.proiect De Curs [303637]

1.DESCRIEREA TEHNICĂ A NAVEI DE REFERINȚĂ

1.1.Particularități constructive ale petrolierelor

La proiectarea și construcția petrolierelor trebuie să se țină cont și de următoarele:

[anonimizat], [anonimizat];

[anonimizat];

[anonimizat];

accentuarea coroziunii structurilor din tancurile de marfă;

[anonimizat].

1.2.Caracteristici constructive și funcționale

Nava este de tip tanc chimic cu compartimentul mașini amplasat în pupa.

Figura 1.1. – Maersk KATE

Particularități

Constructor Guangzhou Shipyard International Co.

Nume navă Maersk Kate

Număr oficial 911687

Număr IMO 9431276

Steag Singapore

Call sign 9V6044

Tip marfă ulei / tanc chimic

Tip navă tanc

Clasificare Loyd Register

Dimensiuni

Lungimea maximă L max = 183.2 m

Lungimea între perpendiculare L = 176 m

Lățimea B = 27.4 m

Pescaj la linia de încărcare de vară T =9.55 m

Deadweight 39756 tdw

Tonaj brut 24463 t

Tonaj net 11668 t

Motor principal

Producător MAN B&W

Tip 5S50MC, 2 timpi

Putere motor (MCR) 7150 kW la 127 rpm

Putere motor (NCR) 6078 kW la 120.3 rpm

Diesel generator principal

Producător ZLMD B&W

Tip 5 sau 6L23/30H, 4 timpi

Putere 690 kW / 825 kW

Număr generatoare 1 x 5 cil, 2 x 6 cil

Diesel generator avarie

Producător SISU

Tip 634DSBG, 4 timpi

Putere 140 kW

Pompe de marfă

Producător Frank Mohn

12 pompe (tancuri 1 la 6) tip SD140, 380 mc/h

3 pompe (tanc 7 și tanc Slop) tip SD125, 180 mc/h 1 pompă (tanc reziduri) tip SD100, 70 mc/h

2 pompe (spălare tancuri) tip MA200, 125 mc/h

1 pompă portabilă tip TK150, 250 mc/h

2 pompe tip SB300, 800 mc/h

Mașini de punte

Vinciuri 2 [anonimizat] 215 kN, 0-9 m/min

Vinciuri ancoraj 6 [anonimizat] 118 kN, 0-15 m/min

Elice

Producător Stone Manganese Marine Ltd.

Tip cu pale fixe

Diametru 5.45 m

Pas 3.765 m

Mașina cârmei

Producător Kawasaki Wuhan

Tip 4 stații electro hdraulice

2.CALCUL COEFICIENȚILOR DE FINEȚE ȘI A STABILITĂȚII PRIN METODE CLASICE

2.1. Parametrii inițiali de calcul

Ca parametrii inițiali de calcul vom porni de la următoarele dimensiuni ale navei:

lungimea L = 183.2 m

lățimea B = 27.40 m

pescajul T = 9.55 m

Calculul înălțimii de construcție H

H = T + F [m],

unde: T – pescajul navei, în metri

F – bordul liber, în metri, care se calculează cu următoarea relație empirică:

;

Rezultă F = 2907 mm = 3,261 m și H = 12,81 m

Bordul liber F este distanța, măsurată în planul cuplului maestru, de la linia de plutire la intersecția punții cu bordajul sau mai este definit ca diferența dintre înălțimea de construcție și pescajul navei. El caracterizează rezerva de flotabilitate a navei. În relația de mai sus, lungimea se ia în metri iar rezultatul va fi în mm. Dacă înălțimea de construcție rezultată din calculul anterior respectă inegalitatea , atunci bordului liber F i se adaugă următoarea corecție:

în care

Rezultă Δ F = 149 mm = 0,149 m

Deci pentru cazul H > L/15, înălțimea de construcție corectată devine:

Hcorectat = H = T + (F + F) [m]

Rezultă Hcorectat = H = 12,96 m

2.2. Calculul coeficienților de finețe

Coeficienții de finețe reprezintă raportul adimensional al unei curbe închise sau volumul unui corp și figura geometrică regulată sau poliedrul regulat care-l încadrează. Coeficienții de finețe ai unei nave sunt de două feluri: de arie și de volum.

