vinci ancora final 08.06.2016.pdf

7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf

1/59

1

CUPRINS

Introducere.............................................................................................................................. 2

CAPITOLUL I - Descrierea generala a navei portcontainer MSC CELINE 39.000

TDW........................................................................................................................................6

1.1. Descrierea elementelor de corp reprezentative.. 7

1.2. Descrierea instalaiilor de punte reprezentative. 11

1.3. Descrierea instalaiilor de corp reprezentative.. 12

1.4. Descrierea instalaiilor auxiliare de maini reprezentative 16

Capitolul II - Instalaia de ancorare 19

2.1. Descrierea instalaiei si implementarea acesteia la bordul navei 19

2.2. Elementele componente ale instalaiei de ancorare 20

Capitolul III - Proiectarea vinciului de ancor.. 24

3.1. Descrierea si utilitatea vinciului de ancor 24

3.2. Elemente de calcul a instalaiei. 25

3.3. Calcul specific al instalaiei 35

Capitolul IV - Analiza vibro-acustic a vinciului de ancor. 39

4.1. Vibrodiagnosticarea defectelor... 39

4.1.1. Analiza vibraiilor sistemelor complexe 39

4.1.2. Modele de determinare a pulsaiilor proprii la rotor.. 404.1.3. Studiu de caz: Motorul de 125 kW-880 rot/min, tip AIFM seria 100La-6. 42

4.1.4 Modele de determinare a pulsaiilor proprii la rulmeni 43

4.2 Metode numerice de determinare a frecvenei proprii 43

4.2.1. Metoda elementului finit (FEM) aplicat la motorul asincron... 43

4.2.2. FEM - Determinarea frecvenelor proprii ale rotorului.. 44

4.2.3. FEM - Determinarea frecvenelor proprii ale statorului. 46

4.2.4. FEM - Determinarea frecvenelor proprii n cazul carcasei... 474.3. FEM - Frecvene proprii ale ansamblului motor electric asincron. 48

4.3.1. Realizarea componentelor i ansamblelor lor. 48

4.3.2. Impunerea condiiilor de legtur ntre prile componente... 50

4.3.3. FEMDeterminarea frecvenelor proprii n cazul motorului liber 51

Capitolul V - Concluzii. 52

Bibliografie. 57


2/59

2

INTRODUCERE

Dei considerat clasic, maina asincron reprezint nc o bun soluie pentru acionri

electrice, utilizate n mai toate domeniile de activitate. Compresoarele, pompele, aparatura de uzcasnic, mainile unelte i acionrile din transport beneficiaz de performanele mainii electrice

asincrone.

Necesitatea temei de licen este impus de tendina de utilizare a unor acionri electrice

n care alimentarea i controlul mainii sunt realizate prin variaia frecvenei tensiunii de

alimentare.

Astfel, motorul electric, care n majoritatea cazurilor este de tip asincron, funcioneaz n

regim nesinusoidal, n care armonicile de curent i/sau tensiune determin nclziri i solicitri

mecanice suplimentare. Reducerea nivelului de vibraii, n direct conexiune cu creterea

eficienei mainii, este o necesitate. De asemenea, o necesitate o reprezint i corelarea metodelor

de investigare a defectelor mainii electrice cu tehnologiile de proiectare i fabricare a acestora.

Lucrarea este structurat n cinci capitole.

n primul capitol am descris o nav portcontainer de 39.000 tdw, prin prezentarea

elementelor de corp, a instalaiilor de punte i corp reprezentative, precum si descrierea

instalaiilor auxiliare de maini.

n capitolul II am prezentat elementele componente ale instalaiei de ancorare i

implementarea acestora la bordul navei, prevederile generale impuse de ANR cu privire la

instalaia de ancorare.

n capitolul III intitulat Proiectarea vinciului de ancor am descris vinciul de ancor si

am prezentat utilitatea acestuia la bordul navei. De asemenea, am prezentat un model de calcul

ale instalaiei, pe care ulterior l-am aplicat pentru a determina parametrii specifici ai instalaiei de

implementat la bordul navei.

n capitolul IV am executat analiza vibroacustic a vinciului de ancor plecnd de la

analiza fluxului tehnologic de fabricaie al motoarelor asincrone, am identificat un numr de

patru componente majore (rotor, rulmeni, stator i carcas) care pot constitui, prin realizarea

i/sau montarea lor defectuoas, surse importante de vibraie n funcionare care, cu trecerea

timpului i n funcie de intensitatea solicitrilor din exploatare, pot duce la defectarea timpurie a


3/59

3

motoarelor i scoaterea lor din uz.

Am pornit de la faptul c, parametrii modali ai tuturor modurilor cuprinse ntr-un interval

de frecvene considerat, permit descrierea complet din punct de vedere dinamic a structurii

analizate. Analiza modal ofer posibilitatea determinrii parametrilor modali pe baza crora,

apoi, s poat fi construit modelul matematic al structurii considerate.

Ca urmare, pe baza desenelor de execuie i de ansamblu am fost realizat modelele 3D ale

componentelor considerate (rotor, rulmeni, stator i carcas) realiznd, concomitent i

modelele cu elemente finite.

Pe baza desenului de ansamblu, innd cont de legturile ex istente ntre componente, am

creat ansamblul motor asincron. Am procedat la determinarea frecvenelor proprii ale

componentelor, pentru diferite cazuri de legtur, precum i la determinarea frecvenelor proprii

ale motorului, ca ansamblu. Din rezultatele obinute, am luat n considerare acele frecvene care

determin apariia unor moduri dominante de vibraie.

Lucrarea este finalizat prin Capitolul V - Concluzii pe baza msurtorilor i

determinrilor executate, unde am evideniat o serie de defecte posibile n urma analizei fcute.


4/59

4

ABSTRACT

Although considered classical, asynchronous machine is another good solution for

actuators used in almost all areas of activity. Compressors, pumps, household equipment,machines and tools from the consignment shall benefit from the actuators make performance

asynchronous electric machine.

The theme is the need for a license required by the tendency to use actuators that control

the power supply of the machine and are made by supply voltage frequency variation.

Thus, the electric motor, which in most cases is asynchronous, operates nesinusoidal,

where the harmonics of current and/or voltage determines the heating and mechanical stresses.

Reducing vibration, in direct connection with increasing the efficiency of the machine is a must.

Also a must is the investigative methods and the correlation of the electrical machine faults with

design and manufacturing technologies.

The work is structured in five chapters.

In the first chapter we described a port container vessel of 39,000 DWT, by presenting the

items, deck installations and representative body, as well as auxiliary facilities description of

machinery.

In chapter II, we presented the components of the installation of anchoring and their

implementation on the ship, the general provisions imposed by the NRA in respect to the anchor.

In chapter III entitled "Design of Anchor Windlasses" I described the anchor windlass

room and presented its usefulness on the ship. I also presented a model for the calculation of the

installation, which I've subsequently applied to determine specific parameters of the installation

to deploy aboard the.

In chapter IV, I ran the vibroacustic analysis of anchor windlasses the technological

manufacturing flow analysis of asynchronous motors, we have identified four major components

(rotor, stator and bearings, chassis) which may constitute, by realizing and/or their fitting is

damaged, major sources of vibration in operation, with the passage of time and depending on the

intensity of the requests, can lead to early failure of engines and their removal from service.

We started from the fact that, of all the ways w parameters contained in a range offrequencies considered; allow complete description in terms of the dynamic structure. Modal


5/59

5

analysis offers the possibility of determining the parameters w, then, can be built mathematical

model of the structure.

As a result, on the basis of drawings and overall I was made 3D models considered

components (rotor, stator and bearings, casing) realizing at the same time and finite element

models.

