of 45/45
CAPITOLUL 5. Optimizarea instalaţiei de propulsie a fregatei Mărăşeşti in vederea îmbunătăţirii randamentului global. 5.1 Propulsie clasică 5.1.1 Consideraţii generale Modelarea hidrodinamică a propulsoarelor navale a început prin conceperea unor propulsoare teoretice, capabile să producă accelerarea în sens axial a unui curent. În acest scop, primul propulsor teoretic conceput a fost discul activ, care reprezintă un disc circular, capabil să accelereze un curent care-l străbate, în aşa fel încât la ieşirea din disc viteza să fie mai mare decât cea de la intrare. În cazul acestui 120

Optimizarea Instal de Propulsie

  • View
    262

  • Download
    4

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Optimizare

Text of Optimizarea Instal de Propulsie

CAP

CAPITOLUL 5. Optimizarea instalaiei de propulsie a fregatei Mreti in vederea mbuntirii randamentului global.5.1 Propulsie clasic

5.1.1 Consideraii generale

Modelarea hidrodinamic a propulsoarelor navale a nceput prin conceperea unor propulsoare teoretice, capabile s produc accelerarea n sens axial a unui curent. n acest scop, primul propulsor teoretic conceput a fost discul activ, care reprezint un disc circular, capabil s accelereze un curent care-l strbate, n aa fel nct la ieirea din disc viteza s fie mai mare dect cea de la intrare. n cazul acestui propulsor, toat energia se consum numai pentru accelerarea curentului. Performanele energetice ale conversiei energetice n acest caz (randamentul propulsorului) reprezint maximul posibil, fiind impus de limitele fizice ale modului n care se face conversia energiei, neexistnd alt consum dect pentru accelerarea curentului, accelerare care genereaz mpingere.

Realizarea practic a unui propulsor care s lucreze la performanele discului activ nu este posibil datorit pierderilor de energie inerente care apar n cazul propulsoarelor reale. Discul activ a fost i este nc utilizat pentru compararea performanelor reale cu cele maxime, posibil de atins numai cu discul activ. Unele sisteme de propulsie, de exemplu propulsoarele Magneto Hidro Dinamice, se apropie de eficiena discului activ, deaorece nu consum energie dect pentru accelerare, ns pierderile n lichidul real prin prezena viscozitii diminueaz randamentul propulsorului, care rmne, totui, cel mai apropiat de conceptul de disc activ.

Descoperindu-se elicea, ca sistem de propulsie, aceasta s-a dovedit a fi eficient din punctul de vedere al conversiei, avnd randamente bune, fiind simpl i sigur n funcionare, motive pentru care s-a generalizat pentru propulsia navelor. Totodat s-au elaborat metode de calcul hidrodinamic i structural al elicelor. Primul model hidrodinamic al elicei a fost discul activ, care considera numai efectul de accelerare axial a curentului.

5.1.2 Modelul elicei idealeDiscul activ reprezint o modelare aproximativ a elicei reale pentru c n calcule nu se iau n consideraie pierderile de energie introduse de rotirea curentului de lichid care strbate elicea. Pentru a considera aceste pierderi inerente elicei, s-a introdus modelul elicei ideale, conceput ca o elice cu un numr infinit de pale, fr grosime, care interacioneaz, fr frecare, cu lichidul considerat ideal. n urma interaciunii dintre elicea ideal i lichid, apar acceleraii n sens axial ale curentului i rotiri ale acestuia n sensul rotirii elicei.

Fig. 5.1 Tub inelar de curent

Performanele elicei ideale se pot determina din teoremele impulsului i momentului cinetic. Considernd un tub inelar de curent (fig. 5.1b) prin care curge ntr-o secund masa , din teorema impulsului rezult mpingerea elementar:

Pentru rotirea curentului, din ecuaia momentului cinetic se obine:

unde reprezint momentul de inerie al masei , dispus n tubul inelar de curent.

Din bilanul puterilor consumate pentru accelerarea i rotirea masei elementare care strbate tubul, rezult:

, n care:

a`, b` - procentele din cu care este rotit lichidul din tubul inelar de curent n discul elicei (a`), respectiv dup elice (b`), (ca i la accelerarea axial b`=2 a`);

- puterea total consumat;

- puterea util;

- puterea consumat pentru accelerarea masei n sens axial.