Calculul coeficientului bloc CB

Coeficientul bloc este un coeficient de finețe volumic și este definit ca raportul dintre volumul carenei, notat V sau și volumul paralelipipedului cu laturile L, B, T în care se înscrie carena navei.

Relația de definiție este:

unde:

V = – volumul carenei, [m3] ;

L – lungimea navei, [m] ;

B – lățimea navei, [m] ;

T – pescajul navei, [m] .

Figura 2.1. Coeficientul bloc

Coeficientul bloc depinde de tipul navei și de viteza acesteia prin intermediul unui criteriu de similitudine (adimensional) și anume criteriul Froude () ce are expresia:

unde: vN – viteza navei, în [m/s] ;

g – accelerația gravitațională, în [m/s2] ;

L – lungimea navei, în [m] .

Dacă folosim viteza navei în noduri 18.6 [Nd], vom avea relațiile de transformare:

1 Nd = 1852 m/h = 1 Mm/h = 0,5144 m/s și deci:

unde: vN – viteza navei în [Nd] ;

L – lungimea navei în [m].

= 0,226

Cu criteriul Froude astfel calculat se calculează în final coeficientul bloc cu relația:

Rezultă CB = 0,726

De asemenea, cu coeficientul bloc astfel determinat rezultă și volumul preliminar al carenei:

= CB L B T [m3]

Rezultă = 34.800 m3

Calculul coeficientului plutirii de plină încărcare CWP

Coeficientul de plină încărcare este un coeficient de finețe de arie și este definit ca fiind raportul dintre aria suprafeței plutirii și aria dreptunghiului cu laturile L și B, în care se înscrie.

Relația de definiție este:

unde:

SCWL – aria plutirii de plină încărcare, [m2]

L – lungimea navei, [m]

B – lățimea navei, [m]

Relația de calcul a lui CWP este o relație empirică în funcție de coeficientul bloc , relație ce are următoarea formă:

unde este calculat anterior.

Rezultă CWP = 0,809

Figura 2.2. Coeficientul plutirii de plină încărcare

Calculul coeficientului prismatic vertical CVP

Coeficientul prismatic vertical CVP este un coeficient de finețe volumic ce reprezintă raportul dintre volumul carenei și volumul cilindrului drept având aria bazei SCWL și înălțimea T , în care se înscrie carena navei.

Relația de definiție este:

unde:

= V – volumul carenei, [m3]

SCWL – aria plutirii de plină încărcare, [m2]

T – pescajul navei, [m]

Relația de calcul a lui CVP este următoarea:

unde: – calculat anterior

– calculat anterior

Rezultă CVP = 0,898

Figura 2.3. Coeficientul prismatic vertical

Alegerea coeficientului secțiunii maestre CM

Coeficientul secțiunii maestre CM este un coeficient de finețe de arie ce reprezintă raportul dintre aria suprafeței imerse a cuplei maestre și aria dreptunghiului cu laturile B și T în care aceasta se înscrie.

Relația de definiție este:

unde:

– aria secțiunii imerse la cuplul maestru, [m2]

B – lățimea navei, [m]

T – pescajul navei, [m]

Figura 2.4. Coeficientul secțiunii maestre

Întrucât la trasarea planului de forme se vor folosi carenele de referință ale Seriei 60 iar ajustarea deplasamentului se va face prin modificarea porțiunii cilindrice (CM = ct.), se va alege în această fază o carenă de referință din Tabelul 1. și anume carena cu CBi cel mai apropiat de CB calculat anterior (de preferat CBi CB).

Tabelul 1

Se alege Carena de referință V și deci CM = 0,986

Calculul coeficientului cilindric (prismatic longitudinal) CP

Coeficientul cilindric CP este un coeficient de finețe volumic ce reprezintă raportul dintre volumul carenei și volumul cilindrului drept având aria bazei și înălțimea L, în care se înscrie carena navei.

