Proiect DSPN

UNIVERSITATEA MARITIM DIN CONSTANA

FACULTATEA DE ELECTROMECANIC NAVAL

TEHNICI AVANSATE DE INGINERIE ELECTROMECANIC

PROIECT LA D.S.P.N.

PARTICULARITI PRIVIND PROIECTAREA ELICEI NAVALENTOCMIT DE:

ALEXANDRU CARANFIL

CONSTANA

2014141. Caracteristicile generale ale navei

Nava tip cargou de 1920 tdw destinat s transporte mrfuri generale , mrfuri n vrac, utilaje, cherestea i containere.

Dimensiunile principale ale navei

- Lungimea maxim L max - reprezint distana msurat pe orizontal ntre punctele extreme ale navei

Lmax = 85,90 m

- Lungimea ntre perpendiculare Lpp - reprezint lungimea stabilit ntre pupa si prova n funcie de forma navei astfel : distana msurat ntre muchia provei i axul crmei din pupa la nivelul de ncrcare de vara sau 96% din distana msurat ntre extremitatea provei la aceeai linie de ncrcare i punctul extrem pupa.

Lpp = 78,35m

- Limea navei B - reprezint distana msurat ntre marginile exterioare ale seciunii maestre

B = 12,40 m

- Pescajul d - reprezint distana msurat pe verticala ntre planul de baza si linia de plutire la cuplul maestru cnd st pe chil dreapt

d = 5,10 m

- nlimea de construcie D - reprezint distana msurat pe verticala ntre planul de baza si linia punii 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 fracii, separate printr-o ancor sub forma:

RNR

M

CM O

- n prima fracie numrtorul indica registru de clasificaie care a exercitat supravegherea asupra construciei

- cea de a doua, simbolul M, indica faptul ca este vorba de o nava maritima

In prima fracie numitorul indica partea navei care a fost supusa supravegherii aici C reprezint corp, iar M maini, ceea ce semnifica att corpul cat si mainile au fcut obiectul supravegherii pe timpul construciei din partea RNR.

Numitorul celei de a doua fracii reprezentat printr-un numr indica :

O - pentru nave destinate navigaiei nelimitate;

1 - navigaiei in mari deschise, dar nu mai departe de locurile de adpost de 200Mm

2 - navigaie in mari deschise ,dar nu mai departe de locurile de adpost de 50Mm sau

2R unde valurile nu trebuie sa depeasc gradul 6 ;

3- pentru navele destinate navigaiei maritime costiere

Viteza navei

- viteza navei pe mila msurat cu corpul proaspt vopsit si cu carena curat, in apa adnca , la o intensitate a vntului 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 puin 13,4 Nd

Zona de navigaie - Autonomia

Zona de navigaie este nelimitata. Nava este destinata pentru navigaie in regiuni cu clima temperata si treceri prin zonele tropicale, putnd naviga si prin gheuri 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 mainilor principale cu un motor principal SULZER 6 TAD 48 cu un numr de 6 cilindrii , diametrul cilindrului 480 mm, cursa 700mm ireversibil de putere 1655 KW, la o turaie de 230 rot/min, transmisie cu reductor combustibil utilizat motorina. Generatoare 3x132KW, 390V 50 Hz , propulsor elice cu pas fix .

2. Alegerea motorului de propulsie

Din cele care au fost calculate n capitolul precedent se poate calcula puterea de remorcaj dat de relaia:

[kW]

Dup determinarea puterii de remorcaj se determin coeficientul curentului favorabil, cu ajutorul formulei empirice a lui Taylor:

Prin rezolvarea celor dou relaii se determin coeficientul curentului favorabil care are valoarea 0,13. Cu ajutorul acestei valori putem trece la determinarea coeficientului de aspiraie cu ajutorul formulei: .

