Proiect de licență [307307]

Universitatea “Dunărea de Jos” din Galați

Facultatea de Arhitectură Navală

Proiect de licență

Student: [anonimizat]

2018

Universitatea “Dunărea de Jos” din Galați

Facultatea de Arhitectură Navală

Proiect de licență

Student: [anonimizat]

2018

Cuprins

Capitolul 1 Descrierea generală a navei 5

1.1 Caracteristicile navei 5

1.2 Destinația navei 5

1.3 Dimensiunile principale 6

1.4 Motor principal 6

1.5 Viteză. Autonomie. Echipaj 6

1.6 Deadweight. Rezerve. Încărcătură utilă 7

1.7 Probe 7

1.7.1 Probe de cheu 7

1.7.2 Probe de mare 7

1.8 Documentația de predare 7

Capitolul 2 Trasarea planului de forme 8

2.1 Trasarea planului de forme 8

2.2 Planul de forme 8

2.3 Scări de reprezentare 9

2.4 Formele extremității navei 9

2.5 Forma cuplelor 9

2.6 Trasarea caroiajului 10

Capitolul 3 Calcule hidrostatice pe plutiri 12

3.1 Definirea flotabilității 12

3.2 Diagrama de carene drepte 12

3.3 Etape de calcul 13

3.3.1 Calculul unei plutiri 13

3.3.2 Relații de bază 13

3.4 Tabelul de semilățimi 15

3.4.1 Calculul curbelor de carene drepte 15

Capitolul 4 Determinarea rezistenței la înaintare și a puterii la flanșă 20

a motorului

4.1 Componentele rezistenței la înaintare

4.2 Determinarea rezistenței la înaintare 21

4.2.1 Metoda Holtrop-Mennen 21

4.2.1.1 Rezistența de frecare (RF) 22

4.2.1.2 Factorul de formă al corpului fără apendici (1+k1) 22

4.2.1.3 Rezistența apendicilor (RAPP) 23

4.2.1.4 Rezistența de val propriu (RW) 23

4.2.1.5 Rezistența presiunii adiționale datorate 25

bulului prova (RB)

4.2.1.6 Rezistența de presiune adițională datorată imersării 25

pupei oglinda

4.2.1.7 Rezistența adițională de corelare între model si navă(RA) 25

4.3 Determinarea puterii la flanșă a motorului 26

4.3.1 Calculul coeficienților de propulsie 26

4.3.2 Calculul preliminar al puterii de propulsie 27

4.3.3 Alegerea motorului principal 28

Capitolul 5 Proiectarea instalației de ancorare pentru un Vrachier 18000 TDW 30

5.1 Sisteme de ancorare 30

5.1.1 Scopul instalației 30

5.1.2 Cerințe generale impuse instalației de ancorare 30

5.2 Componentele instalației de ancorare 31

5.3 Ancorele 32

5.3.1 Ancorele cu fus nearticulat 33

5.3.2 Ancorele cu fus articulat 34

5.4 Lanțurile și parâmele de ancoră 35

5.5 Nările de ancoră 38

5.6 Stopele de lanț 39

5.7 Nările de punte 40

5.8 Puțurile de lanț 40

5.9 Fixarea lanțului de ancoră 41

5.10 Dimensionarea liniei de ancorare 42

5.10.1 Metoda statistică 42

5.10.2 Metoda deterministă 44

5.10.2.1 Determinarea forțelor introduse de mediu 44

5.11 Calculul forțelor care solicită nava în ancoră 48

5.12 Calculul forțelor din instalația de ancorare 51

5.13 Calculul mecanismelor instalațiilor de ancorare-acostare 53

5.13.1 Calculul parametrilor necesari și alegerea motorului 54

de acționare

5.4 Concluzii

Bibliografie

Capitolul 1

Descrierea generală a navei

1.1 Caracteristicile navei

Nava este de tip Vrachier, cu puntea principală continuă de la pupa la prova, 4 magazii, cu o singură elice, bulb prova, suprastructură și compartiment de mașini amplasate în pupa.

Dublul fund se extinde de la picul prova la picul pupa. În afara compartimentului de mașini pe zona magaziilor, dublul fund are partea neorizontală înclinată la 45 și este amenajat pentru apă de balast. Pe toată zona magaziilor este prevăzut un tunel central cu lățimea de 1400 mm pentru tubulaturi de combustibil, balast, santină, valvule, etc. Picurile pupa și prova sunt amenajate pentru apă de balast.

Nava nu are punte intermediară. Navele moderne pâna la 58000 tdw au instalații proprii de încărcare (de obicei cranice) de 25-30 tone. Navele de peste 60000 tdw de obicei nu au instalații de încărcare/descărcare, ele fiind dependente de dotările porturilor în care operează, instalații ce sunt de regulă mai moderne și mai eficiente. În cele 4 magazii sunt prevăzute la partea superioară tancuri destinate pentru apă de balast. Propulsia este asigurată de un motor lent reversibil.

Navele pentru transportul marfurilor în vrac se împart în următoarele catagorii în funcție de deadweight.

-18-35000 tdw cu instalații proprii de încărcare, cunoscute sub numele de ‘’HINDIMAX’’

-35-48000 tdw cu instalații de încărcare de 25-30 tdw, cunoscute ca nave ‘’SUPRAMAX’’

-50-80000 tdw fără instalații de încărcare, cunoscute sub numele de ‘’PANAMAX’’

-nave de peste 80000 tdw fără instalații de încărcare, cunoscute ca nave ‘’CAPESIZE’’

1.2 Destinația navei

Nava este destinată transportului mărfurilor în vrac cum ar fi:

-Minereu de fier cu greutatea specifică de până la 3.6 t/m3

-Fosfați

-Cărbune

-Grâne cu volum specific între 1.1 m3/t și 1.8 m3/t

-Minereul de fier se transportă în magaziile 2, 4 în timp ce în magaziile 1, 3 sunt goale.

-Nu sunt dotate să transporte ciment în vrac.

-Pe dublul fund în magazii nu se admite transportul de sarcini concentrate sau transportul de mărfuri pe capace și punte principală.

Vrachierele universale trebuie să îndeplinească o serie de cerințe specifice, dintre care se menționează: capacitatea magaziilor trebuie să fie de așa natură încât să permită transportul diferitelor sorturi de mărfuri solide în vrac, de la minereuri grele pâna la cereale ușoare, la un pescaj corespunzător liniilor de încărcare iar variația stabilității transversale în cazul transportării diferitelor încărcături să fie minimă.

În plus trebuie să corespundă unor cerințe suplimentare și anume:

–     să aibă un număr suficient de magazii care să asigure transportul simultan al diferitelor sorturi sau loturi de cereale și în același timp să reducă la minim completările;

–     să nu necesite separații longitudinale și nici puțuri de alimentare;

–     să permită o rapidă curățare a magaziilor și cu cheltuieli minime;

–     valoarea momentelor de încovoiere în diferite variante de transport să nu afecteze rezistența longitudinală a navei;

–     volumul și dispunerea tancurilor de balast să asigure un pescaj satisfăcător și stabilitatea necesară navigației în balast.

La construcția și dotarea navei se respectă regulile prevăzute de G.L. Nava va trebui să respecte următoarele Reguli și Regulamente inclusiv protocoalele și amendamentele în vigoare.

1. SOLAS 1974, with Protocol 1978 and Amendments 1981, 1983, 1988;

2. International Load Line Convention;

3. International Convention on Tonnage Measurement of Ships;

4. International Convention for the Prevention of Pollution from Ships 1973 /

Amendments 1978; 1984;

5. International Regulations for the Prevention of Collision at Sea 1972 and

Amendments 1981;

6. International Telecommunications and Radio Regulations, including

GMDSS 1989 / 1990;

7. Suez Canal Rules including Tonnage Measurements;

8. Guide lines of the Waterside Workers Federation of Australia regarding

Cargo Holds Ladders;

9. I.L.O. Convention Concerning Crew Accommodation on board Ships No. 92;

10. USCG Rules regarding marine pollution as applicable to foreign flag vessels;

11. IMO resolution as applicable at this type of ship, request by Class

prova.