Relația de definiție este:

unde:

= V – volumul carenei, [m3]

– aria secțiunii imerse la cuplul maestru, [m2]

L – lungimea navei, [m]

Relația de calcul a lui CP este următoarea:

unde CB este calculat anterior iar CMi este ales din Tabelul 1.

Rezultă CP = 0,73

Figura 2.5. Coeficientul cilindric

2.3.Calculul și verificarea stabilității inițiale

Este necesară în această fază pentru a nu modifica ulterior un volum mare de date (desene, plan de forme, etc.) dacă dimensiunile și coeficienții de finețe aleși inițial duc la o stabilitate insuficientă. Se folosește relația (vezi și Fig. 2.6):

unde: – înălțimea metacentrică transversală [m];

– raza metacentrică transversală [m];

– cota centrului de carenă B [m];

– cota centrului de greutate G [m].

Figura 2.6. Componentele înălțimii metacentrice transversale

În această fază, mărimile sus-menționate se estimează cu relațiile empirice următoare:

Raza metacentrică transversală

Raza metacentrică transversală reprezintă distanța de la centrul de carenă al plutirii orizontale B0 la metacentrul transversal MT (vezi și Fig. 2.6).

[m]

[m]

[m]

unde: CWP – coeficientul plutirii de plină încărcare

CB – coeficientul bloc

B – lățimea navei, în [m]

T – pescajul navei, în [m]

Se va alege valoarea minimă obținută, adică

Rezultă:

m

m

m

Se alege m

Cota centrului de carenă

Cota centrului de carenă reprezintă distanța de la fundul navei (măsurată în planul diametral din punctul notat cu K) la centrul de carenă al plutirii orizontale B0 (vezi Fig. 2.6). Se calculează cu una din relațiile:

[m] (relația lui Normand)

[m] (relația lui Vlasov)

[m] (relația lui Pozdiunin)

[m] (relația lui Wobig)

unde: CVP = coeficientul prismatic vertical; CB – coeficientul bloc; CWP – coeficientul plutirii de plină încărcare iar T este pescajul navei [m]. Se va alege valoarea minimă obținută adică:

Rezultă:

m

m

m

m

Se alege m

Cota centrului de greutate

Cota centrului de greutate reprezintă distanța dintre planul de bază (măsurată în planul diametral din punctul K) și centrul de greutate G (vezi Fig. 2.6). Relația empirică de determinare a lui este:

unde: H – înălțimea de construcție [m];

– coeficient cu valorile: = 0,52 0,55 pentru T.K.

Pentru = 0,55 rezultă m

Calculul înălțimii metacentrice transversale

Înălțimea metacentrică transversală reprezintă distanța măsurată pe verticală dintre metacentrul transversal MT și centrul de greutate G, valoarea numerică rezultând din relația:

unde valorile mărimilor , și sunt calculate la punctele anterioare. Pentru tancuri, valorile lui trebuie să se încadreze în limitele:

= 1,5 2,5 [m]

Rezultă = 3,978 m (deși intervalul poate fi depășit cu 1…1.5 m, valoarea calculata este putin mare dar acceptabilă.

Deoarece am obținut valorile de construcție ale navei, vom continua calculele cu următoarele valori:

Lungime max: L = 183,20 m

Lungime pp: L = 176,00 m

Lățime la plutire: B = 27,4 m

Pescaj: T = 9,55 m

Bord liber: F = 3,103 m

Înălțime de construcție: H = 12,65 m

Coeficient bloc: CB = 0,835

Coeficient arie CWL: CWP = 0,897

Coeficient cilindric: CP = 0,84

Coeficient arie maestră: CM = 0,994

Coeficient prismatic vertical: CVP = 0,93

Volum carenă: = 38.440 m3

Deplasament masic: D = 39400 tone

Viteză de marș maximă: vN = 18.6 Nd.

