Proiectarea unei Instalatii de Guvernare Prova cu Propulsoare Azimutale [310617]

Cuprins:

Cap.I Introducere…………………………………………………………………………………pag.3….10

Cap.II Prezentarea instalației de guvernare cu jet transversal…………………….pag.11…21

Cap.III Prezentarea instalațiilor de propulsie…………………………………………..pag.22….76

Cap.IV Proiectarea unei instalații de guvernare de tip Bowthrusters…………pag

Cap.V Concluzii………………………………………………………………………………..pag

Cap.VI Bibliografie…………………………………………………………………………..pag.

REZUMAT

Lucrarea de licență ce urmează a fi susținută și prezentată de mine are următoarea temă:

"PROIECTAREA UNEI INSTALAȚII DE GUVERNARE PROVA CU PROPULSOARE AZIMUTALE".

[anonimizat].

În cadrul temei alese de mine prezint elementele și calculul acestui tip de instalație precum și condițiile de funcționare ale acesteia la bordul navei.

Făcând o [anonimizat], are o serie de avantaje față de vechiul sistem de acționare.

Ținând cont de importanța pe care o are acest sistem de guvernare și propulsie am să prezint câteva caracteristici ale acestuia:

a) din punct de vedere economic acest sistem a fost ales din următoarele motive:

-o manevrabilitate mai bună a navei;

-consum de combustibil redus cu o creștere a puterii;

-prin prezența sa atât în prova cât și în pupa navelor se obține o girație mai bună

b) din punct de vedere constructiv se poate afirma că acest sistem are dimensiuni mult mai reduse și o amplasare mai bună la bordul navei.

[anonimizat].

[anonimizat], ce ajută la efectuarea unei mișcări de girație a navei, în funcție de construcția corpului și a mecanismului de propulsie.

[anonimizat], manevrele navei pot fi făcute cu o mai mare precizie.

[anonimizat] o [anonimizat], într-un timp relativ scurt ceea ce duce la sporirea vitezei de deplasare a navei.

O caracteristică importantă a [anonimizat].

În continuare prezint o clasificare cuprinzătoare a elicelor, bazată pe mai multe criterii constructive în funcție de:

-forma generatoarei suprafeței elicoidale a palei elicei;

-poziția generatoarei față de axa geometrică a butucului;

-forma și conturul palei;

-felul pasului geometric;

-sensul de rotație al elicei;

-materialul din care este construită elicea;

-precizia de prelucrare.

[anonimizat], de propulsie și guvernare.

a) [anonimizat] a [anonimizat]. [anonimizat] activ al instalației de propulsie este elicea, iar cel al instalației de guvernare este duza.

Un mare avantaj al sistemului este acela al adoptării soluției cu duză orientabilă. Orientarea acesteia până la un unghi de 3600, duce la îmbunătățirea considerabilă a randamentului propulsorului.

b) Propulsorul Z-DRIVE are capacitatea de a asigura atât o propulsie și o guvernare complexă, cât și o manevrabilitate de 100%. Însușirea caracteristică a acestui tip de propulsor este aceea că are în dotare două elici ce acționează în sensuri diferite.

Cuplarea propulsorului se face hidraulic, asigurând o presiune constantă de lucru de până la 20 bari. O altă caracteristică a acestui propulsor este rotirea la ori ce unghi și posibilitate de manevră a navei atât înainte cât și înapoi, cât și dintr-un bord în altul.

c) Propulsorul cu aripioare are în componență, un anumit număr de aripioare orientabile așezate în poziție verticală, pe fundul navei și care sunt protejate de un grilaj metalic de protecție.

Spre dosebire de propulsoarele dezbătute anterior, propulsorul cu aripioare are capacitatea de a roti fiecare aripioară, în jurul axei sale și de a face posibilă inversarea direcției de marș, fără să schimbe sensul de rotație al motorului, întrunind simultan funcțiile de propulsie și cele de guvernare.

d).Propulsorul hidraulic cu jet

Acest tip de propulsor are rolul de a refula apa aspirată printr-o priză amplasată pe fundul navei, prin intermediul unei pompe centrifuge sau cu piston, ceea ce generează înaintarea navei.

Pompa hidraulică de tip Schottel are câteva caracteristici de bază ca:

-forțe mari de împingere;

-forme de construcție compacte;

-pierderi minime de împingere ascensională, atât în ape puțin adânci cât și în larg și care ajută la expulzarea apei prin duzele de ieșire la un unghi de 150.

e).Instalația de guvernare cu propulsor în tunel

Acest tip de instalație, face ca schimbarea sensului de împingere să fie determinată de următoarele aspecte:

-tipul elicei;

-schimbarea sensului de rotație al motorului de antrenare a elicei;

-prin folosirea a două elici, fără schimbarea sensului de rotație.

Guvernarea cu jet transversal în tunel, se clasifică în funcție de numărul de propulsoare (1 sau 2) și de forma tunelului astfel:

-guvernare cu două propulsoare în tunel drept;

-guvernare cu un propulsor în tunel dublu frânt;

-guvernare cu un propulsor în tunel frânt;

-guvernare cu un propulsor în tunel drept, cu schimbarea sensului de rotație.

Acest tip de instalație, favorizează atât înaintarea navei cât și girația acesteia.

Propulsorul amplasat în tunelul prova (bow-thrusterul), al navei are rolul de a îmbunătăți manevrabilitatea atât pe navele comerciale cât și de servitute.

Instalația cu propulsor în tunel la pupa și la prova, are un mare avantaj deoarece manevra de întoarcere a unei nave, se poate face mult mai ușor cu condiția să nu intervină factori perturbatori externi puternici. Făcând o comparație, între sistemul cu propulsor în tunel la prova și cel cu tunel hidrodinamic la pupa, se observă că manevrabilitatea este mult mai redusă în cazul guvernării prova, datorită faptului că randamentul scade când nava are viteză nulă.

Având în vedere că instalația de guvernare cu jet transversal în tunel, imprimă un anumit moment de girație, se poate afirma că acesta este dat de urătoarele caracteristici:

-aria secțiunii transversale a tunelului;

-distanța dintre centrul de greutate al navei și axa de simetrie a tunelului;

-de densitatea apei;

-distanța de la planul de bază până la axa de simetrie a tunelului;

O importanță deosebită o au și grilajele de protecție de la capetele tunelului, deoarece acestea împiedică pătrunderea corpurilor străine în interiorul tunelului, înlăturând pericolul funcționării necorespunzătoare sau deteriorării, elicei propulsorului ce ar putea duce la nefuncționalitatea sistemului. Poziționarea elicei în tunel, se face în funcție de lungimea tunelului în planul diametral.

Montarea mecanismului cu propulsor în tunel la pupa navei (stern-thruster), ajută la îmbunătățirea considerabilă a manevrabilității, construcția și funcționarea fiind similară cu cea a mecanismului de propulsie din prova (bow-thrusters).

Supranumite și propulsoare azimutale, aceste tipuri de propulsoare au dublu rol de propulsie și guvernare, orientând jetul de apă în direcția dorită datorită rotirii cu 3600 în jurul axei verticale.

Alimentarea cu energie a unui propulsor azimutal, se face de la un motor electric amplasat la partea superioară a întregului ansamblu.

Plasarea electromotorului, la partea superioară a ansamblului care face legătura cu propulsorul elimină necesitatea utilizări unor linii de axe sofisticate de transmitere a mișcării de rotație și o mai bună manevrabilitate în cazul ridicării sau coborârii a ansamblului mobil.

Comparativ cu montarea arborilor port-elice orizontali, la navele echipate cu sisteme de propulsie și guvernare azimutale, angrenarea propulsorului se face prin transmisie directă.

Prin antrenarea propulsorului, cu ajutorul unei surse de energie plasată deasupra tunelului într-un compartiment special, s-a eliminat inconvenientul transmisiilor mecanice printr-o linie de arbori formată din mai mulți arbori orizontali.

Transmiterea mișcării de la mecanismul de antrenare la propulsor, se face prin:

-cuplaje cardanice;

-prin roți dințate conice.

Dacă propulsorul este cu pas reglabil, atunci mecanismul din tunel este mult mai complex.

La sistemul combinat cu propulsor în tunel, propulsorul poate funcționa în două condiții:

-ca parte componentă a unui sistem în tunel prova, caz în care se pot obține numai jeturi de apă pe direcții perpendiculare pe planul diametral al navei;

-ca propulsor azimutal, în cazul când ansamblul propulsor – tunel coboară sub nivelul chilei, iar jetul de apă al propulsorului poate fi orientat în orice direcție, prin pivotarea propulsorului în jurul axului vertical de transmisie.

Sistemul "silențioasa" a apărut ca o necesitate a reducerii nivelului de zgomot și a determinat, în același timp o reducere considerabilă a vibrațiilor produse de sistemele de guvernare cu jet transversal.

La acest tip constructiv, se remarcă raportul favorabil dintre putere, greutate, robustețe, zgomot și performanță.

O caracteristică individuală, a acestei instalații de propulsie și guvernare este dispunerea palelor elicei, care sunt fixate pe un inel, la exteriorul lor asemănător unui butuc de roată.

Avantajele oferite de această variantă sunt:

-nivel de zgomot foarte scăzut;

-greutate scăzută;

-construcție compactă simplă și solidă;

-lagăre ceramice de înaltă performanță;

-un bun raport între putere și performanțele tehnice;

-o putere mai mare la o secțiune transversală similară.

Acest sistem este destinat navelor de pasageri și a ambarcațiunilor de agrement.

În final am prezentat calculul puterii de propulsie, a instalației de guvernare a unui împingător cu propulsor în tunel.

Cunoscând caracteristicile constructive ale navei, am deteminat datele care se referă la:

-rapoartele dintre dimensiuni;

-calculul coeficienților de finețe;

-volumul carenei;

-deplasamentul;

-rezistența la înaintare.

SUMMARY

License the work to be sustained and presented to me has the following theme: designing a government installations bow propulsion azimutale.

The book has a presentation installations government and propulsion on board a ship operating in the current navigation.

In the theme chosen by me, and the present calculation of this type of installation and operating conditions of the shipboard.

Making a comparison between the old ships and modern have inferrend that this modern system of governance and the installation of propulsion has a number of advantages compared to the old system of action.

Taking into account the importance of the this system of governance and propulsion have to present some characteristics of the:

economic system that was chosen from the following reasons:

-abetter manevrability of the ship.

-fuel intake reduced by an increase in power.

-this was both stern and in prova vessels to obtain a better gyration.

b) from the manufacturer can say that this system has dimension much lower and a better location. In the following I will present some characteristics of some types of propulsion provided by naval revolutionary technology in the construction of ships.

Making reference to the oriental nozzle, I can say that they cause propelow training, whitch helps making the gyration motion of the ship, according to the body and the construction of the mechanism of propulsion. Position due to hydrodynamic tunnels, whitch are mounted propeller, ship maneuvrers can be made witch greater precision.

Compared with the old system with paddle, propellers provide better resistance in time due to the positions they occupy in the system action, train a higher volume of water in a relatively short time which leads to increased speed of movement of a ship. An important feature of the propeller is hidrodinamica whitch presents the number of pale, and their diameter and speed of.

Still present a comprehensive classification of propellers, based on several criteria based on constructive:

generetor surface form a helical blade propeller;

generator position from the geometrical axis logs;

-body shape and the blade;

-way geometric step;

-sense of rotation of the propeller;

-material that is built propeller;

-precision processing;

I continue to meet the short, both the classification and main characteristics of the combined propulsion installations and governance.

Propulsorul with propeller in nozzle, is the modern version of maneuver thet the ship successfully replaced, the old system of governance by steer.

The name derives from the fact that the asset is installed propulsion propeller, and the government is installed nozzle.

A great advantage of the system is that of adopting the solution nozzle oriental. Its orientation to an angle of 360o, resulting in considerable improvement of efficiency propeller.

b) Propulsorul Z-DRIVE has the ability to provide both propulsion and a government complex and a 100% response.

Characteristics typical of this type of propellant is that is ecdowed 2 propellers acting in different directions.

Coupling hydraulic propeller is provident a constant pressure of up to 20 bar.

Another feature af the propeller is rotated to any angle nd he possible move of the ship both before and back, and one board to another.

c) Propulsorul with the fins are in a number if fins in positive oriental placed upright on the bottom of the vessel and witch is protected by a metal grill for protection.

Unlike propeller discussed above, with wings propeller has the ability to rotate each flap around axis and makes it possible to reverse the direction of without changing the sense of rotation of the engine while meeting propulsion functions and the governance.

Propulsorul hydraulic jet.

This type of propellant is used to suppress water sucked through an intake located on the botton of the vessel via a pump centrifuge or a gun, whitch generates submission ship.

Hydraulic pump type schottel has some basic features such as:

-strong push hinger;

-forms of compact construction;

-minimum loss of impulse ascension, both in shallow waters and wide to help in the expulsion of water through the nozzle output at an angle of 15o;

Installation of drainage tunnel in with propeller.

This type of installation, makes changing direction of thrust is determined by the following:

-type propeller;

-change direction of rotation of the propeller engine thet train;

-using two propellers without changing direction of rotation;

Governance in jet traverse tunnel, are classified according to the number propeller (1, 2) and thus form the tunnel:

-government with two propeller in the tunnel;

-government with a propeller in the tunnel broke double;

-governance with a broken propeller in tunnel;

-governance with a propeller in the tunnel, with a change of direction of rotation;

This type of installation propitious both the advance ship and endorsed it.

The propeller located in the bow tunnel (Bow-thrusterul), the ship is intended to improve handling both commercial vessels and those of servitude.

The plant with the propeller in the tunnel at the stern and prova has a great advantage because a return to maneuver ships can be more easily provided not intervene strong factors external disturbances.

Making a camparatie between the propulsion system in the tunnel and the prova hydrodynamic tunnel at the stern, it is noticed that handling is much lower if government prova, because yield decreases when the ship speed is null.

Given the installation of government jet transverse tunnel in, print a particular moment gyration can say that it is given by the following characteristics:

-cross-sectional area of the tunnel;

-distance between center of gravity of the vessel and the axis of symmetry of the tunnel;

-density of water;

-distance from the base to the axis of symmetry of the tunnel;

An important and have a grilajele protection of the ends of the tunnel, as these prevent penetration of foreign bodies inside the tunnel, eliminating the danger of deterioration or inadequate functioning propeller propulsorului that could lead to nonperformance system.

The location of propeller in the tunnel, is depending on tunnel length in the transverse.

Mounting the propeller mechanism in the tunnel at the stern the ship (STERN-thruster), considerable help to improve the maneuverability, the construction and operation is similar to the mechanism of bow propulsion . And propelled azimutale call these types of propulsion have double role of propulsion and gouvernment orientation water in jet direction due to rotation of 360 degrees around the vertical axis. The power of a propeller azimutal is done by a electric motor located at the upper part of the whole ensemble. Placing electromotorului at the top of all that is about propulsorul eliminating the need to use sophisticated line of axles for transmitting the rotation movement and a better response in case of pulling up or lowering-in or the whole cell.

