indrumar proiectare ancora

19
CALCULUL INSTALAȚIEI DE ANCORARE INSTALAȚIA DE ANCORARE PROVA Instalația de ancorare prova este amplasată pe puntea teugă în extremitatea prova și se compune din: două cabestane de ancoră și de manevră; trei ancore din care două principale și una de manevră; două declanșatoare de lanț amplasate în corespondența puțurilor de lanț pe puntea principală și acționate de pe puntea teugă de la o roată de manevră; două lanțuri de ancoră din oțel de rezistență mărită; două nări de ancoră de ancoră din table roluite și sudate pe generatoare având la intersecția cu nișa nării de bord din oțel turnat; două nișe de ancoră în borduri pentru așezarea și păstrarea ancorelor la post în marș; două nări de lanț din table roluite și sudate pe generatoare având extremitatea din puț un troncon din tablă roluită pentru ghidare; două stope cu rolă și cuțit în construcție sudată; două dispozitive de boțare a lanțului din parâmă; două capete de furtună amplasate în erxtremitate de pe puntea teugă a nării de ancoră. DIMENSIONAREA INSTALAȚIEI CONFORM NORMELOR DE REGISTRU Stabilirea caracteristicii de dotare a navei și stabilirea caracteristicilor ancorii și lanțului: =∆ 23 + 2 ∙ ℎ + 0, 1 (0. 1) unde: - deplasamentul volumetric la pescajul corespunzător liniei de încărcare de vară [ 3 ] B- lățimea navei []; h -înălțimea de la linia de încărcare de vară până la fața superioară a învelișului punții celui mai înalt ruf[];

Upload: nica-cristian

Post on 22-Dec-2015

116 views

Category:

Documents


2 download

DESCRIPTION

Proiecate ancora, indrumar

TRANSCRIPT

CALCULUL INSTALAȚIEI DE ANCORARE

INSTALAȚIA DE ANCORARE PROVA

Instalația de ancorare prova este amplasată pe puntea teugă în extremitatea prova și se

compune din:

două cabestane de ancoră și de manevră;

trei ancore din care două principale și una de manevră;

două declanșatoare de lanț amplasate în corespondența puțurilor de lanț pe puntea

principală și acționate de pe puntea teugă de la o roată de manevră;

două lanțuri de ancoră din oțel de rezistență mărită;

două nări de ancoră de ancoră din table roluite și sudate pe generatoare având la

intersecția cu nișa nării de bord din oțel turnat;

două nișe de ancoră în borduri pentru așezarea și păstrarea ancorelor la post în marș;

două nări de lanț din table roluite și sudate pe generatoare având extremitatea din puț

un troncon din tablă roluită pentru ghidare;

două stope cu rolă și cuțit în construcție sudată;

două dispozitive de boțare a lanțului din parâmă;

două capete de furtună amplasate în erxtremitate de pe puntea teugă a nării de ancoră.

DIMENSIONAREA INSTALAȚIEI CONFORM NORMELOR DE

REGISTRU

Stabilirea caracteristicii de dotare a navei 𝑁𝑎 și stabilirea caracteristicilor ancorii și

lanțului:

𝑁𝑎 = ∆2 3⁄ + 2𝐵 ∙ ℎ + 0, 1𝐴 (0. 1)

unde:

∆ - deplasamentul volumetric la pescajul corespunzător liniei de încărcare de vară [𝑚3]

B- lățimea navei [𝑚];

h -înălțimea de la linia de încărcare de vară până la fața superioară a învelișului punții

celui mai înalt ruf[𝑚];

A – suprafața velică în limitele lungimii navei L,considerată de la linia de încărcare de

vară [𝑚2].

Obs.1 Se prezinta un exemplu de vedere laterala a navei, nu este cea considerata pentru

calcul!

Obs.2 Fiecare student va introduce o vedere laterala cu nava pe care o are ca tema la

proiectul de diploma!

În cazul de față:

𝐿𝑚𝑎𝑥 =128,4 m T = 6,56 m 𝑐𝐵=0,65

B=20,5 m h = 8,94 m A=688, 738 m²

∆=T∙ 𝐵 ∙ 𝐿𝑚𝑎𝑥 ∙ 𝑐𝐵 =1. 122× 104 m³ (0.2)

𝑁𝑎 = ∆2 3⁄ + 2𝐵 ∙ ℎ + 0, 1𝐴 → 𝑁𝑎=936, 706 (0. 3)

Se îndeplinește condiția910< 𝑁𝑎 <980 deci din tabelul din Anexa 3 vom extrage datele:

numărul de ancore – 3;

aleg ancore de tip Hall a câte2850 kg fiecare;

lungimea totală a două lanțuri,unul de 11 chei și altul de 7 chei,de 495 m:

𝐿11 = 302, 5 𝑚 𝐿7 = 192, 5 𝑚

calibre disponibile

𝐶𝑡𝑖𝑝1 =54 mm 𝐶𝑡𝑖𝑝2 = 48 mm𝐶𝑡𝑖𝑝3 =42 mm

Aleg lanțul de 𝐶𝑡𝑖𝑝2 = 48 mm

În funcție de toate caracteristicilemecanicde ale oțelurilor din care se execută lanțurile de

ancoră, acestea sunt de trei tipuri corespunzătoare a trei categorii de oțeluri:

tip 1 – oțel de categorie 1 cu Rm=305 N/mm²;

tip 2 - oțel de categorie 2 cu Rm=490 N/mm²;

tip 3 - oțel de categorie 3 cu Rm=690 N/mm².

