Capitolul 1 OSCILATIILE NAVELOR PE VALURIValul este unda format la suprafata mrilor sau oceanelor prin miscarea oscilatorie a apei, datorit vntului sau cutremurelor. Un val este o ondulaie a unei suprafete ntinse de ap (lac, mare, ocean), ca rezultat al miscrilor de oscilatie determinate de actiunea vntului, de cutremure, de variaia brusc a presiunii atmosferice, de atractia Lunii si Soarelui si de deplasarea unei nave prin apa.

Fig.1.1 Elementele valului

Dup cauzele care le dau nastere, deosebim: a) valuri de vant; b) valuri seismice; c) valuri anemobarice; d) valuri de maree; e) valuri de nava.

1

n afar de actiunea cu rol modificator asupra uscatului, valurile de vnt formate pe suprafata mrilor si oceanelor constituie unul dintre principalele elemente hidro-meteorologice care influenteaz direct siguranta navigaiei. Valurile de vnt se formeaz n urma actiunii intermitente a vntului asupra stratului de ap de la suprafata mrii aflate n stare de repaus. Aceast actiune const ntr-o apsare, concomitent cu frecarea maselor de aer n miscare de particulele de ap, care sunt scoase din pozitia de echilibra si determinate s execute o miscare de oscilatie. Initial se formeaz ncretituri mici, numite valuri capilare" care, la ncetarea vntului, se amortizeaz datorit tensiunii superficiale. Dac vntul se intensific si acioneaz un timp mai ndelungat, dimensiunile valurilor cresc, ele transformndu-se n valuri gravitationale. Valurile gravitationale sunt denumite: a) valuri libere - care dup ncetarea vntului si micsoreaz treptat dimensiunile, consumnd energia nmagazinat n procesul de frecare ntre ele a moleculelor de ap. b) valuri fortate - care continu s se dezvolte, ca urmare a persistentei i intensificrii vntului, transformndu-se n valuri de furtun". La valurile de furtun, crestele sunt spulberate de vnt, iar pe pantele lor apar pete albe de spum numite berbeci" ncepnd cu agitatia de gradul 10, crestele valurilor foarte nalte cad spre nainte cu zgomot caracteristic, asemntor unui muget puternic. Dup ncetarea vntului, valurile de furtun trec ntr-o faz de stabilizare, cnd forma lor devine regulat, iar dimensiunile lor nu se modific un timp mai ndelungat; aceste ondulatii regulate formeaz o agitatie a mrii numit hul". Din punctul de vedere al formei, valurile pot fi: a) bidimensionale la care crestele sunt foarte lungi si paralele ntre ele; b) tridimensionale care n afar de creste lungi se caracterizeaz si printr-o lungime mare si c) izolate la care creasta are form de cupol, fiind lipsite de scobituri. Mai deosebim: a) valuri lungi la care lungimea este mult mai mare dect adncimea mrii.

2

b) valuri scurte a cror lungime este mai mic dect adncimea mrii n zona lor de formare. n momentul cnd valurile ajung pe fundurile mici din dreptul coastelor ntinse are loc fenomenul numit deferlare"; dac deferlarea se produce deasupra unui banc aflat la distan de coast, valurile de acest gen se numesc brizani". n cazul coastelor abrupte si cu adncimi mari, precum si n cazul construciilor hidrotehnice, valurile se lovesc de peretele vertical al acestora si apoi se reflect, si combinndu-se cu valurile incidente dau nastere unor valuri cu amplitudine mare, a cror fort de izbire este considerabil si a cror creast se ridic la nltimi mari (chiar pn la 60 m). n unele sectoare, coastele sunt supuse unor distrugeri uriase provocate de aceste valuri de spargere. Ptrunznd ntr-un bazin portuar, valurile de vnt sau de hul se lovesc de peretele vertical al cheurilor, se reflect si apoi intr n interferen cu valurile noi, dnd natere unei agitaii deosebite numit resac" sau clapoti", caracterizat prin valuri scurte cu pant mare i cu oscilaie pe vertical; aceast agitaie ngreuiaz staionarea navelor la cheu i creeaz dificulti operaiunilor de ncrcare descrcare. S-a observat n general c valurile se propag pe grupuri distincte, care se succed la intervale aproximativ egale i ntre care marea pare mai puin agitat. Valurile din fiecare grup au nlimi diferite, vitezele lor de propagare fiind inegale. Din acest motiv se produce fenomenul de interferen, care determin o cretere progresiv a nlimii. Din experiena i observaiile de multe secole ale navigatorilor s-a ajuns la concluzia c al noulea sau al zecelea val din cadrul unui grup este mai nalt i mai periculos dect celelalte.

