Calculul instala țiilor hidraulice de la bordul unei navei tanc [613954]

Universitatea Maritim ă Constan ța
Facultatea de Electromecanic ă Naval ă
Tehnici Avansate De Inginerie Mecanic ă

Proiect la M.C.
Calculul instala țiilor hidraulice de la bordul unei navei tanc

Coordonator știin țific:
Conf. Univ. Dr. Ing. Novac Iordan

Student: [anonimizat]
2018

5

CAPITOLUL 1. ANALIZA STUDIULUI ACTUAL ȘI AL
TENDIN ȚELOR NAVELOR TANC

1.1. CLASIFICAREA NAVELOR TANCURI PETROLIERE

Conform site-ului http://www.vesseltracking.net/article/biggest-oil-t ankers navele tanc
se clasific ă dup ă lungimea acestora conform figurii de mai jos:

Figura 1.1. Clasificarea navelor tanc
[Sursa: http://www.vesseltracking.net/article/biggest-oil-t ankers ]

Conform Global Crude Oil Tanker Industry Outlook, 2012 – Ca pacity and
Specifications of All Active and Planned Crude Oil Tankers to 2014, navele de tip tanc se
clasific ă în func ție de capacitatea navei: small, handysize, handyma x, panamax, aframax,
suezmax,VLCC, ULCC. Prezentarea navelor pe dimensiu ni se va prezenta în tabelului
urm ător.

6
Tabelul 1.1. Prezentarea dimensiunilor navelor de t ip tanc
[Sursa: Global Crude Oil Tanker Industry Outlook, 2 012 – Capacity and
Specifications of All Active and Planned Crude Oil Tankers to 2014]
Tipul tancului Dimensiuni Tonajul navei
Small – pân ă la 10.000 tdw
Handysize
Pescaj pân ă la
aprox. 10 m
10.000 – 30.000 tdw
Handymax
Lungimea navei
aprox. 180 m
30.000 – 55.000 tdw
Panamax
Lățimea navei egal ă cu …
Lungimea maxim ă a navei pân ă la….
(în func ție de facilit ățile portului)
Lungimea maxim ă a navei pân ă la….
(în func ție de posibilit ățile canalului)
Pescajul navei maxim
32,2/32,3 m
228,6 m

289,6 m

12,04 m

60.000 tdw – 75.000 tdw
Aframax
AFRA – Rata navlului Asocia ției
Americane
Lățimea navei

aprox. 41 – 44 m

80.000 tdw – 120.000 tdw
Suezmax
Pescajul navei pân ă la…
Lățimea navei pân ă la…
Pescajul × l ățimea pân ă la…
Lungimea maxim ă pân ă la
21,3 m
70 m
aprox. 820 m 2
500 m

125.000 tdw – 170.000 tdw
VLCC – Very Large Crude Carrier
Lungimea maxim ă pân ă la…
300 m
250.000 tdw – 320.000 tdw
ULCC – Ultra Large Crude Carrier – Peste 350.000 tdw

7
1.2. DEZVOLTAREA TRANSPORTULUI MARITIM PETROLIER

Conform Statisticile UNCTAD, bazate pe revista “Petrolul Br itanic, 2016 în 2015,
petrolul a r ămas combustibilul principal pentru 1/3 din consumul global de energie. Sus ținut
de aceste dezvolt ări comer țul mondial de petrol nerafinat a crescut cu 3,8% în 2015, fa ță de
2014, cantitatea total ă ajungând la aproximativ 1,77 miliarde de tone (Tab elul 1.2).

Extrac ția de petrol la nivel mondial Consumul de petrol la nivel mondial
Asia de Vest 32 Asia-Pacific 34
America de Nord 19 America de Nord 23
Economii în dezvoltare 15 Europa 13
SUA 11 Asia de Vest 11
Africa 10 SUA 9
Asia-Pacific 9 Economii în dezvoltare 6
Europa 4 Africa 4
Capacit ățile rafin ăriilor petrolifere Mărfuri petrolifere prelucrate
Asia-Pacific 33 Asia-Pacific 34
America de Nord 21 America de Nord 22
Europa 15 Europa 16
Asia de Vest 10 Asia de Vest 10
Economii în dezvoltare 9 Economii în dezvoltare 8
SUA 8 SUA 7
Africa 4 Africa 3
Tabelul 1.2. Produc ători și consumatori importan ți de petrol și gaze naturale, 2015 (procent
din cota de pia ța)
[Sursa: Statisticile UNCTAD, bazate pe revista “Pet rolul Britanic, 2016]

Investi ția, dezvoltarea și expansiunea infrastructurii transportului maritim
În anul 2016 un num ăr de proiecte privind investi ția, dezvoltarea și expansiunea
infrastructurii transportului maritim au fost anun țate, demarate sau completate cu scopul
îmbun ătățirii conectivit ății, consolid ării accesului c ătre furnizorii și consumatorii și autoriz ării
comer țului. Conform Statisticilor UNCTAD, bazat pe informa ții de la Cercetarea
“Clarksons” Republica Coreean ă a produs cele mai multe nave tanc petrolier din lu me cu
4781 fa ță de 2872 produse de China și 892 nave produse de Japonia.

Tabelul 1.3. Liv rarea de nave noi în func
[Sursa: Statisticile
China
Tancuri petroliere 2872
LNG/LPG 119
Tancuri chimice 150
Nave Offshore 860
Figura 1. 2
[Sursa: Statisticile UNCTAD, bazat pe informa
Figura 1.
[Sursa: Statisticile UNCTAD, bazat pe informa 01000 2000 3000 4000 5000
China
020 40 60 80 100 120 140 160 180 200
China
8 rarea de nave noi în func ție de principalele tipuri de nave
[Sursa: Statisticile UNCTAD, bazat pe informa ții de la Cercetarea
China Japonia Republica
Coreean ă Filipine
2872 892 4781 –
119 667 3426 –
150 193 185 –
860 48 1488 –
2. Evolu ția construc ției navelor tanc petrolier
UNCTAD, bazat pe informa ții de la Cercetarea “ Clarksons
Figura 1. 3. Evolu ția construc ției navelor tanc chimic
UNCTAD, bazat pe informa ții de la Cercetarea “ Clarksons
Japonia Republica
Coreeană Filipine Restul lumii
Japonia Republica
Coreeană Filipine Restul lumii
ie de principalele tipuri de nave și tara de
construc ție
ii de la Cercetarea “Clarksons”]
Restul
lumii Total
mondial
425 8970
14 4227
14 4227
996 3391

Clarksons ”]

Clarksons ”] Restul lumii
Restul lumii

Figura 1.
[Sursa: Statisticile UNCTAD, bazat pe informa
Figura 1.
[Sursa: Statisticile UNCTAD, bazat pe informa 0500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
China
0200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
China
9 Figura 1. 4. Evolu ția construc ției navelor LNG/LPG
UNCTAD, bazat pe informa ții de la Cercetarea “ Clarksons
Figura 1. 4. Evolu ția construc ției navelor Offshore
UNCTAD, bazat pe informa ții de la Cercetarea “ Clarksons
Japonia Republica
Coreeană Filipine Restul lumii
LNG/LPG
Japonia Republica
Coreeană Filipine Restul lumii

Clarksons ”]

Clarksons ”]
Restul lumii
Restul lumii

10 CAPITOLUL 2. SCURT Ă DESCRIERE TEHNIC Ă A NAVEI. STUDIU DE
CAZ

2.1. PREZENTAREA GENERAL Ă PRINCIPALELOR ELEMENTE DE OSATUR Ă

Deadweight-ul din tema de proiectare este caracteri stic tancurilor din gama
dimensiunilor mari pentru acest tip de nav ă. De obicei, navele din aceast ă categorie sunt gândite
să poat ă transporta, pe lâng ă produsele chimice amintite, produse petroliere raf inate („produse
albe”) sau chiar țiței, situa ție în care sunt prev ăzute și cu instala ție de gaz inert. Date fiind
caracteristicile speciale ale m ărfii (o mare varietate de sortimente, unele incompa tibile fizic sau
chimic), tancurile de marf ă sunt complet separate în operare (pe lâng ă pere ții de divizare,
instala țiile de manipulare a m ărfii au trasee și echipamente complet independente). Astfel,
fiecare tanc de marf ă are pomp ă de marf ă proprie și tubulaturile aferente sunt complet separate
(de la manifold pân ă la sorburile din tancuri).
Prin urmare, nava prototip aleas ă (Fig. 2.1.) este o nav ă tip product carrier având un
deadweight de 51000 tdw (în func ție de pescajul alocat), destinat ă s ă transporte produse
combinate, inclusiv țiței. Nava este de tip double hull (coc ă dubl ă), solu ție constructiv ă ce a
devenit actualmente obligatorie pentru tancuri în g eneral. Tancurile de marf ă sunt amplasate pe
dou ă șiruri în zona central ă (6 perechi), în coca dubl ă fiind amplasate tancurile de balast sau
coferdamuri pentru vizitarea structurii interioare. Teuga ca suprastructur ă lipse ște ca atare,
protec ția în zon ă fiind asigurat ă de selatur ă și de un parapet supraîn ălțat. Suprastructura ce
con ține amenaj ările de locuit (castelul) este amplasat la pupa, de desubt fiind localizat
compartimentul de ma șini.