Din teorema energiei cinetice rezult:

iar pentru vom avea:

Fig. 5.2. Dependena de CT a randamentelor r, id, ei

5.1.3 Soluii pentru mrirea randamentului

Din analiza expresiei randamentului se desprind posibilitile mbuntirii acestuia, care deriv din principiul propulsiei reactive. Acestea sunt:

micorarea coeficientului de ncrcare CT;

recuperarea energiei consumate pentru rotirea vnei de lichid, prin adoptarea roii Grimm (figura 5.3);

Fig. 5.3. Roata Grimm

micorarea pierderilor prin scpri de capt prin utilizarea duzelor sau a palelor cu plcue de capt (figura 5.4);

Fig. 5.4 Elice cu plcue de capt Tip Vortex Free (TVF)

Analiznd diagrama din figura 5.2 rezult c randamentele mari se obin n zona coeficienilor de ncrcare mici, la care pierderile de energie datorate accelerrii sunt mici. Cu creterea coeficientului de ncrcare, ca urmare a creterii mpingerii, pierderile datorate accelerrii cresc i la ele se adaug i pierderile prin frecri, scpri la capete i prin rotaia jetului, toate acestea conducnd la randamente ale elicei sub 50%. Rezul c n principiu, pentru a realiza randamente mari la diferitele tipuri de propulsoare, trebuie acionat pe dou ci:

prin reducerea pierderilor de putere consumate pentru accelerarea curentului n scopul obineii mpingerii, soluii care deriv din principiul propulsiei reactive;

prin reducerea pierderilor cauzate de interaciunea propulsorului cu apa.

Prima cale de cretere a randamentului conduce la micorarea lui CT i poate fi realizat prin urmtoarele soluii:

adoptarea elicelor cu diametre mari, limitarea diametrelor fiind impus de pescaj sau de apropierea de corp, care conduce la creterea presiunilor induse;

utilizarea mai multor elice montate pe linii de arbori paralele;

utilizarea elicelor contrarotative, la care pentru acelai diametru mpingerea se repartizeaz pe cele dou elice.

Se poate remarca faptul c reducerea pierderilor de accelerare este limitat la valoarea la care acestea apar n cazul discului activ. Pierderile pentru accelerare nu pot fi eliminate, ele fiind asociate n mod automat sistemului reactiv de propulsie, ns pot fi reduse prin micorarea creterilor de vitez n discul elicei, utiliznd soluiile amintite.

Influenarea celorlalte componente se face funcie de construcia concret a propulsorului. Reducerea pierderilor prin rotaia lichidului care strbate elicea se face prin: adoptarea elicilor contrarotative, a aripioarelor montate pe etambou, la ieirea din elice (ele reduc componentele tangenaile ale curentului ieit din elice, dirijndu-le n sens axial) sau a roii Grim, format dintr-un rotor paletat, montat liber pe axul elicei, n spatele acesteia. Palele rotorului sunt profilate n zona expus curentului dat de elice ca paleii unei turbine care recupereaz energia de rotaie a jetului elicei. n partea exterioar paleii sunt profilai ca o elice i energia de rotaie recuperat de rotor prin turbin creeaz prin vrful palelor profilate o mpingere suplimentar care mrete randamentul propulsorului cu 5 8%. Schema elicei Grim este dat n figura 4.5. Pentru limitarea scprilor de capt se adopt plcue de capt (figura 4.6.) sau duze. Acestea reduc pierderile de capt, ns mresc pierderile prin frecri. Duzele au i rolul de a mri viteza de intrare n discul elicei, ceea ce duce la mrirea randamentului i prin micorarea lui CT.

5.1.4 Calculul de proiectare a elicei

n practica proiectrii elicelor, n unele ri, diagramele seriilor Troost (seriile B) se utilizeaz sub o form relativ comod, fiind transpuse ntr-un sistem propus de E.E. Papmel, avnd n abscis avansul relativ p iar ordonata coeficientul KT, sau coeficientul KQ pe care sunt trasate curbele de variaie ale acestor coeficieni n funcie de avansul relativ i de raportul de pas H/D, acesta din urm variind ntre limitele 0,5...1,4.

Fiecare diagram difer de alta prin numrul de pale z, raportul de disc i prin grosimea relativ a palei n axa elicei t0/D.

Pentru fiecare serie de elice s-au alctuit cte dou diagrame, una avnd n ordonat coeficientul mpingerii KT, cealalt coeficientul momentului KQ.

Pe diagrame sunt trasate de asemenea curbele valorilor constante ale randamentelor elicelor 0 n funcie de avansul relativ p i de raportul de pas H/D.

Datorit domeniului de activitate al navei cel mai bun randament de funcionare se obine utiliznd elicele de tip Wageningen B 5.60 care au 5 pale i un raport de disc = 0,60.

Calculul de proiectarea a elicei se sealizeaz respectand urmtorii pai:

n primul caz se cunosc puterea furnizata elicei PD [CP], turaia n [rot/min] i viteza curentului n discul elicei vA [m/s], fiind necesar a fi determinate raportul de pas H/D, randamentul elicei , i diametrul optim al elicei D [m]. ntruct diametrul este necunoscut nu se pot determina coordonatele KQ i p.

