarea presiunii vaporilor la iesirea din supraincalzitorul caldarii. Temperatura nominala, Tn este valoarea temperaturii vaporilor supraincalziti masurata dupa regulatorul de temperatura sau la iesirea din supraincalzitor, la debitul nominal al caldarii. Debitul nominal al caldarii, D reprezinta debitul maxim de vapori pe care caldarea trebuie sa-l asigure pe timpul unei exploatari permanente. Debitul normal, Dnor reprezinta aproximativ 80% din debitul nominal fiind corespunzator unei valori optime a randamentului caldarii. Debitul minim, Dmin este valoarea celui mai mic debit la care poate functiona caldarea, pe o durata nedefinita, fara a suferi deteriorari.

8

Debitul specific al caldarii, ds reprezinta raportul dintre debitul nominal al caldarii si suprafata de incalzire. Suprafata de incalzire reprezinta valoarea suprafetei masurata pe partea gazelor de ardere a peretilor caldarii scaldati pe o parte de gaze, iar pe cealalta de apa si vapori. Tensiunea termica a focarului, reprezinta cantitatea de caldura degajata prin arderea combustibilului in focar, care revine fiecarui metru cub al volumului focarului. Capacitatea de vaporizare a combustibilului, reprezinta cantitatea de abur, in kg., obtinuta in caldare prin arderea unui kg. de combustibil. Pentru comparatia diferitelor caldari se foloseste capacitatea de vaporizare pe abur normal. Prin abur normal se intelege aburul obtinut la presiunea de 1 at. Din apa ce a avut initial temperatura de 0C sau aburul saturat la presiunea de 1 bar a carui entalpie este 2676,6 KJ/kg. Randamentul caldarii, reprezinta raportul dintre cantitatea de caldura transmisa apei pentru a se vaporiza la parametrii de lucru si cantitatea de caldura introdusa prin arderea combustibilului in focar.

2. 5. CALDARI IGNITUBULARE. DEFINITIE. CLASIFICARE.

Caldarile ignitubulare sunt generatoarele de abur, la care tuburile sunt inconjurate prin exterior de apa, iar prin interiorul lor circula gazele rezultate din arderea combustibilului. Dupa forma constructiva, caldarile ignitubulare pot fi de trei feluri: a) cu flacara directa; b) cu flacara intoarsa; c) tip locomotiva (cu tubulatura de flacara si tevi de fum). In prezent, la nave se folosesc caldari cu flacara intoarsa datorita gabaritelor relativ mici si a debitului mare de abur care se obtine.

9

CALDAREA IGNITUBULARA CU FLACARA DIRECTA

Fig. 3 1 mantaua cldrii; 2 tubulatura apei de alimentare; 3 supap de sigurant; 4 gur de vizitare dom; 5 tubulatur principal de abur; 6 tubulatura de flacr; 7 tubulatura de purjare; 8 sistemul de sustinere tambur cldare; 9 nivelul apei n cl-dare; 10 camera de fum; 11 canal de evacuare a gazelor arse; 12 gur de vizitare camera de fum; 13 domul cldrii. Cldrile ignitubulare cu flacr direct sunt de mai multe feluri. Cea mai utilizat este cldarea cu unul sau mai multe drumuri de flacr din figura 3. . Vaporizatorul cldrii cu un singur drum de flacr este format dintr-un tambur orizontal cu diametrul d = 1200 2000 [mm], n interiorul cruia se afl focarul format dintr-unul sau mai multe tuburi metalice cu pereti netezi sau ondulati cu diametrul d = 800 1100 [mm], montate asimetric fat de tamburul cldrii. n spatele cldrii se gseste o camera de zidrie 10 numit camera de fum, care serveste la evacuarea gazelor de ardere. n partea superioara a cldrii se afl domul cldrii 13 care serveste la separarea picturilor de ap. Domul este prevzut cu camera de vizitare 4. In scopul mririi debitului de abur se mreste diametrul tamburului cldrii si numarul tuburilor de flacr. Aceste cldri produc abur la parametri sczuti.

10

2.5.2. CALDAREA IGNITUBULARA CU FLACARA INTOARSA. Cldarea ignitubulara cu flacr ntoars este tipul de cldare cel mai utilizat n domeniul naval.

Fig. 4 1 pulverizator; 2 tub de flacr; 3 vatra de crmid; 4 peretele frontal al cutiei de foc; 5 tevi de foc; 6 camera de fum; 7 cosul navei; 8 corpul cilindric al cldrii (anvelopa); 9 cutia de foc; 10 placa tubular; 11 cerul focarului; 12 surub de bronz; 13 antretoaze; 14 domul cldrii; 15 orificiu de vizitare. Functionare: se umple cldarea cu ap pn la o anumit nltime deasupra cerului focarului. Combustibilul intr prin pulverizatorul 1, arde de-a lungul tubului de flacr 2; gazele de ardere antreneaza o parte din combustibilul introdus n focar, care va continua s ard si ntlnind vatra 3 si peretele frontal 4 sunt nevoite s se ntoarc, strbtnd tevile de foc 5. Datorit suprafetei mari de contact, gazele se rcesc considerabil n interiorul tevilor de foc si prsesc cldarea cu un continut mult mai mic de cldura, dect cel initial avut n tubul de flacr. Tubul de flacr, cutia de foc si tevile de foc acumuleaz cldura pe o fat si o transmit apei care se gseste pe11

cealalt fat. n felul acesta apa din cldare acumuleaz o mare parte din cldura degajat prin arderea combustibilului si se nclzeste continuu. Prin nclzire, apa la un moment dat atinge temperatura de saturatie corespunztoare presiuni initiale din cldare si ncepe s se transforme n vapori. Descrierea principalelor elemente componente: a) Corpul cilindric (anvelopa) 8, constituie nvelisul metalic care delimiteaz lateral volumul de ap si abur al cldrii. Se construieste din oteluri calmante K5,K6,K8, L = 25005000 [mm], D = 2000 [mm]; b) Tubul de flacr 2, are o form cilindrica ondulat dat fiind faptul c este supus la solicitri termice mari deoarece cea mai mare parte a combustibilului arde n interiorul lui, iar peretii suport presiunea apei care l nconjoar, L=1500 2600 [mm], D = 7002000 [mm]. Grosimea peretelui tubului de flacr trebuie s fie absolut constanta. Tubul de flacr se prinde cu un capt de peretele frontal al focarului, prin nituire sau sudare, si cu un capt de peretele frontal al cutiei de foc. Tubul de flacr este splat la interior de gazele calde rezultate din arderea combustibilului, iar n exterior, pe toat suprafata sa, e udat de apa din cldare; c) Cutia de foc 9, este o camer suplimentar pentru desvrsirea procesului de ardere si n acelasi timp ea asigura schimbarea sensului de curgere a gazelor. Peretele frontal al cutiei formeaz placa tubular 10. Partea superioara a cutiei numit cerul focarului 11 e prevzut cu surubul de bronz 12 care are n interior un canal umplut cu plumb. Deoarece nivelul apei n cldare scade sub nivelul admis plumbul din canale se topeste iar aburul ptrunde n focar provocnd stingerea focului. Cutia de foc se execut dintr-un material bun conductor de cldura si rezistent la temperaturi ridicate; d) Tevile de foc 5, constituie partea principal a suprafetei de nclzire a cldrii, care permite transmiterea cldurii de la gazele calde n toat masa de ap a cldrii. Ele se prind cu un capt de placa tubular al peretelui frontal al cldrii. Intilnim tevi simple si tevi tirante. Tevile simple au rolul de a canaliza gazele de ardere spre evacuare si de a transmite cldura spre spatiul de ap al cldrii. Tevile simple reprezinta 5070 % din totalul tevilor. Tevile tirante au n plus rolul asigurarii rigidittii dintre peretele cldrii si tevile de foc, ele avnd o grosime mai mare dect tevile simple. Dispunerea lor n placa tubular se face astfel ncit majoritate tevilor tirante s ocupe zona periferic; e) Antretoazele 13, sunt legturi scurte de rigidizare ntre peretele din spate al cutiei de foc si peretele dorsal al cldrii. Se mai utilizeaza si la prinderea cutiilor de foc ntre ele. Acestea sunt construite din bare de otel sau cupru prevzute cu filet si care prin filetare ntre doi pereti apropiati mentin distanta constanta ntre ei. Antretoazele pot fi stemuite la capete sau asigurate cu piulite si seibi. Ca si n cazul tevilor de fum n ultimul timp se folosesc tot mai des prindrea legturilor

12

scurte prin sudare. Deseori antretoazele au canale centrale de control cu diametrul de 5 [mm] pe toat lungimea sau numai la capete. Aceste canale au rol de protectie, avertiznd la timp ruperea vreunei legturi. Astfel apa care se gseste n exterior va ptrunde n canalul central si scurgndu se apoi afar poate fi observat de personalul de deservire; f) Camera de fum 6, are rolul de a canaliza gazele care ies din tevile de fum spre cosul cldrii. Este construit din tabl de otel cu grosimea de 3..5 [mm]. Peretii sunt fixati prin suruburi de peretele frontal pentru a se putea nltura cu usurint n vederea nlocuirii unor tevi sau a curtirii. Cantitatea de fum trebuie s protejeze partea superioara a peretelui frontal mpotriva gazelor calde deoarece n aceast zon peretele nu este rcit de ap ci numai de aer. La unele cldri n camera de fum se instaleaz un economizor. Camera de fum se continu cu cosul de fum 7 care se execut din tabl de otel cu grosimea de 5 [mm]. Cosul este executat din pereti concentrici. Prin zona central se scurg gazele evacuate de cldare iar prin zona lateral circul aerul pentru rcirea cosului. g) Vatra de crmid 3, are rolul de a proteja metalul cldrii n zona cu temperatura ridicat si n partea inferioara unde se gseste tubul de flacr si unde circulatia apei n jurul suprafetei calde este foarte lent; h) Orificiile de vizitare 15, sunt practicate n corpul cldrii cu scopul executrii unor lucrri. Au form oval cu dimensiunile de 300x400 [mm]. Se nchid cu autoclape care sunt capace de form special nchise cu ajutorul unor suruburi sau ancore;