Elementele valurilor

Frontul valului este linia care trece de-a lungul crestei valului si care este aproximativ perpendicular pe directia de propagare a profilului acestuia. Panta valului este unghiul format de tangenta la suprafata valului cu linia orizontal n punctul de tangent. Are valori diferite i de regul se i-a

3

cea maxim. n practic se calculeaz prin raportul dintre nltimea valului si jumtate din lungimea sa. Viteza valului este distanta parcurs de creasta valului n unitatea de timp. Este un element al valurilor de translatie si se apreciaz n m/s sau mile/h, calculndu-se prin raportul dintre lungimea valului si perioada sa. Creasta valului este partea superioar a unui val, care este spulberat pe vnt puternic. Este linia ce uneste punctele cu cotele maxime ale valului. nltimea valului este distanta msurat pe vertical ntre creasta valului si linia de cea mai mic cot a scobiturii imediat urmtoare. Se apreciaz din vedere sau cu aparate speciale, iar valorile se dau n metri sau picioare. nltimea obisnuit a valurilor oceanice este de 5 m, iar valorile maxime msurate pn n prezent sunt urmtoarele: 21 m n bazinul nordic al Oceanului Pacific; 15,6 m n bazinul nordic al Oceanului Atlantic; 14 m n emisfera sudic; 11,5 m n Oceanul Indian.

4

Fig. 1.2 Poziia navei pe val

Lungimea valului este distanta n metri sau n picioare msurat pe orizontal ntre dou creste sau scobituri succesive de val. Valorile medii ale valurilor oceanice sunt cuprinse ntre 69 m i 110 m. Valorile maxime ale lungimii valurilor determinate pe baza unor numeroase observatii si sunt urmtoarele:

170m n bazinul nordic al Oceanului Atlantic; 214 m n bazinul sudic al aceluiai ocean; 233 m n Oceanul Pacific;

5

342 m n bazinul sudic al Oceanului Indian.

Fig.1.3 Lungimea valului

Perioada valului este intervalul de timp contat n secunde n care dou creste succesive de val trec prin dreptul unui punct fix de observatie sau timpul necesar ca o creast de val s parcurg o distant egal cu lungimea valului. Reflexia valurilor este fenomenul de respingere a valurilor de ctre peretele vertical al constructiilor hidrotehnice sau al falezelor abrupte n zone cu adncimi mari. n cadrul acestui fenomen are loc combinarea valurilor reflectate cu cele incidente, lund nastere o agitaie puternic numit clapoti" sau resac", deosebit de periculoas n unele bazine portuare, pentru navele staionate la cheu. Reflexia valurilor are loc si n zona central a unui ciclon tropical, unde se produce o agitatie a mrii foarte puternic din cauza valurilor care se propag din directii diferite. Refractia valurilor este schimbarea directiei de propagare a valurilor ori de cte ori frontul acestora se apropie de linia coastei sub un unghi de nclinare. n cadrul acestui fenomen are loc o modificare a lungimii valurilor, a cror creast n final capt o orientare paralel cu linia coastei.

6

Miscare perturbatoare

n cinematica corpului solid rigid din cadrul fizicii, miscarea perturbatoare este o miscare secundar a unui corp solid raportat la axele principale de inertie ale corpului considerat. De regul, sistemele de copuri care se misc au axa principal de inertie corespunztoare momentului de inertie minim n directia deplasrii, aceast ax fiind numit ax longitudinal. Celelalte axe principale de inertie, corespunztoare momentelor de inertie maxim si respectiv minim, se numesc ax transversal si ax de giratie, dup cum au poziia orizontal sau vertical. Sistemul mobil poate avea cel mult sase miscri perturbatoare, de obicei cu caracter oscilatoriu, trei n lungul axelor mentionate mai sus si trei n jurul lor.

Acestea sunt: -miscarea perturbatoare de oscilatie, care are loc de-a lungul axei longitudinale. -miscarea perturbatoare de tangaj, care are loc de-a lungul axei transversale. -miscarea perturbatoare de saltare, care are loc de-a lungul axei de giratie. -miscarea perturbatoare de ruliu, care are loc n jurul axei longitudinale. -micarea perturbatoare de tangaj, care are loc n jurul axei transversale. -micarea perturbatoare de giraie care are loc n jurul axei de giraie.

La nave, ruliul reprezint miscarea de balans n jurul axului longitudinal, datorit valurilor nalte, paralele cu direcia de naintare a navei.Corpul navei este astfel construit ca ruliul s fie diminuat. Mrimea ruliului depinde de gradul de agitatie al mrii, direcia drumului navei fa de directia de propagare a valului, pescajul, suprastructura navei, etc.

7

Perioada de ruliu reprezint intervalul de timp ntre dou nclinri maxime intr-un bord. n navigatie, tangajul este miscarea de balans longitudinal a unei nave n mars sau n stationare. Se datoreaz att miscrilor ondulatorii ale apei, adic valurilor, ct si vntului si const n afundarea n ap si ridicarea alternativ pe val a provei si pupei.Cnd valurile vin din directii nclinate fat de axa longitudinal, nava execut concomitent tangaj.

INCLINARE STATICA SI DINAMICA

Nava este un solid rigid etans, capabil s pluteasc si s se deplaseze pe ap ntr-o directie voit, cu o vitez stabilit si cu un scop bine determinat. Pentru ca o nav s poat naviga n sigurant, ea trebuie s ndeplineasc o serie de conditii speciale, numite calitti nautice.

