01017-Circuito combustibile

Impianti di propulsione navale
Motori diesel 4T – Circuito combustibile
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.
Data: 26/02/2007
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Motori diesel 4T – Circuito combustibile
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.
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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)
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Motori diesel 4T – Circuito combustibile
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,
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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
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La figura mostra lo schema del modulo di spinta del combustibile:
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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;
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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:
QF = portata pompa pressurizzazione [m3/h];
QF ⋅ cp ⋅ ρF ⋅ ∆t
PH = C s ⋅
[kW] ∆t = Incremento di temp. nel riscaldatore [°C];
3600
cp = Calore specifico del combust. [kJ/kg°C];
ρF = Densità alla temp. effettiva [kg/m3]
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Cs = Coeff. sicurezza circa 1,3 [+ 30%]
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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.
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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.
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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):
QF = portata pompa [m3/h];
QF ⋅ cp ⋅ ρF ⋅ ∆t
PH = C s ⋅
[kW] ∆t = Incremento di temp. nel riscaldatore [°C];
3600
cp = Calore specifico del combust. [kJ/kg°C];
ρF = Densità alla temp. effettiva [kg/m3]
Cs = Coeff. sicurezza circa 1,3 [+ 30%]
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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:
MCR ⋅ 1,15 ⋅ BSFC ⋅ 24
[litri/ora ]
, nella quale
Psep =
ρ⋅t
• 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/m3;
• 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.
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