Avnd n vedere acest fapt, se vor realiza calculele lund n considerare datele unor elici cunoscute (D=2800 mm), n spe elicile existente n funciune la bordul Fregatei Mreti.

Pentru gsirea soluiei optime, pe diagrama KQ p este trasat o curb a diametrelor optime (Dopt), care reprezint locul geometric al punctelor de randament maxim de pe curbele valorilor constante ale parametrului:

numit coeficient de putere-turaie. Diferitele valori ale acestui coeficient sunt marcate pe curba diametrului optim prin nite segmente care intersecteaz aceast curb.

Fig. 5.5A Diagrama KT J

Fig. 5.5B Diagrama K J

Ca urmare, pentru rezolvarea problemei, utiliznd datele impuse se calculeaz coeficientul de putere-turaie i se caut valoarea acestuia pe curba diametrului optim, punct care corespunde soluiei optime a problemei. Corespunztor, pe diagrama KQ p se citesc valorile avansului relativ p i raportului de pas H/D, dup care cu formulele urmtoare se calculeaz diametrul optim i respectiv mpingerea elicei.

Pentru calculul coeficientului de siaj s-a folosit relaia:

Pentru navele de transport cu dou elice, care se rotesc spre exterior, avnd axele port elice prevzute cu cavalei.

Teoretic i experimental s-a stabilit c ntre coeficientul de suciune t i cel de siaj exist anumite relaii de legtur. Astfel, pentru navele cu dou elice, la care axele port-elice sunt prevzute cu cavalei, se folosete urmtoarea formul:

Viteza de avans relativ a elicei, n m/s, se calculeaz cu relaia:

n cadrul calculului tabelar urmtor s-au folosit urmtorii parametrii:

randamentul liniei axiale s = 0,98;

numrul de elice x = 2;

coeficientul de siaj;

coeficientul de suciune;

puterea primit de elice PD = 43493,907 [CP];

turaia elicei n = 5 [rot/sec];

densitatea apei de mare = 1025 [kg/m3];

Tabelul 5.1 Determinarea diametrului i pasului elicei cu ajutorul diagramei KQ p prin utilizarea coeficientului de putere turaie KnNr. crt.Mrimea calculatSimbolu.m.Valori calculate

1.Viteza naveivsNd2628303234

2.Viteza naveiVsm/s13,36414,39215,4216,88417,476

3.Coeficientul de siaj-0,0681056

4.Coeficientul de suciunet-0,1076739

5.Rezistena total la naintareRTiN8290091075022140051317203252032107

6.Viteza curentului n discul eliceivam/s12,4780660213,4379172514,3977684815,3576197116,31747094

7.Coeficientul de mpingere turaieKn-2,3217818152,5471367362,7765550513,0098315713,246783772

8.Avansul relativ al eliceip-0,440,480,50,540,575

9.Raportul de pas al eliceiH/Dm0,740,780,80,830,86

10.Randamentul elicei n ap liber0-0,530,560,60,610,62

11.Diametrul optim al eliceiDoptm2,8359240952,7995660932,8795536962,844003652,837821034

12.mpingerea eliceiTN1357826,7221332207,351332207,351269760,131214659,642

Fig. 5.6 Dependena R i T de vitezn al doilea caz, considerm cunoscute puterea furnizat elicei PD [CP], diametrul D [m] precum i viteza curentului n discul elicei vA [m/s], se pune problema determinrii raportului de pas H/D precum i a turaiei optime nopt, [rot/min] care s asigure un randament maxim funcionrii elicei. i n acest caz, datelor impuse le corespund o infinitate de elice care difer ntre ele prin randament i raport de pas.

Soluia problemei este reprezentat n diagrama KQ p de punctul aflat la intersecia aa numitei curbe a turaiei optime (nopt) cu segmentele curbelor valorilor constante ale parametrului:

numit coeficient de putere diametru.

Cu datele impuse, rezolvarea problemei se rezum la a calcula coeficientul de putere diametru utiliznd relaia anterioar, dup care se caut valoarea acestuia nscris n lungul curbei turaiei optime din diagrama KQ p. Corespunztor punctului respectiv se citesc valorile raportului de pas H/D, randamentului 0 i avansului relativ p.

n continuare, cu formulele urmtoare se determin turaia optim precum i mpingerea realizat de elice.

Pentru calculul coeficientului de siaj am folosit relaia:

pentru navele de transport cu dou elice, ce se rotesc spre exterior, avnd axele port elice prevzute cu cavalei.