1.3 Dimensiunile principale

Lungimea maximă L=……………………………………………….158.90 [m]

Lungimea plutire Lwl=……………………………………………..148.00 [m]

Lungimea între perpendiculare Lpp=…………………………..148.00 [m]

Lățimea B=……………………………………………………………….22.00 [m]

Înălțimea de construcție D =………………………………………..13.00 [m]

Pescajul d =………………………………………………………………..9.00 [m]

Deplasamentul Δ=……………………………………………………..23203 [ t ]

Deadweightul…………………………………………………………..18000[tdw]

1.4 Motor principal

Propulsia navei va fi asigurată de un motor de tip 8S35MC executat sub licență MAN B&B, cu 8 cilindri în linie.

Puterea maximă continuă (MCR) este de 5920 KW – 7940 CP la 173 rot/min.

Elicea este de tip monolit cu 5 pale din Ni, Al, Bz.

1.5 Viteză. Autonomie. Echipaj

Autonomia maximă a navei va fi de cca.5000 mile în următoarele condiții:

-viteza medie …………………………………………cca. 15 Nd

-starea mării (15% rez.putere) ………………………medie

-starea corpului ………………………………………..medie

Amenajările așa cum sunt arătate în planul general sunt prevăzute pentru următorul echipaj: 15 ofițeri și marinari, inclusiv pilot, armator și o cabină de rezervă.

1.6 Deadweight. Rezerve. Încărcătură utilă

– Combustibil greu………………………………………………1000 [ t ]

– Ulei………………………………………………………………….100 [ t ]

– Apă………………………………………………………………….100[ t ]

– Echipaj + bagaje…………………………………………………..5.1 [ t ]

– Rezerve pentru echipaj………………………………………110[ t ]

– Încărcătură utilă………………………………………………….16000[ t ]

– Deadweight………………………………………………………..18000[ t ]

– Viteza…………………………………………………………………15 [Nd] = 7.72 [m/s]

– Echipaj………………………………………………………….. …..15 pers.

Rezervele de combustibil, ulei, apă, hrană, asigură navei o autonomie de 5000 Mm la viteza de exploatare 15 Nd. Zona de navigație a navei este nelimitată.

1.7 Probe

Toate probele de cheu și de mare sunt realizate de către șantierul constructor în conformitate cu programul de probe .

Programul de probe va fi întocmit conform regulilor registrului german și cele ale beneficiarului.

1.7.1 Probe de cheu

La probele de cheu se vor verifica : calitatea execuției și funcționarea instalațiilor și mecanismelor.

1.7.2 Probe de mare

Acestea se vor executa cu nava în balast în prezența reprezentanților clientului și ai registrului german.

Se vor verifica și determina :

viteza ;

instalația de guvernare a navei și calitățile de manevrabilitate ;

consum de combustibil și ulei al motorului principal la funcționarea de lungă durată,etc.

În timpul funcționării probelor de marș ale navei se vor verifica toate instalațiile în funcțiune. După terminarea probelor, furnizorul va prezenta clientului rezultatele probelor prelucrate.

1.8 Documentația de predare

La livrarea navei către beneficiar, constructorul va preda și o documentație tehnică de însoțire în 2 exemplare.

Capitolul 2

Trasarea planului de forme

2.1 Trasarea planului de forme

Trasarea planului de forme constituie o problemă extrem de importantă, deoarece formele corpului navei influențează performanțele de stabilitate, comportare pe valuri, manevrabilitate, rezistență la înaintare.

2.2 Planul de forme

Planul de forme descrie formele navei și constituie o reprezentare grafică a suprafeței teoretice a corpului navei în trei proiecții, ce se obțin prin intersecția corpului navei cu trei plane perpendiculare între ele, numite plane principale de proiecție. Aceste plane sunt:

-Planul diametral – este planul vertical longitudinal ce împarte corpul navei în două părți simetrice;

-Planul cuplului maestru – este planul vertical, transversal ce trece pe la mijlocul navei;

-Planul plutirii – este planul orizontal-longitudinal, perpendicular pe primele două, ce trece prin planul suprafeței libere a apei calme.

Formele navei sunt descrise de curbele obținute prin intersecția corpului navei cu plane paralele cu planele principale de proiecție, care sunt următoarele:

Cuplele – sunt curbele obținute la intersecția corpului navei cu plane paralele cu planul cuplului maestru; iar prin proiecție rezultă transversalul planului de forme.

Longitudinalele – sunt curbele obținute prin intersecția corpului navei cu plane parale cu P.D.; ele formează longitudinalul planului de forme.

Plutirile (linii de apă) – sunt curbele rezultate prin intersecția corpului navei cu plane paralele cu planul de bază; iar totalitatea lor, împreună cu proiecția punții formează orizontalul planului de forme.

Curbura transversală a punții favorizează scurgerea precipitațiilor, a apei provenite din valuri sau spălarea punții deoarece puntea navei este descoperită. Curbura transversală are forma unui arc de cerc sau parabolă. Mărimea curburii este dată de săgeata în P.D.; care depinde de lățimea și tipul navei, după relația:

unde: B – lățimea navei;

k = 50 pentru nave de mărfuri.

Selatura (curbura longitudinală a punții) lipsește pe porțiunea cilindrică, din considerente tehnologice, iar spre extremități puntea superioară se înalță.

2.3 Scări de reprezentare

În general, scara se alege în funcție de lungimea maximă a navei:

Planul de forme este realizat în format A0 la scara 1:100.

2.4 Formele extremității navelor

Formele extremității navei: Bordajele navei se unesc la extremități prin elemente de rezistență numite etravă (în prova) și etambou (în pupa).

Pentru a micșoara rezistența la înaintare se adoptă soluția formei cu bulb a extremității prova deoarece prelungirea volumului imers spre prova conduce la deplasarea crestei valului propriu la prova și în consecință la modificarea domeniului de viteze la care se așteaptă o interferență nefavorabilă a valurilor.

Linia etravei

Formele etamboului elicei se adoptă în concordanță cu amplasarea optimă a ansamblului elice-cârmă.

Formele și dimensiunile pupei, deasupra liniei plutirii, se stabilesc din considerente estetice și tehnologice, ținând cont de suprafața necesară a punții.

2.5 Forma cuplelor

Forma cuplelor:

-la extermitatea prova, are forme U-V care se transformă în forme U deasupra liniei de încărcare;

– la extremitatea pupa, are forme U-V care se deformează perpendicular pe planul de bază în scopul uniformizării siajului la pupa.

Forma liniilor de plutire: nu trebuie să aibă salturi care pot fi surse de generare ale unor noi sisteme de valuri proprii. La prova forma liniilor de plutire depinde de coeficientul bloc, fiind recomandate formele convexe pentru nave cu forme pline.

Unghiul de intrare iE, corespunzător liniei de plutire (unghiul dintre planul diametral și tangenta la linia de apă) este adoptat în funcție de coeficientul bloc calculat pe baza lungimii între perpendiculare.

Figura 2.1 Unghiul optim de intrare corespunzător liniei de plutire

După verificarea dimensiunilor principale și a coeficienților de finețe se trece la trasarea planului de forme.

Planul de forme a fost rulat inițial în Tribon.

Pentru construcția planului de forme am utilizat programul AUTOCAD 2016 și funcția spline din programul Autocad.

O prezentare succintă a modului în care am procedat pentru a elabora planul de forme este prezentată în continuare.

Alegerea formatului de hârtie

Pentru o bună precizie, un plan de forme nu trebuie să fie mai scurt decât 1,5 m (2,5 m > L >1.5 m). Scara desenului trebuie să fie aleasă conform lungimii navei, la una din valorile: 1:50, 1:100, 1:150, 1:200.

Ținând cont de dimensiunile navei am ales ca format de hârtie A0. Acesta corespunde unei scări de reprezentare de 1:100.

2.6 Trasarea caroiajului

Figura 2.2

Longitudinalul planului de forme este format din curbe numite cuple și notate de la pupa

spre prova cu C0, C1, …, C20. Pentru precizia reprezentării se iau in considerație si cuplele intermediare C -0.5, C20.25, C20.5.

Orizontalul planului de forme este format din curbe denumite plutiri și notate de la PB spre CWL cu: WL0, WL1,…,WL14.6, WL15,…, WL22.

