c5. elice

Tanc petrolier 160.000 tdw. Elemente ale instalatiei de propulsie. Operarea ei in conditiile prevederilor

MARPOL 73/78 / Calcului caracteristicilor propulsorului

58

Capitolul 5. CALCULUI CARACTERISTICILOR PROPULSORULUI

5.1. Consideraii generale

Evidenierea calitilor de mar ale navei implic utilizarea propusoarelor.

Calitatea propulsorului este pus n eviden prin intermediul randamentului D.

Limitele largi de variaie ale lui D arat c, o parte important din puterea mainii principale

se pierde la nivelul propulsorului. Iat de ce, proiectarea propulsoarelor cu randament ridicat

constituie o condiie de baz n obinerea calitilor de mar superioare.

Dup modul n care este realizat fora de mpingere, propulsoarele se mpart n dou

categorii: active i reactive.

n cazul propulsoarelor active, fora de mpingere este produs prin aciunea direct a

vntului. Aceast categorie de propulsoare cuprinde: vela i rotoarele Flettner.

Propulsoarele reactive, produc fora de mpingere prin reacia masei de ap, care este

obligat s se deplaseze n sens contrar micrii navei. Ele sunt de dou tipuri:

- cu pale : rama, roata cu zbaturi, propulsorul cu aripioare, elice;

- hidrofuge: propulsorul cu jet, cu con reactiv i hidromotorul.

Obinuit, la navele actuale, se utilizeaz propulsoarele reactive, acionate de mainile

rotative. n ultimul deceniu, legat de criza energetic, a reaprut ideea utilizrii velelor care , n

combinaie cu propulsoarele reactive, ar putea asigura o cretere a eficienei navelor de

transport.

La elicele navale actuale se utilizeaz un numr de Z=2....9 pale. Influena lui Z, asupra

diagramelor de funcionare, este relativ redus. Pentru o anumit valoare J, a avansului relativ,

mrimea numrului de pale determin creterea dinamici KT,KQ. Randamentul, o, crete n

zona avansurilor relative mici i scade n zona avansurilor relative mari.

Observaie : Pentru un raport de disc dat, mrimea numrului de pale conduce la micorarea

limii i creterea grosimii relative a acestora, soluie care este nefavorabil din punct de al

cavitaiei.

5.2. Proiectarea elicei cu ajutorul diagramelor ncercrilor sistematice ale modelelor

5.2.1. Diagramele ncercrilor sistematice ale modelelor de elice

Utilizarea datelor experimentale, obinute prin ncercrile sistematice pe modele,

uureaz mult activitatea de proiectare a elicelor navale. De regul, aceste date sunt prezentate

sistematizat, sub form grafic, prin intermediul diagramelor de funcionare i a diagramelor



59

generalizate ale elicelor. n definitiv, ambele tipuri de diagrame exprim legturile ntre

caracterisiticile geometrice i cele hidrodinamice ale seriilor navale, pot fi menionate cele

elaborate de : Froude, Taylor, Schaffran, Gawn, Papmel i Troost.

n continuare, se vor prezenta diagramele Troost, de tip Wageningen B, trasate pe baza

rezultatelor experimentrilor, efectuate la Netherlands Ship Model Basin din Olanda. Au fost

testate 120 de modele de elice, din alam manganoas, cu acelai diametru D=0,24 m, avnd

numrul de pale, rapoartele de disc i rapoartele de pas, variabile). Generatoare , a palelor

acestor modele, este nclinat cu unghiul = 15, fa de planul veritical. Diagramele se

noteaz sub forma BZ-100 (AE/AO), unde Z i AE/AO iau valorile nscrise n tabel spre

exemplificare, notaia B4-70 corespunde elicei, din seria B, cu 4 pale i raportul de disc 0,70.

Elicele de tip Wageningen B sunt frecvent folosite la propulsia navelor de trasport,ele

ndeplinind n condiii bune att cerinele de eficien, ct i cele legate de evitarea efectelor

negative ale fenomenului de cavitaie.

Pentru scopuri practice, n lucrarea de fa, vor fi date elementele necesare proiectrii

elicelor cu 4 i 5 pale din seria menionat mai nainte. n fig 10.46 sunt prezentate planurile

generale ale acestor elice, care descriu formele geometrice ale: butucului, diagramei grosimilor

maxime, conturului desfurat al palei i respetiv profilelor hidrodinamice la diferite raze .