Fig. 5 1 corpul n interiorul cruia se afl capacul; 2 capac; 3 ancore. . i) Legturile lungi 16, sunt bare de otel care au rolul de a rigidiza n interiorul corpului cldrii. De regul sunt dispuse n spatiul superior si fac legtura ntre peretii verticali ai cldrii.13

2.5.3. CALDAREA IGNITUBULARA CU TUBURI DE FLACARA SI TEVI DE FUM

Fig. 6 1 tub de flacr; 2 camera de fum; 3 cos de evacuare gaze; 4 tubulatur ap de alimentare; 5 domul cldrii; 6 tubulatura principal de abur; 7 supap de sigurant; 8 gur de vizitare dom; 9 gur de vizitare camera de fum; 10 suporti de sustinerea corpului caldarii; 11 tevi de fum; 12 manta cldare; 13 sistemul de aprindere si alimentare cu combbustibil; 14 prenclzitor de aer. . Corpul cilindric (anvelopa) si tubulatura de flacr sunt similare cu cele descrise la cldarea ignitubulara cu flacr direct, iar tevile de fum sunt fixate prin mandrinare sau sudare. n fctie de numarul drumurilor exist mai multe tipuri constructive de astfel de cldri dintre care cele mai utilizate sunt cldrile din figura 6. Avantajele si dezavantajele cldrilor ignitubulare. Avantajele cldrilor ignitubulare: 1. permit obtinerea aburului cu continut mic de umiditate, datorit volumului mare al camerei de abur; 2. sunt putin sensibile fat de calitatea apei de alimentare;

14

-

3. sunt simple n exploatare; 4. mentin randamentul relativ ridicat (6575 %) chiar la variatii de regim;

Dezavantajele cldrilor ignitubulare: 1. au greutate mare (cca. 1 Kg metal la 1 Kg de abur); 2. functioneaza la presiuni mici; 3. au debit mic de abur (6 7 t/h); 4. necesita timp ndelungat pentru ridicarea presiunii; 5. sunt sensibile n ceea ce priveste procesul de dilatare si contractare la diferite sarcini termice; 6. prezint pericol de explozie, datorit volumului mare de ap, iar spargerea tevilor de fum poate produce explozii puternice; 7. prezint dificultti n ceea ce priveste curtirea si ntretinerea lor n stationare. 2.6. TIPURI DE CALDARI ACVATUBULARE La bordul navelor se pot ntlni cldri acvatubulare de cele mai diferite tipuri constructive. Din aceast cauz este necesar a se cunoaste clasificarea acestor cldri pentru a se putea recunoaste cu usurint fiecare cldare ntlnit n instalatiile de fort de la nave. Din punct de vedere constructiv, cldrile acvatubulare se mpart n dou mari grupuri: 1) Cldri triunghiulare: - normale; - ecranate. 2) Cldri cilindrice: - normale; - ecranate. n primul grup sunt incluse cldrile de tip mai vechi, care au cel putin 3 colectoare. Denumirea de triunghiulare au primit-o de la forma focarului care se aseamn cu un triunghi. Grupa a doua este alctuit din cldri cu 2 colectoare: unul superior si altul inferior. Focarul acestor cldri se apropie ca form de cilindru. n instalatiile de fort moderne se observ dezvoltarea cu prioritate a cldrilor acvatubulare cilindrice, care posed anumite calitti si avantaje fat de cldrile acvatubulare triunghiulare.

15

Fig. 7

Fig. 8 n figura 7 este reprezentata schema principal a cldrii triunghiulare normale simetrice cu 2 circuite de gaze. Cldarea se compune din colectorul superior 1, colectoarele inferioare 2, snopurile de tuburi fierbtoare 3, vatra focarului 4 si anvelopa cldrii 5.

16

n figura 8 este reprezentata cldarea acvatubulara triunghiular asimetric (ecranat), normal cu un circuit de gaze. Fat de cealalt cldare, aceasta se deosebeste prin faptul c are un snop de tuburi ce contine un numar mai redus de tuburi, gazele de ardere fiind evacuate numai prin partea snopului cu tuburi mai multe, cellalt snop fiind ecranat (acoperit) nepermitnd trecerea gazelor de ardere printre tuburi. Cldrile acvatubulare cilindrice sunt formate numai din 2 colectoare: unul superior si unul inferior, unite de snopurile de tuburi care nchid ntre ele focarul cldrii.

Fig. 9

Fig. 10

17

Cldrile acvatubulare cilindrice normale (simetrice) fig.9, au cele 2 snopuri de tuburi egale si simetrice. Cldrile cilindrice ecranate (nesimetrice) fig.10 au unul din snopurile de tuburi format din foarte multe tuburi comparativ cu cellalt snop care datorit ecranelor nu permit trecerea gazelor prin tuburi. 2.7. CALDARINA RECUPERATOARE Caldarina recuperatoare are urmtoarele caracteristici: - asigura recuperarea unei prti din energia termochimic a combustibilului utilizat la propulsia navei cu MAI n proportie de pn la 25% din puterea instalat a motorului; - sunt cldri de tipul cu circulatie fortat si folosesc pentru vaporizarea apei cldura gazelor evacuate de la MP si MA; - temperatura gazelor la intrare este de 300400 oC. Dup modul de constructie a sistemului vaporizator deosebim: - cldri ignitubulare, fig. 11 care se utilizeaza pentru caldarine de capacitate redus (sub 3 t/h debit), echipeaz cargouri sau mineraliere cu deplasament sub 4000 tDw; - cldri acvatubulare, care sunt de 2 tipuri: cu vaporizator tip spirala lui Arhimede fig. 12 si cu vaporizator tip serpentin fig. 13:

Fig. 11 1 clapeta de gaze; 2 plci tubulare; 3 tevi de fum; 4 manta

18

Fig. 12

Fig. 13

Caldarina recuperatoare din fig. 14 se compune din: sistemul vaporizator 1 unde apa se evapor datorit cldurii gazelor evacuate de la MP. Este format din 2 4 serpentine similare cu tevi n spiral care sunt legate independent printr-o valvula a tubulaturii de intrare 5 si de retur 6, instalate una deasupra celeilalte. Serpentinele sunt montate concentric pe un colector cilindric cuplat cu galeria de evacuare a MP 8 si colectorul de gaze pentru cos 9, astfel c permite trecerea gazelor de evacuare fie direct spre cos fie prin serpentinele vaporizatorului. Rolul de dirijare a gazelor de ardere l are o valvula clapet 4 actionat mecanic din afara caldarinei, care atunci cnd este complet nchis (n pozitie orizontala), oblig gazele s treac prin serpentinele 3 si s ias prin difuzorul 12 (are form de ajutaj, nlesnind curgerea mai rapid a gazelor si evacuarea spre cos). Cnd clapeta 4 e complet deschis (pozitia verticala) gazele de ardere trec direct spre cos, ocolind serpentinele de evacuare. Vaporizatorul este montat n partea superioara a compartimentului masini pe o punte special amenajat, ct mai aproape de cos, fiind prevzut cu supape de sigurant, manometre, instalatia de refulare a funinginei de pe serpentinele 3, precum si o izolatie termica corespunztoare. Pentru verificarea si ntretinerea vaporizatorului sunt prevzute guri speciale de vizitare. Separatorul de abur 2, unde are loc separarea aburului de ap, precum si unde este colectat aburul pentru nevoile de la bord, iar apa este din nou recirculat pentru vaporizare, are o form cilindric. Aparatele de msur si control la caldarina recuperatoare sunt aceleasi ca si la caldarina cu arztor. Circulatia fortat a apei este realizata cu o pomp de presiune (recirculatie) 7 prevzuta cu o valvula de trecere by-pass pentru reglarea debitului pompei. Reglarea debitului de abur se realizeaza prin reglarea cantitatii de gaze care trece printre serpentine cu ajutorul valvulei 4 prin introducerea treptat n circulatie a 2 sau mai multe serpentine de vaporizare sau prin reglarea debitului pompei de circulatie 7 care mreste sau micsoreaz viteza de circulatie a apei prin serpentine. Navele care sunt dotate cu caldarine recuperatoare au si caldarine cu combustibil, care functioneaza n perioada de stationare. Pentru aceasta navele sunt prevzute cu o instalatie comun pentru distributia aburului la diferiti consumatori si cu posibilitatea functionarii n paralel a celor 2 caldarine, atit cnd necesarul de abur depseste debitul normal al caldarinei recuperatoare. Pompele de alimentare sunt pompe comune pentru ambele caldarine, schimbarea pe una din ele fcndu-se prin manevrarea valvulei corespunztoare pentru fiecare caldarin, apa de alimentare provenind de la surs comun.

19

Fig. 14

2.8.

