Tema de Casa - Propulsie Cargou 1920 Tdwl (Gata)

ACADEMIA NAVALĂ “MIRCEA CEL BĂTRÂN” FACULTATEA DE MARINĂ CIVILĂ

TEMĂ DE CASĂ

CARGOU DE 1920 TDW PROIECTAREA INSTALAŢIEI DE PROPULSIE

Întocmit: Ţuţuianu Liviu Grupa: 551 FM CONSTANŢA 2010 1

PROIECTAREA INSTALAŢIEI DE PROPULSIE

CAPITOLUL 1 – DESCRIEREA NAVEI

1.1 Caracteristici generale ale navei 1.2 Structura corpului navei 1.3 Clasificarea navelor maritime şi fluviale CAPITOLUL 2 – DETERMINAREA REZISTENŢEI LA ÎNAINTARE

2.1 Rezistenţa la înaintare CAPITOLUL 3 – INSTALAŢIA DE PROPULSIE

3.1 Generalităţi 3.2 Clasificarea sistemelor navale de propulsie 3.3 Clasificarea instalaţiilor navale de propulsie 3.4 Rolul instalaţiei de propulsie 3.5 Clasificarea instalaţiilor de propulsie cu motoare diesel 3.6 Instalaţii de propulsie cu motoare diesel. Tipuri de transmisii. CAPITOLUL 4 – CALCULUL INSTALAŢIEI DE PROPULSIE

4.1 Alegerea motorului de propulsie 4.2 Calculul liniei de arbori 4.3 Calculul arborelui intermediar 4.4 Îmbinarea arborilor

2

CAPITOLUL 1

INTRODUCERE

1.1. Caracteristicile generale ale navei Nava tip cargou de 1920 tdw destinată să transporte mărfuri generale , mărfuri în vrac, utilaje, cherestea şi containere. Dimensiunile principale ale navei - Lungimea maximă L max - reprezintă distanţa măsurată pe orizontală între punctele extreme ale navei Lmax = 85,90 m - Lungimea între perpendiculare Lpp - reprezintă lungimea stabilită între pupa si prova în funcţie de forma navei astfel : distanţa măsurată între muchia provei şi axul cârmei din pupa la nivelul de încărcare de vara sau 96% din distanţa măsurată între extremitatea provei la aceeaşi linie de încărcare şi punctul extrem pupa. Lpp = 78,35m - Lăţimea navei B - reprezintă distanţa măsurată între marginile exterioare ale secţiunii maestre B = 12,40 m - Pescajul d - reprezintă distanţa măsurată pe verticala între planul de baza si linia de plutire la cuplul maestru când stă pe chilă dreaptă d = 5,10 m - Înălţimea de construcţie D - reprezintă distanţa măsurată pe verticala între planul de baza si linia punţii in bord la cuplul maestru D = 7,05 m Deplasamentul deadweight al navei este de 1920 tdw, iar greutatea navei goale este de 707t Simbolul fundamental al navei este simbolizat prin doua fracţii, separate printro ancoră sub forma: RNR M CM O - în prima fracţie numărătorul indica registru de clasificaţie care a exercitat supravegherea asupra construcţiei - cea de a doua, simbolul M, indica faptul ca este vorba de o nava maritima In prima fracţie numitorul indica partea navei care a fost supusa supravegherii aici C reprezintă corp, iar M maşini, ceea ce semnifica atât corpul cat si maşinile au făcut obiectul supravegherii pe timpul construcţiei din partea RNR. Numitorul celei de a doua fracţii reprezentat printr-un număr indica : O - pentru nave destinate navigaţiei nelimitate; 1 - navigaţiei in mari deschise, dar nu mai departe de locurile de adăpost de 200Mm 2 - navigaţie in mari deschise ,dar nu mai departe de locurile de adăpost de 50Mm sau 2R unde valurile nu trebuie sa depăşească gradul 6 ; 3- pentru navele destinate navigaţiei maritime costiere 3

Viteza navei - viteza navei pe mila măsurată cu corpul proaspăt vopsit si cu carena curăţată, in apa adânca , la o intensitate a vântului nu mai mare de 30 pe scara Beaufort si o stare a marii de maxim 20, la pescajul de plina incarcare si la o putere de 90% din puterea maxima continua a motorului principal va fi de cel puţin 13,4 Nd Zona de navigaţie - Autonomia Zona de navigaţie este nelimitata. Nava este destinata pentru navigaţie in regiuni cu clima temperata si treceri prin zonele tropicale, putând naviga si prin gheţuri sparte. Tancurile de combustibil si ulei asigura o autonomie de 4000Mm, iar prin folosirea tancurilor mixte este de 6000Mm Rezervoarele de apa de spalat si de baut sunt calculate pentru 30 zile, iar rezervele de provizii pentru echipaj sunt calculate pentru 58 zile .Nava este echipata din punct de vedere al maşinilor principale cu un motor principal SULZER 6 TAD 48 cu un număr de 6 cilindrii , diametrul cilindrului 480 mm, cursa 700mm ireversibil de putere 1655 KW, la o turaţie de 230 rot/min, transmisie cu reductor combustibil utilizat motorina. Generatoare 3x132KW, 390V 50 Hz , propulsor elice cu pas fix . Linia axială Linia axială are rolul de a transmite elicei puterea dezvoltată de motor. La rândul său , propulsorul transformă lucrul mecanic de rotaţie în lucru mecanic de translaţie necesar deplasării navei si învingerii rezistentei de înaintare. Linia de arbori este dispusă în planul diametral al navei. Ea se compune din arborele motor , arborele intermediar care se cuplează direct prin intermediul unor flanşe de arborele motor si de arborele port elice, arborele port elice si lagărul de împingere si lagărul de sprijin al arborelui intermediar. Arborele port elice trece prin tubul etambou fată de care se etanşează si la capătul său este montată elicea. Elicea este confecţionată din cupru si este de tipul EPF (elice cu pas fix). Pe linia axială se mai întâlnesc montate si frâna , folosită la oprirea din mişcarea de rotaţie a elicei atunci când se doreşte inversarea sensului de marş, bucşele si presetupele de etanşare la tubul etambou. Dotarea navei cu instalaţii de punte si corp Instalaţii încărcare - are in dotare 6 bigi de 5t fiecare ce pot deservi toate magaziile pe rând şi şase vinciuri. Instalaţii de santina - asigura drenarea magaziilor de mărfuri , compartimentul maşini, compartimentul cârma, tunel si se compune din următoarele părţi destinate : Instalaţie santina magazii Compusă din : electropompa santină şi electropompa balast, tubulatura magistrala si sorburi de reţinere 4

Instalaţie de santina compartiment maşini - drenarea compartimentului se face cu o pompa electrica cu piston care având in instalaţie montat separatorul de santina asigura evacuarea apei in funcţie de cantitatea de hidrocarburi pe care o conţin apele in tancul de stocare reziduuri sau peste bord (sub 15ppm) Instalaţia de balast - este deservita de doua electropompe centrifugale verticale, cu autoamorsare având in componenta o instalaţie ce scoate aerul din tubulatura de aspiraţie a pompei. Instalaţia de stingere a incendiului cu apa - in dotarea navei se găseşte o instalaţie de stingere a incendiului cu apa deservita de doua electropompe centrifuge cu intercepţie între ele pe refulare. Aceasta se afla in compartiment maşini la nivel santina .Exista si o pompa de avarie situata in dublu fund autoamorsabila care poate fi motopompa sau hidraulica. Instalaţia stins incendiu CO2 - aceasta instalaţie este deservita de o centrala de dioxid de carbon amplasata pe puntea principala - în instalaţie sunt prevăzute sirene de avertizare sonora si luminoasa in compartiment maşini si alte încăperi ale navei Instalaţia de stins incendiu cu abur - foloseşte aburul la o presiune de 7bari, presiune care este asigurata de caldarina si conţine un distribuitor ce asigura stingerea incendiului cu abur la motorul principal, auxiliar sau caldarina cu arzător - este compusa din : - distribuitor de abur la pulverizatoare - pulverizatoare Instalaţie de stins incendiu cu spuma - este tipul cu formare interioara a spumei si se foloseşte in special pentru stingerea incendiilor din compartimentul maşini, reziduuri petroliere, aparataje si maşini electrice Se compune din : - tancul ce conţine amestecul agent spumogen si apa - reductor de presiune - furtun flexibil cu ajutaj la capăt Instalaţia de ventilaţie a magaziilor Acest sistem de ventilaţie este mixt, adică cu introducţie artificială a aerului în încăperi şi cu evacuarea naturală a acestuia şi asigură 6 schimburi a aerului din încăpere pe oră, când magaziile sunt goale. Instalaţia este compusă din electroventilatoare axiale amplasate pe puntea principală. Gurile de introducţie sunt prevăzute cu site de protecţie împotriva 5

flăcărilor şi cu un rând de site grosiere ce împiedică pătrunderea diferitelor bucăţi de materiale (cârpe, bucăţi de lemn Instalaţia de guvernare Instalaţia de guvernare este compusă din : – cârma de tip suspendată, semicompensată şi care este dispusă în continuarea etamboului ; – maşina cârmei care este acţionată electrohidraulic şi este deservită de grupul elctrohidraulic alimentat direct de un circuit electric de la tabloul principal de distribuţie (TPD) ; – arborele cârmei ce este confecţionat din otel forjat cu cămaşa din otel inoxidabil ; – lagărele de susţinere ce sunt confecţionate din otel şi au bucşe din bronz, unse cu ulei cu ajutorul unui sistem de ungătoare. Maşina cârmei asigură bandarea cârmei dintr-un bord în altul de la un unghi de 320 babord la un unghi de 320 tribord într-un timp de maximum 28 secunde. 1.2. Structura corpului navei Nava este o construcţie plutitoare inginerească destinată transportului de mărfuri şi pasageri (navele de transport ) sau pentru efectuarea unor operaţiuni în porturi şi pe căile navigabile ( navele tehnice). Construcţia navelor reprezintă fără îndoială un domeniu tradiţional în cadrul industriei transporturilor datorită elementului principal extrem de simplu pe care se bazează: "principiul lui Arhimede". Nava trebuie să fie o construcţie plutitoare care să opereze în siguranţă deplină, în condiţii de mediu cunoscute. Istoria dezastrelor navale dovedeşte că această cerinţă este încă o problemă nerezolvată pe plan mondial şi a cărei dificultate apare din faptul că nava operează la interfaţa dintre două medii fluide (apa şi aerul) a căror evoluţie este oarecum predictibilă. În cadrul teoriei navei, preocuparea esenţială constă în studiul calităţilor nautice precum şi modul în care: caracteristicile geometrice ale navei (dimensiuni principale, rapoarte între dimensiuni, formele suprafeţei imerse), distribuţia de greutăţi de la bordul navei, acţiunea factorilor externi (forţe şi momente hidrodinamice datorate acţiunii valurilor mării), etc., influenţează aceste calităţi. S-au identificat următoarele calităţi nautice ale navei: flotabilitatea, stabilitatea, nescufundabilitatea. Flotabilitatea este calitatea navei de a pluti cu întreaga încărcătură la bord la pescajul dorit şi în poziţia dorită. Nava trebuie să posede şi o rezervă minimă de flotabilitate care depinde de tipul de navă, de tipul de încărcătură şi de zona de navigaţie. Stabilitatea reprezintă calitatea navei de a reveni la poziţia iniţială de echilibru, după dispariţia cauzei externe care a scos-o din această poziţie. Nescufundabilitatea reprezintă capacitatea navei de a-şi păstra flotabilitatea şi stabilitatea în limite rezonabile atunci când un compartiment sau un grup de compartimente sunt inundate. În timpul navigaţiei pe mare montată, nava va executa mişcări pe toate gradele de libertate, din care unele sunt mişcări oscilatorii. Aceste mişcări trebuie să aibă amplitudini cât mai mici şi perioade cât mai mari 6