CALITI NAUTICE

Sunt nsusiri obligatorii ale navei, care determin interactiunea dintre nav si mediu nconjurtor. Calittile nautice sunt: 1.Flotabilitatea reprezint calitatea nautic ce presupune plutirea navei la un anumit pescaj ntr-un mod impus si controlat. Se asigur din construcie, prevznd nava cu un nveli etan ce nchide n interior un volum de aer, producnd fora de flotabilitate. n exploatare se menine printr-o ntreinere adecvat att a corpului navei (rugina) ct i a deschiderilor din acest nveli. Nava dispune i de o rezerv minim de flotabilitate, ce depinde de tipul navei (prin nlimea bordului liber) i de zona n care navig. Pierderea flotabilitii (scufundarea) anuleaz celelalte caliti nautice ale navei. 2. Stabilitatea este calitatea nautic ce presupune redresarea navei anterior nclinate sub actiunea unor forte exterioare, atunci cnd cauzele si

8

nceteaz actiunea. Stabilitatea se asigur constructiv printr-o distributie adecvat a greuttilor fixe (centrul de greutate ct mai cobort) iar n exploatare prin amplasarea corect a mrfii si a rezervelor. Pierderea stabilittii (rsturnarea) atrage n mod automat pierderea flotabilittii. Situatia ideal de navigatie o reprezint cea pe chil dreapt, adic greutti distribuite uniform si simetric la bord cu planul diametral al navei n pozitie vertical. Deseori n practic, nava se nclin n borduri n mod: Temporar: - ruliu (n jurul axului longitudinal) - tangaj (n jurul axului transversal) Permanent: - canarisire ntr-un bord (atunci cnd nava bandat nu revine la pozitia initial)

Figura 1.3 Miscarea unei nave dup cele 6 grade de libertate

O nav are asiet dreapt sau este pe chil dreapt dac pescajele prova si pupa sunt egale.

9

Dac o nav este nclinat longitudinal, asieta navei, ca diferent ntre pescaje, poate fi: - apupat (cnd pescajul pupa este mai mare ca pescajul prova) - aprovat (cnd pescajul pupa este mai mic ca pescajul

3. Nescufundabilitatea reprezint capacitatea navei de a pluti si de asi mentine stabilitatea n cazul cnd unul sau mai multe compartimente sunt inundate n urma unor avarii la corp. Se mai poate defini si astfel: calitatea nautic care presupune mentinerea flotabilittii si stabilittii n conditii de avarie n cazul perforrii nvelisului etans (coliziuni, esuri, explozii interne etc.) Se asigur prin mijloace constructive (compartimentarea etans a corpului navei si bord liber minim suficient de mare) sau mijloace active (la actiunea echipajului).

4. Calitatea de a efectua oscilatii line este calitatea nautic ce presupune efectuarea de oscilatii line indiferent de conditiile de navigaie (att n ap calm ct si pe mare agitat). Nava, privit ca sistem oscilator este excitat de suprafata ondulat a mrii si astfel capt oscilatii ntretinute transversale ruliu si longitudinale tangaj.

Oscilatiile pot fi: line (perioad mare, acceleratie mic) i dure (per. mic, acc.mare). Oscilatiile dure provoac 2 fenomene negative: - asupra prtilor mobile ale instalatiei de propulsie suprasarcini - asupra echipajului ru de mare. Este o calitate nautic antagonist cu stabilitatea. n practic se asigur stabilitatea, iar oscilaiile se reduc cu mijloace suplimentare (stabilizatoare de ruliu etc.).

5. Caliti de mars este calitatea nautic ce presupune deplasarea navei cu o anumit vitez si ntr-un sens impus i controlat. Se refer la obtinerea de viteze mari de deplasare, n conditiile unor consumuri reduse de combustibil. Pentru aceasta, nava este dotat cu un propulsor ce produce o for egal si de sens contrar cu rezistenta la naintare a navei.

10

Propulsorul consum putere de la o instalatie de for aflat pe nav sau exterioar acesteia (n cazul navelor cu vele)

6. Manevrabilitatea este calitatea nautic ce presupune schimbarea drumului (a directiei de deplasare) navei aflate n miscare, ntr-un mod impus si controlabil. Drumul este unghiul fcut de directia de mars cu un anumit reper. n acest scop, nava este dotat cu instalatie de guvernare capabil s efectueze schimbri rapide de direcie.

7. Stabilitatea de drum este calitatea nautic ce presupune revenirea la drumul initial atunci cnd nava a fost deviat de o cauz, dup ncetarea acesteia. Este o calitate nautic antagonist cu manevrabilitatea. Compromisul se rezolv n functie de tipul navei: n cazul remorcherelor manevrabilitatea este mai important, la navele de curs lung se sacrific manevrabilitatea n folosul stabilittii de drum. Manevrabilitatea sczut se compenseaz prin remorcherele de manevr sau mijloace auxiliare (bow thrustere).