ARMATURILE EXTERNE SI ACCESORIILE INTERNE ALE CALDARILOR NAVALE

2.8.1. ARMATURILE EXTERNE ALE CALDARILOR NAVALE Prin armtur se ntelege totalitarea dispozitivelor de reglare si de punere n comunicatie, dispuse pe colectoarele cldrii, care au scopul de a asigura buna functionare a cldrii si reglarea proceselor care au loc n aceasta. Valvulele de aburi ale cldrii. Valvulele de aburi ale cldrii au rolul de a conecta sau deconecta cldarea cu tubulatura principal sau auxiliara de abur viu. La cldrile navale principale pot fi ntlnite urmtoarele valvule de abur: - valvula principal de abur saturat - conecteaz tubulatura principal de abur saturat cu colectorul superior al cldrii;

20

-

-

valvula principal de abur supranclzit conecteaz tubulatura principal de abur supranclzit cu colectorul supranclzitorului de abur; valvula auxiliara conecteaz tubulatura auxiliara de aburi saturati cu colectorul superior al cldrii.

Toate aceste valvule sunt astfel executate nct nu permit trecerea aburului dect ntr-un singur sens de la cldare spre consumatori. n felul acesta se exclude posibilitatea cderii presiunii n cldare n cazul cnd alte cldri, conectate la aceleasi tubulaturi nu mai mentin presiunea de regim sau n cazul n care una din cldri este avariat. Valvulele de aburi ale cldrii pot fi cu nchidere dirijat sau cu deschidere dirijat. La cldrile navale se utilizeaza numai primul tip. Valvulele de abur ale cldrii pot fi simple sau duble, orizontale sau verticale, n functie de modul de dispunere al tijelor care actioneaz ventilele. Valvulele simple se fixeaz mai usor pe cldare si sunt deservite cu mai mult usurint dect valvulele duble. Acestea ns sunt mai usoare si au gabarite mai mici dect dou valvule simple. n plus, valvulele duble necesit numai o flans de prindere pe colector. Manevrarea valvulelor de aburi ale cldrii se poate face manual, direct din compartimentul cldrii sau de la distanta cu ajutorul unui sistem de transmisie a efortului. O valvula dubl e compus dintr-un corp de otel n care sunt montate valvula principal de aburi si valvula auxiliara. Spatiul interior al corpului este desprtit, cu ajutorul a doi pereti, n trei camere. Peretele orizontal este prevzut cu 2 orificii pentru ventile. Camera de jos e pus n comunicatie cu camera de aburi a cldrii, o camera lateral cu tubulatura principal de abur saturat, iar cealalt camera lateral cu tubulatura auxiliara de abur. n jurul orificiilor executate n peretele orizontal sunt presate inele de nichel care alctuiesc scaunele ventilelor. Ventilele sunt n form de talere si sunt prevzute cu inele de nichel, care la nchiderea valvulei trebuie s calce bine pe inelele scaunelor. n timpul functionarii cldrii, valvula se poate nchide automat n acel caz cnd presiunea din cldare a sczut fat de presiunea din tubulatur. Tija valvulei are la captul liber un mner care permite a se controla deschiderea valvulei si cu ajutorul cruia se poate executa slefuirea ventilului. Datorit nltimii la care se afl valvula fat de panourile inferioare ale compartimentului cldrii, se impune manevrarea acestora de la distanta. Manevrarea de la distanta se face cu ajutorul unor roti prevzute cu lanturi care transmit miscarea prin sistemul de roti dintate valvulei, n scopul nchiderii sau deschiderii acestora.

21

n afara transmisiei de la distanta din interiorul compartimentului, valvulele sunt prevzute cu sisteme de manevrare de la distanta din afara compartimentului. Acestea sunt necesare pentru nchiderea valvulelor de pe punte, cnd datorit unor avarii compartimentul este inundat cu aburi, cnd este incendiat si n alte cazuri cnd se impune manevrarea acestor valvule de pe punte. Supapele de sigurant. n scopul prentmpinrii cresterii presiunii n cldare peste presiunea de regim, cldrile sunt dotate cu supape de sigurant. Aceste supape sunt valvule cu o constructie special, capabile s pun n comunicatie spatiul de aburi al cldrii cu atmosfera exterioara. n felul acesta, prin eliminarea unei cantitati de abur din cldare, presiunea din interiorul acesteia scade si pericolul unor grave incidente poate fi nlturaturate. Supapele de sigurant declanseaz automat la depsirea presiunii de regim, putnd fi actionate si manual n caz de nevoie. Cldrile navale sunt dotate cu cel putin dou supape de sigurant. Una din supape trebuie s fie reglat pentru declansare la o presiune care s depseasc cu 0,7 Kgf/cm2 presiunea de regim, iar cealalt este reglat la o presiune care s depseasc cu 0,5 Kgf/cm2 presiunea de regim a cldrii. Supapele de sigurant pot fi montate separat pe cldare (colectorul superior) sau n acelasi corp comun. Supape de sigurant pot fi ntlnite si pe colectoarele supranclzitoarelor de aburi (la cldrile de nalt presiune). Supapele de sigurant pot fi cu contragreutate sau cu resoarte. Supapele de sigurant cu contragreutate se bazeaz pe principiul c o greutate fixat la captul unei prghii poate fi ridicat numai atunci cnd forta din partea opus actiunii greutatii va fi mai mare dect forta cu care actioneaz forta respectiv. Supapele de sigurant cu resort se bazeaz pe principiul c o supap e mentinut pe scaunul ei datorit unui resort comprimat n asa fel nct supapa s se ridice numai atunci cnd forta care actioneaz din partea opus resortului este mai mare dect tensiunea la care a fost comprimat acesta. La cldrile navale se gsesc numai supape de sigurant cu resort figura 15. De obicei se folosesc supape de sigurant binare, alctuite din supape de comand si de executie.

Fig. 15.

22

A supap de executie; B supap de comand; C colectorul cldrii; 1, 2 supape; 3 piston; 4 canal de trecere; 5 conduct de legtur cu atmosfera; 6, 7 resoarte. Aburul sub presiune, din colectorul cldrii C, actioneaz permanent asupra supapei 1, lipind-o de scaunul ei. n acelasi timp, presiunea aburului actioneaz si asupra supapei 2 care este mpins pe scaun de ctre resortul 7 al supapei de comand. Att timp ct tensiunea resortului este mai puternic dect presiunea aburului, supapa 2 nu va permite trecerea aburului prin canalul 4. n momentul cnd presiunea aburului din colectorul C a nvins tensiunea resortului 7, supapa 2 se ridic de pe scaun, permitnd trecerea aburului din colector prin canalul 4 n spatele cilindrului a. Aburul ptrunznd n spatele cilindrului a va actiona asupra pistonului 3 pe contratija cruia se gseste supapa 1. ntruct suprafata pistonului 3 este mai mare dect suprafata supapei 1 va apare un efort capabil s nving attit tensiunea resortului 6, ct si presiunea exercitat asupra supapei 1. Prin deplasarea supapei 1 de pe scaun, aburul din camera b a supapei va trece n camera c, de unde prin conducta 5 va iesi n atmosfera. Acest proces continu pn n momentul cnd presiunea din colectorul cldrii a sczut sub valoarea presiunii de regim. n acest moment resortul 7 va actiona asupra supapei 2 aseznd-o pe scaunul ei, ntrerupnd ptrunderea pe mai departe a aburului prin canalul 4 n spatele pistonului 3. Sub actiunea presiunii din cldare si a actiunii resortului 6, supapa 1 va ntrerupe scurgerea aburului din camera b n camera c, numai atunci cnd presiunea din cldare va depsi presiunea pentru care a fost reglat resortul 7 a supapei de comand B. Aceast supap de sigurant poate fi declansat si manual, actionnd asupra capului liber exterior al tijei pistonului 3 si comprimnd resortul 6. Valvulele de alimentare. Valvulele de alimentare au rolul de a conecta sau deconecta cldarea de tubulatura de alimentare cu ap. n scopul asigurarii unei alimentari continue a cldrii cu ap, toate cldrile navale sunt dotate cu dou valvule de alimentare, una fiind de rezerv. Dup principiul de functionare, valvulele de alimentare pot fi simple sau cu retinere. Valvulele de alimentare simple permit trecerea lichidului n ambele sensuri, iar constructia lor este identic cu valvulele obisnuite care au nchiderea si deschiderea dirijat. Prin deschiderea valvulei, apa de alimentare avnd o presiune mai mare dect presiunea din interiorul cldrii, ptrunde n colectorul superior (la cldrile moderne alimentarea se face numai n colectorul superior), asigurnd alimentarea continu a cldrii cu ap. n cazul n care presiunea din tubulatura de alimentare a sczut sub valoarea presiunii din cldare, apa cldrii se poate scurge n sens invers, fapt ce poate provoca serioase avarii instalatiei de alimentare si chiar cldrii. Din aceast cauz valvula de alimentare trebuie s mai aib pe lng valvula simpl si o valvula de retinere care s permit scurgerea apei numai ntrun sens de la pompa de alimentare spre cldare.

