Impianti navali

Impianti navali A

Indice

Impianti navali A.........................................................................................................................4

1. Impianto propulsivo..........................................................................................................................5

2. Criteri progettuali tipologia di navi e rispettiva installazione dell’impianto ................................6

3. ...................................................6

4. Tipologie motori, linea trasmissione e propulsori...........................................................................................................................................7

5. Motori primi...............................................................................................................................................9

6. Propulsori ....................................................................................................................................... 10

7. Elica isolata .......................................................................................................................... 12

8. Catena propulsiva ............................................................................................. 14

9. Combustibili per motori Diesel ................................................................................ 15

9.1 Caratteristiche dei combustibili ...................................................................... 15

9.1.1 Potere calorifico inferiore Hi [KJ/Kg] densità [g/cm³] ......................................................................................................................... 15

9.1.2 ]° ..................................................................................................................... 15

9.1.3 Flash point [°C] viscosità cinematica ν ............................................................................. 16

9.1.4 [cSt=1 mm²/s]................................................................................................................ 16

9.1.5 Numero di cetano ....................................................................... 16

9.1.6 Contenuto di acqua, vanadio e zolfo........................................................................................................................................ 16

9.2 Biodiesel .................................................. 17

9.3 Emissioni miscele biodiesel + marine Diesel oil................................................................................................................................ 17

10. Motori navali...................................................................................................................................... 18

10.1 Motore 2T

10.2 Motore 4T .......................................................................................................................................... 19

10.3 Avviamento motore ....................................................................................................................... 20

10.4.1 Diagramma di carico 4T / load diagram 4T ........................................................................ 21

10.4.2 Diagramma coppia-giri ........................................................................................................... 22

10.4.3 Diagramma di carico per motori elettrici ............................................................................. 22

11. Iniezione common rail 4T .................................................................................................................. 23

12. Sovralimentazione ............................................................................................................................. 25

12.1 Turbosovralimentazione ............................................................................................................. 25

............................................................. 27

12.2 Turbosovralimentazione a doppio stadio.................................................................... 28

12.3 Turbosovralimentazione sequenziale............................................................................................... 29

13. Load factor e engine rating ................................ 31

14. Previsione di funzionamento: matching motore-carena..................................................................... 35

14.1 Service margine (margine di servizio):.......................................................................................................................... 36

14.2 Engine margine ........................................................................................................................ 37

14.3 Cubica perfetta ............................................................................................................. 39

15. Riduttore invertitore ............................................................................................................ 41

15.1 Scelta del riduttore ......... 41

15.2 Scelta del rapporto di riduzione: accoppiamento elica-motore valutazione della velocità minima ......................................................................... 42

15.3 .......................................................................................................................................... 43

15.4 Frizione ................................................................................................................. 44

16. Consumi e autonomie ...................................................................................................... 45

16.1 Rendimento del motore ...................................................................................................... 46

16.2 Rendimento propulsore 46

17. Schematico asse lento.................................................................................................................................................................................................................. 47

17.1 Configurazioni possibili ........................................................... 49

17.2 Procedura di matching con asse inclinato...................................................................................................................... 50

18. Impianti combinati ...................................................................... 51

18.1 Diesel elettrico nel settore nautico ..................................................................... 52

18.2 Integrated electric propulsione (IED)....................................................................................................................... 53

19. Torsione semplice .............................................................................................................. 55

20. Impianti introduzione....................................................................................................................... 55

20.1 Caratteristiche ....................................................................................................................... 56

20.2 Fasi progettuali..................................................................................................................................... 56

20.3 Normative ...................................................................................................................... 57

20.4 Impianti di bordo .................................................................................................................... 57

20.5 Impianti idraulici ............................................................................... 59

21. Elementi costitutivi degli impianti 59

21.1 Pompa................................................................................................................................................................................................................................................... 60

21.1.1 Teorema di Bernoulli .................................................................... 64

21.1.2 Catena delle potenze della pompa............................................................................................. 66

