Navă de tip tanc petrolier de 50 000tdw. Influenț ele temperaturii mediului ambiant asupra instalației de ră cire a [629446]

Navă de tip tanc petrolier de 50 000tdw. Influenț ele temperaturii mediului ambiant asupra instalației de ră cire a
motorului de propulsie folosind programe de calcul bazate pe teoria elementului finit.
Capitolul II Calculul rezistenț ei la inaintare
14
Cap II. CALCULUL REZISTENȚEI LA ÎNAINTARE

2.1. Componentele rezistenței la înaintare

Rezistența totală la înaintare RT, este dată de componenta după axa orizontală a
rezultantei forțelor hidrodinamice și aerodinamice, exercitate asupra corpului navei la
deplasarea acestuia cu o anumită viteză..
Rezistența la înaintare a navei este influențată de o serie de factori dintre care:
a)regimul de curgere al apei în jurul carenei (laminar sau turbulent), care este
determinat de viteza navei, starea suprafeței udate, etc.;
b)adâncimea apei;
c)viteza de deplasare;
d)poziția navei (asieta, înclinarea transversală, oscilațiile navei, etc.);
e)caracteristicile șenalului de navigație (adâncimea, lățimea, etc.);
f)situația de încărcare a navei;
Având în vedere cele menționate mai înainte, se poate presupune că rezistența la
înaintare este formată din mai multe componente, determinate de cauze diverse și care
interacționează între ele într -un mod foarte complex. Aceste componente sunt următoarele:
 Rezistența la înaint are principală;
 Rezistența la înaintare suplimentară.
Rezistența la înaintare principală R, reprezintă o fracțiune din rezistența totală la
înaintare și este definită ca fiind componenta după axa orizontală a rezultantei forțelor
hidrodinamice exercitate asupra carenei nude (fără apendici), la deplasarea acesteia cu o
anumită viteză în apă liniștită. Rezistența la înaintare principală are două componente și
anume:

2.1.1. Rezistența de frecare

Rezistența de frecare RF, reprezintă o fracțiune din rezisten ța totală la înaintare
principală și este definită ca fiind componenta după axa Gx a rezultantei forțelor de frecare
exercitate de apă pe suprafața udată a carenei nude.
Rezistența de frecare este dată de relația:

Navă de tip tanc petrolier de 50 000tdw. Influenț ele temperaturii mediului ambiant asupra instalației de ră cire a
motorului de propulsie folosind programe de calcul bazate pe teoria elementului finit.
Capitolul II Calculul rezistenț ei la inaintare
15

SvCRF F22 [kN] (2.1)

unde ρ este densitatea apei în t/m3, v viteza navei în m/s, S este aria suprafeței udate a carenei
nude în m2 iar CF este coeficientul rezistenței de frecare.

2.1.2. Rezistența de presiune (rezistența reziduă)

Rezistența de presiune Rp, sau rezistența reziduă, reprezi ntă o fracțiune din rezistența
la înaintare principală șl este definită ca fiind componenta după axa orizontală a rezultantei
forțelor hidrodinamice ale presiunii suplimentare exercitate de apă pe suprafața udată a
carene i nude.
Rezistența de presiune este dată de relația
SvCRP P22
[kN] (2.2)
unde CP este coeficientul rezistenței de presiune.
Distribuția presiunii dinamice suplimentare p’ pe suprafața udată a carenei nude are
două consecințe:
a)formarea valurilor la mișcarea corpului prin apă;
b)formarea de vârtejuri la pupa, ca urmare a desprinderii stratului limită de
suprafața udată a carenei.
În aceste condiții se poate afirma că rezistența de presiune are două componente și
anume:
 Rezistența de val ( Rw ), definită ca forța care se opune mișcării datorită formării
valurilor de către navă. Rezistența de val este dată de relația:
] [22
kNSvCRW W
(2.3)
Rezistența de presiune datorată vâscozității – turbionară sau de formă ( Rpv), definită
ca forța care se opune mișcării datorită desprinderii stratului limită de suprafața udată a
carenei și formarea vârtejurilor. Rezistența de presiune datorată vâscozității este dată de
relația:
] [22
kNSvC RPV PV
(2.4)

