of 15 /15
Variatiile unghiului carmei Uneori testele de optimizare ale unghiului carmei demonstreaza faptul ca cele mai bune performante sunt obtinute atunci cand carmele functioneaza la unghiuri largi, fapt care coincide destul de bine cu rezultatul obtinut in timpul testelor la scara normala a navei. Este foarte important sa avem in vedere ca singura directie de analiza este cea a propulsiei. Un inghi optim neutru poate reprezenta elementele de manevra sau zgomotele. Determinarea in mod précis a acestor elemente este mai dificila decat determinarea elementelor propulsiei. Figura 1: Exemplu de efect de puls generat de presiune care actioneaza asupra carmei Carma asimetrica sau rasucta Cad navele naviga la viteze foarte mari riscul aparitiei efectului de erodare a carmei poate aparea mult mai repede. Combinatia din viteza curegerii axiale si unghiurile vitezei transversale, care sunt generate de rotatia elicei, poate duce in

Optimizarea Carmei

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Bun document

Text of Optimizarea Carmei

Variatiile unghiului carmeiUneori testele de optimizare ale unghiului carmei demonstreaza faptul ca cele mai bune performante sunt obtinute atunci cand carmele functioneaza la unghiuri largi, fapt care coincide destul de bine cu rezultatul obtinut in timpul testelor la scara normala a navei. Este foarte important sa avem in vedere ca singura directie de analiza este cea a propulsiei. Un inghi optim neutru poate reprezenta elementele de manevra sau zgomotele. Determinarea in mod prcis a acestor elemente este mai dificila decat determinarea elementelor propulsiei.

Figura 1: Exemplu de efect de puls generat de presiune care actioneaza asupra carmei

Carma asimetrica sau rasuctaCad navele naviga la viteze foarte mari riscul aparitiei efectului de erodare a carmei poate aparea mult mai repede. Combinatia din viteza curegerii axiale si unghiurile vitezei transversale, care sunt generate de rotatia elicei, poate duce in cele mai multe ori la avarierea carmei, chiar in zona imediata din spatele elicei.Unghiurile mari de atac pot fi eliminate prin rasucirea unghiurilor de intrare a carmei, tinand cont de directia de curgere. Asa-numitele carme asimetrice sunt folosite destul de des atunci cand se discuta de proiectele navelor modern.Din punct de vedere al cavitatiei se poate spune ca prin inlocuirea carmei simetrice cu una de tip asimetric va duce la reducerea riscului de aparitie a fenomenului de cavitatie, cat si o reducere a vortexului de varf al palelor elicei, dar mai ales la o distributie mai eficienta a presiunii la armonice mai inalte. Figura de mai jos prezinta un tip de carma asimetrica. Prin modificarea unghiului neutru de urmarie intr-o directie ceva mai exterioara se poate imbunatati cavitatia generata de elice. Viteza indusa de vortexul de varf poate fi imbunatatia in mod simtitor in unele cazuri metionate anterior.Din punct de vedere energetic si al puterii, se poate observa ca se inregistreaza o putere mai crescuta datorita modificarii unghiului neutru atunci cand forma simetrica a carmei este imbunatatita.