21.1.3 NPSH: Net Positive Suction Head ........................................................................................ 67

21.1.4 Pompe in serie e parallelo.......................................................................................................................................... 68

21.2 Valvola............................................................................................................................................... 69

21.3 Filtro .................................................................................................................................. 70

21.4 Tubulature ................................................................................ 70

21.4.1 Dimensionamento tubulature..................................................................................................................... 71

22. Impianto di sentina .................................................................................................... 74

23. Impianto del combustibile..................................................................................................................................... 76

24. Antincendio ................................................................................................................ 76

24.1 Divisione per classi 77

24.2 Impianto antincendio..................................................................................................................................................................................... 78

24.2.1 Impianto CO2 in apparato motore ................................................................ 79

24.2.2 Impianto Pyroff in apparato motore................................................................................................... 80

25. Impianto acqua di lavanda .......................................................................................... 82

25.1 Dimensionamento autoclave ............................................................. 82

25.2 Dimensionamento cassa acqua di lavanda..................................................................................................... 83

26. Impianto acque di scarico ............................................................................. 84

26.1 Impianto di raccolta acque grigie.............................................................................................................. 85

26.2 Impianto acque nere................................................................................................................. 87

27. Impianto acqua mare .............................................. 87

27.1 Raffreddamento motori a combustione interna................................................................................. 91

28. Ventilazione della sala macchine............................................................................................ 92

28.1 Tipi di ventilazione forzata........................................................................................................... 93

29. Impianto gas di scarico .............................................................................................. 94

29.1 Separatori acqua/gas DDGG....................................................................................................................... 95

29.2 Scarichi immersi ................................................................................................. 97

29.3 Verifica contropressione.......................................................................................................................... 98

30. Elica di manovra 102

31. Timone............................................................................................................................................................................... 103

31.1 Calcolo delle forze agenti sul timone (ISO/DIS 12215-8)

1. Impianto propulsivo

Ha lo scopo di rappresentare la configurazione a bordo dell’impianto di propulsione. Il layout propulsivo. L’impianto di propulsione deve provvedere a fornire energia al propulsore.

Per macchine termiche questo avviene trasformando l’energia chimica, contenuta nel combustibile, in energia cinetica. Per motori elettrici si tratta di energia stivata in accumulatori o trasformata da Diesel generatori.

Come prima suddivisione, si può rappresentare l’impianto come composto da:

• 1- Motore primo (Prime Engine): è l’elemento che deve garantire la coppia necessaria all’asse, richiesta dal propulsore, affinché l’imbarcazione raggiunga la velocità desiderata.
• 2- Linea di trasmissione (Shaft Line): è l’elemento che trasmette la coppia al propulsore, riducendo le perdite.

All’interno di questo sottosistema possono essere presenti:

• A- Il riduttore (gear box) che ha il compito di ridurre il numero di giri del motore primo, rendendoli compatibili con il numero di giri del propulsore. Il riduttore può includere altri elementi:
• Cuscinetti reggispinta (thrust bearing): elemento che deve trasmettere la spinta generata dal propulsore.
• Invertitore: elemento utile ad invertire il senso di rotazione dell’asse e sostiene il propulsore.
• B- Motore elettrico: può funzionare sia da motore sia da alternatore, quindi per fornire energia elettrica e per fornire una potenza aggiuntiva all’asse.

Lungo la linea di trasmissione è presente un cuscinetto particolare chiamato “astuccio” che serve a sostenere il peso dell’asse e per fornire una tenuta nel punto in cui l’asse fuoriesce dallo scafo, in modo da evitare infiltrazioni all’interno della sala macchine.

Se è presente il riduttore, la linea di trasmissione è divisa in:

• Asse lento (low speed shaft): collega il riduttore con il propulsore.
• Asse veloce (hight speed shaft): collega il motore primo con il riduttore.

Ci sono dei casi in cui l’estensione orizzontale della linea d’asse è molto grande ed è necessario introdurre ulteriori elementi per supportare l’asse che potrebbe sennò flettersi a causa del peso proprio.