Figura 2.1. Nava aleas ă

11 Nava a fost proiectat ă și construit ă în sistem longitudinal de osatur ă cu osatura înt ărit ă
sub form ă de coaste cadru.
Osatura din dublu fund este format ă din:
− Supor ți laterali și centrali;
− Varange etan șe;
− Varange cu inim ă;
− Longitudinale de fund;
− Longitudinale de dublu fund.
Osatura bordajului este în sistem de osatur ă transversal este format ă din:
− Longitudinale de bordaj;
− Stringheri de bordaj;
− Coaste cadru.
Osatura pun ții principale este format ă din longitudinale de punte și curen ți de punte,
curen ții longitudinali de sub punte asigurând continuitat ea structurii longitudinale în
coresponden ța structurii de la extremit ăți (picuri și compartiment ma șini).
Pere ții transversali etan și sunt în num ăr de 9 fiind continuu din bord în bord (în zona
central ă precum și în coca dubl ă), structura acestora fiind înt ărit ă cu montan ți. Pere ții delimiteaz ă
picurile prova și pupa, compartimentul de ma șini precum și tancurile de marf ă, balast și
compartimentul pompe.
Zona de naviga ție este nelimitat ă. Nava este destinat ă să navigheze în regiuni având o
mare varietate de condi ții climatice (de la clim ă temperat ă și rece pân ă la zone tropicale), putând
naviga de asemenea și în zone cu ghe țuri sparte.
Autonomia navei este de aprox. 20.000 Mm la cca. 90% din puterea motorului principal
(90 % MCR) și la viteza de serviciu de 15 Nd .

2.2. PREZENTAREA PRINCIPALELOR DIMENSIUNI ALE NAVEI

Conform documenta ției tehnice a navei principalele dimensiuni ale ace steia sunt:
Lungimea maxim ă………………………………………. Lmax = 183,00 m
Lungimea între perpendiculare…………………………… Lpp = 173,90 m
Lățimea …………………………………………………… B = 32,20 m
Pescajul…………………………………………………… T = 13,077 m
Înălțimea de construc ție……………………………………. H = 19,10 m
Deadweight-ul…………………………………………… . DW = 51.000 tdw

12 Viteza de mar ș……………………………………………… vN = 15,3 Nd
Coeficientul bloc……………………………………………… CB = 0,794
Coeficientul plutirii de plin ă înc ărcare………………….…….. CWP = 0,864
Coeficientul prismatic vertical……………….………………… CVP = 0,918
Coeficientul sec țiunii maestre………………………………..…. CM = 0,990
Coeficientul cilindric (prismatic longitudinal)………… ……….. CP = 0,918

2.3. ANALIZA COMPARTIMENT ĂRII TANCURILOR DE TRANSPORT

Dat fiind c ă dimensiunile calculate caracterizeaz ă o nav ă cu coc ă simpl ă, pentru a
asigura deadweight-ul în condi țiile carenei date dar cu dubl ă coc ă (tancuri de balast laterale și în
dublul fund), vom compensa pierderea de volum inter n aferent tancurilor de marf ă prin mărirea
bordului liber în principal pe zona alocat ă tancurilor de marf ă. În acest caz, tancurile de balast
laterale (având o construc ție în „L” adic ă tancurile din dublul bordaj sunt o ramur ă a celor
corespunz ătoare din dublul fund) sunt la nivelul pun ții principale la fel cu tancurile de marf ă
situate central. Ansamblul, extins pe zona de marf ă, este supraînălțat fa ță de puntea principal ă de
la pupa (bord liber în exces). Merit ă men ționat c ă, la prova, adoptarea acestei solu ții face inutil ă
prezen ța teugii, aceasta prin urmare lipsind, protec ția la valuri fiind asigurat ă de un parapet înalt.
Conform amendamentului 13F din MARPOL, aplicat nave lor de peste 600 tdw și
tancurilor petroliere de 30.000 t.d.w. și mai mult, l ățimea tancurilor laterale trebuie s ă fie de cel
pu țin 2 m.
Pentru tancurile petroliere cu capacit ăți între 10.000 și 30.000 tdw , l ățimea spa țiului
dintre înveli șuri b se calculeaz ă cu formula:

000 .20 5 , 0wDb+= [m], dar s ă nu fie mai mic ă de 1 m.
Pentru tancuri cu capacitatea între 5.000 și 10.000 td w, l ățimea spa țiului dintre
înveli șuri trebuie s ă fie de cel pu țin 1 m.
În ălțimea minim ă a dublului fund ( h) pentru tancurile de peste 5.000 tdw este:
15 Bh= sau 2 m, (valoarea minim ă dintre cele dou ă) dar nu mai mic ă de 1 m.
În lumina celor de mai sus, dac ă vom adopta o distan ță de 2,00 m între coca exterioar ă
și cea interioar ă, va rezulta un volum necesar a fi compensat de cca . 21.184 m3. Dac ă consider ăm
aria pun ții în zona de marf ă, acest volum va conduce la o m ărire a bordului liber de cca. 4,50 m,
valoare arhisuficient ă de asemenea și pentru teug ă.

13 Dat ă fiind m ărimea navei, os ătura plafonului tancurilor de marf ă nu mai poate fi
extern ă acestora, aceasta fiind amplasat ă în mod conven țional atât la interiorul tancurilor de
balast cât și a celor de marf ă, pierzându-se astfel avantajul suprafa ței lise (netede) a tancurilor de
marf ă și deci a cur ățirii ușurate a acestora, problem ă ce nu are un caracter prea penalizant totu și.
Pe de alt ă parte, construc ția cu coc ă dubl ă pune probleme de coroziune a spa țiului de
balast precum și probleme de securitate în cazul fisur ării pere ților adiacen ți, de regul ă acest
spa țiu fiind inertizat la fel ca tancurile de marf ă (mai ales la tancurile de țiței brut).
Prin urmare, solu ția adoptat ă urmeaz ă direc țiile analizate mai sus. Astfel, nava are 6
perechi de tancuri centrale de marf ă înconjurate de tancurile de balast (6 în dublul fu nd și câte 6
în fiecare bordaj). Osatura pun ții este interioar ă (atât la plafonul tancurilor de marf ă cât și pe
borduri la plafonul tancurilor de balast laterale). Deasupra pun ții principale exist ă o structur ă tip
rastel de tubulaturi care g ăzduie ște tubulaturile aferente instala ției de marf ă, balast și gaz inert,
pasarela de comunica ție tipic ă petrolierelor lipsind de ast ă dat ă din cauz ă c ă bordul liber în exces
face inutil ă prezen ța acesteia. Tot din acest motiv, sistemele anti-inc endiu (8 tunuri cu ap ă /
spum ă) sunt amplasate direct pe puntea principal ă, în perechi de o parte și de cealalt ă a
tubulaturilor de marf ă.
Operarea m ărfii se face cu pompe submersibile de tip FRAMO , pompe amplasate
individual în fiecare tanc de marf ă și având tubulaturi independente de refulare pân ă la manifold.
Acesta se afl ă amplasat la mijlocul navei, fiind alimentat prin r amifica ții în „T” dispuse etajat, de
către pompele de marf ă lucrând în perechi pe tronsoane transversale, fiin d la rândul s ău ramificat
în ambele borduri (6 tubulaturi transversale cu fla n șe de cuplare la furtunurile instala ției de la
mal și alimentate de cele 12 pompe submersibile în modul ar ătat mai sus). Manevra furtunurilor
de cuplare la instala ția de la mal se face cu o singur ă macara hidraulic ă de mare capacitate
(având un bra ț suficient de lung care bate cheul în ambele bordur i), macara amplasat ă în zona
central ă deasupra rastelului de tubulaturi, acestea str ăbătând postamentul macaralei prin decup ări
prev ăzute special în acest scop. De asemenea, în vecin ătatea manifoldului c ătre prova sunt
amplasate dou ă roof-uri destinate depozit ării diferitelor materiale specifice oper ării (furtunuri de
rezerv ă, materiale antipoluare etc.), deasupra acestora fi ind monta ți piloni tip grind ă cu z ăbrele
care sus țin baterii de proiectoare pentru iluminatul nocturn al pun ții principale în zona central ă.
Nava nu are prin urmare compartiment pompe ca atare , existând doar un tanc de slop în
construc ție structural ă ce este amplasat în pupa zonei de marf ă, tanc operat cu mijloace proprii.
De asemenea, spre deosebire de nava prototip, dat f iind c ă marfa este alc ătuit ă de regul ă din
produse chimice de diferite sortimente, nu exist ă instala ție de gaz inert de tip clasic (gazele de
ardere de la caldarine neavând puritatea necesar ă în acest caz). Inertizarea eventual ă a tancurilor

14 de marf ă, a tancurilor de balast goale sau a spa țiilor libere din coca dubl ă se poate efectua, dac ă
este necesar, utilizând azot gazos furnizat de un g enerator specializat de N 2, generator amplasat
la nivelul pun ții principale și care alimenteaz ă un sistem tip baterie de butelii de stocare.
O caracteristic ă cu caracter particular este prezen ța unui coferdam de separa ție între
puntea principal ă și castelul pupa, coferdam cu acces liber din bordur i (decup ări de acces și
ușurare), construc ție care face trecerea de la structura longitudinal ă a pun ții principale și
structura transversal ă a castelului pupa. De asemenea, prin acest ă solu ție se u șureaz ă și trecerea
diferitelor trasee de tubulaturi, ventila ție sau trasee de cabluri.

