REPORT DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA NAVALE E TECNOLOGIE MARINE TITLE: IMPIANTI NAVALI E ALLESTIMENTO NAVALE

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1 DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA NAVALE E TECNOLOGIE MARINE TITLE: REPORT IMPIANTI NAVALI E ALLESTIMENTO NAVALE AUTHOR(S): M. Figari, G. Filipasso, S. Padroni DATE: Settembre 2006 REPORT N.: R2MF06 Rev. 0 ABSTRACT: Appunti e figure per seguire le lezioni del Corso Impianti e Allestimento Navale 1 del Corso di Studi in Ingegneria Navale. DISTRIBUTION: free

2 Report: R5MF05_1 INDICE 1 PREMESSA Nomenclatura FASI PROGETTAZIONE IMPIANTI ENTRO E FUORI APPARATO MOTORE Schema semplificato di progettazione degli impianti Progettazione di base Progettazione Funzionale Progettazione esecutiva IMPIANTI A.M Simbologia degli Impianti Olio Combustibile Refrigerazione Macchinari Olio Lubrificante Gas di Scarico Ventilazione Apparato Motore Vapore per ausiliari Impianti a fluido diatermico Governo IMPIANTI F.A.M Sentina Zavorra Incendio COMPONENTI DEGLI IMPIANTI Scambiatori di calore Tubolature Depuratori centrifughi Matching pompa-circuito Trasmissioni idrauliche LINEE D'ASSI Carichi agenti sulla linea d'asse Dimensionamento linea d'asse Metodi di misura della potenza di un apparato motore Cuscinetti NORMATIVE INERENTI GLI IMPIANTI DELLE NAVI SOLAS Marpol IMO Guidelines for engine room layout, design and arrangement Normativa sulla sicurezza nei luoghi di lavoro REGOLAMENTI PER LA COSTRUZIONE E LA CLASSIFICAZIONE DELLE NAVI - RINA Principi della classificazione e notazioni di classe - Parte A, Cap1, Sez Assegnazione della Classe Rinnovo della Classe Specie delle visite Visite Periodiche Macchine Sezione C - regolamento per gli apparati motore ed i macchinari in genere Linee d alberi Vibrazioni Pompe e tubolature Macchine di governo /168

3 8.11 Prova degli Apparati Motore e dei Macchinari in genere BIBLIOGRAFIA FIGURE - FASI DI PROGETTAZIONE ENTRO E FUORI APPARATO MOTORE FIGURE - IMPIANTI A.M Simbologia Proprietà dei combustibili Schemi e figure Impianto combustibile Schemi e figure Refrigerazione macchinari Schemi e figure Circuito Olio Lubrificante Schemi e figure Gas di scarico Schemi e figure Circuito Vapore Schemi e figure Circuito Olio Diatermico FIGURE - COMPONENTI DEGLI IMPIANTI Scambiatori di Calore Schemi e figure Tubolature Figure Pompe Schemi e figure Depuratori centrifughi Schemi circuiti oleodinamici Schemi e figure Sistemi Governo Nave FIGURE - IMPIANTI F.A.M Sentina Zavorra Incendio Aria compressa FIGURE - LINEE D ASSI Elenco Figure /168