FORE CE ACIONEAZ ASUPRA NAVEI

Asupra unei nave care se afl n repaus, actioneaz n mod permanent urmtoarele categorii de forte: 1. Forele de greutate - Greuttile elementare ce compun masa unei nave sunt cunoscute nc din faza de proiectare si au o distributie oarecare la bord. n mod fictiv, mecanicist, se poate nlocui aceast distributie real de greutti printr-o singur fort P ce concentreaz aceste forte elementare ntr-un punct de aplicaie numit centru de greutate. Cu alte cuvinte, rezultanta fortelor de greutate ale navei (greutatea prtilor component si ncrcturii navei) este notat cu P (sau

11

= D) si intitulat greutatea total sau deplasamentul navei. Aceast rezultant actioneaz pe vertical de sus n jos si esteaplicat n centrul de greutate al navei G, de coordonate XG, YG, ZG. - Centrul G de greutate se determin de proiectant si se verific de fapt, dup constructie. - Unittile de msur pentru deplasament sunt [ tf ] sau [kN]. 2. Fortele de presiune hidrostatice - Rezultanta fortelor de presiune hidrostatic actioneaz asupra prii imerse a carenei navei si este intitulat fort de flotabilitate sau mpingere, i egal cu R = . - n conformitate cu legea lui Arhimede, aceast fort este egal cu greutatea volumului de ap dezlocuit de corpul navei. - Forta de flotabilitate R = actioneaz pe vertical de jos n sus si are ca punct de aplicatie centrul de greutate al volumului carenei, numit centru de caren, si notat cu C, de coordonate XC, YC, ZC.

Fig.1.4 Fortele de presiune hidrostatice

STABILITATEA NAVEI. NCLINRI SI PLUTIRI IZOCARENE.Functie de caracterul fortelor care scot nava din pozitia de echilibru, stabilitatea se mparte conventional n dou prti: - stabilitate static - stabilitate dinamic.

12

Stabilitatea static studiaz echilibrul navei sub actiunea fortelor aplicate static (deplasarea de greutti la bord; manevre de combustibil la bord etc.) cu alte cuvinte studiaz momentul stabilittii. Stabilitatea dinamic studiaz echilibrul navei sub actiunea fortelor aplicate dinamic care provoac viteze unghiulare considerabile (rafale de vnt; unda de soc a unei explozii etc.) cu alte cuvinte lucrul mecanic al stabilittii. In plus, functie de planul n care se produc nclinrile se deosebesc: - stabilitatea transversal a navei, ce studiaz nclinrile n planul yoz si - stabilitatea longitudinal, ce studiaz nclinrile din planul xoz. Studiul stabilittii unei nave este mprtit n dou etape: - stabilitatea static la unghiuri mici de nclinare 0 15 (sau stabilitate initial) - stabilitatea static si dinamic la unghiuri mari de nclinare (peste 15)

Stabilitatea initial. Plutiri izocarene. Teorema EulerStabilitatea la unghiuri mici sau initial studiaz nclinrile transversale si longitudinal care nu depesc 15grade. Sinusul si tangenta unghiului de nclinare se aproximeaz cu valoarea unghiului, [rad] iar cosinusul cu 1. Pe timpul nclinrilor, deplasamentul rmne constant si corespunde situatiei de ncrcare a navei. De asemenea, volumul carenei rmne constant ca mrime, dar variabil ca form. Inclinri izocarene sunt nclinrile navei, crora le corespunde acelasi volum de caren (pstreaz constant volumul carenei).

13

Plutiri izocarene - sunt plutirile corespunztoare nclinrilor izocarene sau sunt plutirile inclinate cu diverse unghiuri, ce delimiteaz acelasi volum. Cu privire la plutirile izocarene, EULER a formulat urmtoarea teorem:Dou plutiri izocarene succesive, pentru un unghi infinit mic de nclinare d, se intersecteaz dup o dreapt ce trece prin centrul de greutate al fiecreia.

Fig.1.5 Reprezentare grafica a teoremei lui EULER

Notaii: g1 centrul de greutate al ongletului imers g2 centrul de greutate al ongletului emers

14

C0C1 - deplasarea centrului de caren

DEPLASAREA CENTRULUI DE CAREN. METACENTRE. RAZE METACENTRICELa o nclinare infinit mic izocaren a navei n jurul oricrei axe centrale din planul plutirii, volumul carenei ca mrime rmne constant, dar variaz forma sa. Centrul de caren este centrul de greutate al volumului carenei si deci pozitia sa depinde si de forma acestui volum. Din aceasta cauz la nclinri izocarene, centrul de caren si schimb pozitia n functie de forma volumului carenei. Fie nava reprezentat n planul cuplului maestru pe plutirea initial WL0 i cu centrul de caren n C0. Sub actiunea momentului exterior, nava se nclin n plan transversal cu unghiul d. In urma nclinrii, plutirea navei devine WL1 iar centrul de caren se deplaseaz n C1. Deplasarea centrului de caren este cauzat de deplasarea volumului v din centrul geometric g2 al ongletului emers n centrul geometric g1 al ongletului imers. Ca regul general, volumul v se deplaseaz ntotdeauna n directia nclinrii si ca urmare, centrul de caren se va deplasa si el n directia nclinrii.