2.4. SCURT Ă DESCRIERE A INSTALA ȚIILOR ENERGETICE DE LA BORD

Motorul principal de propulsie utilizat este un mot or Diesel naval tip 6S60 MC (MAN –
B&W) cu o putere maxim ă continu ă de 18420 BHP la 105 r.p.m. Motorul este în 2 T
(reversibil) și are 6 cilindri în linie fiind cuplat direct cu pr opulsorul, func ționarea normal ă
făcându-se cu combustibil greu. Elicea de propulsie e ste din alam ă special ă cu 4 pale la un
diametru de 6800 mm, existând și o elice de rezerv ă cu acelea și caracteristici.

Figura 2.2. Prezentarea motorului principal

Nava dispune de 2 caldarine produse de SAAKE MARINE SYSTEMS:
– Caldarina compozit ă ; TIP: K/KD

Produce abur la o presiune de 7 bar,

debitul de abur cu arz ător este de 1,8 (t/h)

debitul de abur cu gaze arse este de 1,2 (t/h)

15 – Caldarina auxiliar ă cu arz ător pe motorin ă sau combustibil greu cu vâscozitatea de 360 cst ;
TIP: KLN / VIC

produce abur la o presiune de 10 bar

debitul de abur este de 16 (t/h)

Figura 2.3. Prezentarea caldarinei de la bord

Nava este dotat ă cu trei diesel-generatoare. Acestea sunt de tip ST X Man B&W tip 6L
23/30 H, puterea nominal ă 960 kW = 1300 CP.

Figura 2.4. Prezentarea diesel-generatorului înaint e de montaj la bord

Tabelul 2.1. Prezentarea principalelor caracteristi ci
Tipul diesel-generatorului STX MAN 6L23/30H
Diametrul 225
Cursa 300
Num ărul de cilindrii 6
Putere 960 kW

16 Tura ția 900 rpm
Num ărul de faze 3
Tensiune AC 450 V
Intensitatea curentului 1443.4 A
Frecven ța 60Hz
Factor de putere 0,8
Regim de lucru Continuu
Factor de protec ție IP23
Greutate 21 tone

Instala ția de gaz inert
Gazul inert este produs la bordul navei , din gazele arse de la caldarinele cu arz ător și prin
tratarea acestuia în scrubberul de 7.000 m3/h și respectv 1.000 m 3/h
Gazul inert se ob ține din gazele arse și murdare de la caldarin ă care sunt trecute prin
scrubere, r ăcite de la temperatura de aprox. 400 oC la max. 35 oC, eliminându-se funinginea și alte
impurit ăți, prin sp ălare în contracurent cu apa de mare pulverizat ă, uscate în filtru, înainte de a
părăsi scrubberul.

Figura 2.5. Reprezentarea grafic ă a epuratorului

17

Figura 2.6. Prezentarea epuratorului

Ventilatoare
a) Ventilator gaz inert

Tip centrifugal – Debit Q=5.000 m 3/h

Presiune H=2.000mmCA

Putere 65 Kw

Tura ție 3.550rot/min

Tensiune 440 V

Frecven ța 60 Hz
a) Ventilator de gaz inert de completare

Tip centrifugal

Debit cca. 900 m 3/h

Presiune H=2125mmCA

Putere 65 Kw

Tura ție 3.550 rot!min.

Tensiune 440 V

Frecven ță 60 Hz

Figura 2.7. Reprezentarea grafic ă a ventilatoarelor

18

Figura 2.8. Vedere ventilator

2.5. PREZENTAREA PRINCIPALELOR INSTALA ȚII DE BORD

Instala ția de balast este dotat ă cu trei electropompe centrifuge autoamorsabile cu un debit
de 750 m3/h la o presiune de 25 mCA .
Instala ția de santin ă este dotat ă cu o electropomp ă cu piston cu un debit de 225 m 3/h la
o presiune de 25 mCA. Apa de santin ă din CM este evacuat ă peste bord printr-un separator de
santin ă în zonele unde legisla ția interna țional ă o permite și numai în condi țiile în care
concentra ția de hidrocarburi în apa deversat ă este mai mic ă de 15 ppm.
Instala ția de stins incendiu cu ap ă și CO 2 con ține în ordine:
− Dou ă electropompe centrifuge de 90 m 3/h la o presiune de 70 mCA;
− O motopomp ă de avarie de 70 m 3/h la o presiune de 70 mCA;
− 180 butelii de CO 2 cu declan șare mecanic ă;
− Pe punte sunt amplasa ți hidran ții corespunz ători cu manicile aferente.
Echipamentele de punte sunt urm ătoarele:
− Dou ă vinciuri hidraulice de ancor ă / manevr ă – legare la prova;
− Trei vinciuri hidraulice de manevr ă – legare în zona central ă;
− Dou ă vinciuri hidraulice manevr ă – legare la pupa;
− 2 b ărci de salvare de tip închis cu o capacitate de 30 de persoane fiecare și plute
de salvare (2 seturi x 30 persoane), 2 gruie gravit a ționale;

19 − Dou ă macarale hidraulice pentru manevrarea furtunurilor de marf ă în zona
manifoldului, având o sarcin ă de ridicare de 10 tone.
Echipamentele de naviga ție sunt urm ătoarele:
− Dou ă radare ;
− Compas magnetic, girocompas și autopilot;
− Loch pneumo-hidraulic și mecanic.

20
CAPITOLUL 3. CALCULUL ȘI PROIECTAREA SISTEMULUI DE
ÎNC ĂRCARE-DESC ĂRCARE

3.1. PREZENTAREA SISTEMULUI FRAMO

Instala ția de încarcare-descarcare este prev ăzut ă cu câte o pomp ă de marf ă si cu câte
o pomp ă de uscare pentru fiecare tanc de marf ă în parte, acestea fiind de tip submersibile,
amplasate pe plafonul dublului fund.
Pompa de marf ă este o pomp ă centrifug ă submersibil ă de tip FRAMO, motorul de
ac ționare este hidraulic, actionarea facandu-se direct .
Tubulatura de refulare ale pompelor tancurilor de m arf ă perforeaz ă puntea principal ă
printr-un orificiu special care ofer ă posibilitatea introduceri sau evacu ării aerului pe perioada
opera ției de înc ărcare/desc ărcare precum si posibilitatea conexiuni tubulaturil or de aer
comprimat ce asigur ă func ționarea pompei de uscare; prin acela și orificiu practicat în puntea
principal ă se introduce și axul de antrenare a pompei de marf ă prev ăzându-se elemente de
etan șare a acestuia.

Figura 3.1. Localizarea sistemului Framo pe nav ă

Tubulatura de refulare ale pompelor tancurilor al ăturate se unesc într-o tubulatur ă
comun ă ce face leg ătura cu priza de la manifod, condi ționându-se din acest motiv transportul
aceluia și produs în tancurile al ăturate.

21
Sistemul de depozitare ofer ă posibilitatea segreg ării m ărfurilor pentru fiecare pereche
de tancuri în parte, sistemele de manipulare și condi ționare fiind independente.
Num ărul de produse diferite ce pot fi transportate simu ltan variaz ă în func ție de
compatibilitatea acestora:
-4 tipuri de produse care nu sunt incompatibile și care nu necesit ă m ăsuri severe de
izolare unele fa ță de altele.
-2(3) produse incompatibile, segregarea acestora re alizându-se prin intermediul
tancurilor de marf ă care nu se încarc ă sau se încarc ă cu un produs ce este compatibil cu
ambele tipuri de produse.
Instala ția este prev ăzut ă cu elemente de m ăsur ă și control astfel încât parametri
instala ției (presiunea din tubulatur ă, debitul prin tubulatur ă, temperatura de manipularea a
produselor, presiunea sau depresiunea din tancul de marf ă) s ă poat ă fi monitoriza ți si
men ținu ți la valorile impuse pentru fiecare tip de produs î n parte.
Pe perioada opera ției de înc ărcare/desc ărcare capacele și orificiile tancurilor de marf ă
se închid, controlul atmosferei din tanc realizându -se cu ajutorul instala ției de ventila ție care
dozeaz ă cantitatea de aer introdus ă sau scoas ă astfel încât s ă se elimine pericolul acumul ări de
vapori de marf ă care pot reac ționa violent la anumite presiuni și temperaturi; la unele
categorii de produse volatile, ai c ăror vapori au temperatura de autoaprindere apropiat ă de
temperatura de manipulare, concomitent cu opera ția de înc ărcare/desc ărcare are loc
introducerea în tanc a unui gaz inert care elimin ă posibilitatea apari ției fenomenului de
explozie.
Instala ția de înc ărcare/desc ărcare trebuie prev ăzut ă cu un sistem de oprire rapid al
pompelor în cazul în care unul din parametri dep ăș ește valoarea admis ă sau în cazul apari ției
unei avarii la sistem.
Prin manipularea corespunz ătoare a valvulelor se pot realiza urm ătoarele trasee :
– înc ărcarea m ărfurilor prin priza de la manifold și trimiterea acestora în tancurile de
marf ă;
– desc ărcarea m ărfurilor prin aspira ția acestora și trimiterea lor spre manifold cu
ajutorul pompei de marf ă;
– înc ălzirea sau r ăcirea m ărfurilor prin recircularea acestora prin schimb ătorul de
căldur ă amplasat pe puntea principal ă cu ajutorul pompei de marf ă.
Tubulaturile ca și celelalte elemente ale instala ției se vor realiz ă din o țel inoxidabil sau
din orice alt material care nu reac ționeaz ă cu marf ă si care este aprobat de societatea ce
acord ă certificatul de clas ă al navei.