Based on overall design, taking into account the existing links between components, we

created asynchronous motor Assembly. I proceeded to determine the frequencies of the

components for different cases, as well as to determine the frequency of the engine as a whole.

From the results obtained, we took into account those frequencies which determine the

emergence of dominant modes of vibration.

The work is completed by chapter V-conclusions based on measurements and

calculations carried out, where we explored a number of possible faults in the following analysis.


6/59

6

CAPITOLUL I

DESCRIEREA GENERAL A NAVEI PORTCONTAINER MSC CELINE39.000 TDW

Nava MSC CELINE este de tip portcontainer, destinat transportului de mrfuri generale,

mrfuri n vrac, utilaje, echipamente cherestea containerizate (pot fi containere normale sau

duble) n magazii i pe capacele gurilor de magazii.

Fig. 1.1.Nava portcontainer MSC CELINE

Nava are 5 magazii, o punte principal, teuga prelungit la magazia l, suprastructura i

compartimentul maini amplasate la pupa. Propulsia este asigurat de un motor semirapid

reversibil.

Principalele caracteristici ale navei sunt:

IMO9316361

MMSI373582000

Indicativ radio3FID6

PavilionPanama

Tonaj39000 tdw

An de construcie - 2007


7/59

7

Dimensiunile principale ale navei, sunt:

Lmax = 210,00 [m]; Lpp = 199,95 [m]; B = 32 [m]; D = 16,70 [m]; T = 11,4 [m].

Deadweight-ul navei la pescajul de plin ncrcare, n ap de mare cu densitate = l ,025

t/m nu va fi mai mic de 39.000 tdw.

Viteza navei la mila msurat, cu corpul proaspt vopsit i carena curat, n ap adnc,

intensitatea vntului nu mai mare de 3 grade Beaufort i starea mrii de maxim 2 grade, la

pescajul de plin ncrcare, va fi de cel puin 20 Nd.

Rezervele de combustibil, ulei, ap, hran asigur navei o autonomie de 12000 Mm, la o

viteza de exploatare de 18 Nd.

Zona de navigaie a navei este nelimitat.

Nava are 5 magazii cu un volum util de 32.000 m n care pot fi depozitate 989

containere de 20 i 816 containere de 66".

Capacitatea tancurilor este:

Combustibil greu (98%) 3.500 m

Motorin (98%) 458 m Ulei (98%) 97 m

Ap potabila 653,5 m

Ap tehnic 120 m

Balast 5.430 m

Propulsia navei este asigurat de dou motoare principale tip Sulzer 9RND68, n doi

timpi, supraalimentat, reversibil. Motorul are o putere maxim continu de 13400 KW, la o

turaie de 137 rot/min.

1.1. Descrierea elementelor de corp reprezentative

Materiale

Corpul metalic i suprastructura navei se construiesc din urmtoarele materiale;

corpul rezistent din table de oel de nalt rezisten A32, avnd ReH = 314 N/mm2,

STAS 8324-80 i profile platband cu bulb conform NTR-505-82, cu ReH = 314N/mm2;


8/59

8

centura i lcrimar, a cror grosime este s > 20 mm, din oel D32, iar n zonele cu

grosimea s > 30 mm, din oel E32;

suprastructura din table de oel A, avnd ReH = 235 N/mm2 i profile

platband cu bulb conform NTR-505-82;

piese turnate, din oel OT400-2, STAS 600-82.

Sistemul de osatur

Nava se construiete n sistem de osatur combinat, i anume: fundul i dublul fund n

zona magaziilor l, 2, 3, 4 n sistem longitudinal; bordajele i puntea principal pe toata lungimea

navei, n sistem transversal; platformele, fundul i dublul fund n zona compartimentului masini

(CM) i magazia nr.5, n sistem transversal.

Dublul fund

Se extinde ntre peretele picului pupa i peretele picului prova, nlimea dublului

fund n magaziile l, 2, 3,4, 5 este de 1600 mm, iar n CM este de 1730 mm.

n zona magaziilor 2, 3, 4, 5 osatura fundului se compune din longitudinalele fundului

i plafonului dublului fund, tunel central n interiorul cruia sunt prevzute traverse de

fund i plafon la fiecare coast, trei supori laterali i varange cu inim la trei intervale de coast.In zona CM i magazia l structura fundului este transversal, cu varange la fiecare coast.

n dublul fund sunt prevzute puuri de drenaj. Pe plafonul dublului fund sunt prevzute

guri de vizit pentru acces n tancurile mari i mici,avnd capace demontabile, ngropate.

Elementele de osatur din dublul fund au decupri suficiente pentru scurgerea fluidelor la

sorburi.

Bordajul

Pe toat lungimea navei bordajul are coaste dispuse la fiecare interval, n zona CM.

Bordajul este rigidizat prin coaste ntrite dispuse la 3, 4 intervale de coast, iar pe

nlime, att n CM, ct i n pupa picului prova sunt prevzui stingheri confecionai din

inim i platband, dispui orizontal, n zona nrilor de ancor bordajul este ngroat

corespunztor.


9/59

9

Puntea principal

n punte sunt practicate decupri mari n planul diametral (PD), pentru gurile de magazii.

Marginile gurilor de magazii sunt rigidizate cu cureni longitudinali i traverse de capt, n

afara deschiderilor, puntea este rigidizat de cureni.

Curbura transversal a punii este format din trei segmente de dreapt.

Pereii transversali etani

Numrul i dispunerea pereilor transversali etani corespund cu prescripiile i cu

calculul de compartimentare efectuat. Exist 7 perei transversali etani. Pereii sunt de

construcie plan, rigidizai cu montani ntrii n corespondena curenilor punii principale.

Picuri

Picurile pupa i prova au elemente de osatur conform regulilor. Sunt prevzute cu iruri

de traverseprecum i cu platforme i diafragme cu decupri de uurare. Picurile sunt utilizate

ca tancuri de balast.

Etrava

Este confecionat din tabl fasonat. Etrava este rigidizat cu o inim dispus n PD i cu

brachei orizontali i transversali. La partea inferioar este prevzut cu un bulb

hidrodinamic, de tip aplicat. Etrava se prinde corespunztor de structura adiacent.

Etamboul

Este confecionat din table fasonate, iar buca tubului etambou din oel turnat.

Puul lanului

Se afl montat n picul prova. Este prevzut cu perei laterali ntrii cu montani. Fundul

puului este prevzut cu grtar metalic. Puul lanului asigur stivuirea lanului de ancor.

Chila de ruliu

Este confecionat din profil platband cu bulb sudat de nveli prin intermediul unor

platbenzi. Este amplasat nclinat pe nveli urmrind o linie de curent, n zona de mijloc a

bordajului.


10/59

10

Suprastructura

Este amplasat n zona CM. n suprastructur sunt prevzute ncperi de locuit pentru

echipaj, comanda navei i ncperi de serviciu. Sistemul de osatur al suprastructurii este de tip

transversal. In zona amenajrilor, pereii uori sunt gofrai, montai pe principiul "perei aplicai".

Teuga

Este de tip "teug prelungit" , puntea teug fiind prevzut cu o gur de magazie n

PD ale crei margini sunt rigidizate prin cureni i traverse de capt, n prova sunt

amplasate mecanismele instalaiei de ancorare, puntea teuga fiind ntrit corespunztor.

Dispozitive pentru amararea containerelor

n capacele magaziilor i la nivelul dublului fund din magazie sunt prevzute dispozitive

speciale pentru amararea containerelor. De asemenea, nava va fi prevzut cu armturi speciale

pentru amararea sigur a containerelor.

Echipamentul de amarare transversal ine containerele compacte ntr-un bloc solid.

