BRODSKI SISTEMI 2009.pdf

Uvod

1

1. PRORAČUN SLOŽENOG CEVOVODA

9

2. BRODSKE PUMPE

39

1.1. PROST CEVOVOD

9

2.1. KARAKTERISTIKE PUMPI

39

2.2. ZAJEDNIČKI RAD PUMPI

49

2.3. USISNA VISINA PUMPE

58

2.4. TIPOVI BRODSKIH PUMPI

68

1.1.1. Osnovni slučajevi i jednačine 9 1.1.2. Direktni i indirekti zadatak proračuna prostog cevovoda 1.1.3. Dijagram pritiska duž cevovoda

11 14

1.2. SLOŽENI CEVOVOD

18

1.3. KARAKTERISTIKE CEVOVODA

27

2.4.1. Pumpe I grupe 2.4.2. Pumpe II grupe 2.4.3. Uređaji za početno usisavanje

70 84 95

3. POJEDINI BRODSKI SISTEMI

100

3.1. OSNOVNE ŠEME

100

3.2. KALJUŽNI SISTEM

103

3.3. HAVARIJSKI SISTEM

118

3.4. SISTEM ZA NUŽDU

122

3.5. SISTEM SPASAVANJA

123

3.6. BALASTNI SISTEM

3.9. SISTEMI TANKERA

162 163 172

125

3.9.1. Teretni sistem 3.9.2. Odsisni sistem 3.9.3. Sistem ventilacije tankova 3.9.4. Sistemi grejanja i cirkulacije tereta 3.9.5. Sistem pranja tankova

3.7. SISTEM NAGIBA I TRIMA

134

3.10. PROTIVPOŽARNI SISTEMI

186

3.8. SANITARNI SISTEMI

140

3.8.1.Dovodni sanitarni sistem 3.8.2. Odvodni sanitarni sistem

141 150

3.10.1. Sistem signalizacija požara 3.10.2. Sistem gašenja vodom 3.10.3. Zapreminsko gašenje 3.10.4. Gašenje penom 3.10.5. Gaženje hemijskom reakcijom

174 179 181

192 200 213 222 229

UVOD Jedan od nekoliko pomoćnih, brodomašinska predmeta Oprema broda, Brodski motori, Brodske turbine i kotlovi, i BRODSKI SISTEMI Sve što ne spada u opremu broda, i što nije vezano za pogonsku mašinu, spada u brodske sisteme... to je (uglavnom) niz sistema CEVOVODA koji transportuju različite fluide po brodu, to je ”krvotok broda” Iako je pomoćni predmet, u brodogradilištima postoje grupe brodograđevnih inženjera koje se ovim bave... Prvo, dajemo pregled brodskih sistema koji će kasnije biti detaljno proučeni...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

1

Podela brodskih sistema RADNI FLUID

Prostorna voda

Voda u tankovima

Tečni teret

Ostalo

LEGENDA koju koristimo SISTEM

voda bez mesta boravka, zadržava se na različitim delovima broda, uvek se sliva na najniže mesto...

TEČNOST po brodu

iz broda

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

u brod

2

PROSTORNA VODA Kaljužni sistem

kaljuža – prljava voda

Havarijski sistem

Sistem spasavanja

havarijska (spoljna) voda

Sistem sliva i preliva

Protivpožarni sistem

atmosferska i spoljna voda

spoljna voda

Sistemi su povezani – vode se mešaju Postoji i dublja (inženjerska) veza sistema: ušteda u težini, prostoru, ali o tome kasnije... Postoje čisto brodski sistemi (havarijski, kaljužni...), a i sistemi koji postoje i van brodogradnje, ali na brodu imaju niz specifičnosti

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

3

VODA U TANKOVIMA

Balastni sistem

Sistem nagiba i pretege (nakretni sistem)

spoljna (morska) voda

traje satima...

Sistem sveže vode

čista voda

Sistem otpadne vode

Prljava (siva) i zagađena (crna) voda

traje minutama...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

4

TEČNI TERET Teretni sistem

Odsisni sistem

Sirova nafta, derivati nafte, ... sve moguće tečnosti

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

5

OSTALO Na brodu postoji i niz sistema koji se ne uklapaju u predhodnu podelu To su: a) Sistemi za pokretanje brodskih mehanizama (pumpi, ventila, vitala, ...) - sistem vazduha pod pritiskom (pneumatski) - sistem vodene pare (parni) - sistem hidrauličkog ulja (hidraulički) b) Sistem ventilacije i grejanja c) Specijalni sistemi tankera (pranje tankova, ventilacija tankova, grejanje tereta, cirkulacija tereta ...) d) Protivpožarni sistemi (sistemi gašenja požara penom, ugljendioksidom, halonima, sistemi detekcije požara...)

Svi sistemi imaju niz zajedničkih elemenata... Na primer:

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

6

tipični kaljužni sistem (sasvim uprošćen)

SIMBOLI Cevi Račve Pumpa Ventil Nepovratni ventil Usisna korpa sa nepovratnim ventilom Armatura cevovoda

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Blatnjača Separator

7

Kurs delimo na sledeće delove:

1. Cevovodi 2. Pumpe

Zajedničko za sve sisteme

3. Armatura cevovoda 4. Pojedinačni brodski sistemi

Počinjemo od cevovoda...

BRODSKI CEVOVODI

Šeme cevovoda Materijali i korozija

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Čvrstoća cevovoda

Strujanje u cevovodu

8

1. PRORAČUN SLOŽENOG CEVOVODA

Zadato: - Šema cevovoda (zavisi od sistema) - Protoci u svim delovima cevovoda (treba ih obezbediti...) Nepoznato:

1.1. PROST CEVOVOD 1.1.1. Osnovni slučajevi i jednačine Javljaju se tri slučaja

- Pumpa ? - Prečnici cevovoda ?

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

9

Na raspolaganju su

(a)

Q = v ⋅ A = const

Jednačina kontinuiteta Ceo cevovod sa pumpom (sadrži ulaz, izlaz...)

Q = v⋅

d 2π 4

d=

4Q πv

v=

4Q d 2π

Bernulijeva jednačina

(b)

(npr. slučaj a) Ceo cevovod, bez pumpe

z1 +

v1 (c)

p1

γ

+

α v12 2g

v2

+ H p = z2 +

HGD Deo cevovoda (isečen iz složenog cevovoda)

p2 − p1

γ

H PZ

γ

+

α v22 2g

+ HG

v2 = v

d = const

H p = ( z2 − z1 ) +

p2

+

α ⋅ v2

2 ⎛ l ⎞v + ⎜λ + ζ ⎟ 2g ⎝ d ⎠ 2g H BR HG

∑

Hc Ponoviti Mehaniku fluida!

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

10

Slučaj (a)

H p = Hc

Napor pumpe = Naporu cevovoda Energija koju daje daje pumpa (izražena u metrima) = energiji koja se troši u cevovodu Slučaj (b)

Hc = 0

2 ⎛ l ⎞ 8Q 0 = ( z2 − z1 ) + + ⎜λ + ζ ⎟ 2 4 γ ⎝ d ⎠ gπ d 2 Δp ⎛ l ⎞ 8Q = ( z2 − z1 ) + ⎜ λ + ζ ⎟ 2 4 γ ⎝ d ⎠ gπ d Hc Δp = p1 − p2 Pazi, Δp = Hc razlika u definiciji Hc za γ ceo, i za deo cevovoda

∑

∑

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

To je tzv. direktni zadatak proračuna cevovoda

Ustvari (preciznije) traži se napor pumpe Hp (razlika pritisaka Δp) koji u cevovodu prečnika d dovode do protoka Q Odredi se Hc

v1 = v2 = v p2 − p1

Javljaju se dva zadatka: I. Zadato d , traži se Hp (ili Δp) Kaže se: dat cevovod, traži se pumpa...

uspostavlja se dinamička ravnoteža pri protoku Q pri tome je z2 < z1 Slučaj (c)

1.1.2. Direktni i indirekti zadatak proračuna prostog cevovoda

H c = ( z2 − z1 ) +

p2 − p1

γ

l ⎛ + ⎜α + λ + d ⎝

2 ⎞ 8Q

∑ ζ ⎟⎠ gπ 2 d 4

odnosno ⎛ l H c = ( z2 − z1 ) + ⎜ λ + ⎝ d i na osnovu toga H p = H c odnosno

Δp

γ

= Hc

2 ⎞ 8Q 2 4 ⎠ gπ d

∑ζ ⎟

u varjanti (b) se ne javlja...

11

II. Zadato Hp (ili Δp), traži se d To je tzv. indirektni zadatak proračuna cevovoda Kaže se: data pumpa, traži se cevovod.... Ustvari (preciznije) traži se prečnik d, pri kome zadato Hp (ili razlika pritisaka Δp) obezbeđuje protok Q

Kako rešiti...?

Najčešće grafo-analitički Pretpostavi se d ... → Δp Rešava se niz direktnih zadataka...

Problem je složeniji... npr. za slučaj (c)

Δp

⎛ l = ( z2 − z1 ) + ⎜ λ + γ ⎝ d Hc

∑

2 ⎞ 8Q ζ⎟ 2 4 ⎠ gπ d

svodi se na jednačinu 5. stepena... vd 4Q = ... = λ = f (Re ) Re = ν π dν

λ = f (d) ≠ const

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

12

Standardizacija prečnik mora biti standardan...

Prigušenje cevovoda Dodaje se lokalni otpor (blenda, ventil...)

ΔH G = ζ p

v2 2g

ΔHG = ΔH c

ne deluje inženjerski... bira se (obično) veći

tada je

Hc <

d = dS2 > dp

Δp γ

uspostavlja se ravnoteža pri novom (većem) protoku...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

povećavaju se gubici, troši se energija, da bi se zadovoljio proračun...

Videće se da smo, u nekim slučajevima, na to prinudjeni...

13

računato od početka cevovoda, iza pumpe...

1.1.3. Dijagram pritiska duž cevovoda

2 ⎡ Δ p ( x) x ⎛ ⎞ 8Q ⎤ = − ⎢ Δ z ( x) + ⎜ 1 + λ + ∑ ζ ⎟ 2 4 ⎥ + H p γ d ⎝ ⎠ gπ d ⎦ ⎣

računato od kraja cevovoda, za deo P-n traži se pritisak na mestu x

sledi iz Bernulijeve jednačine ... 2 ⎡ Δ p( x) x ⎛ ⎞ 8Q ⎤ = − ⎢ Δ z ( x) + ⎜ 1 + λ + ∑ ζ ⎟ 2 4 ⎥ γ d ⎝ ⎠ gπ d ⎦ ⎣

Δ p ( x) = p ( x) − pat

Δ z ( x ) = z ( x ) − zo računato od početka cevovoda, ispred pumpe... (za deo 1-P)

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

2 Δ p( x) ⎛ x ⎞ 8Q = Δ z ( x) + ⎜ λ + ∑ ζ ⎟ 2 4 γ ⎝ d ⎠ gπ d

računato od kraja cevovoda, za deo 1-P 2 Δ p( x) ⎛ x ⎞ 8Q = Δ z ( x) + ⎜ λ + ∑ ζ ⎟ 2 4 − H p γ ⎝ d ⎠ gπ d

Δ z ( x ) = zn − z ( x ) Pritisak na svakom mestu se može odrediti “od početka”, ili “od kraja”... Grafički prikaz – dijagram...

14

Pre kompletnog dijagrama, nekoliko detalja... lokalni otpor

Na osnovu jednačine 2 ⎡ Δ p ( x) x ⎛ ⎞ 8Q ⎤ = − ⎢ Δ z ( x) + ⎜ 1 + λ + ∑ ζ ⎟ 2 4 ⎥ γ d ⎝ ⎠ gπ d ⎦ ⎣

horizontalna cev

Δ pb Δ pa 8Q 2 = −ζ γ γ gπ 2 d 4

Δ pb Δ pa 8Q 2 x′ = −λ γ γ gπ 2 d 4 vertikalna cev

Dijagram pritiska se sastoji iz prikazanih elementarnih delova...

Δ pb Δ pa Δ pa 8Q 2 = −λ x ′ − x′ = 2 4 γ γ γ gπ d

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

⎛ 8Q 2 − ⎜1+ λ gπ 2 d 4 ⎝

⎞ ⎟ x′ ⎠

15

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

16

Dobijen je dijagram pritiska – ustvari razlike pritiska u odnosu na atmosferski (dujagram potpritiska, natpritiska) u svakoj tački cevovoda To će biti neophodno za proračun složenog cevovoda... Moguće je zaključiti u usisnom delu cevovoda (u principu) vlada potpritisak

energija koju daje pumpa je energija pritiska (porast pritiska u pumpi, razlika pritisaka iza i ispred pumpe) brojna vrednost, za vodu pat

γ

≈

1 bar 10 5 = 3 ≈ 10 m ρ g 10 ⋅ 9, 81

pa realno

u potisnom delu cevovoda, natpritisak minimalni pritisak, na usisu pumpe to je ključno mesto cevovoda pmin > pdop (zbog kavitacije) pumpu treba postaviti što bliže početku cevovoda – pumpa treba da radi na potisak maksimalni pritisak, neposredno iza pumpe

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

17

1.2. SLOŽENI CEVOVOD

Treba odrtediti napor pumpe (Hp = ? ) Uprošćenje: 1 pumpa

Treba odrediti prečnike svih deonica cevovoda (di = ? )

(videćemo, više pumpi se može svesti na jednu – ekvivalentnu)

da bi se obezbedili zadati (željeni) protoci Qi

Šta se proračunava..?

Sadrži oba zadatka prostog cevovoda (direktni i indirektni...)

Data šema Zadati ulazni i izlazni protoci

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Proračun delimo u nekoliko faza...

18

Određivanje protoka na svim deonicama

elementarno... iz jednačine kontinuiteta Q = const

Magistrala Izbor magistrale

Izbor magistrale je (donekle) proizvoljan...

Račva u usisnom delu cevovoda

Treba da sadrži pumpu, ulaz i izlaz iz cevovoda... Ako je moguće, svi drugi cevovodi (ogranci) treba da su prosti cevovodi...

Qc = Qa + Qb

Račva u potisnom delu cevovoda Qa = Qb + Qc

Pri tome, magistrala treba da je “kritična deonica” – najduža, s najvećom geodezijskom visinom, najviše lokalnih otpora... Zadatak je moguće rešiti za različito izabrane magistrale... izbor može biti bolji i lošiji...

Na taj način se određuje svako Qi

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

19

Usvajanje prečnika magistrale

najčešće prema preporučenoj brzini strujanja Biramo, na primer

Polazi se, npr. od

(1)-(4)-(5)- ... -(P) - ... - (n)

vM = const

sve ostalo su ogranci

usvaja (prema preporukama) vM tada je vM

π d M2 4

i

= QM i

dMi =

4QM i

π ⋅ vM

i

S obzirom da se protoci duž magistrale razlikuje, menjaju se i prečnici dM

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

20

Izbor vM vmin < v < vmax vmin sledi iz ograničenja:

manja brzina daje veće prečnike cevovoda... veći prečnici daju teži, veći cevovod... povećava se opasnost od taloženja i obrastanja... za brodske cevovode vmin = 1 – 2 m/s vmax sledi iz ograničenja:

veća brzina daje manje prečnike, ali i veće gubitke veću opasnost od kavitacije veću eroziju cevi

Dobar izbor je, prema tome vM = 2 – 3 m/s

Dobijene dM treba standarizovati dM → dST

Postupak može biti i nešto drugačiji Bira se dM = const (konstantan, standardni prečnik duž magistrale) tada brzina nije konstantna vM ≠ const

veću buku... za brodske cevovode vmax = 3 – 5 m/s

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

...treba proveriti da li je brzina unutar preporučenih granica...

21

Određivanje napora pumpe

Odredi se napor magistrale... prema Bernulijevoj jednačini (M ) (M ) (M ) H c( M ) = H GD + H PZ + H BR + H G( M )

H

(M ) c

∑

= ( zn − z1 ) +

pn − p1

γ

8Qn2 + + gπ 2 d 4

∑

⎛ lM 8QM2 ⎞ + ⎜λ 2 4 ⎟ ⎝ d M gπ d M ⎠i

∑

⎛ 8QM2 ⎞ ⎜ζ 2 4 ⎟ ⎝ gπ d M ⎠i

jer se protoci (u principu) razlikuju

Koristimo, kao kod prostog cevovoda

H p = H c( M ) to je direktan zadatak, zadato d, traži se Hp Javlja se jedan mali (delikatan) problem... Primenili smo Bernulijevu jednačinu, a ona važi za strujnicu, strujnu cev, prost cevovod... Može (približno), ako su lokalni otpori račvi zanemarljivi...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

22

Dijagram pritiska duž magistrale

Konstruiše se na isti način kao kod prostog cevovoda...

Proračun ogranaka dogr = ?

Ogranak usisnog voda

Iz Bernulijeve jednačine sledi 2 ⎛ ⎞ 8Qogr logr = ( z j − zi ) + ⎜ 1 + λ + ζ⎟ 2 4 ⎜ ⎟ gπ d ogr d γ ogr ogr ⎝ ⎠ H c( ogr ) Δ pogr pi − p j = ...poznato γ γ

Δpogr

Dijagram nije neophodan (potrebne su vrednosti pritiska), ali je koristan... Određeno, prema tome, dM , Hp , Δpi , prelazi se na

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

∑

pi – poznati (npr. atmosferski) pritisak pj – pritisak iz dijagrama...

23

Veoma slično i za ogranak potisnog voda

pretpostavlja se d , traži Hc ... i crta dijagram

Δpogr

γ

⎛ logr = ( zk − zm ) + ⎜ λ + ζ ⎜ dogr ogr ⎝ Hc( ogr )

∑

2 ⎞ 8Qogr ⎟⎟ 2 4 ⎠ gπ d ogr

nema brzinskog člana...

Δ pogr pm − pk = γ γ Proračun ogranaka se svodi na indirektni zadatak proračuna prostog cevovoda...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

konačno se dogr standardizuje... Time je proračun (naizgled) završen... Određeno dM , dogr , Hp Ali ostalo je nekoliko važnih detalja...

24

Proračun ogranaka ne obezbeđuje vmin < vogr < vmax

ako taj uslov nije zadovoljen, magistrala je loše odabrana... treba proveriti...

Postoji i problem račvi koliko je, ustvari Δpogr ? koliko je pj , pm ? kad postoji skok u dijagramu pritiska...

