Valvola di Sicurezza per Esplosione del Carter

Cosa sono le valvole di sicurezza per esplosione del carter?

Una valvola di sicurezza per esplosione del carter (CERV) è un dispositivo di protezione installato su motori a combustione interna di medie e grandi dimensioni. Tipicamente, una CERV è montata per ogni cilindro di un motore, ma questo dipende dalle dimensioni del motore. Una CERV ha tre funzioni principali:

• Alleviare la pressione in caso di sovrapressione del carter.
• Arrestare le fiamme per impedirne la fuoriuscita dal carter.
• Risigillare il carter dopo un evento di sovrapressione, impedendo l'ingresso di aria nel carter. La risigillatura del carter deve avvenire dopo un'esplosione del carter (impulso di pressione dovuto alla combustione) altrimenti l'aria potrebbe rientrare nel carter causando una seconda esplosione.

Da sapere - una valvola di sicurezza per esplosione del carter è anche conosciuta come 'porta di esplosione del carter' o 'porta di sfogo del carter', ma tutti i termini significano la stessa cosa.

Valvole di Sicurezza per Esplosione del Carter di Motori Diesel Marini a Due Tempi

Cos'è un'esplosione del carter?

Un'esplosione del carter è un evento di combustione improvviso e violento che si verifica all'interno del carter di un motore a combustione interna. La combustione richiede carburante, ossigeno e calore, tutti elementi che possono essere presenti all'interno di un carter in determinate condizioni.

• Olio lubrificante è utilizzato in grandi quantità all'interno del carter, agisce come carburante.
• Ossigeno si trova nell'aria, che è sempre presente all'interno del carter.
• Calore può essere fornito da più fonti, come gas di scarico o attrito (sfregamento dei componenti del motore ecc.).

Le esplosioni del carter sono un pericolo raro ma serio che può verificarsi in tutti i motori a combustione interna, in particolare nei motori più vecchi, nei motori mal mantenuti o nei motori operati in condizioni estreme. Le conseguenze di un'esplosione del carter possono essere catastrofiche, potenzialmente portando a danni significativi alla proprietà, interruzione delle attività e/o perdita di vite umane.

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Valvola di Sicurezza per Esplosione del Carter Montata (CERV)

Cosa causa un'esplosione del carter?

Diversi scenari potrebbero portare a un'esplosione del carter. Questi includono:

• Anelli del pistone usurati o danneggiati – impedendo una sigillatura adeguata del pistone all'interno del cilindro. Questo potrebbe permettere alla miscela aria-carburante all'interno del cilindro di passare dallo spazio di combustione nel carter; la miscela aria-carburante potrebbe quindi combustare se incontra un punto caldo all'interno del carter. Nei grandi motori diesel marini a due tempi, i gas devono fuoriuscire oltre gli anelli del pistone e la scatola di tenuta prima di entrare nel carter.
• Punto caldo all'interno del carter – causando la vaporizzazione dell'olio lubrificante all'interno del carter (passaggio da uno stato liquido a uno stato di vapore); l'olio vaporizzato si condensa poi in un'area più fresca del carter lasciando solo una fine nebbia d'olio bianca. Il suddetto punto caldo può quindi servire come sorgente di accensione per la nebbia d'olio (una volta che la nube di nebbia d'olio è abbastanza grande). I punti caldi all'interno di un carter del motore sono spesso causati da cuscinetti del albero motore usurati a causa di una mancanza di lubrificazione o irregolarità della superficie del cuscinetto. I grandi motori diesel marini a due tempi a bassa velocità sono dotati di rilevatori di nebbia d'olio per rilevare la presenza di nebbia d'olio all'interno del carter. Se viene rilevata nebbia d'olio all'interno del carter, il rilevatore di nebbia d'olio attiva un allarme nella sala di controllo del motore.
• Blow-by all'interno del carter – il blow-by si verifica quando i gas di combustione trapelano oltre gli anelli del pistone e la scatola di tenuta (se installata), quindi nel carter. Questo può accadere quando gli anelli del pistone sono usurati, impedendo una corretta sigillatura del cilindro all'interno del cilindro. Questo può anche accadere se le pareti del cilindro sono danneggiate, il che impedisce anche una corretta sigillatura. Il blow-by si verifica tipicamente a velocità elevate del motore o quando il motore è fortemente caricato. 