Compared with the mounting port eliceorizontali trees, vessels equipped with propulsion systems and governance ayimutale, propulsorului contact is made with direct transmission.
By training propulsorului with an energy source located above the tunnel in a particular compartment was removed inconvenience mechanical transmission through a line of trees consists of more trees orizontzli. Trnsmiterea movement from the drive mechanism, the propeller is made by:

-cardan-couplings;

-by spin-dintate conical;

If propulsorul is not adjustable, then the mechanism of the tunnel is more complex.

When combined with the propeller in tunnel, propulsorul can work in two conditions:

-as part of the tunnel unuisistem in prova, in which case can be obtained only by water jets directions perpendicular to the plane of the ship directly;

-the propeller azimutal when all propeller tunnel falls below the keel and the water jet propulsorului can be oriented in any direction, by rotation around the axis propulsorului vertical transmission.

The "whisper" appeared as an Neves reduce noise and resulted in the same time a considerable reduction of the vibrations produced by the government jet cross. Constructively to this report vaforabil distinguish between power, weight, robustness, noise and performance.

An individual feature of this installation of propulsion and governance arrangement is propeller blade, which are attached to a ring on their exterorul like a hub of the wheel.

Advantages of this option are:

-noise level very low;

-low-weight;

-construction-compact and simple solid;

-ceramic Bearings-high performance;

-a good relation between power and technical performance.

A higher power at a similar cross section. This system is for passenger ships and boats. Finally we calculate the power propulsion plant of a government pushing the propeller in tunnel. Knowing the ship's construction have resulted in data that is related to:

-the size-of;

-the coefficients of fineness;

-volume-bottom;

-displacement;

-inaintare-resistance.

Capitolul I

1.1.introducere

Construcția de nave și transportul pe apă, au apărut ca o necesitate a omului de a facilita schimbul de mărfuri și transportul de persoane în zonele unde nu se puteau folosi alte mijloace de comunicații.

Navigația pe apă a apărut și s-a extins odată cu construcția de ambarcațiuni și nave.

La început s-au folosit materiale textile, apoi lemnul și mai târziu metalele și aliajele acestora sau materiale composite. Descoperirea proprietății metalelor și nemetalelor (arama și aliajele sale), au condus la dezvoltarea industriei construcției de nave de tot felul comerciale, militare sau de pasageri.

Începând să crească dimensiunile navei a început diferențierea principalelor componente ale acesteia: corpul construit din cocă și suprastructuri, instalația de propulsie, echipamente de bord și punte precum și primele amenajări.

Paralel cu progresele înregistrate în construcția navelor au intervenit îmbunătățiri ale mijloacelor de propulsie. Dacă plutirea era condiționată de forma și calitățile ambarcațiunii sau navei, la materialul de construcție folosit, mijloacele de propulsie trebuie să asigure înaintarea.

Pentru aceasta s-au folosit la început ramele și apoi velele. Propulsia cu rame era costisitoare, necesitând forță umană, iar la propulsia cu vele era necesar ca puterea vântului să fie cât mai mare și o mare suprafață a velelor pentru a spori viteza de înaintare.

Una din problemele care i-a preocupat pe constructori, a fost modelul de păstrare a direcției navei, respectiv guvernarea. De la guvernarea cu rama-cârmă, s-a trecut la guvernarea cu cârmă-pană, fixată în pupa navei.

Intensificarea traficului și sporirea volumului de mărfuri a dus la un progress continuu în construcția navelor, la creșterea calității și sporirea siguranței navigației fluviale și maritime.

O mare transformare în construcția de nave a fost apariția folosirii metalelor și apariția propulsiei mecanice cu motoare cu abur, DIESEL și DIESEL-electrice.

Ca mijloace de propulsie au apărut zbaturile apoi elicea. În era modernă s-a trecut la sistemele de propulsie și guvernare combinate cum sunt cele cu propulsor în duză, cu aripioare, cu jet de apă Schotell și cu propulsoare în tunel, numite și propulsoare azimutale.

În concordanță cu scopurile propuse, mijloacele de transport pe apă sunt alcătuite din câteva elemente indispensabile:

-corpul navei;

-sisteme de propulsie;

-sisteme de guvernare;

-sisteme și instalații necesare activităților specifice, (după destinația navei);

-sisteme și instalații necesare orientării și comunicațiilor;

-sisteme și instalații necesare asigurării unor condiții optime de viață pentru cei aflați la bord.

1.2 Prezentare temă – fundamentare teoretică

Criteriile după care se proiectează și se construiesc navele sunt stabilite de societățile de clasificare, specializate în acest scop, care au apărut în decursul timpului ca o necesitate, pentru diminuarea pierderilor de nave, a mărfurilor transportate sau a victimelor, pentru protejarea mediului înconjurator, ca urmare a evenimentelor nedorite, de coliziune între nave, eșuare sau scufundare a acestora.

Calități nautice

Pentru satisfacerea condițiilor de exploatare și a navigației în siguranță, nava trebuie să îndeplinească o serie de criterii:

a) să aibe o bună flotabilitate;

b) o bună stabilitate;

c) o bună manevrabilitate.

a) Flotabilitatea este calitatea navei de a pluti la suprafața apei, având la bord o anumită încărcătură de mărfuri sau pasageri. Pentru asigurarea unei bune flotabilități, trebuie să se țină seama de unghiul de înclinare longitudinal, sau de asietă și de unghiul de înclinare transversal.

Acestea, au o mare influiență asupra manevrabilității și stabilității la drum. Privind unghiul de înclinare longitudinală, nava poate fi aprovată atunci când unghiul de asietă este pozitiv, sau apupată când unghiul de înclinare este negativ. Când nava este aprovată, rezistența la înaintare crește considerabil și de asemenea oscilațiile și vibrațiile asupra corpului navei cresc.

De asemenea unghiul de bandare (înclinare transversală), poate fi considerat pozitiv când nava este înclinată la tribord și negativ când nava este înclinată la babord.

Nava în stare de plutire este supusă în permanență, acțiunii a două forțe și anume:

-forța de greutate, care cuprinde toate forțele de greutat componente și care acționează în centrul de greutate al navei.

-forțe de presiune, exercitate pe de o parte de forța hidraulică a apei și pe de altă parte a forțelor hidrodinamice.

Rezultanta acestor forțe de presiune, dau forța de flotabilitate a navei care acționaeză de jos în sus, în centrul de carenă. În practică coordonatele centrelor de greutate ale navei, se determină printr-un calcul tabelar, în care greutățile îmbarcate la bord sunt împărțite, pe grupe, subgrupe, articole sau pe magazii.

Pentru ca nava care se află în stare de plutire, să fie în echilibru perfect trebuie să îndeplinească două condiții:

-forțele de greutate și forțele de flotabilitate, trebuie să fie egale și de sens contrar;

-centrul de greutate și centrul de carenăsă fie poziționate pe aceeași axă verticală.

Aceste calități se exprimă, prin ecuațiile de echilibru ale navei.

Ecuația generală de echilibru este:

(1.2.1)

unde:

– deplasamentul de plină încărcare [tf];

– greutatea specifică a apei:

-pentru apă dulce [1t/m3];

-pentru apă sărată [1,25t/m3].

– volumul carenei exprimat în m3.

Stabilitatea ecuațiilor generale de echilibru, avem mai multe cazuri particulare și anume:

Cazul 1

Când nava este pe plutire dreaptă și nu are nici un fel de înclinare.

Cazul 2

Când nava nu are înclinare transversală, dar are înclinare longitudinală.

Cazul 3

Când nava plutește înclinată în plan transversal.

Cazul 4

Când nava este înclinată atât transvrsal, cât și longitudinal.

În primul caz este asigurată o foarte bună flotabilitate a navei. În cazul doi crește rezistența navei la înaintare existând pericolul afundării navei.

În cazul trei scade capacitatea de manevrabilitate și de guvernare, nava tinzând prin efectul de girație spre unul din cele două borduri.

Cazul 4 este periculos chiar pentru plutirea navei.

b) Stabilitatea, este o altă calitate nautică a navei care reprezintă acesteia,de a pluti pe chilă dreaptă, (în poziția de flotabilitate maximă) și de a rămâne în această poziție în momentul în care forțele care au scoso din poziția de echilibru, au încetat să mai acționaze.

Sub acțiunea forțelor exterioare, nava poate suferi o deplasare oarecare ce se poate descompune într-o mișcare de translație sau una de rotație.

Stabilitatea navei este reprezentată de o serie de factori ca:

-dimensiunile navei;

-mărimea unghiului de înclinare;

-forma carenei;

-felul și dispunerea încărcăturii pe navă.

Stabilitatea inițială, este stabilitatea la care nava se studiază la unghiuri mici de înclinae.

Aceste unghiuri pot fi între 15 – 200C pentru o înclinare transversală și între 2 – 30 la înclinare longitudinală. Studiul stabilității, la valori mai mari ale acestor unghiuri, nu este indicat. Când stabilitatea are ca referință o axă longitudinală, ea se numește stabilitate transversală. Oscilația navei în jurul acestei axe, se numește ruliu. Când nava nu mai revine la poziția de echilibru, se spune că este canarisită.

Asigurarea unei bune stbilități transversale, este legată de o bună exploatare a navei și de o bună așezare a mărfurilor la bord. Când stabilitatea are drept referință stabilittea transversală, aceasta se numește stabilitate longitudinală, iar oscilația navei în jurul acestei axe transversale se numește tangaj. Stabilitatea navi ca și calitate nautică, nu trebuie confundată cu stabilitatea de drum. Stabilitatea de drum, reprezintă calitatea navei de a-și menține drumul, având cârma fixată în axul longitudinal la poziția 0. Înclinările navei se produc datorită unor momente exterioare, iar redresarea ei se face chiar sub acțiunea, acestor momente de redresare.

Dacă momentul de înclinare, crește fără a produce accelerații unghiulare, sau forțe de inerție atunci stabilittea navei se numește stabilitate statică. Dacă momentul de înclinare se produce instantaneu, dând naștere la accelerții unghiulare și momente de inerție stabilitatea se numește stabilitate dinamică. Unghiul de înclinare dinamic se poate deduce, punând condiția ca viteza unghiulară să devină 0.

Acest unghi de înclinare dinamic ete unghiul maxim, la care se înclină nava sub impulsul forțelor, aplicate dinamic fără să se răstoarne.

Aceste forțe dinamice, care pot provoca o considerabilă viteză unghiulară pot fi:

-rafale de vânt;

-inundarea rapidă a unui compartiment;

-deplasarea necontrolată a unor greutăți pe punte;

-explozii etc.

c) Manevrabilitatea (calități manevriere)

Din punct de vdere al temei manevrabilitate navei este una din calitățile care interesează cel maimult. Manevrabilitatea sau capacitatea de guvernare a navei, reprezintă calitatea navei de a-și schimba, direcția de înaintare prin întoarceri la un unghi dat, sau de a se menține pe direcția dorită în timpul marșului. Manevra navei, se face cu mijloacele proprii de propulsie și guvernare din dotare, cu excepția navelor tehnice fără propulsie.

Manevrabilitatea unei nave este determinată de: elementele de construcție, de înzestrare a navei, cu mecanisme și instalații specifice.

Principalele calități manevriere ale unei nave sunt:

-viteza;

-inerția;

-girația.

Caracterul și mărimea aestor calități manevriere, depind de o serie de date constructive proprii fiecărei nave și anume:

-lungimea;

-lățimea;

-pescajul;

-deplasamentul;

-tipul și puterea mașinilor;

-numărul și pasul elicelor;

-tipul cîrmei.

1 Viteza navei

Viteza navei reprezintă, spațiul parcurs în unitatea de timp. La navele fluviale se exprimă în Km/h, iar la cele maritime în Nd(noduri) ceea ce reprezintă Mm/h (mile marine pe oră).

V = S/t (1.2.2)

unde:

S – este spațiul parcurs;

t – tipmpul în care a fost parcurs acest spațiu.

Viteza nominală, este viteza pa care o poate dezvolta o navă folosind întreaga putere a mașinilor.

În funcție de numărul de rotații al mașinilor, viteza este împărțită în următoarele trepte:

– "foarte încet" reprezintă 20 – 30% din viteza nominală;

– "încet" reprezintă 40 – 45% din viteza nominală;

– "jumătate" reprezintă 70 – 75% din viteza nominală;

– "toată viteza" reprezintă 100% din viteza nominală;

– "viteza maximă" reprezintă cea mai mare viteză pe care o poate dezvolta o navă forțând mașinile.

Viteza navei, în funcție de numărul de rotații ale elicei în unitatea de timp depinde de pasul acesteia. Viteza navei se determină în poligon, la ieșirea navei din șantier, în cadrul probelor generale, apoi se controlează cel puțin o dată pe an. De obicei, cu ocazia probelor pentru determinare treptelor de viteză în funcție de numărul de turații al motoarelor, se fac mai multe curse hidrometeorologice normale și apoi media datelor obținute.

Viteza reală pentru numărul de rotații respective se obține făcând media aritmetică a celor două viteze măsurate, anulân astfel influența curentului. Probele de viteză se execută în locuri cu adâncimi suficiente, pentru a evita influența fundurilor mici asupra deplasării navei.

Adâncimea minimă pe traseul bazei de viteză de determină cu una din relațiile:

(1.2.3)

unde: V – reprezintă viteza navei;

g – accelerația gravitațională;

T – pescajul navei.

sau (1.2.4)

unde: B – lățimea navei;

T – pescajul navei.

În timpul probelor, viteza vântului nu trebuie să depășască 5,2 m/s iar înălțimea valurilor de 0,75m.

Formula Founde dă un coeficient al vitezei relative reprezentat de următoarea relație:

(1.2.5)

În calcule Fr poate fi luat:

-Fr < 0,25, pentru nave încete;

-Fr = 0,25 – 0,40 pentru nave de viteză medie;

-Fr > 0,40 pentru nave rapide.

2 Inerția navei reprezintă, capacitatea acesteia de a-și continua drumul corespunzător ritmului inițial de marș al mașinilor, după schimbarea acestui regim.

Inerția navei se caracterizează prin două elemente:

-spațiu strict necesar navei pentru modificarea vitezei, stoparea sau schimbaea sensului de marș.

-timpul cât continuă mișcarea.

De regulă, elementele inerției navei se determină pentru următoarele două situații:

-spațiul parcurs și intervalul de timp din momentul stopării mașinilor și până la oprirea definitivă a navei;

-spațiul parcurs și timpul necesar opririi navei din momentul schimbării sensului de mers a mașinilor de la marș înainte la marș înapoi.