Teoretic i experimental s-a stabilit c ntre coeficientul de suciune t i cel de siaj exist anumite relaii de legtur. Astfel, pentru navele cu dou elice la care axele port-elice sunt prevzute cu cavalei se folosete urmtoarea formul:

Viteza navei n m/s se calculeaz cu relaia:

n cadrul calculului tabelar urmtor am folosit urmtorii parametrii: randamentul liniei axiale = 0,98;

numrul de elice x = 2;

coeficientul de siaj ;

coeficientul de suciune ;

puterea primit de elice PD = 43493,907 [CP];

diametrul elicei D = 2,8 [m];

densitatea apei de mare = 1025 [kg/m3].

Tabelul 5.2 Determinarea turaiei optime i a raportului de pas pentru elicea cu diamterul limitat cu ajutorul diagramei KQ pNr. crt.Mrimea calculatSimbolu.m.Valori calculate

1.Viteza naveivsNd2628303234

2.Viteza naveivim/s13,36414,39215,4216,44817,476

3.Coeficientul de siaj-0,0681056

4.Coeficientul de suciunet-0,1076739

5.Rezistena de naintare totalRTiN8290091075022140051317203252032107

6.Viteza curentului n discul eliceivam/s12,4780660213,4379172514,3977684815,3576197116,31747094

7.Coeficientul putere - diametruKd-6,1052621556,8230938047,5670425688,3362218239,129829572

8.Avansul relativ al eliceip-0,860,90,920,930,96

9.Raporul de pas al eliceiH/DM0,9820,9870,9930,9950,997

10.Randamentul elicei n ap liber0-0,680,680,670,660,65

11.Turaia optim a eliceinoptrot/sec2,5909605512,6662534222,7945979192,9488517113,035243851

12.mpingerea eliceiTN1742117,3031617680,3531487631,541373838,8291273433,496

Fig. 5.7 Dependena R i T de vitez

5.1.5 Determinarea datelor necesare pentru realizarea desenului elicei

Dup stabilirea caracteristicilor principale ale elicei se trece la executarea desenului elicei. Acest desen conine n esen reprezentarea grafic a conturului expandat a suprafeei nominale a palei, a conturului proiectat i proiecia lateral a palei.

Pentru elicele clasice, cum sunt elicele de tip Wageningen din seria B, literatura de specialitate ofer datele necesare pentru construirea conturului expandat al palei, a traseului liniei grosimilor maxime precum i pentru stabilirea valorilor acestor grosimi maxime.

Cu aceste date se determin pentru fiecare raz r = (0,2; 0.3; ...; 0.6; ...0,9; 1.0)R. limea palei br, distana de la muchia de intrare pn la axa palei bri, distana de la muchia de ieire pn la axa palei bre, distana de la muchia de intrare pn la linia grosimilor maxime cr precum i grosimile maxime ale seciunilor palei pentru razele respective.

Pentru determinarea elementelor palei necesare construirii conturului expandat la elicele cu 5 pale am utilizat datele din urmtorul tabel extrase din lucrarea "The Wageningen B-Screw Series" de W.P.A van Lammeren, S.D. van Manen i M.W.C. Dosterveld - New York 1969.

Dup stabilirea caracteristicilor principale ale elicei se trece la executarea desenului elicei. Acest desen conine n esen reprezentarea grafic a conturului expandat a suprafeei nominale a palei, a conturului proiectat i proiecia lateral a palei.

Pentru elicele clasice, cum sunt elicele de tip Wageningen din seria B, literatura de specialitate ofer datele necesare pentru construirea conturului expandat al palei, a traseului liniei grosimilor maxime precum i pentru stabilirea valorilor acestor grosimi maxime.

Cu aceste date se determin pentru fiecare raz r = (0,2; 0.3; ...; 0.6; ...0,9; 1.0)R. limea palei br, distana de la muchia de intrare pn la axa palei bri, distana de la muchia de ieire pn la axa palei bre, distana de la muchia de intrare pn la linia grosimilor maxime cr precum i grosimile maxime ale seciunilor palei pentru razele respective.