22
Tubulaturile de marf ă vor fi “împ ământate” la corpul navei iar valvulele și îmbin ările
cu flan șe vor fi prev ăzute cu continuitate electric ă.
Îmbin ărilor traseelor de tubulaturi sa realizat prin sudu r ă cap la cap cu prelucrarea
zonei iar îmbinarea tubulaturi cu valvule sa realiz at cu ajutorul flan șelor.
Pentru evitarea solicit ărilor suplimentare datorate fenomenului de dilatare se prev ăd la
distan țe corespunz ătoare de dilata ție.
Fixarea tubulaturilor de nav ă se realizeaz ă prin intermediul br ăță rilor de inox și a
supor ților, evitându-se prinderea acestora de înveli șul navei.
Dimensiunile prizei de înc ărcare/desc ărcare de la manifold au valori standardizate pe
plan interna țional oferind posibilitatea oper ării navei în orice dan ă specializat ă.

3.2. POMPELE DE ÎNC ĂRCARE SUBMERSIBILE

Pompele de înc ărcare submersibile ar trebui instalate la pupa sau în partea cea mai
joas ă a fiec ărui tanc, localizat ă fie la tribord fie la babord (pentru a permite o g olire optim ă a
tancului).

Figura 3.2. Sistemul pompei FRAMO

23

a) decarcare b) uscare
Figura 3.3. Prezentarea principalelor elemente comp onente ale pompei alese

Aranjarea pe punte se va face într-o zon ă f ără obstacole trebuie preg ătit ă deasupra
pompei, creând posibilitatea de a ridica pompa comp let din tanc, dac ă este nevoie.
Pentru a se putea opera, trebuie s ă fie acces liber la urm ătoarele supape și racorduri:
– valvul ă local ă de control;
– valvul ă de cur ăț are;
– valvul ă de înc ărcare (dac ă nu este controlat ă prin telecomand ă);
– racordul de purajare a coferdamului;
– racordul de purajare a conductelor înc ărc ăturii;

24
– valvul ă de drenare a evacu ării;
– valvul ă de serviciu a presiunii hidraulice.
Tancurile de înc ărcare ar trebui proiectate cu canale de suc țiune pentru optimizarea:
– suc țiunii înc ărc ăturii ;
– cur ăță rii ;
– accesului de serviciu.

3.3. PROIECTAREA ȘI CALCULUL INSTALA ȚIEI DE ÎNC ĂRCARE-
DESC ĂRCARE

La efectuarea calculului instala ției este necesar cunoa șterea urm ătoarelor date
ini țiale:
– volumul total al tancurilor de marf ă V t=54063,1 m3;
– volumul celui mai mare tanc de marf ă V max =4749,6 m3;
– num ărul total al pompelor de marf ă n p=14;
– num ărul pompelor de marf ă care lucreaz ă simultan este egal cu n` p=6;
– volumele tuturor tancurilor de marf ă sunt prezentate în tabelul 5.1.
Tabelul 3.1. Capacit ățile tancurilor de marf ă
Nr.
tanc Numele tancului Pozi ționarea pe
nav ă între coaste Capacit ăți Centrul de gravita ție
100 % 98 % 100 %
de la pân ă la m3 m3 LCG VCG TCG
1 Tanc de marf ă nr 1 Td 89 97 3159,2 3096,0 64,635 11,096 -4,763
2 Tanc de marf ă nr 1 Bd 89 97 3163,1 3099,8 64,635 11,096 4,763
3 Tanc de marf ă nr 2 Td 81 89 4616,5 4524,2 44,402 10,979 -6,802
4 Tanc de marf ă nr 2 Bd 81 89 4621,9 4529,5 44,402 10,979 6,802
5 Tanc de marf ă nr 3 Td 73 81 4745,1 4650,2 23,657 10,978 -6,968
6 Tanc de marf ă nr 3 Bd 73 81 4736,7 4642,0 23,657 10,978 6,968
7 Tanc de marf ă nr 4 Td 65 73 4738,5 4643,8 2,777 10,978 -6,968
8 Tanc de marf ă nr 4 Bd 65 73 4748,2 4653,2 2,777 10,978 6,968
9 Tanc de marf ă nr 5 Td 57 65 4749,6 4654,6 -18,103 10,978 -6,968
10 Tanc de marf ă nr 5 Bd 57 65 4743,0 4648,1 -18,103 10,978 6,968
11 Tanc de marf ă nr 6 Td 49 57 4282,0 4196,3 -38,274 11,292 -6,765
12 Tanc de marf ă nr 6 Bd 49 57 4297,4 4211,5 -38,274 11,292 -6,765

25
13 Tanc de slop Td 45 49 725,4 711,0 -50,249 11,713 -6,474
14 Tanc de slop Bd 45 49 736,4 721,7 -50,249 11,713 6,474
TOTAL 54063,1 52981,9

• Calculul debitului pompei de marf ă al tancului cel mai mare
Debitul pompei de marf ă se determin ă impunându-se timpul total de desc ărcare pentru
tancul cu cea mai mare capacitate de depozitare ace sta fiind unul din tancurile Tancul de
marf ă nr 5 Td de 4749,6 m 3.
τmax VQ= [m 3/h]
Vmax = 4749,6 [m 3] volumul celui mare tanc de marf ă;
τ [h]-timpul de golire a celui mai mare tanc de marf ă; acesta se adopt ă egal cu 10 h;
hmVQ / 96 ,474 10 6 , 4749 3 max = ==τ
Timpul total de desc ărcare a navei înc ărcat ă la capacitatea maxim ă :
hQnV
pt
td .971 , 18 96 ,474 61 , 54063
`=⋅==τ
• Calculul diametrelor tubulaturilor din instala ție
Pentru calculul preliminar se consider ă viteza de curgere a m ărfii prin tubulatur ă
egal ă cu 6 m/s.
vQdπ4= [m]
Q [m 3/s] debitul prin tubulatura considerat ă.
Având calculat debitul minim necesar din cataloagel e pompelor FRAMO alegem o
pomp ă de tip SD 250 cu un debit nominal de 500 m 3/h.
Caracteristicile principale ale acestei pompe sunt:

capacitatea – 500 m 3/h ;

sarcina – 120 mcl ;

greutate specific ă – 0,8 kg/ dm 3 ;

vâscozitate – 1,0 cSt ;

putere cerut ă – 172,5 kW ;

tura ție – 2802 rot/min ;

debit hidraulic – 516 l/min ;

presiune ulei hidraulic – 220 bar.

26
Pentru tubulatura de refulare a pompei de marf ă:
172 , 03600 6500 4 4=⋅ ⋅⋅==ππvQd m
viteza real ă de curgere și diametrul țevii utilizate este: v=6 m/s
Standardizarea diametrului va fi d STAS =180 mm.
Tabelul 3.2. Volumele tancurilor de marf ă de la bord
Denumirea tancului Volumul,
[m 3] Debitul
calculat, [m 3/h] Pompa
aleas ă Diametrul
calculat, [mm] Diametrul
standardizat, [mm]
Tanc de marf ă nr 1 Td 3159,2 315,92 SD 150 0,136 0,150
Tanc de marf ă nr 1 Bd 3163,1 316,31 SD 150 0,137 0,150
Tanc de marf ă nr 2 Td 4616,5 461,65 SD 250 0,165 0,180
Tanc de marf ă nr 2 Bd 4621,9 462,19 SD 250 0,165 0,180
Tanc de marf ă nr 3 Td 4745,1 474,51 SD 250 0,167 0,180
Tanc de marf ă nr 3 Bd 4736,7 473,67 SD 250 0,167 0,180
Tanc de marf ă nr 4 Td 4738,5 473,85 SD 250 0,167 0,180
Tanc de marf ă nr 4 Bd 4748,2 474,82 SD 250 0,167 0,180
Tanc de marf ă nr 5 Td 4749,6 474,96 SD 250 0,167 0,180
Tanc de marf ă nr 5 Bd 4743,0 474,3 SD 250 0,167 0,180
Tanc de marf ă nr 6 Td 4282,0 428,2 SD 250 0,159 0,180
Tanc de marf ă nr 6 Bd 4297,4 429,74 SD 250 0,159 0,180
Tanc de slop Td 725,4 70,54 SD 100 0,065 0,080
Tanc de slop Bd 736,4 73,64 SD 100 0,066 0,080

