CONCOURS DE RECRUTEMENT DE PROFESSEURS DE LYCEE PROFESSIONNEL AGRICOLE Enseignement Maritime SESSION 2014 Concours : EXTERNE Section : MECANIQUE NAVALE EPREUVE N 1 CULTURE DISCIPLINAIRE (Durée : 5 heures ; Coefficient : 2) Matériel autorisé : calculatrice scientifique non programmable Aucun document n est autorisé 1 re Question ( Valeur = 3 ) Les essais au banc d une pompe centrifuge, entraînée par un moteur électrique, ont donné les résultats consignés dans le tableau suivant : Qv m 3.h -1 0 20 40 60 80 100 p.ref bar 1,67 1,62 1,56 1,47 1,34 1,17 p.asp bar 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 Pel kw 0,98 1,85 2,6 3,23 3,74 4,13 Lors de l essai, les pressions à l aspiration (p.asp) et au refoulement (p.ref) sont lues sur des manomètres. Pel est la puissance électrique absorbée par le moteur. La vitesse de rotation lors de l essai est de 1200 tr.min -1. L essai est effectué avec de l eau de densité d = 1. Le rendement estimé du moteur électrique η e = 0,93, le rendement mécanique estimé de la pompe η m = 0,9. Le rouet de la pompe fait 20 cm de diamètre. 1/5
1. Calculer la hauteur totale engendrée à débit nul Ht 0. 2. Calculer, pour chacun des débits, la hauteur manométrique Hm engendrée par la pompe. 3. Tracer sur votre copie un diagramme Hm = f(qv) en prenant pour échelle : Hm : 1 cm = 1 m ; Qv : 1 cm = 10 m 3.h -1. 4. Déterminer le rendement manométrique de la pompe à débit nul. 5. Calculer le rendement manométrique de la pompe au débit de 60 m 3.h -1 On donne : g = 9,81 m.s -2 2 e Question ( Valeur = 4 ) Propulsion par moteur Diesel. On considère le cas d'un navire à déplacement (ou archimédien) propulsé par une hélice à pales fixes d'un diamètre de 8,2 mètres et d'un pas relatif de 0,9. Cette hélice est entraînée directement par un moteur Diesel d'une puissance maximale continue de 18MW pour un régime nominal de 74 tours par minutes et ayant une consommation spécifique de DO de 180 g/kw.h. La réserve totale de HFO embarquée est de 3200 m3, sa densité est de 0,98. Cette masse pourra être considérée comme négligeable par rapport au déplacement du navire. Par mer belle et pour un chargement standard, le moteur fournit à l'arbre 16,5 MW à régime nominal, sans alternateur attelé et pour une vitesse correspondante de 15,5 noeuds. On donne les pouvoirs calorifiques inférieurs suivants : pci DO = 42,7 MJ/kg, pci HFO = 40,6 MJ/Kg. 1. Par mer belle et au régime nominal, calculer : le recul de l'hélice ; la consommation journalière du moteur, l'autonomie et la distance franchissable, le rendement du moteur. 2. Si pour les mêmes conditions d'exploitation, on limitait la vitesse du navire à 14,5 noeuds, calculer : la puissance que le moteur devra fournir ; la consommation journalière du moteur, l'autonomie et la distance franchissable. 2/5
3. Tracer les courbes caractéristiques de la puissance en fonction de la vitesse de l'ensemble hélice carène par mer belle et celle du moteur pour une vitesse de 15,5 noeuds. Indiquer l'évolution du point de fonctionnement lorsque la carène se salit. Donner les paramètres moteurs qui évoluent avec la salissure de la carène. 3 e Question ( Valeur = 4 ) Soit une turbine à gaz à arbre unique dont le schéma symbolique est : Elle fonctionne avec de l air en cycle ouvert dans les conditions suivantes : Aspiration compresseur : P1 = 1 bar absolu ; T1= 15 C. Refoulement compresseur : P2 = 6 bars absolus. Rendement isentropique du compresseur = 0,80. Chaleur massique de l air Cpa = 1 kj.(kg. C) -1 ; exposant adiabatique de l air : γa=1,4. Admission turbine : P3= 6 bars absolus ; T3= 950 C. Échappement turbine P4= 1 bar absolu. Rendement isentropique de la turbine = 0,85. Chaleur massique des gaz de combustion Cpg = 1,1 kj.(kg. C) -1 ; exposant adiabatique des gaz de combustion γg = 1,34. 3/5