Principalele caracteristici geometrice ale corpului navei. O navă se poate împărţi în mai multe complexe constructive: corpul, suprastructurile şi rufurile, instalaţia energetică, propulsorul, instalaţiile de punte şi cu tubulaturi, instalaţiile electrice şi radio, etc.; fiecare dintre aceste complexe ridicând probleme specifice de proiectare, construcţie şi exploatare. Partea principală a oricărei nave o constă corpul alcătuit dintr-un înveliş subţire şi etanş, întărit la interior cu cadre transversale şi longitudinale care formează structura corpului şi îi conferă rigiditatea necesară. Reprezentarea grafică a corpului navei se concretizează în planul de forme. El se foloseşte pentru efectuarea calculelor hidrostatice necesare în procesul de proiectare şi în timpul exploatării navei la reparaţiile la corp, la andocare, etc. Ca planuri principale în statica navei se definesc următoarele trei plane reciproc perpendiculare (Fig.1.1): a) – planul diametral (PD) este un plan vertical longitudinal care împarte nava în două jumătăţi simetrice tribord (Tb) şi babord(Bb). Intersecţia corpului navei cu planul diametral este un contur închis numit conturul navei în planul diametral. Intersecţia planului diametral cu chila reprezintă linia chilei . Dacă în poziţia de plutire linia chilei este paralelă cu suprafaţa de plutire se spune este pe chilă dreaptă . În caz contrar linia chilei este înclinată faţă de suprafaţa apei; cu un pescaj mai mare la pupa. Se spune că nava este apupată sau cu asieta la pupa. Această soluţie se adoptă la unele nave deoarece din punct de vedere hidrodinamic, complexul "elice -cârmă" funcţionează în condiţii mai bune la pescaje mai mari.

Fig. 1.1

Planul plutirii de calcul este planul orizontal care coincide cu suprafaţa apei liniştite, corespunzător pescajului pentru care a fost proiectată nava. Acest plan împarte nava în două părţi distincte: partea imersă numită şi carenă şi partea emersă. Corespunzător avem suprafaţa imersă în contact cu apa şi suprafaţa emersă în contact cu aerul atmosferic. Planul plutirii de calcul intersectează suprafaţa corpului navei după o curbă plană închisă denumită linie de apă , care închide la interior plutirea de calcul sau plutirea de proiectare (CWL) . Se definesc următoarele două perpendiculare (Fig.1.2): Perpendiculara prova (P.pv) este dreapta verticală care trece prin punctul de intersecţie dîntre linia interioară a etravei şi CWL. 7

Perpendiculara pupa (P.pp) este dreapta verticală conţinută în planul diametral, dusă prin axul cârmei sau la 96 % din lungimea plutirii de calcul (LCWL) b) – planul secţiunii de la mijlocul navei este un al doilea plan important în descrierea formelor geometrice ale navei. Este un plan lateral perpendicular pe planul diametral situat la jumătatea lungimii de calcul; în general reprezentat prin simbolul . Acest simbol a fost iniţial utilizat pentru a desemna planul secţiunii transversale de arie maximă sau planul " cuplului maestru ". Planul cuplului maestru împarte nava în două jumătăţi: jumătatea prova şi jumătatea pupa.

Fig. 1.2

La navele moderne de transport există o zonă la mijlocul navei unde secţiunea transversală se păstrează constantă, care se numeşte " zonă cilindrică ". c) – planul de bază este planul paralel cu planul plutirii de calcul dus prin punctul de intersecţie al planului secţiunii de la mijlocul navei cu linia de bază. Urma planului de bază pe planul diametral se numeşte linie de bază (L.B.) Sistemul de coordonate faţă de care ne vom raporta în calculele de statica navei are axele situate la intersecţia a două câte două din cele trei planuri principale (vezi fig. 1.1). Originea acestui sistem K se numeşte punct de chilă. Axa x este la intersecţia lui P.B. cu P.D. şi poziţia spre prova; axa y este la intersecţia lui P.B. cu şi pozitivă spre tribord; axa z este la intersecţia lui cu P.D. şi este pozitivă în sus. Acesta este un sistem mobil în spaţiu legat de navă. Asupra sistemelor de coordonate vom mai reveni în capitolul următor. Dimensiuni principale. Dimensiunile navei sunt de două tipuri: dimensiuni teoretice (de calcul sau de construcţie) şi dimensiuni de gabarit de care trebuie să se ţină cont în exploatarea şi manevra navei. Acestea sunt: lungimea L, lăţimea B, înălţimea de construcţie D pescajul d. În figura 1.3 sunt ilustrate următoarele dimensiuni principale. Lungimea la linia de plutire (LWL) este distanţa măsurată în P.D. între punctele de intersecţie ale liniei de plutire cu etrava şi etamboul. Lungimea de construcţie sau de calcul (L) este lungimea definită conform prescripţiilor registrelor de clasificare şi serveşte la dimensionarea elementelor constructive ale navei. Lungimea maximă (Lmax) este distanţa orizontală măsurată între punctele extreme ale corpului navei, excluzând eventualele părţi nestructurale. Dacă nava este prevăzută cu părţi structurale atunci aceeaşi distanţă se numeşte lungime de gabarit .

8

Fig. 1.3

Lungimea între perpendiculare (Lpp) este distanţa măsurată între perpendicularele prova şi pupa. Lăţimea de calcul este distanţa măsurată între tangentele paralele la axa de simetrie a plutirii de calcul. Pentru navele care au zonă cilindrică lăţimea este măsurată în secţiunea de la mijlocul navei pe plutirea de calcul. Lăţimea maximă (Bmax) este distanţa măsurată între punctele extreme ale corpului în secţiunea de la mijlocul navei excluzând eventualele părţi nestructurale. Dacă nava este prevăzută cu părţi structurale atunci aceeaşi distanţă se numeşte lăţime de gabarit. Înălţimea de construcţie (D) este distanţa verticală dintre P.B. şi punctul de intersecţie al punţii cu bordajul măsurată în planul secţiunii de la mijlocul navei. Înălţimea bordului liber (F) este distanţa verticală măsurată în secţiunea de la mijlocul navei de la linia de plutire până la intersecţia punţii de bord liber cu bordajul. Pescajul de calcul (d) este distanţa verticală măsurată în secţiunea de la mijlocul navei între L.B. şi plutirea de calcul. Pescajele prova şi pupa (dpv, dpp) sunt distanţele verticale măsurate la cele două perpendiculare de la linia chilei până la plutirea de calcul. Rezerva de flotabilitate. Marca de bord liber. Prin definiţie, rezerva de flotabilitate este volumul etanş al navei situat deasupra liniei plutirii. Rezerva de flotabilitate, poate fi interpretată ca fiind volumul de apă ce poate fi ambarcat la bord pentru ca nava să ajungă în situaţia de "plutire submarină". Evident că măsura rezervei de flotabilitate este bordul liber al navei F (Fig. 1.3.1). Prin definiţie, bordul liber atribuit este distanţa măsurată pe verticală la mijlocul navei, între marginea superioară a liniei punţii şi marginea superioară a liniei de încărcare corespunzătoare.

Fig. 1.4

Rezerva de flotabilitate este deosebit de importantă în special în cazurile când nava suferă avarii la corp şi un compartiment sau un grup de compartimente sunt 9

inundate. În aceste situaţii, nava îşi modifică parametrii de flotabilitate mărindu-şi pescajul mediu şi înclinându-se longitudinal şi / sau transversal. Asigurarea rezervei de flotabilitate depinde de rigiditatea corpului (rezistenţa generală şi locală) şi etanşeitatea lui. Bordul liber, la o navă comercială, variază în limite largi, în funcţie de cantitatea de marfă. Stabilitatea bordului liber minim pentru navele de transport maritim, se face conform "Convenţiei internaţionale asupra liniilor de încărcare" Londra 1966 . Astfel, navele sunt împărţite în două categorii: 1. Navele de tipul "A" - sunt nave special construite pentru a transporta mărfuri lichide în vrac. La aceste nave deschiderile în tancurile de marfă sunt de mici dimensiuni, acoperite cu capace rezistente şi garnituri etanşe. O astfel de navă trebuie să aibe un grad foarte mare de etanşeitate a punţilor principale; de asemenea transportând mărfuri lichide în vrac etanşeitatea este sporită şi asemănător şi rezistenţa la inundare. 2. Nave de tipul "B" - sunt nave care nu satisfac condiţiile pentru tipul "A" Înălţimea bordului se determină în practică cu ajutorul "mărcii de bord liber". Aceasta este amplasată în fiecare bord la mijlocul navei şi constă din: - linia punţii; - discul de bord liber (denumit şi discul Plimsall) situat sub linia punţii tăiat de o bandă orizontală, a cărei margine superioară trece prin centrul discului şi este situată faţă de linia de punţii la o distanţă egală cu bordul liber minim de vară (Fig. 1.5). Având stabilit bordul liber de vară, relaţiile dintre acesta şi celelalte linii de încărcare pentru diferite zone geografice şi anotimpuri sunt prezentate în continuare: 1. Linia de încărcare de vară (Summer load line) este indicată prin marginea superioară a benzii ce trece prin centrul discului fiind marcată cu V(S). Distanţa măsurată în milimetri de la această linie şi linia punţii reprezintă bordul liber minim de vară (Summer freeboard). 2. Linia de încărcare la tropice (Tropical load line) este situată deasupra liniei de încărcare de vară la o distanţă egală cu 1/48 din pescajul de vară al navei, fiind marcată cu T ( T ) . 3. Linia de încărcare de iarnă (Winter load line) este situată sub linia de încărcare de vară la o distanţă egală cu 1/48 din pescajul de vară al navei, fiind marcată cu I(W).