în care Rm reprezintă rezistența la rupere a materialului.

Lanțurile de ancoră se alcătuiesc din chei de lanț. Cheile sunt îmbinate între ele cu

ajutorul zalelor de împreunare (Kenter).

După poziția pe care o ocupă în lanț,cheile de lanț se împart în:

cheie de lanț de ancoră, care se prinde de ancoră;

chei de lanț intermediare;

cheie de lanț de capăt, care se fixează la dispozitivul de declanșare a lanțului.

Cheile de lanț intermediare au lungimea cuprinsă între 25 m și 27,5 m,numărul zalelor fiind

întotdeauna par.

CALCULUL PARAMETRILOR NECESARI ȘI ALEGEREA

MOTORULUI DE ACȚIONARE

Alegerea motorului electric corespunzător unei anumite acționări se face luând în

considerare un număr însemnat de criterii. În primul rând trebuie ales felul curentului, continuu

sau alternativ, apoi tensiunea, eventual frecvențele, puterea și tipul constructiv al motorului.

Alegerea puterii motorului de acționare a unui mecanism naval se face considerând

cunoscută variația de timp a cuplului de sarcină 𝑀𝑠 = 𝑓 (𝑡)amecanismului respectiv. Alegerea

corectă a puterii motoarelor electrice are mare importanță, atât din punct de vedere al funcționării

și utilizării acestora, cât și din cel al pierderilor de energie în rețeaua de alimentare.

Subdimensionarea motoarelor electrice determină supraîncălzirea și deteriorarea rapidă a

izolațiilor. În același timp, cuplul de pornire și capacitatea de supraîncărcare devin mai mici și

conduc la reducerea productivității mașinilor de lucru, mai ales al acelora care necesită porniri

frecvente.

Supradimensionarea motoarelor crește inutil cheltuielile de investiție, reduce randamentul

și în cazul motoarelor asincrone și factorul de putere.

În cele mai multe cazuri, puterea motorului electric se alege ținându-se seama de

încălzirea lui și apoi se verifică la suprasarcină. Sunt însă cazuri, mai ales în acționările electrice

navale în care motorul electric se alege pe baza puterii de vârf și se verifică ca încălzirea să nu

depășească limita impusă în regim permanent.

Navele electrificate în curent alternativ folosesc pentru acționarea mecanismelor de

ancorare motoarele asincrone.

Motoarele asincrone cu rotorul în scurtcircuit cu mai multe viteze cunosc o largă

răspândire în acționarea mecanismelor de ancoră deoarece sunt simple, rezistente și ușor de

exploatat. astfel de motoare se folosesc în prezent pentru puteri până la 85 kW și au de regulă trei

viteze corespunzători numărului de poli 2p=4/8/16. Viteza medie 2p=8 corespunde caracteristicii

mecanice naturale și realizează învingerea cuplurilor de sarcină mari pe timpul tragerii navei pe

lanț și smulgerii ancorei sau pentru tragerea parâmelor delegare când sarcina are valori mari.

viteza mică,2p=16,este utilizată, de regulă, pentru tragerea ancorei în nară.

Pentru puteri mici ale instalației de ancorare sau manevră se folosesc și motoare

asincrone în scurtcircuit cu două viteze. De regulă,se recomandă să se folosească motoare

asincronecu rotorul în scurtcircuit cu două viteze, pentru puteri ale instalației în limitele 2-10 kW

și motoare asincrone cu rotor în scurtcircuit cu trei viteze pentru puteri în limitele 10-60 kW și în

unele cazuri până la 85 kW.

Calculul forței nominale de tracțiune în lanț la barbotină

Puterea motorului de acționare a mecanismului de ancorare trebuie să asigure tragerea

neîntreruptă timp de 30 de minute a unui lanț de ancoră împreună cu ancora cu forța de ținere

normală, cu o viteză de cel puțin 9m/min și cu o forță de tracțiune la barbotină 𝑃1 cel puțin egală

cu cea determinată cu formula:

𝑃1 = 9, 8 ∙ 𝑎 ∙ 𝑑2 (0. 4)

unde:

a = 3, 75 pentru lanțuri de categ. 1;

a = 4, 25 pentru lanțuri de categ. 2;

a = 4, 75 pentru lanțuri de categ. 3;

d = diametrul (calibrul) lanțului în [𝑚𝑚].

În cazul de față:

a = 4, 25

d = 48mm

𝑃1 = 9, 8 ∙ 𝑎 ∙ 𝑑2 → 𝑃1 = 9596 × 104N (0. 5)

Viteza de virare a lanțului de ancorăse măsoară pe lungimea a două chei de lanț începând

din momentul în care trei chei de lanț sunt complet scufundate în apă.

La apropierea ancorei de navă, viteza de virare trebuie să fie cel mult de 10 m/ min.Se

recomandă ca viteza de intrare a ancorei în navă să fiede 7 m/ min.

Pentru desprinderea ancorei de fund, mecanismul de acționare al instalației trebuie să

asigure timp de 2 minute crearea în lanț,pe o barbotină a unei ancore, a forței de tracțiune de cel

puțin 1, 5𝑃1.

Barbotinele trebuie să aibă cel puțin 5 locașuri pentru zale. La barbotinele vinciurilor,

unghiul de înfășurare al lanțului trebuie să fie de cel puțin 115°,iar barbotinele cabestanelor de

cel puțin 150°.

