Impianti di propulsione navale

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1 Il circuito combustibile del motore comprende in realtà tre circuiti, precisamente: Circuito imbarco e travaso che provvede: All imbarco da terra o da bettoline del combustibile e a smistarlo nelle casse di stoccaggio; A travasarlo nelle casse di sedimentazione; A travasarlo tra le casse di stoccaggio in funzione delle necessità di zavorramento e di stabilità della nave. Tale circuito non verrà descritto nel presente corso; Circuito di trattamento che aspira il combustibile dalla cassa di sedimentazione, lo depura per mezzo di separatori centrifughi che rimuovono l acqua e le impurità in sospensione e lo travasa nella cassa giornaliera. Circuito di servizio, o alimento, combinato a bassa ed alta pressione che alimenta il motore. Il circuito a bassa pressione alimenta l anello pressurizzato ad alta pressione con una portata variabile in quanto reintegra solo il combustibile consumato. Il circuito ad alta pressione è, come detto, un anello chiuso pressurizzato con una portata di combustibile pari ad almeno quattro volte il consumo dei motori. Il combustibile non consumato viene ricircolato ed è necessario per mantenere i valori corretti di pressione, temperatura e viscosità. 1

2 La figura mostra lo schema del circuito combustibile interno al motore: Connessioni esterne: 101: Entrata combustibile; 102: Uscita combustibile; 103: Perdite combustibile pulito; 104: Perdite combustibile sporco; Componenti del circuito: 01: Pompe iniezione; 02: Iniettori; 03: Valvola regolazione pressione; 04: Raccolta perdite pulite; 05: Raccolta perdite sporche; 06: Volano; 07: Asse a camme; 08: Protezione sovravelocità; 09: Cremagliera combustibile. 2

3 Il grafico mostra i valori di viscosità del combustibile in funzione della temperatura: Esempio per un HFO 380 (B): Temperatura di riscaldamento tra 115 C (D) e 121 C (E) per ottenere la viscosità richiesta prima delle pompe di iniezione; Temperatura di riscaldamento a circa 98 C (F) prima del depuratore centrifugo; Temperatura minima di 40 C (G) nelle casse di stoccaggio; Il combustibile non è più pompabile al di sotto di 36 C (H) 3

4 La figura mostra lo schema del circuito combustibile esterno comune a tre motori: Normalmente solo due motori devono essere collegati allo stesso circuito alimento; Per collegare più di due motori allo stesso circuito, devono essere installate pompe di circolazione prima di ogni motore, come nello schema rappresentato, 4

5 Impianti di propulsione navale Componenti principali del circuito alimento combustibile: Casse combustibile 1T03: Sono normalmente previste due casse giornaliere HFO, ciascuna con capacità sufficiente per 8 ore di funzionamento alle condizioni di massimo consumo; 1T06: Cassa MDO con capacità per 8 ore di funzionamento; 1T04: Cassa drenaggio combustibile pulito. Le perdite di combustibile pulito dalle pompe di iniezione fanno parte del ciclo di funzionamento. Il combustibile raccolto nella cassa viene pompato nuovamente nelle casse giornaliere senza depurazione; 1T07: Cassa drenaggio combustibile sporco. In condizioni di normale funzionamento tali perdite dovrebbero essere nulle: Si hanno pertanto perdite o durante le manutenzioni o per fattori accidentali; Circuito comune ai tre motori esterno al modulo di spinta 1N01 1V01: Valvola di scambio combustibile (o da casse o da HFO a MDO e viceversa); 1V02: Valvola regolazione pressione per funzionamento a MDO; 1V05: Valvola di sicurezza per sovrapressioni, necessaria in impianti plurimotori; 1V10: Valvola di rapida chiusura alimentazione combustibile; 1F07: Filtro strainer di protezione pompe circolazione per funzionamento a MDO; 1N03: Modulo pompa di circolazione, montato solo su impianti con 3 o più motori; 1F03: Filtro di sicurezza del tipo duplex 5

6 La figura mostra lo schema del modulo di spinta del combustibile: 6

7 Impianti di propulsione navale Il modulo di alimento e spinta combustibile è sempre fornito assemblato da costruttori specializzati, come ad esempio Alfa Laval, Westfalia, Spirax Sarco ecc. I componenti principali di tale modulo sono: Circuito bassa pressione di alimento 1F06: Filtri a rete metallica (strainer) con grado di filtraggio di circa 0,5 mm; 1P04: Pompe di alimento del tipo volumetrico a viti, con valvola interna di sicurezza per sovra-pressioni, idonee a pompare combustibile con viscosità fino a 730 cst a 50 C. La portata delle pompe è pari al consumo dei motori alimentati dal modulo funzionanti alla potenza nominale, più la portata di controlavaggio del filtro automatico; 1V03: Valvola di regolazione della pressione che mantiene costante la pressione nell anello pressurizzato; 1E03: Refrigerante combustibile acqua dolce per raffreddare l eccesso di portata inviato all aspirazione delle pompe; 1F08: Filtro automatico autopulitore in controlavaggio (grado di filtraggio assoluto di 35 µm), dotato di un unità statica nel ramo di by-pass, utilizzata durante le sue manutenzioni. Tutti i filtri devono essere dotati di un pressostato differenziale e contatto per allarme elevata perdita di pressione attraverso il filtro; 1I01: Misuratore di portata, dotato di un ramo di by-pass che si apre automaticamente in caso di eccessiva caduta di pressione nel misuratore; 7