Spațiul de parcurs de o navă care trece de la viteza inițială V0 la altă viteză V, se calculează cu formula:

(1.2.6)

Intervalul de timp necesar oprii navei, prin răsturnarea mașinilor, se calculează cu formula:

(1.2.7)

unde:

I – spațiul parcurs prin inerție;

V0 – viteza inițială a navei.

Factorii care influențează inerția navei sunt:

-puterea instalată de propulsie;

-viteza inițială;

-încărcătura;

-adâncimea apei;

-asieta;

-factorii aero-hidrometeorologici;

-unghiul de cârmă;

-rezistența opusă de elice prin rotirea liberă.

În mod practic, pentru determinarea inerției navei, se folosesc mai multe metode precum:

a) Metoda determinării precise a pozițiilor navei, se folosește de regulă la poligonul de probe și constă în determinarea poziției în momentul inițial și în momentul final, precum și a timpului scurs între aceste momente.

b) Metoda măsurării numărului de lungimi de navă parcurse prin inerție, este o metodă expeditivă, care nu necesită nici un fel de amenajare și se poate experimenta cu ușurință.

c) Metoda combinată constă în determinarea elementelor inerției în poligon. Experimentele se fac pe diferite viteze inițiale, întocmindu-se un grafic compet cu elementele inerției care se afișază în comanda de navigație.

3 Girația navei

Girația navei reprezintă capacitatea navei de a-și schimba direcția de deplasare sub influiența cârmei, a mașinilor sau a efectului combinat al aceststora.

Girația navei este un fenomen complex. La o girație completă a navei, din momentul punerii cârmei în funcțiune, se disting trei faze și anume:

a) Faza inițială care mai este numită și faza de manevră, ce durează din momentul punerii cârmei dintr-un bord și până când nava începe să întoarcă.

Odată cu schimbarea direcției axului longitudinal al navei, față de direcția de deplasare a acesteia, apare fenomenul de derivă, care la rândul său determină o scădere a vitezei pe măsura creșterii unghiului de derivă. Odată cu punerea cârmei, se produce fenomenul de înclinare a navei.

b) Faza de evoluție, este faza care începe din momentul în care centrul de greutate al navei începe să descrie o curbă în formă de spirală logaritmică și se termină în momentul când girația a devenit constantă.

Pe timpul acestei faze se produc următoarele fenomene principale:

-punctul giratoriu (punctul care descrie curba de girație), se mută ușor spre prova navei;

-prova intră în interiorul cercului de girație iar pupa iese în afară;

-unghiul de derivație crește și are drept urmare o reducere a vitezei care poate ajunge la 80% – 85% din viteza inițială;

-crește viteza unghiulară de girație.

c) Faza de girație, începe din momentul când girația devine constantă, în momentul când punctul giratoriu începe să descrie un cerc.

Pe timpul fazei de girație, punctul giratoriu rămâne fix, unghiul de derivă se menține constant, viteza unghiulară de girație este constantă iar viteza navei pe curba de girație se menține în limitele de aproximativ 60 – 70% din viteza de marș inițială.

Fig.1.2.1 Curba de girație a navei.

Elementele principale ale girației navei sunt:

-diametrul de girație (Dg), este diametrul cercului descris de punctul giratoriu al navei pe timpul fazei de girație;

-diametrul curbei de girație (Dc), este distanța măsurată pe normala de la vechiul drum, la axul navei în sens opus, după ce nava a efectuat o întoarcere de 1800.

-durata girației (Tg), se consideră egală cu intervalul de timp necesar navei, să execute o întoarcere de 3600.

-unghiul de derivație (β), este unghiul format între axul longitudinal al navei și tangenta la curba de girație, în centrul de greutate al navei;

-unghiul de înclinare al navei pe timpul girației (i), este unghiul între planul diametral al navei și planul vertical.

Elementele de girație ale navei pot fi determinate prin calcul:

-diametrul de girație (Dg), în funcție de lungimea navei poate fi:

Dg = (2,5÷7)L (1.2.8)

-diametrul curbei de girație poate fi:

Dc = (0,9÷1,2)Dg (1.2.9)

-raza girației stabilizate:

(1.2.10)

unde: -Vc – volumul carenei în m3;

-F – suprafața imersă a safranului, în m2;

-K1 – coeficient cu valori între 0,55÷0,34 și depinde de raportul Vc/σ, unde σ este suprafața imersă a planului diametral;

-K2 – este un coeficient cu valori cuprinse între 0,55÷1 și depinde de unghiul de înclinare al cârmei.

Cele mai folosite metode pentru determinarea elementelor de girație sunt următoarele:

-determinarea girației cu un aliniament și un unghi orizontal;

-determinarea girașiei prin distanțe;

-metoda bazei exterioare;

-determinarea girației cu două relevmente prova și drumul navei;

-măsurarea diametrului curbei de girație în lungimi de navă.

CAPITOLUL II

PREZENTAREA INSTALAȚIEI DE GUVERNARE

Instalația de guvernare este instalația care are rolul de a menține o navă aflată în mars pe o anumită direcție dorită sau de a schimba direcția dacă se consideră necesar acest lucru.

De ce au navele nevoie de o foarte bună manevrabilitate și o guvernare de precizie? Pentru că la ora actuală numărul navelor care străbat mările, oceanele și fluviile navigabile ale planetei este din ce in ce mai mare, fapt ce a generat o aglomerare prin unele zone de trecere cu arie restrânsă cum este cazul strâmtorilor, intrărilor/ieșirilor în și din porturi și nu numai.

Instalațiile de guvernae pot fi: cu cârmă, cu ajutaj orientabil, cu propulsor cu palete verticale sau alte variante aprobate de societățile de clasificare (ex.RNR). Conform SOLAS navele trebuie dotate cu o instalație de guvernare principală și cu o instalație de guvernare auxiliară, care să fie considerate satisfacatoare de către Administrație. Cele doua instalații sunt astfel dispuse încât defectarea uneia dintre ele să nu determine nefuncționarea celeilalte.

Datorita importanței , această instalație face parte din categoria instalțiilor de vitalitate a unei nave.De modul de funcționare a unei instalații de guvernare depinde manevrabilitatea, una din calitățile importante ale unei nave.

Unei instalații de guvernare îi sunt impuse o serie de condiții tehnice:

– să fie sigură în funcționare – condiție realizată prin utilizarea unor componente cât mai fiabile. Pentru orice eventualitate este prevazută și posibilitatea unei acționări de avarie;

– să existe posibilitatea trecerii rapide de la instalația principală de guvernare la instalația de guvernare de avarie;

– să existe posibilitatea comandării din mai multe locuri;

– să existe posibilitatea limitării forței laterale pentru a nu distruge organele transmisiei ;

– să asigure trecerea de la poziția de bandare maximă dintr-un bord la poziția de bandare maximă în celălalt bord într-un interval de timp bine delimitat, de ordinul zecilor de secunde;

– la organul de comandă trebuie să fie asigurat controlul poziției elementului de execuție;

– să asigure valoarea forței laterale necesare girației navei și să mențină această valoare până la urmatoarea comandă.

Instalațiile care asigură guvernarea unei nave se pot clasifica din mai multe puncte de vedere. O astfel de împărțire în două mari categorii ar fi urmatoarea:

– instalații de guvernare reactive – particularitatea acestora este ca forțele necesare schimbării direcției iau naștere prin interacțiunea penei cârmei cu curentul de apă care se plasează în lungul navei, deci nu se consumă sub nici o formă lucru mecanic la bordul navei. Mărimea forțelor reactive necesare guvernării depinde de viteza apei pe lângă corpul navei.

– instalații de guvernare active – în acest caz forțele necesare guvernării sunt obținute ca urmare a funcționării unor mecanisme la bordul navei, deci se consumă un lucru mecanic la bord.

Cârma este supusă apei, în orice punct al elementului acționat permanent de două componente ale presiunii:

-presiunea statică dependentă de adâncimea punctului respectiv, care este uniformă în ambele fețe ale cârmei și care nu influiențează cu nimic deplasarea navei;

-presiunea dinamică, generată de mișcarea filoanelor de apă ce înconjoară punctul respectiv. Presiunea dinamică asupra cârmei navei, ia naștere atunci când pana cârmei este înclinată sub un anumit unghi, cu direcția de deplasare a filoanelor de apă.

În acest caz pe o față a cârmei ia naștere o suprapresiune, iar pe cealaltă față ia naștere o presiune mai scăzută. Diferența dintre presiuni, dă naștere unei forțe normale Fn, care este rezultanta presiunii nominale a lichidului asupra safranului și are următoarele două componente:

-componenta transversală Fnt = Fn·cosα;

-componenta longitudinală Fnl = Fn·sinα.

Deplasarea cârmei într-un mediu permanent vâscos, face ca odată cu acțiunea forței normale să acționeze și o forță de frecare Ff, tangențială cu pereții profilului.

Forța totală exercitată pe cârmă este rezultanta R, a componentelor Fn și Ff.

Această forță este denumită rezistența cârmei și constituie forța utilă deoarece ea este aceea care determină efectul cârmei.

Valoarea forței R, este proporțională cu suprfața penei cârmei, cu unghiul de atac α și cu pătratul vitezei moleculelor de apă ce lovesc, cârma și se calculează cu formula:

, (2.1)

unde:

k – este coeficient cu valoarea 20 – 25 la viteza de 20 Nd;

S – suprafața safranului;

V – viteza filoanelor de apă;

α – unghiul de atac.

Punctul de aplicare al forței R, este situat la 1/3 până la 1/5 din lățimea cârmei, distanță măsurată dinspre laura din față, când nava merge înainte și dinspre latura din spate când nava merge înapoi. Rezistența cârmei generează efectul cârmei prin cele două componente ale sale, în plan transversal Rt și în plan longitudinal Rl. Componenta din planul longitudinal, numită și forță de rezistență hidrodinamică are ca efect mărirea rezistenței la înaintare a navei, deci reduce viteza.

Componenta în plan transversal, numită și forță portantă produce efectul de girație punând pupa navei în bordul în care sa pus cârma.

Dependența dintre aceste forme este dată de următoarele formule:

, (2.2)

R1 = Fncosα – Ff sinα (2.3)

R1 = Fn sinα – Ff cosα (2.4)

În această ultimă categorie intră:

– instalația de guvernare cu cârme active;

– instalația de guvernare cu jeturi transversale;

– instalația de guvernare cu propulsoare speciale (propulsor cu aripioare);

Un alt tip de propulsie și guvernare utilizat de remorchere este propulsia și guvernarea azimutală, ea folosind elici convenționale ale căror disc poate fi rotit complet 3600 în jurul unei axe verticale pentru a realiza împingerea în orice direcție fără să se mai folosească cârma.

Această configurație este cunoscută de obicei sub numele de propulsie Z. Numele derivă din configurația arborilor care, este orizontală de la motor apoi trece în poziție verticală prin fundul navei și din nou poziționat orizontal spre butucul elicei, poziție ce sugerează litera Z.

În figura următoare este prezentat un remorcher cu propulsie și guvernare azimutală ce sunt utilizate pentru manevre portuare.

Fig.2.1 Remorcher cu propulsie azimutalã

2.1.Instalațiile de guvernare cu cârmă se clasifică după următoarele criterii

a)după modul de asamblare la bordul navelor:

-cârme cu montaj obișnuit;

-cârme suspendate;

-cârme semisuspendate.

b)după poziția axului cârmei:

-cârme necompensate;

-cârme semicompensate;

-cârme compensate.

c) după profilul penei cârmei:

-cârme cu profil hidrodinamic;

-cârme plate.

Ca și celelalte elemente componente ale unei nave și instalațiile de guvernare sunt supuse unor examinări periodice, la intervale de timp și cu un volum de verificări conform prescripțiilor Registrelor de clasificare sub autoritatea cărora nava a fost construită.

Guvernarea navei este influențată de o serie de factori cum ar fi:

– forma carenei în zona extremităților pupa și prova;

– forma geometrică și dimensiunile suprafeței de derivă;

– numărul, poziția și sensul de rotație al propulsoarelor;

– raportul dintre suprafața imersă și cea emersă a navei;

– condițiile hirometeorologice în care nava se manevrează;

Asupra unei nave aflată în mișcare de girație, la un moment dat, pot acționa până la douăsprezece forțe, iar rezultanta lor poate să nu corespundă cu ceea ce s-a intenționat. Astfel, efectul acțiunii vântului asupra unei nave este determinat de următorii factori: viteza vântului, unghiul sub care vântul acționează asupra navei și suprafața velică a navei. Când se vorbește de girația unei nave trebuie să se țină cont de momentul de girație și de inerția navei. Momentul este o calitate a miscării măsurat cu ajutorul produsului dintre masa și viteza navei iar inerția este o calitate a miscării care determină nava să se împotrivească schimbării direcției de deplasare.

O forță exercitată asupra unei nave va determina apariția unei mișcări după ce inerția a fost înfrantă. O navă poate și trebuie să pivoteze în jurul a mai multe puncte atunci când execută o mișcare de girație, aceste puncte situându-se în planul diametral, între extremitătile pupa și prova sau undeva în lateral, în jurul unui punct situat în afara proiecției corpului navei pe planul orizontal. Această condiție este îndeplinită cu usurință datorită sistemelor de guvernare performante de tipul “cu jet transversal” sau “azimutale” amplasate la extremitățile navei (prova și pupa).

Fig.2.2 Viteze de deplasare ale navei

Variația poziției centrului de girație al navei, deci și variația razei de girație depind de:

– viteza de deplasare laterală a navei, imprimată de forțele de împingere ale instalațiilor cu carma-propulsor cu tunel de la prova și de la pupa;

– viteza de înaintare pe care o are nava și raportul dintre viteza navei către înainte și viteza sa laterală;

– unghiul de cârmă și bordul în care se pune cârma;

– sensul, mărimea deplasării navei și distanța dintre punctele de aplicație ale forțelor de împingere și centrul de greutate al navei. Asupra unei nave dotată cu instalație de guvernare prova, în timpul manevrei, acționează un grup de forțe și rezultante ale acestora care în literatura de specialitate sunt cunoscute prin intermediul unor notații standard cum ar fi:

– F – forța utilă (perpendiculara pe suprafața penei cârmei);

– Fv – forța ce se opune deplasării navei (componenta în planul diametral longitudinal a forței utile);

– Fd – forța care produce înclinarea și deriva navei (componenta în planul transversal a forței utile);

– Fp – forța de propulsie (produsă de elicea navei când se deplasează înainte sau înapoi);

– Fjt – forța jetului sau forța de împingere a instalației de cârma-ăpropulsor;

– Pa – punctul de aplicare a forței jetului;

– Fjtpv – forța jetului instalației de guvernare din tunelul din prova ;

– RFFp – rezultanta dintre F și Fp;

– Rpjt – rezultanta dintre Fjt și Fp;

– RFFjt – rezultanta dintre F și Fjt;

– RFFjtFp – rezultanta dintre Fp și rezultanta RFFjt;

Cu toate că se construiesc din ce în ce mai multe nave care dispun de două sau mai multe propulsoare, dotare care îmbunătățește mult posibilitatea unei guvernări eficiente, s-a constatat că numai prevederea unor instalații suplimentare de guvernare, plasate la prova și eventual la pupa navei pot determina o manevrare cu mare precizie, așa cum se dorește.

a. b.