Dup cum se poate vedea din figur:

- n seciunele apropriate de butuc (r/R=0,2...0,6), profilul al palei are form de arip de

avion;

- n seciunele de la vrful palei (r/R >0,6), unde fenomenul de cavitaie este mai

pronunat, profilul hidrodinamic are form de segment;

- reducerea grosimii profilului spre vrf este nsoit de o cretere a limii palei, astfel

nct s fie asigurate condiiile de rezisten;

- pasul elicelor cu 4 pale variaz pe intervalul [0,2R;0,6R] de la 0,8 P la P dup care se

menine constant;

- pasul elicelor cu 5 pale este constant de la butuc, pn la vrf.

Elementele geometrice, necesare trasrii formelor profilelor hidrodinamice,

corespunztoare diferitelor seciuni ale palei.

Pe baza rezultatelor obinute n urma ncercrilor sistematice ale modelelor de elice, avnd

geometria prezentat mai nainte, s-au elaborat diagramele de funcionare KTKQ-J. Pentru

aceste diagrame sunt valabile consideraiile fcute .



60

Cu ajutorul diagramele de funcionare, pot fi rezolvate numeroasele probleme ce apar n

proiectarea sau analiza elicelor din seria pentru care ele au fost ntocmite.

Observaia 5.1. Cifrele nscrise n ordonatele diagramelor KTKQ-J semnific valorile

simultate a trei parametrii : KT, 10KQ i O.

Prin prelucarea analtic a datelor rezultate din diagramele de funcionare au fost trasate

diagramele generalizate : Bp-, Bu- i -, indicate pentru rezolvarea unor tipuri de probleme

mai des ntlnite n practic.

Cele mai utilizate sunt diagramele Bp-, ntruct ele asigur rezolvarea principalelor

probleme de proiectare. n reprezenatarea acestor diagrame intervin coeficienii : Bp , de putere

i respectiv , de vitez, a cror semnificaie se prezint n continuare.

Coeficientul Bp se refer la puterea primit de elice de la ax i se calculeaz cu formula:

=

0,5

2,5 (5.1)

n care: N este turaia elicei, n rot/min; PD este puterea primit de elice de la ax, n cai putere

englezi HP (1 HP = 1,013 CP); este viteza curentului de lichid prin discul elicei (viteza de

avans a elicei), n Nd(1 Nd=1 Mm/h=0,514 m/s)

Puterea PD i respectiv viteza , necesare n formula de mai sus se determin cu relaiile :

= 1,013 []; (5.2)

= (1 ) [Nd], (5.3)

n care reprezint puterea motorului n CP, randamentului liniei axiale, viteza navei n

Nd, iar coeficinetul de siaj.

Coeficientul de vitez este dat de :

=

0,305 (5.4)

unde : D este diametrul elicei n m.

Diagramele Bp-, pentru elicele din seria Wageningen B cu 4 i 5 pale, cuprind:

- valorile coeficientului de putere, Bp [1....200],nscrise pe abscis;

- valorile raportului de pas, P/D [0,6....1,4], nscrise pe ordonat;

- familiile de curbe = constant i respectiv O = constant, raportate la sistemul de axe

de coordonate prezentat mai nainte;

- curba Dopt, util pentru determinarea valorilor diametrelor care asigur randamente

maxime.

n principiu, exist dou modaliti de utilizare ale diagramei Bp-.

Dac se cere proiectarea unei elice cu diametrul optim, atunci se procedeaz astfel:



61

- se calculeaz coeficientul Bp, cu relaia (5.1)

- se pune pe abcis punctul ,astfel nct = Bp;

- prin se duce o vertical, care intersecteaz curba Dopt n punctul A;

- orizonatala dus prin A determin, pe ordonat, punctul , n dreptul cruia se citete

valoarea raportului de pas P/D al elicei proiectate;

- valorile nscrise pe curbele = constant i O = constant, care trec prin punctul A, indic

Omax respectiv pentru elicea proiectat (dac prin A nu trec anumite curbe =

constant, O = constant, atunci se interpoleaz liniar ntre valorile nscrise pe curbele

ntre care se afl punctul);

- n relaia (5.4) se introduce determinat mai nainte i rezult Dopt.

- Dac se cere proiectarea unei elice cu un diametru impus, atunci se procedeaz astfel:

- se calculeaz coeficienii Bp i cu relaiile (5.1) i (5 .2);

- se pune pe abscis punctul , astfel nct Bp = ;

- verticala dus prin curba = constant , care nscris pe ea valoarea coeficinetului

, calculat mai nainte (dac lui calculat , nu i se potrivete una dintre curbele =

constant, atunci se interpoleaz liniar ntre valorile apropriate care il includ);

- n continuare, se determin pentru punctul A, valorile P/D i O, procednd ca la cazul

anterior.