3. CALCULUL FLOTABILITĂȚII NAVEI CU AJUTORUL PROGRAMULUI AUTOHYDRO

3.1. Proiectarea corpului navei

Pentru calculul flotabilității și stabilității navei vom proiecta corpul acesteia pornind de la nava model, conform caracteristicilor tehnice, cu ajutorul programului Model Maker. Astfel am proiectat o nava conform figurilor de mai jos.

Figura 3.1 Vedere din prova

Figura 3.2 Vedere de sus

Figura 3.3 Vedere din profil

Figura 3.4 Vedere 3D

3.2. Calculul elementelor de flotabilitate a navei

Pentru calculul flotabilității și stabilității navei vom introduce corpul acesteia în programul AutoHydro și vom vedea cum se comportă pe apă.

În figura de mai jos este introdusă nava în programul AutoHydro.

Figura 3.5 Nava pe apă fără plinuri

Figura 3.6 Nava pe apă cu plinuri 100%

Date despre corpul navei reieșite din programul AutoHydro

Date despre corpul navei (cu apendici) – Hull Data (with appendages)

Baseline Draft: 14.309 at Origin

Trim: aft 1.07 deg.

Heel: zero

Dimensiuni (DIMENSIONS)

Length Overall: 183.168 m LWL: 183.042 m Beam: 27.388 m BWL: 27.388 m

Volume: 50149.400 m3 Displacement: 51403.410 MT

Coeficienți (COEFFICIENTS)

Prismatic: 0.698 Block: 0.631 Midship: 0.904 Waterplane: 0.853

Coeficientul prismatic longitudinal (CP) reprezintă raportul dintre volumul carenei navei și volumul prismatic de lungime egală cu lungimea la plutire și secțiune transversală egală cu secțiunea maestră, la plutirea considerată:

.

Acest coeficient, dă o imagine asupra distribuției volumului navei, pe lungime și are valori curente cuprinse între 0,55 și 0,83. Valorile maxime indică existența unor zone cilindrice prelungite.

Coeficientul bloc (CB) reprezintă raportul dintre volumul carenei navei și volumul paralelipipedului circumscris, de dimensiuni LWL, B și T :

Are valori cuprinse între 0,38 (nave rapide, cu forme fine) și 0,82 (tancuri, petroliere mari).

Coeficientul ariei transversale (CT) reprezintă raportul dintre aria transversală imersă și aria dreptunghiului circumscris, de dimensiuni B și T :

B și T sunt lățimea și respectiv pescajul pe plutirea considerată. Dacă raportul se referă la secțiunea maestră atunci, se notează cu CM.

Relația de mai sus devine :

Coeficientul ariei plutirii (CW), reprezintă raportul dintre aria plutirii AWL și aria dreptunghiului circumscris, de dimensiuni LWL și B :

LWL și B reprezintă lungimea și respectiv lățimea plutirii considerate.

Coeficientul ariei plutirii variază în funcție de tipul și formele navei, având valori uzuale cuprinse între 0,7 și 0,9.

Rapoarte între dimensiuni (RATIOS)

Length/Beam: 6.688 Displacement/length: 233.594 Beam/Depth: 1.729

MT/ cm Immersion: 43.815

Suprafața udată (AREAS)

Waterplane: 4274.657 m2 Wetted Surface: 7842.184 m2

Under Water Lateral Plane: 2476.618 m2 Above Water Lateral Plane: 589.453 m2

Centrele navei CENTROIDS (Meters)

Buoyancy: LCB = 3.072 aft TCB =0.000 stbd VCB = 7.863

Flotation: LCF = 2.550 aft

Under Water LP: 5.634 aft of Origin, 7.021 below waterline.

Above Water LP: 23.881 aft of Origin, 2.004 above waterline.

Calculul pescajului

pescaj prova 12.605 m

pescaj pupa 16.013 m

pescaj centru babord 14.309 m

pescaj centru tribord 14.309 m

Figura 3.7 Calculul pescajelor navei

Calculul proprietăților hidrostatice (Hydrostatic Properties)

Draft is from Baseline.

Trim: aft 1.07 deg., No heel, VCG = 1.000

Tabelul 3.1 Hydrostatic Properties

Water Specific Gravity = 1.025.