4 1 PREMESSA Il presente report è stato preparato come ausilio agli studenti per seguire le lezioni di Impianti e Allestimento Navale 1. Il report non vuole quindi essere un libro di testo sull'argomento ma una raccolta di lezioni in continua evoluzione ed aggiornamento. L insegnamento di Impianti e Allestimento Navale 1 è stato istituito nell AA 2005/2006 ed è l evoluzione dell insegnamento di Impianti Navali 1 (1/2) + Allestimento Navale 1 (1/2), istituito nell'aa 2000/2001. L insegnamento di Impianti e Allestimento Navale 1 si prefigge di impartire agli studenti una conoscenza degli aspetti normativi, progettuali e realizzativi dei principali impianti e delle principali attrezzature di allestimento delle navi. L insegnamento ha una impostazione professionalizzante e contiene, sin dall'origine, sia argomenti prettamente progettuali sia argomenti legati alla manutenzione e all'esercizio. Il report contiene tutti gli argomenti presentati nel corso ed anche qualche approfondimento aggiuntivo. L'ordine con cui sono presentati i capitoli non corrisponde necessariamente all'ordine cronologico delle lezioni. Per una corretta comprensione degli argomenti trattati è necessaria la frequenza delle lezioni, delle esercitazioni e delle visite didattiche a bordo e a terra, dove sono, tra l'altro, evidenziati i limiti di applicabilità delle metodologie proposte. La redazione del report è stata resa possibile anche grazie all'ausilio di molte aziende del settore navale (Cantieri, Fornitori, Armatori, Istituti di Classifica) che hanno cortesemente fornito materiale tecnico ed illustrativo. Un particolare ringraziamento è dovuto a Alfa Laval (Ufficio di Genova), Fincantieri (Progettazione Apparato Motore, TS), Cantiere T. Mariotti (Ufficio Tecnico, GE), Compagnia di Navigazione Grimaldi (Ufficio Tecnico, GE), Registro Italiano Navale (Sez. Macchine, GE). Due persone hanno dato un contributo significativo alla stesura delle lezioni e delle relative dispense: il Cap. D.M. Giuseppe Filipasso ed il Cap. D.M. Sergio Padroni, docenti dei corsi integrativi di Impianti Navali in qualità di Professori a contratto. Il lettore è invitato a formulare suggerimenti e/o segnalare eventuali errori. Contatti Indirizzo di posta elettronica: mailto:figari@dinav.unige.it Sito web della facoltà di Ingegneria per la didattica on line Sito web del Dipartimento di Ingegneria Navale e Tecnologie Marine 4/168

5 1.1 NOMENCLATURA In campo navale si utilizzano spesso termini diversi o con significato diverso da quelli usati in altri campi. Si ritiene pertanto utile riportare nel seguito un breve glossario al riguardo. TUBOLATURA: e l insieme di tubazioni utilizzate per convogliare i fluidi necessari per il normale esercizio della nave (es. combustibile, acqua refrigerazione macchinari, etc.) e per fronteggiare situazioni di emergenza (es. combattere incendi, prosciugare le sentine, etc). IMPIANTO: e costituito dai macchinari, dagli accessori e dalle tubolature necessarie a disimpegnare i vari servizi di bordo. Ad esempio l impianto di propulsione e costituito dal motore principale, dalla linea assi e dall elica; l impianto idrico antincendio e composto dalle pompe e dalle tubolature ad esse collegate per lanciare potenti getti d acqua su zone incendiate della nave; l impianto del combustibile e costituito dalle pompe, dai depuratori, dai filtri, dai riscaldatori nonche dalle tubolature che collegano i detti componenti ai fini del travaso e dell alimentazione del combustibile ai motori diesel ed alle caldaie. CASSA di SERVIZIO: cassa del combustibile per l alimentazione dei MMPP e dei GGEE. CASSA di DECANTAZIONE: cassa per la sedimentazione del combustibile dalla quale aspirano i depuratori centrifughi che alimentano la cassa di servizio. FLASH POINT: punto di infiammabilita del combustibile liquido. BUNKERAGGIO: operazione di rifornimento del combustibile. SENTINA: e la parte piu bassa di un compartimento (coincide col fondo dello scafo per le navi senza doppio fondo e con la superficie del doppio fondo per quelle che ne sono provviste). LOCALI MACCHINE DI CATEGORIA A: spazi contenenti i motori diesel di propulsione o altri motori diesel con potenza tot. > 375 kw oppure apparecchiature dotate di bruciatore (caldaie, riscaldatori, inceneritori, generatori di gas inerte) oppure unita per il trattamento del combustibile. LOCALI MACCHINE: sono tutti i locali macchine di Categoria A e tutti gli altri spazi contenenti macchinari a vapore, motori diesel di qualsiasi potenza, generatori e motori elettrici principali, macchine per la ventilazione ed il condizionamento dell aria, stabilizzatori ed altri spazi similari. LOCALE DA CARICO RO/RO: ampio spazio del carico nei quali le merci caricate su veicoli stradali o ferroviari hanno accesso con movimentazione orizzontale. LOCALE DI CATEGORIA SPECIALE: locale Ro/Ro chiuso al quale hanno accesso autoveicoli guidati dal proprio conducente (pertanto con combustibile nel serbatoio) ed al quale possono accedere i passeggeri. PONTE DELLE PARATIE: e il ponte più alto al quale si collegano le paratie stagne della nave. LINEA LIMITE: e una linea ideale tracciata a murata ad almeno 76 mm al di sotto dell intersezione tra la superficie superiore del ponte delle paratie ed il fianco della nave. CRITERIO DI SERVIZIO: e un indice numerico applicabile solo alle navi da passeggeri soggette a compartimentazione di galleggiabilità. Per sommi capi esso può essere definito come il rapporto tra gli spazi al di sotto della linea limite riservati al locale AM ed ai passeggeri ed il volume totale della nave rilevato sempre al di sotto di detta linea. CLASSIFICAZIONE DI UNA NAVE: consiste in una serie di operazioni (approvazione disegni, sorveglianza costruzione, visite nel corso della vita della nave) il cui buon esito dà luogo al rilascio del Certificato di Classe da parte dell ente di classificazione. La validità di detto certificato e di 5 anni. ENTI DI CLASSIFICAZIONE: sono quegli enti i cui Certificati di Classe sono riconosciuti internazionalmente validi da parte delle Autorità Marittime dei vari paesi membri dell'imo 5/168