Ako je vogr < vmin treblo bi smanjiti prečnik cevi, ali tada se menja Q Ako je vogr > vmax trebalo bi povećati prečnik cevi, ali i tada se menja Q Može se, pri vogr > vmax , povećati prečnik ogranka, i dodati prigušenje (npr. blendu, ventil) da se ne promeni napor ogranka... Ili ponoviti proračun s novom magistralom...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

25

Sada možemo odrediti dM , dogr , Hp , pri traženim (zadatim) protocima Protoci Qi se, međutim, menjaju u odnosu na proračunske, iz dva razloga Zbog standardizacije prečnika ogranaka... Zbog izbora pumpe.. Naime, ne postoji pumpa koja daje traženi napor Hp pri zahtevanom protoku... koju vrednost koristiti ?

p −j ≈ p +j ≈ p j

pm− ≈ pm+ ≈ pm

otpor račvi je, po pravilu, zanemarljiv u odnosu na ostale otpore brodskog cevovoda... to je već (implicitno) pretpostavljeno, kada je korišćena Bernulijeva jednačina za napor magistrale...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Postoji mnogo pumpi između kojih biramo... ali nijedna ne daje baš Hp(Qp) Kada izaberemo (najpribližniju) pumpu i ugradimo je u cevovod, protok se menja... Zato je neophodno proširiti problem, i rešiti ga za

Q ≠ const

26

1.3. KARAKTERISTIKE CEVOVODA

Naučili “Proračun složenog cevovoda”, koji važi pri Q = Qpr = const

Izveli izraze za napor... sada imamo za ceo cevovod

H c (Q ) = ( z2 − z1 ) +

Videli da, u realnim uslovima Q ≠ const (zbog standardizacije prečnika i izbora pumpe) Treba nam Hc = f(Q) složenog brodskog cevovoda – tzv.

karakteristika cevovoda

p2 − p1

γ

⎛ l H c (Q ) = ( z2 − z1 ) + ⎜ λ + ⎝ d

8 2

d

4

Q2

⎞

8

∑ ζ ⎟⎠ gπ

2

d

4

Q2

Može se pisati H c (Q) = H c′ + H c′′ f (Q) const

H c′ = H G + H BR

H c′′ = H GD + H PZ

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

⎞

∑ ζ ⎟⎠ gπ

za deo cevovoda

Termin: napor cevovoda, pri Q = const Termin: karakteristika cevovoda, odnosi se, pre svega na dijagram

l ⎛ + ⎜α + λ + d ⎝

pozitivan, uvek postoji... ne mora postojati, može biti i negativan

27

Mudijev dijagram

ključni član je ⎛ l H G (Q) = ⎜ λ + ⎝ d

⎞

8

∑ ζ ⎟⎠ gπ

2

d

4

Q2

I oblast – laminarno strujanje

da li je HG parabola ??

λ = f (Re )

Re =

vd

ν

Gubici usled trenja – 4 oblasti

Re < Re1

= ... =

λ = f (Q) ≠ const

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

4Q π dν

Re1 ≈ 2300

H Gtr (Q) = λ

λ=

64 16d πν = ⋅⋅⋅ = Re Q

8l 128lν ⋅ Q 2 = ⋅⋅⋅ = Q 2 5 gπ d gπ d 4

28

II oblast – turbulentno strujanje, hidraulički glatke cevi 7 , 75 Re2 ≈ 1,143 Re1 < Re < Re2

ε

0, 3164 dν = ⋅⋅⋅ = 0, 298 ⋅ 4 4 R Q e 8l H Gtr (Q) = λ ⋅ Q 2 = ⋅⋅⋅ 2 5 gπ d

Re > Re3

λ = ⎡⎣1, 14 + 2 log ( 1 / ε ) ⎤⎦

λ=

⋅⋅⋅ = 0, 0246

IV oblast – turbulentno strujanje, hidraulički potpuno hrapave cevi

H Gtr (Q) = λ

−2

8l ⋅ Q 2 = k3 ⋅ Q 2 2 5 gπ d

lν 0 ,25 1,75 ⋅ Q = k2 ⋅ Q1,75 4 ,75 d

III oblast – turbulentno strujanje, hidraulički hrapave cevi 430 Re3 ≈ 1,125 Re2 < Re < Re3

⎛

λ = 0, 1 ⎜ 1, 46 ⋅ ε + ⎝

100 ⎞ ⎟ Re ⎠

ε

0 , 25

= 0 , 25

⎛ 25dπν ⎞ = 0, 1 ⎜ 1, 46 ⋅ ε + ⎟ Q ⎠ ⎝ 8l ⋅ Q 2 = ⋅⋅⋅ H Gtr (Q) = λ 2 5 gπ d

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

29

Uticaji koji menjaju karakteristiku cevovoda Promena

H c′

Usled čega se menja karakteristika..? ⎛ l H c′ (Q) = ⎜ λ + ⎝ d

⎞

8

∑ ζ ⎟⎠ gπ

2

d

4

⋅ Q2 = a ⋅ Q2

a

karakteristika postaje “strmija” ili “blaža” Promena H c′′ postoje parametri cevovoda (l, d, k, ζ) postoje parametri fluida (ν, T) postoje namerne (nagle) promene parametara... karakteristika postaje “viša” i “niža”

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

postoje spontane (spore) promene...

30

Na primer

ζ ↑ , namerno (naglo) pritvaranje nekog od ventila... k ↑ , spontana (spora) promena usled korozije i obrastanja cevovoda... k ↓ , namerna, nagla promena – čišćenje cevovoda

Promena H c′′

Veza delova cevovoda Cilj: Hc(Q) složenog cevovoda dobija se vezivanjem (sprezanjem) delova cevovoda... Posmatrajmo dva dela (u principu može n delova...)

može se javiti spontano (sporo) u sledećim slučajevima

karakteristike H ci (Qi ) H c j (Q j )

poznate...

veza delova može biti redna i paralelna

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

31

Grafički

Redna (serijska) veza delova cevovoda

imamo prost cevovod, kod koga je Qi = Q j = Q

poznato je

Hc =

Δp γ

Protok je isti u oba cevovoda... Sabiraju se Hc pri istom protoku...

sledi

H c(i + j ) =

Δ p AE Δ pi Δ p j = + = Hc + Hc γ γ γ i

H c( i + j ) (Q) = H ci (Q) + H c j (Q)

Isto važi i za n cevovoda j

C1 , C2 , C3 , ... Cn

Napor redne veze jednak je zbiru napora delova, pri istom protoku... Q = const

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

32

Parelelna veza delova cevovoda

Q = Qi + Qj ekvivalentni cevovod: Napor isti u oba cevovoda...

Δ p AB Δ pDE = γ γ

H c( i j ) (Q ) = ?

Isto važi i za n cevovoda C1 , C2 , C3 , ... Cn

H ci (Qi ) = H c j (Q j ) = H c( i j ) (Q) Karakteristika paralelne veze dobija se sabiranjem protoka, pri istom naporu...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

33

Pre složenog cevovoda, nekoliko detalja

Javlja se sličan slučaj

Paralelno spojeni cevovodi ne moraju imati jednaku geodezijsku visinu... Na primer...

Da li je to paralelna veza ?

H ci (Qi ) =

pD − pat

H c j (Q j ) =

γ

H ci (Qi ) ≠ H c j (Q j ) Razlika pritisaka na ulazu i izlazu je jednaka – to jeste paralelna veza...

H c j (Q j ) +

p D − ph

γ

=

pD − pat

γ

−

Δ ph γ

Δ ph pD − pat = γ γ

H c*

H ci (Qi ) = H c*j (Q j )

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

γ

nije paralelna veza, ali se na nju lako svodi...

ph = pat + Δ ph

H c j (Q j ) =

pD − ph

uvodimo ekvivalentni cevovod C *j Ci C *j

34

Veza usisnog i potisnog voda

Sledi H c ≠ H cu + H cp

Razlika je u članu

H PZ =

(u ) (u ) H cu = H GD + H BR + H G( u )

( p) H cp = H GD + H G( p )

usisnog dela potisnog dela

Da li je to redna veza? (u ) ( p) (u ) (u ) ( p) Zbir: H cu + H cp = H GD + H GD + H BR + H G + H G H BR H GD HG

S druge strane, znamo H c = H GD + H PZ + H BR + H G

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

p2 − p1

γ

posledica različite definicije Hc celog i dela cevovoda... ali ako je p1 = p2 (npr. pat) H c = H cu + H cp važi a u opštem slučaju važi

H c = H cu* + H cp*

35

Karakteristika složenog cevovoda

Hc(Q) – energija koja se troši u cevovodu pri protoku Q

Poznate su karakteristike delova cevovoda Hci (Qi ) Traži se Hc(Q)

tu energiju treba obezbediti (dovesti) – zato postoji pumpa: Hc(Q) = Hp(Q)

Treba da bude na svim ulazima i izlazima cevovoda pritisak pat Ako nije, treba raditi s * ekvivalentnim cevovodima Ci Kako?

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

36

{⎡⎣⎡⎣((CCC

111

}

C C C333 ⎤⎦ C4* + C5 ⋅⋅⋅ = Cu C2222))++C

Cnn−−11) + Cnn−−22 ⎤ ⋅⋅⋅ = C p ⎡⎣( Cnn C ⎦ Cu + Cp = C

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

→

→ →

Hcu(Q) Hcp(Q)

Hcp(Q) + Hcu(Q) = Hc(Q)

37

Primer

C1 C2

( C1

C2 ) + C3 = Cu C4 + C5 = C p Cu + C p = C

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

38

2. BRODSKE PUMPE 2.1. KARAKTERISTIKE PUMPI Napor pumpe

Hp =

Δ p p pB − p A = γ γ

, pri Q = const.

Meri se Δpp = f (Q) , pri n = const Sledi kriva Hp (Q) [m] A

B

KARAKTERISTIKA PUMPE

Podsetimo se, Hc (Q) je KARAKTERISTIKA CEVOVODA Zavisnost Hp (Q) se dobija (najčešće) EKSPERIMENTALNO, daje je proizvođač pumpi Ne proračunavamo je, za razliku od krive Hc ...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

39

Prema karakteristici Hp (Q) , pumpe se dele na dve grupe

I grupa

Hp ηp

II grupa n = const.

RN

(N)

Hp

Hp (Q)

Hp n = const.

Hpmax

ηp (Q)

QN

Q

Hp QN

Q

RN – nominalna radna tačka (odgovara ηmax)

Lopatične (hidrodinamičke) Spadaju: centrifugalne pumpe, propelerske pumpe...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Zapreminske (deplasmanske, hidrostatičke) Klipne pumpe, pužne pumpe, zupčaste pumpe...

40

Pri promeni broja obrtaja n, menja se karakteristika pumpe

Hp

I grupa

Hp n

II grupa

n1 n2 n3 n

n1

n2

n3 Q

Q

Kod I grupe, karakteristike za različito n (obično) daje proizvođač, ali ako je poznata kriva za jedno n, može se približno preračunati ...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

41

Sprezanje karakteristike pumpe i cevovoda Hp

A1 n = n1

Hpo

Ao

n = no

Qo

Ao (Qo , Hpo)

Q

A1 (Q1 , Hp1)

Q1 = (n1 / no) Q0 Hp1 = (n1 / no)2 Hpo

Pumpu karakteristike Hp(Q) ugradimo u cevovod (prost ili složen) karakteristike Hc(Q) Jadnostavno, ali važno

Hp(QR) = Hc(QR) Na dijagramu to izgleda

Izraz za protok Q važi i za pumpe II grupe...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

42

I grupa

II grupa

Hp

Hp Hp

Hc R

R

HR HR

Hp QR

Hc

Q

QR = QN

Q

Uspostavi se dinamička ravnoteža pri protoku QR i pri naporu HR

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

43

Pumpe I i II grupe različito reaguju na promenu karakteristike cevovoda...

HP

II grupa

I grupa HP

R

HP

R

HP QR

Q

Menja se protok i napor...

QR = QN

Q

Menja se samo napor...

Kod dobro odabrane pumpe, radna tačka R je blizu nominalne radne tačke N

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

44

Razlike pumpi I i II grupe:

I grupa – prilagođava se promeni Hc promenom Q strmije Hc – veći otpor cevovoda, manji protok... blaže Hc – manji otpor cevovoda, veći protok...

II grupa – NE prilagođava se, uvek daje QN i ono HP koje cevovod zahteva Generalno važi

I – pritisak im je ograničen, relativno mali

Takođe, treba uočiti i sledeće: Za pumpe I grupe, karakteristika je neophodna...

QN i Hp (QN ) su samo orjentacioni podaci... QR treba da je što bliže QN Da bi odredili QR potrebna je karakteristika cevovoda (proračunavamo) i pumpe (daje proizvođač) Za pumpe II grupe, dovoljan je podatak QN (eventualno i Hmax) – tada je poznata i karakteristika pumpe...

II – protok je relativno mali

Za visoke pritiske, male protoke → pumpe II grupe ZATO

Za niske pritiske, velike protoke → pumpe I grupe

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

45

Regulacija protoka daleko je jednostavnija kod pumpi I grupe... Kako bi promenili (smanjili) protok kod pumpi II grupe?

Hp

Δ p pQ γ H pQ = ηp ηp

pri velikim pritiscima javlja se opasnost od preopterećenja motora...

zamislimo da se zatvara ventil u potisnom vodu.... Δ pp H = p H

Zato je kod pumpi II grupe obavezno postaviti sigurnosni ventil...

γ

c

HR

Pp = Δ p p ⋅ Q = γ H p ⋅ Q

PM =

Kod pumpi II grupe se, pri velikom otporu cevovoda, mogu javiti ekstremno visoki pritisci...

Hp

Snaga pumpe

R

QR = QN

Q ventil se otvara pri određenoj razlici pritisaka...

Može doći do havarije u cevovodu ili pumpi...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

46

Zaključimo: neophodno je znati kojoj grupi pripada pumpa koju ugrađujemo... Sada (konačno) možemo da završimo lekciju: Proračun složenog cevovoda

Odredili smo karakteristiku cevovoda... Nalazimo radnu tačku R ... Treba da je blizu proračunske, da se ne bi bitnije menjali protoci u delovima cevovoda... Treba da je blizu nominalne, da ηp bude što veće...

Hp

Rezultat je bio Hc(Qp) Ali nema takve pumpe!

Hp (Qp)

Hc (Q)

RN

Odredili smo prečnike tako da u svim ograncima imamo zahtevane protoke.

R Hp (Qp)

postoje...

Biramo prvu veću...

Qp

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

QR

Q

47

Slično i kod pumpi II grupe...

Kakve promene u dijagrame unosi standardizacija prečnika ogranaka..?

Hp R

Qp QR

Q O ovome detalnije na vežbama... Potrebno za pismeni ISPIT...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

48

2.2. ZAJEDNIČKI RAD PUMPI Više pumpi mogu raditi zajednički ... Postoji (kao i kod cevovoda) redna i paralelna vaza..

Znamo Hp1, Hp2, Hp3 , ... Tražimo ekvivalentnu pumpu

Redna veza

P1

P2

P3

.... P1+2+3+...

Paralelna veza

P1 P2 P3

....

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

P1║2║3║...

Treba naći Hp ekvivalentne pumpe

49

Grafički...

Redna veza pumpi I grupe

Pi

Hp(i+j)

Hp

Pj

Hc (Q)

važi Qi = Q j = Q

Hpi

poznato je

H pi =

Δ pi γ

H pj =

Δ pj γ

Hpj

sledi H

(i + j ) p

Δ pi + j Δ pi Δ p j = = + = Hp + Hp γ γ γ i

H p( i + j ) (Q) = H pi (Q) + H p j (Q)

j

Q

Napor ekvivalentne pumpe jednak je zbiru napora pojedinačnih pumpi, pri istom protoku... Uočiti radne tačke... Redna veza kod pumpi II grupe nema tehničkog smisla...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

50

Hp

Paralelna veza

Hc (Q)

Pi Pj

Hp(i║j) Poznato

Δ pi γ Δ pj Hp = γ

Hpj

H pi =

H

(i j ) p

(Q) = ?

Hpi Q Hc (Q)

j

Δ pi Δ p j = → H p (Qi ) = H p (Q j ) γ γ i

j

Hp Hpi

Hpj

Hp (1║2)

Qi + Q j = Q H pi (Qi ) = H p j (Q j ) = H p(i j ) (Q )

Karakteristika paralelne veze dobija se sabiranjem protoka, pri istom naporu...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Q Radne tačke pri samostalnom i zajedničkom radu...??

51

Kada koristiti rednu, a kada paralelnu vezu?

Kod pumpi II grupe situacija je relativno jednostavna Redna veza se ne koristi... Paralelna veza služi za povećanje protoka...

Hp

Na primer

Hp1 H p2

Hc

R1’ R2’

P1

R1

P2 Q1 – nedovoljan, dodajemo P2 (npr. jednaku pumpu) Q1║2 = Q1 + Q2

R1 , R2 → R1’ , R2’

Povećan je protok...

Q1

R2

R’

Hp(1║2)

Q1║2

Q

Prelaskom na zajednički rad, radna tačka pumpe se pomera na sever

N

Ali i Hp1 , Hp2 - rastu

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

52

Kod pumpi I grupe, situacija je nešto komplikovanija... U principu, paralelna vaza služi za povećanje protoka... a redna veza za povećanje napora

Ali, kao što je pokazano, i rednom i paralelnom vezom, menjaju se i protok i napor... Pumpe se vezuju (redno ili paralelno) kada pojedinačna pumpa ne odgovara cevovodu... Pumpa dobro odabrana za cevovod 2 Karakteristika cevovoda 1 suviše strma... Karakteristika cevovoda 3 suviše blaga...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

treba spregnuti pumpe redno... treba spregnuti pumpe paralelno...

53

P1

P2

SE

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

54

P1 P2

NW

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

55

Redukopvana karakteristika pumpi Posmatramo pumpu (I grupe) i deo cevovoda...

P1 II P2

?

Zato što su pritisci na ulazu i izlazu pumpi različiti Ali Znamo karakteristike Hp i Hc Redukujemo pumpu na tačke A, B

P1(AB) II P2(AB)

Tipična primena kod brodskih sistema

H p( AB ) = H p − H c( AB ) To je energija koja se ne troši u delu cevovoda AB (višak koji preostaje...) Kako se primenjuje redukovana karakteristika?

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Jedna od modernih varjanti teretnog sistema

56

Primer

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

57

2.3. USISNA VISINA PUMPE

Dijagram pritiska

Usisna visina – problem svake pumpe, njena “Ahilova peta” Problem usisna visina – problem KAVITACIJE Do sada znaju

pat

pat /γ

… pu /γ

P

… zu

P

( pri Q = const)

(u)

Hp

Gde se vidi usisna visina?

Hc HR

Hcus

R

(u) - kritično mesto u cevovodu

Hp

pu = pmin

Hcus(QR) QR

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Q

58

Hcus(QR ) – hidraulička usisna visina (nije samo geodezijska visina)

Sledi (ponovo)

P

Naučili da odrede, za složeni (i prosti) usisni cevovod Dok Hc(QR ) može biti veliko, Hcus(QR ) je (bez obzira na vrstu pumpe) strogo ograničeno...

pumpa treba da radi na potisak...

P

Veza pu i Hcus ?? H cus (Q) = H c1−u =

Po definiciji:

pu

γ

Za prost cevovod: pu

γ

=

=

p1

γ

−H

us c

p1 − pu

γ

H cus

pu

jedino pozitivno (nosi sve), za vodu oko 10 m

⎡ ⎛ l − ⎢ zu + ⎜⎜1 + λ us + ∑ ζ γ ⎣ d us us ⎝

p1

mora biti veće od 0...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

⎞ 8Q 2 ⎤ ⎟⎟ 2 4 ⎥ ⎠ gπ d us ⎦

H cus < 10 m

59

p

Grafički: Pojava KAVITACIJE je izuzetno opasna – mehurove pare, koji se stvore u preseku (u), tečnost odnosi u pumpu. Tu dospevaju u zonu povišenog pritiska i burno nestaju. Ova pojava IMPLOZIJE, praćena naglim skokom pritiska dovodi do oštećenja pumpe.