15

Fig. 1.6 Deplasarea centrului de greutate

Teorem din Mecanica teoretic adaptat teoriei navei: La nclinrile infinit mici ale navei, centrul de caren C0 se deplaseaz dup o directie paralel cu dreapta ce trece prin centrele geometrice (de greutate) g1, g2 ale celor dou onglete si are mrimea proportional cu g1g2 respectiv cu volumul v si invers proportional cu volumul carenei.

CALCULUL MOMENTULUI DE REDRESARE. NLIMI METACENTRICE

Moment de redresare

16

Fie nava In pozitie de echilibru initial pe linia de plutire WL0 cu centrul de caren n C0 si centrul de greutate n G. Se d navei o nclinare izocaren de unghi produs de momentul exterior Mext. Cnd planul de plutire devine WL1 (Figura 7.4.), nava este supus actiunii a dou forte egale si de sens contrar, normale pe WL1, si anume greutatea P=D=, aplicat n G si respectiv forta de flotabilitate V, aplicat n centrul de caren nclinat C1.

Fig. 1.7 Fortele momentului de redresare Aceste forte formeaz un cuplu numit cuplu de redresare. Momentul cuplului de redresare se numeste moment de redresare (sau momentul stabilittii transversale) i are expresia: Mr = D-GK = -GK [Nm] (1)

Segmentul GK reprezint bratul cuplului si, dup cum reiese din Figura 1.7., se calculeaz din triunghiul dreptunghic mGK: GK = (r a)-sin - h - pentru unghiuri mici, unde r raza metacentric transversal; a este distanta dintre centrul de greutate si centrul de caren initial; h nltime metacentric transversal. 17 (2)

Relatia de mai sus se numeste formula metacentric a stabilittii transversale. Se observ c mrimea si semnul acestui moment depind direct proportional de mrimea si semnul nltimii transversale h. Se deosebesc astfel urmtoarele cazuri de echilibru: 1. Echilibru stabil - Momentul de redresare Mr este pozitiv (nltimea metacentric h este pozitiv) iar metacentrul m este situat deasupra centrului de greutate G: Mr > 0; h > 0 (3)

Cnd metacentrul m se afl deasupra centrului de greutate G (Figura 1.7.), momentul de redresare tinde s redreseze nava la pozitia initial de echilibru stabil. Aceast situatie este caracteristic navelor comerciale si militare. 2. Echilibru instabil - Momentul de redresare Mr este negativ (nltimea metacentric h este negativ) iar metacentrul m este situat sub centrul de greutate G: Mr < 0; h < 0 (4)

Dac metacentrul m se afl sub centrul de greutate G (Figura 1.7.), momentul de redresare este negativ si nava este n pozitie de echilibru instabil. Se spune c stabilitatea initial este negativ. In practic nu este admis o astfel de situatie de navigatie. 3. Echilibru indiferent - Momentul de redresare Mr este nul iar metacentrul m coincide cu centrul de greutate G: Mr = 0; h = 0 (5)

Dac metacentrul m coincide cu centrul de greutate G (Figura 1.8.), momentul de redresare este zero si nava este n pozitie de echilibru instabil. Se spune c nava este canarisit. In practic nu este admis o astfel de situaie de navigaie.

18

Fig.1.8 Echilibru instabil

Fig.1.9 Echilibru indiferent 3. Echilibru indiferent - Momentul de redresare Mr este nul iar metacentrul m coincide cu centrul de greutate G: Mr = 0; h = 0 (6)

Dac metacentrul m coincide cu centrul de greutate G (Figura 1.8.), momentul de redresare este zero si nava este n pozitie de echilibru instabil. Se spune c nava este canarisit. In practic nu este admis o 19

astfel de situatie de navigatie. La nclinrile longitudinale (Figura 1.9.), prin analogie, momentul de redresare va fi:

Mr = D-R a -sin = D-H - sin D-H Unde: D deplasamentul navei (notat i cu simbolul ); R este raza metacentric longitudinal;

[Nm]

(7)

- unghi infinit mic de nclinare longitudinal al navei.

Fig.1.10

Stabilitatea longitudinala

Conditia echilibrului longitudinal stabil este ca metacentrul longitudinal sau marele metacentru s fie situat deasupra centrului de greutate G al navei.

Concluzii: 1. Stabilitatea initial transversal este cu att mai bun cu ct centrul de greutate este mai cobort. Aceasta se asigur de obicei printr-o dispunere corespunztoare a greuttilor la bord. 2. Stabilitatea initial longitudinal este ntotdeauna pozitiv si cu mult mai mare dect cea transversal.

