Căldări Navale și Mașini de Forță 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 în miscare propulsoarele, care realizeaza forta necesara deplasarii navei prin apa. Având în vedere faptul ca, masinile principale de propulsie se diferentiaza între 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.

Tinând cont de faptul ca fiecare dintre instalatiile de forta enumerate au atât avantaje cât si dezavantaje, alegerea lor se face functie de tipul navei, deplasamentul si destinatia acesteia. În epoca actuala cea mai larga folosinta au capatat-o instalatiile de forta cu motoare cu ardere interna. Cu toate acestea, atât în marina comerciala cât si în cea militara, instalatiile de forta cu aburi au o larga raspândire.

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

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

a) - liniar - atunci când caldarile sunt dispuse în prova masinilor de propulsie;

b) - esalonat - când un anumit numar de caldari sunt dispuse în 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 - când caldarea si masina de propulsie sunt dispuse în acelasi compartiment;

d) - combinat  când instalatia de forta are în componenta atât masini cu abur cât 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 în vapori la suprafata lichidului. Miscarea browniana a particulelor de apa este caracterizata de variatia în modul si sensul vitezei lor, astfel încât unele parasesc apa, trecând în spatiul liber (cele cu viteze mari), iar altele se transforma din nou în apa. Procesul variaza direct proportional cu temperatura fluidului si cu suprafata expusa mediului exterior.

Vaporizarea constituie procesul de transformare a apei în vapori în toata masa fluidului. Apar bule de abur în masa fluidului, caracterizate prin miscari violente la suprafata de separatie fluid  aer, numita oglinda de vaporizare, iar o parte din aceste bule trec în spatiul de abur. Procesul de vaporizare se desfasoara la o presiune constanta si poate fi descris în diagrama Á  V prezentata în 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, caracterizând parametrii la care fluidul trece instantaneu în abur supraîncalzit

Punctul 1 desemneaza începerea procesului de încalzire a fluidului pâna la temperatura de fierbere. Punctele 2 si 3 desemneaza aparitia primilor vapori.

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

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

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