determinarea caracteristicilor navei. mers de calcul

Ghid pentru redactarea i prezentarea Lucrrii de licen/dizertaie

Capitolul 2. Calcul dimensiuni principale i coeficieni de finee2.1. Calculul dimensiunilor principale

2.1.1. Calculul lungimii navei L"

Lungimea pe plutirea de plin ncrcare (LCWL) este distana msurat n P.D. ntre punctul de intersecie a CWL cu etrava i cu etamboul. Lungimea ntre perpendiculare (Lpp) este distana msurat n P.D. ntre perpendiculara prova i perpendiculara pupa. n cadrul lucrrii se va considera c cele dou lungimi coincid, ele fiind notate n continuare cu L = LCWL = Lpp [m] ( vezi Fig. 2.1.).

Figura 2.1. Dimensiunile principale ale navei

Lungimea L se determin n funcie de DW cu urmtoarea relaie:

; Rezult L = 190.2 mObservaii : 1. Deadweight-ul DW este n acest caz un aa numit deadweight echivalent (DW 19256 t.d.w.).

2. Lungimea poate varia n limitele sus-menionate pentru ncadrarea n gama de viteze (criteriul Froudenotat Fn) i pentru verificarea deplasamentului.

3. Se recomand alegerea lungimii navei L [m] valoare ntreag (fr zecimale).

Se alege L = 191 m2.1.2. Calculul limii navei Bn general, se folosete o singur lime a navei i anume cea de la cuplul maestru B. Limea B este distana msurat la cuplul maestru, pe plutirea de plin ncrcare, ntre punctele de intersecie ale acesteia cu liniile teoretice ale bordajelor (vezi Fig. 2.1.). Pentru determinarea limii B se folosete relaia:

; Rezult B = 30.10 m

Observaii:1. n formule, lungimea L se ia n metri.

2. Se recomand alegerea limii B [m] valoare ntreag.

Se alege B = 30 m2.1.3. Calculul pescajului navei T "

Pescajul T este distana de la planul de baz P.B. la plutirea de plin ncrcare C.W.L., msurat la cuplul maestru (vezi Fig. 2.1.). Pescajul se determin cu relaia:

; Rezult T = 11 mSe alege T = 11 mOrientativ, raportul B / T trebuie s fie situat n limitele: B / T = 2,2 ..2,85

Rezult B / T = 2,11 (valoare relativ sczut care poate implica o stabilitate insuficient)Observaii: 1. Limea B se ia n metri.

2. Gama de valori este expresia necesitii ajustrii dimensiunilor pentru verificarea deplasamentului i a stabilitii iniiale.

2.1.4. Calculul nlimii de construcie H

nlimea de construcie H este distana ntre planul de baz P.B. i linia punii n bord, msurat n planul cuplului maestru (vezi Fig. 2.1.). Relaia de definiie pentru nlimea de construcie este:

H = T + F[m], unde:

T este pescajul navei, n metri, calculat la 2.1.3.

F este bordul liber, n metri, care se calculeaz cu urmtoarea relaie empiric:

;

Rezult F = 3413.26 mm = 3.413 m i H = 14.413 m.Bordul liber F este distana, msurat n planul cuplului maestru, de la linia de plutire la intersecia punii cu bordajul sau mai este definit ca diferena dintre nlimea de construcie i pescajul navei. El caracterizeaz rezerva de flotabilitate a navei. n relaia de mai sus, lungimea se ia n metri iar rezultatul va fi n mm. Dac nlimea de construcie rezultat din calculul anterior respect inegalitatea: H > L/ 15 = 12,68 atunci bordului liber F i se adaug urmtoarea corecie:

n care:

Rezult F = 433.07 mm = 0.433 m

Deci pentru cazul H > L/15, nlimea de construcie corectat devine:Hcorectat = H = T + (F + (F) [m] Rezult n final Hcorectat = H = 14.846 mnlimea de construcie H este folosit pentru a determina volumul total al corpului navei i bordul liber, fiind din punct de vedere geometric n strns legtur cu pescajul T. Aceast dimensiune este legat i de rezistena longitudinal a navei, societile de clasificare impunnd restricii asupra gamei de valori ale raportului L / H (de exemplu Germanischer Lloyd specific gama de valori L / H = 10 16).