Având calculat debitul minim necesar din cataloagel e pompelor FRAMO alegem o
pomp ă de tip SD 150 cu un debit nominal de 350 m 3/h.
Caracteristica de func ționare a pompei este prezentat ă în diagrama de mai jos.
Caracteristicile principale ale acestei pompe sunt:

capacitatea – 350 m 3/h ;

sarcina – 120 mcl ;

greutate specific ă – 0,8 kg/ dm 3 ;

vâscozitate – 1,0 cSt ;

putere cerut ă – 120,5 kW ;

tura ție – 2802 rot/min ;

27

debit hidraulic – 361 l/min ;

presiune ulei hidraulic – 220 bar.
Sa rcina[mcl]

Figura 3.4. Diagrama de func ționare a pompei SD 150

În tabelul de mai sus pompa SD 100 are un debit nom inal de 120 m 3/h. Caracteristica
de func ționare a pompei este prezentat ă în diagrama de mai sus. Caracteristicile principal e ale
acestei pompe sunt:

capacitatea – 120 m 3/h ;

sarcina – 120 mcl ;

greutate specific ă – 0,8 kg/ dm 3 ;

vâscozitate – 1,0 cSt ;

putere cerut ă – 43,2 kW ;

tura ție – 4328 rot/min ;

debit hidraulic – 143 l/min ;

presiune ulei hidraulic – 199 bar.

28
Ca pa cit a t ea [m3/h]
Figura 3.5. Diagrama de func ționare a pompei SD 100

• Viteza real ă de curgere recalculat ă în func ție de diametrul standardizat este:
458 , 5
3600 180 , 0500 442 2=
⋅⋅⋅=
⋅⋅=
π πSTAS p
dQv m/s
• Calculul sarcinii H pe traseul ales:
610 096 , 1−⋅=υ
1000 ⋅⋅=υSTAS
edv R 510 964 , 8⋅=eR
Conform formulei lui Alt șul dac ă R e îndepline ște condi ția:
Re1 <R e<R e2
Unde: ε10
1=eR ; ε500
2=eR
310 333 , 1−⋅==
STAS dkε , reprezint ă rugozitatea relativ ă;
mm k 2 , 0= , reprezint ă în ălțimea asperit ăț ilor tubulaturilor pentru țevi întrebuin țate din o țel
laminate.
3
1 10 9⋅=eR 5
2 10 5 , 4⋅=eR

29
Conform valorilor lui R e1 Re2 se observ ă c ă este îndeplinit ă condi ția R e1 <R e<R e2 și
conform criteriului Alt șul, pentru o conduct ă semirugoas ă hidraulic, coeficientul de frecare
hidrodinamic ă liniar ă (adimensional ă) λ, se calculeaz ă cu formula:
02042 , 068 11 , 0 4=+⋅=
eRε λ
Se consider ă ca pompa trebuie s ă asigure o lungime echivalent ă cu lungimea navei,
lăț imea navei și 20 m pân ă la cheu unde se va face depozitarea m ărfii.
2 ,235 20 2 , 32 183 20 =++=++= BL lechiv m
Consider ăm densitatea aproximativ ă de 31010 mkg =ρ
25
32
10 401 , 6
10 2 mNzg
dv lH
STAS echiv ⋅=⋅ ⋅+
⋅ ⋅⋅⋅⋅=−ρρλ ;
unde 1 , 24 5 10 , 19 5 =+=+=Dz m ; 81 , 9=g 2/sm
mcollichid 607 , 64 =⋅=gHHmρ
Pentru a se asigura și pierderile locale se va dubla sarcina astfel calc ulat ă a șadar
sarcina minim ă necesar ă a pompei este de 64,607 mcollichid.
• Pompele alese din catalog verific ă cele dou ă condi ții de debit și presiune astfel
Q Qp≥ și sarcina: m pH H≥ .

30

CAPITOLUL 4. CALCULUL ȘI PROIECTAREA SISTEMULUI DE
GUVERNARE MODERNIZAT

4.1. PROIECTAREA INSTALA ȚIEI DE GUVERNARE CU VOLET

Principalele dimensiuni ale cârmei:
Determinarea ariei safranului cârmei:

= ∙ 
= 37,266  (4.1)

 =  ∙  ∙ 0,75 + !"
#$%& '(! )∙#$%& ∙*
"" = 29,759  (4.2)

>
 adev ărat
Determinarea dimensiunilor penei cârmei:
– =.
/= 4,141  – lățimea cârmei (4.3)
0 =/
1= 2,174  – alungirea relativ ă cârmei (4.4)
23=4
1= 0,237  – grosimea relativ ă a cârmei (4.5)
Coeficientul de siaj:
5 =∆
7= 5,76 ∙ 10 8 9 – volumul carenei navei (4.6)
:;=<
#$%& ∙*∙;= 0,8 – coeficientul bloc al navei (4.7)
> = 0,165 ∙ : ;?∙@√5B
CD= 0,281 (4.8 )
Coeficientul de calcul al siajului la locul de mont are al cârmei:
>3= 0,8 ∙ > = 0,225 (4.9)
Aria suprafe ței penei cârmei sc ăldat ă de curentul elicei :

D′= C D∙ – = 35,376 m (4.10)
Viteza curentului înainte de intrarea în discul eli cei:
FD= 0,515 ∙ F ∙ (1 − > )= 5,927  H ⁄ (4.11)
Suprafa ța discului elicei:

D= JCD
4= 57,327  (4.1 2)
Coeficientul de suc țiune:
2 = 0,25 ∙ > + 0,14 = 0,21 (4.13)

31
Rezisten ța total ă la înaintare:
K =L
F∙ MD= 356,521 NO (4.14)
For ța de împingere a elicei:
P =K
1 − 2 = 451,384 NO (4.15)
Coeficientul de împingere al elicei:
Q = P
1
2∙ R ∙ F D∙
D= 0,437 (4.16)
Coeficientul de influen ță a vitezei datorit ă împingerii elicei:
SD= 1,52 – conform prescrip țiilor produc ătorilor
Conform ANR distan ța de la elice la muchia de atac al cârmei trebuie s ă minim de 0,1din
diametrul elicei:
T = 0,2 ∙ C D= 1,709  (4.17)
Coeficientul se determin ă:
S = 1,4
Coeficientul de influen ță al vitezei:
R = US
2+2 − S
2V∑+1X
= 0,903 (4.18 )

Coeficientul de influen ță datorit ă curentului produs de elice:
Y = 1 +
D′

D∙(SD∙ R − 1 )= 1,354 (4.19)
Fa ță de cazul cârmei clasice cârma cu volet produce un coeficient cu circa 20 % mai
mic decât cel clasic:
Y = Y − Y ∙20
100 = 1,083 (4. 20)
Viteza curentului ce se scurge pe pana cârmei:
F3= 0,515 ∙ F ∙ (1 − > 3)∙ Y = 6,92  H ⁄ (4.21)

Determinarea for ței normale și a momentului fa ță de muchia de atac:
Folosind rela țiile de defini ție a coeficien ților hidrodinamici se determina în func ție de
unghiul de band ă α componenta normal ă a for ței de presiune P n și momentul fa ță de muchia
de atac a cârmei.
L(Z)=1
2∙ [ ∙ F 3∙
∙ : (Z) (4.22)

32
\(Z)=1
2∙ [ ∙ F 3∙
∙ – ∙ : (Z) (4.23)
L(Z), kN \(Z), kNm
0 0
121,622 96,933
266,106 202,196
404,188 318,818
488,318 469,518
690,412 620,976
776,371 836,803
893,421 1,056 ∙ 10 3
661,149 980,687
650,176 942,823
Odat ă calculat momentului pe axul cârmei, putem afla poz i ția optim ă a axului cârmei,
exprimat ă prin distan ța fa ță de muchia de atac adopt. în prealabil tras ăm diagramele de
momente pe ax M ri =f( α) pentru cele 4 valori alese ale lui d i:
Problema poate fi pusa în doua moduri:
– axul cârmei s ă fie amplasat astfel ca momentul pe ax s ă rezulte minim;
– axul cârmei s ă fie amplasat astfel ca lucrul mecanic necesar pent ru manevrarea
cârmei s ă rezulte minim.
Pentru rezolvarea ambelor cazuri, se vor trasa în p realabil momentele pe ax M ri =f( α)
pentru cele 4 valori alese pentru d i.
Determinarea momentului pe axul cârmei:
 = 0,2 ∙ – = 0,828   = 0,22 ∙ – = 0,911 
9= 0,24 ∙ – = 0,994  8= 0,26 ∙ – = 1,077 
!= 0,28 ∙ – = 1,159   ]= 0,3 ∙ – = 1,242 
\3 (Z)= \ (Z)− L (Z)∙  \3(Z)= \ (Z)− L (Z)∙ 
\39(Z)= \ (Z)− L (Z)∙ 9 \38(Z)= \ (Z)− L (Z)∙ 8
\3!(Z)= \ (Z)− L (Z)∙ ] \3](Z)= \ (Z)− L (Z)∙ ]

Tabelul 4.1. Valorile momentelor calculate
\3 (Z)
kNm \3(Z)
kNm \39(Z)
kNm \38(Z)
kNm \3!(Z)
kNm \3](Z)
kNm
0 0 0 0 0 0

33
-3,786 -13,858 -23,93 -34,002 -44,074 -54,146
-18,175 -40,212 -62,249 -84,286 -106,323 -128,36
-15,903 -49,375 -82,847 -116,319 -149,791 -183,264
65,127 24,688 -15,752 -56,191 -96,63 -137,069
49,224 -7,952 -65,127 -122,302 -179,477 -236,652
193,866 129,572 65,278 0,984 -63,309 -127,603
316,546 242,559 168,572 94,585 20,598 -53,389
433,169 378,417 323,665 268,913 214,161 159,409
404,392 350,548 296,705 242,862 189,019 135,176

Figura 4.1. Momentele calculate

Pentru a determina pozi ția axului cârmei, corespunz ătoare momentului critic, se
construiesc liniile valorilor absolute maxime pozit ive și maxime negative ale momentului
Mr=P n ) (ide−⋅ pentru diferite valori ale distan ței d i. Punctul de intersec ție al celor dou ă linii
drepte va indica pozi țiile axului cârmei pentru care momentul M r reprezint ă un minim.