Fig. 1.5

10

4. Linia de încărcare de iarnă în Atlanticul de Nord (Winter Nord Atlantic load line) este marcată cu IAN(WNA). Pentru navele cu lungimea mai mică de 100m această linie se obţine majorând cu 50mm bordul liber minim de iarnă. Pentru celelalte nave această linie coincide cu linia de încărcare de iarnă. 5. Linia de încărcare de vară în apă dulce (Summer fresh water load line) este indicată de marginea superioară a unei benzi marcată cu D(F). Distanţa de la marginea superioară a acestei benzi până la linia de vară este egală cu variaţia pescajului mediu al navei la trecerea din apă sărată cu q=1,025t/m3 în apă dulce cu q=1,0t/m3(FWA). 6. Linia de încărcare la tropice în apă dulce (Tropical fresh water load line) este indicată de marginea superioară a unei benzi marcată cuTD(TF). Distanţa de la marginea superioară a acestei benzi până la linia de încărcare de vară în apă dulce (D) reprezintă modificarea pescajului care este admisă în apă dulce faţă de bordul liber la tropice. La navele care transportă cherestea pe punte se prevăd linii de încărcare suplimentare plasate în stânga discului de bord liber cu liniile de încărcare având aceeaşi specificaţie. 1.3 Clasificarea navelor maritime şi fluviale Nava reprezintă o construcţie plutitoare complexă, cu propulsie proprie, remorcată sau staţionată, destinată îndeplinirii unei funcţii de transport sau altor lucrări şi activităţi maritime şi/sau fluviale. Pentru a putea analiza nava, ce reprezintă o structură complexă, putem folosi patru criterii: criteriul funcţionalităţii; criteriul mecanicii clasice; criteriul constructiv – elastic; criteriul sistemic. Din punctul de vedere al prezentului contract de cercetare se impune realizarea clasificării navelor după criteriul funcţionalităţii. Pe baza acestui criteriu putem clasifica navele în două mari categorii, după cum urmează: nave civile şi nave militare. Materiale utilizate în construcţia structurilor navale Societăţile de clasificare navală, care au rolul de supraveghere a construcţiei şi a exploatării navelor, impun utilizarea la construcţia corpurilor de nave a unor materiale, cu caracteristici minimale. Analiza sistemică a tehnologiilor şi materialelor ce se folosesc în construcţiile navale actuale aduc pe primul plan utilizarea aliajelor speciale Fe – C, cu caracteristici superioare. Aşadar materialele de bază utilizate în construcţia corpurilor de nave, cu funcţionalităţi diverse, sunt: lemnul; oţelurile; metalele uşoare şi aliajele acestora; materialele compozite; materialele plastice armate; betonul armat. Dintre materialele enumerate mai înainte, ponderea cea mai însemnată în construcţia navelor maritime şi fluviale revine oţelurilor. Tendinţa actuală se menţine chiar dacă perspectiva înlocuirii oţelului cu materiale şi aliaje speciale câştigă teren.

11

Utilizarea materialelor de înaltă rezistenţă la construcţia corpurilor de nave are la bază următoarele cerinţe: - reducerea masei corpului metalic; - creşterea capacităţii de transport, la un deplasament impus; - reducerea puterii necesare instalaţiilor de propulsie, la o viteză impusă; - creşterea vitezei de deplasare a navei, la o putere impusă instalaţiilor de propulsie; - creşterea valorii coeficienţilor de siguranţă, atât în cazul considerării ca tensiune periculoasă a limitei de curgere superioară minimă, cât şi în cazul considerării ca tensiune periculoasă a rezistenţei la rupere a materialului; - reducerea efectului distructiv al coroziunii electrochimice. Dintre semifabricatele şi piesele ce intră în structura constructivă a navei se pot menţiona: - laminatele din oţel pentru construcţii navale, din oţel Y sau din oţel de înaltă rezistenţă călit şi revenit pentru construcţii sudate; - laminate din oţel pentru căldări şi recipiente sub presiune clasele I şi II; - ţevile din oţel pentru căldări, schimbătoare de căldură şi tubulaturi clasele I şi II; - piesele forjate sau turnate din oţel; - piesele turnate din fontă; - piesele turnate din aliaje de cupru pentru elice şi pentru alte piese; - semifabricatele din aliajele de aluminiu pentru construcţii de corp; - lanţurile şi cablurile. Caracteristicile materialelor sunt încercate prin metodele prezentate în continuare: A. Metode distructive: încercarea la tracţiune; încercarea la încovoiere prin şoc; determinarea durităţii; încercări tehnologice: (încercarea la îndoire; încercarea la aplatizare; încercarea la evazare); încercarea la încovoiere prin şoc vertical analiza macro şi microstructurii; analiza chimică; B. Metode nedistructive: controlul radiografic al materialelor; controlul ultrasonic al pieselor; controlul cu pulberi magnetice; C. Încercări specifice materialelor nemetalice: încercarea la tracţiune; încercarea la compresiune; încercarea la îndoire; determinarea modulului de elasticitate normală a materialelor plastice cu fibră de sticlă; determinarea conţinutului relativ de sticlă din materiale plastice cu fibre de sticlă; determinarea densităţii aparente a materialelor plastice friabile; determinarea deformaţiilor remanente ale materialelor plastice la temperatura limită; încercări la: absorbţia apei; la îmbătrânire; la acţiunea produselor petroliere; la acţiunea apei de mare; la permeabilitatea aerului; la rezistenţa la frig; la acţiunea ozonului; D. Încercarea la sudabilitate: se aplică produselor laminate, turnate sau forjate din oţel, precum şi a aliajelor de aluminiu utilizate pentru elementele sudate şi constă în determinarea: compoziţiei chimice şi a caracteristicilor de bază; rezistenţei la fisurare; tendinţei de îmbătrânire; proprietăţilor îmbinării sudate;

12

În tabelul 1.1 sunt prezentate valorile modulelor de elasticitate şi coeficientului de contracţie transversala pentru principalele tipuri de materiale utilizate în construcţiile navale Tabelul 1.1.

MATERIALUL

1 Oţeluri carbon Oţeluri aliate Cupru laminat Bronz fosforos laminat Aluminiu laminat Duraluminiu laminat Lemn: in lungul fibrelor transversal pe fibre

MODULUL DE ELASTICITATE LONGITUDINAL E [ N/mm2]

MODULUL DE ELASTICITATE TRANSVERSAL G [N/mm2]

2 (2,0 – 2,1) 105 (2,1 – 2,2) 105 1,1 105

3 (8,0 – 8,1) 104 (8,0 – 8,1) 104 4,0 104

COEFICIEN TUL DE CONTRACT IE TRANSVER SALA μ 4 0,24 – 0,28 0,25 – 0,30 0,31 – 0,34

1,15 105

4,2 104

0,32 – 0,35

0,69 105

(2,6 – 2,7) 104

0,32 – 0,36

0,7 105

3,7 104

-

(0,1 – 0,12) 105 (0,005 – 0,01) 105

0.055 104 -

-

Oţeluri. Oţelul reprezintă materialul de bază utilizat în construcţia corpurilor de nave cu funcţionalităţi diverse. Preponderent sunt întâlnite: oţeluri obişnuite pentru construcţiile navale din categoriile A, B, D, şi E, cu limita de curgere superioară RcH = 235 [N/mm2]; oţeluri de înaltă rezistenţă, categoriile A32, D32, E32, şi F32 cu RcH = 315 [N/mm2], A36, D36, E36 şi F36 cu RcH = 355 [N/mm2], A40, D40, E40 şi F40 cu RcH = 390 [N/mm2]. Utilizarea oţelurilor din categoria D, E şi F cu RcH > 420 [N/mm2] se face pentru construcţiile speciale, la navele cu lungimea de calcul L > 180 m, puternic solicitate la încovoiere longitudinală, la navele cu destinaţie specială şi navele Forţelor Navale. Pentru elementele de structură ale navei, funcţie de nivelul tensiunilor, prezenţa unor concentratori de tensiune şi consecinţele previzibile ale avariilor pentru siguranţa construcţiei se împart în trei categorii I, II şi III. Elementele de structură ale navei se încadrează în categoria I. Pentru elementele de structură cu înalt nivel de concentrare a tensiunilor, supuse la sarcini dinamice sau care se află în condiţiile unei solicitări compuse, se utilizează oţeluri de categoria D sau E [01], [09], [11]. Pentru corpul navelor se foloseşte oţelul sudabil, laminat la cald sub formă de tablă, platbandă sau profilat, cu grosimea până la 50 mm, precum şi oţelul profilat destinat construcţiilor şi pieselor navale. Alegerea oţelurilor pentru structura corpului, 13

inclusiv a celui supus timp îndelungat la temperaturi scăzute se face în funcţie de grupa elementului( Grupa I, II şi III de elemente structurale), grosimea elementului, şi temperatura construcţiei. Compoziţia chimică şi caracteristicile mecanice ale oţelurilor de rezistentă normala pentru corpul navelor sunt prezentate în tabelul 1.2 Tabelul 1.2.