Caroiajul longitudinalului este definit de proiecțiile plutirilor și cuplelor in PD (linii drepte).

Caroiajul orizontalului este definit de proiecțiile longitudinalelor și cuplelor pe planul plutirii de plină încărcare.

Transversalul este definit de proiecțiile plutirilor și longitudinalelor pe planul cuplului maestru încadrate în dreptunghiul de dimensiuni B,d.

Întreaga construcție se va face pe același format de hârtie standardizat, astfel: caroiajul longitudinalului în partea stângă, caroiajul transversalului in partea dreaptă și caroiajul orizontalului și cel longitudinal, in corespondență.

După trasare, caroiajul se verifică trasând câteva diagonale in "X".

Trasarea profilului longitudinal

Trasarea profilului longitudinal al navei are mai multe etape :

-trasarea selaturii care este parabolică

-pentru trasarea etravei și a etamboului se vor folosi forme tip.

Constructiv, extremitățile navei nefiind ascuțite apar raze de racordare pe fiecare plutire la etravă și etambou.

Trasarea cuplelor în orizontalul planului de forme

Am luat distanța între cuple de 10,714m. Corespunzător acestor puncte determinate se vor trasa verticale ce reprezintă amplasarea pe lungime a cuplelor carenei. În continuare pe cuplele astfel trasate, se măsoară semilățimile yi pentru fiecare plutire. Prin unirea punctelor astfel determinate va rezulta conturul plutirii respective. La intersecția cu cuplele reale rezultă semilățimile reale ale plutirilor la cuplele respective.

Trasarea cuplelor reale în transversalul planului de forme.

Pentru a trasa o cuplă oarecare se scot din orizontal pe fiecare plutire semilățimile corespunzătoare. Aceste semilățimi se transpun pe plutirile respective în transversal de la PD la stânga și la dreapta, unindu-se cu o curba continuă.

Trasarea longitudinalelor

Longitudinalele se trasează luând înălțimi la intersecția cu cuplele din transversal și abscisele de la intersecția cu plutirile in orizontal. Acestea se transpun pe cuplele și plutirile respective din longitudinal unindu-se cu o linie continuă.

După verificarea dimensiunilor principale și a coeficienților de finețe se trece la trasarea planului de forme.

Planul de forme a fost rulat inițial în Tribon.

Pentru construcția planului de forme am utilizat programul AUTOCAD 2016 și funcția spline din programul Autocad.

O prezentare succintă a modului în care am procedat pentru a elabora planul de forme este prezentată în continuare.

Capitolul 3

Calcule hidrostatice pe plutiri

3.1 Definirea flotabilității

Flotabilitatea reprezintă capacitatea navei de a pluti într-o poziție bine determinată la suprafața liberă a apei; nava aflându-se în staționare, pe plutire liberă.

Plutirea liberă exclude acțiunea momentelor exterioare de înclinare asupra navei. Poziția navei în plutire liberă este definită de trei parametri principali ( o translație și două rotații):

Pescajul (T) ;

Unghiul de înclinare longitudinală()

Unghiul de înclinare transversală ()

Capitolul 4

Determinarea rezistenței la înaintare și a puterii la flanșă a motorului

4.1 Componentele rezistenței la înaintare

Rezistența totală la înaintare a navei (RT) reprezintă proiecția rezultantei forțelor hidro-aerodinamice care acționează asupra navei, pe direcția vitezei de deplasare și se opun mișcării de avans.

Forțele hidro-aerodinamice apar datorită presiunilor și tensiunilor tangențiale care acționează pe suprafețele imerse și emerse ale corpului navei aflat în mișcare și sunt influențate de o serie da factori: regimul de navigație, formele navei, valoarea vitezei navei, direcția curgerii față de planul diametral, prezența vânturilor, valurilor sau a curenților marini.etc.

Regimul de navigație se definește pe baza numărului Froude () , calculat cu volumul real al carenei navei ():

FnΔ = = = 0,465

Numărul Froude este subunitar, deci nava se află în regim de deplasament (greutatea navei este echilibrată de forța de împingere).

Rezistența totală (hidro-aerodinamică) la înaintarea are următoarele componente:

unde: Rw – rezistența de val ;

Rv – rezistența de vâscozitate ;

RAPP – rezistența apendicilor;

RA – rezistența aerodinamică a părții imerse;

RAW – rezistența adițională pe valuri.

În ipoteza carenei nude a navei, este prezentată schema generală a descompunerii componentelor hidrodinamice de rezistență la înaintare (Figura 4.1).

Pe nivelul I este ilustrată descompunerea componentelor în ipoteza Froude, și anume rezistența la înaintare este suma dintre rezistența de frecare a plăcii plane echivalente RFoși rezistența reziduă RR:

R= +

Toate componentele care depind de nr. Froude sunt înglobate în rezistența reziduă, inclusiv componenta de formă a rezistenței de frecare care depinde de nr.Reynolds. Rezistența de frecare a plăcii plane echivalente depinde de nr. Reynolds.

Dacă se adaugă efectul de formă al rezistenței de frecare la rezistența de frecare a plăcii plane echivalente se obține rezistența de frecare a carenei navei RF, care depinde de vâscozitatea fluidului. Tensiunile tangențiale de frecare iau naștere prin adeziunea particolelor de fluid pe suprafața carenei.

În nivelul II rezistența la înaintare este alcătuită din rezistența de presiune și rezistența de frecare a carenei , care înglobează și efectul de formă. Rezistența de presiune se datorează modificării distribuției câmpului de presiune, de-a lungul corpului navei, datorită existenței stratului limită și a fenomenului de desprindere a acestuia, fenomen însoțit de apariția unor sisteme de vârtejuri puternice.

Suma dintre rezistența de frecare a carenei și partea vâscoasă a rezistenței de presiune Rpv , formează rezistența de vâscozitate Rv, iar ceea ce rămâne din rezistența de presiune se numește rezistență de val Rw.

Pe nivelul III al diagramei, în ipoteza lui Hughes, rezistența la înaintare este suma dintre rezistența de val (propriu) Rw și rezistența de vâscozitate Rv.

R = +

Rezistența valurilor generate la deplasarea carenei RWM și rezistența de spargere a valurilor RWB formează rezistența de val RW.

Nivelul I Nivelul III Nivelul III

Figura 4.1 Componentele hidrodinamice ale rezistenței la înaintare, pentru cazul carenei nude

4.2 Determinarea rezistenței la înaintare

4.2.1 Metoda Holtrop-Mennen

Metoda Holtrop-Menenn este o metodă de natură statistică și are următorul domeniu de aplicare în cazul vrachierelor:

Tabel 4.1Tabel valori domeniu de aplicare la Vrachiere

Rezistența totală la înaintare a navei se determină cu relația:

unde:

– rezistența de frecare calculată conform formulei ITTC -1957 ;

(1+k1) – factorul de formă al carenei fără apendici;

– rezistența apendicilor;

– rezistența de val propriu;

– rezistența de presiune adițională bulbului prova în apropierea suprafeței libere ;

– rezistența de corelare dintre model și navă.

4.2.1.1 Rezistența de frecare (RF)

Conform ITTC-1957 , rezistența de frecare se calculează cu relația:

unde: CF – coeficientul rezistenței de frecare;

= = =1,54·

Re = = = 9,6·

– densitatea apei ();

v – viteza navei (

S – suprafața udată a corpului fără apendici;

S = ·(2·T + B)· ·(0,453 + 0,4425· – 0,2862· – 0,003467·B/T +0,3696 / =

=148·(2·9+22)··(0,453+0,4425·0,75-0,2862·0,972- 0,003467·2,44+0,3696·0,861)+2,38·20,2/0,75 =4829

ABT = 20.2 [m2] este aria secțiunii transversale a bulbului.

4.2.1.2 Factorul de formă al corpului fără apendici (1+k1)

Se caclulează astfel:

1 + = 0,93 + 0,487118· · ·

··

1 + = 0,93 + 0,487118· · ·

· ·

(4.10)

=1,25

unde:

1+ 0,011· = 1+0,011*0 = 1

= 0 pentru forme normale ale pupei navei;

LR – distanța de la perpendiculara pupa la zona din care începe partea cilindrică a navei și se poate calcula cu relația:

= ·[1- + 0,06· /(4· -1)]

În care lcb este distanța longitudinală a centrului de carenă față de jumătatea lungimii plutirii de calcul, exprimată în procente din LWL.

