Corso di Laurea. Progetto di Impianti di Propulsione Navale. Università di Trieste

Transcript

1 Corso di Laurea Progetto di Impianti di Propulsione Navale Università di Trieste

2 DESCRIZIONE E TIPI DI APPARATO MOTORE Apparato Motore. E definito apparato motore l insieme dei componenti atti a consentire il moto alle eliche e quindi permettere il moto della nave. I primi apparati motore erano normalmente composti da una caldaia, da una motrice alternativa e da un condensatore. In seguito, per le richieste di più elevate potenze, aumentarono, prima il numero delle caldaie, restando unitario il numero delle motrici e dei condensatori ed in seguito alla sempre maggior richiesta di potenza aumentò anche il numero di questi componenti. Similare fu lo sviluppo degli apparati motore a turbina a vapore, prima si aumentò il numero delle caldaie e successivamente anche il numero delle turbine ed ovviamente il numero dei riduttori interposti fra turbina e linea assi-eliche. Il passo successivo fu l introduzione, prima nella marina militare e successivamente anche in quella mercantile degli apparati motore turbo-elettrici, che assicuravano un più flessibile impiego dell impianto alle varie andature nave. A seguito della disponibilità di motori Diesel di grossa potenza, limitati consumi di combustibile, adozione di combustibili pesanti a basso costo ed affidabilità dei Diesel stessi, fu quasi immediato il loro impiego come componenti principali degli apparati di propulsione prima nelle navi militari, in impianti misti Diesel + turbine a vapore o turbine a gas (CDAG-CODOG negli ultimi vent anni), e poi nelle navi mercantili. Il motore Diesel, a due o a quattro tempi, può essere impiegato come: propulsore diretto, accoppiato direttamente alla linea assi ( motori lenti a due tempi c.ca rpm) propulsore accoppiato alla linea assi tramite riduttore (motori semi-veloci e/o veloci a quattro tempi fino a c.ca.800 rpm) Diesel generatore. In questo caso, come nella turbo-generazione, l apparato motore è una vera e propria centrale elettrica che, oltre a fornire la corrente per i vari servizi nave (luce, hotel etc) fornisce la potenza necessaria alla propulsione a dei motori elettrici, che accoppiati direttamente alla linea assi, provvedono a muovere la nave. COSAG. Sigla derivata dall inglese Combined Steam and Gas che qualifica un apparato motore propulsivo misto, composto da turbine a vapore e turbine a gas, nel quale il funzionamento dell uno non esclude l altro. La turbina a vapore è normalmente usata per l andatura di crociera ed è considerato l impianto base, mentre l impianto a gas è utilizzato per gli spunti di potenza. Sia la turbina a vapore che quella a gas sono collegate alla linea assi mediante giunti sconnettibili e riduttore ad ingranaggi. L andatura in marcia addietro è effettuata dalla sola turbina a vapore che, in tal caso è dotata di palettatura di marcia addietro oppure nel caso di eliche a pale orientabili da entrambe le turbine.

3 COSOG. Sigla derivata dall inglese Combined Steam or Gas che qualifica un apparato motore propulsivo misto, composto da turbine a vapore e turbine a gas, nel quale il funzionamento dell uno esclude l altro. La turbina a vapore è solamente usata per l andatura di crociera, mentre l impianto a gas è utilizzato per gli spunti di potenza.per il resto vale quanto già detto per il COSAG solamente in questo caso, COSOG, non può essere usata tutta la potenza installata limitazione che comunque è compensata da minore costo di costruzione, installazione ed esercizio Per quanto riguarda la propulsione elettrica sulle navi da crociera, da circa un decennio, si usa anche la sistemazione azimutale dei motori elettrici di propulsione. Questa sistemazione, oltre ad un sensibile guadagno di spazio, sparisce infatti il locale MEP e delle linee assi, consente l eliminazione dei timoni,,delle eliche di manovra poppiere e di tutti gli impianti ed accessori relativi, in quanto i propulsori stessi, potendo ruotare anche di 360, adempiono a tutte queste funzioni. La centrale elettrica può avere qualsivoglia tipo di configurazione. Una ulteriore configurazione è rappresentata dagli apparati motore sia solamente con Turbine a Gas (COGOG) o con propulsione mista (vedi sopra). Questi apparati motore, in virtù dell elevato costo unitario e dell elevato consumo di combustibile leggero delle TAG, sono principalmente usati in campo militare e la loro applicazione/installazione, come configurazione di apparato motore, è similare agli impianti a turbina a vapore. Esistono però delle navi da crociera dove, nella versione di turbo-generazione, sono installate delle TAG che garantiscono, in acque dove vigono severe leggi di antinquinamento, delle emissioni di fumo notevolmente inferiori ai limiti massimi imposti dalle Autorità del luogo. Il loro impiego però, soprattutto a causa del loro consumo e per l altissimo costo del combustibile, è limitato alla permanenza della nave in queste aree.