Da sapere - un 'esplosione del carter' è talvolta indicata come 'esplosione di nebbia d'olio'.

Da sapere - l'olio lubrificante deve essere riscaldato a circa 200⁰C prima che vaporizzi, e richiede un punto caldo di circa 850⁰C per accendersi. Le gocce di nebbia d'olio hanno una dimensione di meno di 10 micron. Da sapere - una seconda esplosione del carter è solitamente di una magnitudine molto maggiore rispetto a una prima esplosione del carter. Dopo una prima esplosione, esiste un vuoto all'interno del carter, e questo attirerebbe una quantità significativa di aria se non fossero installate CERV.

Quali sono i componenti principali di una CERV?

Una valvola di sicurezza per esplosione del carter è composta da relativamente pochi componenti, tra cui:

• Corpo della valvola – l'alloggiamento principale della valvola. È realizzato in un materiale forte e durevole, come alluminio o acciaio. Il corpo della valvola è progettato per resistere alle alte pressioni che possono verificarsi durante un'esplosione.
• Piastra della valvola (disco della valvola) – un sottile pezzo di metallo a forma circolare situato all'interno del corpo della valvola. La piastra della valvola è collegata a una molla che mantiene la valvola chiusa in condizioni operative normali. Quando la pressione nel carter aumenta, la molla si comprime, la piastra della valvola si allontana dal coperchio della valvola, aprendo così efficacemente la valvola.
• Sede della valvola – la piastra della valvola preme contro la sede della valvola per chiudere la valvola.
• Arrestatore di fiamma – l'arrestatore di fiamma è un dispositivo che impedisce alle fiamme di fuoriuscire dal carter. È tipicamente realizzato come una rete a maglia fine o una serie di piastre perforate. Le fiamme vengono raffreddate mentre passano attraverso l'arrestatore di fiamma, il che le fa estinguere prima di raggiungere l'esterno del motore. L'arrestatore di fiamma è talvolta saturato d'olio a causa della sua posizione all'interno del carter (dipendente dal design della CERV); questo aggiunge un ulteriore effetto di raffreddamento delle fiamme.
• Guarnizione – una guarnizione o un O-ring situato tra la sede della valvola e la piastra della valvola. La guarnizione riduce la probabilità di perdite di aria o gas dal carter o nel carter.
• Molla – una bobina di metallo situata all'interno del corpo della valvola. La molla mantiene la piastra della valvola premuta contro la sede della valvola in condizioni operative normali, mantenendo così la valvola in posizione chiusa. Quando la pressione nel carter aumenta, la molla si comprime e la valvola si apre.
• Deflettore – dirige qualsiasi impulso di pressione e fiamme verso il basso per proteggere il personale nelle vicinanze; il gap attraverso il quale l'impulso di pressione è diretto è di 120 gradi della circonferenza totale della valvola.

Da sapere - una CERV è essenzialmente una valvola di non ritorno, cioè permette il flusso in una sola direzione.

Da sapere - una CERV non ha alcun mandrino della valvola.

Valvola di Sicurezza per Esplosione del Carter

Come funziona una valvola di sicurezza per esplosione del carter?

Durante il normale funzionamento del motore, le valvole di sicurezza per esplosione del carter rimangono chiuse, sigillando efficacemente il carter e mantenendo la pressione del carter entro un intervallo accettabile.

In caso di esplosione del carter, si verifica un rapido aumento della pressione all'interno del carter. Se la pressione non viene alleviata, blocco del motore, danni ai componenti e/o persino rottura del carter, possono verificarsi.

Come Funziona una Valvola di Sicurezza per Esplosione del Carter

Una valvola di sicurezza per esplosione del carter è progettata per rispondere a qualsiasi aumento improvviso di pressione all'interno del carter. Quando la pressione del carter aumenta, agisce sulla piastra della valvola CERV, supera la forza della molla che mantiene la valvola chiusa, aprendo così la valvola.