Dacă sistemul de acționare poate dezvolta un moment ce creează o forță în lanț mai mare

de 0, 5 din sarcina de probă a lanțului de ancoră, trebuie să se prevadă o protecție la depășirea

sarcinii arătate, montată între sistemul de acționare și mecanism.

Dacă se prevede comanda de la distanță a operației de filare a lanțului de ancoră, atunci

c6nd mecanismul este decuplat de barbotină, trebuie să se prevadă un dispozitiv care să asigure

frânarea automată a frânei de bandă, astfel încât viteza maximă de filare a lanțului să nu

depășească 180 m/min, iar viteza minimă să nu fie mai mică de 80 m/min.

Frânarea barbotinei mecanismului de ancorare trebuie să asigure oprirea lanțului de

ancoră în cazul filării line în cel mult 5 secunde și cel puțin 2 secunde din momentul apariției

comenzii de frânare.

La postul de comandă de la distanță trebuie să se prevadă un contor al lungimii lanțului

de ancoră filat și un indicator de viteză a filării lanțului cu marcarea vitezei limită admisibilă de

180 m/min.

Mecanismele și părțile componente pentru care se prevede comanda de la distanță trebuie

să aibă o comandă locală manuală.

Mecanismele de ancorare destinate și pentru îndeplinirea operațiilor de manevră, trebuie

să satisfacă și cerințele pentru vinciuri și cabestane de manevră.

Calculul cuplului nominal la axul electromotorului se realizează cu

relația:

𝑀𝑛𝑒𝑐 =𝑀𝑠𝑀𝐴𝑋

𝜆[𝑁 ∙ 𝑚] (0. 6)

în care λ = 2 este coeficientul de suprasarcină, iar𝑀𝑠𝑀𝐴𝑋 este cuplu de sarcină maxim.

Solicitarea maximă a motorului poate să apară în următoarele situații:

a) la smulgerea ancorei de pe fundul apei, caz în care 𝑀𝑠𝑀𝐴𝑋 = 𝑀𝑆𝑀 =

𝑀𝐼𝐼𝐼;cuplul necesar smulgerii ancorei de pe fundul apei calculându-se cu

relația:

𝑀𝑆𝑀 =𝐹𝑆𝑀 ∙ 𝑅𝑏

𝜂𝑖 ∙ 𝜂𝑛𝑎𝑟𝑎 ∙ 𝑖[𝑁 ∙ 𝑚] (0. 7)

în care:

𝑅𝑏 este raza barbotinei [𝑚]; barbotinele au de regulă pe circumferință 5 locașuri pentru

lanț, iar pasul lanțului sau lungimea unei verigi este de 8d. De aici rezultă că:

𝑅𝑏 = 13, 7 ∙𝑑

2 ∙ 1000= 0, 329 [𝑚] (0. 8)

𝜂𝑖 = 0, 72 - randamentul transmisiei mecanice;

𝜂𝑛𝑎𝑟𝑎 = 0, 7 - randamentul narei de ancoră;

𝑖 = 170 - raportul de transmisie al vinciului de ancoră;

𝐹𝑠𝑚 - forța necesară smulgerii ancorei de epe fundul apei, care se calculează cu formula

empirică:

𝐹𝑠𝑚 = 𝑞 ∙ 𝐻 + 𝑘𝑎 ∙ 𝑄[𝑁] (0. 9)

unde:

𝑘𝑎 = 3, 5 - coeficientul de ținere al ancorei

q=0, 215 d²→ 𝑞 = 495, 36 [𝑁 𝑚⁄ ]- greutatea liniară a unui metru de lanț în aer;

H=100[𝑚]- adâncimea în locul de staționare;

Q – greutatea ancorei în aer:

𝑄 = 𝑀𝑎𝑛𝑐 ∙ 𝑔 = 2850𝑥9, 81 = 27960 [𝑁] (0. 10)

Deci :

𝐹𝑠𝑚 = 1. 474 × 105[𝑁] (0. 11)

𝑀𝑆𝑀 = 565. 617 [𝑁 ∙ 𝑚] (0. 12)

La virarea (ridicarea) ancorei de la o adâncime egală cu lungimea totală a lanțului,în care

caz :

𝑀𝑆 𝑀𝐴𝑋 = 𝑀𝐿 =(𝑄 + 𝑞 ∙ 𝐿)𝑅𝑏

𝜂𝑖 ∙ 𝜂𝑛𝑎𝑟𝑎 ∙ 𝑖[𝑁 ∙ 𝑚] (0. 13)

undeL= 495[𝑚] este lungimea totală a lanțului de ancoră:

𝑀𝐿 = 1. 048 × 103[𝑁 ∙ 𝑚] (0. 14)

La ridicarea simultană a două ancore suspendate liber, de la jumătatea adâncimii

convenționale a apei, în care caz:

𝑀𝑆 𝑀𝐴𝑋 = 𝑀𝑎 =2(𝑄 + 𝑞 ∙ 𝐻)𝑅𝑏

𝜂𝑖 ∙ 𝜂𝑛𝑎𝑟𝑎 ∙ 𝑖= 594. 776 [𝑁 ∙ 𝑚] (0. 15)

Din relația :

𝑀𝑛𝑒𝑐 =𝑀𝑠𝑀𝐴𝑋

𝜆=

𝑀𝐿

𝜆= 524. 134 [𝑁 ∙ 𝑚] (0. 16)