Categoria

A

E Calmat, tratat cu Calmat Calmat Al. sau sau Calma elaborate semicalm semicalm t cu at at granulaţie fină

Încercarea de Încercarea la tracţiune

Compoziţia chimică

Dezoxidare

B

D

Stare de livrare C max Mn min Si max P max S max

0,21 2,5 0,5 0,04 0,04

0,21 0,80 0,35 0,04 0,04

0,21 0,60 0,35 0,04 0,04

0,18 0,70 0,35 0,04 0,04

Al min

-

-

0,015

0,015

400 490

400 490

400 – 490

235 22

235 22

235 22

0

-20

≤ 50

≤50

-40 50 70< 12 ≈1,00

Prin interpolare liniară kc = 1,0371 Valorile coeficientului adiţional de rugozitate, CAR :

Lungimea navei la plutire LWL [m] 100 150 200

CAR 0,4∙10-3 0,2∙10-3 - 0,1∙103

- 0,3∙10-

250

3

300 şi mai mult

- 0,4∙103

Prin interpolare liniară CAR = 0,0004 Din calculele efectuate rezultă că valoarea calculată a CF = 0,0017697 20

b)

Determinarea coeficientului rezistenţei de presiune

Cunoscând valorile LWL/V1/3 = 5.5, Fr = 0.272 şi CLP = 0,631, corespunzătoare navei de proiectat, se alege din seria Harvald diagrama potrivită şi din ea se extrage valoarea CPSd = 1.25∙10-3 . Atât, raportul BWL/TWL cât şi formele geometrice ale navei de proiectat pot să difere de cele standard pentru care au fost întocmite diagramele. În aceste condiţii, coeficientul rezistenţei de presiune, CP, al navei de proiectat, se obţine prin corectarea lui CPSd, deci: C p = C PSd + δC P1 + δC P 2 + δC P 3

Corecţia δC P1 pentru raportul BWL/TWL este determinată de faptul că BWL / TWL ≠ 2,5 , valoare pentru care au fost întocmite diagramele Harvald. Această corecţie se calculează cu formula aproximativă: B  δC P1 = 0,12 ⋅  WL − 2,5  ⋅ 10 −3 = 0,0000048  TWL 

în care: BWL, TWL reprezintă lăţimea respectiv pescajul navei de proiectat, la plutire, în [m].

Corecţia δC P 2 pentru poziţia centrului de carenă pe lungime: poziţia pe lungime a centrului de carenă este definită de abscisa acestuia xBWL, măsurată faţă de cuplul maestru. Dependenţa coeficientului CP de xBWL este evidentă la viteze mari. În faza proiectului preliminar se ţine cont de valoarea lui Fr. Astfel, pentru cazul acesta în care Fr > 0,18 se impune considerarea corecţiei δC P 2 şi pentru calculul ei se recomandă folosirea următoarei formule: 21

x δC P 2 = a ⋅ (3,355 ⋅ Fr − 0,6) ⋅ δ  BWL  LWL x δ  BWL  LWL

 x  = 100 ⋅ BWL LWL 

  ⋅ 10 −3 , unde:  x  − 100 ⋅  BWL  % ,  LWL  Sd

iar a se determină din tabelul următor şi este: CLP 0,7 0,7 0,80 0 5 a 0,7 1,2 4,00 5 0 a = 0,75 În urma rezolvării ecuaţiilor de mai sus valoarea obţinută pentru δC P 2 = 0,0000375072 Prin urmare C p =0,0012957872 c) Calculul coeficientul rezistenţei la înaintare principale Coeficientul CR al rezistenţei la înaintare principale, se calculează cu următoarea formulă: CR = CF + CP , în care valorile coeficienţilor CF şi CP necesare în formulă au fost calculate în paragrafele anterioare, prin urmare C R =0.0038736972 d) Calculul rezistenţei la înaintare principale Pentru acest lucru se utilizează următoarea formulă: R = CR ⋅

ρ ⋅ v2 ⋅S 2

[kN].

În această ecuaţie CR este cel calculat la punctul c al prezentului paragraf, iar aria S reprezintă suprafaţa udă a carenei. Formele complexe ale carenei, care nu pot fi exprimate riguros matematic, nu permit un calcul exact al suprafeţei udate. În stadiul preliminar de proiectare, aria suprafeţei udate se poate determina cu ajutorul unor formule empirice stabilite pentru diferite tipuri de nave. Astfel, pentru navele maritime se recomandă formula lui Semeka: S = LCWL ⋅ [ 2 ⋅ T + 1,37 ⋅ (C B − 0,274) ⋅ B x ]

S = 1283.72 [m2] R = 151,888 [kN] În practică se determină rezistenţele principale la înaintare Ri, corespunzătoare unui domeniu de viteze vi, care include viteza impusă prin tema de proiectare. Calculele se prezintă sistematizat sub formă tabelară. După valoarea numărului Fr, navele de transport se clasifică în trei categorii: - de viteză mică sau lentă, caracterizate prin Fr = 0...0,22; - de viteză medie sau semirapide, caracterizate prin Fr = 0,22...0,35; - de viteză mare sau rapide, caracterizate prin Fr > 0,35. 22

Majoritatea tipurilor de nave destinate transportului de mărfuri se încadrează în primele două categorii menţionate mai înainte. Pornind de la această clasificare şi de la caracteristicile seriei de diagrame prezentate în prezentul paragraf se poate deduce următoarea concluzie: metoda Harvald, de determinare a rezistenţei la înaintare principale, se poate aplica în bune condiţiuni navelor semirapide. Determinarea rezistenţei la înaintare suplimentare a navei După cum s-a specificat în capitolul anterior rezistenţa la înaintare principală se referă la acţiunea forţelor hidrodinamice, asupra carenei nude, pe timpul mişcării navei în apă liniştită. În realitate, navele sunt prevăzute cu o serie de apendici, amplasaţi în afara suprafeţei udate, care abat liniile de curent de la direcţia lor obişnuită, modificând spectrul hidrodinamic din jurul corpului. De asemenea, în multe situaţii reale, suprafaţa liberă a apei prezintă valuri, care influenţează rezistenţa la înaintare a navei. Partea emersă a corpului se deplasează prin aer. Interacţiunea dintre aer şi navă determină, atât în atmosfera calmă, cat mai ales în condiţii de vânt, modificarea rezistenţei la înaintare. Factorii descrişi mai înainte, conduc la apariţia rezistenţei la înaintare suplimentare (secundare). Rezistenţa la înaintare suplimentară, Rs, reprezintă o fracţiune din rezistenţa la înaintare totală şi este determinată de interacţiunea dintre apă şi apendici, de acţiunea valurilor mării respectiv a aerului atmosferic asupra corpului navei, la deplasarea acesteia cu o anumită viteză. Pe baza acestei afirmaţii se poate scrie: RS = R AP +R VM +R AA , unde: RAP reprezintă rezistenţa la înaintare datorată apendicilor, RVM rezistenţa la înaintare generată de valurile mării, iar RAA rezistenţa la înaintare datorată aerului. a) Rezistenţa la înaintare datorată apendicilor Apendicii sunt elemente constructive situate sub planul plutirii si care ies în afara suprafeţei udate a corpului navei. Printre apendicii mai importanţi se menţionează: cavaleţii de susţinere ai axelor port - elice; axele port - elice; pantalonii axelor port - elice; cârmele; cârmele de ruliu; aparaturile cârmelor; chilele de ruliu; vibratorul sondei acustice şi brâiele de acostare. În faza iniţială de proiectare, neavând date suficiente referitoare la dimensiunile, formele geometrice şi amplasarea apendicilor pe suprafaţa udată, rezistenţa la înaintare totală a acestora se determină cu relaţia: R AP = C AP ⋅

ρ ⋅ v2 ⋅S 2

[kN],

în care: S este suprafaţa udată a carenei în [m 2], ρ densitatea apei în [l/m3], v viteza navei în [m/s], iar CAP coeficientul rezistenţei apendicilor se alege din tabele în funcţie de tipul navei şi are valoarea: Nr. crt. 1

Tipul navei

CAP

Nave maritime cu o elice şi apendicii

(0,05 … 0,15)∙10-

23

4

corect proiectaţi Nave maritime cu două elice şi apendicii corect proiectaţi Nave maritime cu apendici mari, incorect proiectaţi Nave fluviale cu o elice

5

Nave fluviale cu două elice

6

Nave catamaran

2 3

3

(0,20 … 0,30)∙103

(0,50 … 0,80)∙103

0,1∙10-3 (0,15 … 0,20)∙103

(0,05 … 0,10)∙103

CAP = 0,0002 .RAP = 7,842 [kN] b) Rezistenţa la înaintare generată de valurile marii Din experimentele efectuate pe modele şi din datele statistice, culese în timpul navigaţiei diferitelor nave, a rezultat faptul că, în timpul marşului pe valuri, rezistenţa la înaintare înregistrează o creştere apreciabilă. Această creştere este datorata rezistenţei suplimentare generală de valurile mării. În majoritatea cazurilor, apariţia şi menţinerea stării de agitaţie a mării se datorează vântului. Cadrul natural nu oferă posibilitatea separării rezistenţei la înaintare generată de valurile mării de cea datorată aerului. Separarea celor două componente ale rezistenţei la înaintare suplimentare se realizează în bazinele de încercări, unde valurile sunt create pe cale artificială. În faza iniţială de proiectare, rezistenţa la înaintare generată de valurile mării se poate determina cu relaţia: RVM = CVM ⋅

ρ ⋅ v2 ⋅S 2

[kN],

Valoarea coeficientului CVM se alege din tabele în funcţie de gradul de agitaţie al mării şi este: Gradul de agitaţie al mării CVM după Beaufort (0,1 … 1…2 0,2)∙10-3 (0,3 … 3…4 0,4)∙10-3 (0,5 … 5…6 0,6)∙10-3 CVM = 0,0003. RVM = 11,763 [kN] c) Rezistenţa la înaintare datorată aerului Rezistenţa la înaintare datorată aerului se manifestă atât pe timpul navigaţiei într-o atmosferă calmă cât mai ales în condiţii de vânt. 24

În ipoteza unei atmosfere calme, rezistenţa la înaintare datorată aerului este mică. Ea reduce viteza navelor cu aproximativ (0,2…0,3) Nd. Pentru aprecierea rezistenţei la înaintare datorată aerului, în faza iniţială de proiectare, se recomandă formula aproximativă: R AA = k aer ⋅ R , în care: R reprezintă rezistenţa la înaintare principală exprimată în kN, iar k aer un coeficient adimensional. Valoarea coeficientului kaer, corespunzătoare vântului de forţa 3 pe scara Beaufort, se alege din tabele în funcţie de tipul navei şi este: Tipul navei 1 2 3

Tancuri petroliere Nave pentru transportul mărfurilor generale Nave pentru transportul cherestelei kaer = 0,015 RAA = 2,278 [kN] RS = 21,883 [kN]

kaer 0,01 … 0,03 0,01 … 0,02 0,03 … 0,07

Determinarea rezistenţei la înaintare totale Rezistenţa la înaintare totală a navei se determină cu relaţia: RT = R + RS [kN] = 173,771 [kN], în care: R reprezintă rezistenţa la înaintare principală, iar R S reprezintă rezistenţa la înaintare suplimentară. Deplasarea navei prin apă, cu o anumită viteză constantă, se realizează cu ajutorul instalaţiei de propulsie care, prin forţa ce o dezvoltă, trebuie să învingă rezistenţa la înaintare totală. Puterea instalaţiei de propulsie reprezintă lucrul mecanic realizat de aceasta, în unitatea de timp, pentru a învinge rezistenţa la înaintare totală. Din cele care au fost calculate în acest capitol se poate calcula puterea de remorcaj dată de relaţia: PE = R ⋅ v PE = 1341,51 [kW]