Dacă centrul de carena se afla in pupa fata de jumatatea lungimii plutirii de calcul, atunci valoarea se considera negativa.

= (BJ/ )·100= -2,12 [m]

4.2.1.3 Rezistența apendicilor (RAPP)

Rezistența apendicilor se determină în funcție de aria suprafeței apendicilor SAPP , cu relația:

= ·

= 1,54·· · = 1,46 [kn]

unde: reprezintă factorul de formă echivalent pentru n apendici.

=(·T)/C =22,2 [m²] (4.14)

C= 50

4.2.1.4 Rezistența de val propriu (Rw)

Rezistența de val propriu se determină cu relația (valabilă pentru nr.Froude Fn 0,4):

= cos(λ·)] =

= cos(0,9·)] = 27,27 [KN] (4.15)

unde:

= 2223105··

= 2223105·· =1,84

– jumătatea unghiul dintre tangenta la plutire, în extremitatea prova;

= 1+ 89·exp[-(/ 22 (1-

(1-(/22(100] = 21

hb =0,6·T =0,6·9= 5,4 m

= · 0,4 ·

= · 0,4 · =-0,001

4.2.1.5 Rezistența presiunii adiționale datorate bulbului prova (RB)

Rezistența presiunii adiționale datorate prezenței bulbului se calculează cu relația:

/ (1+1,34²

RB = 58,8[kN]

unde: – coeficient (se ia in considerare emersia provei)

pB =2,8

0,56· / ( – 1,5) = 2,8

4.2.1.6 Rezistența de presiune adițională datorată imersării pupei oglinda

= = 0 [KN]

=0,2·(1-0,2F) pentruF 5

=0 pentruF 5

F = v / [2·g·/ (B+B·)

4.2.1.7 Rezistența adițională de corelare între model și navă (RA)

Rezistența adițională de corelare între model și navă reprezintă efectul rugozității corpului și al rezistenței aerodinamice a părții emerse a corpului navei la o viteză nulă a vântului.

Determinarea rezistenței se realizează în funcție de suprafața udată totală a corpului navei, astfel:

= ·)

=0,3· (21978+22,2)=64,15 [KN]

unde:

= 0,006· ( + 100 – 0,00205 + 0,003 ·( / 7,5 * ·(0,04 – )

= 0,006· ( + 100 – 0,00205 + 0,003 ·( / 7,5 * ·(0,04 – ) =0,4·

= 0,04 pentru / 0,04 / = 9/148=0,04

Tabel 4.2 Tabel centralizator valori Holtrop-Mennen

Rezistența totală la înaintare a navei se determină cu relația:

=(1+)++ =226,72·1,255+1,46+27,27+58,2+64,15=436,3

RT=436,3 kN

4.3 Determinarea puterii la flanșă a motorului

Puterea la flanșa motorului (PB) se mai numește puterea utilă, sau puterea efectivă și reprezintă puterea măsurată la flanșa de cuplare a motorului .

Propulsorul (elicea) transformă puterea instalată la bordul navei într-o forță de împingere care antrenează nava înainte. Împingerea propulsivă se realizează datorită accelerării fluidului în care lucrează propulsorul.

4.3.1 Calculul coeficienților de propulsie

Calculul coeficienților de propulsie se determină folosind aceeași metodă Holtrop-Mennen, astfel:

Coeficientul de siaj (w):

w= 0,395· + 10· – 0,23 (4.31)

w= 0,395· + 10· – 0,23

w=0,206

unde:

= (1+k)· = 0,0015·(1,256)·0,0004 =0,002

= (0,7 diametrul prelimnar al elicei

(1+k) = (1+) + [(1+)-(1+)] = 1,255+[(1,4)-(1,255)] =1,256 (4,31)

unde:

Coeficientul de sucțiune (t):

t=·w

t=0,82·0,206=0,168

unde: kt = 0,82….1,05 pentru nave cu cârmă formată dintr-o singură placă.

Randamentul relativ rotativ:

= 0,9922 – 0,05908· +0,07424·( – 0,0225) (4.33)

= 0,9922 – 0,05908·+0,007424(0,852-0,0225·(-2,12))=1,014

unde:

= 0,538raportul de disc expandat ;

Obs. Pentru navele cu o elice:

=1,021,06

Viteza de avans(viteza medie în discul propulsorului) (vA):

= v(1-w)= 7,72(1-0,206) =6,13 m/sec (4.34)

Coeficientul influenței corpului :

ηH = = 1,05 (4.35)

Tabel 4.3 Tabel centralizator

4.3.2 Calculul preliminar al puterii de propulsie

Cunoscând rezistența totală la înaintare RT se calculează :

-Puterea efectivă de remorcare PE :

= ·v·(1+) = 436,3·7,72(1+0,02) = 3434 kW

Unde:

reprezintă o rezervă de proiectare .

– Puterea disponibilă la elice PD:

= 3434/0.711·1/1 =4826 kW

-Puterea la flanșa motorului PB:

= = 5853 k W

unde:

randamentul liniei de axe;

randamentul reductorului;

SR – coeficientul de încărcare a motorului sau SR (Service Rating) puterea de serviciu;

SR = 0,85MCR în regim de serviciu;

MCR – puterea maximă continuă.

4.3.3 Alegerea motorului principal

Cunoscând puterea necesară la flanșa motorului se alege tipul și puterea motorului din cataloage.

Rotații optime :173rot/mim

Conformcatalogului MAN B&W aleg urmatorul motor:

8S35MCcu următoarele caracteristici:

P=7940 C.P./5920Kw

n=173 rot./min- la motor

n=173 rot./min-la elice

Figura 4.2 Motor S835MC

Figura 4.3 Tabel valori

Figura 4.4

Capitolul 5

Proiectarea instalației de ancorare

5.1 Sisteme de ancorare

Sunt utilizate două metode de ancorare :

-ancorarea pasiva

-ancorarea dinamică

Ancorarea pasivă utilizează legături mecanice între navă și fundul acvatoriului prin care transmit fundului forțele ce solicită plutitorul și tind să îl deplaseze. Legatura dintre nava și fund formează o linie de ancorare.

Linile de ancorare sunt formate din: ancore,elemente flexibile (lanțuri sau cabluri)care transmit forțele de la navă la ancoră și elemente de conducere a lanțului către mecanisme și spațiul de depozitare de pe navă ( nări de ancoră, stope, vinciuri sau cabestane, puțuri de lanț).

Numărul de ancore și dispunerea lor la bord se corelează cu mărimea navei, destinația și precizia de pozitionare cerută.

Ancorarea pasivă cu lanțuri se recomandă pentru adâncimi mici si medii de până la 120 m iar pentru adancimi mai mari se recomandă utilizarea cablurilor drept elemente flexibile sau a instalațiilor de ancorare dinamice.

Ancorarea dinamică constă în poziționarea plutitorului în raport cu fundul fără interpunerea unor legaturi mecanice între navă și aceasta și preluarea tuturor forțelor care tind să îl deplaseze.

Preluarea acestor forțe se face exclusive prin mijloace de la bordul navei. Ca mijloace active sunt folosite propulsoare a căror interacțiune cu apă dezvoltă forțele necesare menținerii echilibrului navei în poziția dorită.

Comanda propulsoarelor se face printr-un calculator de proces în funcție de abaterea navei față de un reper inițial ales pe fundul mării. Performanțele ancorării dinamice de pozționare nu sunt întotdeauna satisfăcătoare.

5.1.1 Scopul instalației

Instalatia de ancorare reprezintă un complex de elemente simple și de mecanisme, destinate pentru menținerea navei într-o zonă în afara căii navigabile sau într-o poziție stabilită de comandantul navei.

5.1.2 Cerințe generale impuse instalației de ancorare

Instalația de ancorare are rolul de a asigura legătura dintre navă și fundul apei, în locuri neamenajate. Nava poate staționa la ancoră în bazinele sau radele portuare, în marea deschisă sau în zonele cu ghețuri.