6 (Inernational Maritime Organization) ai fini del rilascio di certificati di sicurezza o inerenti la prevenzione dell inquinamento del mare. Il RINA (Registro Italiano Navale) e l ente di classificazione italiano. Tra i più importanti enti stranieri si segnalano: il Lloyd's Register of Shipping (UK), l American Bureau of Shipping (USA), Bureau Veritas (F), Det Norske Veritas (NO), Germanisher Lloyd (D). AMMINISTRAZIONE : nelle dispense si intende l Organo dello Stato che si occupa della Sicurezza della Navigazione e del rispetto delle Leggi inerenti la navigazione, in Italia è la Capitaneria di Porto-Guardia Costiera. CONDIZIONI AMBIENTALI DI RIFERIMENTO : gli impianti di una nave sono progettati per determinate condizioni ambientali di funzionamento. Le condizioni normali di funzionamento continuo sono: Temperatura aria ambienti interni : 0, 45 C Temperatura aria ambienti esterni : -25, 45 C Temperatura acqua mare : 32 C Inclinazione trasversale 15 C (22.5 C per sistemi di sicurezza) Inclinazione longitudinale 5 C (10 C per sistemi di sicurezza) Acronimi/Sigle AM: apparato motore; e costituito dall insieme delle macchine necessarie per la propulsione. MP: motore principale (MMPP: motori principali). GE: gruppo elettrogeno (GGEE: gruppi elettrogeni). FO: fuel oil (talvolta HFO), nafta pesante che necessita preriscaldamento per essere utilizzata. DO: diesel oil (talvolta MDO), gasolio che non necessita alcun preriscaldamento. MCR: maximum continuous rating, e il punto di funzionamento dei motori diesel corrispondente alla massima potenza continuativa e al massimo numero di giri. SL: stazza lorda, trattasi del volume interno della nave, calcolato secondo norme internazionali di valenza legale, espresso in tonnellate di stazza (1 ton = 2,832 m 3 ). Varie leggi e normative nazionali ed internazionali adottano valori della SL quali limiti per la loro applicazione. I.M.O.: International Maritime Organisation, Agenzia ONU con sede a Londra. S.O.L.A.S.: Safety of Life at Sea, Convenzione Internazionale. MAR.POL.: Marine Pollution, Convenzione Internazionale. 6/168