γ zu

Hcus

p1

pu

γ

γ

p pu − p

γ

γ

= ΔH u

Q KAVITACIJA – izuzetan važan brodski problem, ne samo kod pumpi

Da li može pasti do 0 ? Ne, samo do

p = p (T )

pu = p

p

γ Napon zasićenje pare pritisak na kome dolazi do ključanja tečnosti tečnost ključa po celoj zapremini - KAVITACIJA

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

ΔH u =

pu − p

γ

Rezerva u odnosu na kavitaciju KAVITACIONA REZERVA Hcus

pu

ΔHu

60

Kolika mora biti kavitaciona rezerva?

p = p (T )

Svakako veća od nule...

p

Zavisi od pumpe, daje je proizvođač pumpi Po pravilu je

Zavisi od vrste tečnosti i od temperature

Tečnost

(ΔHu )doz > 2 m

Para

Za pumpe I grupe (ΔHu )doz = f(Q)

T

(ΔHu )doz [m] ~4

~2

Q Uslov koji treba zadovoljiti je

Δ H u ≥ ( Δ H u )doz

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

T [°C]

p [bar ]

0

0.006

10

0.012

20

0.023

30

0.042

40

0.074

50

0.123

60

0.199

70

0.311

80

0.473

90

0.701

100

1.013

voda

61

Sirova nafta:

Vratimo se na uslov koji treba zadovoljiti

Δ H u ≥ ( Δ H u )doz

log p ≈ 0, 0126 ⋅ T − 1, 068 Benzin:

NPSHR ≥ NPSHA

log p ≈ 0.01255 ⋅ T − 0.827

Net Positive Suction Head Required > Net Positive Suction Head Available

ΔHu =

p1

γ

( ΔHu )doz

− H c( us ) −

p

γ

proračunavamo...

daje proizvođač pumpi (ili usvajamo)

nafta se zagreva tokom istovara.... problemi s istovarom benzina...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

62

Za prost cevovod važi

ΔH u =

⎡ ⎛ l − ⎢ zu + ⎜ α + λ u + ⎜ du γ ⎢⎣ ⎝

p1

∑ us

⎞ 8 ⋅ Q2 ⎤ p ⎥− 2 4 g d π ⎥⎦ γ u ⎠

ζ⎟ ⎟

pa se jasno vidi...

p1 zu

Sa porastom nadmorske visine, nije zanimljivo za brodogradnju... Zaključujemo ponovo:

λ

ΔHu

lu

H

Σζ

Potrebno je pumpu postaviti što niže, usisni cevovod što kraći, što manje lokalnih gubitaka... Što rasterećeniji ususni vod

du

Pumpa treba da radi na POTISAK...

Q T

( us ) c

p

P

Nekoliko važnih tehničkih zadataka, koji slede iz

Δ H u ≥ ( Δ H u )doz

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

63

U vezi usisne visine pume izvedena relacija

Δ H u ≥ ( Δ H u )doz gde je

ΔHu =

p1

γ

− H c(us ) −

( ΔHu )doz

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

p

γ

rezerva u odnosu na kavitaciju, koju proračunavamo... dozvoljena rezerva u odnosu na kavitaciju, koju daje proizvođač pumpi (ili je usvajamo)

64

Nekoliko važnih tehničkih zadataka, koji slede iz

Δ H u ≥ ( Δ H u )doz

b) Određivanje Tmax

a) Određivanje Qmax Određivanje maksimalnog protoka s obzirom na kavitaciju

Određivanje maksimalne temperature s obzirom na kavitaciju

p

Q = const.

γ p1

γ

ΔH u ~10m

Hc(us)

p1

(ΔHu)doz

γ

Hcus ~10m

γ

(ΔHu)doz

ΔH u

~2m

Qmax

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Q

p

Tmax

T

65

c) Određivanje zmax ⎡ ⎛ l − ⎢ zu + ⎜ α + λ u + ⎜ du γ ⎢⎣ ⎝

p1

ΔH u =

∑ us

ΔH u = (ΔH u )doz → zu = zmax zmax =

⎞ 8 ⋅ Q2 ⎤ p ⎥− 2 4 g d π ⎥⎦ γ u ⎠

ζ⎟ ⎟

zu pA Zamisliti cevovod s pumpom koja nije reverzibilna

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Kako stvoriti natpritisak?

70

a) Centrifugalna pumpa

Ranije predmet: Pumpe i ventilatori... Sada sasvim skraćeno... Porast pritiska se postiže centrifugalnom silom Zamislimo tečnost koja rotira...

Dovoljno postaviti usis blizu ose rotacije, a potis na periferiji... i (u principu) imamo pumpu... Rotaciju fluida izaziva rotor (kolo, impeler), koji se nalazi u kućištu...

i pritisak je tada p = p(r) , i to takav da

r

p promena pritiska zavisi od zakona promene brzine...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

71

Animacija

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

72

Postoji niz različitih konstrukcija...

horizontalna, dvostrujna

Dele se, u zavisnosti od pogona (elektro pogon, hidraulički pogon...) dele se na horizontalne i vertikalne, u zavisnosti od pravca pogonskog vratila mogu imati dvostruki usis, tzv. dvostrujne pumpe (paralelna veza...) mogu biti višestepene (redna veza...) mogu imati otvoreno i zatvoreno kolo... Na primer: vertikalna, dvostepena

Otvoreni i zatvoreni impeler

itd...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

73

Centrifugalna pumpa je, generalno, dobra pumpa.. Ima visok stepen korisnosti... Relativno visok napor (za pumpe I grupe) Može imati mali, ali i veoma veliki protok...

Ne može da radi s jako viskoznim tečnostima... Ukoliko je tečnost jako viskozna, efikasnost i napor opadaju... a preko 440-700 cSt, pumpa ne može da radi... Ova osobina je bitna zbog sirove nafte...

Zbog svega toga se masovno koristi, najčešće od svih tipova pumpi... Koristi se u praktično svim brodskim sistemima... Ima, s aspekta brodskih sistema, dve bitne mane Nije samousisna i, u principu, joj smeta vazduh u usisnom vodu...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Sirova nafta može imati veoma veliku viskoznost... Zagrejena na 100°F (37,8°C) i do 2200 cSt. Da bi se nafta mogla transportovati centrifugalnim pumpama, potrebno ju je zagrejati i do 55°C...

Pumpa nije reverzibilna...

74

b) Propelerska pumpa

Nazivaju se i aksijalne pumpe... za razliku od radijalnih, centrifugalnih pumpi...

propeler

Kod svih lopatičnih pumpi koriste se bezdimenzioni koeficijenti (tzv. karakteristike, značice)

u cevi...

O propeleru će dosta učiti...

Protoka

ϕ=

Propeler rotira, i tečnost nastrujava na krilo propelera pod određenim napadnim uglom... S jedne strane krila se stvara potpritisak, a s druge natpritisak... usled ćega dolazi do aksijalnog strujanja...

Napora (rada)

ψ=

Hp Hp Δp = = ⋅⋅⋅ = ⎛ ρu 2 ⎞ ⎛ u 2 ⎞ ⎛ r 2ω 2 ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ 2 ⎠

Brzohodosti

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Q Q = ⋅⋅⋅ = 3 Au r ωπ

⎜ ⎟ ⎝ 2g ⎠

⎜ ⎟ ⎝ 2g ⎠

ϕ 1/ 2 σ = 3 / 4 = ⋅⋅⋅ ψ

75

Tzv. specifična brzina obrtanja pumpe je

nQ =

n Q

(H )

3/4

u principu, može biti reverzibilna...

= ⋅⋅⋅ = 157 , 8 ⋅ σ

p

Važi

nQ

Može imati i promenljiv korak (promenljivi napadni ugao krila propelera), što omogućava regulaciju protoka...

Sledi, radijalne za veće napore, manje protoke... Alsijalne, za manje napore, veće protoke... Propelerska pumpa daje male napore...

Pumpa nije samousisna

ali i veoma velike protoke...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

76

Nekoliko tipičnih rešenja

Pumpa ima veoma visoku efikasnost Može dati izuzetno velike protoke ali je ograničena na male napore... u kojim brodskim sistemima je potrebna takva pumpa..?

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

77

c) Vakuum pumpa (pumpa s vodenim prstenom)

jedna od vakuum pumpi.... Rotor je postavljen ekscentrično u odnosu na kućište...

U delu srpastog jezgra, pri rotaciji, vazduh stvara natpritisak, a u delu potpritisak... usled čega dolazi do usisavanja vazduha iz usisnog voda... Kada se popuni usisni vod, tečnost nastavlja da struji... ali s malim natpritiskom (potisni vod blizu ose rotacije...) pumpa ima dobar usis, ali daje slab natpritisak...

Nakon starta pumpe, formira se vodeni prsten od ostatka tečnosti...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

78

Umesto ekscentričnog rotora, može biti i nesimetrično kućište... Pumpa ima mali protok, mali napor, mali stepen korisnosti... i samo jednu dobru osobinu... odličan usis... i ta osobina određuje i njenu osnovnu primenu.... Animacija...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

79

d) Strujna pumpa

Sasvim specifične, bez pokretnih delova

Radni fluid: voda, vazduh, para... Pretakani fluid: voda, gasovi, zrnaste materije (žito, šljaka, cement, riba...) Zovemo ih: - EJEKTORI (naglasak na usisu, kada prazne; ejektor kaljužnog sistema) - INJEKTORI (naglasak na dostavljanju, kada pune; injektor kotla)

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

80

Hp

Hp(pret)

Qmeš - injektori Qpret - ejektori Bitan odnos

Qpret /Qrad kod brodskih pumpi, oko 1,1

Pumpa ima dve dobre osobine odličan usis (pretakani fluid može biti vazduh...) može “pretakati” zrnaste materije... može što ni jena ne može... ali zato nije samostalna... mora postojati radna pumpa, koja je snabdeva radnim fluidom... Rezime...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

81

Centrifugalna +

Stepen korisnosti

Propelerska η N ≤ 0, 9

Odličan...

Napor

Dobar, za pumpe I grupe...

H N ≤ 10 − 20 m

Postoje i male pumpe, ali Qmax ≤ 15000 m3/h

Usis

Rad sa viskoznim tečnostima

Rad sa prljavim tečnostima

nije samousisna

±

η N ≤ 0, 1 − 0 , 3

H N ≤ 15 m

Najveće... Qmax ≤ 100000 m3/h

-

-

-

+

+

-

-

-

±

η N ≤ 0, 2 − 0, 3

Strujna

Najbolji...

H N ≤ 150 − 200 m

Protok

-

+

η N ≤ 0, 85

Vakuum

nije samousisna

zavisi od radne pumpe...

mali... QN ≈ 20-30 m3/h

+ ++

-

-

+

±

retka osobina rotacionih pumpi

H N ≤ 15 m

+ ++

-

Ne može da ispumpava nezagrejanu naftu...

+

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

+ ++ Nenadmašna, ne mora biti tečnost... cement, žito, riba

82

Centrifugalna Reverzibilnost Veličina, težina, konstrukcija Potopljen rad

Specifičnosti

Primena na brodu

-

Propelerska +

±

+

∓

+

Može, ali složena konstrukcija (elektromotori...) Generalno dobra pumpa... Nigde nije najbolja, ne istiće se Pouzdana, skoro bez mana... Najšira... To je osnovna brodska pumpa... Kad kažeš pumpa...

Često se koristi...

Vakuum +

Strujna

+ + ++ nema motora... često se koristi...

lako se postiže... Veliko Q , malo Hp , veliko ηp ... ekstremne osobine

Havarijski sistem... Sistem spasavanja... Nakretni sistem... Balastni sistem...

Samo jedna dobra osobina... usis...

Za početno usisavanje velikih pumpi... Kratko rade...

Sasvim specifična pumpa... Može ono što ni jedna druga ne može... Ne može ono što sve druge mogu...

Kaljužni ejektori... Transport zrnastih materijala Odsisni sistem (?)

Postoji i niz drugih pumpi koje spadaju u I grupu: vihorna, centrifugalno vihorna, itd..

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

83

2.4.2. Pumpe II grupe

Ventil se otvara i zatvara pod dejstvom razlike pritisaka

Hp n = const.

Hpmax

Hp

+

+

-

-

zatvoren

QN

Q

deplasmanske pumpe – istiskuju tečnost

-

-

+

+

otvoren

Što su veće razlike pritisaka, bolje je zaptivanje Vrline i mane ovih pumpi vezane su, uglavnom, za ove ventile

a) Klipna pumpa

Pumpa ima dva hoda (takta)

Potis Usis

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Samodejstvujući nepovratni ventil

Usisni, kada je usisni ventil otvoren, a potisni zatvoren... Potisni, radni, kada je usisni ventil zatvoren, a potisni otvoren...

84

Translatorno kretanje klipa stvara klipni mehanizam, koji pokreće motor...

Kretanje klipa može da stvori i parna mašina...

To su, tzv. direktno pogonjene (dupleks) pumpe Jedna od retkih savremenih primena parne mašine... Prikazana dupleks pumpa je tzv. dvohoda, odnosno pumpa dvostrukog dejstva... To su, tzv. spolja pogonjene pumpe

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

kod koje su oba takta radna...

85

Pumpa dvostrukog dejstva je i

ali pumpa tada ima (minimalno) 4 ventila...

Prave se pumpe i sa više cilindara Dvocilindrične Trocilindrične (koje imaju najravnomerniji protok...)

Time se prtok povećava i postaje ravnomerniji

Klipne pumpe su prve i, nakada, najzastupljenije pumpe... Danas im se primena smanjuje...

prostog dejstva

Osnovna prednost im je odličan usis... koji omogućavaju ventili... dvostrukog dejstva

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

a i osnovna mana je vezana za ventile koji se kvare, zapušavaju, lome i komplikuju konstrukciju...

86

Nekoliko primera...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

87

b) Zupčasta pumpa

Dva spregnuta zupčanika

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

88

Obratiti pažnju na put tečnosti... Zupci se sprežu, i istiskuju tečnost iz međuzublja... Protok mali (tečnost u međuzublju) Pritisci veliki... Tipična pumpa II grupe...

Pumpa je reverzibilna...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

89

o reverzibilnosti...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

90

d) Pužna pumpa

Usisni vod

Potisni vod Mali zazor

Vreteno

Zavojnica

Pužne, zavojne, vijačne, rotacione, aksijalne... Ovo je jednopužna pumpa, sastoji se iz kučišta i jednog rotacionog vretena s zavojnicom – pužem (najčešće izrađeni izjedna) Postoje dvopužne, tropužne...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

91

tropužna

jednopužna

dvopužna

reverzibilna pumpa samousisna, kada je vlažna (masna) daje ravnomeran protok, tiho radi... dugotrajna pumpa... (prve brodske pumpe, ugrađene 1932. godine, još uvek rade...) skupe pumpe... posebno dobre za rad sa jako viskoznim tečnostima (uljima)... Rezime...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

92

Klipna +

η p = 0, 65 − 0, 85

Stepen korisnosti

Napor

Protok

Usis

Zupčasta +

daje visoke pritiske, dovoljne za sve brodske sisteme...

-

Odličan...

+

samousisna pumpa, među najboljima...

Rad sa prljavim tečnostima

±

povoljno, jer veskozna tečnost podmazuje pumpu...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Qmax < 200 m3/h relativno veliki protoci za pume II grupe...

±

+

odlična, viskozna tečnost je podmazuje... traži ulje...

osetljive su na prljavštinu (ventili, zaptivači...)

H P max ≈ 2500m

slabo samousisna...

nije samousisna

ali uski kanali ventila ograničavaju...

-

+

∓

-

η p = 0, 65 − 0, 7 relativno dobar

Qmax < 150 m3/h

zasluga ventila...

Rad sa viskoznim tečnostima

H P max ≈ 250m

daje relativno male i neravnomerne protoke...

+

+

η p = 0, 8 − 0, 9

najveći kod velikih sporohodih pumpi...

+

Pužna

+ ++

nenadmašne! nemaju ograničenja

pumpaju i melasu, i asfalt (i meso)

precizna izrada, mali zazori...

93

Klipna Reverzibilnost

-

+

-

malo delova, ali precizna izrada, mali zazori, zupci, kanali...

+

Potopljen rad

velika preciznost izrade... skupa i teška pumpa

∓

parno pogonjene pumpe su dobre... nekada osnovne pumpe... danas sve manja primena...

Primena na brodu

-

komplikovana konstrukcija (ventili)...

∓

Pužna +

-

Veličina, težina, konstrukcija

Specifičnosti

Zupčasta

odličan usis, dobra efikasnost... problemi s ventilima u eksploataciji... Primena se smanjuje, ali su (zbog odličnog usisa) zadržane kao kaljužne pumpe i pumpe odsisnog sistema... konkurencija ejektorime... osetljive na prljavštinu...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

pouzdane pumpe, visoka efikasnost pogodne za dugotrajni rad...

Hidraulički sistemi.... dobre za transport ulja... Dostava goriva motorima, pumpe za podmazivanje motora i reduktora (pumpe koje opslužuju motor)...

dobre, skupe, dugotrajne pumpe... nenadmašne za veoma viskozne tečnosti... Hidraulički sistemi.... Teretne pumpe za veoma viskozne tečnosti koje se ne zagrevaju....

Cirkulacione pumpe grejanja, hlađenja...

94

2.4.3. Urđaji za početno usisavanje Koriste se kod nesamousisnih pumpi Postoji ceo niz rešenja, a podelićemo ih na: - Centralne uređaje za početno usisavanje - Individualne uređaje za početno usisavanje I jedni i drugi uređaji koriste vakuum pumpu (pumpu sa vodenim prstenom), ili neku drugu dobru samousisnu pumpu

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

95

a) Centralni usisni uređaj sa vakuum pumpom

Vakuum pumpa Zaptivni tank potpritisak...

magistrala usisnog uređaja

magistrala

Vakuum tank

Ceo sistem cevovoda, sa pumpom di se rešio problem

Centrifugalna pumpa

Zauzima prostor, dodatna težina, novac

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

96

b) Individualni usisni uređaj sa separatorom vazduha Vakuum pumpa Separator vazduha

Zaptivni tank

Centrifugalna pumpa

Pumpa ima potporu za sve vreme rada. Ako, zbog neregularnog usisa (npr. kod kaljužnog sistema) vazduh uđe u usisni vod, u separatoru se izdvaja... Obratiti pažnju: prostor, težina, novac. A osim toga, povećava se i otpor usisnog voda

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

97

Primer individualnog usisnog uređaja

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

98

c) Samousisna centrifugalna pumpa

Pri startu centrifugalne pumpe, vakuum pumpa isisava vazduh iz usisnog voda (I faza) Kada poteče tečnost, slavina se prebaci u nov položaj (II faza) Proces traje 30-60 s Postoje rešenja kod kojih se vakuum pumpa, nakon I faze, isključuje... Samousisna centrifugalna pumpa – ustvari dve pumpe...

I faza

II faza

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

99

3. POJEDINI BRODSKI SISTEMI Autonomni sistemi

3.1. Osnovne šeme Prema šemi cevovoda brodske sisteme delimo na • autonomne • centralizovane • grupne

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

sa linijskom magistralom sa prstenastom magistralom

Svako odeljenje (svaki tank) ima svoj prost cevovod... cevovodi jednostavni i nezavisni, ali postoji veliki broj pumpi

100

Centrlizovani sa linijskom magistralom

magistrala

sekcijski (razdvojni) ventil javljaju se problemi u slučaju kvara...

Centralizovan sa prstenastom magistralom

U slučaju kvara, zatvaraju se pojedini sekcijski ventili, i koristi druga grana magistrale.

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

101

Grupni sistem Sistem opsulužuje grupu odeljenja, a ne ceo brod. Rezime, u formi tabele... Tip

Centrlizovani sa linijskom mag.

Autonomni

Osobina Težina

- - Mnogo pumpi

++

Cena

--

++

Žilavost

++

--

Montaža

Upravljanje Usisna visina

Centralizovani sa prstenastom mag.