Fig.2.3 Forțe care determină girația navei la tribord și la babord

În imaginile de mai sus sunt prezentate forțele care determină girația navei la babord (fig. a) și la tribord (fig. b), când manevra se ecsecută prin inversarea forțelor determinate de acțiunea elicelor (prin inversarea sensului de rotație sau a poziției palelor). În ambele cazuri mărimea momentului de girație va depinde de mărimea forțelor F/F’ care rezultă din acțiunea propulsoarelor și de distanța dintre acestea și planul diametral (sau distanța până la centrul de greutate G). Dacă nava este dotată cu sistem de duze orientabile, atunci forțele de impingere pe care le vor genera propulsoarele, vor acționa pe direcții diferite care se vor intersecta cu planul diametral, determinând o mișcare de girație după un diametru cu o rază ce poate avea valori între 0 și un maxim oarecare, în funcție de caracteristicile constructive ale corpului și ale mecanismului de propulsie.

Fig.2.4 Sistem de forțe ce apar în cazul combinării acțț

Imaginea de mai sus redă simplificat sistemul de forțe care apar în cazul combinării acțiunii elicelor ce genereaza forțe orientate în direcții opuse și acțiunea duzelor orientate pe traiectorii altele decât paralele cu planul diametral. În acest caz girația navei va fi determinată de forța rezultantă RFp al cărui punct de aplicație, Pc, se află pe direcția planului diametral, la intersecția suporturilor celor doua forțe de propulsie FpBb si FpTb.

În această situație nava va executa o girație la babord într-un timp mai scurt deoarece punctul Pc se află la o distanță dPc mai mare decât distanța, l, dintre centrul de greutate al navei, G, și punctul de aplicare al forțelor FpBb si FpTb. Dacă dPc < l atunci timpul de girație va fi mai lung. Această situație poate să apară pentru unele din pozițiile în care se pot afla cele două duze, chiar dacă cele două forțe de propulsie își mențin orientarea, babordul către pupa și tribordul către prova. Altfel se va comporta o navă în timpul manevrelor dacă este prevăzută cu instalații suplimentare montate în tunelele prova/pupa sau cu sisteme azimutale.

Tunelele hidrodinamice sunt amplasate transversal în corpul navei, sub linia de plutire, la extremitățile carenei, ajungând în unele situații la 2-3 tunele la prova și 1-2 la pupa, în funcție de manevrabilitatea care se așteaptă de la respectiva nava. În aceste tunele lucrează una sau două elicii care aspiră apa prin unul din capetele tunelului și o refuleaza pe la celălalt capăt. Diferența de presiune care apare între capătul pe unde este aspirată apa și cel pe unde este refulată apa face să apară o presiune dinamică a curentului de apă care astfel generează o forță laterală a cărui efect este deplararea respectivei extremități către bordul unde presiunea este mai mică. De aceea aceste instalații mai sunt cunoscute și sub denumirea de «hidroreactive sau reactori de etravă și de etambou».

În funcție de sensul de rotație al propulsorului din tunel forța laterală poate acționa într-o direcție sau alta astfel încât nava să se deplaseze în direcția dorită, ea putând efectua o deplasare laterăla în vederea apropierii/depărtării de un cheu sau, în unele cazuri, să efectueze o mișcare de rotație aproape pe loc, mișcare care nu ar fi fost posibilă cu un sistem de guvernare clasic.

De regulă forțele de împingere ale jeturilor sunt perpendiculare pe planul diametral al navei asigurând astfel cele mai mari cupluri de girație, când viteza navei este nulă.

Instalațiile de îmbunătățire a guvernării pot fi de mai multe tipuri:

– cu o elice cu pale orientabile (pas variabil) și transmisie de colț, în tunel drept;

– cu două elice cu pale fixe în tunel drept;

– cu propulsor cu aripioare (Voith Shneider);

– cu pompă centrifugală verticală/orizontală și prize de admisie/refulare la nivele diferite;

– cu elice orizontală și tunel frânt etc.

Variantele constructive prevăzute cu elicii cu pas variabil asigură o reglare a forței de împingere și la o turație constantă a mecanismului de antrenare și au calități dinamice satisfăcătoare la viteza nulă a navei. Varianta d) are marele avantaj că este eficientă chiar și în cazul apelor puțin adânci ceea ce a determinat utilizarea acestei soluții la construirea sistemelor «bowthruster» din dotarea navelor fluviale. În unele cazuri eliciile nu sunt plasate în tunele transversale și pe un mecanism care să le permită deplasarea pe verticală, mecanism care le permite ca în timpul marsului să fie plasate într-un spațiu special,în zona chilei, cu care este prevazută carena iar pentru punerea în funcțiune sunt coborâte sub nivelul chilei și pot acționa pe orice direcție prin pivotarea în jurul unui ax vertical, acestea fiind cunoscute și sub denumirea de “propulsoare azimutale”.

Fig.2.5 Navă prevăzută cu sisteme bow-thrusters și stern-thrusters.

În imaginea anterioară este prezentat cazul unei nave prevăzute cu bowthruster și sternthruster. Momentul de girație pentru o astfel de navă este egal cu suma momentelor de girație date de cele două instalații:

– momentul instalației prova: Mg pv = Fjt pv x lpv (2.5)

– momentul instalației pupa : Mg pp = Fjt pp x lpp (2.6)

Momentul dat de ambele instalații este:

Mg = Mg pv + Mg pp = Fjt pv x lpv + Fjt pp x lpp (2.7)

unde: lpv = (0.37 … 0.48) Lpp si lpp = (0.29 … 0.38) Lpp (2.8)

Notațiile de mai sus au urmatoarele semnificații:

Lpp – lungimea între perpendiculare [m];

lpp – distanța de la punctul de aplicare a forței de împingere pupa la centrul de greutate al navei;

lpv – distanța de la punctul de aplicare a forței de împingere prova la centrul de greutate al navei;

Fjt pv – forța de împingere dată de jetul instalației prova;

Fjt pp – forța de împingere dată de jetul instalației pupa;

Rb pp – forța de reacție a orificiilor tunelului pupa;

Rb pv – forța de reacție a orificiilor tunelului prova;

Fa pp – forța de absorbție a jetului în tunel de către instalația pupa

Fa pv – forța de absorbție a jetului în tunel de către instalația prova

b pp – distanța de la punctul de aplicare a forțelor de reacțiune ale orificiilor tunelului pupa la planul diametral;

b pv – distanța de la punctul de aplicare a forțelor de acțiune ale orificiilor tunelului prova la planul diametral.

Eficiența maximă a instalațiilor în tunel hidrodinamic este atinsă atunci când viteza navei este nulă măsura de viteză a navei crește eficiența deoarece forța de împingere a jetului de apă depinde de raportul dintre viteza filoanelor de apă ce se scurg pe lângă opera vie și viteza jetului care iese din tunel.

Viteza jetului de apă produs de instalațiile cu elicii cu pale orientabile este de 4.65 – 4.85 m/sec, iar cazul folosirii pompelor centrifuge de 7.40 – 8.10 m/sec.

S-a constatat practic, că instalațiile cu propulsor prova cu pompa centrifugă realizează momente de girație mai mari cu 25 – 30 % decât instalațiile cu elice cu pale orientabile, pentru ecelași diametru al tunelului.

CAPITOLUL III

PREZENTAREA INSTALAȚIEI DE PROPULSIE

3.1 Clasificarea propulsoarelor navale.

Pentru ca o navă să poată înainta cu o anumită viteză, trebuie să i se aplice o forță, egală și de sens contrar forței de rezistență a apei, ce ia naștere la înaintarea navei. Forța ce are ca efect înaintarea navei, poate fi creată prin intermediul diverselor surse de energie existente la bordul navelor. Energia vântului poate fi de asemenea transformată cu ajutorul velelor în lucru mecanic de înaintare a navei.

Propulsoare cu pale.

În cazul propulsoarelor reactive cu pale, reacțiunea apei respinse, este preluată direct prin palele ce sunt fixate pe un suport. Împingerea ce ia naștere ca urmare a acțiunii propulsorului, este transmisă corpului navei prin intermediul arborelui portelice, a liniei de arbori și a lagărului de împingere.

1) Roata cu zbaturi, este primul propulsor acționat mecanic, de către o instalație de producere a energiei, amplasată la bordul navelor. Roțile cu zbaturi sunt propulsoare care produc forța de împingere, datorită antrenării masei de apă, pe care plutește nava, de către zbaturile cufundate ce se rotesc.

Din punct de vedere cinematic, roțile cu zbaturi se împart în două tipuri principale:

-roți cu zbaturi radiale fixe;

-roți cu zbaturi radiale articulate.

O îmbunătățire oarecare a randamentului roții cu zbaturi radiale fixe, poate fi obținută prin mărirea randamentului ei. Cel de-al doilea tip, are zbaturile 1 legate articulat cu spițele 2 cu ajutorul unor bolțuri 5, iar mișcarea oscilatorie în jurul axelor lor le este imprimată de legătura cinematică cu excentricul 4. Tiranții excentricului 3, sunt legați articulat cu bolțul 5.

Tipul cinematic al unei roți cu zbaturi este determinat, de mărirea excentricității relative cu ajutorul relației:

(3.1.1)

în care k este un factor de viteză.

La roțile cu zbaturi articulate, valoarea excentricității relative variază între 0,55 – 0,80.

2) Elicele

Elicele sunt propulsoare reactive, ce au luat naștere ca urmare a schimbării, montării zbaturilor din poziție perpendiculară pe planul roții în poziție înclinată (fig.17.2 a) și ca urmare a dispunerii roții în pupa navei.Marginea palelor ce taie vâna de fluid se numește muchie de atac sau de intrare.

Fig.3.1.1 Curenți ce acționează asupra propulsorului

În figura 3.1.1.a este reprezentată vâna curentului înainte și în spatele propulsorului.

Dreptele BC și B1C2, închid suprafața în interiorul căreia vitezele se modifică.

Fig.3.1.2

Fig.3.1.3

Fig.3.1.5

Fig.3.1.6

Fig.3.1.7

La o distanță mare înaintea propulsorului, viteza curentului este egală cu V. Odată cu apropierea de discul propulsorului vitezele particulelor de apă cresc neîncetat atingând în dreptul propulsorului valorile V0 + V1 apoi, odată cu depărtarea, vitezele continuă să crească până unde încetează comprimarea atingând valoarea maximă V0 + V2.

Prin aplicarea teoremei cantităților de mișcare a lichidului, ce trece prin secțiunea propulsorului F se determină creșterea cantității de mișcare în unitatea de timp:

(3.1.2)

unde: m – masa lichidului;

V0 – vitezainițială;

V2 – viteze provocate.

Caracteristici hidrodinamice ale elicei.

Dacă elicea se rotește cu un număr de rotații pe secundă "n", atunci avansul ei axial va fi egal cu Hn. Secțiunea de pală arătată în fig.17.4.b se rotește cu viteza periferică 2πrn și se deplasează cu viteza Hn, formând triunghiul vitezelor, asemenea cu triunghiul pasului.

Într-o rotație completă elicea va avansa în apă cu o distanță (hp), egală cu raportul între viteza Vp și numărul de rotații pe secundă "n":

(3.1.3)

unde:

hp – avansul pe tură al elicei;

Elementele elicelor și factorii de influență.

În figura 3.1.8 se arată forma constructivă, elementele și dimensiunile unei pale de elice navală.

Fig.3.1.8 Forma constructivă a unei pale

Elemente constructive dimensionale ale palei de elice

unde:

R – raza palei;

b – lățimea palei;

m – înclinarea față de perpendiculara pe ax;

S – grosimea secțiunii palei;

Sv – grosimea vârfului;

θ – unghiul de atac.

Cele mai utilizate elice, întrebuințate pentru propulsia navelor fluviale și maritime sunt cele cu trei sau patru pale.

Din rezultatele încercărilor s-au arătat că, cu cât secțiunile "s" ale palelor sunt mai mici și cu cât muchiile de atac și de scurgere sunt mai ascuțite cu atât randamentul propulsorului crește.

Înclinarea palelor spre pupa este justificată la ambarcațiuni, prin mărirea distanței dintre marginea de atacși corpul navei.

Referindu-ne la butucu elicei cel mai rațional s-a dovedit a fi mbutucul elicelor cu diametrul între 20 – 25% din diametrul elicelor.

Raportul pasului, reprezintă unul din factorii de influiență cei mai importanți ai elicei.

În cazul unui recul relativ constant, împingerea și momentul de rotație cresc odată cu micșorarea raportului pasului .

Suprafața optimă a palelor, rezultată din practică, este dată de variația raportului dintre lățimea palei bp și diametrul elicei De în limitele 1/4 – 1/3 ce este reprezentată prin următoarea relație:

(3.1.4)

Cu cât cât este mai mare viteza și suprafața propulsorului, cu atât este mai mică încărcarea specifică σp, deci cu atât este mai mare randamentul propulsorului (ηi):

(3.1.5)

unde:

P – este forța de acțiune a propulsorului;

p – densitatea fluidului;

V – viteza fluidului;

F – forța ce acționează asupra palelor elicei.

Clasificarea elicelor

a) după forma generatoarei suprafeței elicoidale:

-elice cu generatoare dreaptă;

-elice cu generatoare curbă.

b) după poziția generatoarei față de axa geometrică a butucului

-elice cu generatoare normală pe axă (perpendiculară);

-elice cu generatoare înclinată pe axă.

c) după forma conturului palelor:

-elice cu pale simetrice (tip Gown.G);

-elice cu pale asimetrice (tip Wageningen B);

-elice cu pale retezate (tip Kaplan.K).

d) după profilul palelor obținut în cadrul secțiunilor cilindrice:

-elice cu profil portant simetric;

-elice cu profil portant asimetric (biconvex sau planconvex);

-elice cu profil segment de cerc.

e) după felul pasului geometric:

-elice cu pas constant;

-elice cu pas variabil, tangențial sau radial tangențial;

-elice cu pas reglabil (pale orientabile E.P.O.).

f) după sensul de rotație (văzut dinspre pupa navei):

-elice cu sensul de rotație dreapta;

-elice cu sensul cu rotație stânga.

g) după materialul de construcție:

-elice din fontă sau oțeluri (feroase);

-elice din bronz, alamă, aliaje (neferoase);

-elice din materiale plastice.

h) după precizia de prelucrare:

-elice de precizie înaltă, folosită la nave foarte rapide cu turații ale propulsorului mai mari de 1500 rot/min (simbol E);

-elice cu precizie superioară, folosite la nave de transport maritim sau fluvial cu viteze de circa 16 – 20 de noduri.