Inlimi metacentrice

20

Inltimea metacentric este distanta msurat pe vertical dintre metacentru i central de greutate al navei. In planul de nclinare transversal, nltimea metacentric transversal se noteaz cu h si are expresia: h = r a [m] (8)

Distanta a dintre centrul de greutate G si centrul de caren C se poate scrie sub forma: a = zG zC [m] (9)

Astfel, expresia general a nltimii metacentrice transversale devine: h = r + zC zG [m] unde: (10)

h nltime metacentric transversal initial, [m]; r raza metacentric transversal, [m]; zc cota centrului de caren, [m]; zG cota centrului de greutate, [m] Pentru nclinrile n plan longitudinal, nltimea metacentric longitudinal notat cu H, este egal cu : H = R + zC zG [m] (11)

Inltimile metacentrice se pot calcula dac se dispune de diagrama de carene drepte a navei analizate. Valorile uzuale ale lui h variaz, functie de tipul navei, n limite relative largi: 0,5 2,5 [m]. Inclinrile metacentrice longitudinale au valori mult mai mari, de ordinul zecilor sau sutelor de metri. De aceea, la studiul stabilittii initiale a unei nave se analizeaz n special stabilitatea transversal, pierderea stabilittii longitudinale producndu-se extrem de rar.

COMPONENTELE MOMENTULUI DE REDRESARE.

21

Fig. 1.11 Componentele momentului de redresare

Dup cum s-a demonstrat . v - g1g2 = I X -d (12)

Interpretare fizic: Se poate spune c momentul de redresare este pozitiv sau negativ dup cum momentul stabilittii de form Mf este mai mare sau mai mic dect momentul stabilittii de greutate Mg. Cum la o nav construit, momentul Mf are o valoare bine determinat (funcie de dimensiunile si forma suprafetei de plutire), modificarea stabilittii se face de fapt numai pe seama momentului stabilittii de greutate.

22

INFLUENA DEPLASRILOR DE MASE LA BORDUL NAVEI ASUPRA

POZIIEI I STABILITII NAVEI

La acest capitol, se va studia influenta greuttilor mici, deplasate la bordul navei dup directiile axelor sistemului de coordonate Oxyz, asupra stabilittii iniiale a navei. Facem mentiunea c greutti mici sunt considerate acelea ce nu depesc 10% din deplasamentul navei. De asemenea, ca ipotez de lucru, trebuie retinut faptul c deplasamentul (deci i volumul carenei) rmne constant pe durata unor astfel de deplasri, precum i pescajul mediu al navei. n practica curent de la bordul oricror tipuri de nave comerciale, pot fi ntlnite urmtoarele tipuri de deplasri: 1. Deplasri orizontal longitudinale (n lungul axei Ox); 2. Deplasri orizontal transversale (n lungul axei Oy); 3. Deplasri verticale (n lungul axei Oz). n oricare din cele trei cazuri, se aplic teorema deplasrii: Deplasarea centrului de greutate are loc atunci cnd momentul greutii navei este egal cu momentul cauzat de greutatea deplasat:

-GG = p - d 1 Unde:

(13)

- deplasamentul navei (notat i cu D); GG1 distanta de deplasare a centrului de greutate p greutatea (masa) ce se deplaseaz la bord d distanta de deplasare a greuttii mici p.

23

Teorema enuntat este valabil pentru orice directie de deplasare a greuttii p, iar n plus directia de deplasare a lui G (GG1) este ntotdeauna paralel cu d si se produce n acelasi sens.

Deplasarea orizontal-longitudinaln acest caz, deplasarea are loc pe directia axei longitudinale Ox. Fie nava pe plutirea initial WL0, cu centrul de greutate n G (xG ,yG ,zG). Fie o greutate p care se deplaseaz dup Ox din punctul A (x,y,z) n punctul A1 (x1 ,y1 ,z1). Aceast deplasare va modifica echilibrul navei, iar aceasta va rspunde pentru a restabili echilibrul. Efectul deplasrii longitudinale a greuttii p este indicat n figurilede mai jos:

Fig. 1.12

24

Fig. 1.13 Deplasarea longitudinal a greutii p cauzeaz deplasarea centrului de greutate din G n G1 (Figura 1.12). Distanta pe care centrul de greutate s-a deplasat este GG1. Aceasta modific echilibrul navei, dup cum se vede i n (Figura 1.13) prin aparitia unui cuplu.

Fig. 1.14

25

Fig. 1.15

Nava rspunde printr-o nclinare de unghi d astfel nct centrul de caren B se deplaseaz n B1 ce aparine verticalei duse prin G1 (Figura 1.14). Ct vreme unghiul de nclinare este mic (sub 10 grade) deplasarea centrului de caren se va face pe o curb-arc de cerc. n acest caz, suportul fortei de flotabilitate trece prin metacentrul M, ca n (Figura 1.15), B1G1M formnd o linie vertical dreapt.

CONCLUZII: 1. Deplasarea greutilor la bord pe directie longitudinal, de-a lungul axei Ox, modific numai asieta navei, prin nclinarea navei cu un unghi d n sensul deplasrii greuttii. 2. Influenta asupra stabilittii navei n cazul deplasrii orizontallongitudinale este neglijabil, pentru c valoarea nltimii metacentrice rmne neschimbat (metacentrul nu se deplaseaz - nclinare cu unghi foarte mic).

Deplasarea orizontal-transversalFie nava cu centrul de greutate n G (xG ,yG ,zG) i pe plutirea initial WL0. n aceast situatie, deplasarea greuttii p are loc dup axa transversal Oy, din punctul A (x,y,z) n punctul A1 (x1 ,y1 ,z1).