Najlakši

+ Manje d, ne prodire pregrade

-

Jednostavno, ali na različitim mestima (daljinsko)

-

--

-

--

+

+

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

--

Prolaze kroz vodonepropusne pregrade Mnogo različitih režima rada

102

3.2. Kaljužni sistem U trupu broda se, tokom eksploatacije, skuplja voda. To je manja količina prljave (često zamašćene) vode...

Izvori kaljužne vode: • Spoljna voda (morska i atmosferska) koja ulazi tokom nepogoda kroz oduške,okna i druge otvore, • Spoljna voda iz statvene cevi,

Njeno prisustvo je štetno, i terba je izbaciti...

• Voda od pranja (palube, koja ne oteće slivnim sistemom, ali i od pranja unutrašnjih prostora),

Za to služi KALJUŽNI SISTEM (drenažni sistem, sistem sušenja).

• Spoljna voda koja prolazi kroz spojeve oplate drvenih ili zakovanih brodova,

termin: kaljuža – kaljužna voda, ali kaljuža je i deo broda gde se ona skuplja Engleski, bilge (znači i uzvoj)

• Tečnosti iz slabo zaptivenih spojeva cevi, armature, pumpi, • Zaostala voda od gašenja požara i havarija... Znači, više malih izvora... Ne znamo koliko će kaljužne vode biti (nepoznat dotok), ali znamo da će je biti, kao i da je štetna...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

103

Štete od kaljužne vode: • Može da ovlaži i pokvari teret,

Znamo:

• Pogoršava uslove rada posade,

Reč je o manjoj (unapred nepoznatoj) količini prljave vode koja će se skupljati u najnižim delovima trupa – tipična PROSTORNA VODA...

• Kvari električne instalacije,

Bitno uočiti:

• Doprinosi koroziji,

• Pogoršava stabilitet broda, • Povećava težinu broda ... Zbog svega ovoga, svaki brod (od čamca do nosača aviona) MORA imati sistem za izbacivanje kaljužne vode...

• Sistem treba da radi kratko i povremeno, • Uslovi na usisu su loši (malo vode na mnogo mesta, mogućnost usisavanja vazduha), • Voda prljava, ponekad zauljena...

A to zahtevaju i svi registri.

Nameće se CENTRALIZOVANI SISTEM manjeg kapaciteta sa razgranatim usisom.

Kakav sistem projektovati za izbacivanje kaljužne vode?

Izrazito nepovoljno s aspekta usisne visine, ali alternativa je veliki broj malih pumpi ...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

104

Kod takvog sistema treba rešiti: • Pitanje USISA, tako da se voda skuplja na što manje unapred odabranih mesta, • Pitanje prljavštine – prečišćavanje vode. Ustvari, kod prečišćavanja vode, reč je o dva problema - prljava voda smeta pumpi, armaturi, cevovodu, odnosno samom sistemu... - prljava voda smeta okolini (EKOLOŠKI RAZLOZI). Poseban ekološki problem je zauljena (zamašćena) voda, kakva je često kaljuža mašinskog prostora. Sve što se ispušta sa broda podleže pod MARPOL propise (Marine Polution, deo IMO propisa).

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

105

Kako se ovi problemi rešavaju? Principijelna šema magistrala kaljužnog sistema

separator kaljužna pumpa

tank otpadnog (prljavog) ulja

kaljužni tank

Postoje: - zdenci (bunari) za skupljanje kaljužne vode, - usisne korpe, blatnjača za prečišćavanje pre pumpe, - separator – za separaciju ulja (odmašćivanje).

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

blatnjača

ogranak kaljužnog sistema

usisna korpa

kaljužni zdenac (bunar, well)

Kaljužna voda – prljava, ali (u mašinskom prostoru) i zauljena Propisi ne dozvoljavaju ispuštanje zauljene kaljuže! Primoravaju nas da predvidimo i KALJUŽNI TANK i TANK PRLJAVOG ULJA.

106

a) Armatura za prečišćavanje kaljužne vode

d

Blatnjača

Usisna korpa

poklopac

φ 8-10 mm korito

h ≥ 0.25d Ništa sofisticirano, obično sito.

ΣAi ≥ 2·d2π/4 – protočni presek svih rupica Postavlja se na svaki kaljužni usis. Simbol

Često se pravi sa ugrađenim nepovratnim ventilom (zaklopkom)...

ζ = 0.3 - 0.7

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

ζ = 5 - 12

rešetka

Postavlja se u usisni vod, pre pumpe. Poklopac mora dobro da zaptiva da pumpa ne usisava vazduh Simbol

ζ≈3

Oba elementa opterećuju usisni vod, ali su neophodni jer štite pumpu od prljavštine (posebno u slučaju klipnih pumpi) kod strujnih pumpi, blatnjača nije neophodna...

107

Separator

Ulje Tank za ulje

Uređaj za razdvajanje ulja od vode. Kaljužna voda iz mašinskog prostora je (najčešće) zauljena. Separator se postavlja u POTISNI vod, da zaštiti okolinu... postoje tri mogućnosti

Ulje Tank za ulje Ulje Tank za ulje

direktno van broda kroz separator u kaljužni tank

Ulje se ne rastvara u vodi, mešanjem se dobija smeša tečnosti različitih gustina (ρvode > ρulja), pa se pri separaciji koriste dva principa:

Ugljeni filter

Prljava voda

Usled gravitacije, ulje (koje ima manju gustinu) izdvaja se na površini – GRAVITACIONI SEPARATOR Ne mora imati "svoju" pumpu, ali zbog velikog otpora (ζ ≈ 15) često ide "u paketu" sa pumpom. prljavo ulje

rezlika gustina + filtriranje prljava voda

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Čista voda

čista voda

108

b) Raspored kaljužnih usisa

Postoje i CENTRIFUGALNI separatori....

Usisi kaljužnog sistema su u "suvim" prostorima – skladištima i mašinskom prostoru....

Mešavina ulja i vode rotira, pri čemu se voda izdvaja na periferiji. Centrifugalni su bolji i skuplji (imaju motor) i uglavnom služe za pročišćavanje ulja i goriva, a ne vode... “Čista voda” – danas se smatra voda sa max 15 ppm (15 ·10-6) ulja u vodi – tako propisuje MARPOL usled sve strožijih ekoloških zahteva, moguće da će centrifugalni separatori postati standard i u kaljužnom sistemu...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Tu se nalaze kaljužni bunari, zapremine Vmin = 150 – 200 l Teretni brod Pik

Mašinski ? prostor

Pik

Skladište

? Tankovi (balasni, goriva) imaju svoje usise. Tanker

? Maš.

Tank

Tank

Tank Tank

Tank

?

prostor Koferdam

simbol

?

da, ako se prostor ne koristi za balast

109

Skladišta

Problem su brodovi bez dvodna:

Nalaze se kod krmenih pregrada skladišta

l < 35m

Kod velikih skladišta, i kod pramčanih pregrada...

l > 35m

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Loši uslovi usisa, uvek ostaje voda.

110

Mašinski prostor B C

Magistrala...

D

A

Kaljužni tank

A, B, C – posredni usisi (GRUPNI sistem)

Tank prljavog ulja

D – neposredni usis (AUTONOMNI sistem)

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

111

Mala odelenja (pikovi, koferdami...)

Najčešće se ne priključuju na centralni kaljužni sistem – ne isplati se probijati vodonepropusne pregrade, naročito kolizionu pregradu... Odelenja se ipak prazne – prave se mali autonomni sistemi (često prenosni) sa strujnim (pa i ručnim) pumpama... c) Cevi kaljužnog sistema

Prečnici kaljužnih cevi podležu propisima... Registri daju formule (za morske brodove):

D = 1, 68 L ( B + H ) + 25 (mm)

magistrale

d = 2, 15 l ( B + H ) + 25 (mm)

ogranka

L, B, H, l (m) - dužina, širina, visina broda, dužina odeljenja u kome se nalazi ogranak d D

tipično, za morske brodove 100 < D < 250 mm

Cevi se polažu (po pravilu) iznad unutrašnjeg dna, tako da što manje smetaju. NE PROLAZE KROZ DVODNO. Na primer

za rečne slično, samo su drugi koeficijenti

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

112

Problem je prolaz kaljužnog voda kroz tankove Treba ih izbegavati, a ako je neophodno, pažljivo pogledati propise. Na primer, za usisni vod kaljužnog sistema NAFTA

d) Pumpe kaljužnog sistema

Specifičnosti kaljužnog sistema: sistem se povremeno uključuje, kratko radi, uslovi na usisu su loši, protok mali, voda prljava...

obavezno... Potrebna pumpu sa dobrim usisom, manjeg kapaciteta, ηp nije bitno... BALAST

To (u principu) nije CENTRIFUGALNA pumpa. Nameće se:

SVEŽA VODA

- STRUJNA pumpa (kaljužni EJEKTOR) – ali ova pumpa nije samostalna - KLIPNA pumpa (smeta joj prljavština)

Tunel (šira cev)...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

- (Ipak) i centrifugalna, ali SAMOUSISNA CENTRIFUGALNA pumpa

113

Propisi zahtevaju 2-4 kaljužne pumpe, zavisno od veličine i tipa broda.

Propisi daju i minimalni protok kaljužne pumpe: Jugoregistar

vmin = 2 m/s

Dele ih (prema pogonu) na:

Lojd

- Samostalne (imaju svoj motor)

vD2π/4 = Q za vmin = 2 m/s → Q [m3/s] = 1.57 D2 [m]

- Strujne (pokreću ih druge pumpe) - Priključne (priključuju se na vratilo glavnog motora, PTO) - Ručne (najčešće klipne pumpe) Kada registri daju broj pumpi, zahtevaju i vrstu pogona (koliko kojih...) Uvek mora postojati SAMOSTALNA KALJUŽNA PUMPA, sistem se ne može rešiti samo ejektorima.

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Qmin [m3/h]= 0.00575D2 [mm]

Q [m3/h] = 0.0057D2 [mm]

Tipične brodske kaljužne pumpe

Q =55 – 350 [m3/h]

Kod kaljužnog (a i ostalih) sistema, bitna je ZAMENLJIVOST PUMPI. Radi uštede u težini, prostoru, ceni... jedna pumpa može (pod određenim uslovima) opsluživati VIŠE SISTEMA. Kada propisi kažu npr. 2 kaljužne pumpe, to ne mora da znači da su to SAMO kaljužne pumpe.

114

Ograničenja i mogućnosti zamene date su preko šeme: ovo

Balasna pumpa

Protivpožarna pumpa ? ?

Kaljužna pumpa

Rezervna pumpa za hlađenje motora

?

? žim Re

DOZVOLJENO

žim Re

nja

la ku cir

DOZVOLJENO, ako kaljuža nije zauljena

a enj j n ž pra

n je pu

žim Re

NIJE DOZVOLJENO

?

ovog

Pumpa sveže vode

?

?

umesto

e cij

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

115

e) Specifičnosti proračuna kaljužnog sistema

Hp

Hc

Proračun prema propisima može izgledati sasvim jednostavno Registri daju D, di → Qmin

Q

Qmin QN

Pumpu biramo (prema katalogu) QN > Qmin Ne treba posebno inženjersko znanje. Ovo ponekad zovu proračun! Šta tu ne valja? Da li smo stvarno rešili problem?

Ako biramo pumpu I grupe, ništa nije rešeno...

Hp N

Hc

Qmin QN

Q

Donekle, ako biramo pumpu II grupe. Bez obzira na cevovod (koji nije proračunat, i čija je karakteristika nepoznata) radni protok je veći od minimalnog...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Radni protok može biti veći... ali i manji od minimalnog...

116

Neophodno je naći Hc (Q), pa tek onda ustanoviti da li je Q > Qmin Ali i tada su samo zadovoljeni propisi... Kako će (i da li će) sistem raditi? Treba proveriti USISNU VISINU (znači, treba proračunati Hcus (Q) i za klipnu pumpu). Iako je zadovoljen Registar – može se desiti da sistem ne radi... Ako i Hcus zadovoljava, verovatno je da sistem ipak neće raditi dobro.

Kako ovo rešiti? Treba sprovesti klasičan proračun složenog cevovoda sa uslovom da protoci kroz ogranke budu približno jednaki... Uslov Registra (D) daje (direktno) prečnike magistrale... Uslovi za ogranake (d) – predstavljaju samo ograničenja koja treba zadovoljiti. Provera Hcus , obavezna...

Protoci u ograncima će se bitno razlikovati, a zdenci se neće prazniti istovremeno....

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

117

3.3. Havarijski sistem Služi za izbacivanje vode koja u brod prodire pri probijanju oplate, gašenju požara, ili neke druge havarije...

BRODOVI KOJI NOSE EKSPLOZIV (bilo da ga transportuju ili upotrebljavaju, npr. ledolomci, nekada kitolovci... spadaju i u prethodnu tačku) BRODOVI ZA SPASAVANJE NEKI PUTNIČKI BRODOVI

Reč je (po pravilu) o velikoj količini tzv. HAVARIJSKE VODE. Za razliku od kaljužnog sistema NEMAJU GA SVI BRODOVI, već samo brodovi kod kojih je rizik havarije veliki... To su: RATNI BRODOVI BRODOVI ZA TEŠKE RUTE, NEREGULARNE RUTE

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Da li će brod imati havarijski sistem stvar je naručioca (brodovlasnika). On zadaje i zahteve sistema, npr. vreme pražnjenja... Propisi se time ne bave... Havarijski sistem, na neki način radi isti posao kao i kaljužni sistem – izbacuje vodu iz broda, ali mu je zadatak bitno različit. Uključuje se samo izuzetno, pri havarijama, po pravilu u najtežim uslovima i tada treba ŠTO BRŽE da izbaci havarijsku vodu. Tipično vreme pražnjenja tpr = 1 - 3 h.

118

Specifičnosti havarijskog sistema (odnosno tipične razlike u odnosu na kaljužni sistem): - Koriste se veliki prečnici (do 800 mm) - Veliki protoci (do 2000

m3/h)

- Relativno mali napori (10 – 20 m) - Pumpe su često potopljene - Upravljanje daljinsko

Sistem treba da radi u najtežim uslovima – traži se ŽILAVOST, pa se najčešće koriste AUTONOMNE ŠEME za pojedina odelenja U zavisnosti od veličine odelenja, odnosno protoka, koriste se različita rešenja Q = Vod / tpr a) Mala odeljenja, Q ≤ 100 m3/h

Koriste se (najčešće) prenosni ejektori...

- Cevovod udaljen od boka (van pojasa 0,2B) - Nema ekoloških zahteva (sve je dozvoljeno) bok

B/5

Pojas u kome ne treba da se nalazi havarijski sistem

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Protivpožarni vod

> 0.2B

slučaju havarije postavljaju se ejektori sa crevima...

119

b) Srednja odeljenja, 100 < Q < 300 m3/h

Koriste se (obično) STACIONARNI ejektori.

c) Velika odeljenja, Q ≥ 300 m3/h

Tipično: stacionarne pumpe (propelerske ili centrifugalne) u pregradcima... Pregradci – vodonepropusne čelične kutije (sanduci, odeljenja) u koje se smeštaju pumpe

Protivpožarni vod

Primena ejektora može delovati nelogično, njihovi kvalitet – dobar usis, otpornost na prljavštinu, ovde ne dolazi do izražaja

Ovde do izražaja dolazi njihova jednostavnost, pouzdanost, izuzetna pogodnost za potopljen rad...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

> 0.2B

Odlivni kingston

120

Svako odelenje prazne dve pumpe, ovakav sistem je izuzetno ŽILAV.

Pumpe su odlično zaštićenje, nisu potopljene, rade i u najtežim uslovima. Mane: služe samo u slučaju havarije, gubi se prostor, povećava težina, pumpe nepristupačne Ovo je SISTEM RATNIH BRODOVA, za koje je oštećene - radno stanje Može se rešiti i sa potopljenim pumpama, bez pregradaka...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

121

3.4. Sistem za nuždu Većina trgovačkih brodova nema HAVARIJSKI SISTEM – ali opasnost od prodora vode ipak postoji. Zato se, kao zamena havarijskog sistema, ugrađuje SISTEM ZA NUŽDU. Kod ovog sistema se, po pravilu, od prodora vode brani SAMO MAŠINSKI PROSTOR, i to na dva načina: a) Dodatnom pumpom sa neposrednim usisom (tzv. usisom za nuždu) b) Pojačavanjem KALJUŽNOG SISTEMA

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Način a) Na jednu od postojećih pumpi (koja nije kaljužna) vezuje se usis iz mašinskog prostora (i eventualno još nekog od BITNIH odelenja) Koristi se npr. rezervna pumpa za hlađenje motora, cirkulaciona pumpa kondenzatora, tzv. pumpe OPŠTE NAMENE (kojima je to jedna od funkcija) Uočimo: To je jedan autonomni sistem – ustvari oslabljen HAVARIJSKI SISTEM, sveden na 1 pumpu i 1 odelenje. Mašinski prostor tada od prodora vode brane: • Usis za nuždu (nezavisna pumpa) • Neposredan usis kaljužnog sistema (kaljužna pumpa) • Posredni usisi kaljužnog sistema Ostale prostore brani samo kaljužni sistem. Ovakvo rešenje je uobičajeno za teretne brodove, a za putničke je nedovoljno.

122

Način b) Kaljužni sistem se pojačava za slučaj havarije • Sistem se pomera ka sredini broda, van zone 0,2B uz bok broda • Jedna od kaljužnih pumpi, koja prazni mašinski prostor, postavlja se van mašinskog prostora Uz to, može se dodatno:

3.5. Sistem spasavanja Brodovi SPASIOCI (rescue vessels) imaju poseban sistem za pražnjenje vode iz drugih brodova, to je sistem spasavanja. Brodovi koji se i ne zovu spasioci, npr. vatrogasci, ledolomci, remorkeri, takođe (najčešće) imaju ovakav sistem... Sistem je u principu jednostavan: jaka (samousisna) pumpa (najčešće centrifugalna), cevovod velikog prečnika i elastično crevo elastično crevo (~φ 200mm) ~φ 400 mm

• Povećati kapacitet kaljužnih pumpi • Predvideti daljinsko upravljanje i potopive pumpe

Autonomni sistem – radi u nepovoljnom režimu “NA USIS”

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

123

Do sada smo proučili 4 sistema, i svi su (na neki način) obavljali istu službu: IZBACIVANJE VODE SA BRODA Rezime

Brodovi spasioci

Kaljužni sistem Sistem za nuždu

Havarijski sistem

Sistem spasavanja

Ratni i specijani brodovi

Teretni i putnički brodovi

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

124

3.6. Balastni sistem Na nizu brodova je neophodno povremeno krcati spoljnu vodu (tzv. BALASTNU VODU, BALAST) u specijalne BALASTNE TANKOVE. Ova potreba se javlja kod TERETNIH brodova, kada treba da plove bez tereta. Kod praznog broda – LIGHTSHIP-a, po pravilu je deo propelera van vode, pramčani propeleri su van vode, brod je nesposoban za plovidbu. Kod većine teretnih brodova balastiranje umesto tereta je izuzetak – koji projektant mora predvideti balast nepoželjan, treba ići na minimalnu masu balasta...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Kod tankera za prevoz nafte, “balastna vožnja” je PRAVILO – jer je povratna plovidba (50% ukupne) uvek bez tereta. Da bi se omogućilo brodu da plovi bez tereta, utovaruje se mB = (0.2-0.3) D, što može biti ogromna masa vode. Balastiranje, sem kao zamena za teret, neophodno je za podešavanje (kontrolu) STABILITETA, TRIMA, NAGIBA i to ne samo teretnih, već i putničkih, ratnih i drugih brodova. Balastna voda je neophodna i kod niza SPECIJALNIH PLOVNIH OBJEKATA (brodova) za operaciju UTOVARISTOVAR.