Oelul de mare rezisten la traciune 33MoCr, STAS 791-80, folosit n procesul de fabricaie a

elementelor, permite s se lucreze sub aciunea unor fore de pn la 55 kN. Aceste fore,

acionnd asupra blocului de containere, sunt transmise de elementele speciale detraciune-compresiune la structura corpului navei i sunt astfel perfect absorbite.

Elementele de amarare transversal pot fi folosite pentru distane ntre blocul de

containere i bordul navei sau rama gurii de magazie, de minim 602 mm i maxim 740 mm.

Capacitatea de a absorbi forele transversale de pn la 55 kN face ca aceste elemente s

fie adecvate pentru aproape toate modurile de amplasare a containerelor n magazii.

Protecia anticoroziv

Tablele din oel din care se construiete nava se sableaz i se pasivizeaz cu un strat de

grund vinilic cu zinc seria 4110-4117-4118. Dup execuie, diferitele pri ale navei se vopsesc

cu sisteme adecvate condiiilor de exploatare.

Tubulatura instalaiilor care echipeaz nava se vopsesc la culoarea i cu sistemul de

vopsire a compartimentelor prin care trece, fiind marcata pentru identificare prin semne i

culori convenionale, conform STAS 8589-70.


11/59

11

Pentru protecia anticoroziv a operei vii, se amplaseaz pe corpul navei anozi de

sacrificiu din zinc, marca 99,99. Cantitatea de anozi este calculat pentru o durat de exploatare

de 2 ani. Un procent de 15% din cantitatea de anozi necesar se amplaseaz n zona din pupa i

pe crm, iar restul sunt distribuii uniform n lungul navei.

Spaiile nguste de pe nav, inaccesibile vopsirii i ntreinerii sunt cimentate cu beton

de polistiren (compoziie: 50% ciment portland P400 i 50% deeuri de polistiren mrunii, luate

n proporie volumetric).

1.2. Descrierea instalaiilor de punte reprezentative

Instalaia de ancorare

Instalaia de ancorare prova este compus din: 3 ancore tip Hall de 7800 kg fiecare, din

care dou amplasate la post i una de rezerv; 2 lanuri de ancor de calibru 90 mm i

lungime 316 m fiecare; 2 declanatoare montate pe puntea principal; 2 nri de ancor din

tabl sudat; 2 stopere de lan cu role i urub; l vinci de ancor acionat electric.

Instalaia de manevr - legare

Pentru manevre sunt prevzute 4 vinciuri automate de manevr cu acionare electric,

din care 2 pe puntea teug i 2 pe puntea dunet.

Instalaia de guvernare

Instalaia va fi compus din: 2 crme de tip suspendat, compensate, n construcie sudat;

2 maini de crm electrohidraulice; arborele de crm; lagre cu buc din bronz la capetele

arborelui crmei.

Maina crmei este deservit de 2 pompe acionate electric, interschimbabile,

cu 2 circuite separate de alimentare cu energie electric. Pe nav se vor monta indicatoare

axiometrice.

Instalaia de salvare

n conformitate cu cerinele ANR instalaia de salvare se compune din: barc de salvare

cu motor, pentru 22 persoane i echipamentul aferent; barc de salvare cu acionare manual,

pentru 24 de persoane, 2 plute pneumatice cu declanare automat, de 12 persoane fiecare; 2

seturi de gruie gravitaionale care asigur lansarea brcilor la un unghi de nclinare transversal


12/59

12

de (15) i un unghi de asiet de (10); 2 vinciuri electrice pentru manevra gruielor i ridicarea

brcilor.

Instalaia de greement i lumini

Nava este dotat cu lumini de navigaie i semnalizare n conformitate cu regulile deprevenire a abordajelor pe mare. Nava este prevzut cu lumini pentru navigaia n canalul

Suez, Panama i Kiel.

Greementul se compune din: instalaia de proiector Suez n prova navei; baston lumin

Panama, amplasat pe copastie la extremitatea prova; catarg prova pe teug, pentru lumini de

poziie pavilion, clopot i tifon; catarg suprastructur cu dou platforme radar pentru lumini de

navigaie; arborei pentru antene; suport lumin pupa i baston pentru pavilion.

1.3. Descrierea instalaiilor de corp reprezentative

Instalaia de santin

Se utilizeaz pentru drenarea magaziilor de mrfuri, a compartimentului maini, a

compartimentului maina crmei, a tancurilor de combustibil greu dup splare i a unor tancuri

pentru scurgeri din CM.

Pentru prevenirea polurii apei, n CM se va amplasa un separator de santin. Evacuarea

uleiului din separator este automatizat. Drenarea de avarie a CM se va efectua cu una din

pompele de rcire a motorului principal (MP).

Tubulatura instalaiei se execut din tubulaturi de oel sudate, iar mbinarea se realizeaz

cu manoane sau cu flane i garnituri din marsitunit.

Tubulatura este zincat. Tubulatura de santin magazii (magistralele) este fixat n

tunelul central al tubulaturii.

Instalaia de balast

Balastarea i debalastarea navei se executa cu 2 electropompe centrifugale verticale,

autoamorsabile. Electropompele se vor dubla reciproc i n caz de avarie vor dubla electropompa

principal de santin.

Instalaia de balast este de tip centralizat i permite urmtoarele manevre: umplerea libera tancurilor de balast din dublul fund, laterale i din picuri pn la linia de plutire; golirea liber


13/59

13

a tancurilor de balast pn la nivelul liniei de plutire; golirea cu pompa a tuturor tancurilor

de balast; transferul ntre diferite tancuri de balast.

Tubulatura va fi din oel iar mbinrile se vor face cu manoane sau cu flane i garnituri

din marsitunit. Tubulatura i flanele se vor zinca.

Magistrala de balast este amplasat n tunelul central de tubulaturi.

Instalaia de ambarcat l transfer combustibil

Instalaia este format din dou reele de tubulaturi, una pentru combustibil greu i una

pentru motorin. Fiecare reea este deservit de cte o pomp vertical cu urub. Electropompele

sunt identice i se dubleaz reciproc.

Instalaia permite efectuarea urmtoarelor operaii: umplerea tancurilor din dublul fund

prin curgere liber sau cu mijloacele de la rm; debarcarea combustibilului la alt nav cu

pompa, din oricare tanc de rezerv; transferul combustibilului greu ntre tancurile din zona

magaziilor; umplerea tancurilor de decantare, aspirnd din orice tanc de rezerv.

Pentru protecia mpotriva polurii, pe tubulatura de umplere a tancurilor de

combustibil greu aceasta esteprevzuta cu ramificaii de preaplin.

Tubulatura se executa din oel, mbinat cu manoane sau cu flane i garnituri din

marsitunit. Tubulatura din tancuri nu este protejata.

Instalaia de nclzire tancuri

Instalaia are drept scop nclzirea cu abur a combustibilului greu, uleiului, reziduurilor

i a scurgerilor. Instalaia va fi de tip centralizat, serpentinele de nclzire fiind alimentate cu

abur din distribuitoare, iar condensul se va colecta n ba prin tancul de control. Reglarea

temperaturii n tancuri se face cu termoregulatoare. Tubulaturile din afara tancurilor sunt zincate

i izolate termic cu cochilii din vat mineral, folii i pnz.

Instalaia de stins incendiul cu ap

Nava are o instalaie de stins incendiul cu ap deservit de dou electropompe centrifuge

neautoamorsabile. Electropompele sunt amplasate n CM i sunt legate n paralel.


14/59

14

Nava este dotat cu o motopomp de incendiu de avarie autoamorsabil, amplasat ntr-

un compartiment special. Motopompa are un cheson i o priz de aspiraie independent de

electropompele de incendiu din CM.

Nava este dotata cu un numr corespunztor de hidrani i furtunuri cu ciocuri de barz.