5.3. Calculul propulsorului

N= 83 rot/min ; = 24752 = 18472

= 16 Nd,

D=7,2 =>

=

0,5

2,5 = 154.8

= 18235 ; = 0,97; = 16 []

= 24752[]

= (1 ) = 5,64[]

= 0,165/

3 = 0,611

=

0,305= 380,8

V=78536 m3,CB=0,787, x = 1, = 0, deoarece Fr= 0,175



62

P/D = 0,70 ; Omax =0,36 ; = 390.

Tabel 5.1. Rezultatele proiectrii elicei

Nr.

crt.

Denumirea Relaia de calcul UM Rezultate

1. Viteza navei v Nd 7,5

2. Viteza de avans = (1 ) Nd 5,64

3. Avansul relativ = / - 0,44

4. Raport de pas P/D din diagram - 0,70

5. Randamentul elicei -

6. Coeficientul de mpingere - 0,35

7. mpingerea elicei = 22 N 146585

8. Randamentul corpului -

9. Randamentul relativ de rotaie -

10. Randamentul de propulsie = 0

- 0,48

Elemente geometrice ale conturului ndreptat al palei i diagramei grosimilor maxime,

pentru elicele de tip Wageningen B cu Z=5 :

Raza relativ - r/R = 0,6 ;

Distana relativ a muchiei de intrare , fa de axa palei - xIr/cmax =0,5608

Distana relativ a muchiei de ieire , fa de axa palei - xEr/cmax =0,4393

Limea relativ a palei - cr/cmax =1,0

Distana relativ a muchiei de intrare, fa de linia grosimilor maxime br/cr =0,389

Grosimea maxim relativ a palei - tmaxr/D=0,0178

Limea maxim a palei , se obine la r/R=0,6 i are valorile cmax =0,328 D, pentru /=0,75

5.3.1. Verificarea elicei la cavitaie

Valorile optime ale limii i grosimii maxime a palei determinate din considerente de

reziten , pot s fie necorespunztoare din punct de vedere al cavitaiei. Se impune, deci i o

verificare la cavitaie a palei.

=

= 2 i D = 2 R iar verificarea se face la r/R=0,6

2 = 22(2 + 3,55) => = 1267,7



63

=2(+)

22(2+3,55)

= [0,53 0,484(/)](/) = 0,75

n diagrama de cavitaie Burill se intr cu cifra de cavitaie ,creia i se aplic o corecie

de 20%, coeficientul de ncrcare i raportul de pas P/D i se determin raportul de disc

desfurat al elicei . Relaiile de calcul pentru cifra de cavitaie, respectiv coeficientul de

ncrcare sunt:

=

0,52 =

+ 0,5[(1 )]2

= /20,7

2

unde:

0,7 = 2 + (0,7)2

Dup ce s-a determinat raportul de disc desfurat al elicei , se calculeaz, n

continuare, raportul de disc expandat:

= 0,34 (2,75 +

)

Prin interpolare se obin caracteristicile principale ale elicei (D,P/D, /,z).

= /20,7

2 =0,00831

0,7 = 2 + (0,7)2=1440.8

5.3.2. Verificarea rezistenei palei

Verificarea se face la butuc i la 0,6R conform prescripiilor registrelor de clasificaie.

5.3.3. Factori de corecie

n cazul n care nu se pot respecta valorile grosimilor palei impuse de serie de

elice, din considerente de rezisten a palei,ngroarea profilului necesit corecii ale raportului

de pas i ale randamentului. De asemenea, se aplic corecii la P/D i n cazul nerespectrii

diametrului butucului, conform cerinelor seriei de elice respectiv.

Pentru elicele libere se utilzeaz urmtoarele corecii:

a) la creterea grosimii palei (t) cu 100% , P/D se reduce cu 8% i se reduce cu 4%;



64

b) la creterea diametrului butucului ;

- reducerea suprafeei palelor prin creterea diametrului butucului pentru ( < 0,3)

este :

= 1,1( < 0,167), pentru elicele libere seria B4 i B5;

= 1,1( < 0,18), pentru elicele libere seria B3;

- corecia pasului dup Baker este:

/

/= 0,3 , unde / reprezint creterea raportului de pas, iar creterea

diametrului butucului ;

- corecia randamentului este 0

0= 0,2 , unde 0 este reducerea randamentului,

iar creterea diametrului butucului.

c5. elice

Documents