După determinarea puterii de remorcaj se determină coeficientul curentului favorabil, cu ajutorul formulei empirice a lui Taylor: w = 0,5 ⋅ C − 0,16

C=

V L ⋅ B ⋅T

Prin rezolvarea celor două relaţii se determină coeficientul curentului favorabil care are valoarea w = 0,155 . Cu ajutorul acestei valori putem trece la determinarea coeficientului de aspiraţie cu ajutorul formulei: t = 0.25 ⋅ w + 0,14 = 0,17875 . Forţa normală de împingere, T, precum şi calculul vitezei axiale a elicei relativ la apă se calculează cu relaţiile: T=

Tu 173,771 = = 210,84 [kN] 1 − t 1 − 0.17875 v p = v ⋅ (1 − w) = 6,71 25

Diametrul elicei rezultă din condiţiile de dispunere pe navă: D = 0.6 ⋅ 5.1 = 3.06 m Înaintarea relativă se determină cu ajutorul relaţiei λp =

2π ⋅ v p

ω⋅D

= 0,41

care conduce la determinarea randamentului elicei cu ajutorul figurii de mai jos ηe = 0.44

Fig. Determinarea randamentului elicei Se calculează randamentul propulsiei cu ajutorul relaţiei η p = ηe

1−t ⋅i = 1− w

0.426

Cu ajutorul acestei valori se determină puterea la axul elicei PD =

PE

ηp

= 2983.09 kW

Considerând că valoarea randamentului pentru linia axială este ηax determină puterea necesară la axul motorului de antrenare Pm =

PD

ηax

= 3246,48

[kW] = 4350,28 CP

26

= 0,97

şi se

CAPITOLUL 3

INSTALAŢIA DE PROPULSIE

3.1.

Generalităţi Instalaţia energetică navală reprezintă un complex tehnic destinat asigurării deplasării navei, furnizării de energie (de diverse tipuri : mecanică, termică, electrică) pentru toţi consumatorii de la bord. În componenţa acestor instalaţii intră instalaţiile principale de propulsie care sunt destinate deplasării navei. La navele cu mai multe linii de axe, instalaţia principală de propulsie constă în mai multe complexe propulsive corespunzător numărului de elice, deoarece fiecare complex propulsiv se realizează autonom. În cazul cel mai general componenţa instalaţiilor principale de propulsie echipate cu motoare diesel include următoarele elemente : o motoarele principale o electrogeneratoarele principale o electromotoarele principale de acţionare a elicelor o transmisiile principale o liniile de arbori si propulsoarele o mecanismele auxiliare compuse din schimbătoare de căldură si alte sisteme auxiliare care asigură funcţionarea motoarelor principale si a transmisiilor o sistemul de comandă de la distanţă o protecţiile si semnalizările de avarie Motoarele principale sunt acelea care asigură deplasarea navei. Transmisiile principale sunt destinate transformării energiei sau cuplului de torsiune şi de asemenea pentru însumarea puterii motoarelor principale. Transmisiile principale sunt de următoarele tipuri: o transmisii mecanice o transmisii hidraulice o transmisii electrice o transmisii combinate Generatoarele electrice principale şi electromotoarele de propulsie sunt componentele de bază ale instalaţiei diesel-electrice de propulsie. Linia axiala (linia de arbori) asigură transmiterea puterii de la motoarele principale la propulsoare şi pentru transmiterea împingerii propulsorului la corpul navei. Pentru o navă cu propulsie cu motor diesel obişnuit, componenţa constructivă a liniei axiale este : (de la motor la propulsor) 27

arbore de împingere arbori intermediari arborele portelice lagăr de împingere, lagăr de sprijin şi lagărul tubului etambou instalaţia de virare a liniei axiale sistemele de etanşare La navele cu elice cu pas reglabil pe linia axială este prevăzut şi mecanismul pentru modificarea pasului elicei. Propulsorul naval converteşte energia mecanică primită de la motorul principal în împingere / tracţiune ce este transmisă prin lagărul de împingere corpului navei. Cele mai răspândite tipuri de propulsoare sunt elicele cu pas fix (E.P.F.) sau elicele cu pas reglabil (E.P.R.). Pentru nave mici cu destinaţie specială (remorchere, nave fluviale, nave portuare), drept propulsor se foloseşte propulsorul cu jet sau cu aripioare. Pentru navele ultrarapide se folosesc elice coaxiale şi contrarotative Funcţionarea instalaţiei principale de propulsie şi a celor auxiliare este asigurată de o serie de instalaţii specifice: o instalaţia de alimentare cu combustibil o instalaţia de ungere o instalaţia de răcire circuit închis (apa dulce) şi circuit deschis (cu apă de mare) o instalaţia de aer comprimat – asigură aerul de lansare, aerul instrumental şi aerul pentru nevoi gospodăreşti. o instalaţia de evacuare gaze de ardere. În compartimentul maşini se mai găsesc şi o serie de agregate, aparatură şi echipamente care nu intră în componenţa instalaţiilor energetice dar care sunt necesare altor activităţi de pe navă: pompele instalaţiei de balast, incendiu, santină, hidrofoarele de apă dulce şi sărată, separatoare de santină, instalaţia de ape uzate, agregatele frigorifice pentru cambuză şi condiţionare aer, motopompe, etc. Acestea sunt denumite instalaţii mecanice. o o o o o o

3.2. Clasificarea sistemelor navale de propulsie Pentru clasificarea sistemelor navale de propulsie se folosesc două criterii:  tipul fluidului care evoluează în maşinile principale şi auxiliare ale instalaţiei de propulsie denumit fluid motor;  tipul subsistemului de transmisie a energiei, de la maşinile principale, la propulsor. Fluidul motor, prin proprietăţile lui fizice şi chimice determină atât tipul constructiv al maşinilor principale şi auxiliare ale sistemului de propulsie, cît şi caracteristicile tehnice şi economice de exploatare, deci influenţează economicitatea navei. După natura fluidului motor, instalaţiile navale de propulsie se împart în două grupe principale: o sisteme sau instalaţii de propulsie cu gaze (SPG); o sisteme de propulsie cu vapori (SPV). 28

Sistemele de propulsie din cele două grupe pot fi la rândul lor clasificate, după tipul maşinilor principale şi a felului de energie utilizată: o sisteme de propulsie cu motoare cu ardere internă (SPMAG); o cu turbine cu gaze (SPTG); o combinate, cu motoare cu ardere internă şi cu turbine cu gaze (SPMATG); o cu turbine cu gaze care utilizează energie nucleară (SPTGN); o cu maşini alternative cu vapori (SPMAV); o cu turbine cu vapori (SPTV); o combinate, cu maşini alternative şi cu turbine cu vapori (SPMATV); o cu turbine cu vapori, care utilizează energie nucleară (SPTVN). 3.3 Clasificarea instalaţiilor navale de propulsie Din cele mai îndepărtate timpuri şi până în sec XVII, mersul navelor a fost condiţionat de puterea vâslaşilor şi de intensitatea curenţilor de aer. Toate încercările de perfecţionare, făcute între timp, urmăreau doar folosirea cît mai eficientă a acestor factori. Progresele realizate în metalurgie şi fizică, precum şi în domeniul construcţiei de nave, au permis realizarea propulsiei mecanice cu maşini cu abur. Astfel, la 25 septembrie 1707, Denis Papin a încercat o navă mică cu maşină cu abur având roţi cu zbaturi, încercările au fost făcute pe râul Fulda din Germania. Nava a fost distrusă de marinari, considerând-o un pericol pentru activitatea lor. În Franţa Claude de Jouffroy, asociat cu Follenay, construieşte o navă cu roţi cu zbaturi, acţionate de o maşină cu abur, cu care face o demonstraţie publică la 15 iulie 1783. Încercări similare au fost efectuate în Anglia şi în America, unde John Fitch în 1790 reuşeşte să înfiinţeze un serviciu regulat de navigaţie cu nave mici cu propulsie cu abur, între Philadelphia şi Newton, cu viteza de 6...8 mile/h. În Europa, printre primele nave cu maşini cu abur şi roţi cu zbaturi a fost vaporul Elisabeta construit la Petersburg şi lansat în 1815 pentru navigaţia pe ruta Petersburg-Kronstadt . Pentru o perioadă de tranziţie, de circa un secol, s-a folosit o soluţie mixtă, nave cu vele şi maşini cu abur, care au continuat să fie folosite încă mult timp cu rezultate bune. Prima navă comercială cu maşină cu abur, numită CLAIRMONT, a fost construită după proiectul lui Robert Fulton. Nava, cu o lungime de 45,72 m şi un deplasament de 100 t, trebuia să asigure legătura pe Hudson între New-York şi Albany. Prima cursă a fost realizată la, 17 august 1807, cu viteza de circa 7,5 km/h, având o maşină alternativă cu abur, verticală, de 18 CP, care antrena propulsorul, o roată cu pale din lemn. Nava era prevăzută şi cu vele care se foloseau pentru propulsie când era vânt favorabil. La începutul anului 1900 au apărut primele nave la care propulsia era realizată exclusiv cu maşini alternative cu abur. Tot cu asemenea maşini erau acţionate şi mecanismele auxiliare ale acestor nave . Primele nave cu turbine cu abur au fost construite şi puse în exploatare în anul 1898. În 1910 s-a realizat prima instalaţie de propulsie cu turbine cu abur, la care între 29