2.2. Calculul coeficienilor de finee

Coeficienii de finee reprezint raportul adimensional al unei curbe nchise sau volumul unui corp i figura geometric regulat sau poliedrul regulat care-l ncadreaz. Coeficienii de finee ai unei nave sunt de dou feluri: de arie i de volum.

2.2.1. Calculul coeficientului bloc CBCoeficientul bloc este un coeficient de finee volumic i este definit ca raportul dintre volumul carenei, notat V sau ( i volumul paralelipipedului cu laturile L, B, T n care se nscrie carena navei.

Relaia de definiie este:

unde:

V = ( volumul carenei, n [m3] ;

L lungimea navei, n [m] ;

B limea navei, n [m] ;

T pescajul navei, n [m] .

Coeficientul bloc CB depinde de tipul navei i de viteza acesteia prin intermediul unui criteriu de similitudine (adimensional) i anume criteriul Froude ( Fn ) ce are expresia:

unde: vN viteza navei, n [m/s] ;

g acceleraia gravitaional, n [m/s2] ;

L lungimea navei, n [m] .

Dac folosim viteza navei n noduri [Nd], vom avea relaiile de transformare: 1 Nd = 1852 m/h = 1 Mm/h = 0,5144 m/s i deci:

unde: vN viteza navei n [Nd] ;

L lungimea navei n [m].

n faza iniial, coeficientul bloc nu poate fi determinat din relaia de definiie, nefiind cunoscut volumul carenei (. De aceea, pentru determinarea coeficientului bloc CB se folosete Diagrama 2.1. (Figura 2.2) n modul urmtor:

Fig. 2.2. Diagrama 2.1

Mod de lucru practic pentru determinarea lui CB: Se intr n diagram cu lungimea navei L calculat la 2.1.1. (pe ordonat) pe orizontal pn n zona haurat corespunztoare tipului de nav din tema de proiect (C.L., C.R., B.K., T.K.), rezultnd astfel gama de viteze;

Se alege o vitez vN din gama de viteze astfel determinat.

Rezult o gam de viteze de 16,50 25,00 Nd. Pentru o vitez aleas vN = 22,00 Nd, vom avea:

Cu numrul Froude astfel ales din diagram se calculeaz coeficientul bloc CB cu relaia:

Rezult CB = 0,623

Cu coeficientul bloc CB astfel determinat, volumul preliminar al carenei va fi:

( = CB ( L ( B ( T[m3]

Rezult ( = 37.440,04 m3

2.2.2. Calculul coeficientului plutirii de plin ncrcare CWPCoeficientul de plin ncrcare este un coeficient de finee de arie i este definit ca fiind raportul dintre aria suprafeei plutirii i aria dreptunghiului cu laturile L i B, n care se nscrie.


unde:

SCWL aria plutirii de plin ncrcare, n [m2]

L lungimea navei, n [m]

B limea navei, n [m]

Relaia de calcul, deoarece nu se cunoate SCWL, va fi o relaie empiric n funcie de coeficientul bloc CB , relaie ce are urmtoarea form: unde CB este calculat la punctul 2.2.1.

Rezult CWP = 0,7242.2.3. Calculul coeficientului prismatic vertical CVPCoeficientul prismatic vertical CVP este un coeficient de finee volumic ce reprezint raportul dintre volumul carenei ( i volumul prismei cu aria bazei SCWL i nlimea T , n care se nscrie carena navei.


unde:

( = V volumul carenei, n [m3]

SCWL aria plutirii de plin ncrcare, n [m2]

T pescajul navei, n [m]

Relaia de calcul pentru valoarea lui CVP este urmtoarea:

unde: CB - calculat la punctul 2.2.1.

CWP - calculat la punctul 2.2.2.

Rezult CVP = 0,8562.2.4. Alegerea coeficientului seciunii maestre CMCoeficientul seciunii maestre CM este un coeficient de finee de arie ce reprezint raportul dintre aria suprafeei imerse (( i aria dreptunghiului cu laturile B, T n care aceasta se nscrie. Relaia de definiie este:

unde:

aria seciunii imerse la cuplul maestru, n [m2]



ntruct la trasarea planului de forme se vor folosi carenele de referin ale Seriei 60 iar ajustarea deplasamentului se va face prin modificarea poriunii cilindrice (CM = ct.), se va alege n aceast faz o caren de referin din Tabelul 2.1. i anume carena cu CBi cel mai apropiat de CB calculat la punctul 2.2.1 (de preferat CBi ( CB).