Fora normal de mpingere, T, precum i calculul vitezei axiale a elicei relativ la ap se calculeaz cu relaiile:

[kN]

Diametrul elicei rezult din condiiile de dispunere pe nav:

m

naintarea relativ se determin cu ajutorul relaiei

0,41

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

Fig. 1 Determinarea randamentului elicei

Se calculeaz randamentul propulsiei cu ajutorul relaiei

= 0.426

Cu ajutorul acestei valori se determin puterea la axul elicei

kW

Considernd c valoarea randamentului pentru linia axial este i se determin puterea necesar la axul motorului de antrenare

3457,5 [kW] = 4350,28 CP

n funcie de aceast valoare obinut se alege motorul de antrenare din catalog, astfel motorul ales fiind MAN 40/54 cu urmtoarele caracteristici:

- numrul cilindrilor

9

- diametrul cilindrului

400 mm

- cursa pistonului

540 mm

- puterea pe cilindru

560 CP/cil

- turaia

430 rot/min

- presiunea medie

17.27 kg/cm2

3. Proiectarea principalelor elemente ale elicei navale

Elemente de teoria elicei

Elicea naval, ca propulsor, transform energia instalat la bordul navei ntr-o for de mpingere propulsiv, ce are ca scop punerea n micare a navei nainte sau napoi.

mpingerea propulsiv apare ca urmare a accelerrii fluidului n care lucreaz elicea i nu este altceva dect reaciunea fluidului asupra elicei.

Caracteristic elicei navale i este faptul c funcioneaz n siajul navei, deci ntr-un curent de fluid turbulent neuniform i c fenomenul cavitaie impune un anumit specific geometriei elicei ceea ce duce la pierderi de randament.

O cerin important n proiectarea elicei, a fost aceea de a realiza caracteristica de cavitaie a palei din necesitatea de a reduce zgomotul, vibraiile i pierderile de putere.

Avnd drept obiectiv eficiena maxim proiectanii au realizat elice cu ncrcri mari pe vrfurile palelor, ncrcri ce produc vrtejuri puternice.

Necazul a fost c modelele acestor elice caviteaz la numere de cavitaie relativ mari i de aceea cavitaia turbionar nu poate fi pus n eviden la ncercri. Din acest motiv eforturile principale n proiectarea elicelor navale trebuie direcionate spre reducerea intensitii vrtejurilor la vrful palei care se realizeaz prin: creterea numrului de pale; descrcarea seciunilor de la vrf; micorarea seciunii palei.

Observaiile pe elicea real au dus la concluzia c metodele tradiionale nu sunt aplicabile la elicea cu coeficieni mari de ncrcare (eficien mare) i c testele de cavitaie pe modele au fost un instrument nesigur pentru optimizarea proiectrii palei.

Din aceast cauz, proiectanii de elice navale caut metode noi de optimizare a profilelor palei i totodat noi teorii, care s corecteze metodele tradiionale de proiectare ale elicei, ce se folosesc n mod curent.

Elicea naval este un propulsor hidraulic reactiv, care produce fora de mpingere prin nurubarea n ap i are ca element constructiv principal pala. La elicele navale actuale se utilizeaz un numr de pale z =2(9.

Pala elicei o putem defini ca o plac curb subire cu form elicoidal, asupra creia acioneaz o distribuie neuniform de presiune hidrodinamic, dat n fapt de reaciunea apei.

Istoria propulsiei cu elice debuteaz n anul 1803, cnd mecanicul Edward Shorter cu ajutorul a opt marinari, un vinci i o elice cu dou pale, obinea o vitez de 1,5 Nd. Elicea ntr-o form apropiat cu cea de astzi, a fost descoperit n anul 1836 de Francis Pettit Smith, care efectua o experien pe un canal, folosind drept propulsor un urub melcat. n timpul experienei urubul melcat s-a forfecat i a rmas un capt sub forma a dou pale, moment n care nava a avut o zvcnire brusc nainte, mrindu-i sensibil viteza [14].

De la aceast descoperire, ideile de baz care s-au concretizat n evoluia construciei elicei, s-au impus de la sine urmrindu-se elementele [14] :

a) Distribuia pasului - a dus la modificarea suprafeei elicoidale, astfel nct elicea s aib pasul mai mic la bordul de atac i mai mare la bordul de fug, n raport pasul mediu al profilului. De asemenea exist o variaie a pasului radial acesta fiind mai mic la vrful palei i mai mare la rdcina palei.

b) Forma palei - n istoria elicei navale forma palei a constituit obiectul multor invenii (pale de form conic, de form cilindric, sub form de valuri), dar nefiind bazate pe un studiu al fenomenului de curgere al fluidului n jurul elicei nu au avut succes. n ultimul timp sunt tot mai des utilizate palele cu skew-back mare (pale cu seciunea deplasat la vrf contra sensului de rotaie), care au caracteristici cavitaionale foarte bune.

c) Poziia palelor fa de axa elicei ct i poziia lor reciproc - s-a impus construcia elicelor cu palele nclinate spre pupa (cu raze mari) pentru a prentmpina interaciunea fluidului de lng intradosul cu extradosul palelor.

d) Fenomenul de cavitaie - evitarea acestuia impune un anumit specific al geometriei elicei caracterizat prin faptul c se mrete suprafaa palelor sau se aleg forme potrivite ale intradosului i extradosului, ceea ce duce la micorarea randamentului.