Turația electromotorului în rot/min necesară pentru a asigura viteza

nominală de 9 m/min la ridicarea lanțului de ancoră se calculează cu

formula:

𝑛𝑛𝑒𝑐 = 𝑛𝑚𝑒𝑑 ∙ 𝜓[𝑟𝑜𝑡/𝑚𝑖𝑛] (0. 17)

în care

𝑛𝑚𝑒𝑑 = 0, 16𝑖 ∙ 𝑣𝑛

𝑅𝑏

[𝑟𝑜𝑡/𝑚𝑖𝑛] (0. 18)

𝑣𝑛 = 9[𝑚 𝑚𝑖𝑛⁄ ] -viteză medie impusă de virare a ancorei

Ψ = 1−𝑠𝑛 (0. 19)

𝑠𝑛- valoarea estimată a alunecării nominale după catalogul din care se alege motorul

electric.

Considerăm𝑠𝑛 = 0, 1 și va rezultaΨ=0, 9,𝑛𝑚𝑒𝑑 = 744. 526 [𝑟𝑜𝑡/𝑚𝑖𝑛],

𝑛𝑛𝑒𝑐 = 744. 526 × 0, 9 = 670. 073 [𝑟𝑜𝑡/𝑚𝑖𝑛] (0. 20)

Puterea electromotorului înkW necesară pentru ridicarea ancorei cu

viteza și sarcina nominală:

𝑃𝑛𝑒𝑐 = 𝑀𝑛𝑒𝑐 ∙ 2 ∙ 𝜋 ∙𝑛𝑛𝑒𝑐

1000 ∙ 60= 36. 778 [𝑘𝑊] (0. 21)

Calculul forței de frânare la barbotină pentru menținerea frânată a

axului electromotorului în cazul dispariției tensiunii de alimentare:

𝐹𝐹𝐸 = 𝑘 ∙ 𝑃1 (0. 22)

unde k= 1, 3 (mecanism cu viteză normală);

Valoarea forței de frânare este de

𝐹𝐹𝐸𝑐𝑎𝑙𝑐 = 1. 248 × 105[𝑁] (0. 23)

Cuplul necesar al frânei electromagnetice la axul electromotorului:

𝑀𝐹𝐸𝑐𝑎𝑙𝑐 =𝐹𝐹𝐸∙𝐷𝑏

2∙𝑖∙𝜂𝑖 = 335. 113[𝑁 ∙ 𝑚] (0. 24)

Alegerea electromotorului se face,pe baza datelor obținute, din

catalogul fabricii constructoare.

La alegerea lor se au în vedere următoarele cerințe:

a) Cuplul nominal al motorului pentru regimul de scurtă durată, 30 minute, la

turația de bază, trebuie să fie mai mare decât cuplul nominal calculat:

𝑀𝑛 ≥ 𝑀𝑛𝑐𝑎𝑙𝑐 (0. 25)

b) Cuplul de pornire al electromotorului pentru turația de bază trebuie să fie:

𝑀𝑝 ≥ 2 ∙ 𝑀𝑝𝑐𝑎𝑙𝑐 (0. 26)

c) Cuplul frânei electromagnetice:

𝑀𝐹𝐸 ≥ 𝑀𝐹𝐸𝑐𝑎𝑙𝑐 (0. 27)

Ținând seama de cerințele de mai sus aleg motorul ASFN-225M-16/8/4 (din

ʺAcționarea electrică a mecanismelor navaleʺ de D. NANU, Editura Muntenia Constanța

1999, pagina 53, Tabelulul 2. 10) care are principalele caracteristici:

Tabelul0.0.1

Nr.

poli

Putere

nominală

[𝑘𝑊]

Turația

sincronă

[𝑟𝑜𝑡/𝑚𝑖𝑛]

Serviciul

nominal

𝑀𝑝

𝑀𝑛

𝐼𝑝

𝐼𝑛

Turația

[𝑟𝑜𝑡/𝑚𝑖𝑛]

Frâna

𝑀𝑓𝑚𝑎𝑥

[𝑁𝑚]

Masa

[𝑘𝑔]

16 8 375 S2-5min 1. 5-3 4 325

800 900 8 16 750 S2-30min 1. 5-3 6 690

4 16 1500 S2-10min 1. 4-2 6 1380

VERIFICAREA ELECTROMOTORULUI LA ÎNCĂLZIRE

Calculul forțelor ce acționează în lanțul de ancoră pe timpul staționării

navei

În timpul staționării navei la ancoră, asupra ei acționează forțe exterioare ca:forța vântului

și a curentului, a căror rezultantă este pe o direcție orizontală. Nava stă la ancoră nemișcată

atunci când rezultanta forțelor exterioare aplicată navei este echilibrată de forțele interioare,

datorate greutății lanțului și ancorei.

Pentru dimensionarea instalației trebuie să calculăm forțele ce solicită elementele

componente ale instalației de ancorare.

Rezultanta acestor forțe o vom nota cu 𝐹𝑒𝑥𝑡. Forțele exterioare care acționează asupra

navei au diverse origini, evidențiindu-se cantitativ doar cele produse de interacțiunea curentului

marin, 𝐹𝑐 ,și a vântului, 𝐹𝑣.