Legtura instalaiei cu malul se asigura cu flane internaionale.

Tubulatura este din oel, zincata.

Instalaia de stins incendiul cu CO2

Instalaia se utilizeaz pentru urmtoarele compartimente: magaziile de mrfuri;

compartiment maini; compartiment motopomp de incendiu;magazia de pituri.

Centrala CO2 este amplasat pe puntea principala i are 140 butelii de CO2. In CM

i n compartimentul motopompei de incendiu, instalaia este prevzut cu un sistem de

avertizare vizual i acustic, ce intr n funciune cu dou minute nainte de lansarea gazului, n

toate compartimentele protejate instalaia va fi prevzut cu fluiere de avertizare.

Instalaia se execut din tubulaturi de oel trase i zincate la cald, mbinate prin flane,

manoane i nurubri.

Instalaia de stins incendiul cu abur

Instalaia va asigura stingerea incendiului n tancurile de combustibil greu, ulei i

motorin din zona CM. Stingerea se face cu abur sub presiune i cuprinde 4 distribuitoare n CM

de la care se ramific consumatorii. Tubulatura se va izola termic i se va zinca.

Instalaia de nclzire a ncperilor

Nava este prevzut cu o instalaie de nclzire cu abur conceput n sistem de distribuie

bitubular. Radiatoarele sunt de tip cu aripioare. Tubulatura este izolata termic.

Instalaia de abur serviciu

Instalaia utilizeaz abur sub presiune pentru urmtorii consumatori: viscozimetre;

prenclzitoare pentru combustibil, ulei i ap; recipient amestec; separator santin; serpentine

prenclzire diesel generatoare (DG); tanc curire chimic; serpentin tanc nclzire injectoare;

suflare valvule bordaj; instalaia de nclzire ncperi i de aer condiionat.


15/59

15

Trimiterea condensului la caldarin se va face prin tancul de control sau direct la

condensor. Oalele de condens i filtrele se vor executa din font. Tubulatura se izoleaz termic.

Instalaia de ventilaie ncperi serviciu si sanitare

Instalaia va servi la ventilarea mecanic, mixt i natural a ncperilor deserviciu i sanitare. Canalele de ventilaie se vor executa din tabl de oel zincat. Ventilatoarele

vor fi de tip radial i axial.

Instalaia de scurgeri generale i fecale

Instalaia de scurgeri generale i fecale va asigura evacuarea apelor murdare de la

instalaiile sanitare i WC. Scurgerile de la WC vor fi colectate ntr-un tanc de fecale sau vor fi

evacuate direct peste bord ca i celelalte scurgeri. Evacurile n bordaj vor fi prevzute cuclapei de reinere sau nchidere. Tubulatura de scurgere se va executa din tubulaturi de oel

zincate.

Instalaia de alimentare cu ap sanitar

Instalaia alimenteaz cu ap chiuvetele, spltoarele, WC i diveri ali consumatori.

Pentru a menine apa cald la temperatura normal de consum, exist c pomp de recirculare a

apei.

Instalaia va fi compus din: 2 electropompe centrifuge autoamorsabile (una

de rezerv); l hidrofor; 2 filtre bactericide; l boiler combinat abur-electric; l pomp

centrifug pentru recircularea apei calde.

Agregatele ce deservesc instalaia se grupeaz n module funcionale. Pentru completarea

rezervei de ap, nava va fi prevzut cu un generator de ap dulce care va fi folosit ca surs

termic de ap cald i care aspir din circuitul de rcire a MP.

Instalaia de alimentare cu apa potabil

Instalaia va alimenta cu ap potabil buctria i oficiile i se compune din: 2

electropompe centrifuge autoamorsabile; l hidrofor; 2 filtre bactericide; l electropomp de

circulaie a apei potabile rcite.

Agregatele, tubulaturile i armturile de legtur dintre acestea vor fi grupate n module

independente.


16/59

16

Instalaia de aer condiionat

Instalaia de aer condiionat va asigura condiii optime de microclimat n

compartimentele de locuit i publice. Instalaia lucreaz cu aer recirculat n proporie de 40 %.

Numrul minim de schimburi de aer pe or va fi de 6.

Instalaia va fi de tip monotubular, cu nclzire electric local n cabine. Instalaia

frigorific a instalaiei de aer condiionat va fi compus dintr-un compresor pentru freon, un

condensator, rezervor, schimbtor de cldur, filtru usctor i pomp de rcire.

Instalaia frigorific

Instalaia realizeaz i menine temperatura necesar n compartimentele pentru

pstrarea proviziilor i alimentelor. Este o instalaie de tip cu compresie de vapori, ntr-o singurtreapt i cu vaporizare direct a agentului frigorific n rcitoarele de aer. Instalaia conine dou

grupuri compresor-condensator complet automatizate, cu rezervor de lichid, rcitoare de aer,

dou schimbtoare de cldur, panouri de automatizare i armturi.

1.4. Descrierea instalaiilor auxiliare de maini reprezentative

Nava va fi propulsat de o elice cu pas reglabil antrenata de un motoare

semirapid. Sensul de rotaie al elicei va fi spre exterior pentru mar nainte.

Motorul principal va fi de tip Sulzer 9RND68 cu puterea la flan de 13400 kW, la o

turaie de 137 rot/min.

Mecanismele auxiliare din compartimentul maini vor fi acionate de electromotoare.

Necesarul de energie electric va fi furnizat de DG.

Aburul necesar nevoilor navei n mar va fi generat de dou caldarine recuperatoarenclzite independent cu gazele de ardere produse de motoarele principale. Pentru

supraveghere i comanda la distan, n CM va fi prevzut un post central de comand (PCC)

prevzut cu aer condiionat. Din PCC se pot efectua comenzile motoarelor principale, a pasului

elicelor i a mecanismelor aferente i totodat se pot urmri diferii parametrii de funcionare.

Compartimentul maini va fi dotat cu dou platforme.

Principalele instalaii ce se afl n CM sunt urmtoarele: motoarele principale; motoareleauxiliare, care alimenteaz cu energie electric electromotoarele de pe nav, reeaua de iluminat,


17/59

17

staia radio i ali consumatori; linia de arbori, care cuprinde elicea cu pas reglabil, arborele port-

elice, tubul etambou, arborele intermediar, lagrul intermediar, arborele de distribuie, arborele

de mpingere, lagrul de mpingere, cuplaj elastic, instalaia de ungere tub etambou, instalaia

hidraulic pentru reglarea pasului elicei, instalaia de comand i control; instalaiile auxiliare

ale motorului principal (rcire, ungere, combustibil, aer comprimat, evacuare gaze);instalaia de ventilaie; instalaia caldarinelor.

Instalaia de rcire

Instalaia de rcire menine temperatura optim de funcionare pentru motorul principal,

DG, agregate auxiliare, caldarine, etc. Este n circuit nchis pentru apa dulce de rcire i n

circuit deschis pentru apa de mare. Instalaia de rcire cuprinde urmtoarele circuite: circuit

ap de mare principal; circuit ap de mare auxiliar; circuit ap dulce rcire motorprincipal; circuit ap dulce rcire DG; circuit de tratare a apei dulci i de curire chimic a

circuitelor.

Instalaia de ungere

Instalaia de ungere asigur ungerea motorului principal i a DG. Totodat, se asigur

ambarcarea, transferul, prelucrarea i scurgerea uleiului de ungere. Pe circuitele de ungere exist

filtre, pompe de circulaie, separatoare, prenclzitoare, aparatur de comand i control, valvuletermoregulatoare i tancuri de ulei.