4 Tipi di Motrice ed Accessori Motrice Alternativa. La motrice alternativa è stata il primo apparato motore propulsivo meccanico ad essere installato in marina, dapprima come ausilio all impianto velico e successivamente come motrice principale. Per molti anni, oltre i cinquanta, in una continua evoluzione non ha trovato concorrenti che la potessero totalmente sostituire. Semplice nel suo funzionamento e sempre affidabile dimostrò, nel suo cinquantennio di utilizzo, i suoi limiti nella potenza sviluppabile che la vide progressivamente soppiantata dalle turbine a vapore prima, dai motori Diesel ed infine dalla turbine a gas. Turbine a Vapore. Come detto sopra le motrici alternative, che pure hanno avuto tanta importanza nella propulsione navale hanno dovuto cedere il passo alla turbine che, possedendo tutti i pregi delle macchine rotative, permettono di realizzare maggiori potenze asse con ingombri e pesi nettamente inferiori. La turbina a vapore è una macchina rotativa che trasforma l energia termica posseduta dal vapore in un lavoro meccanico sull asse motore e la configurazione stessa delle turbine consente velocità di rotazione palette superiori ai 350 m/sec contro i m/sec. degli stantuffi delle motrici alternative con un lavoro meccanico continuo rispetto a quello alternativo delle motrici a vapore,con una conseguente uniformità e più continua distribuzione della potenza che si traduce anche in minori vibrazioni e rumori. Condensatore. Il condensatore è un involucro chiuso cilindrico o parallelepipedo che, posto allo scarico delle motrici alternative o delle turbine a vapore, serve a condensare, sotto vuoto, il vapore ed attraverso pompe di circolazione rimettere l acqua così ottenuta in ciclo per ricreare, in caldaia, altro vapore. Normalmente il raffreddamento del vapore viene effettuato usando come liquido refrigerante acqua mare. L acqua di condensa, per un migliore rendimento del ciclo, viene pre-riscaldata in appositi riscaldatori alimentati a vapore. Riduttore. Il riduttore è una sistemazione meccanica od in alcuni casi elettrica, adatta a diminuire il numero di giri tra motrice e linea assi-elica, allo scopo di far funzionare al massimo del rendimento sia la motrice che l elica. L uso del riduttore è necessario negli apparati motore con turbine sia a vapore che gas e nei motori Diesel veloci. Reggispinta. E il cuscinetto assiale che, sistemato sulla linea assi è destinato a trasmettere allo scafo la spinta dell elica stessa. sono sistemati anche sull asse delle turbine per sopportare la spinta del vapore che si manifesta durante la sua espansione nelle turbine. Intermedi. Sono cuscinetti radiali che servono a supportare il peso della linea assi.

5 Motore Diesel. Il motore Diesel è una macchina a combustione interna (endotermica) che trasforma l energia termochimica del combustibile in lavoro, mediante la combustione diretta con aria che poi si espande nel cilindro(i) del motore. Attualmente si preferisce l uso di apparati motori Diesel per i bassi consumi di combustibile rispetto ad impianti a vapore e/o con turbine a gas. La tendenza è per l uso di motori veloci o semi veloci a quattro tempi generalmente accoppiati ad un alternatore che consentono un funzionamento del Diesel a velocità costanti con un maggiore utilizzo del motore alle sue condizioni ottimali. Per le varie andature nave e per la marcia addietro si agisce sul numero di giri e sul senso di rotazione dei Motori Elettrici di Propulsione (MEP) e/o si usano eliche a pale orientabili. In certe configurazioni o su richiesta del Cliente il cuscinetto può essere far parte del blocco motore. Turbina a Gas (TAG). Questo tipo di turbina, di derivazione aeronautica, viene principalmente usato per applicazioni militari in quanto a fronte di dimensioni e pesi limitati erogano delle notevoli potenze. Il loro uso come già detto è molto limitato nel settore mercantile a causa notevole consumo specifico e degli altissimi costi del combustibile leggero che deve essere impiegato (c.ca gr/kw contro i gr/kW di un motore Diesel). In ogni caso nel settore mercantile le turbine sono usate come turbogeneratori che alimentano dei MEP e per le condizioni di navigazione vale quanto detto per la Diesel generazione.

6 5 Schemi di Apparato Motore Schema Apparato Motore con Motrice Alternativa CALDAIA MOTRICE ALTERNATIVA Condensatore

7 6 Schema di un Apparato Motore con Turbine a Vapore Locale turbine Locale caldaie Locale Generatori Riduttore Turbina a vapore ad Alta Pressione Caldaia Giunto R Vap. ridotto per marcia addietro Turbo-Generatore Turbina a vapore a Bassa Pressione con MAD incorporata Condensatore Sez. Turbine a Gas (TAG) Sez. vapore c.s.d. Calderina aux a nafta Diesel-Generatore Turbina Gas Giunto Caldaia Giunto Turbina Gas Giunto Schema di un Apparato Motore Tipo COSAG o COSOG

8 7 Schema di un apparato con Diesel Lento a Due Tempi DIESEL GENERATORE MOTORE PRINCIPALE Calderina aux a nafta

9 8 Schema Locale Apparato Motore con Propulsione Diesel Meccanica LOCALE MOTORI DIESEL Calderina aux a nafta LOCALE DIESEL Riduttore Riduttore Calderina aux a nafta

10 9 Schema Locale Apparato Motore con Propulsione Diesel Elettrica LOCALE MOTORI ELETTRICI DI PROPULSIONE LOCALE DIESEL GENERATORI Calderine aux a nafta Motore Elettrico di Propulsione Reggispinta Motore Elettrico di Propulsione