turbină şi propulsor s-a introdus un reductor. Ulterior s-au construit asemenea nave, dotate cu transmisie electrică sau hidraulică. Instalaţiile navale de propulsie cu motoare diesel încep a fi cunoscute din anul 1903, când în Rusia a fost construită nava „VANDAL" pe care s-au instalat trei motoare, având fiecare trei cilindri şi dezvoltând 120 CP. Cele trei propulsoare (elice) erau acţionate cu electromotoare. Prima instalaţie de propulsie cu turbine cu gaze, având cameră de ardere, s-a construit în Anglia (1951) şi a fost montată pe petrolierul maritim „AURIS". Ulterior au mai fost construite şi alte asemenea sisteme de propulsie. Datorită economicităţii lor scăzute, aceste instalaţii de propulsie se află încă în stadiul experimental. Descoperirea energiei atomice şi folosirea ei în scopuri paşnice a intervenit cu implicaţii mari şi în propulsia navelor, începând din anul 1955, s-au construit mai întâi sisteme de propulsie cu energie atomică pentru navele militare, după care s-au aplicat şi la navele comerciale. Economicitatea acestor sisteme de propulsie deocamdată este scăzută, iar masa lor este mult mai mare comparativ cu masa instalaţiilor care folosesc combustibil clasic. Datorită acestor dezavantaje, asemenea sisteme de propulsie nu sau răspândit. În ţara noastră, la Şantierul Naval Galaţi, între anii 1912 — 1914 s-a construit prima navă, dotată cu instalaţie de propulsie având maşini cu abur. Aceasta a fost o navă fluvială de pasageri. Totuşi, flota comercială a ţării noastre a avut în dotare nave de transport, maritime şi fluviale, înainte de a se fi construit prima navă cu propulsie la S. N. Galaţi, în prezent navele flotei noastre comerciale, atât cele construite în ţară cît şi cele importate, sînt dotate cu sisteme de propulsie cu motoare cu ardere internă. 3.4 Rolul instalaţiei de propulsie Prin sistem, sau instalaţie navală de propulsie, se defineşte complexul format din maşinile principale şi auxiliare, care au rolul de a transforma energia conţinută în combustibil în energie: termică, mecanică, electrică şi hidraulică, destinată pentru: o deplasarea navei, în condiţii normale de exploatare, cu viteza prevăzută, pe drumul dorit ; o funcţionarea maşinilor şi a instalaţiilor ce deservesc maşinile principale de propulsie; o alimentarea cu energie electrică a aparaturii de navigaţie a instalaţiilor de semnalizare şi a aparatelor si sistemelor de măsură, control şi comandă, a sistemului de propulsie şi a altor instalaţii; o acţionarea mecanismelor de punte folosite pentru diverse operaţiuni în timpul exploatării navei; o funcţionarea instalaţiilor care asigură condiţii normale de viaţă pentru călători şi echipajul navei; o funcţionarea diferitelor agregate şi instalaţii care au sarcini deosebite la bordul navei. 3.5. Clasificarea instalaţiilor de propulsie cu motoare diesel O clasificare după un singur criteriu este mai greu de făcut datorită diversităţii constructive a acestor instalaţii. Este acceptată clasificarea după următoarele criterii: 30

După tipul motoarelor principale : Cu motoare de un singur tip de obicei numai diesel. Acestea la rândul lor sunt după tipul motorului principal: o Instalaţii cu motoare diesel lente o Instalaţii cu motoare diesel semirapide o Instalaţii cu motoare diesel rapide o Instalaţii combinate existente pe nave specializate. Din aceste tipuri cele mai răspândite sunt instalaţiile cu motoare diesel şi turbine cu gaze la care motoarele asigură deplasarea cu viteze mici şi moderate (instalaţia de marş), iar turbinele cu gaze asigură deplasarea cu viteze mari (instalaţia de fortaj) În instalaţiile combinate se pot include şi toate instalaţiile diesel electrice. După transmisia puterii la propulsor o Instalaţii de propulsie cu transmitere directă a puterii la elice. o Instalaţii care transformă energia sau momentul de torsiune, transformări care pot consta în : - modificarea sensului momentului – sensul de rotaţie - modificarea valorii momentului şi turaţiei (transformare) - însumarea sau distribuţia puterii motoarelor Instalaţia de propulsie care modifică momentul de torsiune se clasifică după tipul transmisiei astfel: o Instalaţii cu transmisie cu reductor (motor diesel –reductor o Instalaţii cu transmisie cu reductor - inversor (instalaţii cu puteri relativ reduse) o Instalaţii cu transmisii hidraulice : - cu cuplaje hidraulice si transformatoare hidraulice - cu pompe hidraulice antrenate de motor diesel si hidromotoare ce antrenează elicea - cu pompe hidraulice antrenate de motor ţi propulsor cu jet o Instalaţie cu transmisie electrică (instalaţie diesel electrică cu D.G.-uri principale şi motoare electrice de antrenare a elicei) o Instalaţii cu transmisii combinate: - diesel - electrică şi cu reductor între motorul electric şi elice - cu transmisie hidraulică şi reductor După numărul liniilor de arbori o Instalaţii de propulsie cu o singură linie de arbori – care sunt cele mai răspândite pe navele maritime şi fluviale o Instalaţiile de propulsie cu mai multe linii axiale între care cele mai răspândite sunt cele cu două sau trei linii de arbori. După numărul motoarelor principale ce lucrează pe o line de axe o Instalaţia cu un singur motor pe linia axială o Instalaţia cu mai multe motoare pe linia axială în care cele mai utilizate sunt - cu doua motoare pe linie si reductor sumator 31

- cu trei motoare pe linia axială şi reductor – sumator (mai rar) După tipul propulsorului o Instalaţii cu propulsor elice cu pas fix E.P.F. o Instalaţii cu propulsor elice cu pas reglabil E.P.R. o Instalaţii cu propulsor elice coaxiale si contrarotative o Instalaţii cu propulsor cu aripioare o Instalaţii cu propulsor cu jet După modul în care se asigură inversarea sensului de deplasare a navei o Instalaţii de propulsie cu motoare diesel reversibile (se pot roti în sens direct şi invers) o Instalaţii cu motoare nereversibile cu reductoare - inversoare sau cuplaje reversibile o Instalaţii cu motoare nereversibile şi E.P.R. După gradul de automatizare, modul de comandă şi exploatare o Instalaţii de propulsie neautomatizate şi parţial automatizate cu post local de comandă in C.M. (cart în C.M.) o Instalaţii de propulsie automatizată cu acţionare la distanţă cu post local de comandă şi post central de comandă (P.C.C.) şi supraveghere periodică in C.M.grad de automatizare A2 o Instalaţii de propulsie automatizate cu comandă de la distanţă fără cart în P.C.C. sau C.M. şi supraveghere periodică – grad de automatizare A1 După modul de fixare al M.P. de la corpul navei o Instalaţii la care motorul şi transmisia sunt rigid fixate de corpul navei o Instalaţii la care motorul şi transmisia sunt legate de structură cu amortizori După modul de asigurare a energiei electrice a navei o Instalaţii cu D.G. autonome. o Instalaţii cu D.G. autonome şi generator electric cuplat pe ax. o Instalaţii cu turbogeneratoare şi D.G. autonome. o Instalaţii cu un singur sistem electroenergetic – specifice navelor cu propulsie diesel electrică, unde energia electrică furnizată de generatoare se utilizează pentru propulsie şi consumatorii auxiliari. 4.6. Instalaţii de propulsie cu motoare diesel. Tipuri de transmisii. Instalaţiile de propulsie cu motoare diesel şi transmisie directă a puterii printr-o linie de axe sunt cele mai răspândite. În figura 5.1 este reprezentată schematic acest tip de transmisie :

32

Fig. 4.1 1 - elice ; 2 - arbore portelice ; 3 - tub etambou cu lagăre ; 4 - arbore intermediar ; 5 - lagăre ; 6 - lagăr de împingere ; 7 - motor principal. Acest tip de transmisie este specific majorităţii navelor de transport de toate tipurile. Fig. 4.2 a - sistem cu cuplaj reversibil 1 - elice cu pas fix; 2 - arbore portelice; 3 - tub etambou; 4 - arbore intermediar; 5 - lagăr de sprijin; 6 - cuplaj reversibil; 7 - motor principal. La aceste tipuri de transmisii se folosesc în calitate de motoare principale – motor diesel lent cu turaţia n = 70 - 250 rot/min, iar pentru nave de tonaj redus motoare principale semirapide cu turaţia n = 250 - 2500 rot/min, motorul fiind reversibil. Alte sisteme posibile pentru acelaşi tip de transmisie sunt ilustrate în figura 5.2 a: Varianta a. Este caracteristică navelor mici, şalupelor rapide şi pe aripi portante, traulerelor de dimensiuni reduse, navelor fluviale. Motoarele principale ale acestui tip de instalaţie sunt nereversibile şi pot fi semirapide sau rapide

Fig. 4. 2 b) - sistem cu elice cu pas reglabil

8 - E.P.R.; 9 - mecanism schimbare pas. Varianta b. A început să fie utilizată din ce in ce mai des. La această variantă se remarcă prezenţa mecanismului de schimbare a pasului elicei (9). Acest sistem este utilizat la navele de pescuit şi la orice tip de navă de transport.

33

Fig. 4.2 c) – sistem cu elice cu pas reglabil şi generator pe lina axială

Varianta c. A apărut datorită faptului că la transmisiile cu E.P.R. turaţia arborelui este constantă, şi astfel se utilizează frecvent generator electric cuplat pe linia axială care furnizează energie electrică consumatorilor într-un domeniu de frecvenţă fără a fi necesare echipamente speciale de stabilizare a frecvenţei curentului debitat. În cazul căderii bruşte a frecvenţei (turaţiei) acestui generator este prevăzut un sistem automat de lansare a D.G. autonom, dotat cu motor diesel care să alimenteze fără întrerupere consumatorii vitali. Transmiterea puterii de la ax la generator se face printr-o transmisie cu roti dinţate (cu dinţi înclinaţi sau elicoidali) şi un cuplaj legat de generator.

Fig.4. 2 d) – sistem cu cuplaj nepermanent

Varianta d. Este specifică navelor cu destinaţie specială pentru care este necesară asigurarea unei alunecări în anumite limite a turaţiei motorului faţă de turaţia elicei, prin montarea motorului pe amortizori. Se utilizează transmisia directă separat (cu cuplare nepermanentă). În acest caz lagărul de împingere se amplasează în pupa acestui cuplaj. Instalaţiile de propulsie cu două linii de arbori şi fiecare cu transmisie directă a puterii, se utilizează pe nave fluviale, nave cu pescaj limitat, pasagere, remorchere. La aceste instalaţii, prezentate în figura 5.3 a), la mersul înapoi, elicele se rotesc înspre exterior (borduri), ceea ce le uşurează funcţionarea şi le creşte fiabilitatea în condiţii de navigaţie în gheţuri. În cazul în care elicele nu încap în spaţiul oferit de etamboul elicelor, se pot utiliza soluţii de montare a motoarelor în rânduri diferite sau montarea linilor de arbori înclinate către pupa. 34

Instalaţiile cu trei linii de arbori cu transmitere directă a puterii sunt mai puţin răspândite. Sunt întâlnite pe nave portcontainer cu viteze de 25-30 Nd. şi cu puteri totale de 45.000-50.000 Kw Scheme de instalaţii de propulsie cu linii multiple de arbori şi transmisia directă a puterii la propulsor: a - cu două linii de arbori; b - cu trei linii de arbori; c - cu linie înclinată longitudinal.