125

Primer su: Fo-Fo (Float on – Float off) brodovi, ploveći dokovi, brodovi za teške terete... (Specijalni brodovi – imaju i specijalne sisteme). Balast se krca u BALASTNE TANKOVE koji se (po pravilu) nalaze u “lošim” – nepristupačnim prostorima na brodu.

Utovar/istovar ovih tankova mora da obezbedi BALASNI SISTEM. Ovaj sistem uz utovar/istovar balasta treba da obezbedi i PREBACIVANJE (pretakanje) balasta iz tanka u tank. Pri tome je uobičajeno vreme: PUNJENJE SVIH TANKOVA 6 - 8 časova PRAŽNJENJE SVIH TANKOVA 4 - 5 časova

Dvodno

Pik

PRAŽNJENJE NAJVEĆEG TANKA 2 časa

Dvobok

Odušci obavezni

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

126

Kakav sistem projektovati? Znamo: Količina vode i kapacitet sistema zavise od veličine i namene broda i kreću se u ogromnom rasponu (5015000 m3/h) Iako se sistemi bitno razlikuju, zajedničko je da se: - Uključuju povremeno, ali (kada se uključe) rade satima - Uslovi na usisu relativno dobri (sem u poslednjoj fazi istovara) - Voda je (relativno) čista - Sistem treba da radi u nizu bitno različitih režima

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Nameće se CENTRALIZOVANI SISTEM sa linijskom ili prstenastom magistralom (ili kobinacija GRUPNIH i CENTRALIZOVANIH sistema). Režim punjenja Usisni kingston ventil Bunar kingstona

Tankovi se često pune SAMOTOKOM (niski tankovi u dvodnu, tankovi ispod VL). U režimu punjenja pumpom, nema problema sa usisom, niti sa usisnom visinom – razgranat potisni vod, postoji POTPORA (pumpa ispod VL).

127

a) Cevi balastnog sistema

Režim pražnjenja

Odlivni kingston ventil

Prečnici cevi slede iz vremena pražnjenja (tpr), veličine tankova (Vtan) i brzine strujanja (v>2m/s).

Vtan d 2π , Q pr = v t pr 4 JR daje formulu: Q pr =

d [mm] > 18 3 Vtan [m3 ]

Sada je usis razgranat, a režim znatno nepovoljniji. Može se javiti problem usisne visine i usisa vazduha u zadnjoj fazi istovara. Po pravilu, isti cevovod i iste pumpe u oba (i u svim drugim) režimima. Zato šema može biti izuzetno komplikovana. Uočiti pogodnost REVERZIBILNE (prekretne) pumpe.

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

→ d = ⋅⋅⋅

DMAG > d max

Usisnici – što niže, da se smanji ostatak vode u tankovima d1π h ≥ h≥ d1

d

d 2π 4

d2 4d1

, h

h Dno tanka

d1

Kroz isti ogranak se (po pravilu) puni i prazni tank

128

Cevi se provlače kroz DVODNO (za razliku od kaljužnih), ili nad unutrašnjim dnom (sa kaljužnim cevima). Ponekad postoji i specijalni (suvi) tunel kroz dvodno.

b) Pumpe balasnog sistema

Centralizovani sistem sa (bar) jednom pumpom. Pumpa ne mora da bude samousisna. Poželjno je da bude reverzibilna. Protok (kod većih brodova) velik...

Posebna pažna se poklanja prolazu kroz KOLIZIONU pregradu. Broj cevi kroz pregradu strogo ograničen (što manji). Najoštrije kod putničkih brodova: samo jedna cev... to može biti cev balastnog sistema sa ventilom.

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Nameće se PROPELERSKA pumpa (dobro η, a sistem radi satima...). Dobre pumpe, ako zadovoljava napor (Hcbal = 15 - 30 m). Koristi se i centrifugalna pumpa (iako nije reverzibilna).

129

Što se ZAMENLJIVOSTI pumpi tiče:

Protivpožarna pumpa

Kaljužna pumpa 3?

3

Režim cirkulacije

3 3?

3?? 3??

Balastna pumpa

ovo

umesto

ovog

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

3

DOZVOLJENO

2

NIJE DOZVOLJENO

3?

DOZVOLJENO, ako kaljuža nije zauljena

3??

DOZVOLJENO, ako balastna nije zauljena

Pumpa za pranje i umivanje Pumpa pitke vode

3 3??

3?? 3??

3 2 3

2 2 2

3??

3

Rezervna pumpa za hlađenje motora

3?? žim Re jenja žn pra

žim Re jenja n pu

130

Taj veliki ekološki problem je inicirao stvaranje MARPOL-a 1970-tih.

b) Ekološki zahtevi

Kroz “ekološke zahteve” balasnog sistema treba uočiti zaoštravanje propisa vezanih za zaštitu okoline... Nekada – ZAULJENA (prljava) balastna voda sa tankera za prevoz nafte, predstavljala je osnovni zagađivač mora.

Dvobok – dvodno, rešen problem prljave balastne vode, ali i izlivanje nafte u slučaju havarije. → Teško se do toga došlo – zbog smanjenja profita brodovlasnika.

nafta

voda

ekologija – nasuprot ekonomiji..

Balast se krcala direktno u prljave tankove, a zatim (pre utovara tereta) izbacivala u more. To je bila ogromna količina masne vode, od koje se vremenom stvarao katran, koji je dospevao i na obalu...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Danas je u žiži nov ekološki problem vezan za balastnu vodu.

131

Pokazalo se da se ispuštanjem (ogromne količine) balastne vode prenose živi organizmi (plankton, alge, bakterije...) u novu sredinu... Ovi strani organizmi ponekad drastično menjaju postojeći EKO-SISTEM. Danas se ispituje niz mera da se ovo spreči. Različitim TRETMANIMA balastne vode. Kako ubiti organizme pre istakanja? Zahtev je (inženjerski) komplikovani... TROVANJE ? – otrov može da još više ošteti sredinu.

Danas preporuke: što manje balasta (ekološki i ekonomski zahtevi se poklapaju). Zamena balastne priobalne vode (pune živih organizama) na otvorenom okeanu – danju, kada je plankton u dubini. Azipodi – koji se dodatno spuštaju kada brod plovi prazan, i druge mere za smanjenje količine balasta.... Primer balastnog sistema

ZAGREVANJE ? – skupo, mnogo vode Još nije u propisima, ali biće uskoro.

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

132

Oznake: KV – kingston ventil OV – odlivni ventil BP – balastna pumpa VK –ventilska kutija KS – kaljužni sistem

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Postoje 4 grupe tankova I - IV Centralizovani sistem koji radi u više različitih režima: 1. Utovar pumpom 2. Utovar samotokom 3. Istovar 4. Pretakanje

133

3.7. Sistem nagiba i trima (nakretni sistem i sistem pretege) Reč je o sistemima za BRZO ispravljanje neželjenog nagiba i trima, ili (obrnuto) za stvaranje potrebnog nagiba i trima. Potrebu za aktivnim sistemima nemaju svi brodovi. Sistem nagiba (za ispravljanje neželjenog nagiba) poseduju brodovi kod kojih se utovar/istovar obavljaju brzo: trajekti (posebno za prevoz vozova) Ro – Ro brodovi... Sistem, ali za stvaranje trima i nagiba, poseduju i ledolomci...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Iako ovi sistemi, na neki način, obavljaju istu službu kao balastni sistem: pune specijalne tankove spoljnom vodom, prebacuju vodu iz tanka u tank... ovi sistemi (po pravilu) nisu povezani sa balasnim sistemom. Bitna razlika je u VREMENU punjenja/pražnjenja. Kod balastnog sistema, vreme se meri časovima (i do 8 h), a kod sistema nagiba i trima, minutima (pa i delovima minuta). Znači kapacitet ovih sistema je daleko veći... zato, ako se i kombinuju sa drugim sistemima, to nije balastni sistem. To može biti havarijski sistem, ali i sistem LJULJNIH TANKOVA (sistem za smanjenje ljuljanja).

134

Potreba za ovim sistemom, kod Ro-Ro brodova i trajekata je jasna...

Ledena kora

Ali čemu služe ovi sistemi kod LEDOLOMCA? Iako nije deo ovog predmeta, dajem ukratko režime rada ledolomaca Režim rada zavisi od debljine leda, tako da razlikujemo tri tipična slučaja: Tanak led (ledena kora), na reci do 10 cm

U predmetu PBT će biti reči o ljuljnim tankovima, koji smanjuju valjanje broda na talasima. Ovo je veoma sličan sistem koji (kada nema talasa) izaziva valjanje broda. Debeli led (debela kora, sante), na reci do 1 m Ledolomac se nasuče na led (uzjaše)

Ledolomac, dok može, plovi kontinualno, a zatim počinje (namerno) da se ljulja (valja) i da tako lomi led. Za to su mu potrebni posebni bočni (ljuljni) tankovi, i sistem koji prebacuje vodu iz tanka u tank.

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Za to ima poseban oblik pramca, ali i sistem trima. Pre nasukanja, stvara se krmeni trim. Nakon nasukanja prebacuje vodu u pramčani tank, povećava težinu pramca, i lomi led.

135

Ledene barijere, na reci preko 1 m

Sistem nagiba sa reverzibilnom pumpom

Sistemi više ne pomažu. Ledolomac se zaleće i udara u led – režim boksovanja Sistemi nagiba i trima služe i za spasavanje ledolomca... kada ga led zarobi – iskoprca se. danas i nov režim – vožnja unazad, krmom probija led, azipodi... Uočava se da sistemi nagiba i trima moraju imati veliki kapacitet, velike prečnike cevi...

Tipično: Q = 600-2000 m3/h (4000 m3/h) d = 200-400 mm (1000 mm)

Zavisi od veličine broda i tankova.

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

136

Sistem nagiba sa kompresorom (U-tank)

Prebacuje se samo slavina. Sistemi danas rade (uglavnom) automatski. Poseduju merač nagiba (inklinomer) preko koga se uključuje/isključuje sistem.

Organski su vezani za sisteme za stabilizaciju ljuljanja (ljuljne tankove) i obično se koriste i u ove svrhe. Takođe se principijelno isti sistemi koriste na ledolomcima za stvaranje ljuljanja. Mogu se koristiti i za eksperiment ljuljanja, ali i za stvaranje statičkog nagiba za eksperiment nakretanja (omogućavaju lako određivanje trenutne MG) Sistem nagiba je, zbog velikog kapaciteta, često povezan i sa havarijskim sistemom...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

137

Primeri

Sistem nagiba sa centrifugalnom pumpom, radi u 4 režima... 1. 2. 3. 4.

Punjenje tankova Prežnjenje tankova Pretakanje Pražnjenje havarijske vode (iz usisa A, B, kroz kingston K)

Sistem sa reverzibilnim pumpama Režimi: Punjenje Pražnjenje sistem nagiba Pretakanje Veza sa sistemom pretege (SP)

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

138

Sistem trima povezan sa havarijskim sistemom Režimi: Punjenje Tk , Tp Pražnjenje Tk , Tp Tp Pretakanje Tk Pražnjenje havarijske vode

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

139

3.8. Sanitarni sistemi Sanitarni sistemi

Dovodni sistemi

Sveže (slatke) vode

Odvodni sistemi

Zagađene (crne, fekalne) vode

Spoljne (slane) vode Prljave (sive) vode

Pitke vode

Vode za pranje i umivanje

Sanitarni sistem ima svaki stan, zgrada, grad... – VODOVOD I KANALIZACIJA Znači, ovo nisu specijalni brodski sistemi – ali BRODSKI imaju niz specifičnosti.

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

140

3.8.1.Dovodni sanitarni sistem

a) Sistem sveže vode

Sistem treba da obezbedi određenu količinu vode za piće, pranje i umivanje. Nekada su (zbog složenosti održavanja kvaliteta pitke vode) postojala dva odvojena sistema: sistem pitke vode i sistem vode za pranje i umivanje (tehničke vode). Danas su ovi sistemi (uglavnom) objedinjeni.

Bgd...

Količina vode zavisi od broja ljudi (posada, putnici), autonomije, tipa broda (putnički-luksuzni, ratni,..), i od toga da li su sistemi pitke i tehničke vode objedinjeni.

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Minimalne norme, potrebne vode po čoveku na dan:

Namena

l / čovek na dan

Piće

2.5

Priprema i kuvanje hrane

3

Pranje posuđa

19

Pranje kuhinje i restorana

5.5

Pranje i kupanje

60

WC

15 ?

Pranje veša

5

Ukupno

110

Pitka voda (30 l)

Tehnička voda (80 l)

141

Na osnovu ovoga naručilac broda (ili projektant) usvaja veličinu tankova sveže vode. Na primer: teretni brod (15 članova posade, 30 dana)

Sveža voda se skladišti u tankovim koji se pune sa kopna (iz vodovoda), ili iz generatora sveže vode.

Gravitacioni tank Cirkulaciona pumpa

Hidrant – spoj sa obalom

Hidrofor

200 l/čovek na dan → 90 m3 (tank 3x3x10 m)

putnički brod (3000 putnika, 20 dana) 200 l/čovek na dan → 12000 m3

ogromna količina...

Tank sveže vode

Dodatni problem je održavanje kvaliteta stajaće pitke vode. Nameće se se potreba za GENERATOROM SVEŽE VODE

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Generator sveže vode

Uređaj za tretman sveže vode ( za pitku vodu )

142

Gravitacioni tank

Tank sveže vode ne treba da bude strukturni (deo konstrukcije broda), ne treba da bude u dvodnu, blizu grejača, tankova sa naftom, WC-a... Materijal trba što duže da održi kvalitet vode – nerđajući čelik, cementna košuljica, plastika (?). Pitka voda ne treba da stoji duže od 5 – 7 dana, nakon toga ponovni tretman.

Potrošači

Sistem sa gravitacionim tankom Pumpa se povremeno uključuje i puni gravitacioni tank. Odatle do potrošača voda teče slobodnim padom. Sistem je jednostavan, ali:

Tank sveže vode

- Tok je spor, bitno zavisi od visine palube - Tank je visoko (visoko postavljanja masa na brodu), - Tank je nezaštićen, greje se i hladi pod uticajem atmosfere.

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Sistem se često koristi u gradovima (vodotornjevi...). Na brodu je, uglavnom, prevaziđen, zastareo.

143

Sistem sa cirkulacionom pumpom

Sistem sa hidroforom

Povremeno se dopunjava vazduhom Sigurnosni ventil Tank sveže vode

Cirkulaciona pumpa

Pumpa stalno radi (ponekad za noćni rad pumpa manjeg kapaciteta). Ako pumpa strada, nema vode. Danas se, međutim, najčešće koristi...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Tank sveže vode

Hidrofor (tank pod pritiskom )

Kada nivo vode u hidroforu opadne, pritisak opada, uključuje se pumpa i dopunjava hidrofor...

144

U sistemu sveže vode mogu postojati uređaji za “pravljenje” vode – GENERATORI VODE. Koriste se dva principa:

Unutar uređaja vlada potpritisak (pritisak, tipično, oko 0,1 bar) tako da voda isparava na relativno niskoj temperaturi (tipično oko 40°C)

DESTILACIJA MORSKE VODE INVERZNA OSMOZA Uređaj za destilaciju morske vode

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

1. Napajanje morskom vodom 2. Ulaz fluida za grejanje (para, vruća voda) 3. Izlaz fluida za grejanje 4. Ulaz morske vode za hlađenje 5. Izlaz morske vode za hlađenje 6. Izlaz sveže vode 7. Vodena para 8. Odmagljivač 9. Kondenzator 10. Isparivač (evaporator) 11. Ostaci (rastvor soli)

145

Inverzna osmoza Ukoliko su dva vodena rastvora različite koncentracije razdvojena propustljivom membranom... Voda će, prirodnim procesom osmoze, prelaziti sa strane manje, na stranu veće koncentracije... Ukoliko je, međutim, rastvor veće koncentracije (npr. morska voda) na visokom pritisku (većem od tzv. osmotskog pritiska), doći će do suprotnog procesa – inverzne osmoze... Rastvoreni minerali (so) i prljavština, ostaju u membrani..

To je vrsta filtriranja vode na nivou molekula...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

146

Koristi se

Hp = 600 m

(visok pritisak...)

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

147

Da bi voda postala pitka, mora se obaviti tzv. tretman vode. Mora se izvršiti dezinfekcija vode i otvrdnjavanje vode.

Uređaji za tretman su bitni samo kod sistema pitke vode... Kod sistema za pranje i umivanje se ne koriste. Primer sistema tehničke vode:

Dezinfekcija se može vršiti hlorisanjem (hlor isparava...), jonima srebra, ili ultraljubičastim zracima...

tank tople vode

Uređaj za UV tretman to

o av pl

da

grejač

hla

av dn

od

a

hidrofor tank tehničke vode

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

148

b) Sistem spoljne vode

Spoljna (morska) voda služi za: Pranje i prskanje palube Ispiranje toaleta (WC-a), bazen, generatore sveže vode,

Voda se za ovaj sistem može crpiti direktno iz kingstona, ali češće se koristi tank spoljne vode (balastni tank), koji se puni na otvorenom moru... Iz ovog tanka se dalje razvodi (gravitacionim tankom, hidroforom...) Primer: dovodni sanitarni sistem spoljne i sveže vode

protivpožarni sistem (učiće posebno).

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

149

3.8.2. Odvodni sanitarni sistem (Sistem kanalizacije) Sistem odvodi vodu iz • umivaonika, • tuševa, kada, • kujne, • praonice rublja,

prljava (siva) voda

• WC-a • ambulanti, bolnica • prostora za životinje

zagađena (fekalna, crna) voda

Prema tome, (prljava) voda koja se odvodi s broda, deli se na izbacuje zagađenu vodu sanitarni sistem prljavu vodu kaljužnu vodu – izbacuje kaljužni sistem spoljnu vodu – izbacuje slivni sistem

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

MARPOL propisi (i određeni nacionalni propisi) određuju gde se koja voda sme ispuštati... Okvirno... Uže priobalno područje (4 NM)

Šire priobalno područje (12 NM)

Otvoreno more

Zagađena voda

2

2

3

Prljava voda

2

3

3

Postoje i specijalne zone... npr. Sredozemno more itd... gde su propisi znatno strožiji...

150

To su propisi o kojima brinu kapetani i obalska straža... (nije posao brodograditelja) Ali jeste posao brodograditelja da omogući korišćenje WC-a, kujni... u lukama Oznaka 2 znači da vodu treba ili odmah pročistiti, ili skupljati u specijalne tankove... Primer jednog zastarelog sistema... Iz 1960. godina... Brod nema tankove prljave i zagađene vode, i vodu direktno ispušta u okolinu...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

1. zaklopka 2. zasun 3. magistrala prljave vode 4. magistrala zagađene vode 5. slivnici (slivni sistem) 6. 6. umivaonici 7. WC šolje 8. odušci 9. pisoari 10. čep (za čišćenje 11. sifon (vidi detalj)

Neophodan nagib cevi od preko 5°

151

Osnovni proizvođači zagađene vode su WC-i, a količina i zaprljanost zagađene vode uglavnom zavisi od sistema njihovog ispiranja... a) Sistemi ispiranja WC-a

Na prethodnoj skici je klasično (kopneno) nrešenje, tzv. Gravitacioni sistem sa vodenim ispiranjem Da bi ovakav sistem ispravno radio, potrebno je • što više vode, obično 10-18 l po ispiranju (što, na brodu, uglavnom nije problem obezbediti) • što veći nagib cevi (najbolje vertikalne, a min 5°)

Gde je problem? Kada su propisi zabranili ispuštanje zagađene vode, pojavio se problem skladištenja... Tankovi veliki, zbog velike količine zagađene vode plus, cevi velikog prečnika Sistem je, posebno za brodove sa velikim brojem putnika i posade, suviše težak i zauzima suviše prostora... Zato su se javila druga, bolja rešenja

• što veći prečnik cevi (preko 10 cm) • tank zagađene vode ispod najnižeg WC-a

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

152

Sistem sa komprimiranim vazduhom Dve faze ispiranja... 1. Ispiranje vodom u donju komoru

• Potrošnja vode je (u odnosu na klasičan sistem) bitno smanjena (na oko 2 l po ispiranju) • Cevi manjeg prečnika • Nagib cevovoda nebitan (mogući WC-i ispod tanka zagađene vode) Voda je, međutim, zagađenija... Poseban problem je

2. Potiskivanje vazduhom do tanka

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

natpritisak u cevovodu zagađene vode tokom druge faze ispiranja...