Ea se fixează de fund cu ajutorul ancorei, prin intermediul lanțului sau parâmei de ancoră, care pot fi ridicate la bord de mecanismul de ancorare.

Pentru a permite fixarea sigură a navei ancorate și desprinderea ancorei la virare, ancora este construita astfel încât forța de fixare este maximă atunci când asupra ei acționează o forță orizontală (β=0°) și minimă, atunci când este solicitată de o forța verticală (β=90°).

Instalația de ancorare trebuie să prezinte siguranța deosebită de funcționare și să permită acționarea mecanică de la distanță.

5.2 Componentele instalației de ancorare

Linia de ancorare cuprinde urmatoarele elemente:

1-vinci de ancoră

2-stopa fixă

3-lanț de ancoră

4-nară de ancoră

5-ancoră

6-tub de ghidare

7-dispozitiv de eliberare lanț

8-corpul dispozitivului

9-cioc de papagal

10-puțul de lanț

Figura 5.1 Vederea laterală a instalației de ancorare

Figura 5.2 Vederea de sus pe puntea teugă

a navei

Figura 5.3 Vedere din prova

În poziție de marș, ancora are ghearele în exteriorul corpului, iar tija este introdusă în nară. Această poziție permite fixarea ancorei de corp prin tensionarea lanțului prin intermediul vinciului 1, în timpul marșului, efortul din lanț fin preluat de stopa fixă 2 obținând astfel posibilitatea lansării rapide a ancorei sub acțiunea greutății proprii, prin slăbirea stopei.

Instalatia de ancorare de la pupa constă dintr-o singură linie de ancorare compusă din ancora 1 numită și ancora de curent sau ancorot, tija 2 amplasată în nara de ancoră 3, lanțul de ancoră 4, stopa fixă 5, vinciul de ancoră 6, tubul de ghidare 7, puțul de lanț 8.

Această ancoră se amplasează în planul diametral, iar ghearele ancorei se protejează prin introducerea acesteia într-o nisă.

5.3 Ancorele

Ancorele sunt elemente de fixare a navei față de fundul apei, prin intermediul lanțurilor sau parâmelor. Ancorele trebuie să îndeplinească urmatoarele condiții:

Construcție simplă

Rezistență mecanică mare

Comoditate de manevrare și întreținere

Forța maximă de fixare la fixarea pe fundul apei

Desprindere ușoară la smulgere

O caracteristică generală a ancorelor, dupa care este apreciată eficiența lor, este factorul de smulgere Ks, definit ca raportul dintre forța orizontală de smulgere Fs și greutatea ancore ma·g

Ks=Fs/ ma·g

O ancoră este formată dintr-un fus având la un capăt cheia dreaptă de fixare a lanțului, iar la celălalt capat brațele de înfingere. După poziția fusului față de brațe se deosebesc două cazuri.

5.3.1 Ancorele cu fus nearticulat

Ancorele cu fus nearticulat, care se fixează de fund cu o parte din numărul total de brațe. Dintre acestea cea mai cunoscută este ancora Amiralitate. Ancora este formată din fusul nearticulat 1, diamant 2, brațe 3, gheare 4, traversa 5, urechea de lanț 6, și cheia dreaptă de fixare 7.

Traversa 5 se află în plan perpendicular față de cel al brațelor și are la unul din capete un cot de 90°, pentru a permite rabaterea pe tijă, la depozitare.

Pentru a asigura înfingerea, lungimea traversei este mai mare decât distanța dintre ghiare.

Figura 5.4 Ancoră cu fus nearticulat

Alte ancore cu fus nearticulat:

– ancora cu patru ghiare

– ancora cu ghiare de pisică

– ancora cu un singur braț

– ancora de gheață

Factorul de smulgere al acestor ancore este : Ks=9…12. Deși sunt simple și eficiente, aceste ancore nu sunt utilizate din cauza dimensiunilor de gabarit mari si dificulităților de fixare la bord.

5.3.2 Ancorele cu fus articulat

Ancorele cu fus articulat, care se fixează de fund cu ambele brațe. Cea mai raspândită este ancora HALL.

cheie dreaptă pentru fixare de lanț sau parâmă

bolț de asamblare

fus articulat cu brațe

Figura 5.5 Ancoră cu fus articulat

Deși are un factor de smulgere relativ redus (Ks=3…4), ea este utilizată la majoritatea navelor, datorită siguranței deosebite de funcționare și posibilității de fixare în nara de ancoră.

Alte ancore cu fus articulat sunt redate mai jos:

Figura5.6 Figura 5.7 Figura 5.8 Figura 5.9

ancora GRUSON ancora UNION ancora BYERS ancora SPECK

Factorul de smulgere creste o dată cu suprafața activă a brațelor. Pentru navele rapide sunt folosite ancore cu fus articulat cu factor de smulgere Ks=6…11, în construcție sudată, cu brațe de suprafața mult mai mare, cum sunt ancorele Danforth și Matrosov, prevăzute cu traverse în planul brațelor pentru a asigura așezarea corectă pe fund a acestora.

Ancorele se execută din oțel turnat, cu excepția celor pentru navele rapide, care se pot executa și din oțel sudat sau chiar din aliaje ușoare.

5.4 Lanțurile și parâmele de ancoră

Sunt elemente de legatură dintre ancoră și corpul navei. Pentru adâncimi mari de ancorare în loc de lanțuri sunt folosite parâmele metalice, iar pentru navele rapide, parâme nemetalice.

La navele de pescuit mai scurte de 30 m si la celelalte nave din oțel cu Na ≤ 205, lanțurile de ancoră pot fi înlocuite cu parâme metalice, cu condiția ca lungimea lor să fie majorată cu 50%, față de cea a lanțurilor. Prinderea de ancoră a parâmelor se face cu o bucată de lanț de minimum 12,5 m.

La navele din oțel cu Na ≤ 130, lanțurile sau parâmele metalice pot fi înlocuite cu parâme din fibre sintetice.

În poziția de ancorare lungimea lanțului sau parâmei de ancoră trebuie să asigure orizontalitatea forței de solicitare a ancorei.

Lanțul de ancoră este caracterizat prin calibrul sau d, care este diametrul sârmei de oțel din care este formata zaua.

Figura 5.10 Zaua lanțului de ancoră

În funcție de tehnologia de execuție se deosebesc:

-zale sudate electric pentru (fără punte, pentru d = 5…37 mm)

(cu punte, pentru d = 13…62 mm)

-zale sudate prin forjare (fără punte, pentru d = 7…37 mm)

(cu punte, pentru d = 13…100 mm)

În funcție de toate caracteristicile mecanice ale oțelului din care se execută lanțul de ancoră, acestea sunt de trei tipuri corespunzătoare a trei categorii de oțel:

-tip 1- oțel de categoria 1 cu Rm = 305 N/mm²

-tip 2- oțel de categoria 2 cu Rm = 490 N/mm²

-tip 3- oțel de categoria 3 cu Rm = 690 N/mm²

În care Rm reprezintă rezistența la rupere a materialului.

Lanțurile de ancoră se alcătuiesc din chei de lanț. Cheile sunt îmbinate între ele cu ajutorul zalelor de împreunare (Kenter).

Figura 5.11 Zaua lanțului in 3D Figura 5.12 Zale de împreunare

Pentru formarea lungimii necesare, întreținerea curentă și tracționarea de probare periodică, lanțul de ancoră este format din mai multe tronsoane, numite chei de lanț.

Fac exceptie lanțurile cu un calibru d ≤ 15 mm, care pot fi executate fără a fi împărțite în chei de lanț.

După poziția pe care o are în lanț, cheile de lanț pot fi:

chei de lanț de capăt (care se fixează de corpul navei)

chei de lanț intermediare

chei de lanț de ancoră

Lungimea cheilor de lanț intermediare trebuie să fie cuprinsă între 25 si 27,5 m, numărul de zale trebuie să fie întodeauna impar.