23

Fig. 16. Figura 16 reprezinta schema valvulei de alimentare cu retinere. Sub presiunea apei de alimentare, supapa 2 se ridic de pe scaun permitnd trecerea apei spre cldare. n cazul n care presiunea din tubulatura de alimentare este mai mic dect presiunea din cldare, supapa 2 este automat asezat pe scaun sub actiunea presiunii de pe spatele ei. Supapa are posibilitatea de a se deplasa numai n plan vertical, datorit piciorului supapei 1 care gliseaz n orificiul existent n capacul valvulei. Valvula de retinere se instaleaz n asa numitul cap de alimentare, dispus pe cldare. Cldrile navale moderne folosesc valvule de alimentare care au n acelasi corp supapa de retinere si supapa valvulei de alimentare. Unele valvule de alimentare sunt constituite astfel ncit cu o singura supap se realizeaza att retinerea lichidului n sens opus ct si nchiderea dirijat a valvulei. Valvule extractiei de suprafata si de fund. Valvula extractiei de suprafata are rolul de a permite executarea periodic sau permanent a extractiei de suprafata n scopul ndeprtrii din cldare a grsimilor acumulate pe oglinda de vaporizare sau n scopul mentinerii unei anumite salinitti a apei n cldare. Valvula extractiei de suprafata este dispus pe colectorul superior al cldrii. Valvula extractiei de suprafata are ventilul (supapa) cu o form ascutit n scopul reglrii mai bune a cantitatii de ap ce trebuie s se scurg prin valvula. Valvula extractiei de fund are rolul de a permite att asigurarea ndeprtrii din partea inferioara a cldrii a depunerilor calcaroase, ct si pentru golirea apei din cldare n cazurile care impun acest lucru. Aceast valvula se instaleaz n partea inferioara a colectoarelor de ap ale cldrii si este manevrat manual atunci cnd conditiile de exploatare impun executarea extractiilor de fund. Robinetul de aer. Robinetul de aer are forma unui robinet obisnuit cu cep, dispus n partea superioara a colectorului de aburi.

24

Acest robinet are rolul de a pune n comunicatie spatiul colectorului de aburi cu atmosfera n momentul umplerii cldrii cu ap, n faza initial a ridicrii presiunii n cldare si n timpul eliminrii apei din cldare. Robinetele de control. La unele cldri navale cu presiune mic se pot ntlni robinetele de control care au rolul de a identifica gradul de umplere al cldrii cu ap. Acestea sunt robinete obisnuite cu cep. De regul la cldrile navale pot fi ntlnite cte dou robinete de control: unul dispus n dreptul nivelului minim al apei admis n cldare, altul dispus n dreptul nivelului maxim admis. La unele cldri cu flacr n tuburi se mai poate ntlni si al treilea robinet dispus n dreptul nivelului mediu (normal) al apei n cldare. De la fiecare robinet porneste cte o tubulatura care duce la nivelul panoului din compartiment. Prin deschiderea robinetelor de control, cldristul trebuie s disting dup aspect ce anume iese din robinet: ap sau abur. Daca prin robinet se scurge ap, la captul tubulaturii va iesi un nor dens de abur alb. n cazul cnd prin robinet se scurge abur, acesta devine vizibil la o anumit distanta de captul tubulaturii. Asadar, cu ajutorul robinetelor de control se poate determina cu aproximatie nivelul apei n interiorul cldrii. Din aceast cauz la cldrile navale moderne si n deosebi la cldrie de medie si nalt presiune, robinetele de control nu se utilizeaz. n cazul cnd totusi exist, acestea vor fi utilizate n cazuri extreme cnd nu mai sunt alte posibilitati pentru determinarea nivelului apei n cldare. 2.8.2. ACCESORIILE INTERNE ALE CALDARILOR ACVATUBULARE Majoritatea accesoriilor interne ale cldarilor acvatubulare se gsesc n colectorul superior. Tubul culegtor de aburi. n timpul functionarii sale, cldarea produce permanent aburi care se concentreaz n spatele camerei de aburi. La cldrile acvatubulare camera de aburi este alctuita din spatiul cuprins ntre oglinda de vaporizare si plafonul colectorului superior. Din aceast camera, aburii sunt trimisi spre supranclzitor, dacc acesta exist, sau spre consumatori. Captarea aburului se face cu ajutorul unui tub cu form special, numit tub culegtor de aburi. Acest tub are pe lng rolul de a capta aburii produsi de cldare si rolul de excludere n msur ct mai mare a umiditatii din continutul aburilor.

25

Continutul mare de umiditate al aburilor aduce prejudicii serioase supranclzitorului de aburi si masinilor att principale ct si auxiliare. n supranclzitor umiditatea nu este dorit, deoarece, pe de o parte, supranclzitorul va consuma o cantitate din cldura acumulat pentru vaporizarea picturilor de ap continute de abur (se micsoreaz temperatura aburului supranclzit), iar pe de alt parte, picturile de ap continute de aburi au o mare concentratie de sruri care prin vaporizarea apei rmn pe tuburile supranclzitorului sub form de crust. Acest din urm fenomen duce la micsorarea cantitatii de cldura acumulat de supranclzitor si chiar la arderea tuburilor acestuia.

Fig. 17. n figura 17 sunt prezentate constructia, fixarea si pozitionarea tubului culegtor de aburi al unei cldri acvatubulare. Dinstanta dintre suprafata superioara a tubului si suprafata interioara a colectorului este de circa 80 mm. Aceast distanta se mentine constanta pe toat lungimea tubului. ntruct tubul are o usoar conicitate, se asigura n partea inferioara acumularea umiditatii separate de aburi. Diametrul tubului depinde de cantitatea de aburi generat de cldare. Ptrunderea aburului n tub se face prin crestturile transversale executate pe suprafata exterioara a tubului. Ltimea tuturor crestturilor este aceeasi si egal cu 8 mm. Lungimea crestturilor pe circumferinta tubului este determinata de valoarea unghiului de la centru care variaz ntre 80o si 98o. Distanta ntre crestturi variaz ntre 28 mm. la nceputul tubului si n crestere pn la 65 mm. la capul nchis al tubului. n scopul montrii si demontrii cu usurint, tubul culegtor de aburi se confectioneaza din mai multe elemente: tuburi conice din otel cu grosimea de 3 4 mm. Placa calmant. n primele rnduri de tuburi din apropierea focarului are loc procesul intens de transformare a apei n abur. Aceste tuburi ptrund n colectorul superior n zona sa central. Bulele de abur, n numar destul de mare, formate n

26

primele rnduri de tuburi, ptrund n colectorul superior, strbat masa de ap si se sparg la nivelul oglinzii de vaporizare. Ascensiunea bulelor de abur n zona central a colectorului d nastere asa numitei cocoase de vaporizare, fcnd ca oglinda de vaporizare s nu fie orizontala. n partea central apa se ridic, iar n prtile laterale nivelul apei coboar. Acest fenomen este periculos prin faptul c nivelul apei se apropie foarte mult de tubul culegtor de aburi, unde uneori se arunc o cantitate nsemnat de ap, determinind cresterea considerabil a umiditatii aburului. Aparitia cocoasei de vaporizare face ca nivelul apei s coboare n prtile laterale ale colectorului si prin aceasta, ultimele rnduri de tuburi pot rmne descoperite, nealimentate cu ap, fapt ce duce n mod inevitabil la arderea lor. Formarea cocoasei de vaporizare poate fi nlturat prin gsirea unei metode de distribuire uniform a bulelor de abur pe toat suprafata oglinzii de vaporizare. n acest scop s-a introdus n cldrile navale moderne placa calmant, mijloc eficace n asigurarea unui proces uniform de distribuire a bulelor de abur pe toat suprafata oglinzii de vaporizare. Placa calmant se confectioneaza din tabl de otel cu grosimea de 3 mm. n scopul asigurarii unei vaporizri uniforme placa calmant se confectioneaza cu dispunerea neuniform a orificiilor. Dispunerea orificiilor trebuie fcut astfel ncit n dreptul tuburilor centrale ale colectoarelor, numarul lor s fie mai mic dect n zona tuburilor periferice. Variatia sectiunii de trecere a aburilor prin plac se poate realiza si prin executarea orificiilor cu diametrul variabil, mai mic (16mm) n zona central si mai mare (20mm) n zonele laterale. Pentru a se putea introduce n colector, placa calmant se confectioneaza din sectii ale cror dimensiuni permit trecerea prin orificiile de vizit ale colectoarelor. Prezenta plcii calmante permite reducerea umidittii aburului de la 78 %, ct au cldrile fr placa calmant, la 12 %. n plus, placa calmant mai are si rol de stabilizator al nivelului apei n colectorul superior cnd nava oscileaza in jurul axei longitudinale (ruliu) si o dat cu aceasta, cldarea se nclin n borduri. nclinrile transversale ale navei fac ca apa n colectorul superior s se deplaseze cnd ntr-un bord, cnd n cellalt, lsnd n mod alternativ unele rnduri de tuburi (n deosebi cele periferice) fr ap, determinind arderea acestora. Placa calmant mpiedic trecerea rapid a apei dintr-un bord n altul, asigurind n felul acesta o stabilitate mult mai bun a apei n colector pe timpul oscilatiilor navei. Prelungitorul tubului de alimentare. Cldarea, n calitate de generator de aburi, transform n fiecare unitate de timp o cantitate determinata de ap n aburi. Pentru a mentine nivelul apei n cldare n asa fel nct s asigure buna functionare a cldrii este necesar a se introduce n fiecare unitate de timp o cantitate de ap egal cu cantitatea de ap transformat n aburi n aceeasi unitate de timp. n cldrile cu circulatie natural, n mod autonom se formeaz anumite contururi de circulatie cu sensuri si viteze bine definite. Din aceast cauz, apa proaspt de alimentare trebuie