Fig. 4.3 a), b), c)

Instalaţii de propulsie cu motoare diesel şi transmisie cu reductor a puterii Cele mai răspândite sisteme de acest fel sunt ilustrate în figura 5.4. Comparativ cu instalaţiile cu transmisie directă, în cele cu transmisie cu reductor sunt incluse două elemente suplimentare: reductorul şi cuplajul. Pentru navele de transport maritim, de obicei, se utilizează reductoare într-o singură treaptă la care sunt cuplate unul sau mai multe motoare de propulsie (până la 35

patru). Reductoarele cu mai multe trepte (două) şi reductoarele de construcţie specială se găsesc în instalaţiile de propulsie cu motoare rapide, pe nave cu aripi portante, şalupe rapide şi în componenţa instalaţiilor combinate: motoare diesel - turbine cu gaze. Pentru aceste instalaţii se utilizează două tipuri de cuplaje între motor şi reductor o cuplaje elastice care protejează reductorul de variaţiile bruşte ale cuplului motorului şi la apariţia vibraţiilor torsionale. o cuplaje cu separarea cuplării (cuplaje nepermanente) care permit înclinarea M.P. faţă de reductor. În cazul în care este necesară asigurarea ambelor funcţiuni, se utilizează o combinaţie care să realizeze simultan aceste funcţii. Scheme tipice ale instalaţiilor de propulsie cu transmisie prin reductor: o cu un singur motor de propulsie o cu E.P.R. o cu două motoare de propulsie o cu trei motoare de propulsie o cu patru motoare de propulsie Instalaţiile în care reductorul este un sumator de putere pentru mai multe motoare, pot fi prevăzute două cuplaje separate, unul elastic de tip permanent, şi un alt cuplaj nepermanent (la care cuplarea se face prin comandă exterioară) aşa cum este ilustrat în figura 5.5 b).

Fig. 4.4 a), b), c), d), e)

1 - E.P.F.; 2 - arbore portelice; 3 - tub etambou; 4 - lagăr de sprijin; 5 - arbore intermediar; 6 - lagăr de împingere; 7 - reductor; 8 - cuplaj elastic nepermanent; 9 M.P.; 10 - E.P.R.; 11 - mecanism acţionare pas elice.

36

Fig. 4.5 a), b), c)

1 - reductor - sumator de putere; 2 - cuplaj elastic nepermanent; 3 - motor principal; 4 - cuplaj elastic permanent; 5 - generator electric; 6 - mecanism de cuplare. Scheme ale instalaţiilor de propulsie cu reductor şi distribuţia puterii: o de la roata condusă (numai pe timpul deplasării navei) o comandă de la roata conducătoare (atât pe timpul deplasării cât şi pe timpul staţionării)

Fig. 4.6 a), b), c), d), e)

1 - reductor; 2 - cuplaj elastic nepermanent; 3 - motor principal; 4 - cuplaj elastic; 5 - generator pe ax; 6 - cuplaj nepermanent; 7 - pompa de sarcină; 8 - cuplaj dinţat nepermanent; 9 - viror. 37

Instalaţii de propulsie cu motoare diesel şi transmisie hidraulică a puterii Instalaţiile de propulsie cu motoare diesel ce au transmisii hidraulice se pot clasifica în doua grupe: A. Instalaţii cu transmisii hidrodinamice o cuplaje hidraulice o hidrotransformatoare o transmisii hidraulice universale ce includ şi cuplajele si transformatoarele hidraulice. Cuplajele hidraulice folosesc pentru transmiterea momentului de torsiune de la motorul principal (arborele conducător ) către arborele condus (cuplat cu elicea) fără a se modifica mărimea şi sensul cuplului. Acestea au rolul de a amortiza vibraţiile torsionale în linia axială. Transformatoarele hidraulice îndeplinesc, pe lângă funcţia cuplajului hidraulic şi funcţia de modificare a mărimii şi uneori a sensului cuplului de torsiune transmis propulsorului. Scheme tipice de transmisii hidrodinamice sunt prezentate în figura 4.7.

Fig. 4.7 a), b), c), d)

1 - lagăr de împingere; 2 - reductor - sumator de putere; 3 - hidrotransformator; 4 - motor principal; 5 - multiplicator de turaţie cu divizare a puterii; 6 - cuplă elastică. 38

Transmisia hidrodinamica se poate realiza de tip universal dacă este compusă din: o o o

reductor cuplaj hidraulic transformator hidraulic pentru marş înainte şi înapoi Acest tip de transmisie asigură calităţi manevriere deosebite navei. Transmisiile hidrodinamice includ pompe autonome, răcitoare şi tancuri ale fluidului de lucru (ulei hidraulic). B. Instalaţii cu transmisii hidrostatice Se utilizează pentru nave mici, fluviale, împingătoare, remorchere de puteri reduse. Scheme tipice sunt ilustrate în figura 4.8.

Fig. 4.8 a), b)

1 - lagăr de împingere; 2 - hidromotor; 3 - tubulatură presiune; 4 - pompă; 5 motor principal; 6 - hidromotorul cârmei active; Transmisia hidrostatica se utilizează şi pentru propulsoare cu jet. La unele navele mari aceste tipuri de transmisii se utilizează pentru acţionarea propulsorului din cârma activă. Instalaţii de propulsie cu motoare diesel şi transmisie electrică a puterii Instalaţiile de propulsie diesel - electrice sunt caracterizate de o dublă transformare a energiei. Mişcarea (deplasarea) navei este asigurată de motoare electrice, ce antrenează elicea prin intermediul unui lagăr de împingere sau reductor. Alimentare cu energie electrică a motorului electric este asigurată de dieselgeneratoare. Electromotoarele şi diesel-generatoarele sunt situate în compartimente separate sau în acelaşi compartiment. Cele mai utilizate scheme sunt cele ilustrate în figura 5.9. Scheme de transmisii diesel - electrice a puterii: a) cu transmitere directă b) cu transmitere prin reductor

39

Fig. 4.9 a), b) 1 - lagăr de împingere; 2 - reductor; 3 - motor electric; 4 - D.G.;

Aceste scheme de propulsie sunt recomandate pentru nave cu destinaţie specială. Astfel de instalaţii se utilizează pe spărgătoare de gheaţă cu puteri de până la 35.000 Kw. În astfel de cazuri, energia electrică pentru instalaţii auxiliare este asigurată de D.G. auxiliare destinate acestui scop, separat de D.G. pentru propulsie. Instalaţii de propulsie combinate: motor diesel – turbină cu gaze În asemenea instalaţii se utilizează două tipuri de motoare principale : • turbina cu gaze de putere mare, ce asigură într-un regim scurt putere mare pentru deplasarea cu viteză mare (regim forţaj) • motoare diesel clasice pentru funcţionarea îndelungată, ce furnizează puterea necesară pentru deplasarea cu viteza de regim. În calitate de turbine de „forţaj” se pot utiliza turbine cu gaze uşoare, tip aviaţie, cu puteri de 3.000-30.000 Kw şi mai mult cu o greutate specifică pe unitatea de putere de 0,4-3,0 Kg/Kw . În figura 5.10 este ilustrată schema unei instalaţii de propulsie pentru o vedetă de patrulare.

40

Fig. 4.10 - Schema instalaţiei de propulsie combinată

Motorul diesel de marş 2, transmite puterea la E.P.R. 1, prin intermediului cuplajului dinţat 6 (nepermanent) şi treapta de reducere din reductorul 5, şi prin lagărul de împingere 3, încorporat în reductor. La mersul în forţaj lucrează turbina cu gaze 7, ce transmite puterea prin cuplajul 6, şi două trepte de reducere a turaţiei din reductorul 5, şi prin lagărul de împingere 3, încorporat în reductor. Cuplajul cu autosincronizare 6, permite trecerea de la un regim la altul fără oprirea turbinei sau a navei. Utilizarea instalaţiilor combinate în care turbina si motorul diesel lucrează separat pe elice se utilizează rar deoarece pierderile sunt mari datorită folosirii parţiale a elicelor, (una funcţionează iar cealaltă este liberă, se roteşte, consumând energie) şi imposibilităţii folosirii puterii motorului diesel atât la viteze reduse cât si la viteze mari. Din acest motiv se utilizează instalaţii combinate, în care există reductoare sumatoare de putere, a două sau mai multe motoare diesel sau turbine cu gaze pe o singură linie axială. Sunt utilizate frecvent următoarele tipuri de instalaţii de propulsie combinate: • cu funcţionare separată pentru mersul de regim şi de fortaj când mersul de regim este asigurat numai de motorul diesel, iar marşul de fortaj este asigurat numai de turbina cu gaze. • cu funcţionarea în comun, la regimul de fortaj, a motorului diesel şi a turbinei cu gaze.

41

Fig. 4.11 a), b), c), d), e), f)

Instalaţiile din prima categorie sunt realizate după schemele din figura 5.11, prin însumarea puterii motoarelor diesel care nu depăşesc 20% din puterea necesară regimului de fortaj. Instalaţiile realizate după schemele din figura 5.11 a), b): motorul diesel de marş 2, sau turbina cu gaze 4, lucrează pe E.P.R. 1, prin reductorul 3, prin cuplajul de sincronizare. În schema din figura 5.11 c), pentru regimul de marş sunt necesare numai motoarele diesel amplasate în borduri, cuplate pe două linii axiale cu reductor şi E.P.R. 1, iar pentru regimul de forţaj lucrează numai turbina cu gaze 4, prin reductorul 6, pe E.P.R. 5. Pentru reducerea pierderilor prin rotire liberă a E.P.R. 5, aceasta se cuplează cu reductorul 6, la al treilea motor diesel. În instalaţiile realizate după schemele 5.11 c), cu funcţionare separată în regimul de forţaj, motoarele diesel nu lucrează, iar dacă se asigura funcţionarea motor diesel - turbina în comun atunci, în acest regim, nu funcţionează, numai motorul diesel din mijloc, celelalte laterale funcţionând şi ele. În figura 5.11 d), turbina este cuplată la un reductor ce îi divizează puterea pe două linii de axe cu E.P.R. Această schemă se utilizează mai rar şi doar conjunctural. Instalaţiile combinate de propulsie ce utilizează pentru regimul de forţaj simultan turbina şi motorul diesel se dovedesc complicate. În principiu, ele se pot realiza după schemele din figura 5.11 a), b), c), d), pentru puteri ale motoarelor de la 20 – 60 % din puterea totală a instalaţiei de forţaj. La puteri ale motoarelor diesel mai mari decât 60% din puterea totală a instalaţiei, folosirea instalaţiilor de propulsie combinate nu mai este raţională.