26

Aceast deplasare va modifica echilibrul navei, iar aceasta (nava) va rspunde pentru a restabili echilibrul. Efectul deplasrii transversale a greuttii p este indicat n figurile de mai jos:

Fig. 1.16

Deplasarea orizontal transversal a greutatii

Fig. 1.17

Deplasarea transversal a greutatii

Deplasarea transversal a greutii p cauzeaz deplasarea centrului de greutate din G n G1 (Figura 1.16). Distanta pe care centrul de greutate s-a deplasat este GG1. Aceasta modific echilibrul navei, dup cum se vede si n (Figura 1.17) prin apariia unui cuplu.

27

Fig. 1.18 Reprezentarea ungiului de inclinare

Fig. 1.19 Reprezentarea ungiului de inclinare sub 10 grade

Nava rspunde printr-o nclinare de unghi d dup cum centrul de caren B s-a deplasat n B1, punct ce apartine verticalei duse prin G1 (Figura 1.18). Ct vreme unghiul de nclinare este mic (sub 10 grade), deplasarea centrului de caren se va face pe un arc de cerc. n acest caz,

28

suportul fortei de flotabilitate trece prin metacentrul M, ca n (Figura 1.19), B1G1M formnd o linie vertical dreapt.

CONCLUZIE: 1. Deplasarea greuttilor la bord pe directie transversal determin numai nclinarea navei n plan transversal cu un unghi d n sensul deplasrii greuttii. 2. Influenta asupra stabilittii navei n cazul deplasrii orizontaltransversale este neglijabil, pentru c valoarea nltimii metacentrice rmne neschimbat (metacentrul nu se deplaseaz - nclinare cu unghi foarte mic). 3. Deplasarea orizontal transversal, desi nu influenteaz stabilitatea initial a navei, modific caracteristicile curbei de stabilitate n sensul nruttirii lor: maximul curbei de stabilitate se deplaseaz ctre dreapta; bratul de stabilitate se micsoreaz iar unghiul de rsturnare de asemenea. Aceste modificri sunt cu att mai importante cu ct deplasarea centrului de greutate al navei G GG = y 1 este mai mare.

INFLUENA AMBARCRII SAU DEBARCRII UNOR GREUTI ASUPRA STABILITII NAVEIAmbarcarea/debarcarea de greutti la/de la bord determin modificarea deplasamentului si a pozitiei centrului de greutate (KG). Astfel, si pescajul si nlimea metacentric vor suferi modificri ce conduc n final la modificarea stabilittii si a pozisiei navei n raport cu suprafasa liber a apei. n continuare, va fi analizat numai efectul ambarcrii de mase n prima din cele dou variante: 1. Ambarcarea de mase mici (p < 0,1 ) 2. Ambarcarea de mase mari (p > 0,1 ).

Ambarcarea de greuti mici

29

Fie greutatea p ce se ambarc la bord n punctul oarecare A (x,y,z). Pentru usurinta calculelor, manevra de ambarcare poate fi descompus imaginar n dou etape: 1. Ambarcarea n punctul A0 P.D. pe aceeasi vertical cu centrul de greutate al suprafetei de plutire (nu exist deci nclinri ale navei) 2. Deplasarea din A0 pn n punctul A unde este ambarcat greutatea n mod real.

Fig. 1.20 ambarcarea greutatii in mod real

n urma ambarcrii masei p n punctul A0: - deplasamentul se va modifica: =+p1 (14)

- centrul de greutate se va deplasa pe vertical n jos cu distanta (KG) - pescajul creste, de la d la: d = d + d 1 (21)

- centrul de caren si va modifica pozitia, datorit volumului suplimentar de caren . (22)

- stabilitatea navei se va modifica, datorit modificrii valorii nltimilor metacentrice transversale si longitudinale Variatia pescajului: =+p= - (V + V) (23)

30

Variatia pescajului:

Variatia centrului de greutate KG:

Variatia centrului de caren KB:

Variatia nltimii metacentrice transversal:

G

nltimile metacentrice corectate sunt:

31

/

Sistem Anti-heeling

32

Yard- PETER SCHIFFBAU AG Hull no.678

IMO no. - 9368041 FRAMO order no. - 614987

Dizainul innovator al sistemului anti-heeling FRAMO este aprobat de toate societatile internationale de clasificare. Este recunoscut de ctre armatori si santiere ca un produs de calitate. Un sistem independent si fiabil anti-bandare proiectat pentru ncrcarea si descrcarea functionala a navelor port containerr, Ro-Ro si Ferry. Sistemul antiheeling FRAMO este bazat pe o pompa cu elice reversibila care opereaza cu aceeasi eficienta in ambele directii de pompare, fiind controlata de catre PLC . Acest sistem este proiectat pentru a mentine navele in pozitie orizontala pe timpul incarcarii si descarcarii, dar poate fi folosit si pentru a compensa forta vantului din travers in timpul voiajului.