L'apertura della valvola di sicurezza del carter crea un passaggio per i gas ad alta pressione per fuoriuscire dal carter; questo rilascio di pressione impedisce che il carter diventi sovrapressurizzato, mitigando così gli effetti di un'esplosione.

Per prevenire la propagazione delle fiamme dal carter, una CERV incorpora un arrestatore di fiamma. Questo componente raffredda i gas di combustione e interrompe il fronte di fiamma, impedendo alle fiamme di fuoriuscire dalla valvola e potenzialmente di accendere materiali combustibili circostanti.

Una volta che la pressione del carter è diminuita al di sotto del punto di apertura della valvola (pressione di apertura), la forza esercitata dalla molla farà sì che la piastra della valvola prema contro la sede della valvola, cioè la valvola si chiude, sigillando efficacemente il carter e impedendo l'ingresso di aria o gas esterni. La sigillatura del carter dopo un'esplosione è importante perché altrimenti l'aria fresca potrebbe entrare nel carter dopo una prima esplosione, il che potrebbe quindi portare a un'ulteriore seconda esplosione di maggiore entità.

Valvola di Sicurezza per Esplosione del Carter

Quali danni si verificano senza una CERV?

Un motore che subisce un'esplosione del carter senza la presenza di una CERV subirebbe molto probabilmente danni strutturali catastrofici. Se questo scenario si verificasse su una nave, lascerebbe il vascello senza propulsione e forse senza energia elettrica. In particolare, le esplosioni del carter possono causare danni ai seguenti componenti del motore:

• Carter – il carter è l'alloggiamento che racchiude l'albero motore e altre parti in movimento del motore. Un'esplosione del carter potrebbe rompere il carter, causando la fuoriuscita di olio e detriti dal carter, potenzialmente ferendo il personale nelle vicinanze e danneggiando l'area circostante. Un guasto di questo tipo potrebbe anche portare a un incendio nella sala macchine, che potrebbe causare danni ad altri sistemi della nave.
• Guasto della biella (asta di collegamento) – una biella collega un pistone a un albero motore in quasi tutti i motori, tuttavia, in un grande motore marino a due tempi, la biella si collega a un croce, che poi si collega a un asta del pistone. Un'esplosione del carter potrebbe piegare o rompere una biella, causando il blocco del motore.
• Danno al pistone – i pistoni sono le parti che si muovono su e giù all'interno dei cilindri per generare potenza. Un'esplosione del carter può danneggiare i pistoni a causa di disallineamenti, risultando in una mancanza di sigillatura tra gli anelli del pistone e il cilindro.

Come può essere evitata un'esplosione del carter?

Una CERV esiste solo per proteggere il motore se si verifica un'esplosione del carter. Le esplosioni del carter possono essere evitate assicurandosi che il motore sia correttamente mantenuto e correttamente operato. La manutenzione dovrebbe sempre seguire le linee guida di manutenzione dei produttori.

Chi ha inventato la CERV?

Le valvole di sicurezza del carter sono state sviluppate negli anni '50 dalla British Internal Combustion Engine Relief Association (BICERA). BICERA è stata formata nel 1948 in risposta a una serie di esplosioni del carter che si sono verificate a bordo delle navi. L'organizzazione ha condotto ricerche sulle cause di queste esplosioni e ha sviluppato una serie di dispositivi di sicurezza, tra cui la valvola di sicurezza del carter.

La prima valvola di sicurezza per esplosione del carter è stata brevettata da BICERA nel 1954. La valvola è stata progettata per aprirsi e alleviare la pressione in caso di esplosione del carter e per impedire alle fiamme di fuoriuscire dal carter. Le valvole di sicurezza per esplosione del carter sono ora una caratteristica di sicurezza standard su quasi tutti i motori a combustione interna di medie e grandi dimensioni.

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Risorse Aggiuntive

https://www.marinetopics.com/articles-desktop-en/crankcase-relief-valve/

http://www.machineryspaces.com/explosion-relief-valve.html

https://man-es.com/docs/default-source/service-letters/sl2009-512.pdf?sfvrsn=6ff9c151_8

https://chiefengineerlog.com/2022/10/19/what-you-need-to-know-about-crankcase-relief-valves/