Se poate scrie că:

𝐹𝑒𝑥𝑡 = 𝐹𝑐 + 𝐹𝑣[𝑁] (0.28)

unde:

𝐹𝑐 = 0, 5 (𝑘𝑘 ∙ 𝜉𝑓 + ∆𝜉𝑓) 𝑆𝑢𝑑 ∙ 𝜌𝑎𝑝ă ∙ 𝑣𝛴2[𝑁] (0.29)

𝐹𝑣 = 𝑘𝑣 ∙ 𝐴 ∙ 𝑣𝑣2[𝑁] (0.30)

în care:

𝜌𝑎𝑝ă = 1025 - densitatea apei de mare în zona de țărm a Mării Negre[𝑘𝑔 𝑚³⁄ ]

𝑘𝑘 - coeficient de corecție pentru influența curburii corpului.

În Tabelul0.2de mai jos sunt date valorile coeficientului𝑘𝑘 în funcție de raportul dintre

lungimea și lățimea navei.

Tabelul0.2

𝑳 𝑩⁄ 6. 0 8. 0 10 12

𝒌𝒌 1, 04 1, 03 1, 02 1, 01

𝜉𝑓 = (1, 14 ÷ 3, 84) ∗ 10−3- coeficient de frecare a apei de carenă;

∆𝜉𝑓 = (0, 7 ÷ 1, 2) ∗ 10−3- majorarea coeficientului de frecare datorată prezenței

asperităților pe corpul navei;

𝑆𝑢𝑑 - suprafața udată a carenei[𝑚²];

𝑣𝛴 = 𝑣𝑐 + 𝑣𝑡 (0.31)

𝑣𝑐 = 1 ÷ 3 - viteza curentului marin [𝑚 𝑠⁄ ];

𝑣𝑡 = 0, 1 ÷ 0, 3 - viteza navei la tragerea ei pe lanț [𝑚 𝑠⁄ ];

𝑘𝑣 = 0, 24 ÷ 0, 61 - coeficient de presiune al vîntului[𝑁 ∙ 𝑠2 𝑚4⁄ ];

𝐴 - suprafața velică a navei [𝑚²];

𝑣𝑣 = 4 ÷ 12 - viteza vântului, corespunzătoare a (3÷6) grade Beaufort[𝑚 𝑠⁄ ].

În cazul de față:

𝜌𝑎𝑝ă = 1025 ∙ 103 ∆𝜉𝑓 = 0. 95 ∙ 10−3

B = 20, 5 m T = 6, 56 m

𝜉𝑓 = 2, 5 ∙ 10−3 𝐿𝑚𝑎𝑥 = 128, 4m

𝑘𝑘 = 1, 038 𝐿𝑚𝑎𝑥 𝐵⁄ = 6, 263

𝛿 = 0, 75 ÷ 0, 85 = 0,8- un coeficient care ține seama de forma corpului navei;

𝑆𝑢𝑑 = 𝐿𝑚𝑎𝑥 ∙ (𝛿 ∙ 𝐵 + 1, 7 ∙ 𝑇) = 3. 538 × 103[𝑚²] (0.32)

𝑣𝑐 = 2 [𝑚 𝑠⁄ ] 𝑣𝑡 = 0, 2[𝑚 𝑠⁄ ]

𝑣𝛴 = 2, 2[𝑚 𝑠⁄ ]

𝐹𝑐 = 0, 5 (𝑘𝑘 ∙ 𝜉𝑓 + ∆𝜉𝑓)𝑆𝑢𝑑 ∙ 𝜌𝑎𝑝ă ∙ 𝑣𝛴2 → 𝐹𝑐 = 3. 111 × 104[𝑁] (0.33)

𝐴 = 688. 738 𝑚²

𝑣𝑣 = 8 [𝑚 𝑠⁄ ]

𝑘𝑣 = 0, 43 (0.)

𝐹𝑣 = 𝑘𝑣 ∙ 𝐴 ∙ 𝑣𝑣2 → 𝐹𝑣 = 1. 895 × 104[𝑁] (0.34)

𝐹𝑒𝑥𝑡 = 𝐹𝑐 + 𝐹𝑣 → 𝐹𝑒𝑥𝑡 = 5. 006 × 104[𝑁] (0.35)

Lungimea lanțului de ancoră liber suspendat în apă:

l =√2∙ℎ∙𝐹𝑒𝑥𝑡

𝑞∙0,87+ ℎ2[𝑚] (0.36)

unde: h = 100 m – adâncimea de ancorare;

q – greutatea unui metru liniar de lanț în aer[𝑁 𝑚⁄ ];

g = 9, 81 – accelerația gravitațională [𝑚 𝑠2⁄ ].

Lungimea părții de lanț care este așezată liber pe fund:

𝑙1 = 𝐿𝑙𝑎𝑛ț − 𝑙[𝑚] (0.37)

În cazul de față:

l=182, 298 m

𝑛𝑐ℎ𝑒𝑖 = 9 - nr. de chei de lanț

𝐿𝑙𝑎𝑛ț = 𝑛𝑐ℎ𝑒𝑖 × 27, 5 → 𝐿𝑙𝑎𝑛ț = 247, 5 𝑚

𝑙1 = 𝐿𝑙𝑎𝑛ț − 𝑙 → 𝑙1 = 65, 202 𝑚

(0.38)

Calculul forțelor ce acționează în lanțul de ancoră, la barbotină pe

timpulridicării ancorei

În Figura 0.1sunt prezentate pozițiile succesive ale navei și lanțului de ancoră pe timpul

ridicării ancorei.