27

introdusa n cldare, astfel ncit s nu deranjeze circulatia stabilit n cldare. Introducerea apei n cldare se face cu ajutorul prelungitorului tubului de alimentare. n cldrile acvatubulare moderne alimentarea cu ap se face prin colectorul superior. Apa de alimentare porneste de la pompa de alimentare prin tubul de alimentare, pn la colectorul superior. De aici, apa ptrunde n colector si este distribuita n interiorul acestuia de ctre prelungitorul tubului de alimentare. Dispunerea si forma tubului n colectorul superior depind de tipul constructiv al cldrii. Prelungitorul tubului de alimentare poate fi simplu sau bifurcat. Prelungitorul simplu se foloseste n cazul cldrilor cu ecran pentru alimentarea ultimelor rnduri de tuburi ale snopului principal. La aceste cldri, al doilea contur de circulatie realizat de tuburile ecranului nu necesit prezenta tubului de alimentare n dreptul lor, deoarece tuburile de coborre ale acestui contur sunt nenclzite. Asadar, prelungitorul tubului de alimentare la cldrile cu ecran trebuie s fie dispus n zona tuburilor de coborre ale snopului principal de tuburi. La cldrile simetrice cu 2 circuite de gaze, care nu au ecran, se foloseste prelungitorul tubului de alimentare bifurcat n ambele borduri si dispus n zona ultimelor rnduri de tuburi care, de regul, sunt tuburi de coborre. Prelungitorul tubului de alimentare trebuie dispus pe toat lungimea colectorului si prevzut cu orificii avnd diametrul de circa 5 mm. Tubul trebuie s fie nchis la captul opus intrrii apei, iar orificiile s fie executate pe tub astfel ncit apa s tsneasc spre ultimele rnduri de tuburi. Suprafata total a orificiilor trebuie s fie mai mare dect suprafata transversal a tubului. La cldrile cu pulverizatoarele dispuse pe un singur perete frrontal, orificiile prelungitorului tubului de alimentare trebuie s fie mai dese spre extremittile colectorului si mai rare la centru. Prelungitoarele tuburilor de alimentare se confectioneaza din mai multe tuburi din otel unite ntre ele prin intermediul flanselor. Diametrul tuburilor folosite depinde de cantitatea de ap introdusa n cldare n unitatea de timp. Fixarea prelungitorului tubului de alimentare se face cu ajutorul unor coliere prinse de colector sau de traversele plcii calmante. Separatorul apei de alimentare. Daca apa de alimentare s-ar ntlni cu bulele de abur care se ridic spre oglinda de vaporizare s-ar nrutti n mod vizibil circulatia apei n cldare. Circulatia apei n cldare s-ar nrutti si n cazul captrii bulelor de abur n tuburile de coborre. n scopul evitrii contactului dintre apa de alimentare si bulele de abur, ct si pentru a nu permite ptrunderea bulelor de abur n tuburile de coborre, colectorul

28

superior al cldrii este dotat cu separator al apei de alimentare. Acest separator const dintr-o tabl de otel cu grosimea de 34 mm. dispus pe lungimea colectorului ntre prelungitorul tubului de alimentare si colectorul cldrii. Un capt al separatorului este prins de traversa plcii calmante, iar cellalt de cornierul fixat cu suruburi n peretele colectorului. Partea inferioara a separatorului se fixeaz dup ultimul rnd de tuburi de coborre si naintea tuburilor de ascensiune. n partea inferioara separatorul are cteva degajri pentru a da posibilitatea apei s se scurg pe timpul golirii cldrii. Plnia extractiei de suprafata. Apa de alimentare care intr n cldare are de regul salinitatea de 1,52 oBr (grade Brandt) si duritatea de 0,2 od (grade de duritate). n timpul vaporizrii, srurile rmn n cldare si cu timpul concentratia lor creste considerabil. Concentratia mare de sruri determina depunerea intens a crustei pe suprafata interioara a cldrii, iar aceasta poate aduce cldrii urmri grave. Concentratia mare de sruri poate provoca si aparitia fenomenului de ebolutiuni care arunc cantitati mari de ap n tubul culegtor de aburi si ca urmare pot lua nastere ciocane hidraulice n masini sau pe tubulaturi sau alte fenomene cu totul nedorite. n timpul functionarii cldrii, datorit avarierii sau functionarii anormale a unor aparate auxiliare, ca prenclzitorul de combustibil, condensorul principal, basa etc., n cldare pot ptrunde corpuri uleioase care depunndu-se la suprafata oglinzii de vaporizare mpiedic buna desfsurare a proceselor care au loc n cldare. Pentru mentinerea salinittii apei n cldare n anumite norme, ct si pentru ndeprtarea grsimilor de la suprafata oglinzii de vaporizare, colectoarele superioare ale cldrilor acvatubulare sunt dotate cu instalatii pentru extractia de suprafata. Instalatia se compune dintr-o plnie de tip obisnuit, dar cu dimensiuni ceva mai mari, din tabl de otel, cu grosimea de 2 mm. si dintr-o tubulatur care pune n comunicatie plnia cu valvula extractiei de suprafata de pe colectorul superior. Plnia se instaleaz n centrul cldrii la 1060 mm sub nivelul minim al apei n cldare. n functie de lungimea colectorului se pot folosi una sau dou plnii. Deoarece n timpul extractiei de suprafata apar eforturi mari asupra plniei, aceasta trebuie bine ntrit la nivelul ei de fixare. Fixarea se face de traversele plcii calmante sau de tuburile de alimentare. Fixarea plniei de extractie n apropierea oglinzii de vaporizare a fost determinata de urmtoarele considerente: - din experienta exploatarii cldrilor navale s-a constatat c apa cu concentratie maxima de sruri se gseste n straturile de ap din apropierea oglinzii de vaporizare; - corpurile grase sunt mai usoare dect apa si plutesc la suprafata oglinzii de vaporizare; - ndeprtarea unei cantitati din apa cldrii prin extractie de suprafata se poate realiza la orice regim de functionare a cldrii, fr a putea provoca scurgerea total a apei si fr a deranja circulatia apei n cldare.29

Zincurile cldrii. n timpul functionarii cldrii, n interiorul acesteia apar curenti galvanici ca urmare a tendintei de echilibrare a potentialelor electrice diferite, proprii diferitelor metode folosite n constructia cldrilor. Apa cldrii are rolul de electrolit prin care curentii galvanici pot transporta particule ale metalelor din componenta cldrii. n scopul protejrii metalelor cldrii mpotriva acestui proces electrochimic, n cldri se introduc plci de zinc electrolitic, care se prind de peretii interiori ai cldrii n limitele spatiilor de ap si care se mpart egal pe toat suprafata cldrii. Pe peretii cldrii se depune un strat fin de hidrogen care apr mpotriva coroziunilor provocate de oxigen si acizi, iar pe electrozii de zinc se vor depune radicali de acizi si astfel actiunea coroziv va fi dirijat mpotriva zincurilor. Plcile de zinc electrolitic trebuie s aib un bun contact cu suprafata cldrii. Cantitatea de zincuri introduse n cldare trebuie s fie de 1025 Kg zinc pentru o ton de ap. Plcile de zinc se fixeaz n cutii speciale din tabl perforat pentru a mpiedica cderea buctilor de zinc n tuburile cldrii, cnd zincurile ncep s se descompun. 2.9 ELEMENTE CONSTRUCTIVE AUXILIARE 2.9.1. COLECTOARELE CALDARII Prin colector sau tambur se ntelege camera de otel cu sectiunea circular care uneste, prin intermediul mandrinrii sau sudrii, diferite grupuri de tuburi prin care circul ap sau amestec de ap abur:

Fig. 18.

30

Dup destinatia lor, colectoarele pot fi de aburi, de ap sau pentru supranclzitoare, iar dup pozitia lor, pot fi colectoare superioare sau colectoare inferioare. n prezent, colectoarele cldrilor acvatubulare cu form cilindric, dup cum rezult din figura 18, se compun din corpul cilindric 1 si capacele 2. Corpul cilindric al colectorului poate avea grosime constanta (cazul colectoarelor inferioare) sau grosime variabil. Astfel, n partea inferioara (cazul colectoarelor superioare) grosimea este mai mare dect n partea superioara. Aceast parte mai groas 4 a colectorului superior se numeste plac tubular, deoarece n ea se gsesc orificiile pentru fixarea tuburilor cldrii. Grosimea mai mare a plcii tubulare fat de cealalt parte a corpului cilindric al colectorului se explic prin faptul c orificiile pentru prinderea tuburilor slbesc n aceast zon colectorul. n plus, prinderea tuburilor, n deosebi prin mandrinare, se face mult mai bine ntr-o plac tubular groas, dect ntr-una subtire. Grosimea colectorului se determina prin calcule si va depinde de: presiunea la care va lucra cldarea, de calitatea materialului din care este confectionat colectorul si de numarul si dimensiunilr tuburilor care se fixeaz n colector. De regul: 1 = 1040 mm., iar 2 = 1575 mm. La cldrile cu presiune mic, din calcule deseori rezult 1 < 10 mm. n acest caz, pentru a se asigura o bun mandrinare a tuburilor, grosimea colectorului trebuie s fie mai mare de 12 mm. Cnd din calcule reiese ca 1 = 2 colectorul se confectioneaza cu grosimea constanta pe circumferinta sa. Dup modul cum sunt executate, colectoarele cldrii cu ap n tuburi pot fi: nituite, presate sau sudate:

Fig. 19

Fig. 20

31

n figura 19 este prezentat sectiunea transversal a unui colector superior executat prin nituirea cap n cap a plcii tubulare 1 cu partea superioara 2 a colectorului. n dreprul custurii sunt aplicate din interior si exterior 2 eclise pentru nituire 3.