Pentru determinarea elementelor palei necesare construirii conturului expandat la elicele cu 5 pale am utilizat datele din urmtorul tabel extrase din lucrarea "The Wageningen B-Screw Series" de W.P.A van Lammeren, S.D. van Manen i M.W.C. Dosterveld - New York 1969.Tabelul 5.3

0,21,6620,6170,350,0366

0,31,8820,6130,350,0324

0,42,050,6010,350,0282

0,52,1520,5860,350,024

0,62,1870,5610,3890,0198

0,72,1440,5240,4430,0156

0,81,980,4630,4790,0114

0,91,5820,3510,50,0072

1,0-0-0,003

Utilizarea dalelor din acest tabel se rezum la aplicarea urmtoarelor relaii:

pentru limea palei la o raz r:

pentru distana de la muchia de intrare pn la axa palei:

pentru distana de la muchia de ieire pn la axa palei:

pentru distana de la muchia de intrare pn la linia grosimilor maxime:

pentru grosimea maxim a seciunii palei la raza r:

Semnificaiile elementelor din aceste relaii sunt:

br - limea palei la raza r;

bri - distana de la muchia de intrare pan la axa (generatoarea) palei;

bre - distana de la muchia de ieire pn la axa palei;

cr - distana de la muchia de intrare pn la linia grosimilor maxime;

D - diametrul elicei;

R - raza elicei;

r - raza unei seciuni;

- raportul de disc al elicei;

z - numrul de pale;

t - grosimea maxim a seciunii palei la raza r.

Deplasarea vrfului palei fa de axa acesteia pentru elice cu 5 pale este xvf=0,2014br pentru r = 0,6R. Rezult xvf = 285,199 [mm].

Toate calculele sunt fcute sub form tabelar.5.2 Propulsia Voith-Schneider

5.2.1 Consideraii generalen 1926 inginerul austriac Ernst Schneider a propus un model de propulsor naval realizat n 1930. Studii amnunite efectuate n Germania, SUA, Olanda, Japonia n deceniul 60 au dus la realizarea a peste o mie de construcii. Propulsorul Voith-Schneider este destinat navelor i instalaiilor ce trebuie s aib o deosebit de bun manevrabilitate: remorchere pentru porturi, antiere navale, n navigaia interioar i pe canale i ruri; macarale plutitoare; nave hidrografice; nave de incendiu; bacuri; utilaje de dragare autodeplasabile; utilaje de forare off-shore, .a.Oricine va observa manevrele fcute de un remorcher Voith va fi impresionat de modul rapid, sigur si precis n care acesta controleaz cele mai mari nave fr niciun incident.

Aceast extraordinar agilitate poate fi comparat cu dexteritatea fascinant a unui delfin care se misc n elementul su natural cu o uurin de invidiat, reuind acest lucru prin simpla micare a cozii.

Exist o singura explicaie a acestor imagini: un sistem de comand inteligent care combin propulsia si guvernarea navei.

Pe plan mondial, Voith-Schneider Propeller este o emblem a manevrabilitii, siguranei, longevitii, vitezei i precizei n domeniul remorcrii i escortrii navelor, n transporturile cu ferryboat-ul, n domeniul salvrii pe mare, n domeniul luptei contra incendiilor, n domeniul forrii dup petrol i n domeniul dragrii minele.

5.2.2 Elicea Voiht-Schneidern timp au aprut numeroase idei privind metodelor neconvenionale de propulsie. Unele idei sunt posibil de realizat cu posibilitile tehnice actuale, pentru tipuri moderne de nave i pot s ofere anumite avantaje. Dac exist anumite condiii ce trebuie acceptate simultan (pe lng eficacitatea propulsiei i ndeprtarea fenomenului de cavitaie, scderea vibraiilor, sigurana n funcionare, condiii de pre - ntre toate fiind un compromis) n unele cazuri este important capacitatea de manevr.Grupul dispozitivelor numite propulsoare cicloidale este alctuit dintr-un numr de palete cu un capt liber i cu cellalt montat pe circumferina unui disc, cu axa paletelor vertical i perpendicular pe acest disc situat excentric pe un rotor montat sub nav (fig. 5.8). n cazul micrii navei paletele particip la o micare de translaie i de rotaie-descriind o cicloid, iar printr-un mecanism complex se acioneaz asupra paletelor dndu-le o inciden care realizeaz o mpingere n direcia dorit .

Fig.5.8 Propulsorul Voith-Schneider

Cazul n care paletele sunt acionate astfel nct poziionarea lor are perpendiculara pe coard trecnd ntotdeauna printr-un punct excentric M fa de axul de rotaie i n interiorul cercului paletelor este dezvoltat de propulsorul Voith-Schneider (exist i alte soluii) (fig. 5.9).

Fig.5.9La fiecare rotire a rotorului unghiul de inciden al paletelor se modific de la o valoare negativ la una pozitiv i invers (fig. 5.9). Poziia diametrului circumferinei discului pentru care unghiul de inciden al paletelor trece prin zero precum i domeniul de variaie al unghiului de inciden se pot schimba dup dorin printr-o cinematic destul de complex, schimbnd astfel direcia i mrimea traciunii propulsorului.