Tabelul 2.1

CarenaIIIIIIIVV

CBi0,6(0,650,635(0,700,665(0,750,691(0,800,75(0,85

CMi0,9770,9820,9860,9900,994

Se alege Carena de referin I i deci CM = 0,9772.2.5. Calculul coeficientului cilindric (prismatic longitudinal) CPCoeficientul cilindric CP este un coeficient de finee volumic ce reprezint raportul dintre volumul carenei ( i volumul prismei cu aria bazei (( i nlimea L, n care se nscrie carena navei.


unde:

( = V volumul carenei, n [m3]

aria seciunii imerse la cuplul maestru, n [m2]


Relaia de calcul pentru valoarea lui CP este urmtoarea:

unde CB este calculat la punctul 2.2.1 iar CMi este ales la punctul 2.2.4 din Tabelul 2.1.

Rezult CP = 0,6372.3. Verificarea stabilitii iniialeEste necesar n aceast faz pentru a nu modifica ulterior un volum mare de date (desene, plan de forme, etc.) dac dimensiunile i coeficienii de finee alei iniial duc la o stabilitate insuficient. Se folosete relaia:

unde:

(h) nlime metacentric iniial [m];

(r) raza metacentric, n [m];

(zc) cota centrului de caren (notat C sau B), n [m];

(zG) cota centrului de greutate (notat G), n [m].Fig. 2.3 Componentele nlimii metacentrice

n aceast faz, mrimile sus-menionate se estimeaz cu relaiile empirice urmtoare:

2.3.1. Raza metacentric sau rRaza metacentric transversal sau r reprezint distana de la centrul de caren C0 la metacentrul transversal m (vezi Fig. 2.3).

[m]

[m]

[m]

unde:CWP coeficientul plutirii de plin ncrcare (vezi punctul 2.2.2)

CB coeficientul bloc (vezi punctul 2.2.1)



Se va alege valoarea minim obinut, adic r = min ( r1, r2, r3).

Rezult:

m

m

mSe alege m2.3.2. Cota centrului de caren sau zcCota centrului de caren sau zC reprezint distana de la fundul navei (msurat n planul diametral i notat cu K) la centrul de caren C0 ( vezi Fig. 2.3). Se calculeaz cu una din relaiile:

[m](relaia lui Normand)

[m] (relaia lui Vlasov)

[m] (relaia lui Pozdiunin)

[m] (relaia lui Wobig)

unde:CVP = coeficientul prismatic vertical (vezi punctul 2.2.3); CB - coeficientul bloc (vezi punctul 2.2.1); CWP - coeficientul plutirii de plin ncrcare iar T este pescajul navei [m]. Dup calculul celor patru valori, se va alege valoarea minim obinut: zC = min (zC1, zC2, zC3, zC4). Rezult:

m

m

m

mSe alege m2.3.3. Cota centrului de greutate sau

Cota centrului de greutate reprezint distana K dintre fundul navei (msurat n planul diametral) i centrul de greutate G (vezi Fig. 2.3). Relaia empiric de determinare a lui este:

unde:H nlimea de construcie [m];

( coeficient cu valorile: ( = 0,65 ( 0,72 pentru C.R.

Pentru ( = 0,70 rezult

m2.3.4. Calculul nlimii metacentrice sau hnlimea metacentric transversal iniial "" reprezint distana dintre metacentrul transversal m i centrul de greutate G:

unde , , sunt calculate anterior la punctele 2.3.1(2.3.3. Pentru cargourile lente, valorile lui sau h trebuie s se ncadreze n limitele:

h = 0,8 ( 1,2 [m]

Rezult h = - 0,907 m , o valoare total inacceptabil (vezi i observaia legat de raportul B/T de la 2.1.3.). Recalculnd pentru B'= B = 30,5 m avem h' = h = 0,527 m (valoare relativ sczut ns tipic pentru navele portcontainer).