Fig. 21. n figura 20 este reprezentat modul de mbinare prin nituire a unor colectoare inferioare. Colectoarele obtinute prin nituire se folosesc la cldri cu presiuni pn la 25 Kgf/cm2. Ele au o greutate relativ mare si necesit o bun mbinare si ermetizare. Confectionarea colectoarelor prin sudare a fost ntrziat datorit metodelor insuficient de sigure petru analiza custurilor prin sudare. n prezent exist metode eficiente, capabile s determine calitatea sudurilor si rezistenta acestora. Initial, sudarea colectoarelor se executa prin forjarea metalului n locul mbinrii. n figura 21 este reprezentat modul de sudare prin forjare cu ajutorul unei masini cu role. Metoda se suprapune n locul mbinrii si se nclzeste pn la o temperatura de circa 1200o C, dup care se trage printre role. mbinarea la cald se face cu ajutorul unei prese hidraulice la 60 atm. Dup sudare, cilindrul colectorului este din nou prelucrat pentru a i se da forma dorit. Avantajul principal al acestei metode const n faptul c sudarea se face fr schimbri n structura metalului si din aceast cauz multe uzine, si n prezent, folosesc aceste metode chiar si petru confectionarea colectoarelor de nalt presiune. Metoda modern de executie a colectoarelor const n mbinarea cap la cap a celor 2 prti distincte ale colectoarelor prin sudare electrica cu arc voltaic. Controlul calitatii sudrii se face n laboratoare si n sectia mecanic. n laboratoare se execut probe mecanice, cercetarea metalografic si analiza chimica a materialului. n sectia mecanica se execut controlul vizual al sudrii, proba prin gurire, proba la etansare si controlul sudrii cu ajutorul razelor Roentghen. Proba de etansare se face n modul urmtor: pe partea opus sudrii se aplic un strat de cret dizolvat n ap, iar pe partea sudrii se ud bine cu petrol, in continuare se tine sub observatie suprafata opus sudrii timp de 2040 min, n functie de grosimea materialului. mbinrile prin sudare rezist foarte bine la eforturi de ntindere si compresie si mai slab la eforturi de flambaj. Din aceast cauz este bine ca mbinrile prin sudare s se fac astfel ncit sudarea s nu fie solicitat la flambaj.

32

Colectoarele se confect din otel - carbon, cnd sunt destinate a intra n contact cu aburi sau ap cu temp pn la 300oC si din otel aliat cu crom, molibden etc., cnd sunt destinate a intra n contact cu mediul a crui temperatura depseste 300oC. Cromul mreste rezistenta otelului la coroziune, iar molibdenul mreste rezistenta materialului la temperaturi nalte. Diametrul interior al colectorului depinde de debitul cldrii si trebuie s ndeplineasc urmtoarele conditii: - toate tuburile cldrii trebuie s fie incluse n jumatatea inferioara a colectorului n asa fel nct distanta pe verticala ntre ultimul rnd de tuburi si diametrul orizontal al colectorului s nu fie mai mic de 150 mm; - cantitatea de aburi n m3 ce revine fiecrui m3 volum al camerei de abur nu trebuie s depseasc anumite norme. Astfel, sarcina camerei de abur:q=3 m 3 unde: D [m /h] debitul cldrii; q = 1200 1800 3 m h

D v V

v volumul specific al

aburului saturat uscat; V volumul camerei de aburi. Diametrul colectoarelor superioare variaz ntre 700 si 1500 [mm]. Diametrul colectoarelor de ap se alege din conditiile posibilittii prinderii tuburilor cldrii pe suprafata sa superioara n asa fel nct ultimele rnduri de tuburi s intre n colector sub un unghi mai mare de 17o fat de axa orizontala a colectorului. Diametrul colectoarelor de ap trebuie sa fie ales astfel ncit s poat ptrunde omul n interior pentru efectuarea diferitelor lucrri. Aceste conditii au determinat ca diametrul colectoarelor inferioare (de ap) s fie cuprinse ntre 350 si 770 mm. Colectoarele cldrilor cu ap n tuburi se nchid n ambele extremitti cu capace care pot fi simple si cu orificii de vizit. Capacele se execut din acelasi material cu al colectorului si pot avea forme diferite. Fixarea capacelor colectorului se poate face prin nituire sau sudare. Orificiile de vizit au de regul form eliptic, pentru a nu slbi din rezistenta capacului, ct si pentru introducerea mai comod a omului n colector. Dimensiunile standardizate ale orificiilor de vizit sunt 300 x 400 mm. si numai pentru colectoare mici se admit dimensiuni de 280 x 380 mm. Orificiile de vizit se nchid cu ajutorul autoclavelor.

2.9.2. SUPRAINCALZITOARE DE ABURI

33

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

Fig. 22.

34

Fig. 23. n figura 22 este prezentata schema unei cldri simetrice cu supranclzitoarele dispuse n afara snopului convectiv de tuburi, iar n figura 23 este prezentat supranclzitorul vertical dispus n interiorul snopului convectiv.

a)

b)

35

c) Fig. 24. Dup forma tuburilor, supranclziroarele cldrilor acvatubulare pot fi cu tuburi n form de serpentin (fig. 24 a) cu 2 colectoare, n form de bucl cu 2 colectoare (fig. 24 b) sau n form de bucl cu un colector (fig. 24 c). Primele dou tipuri (24 a si 24 b) se folosesc la supranclzitoarele orizontale, pe cnd al 3-lea (24 c) se foloseste la supranclzitoarele verticale. n prezent se tinde a se folosi la cldrile navale numai supranclzitoare verticale cu tuburi n form de bucl, deoarece dup functionare se pot goli complet de ap. Datorit spargerii si tamponrii unui tub nu se pierde o suprafata prea mare de nclzire cum s-ar ntmpla la supranclzioarele cu tuburi n form de serpentin. Pentru functionarea normal a cldrii, supranclzitorul trebuie s fie bine fixat pe cldare. Fixarea supranclzitorului trebuie s asigure: - o pozitie constanta fat de cldare; - imposibilitatea deplasrii colectorului supranclzitorului n urma diferitelor efecte inertiale; - posibilitatea dilatrii prin nclzire. Pentru asigurarea acestor cerinte, supranclzitorul de abur se fixeaz cu colectorul si snopul de tuburi astfel ncit s nu deranjeze cu nimic buna functionare a cldrii.

36

Fig. 25 Fixarea supranclzitorului vertical dispus dup snopul convectiv de tuburi (figura 25) se face cu urmtoarele conditii: - colectorul supranclzitorului 1 trebuie astfel dispus fat de colectorul inferior 2 al cldrii nct dreapta care uneste centrii ambelor colectoare s se gseasca fat de o dreapt verticala la un unghi mai mic de 30o. Aceasta este necesar pentru a se micsora eforturile de nconvoiere a sistemului de fixare pe colectorul inferior;

- distanta a ntre cercurile exterioare ale colectoarelor nu trebuie sfie mai mic de 200 mm. Aceasta, n scopul asigurarii conditiilor optime de control si eliminare a funinginei care de regul se acumuleaz n cantitate mare n aceast zon; distanta b ntre virful buclelor tuburilor supranclzitorului si suprafata exterioara a colectorului superior trebuie s nu fie mai mic de 200 mm. Aceast distanta este necesara n scopul asigurarii accesului spre sicana de protectie pe care se sprijin virful buclelor. Sicana de protectie este o tabl de otel rezistent la temperaturi nalte care nu admite trecerea gazelor prin zona virfului buclelor. n aceast zon tuburile supranclzitorului sunt supuse unor accentuate eforturi termice. Colectorul unui astfel de supranclzitor se sprijin printr-un cadru metalic pe colectorul inferior al cldrii.

-

2.9.3. ECONOMIZOARELE

37

O alt suprafata auxiliara de nclzire a cldrii care poate fi ntlnit numai la cldrile de nalt presiune o constituie economizorul. Acesta are rolul de a acumula o parte din cldura gazelor ce se ndreapt spre cosul navei si a o reda unui circuit de ap ce urmeaz a intra n cldare. Economizorul este dispus n calea gazelor, dup snopul convectiv de tuburi si imediat dup supranclzitorul de aburi. El are ca scop nclzirea apei de alimentare a cldrii pn la o temperatura apropiat temperaturii apei din cldare. n mod normal, economizorul constituie o a doua treapt de nclzire a apei de alimentare. Prima treapt o constituie prenclzitorul de ap care foloseste cldura latent a aburului prelucrat n mecanismele auxiliare. Din prenclzitor, apa de alimentare ptrunde n economizor unde, trecnd la o valoare cu 3040 oC mai mic dect temperatura de saturatie din cldare. Economizorul se foloseste la cldrile de nalt presiune, deoarece n aceste cldri temperatura de saturatie are valori mari, iar gazele din focar, avnd o viteza de scurgere mare, tind s prseasc cldarea cu o cantitate apreciabil de cldura. Economizorul, ca o suprafata auxiliara de nclzire, are tocmai rolul de a micsora pe ct posibil continutul de cldura al gazelor la evacuare si de a introduce aceast cldura n cldare o dat cu apa de alimentare. n felul acesta, apa de alimentare intrnd cu o temperatura ridicat, va necesita o cantitate de cldura mai mic pentru a atinge temperatura de saturatie la care ncepe procesul de vaporizare.

n principiu, economizorul este alctuit dintr-un numar de tuburi prin interiorul crora circul apa de alimentare, iar prin exterior fiind splate de gazele calde ale combustiei. Tuburile economizorului pot avea forma unor serpentine dispuse orizontal si prinse n dou sau mai multe colectoare. Economizoarele se pot clasifica n: - economizoare nefierbtoare la care apa se prenclzeste cel mult 2025 oC sub temperatura de saturatie. Se confectioneaza din tuburi de font cu aripioare dispuse orizontal avnd directia de curgere a gazelor de ardere perpendicular pe ele; - economizoare fierbatoare la care apa se nclzeste pn la temperatura de saturatie corespunztoare presiunii din cldare si se vaporizeaz partial (maxim 15% din debitul de abur trecut prin economizor). Se execut din tevi de otel fr suduri (trase) cu diametrul de 3252 mm. dispuse n serpentine paralele. Economizoarele din font sunt mai putin rezistente din punct de vedere mecanic si la socuri termice, dar sunt mai rezistente la coroziune. Avantajele folosirii economizoarelor sunt:38

-

reducerea suprafetei de nclzire a vaporizatorului; folosirea rational a entalpiei reziduale din gazele de ardere; eliminarea partial a dilatrii inegale a prtilor componente ale sistemului vaporizator; reducerea variatiei de nivel a tamburului.