Figura 3.9 Diagrama proprietăților hidrostatice

Diagrama de mai sus cuprinde:

LCB – lungimea centrului de carenă

LCF – lungimea centrului de flotabilitate

VCB – înălțimea centrului de carenă

KML – înălțimea metacentrului longitudinal (reprezintă centrul de curbură al curbei centrelor de carenă)

KMT – înălțimea metacentrului transversal (centrul de curbură al curbei centrului de carenă)

Calculul coeficienților de formă

Hull Form Coefficients (with appendages) – coeficienții de formă cu apendici

Baseline Draft: 14.309 at Origin

Trim: aft 1.07 deg.

Heel: zero

Tabelul 3.2 Hull Form Coefficients (with appendages)

Note: Coefficients calculated based on waterline length at given draft

Figura 3.10 Curbele coeficienților de forme

Diagrama de mai sus cuprinde:

Cp – coeficient prismatic

Cb – coeficient bloc

Cm – coeficintul ariei transversale la cuplul maestru

Cw – coeficientul ariei plutirii

Cvp – coeficint vertical prismatic

Cws – coeficintul suprafeței udate

4. CALCULUL STABILITĂȚII NAVEI CU AJUTORUL PROGRAMULUI AUTOHYDRO

Tot cu programul AutoHydro vom efectua calcule asupra stabilității navei, și vom observa comportamentul acesteia în funcție de anumiți parametrii asupra corpului acesteia.

4.1.Calculul curbelor stabilității (Cross Curves of Stability)

Righting Arms(heel) for VCG = 7.92

Trim aft 1.07 deg. at heel = 0 (RA Trim = 0)

Tabelul 4.1 Cross Curves of Stability

Water Specific Gravity = 1.025.

Figura 4.1 Diagrama curbelor stabilității

4.2.Calculul brațului stabilității (Righting Arms vs Heel Angle)

Tabelul 4.2 Righting Arms vs Heel Angle

Figura 4.2 Diagrama brațului stabilității navei

4.3.Verificarea îndeplinirii condițiilor IMO privind stabilitatea la încărcare

Criteriile generale de stabilitate, verificate, sunt:

GMcor > GMcr – condiție îndeplinită (GMcor = 1.8 m > GMcr = 0.15 m);

Aria delimitată de curba stabilității statice, de abscisă și de verticala unghiului θ = 30o să fie mai mare de 0,055 m*rad – condiție îndeplinită (A30 = 0,34 m*rad > 0,055 m*rad);

Aria delimitată de curba stabilității statice, de abscisă și de verticala unghiului θ = 40o să fie mai mare de 0,090 m*rad – condiție îndeplinită (A40 = 0,55 m*rad > 0,090 m*rad);

Aria delimitată de curba stabilității statice, de abscisă și de verticalele unghiurilor θ = 30o și θ = 40o să fie mai mare de 0,030 m*rad – condiție îndeplinită (A40-30 = 0,21 m*rad > 0,030 m*rad);

Brațul maxim al diagramei de stabilitate statică lsmax să corespundă unui unghi θmax ≥ 30o – condiție îndeplinită (din diagramă rezultă că lsmax = 1,8 m pentru θmax = 30o);

Limita stabilității statice pozitive (apunerea curbei) trebuie să corespundă unui unghi de răsturnare θr ≥ 60o – condiție îndeplinită (din diagramă rezultă θr ≥ 60o);

Brațul stabilității statice ls, corespunzător unghiului θ = 30o să fie mai mare de 0,2 m – condiție îndeplinită (din diagramă rezultă pentru θ = 30o, ls = 1,4 m > 0,2 m);

5.CALCULUL REZISTENȚEI LA ÎNAINTARE PRIN METODA 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 AUTOPOWER, program oferit de Autoship Systems din Vancouver – Canada (Figura 5.1).