Tabelul 4.2. Determinarea distan ței optime
 \^_ (Z) \ (Z)
d1 max (\3 (Z)) |min (\3 (Z))|
d2 max (\3(Z)) |min (\3(Z))|
d3 max (\39(Z)) |min (\39(Z))| -300.000 -200.000 -100.000 0.000 100.000 200.000 300.000 400.000 500.000
0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 Momentul calculat [kNm]
Unghiul cârmei [grd] Mr1
Mr2
Mr3
Mr4
Mr5
Mr6

34
d4 max (\38(Z)) |min (\38(Z))|
d5 max (\3!(Z)) |min (\3!(Z))|
d6 max (\3](Z)) |min (\3](Z))|
 \^_ (Z) \ (Z)
0,828 433,169 18,175
0,911 378,417 49,375
0,994 323,665 82,847
1,077 268,913 122,302
1,159 214,161 179,477
1,242 159,409 236,652

Pentru rezolvarea celui de – al doilea caz se pl animetreaz ă suprafe țele limitate de axele
absciselor și de curbele care reprezint ă momentele M ri în func ție de unghiul de band ă, pentru
diferite valori ale lui d i. Planeitatea se face însumând valorile absolute al e ariilor pentru
fiecare distan ță di.

Figura 4.2. Diagrama de determinare a d opt
Se construie ște curba care reprezint ă modul de varia ție al acestor suprafe țe în func ție
de valorile d i. Punctul în care are loc minimul acestei curbe, in dică pozi ția (d opt ) axului pentru
care lucrul mecanic necesar pentru manevra cârmei e ste minim.
ef4 = 2,12  – corespunde diagramei de calcul de mai sus
Distan ța optim ă de la muchia de atac la axul cârmei este:
ef4 = 1,182  0.000 50.000 100.000 150.000 200.000 250.000 300.000 350.000 400.000 450.000 500.000
0.800 0.900 1.000 1.100 1.200 1.300 Momentele max si min
di Mmax
Mmin

35
ef4
-= 0,285 (4.24)
Coeficient ce ține cont de suprasarcini accidentale și de valuri:
N"= 1,8
Determinarea momentului pe axul cârmei în func ție de unghi pentru distan ța optim ă:
\3ef4 (Z)= N "∙ g\(Z) ∙ L (Z) ∙  ef4 h (4.25)
\3ef4 (Z)= 0
kNm -84,284
-202,214
-286,078
-193,812
-351,164
-145,561
0,708
358,576
313,767

Figura 4.3. Prezentarea momentelor și a momentului optim -400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0.000 100.000 200.000 300.000 400.000 500.000
0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 Momentul calculat [kNm]
Unghiul cârmei [grd] Mr1
Mr2
Mr3
Mr4
Mr5
Mr6
Mopt

36

Figura 4.4. Prezentarea momentului optim

Momentul de frecare:
\i(Z)= 0,12 ∙ \ 3ef4 (Z) (4 .26)
Determinarea momentului total:
\3ef4 (Z)=\3ef4 (Z)
1 − 0,12 (4.27)

Tabelul 4.3. Determinarea momentului optim a ma șinii cârmei
α \i(Z), kNm \3ef4 (Z), kNm
0 0 0
4 -10,114 -95,778
8 -24,266 -229,789
12 -34,329 -325,089
16 -23,257 -220,241
20 -42,14 -399,05
24 -17,467 -165,41
28 0,085 0,804
32 43,029 407,472
36 37,652 356,553

Momentul maxim pe care trebuie s ă îl realizeze ma șina cârmei este de 407,472 kNm.

-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0.000 100.000 200.000 300.000 400.000
0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 Momentul optim [kNm]
Unghiul cârmei Mopt

37
4.2. ALEGEREA MA ȘINII CÂRMEI PENTRU AC ȚIONAREA CÂRMEI CU VOLET

Sistemul complet de guvernare este în mod normal in tegrat con ținând dou ă pompe
reversibile controlate prin frecven ță , valvule de blocare și unit ăți electrice de alimentare.
Sistemul de guvernare dispune de un design foarte c ompact, care minimizeaz ă tubulatura
necesara în timpul instal ării la bordul navei înc ă din șantierul naval.
In compara ție cu un sistem de guvernare conven țional, în care pompa func ționeaz ă în
mod continuu si, în care, alimentarea cu ulei este efectuata prin intermediul unei valvule de
manevra, sistemul de guvernare FCP func ționeaz ă în mod diferit. Situa ția normal ă pentru
sistemul FCP const ă în faptul c ă pompa și motorul ei electric nu func ționeaz ă în mod
continuu. Asta înseamn ă că pompa/motorul electric porne ște atunci când cârma prime ște un
semnal și se opre ște atunci când cârma și-a atins pozi ția comandata. Avantajul const ă în timpi
de func ționare redu și, un consum de energie mai sc ăzut, un nivel de zgomot limitat,
temperaturile generate vor fi și ele mai mici, gradul de uzur ă se men ține la un nivel redus,
sistemul se va men ține mai curat, iar durata de via ța este prelungit ă.
Controlerul motorului (convertorul de frecventa) al motorului electric de pe fiecare
pompa dispun de comenzi și alimentare cu energie electrica separata, direct de pe panourile de
comanda. Cele doua sisteme sunt, a șadar, atât hidraulice, cat și electrice, rămânând separate și
independente. Dac ă o pompa înregistreaz ă o avarie aceasta nu va interfera cu cealalt ă pompa.
Acest fapt este prezentat în figura 4.5.

Figura 4.5. Comanda electric ă și hidraulic ă a celor dou ă pompe din sistemul de
guvernare

Sistemul de guvernare este dotat și cu un sistem de vane unic pentru a avea un design
etan ș. Sistemele de etan șare sunt dispuse în a șa maniera încât li se permite s ă efectueze

38
absorb ția mi șcărilor sferice. Sistemul de guvernare absoarbe toate for țele radiale și axiale
generate de cârma.
Tabelul 4.4. Seria SR a sistemului de guvernare Ro lls Royce
Model Num ăr de vane Cuplu maxim de
func ționare
[kNm] Unghiul maxim
al cârmei
[grade] Greutate
aproximativa
[kg]
SR 562 2 40 2 X 61 0 400
SR 622 2 70 2 X 72 0 620
SR 642 2 110 2 X 72 0 920
SR 662 2 170 2 X 72 0 1800
SR 722 2 275 2 X 72 0 2750
SR 723 3 412 2 X 44 0 2800
SR 742 2 433 2 X 74 0 3700
SR 743 3 650 2 X 44 0 3800

Designul
Sistemul de guvernare Rolls-Royce are un design SR – FCP, acesta fiind atins dup ă
mult ani de cercet ări și experimente. Proiectul sferic unic care dispune d e un butuc cilindric al
cârmei este patentat aproape în toata lumea.
Sistemul de guvernare este compus din șase părți componente principale:
– Pompa;
– Conexiunea cilindrica la axul cârmei;
– Dispozitivul de ac ționare al cârmei;
– Blocul de supape;
– Butucul cilindric al cârmei;
– Instala ția integrate.
În plus, sistemul mai con ține un tanc de expansiune, iar în mod op țional se pot instala
și pompa de cârma de urgenta.

39

Figura 4.6. Componentele principale ale sistemul de guvernare Rolls-Royce

Tabelul 4.5. Componentele principale ale rotorului sistemului de guvernare
Pozi ția Componenta
1 Dispozitivul de ac ționare al cârmei
2 Pompa
3 Conexiunea cilindrica la axul cârmei
4 Valvula de blocare
5 Axul cârmei
(6) Unit ățile integrate
(7) Tac de expansiune
(8) Pompa de alimentare de urgenta

Dispozitivul de ac ționare al pompei
Acest dispozitiv are urm ătoarele componente principale:
– Rotorul;
– Cilindrul în forma de inel care con ține vane și pere ți de divizare care sunt
prinse de rotor;
– Lăca ș (superior și inferior);
– Garnitura în forma de “U” pe fiecare piston;
– Rulmen ți sferici monta ți pe motor.