2.4. Verificarea deplasamentuluiVerificarea deplasamentului este necesar n aceast faz pentru a vedea dac dimensiunile principale i coeficienii de finee alei sau calculai asigur realizarea deadweight-ului din tema de proiect n limite rezonabile. Deplasamentul masic, notat D sau (, reprezint mrimea masei totale a unei nave i se msoar n tone [ t ], deoarece n practic se obinuiete ca mrimea navei s fie exprimat prin intermediul masei. Deplasamentul are urmtoarele componente:

D = DC + DM + DW + (D

[tone]

unde: D deplasamentul navei, n [tone]

DC mrimea masei corpului metalic, n [tone]

DM mrimea masei mainilor i instalaiilor, n [tone]

DW deadweight- ul navei, n [tdw]

(D rezerva de deplasament, n [tone]

2.4.1. Deplasamentul navei D

[tone]

unde:( 1,025 pentru apa de mare, n [t/m3].

CB coeficientul bloc, adimensional




Rezult D = 44.679,177 tone2.4.2. Masa corpului metalic DC

DC este masa corpului metalic, amenajrilor, dotrilor, fr marf, rezerve lichide sau solide, maini i instalaii aferente. Metodele de determinare preliminar ale lui DC se bazeaz pe relaii empirice de forma:

[tone]

unde:L lungimea navei, n [m]


H nlimea de construcie, n [m]

pC coeficient [tone/m3] cu valorile: pC = 0,165 ( 0,190 pentru C.R, C.L.

Adoptnd pentru pC valoarea de 0,166 tone/m3, rezult DC = 15.492,273 tone2.4.3. Masa mainilor i instalaiilor aferente DM

Cu toate c determinarea masei mainii de propulsie i a instalaiilor aferente funcie de cea a unui motor principal de propulsie cunoscut reprezint o metod cu un grad sczut de precizie, ea ofer totui rezultate suficient de bune pentru faza de proiectare preliminar (dac exist suficiente date disponibile). n lipsa unor astfel de date i specificaii tehnice date de productor, se apeleaz frecvent la relaii empirice de forma:

DM = pm ( PE

[tone]

unde:PE puterea efectiv, n [CP]

pm coeficient [tone / CP], cu valori n gama: pm = 0,04 ( 0,10.

PE se calculeaz cu relaia:

[CP]

unde: vN viteza navei, n [Nd]

CM coeficientul seciunii maestre, adimensional

B, T limea respectiv pescajul navei, n [m]

m3 coeficient ce se determin funcie de numrul Froude astfel:

pentru Fn = 0,13 ( 0,23:

m3 = 160(Fn + 13,2

pentru Fn = 0,23 ( 0,30:

m3 = 785,7(Fn 130,7

Rezult o putere PE = 50.453,373 CP i adoptnd un coeficient pm = 0,045 tone / CP vom avea DM = 2.270,401 tone2.4.4. Deadweight-ul DW

Este dat n tema de proiectare (deadweight-ul echivalent DW = 27.000 t.d.w.) i reprezint capacitatea de ncrcare a navei.

2.4.5. Rezerva de deplasament (D

(D = D DC DM DW

Gama valorilor admisibile pentru rezerva de deplasament este:

(D = (0,5(1,0%) D

Rezult (D = - 83,497 tone (-0,18 % D), valoare inacceptabil (dimensiunile sunt cu puin prea mici pentru deadweight-ul respectiv). Recalculnd pentru valorile B' = 30,622 m i T ' = 12,50 m, rezult o rezerv de deplasament (D = 457,872 tone (1,0125 % D valoare acceptabil de aceast dat). Prin urmare, au rezultat urmtoarele valori finale ale caracteristicilor geometrice i mecanice pentru nava de proiectat:

Lungime la plutire:

L = 185,00 mLime la plutire:

B = 30,60 mPescaj:

T = 12,50 mBord liber:

F = 4,140 mnlime de construcie:

H = 16,64 mCoeficient bloc:

CB = 0,623Coeficient arie CWL:

CWP = 0,724Coeficient cilindric:

CP = 0,637Coeficient arie maestr:

CM = 0,977Coeficient prismatic vertical: CVP = 0,859Volum caren:

( = 44.085,037 m3Deplasament masic:

D = 45.187,163 toneVitez de mar:

vN = 22,00 Nd.2.5. Stabilirea configuraiei arhitecturale a navei de proiectatValoarea capacitii de ncrcare (2.000 T.E.U.) dei substanial ca valoare n urm cu doar un deceniu este, dup standardele actuale, relativ modest, caracteriznd mai degrab un portcontainer de tip FEEDER (din categoria Premium totui Figura 2.4). Motivul este evoluia spectaculoas a necesarului de transport n acest sistem multimodal, consecina fiind creterea accentuat a capacitii de transport per unitate a navelor implicate (existnd deja proiecte de 18.000 20.000 T.E.U.)