Instalaia de combustibil

Instalaia de combustibil asigur alimentarea cu combustibil a motorul principal, a DG i

a caldarinei cu combustibil lichid. De asemenea, asigur ambarcarea, transferul i prelucrarea

combustibilului pentru consumatori.

In circuitele de alimentare cu combustibil se afl urmtoarele dispozitive: pompe,

filtre, viscozimetre, prenclzitoare, tancuri de decantare, tancuri de serviciu i tubulaturi.

Instalaia de aer comprimat

Instalaia de aer comprimat este destinata producerii i distribuirii aerului sub presiune

pentru utilizri curente. Instalaia se compune din:

instalaia de nalt presiune (30 bar), care lanseaz motorul principal, alimenteaztifonul, valvulele termoregulatoare i reductoarele de presiune;


18/59

18

instalaia de medie presiune (10 bar), care alimenteaz recipientul de aer i tifonul de pe

catarg;

instalaia de joasa presiune (3...7 bar), pentru nevoi gospodreti.

Instalaia de evacuare gaze

Instalaia de evacuare gaze asigur evacuarea gazelor de ardere de la motoarele

principale, DG i caldarina cu arztor. Instalaiile sunt separate pentru fiecare dispozitiv n parte.

Pe traseele de evacuare se prevd caldarine recuperatoare.


19/59

19

CAPITOLUL II

INSTALAIA DE ANCORARE

2.1. Descrierea instalaiei i implementarea acesteia la bordul navei

Instalaia de ancorare are rolul de a asigura meninerea navei la punct fix n condiii de

siguran, indiferent de condiiile hidrometeorologice i de aspectul rundului mrii, i de a

genera fora necesar virrii ancorei i lanului acesteia indiferent de adncimea la care acestea

au fost imersate. Pe parcursul staionarii la ancor, instalaia de ancorare trebuie s asigure

preluarea forelor de reaciune provocate de aciunea factorilor externi navei.

Asupra unei nave aflate la ancora acioneaz mai multe tipuri de forte exterioare: foraexterioar datorat aciunii vntului asupra prii emerse a navei, fora exterioar produs de

valurile ce lovesc opera moart a navei i fora exterioar produs de aciunea curenilor de ap

n care staioneaz nava1.

nsumarea acestor forte exterioare duce la obinerea unei forte rezultante cu componente

pe orizontal i pe vertical. Componenta vertical este neglijabil din punct de vedere valoric,

mai ales pe mare calm. Componenta orizontal este suficient de mare pentru a determina

deplasarea navei n planul su de aciune.

Din punct de vedere al echilibrului static, nava nu se va deplasa n plan orizontal sub

aciunea rezultantei forelor exterioare daca acesteia i se va opune o for egal i de sens

contrar. Aceast din urm for trebuie asigurat de instalaia de ancorare pe toata perioada

utilizrii sale.

Fora orizontal de echilibrare generat de instalaia de ancorare nu poate fi produs, n

lipsa unor elemente fixe, la suprafaa apei mai ales n mare deschis, dect prin crearea unei

legturi mecanice directe cu fundul mrii considerat fix.

Legtura direct se realizeaz n mod efectiv prin lanul de ancor i ancora situat la

captul acestuia care coboar i se aeaz pe fundul apei. Forele de interaciune dintre ancor i

lanul acesteia cu fundul apei au drept componenta preponderent fora de frecare care trebuie s

fie suficient de mare pentru a asigura echilibrarea forelor exterioare ce acioneaz asupra navei.

1Dragalina, A., Florea, T -Maini i instalaii navale, Ed. Muntenia, Constana 2008, pg. 275.


20/59

20

Fora de frecare produs la nivelul fundului apei este transmis navei prin lanul de

ancor la nara ancorei ce o preia i o aplic corpului navei. Pentru ca forele de frecare amintite

s fie suficient de mari este necesar ca asupra ancorei aezat pe fundul apei s nu acioneze nici

o for vertical n afar de cea arhimedic proprie.

Suplimentar, fora de frecare este mrit i datorit afundrii ancorei n malul existent pe

fundul apei precum i prin coborrea (filarea) n ap a unei lungimi de lan ct mai mari (de cca.

23 ori mai mare) n raport cu cea impus strict de adncimea apei n locul respectiv2.

n concluzie, prin utilizarea instalaiei de ancorare, nava este meninuta intr-un perimetru

restrns datorit legturii flexibile dintre aceasta i fundul mrii. Instalaia de ancorare trebuie s

prezinte sigurana n exploatare i s permit acionarea mecanic de la bord.

2.2. Elementele componente ale instalaie de ancorare

Ancorele sunt elemente de fixare a navei fa de fundul apei, prin intermediul lanurilor

sau parmelor. Ancorele existente n echiparea navelor comerciale sunt de diferite tipuri

constructive, cele mai utilizate fiind cele de tip Hall. Acestea, dei nu sunt caracterizate de un

factor de smulgere ks (raport ntre fora orizontal de smulgere i greutatea ancorei) foarte ridicat

ks = 343, prezint o serie ntreag de avantaje legate de sigurana deosebit n exploatare i

fixarea uoar n nara de bordaj.

Din punct de vedere constructiv, aceste ancore sunt alctuite dintr-un fus articulat, cap cu

brae, bol de asamblare, boluri de susinere i o cheie dreapt de care se fixeaz lanul de

ancor. Masa ancoreiHall fr fus reprezint cel puin 60% din masa total a ancorei.

Lanul de ancor este alctuit din zale de un anumit calibru (diametrul srmei zalei - d)

i tip constructiv. Se deosebesc astfel zale terminale (au un calibru cu 20% mai mare dect al

zalelor normale i intr n angrenare direct cu cheia de capt a ancorei i cheia de prindere decorpul navei), zale vrtej (mpiedic torsionarea lanului),zale ntrite (plasate de o parte i de

alta a zalelor vrtej),zale de cuplare a cheilor de lan(zale Kenter) i zale obinuite. Zalele care

formeaz lanul se obin prin sudare electric sau prin forjare.

Cheile de lan, avnd lungimi cuprinse ntre (25,027,5) m cuprind un anumit numr de

zale de lan n mod obligatoriu impar. Dup poziia pe care o ocupa n lan, cheile de lan pot fi:

2Idem, pg.276.

3 Creang, V, Lungu A, Paraschivescu C- Instalaii Navale de Punte, Editura Academica, 2000, pg.12


21/59

21

de ancor, care se prind de ancor; intermediare; de capt, care se fixeaz de corpul navei4.

Lungimea total a lanului depinde de adncimea de ancorare (H) prevzuta pentru nava

respectiv, astfel5:

pentruH< 25 m Ltmin = 4H;

pentru 25 m


22/59

22

Instalaia de ancorare a navei de proiectat este dotat cu un vinci de ancor cu dou seturi

de tamburi i barbotine, antrenat de un electromotor de curent alternativ cu rotor n scurtcircuit.

Stopele sunt amplasate pe puntea instalaiei puntea teug i au rolul de a asigura

frnarea i chiar blocarea lanului pe parcursul diferitelor manevre executate i de a transmite

lanului de ancor aciunea forei rezultante exterioare ce se manifest asupra navei. Se

deosebesc astfel stope de manevra i stope de staionare6. Totodat exista stope fixe i stope cu

lan7. Stopele sunt amplasate pe puntea teuga ntre mecanismul de acionare al lanului i nara de

punte a tubului de ghidare din bordaj.

Dimensionarea stopelor trebuie s tin seam de tensiunile maxime ce pot aprea n

aceste dispozitive i care nu trebuie s depeasc nivelul de 40% din limita de curgere a

materialului de construcie a stopelor cnd ancora se afla la post si 95% cnd trebuie s asigurefrnarea lanului pe perioada filrii acestuia.8 Rezistena materialului de execuie al stopei trebuie

s fie egal cu cea a materialului lanului de ancor.