153

Vakuumski sistem

• potrošnja vode iznosi oko 1 l po ispiranju • prečnici cevovoda oko 4 cm • rad sistema nezavisan od gravitacije • tiho radi • u cevovodu zagađene vode potpritisak Mana sistema je potpritisak u tanku zagađene vode... koji otežava pražnjenje tanka Vakuum tank

Pri pražnjenju se isključuje sistem... pa brod mora imati dva vekuum tanka

Granični ventili vakuuma, u cevovodu prljave i zagađene vode, otvaraju se automatski, pod dejstvom pritiska vode...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Postoji rešenje kod koga je u cevovodu prljave i zagađene vode vakuum, a u tanku atmosferski pritisak...

154

b) Tretman zagađene vode

Voda se, kod svih sistema ispiranja, skuplja u tanku zagađene vode... Što je sistem kvalitetniji, voda je zagađenija... Šta raditi s tom vodom? postoji više mogućnosti... najprostije rešenje Ispuštanje vode bez tretmana Dodaje se cirkulaciona pumpa i strujna pumpa... U tanku zagađene vode je atmosferski pritisak, a u cevovodu potpritisak... Što se danas smatra za najbolje rešenje...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Voda se skuplja u tank (tankove) zagađene vode, i izbacuje tamo gde je dozvoljeno • otvoreno more • gradsku kanalizaciju • specijalni lučki brod (fekalni teretnjak)

155

Sve strožije se kontroliše izbacivanje otpadnih voda...

Primer sistema:

sve manje “slobodnih” voda... tako da su potrebni sve veći i veći tankovi... Rešenje je prihvatljivo za brodove s malo posade, koji se kratko zadržavaju u lukama (npr. tankere) ili za kratke rute... ali ne neprihvatljivo npr. za velike putničke brodove...

Tank se prazni ejektorom (radna voda iz protivpožarnog sistema), u otvoreno more (1), u kanalizaciju (2), u drugi brod (3)

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

156

Protočni sistem sa fizičkim i hemijskim tretmanom

Sistem sa jednim, malim tankom...

čista voda

tank zagađene vode

taložni moduli

Voda se filtrira – fizički tretman... Voda se dezinfikuje (hloriše) – hemijski tretman polovično rešenje, jer manji, ali zagađeniji deo vode ostaje u tanku (2), i kasnije se izbacuje...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

čista voda filter

Niz taložnih modula... troši energiju, komplikovano rešenje ali se izbacuje čista, dezinfikovana voda

157

Sistem sa bakterijološkim tretmanom

Sistem kod koga zagađenu vodu prečišćavaju (otpad uništavaju, razgrađuju, jedu) bakterije... Takvi sistemi se, od davnina, koriste na kopnu... Postoje • ANAEROBNI • AEROBNI sistemi

U zatvorenom tanku, anaerobne bakterije razgrađuju otpad, i stvaraju metan (CH4) + vodoniksulfid (H2S) Procer je spor... proizvodi zapaljivi gas i smrdljivi gas... Na brodovima se nije dobro pokazao... tako da se (uglavnom) koriste aerobni sistemi Bakterije razgrađuju otpad u prisustvu kiseonika... rezultat je čista voda + ugljendioksid

Kod anaerobnih sistema, bakterije ne koriste kiseonik... Tipičan kopneni anaerobni sistem – septička jama

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Proces (tipično) traje 16-24 časa, što određuje i potrebnu veličinu tanka...

158

Ovakvi sistemi se na brodovima često koriste, iako o njima postoje kontradiktorni podaci

U ovoj oblasti je razvoj intenzivan, tako da postoje i protočni sistemi s bakterijološkim tretmanom

Problem je što su bakterije živi organizmi, i moraju da se hrane... Sistemi dobro rade dok postoji stalan dotok otpadnih voda Postoje brodovi koji samo povremeno, intenzivno rade (sezonski putnički brodovi, ratni brodovi) i za njih su ovi sistemi nepodesni...

Bakterije, koje se već nalaze u otpadnoj vodi, napadaju otpad koji se zadržava na filterima... uređaj izgleda zagađena voda

Problem su i otrovne tečnosti (jaki deterđenti, razređivači) koje mogu ubiti koloniju bakterija... Projektant mora pažljivo da bira sistem...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

odušak

hlorisanje

čista voda

159

Sistem sa elektrokatalitičkim tretmanom

Jedno od novih rešenja...

Ćelija

Sistem radi bez pokretnih delova, bez izvora energije, odmah startuje, ne smetaju mu pauze u radu... (to kaže proizvođač)

Tank zagađene vode Čista voda

Taložni tank (30 min) Morska voda

Zagađena voda se meša sa morskom vodom (postaje slanija...) i propušta kroz ćeliju s elektrodama... Činjenica je da ne postoji tank otpadne vode! Opet sistem kao iz 1960-tih, zagađena voda u more, ali sada prečišćena i dezinfikovana...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Struja teče kroz provodnu, slanu vodu... Dolazi do elektrolize, i niza složenih elektrohemijskih procesa, pri tom Cl iz vode služi za dezinfekciju, O2 iz vode pomeže bakterijama...

160

Rezultat – sistem sa dva mala tanka, iz kojih ističe dezinfikovana voda + CO2 ... praktično, protočni sistem

Da ne pomisle da se uvek koriste moderni sofisticirani sistemi...

Mana – radi samo u slanoj vodi... troši struju, ali ne troši Cl

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

161

3.9. Sistemi tankera Tankeri su specijalni brodovi za prevoz tečnog tereta Dele se, grubo, na • Tankere za prevoz sirove nafte (Crude Oil Carrier) • Tankere za prevoz derivata nafte (Product Carrier) • Hemijske tankere

Crne tenkere (mazut, dizel...) Bele (čiste) tankere (benzin, kerozin...)

• Ostale... Tankeri imaju veliki broj specijalnih sistema za transport i manipulaciju tečnog tereta... Ako igde predmet BRODSKI SISTEMI ima svoj smisao, to je....

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

162

3.9.1. Teretni sistem

Za istovar se koriste brodske pumpe

Postoje dva osnovna režima rada režim UTOVARA režim ISTOVARA Koristi se, po pravilu, isti cevovod... Pri tome se, za utovar, koriste lučke (kopnene) pumpe, ili (eventualno) samotok...

Tanker (sem retkih izuzetaka o kojima će posebno biti reči) mora imati svoje teretne pumpe... Teretni sistem, sem režima utovara/istovara, mora da obezbedi i • Segregaciju tereta (tipično 1 – 12 segregacija) • Pretakanje tereta (iz tanka u tank) • Nekada, punjenje i pražnjenje balastnih tankova...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

163

Postoji više rešenja teretnog sistema

ili sa prstenastom magistralom dna

a) Centralizovani sistem

cevovod palube podizna cev

spustna cev

magistrala dna

pumpni prostor

Može biti sa linijskom magistralom dna

Prikazana rešenja imaju jednu teretnu pumpu... Uobičajena rešenja imaju 2-5 pumpi, više magistrala, i više segregacija...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

164

Ova, klasična rešenja imaju dve bitne mane

• Razgranat usisni cevovod, i problem s usisnom visinom pri kraju istovara... • Cevovodi prolaze kroz niz nepropusnih pregrada...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

165

Kod rečnih tankera (zbog male visine) mogući su cevovodi na palubi...

Brodovi bez sopstvenog pogona (barže, šlepovi) zato nemaju teretne pumpe... Problem je promena vodostaja...

Klasično rešenje – ploveći pristan Odnosno, može se izbeći probijanje pregrada... Kod rečnih brodova (opet zbog male visine) moguć je i istovar pumpama s kopna...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

166

b) Samotočni sistem

zasuni između tankova

Potpuno uprošćen usisni cevovod... Bitno smanjen problem usisne visine... Nema prolaza cevovoda kroz nepropusne pregrade

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Brod, međutim, ima samo jednu segregaciju... To je tipično rešenje za velike tankere za prevoz sirove nafte....

167

c) Autonomni sistemi sa potopljenim pumpama

Pogon pumpi je hidraulički, ili elektromotorom koji se nalazi na palubi iznad pumpe (tzv. bunarske pumpe). Nema cevi na dnu, sve se preselilo na palubu. Sistem ima očigledne prednosti kod brodova s više segregacija... ali se koristi i za sirovu naftu. Prednosti, pri transporte nafte, videće se kasnije... Cevi se tada spajaju u linijsku ili prstenastu magistralu na palubi.

Sistem nema problem sa usisnom visinom. Eliminisan je pumpni prostor, ali postoji hidraulička stanica, ili pumpe na palubi...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

168

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

169

d) Specifičnosti proračun teretnog sistema

Na utovar, projektant brodskog cevovoda ima malo uticaja... Treba obezbediti vreme istovara brodskim pumpama... Maksimalno vreme istovara morskih tankera iznosi oko 24 časa, a tipično 15-17 časova Kod rečnih tankera, maksimalno 12 časova, a tipično 5-9 časova Sistem a) tipičan složeni cevovod sa razgranatim usisom, i izraženim problemom kavitacije... Sistem b) prost cevovod, jednostavan za proračun...

Kod sva tri sistema imamo, međutim, dva tipična problema... Nepoznat obalni cevovod... Rešava se tako da se pretpostavi Hc(ob) = const

Tipično, kod morskih brodova Hc(ob) = 100 m

odnosno natpritisak na spoju s obalnim cevovodom, Δp = 10 bar Kod rečnih brodova Hc(ob) = 50 m odnosno natpritisak na spoju s obalnim cevovodom, Δp = 5 bar Po pravilu je Hc(ob) > Hc(brodsko)

Sistem c) tipičnan cevovod za primenu metode redukcije pumpi...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

170

Strujanje nestacionarno Tokom istovara se menja nivo tereta u brodskim i obalnim tankovima... menja se gaz broda... tako da je promenljiva geodezijska visina cevovoda

e) Pumpe teretnog sistema

Kapacitet pumpi sledi iz vremena istovara i kreće se u širokom rasponu Q = 250 – 10000 m3/h. Koriste se • Centrifugalne pumpe, i to 2 - 4 u odvojenom odeljenju (pumpnoj stanici), ili potopljene u tankovima (tada Q ≤ 2000 m3/h) • Pužne pumpe (za vrlo viskozne terete)

Proračun se zato deli u više faza (koje npr. odgovaraju promeni nivoa tereta u tanku od 2 m...)

Pogon pumpi: parom (parna turbina), hidrauličkim motorom, dizel motorom, elektromotorom (opasan na tankerima sa naftom) Hidraulički pogon omogućava veoma preciznu regulaciju broja obrtaja, i time radnog režima pume... UTOVAR – pumpama sa kopna velikog kapaciteta Q ≤ 10000 m3/h.

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

171

3.9.2. Odsisni sistem

Klasično, ugrađuje se paralelno sa teretnim sistemom...

To je pomoćni sistem za odstranjivanje ostataka tereta. Velike teretne pumpe nisu u stanju da do kraja odstrane teret s broda, ostatak (koji nije beznačajan) preuzima odsisni sistem. Najčešće je sličan teretnom sistemu, samo manjeg kapaciteta. Kod teretnog je zahtev da što brže a kod odsisnog da što bolje istovari teret. Kapacitet odsisnog sistema je obično oko Qods = 0.1 Qter

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Prečnici cevi manji, usisi niži, pumpe samousisne... Ponekad se koristi i isti cevovod, ali – kada sistem radi u režimu odsisa, odvojena usisna grana (manja, niža) i druga pumpa... Za odsisni sistem se koriste (najčešće) klipne pumpe.. (često direktno pogonjene, dupleks pumpe... ) Zašto se ne koriste strujne pumpe?

172

Autonomni sistemi, sa hidraulički pogonjenim potpoljenim pumpama, nemaju odsisni sistem Teretne pumpe, na smanjenom broju obrtaja, uspevaju da “odsisaju” teret... Problem kod autonomnih sistema je veća količina tereta koji ostaje u cevima... Zato često imaju poseban sistem za “produvavanje” cevovoda

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

173

3.9.3. Sistem ventilacije tankova Tankovi za prevoz tereta moraju imati oduške. Zamislimo utovar/istovar bez odušaka... Problem, međutim, (makar za sirovu naftu u njene derivate) nije tako jenostavan...

Zašto? • Pojedine frakcije nafte bi isparavale, a brod bi stigao na odredište s polupraznim tankovima... • Postojala bi velika opasnost od požara... Znači, zahtevi su kontradiktorni: • odušci neophodni za utovar/istovar, ali i za sprečavanje suviše velike razlike pritisaka tokom plovidbe... • odušci omogućavaju isparavanje tereta, i povećavaju opasnost opasnost od požara Kako rešiti problem?

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

174

Treba razlikovati

Zato se koristi sistem cevovoda (odušaka)

• ventilaciju punih tankova (tzv. malo disanje) • ventilaciju pri utovaru/istovaru (tzv. valiko disanje) • ventilaciju praznih tankova • sistem inertnog gasa a) Ventilaciju punih tankova

Spoj tankova s atmosferom je neophodan da ne bi došlo do velike razlike pritisaka unutar i van tanka... S porastom temperature, u tanku bi se javio natpritisak, s padom temperature, potpritisak... Razlika pritisaka bi (dodatno) opretećivala brodsku konstrukciju, i mogla imati katastrofalne posledice... S porastom temperature, rasla bi i opasnost od eksplozije...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Zajednički sistem za grupu tankova – jednu segregaciju

dišući ventil zaštitna mrežica

175

Dišući ventil

Atmosfera

Zaštitna mrežica

Tank

Mrežice se postavljaju unutar cevovoda, i na izlazu iz cevovoda, i služi za zaštitu tanka, i prevenciju od požara

Ako ne postoji razlika pritisaka, ili je Δp dovoljno malo, ventil je zatvoren, nema isparavanja... Ukoliko se javi veći natpritisak u tanku, ventil se otvara, tank izdahne... Ukoliko se javi veći potpritisak, tank udahne... To je malo disanje tanka, koje omogućava zadatu (bezopasnu) razliku pritisaka, i smanjuje isparavanje tereta...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

176

b) Ventilaciju pri utovaru/istovaru

Ukoliko je to nedovoljno, ugrađuje se dodatni ventil (zasun), kao bajpas...

Koristi se (najčešće) isti sistem...

diše neprekidno...

ali sada ventili rede neprekidno, tzv. veliko disanje Utivar: Atmosfera

Tank

otvara se samo pri utovaru/istovaru

c) Ventilaciju praznih tankova

Kada je teretni tank prazan, ostaci nafte isparavaju, i stvaraju vrlo zapaljivu, eksplozivnu atmosferu...

Istovar:

Atmosfera

Tank

Zapaljive pare treba odstraniti, a dišući ventili su za to nedovoljni...

Δp koje stvaraju dišući ventili, sada

je nepovoljno...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

177

U tankove se uduvava (ili isisava) vazduh... vrši se ispiranje tankova vazduhom

Postoji niz mogućih rešenja Na primer, uduvavanje vazduha kroz magistralu teretnog sistema

d) Sistem inertnog gasa

U novije vreme se (sve češće) prazni tankovi ne ventiliraju... Pune se inertnim (negorivim) gasom, i zatvaraju... Inertni gas mora biti siromašan kiseonikom...

ventilator

magistrala sistema ventilacije

magistrala teretnog sistema

Tipično, koriste se ohlađeni i prečišćeni produkti sagorevanja motora... Sadrže, uglavnom azot (iz vazduha), ugljendioksid (kao produkt sagorevanja), plus nešto nesagorelih ugljovodonika i kiseonika...

i time se sprečava negomilavanje zapaljivih para

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

178

magistrala sistema inertnog gasa

3.9.4. Sistemi grejanja i cirkulacije tereta Teret, pre svega sirova nafta, greje se pre istovara, radi smanjenja viskoznosti... Postoje različita rešenja

Gas se uduvava, i s njim ispira tank Kada procenat kiseonika padne na ispod 8%, izduvni ventil se zatvara tank se dopuni gasom do malog natpritiska, i zatvara...

Koriste se, najčešće, stacionaran sistem cevi na dnu tanka, kroz koje se pušta vodena para...

Inertna atmosfera eliminiše opasnost od požara... To je osnovna ideja (povezana s protivpožarniom sistemima...) Pokazalo se, međutim, da smanjeno prisustvo koseonika značajno smanjuje koroziju tanka...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

179

Cirkulacija tereta (sporo strujanje, kruženje) tereta, potrebno je, kod određenih tereta, radi smanjenja sedimentacija...

Zato su sistemi grejanja i cirkulacije često povezani... Kod autonomnih sistema je tipično rešenje protočni grejač

Koriste se, često, specijalne cirkulacione pumpe... Problem je cirkulacija jako viskoznih tečnosti – nafte... pumpe ne rade, ako nafta nije zagrejana

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Pumpa se uključuje (dan, dva) pre istovara, i radi na malom broju obrtaja... Treba uočiti prednosti autonomnih sistema pri prevozu sirove nafte: nema odsisnog sistena, za sistem grejanja i cirkulacije se koriste teretne pumpu... To je posledica hidrauličkog pogona teretnih pumpi, koji omogućava male brojeve obrtaja...

180

3.9.5. Sistem pranja tankova

Do prskalica se voda dovodi sistemom spoljne vode (sa ili bez zagrevanja)

Tankovi se povremeno peru: • Kada se natalože sedimenti koje odsisni sistem ne može odstraniti... • Kada se menja vrsta tereta (konverzija tankera) • Pre remonta... Ranije, do Drugog svetskog rata, to se radilo ručno... danas specijalnim (automatskim) sistemom sa prskalicama... Tankovi se peru • hladnom spoljnom vodom • vrućom spoljnom vodom pri tome se ne koriste se deterđenti

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

181

Zbog problema sa ostacima pranja... tankere treba prati vodom što ređe Zato se, na tankerima za prevoz sirove nafte, razvio sistem za pranje (spiranje) tankova naftom tokom istovara Croude Oil Washing (COW – sistem)

Deo tereta se, tokom istovara, vraća iz potisnog voda, i prskalicama za pranje tankova spira sedimente s zidova tanka....

Nakon pranja tankova vodom, na dnu se skuplja emulzija nafte i vode (splačine) koje odstranjuje odsisni sistem... Pumpa odsisnog sistema, za ovu službu, može biti ejektor radnu vodu dobija (tipično) iz protivpožarnog sistema... Gde izbaciti ovu prljavu vodu? U more??

oko 10% tereta

Sistem smanjuje potrebu za pranjem tankova vodom...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Odsisni sistem prebacuje splačine u tzv. taložni tank (slope tank) To je (tipično) jedan od krmenih teretnih tankova, opremljen posebnim sistemom...