8 Impianti di propulsione navale Componenti principali del modulo di spinta (continua): Circuito ad alta pressione di spinta 1T08: Cassa di miscelazione con capacità minima di circa 65 litri. Miscela il combustibile caldo del ricircolo con quello più freddo fornito dalle pompe di alimento uniformando la temperatura; 1V07: Valvola di deareazione per spurgo dell eventuale aria; 1P06: Pompe di pressurizzazione del tipo volumetrico a viti, con valvola di sicurezza per sovra-pressioni, idonee a pompare combustibile con temperatura fino a 150 C. Pressione di aspirazione max 6 bar e di mandata di circa 12 bar. La portata delle pompe è circa pari a 4 volte il consumo dei motori alimentati dal modulo funzionanti alla potenza nominale; 1E02: Riscaldatori a vapore o elettrico o ad olio diatermico, uno in servizio e uno in stand-by. E del tipo a fascio tubiero a o a piastre con temperatura e pressione massime di funzionamento rispettivamente di 150 C e 12 bar. La potenzialità del riscaldatore, necessaria per mantenere la prescritta viscosità del combustibile prima delle pompe di iniezione, può essere valutata con la seguente formula: P H = C s Q F c p ρ 3600 F t [kw] Q F = portata pompa pressurizzazione [m 3 /h]; t = Incremento di temp. nel riscaldatore [ C]; c p = Calore specifico del combust. [kj/kg C]; ρ F = Densità alla temp. effettiva [kg/m 3 ] C s = Coeff. sicurezza circa 1,3 [+ 30%] 8

9 Componenti principali del modulo di spinta (continua): Circuito ad alta pressione di spinta (continua) 1I02: Viscosimetro che effettua un controllo continuo del valore della viscosità effettiva del combustibile prima delle pompe di iniezione e lo confronta con quello impostato in base al tipo di combustibile. In funzione dello scostamento tra i due valori della viscosità invia un segnale di chiusura o di apertura alla valvola di immissione del fluido riscaldante nel riscaldatore. E il componente più critico del sistema; La fornitura del modulo di spinta comprende inoltre: la valvola per la regolazione dell afflusso del fluido riscaldante al riscaldatore; un eventuale valvola termostatica per il controllo in emergenza della temperatura del combustibile; un quadro di controllo comprendente tutte le logiche di automazione e gli starters delle pompe; un pannello con le sicurezze e gli allarmi; Tubazioni Sono tutte tracciate, con serpentine a vapore o con sistemi elettrici, ed isolate per riscaldare il combustibile quando l impianto non è in servizio e mantenerlo liquido e pompabile. 9

10 La figura mostra lo schema del circuito di trattamento del combustibile: Sono mostrati, a titolo di esempio, i circuiti di due depuratori che funzionano in parallelo. In realtà nella configurazione attuale di bordo, per un impianto propulsivo con quattro motori e due moduli di spinta combustibile, sono previsti minimo tre depuratori con le seguenti funzioni: Un depuratore dedicato per due motori con potenzialità per trattare il consumo totale di HFO al 100% del carico; Un secondo depuratore dedicato per gli altri due motori; Un terzo depuratore di stand-by, come richiesto dalle Società di Classifica, che normalmente viene utilizzato anche per trattare il MDO. 10

11 Impianti di propulsione navale Componenti principali del circuito di trattamento del combustibile: Casse del circuito 1T01: Casse di stoccaggio del combustibile; 1T02: Cassa di sedimentazione, per la separazione per gravitazione di acqua e fanghi, alimentata dalle casse di stoccaggio. La temperatura del combustibile è mantenuta a circa 60 C; 1T03: Cassa giornaliera HFO; 1T05: Cassa morchie posizionata al di sotto dei depuratori o integrata nel modulo di depurazione; 1T114: Cassa di riflusso della portata dalla cassa di sedimentazione; Componenti del circuito 1F02: Filtri a rete metallica (strainer) con grado di filtraggio di circa 0,5 mm di protezione delle pompe; 1P02: Pompe volumetriche a viti con valvola di sicurezza incorporata; 1E01: Riscaldatori per aumentare la temperatura del combustibile HFO 380 a circa 98 C con tolleranza di +/- 2 C. La potenzialità del riscaldatore si valuta con la seguente formula (uguale a quella del riscaldatore del modulo spinta): P H = C s Q F c p ρ 3600 F t [kw] Q F = portata pompa [m 3 /h]; t = Incremento di temp. nel riscaldatore [ C]; c p = Calore specifico del combust. [kj/kg C]; ρ F = Densità alla temp. effettiva [kg/m 3 ] C s = Coeff. sicurezza circa 1,3 [+ 30%] 11

12 Impianti di propulsione navale Componenti principali del circuito di trattamento del combustibile (continua): Componenti del circuito (continua) 1S01: Separatore centrifugo auto-regolante funzionante in modo combinato come purificatore per la rimozione dell acqua e chiarificatore per eliminare le impurità con peso specifico maggiore di quello del combustibile. Il separatore è dimensionato in modo da depurare una portata definita come segue:, nella quale MCR è la potenza massima continuativa in kw; BSCR è il consumo di combustibile in g/kwh; ρ è la densità del combustibile in kg/m 3 ; t è il tempo giornaliero di funzionamento, solitamente 23 23,5 ore. Il modulo di alimento e spinta combustibile è sempre fornito assemblato da costruttori specializzati, come ad esempio Alfa Laval, Westfalia, Mitsubishi ecc. e la fornitura comprende anche i quadri di controllo con tutte le logiche di automazione e i pannelli degli allarmi Flussaggio: come per il circuito olio, anche il circuito combustibile di bordo deve essere opportunamente flussato per pulire le tubazioni ed evitare che eventuale sporcizia venga trascinata fino alle pompe di iniezione, che possono facilmente grippare. P sep MCR 1,15 BSFC 24 = ρ t [ litri/ora] 12