Narile de punte si de bordaj mpreun cu tuburile de ghidare reprezint decupri in

puntea i n bordajul navei, avnd rolul de a permite virarea, filarea i depozit area lanului de

ancor la bordul navei.

Forma constructiv i poziionarea acestor elemente sunt alese n aa fel nct s nu ducla deteriorarea prin frecare sau ncovoiere a zalelor de lan i nici la ambarcarea apei pe puntea

navei la navigarea pe mare montat (sunt prevzute capace pentru nri). Totodat, poziionarea

nrilor de bordaj nu trebuie sa permit atingerea bordajului de ctre ancor nici n cazul bandrii

navei sub un unghi de 5 ntr-un plan oarecare, dar s faciliteze aezarea normal a ancorei n

nar indiferent de poziia acesteia la intrarea n nar.

Nrile ce intr n contact direct cu ancora sunt de construcie turnat, iar celelalte, precum

i tuburile de ghidare, sunt de construcie sudat.

n timpul marului navei instalaia de ancorare este inactiv, fiind necesar astfel

existena la bordul navei a unor spaii de depozitare pentru lanurile de ancor. Acestea sunt

concretizate de ctre puurile lanurilor de ancora . Aezarea lor la bordul navei este de preferat

a fi aleas ct mai aproape de planul diametral al navei i imediat n prova peretelui de coliziune

6

Ibidem, pg.277.7Ioni,I, Jimbu C, Apostolache, A- Instalaii de bord. Construcie i exploatare, Ed. Tehnic, 1986, pg.230.

8Patrichi Ilie -"Exploatarea i ntreinerea instalaiilor i sistemelor navale"; Ed. Academiei Navale, Constana

2000, pg.84.


23/59

23

sau n pupa peretelui de presetupa. Acest lucru este necesar datorit maselor relativ mari ale

lanurilor de ancor ce pot influena stabilitatea navei n regim de oscilaii pe valuri.

Formele i dimensiunile puurilor depind de lungimea i calibrul lanurilor de ancor,

fiind astfel alese nct s permit filarea uoar a lanului prin nara de punte i aezarea sa n

interior pe cale gravitaional. Puurile de lan sunt construcii etane din tabla de oel sudat,

protejate la interior mpotriva coroziunii i a loviturilor de lan, fiind prevzute n partea

inferioar cu grtare metalice sau din lemn destinate nlesnirii drenrii apei, malului, florei i

faunei acvatice ce a aderat la lan pe perioada ederii sale n ap. Cheia de mpreunare dintre lan

i corpul navei este una special, de construcie demontabil, avnd rolul de a permite n caz de

blocare a ancorei pe fundul apei desprinderea n condiii de siguran a lanului de nav i

abandonarea sa definitiv.

Dispozitivul de fixare a lanului de ancor de corpul navei asigur posibilitatea de

renunare la ansamblul ancor-lan prin desprinderea acestuia de corpul navei. Sistemul de fixare

a lanului trebuie s asigure o prindere sigur i, la nevoie, o desprindere rapid i sigur, chiar i

atunci cnd lanul sau parma sunt tensionate.

Cele mai utilizate dispozitive de fixare a lanului de ancor de corpul navei sunt sistemele

cioc de papagal9 . Exist ciocuri de papagal libere sau fixe. Ciocul de papagal trebuie montat

astfel nct, pentru lanul complet filat, el sa ias din puul lanului i s ajung pe punte pentru a

putea fi acionat.

Pe puntea instalaiei sunt montate i dispozitive de splare a lanului de ancor cu

necesarul de apa asigurat de instalaia de stins incendii cu ap.

9Idem, pg.87.


24/59

24

CAPITOLUL III

PROIECTAREA VINCIULUI DE ANCOR

3.1. Descrierea si utilitatea vinciului de ancora

Mecanismele de ancorare, legare i remorcare au rolul de a realiza fora necesara virrii

ancorei sau tragerii navei pentru acostare sau remorcare.

Cnd pentru ancorare se folosete un lan aceste mecanisme au ca organe de lucru una

sau dou roi cu canal profilat (barbotine) care angreneaz pe lanul de ancor tensionat. Pe

acelai arbore principal pentru legare, exist tamburi de capt pentru manevrarea parmei cu

capt liber. Mainile cu ax orizontal se numesc vinciuri iar cele cu ax vertical cabestane.

Vinciul ancorei, se afl amplasat de regul la prova pe puntea teug, are axul de rotaie

orizontal i se compune din: dou barbotine profilate anume pentru zalele lanului, prevzute cu

sistem de frnare.

n cazul filrii lanului de ancor barbotinele se rotesc liber pe ax i pot fi reduse din

vitez cu ajutorul unor frne cu friciune, iar n cazul virrii lanului, barbotinele se cupleaz cu

axul vinciului, acesta fiind rotit de motorul de acionare pe diferite trepte de vitez.

Pe axul orizontal principal are dispui doi tamburi (clopote), ce pot fi cuplai sau

decuplai dup nevoi i care se folosesc la manevrarea parmelor.

Spre deosebire de vinci, cabestanul are doar un capt liber al axului principal pe care se

pot monta barbotina si tamburul de manevra.

In cazul acionarii electrohidraulice maina de ancor dispune pe punte doar de un

hidromotor, restul instalaiei hidrostatice fiind amplasat centralizat.

Fig.3.1- Vinciul de ancora: 1 - manivel; 2 - tambur; 3 - manivel pentru frn; 4 - manivel.


25/59

25

Un mecanism de ancorare i legare trebuie s asigure:

tragerea navei pe lanpn la verticala ancorei fundarisite

smulgerea ancorei de pe fund i ridicarea ei cu min 9m/min; la apropierea ancorei de nar

viteza de virare s fie de maxim 10m/min iar la intrarea ancorei n nara de maxim 7m/min

ridicarea ambelor ancore de la jumtatea adncimii de ancorare cu viteza de min 9m/min

ridicarea unei ancore de la lungimea maxim a lanului fundarisit

manevrarea parmelor de legare pe tamburii de capt la fora periferica max

fundarisirea ancorei cu ajutorul frnei sau a mecanismului

Vinciul de manevr cu tambur cilindric trebuie s asigure:

nfurarea i desfurarea parmei sub sarcina cu tambur decuplabil

funcionarea in suprasarcina la acostarea navei avnd ns limitatori de moment maxim

meninerea cablului tensionat cu ajutorul frne i si atunci cnd mecanismul nu este

acionat

3.2. Elemente de calcul a instalaiei

Datorita utilizrii acionarii electrice a instalaiei de ancorare practic numai pe perioada

virrii ancorei i lanului acesteia, calculul instalaiei se va face innd cont numai de solicitrile

ce apar numai pe parcursul acestei perioade.

Calculul se va referi doar la partea de acionare electric (electromotorul utilizat)

deoarece acesta este componenta de baz a instalaiei, de buna sa dimensionare i alegere

depinznd eficacitatea funcionarii acesteia. Celelalte componente sunt mai uor de proiectat, n

calculul lor urmrindu-se ca acestea, n final, s ndeplineasc condiiile de rezisten

determinate de solicitrile mecanice la care sunt supuse.

Pentru simplificarea calculelor se va considera c deplasarea navei pe lan (etapa I) se

realizeaz cu vitez constant.

n calculul caracteristicilor constructiv-funcionale ale elementelor constructive ale

instalaiei de ancorare intervin urmtoarele mrimi10:

= deplasamentul volumetric corespunztor liniei de ncrcare de var [m3];

v = dx1/dt = viteza navei [m/s];

10Ibidem, pg 234.