182

Šta uraditi sa ostatkom nafte? U more

8

Tovariti novu naftu preko ostataka U rafineriju (kao “prljavu” naftu)

9? 9?

U svakom slučaju U taložnom tanku, mešavina vode i nafte stoji najmanje 12-14 časova... Zbog različite gustine, voda i nafta se razdvajaju, i nafta skuplja na slobodnoj površini... Zbog toga se, pri pranju tankova, ne koriste deterđenti... Pročišćena voda se prebacuje u drugi deo tanka, i proces se ponavlja... I na kraju se čista voda izbacuje s broda...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

• Treba što ređe prati tankove • Treba što bolje odstraniti vodu, ne samo zbog ekologije... već i zbog čistijeg ostatka nafte... Svakako se očekuju sve strožiji ekološki propisi i u ovoj oblasti... Danas postoje dva puta razvoja (dve filozofije)

183

• Što bolje pročistiti splačine...

• Što bolje odstraniti vodu, ali ne i naftu...

odstraniti i vodu, i naftu

Ostatak je (nešto veća količina) tečnog otpada

da ostane što manja količina što suvljeg, nezamašćenog otpada... Ovaj ostatak se izbacuje s broda kao suvi otpad, ili spaljuje... Idealan sistem (prema ovoj filozofiji) davao bi: čistu vodu, čistu naftu, suvi otpad (u vrečama)

koji se koristi kao dopunsko (loše) gorivo za incineratore, ili sisteme grejanja tereta... Idealan sistem (prema ovoj filozofiji) davao bi: čistu vodu + gorivo (koje se može koristiti samostalno)

Primer sistema modernog tankera

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

184

Go riv o( ma zu t)

Tank splačina (sludge)

1400°C

Gasovi (CO2 + ...)

Čvrsti otpad

Incinerator

Taložni tank

Idealan rezultat: čista voda + ugljendioksid...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Rečni tankeri i barže nemaju (najčešće) sisteme za čišćenje tankova... Čista voda

Na rekama je ovaj sistem na obali – lučka postrojenja slična brodskim...

185

3.10. Protivpožarni sistem Požar na brodu, kao i u svim drugim uslovima, pretstavlja veliku potencujalnu opasnost. Opremajući brod ovim složenim sistemom, i brodograditelji i brodovlasnici se nadaju da on nikada neće proraditi. I stvarno, samo 2-4% teretnih i putničkih brodova doživi požar. Ali, i za tako mali procenat, potrebno je predvideti sistem gašenja (procenat i jeste mali, jer se preduzimaju mere prevencije). Današnji sistemi za gašenje su takvi da se brodovi na kojima izbije požar (putnički i teretni) sasvim retko gube. Tankeri su, zbog svog zapaljivog tereta, rizičniji. Požar se na njima ne javlja češće, jer je prevencija oštrija, ali se čak 10-12% tankera koji dožive požar, gubi...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

186

Koje su specifičnosti požara na brodu? • Brod je usamljen, mora se (najčešće) sam boriti s požarom, • Oko broda postoji obilje osnovnog protivpožarnog sredstva – VODE (to je dovelo i do nekih čisto brodskih sistema prevencije i gašenja...), • Na brodu postoji obilje zapaljivog materijala, • Prostor je skučen, • Evakuacija otežana, • Požar se, pri uzburkanom moru i vetru, brzo širi... Sve, sem obilja vode, su otežavajuće okolnosti... Što je dovelo do dovelo veoma strogih propisa... sadržani su u pravilima klasifikacionih društava i konvenciji SOLAS...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

187

Protivpožarna zaštita se deli na

Čine ih, pre svega, protivpožarne pregrade i palube.

Pasivnu zaštitu (mere koje se preduzimaju pri gradnji broda)

Postoje pregrade i palube klase A i klase B.

Aktivnu zaštitu (mere koje se preduzimaju za otkrivanje i gašenje, ukoliko požar izbije)

Pregradama i palubama klase A brod se deli na osnovne vatrootporne zone,

U ovom kursu proučavamo (uglavnom) aktivnu zaštitu...

Unutar osnovnih vatrootpornih zona, pregradama i palubama klase B, brod se deli na više vatrootpornih odeljenja.

Pasivna spada u projektovanje broda... ipak i ovde će biti dati neki osnovni pojmovi Pasivna protivpožarna zaštita Mere koje se preduzimaju pri projektovanju i gradnji broda – za otežavanje izbijanja i širenja požara, kao i za olakšavanje gašenja požara.

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

to je makro podela.

SOLAS propisi daju, u zavisnosti od tipa broda, tereta koji nosi, i uređaji koji se koriste za gašenje, broj, klasu, i način izvedbe VO pregrada i paluba. Sem VO pregrada i paluba, u pasivnu protivpožarnu zaštitu spada i niz drugih mera:

188

• Upotrebu nezapaljivih materijala gde god je moguće (pregradni zidovi, oprema, izolacija, boje...); • Materijala koji na visokim temperaturama ne ispuštaju otrovne gasove (otrovni dim ubija); • Sprečavanje prostiranja plamena (i dima) između VO zona, pre svega sistemom ventilacije. Svaka VO zona treba da ima zaseban sistem ventilacije... Treba izbegavati provođenje ventilacionih cevi kroz pregrade klase A, a svakako mora postojati mogućnost zatvaranja ventila sa obe strane pregrade. Ove mere ne sprečavaju samo širenje plamena, već i dovođenje svežeg kiseonika vatri. I drugi cevovodi koji prolaze kroz VO pregrade moraju imati odgovarajuću armaturu.

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

• Odušci iz tankova nafte i drugih zapaljivih tečnosti, moraju izlaziti na otvorene palube i to na mesta gde nema opasnosti od zadržavanja isparenja... moraju biti obezbeđeni protiv požara (mrežice, dišući ventili); • Cevovodi moraju biti “uzemljeni” za trup broda, zbog pražnjenja statičkog elektriciteta; • Treba sprečiti iskrenje pri radu električnih mašina i uređaja; • Razmenjivače toplote treba rasporediti tako da se smanji opasnost požara. Sve zajedno, mere pasivne zaštite se svode na to da, pri projektovanju broda, treba predvideti i mogućnost izbijanja požara...

189

Aktivna protivpožarna zaštita

Trougao mora imati sve tri stranice...

Aktivnu zaštitu čine

Ukoliko jedna nedostaje, nema požara...

• Sistem signalizacije požara rano otkrivanje požara je presudno, pikavac izaziva najveće požare...

Gašenje požara hlađenjem (vodom),

• Sistem gašenja požara Gorenje je burna oksidacija, egzotermna hemijska reakcija. Za požar su neophodni, sem zapaljivog materijala, dovoljno visoka temperatura i kiseonik... Poučan je trougao gorenja

Zapaljivi materijal

T

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Na tome se (uglavnom) i zasnivaju osnovni načina gašenja:

O2

Gašenje požara smanjenjem koncentracije kiseonika (zapreminsko gašenje inertnim gasovima), Gašenje izolacijom izvora požara (penom), Gašenje himijskom reakcijom (halonima). • Ručni protivpožarni pribor – azbesna odela, ručne gasilice, lopate, sekire, pesak, gas maske...

190

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

191

3.10.1. Signalizacija požara Signalizacija požara deli se na: • Opštu – obaveštavanje posade i putnika znakom za uzbunu (sirena, zvono...) • Spoljnu (obaveštavanje vatrogasne službe na kopnu i drugih brodova) • Unutrašnju (obaveštavanje dežurne brodske službe) time se bavimo u ovom predmetu... Signalizacija može biti ručna i/ili automatska RUČNA – kada se požar opazi, javlja se pritiskom na dugme (taster). Propisi daju broj i lokaciju dugmadi (tastera) za signalizaciju.

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

AUTOMATSKA – propisi određuju koji brodovi i koja odeljenje moraju imati automatsku signalizaciju. Danas svi ozbiljniji brodovi imaju ovaj sistem. Proučavamo: Unutrašnju, automatsku signalizaciju požara... Osnovni elementi signalizacije: DETEKTOR POŽARA – u odeljenju koje štitimo ALARM – na kontrolnom mestu Spaja ih ELEKTRIČNO KOLO.

192

Najjednostavnije rešenje, u kome je detektor PREKIDAČ:

osnovno kolo

1

2

normalan položaj požar (uspostavlja se kolo)

kontrolno kolo

Alarm se može uključiti i prekidom kola normalan položaj

U normalnom stanju, struja teče kroz osnovno kolo, obe kotve podignute... Ukoliko izbije požar, detektor prekida kolo, kotva 1 pada... Pri kvaru osnovnog kola, pada kotva 2...

požar (prekida se kolo)

Primer, po malo zastareo...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Sistem se retko uključuje, kontrola neophodna... Rešenja su, danas, znatno složenija... elektronika je preuzela stvar, ali princip ostaje isti...

193

Detektori požara

Koriste niz različitih fizičkih zakona...

Detektori – uređaji za otkrivanje požara • Živin termokontaktni detektor Termometar sa živom, kod koga se na određenoj temperaturi uspostavlja kolo.

rade na nekoliko različitih principa... a) Detektori temperature (toplote)

Reaguje na visoku temperaturu u prostoriji (obično 50 - 100 °C ) to su tzv. maksimalni, fiksni, ili na brzu promenu temperature, npr. 5°C/min to su tzv. diferencijalni U novije vreme, objedinjeni...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

• Staklena cevčica sa lako isparljivom tečnošću Tečnost (obično etil bromid) na povišenoj temperaturi ispari, pritisak poraste, staklo prska i prekida strujno kolo. Jednostavan, jeftin uređaj otporan na koroziju, ali se koristi samo jednom, ne može se regulisati, neotporan na udar.

194

• Bimetalni detektor bimetalna pločica

Lako se reguliše i više puta koristi. Ali ima veliku toplotnu inerciju izolator

Svi prethodni detektori stupaju u dejstvo pri određenij temperaturi – to su tzv. maksimalni detektori. Primer detektora koji stupa u dejstvo pri nagloj promeni temperature (diferencijalni detektor) • Toplotno zvono

Može stvoriti iskru, pa se ne koristi u odeljenjima sa velikom opasnošću od požara. • Poluprovodnički detektor

Materijali koji su na normalnoj temperaturi izolatori, a na višoj temperaturi postaju provodnici. Veoma osetljivi, sa širokom mogućnošću regulacije

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

elastična membrana

Pri brzoj promeni temperature u odeljenju, pritisak u donjoj komori raste, i kontakt se uspostavlja...

195

b) Detektori dima

Mana svih toplotnih detektora je da stupaju u dejstvo suviše kasno, naročito u velikim prostorijama. Ako bi se regulisali na nižu temperatu, dolazilo bi do lažnih uzbuna. Oni se zato često koriste kao REZERVA (zbog svoje pouzdanosti), uz ostale osetljivije detektore.

Postoje jonizacioni i optički detektori Jonizacioni sadrže radioaktivni izvor koji emituje gama-zrake (najčešće kobalt) usled čega se vazduh jonizuje... Elektroprovodnost jonizovanog vazduha je izuzetno osetljiva na primese... prisustvo dima se registruje promenom napona

Koriste se, takođe u malim prostorijama, u kojima bi temperatura mogla naglo rasti (kuhinje, kotlarnice), a takođe tamo gde drugi detektori ne mogu... Maksimalno, ovakav detektor štiti 1530 m2.

Ne reaguje samo na vidljivi dim, već i na primese... miriše vazduh!

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

196

Optički detektori koriste foto-efekat... Fotoćelija – izvor struje pod dejstvom snopa svetlosti... Dim prekida svetlosni zrak, i time prekida strujno kolo...

dim cigarete

Može i obrnuto, da svetlost obasja fotoćeliju i uspostavi električno kolo u zadimljenoj atmosferi (za sada nejasno)... Detektori dima (naročiti jonizacioni) su izuzetno osetljivi, i štite i do 100 m2 prostora.

dim električne varnice

Skloni su, međutim, lažnim alarmima... Veća osetljivost, veća sklonost... Razvijaju se zato pametna električna kola – specijalni filtri koji razlikuju dim iz pojedinih izvora...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

opasan dim...

197

Ipak, detektori dima se ne koriste u zadimljenim prostorijama (pušionicama, kujnama), a ni tamo gde bi mogla da se javi prašina (praškasti teret, bunkeri uglja...) c) Detektori plamena

Postoje požari kod koji bi registrovanje povišene temperature ili dima bilo prekasno... To su burni požari lakozapaljivih materijala, pre svega različitih goriva... Koriste činjenicu da je plamen intenzivan izvor svetlosti... Detektori su specijalne fotoćelije, koje reaguju na tačno određenu talasnu dužinu...

U svim dosadašnjim primerima detektor se nalazio u strujnom kolu. Postoji i drugi način, nekada veoma popularan na brodovima to je tzv. Dimna signalizacija požara Iz odelejnja koje se kontroliše dovodi se vazduh na kontrolno mesto, gde se nalazin uređaj...

Npr. infracrveno sveto koje, u plamenu ugljovodonika, zrači CO2 ... Koriste se za otvorene plamene ugljovodonika, ali zamenjuju i detektore dima u visokim prostorijama...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

198

Kada se pojavi dim (čestice dima 1-10 μm)... snop svetlosti se rasipa...

oznaka kontrolno staklo

Efekat crvenog neba na zapadu....

crni zaklon

Kroz staklo se vidi “mlaz” dima... Kontrolno staklo služi za proveru: da li rade sijalica i ventilator...

ka ventilatoru staklo

Vazduh se, delimično, izvodi i u kontrolnu prostoriju (kormilarnicu) da bi se namirisao požar... Ovaj klasični uređaj je moguće automatizovati

kontrolni ventil

iz o de l enj

a

Umesto osmatranja kroz staklo – fotoćelija... Ali tada postaje dimni detektor, kod koga se uspostavlja strujno kolo pri pojavi dima...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

199

3.10.2. Sistem gašenja vodom Polivanjem (prskanjem) požara, voda se greje i isparava... Na to se troši energija... i hladi zapaljeni materijal i mesto požara. Gašenje vodom je, prvenstveno, gašenje hlađenjem... Za zagrevanje vode je potrebno 4,186 kJ/kgK Za isparavanje vode je potrebno 2,26 MJ/kg

Vodena para sprečava pristup kiseoniku, što je sekundarno dejstvo vode pri gašenju... Voda kvasi okolni, nezapaljeni materijal i otežava paljenje... Zbog toga je voda efikasno sredstvo gašenja... a ima je u izobilju oko broda... Našla je najširu premenu u brodskim protivpožarnim sistemima... Ima, međutim, i svoje mane...

6,75 puta više toplote je potrebno da voda ispari, nego da se zagreje od 20 do 100°C

Da bi gašenje bilo efikasno, treba da što više vode ispari...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

200

Voda se ne koristi: • Za gašenje električnih instalacija (voda + struja, ne sme) • Za gašenje nafte i njenih produkata (voda + nafta, ne može) Požar je suviše intenzivan, hlađenje vodom je nedovoljno... Postoje, međutim, novi sistemi... • Za gašenje u dubini suvog tereta... težak pristup vodi • Za suvi teret koji burno gori (npr. pamuk)

Osobenosti sistema • Uvek spreman (na mnogim brodovima stalno pod pritiskom...) • Brzodejstvujući (specijalna armatura...) • Povezan s drugim sistemima Skup, komplikovan sistem, koji se retko koristi za svoju osnovnu namenu Zato se kombinuje s drugim sistemima... (npr. sistemom kvašenja palube, brodskim ejektorima, sistemom spoljne vode...)

• Za skupi teret, koji voda kvari...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

201

a) Sistem gašenja jakim vodenim mlazevima

Imaju ga, kao osnovni sistem, i brodovi vatrogasci...

To je najčešći (uobičajeni) sistem gašenja požara vodom... Prednost – omogućava gašenje iz daljine... Mana – samo mali deo vode ispari, veći deo i ne dođe u kontakt s požarom... Sa ovim sistemom su opremljeni svi brodovi...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

202

Uprošćena šema sistema je crevo

Svaka vatrootporna zona ima ovakav sistem – sa prstenastom ili linijskom magistralom... Idemo redom...

hidrant ist ag m

Voda ulazi kroz kingston, i stiže do pumpe... Protivpožarna pumpa je načešće centrifugalna pumpa sa sopstvenim elektromotorom...

la ra

spojnica za vezu s obalom

ka drugim sistemima

Registri propisuju niz zahteva u vezi broja, kapaciteta i smeštaja pp pumpi...

mlaznik

povratni ventil

Npr. zahteva se minimalni pritisak u hidrantima (zavisno od vrste i veličine broda) ph > 2,6 bar, pri protoku Qh = kD2 D – prečnik magistrale kaljužnog sistema (koji zavisi od veličine broda...) k = 0,008 – 0,016 , u zavisnosti od vrste broda.

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

203

Ukupan kapacitet pumpe je zbir protoka svih hidranata + potrošnja drugih sistema koji su povezani... Qp = Σ Qh + Qo

Ventili cevovoda, od bronze, mesinga – brzodejstvujući Prečnik cevi (tipično) oko 0,8 kaljužnih cevi...

Cevovodi, kod manjih brodova s linijskom magistralom

Spojnicu za vezu s obalom i drugim brodovima, imaju svi veći brodovi...

kod većih, sa prstenastom magistralom, pa i više prstenastih magistrala (na svakoj palubi...)

Hidranti – svaki hidrant ima standardnu spojnicu za crevo...

Cevi se sprovode ispod plafona, da što manje smetaju i oštećuju... Materijal mora biti otporan na koroziju Ne koristi se aliminijum! Temperatura topljenja Al je suviše niska... ttop = 660°C

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Registri daju, detaljno, broj i raspored hidranata u zavisnosti od vrste broda... U principu, svaku moguću tačku požara treba da pokrivaju bar dva mlaza rastojanje hidranata na otvorenim palubama manje od 40 m u zatvorenim prostorima manje od 20 m

204

Creva – standardna elastična creva sa spojnicama za hidrante (i druga creva, radi produžavanja) dužina 10 – 20 m prečnik 26 – 66 mm, sa više standardnih međuvrednosti... Registri propisuju broj creva uz svaki hidrant... Mlaznici (šmrkovi) Prave se s podešljivim mlazom (kompaktnim..., ali i raspršenim mlazom, i mogućnošću pravljenja vodene zavese) Prečnik mlaznika 12 – 40 mm, čovek (zbog velike reakcije mlaza) može da drži mlaznik do 20 mm, preko toga – vodeni topovi

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

205

b) Gašenje raspršenom vodom

Raspršeni mlaz iz mlaznika

Raspršivanjem vode povećava se efikasnost gašenja

Mlaznici imaju mogućnost raspršivanja mlaza...

Dodirom sitnih kapi vode i zapaljenog materijala dolazi do intenzivnije razmene toplote, i veća količina vode isparava...

tako da se koristi isti sistem kao i za gašenje jakim mlazevima...

efikasnije hlađenje požara...