Le rendement mécanique de l ensemble turbine compresseur est ηm = 0,96. Le débit massique de gaz de combustion généré est qmg = 20 kg.s -1. 1. On considère la turbine à gaz fonctionnant seule. 1.1.Représenter le cycle théorique et le cycle réel sur un diagramme en T, S. 1.2.Calculer les températures théoriques de fin de compression T2 et de fin de détente T4. 1.3.Calculer les températures réelles de fin de compression T 2 et de fin de détente T 4. 1.4.Calculer la puissance utile de la turbine à gaz pour un débit de 20 kg.s-1. 1.5.Calculer le rendement net de la turbine à gaz ηtg. 2. On place à l échappement de la turbine à gaz une chaudière récupératrice alimentant une installation dont la turbine à vapeur est couplée mécaniquement par un réducteur à la turbine à gaz. Le rendement de l installation à vapeur (chaudière récupératrice comprise) est ηiv = 0,18. 2.1.Faire un schéma de principe symbolique représentant la turbine à gaz et l installation à vapeur. 2.2.Calculer le flux calorifique φ2 échangé par les gaz d échappement de la turbine à gaz avec l installation à vapeur si la température des gaz en sortie de la chaudière récupératrice est 180 C. 2.3.Calculer le rendement global ηg du système turbine à gaz avec l installation à vapeur. 4 e Question ( Valeur = 4 ) Vous êtes chargé, en tant que Chef Mécanicien, d assurer le suivi de l arrêt technique d un navire. Expliquer le rôle et les responsabilités du chef mécanicien lors de : la phase de préparation de l arrêt technique ; le suivi de l arrêt technique ; la clôture de l arrêt technique. Lors de cet arrêt technique, le navire doit passer au bassin afin d effectuer les travaux dont la liste simplifiée est donnée ci-dessous. Établir la procédure de l ensemble des vérifications et opérations que vous devrez effectuer : avant le passage au bassin ; pendant le passage au bassin ; après le passage au bassin. 4/5
La liste simplifiée des travaux est la suivante : retournement des chaînes d ancre ; visite de toutes les vannes de coque ; remplacement de 25 m2 du bordé bâbord avec structure attenante suite à enfoncement ballast latéral; réparation par zones du système de peinture anticorrosion ; réparation totale du système de peinture antisalissures ; remplacement des anodes ; remplacement des garnitures d étambot 5 e Question ( valeur = 5 ) Vous êtes Chef Mécanicien sur un navire propulsé par un moteur lent deux temps de 37 MW de puissance nominale à 105 tr.min-1. 1. Vous devez établir le bilan énergétique de fonctionnement du moteur et celui de propulsion du navire : établir la liste des mesures et calculs que vous allez effectuer ; précisez pour chacun d eux les outils que vous allez utiliser et les paramètres que vous cherchez à mesurer ; expliquer de quelle manière vous exploitez ces résultats. Dans la documentation du bord vous trouvez l abaque fourni en annexe. Expliquer ce que représente cet abaque et donner son intérêt. Lors de vos essais, conduits dans des conditions météorologiques clémentes, navire proche de son déplacement nominal, vous notez une vitesse de rotation de 100 tr.min-1 pour une puissance effective de 33,5 MW. Donner les conclusions que vous pouvez en tirer. 2. Dans le cas ou une avarie surviendrait sur ce moteur, en supposant qu une réparation n est pas envisageable, préciser les possibilités de fonctionnement avec un cylindre en avarie dans chacun des cas suivants : Avarie sur la pompe d injection ; Tête de piston percée ; Très important grippage entre segments et chemise avec arrachement profond de métal ; Destruction des coussinets d un palier de tête de bielle avec marques profondes sur la soie du maneton. Expliquer de façon précise, dans chacun de ces cas, les dispositions à adopter sur le moteur. 5/5