Mers napoiVirajFig.5.10 Schimbarea direciei traciunii prin deplasarea centrului disculuiCoincidena centrului discului excentric i centrului rotorului nu produce fore portante (poziia pe loc cu motorul pornit i rotorul n rotaie). Deplasarea centrului discului n diverse poziii intermediare (fig. 5.10) schimb direcia traciunii pe 360, la o turaie constant a motorului .Deplasnd articulaia M (fig. 5.9) n raport de centrul circumferinei, traciunea este proporional cu distana AM i este orientat perpendicular pe segmentul AM. Dac nava are dou propulsoare Voight-Schneider se poate chiar roti n jurul axului vertical sau poate efectua o deplasare transversal pe lng deplasrile nainte-napoi sau dup o direcie oarecare. Calitile de manevr i tractare ale propulsorului sunt mai mari ca la alte sisteme, uneori fiind de nenlocuit; ns nu pot concura cu navele rapide cu elice, mecanismul propulsor este complicat constructiv i de aceea randamentul mecanic este mai mic dect al celor cu elice.

Fig. 5.11 Princiliul cinematic al elicei Voiht-Schneider

Elicea cu pas reglabil ideal se caracterizeaz prin: precizie

rapiditate

siguran

Elicea Voiht-Schneider este un sistem unic de propulsie care permite controlul vitezei navei n intensitate si direcie, precis i rapid.

Principiul de funcionare este remarcabil de simplu: palele elicei Voiht-Schneider proiecteaz apa sub carena navei i se rotesc n jurul unei aze verticale, avnd o micare oscilatorie n jurul propriei axe. Aceast micare oscilatorie a palelor - un proces nestaionar n teoria hidrodinamicii - determin intensitatea vitezei prin variaia amplitudinii, corelarea fazelor determinnd direcia de avansare/accelerare ntre 0 si 360.

Deci, nu exist o direcie preferat, ambele variabile - intensitatea si direcia - sunt controlate de ctre sistemul hidraulic de reglare a pasului cu un consum minim de energie. Elicea Voiht-Schneider este de sine stttoare si necesit doar energia provenit de la axul port-elice.

Caracteristici principale ale elicei Voith-Schneider:

control nelimitat al intensitii i direciei

viteza este intotdeauna controlat din "0" viteza i eficiena sunt egale n ambele direcii de rotaie a elicei

controlul vitezei de rotaie corespunde coordonatelor carteziene x si y ale navei

sistemul de control a vitezei de rotaie are o interfa logic i este legat de micare real a navei

motorul principal poate fi operat cu o vitez constant sau variabil, optim adoptat menvrabilitii i condiiilor de navigaie fr reversarea sensului de rotaie

elicea Voiht-Schneider are o vitez de rotaie extrem de redus avnd o fiabilitate ridicat i o durat de via cel puin egal cu cea a navei5.2.3 Principii fundamentale ale sistemului de propulsie

Fig. 5.12 Micarea palelor pe pri opuse ale elicei

5.2.4 Vitezele unei pale a Elicei Voith-Schneider

Pentru condiiile de nealunecare ale elicei (ridicarea hidrodinamic este 0), palele sunt dispuse de aa natura nct n fiecare punct viteza w, rezultat din viteza periferic (tangenial) u i din viteza rezultant de mpingere v, este direcionat ctre axa profilului (ridicare 0). Aceast lege de baz guverneaz micarea palelor.

Fig. 5.13 Triunghiul vitezelor raportat la palele elicei

O = centrul elicei;

N = centrul de bracare;

P= centrul de oscilare a elicei;

u = viteza tangenial;

v= viteza navei;

w = viteza rezultant.

Triunghiul geometric NOP este asemenea cu triunghiul vitezelor u vw pentru toate poziiile palelor. Perpendicularele duse la axele profilelor, pentru toate poziiile palelor n timpul unei rotaii, trebuie sa fie congruente n centrul de bracare N. n timpul generrii forei de mpingere, centrul N este ntotdeauna dispus sub unghiuri drepte fa de fora rezultant de mpingere prin segmentul ON de la centrul de rotaie (excenticitate). Raportul corespunde cu raportul i este denumit coeficient de avans (). Atta timp ct elicea nu genereaz for de mpingere, coeficientul de avans este egal cu raportul de pas.

Configuraiile asupra proceselor pe fiecare poziie a palei n timpul unei rotaii asigura cea mai simpl explicaie asupra vitezelor palei i asupra forelor hidrodinamice rezultante.

5.2.5 Cicloida unei pale a elicei Voith-Schneider

Fig. 5.14 Cicloida unei pale a elicei Voith-Schneider

Prin extrapolarea micrii de rotaie a elicei pe o linie dreapt perpendicular pe axa de rotaie(pentru a reprezenta micarea navei) pala elicei urmeaz o cicloid. Raza de rostogolire a cicloidei este egala cu , iar avansul elicei n timpul unei rotaii este .