Fig. 2.4. Portcontainer avnd capacitatea la limita FEEDER / portcontainer de linieLa o asemenea capacitate i n contextul unei infrastructuri portuare adecvate, se pot gndi ns nave care, dei mai modeste ca dimensiuni, s aib o configuraie arhitectural i caracteristici operaionale asemntoare navelor mai mari de tip portcontainer de linie. Este vorba aici n primul rnd de absena instalaiei proprii de ncrcate / descrcare, aceasta nemaifiind necesar n contextul mai sus menionat, ne mai vorbind de greutatea astfel realocat mrfii, chestiune important avnd n vedere dimensiunile relativ modeste ale acestor nave. Containerele sunt transportate att n magazii cu structur celular ct i pe capacele gurilor de magazie, capacele de tip ponton fiind manevrate (de pe nav pe cheu i invers) cu aceleai utilaje ca i containerele (dispozitiv de tip spreader). Rata maxim de stivuire pe vertical fiind de 7 containere suprapuse, valoarea nlimii astfel rezultate mpreun cu cerinele de vizibilitate n faa etravei (1,5 L sau 500 m valoarea minim) determinnd i numrul de etaje al castelului, comanda de navigaie fiind situat la ultimul nivel.

Organizarea mrfii este tipic pe coloane verticale duble ( bay-uri ) de containere de 20' (sau echivalent coloane simple de containere de 40'), organizare ce este continu de la nivelul dublului fund din magazii pn la ultimul nivel al containerelor de pe capace. Structura magaziilor este de tip celular (coc dubl, magazii cu ghidaje verticale la pereii transversali i cu trepte de dimensiunea unui container n zonele cu forme fine de la extremiti. Din acelai motiv (formele fine mai ales ctre pupa), compartimentul de maini mpreun cu castelul situat deasupra este deplasat ctre treimea pupa, spaiul disponibil n acest caz nepermind amplasarea uzual a acestuia la pupa navei. Ca o consecin direct a acestui fapt, linia de arbori a acestui tip de nave este mai lung decd de obicei, chestiune nefavorabil din mai multe puncte de vedere (mai ales din acela al vibraiilor i prin urmare a complicaiilor constructive i de aliniere a liniei de arbori n ideea reducerii amplitudinii acestora.

Prin urmare, nava de proiectat (Figura 2.5) urmrete aceste considerente, fiind lipsit astfel de instalaiea proprie de ncrcare / descrcare, considerat inutil pe anumite trasee de navigaie ntre porturi cu dotri adecvate n aceast direcie. Structura magaziilor este de asemenea tipic (3 bay-uri de 40' n pupa castelului i 9 bay-uri de 40' + 1 bay de 20' la prova, nlimea maxim a stivei fiind de 7 containere. Propulsia este asigurat de un motor Diesel lent cuplat direct cu propulsorul (elice cu pale fixe), amplasarea acestuia la treimea pupa (castelul de deasupra avnd 7 nivele + comanda de navigaie) implicnd existena unui tunel de arbori relativ scurt pe dedesubtul prii centrale a magaziei din pupa.

Fig. 2.5. Nava de proiectat (plan general)PAGE

_1400791531.unknown

_1434704728.unknown

_1434706274.unknown

_1434706524.unknown

_1434706552.unknown

_1434706577.unknown

_1434706615.unknown

_1434706539.unknown

_1434706297.unknown

_1434706234.unknown

_1434706252.unknown

_1434705525.unknown

_1400792055.unknown

_1402567293.unknown

_1402567467.unknown

_1402568000.unknown

_1400792264.unknown

_1400791776.unknown

_1400792007.unknown

_1400791572.unknown

_1148277630.unknown

_1148727232.unknown

_1148728979.unknown

_1148971445.unknown

_1148977893.unknown

_1148729023.unknown

_1148727246.unknown

_1148286278.unknown

_1148289606.unknown

_1148279482.unknown

_1148282465.unknown

_1148278430.unknown

_1148147502.unknown

_1148233661.unknown

_1148277064.unknown

_1148232338.unknown

_1148147226.unknown

determinarea caracteristicilor navei. mers de calcul

Documents