Figura 5.1. Programul AUTOPOWER

Programul oferă posibilitatea calculului rezistenței la înaintare și a puterii de remorcare precum și optimizarea caracteristicilor agregatului propulsiv pentru regimurile de deplasament, semi-deplasament și glisare prin utilizarea a diferite metode teoretico – experimentale elaborate de comunitatea științifico – academică internațională.

Metodele disponibile sunt eficace numai pentru anumite tipuri de forme sau dimensiuni ale carenei precum și pentru game de viteză specifice, recomandările de aplicabilitate precum și limitele de utilizare fiind clar specificate și în unele cazuri chiar de netrecut, programul nefuncționând în aceste situații. 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 și a puterii de remorcare debutează cu selectarea regimului de navigație (deplasament, semi-deplasament sau glisare) și introducerea datelor inițiale (Figura.5.2).

Figura 5.2. Selectarea regimului de navigație și introducerea datelor inițiale

Urmează selectarea metodei de calcul a rezistenței la înaintare și a puterii de remorcare (Figura 5.3).

Figura 5.3. Selectarea metodei de calcul a rezistenței la înaintare

La selectarea metodei programul afișează concomitent atât limitele metodei cât și recomandări succinte ale domeniului de aplicabilitate.

Urmează calculul de către program prin mai multe metode a suprafeței udate și apoi selectarea gamei de viteze (Figura 5.4). Cu datele astfel introduse programul calculează apoi rezistența la înaintare și puterea de remorcare, generând de asemenea și un raport cu rezultatele obținute.

Figura 5.4. Selectarea gamei de viteze

Datele inițiale ale navei introduse în program sunt prezentate în Figura 5.4. Gama de viteze adoptată a fost de 0 ÷ 19,00 Nd cu incrementul de 1,00 Nd. Metoda de calcul a rezistenței la înaintare a fost metoda Andersen, metodă aplicabilă navelor mari de transport având o viteză medie.

Pentru aceste valori programul a calculat rezistența la înaintare (tabelul 5.2) și puterea de remorcare (tabelul 5.3)

Tabelul 5.1. Datele de intrare ale programului de calcul

Tabelul 5.2. Rezistenta totală

Figura 5.5. Calculul rezistenței la înaintare

Tabelul 5.3. Puterea de remorcare

Figura 5.6. Calculul puterii de remorcare

B I B L I O G R A F I E

Novac I. – Ship theory and construction, Part 2 – Ship hydrodynamics, Universitatea Maritimă din Constanța, 2013

Novac I., Chiotoroiu L. – Teoria navei – rezistența la înaintare a navelor, Ed. ExPonton, Constanța, 2004

Novac I, Patrichi I. – Construcția și calculul structurilor navale din material plastic armat cu fibre de sticla, Ed. Gaudeamus, Constanța, 2000

Novac I, Prelipcea M., – Marine materials and energetics solutions, Universitatea Maritimă din Constanța, 2010

Novac I., Ship theory and construction. Practical problems and guidelines for hidrostatics and hydrodynamics ship design, Universitatea Maritimă din Constanța, 2013

Novac I, Stanciu G., – Aliens in ballast water, Universitatea Maritimă din Constanța, 2009

Maier V. Mecanica și construcția navei. Dinamica navei. vol 1,2 și 3 Ed. Tehnică București 1987

Alexandru, C., Mașini și instalații de propulsie navală, Editura Tehnică, București, 1991.

Nicolae, F., Mașini și instalații navale, Editura Academiei Navale „Mircea cel Bătrân”, Constanța, 2002.

Ioniță, I.C., Apostolache, J., Instalații navale de bord, Construcție și exploatare, Editura Tehnică, București, 1986.

Editor Roy Harrington Marine Engineering. Newport News Shipbuilding 1992

Germanischer Lloyd Advantages of PODs over Conventional Drives.

Annual Report 2000

Mihaela Amorăriței Propulsoare navale. Soluții constructive. Criterii de performanță. Direcții de dezvoltare. Referat doctorat 2001. Nepublicat

Marine Propulsion technologies, sept. 1995

Mihaela Amorăriței Aspects Regard Ship Propulsion. The anals of University “Dunarea de Jos” Galați 2001