Pentru ridicarea ancorei,în mod normal,se execută următoarele operațiuni:

a) Tragerea navei pe lanț cu forță de tracțiune constantă

Pe durata acestei operațiuni, cabestanul (vinciul) trage lanțul de ancoră cu o forță de

tracțiune constantă până la ridicarea ultimei verigi așezată liber pe fund. Nava se deplasează spre

locul de fundarisire al ancorei, iar forma lanțului rămâne neschimbată. Neglijând distanța dintre

nară și linia de plutire în comparație cu h și ținând seama de frecările în nară se obține expresia

forței în lanț la barbotină pentru prima etapă:

𝑇𝐼 = (𝑙2 + ℎ2) ∙ 𝑞𝑎𝑝𝑎

2 ∙ ℎ ∙ 𝜂𝑛𝑎𝑟𝑎 (0.39)

unde:

𝜂𝑛𝑎𝑟𝑎 = 0, 7 ÷ 0, 8 - randamentul narei de ancoră;

𝑞𝑎𝑝𝑎 = 𝑞 ∙ 𝛽 - greutatea unui metru liniar de lanț în apă;

𝛽 =𝜌𝑜ț𝑒𝑙−𝜌𝑎𝑝ă

𝜌𝑜ț𝑒𝑙- coeficientul de mișcare al apei de mare;

𝜌𝑜ț𝑒𝑙 = 7800 𝑘𝑔 𝑚³⁄

𝜌𝑎𝑝ă = 1025 𝑘𝑔 𝑚³⁄ → 𝛽 = 0, 869

În cazul acestei instalații:

𝑇𝐼 = (𝑙2 + ℎ2) ∙ 𝑞𝑎𝑝𝑎

2 ∙ ℎ ∙ 𝜂𝑛𝑎𝑟𝑎→ 𝑇𝐼 = 1. 329 × 105 𝑁

La sfârșitul operațiunii, lanțul ocupă poziția 00´1.

Figura 0.1Pozițiile succesive ale navei și lanțului de ancoră la ridicarea ancorei

b) Aducerea navei deasupra ancorei

Nava continuă să fie trasă spre locul de fundarisire a ancorei. Forma lănțișorului se

schimbă continuu și odată cu aceasta forța de tracțiune în lanț crește continuu, iar electromotorul

este solicitat să dezvolte cupluri din ce în ce mai mari. La sfârșitul acestei etape lanțul ocupă

poziția 00´1.

Forța de tracțiune crește liniar față de forța constantă din prima etapă, ajungând până la

valoarea de smulgere a ancorei.

c) Smulgerea ancorei de pe fund

Forța totală de tracțiune în lanț, în momentul desprinderii, pe care trebuie să o dezvolte

motorul electric este:

𝑇𝐼𝐼 = [2 ∙ 𝑄 + (𝑄 + 𝑞 ∙ ℎ) ∙ 𝛽] ∙1

𝜂𝑛𝑎𝑟𝑎 (0.40)

În cazul de față:

𝑄 = 𝑀𝑎𝑛𝑐 ∙ 𝑔 → 𝑄 = 2. 796 × 104 𝑁

𝑇𝐼𝐼 = [2 ∙ 𝑄 + (𝑄 + 𝑞 ∙ ℎ) ∙ 𝛽] ∙1

𝜂𝑛𝑎𝑟𝑎→ 𝑇𝐼𝐼 = 1. 76 × 105 𝑁

d) Ridicarea ancorei suspendată liber

Imediat după smulgere, forța de tracțiune în lanț la barbotină va fi:

𝑇𝐼𝐼𝐼 = (𝑄 + 𝑞 ∙ ℎ) ∙ 𝛽 ∙1

𝜂𝑛𝑎𝑟𝑎 (0.41)

Pe timpul acestei etape forța de tracțiune scade continuu pe măsură ce se virează lanțul de

ancoră la bord, fiind egală la sfârșitul operațiunii cu greutatea ancorei ajunsă la suprafața apei:

𝑇𝐼𝑉 = 𝑄 ∙ 𝛽 ∙1

𝜂𝑛𝑎𝑟𝑎 (0.42)

Pentru instalația de față:

𝑇𝐼𝐼𝐼 = 9. 616 × 104 𝑁; 𝑇𝐼𝑉 = 3. 469 × 104 𝑁

e) Tragerea ancorei în nară

Pe măsură ce ancora intră în nară, forța de tracțiune crește ca urmare a măririi

coeficientului de frecare, fiind către sfârșitul operațiunii egală cu:

𝑇𝑉 = (1, 2 ÷ 1, 25) 𝑇𝐼𝑉 (0.43)

Așadar, pentru instalația de față considerăm:

𝑇𝑉 = 1, 225 ∙ 𝑇𝐼𝑉 → 𝑇𝑉 = 4. 25 × 104 𝑁

În afara regimului normal de ridicare a ancorei examinat mai sus, mai există și un așa zis

regim de avarie, adică regimul în care filarea ancorei a fost efectuatăla o adâncime care

depășește lungimea totală a lanțului de ancoră. Cu toate că în acest regim lipsește operațiunea de

smulgere a ancorei, el poate reprezenta, în cazul în care lanțul de ancoră este foarte lung, o

solicitare mai mare a electromotorului în comparație cu regimul normal.