Geometria elicei navale. Proiectarea elicei navale ncepe n mod necesar, cu trasarea suprafeei care formeaz intradosul palei, suprafaa generat de segmentul AA', cnd punctul A avanseaz uniform de-a lungul axei Oz i segmentul AA' se rotete n jurul lui A' cu o vitez unghiular constant .

Cnd segmentul AA' a fcut o rotaie complet distana parcurs de punctul A se numete pas geometric (P). Liniile elicoidale generate de punctul A se numesc linii de pas, iar suprafaa care se sprijin pe linii elicoidale cu pai diferii poart denumirea de suprafaa de pas a elicei.

n general pasul elicei este variabil pe raz i de aceea pasul reprezentativ se ia la r=0,7(R. Intradosul palei este suprafaa care se vede dinspre pupa, iar extradosul palei este suprafaa care se vede din prova. Pala n seciune are profil segment sau profil de aviaie i se aeaz pe suprafaa de pas avnd ca linii de referin coarda sau o linie tangent la intrados.

Forma palei depinde de legea de distribuie a distanei elicoidale xa la fiecare seciune prin pal. Se disting trei tipuri de contururi expandate ale palei: contur simetric, contur cu SKEW i contur cu distribuie simetric.

Conturul simetric se obine prin aezarea seciunilor palei, astfel nct linia de pas i linia generatoarei palei, s se intersecteze la mijlocul lungimii corzii profilului.

Conturul cu SKEW se poate obine dintr-un contur simetric prin deplasarea seciunilor palei n sens invers fa de sensul de rotaie.

Pentru un unghi (S>200 distribuia radial se deduce cu formula

Conturul cu distribuie simetric se determin din condiia ca generatoarea palei s treac prin centrul de greutate G al tuturor seciunilor.

n calcule s-a pornit de la urmtoarele date iniiale

- puterea la flana motoruluiPB = 5000 CP

- viteza naveiv = 12,5 Nd

- turaia arborelui motoruluin = 430 rot / min

- raportul reductoruluii = 1: 3

- diametrul eliceiD = 3,8 m

- numrul de palez = 5

- volumul careneiV = 2770,85 m3

- lungimea suprafeei de plutireLCWL = 85,8 m

- limea suprafeei de plutireB = 12,4 m

- pescajul navei la cuplu maestruT = 5,15 m

Pentru calculul propulsorului se va utiliza metoda tabelar.

Nr. Crt.Mrimea de calculatNotaieu.m.Expresia analiticValori calculate

12345678910

1. Viteza naveivm/sSe aleg pentru v valori care s acopere domeniul de viteze utilizat n exploatare1,2852,573,8555,146,5

2. Coeficientul de finee bloc al carenei

0,51

3. Coeficientul de siaj

0,0738

4. Viteza de avans a navei

m/s

1,192,383,574,766,02

5. Avansul liniar constructiv

m

0,4760,9521,4281,9042,408

6. Avansul relativ

0,1250,250,380,510,65

7. Puterea primit de elice n cai putere englezi

HP

4913,132

8. Raportul de disc

0,571

9. Coeficientul de vitez

1569784523392310

10. Coeficientul de putere

68661213440214119

11. Raportul de pas

n diagrama din figura 3.29, pentru elicele din seria Wageningen B se intr cu valorile mrimilor Bp i i se determin i