40

Figura 4.7. Componentele principale ale dispozitivu lui de ac ționare

Vanele func ționeaz ă într-un cilindru de forma unui inel, având axul câ rmei exact în
mijloc. Pistoanele sunt prinse și înt ărite pe rotor, în a șa fel încât li se permite absorb ția și
ajustarea la devia țiile sferice ale rotorului ce pot fi generate de al inierea defectuoasa ce poate
reie și în momentul instal ării, sau din devia ția axului cârmei.
Lăca șul este un cilindru turnat ce con ține canale de ungere care au menirea de a
conduce uleiul în loca ții diferite. Componentele l ăca șelor, atât celui superior și celui inferior
sunt conectate prin intermediul unor bol țuri.

Figura 4.8. Rulmentul dispozitivului de ac ționare cu axul

Părțile de pe rulmen ți acoperite cu vopsea sintetica dispune de o supraf a ța de contact
de 100%, în orice moment, chiar și atunci când axul cârmei se înconvoaie. De asemene a va
absorbi și va suprima vibra țiile și pulsa țiile generate de șocuri. Suprafa ța rulmentului este

41
lubrifiata în continuu de pompa de ulei hidraulic, fapt care poate prelungi durata de via ța a
rulmentului.

Figura 4.9. Rotorul dispozitivului de ac ționare al cârmei

Dispozitivul de ac ționare al cârmei poate fi dotat cu doua sau trei pi stoane, folosite
pentru generarea cuplului și pentru a modifica unghiul cârmei. Instala ția genereaz ă un cuplu
cu valoare constanta la orice unghi al cârmei.

Pompa sistemului de guvernare
Motorul fiec ărei pompe porne ște atunci când cârma prime ște un semnal și se opre ște
atunci când cârma atinge punctul comandat. Energia pentru comanda de control și cea a
sistemului de guvernare sunt ambele hidraulice și electrice, dar separate și independent.
Pompa este compusa din patru p ărți principale:
– Pompa reversibila;
– Motorul electric;
– Cupla;
– Cuplajul flexibil

Figura 4.10. Componentele principale ale pompei sis temului de guvernare

42
Când ambele pompe func ționeaz ă nava va atinge o viteza egala cu 100% din condi țiile
de viteaza prev ăzute în materie de propulsie. Cel mai întâlnit timp de pompa este pompa cu
ro ți din țate. Unele modele de pompe pot dispune de accesorii suplimentare.

Conexiunea cilindrica de la axul cârmei
Acest element al sistemului de guvernare este bazat pe cuplajul hidraulic ce se
folose ște de o buc șa intermediara montata intre rotorul sistemului de guvernare și axul cârmei.
Acest proiect confer ă avantajul evident generat de faptul ca axul cârmei este cilindric,
paralel, de-a lungul cuplajului f ără canal, sau alte configura ții prea complicate. Principalul
avantaj al acestui principiu consta în faptul ca ex ista un singur produc ător la nivel mondial a
celor doua componente conice, cat și al rotorului sau al buc șei de pe suprafa ța exterioara.
Sistemul de cuplare este compus din urm ătoarele componente:
– Piston de montare;
– Garnitura;
– Rotor;
– Buc șa conica;
– Axul cârmei;
– Oring.

Figura 4.11. Cuplajul sistemului de guvernare și componentele sale principale

Blocul de supape
Blocul integrat de supape dotat cu unit ăți de filtrare dispune de un num ăr mai redus de
supape datorita pompelor reversibile. L ăca șul supapei de distribuire este conectat printr-o
flan șa la sistemul de guvernare și con ține urm ătoarele componente:
– Supape fără retur;
– Supape de înc ărcare;
– Supape solenoide de func ționare;

43
– Supape de desc ărcare;
– Unit ăți de filtrare.

Figura 4.12. Blocul de supape

Supapele de desc ărcare sunt ajustate pe linia de produc ție și pot func ționa doar la
presiunile precizate în datele tehnice.

Axul cârmei
Axul cilindric al cârmei simplifica procesul de pro duc ție și elimina testele de ajustare,
permi țând efectuarea facila a unei ajust ări pe în ălțime.
Ajustarea lungimii axului cârmei nu este necesara.

Figura 4.13. Axul cârmei
Unit ățile integrate
Sistemul de guvernare este dotat cu dou ă unit ăți integrate separate, fiecare pentru
fiecare instala ție. Unit ățile de alimentare con țin urm ătoarele componente:
– Transmi ță tor pentru sistemul de indicare al pozi ției cârmei;
– Comutatoare pentru limitarea cursei cârmei;
– Transmi ță tor pentru sistemul de comanda.

44
Instala ția este montat ă din fabrica pe o flan șa prins ă pe partea superioar ă a
dispozitivului de ac ționare al cârmei. Ac ționarea fiec ărui unit ăți integrate este asigurat ă prin
intermediul unui lan ț/curea ac ționate de rotorul dispozitivului. Lan țul/cureaua sunt
pretensionate prin intermediul unui arc, pentru a p ermite eliminarea oric ărui joc.

Figura 4.14. Instala țiile integrate

Ac ționarea axului urmeaz ă sensul de rotire al axului cârmei și transfera mi șcarea c ătre
poten țiometrele unit ăților, cat și comutatoarele de limita.
Poten țiometrele se pot g ăsi singulare, pot fi triple sau duble, în func ție de sistemul de
guvernare ales. Camele de ac ționare pot fi ajustate astfel încât s ă poat ă întrerupe procesul de
virare cu doua grade înainte ca rotorul s ă-și ating ă valoarea de oprire prev ăzuta în cartea sa
tehnica.

Tancul de expansiune
Tancul de expansiune trebuie montat în conformitate cu instruc țiunile prev ăzute de
cărțile tehnice ale Rolls-Royce.
Tancul de expansiune con ține sticle de nivel care indica nivelul minim și cel maxim în
timpul func ționarii normale ale sistemului de guvernare, cât și doua comutatoare electrice care
monitorizeaz ă nivelul de ulei din tanc.
Tancul de expansiune poate avea dimensiuni corespun z ătoare cantit ăților de 25, 60 au
120 de litri, în func ție de tipul de instala ție ales. Tancurile cu o capacitate de 60 sau 120 de
litri sunt dotate cu doua dopuri suplimentare în ca zul în care unitatea de pompare con ține mai
multe accesorii ce pot ata șate la acest tanc.

45
Partea inferioara a tancului este divizat ă în interiorul tancului, con ținând dou ă sec ții
separate de un perete desp ărțitor. Acest lucru realizat pentru a preveni scurger ile de ulei.
Volumul din zona superioara este comuna întregului sistem hidraulic. În cazul în care se
detecteaz ă scurgeri de ulei la o pompa, cealalt ă pompa poate func ționa normal în continuare.

Figura 4.15. Tancul de expansiune

În afara de bu șoanele pentru conexiunile țevilor de expansiune ata șabile, tancul de
expansiune con ține și conexiuni pentru tancul de depozitare, bu șon de golire, capac de vizita,
filtru de aer și sorb.

Func ționarea
Cilindrul sub forma de inel cilindric este împ ărțit în mai multe camera prin intermediul
unor pere ți desp ărțitori. Semnalul cârmei comanda și pompa de manevr ă și direc ționeaz ă
debitul de ulei c ătre camerele rotorului. Atunci rotorul se va roti î n direc ția corespunz ătoare
semnalului primit. Când pozi ția comandat ă este atins ă, pompa de manevrare se va opri și
blocul de supape, prin intermediul supapei de bloca re, va bloca pozi ția cârmei.

46

Figura 4.16. Func ționarea schematica a sistemului de guvernare Rolls- Royce

Aceste dispozitive pot bloca cârma în mod automat î n orice pozi ție dorita de utilizator.
Acestea previn și transmiterea for țelor ce pot ac ționa asupra rotorului pompe și ce provin din
exteriorul corpului pompei.
Daca este instalat și un sistem analog pentru dispozitivul de virare, m aneta de virare
este comutata în pozi ția corespunz ătoare unghiului dorit al cârmei; atunci cârma se va mi șca
pana în pozi ția comandata. Sistemul de guvernare poate fi dotat cu ambele tipuri de comenzi,
fiind capabil ă comandarea acesteia prin intermediul semnalelor, f ie de la autopilot, joystick și
prin intermediul sistemului de pozi ționare dinamic ă.