Valoarea tracțiunii în lanț la barbotină la începutul regimului de avarie este:

𝑇𝑖𝑛 = (𝑄 + 𝐿 ∙ 𝑞) ∙ 𝛽 ∙1

𝜂𝑛𝑎𝑟𝑎 (0.44)

iar la sfârșitul regimului este:

𝑇𝑓𝑖𝑛 = 𝑇𝐼𝑉 (0.45)

Așadar

𝑇𝑖𝑛 = 2. 206 × 105 𝑁; 𝑇𝑓𝑖𝑛 = 𝑇𝐼𝑉 = 3. 469 × 104 𝑁

Trasarea caracteristicii mecanice naturale

Pentru motoarele cu rotorul în scurtcircuit, cu condiția ca repartiția curentului pe

secțiunea conductoarelor (barelor) rotorice să rămână destul de uniformă, în intervalul s=1 până

la s=0.

Motoarele asincrone cu rotorul în scurtcircuit, de construcție normală, au un cuplu mic la

pornire, neputând porni decât în gol sau cu sarcini mici.

Cum multe acționări electrice solicită sarcini (cupluri) mari la pornire, s-a impus

fabricarea unor motoare cu rotor în scurtcircuit de construcție specială, cu rezistența rotorică

mărită, în așa fel încât să rezulte un cuplu de pornire mare, corespunzător unui curent rotoric mic

(motoare cu pornire ameliorată, sau cu efect pelicular, motoare cu bare înalte, sau cu dublă

colivie);aceste motoare au parametrii variabili cu alunecarea, motiv pentru care nu se poate

exprima caracteristica mecanică naturală sub formă analitică, similar celor cu rotor bobinat.

Fiecare motor de acest tip trebuie însoțit de caracteristica sa naturală.

De multe ori însă, aceasta nu se cunoaște și nici nu se dispune de mijloace pentru

determinarea ei pe cale experimentală. În aceste situații, unii autori propun formele, obținute pe

bază de cercetări și experimentări, cu ajutorul cărora poate fi calculată caracteristica mecanică

naturală a unui astfel de motor.

Pentru unele motoare, caracteristica mecanică naturală se poate exprima cu aproximație

bună prin relația:

𝑀

𝑀𝑁= 3, 2 (1 − 𝑒

𝑠0,2) (0.46)

în care𝑀𝑁 se calculează cu relația:

𝑀𝑁 = 9550 ∙𝑃𝑁 [𝑊]

𝑛𝑁 [𝑟𝑜𝑡 𝑚𝑖𝑛⁄ ][𝑁 ∙ 𝑚] (0.47)

Dând valori lui s între 0 și 1,se calculează cuplul cu relația (7. 4. 1.),apoi reprezentând

perechile de valori (s,M) se trasează caracteristica mecanică naturală. Caracteristicile mecanice

naturale ale motoarelor asincrone cu rotorul în scurtcircuit, cu pornire ameliorată, utilizate în

acționările electrice navale, se pot calcula cu aproximație bună cu așa numita ʺ ecuație generală ʺ

a caracteristicii mecanice a motoarelor electrice navale:

𝑣 = (1 − 𝑏𝜇) 𝑥 (0.48)

în care:

𝑣 - turația, în mărimi relative:

𝑣 =𝑛

𝑛0=

𝑛

𝑛1 (0.49)

cuplul în mărimi relative

𝜇 =𝑀

𝑀𝑁 (0.50)

𝑏 = 1 − (1 − 𝑠𝑛) 1𝑥

(0.51)

alunecarea nominală:

𝑠𝑛 =𝑛0 − 𝑛𝑁

𝑛0=

𝑛1−𝑛𝑁

𝑛1 (0.52)

x - exponent ce depinde de tipul motorului; în cazul motoarelor asincrone cu alunecare

mărită, are valoarea x = 1

2…

1

3

În Figura 0.2 se prezintă formele tipice,mai uzuale,de caracteristici mecanice naturale, în

mărimi raportate, ale unor motoare asincrone cu alunecare mărită, de construcție străină.

Figura 0.2 Forme uzuale ale caracteristicilor mecanice naturale în mărimi raportate

Tabelul0. 0.3

𝒏𝑵 𝒏𝑺 n 𝑺𝒏 b v 𝝁 M

690 750 0 0, 08 0, 188162 0 5, 31458 2944, 123

690 750 50 0, 08 0, 188162 0, 066667 5, 308481 2940, 744

690 750 100 0, 08 0, 188162 0, 133333 5, 28008 2925, 011

690 750 150 0, 08 0, 188162 0, 2 5, 219509 2891, 457

690 750 200 0, 08 0, 188162 0, 266667 5, 11942 2836, 01

690 750 250 0, 08 0, 188162 0, 33333 4, 973649 2755, 257

690 750 300 0, 08 0, 188162 0, 4 4, 776782 2646, 199

690 750 350 0, 08 0, 188162 0, 466667 4, 523927 2506, 124

690 750 400 0, 08 0, 188162 0, 533333 4, 210588 2332, 544

690 750 450 0, 08 0, 188162 0, 6 3, 832584 2123, 14

690 750 500 0, 08 0, 188162 0, 666667 3, 385986 1875, 738

690 750 550 0, 08 0, 188162 0, 733333 2, 867081 1588, 28

690 750 600 0, 08 0, 188162 0, 8 2, 272337 1258, 809

690 750 650 0, 08 0, 188162 0, 866667 1, 598379 885, 4556

690 750 700 0, 08 0, 188162 0, 933333 0, 841971 466, 4277

690 750 750 0, 08 0, 188162 1 0 0

x = 1

2,5;𝑃𝑁 = 40 𝑘𝑊

Figura 0.3 Caracteristica mecanica naturala

Calculul momentelor și a turațiilor la axul electromotorului pentru

etapele de ridicare ale ancorei de la paragraful0.