26/59

26

vlt = viteza lanului [m/s];

Ma = masa ancorei n aer [kg];

Ga = greutatea ancorei n aer [N];

Gaapa = greutatea ancorei n ap [N];

q = greutatea unui metru liniar de lan n aer [N/m];

qapa = greutatea unui metru liniar de lan n ap [N/m];

Qapa = greutatea unui metru liniar de lan n ap [N/m];

d = diametrul (calibrul) tijei zalei lanului de ancor [mm];

Llt = lungimea total a unui lan de ancor [m];

Na = caracteristica de dotare a navei = 2/3+ 2Bxh + 0,1A [m]

Bmax = limea maxim a navei [m];

h = nlimea convenional de la linia de plutire de var pn la faa superioar a

nveliului punii celui mai nalt ruf = a + hi [m];

a = distanta msurata pe vertical la seciunea maestr de la linia de ncrcare de var

pn la faa superioar a nveliului punii superioare [m];

hi = nlimea n planul diametral a fiecrui nivel al suprastructurii sau rufului cu o

lime mai mare de 0,25Bx [m];

A = suprafaa velic n limitele lungimii de calcul a navei considerat la linia de

ncrcare de var (se include aria proieciei corpului emers al navei pe planul diametral,

suprafaa proieciilor pe planul diametral ale suprastructurii i tuturor rufuril or cu

limea mai mare de 0,25Bx) [m].

n ceea ce privete lanul de ancor al navelor cu zona nelimitata de navigaie, se prevede

ca diametrul minim al tijei zalei de lan (lan cu rezistena mrit) sa fie: dmin=1,55-Na [mm]11.

Diametrul real se va alege imediat superior in conformitate cu STAS-ul de lan utilizat (STAS

168-80). Greutatea unui metru liniar de lan n aer se poate determina cu relaia: q=9,8-0,0215-d2

[N/m].

Masa ancorei nu trebuie s fie mai mic dect valoarea Mamin = k Na [kg], unde k

reprezint un coeficient egal cu 3 pentru navele cu zona nelimitat de navigaie. Aceast condiie

reiese din obligaia ancorei de a pstra o legtura sigur ntre nav (lanul de ancor) i fundul

apei. De obicei, masa ancorei este de cel puin 50 de ori mai mare dect cea a unui metru liniar

din lanul acesteia. Bineneles, greutatea ancorei va fi: Ga = Ma g[N].

11 Creang, V, Lungu A, Paraschivescu, Op.citit,pg.39.


27/59

27

Valorile Gaapa si qapa12 se pot determina cunoscnd valorile acestor greuti n aer i

nmulindu-le cu un coeficient ce ine cont de mpingerea arhimedic exercitat de ap asupra

ancorei i lanului ().

Deci: Gaapa= Ga qapa = q .

Coeficientul13 se calculeaz cu relaia: = (OL-apa)/ OL. Pentru densitile cunoscute

ale oelului (7800 kg/m3) i a apei de mare (1025 kg/m3) rezult:= 0,8

Pentru a realiza calculul de dimensionare al instalaiei este necesar cunoaterea forelor

ce solicit elementele componente ale acesteia. Pentru perioada de staionare a navei la ancor se

pot scrie urmtoarele (vezi tabelul 3.1.):

- n punctul O: T0 = T1 cos;

- n punctul O1 T2 cos 2 = Fext

n care T1 i T1' sunt reaciunile din fundul mrii i din lanul de ancor n punctul de

contact al acestora, iar T2 i T2' sunt reaciunile din nara de bordaj a instalaiei de ancorare a

navei i din lan n punctul acestora de contact.

Avnd n vedere faptul c lanul de ancor adopt pe perioada staionarii forma

lniorului, n fiecare punct al lanului liber suspendat componenta orizontal a forei de

ntindere are aceeai valoare constant, astfel:

T1-cos1= T2- cos2=_= Ti- cos i

La filarea unei lungimi mai mari de lan dect adncimea de ancorare, unghiul dintre lan

i fundul mrii n punctul de contact al acestora este nul, reaciunea local din lan neavnd

componenta pe vertical ce ar putea produce ridicarea cheii de mpreunare a ancorei.

Astfel pentru h > O se pot scrie egalitile:

1=0; T0=T1-cos1=_= Ti-cos i=Fext

Fext reprezint componenta orizontal a sumei forelor exterioare a sistemului nav-lan-

fund de ap, care acioneaz asupra navei tinznd s o ndeprteze de punctul de ancorare.

Forele exterioare au origine divers, dintre toate evideniindu-se cantitativ doar cele

12Idem, pg.40.

13Idem, pg.41


28/59

28

produse de interaciunea curentului marin (Fc) i vntului (Fv) cu poriunea imers, respectiv

emers, a corpului i construciilor aflate pe puntea principal a navei. Astfel:

Fext= Fc+ Fv [N]

Cele dou fore perturbatoare ale echilibrului static al navei aflate la ancor se pot calculautiliznd relaiile:

= 0,5 + [ ]

= [ ]

in care: apa = densitatea apei de mare = 1,025 [Ns /m4];

kk = coeficient de corecie pentru influena curburii corpului navei (determinat tabelar-

tabelul 3.l);

Tabelul 3.1

L/Bx 6,0 8,0 10 12 >12

kk 1,04 1,03 1,02 1,01 1,0

= coeficient de frecare al apei de carena = 1,143,84;

= majorare a coeficientului de frecare datorata prezentei asperitilor pe corpul navei

= 0,71,2 (valorile mai mici corespund navelor cu construcie sudata a nveliului corpului);

Aud= suprafaa carenei;

v= vc+ vt

vc = viteza curentului marin = 12,57 [m/s] (pentru navele cu zona nelimitata denavigaie);

vt= viteza navei la tragerea acesteia pe lan = 0,10,3 [m/s];

kv = coeficientul depresiune al vntului = 0,240,61 [Ns2/m4];

A = suprafaa velic a navei [m2];

vv = viteza vntului = 412 [m/s] (corespunztor 36 grade Beaufort).


29/59

29

n urma rezolvrii ecuaiei lniorului, pentru reaciunile de la capetele lanului de

ancor se vor gsi urmtoarele relaii de calcul:

= =( + )

2( + ) [ ]

= ( )

( )[N].

Lungimea lanului de ancor liber suspendat n ap este:\

= ( )

+( + ) [m]

Conform A.N.R., lungimea total minim a unui lan de ancor esteL

min= 2,5 H(pentru

o adncime de ancorare de calcul de 50150 m). Trebuie remarcat faptul c adncimea uzual

de ancorare n practica maritim atinge valorile de 1530 m, rareori depind 50 m.

n aceste condiii lungimea lanului aezat liber pe fundul mrii este:

ll = Lmin - l [m]

Datorit maselor variabile suspendate de nara de bordaj a instalaiei de ancorare (lungimi

diferite de lan imersat, smulgerea ancorei de pe fundul apei etc.), forele de traciune la

barbotina vinciului de ancor pe timpul virrii ancorei variaz pe parcursul diferitelor etape ale

acestui proces. n general, fora de traciune la barbotin (T) este determinat de dou

componente: fora de greutate a lanului liber suspendat n ap i fora de greutate a lanului

suspendat ntre barbotina vinciului i puul lanului de ancor.

Forele de traciune la barbotin, cuplul necesar al motorului electric de antrenare i

duratele diferitelor etape ale procesului de virare a ancorei sunt prezente n cele ce urmeaz:

Etapa I14

:

Fora de traciune n lan la barbotina vinciului este:

= ( )

( )[N]

14Ioni,I, Jimbu C, Apostolache, A- Op.citit,pg.248.