Fig. 26.

Economizor fierbator A. Descriere

La caldarile de tipul ESD III economizorul se prezinta ca o suprafata de schimb de caldura suplimentara, dispusa deasupra preincalzitorului, apa circuland in sens contrar sensului de curgere a gazelor. Pentru cresterea suprafetei de schimb de caldura, economizorul prezinta aripioare din fonta la partea de joasa temperatura si din otel in zona de temperatura ridicata. Structural, carcasa si invelisul sunt constructii robuste pentru a rezista solicitarilor impuse, caldarea si supraincalzitorul avand acelasi cadru. Economizorul poate fi sustinut de catre cadrul caldarii sau de catre structura navei. El este cu un singur invelis, iar caldarea si supraincalzitorul sunt cu invelis dublu, spatiul dintre invelisuri fiind presurizat pentru a se preveni pierderi de gaz si pentru reducerea temperaturii carcasei exterioare. Elementele refractare si de izolatie sunt de constructie monditica si pot fi spalate cu apa. La caldarile de tip ESRD se intalnesc 2 economizoare: economizorul cu aripioare si economizorul by-pass. Economizorul by pass consta din elemente inelare transversale situate deasupra primei treceri a supraincalzitorului primar. Este dispus pentru a asigura o curgere unisens, impiedicand posibilitatea evaporarii, elementele fiind sustinute de ochetii rezistenti la incalzire ai tuburilor adiacente ale caldarii. Marirea suprafetei economizorului este facuta prin folosirea tuburilor de otel cu aripioare montate deasupra valvulelor registrului de control. In caldarile radiante Babcock MR , in camera convectiva se afla amplasat la partea superioara un economizor ce capteaza caldura de la gazele de ardere, dupa ce39

acestea au traversat supraincalzitorul primar si secundar. Economizorul este format din mai multe randuri de serpentine orizontale, suprapuse. B. Defectiuni , cauze si remedieri La instalatiile de caldari la care economizorul nu are instalatie de by-pass, o avarie la economizor impune scoaterea din functiune a caldarii. Inspectia la partea de apa, in general, nu prezinta probleme deosebite desi, in trecut cand regulatorul de alimentare era plasat intre economizor si caldare, fluctuatia de presiune era responsabila de o serie intreaga de dificultati produse in zonele de expandare a tuburilor in colectoare. Avand in vedere ca economizoarele functioneaza la o temperatura scazuta a apei si a gazelor, pe suprafata aripioarelor de fonta de pe tuburi apar ciupituri si coroziuni produse pe actiunea acidului sulfuric, in special in zonele cu temperatura mai scazuta. Formarea depozitelor intre tuburi si intre aripioare, nu prezinta o importanta deosebita pentru Societatea de Clasificare, dar pentru armator inseamna o scadere a eficientei caldarii, un consum crescut de combustibil si o incorecta stare de functionare a caldarii. Infiltratiile de apa, provenite de la instalatia de spalare cu apa, sau abur, de la instalatia de suflare, absorb sulful din depozitul de cenusa si funingine formate in tuburi si / sau aripioare, formand acid sulfuric care ataca violent suprafetele calde ale economizorului.

2.9.4. PREINCALZITORUL DE AER

n focarele cldrilor navale moderne aerul este introdus dup ce n prealabil a fost nclzit. nclzirea aerului se face n prenclzitorul de aer care constituie o suprafata auxiliara de nclzire a cldrii. Pentru nclzirea aerului se foloseste cldura gazelor evacuate de cldare. La cldrile care folosesc combustibili lichizi, nclzirea aerului se face pn la 200250 oC. nclzirea aerului constituie o msur eficace n cresterea randamentului cldrii, deoarece aerul cald introdus n focar va necesita o cantitate de cldura mai mic pentru echilibrarea temperaturii lui cu temperatura din focar. Prin introducerea n focarul cldrii a aerului cald creste intensitatea procesului de ardere a combbustibilului, creste temperatura din focar si scad pierderile de cldura determinate de arderea incomplet. Cresterea intensittii combustiei permite mrirea debitului cldrii datorit acumulrii si transmiterii de ctre suprafata de nclzire principal a cldrii ntr-o msur mult mai intens.

40

Prenclzitorul de aer const n principiu dintr-o serie de tuburi prin care circul aerul destinat nclzirii. n exterior, tuburile sunt nclzite de gazele combustiei care ptrund n cosul navei. De regul, prenclzitorul de aer este ultima suprafata auxiliara de nclzire a cldrii si este dispus la baza cosului. Gazele calde dup ce au cedat o mare parte din cldura lor tuburilor cldrii, prsesc cldarea detinnd nc o apreciabil cantitate de cldura. n scopul utilizarii n ct mai mare msur a cldurii gazelor, n calea acestora se mai instaleaz aceast suprafata de nclzire a prenclzitorului de aer. n acest fel se reuseste ca o oarecare cantitate de cldura a gazelor s se rentoarc n focar prin intermediul aerului cald. Prenclzitoarele de aer pot fi executate cu tuburile dispuse orizontal sau vertical. Tuburile prenclzitoarelor de aer folosite la nave pot avea diferite forme. Astfel, primele prenclzitoare de aer au fost cu tuburi avnd sectiune rotund. Acest tip de tuburi avea marele dezavantaj c opunea o mare rezistent aerodinamic gazelor care se scurgeau spre cos. Tipurile actuale ale prenclzitoarelor de aer au tuburile cu diferite forme aerodinamice. n figura 27 sunt redate cteva forme de tuburi ale prenclzitoarelor de aer si modul de dispunere n calea gazelor. Singurul dezavantaj al tuburilor cu forma aerodinamic constant n procesul tehnologic mai complicat dect n cazul tuburilor cu sectiune rotund.

41

Fig. 27. Prenclzitoarele de aer fiind dispuse n zone cu temperaturi relativ mici, tuburile acestora se gsesc n conditii termice mult mai usoare dect tuburile suprafetei principale de nclzire. Din aceast cauz grosimea tuburilor este de 0,5 pn la 2 mm. Prinderea tuburilor se face n plci tubulare prin ndoire si lipire avnd grij ca ntr-una din prti, tuburile s aib posibilitatea de a se dilata. n practic nu se prea se ntlnesc cazuri ca una si aceeasi cldare s fie dotat att cu prenclzitor de aer, ct si cu economizor.42

Prenclzitoarele de aer pot fi ntlnite la cldrile de joas presiune, iar economizoarele la cldrile de nalt presiune. n ceea ce priveste supranclzitoarele de aburi, acestea pot fi ntlnite la toate tipurile de cldri principale. APA DE ALIMENTARE A CALDARILOR Pentru functionarea normal si ndelungat a cldrii, trebuie ca aceasta s fie alimentata cu ap ct mai curat, fr impuritti mecanice sau chimice. n cldare are loc un proces continuu de vaporizare. Aburii nu contin sruri. Srurile fiecrei portii de ap introdusa n cldare, dup vaporizarea acesteia, rmn n cldare, contribuind la cresterea concentratiei srurilor n apa cldrii. Pentru eliminarea sau neutralizarea, ntr-un fel sau altul a acestor sruri, se iau msuri speciale. Totalitatea msurilor care se iau pentru a crea conditii favorabile pentru functionarea cldrii cu ap naturala, constituie asa numita tratare sau prelucrare a apei pentru cldri. Privit din punct de vedere al calitatii, apa cldrilor se poate mprti n 2 categorii:

-

apa de alimentare si, apa din cldare.

Prin apa de alimentare se ntelege acea ap care se gseste n instalatie spre a fi introdusa n cldare. Apa din cldare se deosebeste foarte mult de apa de alimentare mai ales prin concentratia mare de sruri. Calitatea apei de alimentare si a apei din cldare se caracterizeaza cu ajutorul urmtorilor indici de calitate: Duritate temporar. Acest indice caracterizeaz prezenta bicarbonatilor de calciu [Ca(HCO3)2] si bicarbonatilor de Mg [Mg(HCO3)2] n ap. Prin fierberea apei acesti bicarbonati se descompun formnd carbonati indisolubili: Mg(HCO3)2=MgCO3+H2O+CO2. Carbonatii de Ca si de Mg [CaCO3 si MgCO3] se depun sub form de nmol ne mai contribuind la formarea crustei. Duritatea permanent. Duritatea permanenta constituie indicele ce caracterizeaz prezenta sulfatilor si clorurilor de Ca si Mg care n timpul nclzirii apei nu se depun, ci rmn dizolvati n masa apei contribuind la formarea crustei.