7 2 FASI PROGETTAZIONE IMPIANTI ENTRO E FUORI APPARATO MOTORE 2.1 SCHEMA SEMPLIFICATO DI PROGETTAZIONE DEGLI IMPIANTI FASI DI PROGETTO IMPIANTI ENTRO E FUORI A.M. 1 Analisi richieste del cliente (specifica tecnica) 2 Analisi piano generale preliminare (progettazione di base) e definizione spazi disponibili per sistemazione impianti 3 Layout (posizionamento principali impianti), pesi e baricentri 4 Definizione schemi di principio 5 Definizione schemi funzionali e dimensionamento componenti 6 Disegno 3D impianto e layout finale 7 Verifica perdite di carico e dimensionamento componenti 8 Disegni di fabbricazione 9 Disegni di montaggio La tabella sopra riportata è indicativa. La metodologia di progetto non è sequenziale, solitamente si tende a parallelizzare il processo, 'cuncurrent engineering'. Inoltre l'ordine con cui vengono svolte le varie fasi può cambiare a seconda delle esigenze. Il progetto degli impianti avviene nella fase successiva alla progettazione di base della nave. 2.2 PROGETTAZIONE DI BASE La progettazione di base si occupa dei seguenti aspetti che influenzano gli impianti: Compartimentazione Carena Motore principale (traghetti - diesel 4T, crociera - diesel-elettrica, mercantili - diesel 2T, ecc.) Previsione potenza e previsione prestazioni (velocità, manovrabilità, ecc.) Posizione A.M. (poppa o centro nave) Piano capacità La progettazione di base stabilisce i volumi da dedicare all'am, agli impianti ausiliari, ai depositi del combustibile e della zavorra, ai locali del carico, individuandone i pesi ed i baricentri. 2.3 PROGETTAZIONE FUNZIONALE La progettazione funzionale si occupa della sistemazione e della definizione degli impianti. Il lavoro parte dai dati provenienti dalla progettazione di base e si conclude con il disegno funzionale dell'impianto e l'emissione della distinta materiali per l'acquisto dei componenti Sistemazioni (Layout) Sulla base di : vincoli assegnati dalla progettazione di base : volumi, pesi, baricentri richieste del cliente (specifica tecnica) prescrizioni normative (Convenzioni Internazionali, Rules degli Enti di Certificazione, ecc.) vengono eseguiti layout del locale AM, dei locali ausiliari separati dall'am e degli spazi del carico piano di capacità per le casse di competenza 7/168

8 esponente di peso schemi funzionali degli impianti Nella specifica tecnica sono in generale contenute le prestazioni dei singoli impianti. Ad esempio la taglia degli evaporatori per la produzione di acqua dolce (ton/giorno), la taglia delle caldaie per la produzione di vapore (kg/h), la potenza massima del MP e dei gruppi elettrogeni (GE). Dalla specifica tecnica è desumibile, in generale, la 'logica' degli impianti da cui si parte per la definizione degli schemi di principio. Gli schemi di principio sono schemi unifilari che descrivono il funzionamento logico dell'impianto. Ad esempio: l'impianto di refrigerazione motore principale (MP) ad uno o due livelli di temperatura, l'evaporatore che sfrutta l'energia di recupero della refrigerazione ad alta temperatura del MP, ecc. Gli schemi di principio sono indipendenti dalla nave e si devono basare anche sugli schemi di principio suggeriti dal costruttore dei singoli macchinari. Sulla base dei macchinari da installare e dei vincoli imposti viene definito il layout. Sulle navi da carico (cisterne, bulk, ecc.) tutti i macchinari principali e ausiliari sono sistemati in un unico locale macchine (locale AM), mentre sulle navi più complesse (traghetti, crociera, ecc.) i suddetti macchinari sono disposti in diversi locali (locale AM, GGEE, condizionamento). Ogni locale deve avere 2 sfuggite. Le sistemazioni in AM comprendono, in generale, i seguenti impianti: MP GGEE ausiliari MP e GGEE (pompe e refrigeranti) caldaie o riscaldatori olio diatermico evaporatori servizi generali acqua mare compressori condizionamento ventilazione organi di governo eliche e linee d'assi Le sistemazioni in cofano AM comprendono, in generale, i seguenti impianti: gas scarico MP e GE (condotte, caldaie a recupero, silenziatori) ingresso ventilazione AM (forzata) uscita ventilazione (naturale o forzata a seconda degli spazi disponibili) sfoghi casse ed in generale tutti gli sfoghi maleodoranti (cucine, ecc.) Sulle navi traghetto e passeggeri il cofano di macchina è un elemento molto critico della progettazione, infatti sottrae spazio utile ai locali circostanti (garages e alloggi passeggeri) e pertanto deve essere di dimensioni il più possibile contenute Piano di capacità Il piano di capacità viene studiato per le seguenti casse: depositi fuel oil (FO) e diesel oil (DO) depositi olio lubrificante casse servizio MP e GE casse servizio altri impianti (liquami, morchie, ecc.) 8/168