Elementele constructive ale unui lanț de ancoră sunt: zale terminale 2, cu calibrul d1=1,2d, montate la cheia dreapta 1 a ancorei și la capatul navei, zale vârtej 3, montate câte una la fiecare cheie de lanț și una lângă ancoră, zale obișnuite 4, zale intarte 5 plasate pe ambele părți ale zalei vârtej și zale de cuplare a cheilor de lanț. Prinderea de ancoră a lanțului se face cu ajutorul cheii terminale 6.

Figura 5.13 Lanțul de ancoră

Figura 5.15 Așezarea lanțului pe barbotină

Figura 5.16 Dimensiuni aproximative ale zalelor din lanțul de ancoră

5.5 Nările de ancoră

Sunt deschideri în corpul navei prin care lanțul traversează bordajul și puntea, va fi actionat de mecanismul de ancorare în vederea depozitării la bord. Amplasarea ei condiționează frecarea lanțului sau a parâmei la schimbarea de direcție și influențează puterea instalației de ancorare.

De asemenea, în tubul nării de ancoră intră fusul articulat al ancorei, când nava în marș are ancora depozitată la bord.

Atunci când ancora este trasă la post, tija intră în nară iar ghearele rămân în afara bordajului fixându-se de acesta prin tensionarea lanțului.

Nara are o secțiune circulară, iar diametrul ți lungimea ei se aleg în funcție de dimensiunile ancorei astfel încât să permită introducerea completă a tijei ancorei. Din acest punct de vedere, o importanță mare o are înclinarea nării față de orizontală.

În funcție de această înclinare, nările pot fi clasificate astfel:

-nări cu inclinare mică întâlnite la navele cu înălțimi de construcție mică

-nări cu inclinare mare întâlnite la navele cu înălțimi mari de construcție cu forme pline la prova și cu bulb

Înclinarea nării are două consecințe asupra manevrării ancorei:

-poate face ca ancora să nu vină normal la post dacă înclinarea este prea mică

-la ieșirea din nară lanțul poate avea frângeri mari ceea ce conduce la uzura lanțului.

Realizarea de nări care să respecte anumite condiții nu este intotdeauna posibilă, deoarece configurația bordajului nu permite realizarea unor unghiuri mici. În acest caz se modifică local configurația bordajului, prin realizarea unor niși in locul in care nara iese din bordaj.

Forma nișelor in punctul in care ghearele ating bordajul se aleg astfel incât ancora sâ se poată trage normal la post, chiar dacă este ridicată cu ghearele spre bordaj. Nișa protejează mai bine ancora la post, insă realizarea ei implică complicații constructive și tehnologice.

În aceasta categoric trebuie incadrate soluțiile care prevăd montarea unor adaosuri de o forma bine determinată, pe bordaj, in locul in care ghearele ating bordajul. Rolul acestora este de a răsuci intreaga ancoră atunci când ea vine la post cu ghearele spre bordaj.

Soluția se aplică in special când, la nave deja construite, se constată că tragerea ancorei la post nu se face normal.

Figura 5.17 Perspectiva tubului

Figura 5.18 Unghiurile tubului de ancoră

5.6 Stopele de lanț

Sunt dispozitive de blocare a lanțului de ancorare față de corpul navei, pentru situațiile de marș sau ancorare. Există stope fixe, la care locul de blocare pe lanț coincide cu locul de fixare pe corpul navei, și stope de lanț la care cele două locuri sunt amplasate la capetele unui bot de lanț.

Figura 5.19 Stopa cu lanț și cheie de blocare

cheie dreaptă

za terminală

za întărită

za obișnuită

5, 6 brațe rabatabile

7. cheie de blocare

8. stift de blocare

Stopa de lanț este elementul care transmite lanțului de ancoră foțtele exterioare Fe, care acționează asupra corpului navei aflate la ancoră.

5.7 Nările de punte

Sunt elementele instalației de ancorare prin care lanțul aflat pe barbotina mecanismului de ancorare este introdus în puțul de lanț.

Figura 5.20 Barbotina mecanismului de ancorare

1. corp nară

2. capac rabatabil

Unghiul α dintre axa nării la intrare și planul orizontal, depinde de poziția relativă dintre nara de punte și barbotina mecanismului de ancorare.

Axa nării la intrare trebuie să fie tangentă la barbotină. Atunci când puțul de lanț nu se află pe verticala nării de ancoră și este plasat sub o punte intermediară, este utilizat tubul de ghidare 8, a cărui axă trebuie să fie concepută astfel încât frecarea lanțului să fie minimă.

Nările de punte se execută prin turnare, iar tuburile de ghidare prin sudare, ambele fiind din oțel.

5.8 Puțurile de lanț

Au rolul de a depozita lanțurile de ancoră virate parțial sau total la bord. Având înmagazinată o masă apreciabilă, amplasarea lor influențează poziția centrului de masă a navei.

Pe verticală se aseaza cât mai jos, iar în plan orizontal sunt plasate cât mai aproape de planul diametral, în afara pereților transversali extremi ai navei:

în prova peretelui de coliziune

în pupa peretelui din picul pupa

Figura 5.21 Puțul de lanț

Forma puțurilor de lanț în secțiune transversală poate fi circulară sau rectangulară. În plan diametral au un plan comun.

Pereții puțului nu au piese care sa iasă în proeminență. Pentru accesul în puț se practică decupări pentru a pune piciorul. În spatele decupărilor se amplasează o tablă care etanșează decuparea. Dimensiunile puțurilor de lanț depind de calibrul lanțului și lungimea lanțului.

Ciocul de papagal (dispozitivul de declanșare a lanțului din puțul de lanț) trebuie astfel proiectat încât să fie acționat de pe punte.

Volumul puțului de lanț se calculează cu formula:

V=0,147·L·d² (m³)

V=0,147·225·0,054² (m³) = 9,83(m³)

L=lungimea lanțului = 225m

d= calibrul lanțului 54mm =0,054m

5.9 Fixarea lanțului de ancoră

În anumite cazuri de exploatare, cum ar fi blocarea ancorei pe fundul apei, trebuie să existe posibilitatea renunțării la ansamblul ancoră-lanț, prin desprinderea de corpul navei.

Sistemul de fixare a lanțului de ancoră de corpul navei trebuie să asigure o prindere sigură și la nevoie, o desprindere rapidă și sigură chiar și atunci când lanțul sau parâma sunt tensionate. Cele mai utilizate sunt sistemele cioc de papagal.

Ciocul de papagal liber trebuie montat astfel încât pentru puțul de lanț complet filetat, el să iasă din puțul de lanț și să ajungă pe punte, pentru a fi actionată.

Un mecanism de ancorare și legare trebuie să asigure:

– tragerea navei pe lanț sau parâmă până la verticala ancorei fundarisite

-smulgerea ancorei din fund și ridicarea ei cu viteza de minimum 9m/min; la apropierea ancorei de nară, viteza de virare trebuie să fie de maximum 10m/min, iar viteza de intrare a ancorei in nară trebuie să fie de maximum 7m/min;

-ridicarea ambelor ancore de la jumatatea adâncimii de ancorare, cu viteza de minimum 9m/min;

-ridicarea unei ancore de la lungimea maximă de lanț fundarisit;

-manevrarea parâmelor de legare pe tamburii de capat pentru manevre, la forța periferică maximă

-fundarisirea ancorelor cu ajutorul frinei sau a mecanismului

Instalatia manuală de acționare a ancorei trebuie să asigure o viteză de ridicare de minimum 2,5m/min. Pentru fiecare om care lucrează la manivele, efortul nu trebuie să depășească 150N.

Vinciurile de manevră cu tambur cilindric trebuie să asigure:

-înfășurarea sau desfășurarea parâmei sub sarcină, cu tambur decuplat;

-funcționarea în suprasarcină, la acostarea navei, având însă limitatori de moment maxim;

-menținerea cablului tensionat cu ajutorul frânei și atunci când mecanismul nu este acționat.

5.10 Dimensionarea liniei de ancorare

Elementele liniei de ancorare se aleg sau se calculează considerând tipul și dimensiunile navei, condițiile de ancorare cat și adâncimea de ancorare.