Navă de tip tanc petrolier de 50 000tdw. Influenț ele temperaturii mediului ambiant asupra instalației de ră cire a
motorului de propulsie folosind programe de calcul bazate pe teoria elementului finit.
Capitolul II Calculul rezistenț ei la inaintare
16
unde: C W și C PV reprezintă coeficienții rezistenței de val, respectiv al rezistenței de presiune
datorată vâscozității.
Prin urmare, se pot scrie relațiile:
RV = R F + R PV (2.5)
RP = R W + R PV (2.6)
unde Rv este rezistența totală de vâscozitate.
RPV se consideră în componența lui RP dar vâscozitatea este implicată aici numai ca un
fenomen care determină modificarea distribuției presiunii. Componenta frecării este inclusă în
RF. Prin urmare, rezistența totală se poate scrie:
R = R P + R F = R F + R W + R PV = C R [kN] (2.7)
unde: C R = C F + C P = C F +CW + C PV este coeficientul rezistenței la înaintare principale.
Calculul rezistenței la înaintare principale presupune cunoașterea valorii coeficientului
CR. Determinarea lui pe cale teoretică este comp licată, din acest motiv recurgându -se la
diferite metode de determinare experimentală a acestuia.

2.2. Metode de determinare a rezistenței la înaintare

Rezistența la înaintare principală se poate determina prin mai multe metode, dintre
care putem evidenția:

2.2.1. Metoda analitică

Este bazată pe teoriile hidrodinamicii și are în vedere particularitățile formelor
geometrice ale carenei. Întrucât formele geometrice complexe ale carenei nu pot fi
reprezentate prin relații matematice riguroase, utilizarea metodei analitice, pe lângă
complicațiile de ordin matematic, necesită multe ipoteze și aproximări care conduc la erori
destul de mari. Din aceste motive nu are o utilizare extinsă.

2.2.2. Metoda experimentării pe modele în bazine de încercăr i

Presupune construcția, la o anumită scară, a modelului navei de proiectat și
determinarea rezistenței la înaintare a acestuia prin tractarea lui în bazin, asigurând condiții
similare cu cele reale. Rezultatele obținute pe model se transpun, cu ajutorul teoriei

Navă de tip tanc petrolier de 50 000tdw. Influenț ele temperaturii mediului ambiant asupra instalației de ră cire a
motorului de propulsie folosind programe de calcul bazate pe teoria elementului finit.
Capitolul II Calculul rezistenț ei la inaintare
17
similitudinii, la nava în mărime naturală. Date fiind rezultatele bune care se obțin cu cheltuieli
relativ mici, această metodă este cea mai utilizată.
Bazinul de încercări este un laborator hidrodinamic pre văzut cu:
a)canal hidraulic ;
b)instal ație pentru tractarea modelelor ;
c)generator de valuri și aparatura necesară pentru măsurarea parametrilor care
define sc calitățile de navigabilitate;
Experimentările efectuate pe modele de nave în bazinele de încercări rezolvă
următoarele probleme:
 determinarea rezistenței la înaintare și a puterii, necesare pentru asigurarea
diferitelor viteze de deplasare ale navei pe apă liniștită și pe valuri;
 determinarea coeficienților de influență ai corpului (siaj și sucțiune), asupra
funcționării elice i;
 studiul influenței valurilor, asupra unor calități de navigabilitate;
 studiul oscilațiilor navei, pe apă liniștită sau pe valuri;
 studiul influenței adâncimilor limitate și apropierii pereților cana lelor de
navigație, asupra rezistenței la înaintare;
În continuare, se vor face referiri numai asupra determinării rezistenței la înaintare,
mărimile ce se măsoară în acest caz fiind forța de remorcare a modelului și viteza acestuia.
După procedeul de remorcare al modelului și tipul aparaturii de măsură se
deosebesc:
a)bazine de încercări dinamometrice;
b)bazine de încercări gravitaționale.
Calitățile superioare ale bazinelor de încercări dinamometrice au conferit acestora un
rol prioritar în cercetările experimentale destinate industriei navale. Bazinele gravitaționale își
găsesc utilitatea în cadrul învățământului naval, unde nu se pune problema determinărilor
canti tative exacte ale diferitelor mărimi.