33

Bandele de compensare sunt furnizate automat prin msurarea continua a unghiului de bandare, dat de un semnal de la nclinometru la un modul de intrare , analog n cabinetul de control. Unghiul maxim de operare al sistemului este de 8 grade, daca se depaseste aceasta valoare sistemul va fi oprit si nu va putea fi repornit decat dupa reducerea unghiului de banda. Datorita monitorizarii continue de catre unitatea de control a intregului sistem se elimina diferite situatii cum ar fi : protejarea pompei impotriva functionarii uscate , cu valvulele inchise sau presarea tancurilor anti-heeling , toate aceste fiind posibile prin intermediul indicatoarelor de nivel.

Sistemul este alctuit din urmtoarele componente: Unitatea de control cu nclinometru

34

Este compusa din inclinometru si PLC (programmable logic controller) cu intrari si iesiri de semnal digital si analog. La aceasta unitate de control sunt conectate mai multe terminale de operare in cazul acestei instalatii sunt conectate trei terminale de operare: unul in camera de comanda, unul in camera de incarcare si unul in camera de camera de control din sala masinilor. Aceste terminale sunt echipate cu displei electronic pe care se poate citi indicarea benzii de inclinare si directia de pompare , tastatura pentru efectuarea diverselor setari cu privire la functionarea sistemului, cu dispozitiv de alarmare acustic in cazul in care a iesit din parametric de functionare si buton de stop in cazul unei situatii de urgenta.

Fig.

Unitate de control

35

Fig.

Inclinometru

Starter electricAceasta parte component a unitatii de control este cuplata on-line , putand porni pompa in orce directie de pompare in functie de semnalul transmis prin intermediul inclinometrului. Starterul poate fi pornit si local dar in acest caz se anuleaza sistemul de monitorizare a instalatiei antiheeling.

Fig.

Starter electric

36

Pompa cu elice reversibila actionata de un motor electricTipul pompei : Numar inregistrare: Capacitate de pompare Flansele de conectare : Volumul de ulei : Gradul de vascozitate al uleiului : - RBP -86795 - 560 metri cubi ISO DN 250 PN 10 250 3 / FRAMO

- 0,7 litri - ISO VG 68

Fig.

Ansamblu pompa-electromotor

Este o pompa verticala cu elice, angrenata de un motor electric

37

conectat la pompa prin intermediul unei cuple flexibile. Aceasta pompa este prevazuta cu un sistem de detectare a pierderilor de ulei sau apa. Materialul folosit la executia corpului pompei este otel inoxidabil iar elica este confectionata din aliaj Ni-Al bronz. Corpul pompei este protejat si cu ajutorul unui anod de zinc.

Fig.

Pompa cu elice reversibila

Mentenanta periodica:-verificarea nivelului de ulei -schimbul de ulei -drenarea sistemului de detectare a scurgerilor -inlocuirea rulmentilor 1000h 4000h 6 luni 30000h

38

Aranjarea rulmentilor pe axul cuplei rulmentilor pe axul elicei

Aranjarea

39

Fig.

Aranjarea rulmentilor pe axe

Indicatoare de nivel cu intrerupatorPrin intermediul acestuia se transmite semnalul la unitatea de control. 1-Corp 2-Capac

40

3-Maneta de testare 4-Flansa 5-Flotor 6-Conexiune cablu

Fig.

Indicator de nivel

Valula cu clapa futureAceasta valvula corespunde standardelor ISO PN10. Acesta este operata de un mecanism cu acionare pneumatica controlata cu ajutorul unei bobine integrata pe supap pilot, aceasta direcionand n mod corespunztor alimentarea i evacuarea aerului. Pe partea de sus a

41

mecanismului de actionare avem o cutie de jonciune care controleaza conexiunile electrice de alimentare a bobinei care la randul ei actioneaza supapa pilot i microintrerupatoare care ne indica pozitia in care se afla valvula. n caseta de jonciune doua came actioneaza microintrerupatoarele de monitorizare a valvulei (inchis / deschis ). Timpul de raspuns intre cele doua pozitii (inchis / deschis) este de 5 - 10 sec. Operarea acestei valvule este dependente de operarea pompei si poate fi controlata numai cu ajutorul sistemului de comanda. n cazul in care apar probleme cu presiunea de alimentare cu aer, valvula va fi inchisa imediat datorita arcului. Pentru deschiderea de urgen a valvulei exist un urub situat pe supapa pilot. Pentru a deschide valva rotiti urubul de 7 ori in sensul acelor de ceasornic.

1-dispozitivul de control 2-actuatorul pneumatic 3-valvula

42

Fig.

Partile component ale mecanismului de actionare

4 - urub; 6-O-ring; 7-cilindri; 8-jug; 9-suport; 10-piston; 11-pin dublu; 12 - o-ring; 14-suport band; 15-ax; 16-rulment; 18-o-ring, 19-suport inel, 20-pin piston; 21-piston roler; 22-ghidul arcului; 23-arc extern; 25-corpul arcului; 26-surub de preincarcare; 28-o-ring ; 29-piuli de blocare; 30saiba; 31-saiba grover; 32-saiba intermediara; 33- suportul inelului; 34-bila; 35- suport inel; 36- rulment; 37-ghid inel; 38 - o-ring ; 39-suport saiba; 40saiba grover.

43

44