Adâncimile de ancorare se împart în urmatoarele categorii:

-adâncimi mici, până la 25 m;

-adancimi medii, până la 50 m;

-adâncimi mari, până la 150 m;

-adâncimi foarte mari, peste 150 m;

Alegerea sau calculul instalației de ancorare se face astfel încât să se îndeplinească următoarele cerințe:

fixarea sigură a navei in care asupra ei acționeaza simultan forțele externe date de vânt, curent, val;

lansarea rapidă a ancorei la apă și controlul permanent al vitezei de coborâre cu ajutorul frânei mecanismului de manevra a liniei de ancorare;

smulgerea rapidă a ancorei, iar dacă s-a ințepenit pe fund, renunțarea la ea printr-o manevră ușoară;

fixarea sigură a liniei de ancorare la bord in cazul in care nava se află in marș;

Dimensionarea elementelor instalației de ancorare se face folosind una din metodele: statistică sau deterministă.

5.10.1 Metoda statistică

Acestă metodă permite alegerea dimensiunilor elementelor instalației de ancorare luându-se în considerare rezultatele exploatării acestei instalații la nave de diferite mărimi.

Rezultatele sunt cuprinse in norme de dotare ,elaborate de diverse societăți de clasificare, norme ce prevăd doatările minime cu mijloace de ancorare și acostare la navele de diferite tipuri ți dimensiuni.

Registrul Germanische Lloyd utilizează urmatoarea relatie pentru a determina numărul de echipamente:

N= Δ²/³+2·h·B+0.1·A

Unde:

Δ=deplasamentul navei în apa cu densitatea de 1.025t/m³ la linia de încărcare de vară, [t]

h= înălțimea efectivă de la linia de încărcare de vară la punctul cel mai de sus al suprastucturii, [m]

A= aria în vedere laterală a navei, suprastucturii de la linia de vară la cel mai înalt punct al suprastucturii-aria velică, [m²]

N= 23204²/³+2·17,5·22+0.1·1322=975,2

Cu caracteristica de dotare se aleg conform tabelului 5.1 din registrul GL urmatoarele:

Tabel 5.1 Tabel registru GL

– număr de ancore: 3

-masa fiecarei ancore: 2850 [Kg]

-lungimea totală a două lanțuri: 495 [m]

-calibrul lantului : -lanțuri obișnuite: 54 [mm]

-lanțuri cu rezistență mărită: 48 [mm]

-lanțuri cu rezistență specială: 42 [mm]

– parâma de remorcă: -lungimea parâmei: 190 [m]

-forța totală de rupere: 559 [KN]

-parâma de legare: -numărul de parâme: 4

-lungimea fiecărei parâme: 170 [m]

-forța totală de rupere a fiecărei parâme: 216 [KN]

5.10. 2 Metoda deterministă

Se aplică navelor care ies din clasificarea registrelor navale ,sau atunci cand instalatia de ancorare trebuie sa fixeze nava in conditii de adancime sau la forte exterioare mai mari decat cele considerate in mod statistic.

Metoda determinista apreciaza fortele exterioare care solicita nava sau plutitorul ,cu care se calculeaza liniile de ancorare ,punand conditia realizarii performantelor de pozitionare necesare.Considerarea unor forte exterioare aerodinamice si hidrodinamice se face totusi pe baze statistice, tinand seama de particularitatile climatice ale zonei geografice unde se realizeaza ancorarea.

Dimensionarea analitică a liniilor de ancorare implica urmatoarele etape:

determinarea fortelor cu care mediul actioneaza asupra navei aflate la ancora

calculul liniei de ancorare care simultan fixeaza nava studiul dinamicii plutitorului aflat la ancora, in vederea stabilirii performantelor de pozitionare.

5.10.2.1 Determinarea forțelor introduse de mediu

Efectul mediului poate fi considerat prin forțele introduse de vânt, curent și valuri. Toate acestea acționează simultan asupra navei solicitând linia de ancorare și tinzând sa schimbe poziția corpului respectiv.

Forțele datorate acțiunii vântului

Acestea acționează asupra părții emerse a plutitorului sau navei și se determină folosind rezultatele obținute pe modele simetrice în raport cu suprafața de plutire, încercate în tunele aerodinamice.

Solicitările date de vant se calculează cu relațiile:

, , – forțele si momentul datorate acțiunii vântului

– coeficient aerodinamic al forțelor si momentului

– suprafața velica frontală-312 mp

—suprafața velică laterală- 1322 mp

– viteza de calcul a vântului

L -lungimea navei – 158,9 m

– suplimentul de viteză

– 12,515,2[m/s]

– viteza medie pentru vânt

– 10.813.8[m/s]

= 1.519

=1.51913.8=20.96

Pentru

=0,315

=0.170

=0.075

Coeficienții hidrodinamici ai forțelor si momentelor stabiliți pe modele de carenă, simetrice fata de plutire, prevăzute cu toți apendicii (cavaleți, cârme, elici).

( = ·1.025·(20.96)² ·312·0.315=16994 N = 17kN

( = ·1.025·(20.96)² ·1322·0.170=50794 N = 50,8kN

= ·1.025·(20.96)² ·1322·158.9·0.075=3560812 Nm = 3560 kNm

Forțele datorate acțiunii curentului

Forțele date de curent care actioneaza asupra carenei se determina utilizand coeficientii hidrodinamici ai carenei ,determinati pe modele ale partii imerse,simetrice fata de suprafata de plutire, încercate in tunele hidrodinamice la diferite unghiuri de intrare a curentului fata de planul diametral.

Solicitările liniei de ancorare datorate curentului se determină cu relațiile:

unde:

-fortele si momentul ,introduse de actiunea curentului asupra carenei

-aria frontala a suprafetei de deriva -192.4mp

-aria laterala a suprafetei de deriva -1305 mp

L-lungimea navei -158.9m

-coeficientii hidrodinamici ai forteor si momentului,stabiliti pe modele de carene,simetrice fata de plutire,prevazute cu toti apendicii(cavaleti,carme.elice,etc)

-viteza curentului, apreciata statistic intre 1.5 si 1.9 m/s atunci cand prin tema de proiectare nu se impun valori mai mari

În mod obisnuit, cand nava ancoreaza in curent, fortele cu care actoineaza curentul asupra carenei au ponderea cea mai mare si de aceea nava se dispune aproximativ cu planul diametral dupa directia curentului.

În acest caz, forta hidrodinamica se poate calcula in acelasi mod in care se determină rezistența la înaintare, considerând viteza relativă dintre corp și curent ,.

= 1.9

= ·1.025·(1.9)² ·192.4·0.80=315.5 N = 0.32 kN

= ·1.025·(1.9)² ·1305·0.65=1739 N = 1.74 kN

= ·1.025·(1.9)² ·1305·158.9·0.1=42536 Nm = 42.54 kNm

Forțele date de valuri

Efectul valurilor asupra plutitorilor ancorați poate fi considerat prin două componente:o componentă statică,ce încarcă linia de ancorare și o componenta dinamica ce solicita periodic plutitorul, determinând mișcări oscilatorii în plan orizontal în jurul unei poziții ce corespunde echilibrului static al sistemului liniei de ancorare-plutitor.

Pentru determinarea solicitarilor introduce de valuri asupra navei aflate in ancora ,s-au gasit componentele in sens longitudinal si transversal ale fortei statice introduce de valuri, sub forma:

În care:

coeficientul fortei de actiune a valurilor

inaltimea medie a valurilor ,determinata pe baze statistice in cazul valurilor neregulate

coefficient care considera efectul adancimii

L,B-lungimea si latimea navei

directia valului fata de planul diametral

0,62

3 m

= .25)·22··cos30° = 115.1N = 0.12 kN

= )*(·0.5 = 348.75N = 0.35 kN

Amplitudinile componentelor forței dinamice după direcția longitudinală și transversală se calculează cu relatiile:

unde:

pulsatia medie a valurilor in cazul valurilor neregulate

masele aditionale de apa considerate in cazul miscarilor longitudinale respective transversale ale navei

deplasamentul navei = 23203 t

, lungimea medie a valului

h-adancimea apei

adancimea centrului maselor aditionale fata de suprafata apei

4 sec

= 0.8*23203 = 18562.4

= 0.4*23203 = 9281.2

19 m

h=40 m

d= 6.7 diametrul elicei

m

16·3·0.866·(18562.4·0.866+18562.4·0.017)·0.85 = 193137 N = 193.1 kN

16·3·0.5·(9281.2+23203)·0.85 = 662677.68 N = 662.7 kN

5.11 Calculul forțelor care solicită nava în ancoră

Se consideră cel mai simplu caz de ancorare, ancorarea unei nave cu o singură ancoră, când se cere ca nava să fie fixată sigur în raport cu fundul, fara a fi necesara o pozitionare riguroasa.