2.2.3. Metoda formulelor aproximative și a diagramelor

Se folosește frecvent în stadiul preliminar de proiectare și are la bază formulele
aproximative și diagrame rezultate din date statistice sau în urma experimentărilor efectuate
pentru diverse tipuri de nave. Cu anumite corecții, aceste formule și diagrame permit

Navă de tip tanc petrolier de 50 000tdw. Influenț ele temperaturii mediului ambiant asupra instalației de ră cire a
motorului de propulsie folosind programe de calcul bazate pe teoria elementului finit.
Capitolul II Calculul rezistenț ei la inaintare
18
determinarea valorilor aproximative ale componentelor rezistenței la înaintare principale.
Gradul de precizie al metodei depinde de asemănarea geometrică dintre nava de proiectat și
cea pentru care au fost stabilite formulele sau diagramele.

2.2.4. Metoda încercărilor prin remorcaj a navei în mărime naturală

Presupune proiectarea și construcția unei nave prototip, prin remorcarea căreia se
determină valoarea reală a rezistenței la înaintare și se p ot stabili măsurile ce trebuie luate în
vederea îmb unătățirilor calităților de marș. Pe baza rezultatelor obținute prin remorcarea
prototipului se trece la proiectarea seriei navelor de același tip care urmează a fi construite.
Deși este metoda cu gradul de precizie cel mai ridicat se utilizează foarte rar deoarece necesită
cheltuieli mari, care nu se justifică.

2.2.5. Metoda utilizării programelor specializate de calcul

Metoda este o compilație între metoda analitică, metoda experimentării pe model în
bazinele de încercări și tehnica de calcul din ce în ce mai performantă. Programele disponibile
acoperă o largă plajă de posibile aplicații, de la estimări preliminare rapide la determinarea
mărimilor necesare prin calculul spectrului hidrodinamic și evidențierea liniilor de curent în
jurul carenei navei.
Un astfel de program specializat este programul DELFT SHIP , program oferit de
Delft University of Tehnology din Olanda (Fig. 2.1).

Fig. 2.1 . Programul DELFT SHIP

Navă de tip tanc petrolier de 50 000tdw. Influenț ele temperaturii mediului ambiant asupra instalației de ră cire a
motorului de propulsie folosind programe de calcul bazate pe teoria elementului finit.
Capitolul II Calculul rezistenț ei la inaintare
19
Programul oferă posibilitatea calculului rezistenței la înaintare și a optimizării
formelor hidrodinamice și aerodinamice ale navei precum și optimizarea caracteristicilor
agregatului propulsiv pentru regimurile de deplasament, semi -deplasament și glisare prin
utiliza rea a diferite metode teoretico –experimentale elabo rate de comunitatea științifico –
academică internațională.
Metodele disponibile sunt eficace pentru toate tipurile de forme sau dimensiuni ale
carenei precum și pentru game de viteză specifice, recomandările de aplicabilitate precum și
limitele de utilizare fiind clar specif icate, programul funcționând perfect cu orice model de
navă importat. De notat de asemenea că în alte cazuri programul rulează cu date inițiale ce
depășesc limitele de utilizare recomandate însă rezultatele sunt incerte, uneori chiar aberante.
Calculul rezistenței la înaintare debutează cu definirea si crearea planurilor de forme
pentru a defini clar și exact forma corpului navei (figurile 2.2 și 2.3).

Fig.2.2 . Planul de forme din vedere laterală

Fig.2.3 . Planul de forme din vedere de sus

Navă de tip tanc petrolier de 50 000tdw. Influenț ele temperaturii mediului ambiant asupra instalației de ră cire a
motorului de propulsie folosind programe de calcul bazate pe teoria elementului finit.
Capitolul II Calculul rezistenț ei la inaintare
20

Urmeaza generarea formei corpului navei :

Fig. 2.4. – Corpul navei generat după planul de forme

După etapa în care forma corpului navei a fost definită și generată, se afisează
planurile de referință ale modelului pentru stabilirea mediul combinat apă -aer din jurul
corpului și pentru vizualizare mai ușoară a dimensiunilor navei din orice unghi.