-elice de execuție inferioară, folosite la navele tehnice și de serviciu cu viteze de deplasare mici și calități manevriere reduse.

i) în funcție de sensul de rotație al generatoarei suprafeței elicoidale:

-elice cu sens de rotire dreapta;

-elice cu sens de rotire stânga.

Fig.3.1.9 Formarea liniilor și a triunghiurilor pasului pentru elicele dreapta și stânga.

Elicele cu pale orientabile

Randamentul optim al unui propulsor este realizat în funcție de puterea aplicată, turația și caracteristicile elicei.

Elicele cu pale orientabile, dau posibilitatea inversării sensului de marș al navei, prin schimbarea unghiului de atac al palelor.

Datorită timpului scurt de inversare a direcției de marș, precum și a vitezelor de deplasare E.P.O. se folosesc cu o mare eficiență la propulsarea navelor împingătoare, navelor de manevră și pescadoarelor.

Problema menținerii regimului optim de funcționare a propulsorului E.P.O. este rezolvată prin folosirea unui regulator cu program sau a sistemelor de autoreglare pentru czurile extreme (min – max).

Elaborarea programelor de funcționare, au ca scop reducerea consumurilor e combustibil în condițiile păstrării regimului de viteze comandat.

a b

c d

Fig.3.1.10

3.1 Clasificarea instalațiilor combinate de propulsie și guvernare.

a)-cu elice în duză;

b)-cu propulsor în Z-drive;

c)-cu aripioar;

d)-cu jet de apă;

e)-cu propulsor îm tunel.

a) Propulsorul cu elice în duză

Duza a înlocuit în timp folosirea cârmei la anumite tipuri de nave, sau la altele folosindu-se în comun ambele sisteme de guvernare.

Fig.3.1.11 Sistem de guvernare cu elicea în duză mobilă

Duzele pot fi de două feluri: fixe și orientabile(mobile).

Cele fixe sunt legate solid, de corpul navei îndeplinind numai funcția de propulsie. Duzele orientabile îndeplinesc pe lângă funcția de propulsie și funcția de guvernare.

Acest sistem combinat de propulsie și guvernare este utilizat pe scară largă la remorchere, împingătoare, nave de transport și pasageri care navigă în ape relativ mici.

Fig.3.1.12

Propulsoare în duză

La acest sistem organul activ al instalației de propulsie îl reprezintă elicea, iar cel al instalației de guvernare îl reprezintă duza.

Duza poate fi orientată într-un bord sau altul, până la unghiuri de 3600. Înbunătățirea randamentului propulsorului ce lucrează în duză este creată de forma hidrodinamică a duzei, respectiv a modificării scurgerii filoanelor de apă prin creșterea presiunii pe palele elicei.

Astfel la îanintarea navei ia naștere o forță rezistentă R, care se poate descompune într-o componentă axială și una transversală.

Componenta axială reprezintă împărțirea duzei care se însumează la împingerea totală creată de elice.

Componenta transversală nu influențează propulsia., ea fiind preluată de elementele de legătură dintre duză și corpul navei.

Guvernare și propulsie Schottel în duză

Sistemul de propulsie combinat cu guvernare dinamică de tip Schottel (fig.) suportă puteri de până la 6000 Kw.

Ținând cont de capacitatea sistemului de a guverna la 3600, aceasta implică folosirea întregii puteri la manevrarea și poziționarea dinamică a navei.

Acest sistem se poate monta în mai multe poziții, în funcție de spațiul disponibil de la bordul navei.

Fig.3.1.13

Sistemul este disponibil atât în versiunea cu o singură elice în duză cât și în versiunea cu două elici pereche ce lucrează pe același ax.

Ca avantaje se pot enumera: manevrabilitate maximă, serviciu economic, un spațiu minim de instalare și întreținere ușoară ce a jută la alegerea acestui concept sigur și robust.

Sistemul poate fi montat în mai multe poziții în funcție de spațiul disponibil așa cum este prezentat în figurile următoare.

Fig.3.13

Instalare pe cadrul transversal al etanboului

Fig.3.15

Instalare în puț.

Fig.3

Instalare de tip navigator.

Fig.3.17

Instalare escamotabilă (retractabilă)

b)Propulsorul Z-DRIVE VZ800A – AC

Acest tip de propulsor, are capacitatea de a asigura o propulsie și o guvernare complexă a navei asigrândui datorită elicelor o putere și o viteză mărită, precum și o manevrabilitate de 100% a navei.

Elicele acestui tip de propulsor, au sensuri diferite de rotație.

Elicea din față este o elice cu patru pale iar cea din spate o elice cu cinci pale, ceea ce permite întregului ansamblu girrea cu 3600, asigurând o manevrabilitate perfectă a navei.

Cuplarea se face hidraulic precum și rotirea ansamblului propulsorului, presiunea de ulei fiind asigurată de o pompă cu roți dințate care asigură o presiune constantă de lucru de 18 – 20 bari. Trnsmisia comenzilor de la punctul de comandă se face electric folosind o tensiune de comandă de 24 V ceea ce permite în cazui de urgență și folosirea unui sistem auxiliar alimentat de baterii tip acumulator.

Singurul dezavantaj al acestui sistem este acela că elicile lucrează libere în spațiu deschis fără protecție și care sunt expuse factorilor externi.

Fig.3.18

Fig.3.19

Planul schematic al uni propulsor Z – DRIVE

Fig.

Caracteristicile tehnice a propulsorului Z-DRIVE VZ800A – CR sunt date în următorul tabel:

Modul de lucru a navelor echipate cu propulsoare Z Drive

Aceste nave au o manevrabilitate sporită datorită sistemului de propulsie care girează cu fiecare propulsor pe un arc de cerc de 3600.

Vom exemplifica mai jos manevra unei nave echipată cu un astfel de sistem de propulsie și guvernare.

Fig.3.20

Când propulsoarele sunt orientate în sens opus în borduri, nava va staționa, propulsoarele anulându-se unul pe celălalt (poziția 1).

Aceasta putând fi o poziție de start când amândouă motoare se învârt cu putere similară dar neavând nici un efect asupra deplasări navei.

Fig.3.21

Poziția 2

Această poziție a propulsoarelor se poate folosi numai în cazul în care motoarele sunt cuplate la o turație scăzută, în poziție de start, ne având nici o influență asupra deplasării navei.

Poziția 3

Amândouă propulsoarele sunt orientate în planul longitudinal al navei pe poziție de marș înainte. În acest caz nava va avea o mișcare de înaintare, viteza navei fiind corelată cu turația motorului.

Fig.3.22

Fig.3.23

Poziția 4

În această poziție a propulsoarelor care sunt orientate în planul longitudinal al navei, dar întoarse cu 1800, pentru poziția de marș înapoi, nava va avea o mișcare rectilinie, dar pe sens de marș înapoi, viteza depinzând de turația motorului. Această poziție a propulsoarelor se folosește pentru oprirea navei și pentru marșul înapoi

Fig.3.24

Poziția 5

În această poziție a propulsoarelor unul fiind poziționat înainte și celălalt întors cu un anumit unghi spre Bb va duce la girarea navei spre Bb. La viteza de croazieră în această poziție nava va efectua o ușoară virare spre stânga.

Fig.3.25

Poziția 6

În această poziție la viteza de croazieră, prin întoarcerea ușoară a propulsorului din Tb, sub un anumit unghi spre exterior nava va efectua o ușoară girație spre dreapta.

Fig.3.26

Poziția 7

Virare la stânga în cazul în care propulsorul din Bb este la turație minimă și pregătit pentru contrare. În acest caz se va lucra doar cu propulsorul din Tb.

Fig.3.27

Poziția 8

Virare ușoară la dreapta în cazul în care propulsorul din Tb este la turație minimă și se lucrează doar cu propulsorul din Bb.

Fig.3.28

Poziția 9

Girare ușoară la Bb, pe poziția de marș înapoi.

Fig.3.29

Poziția 10

Girare ușoară la Tb pe sensul de marș înapoi.

Poziția 11

Întoarcere în loc la stânga în jurul axei navei, manevra executându-se la turații mici ale motorului.

Fig.3.30

Poziția 12

Întoarcere în loc la dreapta în jurul axei navei, manevra executându-se la turații mici ale motorului.

Fig.3.31

c)Propulsoare cu aripioare (VOIGT – SCHNEIDER)

Propulsorul cu aripioare este compus dintr-un număr de aripioare verticale orientabile.

Organele ce acționează aripioarele propulsorului, sunt situate în interiorul corpului navei.

Aripioarele propulsorului, care preiau direct acțiunea apei, au un contur semieliptic.

Particularitățile constructive ale acestui tip de propulsor sunt următoarele:

-posibilitaea rotirii fiecărei aripioare (pale), în jurul axei sale;

-face posibilă inversarea direcției de marș, fără a se schimba sensul de rotație al motorului de acționare.

Acest tip de propulsor, întrunește funcțiile de propulsie simultan cu cele de guvernare.

Posibilitatea de reglare a valorii pasului fiecărei aripioare face ca motorul să se adapteze foarte ușor la parametrii de funcționare ai motorului de acționare.

Pe timpul funcționării propulsorului, toate normele la profilelel aripioarelor se intersectează într-un punct de guvernare.

Mecanismul de întoarcere al aripioarelor (de reglare a pasului), propulsorului este reprezentat în figura următoare.

a

Schema mecanismului de întoarcere a aripioarelor

b

Schema de montare a propulsorului
Fig.3.32

Propulsorul cu aripioare

Componente propulsorului cu aripioare:

– discul propulsorului;

– aripioaele propulsoare;

disc excentric;

tija motoare;

articulație tijr – excentric;

tije intermediare;

manivela aripioarei;

pârghia de rotire a excentricului;

piatra culisă.

Când discul excentricului este deplasat față de axa motorului, atunci în funcție de excentricitatea discului, se vor crea forțe de împingere diferite ca mărime și direcție.

Tijele de comandă sunt legate de axele a două servomotoare decalate la 900.

Unul din aceste servomotoare reglează valoarea împingerii propulsoruli în direcția transversală, iar celălalt reglează valoarea împingerii în direcția de înaintare a navei.

Aceste servomotoare sunt acționate de la pasarela de comandă cu ajutorul unei timone cu ajutorul căreia se realizează manevrarea supapelor servomotoarelor.

În cazul când în zona pupa se montează două propulsoare, se poate realiza deplasarea navei în sens transversal.

La propulsorul Voith – Schneider palele sunt orientate subcarena navei și se rotesc în jurul unei axe verticle, având și o mișcare oscilatorie în jurul axei proprii a fiecărei pale.

Mișcarea de rotație a palelor determină mărimea forței de împingere prin variația amplitudinii oscilației, corespondența de fază determinând direcția împingerii între 00 și 3600.

În figura următoare pot fi urmărite traiectoriile navei în funcție de, poziția palelor propulsorului Voith.

a b

c Fig.3.33

a – Poziția de repaus când toate palele sunt tangente

la cercul ce formează traiectoria.

b,c – Prin modificarea poziției palelor se modifică și direcția de deplasare.

În figura3.34 sunt reprezentate direcțiile de deplasare ale navei în funcție de orientarea palelor propulsorului Voith.

rotire înainte lateral

Fig.3.34

Aranjamentul logic al componentelor propulsorului Voith – Schneder este reprezentat după cum urmează și are următoarele caracteristici:

Acest tip de propulsor se montează în jumătatea prova a corpului navei, făcând posibilă curgerea în toate direcțiile;

Sub palele propulsorului se fixează o structură de protecție care exercită și un efect de diuză;

Carena navei 3 reprezintă partea imersă a corpului navei și este proiectată astfel încât să opună o rezistență redusă la înaintare.

În pupa navei se plasează un derivor, ce are rolul de a deplasa centrul de presiune al forțelor de rezistență laterale din zona pupa;

Sistemul de remorcare este situat în pupa centrului de rotație al navei;

Sistemul tractiv hidraulic Voith este comandat de la panoul de comandă din timonerie.

d)Propulsoare hidraulice cu jet transversal

Sunt acele propulsoare la care împingerea navei se realizează, prin refularea spre pupă a apei aspirată de o pompă cu piston sau de o pompă centrifugă.

Jetul de apă refulat spre pupa navei, are ca rezultat apariția unei forțe de reacțiune orientată în direcția înaintării.

În cazul propulsoarelor cu jet, recțiunea apei respinse este preluată direct de corpul navei.

a b

Fig.3.34

c d

Fig.3.35

Propulsorul hidraulic cu jet.

propulsorul hidraulic cu tuburi lungi:

1-pompă de circulație;

2-motorul de acționare al pompei;

3-tuburi de aspirație;

4-tuburi de refulare;

propulsorul conic:

1-aspirația apei;

2-refularea apei;

3-palele rotorului;

4-motorul de antrenare;

5-carcasa propulsorului;

6-învelișul de fund al ambarcațiunii;

7-grătar de reținere a impurităților mecanice;

8-dispozitiv de dirijare și protecție.

Pompa cu jet de tip Schottel

Pompa jet de tip Schottel, lucrează pe principiul pompei centrifuge.

Forța rotorului aspiră apa prin fundul navei, și o trece prin carcasa pompei. Deschiderile de aspirație ca și fantele de refulare sunt situate pe fundul navei și forma lor permițând montarea lor pe un fund plat.

Fig.3.36

Pompă jet de tip Schottel

Fig3.37

Pompele jet au puteri până la 3500kW, ce au următoarele caracteristici:

-cu forțe mari de împingere;

-cu forme de construcție compacte;

-cu pierderi minime de împingere ascensională și de aspirație atât în ape puțin adânci cât și în larg.

Aceste proprietăți se recomandă pentru folosirea lor ca propulsie principală și guvernare pe nave fluviale și de coastă.

În figura de mai jos este prezentat principiul de funcționare a pompei. Rotorul absoarbe apa din priza de admisie de fund, acesta forțând apa într-un difuzor unde se transformă energia cinetică a apei într-o energie de presiune.

În final apa este expulzată prin duzele de ieșire la un unghi de 150, generând împingerea care poate fi orientată la 3600, asigurând astfel atât propulsia cât și guvernarea.

Fig.3.38

Principiul de funcționare al pompei jet

e)Prezentarea instalației de guvernare cu jet transversal în tunel

Schimbarea sensului de împingere laterală se obține pe mai multe căi:

-prin schimbarea sensului de rotație a motorului de antrenare;

-prin elice cu pas reglabil;

-prin folosirea a două elice.

a) b)

c) d)

Fig.3.39

Guvernarea cu propulsor în tunel

a)-guvernare cu două propulsoare în tunel drept;

b)-guvernare cu un propulsor în tunel dublu frânt;

c)-guvernare cu un propulsor în tunel frânt;

d)-guvernare cu un propulsor în tunel drept.

În figura 340este dat un exemplu de guvernare prova în tunel la care diametrul tunelului este de aproximativ 300 mm și o lungime de 700 mm, motorul de antrenare fiind de curent continuu reversibil de 9,6 CP.