Figura 4.17. Prezentarea cârmei cu volet de la bord

47
4.3. CALCULUL PROPULSORULUI NECESAR PENTRU MANEVRA NAVEI

La baza calcului se va folosi diagrama realizat ă de Ing. Dan Micu de la CERONAV
S.A. Gala ți. Din aceasta în func ție de L pp și tipul navei se scoate for ța de împingere
recomandat ă în N/m 2, suprafa ța de deriv ă și timpul de gira ție a navei cu 90 ° la vitez ă nul ă, cu
viteza unghiular ă stabilizat ă, pe calm (f ără vânt și valuri).
Nava are lungimea între perpendiculare de 183,0 m, și pescajul de 13,077 m iar tipul
tanker.
Aproxim ăm în dreptul punctului de intersec ție a orizontalei cu ordonata graficului ,
timpul de 5 minute și 10 secunde necesare navei s ă întoarc ă cu 90 °.
Cu lungimea între perpendiculare și pescajul se calculeaz ă suprafa ța de deriv ă a navei:
1 , 2393 077 , 13 00 ,183 =⋅=⋅= Tpp L SD m2;
Cu suprafa ța de deriv ă și cu necesarul, de și necesarul de k=65 N/m 2 se calculeaz ă
for ța de împingere necesar ă:
N SD kF 5 , 155551 1 , 2393 65 =⋅=⋅= ;
Puterea necesar ă la nivelul instala ției pentru a realiza for ța de împingere calculat ă mai
sus, se calculeaz ă astfel:
92 , 1196 ) 95 , 0 7 , 5 60 /( 5 , 2 5 , 155551 / =⋅⋅⋅ =⋅⋅= ηtdFP kW,
unde:
d=2,5 m – distan ța parcurs ă transversal;
t=5,7 min=5,7 ·60=342 s – timpul de deplasare din diagrama de mai jos;
η=0,95 – rezerva de putere necesar ă pentru regimul de suprasarcin ă.
Alegem un propulsor lateral cu o putere de 1200 kW.

48

Figura 4.18. Diagrama de calcul

4.4. ALEGEREA PROPULSORULUI BRUNVOLL

Principalele caracteristici:
Produc ător: Brunvoll AS, Molde, Norvegia;
Tip: FU-63-LTA-1200;
Nr. de unitati: 1;
Putere de ac ționare: 1200 kW;
Viteaza motor ac ționare: 1480 rpm;
Viteaza elicei: 378 rpm;
Diametrul discului elicei: 800 mm;
Num ăr de pale: 4.
Prezentare general ă:
Nava este dotat ă cu un singur bow thruster ce este alimentat de c ătre sistemul hidraulic
de pe punte prin intermediul unei valvule de comand ă direc ționale, iar acest sistem este
compus din mai multe componente:
– Un tunel al unit ății elicei, un motor de ac ționare, un sistem de putere hidraulic ă și
un sistem electric de comand ă;

49
– Unitatea cu elice cu pas fix este ac ționat ă de doua motoare hidraulice reversibile cu
viteze variabile care func ționeaz ă în tandem. Sensul de rota ție și varia ția vitezei elicei face
posibil ă varia ția magnitudinii și a direc ției for ței;
– Tunelul propulsorului faciliteaz ă manevrarea navei într-o gam ă larg ă chiar și
atunci când viteza navei este sc ăzut ă sau chiar 0. Bow thrusterul navei este folositor și
complementar cu cârma navei la viteze maxime de 5 n oduri. Propulsorul și cârma folosite
împreun ă confer ă un efect de manevr ă mai ridicat.
La viteze mai ridicate de 5 noduri apare riscul de a sc ăpa aer în propulsor, în mod special când
se manevreaz ă la ape pu țin adânci, iar acest fenomen poate scade din perfor manta ducând la
avarii generate de apari ția cavita ției. P ătrunderea aerului în propulsor poate fi detectat ă
urm ărind tahometrul motorului, iar acest fenomen trebui e evitat.
– Din timp ce for țele din tribord și babord trebuie sa fie egale, palele sunt proiecta te
sa aib ă o sec țiune a palei complet simetric ă.
Când o nav ă care sta ționeaz ă este întoars ă folosind un tunel al bow thrsuterului, navei
respective i se imprim ă și o vitez ă lateral ă. Întoarcerea simultan ă și crabarea duce la crearea
unei mi șcări lente longitudinale a navei înainte atunci când propulsorul este pozi ționat în
prova. Acest fapt trebuie avut în vedere în momentu l în care se naviga prin porturi înguste.
Instala ția elicei este compus ă dintr-un tunel al elicei în care este în șurubat un
dispozitiv de angrenare. O elice cu patru pale și un ansamblu de ax sunt montate pe lag ăr în
loca șul angrenajului. Principala component ă a tunelului propulsorului este butucul elicei cu
palele, cât și axul elicei. Un dispozitiv de etan șare al arborelui previne p ătrunderea apei cât și
scurgerile de ulei din angrenaj.
Alimentarea cu putere pentru propulsor este asigur at ă de sistemul principal de energie
hidraulic ă, acesta furnizând energie și pentru pompele de marf ă și pompele de balast, dar și
pentru instala țiile de punte.
Sistemul de comand ă de la distan ță
Sistemul de comand ă este un sistem bazat pe un microprocesor folosit p entru a
controla viteza și direc ția instala ției motorului hidraulic. PLC-ul ini țiaz ă semnalul de comand ă
către supapa pilot a propulsorului, care, în schimb c omand ă ie șirea supapei hidraulice de
comand ă a propulsorului. Aceast ă valvul ă controleaz ă atât direc ția cât și debitul aliment ării cu
ulei hidraulic a motorului propulsorului. Schimbare a direc ției de rota ție duce la orientarea
for ței fie c ătre babord, fie c ătre tribord, cât și la m ărirea sau sc ăderea vitezei de rota ție ce duce
la varia ția for ței laterale transmise.
Manevrarea este efectuat ă de la o sta ție de comand ă dotat ă cu un joystick și o manet ă
de comand ă. Când se ac ționeaz ă propulsorul din joystick sistemul stabile ște viteza corect ă, cât

50
și direc ția setând în mod corespunz ător în conformitate cu o curba proiectat ă de computer,
astfel încât for ța sa fie propor țional ă cu pozi ția manetei. Când se face manevra, sarcina
aplicat ă motorului de ac ționare este controlat ă de c ătre sistem prin intermediul regl ării
automate a debitului de ulei. Sarcina maxim ă permis ă este determinat ă de “limita de sarcina”.
Din timp ce exist ă mai multe sta ții de comand ă se impune și existen ța unui sistem de
responsabilizare, acesta permi țând utilizarea doar a unei singure sta ții de comand ă la un
moment dat.
Pe fiecare sta ție de comand ă viteza motorului din tunelul propulsorului este in dicata in
mod continuu.
Comanda sistemului se poate face fie din consola d e comand ă de pe puntea de
comand ă (BMCC) fie din punctele de comand ă din aripile pun ții de comand ă. Panourile de
comand ă au urm ătoarele caracteristici:
– Permit comanda viteza motorului și direc ția acestuia;
– Indic ă mereu viteza și direc ția motorului;
– Oprirea de urgent ă;
– Alarma comun ă;
– Sistem de pornire/oprire (doar în BMCC);
– Oprire de urgen ță în caz de suprasarcin ă (doar în BMCC);
– Testarea func țion ării luminilor indicatoare (doar in BMCC);
– Indicator de presiune joas ă în sistemul hidraulic (doar în BMCC);
– Indicator lipsa de alimentare cu energie electric ă, sau indicator de energie electric ă
insuficient ă pentru alimentarea sistemului (doar în BMCC);
– Indicator de vitez ă insuficient ă (doar in BMCC), comanda sau istoricul unei avarii;
Proceduri de func ționare
Înainte de pornirea propulsorului lateral
a) Se sun ă în ECR și se asigur ă faptul c ă exist ă energie hidraulic ă suficient ă pentru a
permite pornirea propulsorului;
b) Se verifica dac ă exist ă vreo alarm ă lansat ă.
Func ționarea normal ă
a) Se apas ă butonul ON de pe panoul de comand ă principal de pe puntea de comand ă.
Lumina se va aprinde și va r ămâne constant ă, indicând astfel faptul c ă sistemul este preg ătit
pentru func ționare. Presiunea din sistem va fi la un nivel mini m, iar motorul de ac ționare va
rămăne oprit.
b) Se va folosi joystickul pentru a alege direc ția și for ța necesar ă. Sistemul de

51
comand ă PLC va ac ționa valvula de comand ă pentru a atinge nivelul de presiune dar f ără a
dep ăși valori limit ă de presiune.
c) Dac ă este necesar se va schimba sta ția de operare prin ap ăsarea butonului de
comanda CONTROL de pe panoul necesar, ambele joysti ck-uri r ămânând în pozi ția 0.
d) Se va opri propulsorul prin aducerea joystickului î n pozi ția 0.
e) Când propulsorul nu mai este necesar sistemul este oprit prin ap ăsarea butonului
OFF de pe panoul principal din puntea de comand ă. Acumulatoarele de energie hidraulic ă pot
fi oprite apoi atât cât permit condi țiile de func ționare.
Opera țiunile de Oprire/Pornire a unit ăților de energie hidraulic ă
Pornirea și oprirea unit ăților de energie hidraulic ă poate fi efectuat ă de la panoul
sistemului de comand ă hidraulic ă aflat în centrul de comand ă al motorului sau local, de la
loca țiile instala țiilor hidraulice. Înainte de pornirea instala țiilor ac ționate electric se va asigura
faptul ca exist ă destul ă energie electric ă de rezerv ă în sistem.

Figura 4.19. Schema de comand ă a propulsorului lateral