Fig. 2.5 .. – Planurile de referință ale modelului

Navă de tip tanc petrolier de 50 000tdw. Influenț ele temperaturii mediului ambiant asupra instalației de ră cire a
motorului de propulsie folosind programe de calcul bazate pe teoria elementului finit.
Capitolul II Calculul rezistenț ei la inaintare
21

Fig. 2.6. – Planurile de referință ale modelului

Urmează selectarea gamei de viteze (fi gura 2.7 ). Cu datele astfel introduse programul
calculeaz ă apoi rezistența la înaintare ș i puterea de remorcare, generând de asemenea și un
raport cu rezultatele obținute. După stabilirea aspectelor generale ale calculul rezistenței, se
verifică caracteristicile tehnico -tactice ale navei din tabul “Hull”

Fig. 2.7. Selectarea gamei de viteze

Navă de tip tanc petrolier de 50 000tdw. Influenț ele temperaturii mediului ambiant asupra instalației de ră cire a
motorului de propulsie folosind programe de calcul bazate pe teoria elementului finit.
Capitolul II Calculul rezistenț ei la inaintare
22
2.3. Estimarea efectivă a rezistenței la înaintare și a puterii de remorcare
Datele inițiale ale nav ei sunt prezentate în figura , iar gama de vite ze adoptată a fost
de 0,00 ÷ 1 7,50 Nd cu incrementul d e 0.5 Nd. Pentru aceste valori programul a calculat
rezistența la înaintare și p uterea de remorcare (figura) și a generat gra ficul reprezentat în
figură .

Fig. 2.8. Datele de ieș ire ale programului

Din figur ă rezultă puterea necesară 9664,75 CP.

Navă de tip tanc petrolier de 50 000tdw. Influenț ele temperaturii mediului ambiant asupra instalației de ră cire a
motorului de propulsie folosind programe de calcul bazate pe teoria elementului finit.
Capitolul II Calculul rezistenț ei la inaintare
23

Fig. 2.9. Calculul rezistenței la înaintare

2.4.Alegerea motorului de propulsie
Alegerea motorului de propulsie ce echipează nava, trebuie făcută în funcție de
puterea de remorcare a navei. Din calculul estimativ al rezistenței la înaintare, se obține
puterea de remorcare a navei. Motorul de propulsie trebuie ales astfel încat puterea lui sa fie
cu aproximativ 10% peste valoarea maximă a puterii de remorcare, pentru a se asigura
funționarea corespunzătoare în condiții de suprasarcina a navei.
Motorul principal se alege în funcție de rezisten ța la înaintare și pierderile care au loc în
sistemul de propulsie al navei:
A) Puterea de remorcare produs ă de elice:
PE=RTv=800∙9,00=7 200 [kW]
Sau P E=1.36R T v [CP]
RT=Rezisten ța la înaintare [kN]
V=vite za [m/s]

B) Puterea la elice
PD=RT∙ v/ηD=800∙9,00/0,7=1 0 285 [kW]

Navă de tip tanc petrolier de 50 000tdw. Influenț ele temperaturii mediului ambiant asupra instalației de ră cire a
motorului de propulsie folosind programe de calcul bazate pe teoria elementului finit.
Capitolul II Calculul rezistenț ei la inaintare
24
C) Puterea la axul port -elice
PS=PD/ηS=10285 /0,98=1 0 495 [kW]
D) Puterea efectiv ă la flanșa mașinii principale
PB=PS/ηG=10495 /0,98=1 0 709 [kW]
E) Puterea de supraturare se alege cu 10% mai mare decât puterea efectiv ă
PS=PB+PB∙0,1=1 0709 +1070.98=11 779.98 [kW]

Motorul este de tipul MAN B&W 6S60MC Mk 6 cu urmă toarele caracteristici tehnice:
Numărul de cilindrii : 6
Dispunerea cilindrilor : În Linie
Alezaj : 600 mm
Cursă piston : 2292 mm
Cilindree : 1010.44 dm3
Presiunea medie efectivă : 18 bari
Turația nominală : 105 r/min
Puterea motorului : 16614 CP
Consum specific de combustibil :
Consumul de ulei pentru
lubrificarea cilindrilor : 170 g/kWh

0,95-1,5 g/kWh
Greutatea specifică :
Puterea motorului : 20,82 kg/CP
12240 kW
Greutatea motorului : 346 t

Concluzii :
Rezistența la înaintare este o componentă importantă in proiectarea unei navei, pentru
determinarea puterii necesare a motorului naval de propulsie si proiectarea liniei axiale și a
propulsorului. Pentru tan cul petrolier , la o viteză maximă de 17,5 noduri, are o rezistență la
înaintare de 800 kN și o putere de remorcare ce trebuie învins ă de mașina de propulsie de
8560 kW, la care se va adăuga diferența de 10% si se ajunge la 11 779.98 [kW] . Diferența de
putere reprezintă asigurarea funcț ionării motorul în regim de suprasarcină.