Figura 2: Exemplu de carma asimetrica

Viteza ridicata si sarcina ridicata aplicata pee lice duce la sporirea riscului de aparitie a fenomenului de cavitatie pe suprafata carmei. Cavitatia carmei, care este o cavitatie de suprafata tipica, este generata de unghiul de atac local de pe profilul carmei si poate fi evitat cu usurinta si in cel mai eficient mod prin simpla aplicare a unui profil pe suprafata carmei, care este fabricat dintr-un material care nu este afectat de ungiurile de atac. Fenomenul de cavitatie a carmei poate genera avarii serioase, in functie de instensitatea, tipul si raspandirea fenomenului de cavitatie pe suprafat carmei. Daca aceste profile sunt cambrate sau daca au o Margie rasucita acestea devin si mai eficiente, recuperand astfel o cantitate din energia rotationala. Rasucirea miscoreaza unghiul de atac care reduce si dimensiunea zonei de presiune joasa. O carma bine proiectata dotata cu profile rasucite poate preveni si reduce fenomenul de cavitatie si poate mari eficienta procesului de propulsie. In ziua de azi carmele rasucite si folosirea tipurilor diferite de butucuri de carma sunt folosite la constructiile navelor de viteza mare si a navelor cu un grad ridicat de confort.Butucul carmei poate imbunatati eficienta propulsiei. Principalele efecte constau in reducerea pierderilor generate de vortexul butucului elicei. In cazul elicielor cu surub dublu, gradul de eficienta creste cu dua procente. In figurile de mai jos sunt prezentate doua tipuri de carma, una este de tip spada care are o margine rasucita, cat si un butuc de carma care este conectat la o carma de tip asimetric.

Figura 3: Carma rasucia de tip spade

Figura 4: Carma cu bulbul carmei

Calculele curgerii vascoase folosind codul RANSEAceasta metoda de calcul este foarte des intalnita in ziua de azi, fiind un instrument de calcul foarte util si foarte exact, mai ales atunci cand se calculeaza diferite detalii ale anumitor piese auxiliare. Efectele generate de elica au fost introduse in metoda de calcul prin intermediun unei formule de actionare.Pentru a intelege mai bine efectele generatorului de turbioane, calculele curgerii vascoase au fost efectuate pentru o nava de croaziera de linie cu un nivel ridicat de confort. Au fost efectuate simulari cu si fara vortex pentru o nava la scara intreaga.In urma obtinerii rezultatelor au fost facute urmatoarele observatii: In cadrul testelor efectuate pe model nu s-a putut determina in mod clar vortexul din campul de siaj, neputandu-se determina pozitia acestuia, dar nici intensitatea lui; In cadrl testelor efectuate la scara intreaga vortexul apare in aceeasi pozitie pe discul elicei, insa are o intensitate mult mai rdicata; Comparatiile dintre rezultatele obtinute la scara intreaga, in cele doua situate, cu si fara generator de vortex, au determinat efectul generatorului de vortex. Chiar si fara generatorul de vortex, un vrtex discret este generat, pozitionandu-se foarte aproape de ax. Prin aparitia generatorului de vortex, acest vortex isi mareste intensitatea, insa isi schimba si pozitia. Vitezele tangentiale din apropierea marginii discului sunt sporite. Modificarile aduse asupra intensitatii si pozitiei vortexului au un anumit efect si asupra distributiei de viteza axiala: viteza este marita in zona apropiata de marginea discului; in timp ce insre centrul vortexului viteza scade; Trendurile descopertie referitoare la efectul generatorului de vortex sunt similare in ambele cazuri; Pe model s-a descoperit ca profilul transversal este influentat de separarea curgerii, insa in cadrul testelor la scara intreaga efectele generate de curgere se imbunatatiesc in mod semnficativ.

Figura 5: Calculele curgerii vascoase pentru generatorul de vortex efectuate pe modelul la scara redusa

Figura 6: Calculele curgerii vascoase pentru generatorul de vortex efectuate pe modelul la scara intreagaDin cauza cerintelor impuse navelor pasagere de linie, a ferryboaturilor si a navelor de tip RoPax, a trebuit acordata o atentie deosebita componentei tangentiale campurilor de siaj, pentru a putea reduce vortexul de varf generat.