Fig.3.40

Fig.3.41

Vedere a unui propulsor în tunel drept

Caracteristici

instalațiile de guvernare cu jet transversal sunt realizate, în general, dintr-un tunel plasat transversal în corpul navei în zona pupa sau prova, sub linia de plutire, În funcție de manevrabilitatea care se așteaptă de la o navă ea poate avea instalații de guvernare cu jet transversal atât la prova cât și la pupa.

Un bow thruster este un mecanism plasat în prova unei nave, comerciale sau de servitute, pentru a îmbunătăți manevrabilitatea acesteia. Principiul său de lucru este cel prezentat mai înainte.

bow – prova

stern – pupa

thruster (nav) – elice de manevră

Elementele ce caracterizează o instalatie de guvernare cu jet transversal pot fi de tipul particularităților constructive:

Fig.3.42

a) după forma tunelului:

– cu tunel drept (fig. a, b),

– cu tunel în formă de T (fig. d),

– cu tunel în formă de dublu T (fig. c),

– cu tunel frânt etc;

b) după tipul elicei:

– cu elice cu pas fix,

– cu elice cu pas variabil;

c) după tipul sursei de putere:

– antrenare cu motor cu ardere internă,

– antrenare cu energie electrică (c.c sau c.a.),

– antrenare hidraulică;

d) după direcția aspiratiei apei:

– cu aspirație de sub chilă;

– cu aspirație din bordul opus celui către care se deplasează

extremitatea

e) după numărul elicilor:

– cu o elice,

– cu două elicii (fig. b);

f) după locul de amplasare:

– la extremitatea prova,

– la extremitatea pupa;

Fig.3.43

Imaginile de mai jos prezintă varianta bowthruster-ului cu tunel frânt

Fig.3.44

Efectul unei instalatii cu propulsor in tunel la pupa si la prova asupra deplasarii navei

O manevra de intoarcere a navei in aceste conditii este foarte usoara daca nu intervin factori externi perturbatori puternici.

Fig.

Cele doua imagini de mai sus prezinta ansamblul de forte care apar in cazul punerii in functiune simultan a celor doua propulsoare, prova si pupa, iar alaturat pozitiile succesive pe care le ocupa nava intre momentul inceperii manevrei si momentul incetarii manevrei. Pentru ca nava sa se intoarca pe loc, fortele generate de cele doua instalatii trebuie sa fie egale.

Functionarea instalatiilor genereaza trei cupluri de forte si doua momente de giratie.

Rezultanta fortelor de impingere este nula: RFjt pv pp = Fjt pv + Fjt pp = 0

Cuplurile de forte care produc intoarcerea navei sunt :

Fjt pv si Fjt pp ; Fjt pv si F’jt pv ; Fjt pp si F’jt pp

Iar momentele care produc intoarcerea sunt :

momentul adt de forta care apare in tunelul prova:

Mpv = Fjt pv x lpv – Fa pv x lpv – Rpv x bpv

momentul adt de forta care apare in tunelul pupa

Mpp = Fjt pp x lpp – Fa pp x lpp – Rpp x bpp

Daca pe langa actiunile celor doua propulsoare din tunelele prova si pupa mai intervine si actinea inclinarii carmei spre babord, in cazul nostru, atunci miscarea navei nu va mai avea loc in jurul unui punct, ca in cazul precedent, ci dupa o traiectorie curbilinie asa cum este sugerata de imaginea alaturata.

Fig.

Imaginea de mai sus prezinta cazul deplasarii laterale a navei, catre babord, cu ajutorul instalatiilor hidroreactive cu tunel, prova si pupa, in cazul in care fortele generate de cele doua instalatii sunt egale.

In situatia in care se combina actiunea instalatiilor bowthruster si sternthruster cu o usoara deplasare a navei inainte sau inapoi nava se poate deplasa pe o serie de traiectorii foarte benefice pentru actiunile de manevrare a navei in spatii restranse, asa cum este exemplificat in imaginile urmatoare :

Alaturat este exemplificata miscarea navei atunci cand bothruster-ul actioneaza cu o putere mai mare decat sternthruster-ul iar viteza generata de masina princiala este nula.

Situatia cand nava poate sa inaintezea si sa execute in acelasi timp o miscare de translatie catre babord datorita actiunii combiante a celor doua sisteme hidrodinamice, care actioneaza cu forte egale si in aceeasi directie, si a masini principale de propulsie

Simpla inversare a directiei de deplasare impusa navei de masina principla de propulsie, fata de situatia de mai sus, si mentinerea aceluiasi mod de actionare a sistemelor hidroreactive prova si pupa va determina deplasarea prin translatie a navei catre inapoi asa cum sugereaza imaginea alaturata.

Daca simultan cu actionarea celor trei mecanisme, hidrodinamicele prova si pupa si cel principal pentru propulsie, carma ocupa pozitii diferite fata de planul diametral atunci nava va descrie, in deplasarea ei, arce de cerc cu raza mai mica sau mai mare – in functie de unghiul de banda al carme, si nu traiectorii rectilinii ca in cazurile precedente.

1.2.3 Efectul unei instalatie cu propulsor in tunel la prova asupra deplasarii navei

Daca nava este dotata numai cu sistem de guvernare hidridinamic prova, deci cu tunel numai in prova, manevrabilitatea ei va fi mai redusa decat in cazul dotarii si cu sistem hidrodinamic la pupa.

Repartitia vitezelor in lungul navei in cazul punerii in functiune a sistemului de guvernare prova (la viteza de inaintare a navei nula) este reprezentata in imaginea urmatoare:

unde:

– Epp – extremitatea pupa;

– Epv – extremitatea prova;

– vE pp – viteza extremitatii pupa;

– vE pv – viteza extremitatii prova;

– vG – viteza centrului de greutate;

– Fjt pv – forta de impingere;

– Pa – punctul de aplicatie al fortei Fjt pv.

Se observa din imaginea de mai sus ca: vE pv Fjt pv vG Epp

In acest caz (nava cu viteza nula si bowthruster-ul pus in functiune, carma in plan diametral) distributia fortelor arata ca punct de giratie este extremitatea pupa, Epp, deoarece viteza la pupa navei, vEpp, este nula iar la prova are valoare maxima.

Viteza extremitati prova depinde de distanta “d” dintre extremitatea prova si punctul de aplicatie Pa al fortei de impingere:

Deci la o manevra de intoarcere prin utilizarea instalatiei bowthruster prova apare atunci cand nava are viteza nula. Orice deplasare a navei catre prova sau catre pupa se va compune cu viteza de deplasare laterala determinata de iesirea jetului din tunel.

Daca nava executa simultan si o deplasare catre inainte, cu o viteza mai mica decat viteza de deplasare laterala, Fjt pv si carma in plan diametral, atunci ea va gira dupa o traiectorie curbilinie, centrul in jurul caruia se va roti fiind inapoia traversului, in bordul in care este inclinata carma, intr-un plan apropiat de planul transversal in care se afla extremitatea pupa, Epp. Distanta cu care se deplaseaza centrul de giratie depinde de viteza de inaintare a navei.

Nava se va deplasa in directia rezultantelor RF; de exemplu extremitatea prova se va deplasa pe directia rezultantei REpv, punctul “b” se va deplasa pe directia rezultantei RFb etc. Toate rezultantele sunt orientate catre bordul in care se executa miscarea de intoarcere. Extremitatea pupa neavand viteza laterala se va deplasa in planu diametral, dupa forta Fp, cu sensul spre prova.

O – centrul de giratie al navei

Daca se pastreaza aceleasi conditii ca mai sus, dar se schimba numai sensul de deplasare a navei, de exemplu catre inapoi, comportarea acesteia va fi conform imaginii de mai jos.

Centrul de giratie, O, se deplaseaza transversal fata de planul diametral, in bordul opus, la o distanta a carei marime depinde de viteza de deplasare a navei. Punctele planului diametral Epv, Pa, a, b etc. se vor deplasa pe directiile rezultantelor REpv, RFjt pv, RFa, RFb etc.

In imaginea de mai jos este prezentata influenta functionarii instalatie hidrodinamice prova in cazul guvernatii unei nave care se deplaseaza “foarte incet inainte”

Notatiile figurii de mai sus au urmatoarele semnificatii:

F – forta utila, normala pe suprafata penei carmei ;

Fd – forta care produce inclinarea si deriva navei, componenta a planului transversal a fortei utile F;

Fv – forta ce se opune inaintarii navei, componenta a planului longitudinal a fortei utile F;

Fp – forta de propulsie, produsa de propulsor;

Fjt – forta jetului instaltiei hidrodinamice prova;

Pa – punctul de aplicatie al fortei Fjt;

RFFp – rezultanta compunerii fortei utile F si a fortei de propulsie Fp;

RFFjt – rezultanta compunerii fortei utile F si a fortei jetului Fjt;

Rp jt – rezultanta compunerii fortei de propulsie Fp si a fortei jetului Fjt;

RpFFjt – rezultanta compunerii fortei de propulsie Fp si a rezultantei RFFjt;

G – centrul de greutate al navei.

nava cu masina stopata, carma din planul diametral bandata la tribord – incepe giratia in bordul tribord;

este pornita instalatia hidrodinamica din prova navei;

prezenta fortei de impingere Fjt determina cresterea momentului de giratie si scaderea razei curbei de giratie

se reduce actiunea carmei, fortei F, datorita reducerii vitezei de inaintare a navei si creste efectul fortei de impingere Fjt iar prova este deplasata puternic catre tribord; miscarea de giratie continua;

centrul de giratie se apropie de extremitatea pupa a navei iar miscarea de giratie scade in intensitate in paralel cu accentuarea miscarii extremitatii prova.

Dupa stoparea masinii nava va continua sa inainteze datorita inertiei. Inceputul miscarii de giratie coincide cu inclinarea carmei fata de planul diametral in bordul in care se doreste intoarcerea (v. fig. a) si punerea in functiune a instalatiei bowthruster (v. fig b).

In punctul de aplicatie, Pa , din interiorul tunelului hidrodinamic compunerea fortei de impingere, Fjt, si a fortei de propulsie, Fp, dau nastere rezultantei Rpjt, a carei valoare si orientare depinde de Fp, deci de viteza cu care nava se deplaseaza.

Forta utila F si si forta jetului, prin translatare in centrul de greutate al navei G si compunere, vor da nastere la rezultanta RFFjt care prin compunerea forta de inaintare a navei Fp dau nastere la rezultanta RpFFjt, care arata directia de deplasare a centrului de greutate al navei la inceperea manevrei de giratie.

Pe parcursul manevrei navei forta utila produsa ce carma scade ca urmare a scaderii vitezei de inaintare si concomitent scade si raza de giratie, deci traiectoria parcursa de diametrul de giratie are aspectul unei spirale logaritmice.

Cand viteza navei devine nula extremitatea Epp devine centrul miscarii de giratie iar extremitatea prova se va deplasa lateral sub influenta fortei jetului care iese din tunelul prova.

Momentul de giratie imprimat de instalatia de guvernare cu jet transversal depinde de:

aria sectiunii transversale a tunelui;

distanta dintre centrul de greutate al navei si axa de simetrie a tunelului;

viteza de circulatie a apei prin tunel ;

densitatea apei;

distanta de la planul de baza al navei pana la axa de simetrie a tunelului.

Elementele constructive care influențează performanțele instalației de guvernare cu jet transversal

Performanțele tehnice ale sistemelor de guvernare cu jet transversal sunt influențate de câțiva factori constructivi. Astfel, pentru amplasarea tunelului trebuie să se ia o serie de măsuri constructive cum ar fi cele de mai jos, venite din partea firmelor producătoare:

Razele de racordare a capetelor tunelului

În multe cazuri se așteaptă ca între extremitățile tunelului și bordaj să se execute o racordare dar este suficient ca această trecere să fie sub formă conică. Această soluție constructivă este simplă, necostisitoare și sunt create condiții optime pentru intrarea curentului de apă la capătul pe unde se face aspirația iar la capătul pe unde se face refularea se creaza o zonă favorabilă ruperii curentului de apă din exterior, necesară pentru a cauza reducerea curentului exterior.

Fig.3.45

Fig.3.46

Adânciturile în părțile posterioare ale tunelului au efecte favorabile semnificative.

Lungimea minimă a tunelului

Pentru ca să se domolească intrucat apa după producerea turbionării distanța dintre elice și capătul tunelului trebuie sa fie dacă este posibil cel putin 1xD, valoarea optimă fiind 1,5 – 2 D.

Pentru lungimi peste L=6D pierderile prin frecare în tunel vor avea o creștere semnificativă.

Fig.3.47

Modul de prelucrare a capetelor tunelului

Montarea tunelului între două table de bordaj paralele este soluția cea mai bună. Orice înclinare a tablelor bordajului va determina creșterea pierderilor în tunel. De aceea tunelul se va amplasa într-o zonă unde înclinarea tablelelor bordajului față de suprafața apei este mica.

Plasarea in bulbul pintenului este o solutie foarte buna

Fig.3.48

Distanța minimă dintre tunel și chila navei

Dacă distanța dintre partea inferioară a tunelului și partea inferioară a chilei navei este prea mică prezența curenților turbionari din zona părții inferioare a corpului navei vor determina accentuarea solicitărilor, în special dacă tunelul este scurt.

Fig.3.49

K ≥ 0.25 D – pentru lungimi ale tunelului L 3 D

K ≥ 0.5 D – pentru lungimi ale tunelului L 3 D

Forma corectă a grilajului de protecție de la capetele tunelului

Pe lângă alte motive, grilajele de protecție sunt fixate și pentru a diminua rezistența la înaintare a navei apărută ca urmare a instalări tunelului. Grilajele sunt necesare și în cazul navigației prin ghiață. Nu trebuie folosite prea multe bare la alcătuirea grilajului. În mod normal pentru un tunel cu diametrul de până la 1,5 m se utilizează 5 bare verticale, pentru diametre mai mari se folosesc 7 bare verticale conectate cu câte două bare orizontale.

Modelul grilajului de protecție trebuie cunoscut atunci când se proiectează elicea.

Cele 5 bare ale grilajului vor reduce presiunea cu aproximativ 9%, 7 bare cu cca. 10%.

În același timp instaltiei i se cere mai multă putere. Grilajul de protecție nu va «acoperi» prea mult tunelul.

În acest caz termenul «acoperire» semnifică raportul dintre suprafața barelor și aria tunelului. Suprafața grilajului trebuie să fie de 10 – 15 % din secțiunea transversală a tunelului.

Barele cu secțiunea transversală eliptică sunt cele mai indicate, barele de protecție confecționate din bare din fier sunt simple și ieftine. Acoperirea este la fel ca și la barele eliptice.

Poziționarea corectă a grilajului de protecție

Grilajul de protecție se va monta în spatele conului de inducție și nu în fața lui.