42

Scheme ale instalaţiilor de propulsie combinate: a,b - instalaţii cu reductor sumator de putere, motor şi turbină ce lucrează pe o singură linie de axe; c - instalaţii unde motorul şi turbina lucrează fiecare pe elicea sa (E.P.R. sau E.P.F.); d - instalaţii cu divizarea puterii pe două linii axiale; e - cu reductor intermediar pentru turbina cu gaze şi reductor cu două trepte pentru motorul diesel; f - cu reductor - sumator cu două trepte de turaţie pentru motorul diesel şi turbină cu gaze. O rezolvare optimă o reprezintă schema din figura 5.11 e), care are reductor în două trepte 9, pentru motorul diesel şi un reductor separat 6, pentru turbină sau utilizarea unui reductor - sumator 10, cu două trepte pentru motorul diesel cum este ilustrat în figura 4.11 f). Instalaţii de propulsie combinate se folosesc pe nave rapide (40 – 50 Nd. şi mai mult). Scheme tipice pentru instalaţiile de propulsie ale acestor nave sunt arătate în figura 5.12. În figura 5.12 a), regimul de marş este asigurat de motoarele diesel din borduri 3, ce lucrează prin reductorul 2, pe elicele cu pas reglabil 1. Regimul de forţaj este asigurat de E.P.R. din planul diametral al navei şi turbina cu gaze 5, prin reductorul 4, şi cu funcţionarea simultană a motoarelor diesel din borduri. În cazul schemei ilustrate în figura 5.12 b), motoarele diesel pentru regimul de marş 3, lucrează pe E.P.R. 1, prin reductoarele 6, iar regimul de fortaj se asigură prin utilizarea numai a turbinei cu gaze 5, prin reductorul intermediar 7, (care asigură şi distribuţia puterii) şi reductoarele 6, pe cele două E.P.R. În schema din figura 5.12 c), pe fiecare E.P.R. 8, prin intermediul reductorului în „V” 9, se însumează puterea turbinei cu gaze 5, şi a motorului diesel 3, pentru regimul de marş, prin reductorul 2. Pe linia axială situată în pupa este prevăzută numai turbina cu gaze. Corespunzător acestei scheme s-au construit vedete în Anglia de 114 tone cu trei turbine cu gaze cu puterea de 3.100 Kw, ce asigură o viteză în fortaj de 57 de Nd pentru o autonomie de 450 Mm şi un regim de marş de 10 Nd cu o autonomie de 2300 Mm prin utilizarea a două motoare diesel în borduri cu putere de 125 Kw fiecare.

Fig 4.12 a), b), c) 43

CAPITOLUL 4 – CALCULUL INSTALAŢIEI DE PROPULSIE

4.1. Alegerea motorului de propulsie Din cele care au fost calculate în capitolul precedent se poate calcula puterea de remorcaj dată de relaţia: PE = R ⋅ v PE = 1341,51 [kW]

După determinarea puterii de remorcaj se determină coeficientul curentului favorabil, cu ajutorul formulei empirice a lui Taylor: w2 = 0,5 ⋅ C − 0,16 V C= L ⋅ B ⋅T

Prin rezolvarea celor două relaţii se determină coeficientul curentului favorabil care are valoarea w1 = 0,13. Cu ajutorul acestei valori putem trece la determinarea coeficientului de aspiraţie cu ajutorul formulei: t 2 = 0.25 ⋅ w2 + 0,14 = 0.1725 . Forţa normală de împingere, T, precum şi calculul vitezei axiale a elicei relativ la apă se calculează cu relaţiile: T =

Tu 173,771 = = 210.84 [kN] 1 − t 1 − 0.1725 v p = v ⋅ (1 − w) = 6,7164

Diametrul elicei rezultă din condiţiile de dispunere pe navă: D2 = 0.6 ⋅ 5,1 = 3,06 m Înaintarea relativă se determină cu ajutorul relaţiei λp =

2π ⋅ v p

ω⋅D

= 0,41

care conduce la determinarea randamentului elicei cu ajutorul figurii de mai jos ηe = 0.43

Fig. Determinarea randamentului elicei Se calculează randamentul propulsiei cu ajutorul relaţiei η p = ηe

1−t ⋅i = 1− w

0.426

Cu ajutorul acestei valori se determină puterea la axul elicei 44

PD =

PE

ηp

= 2983,06 kW

Considerând că valoarea randamentului pentru linia axială este ηax determină puterea necesară la axul motorului de antrenare Pm =

PD

ηax

= 3457,5

= 0,97

şi se

[kW] = 4350,28 CP

În funcţie de această valoare obţinută se alege motorul de antrenare din catalog, astfel motorul ales fiind MAN 40/54 cu următoarele caracteristici: - numărul cilindrilor 9 - diametrul cilindrului 400 mm - cursa pistonului 540 mm - puterea pe cilindru 560 CP/cil - turaţia 430 rot/min - presiunea medie 17.27 kg/cm2 4.2 Calculul liniei de arbori Calculul arborelui intermediar În acest subcapitol al proiectului se determină dimensiunile minime ale diametrelor arborilor, fără a lua în consideraţie adaosurile pentru strunjirea ulterioară în perioada de exploatare. În această primă parte a calculului se presupune că tensiunile suplimentare produse de vibraţii nu vor depăşi valorile minime admisibile. Diametrul arborelui intermediar din nu trebuie să fie mai mic decât cel determinat cu următoarea formulă: d in =

F ⋅K 3 P 1 ⋅ ⋅ ⋅ B = 186.3 3,9 n A

[mm],

în care: P = 3457,5 - puterea de calcul la arborele intermediar în [kW]; n = 7.16 - turaţia de calcul a arborelui intermediar în [rot/s]; A = 1 - coeficient care ţine seama de orificiul axial din arbore şi care, pentru arborele intermediar este 1 ceea ce impune ca raportul dintre diametrul real al orificiului axial şi diametrul real al arborelui să fie maxim 0,4; B - coeficient care ia în considerare materialul din care este confecţionat arborele, OL 50, şi se calculează cu formula: B=

560 = 0,61 Rm + 160

în care Rm este rezistenţa de rupere a materialului arborelui şi are valoarea R m = 750 [N/mm2]; F - coeficient ce ţine scama de tipul instalaţiei principale de propulsie şi are valoarea 100 pentru instalaţii de propulsie cu motoarele diesel; K = 1,1 - coeficient ce ţine seama de tipul constructiv al arborelui intermediar. Am adoptat valorile: diametrul arborelui intermediar din = 190 [mm]; lungimea arborelui intermediar L = 10,5 [m]. 4.3 Calculul arborelui port-elice 45

Diametrul arborelui port-elice dpe nu trebuie să fie mai mic decât cel determinat cu următoarea formulă: d pe =

F ⋅K 3 P 1 ⋅ ⋅ ⋅ B = 182.2 3,9 n A

[mm],

în care: P = 3353.753 - puterea de calcul la arborele port-elice în [kW]; n = 7.16 - turaţia de calcul a arborelui port-elice în [rot/s]; A = 1 - coeficient care ţine seama de orificiul axial din arbore şi care, pentru arborele port-elice este 1 ceea ce impune ca raportul dintre diametrul real al orificiului axial şi diametrul real al arborelui să fie maxim 0,4; B - coeficient care ia în considerare materialul din care este confecţionat arborele, OL 50, şi se calculează cu formula: B=

560 = 0,61 Rm + 160

în care Rm este rezistenţa de rupere a materialului arborelui şi are valoarea R m = 750 [N/mm2]; F - coeficient ce ţine scama de tipul instalaţiei principale de propulsie şi are valoarea 100 pentru instalaţii de propulsie cu motoarele diesel; K = 1,173 - coeficient care ţine seama de tipul constructiv al arborelui port-elice şi este mărit cu 2% deoarece am adoptat soluţia unui arbore port-elice cu ungere cu apă fără bucşă de protecţie continuă. Am adoptat valorile: diametrul arborelui port-elice dpe = 185 [mm]; lungimea arborelui port-elice L = 5 [m]. Grosimea t a bucşei de protecţie din bronz al arborelui nu va fi mai mică decât cea determinată cu formula: t = 0,03 ⋅ d pe + 7,5 [mm] ; t =13,05 [mm]. Grosimea bucşei de protecţie între lagărele de protecţie poate fi micşorată până 0 , 75 ⋅ t .=9.8mm la Se recomandă folosirea unor bucşe de protecţie continue pe toată lungimea arborelui. Bucşele de protecţie care sunt executate din părţi componente trebuie să fie îmbinate prin sudură sau alt procedeu aprobat de registrul de clasificaţie ce supraveghează construcţia navei. Îmbinările sudate cap la cap se recomandă să fie situate în afara porţiunii de lucru a bucşelor. În cazul unor bucşe de protecţie discontinue partea arborelui dintre bucşele de protecţie trebuie să fie protejată contra acţiunii corozive a apei de mare printr-un procedeu aprobat în acest sens de registru. Desenul de execuţie al arborelui port-elice este ataşat la sfârşitul proiectului.

4.4

Îmbinarea arborilor 46

Îmbinarea arborilor se va face cu ajutorul flanşelor. Îmbinarea flanşelor se va face cu ajutorul buloanelor cilindrice calibrate. În cazuri justificate, numărul buloanelor cilindrice calibrate poate fi micşorat până la 50 % din numărul total, dar în nici un caz acest număr nu trebuie să fie sub 3. Posibilitatea utilizării îmbinărilor cu flanşe fără buloane calibrate formează în fiecare caz în parte obiectul unei examinări speciale din partea R.N.R. Diametrul dd, al buloanelor flanşelor de îmbinare a arborilor intermediari şi port-elice nu trebuie să fie mai mică decât cel determinai eu formula: d d = 0,65 ⋅

d in3 ⋅ ( Rma + 160) = 32.247 i ⋅ D ⋅ Rmb

[mm]; Adopt

d d = 35 [mm],

în care: din - diametrul arborelui intermediar = 190 [mm]; i - numărul buloanelor de îmbinare = 10; D - diametrul cercului centrelor buloanelor de îmbinare = 350 [mm]; Rma - rezistenţa de rupere a materialului arborelui [N/mm2]; Rmb - rezistenţa de rupere a materialului buloanelor [N/mm2]; Iau în considerare, pentru rezistenţa la rupere a materialelor din care sunt confecţionate arborele şi buloanele, valorile Rma = Rmb = 750 [N/mm2];

47