43

Cresterea concentratiei de astfel de sruri n apa cldrii face ca acestea s se depun sub form de crust. Din srurile care compun duritatea permanent a apei, cel mai periculos component e sulfatul de Ca [CaSO2], care formeaz o pelicul solid pe suprafata interioara a cldrii. Duritatea total. Duritatea totala constituie indicele care nsumeaz valorile durittii temporare si permanente. Duritatea total a apei se msoar n grade de duritate d. Un grad duritate reprezinta 10 mg sruri de Ca la un litru de ap. 1od=10 mg CaO = 7,14 mg MgO. Salinitatea apei. Acest indice caracterizeaz prezenta si continutul clorurilor de sodiu, Ca si Mg [NaCl,CaCl2, MgCl2] n ap. Salinitatea apei se msoar n grade Brandt [oBr]. Un grad Brandt reprezinta 10 mg de cloruri ntr-un litru de ap. Continutul de oxigen dizolvat. Acest indice caracterizeaza cantitatea de miligrame de oxigen dizolvat ntr-un litru de ap. Cunoasterea acestui indice este important n deosebi pentru apa cldrilor de nalt presiune, unde s-a constatat c oxigenul dizolvat n ap, la presiuni ridicate, corodeaz puternic metalul cldrii.

Numrul bazic. Este indicele care rerprezinta care anume parte din continutul total de corpuri chimice aflate n ap se comport ca soda caustic. Numarul bazic reprezinta cantitatea de NaOH ntrt-un litru de ap. Numrul fosfatic. Pentru depunerea srurilor dure n stare de nmol, n cldare se introduc anumiti compusi chimici la baza crora st anhidrida fosfatic [P2O5]. Pentru a se cunoaste continutul de anhidrid fosfatic n apa cldrii se foloseste numarul fosfatic, care reprezinta numarul de miligrame P2O5 ntr-un litru de ap. Indicele de hidrogen (pH). Acest indice caracterizeaza concentratia ionilor de hidrogen n ap. El constituie unitatea de msur a reactiei apei: - pH = 7,0 apa este neutr; - pH < 7,0 apa este acid; - pH > 7,0 apa este bazic. Salinitate normal a apei din cldare trebuie s fie de 30 oBr (Brandt) pentru cldrile cu pk > 30 Kgf/cm2, 50 oBr pentru cldrile cu pk = 1730 Kgf/cm2 si 80 oBr pentru cldrile cu pk < 17 Kgf/cm2. n cldrile ignitubulare salinitatea maxima admis este 1000 oBr. n scopul mentinerii calittii apei cldrilor n limitele normelor admise, la bordul navelor se execut tratarea apei att n afara cldrilor, ct si n interiorul acestora.

44

2.10.1 TRATAREA APEI IN AFARA CALDARILOR Tratarea apei n afara cldrii const n aceea c nainte ca apa s fie introdusa n cldare este supus unui regim de filtrare mecanic sau chimic n scopul mbunttirii calitatii ei. Filtrarea mecanica, are rolul de a nltura din continutul apei impurittile mecanice de natura uleiurilor si altor impuritti. Filtrarea apei n afara cldrii se face n putul cald al nstalatiei sau n bas. Acestea sunt tancuri care au rolul de a depozita temporar condensatul obtinut n condensor. n interior ele sunt prevzute cu filtre capabile s retin uleiul si alte impuritati mecanice ale condensatului. Filtrarea chimica trateaz apa cu ajutorul unor reactivi chimici care n combinatie cu srurile dizolvate n ap formeaz alte sruri indisolubile care se depun n prtile inferioare ale cldrii sub form de nmol-past sau transform duritatea permanent n duritate temporar care se ndeprteaz usor prin nclzirea sau fierberea apei.

Prelucrarea termic a apei constituie un alt procedeu de tratare a apei n afara cldrii. Acest procedeu const n vaporizarea apei de mare n instalatii de distilare. Aburii obtinuti sunt condensati, si, n felul acesta se obtine apa distilat care poate fi folosita n bune conditii pentru completarea pierderilor de ap n circuitul apei de cldare. Degazarea apei de alimentare se utilizeaz la cldrile a cror presiune de regim depseste 30Kgf/cm2 si se realizeaz n aparate speciale numite degazoare. Degazarea apei const n pulverizarea continu a apei de alimentare n scopul eliberrii gazelor dizolvate n ap (oxigen, bioxid de carbon etc.). n cazul folosirii degazorului, instalatia de cldri nu mai necesit putz cald si nici bas, rolul acestora prelundul degazorul. Degazoarele sunt tancuri cilindrice, de regul dispuse n planul diametral al navei, ntre compartimentul de cldri si masini. Ele sunt dotate cu dispozitive de pulverizare mrunt a apei si canale speciale pentru evacuarea gazelor separate. Tratarea electromagnetic a apei. Aparatul destinat tratrii electromagnetice a apei este compus din: electromagneti si un tub din Cu. La nave, acest aparat se introduce n tubulatura de aspiratie a pompei de alimentare a cldrii, ntr-o pozitie verticala. Apa destinat tratrii este introdusa n aparat prin partea inferioara a tubului de aspiratie si trece prin spatiul dintre tubul de aspiratie si carcasa aparatului. La trecerea prin dreptul electromagnetilor, apa ntretaie liniile de fort ale magnetilor sub un unghi drept. Tratarea apei se face tocmai ca urmare a trecerii apei printr-un

45

cmp magnetic constant. Srurile de duritate ale apei sub actiunea cmpului magnetic si schimb forma cristalelor, si ca urmare, aceste sruri si pierd proprietatea de a se lipi pe suprafata de nclzire sub form de crust. Intrnd n cldare, apa tratat electromagnetic depune srurile de duritate n stare de nmol-past, care se ndeprteaz prin extractiile de fund ale cldrii. 2.10.2 TRATAREA APEI IN CALDARE Tratarea apei n cldare const n introducerea unor reactivi chimici n cldare. Acestia intrnd n combinatie cu srurile continute de apa din cldare dau nastere altor sruri solubile care se depun pe fundul cldri n stare de nmolpast. La atingerea unei limite admisibile a continutului de sruri, de nmol, precum si a alcalinittii apei din cldare, se procedeaz la evacuarea din cldare a unei prti din ap si nlocuirea acesteia cu ap de alimentare tratat n afara cldrii. Aceast operatie se numeste extractie de fund a cldrii, deoarece nmolul se elimin printr-un orificiu practicat n colectorul inferior al cldrii.

2.10.3. CONTROLUL CALITATII APEI Controlul calittii apei de alimentare si al apei din cldri este necesar pentru a se trata apa n mod corespunztor, alegnduse n acest scop cantitatea necesara de reactivi chimici. Pe de alt parte, controlul periodic al calittii apei de alimentare, permite tinerea evidentei calitatii acesteia si observarea la timp a indicilor de calitate anormali, care prevestesc deteriorarea apei de alimentare. Apa de alimentare se poate deteriora ndeosebi ca urmare a ptrunderii apei de mare n circuitul apei de alimentare al cldrii. Apa de mare poate ptrunde n circuitul apei de alimentare pe mai multe ci. Cel mai frecvent si mai periculos caz l constituie spargerea tuburilor condensorului prin suprafata de la masini. n acest caz, apa de rcire a condensorului (apa de mare) se amestec cu condensatul, care constituie baza sursei de alimentare cu ap a cldrii, mrindu-i n mod considerabil cantitatea de sruri. 2.10.4. INSTALATIA DE ALIMENTARE CU APA Aceast instalatie trebuie s asigure n permanent alimentarea cldrii cu o anumita cantitate de ap, functie de debitul de vapori generati la un moment dat. Instalatia se compune din: pompe de alimentare cu ap, pompe de circulatie, tancuri pentru depozitarea apei, filtre, baza de observatie, putzul caldarii, valvula de trecere, aparate de msur si control (termometre, manometre etc.), prenclzitorul de ap, economizorul si tubulatura de legtur.

46

Fig. 28. 1 tancuri de ap; 2 conducte condens; 3 filtru; 4 pomp circulatie; 5 prenclzitor; 6 economizor; 7 cap alimentare principal; 8 cap alimentare secundar. Pompele trebuie s asigure n permanent o cantitate de ap de alimentare n concordant cu debitul de vapori, respectiv cu consumul de ap al cldrii, pentru siguranta si securitatea instalatiei aceasta este prevzuta cu 2 pompe de alimentare. Pentru asigurarea unei calitati corespunztoare a apei de alimentare, aceasta trebuie supus unui control si unor analize periodice pentru luarea preventiv a msurilor de evitare a depunerilor si a crustelor. Problema principal este asigurarea continu a nivelului apei n cldare ntre limitele admise petru orice regim de sarcina a cldrii.

2.10.5. CIRCULATIA APEI IN CALDARILE ACVATUBULARE Marea cantitate de cldura, degajat n focarul cldrii prin arderea combustibilului, trebuie acumulat ct mai repede si n msur ct mai mare de suprafata de nclzire a cldrii. Aceasta din urm trebuie s transmit cldura continut de gaze apei cldrii pentru a o transforma n aburi cu anumiti parametri.

47

Avnd n vedere c suprafata de nclzire este nclzit pe de o parte de gazele calde ale combustiei, iar pe de alt parte rcit de apa cldrii, trebuie s i se creieze suprafetei de nclzire conditii optime de rcire. n caz contrar suprafata de nclzire se poate supranclzi sau se poate arde. Rcirea suprafetei de nclzire se realizeaza printr-o circulatie organizat a apei de rcire n cldare. Circulatia apei n cldare poate fi: - naturala sau, - artificial.

2.10.5.1. CIRCULATIA NATURALA A APEI IN CALDARE Circulatia naturala apare ca rezultat al schimbului convectiv d