5.2.6 Forele care acioneaz asupra unei pale a elicei Voith-Schneider

Pentru a genera mpingere, profilul palei trebuie sa fie poziionat fa de cicloid sub un unghi prin mutarea centrului de bracare din N in N. Raportul reprezint raportul de pas al elicei Voith-Schneider. Prin intermediul acestui unghi de atac impulsul hidrodinamic va fi generat sub unghiul potrivit fa de viteza rezultant w i perpendicular pe cicloid.

Fig. 5.15 Forele care acioneaz asupra palei

u = viteza tangenial;

v= viteza navei;

w = viteza rezultant:

NN= deplasarea centrului de bracare;

= unghi de atac;

A = impuls hidrodinamic;

W = profil de tragere indus;

R = fora rezultantei hidrodinamice.

Intensitatea impulsului hidrodinamic depinde de unghiul de atac si de viteza w.

Fig. 5.16 Distribuia forelor de impuls de-a lungul cicloidei5.2.7 Generarea mpingerii de ctre elicea Voith-Schneider

Impulsul hidrodinamic variaz pe parcursul rotaiei datorit condiiilor nestaionare ale elicei. Integrarea componentelor forelor de impuls creat de-a lungul ntregii circumferine a elicei arata: componentele impulsului care acioneaz n direcia de micare vor rezulta ca for de mpingere

componentele impulsului care acioneaz pe o direcie perpendicular pe direcia de micare se anuleaz reciproc

Din moment ce mpingerea elicei este ntotdeauna perpendicular pe linia ON sau pe NN, mpingerea poate fi produs n orice direcie prin simpla deplasare a centrului de bracare N. Datorit simetriei de rotaie a elicei Voith-Schneider, nu exist o anumit direcie de mpingere.

Fig. 5.17 Generarea forei de mpingere la o elice Voith-SchneiderO = centrul elicei;

N = centrul de bracare.

5.2.8. Ansamblul de schimbare a pasului

Din motive de compactitate, acest ansamblu trebuie sa produc micarea unghiular corect a palelor printr-o excentricitate mai mic dect excentricitatea centrului de bracare .

La o elice Voith-Schneider de construcie modern acest lucru este obinut folosind ansamblul de schimbare a pasului de tip biel-manivel. Legturile fiecarei pale cu sistemul de schimbare a pasului sunt fcute prin intermediul bielei de control care poate fi plasat excentric i conectat la manivela care pivoteaz in jurul unui tift conectat de carcasa rotorului. O biel de conectare transform aceasta micare ctre pal prin intermediul levierului de comand.

poziie neutr poziie de mpingere

Fig. 5.18 Ansamblul de schimbare pas de tip biel-manivelElemente componente:

1 - articulaie sferic inferioar;

2 - legtur;

3 - tift;

4 - manivel;

5 - biel de conectare;

6 - levier de comand

5.2.9. Construcie i funcionare

Fig. 5.19 Elemente componente ale propulsorului Voith-Schneider

Elemente componente:

1 - carcasa rotorului;

2 - pal;

3 - plac de mpingere;

4 - rulment cu bile;

5 - carcasa (nveliul) elicei

6 - reductor;

7 - roat dinat conic;

8 - buc de antrenare;

9 - biel de control;

10 - servomotor;

11 - pompa cu roi dinate.

Carcasa rotorului (1) ncorporeaz 4, 5 sau 6 pale (2) n jurul circumferinei sale, axele palelor fiind paralele cu axele principale ale elicei. Arborii palelor sunt susinui de lagre (rulmeni) cu etanri contra uleiului i apei. Carcasa rotorului este susinut axial de placa de mpingere (3) i radial de un rulment cu bile. n timp ce rulmentul cu bile centreaz carcasa rotorului i transmite fora de mpingere ctre corpul navei prin nveliul elicei (5), lagrul de mpingere suport greutatea prilor rotative i forele de rsturnare generate de elice i de mecanismul de presiune.

Carcasa rotorului este antrenat de reductorul (6) flanat de nveliul elicei i de mecanismul cu dini tronconici (7). Roata dinat este conectat de carcasa rotorului prin intermediul plcii de mpingere (3) i prin buca de acionare (8).

Controlul ansamblului de schimbare a pasului este obinut prin intermediul bielei de control (9), care este acionat de dou servomotoare hidraulice (10) dispuse sub un unghi de 90 unul fa de cellalt. Servomotorul controleaz ansamblul pe o direcie longitudinal (prova i pupa) i pe o direcie transversal (babord i tribord).