Fig.3.50

Înclinarea corectă a barelor care alcătuiesc grilajul

Barele plate din fier sunt mai aproape de barele cu profil eliptic. Barele rotunde nu sunt așa eficiente. Barele vor fi aliniate astfel încât să fie plasate sub unghiul corect față de sensul de curgere a apei pe lângă carenă, în zona tunelului.

De aceea barele vor fi montate înclinate față de verticală cu un unghi de cca. 15. Dacă există recomandări barele vor fi plasate perpendicular pe direcția curentului apei. În caz contrar ele se vor plasa sub un unghi de 15.

Fig.3.5.1

Adânciumea minimă de imersiune a Bow thruster-ului

Dacă deschiderile tunelului sunt prea aproape de suprafață apei există riscul aspirației aerului. De aceea partea superioară a capetelor tunelului trebuie plasată la cel puțin 0,3 – 0,4 D sub linia de plutire.

Plasarea corectă a elicei în tunel

Elicea sistemului de guvernare prova trebuie plasată în planul diametral al navei, în special în cazul tunelelor scurte. Cu cât sunt mai lungi tunelele cu atât va fi mai mic efectul unei poziționări în afara planului diametral. Consecințele unei amplasări în afara planului diametral vor fi o solicitare neuniformă, zgomote și vibrații crescute.

Canalul de compensarea a presiunii

Când nava se deplasează cu viteză mică efectul sistemului de guvernare cu jet transversal din prova este puternic diminuat din cauza efectului de sucțiune creat pe bordaj înapoia zonei de aspirație.

Montarea unei tubulaturi de compensare a presiunii reduce efectul în zonele de sucțiune și permite folosirea efectivă a instalației de guvernare cu bowthruster până la viteze de 4-6 Nd și marș înainte.

Parametri

Parametrii care pot caracterizeaza o instalație de guvernare cu jet transversal depind de:

– dimensiunile și tipul navei unde aceste instalații sunt amplasate;

– locul de amplasare: pupa sau prova;

– presiunea pe care trebuie să o realizeze.

Toate acestea sunt exemplificate cu ajutorul imaginii de mai jos:

În exemplul ales sunt prezentate valorile parametrilor pentru două variante de antrenare, cu

Fig.3.5.2

motoare de putere diferite. Tabelul mai conține informații despre:

– debitul de apă care poate fi vehiculat de propulsor în unitatea de timp;

– puterea realizată, în CP si kw;

– presiunea jetului de apă, în bar;

– greutatea totală a ansablului;

– dimensiunile de gabarit;

– materialele din care este realizat mecanismul.

Graficul de mai sus prezintă situațiile recomandate pentru utilizarea modelului de thruster din exemplu; în funcție de variațiile a doi parametri: viteza vântului și mărimea suprafeței velice a navei.

Funcționare

Aceste instalații asigură un control precis al deplasării navelor cu viteză foarte mică în cele mai dificile condiții de acostare/andocare sau treceri prin locuri periculoase.

Fig.3.53

Navele echipate cu bow thruster au semne distincte deasupra liniei de plutire în dreptul fiecărui propulsor, în ambele borduri. Aceste semne simbolizează eliciile de manevră într-un cerc de culoare albă.

În unele cazuri instalații similare sunt amplasate și în pupa navei, înaintea tubului etambou (stern thruster).

Un stern thruster este un mecanism plasat în pupa unei nave, pentru a îmbunătăți manevrabilitatea acesteia. Construcția și funcționarea este similară cu cea a bowthruster-ului.

Fig.3.54

Fig.3.5.4

Datorită performanțelor pe care le conferă navelor pe care sunt instalate sistemele de guvernare cu tunel transversal sunt utilizate din ce în ce mai mult începând cu navomodelele, ambarcațiuni de agrement, nave de servitute, nave comerciale etc.

Thruster cu tunel transversal

Este o variantă constructivă cea mai răspândită. În alcătuirea lor intră elemente construite după principiile cele mai avansate în ceea ce privește hidrodinamica navală. Astfel sunt utilizate elemente specifice instalațiilor de propulsie principale cum ar fi: elicii cu geometrie caracteristică, sisteme cu câte două elicii, antrenarea eliciilor din grup în același sens sau în sensuri diferite etc, precum și o serie de elemente care nu se regăsesc în cadrul sistemelor de propulsie navală dar sunt utilizate la bordul navelor în alte scopuri.

Astfel, în imaginea alăturată este prezentată o variantă de thruster cu tunel drept în care sunt montate două propul-soare care se rotesc în sensuri contrare deși acționează simultan pentru obținerea aceluiași efect. O astfel de variantă constructivă este mai complicată, din punct de vedere constructiv, decât varianta în care antrenarea ambelor propulsoare s-ar face în același sens.

Fig.

Avantajul oferit de antrenarea în sensuri diferite face să determine optarea pentru această variantă constructivă. Se știe că o elice aflată în funcțiune imprimă masei de apă pe care o antrenează o mișcare circulară cu aspectul unei spirale. În acest fel o parte din energia transmisă de propulsor apei se pierde prin parcurgerea de către aceasta a unei distanțe mai mari într-un spațiu mai mic decât dacă deplasarea s-ar fi făcut în linie dreaptă.

În cazul instalației prevăzută cu două propulsoare ce se rotesc în sens contrar efectul de înscriere a masei de apă împinsă de prima elice pe traiectoria unei spirale este anulat de sensul mișcării imprimat de cea de a doua elice. Ca urmare a acestui fenomen masa de apă care iese din tunel se deplasează rectiliniu, perpendicular pe planul diametral al navei, iar efectul actiunii instalatiei este amplificat, în comparație cu efectul obținut de o instalație asemănătoare din toate punctele de vedere dar cu o singură elice.

Sistemul fără tunel transversal (azimutale)

Mai jos sunt prezentate două modele de sisteme de guvernare prova care pot orienta jetul nu numai transversal , întâlnite în construcția navelor de servitute (imagienea din stanga) și la ambarcațiunile de agrement (imaginea din dreapta).

Când nava prevăzută cu o astfel de instalație se află în marș întregul mecanism este blocat într-un spațiu special destinat din partea cea mai de jos a navei. Apărătoarea de la partea inferioară se încadrează perfect în geometria operei vii a navei astfel încât rezistența hidraulică nu crește deloc în comparație cu situația când ar lipsi acest echipament.

Fig.

Când este în poziția de funcționare (in partea cea mai de jos) propulsorul se poate roti cu 360 grade în jurul axei verticale a mecanismului de coborâre astfel încât poate orienta jetul în orice direcție. Când nu este nevoie de acesta ,mecanismul de poziționare ridică propulsorul în locașul din corpul navei. Când sistemul este coborât în poziția de funcționare , nava poate să se depalaseze cu o viteză de cel mult 6 noduri fără ca efectul instalație transversale să se diminueze.

Peste această viteză, randamentul instalație de guevrnare cu jet transversal scade simțitor.

Pentru că locul tunelului este luat de o duză, pentru a delimita și orienta jetul format cât mai bine, după cum se poate observa și în imaginile de mai sus protecția catodică este asigurată prin plasara unor anozi de sacrificiu la exteriorul duzei.

Sistemul combinat: propulsor – în tunel și azimutal

Propulsorul poate funcționa în două condiții distincte:

ca parte componentă a unui sistem bowthruster, în tunel, caz în care se pot obține numai jeturi de apă pe direcții perpendiculare pe planul diametral al navei;

ca propulsor azimutal, caz în care ansamblul propulsor/segment tunel coboară sub nivelul chilei iar jetul realizat putând fi orientat în orice direcție datorită pivotării propulsorului în jurul axului vertical al transmisiei;

Sursa de energie în acest caz o constituie motorul electric plasat la partea superiaoră a întregului ansamblu.

Plasarea electromotorului la partea superioară a lanțului cinematic care face legătura cu propulsorul elimină necesitatea utilizării unor axe sofisticate de transmitere a mișcării de rotație și o mai bună manevrabilitate în cazul coborârii/ridicării ansamblului mobil. Totodată este eliminată și transmisia cu roți dințate de la partea superioară, dintre electromotor și axul la care este cuplat.

Fig.

Sistemul“silentioasa”

Aceste variante constructive fac parte din categoria EPS thruster (Electrical Propulsion Thruster) și sunt destinate în mod deosebit ambarcațiunilor de agrement și navelor de pasageri.

Permit reducerea nivelului de zgomot de la 75-88 dB, care este nivelul normal pentru cabine, cu până la 15 dB. În combinație cu alte măsuri constructive nivelul poate să scadă chiar și cu până la 20-25 dB.

Fig.

Raportul dintre putere, performanță, zgomot, greutate ,robustete este foarte favorabil acestei variante constructive. Lipsa angrenajelor și arborelui portelice reprezintă un mare avantaj.

Paletele, amovibile, sunt fixate pe un inel, la exteriorul lor, asemanator cu un butuc de roată. Modul de fixare a paletelor permite o mai bună întreținere sau reparație.

Reducerea nivelului de zgomot a determinat și o reducere considerabilă a vibrațiilor produse de sistemele de guvernare cu jet transversal.

Fig.

Avantajele oferite de această variantă constructivă sunt:

un bun raport între putere și performanțele tehnice;

nivel de zgomot extrem de scăzut;

o putere mai mare la o secțiune transversală similară;

construcție simplă și solidă;

lagăre ceramice de înaltă performanță;

greutate scăzută;

construcție foarte compactă.

Antrenarea arborilor port-elice orizontali

La majoritatea instalațiilor de guvernare cu jet, de tip bow/stern thruster sursa de energie este plasată undeva deasupra tunelului, într-un compartiment specil.

În cazul transmisiilor mecanice lanțul cinematic care permite transmiterea mișcării de la sursa de energie la propulsor poate fi format din 1 – 3 arbori, fiecare dintre aceștia lucrând în câte un plan (orizontal/vertical/orizontal).

Transmiterea mișcării între acețti arbori se face prin:

cuplaje cardanice;

prin roți dintate conice.

Acolo unde arborele portelice este coaxial cu tunelul în care aceasta lucrează întotdeauna transmiterea mișcării se face prin intermediul roților dințate conice iar arborele este sprijinit de lagăre de rostogolire de tipul radial/axial cu role tronconice.

Daca elicea este cu pas reglabil atunci mecanismul din tunel este mult mai complex.

Instalatia de guvernare prova tip OMEGA JET

Acest tip de instalație, fabricat în Olanda, poate echipa nave fluviale (ex. impingatoarele „Mercur”, „Sidex 2” etc.) sau nave maritime (ex. draga „Dunarea”) și au marele avantaj că pot fi utilizate eficient și la deplasarea navei cu toată viteza, spre deosebire de sistemele la care elicea este plasata în tunelul orizontal.

Sursa de energie a acestei instalații este un motor cu ardere internă. Propulsorul, montat pe un ax vertical, și este pus în mișcare de motorul cu ardere internă prin intermediul unei transmisii cu ax cardanic și a unui grup de pinioane conice care favorizează schimbarea direcției mișcării cu 90.

Fig.

În imaginea alăturată este prezentat ansamblul instalație de guvernare prova amplasat și partea componentă a carenei, zona prova, bulbul, unde este amplasat respectivul mecanism.

Extremitatea imersă prova a navei are o construcție specială care favorizează crearea a cinci canale de circulație a apei sub influența acțiunii propulsorului. Dispunerea și forma acestor canale sunt prezentate în urmatoarle trei imagini.

În imaginea „a” este prezentată o secțiune transversală prin prova navei, în lungul axului tunelului transversal.

Conform imaginii apa aspirată de sub chilă este refulată lateral.

Fig.

În imaginea „b” este prezentată o secțiune prin planul diametral al navei.

Sunt evidențiate direcțiile de aspirație a apei și cele două direcții posibile de refulare:

către prova – în cazul deplasării navei către înapoi;

către pupa – în cazul deplasării navei către înainte.

Fig.

În imaginea „c” este prezentată o vedere de sus rezultată că urmare a secțiunii prin zona prova a navei, cu un plan orizontal ce trece prin axa tunelului transversal.

Fig.

În imaginea următoare sunt prezentate elementele componente ale unei astfel de instalații de guvernare montate pe împingătoare fluviale.

Fig.

Fig.

În imaginea următoare este prezentată schema cinematică a mecanismului de guvernare prova cu jet transversal a căror principale elemente componente sunt:

motorul cu ardere internă – ca sursă de energie;

cutia angrenajului de roți dințate conice;

mecanismul care asigură orientarea tamburului de dirijare a jetului de apă;

tamburul de direcționare a jetului de apă;

Fig.

Fig.

Avantajele și dezavantajele sistemului Omega Thruster

forța de împingere – 8 – 8,5 kg/hp

timpul de bandare dintr-un bord în altul – 7 sec

sens unic de antrenare a elicei, deci mecanism de antrenare simplu din punct de vedere constructiv.

funcție de direcția orientării jetului de apă sistemul poate fi utilizat ca frână în deplasarea navei

părțile mobile sunt bine protejate sub apă;

perfotmanțe optime la 250 – 300 mm pescaj.

Bow thrusterele ușurează acostarea navelor din moment ce ele pot asigura girarea navei chiar și în atunci când acestea nu inaintează și în unele cazuri permit acostarea fără asistența remorcherelor de manevră, realizând astfel importante economii financiare.

tunelele transversale provoacă o creștere a rezistenței la înaintare a corpului navei și de aceea zonele de intersecție a tunelului cu opera vie sunt de o construcție specială sau cele două orificii sunt obturate (dacă navele se deplaseaza cu viteze mari).

Protecția catodică

Problemele cu coroziunea sunt amplificate de deosebirile dintre materialele folosite la construcția corpul navei și cele folosite la construcția tunelului sistemului de guvernare transversală și rămân nerezolvate deoarece ies din sfera de interes a sistemelor ICCP convenționale (Protectie Catodica prin Curent Imprimat).

Există două modalități de protecție catodică a materialelor afectate de acest fenomen:

– galvanic sau prin sistem cu anod de sacrificiu;

– sistem ICCP;

Cu toate că vopselele moderne asigură o protecție anticorozivă a corpului navelor ele rareori sunt soluția cea mai eficientă.

De aceea foarte mulți constructori de nave aleg să combine protecția prin vopsire cu instalarea unui echipament de protecție catodică care poate compensa automat deteriorările apărute în corpul navei. Acesta realizează o mai bună eficiență și trainică protecție împotriva coroziunii.

Protecție anticorozivă minimă: sistemul asigură o monitorizare completă a potențialului electric din jurul carenei și reglarea automată a parametrului de ieșire la anod.

Lucrări de intreținere minime: anozii sistemului ICCP rezistă până la 20 de ani, spre deosebire de anozii de sacrificiu care trebuie înlocuiți la fiecare andocare.

-o mai mare eficiență: eficacitatea sistemului poate fi ușor verificată prin accesarea afisajului digital de pe panoul de control.