Nava se poate deplasa in jurul punctului de ancorare in functie de directia rezultantei fortelor exterioare. Se presupune nava raportata la sistemul x,y de axe ,supusa actiunii fortelor date de vant ,curent si a componentei statice a valurilor .De regula , si au aceeasi directie,unghiul care da directia lui in raport cu se cunoaste din conditiile de mediu.

Considerând reacțiunea introdusă de linia de ancorare, sistemul de ecuații care dă echilibrul static al navei este:

+++=0

++=0

Figura 5.22 Nava sub acțiunea forțelor date de vânt, val și curent

Figura 5.23 Forțele și momentele ce acționează asupra navei reduse la mijlocul acesteia

Sub actiunea forțelor exterioare, nava se va deplasa in jurul punctului de ancorare ocupand pozitia pentru care rezultanta lor se dispune pe directia liniei de ancorare.

Cele doua ecuatii de mai sus permit determinarea lui, si cand sistemul fortelor exterioare este complet definit. Pentru a putea utiliza ecuatiile fortelor hidrodinamice si aerodinamice deduse anterior reducem sistemul de forte in punctul O și putem scrie ecuațiile astfel:

În acest sistem sunt functii neliniare a caror valoare depinde de unghiul de incidenta ,,dintre directia lui respectiv cu planul diametral. De regula acest sistem se rezolva printr-o metoda numerica iterativă dar pentru cazurile cand se pune problema calculului imediat al fortelor din instalatia de ancorare se poate considera ca la echilibru , ,.

În acest caz vom avea:

unde:

in care:

– viteza vantului

– suprafata velica laterala a navei – 1322 mp

– suprafata velica transversala a navei – 312 mp

=0.8- coeficient aerodinamic global

=20.96[m/s]

= 1322·0.912+312·0.408 = 1333.3 [m²]

= 1.205· ·1333.3·0.8 = 283409 N = 283.4 kN

-rezistenta la înaintare corespunzătoare vitezei curentului

-creșterea rezistentei datorita unghiului de deriva

-pentru L/B =6-12 -coeficient de forma ; L/B = 158.9/22 = 7.22

-coeficient de frecare

– suprafata carenei calculate cu relatia lui Taylor

-coeficient de frecare suplimentar datorita rugozitati provocate de vegetatie

= -la carena proaspat vopsita

=-pentru carene la 7-8 luni dupa andocare

-rezistenta suplimentara datorita elicei nemiscate

= 0.538

unde:-raportul de disc

D-diametrul elicei = 6.3m

= 15.288

= = =1,54·

Ώ = · = 4829.28 [m²]

=

= 1.02· 0.00154+0.0002 = 0.0025

=[KN]

= 1.5 [kN]

= 1.9

= · 1.025·(1.9²)·0. 0025·4829.28+1.5 = 26.24 kN

= · 1.025·1.9² ·0.0015·158.9·22·6.3· 0.348 = 23.6 kN

pentru

= = 26.24+23.6 = 49.84 kN

= R = 283.4+49.84 = 333.24 kN

5.12 Calculul forțelor din instalația de ancorare

Plecând de la forța , se pune problema calculului fortelor din lanț care se transmit vinciului si ancorei.

Considerăm că lanțul se află în echilibru.In figura 5.24 lanțul se dispune sub formă de lănțisor, între punctele 1 si 2 iar pe porțiunea A-1 este așezat pe fund.

Configurația lantului liber va fi determinata de marimea fortelo exterioare definite prin reactiunea pe care o introduce in punctual 2 pe directia orizontala,.

În acest caz vom avea:

-tensiunea in cablu la ordonata

y: T=q*y

q- greutatea specifica a lantului exprimata in unitati de masa pe metru liniar

Figura 5.24 Schema de calcul al forțelor din instalația de ancorare

Pentru punctul 1:

= q·

Unde:

c-parametrul lantisorului

Pentru punctul 2:

= q· (c+h) q·h

Din echilibrul lantului izolat de legaturi rezulta:

= = 333.24 kN

Forta se compune din forta de tinere a ancorei si din forta de freacare a lantului de fund:

unde: k -coeficientul fortei de fixare dat de tipul ancorei

Q -masa ancorei; Q= 2850 [kg]

f -coeficientul de frecare a lantului de fund (f~71)

Pentru dimensionare se impune conditia ca forta de tinere T1 sa fie mai mare decat forta pentru o singura linie de ancorare,sau:

de unde rezultă:

k=2.8 –coeficient de fixare pentru ancore tip Hall

m=27.5 –lungimea unei chei de lant

q= = = 58.1[kg]

= 7980+4125.1 = 12105.1 Kn

12105.1 kN ˃ 333.24 kN

Lungimea lanțului liber se determină scriind expresia lui:

(1)

(2)

Comparând relatiile 1 si 2 rezultă:

l= h*+12 = 45.5 [m]

= = 333.24 kN

= q*l = 58.1*45.5 = 2650 kg`m = 265kN

Forța care se transmite vinciului sau stopei de fixare va fi:

= = = 426 [Kn]

Considerând forta arhimedica a lantului suspendat si frecarea din nara ,forta la barbotina va fi:

= 0.87* *

= 0.87* *447 [kN]

-coeficient care tine cont de frecarile în nară

Calculul forței de ținere a ancorei

k=2.8

Q=2850[Kg]

= 2.8·9.8· 2850 = 78204 [kN]

5.13 Calculul mecanismelor instalațiilor de ancorare acostare

Vinciurile instalației de ancorare trebuie să îndeplinească urmatoarele condiții:

-să realizeze smulgerea unei ancore

-sa realizeze ridicarea unei ancore de la adancimea de ancorare la post

Din punct de vedere cinematic,vinciurile de ancorare trebuie să realizeze manevra liniilor de ancorare cu urmatoarele viteze:

-10 m/min pentru ridicarea ancorei la post

-1-2 m/min pentru introducerea ancorei în nară

Date fiind aceste condiții rezultă că vinciurile trebuie să aibă minimum două trepte de viteză.

5.13.1 Calculul parametrilor necesari și alegerea motorului de acționare

Alegerea motorului electric corespunzator unei anumite acționari se face luând în considerare un numar însemnat de criterii. În primul rând trebuie ales felul curentului, continuu sau alternativ, apoi tensiunea, eventual frecvența, puterea si tipul constructiv al motorului.

Alegerea puterii motorului de actiunare a unui mecanism naval se face considerind cunoscuta variatia de timp a cuplului de sarcina Ms = f(t) a mecanismului respectiv. Alegerea corecta a puterii motoarelor electrice are mare importanta, atit din punct de vedere al functionarii si utilizarii acestora, cit si din cel al pierderilor de energie in reteaua de alimentare.

Subdimensionarea motoarelor electrice determina supraincalzirea di deteriorarea rapida a izolatiilor. In acelasi timp, cuplul de pornire si capacitatea de supraincarcare devin mai mici si conduc la reducerea productivitatii masinilor de lucru, mai ales al acelora care necesita porniri frecvente.

Supradimensionarea motoarelor creste inutil cheluielile de investitie, reduce randamentul si in cazul motoarelor asincrone si factorul de putere.

In cele mai multe cazuri, puterea motorului electric se alege tinindu-se seama de incalzirea lui si apoi se verifica la suprasarcina.

Sunt insa cazuri, mai ales in actionarile electrice navale in care motorul elctric se alege pe baza puterii de virf si se verifica la incalzirea sa nu depaseasca limita impusa in regim permanent.

Navele electrificate în curent alternativ folosesc pentru acționarea mecanismelor de ancoră motoarele asincrone. Motoarele asincrone cu rotorul in scurtcircuit cu mai multe viteze cunosc o larga raspindire in actionarea mecanismelor de ancora deoarece sunt simple, rezistente.

Bibliografie