Ako je moguće prići dovoljno blizu požaru, raspršivanjem mlaza gašenje postaje efikasnije!

ali i sekunrarni efekat – sprećavanje pristupa O2 Mana sistema je otežano gašenje iz daljine...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

206

Sistem sprinklera (samodejstvujućih prskalica)

Osnovni element sistema je samodejstvujuća prskalica - sprinkler

Da bi se prevazišli nedostaci gašenja raspršenim mlazom iz mlaznika, razvio se stacionarni sistem sa ugrađenim prskalicama ax a m do n ( leri 3 m, ink spr ojanju lica) t ras prska 0 2 0

kontrolni ventil

ma gi

stra la

U sistemu cevovoda, do prskalica, nalazi se voda... ma gi

cevi su pod pritiskom, pri čemu je dovod iz dve nezavisne magistrale... stra la

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Prskalica je zatvorena držačem od lakotopljivog metala, ili staklenom cevčicom s lakoisparljivom tečnošću ...

207

Na povišenoj temperaturi (oko 70°C), metal se topi, ili tečnost isparava i lomi cevčicu...

Mane sistema su

i sistem stupa du dejstvo...

• Cevčice su krhke...

• Toplotna inercija (vreme da se metal istopi, tečnost ispari...) • Sprinkleri ne stupaju u dejstvo istovremeno... Ne koriste se zato u zonama velikog rizika, a naročito ne tamo gde postoji opasnost od naglog širenja vatre... Sistem je pogodan za prostorije gde borave ljudi... Za razliku od niza drugih sistema sprinkleri nisu opasni za ljude (tuširaju ih)

Automatski se registruje protok u kontrolnom ventilu, i uključuje alarm... Sistem otkriva, signalizira i gasi požar...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Koristi se na putničkim brodovima u stambenim prostorima... Koristi se i u prostorima gde se retko zalazi, a opasnost od požara nije velika...

208

Sistem drenčera (običnih prskalica) Spolja gledano, sistem je isti kao i sistem sprinklera... niz prskalica na plafonu prostorije Međutim, prskalice nemaju sopstveni ventil...

Sistem magle Posebnim mlaznicama pod visokim pritiskom voda se raspršuje u izuzetno sitne kapi i stvara se vodena magla...

U normalnim uslovima, dovodnom cevovodu se ne nalazi voda... i sistem ne stupa u dejstvo automatski U slučaju požara otvaraju se brzodejstvujući ventili, i sistem stupa u dejstvo... Ovim se maksimalno povećava efikasnost gašenja vodom...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

209

Sistem mlaznica, koje mogu biti i samodejstvujuće, postavlja u dva-tri nivoa

Jedino na ovaj način se može vodom gasiti nafta i njeni produkti... ali to ipak nije sistem za gašenje tankera...

gornji nivo

Granica između raspršenog mlaza i magle...? magistrala I

magistrala II donji nivo

Magla (koja gasi naftu), guši i ljude...

Ovakvi (najefikasniji) sistemi gašenja vodom, koristi se u mašinskom prostoru... i drugde gde postoji prosuta nafta...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

210

Sistem hlađenja palube Osim sistema gašenja raspršenom vodom, kod brodova se (zbog obilja vode) koriste i neki specifični sistemi prevencije od požara... Oštra granica između prevencije i gašenja, često ne postoji... Jedan ot takvih primera (koji se koristi prvenstveno na tankerima za prevoz nafte i njenih produkata) je i

Koristi se sistem stacionarnih perforiranih cevi (20-30 cm nad palubom, prečnik rupica 3-5 mm) Retko se koriste, a smetaju, pa se koristie i prskalice (drenčeri) na stubovima (oko 3 m nad palubom), koje se demontiraju kada nisu neophodne...

sistem hlađenja palube Pri plovidbi kroz tropske oblasti, trup broda se zagreva, i dolazi do intenzivnog isparavanja tereta... To povećava opasnost od požara (i gubitka tereta), pa se paluba prska vodom

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

211

Sistem orošavanja prostora Još jedan brodski sistem prevencije od požara... U prostorijama gde je opasnost od požara izuzetno velika (hazardnim odeljenjima), pušta se rosa da stalno kvasi prostoriju... To su odelenja u kojima se nalazi eksploziv, municija itd... Koriste se (opet) perforirane cevi, koje se mogu koristiti i za dovod inerntnog gasa...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Sistem naplavljivanja prostora Opet tipično brodski sistem prevencije od požara... Hazardna odelenja se, u slučaju pozara, potapaju... Koristi se samotok (ako su ispod površine vode), ili pumpa... Tipično vreme naplavljivanja ispod 15 min...

212

3.10.3. Zapreminsko gašenje

Treba uočiti sledeće:

Treba smanjiti procenat kiseonika u atmosferi iznad požara...

Normalna atmosfera, zapreminski udeo kiseonika oko 21%

Ukoliko se, ubacivanjem dodatnog, inertnog gasa učešće kiseonika smanji na 15% , nema gorenja u plamenu, postoji samo tinjanje...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

na oko 8% kiseonika, nestaje i tinjanje...

• Da bi sistem bio efikasan, neophodna je hermetizacija prostora. To je osnovno ograničenje sistema – može se koristiti samo unutar broda, gde je moguće sprečiti dotok svežeg vazduha... • Ukoliko je hermetizacija obezbeđena, sistem gasi i najburnije požare (naftu, najzapaljivije terete...), a takođe i električne instalacije (ukoliko gas nije vodena para) • Ipak na tankerima se ne koristi kao osnovni sistem gašenja... • Sistem je opasan za ljude... Pre gašenja prostorija gde boravi posada – signal za evakuaciju (najmanje 1 min), što usporava gašenje...

213

Određivanje potrebne zapremine inerntnog gasa U atmosferi je (približno) zapreminski odnos gasova 79% N 2 + 21% O2 odnosno

V ( N2 ) = 3, 76 V (O2 )

I ovaj zapreminski odnos se ne menja dodavanjem inertnog gasa... Pri gašenju, u prostoriji s inertnim gasom, važi V ( In) + V ( N 2 ) + V (O2 ) = V ( Pr )

odnosno V ( In) = V ( Pr ) − V ( N 2 ) − V (O2 ) =

V ( In) = V ( Pr ) − 4, 76 ⋅ V (O2 )

Za gašenje požara je neophodno V (O2 ) = ( 0, 08 ÷ 0, 15 )V ( Pr )

Sledi V ( In) = ( 0, 3 ÷ 0, 6 ) V ( Pr )

Minimalna zapremina 30% prostorije (požar se gasi, ali ostaje tinjanje...) Preko 60% prostorije, požar potpuno nestaje... To je veoma velika zapremina.... Osnovni inertni gas koji se koristi na brodu je ugljendioksid (CO2)...

= V ( Pr ) − 3, 76 ⋅ V (O2 ) − V (O2 )

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

214

a) Gašenje ugljendioksidom

CO2 se nosi na brodu baš za gašenje požara... Od mnogih negorivih (inertnih) gasova koji bi se mogli koristiti u ove svrhe, izabran je CO2 (izborio se) zbog niza osobina: • Teži je od vazduha, pada na požar... • Ne izaziva koroziju...

Zapremina boce (najčešće) Vb = 67 l , a masa ugljendioksida u boci m = (45 – 50) kg Tada je CO2 u tečnom stanju, i to na pritisku p ≈ 57 bar, na 21°C S obzirom da je m(CO2 ) = ρCO2 V (CO2 ) = ρCO2 ( 0, 3 ÷ 0, 6 ) V ( Pr )

ϕ

• Nije otrovan (ali guši)...

(Prema JR, ϕ = 0,3 – 0,45)

• Ne šteti teretu... • Relativno jeftim.. Postoji sistem visokog i niskog pritiska... Kod sistema visokog pritiska (klasičan, upobičajeni sistem) ugljendioksidom se pune čelične boce...

V ( Pr ) =

m(CO2 ) ϕ ⋅ ρCO2

Jednom bocom se može gasiti prostorija V(Pr) = 40 – 90 m3

Brodski prostor je daleko veći...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

215

Za gašenje je, prema tome, potrebno više boca ... Broj boca sledi iz N=

m(CO2 ) = mb

ρCO ϕ ⋅ ∑ V ( Pr ) 2

mb

= ⋅⋅⋅

Ove boce se mogu smeštati u posebno odeljenje – odeljenje CO2

Kod centralizovanog sistema, odelenje CO2 mora biti • Odvojeno gasonepropusnom pregradom od odelenja gde borave ljudi... • Dobro ventilirano... • Zaključano... • Termički izolovano.

gde se nalazi baterija CO2 Termička izolacija je bitna jer pritisak u bocama raste s temperaturom... Kritična temperatura CO2 je 31°C, i tada je pritisak u boci 75 bar... Iznad kritične temperature, pritisak naglo raste... Sigurnosni ventili (koji su obavezni) otvaraju se na oko 190 bar To je centralizovani sistem CO2

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

216

Centralizovani sistem visokog pritiska izgleda kolektor

linijska magistrala

mlaznici, ispod plafona u odelenju

Pri projektovanju sistema treba imati u vodu de je to opasan cevovod • nekontrolisanim puštanjem u rad, odeljenja postaju gasne komore... • u cevovodu je (pri radu) visok pritisak, pa ako dođe do isticanja... cevovod se zato ne sprovodi kroz stambene prostorije...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

217

Proračun sistema...

Treba obezbediti vreme gašenja t = 2 – 10 min mašinski prostor

obična odelenja

Kako odrediti prečnike..?

Cevovod nema pumpu, pogon je natpritisak u bocama... Boce se prazne, i pritisak opada... U cevovodu dolazi do faznog prelaza (tečnost → gas) U mlaznici nagla ekspanzija, praćena padom temperature...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

To nije običan “Proračun složenog cevovoda...” Proplem je daleko složeniji proračun za specijaliste...

218

Boce CO2 se mogu smeštati i u odelenje koje se gasi – to je autonomni sistem CO2

Koristi se, tipično, za mašinski prostor i druga bitna odelenja,

Primer gašenja...

Osim sistema visokog pritiska (centralizovanog i autonomnog), koristi se i centralizovani sistem niskog pritiska

jer obezbeđuje kraće vreme gašenja...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

219

Ugljendioksid se smešta u hlađeni centralni tank...

b) Gašenje ostalim inertnim gasovoma

Osim ugljendioksida, mogu se koristiti i produkti sagorevanja motora i kotla... Sadrže, uz CO2 i N2 , i nesagorele komponente... Tako da znatno lošije gasi... Velika količina je potrebna baš u slučaju pozara... kako je obezbediti? Zato se ovaj sistem koristi za prevenciju, a sasvim retko i za gašenje... Koristi se (ponekad) i vodena para

CO2 je u tečnom stanju, ali na znatno nižem pritisku nego u bocama... Sistem se, po pravilu, koristi kod velikih brodova...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Lošija je od CO2 Dolazi do kondenzacije pare, oštećuje terete, ne sme se koristiti za električne instalacije...

220

Ranije su se koristile i pare lakoisparljivih tečnosti Sistem CO2 ima niz mana: radi na visokom pritisku, cevovod mora biti specijalno obezbeđen, može doći do probijanja sigusnosnih ventila (a nema zamene boca) Da bi se to prevazišlo, korišćene su specijalne lakoisparljive tečnosti

Ideja je dobra, ali... Npr. tetrahlorugljenik (CCl4) na visokim temperaturama , u dodiru s rastopljenim metalima, stvara malu količinu gasa – fozgena... Možda će se ipak naći dobra tečnost za ovu namenu...

Na normalnoj temperaturi (i pritisku) – tečnost. Lakše transportovanje i skladištenje, jednostavniji cevovod od CO2 ... Na povišenoj temperaturi lako isparavaju... Ne gase požar (kao voda) oduzimanjem toplote. Na protiv, njihova toplota isparavanja je vrlo mala... Gase zapreminski – njihove pare stvaraju inertnu atmosferu nad požarom...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

221

3.10.4. Gašenje penom Pena predstavlja smešu tečnosti i narastvorivog gasa u vidu mehurova... Kod pene tečnost je u tankoj opni, unutar koje se nalazi gas...

Pena prekrije naftu, bilo da se ona nalazi u tanku, bilo da se razlije po vodi ili čvrstoj podlozi... vazduh

pena

voda nafta

Da bi se formirala pena, neophodno je da tečnost ima mali površinski napon... Karakteristika svake pene je njena mala gustina... Pena se zato izdvaja i pliva na površini tečnosti... Vodena pena, u kojoj je vodi veštački smanjen površinski napon, pokazala se kao veoma dobro sredstvo za gašenje požara nafte i njenih produkata...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

tako sprečava dotok kiseonika – izoluje i gasi požar Sem tog primarnog efekta – izolacije požara, voda isparava i hladi površinski sloj nafte... Ukoliko je pena s inertnim gasom, pucanjem mehurova i isparavanjem vode, dodatno se smanjuje dotok kiseonika... Pena ne izaziva koroziju (veću od vode), ne kvari teret (lako se uklanja sa površine) a omogućava i gašenje iz daleka – prskanje šmrkovima

222

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

223

Za gašenje se koriste tzv. hemijske i vazdušno-mehaničke pene

Sastav praha može biti različit, i prodaje se pod različitim imenima...

a) Hemijska pena

Proces zapoćinje u injektoru, i potrebno je vreme (odnosno cev dužine preko 30 m) da se formira pena...

Meša se specijalni prah i voda u uređaju, tzv. generatoru pene...

Iz jedinice zapremine rastvora, dobija se 8-10 puta veća zapremina pene...

prah

ρ = 0,1-0,13 kg/m3 bunker pena

voda

injektor

Mešanjem praha s vodom, dolazi do hemijske reakcije, u kojoj se oslobađa velika količina inertnog gasa (najčešće CO2 )

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Vremenom, u slobodnom prostoru, mehurovi rastu i zapremina pene se dalje povećava, tako da je, posle 15 min, ρ = 0,06-0,08 kg/m3 Smatra se da hemijska pena, kod koje je gas u mehurovima ugljendioksid, predstavlja najbolje sredstvo za gašenje požara nafte...

224

Mane su

a posle 15 min opada na

Neophodan dugačak cevovod velikog prečnika (zbog male gustine...) Prah se vremenom kvari u dodiru s vazduhom... A i cena je viša od... b) Vazdušno-mehanička pena

Mešaju se voda + peneća tečnost Peneća tečnost smanjuje površinski napon vode... Voda smanjenog površinskog napona se zatim burno, mehanički meša s vazduhom Gustina dobijene pene (odmah nakon mešanja) je manja od hemijske

ρ = 0,07-0,1

kg/m3

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

ρ = 0,025-0,03 kg/m3 Dobija se 40 puta veća zapremina pene od zapremine rastvora... Tipičan sastav pene je 90% vazduha + (9,6-9,8)% vode + + (0,2-0,4)% peneće tečnosti

Brod nosi samo peneću tečnost... Zapremina pene je do 500 puta veća od zapremine peneće tečnosti... Tečnost se lako skladišti, zadržava svojstva... Manja je efikasnost od hemijske pene, jer je gas u mehurovima vazduh...

225

Postoje dva tipa uređaja – generatora vazdušno-mehaničke pene

U tanku je smeša vode i peneće tečnosti (voda niskog površinskog napona)

1. Stvaranje pene na početku cevovoda

Meša se s vazduhom, u tanku U cevi – pena... Prečnik cevi, zbog male gustine pene, mora biti velik... Time se gubi prostor

Odnosno pena vezduh pod pritiskom

smeša vode i peneće tečnosti

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

226

Bolje rešenje je

U tanku mala količina čiste peneće tečnosti... Iznad nje zaštitna tečnost i rešetka...

2. Stvaranje pene na kraju cevovoda

Da ne bi došlo do mešanja i penjenja, tokom istiskivanja... Voda i peneća tečnost se mešaju u cevi, bez vazduha U smeši je 95-96% vode, nema pene pa je cevovod malog prečnika

Odnosno rešetka

zaštitna tečnost

Mašanje s vazduhom, na kraju cevovoda U specijalnom mlazniku – injektoru ...

peneća tečnost voda

smeša peneće tečnosti i vode

pena

vazduh

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

227

Mlaznik za vazdušno-mehaničku penu na vodenom topu...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

228

3.10.5. Gaženje hemijskom reakcijom Gašenje halonima U prostor u kome je izbio požar pušta se gas – HALON... Spolja gledano, sistem liči na sistem inertnog gasa... Međutim, princip gašenja je potpuno drugačiji... Haloni stupaju u hemijsku reakciju sa gorivim materijalom... Haloni su halogenizovani ugljovodonici.. - ugljovodonici, jedinjenja C i H , - halogeni elementi F, Cl, Br , J Halogenizovani ugljovodonik – halogeni element zamenjuje vodonik (sav ili deo) iz ugljovodonika

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

Halonima se, za tehničke potrebe, daju brojne oznake (4-5 cifara)

_ C

_ F

_ _ _ Cl Br (J)

Tako npr. HALON 1301, predstavlja CBrF3 Haloni su, na normalnim uslovima, gasovi teži od vazduha (teži i od CO2) koji, pri požaru, ulaze u složeni hemijsku reakciju s materijalom koji se zapalio... Reakcija nije potpuno objašnjena (postoji više teorija), ali suštinski • gorenje je burno – egzotermno sjedinjavanje s kiseonikom... • halogeni elementi su hemijski aktivniji od kiseonika, i stupaju u reakciju pre O2 (zamenjuju ga) • pri čemu ta reakcija nije egzotermna...

229

Može izgledati nevažno da li je gašenje požara zapreminsko, ili hemijskom reakcijom... i CO2 , i haloni gase požar...

Ubacivanjem halona, koncentracija O2 se smanjuje za samo 1%, tako da ima dovoljno kiseonika za disanje... Halonima se mogu gasiti prostorije gde borave ljudi...

Razlika jeste bitna... za zapreminsko gašenje je potrebno

Ne treba čekati evakuaciju...

V(In) = (0,3 – 6)V(Pr)

gasi se ćim izbije požar...

kod gašenja hemijskom reakcijom potrebno je V(Hal) = 0,05·V(Pr)

Manje halona, znači manja težina, manji prostor...

Prema JR, gašenje CO2 traje 2-10 minuta, a halonima ispod 20 s Na ratnim brodovima još kraće, postiže se i 0,25 s (trenutno gašenje)

ali najbitnije je da, u toj koncentraciji, haloni nisu opasni po ljude...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

230

Haloni su moderno, i veoma dobro sredstvo za gašenje požara...

Iako se jedno vreme mislilo da su idealno sredstvo za gašenje...

Razvili su se u poslednjih 30 godina...

pokazalo se da štete ozonskom omotaču...

i koriste se za hazardne prostore (prostore gde je opasnost od pozara i eksplozije velika)

Takođe, zahtevaju zatvorene prostore

posebno za hazardne prostore gde borave ljudi, ili skup, osetljiv teret. Tipično: komandni most, mašinski prostor ratnih brodova... Koriste se i u pilotskim kabinama vojnih aviona, tenkovima... Ne primenjuju se šire zbog cene i iz

iako im je potrebna daleko manja hermetizacija od CO2

Haloni su, na normalnim uslovima, teški gasovi halon 1301, ρ = 6,12 kg/m3 (CO2 , ρ = 1,79 kg/m3, vazduh ρ = 1,226 kg/m3) Halonima se pune boce od 5-130 l, sa 3-145 kg Pritisak u bocama je 24-42 bar, i halon je tada u tečnom stanju..

ekoloških razloga...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

231

Prave se, slično sistemu CO2 , centralizovani sistemi (baterija halona) i autonomni (modularni) sistemi, gde se boce smeštaju direktno u hazardna odeljenja... Baš ti autonomni sistemi, bez cevovoda, postižu minimalna vremena gašenja..

Tada se boce, radi povećanja pritiska, dopunjuju azotom...

BRODSKI SISTEMI Predavanja - letnji semestar 2008.

232