-greutate mai mică și o rezistență mai mare decât sistemul tradițional de protecție cu anozi de sacrificiu.

Fig.

Împământarea axului și monitorizarea pot fi încorporate în instalație pentru a evita riscurile cauzate de coroziunea lagărelor/rulmenților.

Modalități de comandă a instalațiilor de guvernare cu jet transversal

Modalitățile de comandă diferă în funcție de dimensiunile instalației, de locul de amplasare, de tipul de navă/ambarcațiune etc.

Gradul de complexitatea este diferit, în funcție de gradul de automatizare impus. Astfel cele mai simple elemente de comandă sunt joystik-urile care intră în configurația instalațiilor care echipează ambarcațiunile mici.

Fig.

Aceste echipamente de comandă sunt ușor de mânuit și pot fi utilizate individual sau pot face parte din sistemele de monitorizare integrată, alarmare și control cu care nava este echipată.

Pot fi de asemenea conectate cu sistemele moderne de creștere a gradului de siguranță în activitatea de transport maritim: VDR (Voyage Data Recorder) care vor deveni obligatorii pentru nave după data de 01 iulie 2006, ECDIS (Integrated Navigation & Bridge Systems).

Fig.

Întreținerea instalației de guvernare

Exploatarea instalațiilor se va face conform instrucțiunilor din cartea tehnică. Se va acorda o mare atenție gresării tuturor articulațiilor, bolțurilor de legătură dintre pârghiile instalației care sunt prevăzute cu ungătoare, articulațiilor cilindrilor hidraulici, porțiunea axului la trecerea prin sistemul de etanșare.

O foarte mare atenție trebuie acordată filtrării agentului hidraulic deoarece impuritățile antrenate de lichid pot frâna mișcarea sertărașelor distribuitoarelor, deci reduc timpii de executare a mișcării comandate sau pot produce blocarea elementelor mobile în diferite poziții fapt ce poate avea consecințe grave asupra guvernării .

Periodic instalația va fi inspectată pentru depistarea pierderilor de agent hidraulic (inșurubări slăbite, furtune sparte, etc.)

Întreținerea sistemelor de guvernare prova

Pentru a asigura o durată de exploatare cât mai lungă a bowthruster-eleor, este recomandat să se respecte următoarele recomandări:

1.echipamentul trebuie menținut curat astfel încât scurgerile de ulei/sau alte defecțiuni să poată fi imediat descoperite;

2.să se completeze numai cu tipul de ulei recomandat, cu o pâlnie adecvată;

3.se va verifica starea și nivelul uleiului în fiecare zi;

4.se va acoperi cu vaselină toate părțile care pot fi supuse coroziunii;

5.se vor respecta întocmai instrucțiunile din cartea tehnică;

6.se vor utiliza componente originale pentru reparații;

4.PROIECTAREA UNEI INSTALAȚII DE GUVERNARE DE TIP BOWTHRUSTERS

Pentru proiectarea unei instalații de guvernare și propulsie de tip azimutal este nevoie a se determina puterea de propulsie a navei care este dotată cu o astfel de instalație.

Așa cum putem întâlnii în practică navele dotate cu astfel de instalații sunt de regulă nave mici cu prova înclinată de tip remorcher sau împingător care navigă în locuri greu accesibile (ex.în rada porturilor).

Privind proiectarea unei instalații de tip Bowthrusters, trebuie calculată puterea de propulsie necesară guvernării și deplasării navei, date care se referă la:

-rapoartele dintre dimensiuni;

-calculul coeficienților de finețe;

-deplasamentul navei;

-calculul de rezistență la înaintare;

-puterea efectivă;

-puterea indicată.

Pentru calculul puterii de propulsie am ales un împingător fluvial cu următoarele caracteristici:

a) Lungimea maximă de,Lmax = 34,60m;

b) Lungimea maximă de plutire la pescaj,L = 33m;

c) Lungimea maximă, Bmax = 11,20 m;

d) Lățimea de calcul, B = 11m.

e) Înălțimea de construcție:

-în zona centrală D = 2,80 m;

-în zona pupa D1 = 3,20 m;

f) Pescaj maxim, Tmax = 2 m;

h) Cota de la linia de bază a punctului fix minim, hmin = 9 m;

a punctului fix maxim hmax = 10,60 m;

i).Motoare principale: 2·1200 CP, tip 6 CDSR 28J (K).

Rapoartele între dimensiunile navei

Cunoscând dimensiunile principale ale navei vom stabili principalele rapoarte între aceste dimensiuni, care ne indică capacitatea de navigație în condiții de siguranță, fără a pune în pericol stabilitatea și flotabilitatea acesteia.

Analizând principalele rapoarte între dimensiuni vom ajunge la următoarele concluzii :

1. (4.1)

ÎntrucâtL/B = 3,rezultă că nava analizată dezvoltă o viteză mică de propulsie,dar are în același timp o bună manevrabilitate, precum și o bună stabilitate de drum.

Viteza mică se datorează indicelui L/B = 3, care este mai mic decât indicele mediu L/B cuprins între 4 și 14.

2. (4.2)

Știind că acest raport are valori cuprinse între , rezultă că nava are o rezistență longitudinală bună, fapt ce reflectă o bună siguranță în navigație.

3. (4.3)

Acest indice reflectă rezistența transversală a stabilității navei.

Cunoscând faptul că , rezultă că nava are o bună stabilitate.

4. . (4.4)

Un indice , ne arată o bună stabilitate a navei în ape relativ adânci.

Calculul coeficienților de finețe

Coeficienții de finețe se pot deduce din diagrama de carene drepte a navei și se pot utiliza ca mijloace de control pentru diferite stări de încărcare ale navei.

1.Coeficientul de finețe al plutirii α, reprezintă raportul dintre aria secțiunii lingitudinale a navei la nivelul liniei plutirii WL și aria dreptunghiului circumscris.

(4.5)

m2

2.Coeficientul de finețe al secțiunii maestre

(4.6)

3.Coeficientul de finețe blocsau coeficientul de deplasament

, (4.7)

unde:

V – volumul carenei;

LW – lungimea navei;

B – lățimea navei;

T – pescajul.

(4.8)

=> volumul carenei V = 0,7·33·11·2

V = 508,2 m3.

Deplasamentul

Putem spune că deplasamenul se definește prin:

a) deplasamentul navei goale (deplasamentul ușor) este reprezentat de deplasarea navei și construite fără provizii, încărcătură, greutăți moarte, combusiili, materiale consumabile;

b) deolamentul navei încărcate (deplasamentul greu) este reprezentat de deplasamentul navei goală la care se adugă încărcătura până la limita de încărcare, a bordului liber vara.

Diferența dintre deplasamentul navei încărcate și deplaamentul ușor se numește dedwite (dw) și reprezintă capacitatea de încărcare a magaziilor și rezervoarelor navei.

Caracteristică a deplasamentului navei este și tonajul care este o caracteristică de volum.

Deplasamentul navei se stbilește cu formula:

Se definește ca fiind greutate volumului de apă dislocuit de navă. El este numeric egal cu greutatea navei și se măsoară în tone forță (t/f).

_ greutat specifică a apei;

= 1t/m3, pentru apă dulce;

= 1,025t/m3 pentru apă sărată.

Δ – volumul carenei navei.

Un deplasament de plină încărcare pe care îl are nava înainte de plecare, corespunde unei plutiri de plină încărcare, după ce au fost încărcate mărfurile, combustibilul rezerva de apă etc.

Deplasamentul unei nave gata de plecare are mai multe componente:

Pc – greutatea corpului navei;

Pm – greutatea mașinilor de forță, a generatoarelor, liniilor de arbori, elice, caldarine, conducte de alimentare, macarale, instlații de ancorare, instalații de ridicare etc.;

Pu – greutatea încărcăturii utile, formată din greutatea mărfurilor transportate, sau a echipamentelor și rezervelor de alimente și apă;

Pech – greutatea membrilor ehipajului echipați cu bagaje, apă, mâncare etc.;

Pcu – greutatea combustibililor și lubrifianților.

Rezistența la înaintare

Rezistența la înaintare este reprezentată de rezistența pe care o întâmpină nava în marș din partea mediului în care se deplasează.

Rezistența totală la înaintare are un rol determinant asupra stabilirii puterii mecanice de propulsie pe care trebuie să o dezvolte instalația de propulsie a navei în scopul deplasării acesteia.

Rezultant la î naintare este influiențată de o multitudine de factori:

regimul de curgere al apei, determinat de viteza de curgere;

starea suprafeței corpului navei;

viteza de deplasare a navei;

adâncimea la care are loc deplasarea corpului navei;

configurația șenalului navigabil;

starea de încărcare a navei;

factorii fizico-chimici ai navigației.

Asupra navei care se deplasează în mediul fluid cu o anumită viteză, acționează mai multe categorii de forțe:

forțe de greutate ;

forțe hidrostatice;

forțe de inerție a masei navei și a apei antrenate în mișcare;

forța de împingere a propulsorului.

Rezistența totală la înaintare este suma tuturor forțelor de rezistență la care este supusă coca navei.

1.Rezistența de frecare reprezintă rezultanta forțelor de frecare exercitate de apă asupra navei.

(4.9)

unde:

Kc=1,03, coeficientce ține seama de:-

–

– densitate apei 1….1,025·103 Kg/m3;

V – viteza navei;

S – suprafața udată a carenei.

S = L(1,37·T+δ·B) (4.10)

S = 33 (1,37·2+ 0,7·11) = 33·10,44 = 344,52 m2

2. Rezistența reziduală

Rr=Rv + Ra + Rw + Raer (4.11)

a). Determinarea rezistenței de formă Rv

(4.12)

(4.13)

– -coeficient de formă;

– = 1000 g/cm3, reprezintă greutatea specifică a apei dulci;

– v = 5 m/s, reprezintă viteza de propulsie a navei;

– S = 344,52 m2, ce reprezintă suprafața udată a navei;

– AM = β·B·T = 22 m2, ce reprezintă aria secțiunii maestre.

N

b). Determinarea rezistenței la val. RW:

(4.14)

– coeficientul de rezistență la val.

Calculăm nr.Froude cu ajutorul relației:

c). Determinarea rezistenței apendicilor

(4.15)

-, coeficientul apendicelui la nave cu apendici obișnuiți.

-, la navele cu apendici mari.

Apendicii măresc rezistența la înaintare a navei cu %.

Luăm în calcul,

Ra = 0,35·10-3·1000··344,52 = 1507 N

d). Determinarea rezistenței aerulu:

(4.16)

unde:

caer = 0,5, coeficient;

ρaer = 1, densitatea specifică a aerului;

SV = 20% din S, suprafața velică care este 20% din suprafața udată a carenei navei;

Vaer = 0;

V = 5 m/s.

Sv = 69 m2.

Raer = 0,5·0,5·69·52 =431 N.

Calculăm rezistența totală la înaintare:

RT = Rf + Rv + Rw + Ra + Raer.(4.17)

RT =9431 + 12919 + 4307 + 1507 + 431 = 28595 N.

Fiind găsită rezistența totală la înaintarea navei, vom determina puterea instalației de propulsie a navei. Pentru a putea învinge rezistența totală la înaintarea navei trebuie să i se imprime o forță cel puțin egală și de sens contrar.

Puterea corespunzătoare lucrului mecanic efectuat de această forță în unitatea de timp, reprezintă puterea de remorcare:

P = RT·v [W] (4.18)

P = 28595·5 =>P = 142975 W => P = 143 kW

Puterea efectivă PE la arborele motorului va fi mai mare, deoarece intervin o serie de pierderi.

, (4.19)

unde:

PE – este puterea efectivă la arbore , în w;

RT – reprezintă rezistența totală la înaintare, în N;

η – randamentul elicei; η = 0,3 – 0,7.

Luăm în calcul η = 0,6.

ηW – randamentul transmisiei prin axe:

η = 0,98

ηZ = randamentul angrenajelor:

ηz = 0,94.

PE = 260 Kw

sau

PE = 354 CP.

Puterea indicată se poate calcula cu formula:

, formula amiralității, în care:

Pi – puterea indicată a mașinii de forță, în CP.

Δ – deplasamentul navei în tf;

V – viteza navei în Nd;

C – coeficientul amiralității.

Puterea indicată este mai mare decât cea de la arbore datorită faptului că intervin pierderi și în interiorul mașinii, evaluate prin randamentul mecanic ηm.

Se adoptă ηm = 0,8.

Astfel:

()

Pi = 325 Kw

sau Pi = 442 CP

1. Puterea de remorcare

Pe = 1,36·RT·V [CP]

Pe = 1,36·28595·5 = 194446 W

Pe = 194 CP

unde:

RT – rezistența totală la înaintare, în KN;

V – viteza navei în m/s.

2. Puterea primită de elice va fi

()

()

unde: ηd = 0,6

Pd = 117 CP

3. Puterea la axul port elice

, ()

unde:

ηS – randamentul liniei axiale;

Pd – puterea primită de elice;

PS – puterea primită de axul port – elice, de la dispozitivul de inversare al sensului de rotație.

, ()

Ps = 246,5 kW sau Ps = 335 CP

Puterea efectivă la flanșa mașinii principale

unde:

Pb – este puterea primită de la flanșa mașinii principale.

()

randamentul de propulsie, în care:

– randamentul total al propulsiei;

– randamentul elicei;

– randamentul transmisiei prin axe;

– randamentul produs la flanșa mașinii;

– randamentul mecanic al mașinii;

În concluzie puterea indicată necesară propulsiei navei descrise este:

Pi = 325 kW sau Pi = 442 CP.

CONCLUZII

Majoritatea navelor care se construiesc la ora actuală sunt prevăzute și cu instalații speciale de propulsie/guvernare plasate la extremitățile prova și pupa deoarece acestea conferă nenumărate avantaje:

creșterea gradului de siguranță a manevrelor executate cu sau fără asistență din partea remorcherelor;

scăderea numărului de remorchere care asigură asistența la manevrele executate în porturi;

reducerea riscului avarierii corpului navei la manevrele de acostare;

creșterea preciziei de executare a manevrelor chiar și la navele foarte mari;

ușurează deplasarea laterală, în „crab”, ușurând manevra de acostare chiar și în cazul prezenței vântului travers, de la cheu.

creșterea vitezei de girație și reducerea timpului de efectuare a manevrelor.

alegerea puterii și tipului instalației montată în tunelul prova depinde de performanțele pe care trebuie să le satisfacă nava și de mărimea „suprafeței velice” și de celelalte calități nautice ale acesteia.

modalitatea tehnica de antrenare a propulsoarelor montate in instalatiile bowtrhuster si sternthruster depinde de tipul de energie, electrica/hidraulica, care se preteaza cel mai bine tipului de navă, ținând cont că la bordul unor nave cu particularități constructive/destinații speciale sunt preferate anumite modalități de punere în funcțiune a instalațiilor de la bord.

BIBLIOGRAFIE