Presiunea uleiului pentru servomotoare i uleiul pentru ungere este furnizat de o pomp cu roi dinate fixat de reductor. Aceast pomp transfer uleiul de la carcasa elicei printr-un circuit de nalt presiune ctre servomotoare i prin intermediul unui circuit de joas presiune ctre punctele de lubrifiere.

5.2.10. Puul elicei

Fig. 5.20

Puul elicei care funcioneaz ca fundaie a elicei Voith-Schneider, const ntr-un nveli cilindric flanat la partea de sus. Puul elicei trebuie s formeze o parte integrant a structurii fundului navei astfel nct, pe lng greutatea elicei, forele i momentele de torsiune rezultate din mpingerea elicei s poat s fie transmise corpului navei.

Suprafaa de etanare a flanei trebuie sa fie fcut numai dup instalarea complet a puului.

5.2.11. Instalarea elicei

Fig. 5.21

Fig. 5.22

Pentru a simplifica transportul elicelor Voith-Schneider de dimensiuni mari, ele sunt furnizate antierelor constructoare de nave cu palele ndeprtate.

n timpul instalrii, elicea Voith-Schneider este mai nti cobort la post. Alinierea ntregului sistem de propulsie este efectuat n urmatoarea ordine:

- elicea Voith-Schneider- motorul de propulsie

- arborele port-elice.

5.2.12 Sistemele de propulsie. Interaciunea dintre motor i elice

Sensul de rotaie al motorului care antreneaz elicea Voith-Schneider nu necesit reversibilitate, elicea putnd fi operat la vitez constant. Datorit caracterului de elice cu pas reglabil, fora de mpingere este variabil n direcie i intensitate. Motorul de propulsie este controlat prin vitez pentru eficiena economic a operaiilor cu ncrcare parial.

5.2.12.1 Propulsia cu motoare Diesel

n intervalul de puteri instalate ale elicelor Voith-Schneider, navele echipa cu motoare diesel sunt cele mai utilizate. Viteza de rotaie a elicei poate fi controlat n limite largi.

Fig. 5.23 Motor Diesel si elice voith-Schneider tip R5

n raportul cu elicea cu pas fix, elicea cu pas reglabil permite utilizarea ntregii puteri a motorului diesel n timpul tuturor condiiilor de operare a nevei. Reglarea pasului face posibil utilizarea ntregii puteri a motorului, chiar i atunci cnd ncrcarea motorului variaz. Spre deosebire de cazul elicei cu pas fix, suprancrcarea motorului principal este evitat. Fig. 5.24 Puterea absorbit de elicea Voith-Schneider de la motorul de propulsie la pas constant

_____________ curba caracteristic a elicei la mersul n sarcin_____________ curba caracteristic a elicei la mers in gol

5.3. Concluzii

Din punct de vedere al eficienei economice, puterea absorbit de elicea Voith-Schneider ar trebui variat, oricnd este posibil, numai n urmatoarele condiii de operare:

sub diferite ncrcturi ale elicei, de exemplu trecerea de la vasul n micare la vasul n repaus, operaiuni de ncetinire, asisten dinamic oferit de remorchere manevrarea naveiDup cum se poate observa n cele subliniate anterior, n ciuda faptului c propulsorul cu aripioare nu se ncadreaz n modelul elicei ideale, din punct de vedere al curgerii particulei de fluid, datorit particularitilor funcionale, se impune din ce n ce mai mult n industria naval i n special pe segmentul corespunztor construciei de nave militare (i ca urmare a comportrii excelente a propulsorului n condiiile propagrii undelor de oc determinate de exploziile subacvatice)

PAGE 136

_1177257662.unknown

_1180610874.bin

_1307401766.unknown

_1307402425.unknown

_1307727903.unknown

_1307731476.unknown

_1307734092.unknown

_1307728619.unknown

_1307473192.unknown

_1307727456.unknown

_1307402080.unknown

_1307402103.unknown

_1307402400.unknown

_1307402032.unknown

_1307399919.unknown

_1307400035.unknown

_1307401313.unknown

_1307400015.unknown

_1307399303.unknown

_1307398643.unknown

_1307398692.unknown

_1307395913.unknown

_1307397509.unknown

_1180609663.bin

_1180609770.bin

_1180610832.bin

_1180609728.bin

_1179519411.unknown

_1180609609.bin

_1179519582.unknown

_1179519601.unknown

_1179519504.unknown

_1177257731.unknown

_1177257711.unknown

_1177256883.unknown

_1177257404.unknown

_1177257566.unknown

_1177257602.unknown

_1177257527.unknown

_1177257081.unknown

_1177257185.unknown

_1177257026.unknown

_1177256832.unknown