Questi elementi sono chiamati cuscinetti portanti, permettono la rotazione dell’asse, sostenendone il peso. Inoltre, se l’asse fuoriesce dallo scafo per un tratto di lunghezza non trascurabile, deve essere vincolato da dei braccetti porta asse.

3- Propulsore (propulsor): è l’elemento che genera la spinta per raggiungere la velocità voluta.

2. Criteri progettuali

Sono le informazioni principali che devono essere note per iniziare un progetto e per la scelta del dimensionamento dei vari componenti.

Ci sono delle specifiche che l’impianto deve soddisfare:

• Velocità di progetto: nella nautica coincide quasi sempre alla velocità massima, mentre nelle mercantili solitamente coincide con quella di minore consumo. Sulla base della velocità di progetto vengono dimensionate le strutture e di conseguenza gli impianti. Dato che la velocità di progetto è parte della specifica tecnica, prima della consegna viene effettuata la prova di raggiungimento di tale velocità che se non raggiunta comporta anche il rifiuto dell’imbarcazione da parte dell’armatore.
• Inversione del moto: è necessario che l’imbarcazione possa effettuare la marcia indietro. Per eliche a pale fisse, essa si ottiene invertendo il senso di rotazione dell’asse di trasmissione sennò si effettua con: invertitore o riduttore, eliche a pale orientabili o idrogetto.
• Potenza massima installata a bordo: sia per i motori primi sia per i motori a produzione elettrica, è importante tenere conto della potenza da installare a bordo per motivi di autonomia, massa dell’imbarcazione e assetto.
• Pesi e ingombri: i pesi e la loro posizione per l’assetto, oltre al fatto che gli impianti da installare a bordo stiano fisicamente nei volumi disponibili.
• Costi iniziali e di esercizio: nei costi iniziali fanno parte l’approvvigionamento dei macchinari, l’installazione e il montaggio. Nei costi di esercizio sono compresi quelli riferiti al combustibile, olio e manutenzione.
• Requisiti ambientali: le emissioni dei gas di scarico sono normate dalla TIER1/2/3. Questo parametro influisce molto sul tipo di combustibile che può essere utilizzato. Anche le emissioni sonore, intese come impatto ambientale sulla fauna marina dovuto dal propulsore, sono criteri da tener conto.
• Comfort: le vibrazioni generate dalle macchine alternative possono diventare un problema se troppo elevate, nei casi più estremi possono causare anche problemi strutturali.

3. Tipologia di navi e rispettiva installazione dell’impianto

• Nave mercantile: ne fanno parte le porta rinfuse, le bulk carrier, le tanker e le container. L’estensione della sala macchine in longitudinale deve essere la più ristretta possibile, per avere più spazio destinato al carico. Ha invece un’ampia estensione verticale, non essendoci problemi di altezze. Essendo navi lente, si riducono al minimo i consumi di esercizio. Si usa un motore 2T poiché hanno un’estensione verticale.
• Nave passeggeri: ne fanno parte le crociere e i traghetti. La sala macchine non può estendersi verticalmente poiché si deve consentire l’imbarco e lo sbarco ad altezza banchina. Il comfort è molto importante quindi si usano impianti di propulsione elettrica. Questa scelta è vantaggiosa anche per i consumi e le emissioni dei gas e perché, essendo che la richiesta elettrica da parte delle utenze è simile a quella richiesta dal propulsore, viene più comodo utilizzare questo tipo di sistema di propulsione.
• Navi militari: il rumore deve essere minimo per non essere identificate. Tutti gli spazi non dedicati all’impianto motore, sono destinati a carichi paganti. Essendo navi snelle, progettate per raggiungere alte velocità, gli spazi sono limitati.
• Imbarcazioni: è molto importante il comfort a bordo e vanno limitate le vibrazioni e i rumori. È necessario ridurre l’ingombro della sala macchine per avere più spazio disponibile al living.

4. Tipologie motori, linea trasmissione e propulsori

Tipologie motori, linea trasmissione e propulsori.