Calculul momentelor se va face în funcție de forțele de tracțiune cu ajutorul formulei:

𝑀𝑘 =𝑇𝑘 ∙ 𝐷𝑏

2 ∙ 𝜂𝑖 ∙ 𝑖 (0.53)

unde: k = I÷ 𝑉.

Turațiile se vor extrage din diagrama caracteristicii mecanice naturale în funcție de

moment. În urma calculelor avem:

𝑀𝐼 =𝑇𝐼 ∙ 𝐷𝑏

2 ∙ 𝜂𝑖 ∙ 𝑖→ 𝑀𝐼 = 356. 919 𝑁 ∙ 𝑚 𝑛1 = 720 𝑟𝑜𝑡 𝑚𝑖𝑛⁄ (0.54)

𝑀𝐼𝐼 =𝑇𝐼𝐼 ∙ 𝐷𝑏

2 ∙ 𝜂𝑖 ∙ 𝑖→ 𝑀𝐼𝐼 = 472. 891 𝑁 ∙ 𝑚 𝑛2 = 700 𝑟𝑜𝑡 𝑚𝑖𝑛⁄ (0.55)

𝑀𝐼𝐼𝐼 =𝑇𝐼𝐼𝐼 ∙ 𝐷𝑏

2 ∙ 𝜂𝑖 ∙ 𝑖→ 𝑀𝐼𝐼𝐼 = 258. 308 𝑁 ∙ 𝑚 𝑛3 = 730 𝑟𝑜𝑡 𝑚𝑖𝑛⁄ (0.56)

𝑀𝐼𝑉 =𝑇𝐼𝑉 ∙ 𝐷𝑏

2 ∙ 𝜂𝑖 ∙ 𝑖→ 𝑀𝐼𝑉 = 93. 192 𝑁 ∙ 𝑚 𝑛4 = 740 𝑟𝑜𝑡 𝑚𝑖𝑛⁄ (0.57)

Calculul timpilor pentru etapele de ridicare a lanțului

a) tragerea navei pe lanț

𝑡1 =𝑙1 ∙ 𝑖

𝜋 ∙ 𝐷𝑏 ∙ 𝑛1 → 𝑡1 = 7. 452 𝑚𝑖𝑛 (0.58)

b) aducerea navei deasupra ancorei

𝑡2 = (1 − ℎ) ∙ 𝑖

𝜋 ∙ 𝐷𝑏 ∙𝑛1 + 𝑛2

2

→ 𝑡2 = 9. 538 𝑚𝑖𝑛 (0.59)

c) smulgerea ancorei; durata repausului sub curent

𝑡3 = 0. 5 ÷ 1 𝑚𝑖𝑛 → 𝑡3 = 0. 5 𝑚𝑖𝑛 (0.60)

d) ridicarea ancorei

𝑡4 =ℎ ∙ 𝑖

𝜇 ∙ 𝐷𝑏 ∙𝑛3 + 𝑛4

2

→ 𝑡4 = 11. 196 𝑚𝑖𝑛 (0.61)

Durata totală a ciclului este:

𝑇 = 𝑡1 + 𝑡2 + 𝑡3 + 𝑡4 = 28. 686 𝑚𝑖𝑛 (0.62)

Electromotorul este ales corect deoarece se verifică condiția:T=28,686 <30 min.

Figura 0.4 Diagrama de sarcină a acționării electrice pentru instalația de ancorare în

regim normal

Calculul momentului echivalent

𝑀𝑒 = √

𝑀𝐼2 ∙ 𝑡1 + 𝑀𝐼𝐼

2 ∙ 𝑡2 + 𝑀𝐼𝐼𝐼2 ∙ 𝑡3 + 𝑀𝐼𝑉

2 ∙ 𝑡4

𝑇

𝑀𝑒 = 334. 669 𝑁 ∙ 𝑚

(0.63)

Electromotorul ales corespunde din punct de vedere al încălzirii deoarece se verifică

condiția:𝑀𝑒 = 334. 669 < 𝑀𝑁 = 553. 971 [𝑁 ∙ 𝑚].

VERIFICAREA ELECTROMOTORULUI ALES PENTRU

REGIMUL DE AVARIE

Se determină lungimea de lanț scufundat liber care poate fi ridicată de electromotor în

regimul de avarie:

𝐿𝑎𝑣 = (𝑀𝑝 ∙ 𝑖

1, 2 ∙ 𝛼 ∙ 𝐷𝑏− 𝑄) ∙

1

𝑞 (0.64)

unde:

𝛼 =𝛽

2 ∙ 𝜂𝑛𝑎𝑟𝑎 ∙ 𝜂𝑖→ 𝛼 = 0. 863 (0.65)

Se determină raportul 𝐿𝑎𝑣/𝐿𝑙𝑎𝑛𝑡.Acționarea electrică trebuie să asigure ridicarea ancorei,

care atârnă de lanț și o lungime a lanțului de 85% din lungimea totală. Adică electromotorul ales

satisface regimul de avarie dacă 𝐿𝑎𝑣/𝐿𝑙𝑎𝑛𝑡 = 0, 85 (valoarea minimă admisă).

𝐿𝑎𝑣 = 362. 261 𝑚

𝐿7 = 192. 5 𝑚

𝐿𝑎𝑣

𝐿𝑙𝑎𝑛𝑡= 1. 882

Așadar, electromotorul ales satisface regimul de avarie.