Figura 7: Rezultatele calculelor RANS pentru corpul pupa a unei nave de tip pasager de linie

Sistemul MABS-AIR BLOWINGCompania STX Europe a investit semnificativ in cercetarile referitoare la sistemul de purjare a aerului care urmeaza sa fie folosit pentru imbunatatirea caracteristicilor de zgomot a navelor sale care naviga in apei putin adanci si care sunt supuse la sarcini asimetrice aplicate pe arbore. Aerul este introdus in partea superioara a chilei, in zona de deasupra elicelor, reducand astfel generarea de zgomot de pe suprafata chilei. Acest sistem de purjare a aerului poate fi folosit si in alte conditii de zgomot, cum ar fi manevrarea navei in conditii care necesita aplicarea unor unghiuri mari la carma.Acest sistem necesita o cantitate redusa de energie si este usor de comandat de pe puntea de comanda.In conformitate cu cele declarate de reprezentantii santierului, sistemul MABS a functiona perfect si a reusit sa reduca nivelul de zgomot in timpul navigatiei, de exemplu, atunci cand se naviga in ape cu adancimi ce variaza intre 10 si 30 de metri.Analiza numerica a efectului carmei ce actioneaza asupra instalatiilor cu elici cu canal ductilIn acest exemplu se vor analiza mai multe modele de carme si efectul acestora asupra caracteristicilor de propulsie. Configuratia originala a carmei este prezentata in figura de mai jos. Asa cum se poate observa in figura 8, configuratia initiala este reprezentata de o pereche de carme care sunt plasate in lateralul centrului elicei.

Figura 8: Configuratia initiala a carmei

Pentru a analiza efectul diferitelor tipuri de carme au fost dispuse doua noi configuratii ale carmei. Primul tip de carma este o carma tripla care are aceeasi suprafata proiectata ca si cea din configuatia initiala. Cea de-a doua carma este o carma simpla care are o suprafata de doar 65% fata de carma initiala. Caracteristicile lor generale sunt prezentate in tabelul 1.

Nr. Cazul A Cazul B Cazul C

Numarul carmei 231-

Ianltimea-a 22502250-mm

Inaltimea-b -24602460mm

Coarda15009711784mm

Suprafata proiectata 6,756,754,39m2

Procentaj fata de priectul initial-100%65%-

Ianltime/Coarda 1,502,321,26-

Grosime/Coarda0,150,150,15-

Grosime225,0145,7267,5mm

Suprfata scufundata 13,914,39,0m2

Figura 9: Celelalte doua modele propuse

Calculele efectuate folosind cele trei configuratii al carmei s-au efectuat tinandu-se cont de valoarea raportului P/D a elicei, care este egal cu 1,032. In figura de mai jos se poate observa evolutia coeficientului Ktr intr-o eprezentare adimensionala a fortelor longitudinale ce actioneaza pe suprafata carmei pentru diferite viteze de inaintare.

Figura 10: Calculele pentru coeficientul K tr

Se poate observa ca, in cazul carmei B, formata din cele trei carme, doar carma din mijloc recupereaza energie, in timp ce, carma C inregistreaza cel mai rdicat nivel de recuperare de energie, datorita dimensiunii si pozitionarii sale.

Figura 11: Calculele pentru coeficientul K tpIn figura 8 este reprezentata variatia energiei de propulsie asigurata de elice. Se poate observa ca in toate cele trei cazuri propulsia este sporita daca este amplasata o carma in pozitia de curgere.Variatia fortei totale de inaintare, in conditii de navigatie in ape deschise este prezentata in figura 12. Efecetele carmelor, ale elicei si ale canalului ductile au fost luate in considerare. Se poate observa ca cel mai mic randament este inregistrat in cazul elicei initiale, unde sunt prezente doua elici. In cazul in care se mai adauga o carma centrala (cazul B) forta totala de inaintare creste putin. Cel mai eficient caz este cel de-al treilea, in care forta de inaintare creste semnificativ.

Figura 12: Analiza fortei de inaintare

Figura 13: Analiza fortei de torsiune

Figura 14: Analiza eficienteiDaca se analizeaza efectul total combinat generat de forta de inaintare, forta de torsiune, etc. se poate observa in mod clar ca cea mai eficienta variant este cea din cazul C. asadar, introducerea unei carme perfect aliniate cu axul elicei va imbunatati eficienta sistemului de propulsie a navei.

Figura 15: Randamentul total al carmelor