0,8350,8750,9350,975

12. Randamentul elicei n ap liber

0,1720,3250,4500,5450,622

13. Coeficientul de suciune

0,1576

14. Coeficientul de influen al neuniformitii curentului

0,961

15. Randamentul propulsiv al elicei

0,1680,2830,3920,4750,542

16. Unghiul de avans al elicei

2,384,757,109,4311,73

17. Unghiul de avans inductiv al elicei

10,7111,4712,6114,0815,59

18. Unghiul hidrodinamic al palei

5,183

19. Coeficientul unghiului de atac

1,236

20. Unghiul de atac al palei

6,406

21. Unghiul de pas

11,9312,6913,8315,3016,81

22. mpingerea dezvoltat de elice

KN

121,99115,23106,3596,5988,20

23.Viteza real de curgere a lichidului pe palum/s

28,47328,64428,87029,07829,323

24.Viteza axial indus a particulei de lichid

m/s

8,1936,6205,4364,5883,811

25.Coeficientul geometric al palei

0,0512660,0441440,0396800,0372780,034160

26.Coeficientul de rezisten al palei

0,061550,060390,058800,056940,05524

27.Caracteristica hidrodinamic i de rezisten a palei

0,8330,7310,6740,6540,618

28.Coeficientul forei portante

0,11750,09730,08630,08220,0750

29.Raportul grosimii maxime a palei

0,05230,04790,04540,04460,0430

30.Limea maxim a palei

m

0,9600,9981,0121,0081,002

31.Grosimea maxim a palei la 0,6 R

0,0500,0480,0460,0450,043

Cu valorile calculate n acest tabel se traseaz graficele funciilor

Graficul , dat de curba rezistenei la naintare, l-am figurat punctat, neavnd valori pentru trasarea lui i considernd punctul de funcionare optim la viteza navei de 12,5 Nd

Bibliografie1. DSPN note de curs, UMC, 2014.2. Costic Alexandru, .a., Utilizarea motoarelor semirapide la propulsia navelor. Revista transporturilor, nr.8, 1973, pag. 370 383;3. Costic Alexandru, .a., Maini i instalaii navale de propulsie, Editura Tehnic, Bucureti, 1991;4. Constantinescu I., Capr I., Manualul mecanicului de nav, Editura tehnic, Bucureti, 1969;5. Dragalina Alexandru, Calculul termic al motoarelor Diesel navale, Editura Muntenia & Leda, Constana, 2002;6. Nicolae G., Cristoi C., Procese termice n motoarele cu ardere intern, Institutul de Marin Mircea cel Btrn, Constana, 1979;7. Reguli pentru clasificarea i construcia navelor maritime (A.N.R.)., ntreprinderea poligrafic Braov, 1990;PAGE 14

_1461475296.unknown

_1461475312.unknown

_1461475320.unknown

_1461475328.unknown

_1461475336.unknown

_1461475340.unknown

_1461475342.unknown

_1461475344.unknown

_1461475345.unknown

_1461475343.unknown

_1461475341.unknown

_1461475338.unknown

_1461475339.unknown

_1461475337.unknown

_1461475332.unknown

_1461475334.unknown

_1461475335.unknown

_1461475333.unknown

_1461475330.unknown

_1461475331.unknown

_1461475329.unknown

_1461475324.unknown

_1461475326.unknown

_1461475327.unknown

_1461475325.unknown

_1461475322.unknown

_1461475323.unknown

_1461475321.unknown

_1461475316.unknown

_1461475318.unknown

_1461475319.unknown

_1461475317.unknown

_1461475314.unknown

_1461475315.unknown

_1461475313.unknown

_1461475304.unknown

_1461475308.unknown

_1461475310.unknown

_1461475311.unknown

_1461475309.unknown

_1461475306.unknown

_1461475307.unknown

_1461475305.unknown

_1461475300.unknown

_1461475302.unknown

_1461475303.unknown

_1461475301.unknown

_1461475298.unknown

_1461475299.unknown

_1461475297.unknown

_1461475280.unknown

_1461475288.unknown

_1461475292.unknown

_1461475294.unknown

_1461475295.unknown

_1461475293.unknown

_1461475290.unknown

_1461475291.unknown

_1461475289.unknown

_1461475284.unknown

_1461475286.unknown

_1461475287.unknown

_1461475285.unknown

_1461475282.unknown

_1461475283.unknown

_1461475281.unknown

_1461475272.unknown

_1461475276.unknown

_1461475278.unknown

_1461475279.unknown

_1461475277.unknown

_1461475274.unknown

_1461475275.unknown

_1461475273.unknown

_1461475268.unknown

_1461475270.unknown

_1461475271.unknown

_1461475269.unknown

_1461475266.unknown

_1461475267.unknown

_1461475265.unknown