9 2.3.3 Esponente di peso L'esponente dei pesi deve essere redatto con precisione. Si conoscono con discreta precisione i dati dei singoli macchinari (MP, GE, Caldaie, ecc.). Viene stimato in base all'esperienza il peso ed il baricentro delle tubolature Schemi funzionali Sulla base del layout e degli schemi di principio vengono definiti gli schemi funzionali. Gli schemi funzionali sono una rappresentazione unifilare e bidimensionale dell'impianto. Negli schemi unifilari sono contenuti tutti i componenti (motori, pompe, filtri, ecc.) ed i tubi (diametro e materiale). Per realizzare gli schemi funzionali occorre dimensionare completamente l'impianto. Gli schemi funzionali sono corredati di una lista materiali che identifica i componenti per l'acquisto. Rispetto agli schemi di principio, che rappresentano genericamente un certo tipo di impianto, gli schemi funzionali rappresentano in dettaglio i vari impianti di una ben determinata nave. Schemi funzionali AM Raffreddamento macchinari Utenze vapore Acqua alimento caldaie Imbarco/travaso olio combustibile Depurazione e servizio olio combustibile Imbarco/travaso olio lubrificante Depurazione olio lubrificante Aria compressa Schemi funzionali fuori AM (FAM) Sentina, zavorra, bilanciamento Sonde e sfoghi Ombrinali interni e acque grigie Ombrinali esterni Acque nere Incendio e lavaggio Acqua potabile Impianti antincendio (CO2, sprinkler (alloggi), drencher (garage)) 2.4 PROGETTAZIONE ESECUTIVA Sulla base degli schemi funzionali e del layout viene eseguito il disegno 3D degli impianti (Fig. 41). In questa fase vengono verificate eventuali incompatibilità geometriche e vengono corrette. Il prodotto finale è il layout definitivo e lo schema 3D dell'impianto. Sulla base dello schema 3D dell'impianto vengono calcolate le perdite di carico nelle condotte e nei tubi e vengono confrontate con quelle inizialmente ipotizzate in fase di progettazione funzionale. Verificato il dimensionamento dell'impianto, dal disegno 3D dell'impianto si passa alla stesura dei disegni per la fabbricazione. I tubi, che nel disegno 3D erano rappresentati come entità singole, vengono spezzati in tratti lineari, gomiti, connessioni, flange, ecc, per la fabbricazione. La fase finale del progetto riguarda la stesura dei disegni per il montaggio dell'impianto. 9/168

10 !"#$%&'&()*+,-.*/0&1*&2,)3+4& & 5,63-/7&589:;<& ========================================================================================================================& 3 IMPIANTI A.M. "&6-*)A*64B*&*C6*4)/*&AD,&.3B*/4C,)/,&.3)3&A3).*1,-4/*&E4A,)/*&64-/,&1,BBF4664-4/3&C3/3-,&.3)37& 6-36GB.*3),&,&H,),-4I*3),&,),-H*4&,B,//-*A4& *C6*4)/*&4G.*B*4-*&4BB4&6-36GB.*3),&,&4BB4&H,),-4I*3),& +463-,&366G-,&3B*3&1*4/,-C*A3& +,)/*B4I*3),&$J9J& H4.&1*&.A4-*A3& H3+,-)3& >;?><@&

11 !"#$%&'&()*+,-.*/0&1*&2,)3+4& & 5,63-/7&589:;<& ========================================================================================================================& 3.1 SIMBOLOGIA DEGLI IMPIANTI Fincantieri SYMBOLS M Globe stop valve Globe stop check valve Butterfly valve Ball valve Three ways ball valve Safety valve Flow regulating valve Needle valve Flap valve Dual check valve Three ways electric actuated valve Solenoid valve Air operated valve Three ways self actuated temp. regul.valve Hydraulic actuated butterfly valve Hydraulic actuated valve Self operated regulating valve Quick closing valve (hydraulic type) Weight operated cock Cock Automatic decantation cock Observation glass Suction box Steam trap Steam trap with strainer Filter/strainer Double filter/strainer Flexible joint Flexible hose Funnel Spectacle flange Orifice Blank flange Hose connection Bell mouth pipe end Air vent with flame proof net Air vent Pressure gauge Vacuum gauge Compound gauge Themperature gauge Level indicator Centrifugal pump (working) Centrifugal pump (stand-by) Steam heater Purifier module Screw/pos.displ. pump (working) Screw/pos.displ. pump (stand-by) >>?><@&