30/59

30

Cuplul motorului electric de acionare este:

= [Nm]

Durata de desfurare a primei etape este:

= [s]

n relaiile prezentate apar mrimile:

nb = randamentul funcional al nrii de bordaj = 0,650,80;

np = randamentul funcional al nrii de punte = 0,700,80;

mec = randamentul funcional al transmisiei mecanice = 0,420.82; Rb = raza barbotinei vinciului = 6,85 d [m] (d = calibrul lanului [m]);

hnp = lungimea lanului de ancor suspendat n puul lanului [m];

i = raportul de transmisie al transmisiei mecanice = 100200;

ni = turaia motorului electric corespunztoare cuplului la axul acestuia [rot/min] (reiese

din caracteristica mecanic a motorului).

Etapa II15

:

O dat cu terminarea virrii poriunii de lan aflate pe fundul apei, fora de traciune la

barbotin crete datorit rezistenei opuse de ancor, fapt pentru care nava este nevoit s se

deplaseze n continuare ctre verticala ancorei. Creterea forei de traciune este liniar, de la

valoarea TI la cea corespunztoare smulgerii ancorei de pe fundul apei (TIII). Fora TIII i turaia

nIII corespund debutului etapei a treia. n mod asemntor variaz i cuplul la axul motorului

electric al vinciului.

Timpul de desfurare al etapei a doua este:

= ( )

( )[s]

Etapa III16

:

Aceasta etap corespunde exclusiv procesului de smulgere al ancorei. Fora de

traciune necesar la barbotin prevede nvingerea att a forelor de greutate ale ancorei i

15Idem, pg.252.

16Idem, 254.


31/59

31

lanului filat ct i a celor de reinere a ancorei pe fundul apei (Fa). Fora de reinere a ancorei pe

fundul apei nu poate fi precis calculat, ea depinznd de o serie de factori de origine complex.

Totui ea este estimat n mod acoperitor ca fiind egal cu dublul greutii n aer a ancorei. Se

vor putea determina astfel urmtorii parametrii:

Fora de traciune n lan la barbotin este:

= [N]

Cuplul la axul motorului electric (momentul necesar de smulgere) este:

= [Nm]

Timpul de smulgere al ancorei (de repaus sub curent) este: tm 60s.

Etapa a treia ia sfrit n momentul n care ancora nu se mai afl n contact direct cu

fundul apei i cnd fora de traciune i momentul necesar scad la valorile TIV, respectivMIV.

Etapa IV17

:

La nceputul acestei etape se nregistreaz mrimile:

Fora de traciune n lan la barbotin:

= [N]

Cuplul la axul motorului de antrenare:

= [Nm]

Lungimea lanului aflat n ap scade continuu prin virarea cu vitez constant asigurat

de vinciul de ancora, fapt ce duce la scderea uniform liniar a forei i a cuplului necesar la

barbotin. La finalul etapei a patra (momentul n care ancora ajunge n dreptul nrii de bordaj),

fora i momentul devin:

= [N]

17Idem, pg.258.


32/59

32

= [Nm]

Durata celei de-a patra etape se poate calcula cu relaia:

=

( )

[s]

Etapa V18

:

La intrarea ancorei n nara de bordaj forele de frecare cresc substanial datorit forelor

de apsare mult mai mari exercitate de ancora pe suprafaa interioar a nrii de bordaj, fapt

determinat de greutatea specific net superioar a ancorei n raport cu cea a lanului. Astfel, fora

de traciune necesar la barbotina vinciului trebuie s creasc din momentul intrrii ancorei n

nar i pn la aducerea ancorei n poziia final, cu un procent evaluat la circa 25%. Prinurmare, la finalul etapei a cincea, se vor nregistra mrimile:

Fora de traciune n lan la barbotin: = ,

[N]

Cuplul la axul motorului: = [Nm]

Pentru a se evita eventualele deteriorri ale bordajului prin lovirea acestuia cu ancora i

pentru diminuarea solicitrii suplimentare a motorului odat cu creterea forelor de frecare din

instalaie la intrarea ancorei n nar, viteza de virare a lanului pe aceasta perioad este de obicei

limitat la maxim 0,050,07 m/s.

Un caz deosebit n funcionarea instalaiei de ancorare l reprezint funcionarea n

regim de avarie care presupune virarea ancorei de la o adncime egal cu lungimea Llt a

lanului. ntr-o astfel de situaie, solicitarea motorului poate fi mult mai mare dect n cazul

smulgerii ancorei din cazul precedent. De aceea este necesar a se verifica comportamentulmotorului pe durata acestui regim. Se pot calcula urmtoarele mrimi:

Fora de traciune n lan la barbotin la nceputul virrii:

= [N]

18Idem, pg.261.


33/59

33

Momentul la axul motorului electric la nceputul virrii:

= [Nm]

Fora de traciune n lan la barbotin la finalul virrii:

= [N]

Momentul la axul motorului electric la finalul virrii:

= [Nm]

Timpul de virare a ancorei n regim de avarie:

= [s]

Calculul motorului are n vedere determinarea solicitrilor maxime la care acesta este

supus n condiii normale si de avarie precum i alegerea motorului din cataloagele specializate.

Iniial se calculeaz cuplul mecanic necesar a fi furnizat de ctre motor n cele mai

defavorabile situaii posibile:

cuplul necesar smulgerii ancorei de pe fundul apei:

= [Nm]

cuplul necesar virrii ancorei de la o adncime egal cu lungimea lanului de ancor:

= [Nm]

cuplul necesar virrii a doua ancore de la adncimea H:

= [Nm]

Dintre cele trei momente se va lua n calcul momentul de valoare maxim (Mmax).

Deoarece pe parcursul situaiilor amintite motorul se afl n regim de suprasarcin, pentrucalculul cuplului nominal al motorului Mn se va utiliza relaia:


34/59

34

= [Nm]

unde: Mmax = max (Msm; MLlt; Ma);

l = coeficientul de suprasarcina al motorului.

In ceea ce privete turaia motorului, aceasta se poate determina prin prisma vitezei de

virare a lanului. Turaia nominal de calcul este:

= [rot/min]

n care: nmed= turaia motorului ce corespunde vitezei medii de virare a ancorei

= [rot/s]:

= 9,55 = 9,55 [rot/min]

Llt= lungimea imersat a lanului de ancor [m];

ttot= timpul total de virare al ancorei [s];

y = coeficient dat de relaia = 1 , unde sn = coeficientul de scdere al tensiunii dealimentare a motorului pe timpul suprasarcinii (pentru motoarele asincrone cu rotor n

scurtcircuit: sn = 0,1).

O dat calculate turaia i cuplul nominal se poate determina puterea de calcul a

motorului Pnc cu relaia:

= [kW]

n care:Mn = momentul nominal al motorului [Nm];

nnc = turaia nominal de calcul a motorului electric de acionare [rot/min].

Cunoscnd toate aceste caracteristici se alege din cataloagele specializate un motor care

s corespund parametrilor calculai sau altora imediat superiori.


35/59

35

3.3. Calcul specific al instalaiei

Din prezentarea i planul general de construcie ale navei se pot desprinde urmtoarele

caracteristici constructive:

deplasamentul navei: = 39000 tdw;

suprafaa velic a navei n limitele lungimii de calcul:A = 1525 m;

limea maxim a navei: Bmax = 31,5 m;

suma nlimilor etajelor suprastructurii pupa i niturilor cu limea mai

mare de (0,25B):hi = 13,4 m;

nlimea convenional de la linia de plutire la acoperiul celui mai

nalt ruf: h = 16,6 m.

Caracteristica de dotare are astfel valoarea:Na = 2999,3 m.

Alegerea parametrilor dimensionali ai lanului si ancorei

n conformitate cu valoarea caracteristicii de dotare a navei se aleg:

lan de ancor cu calibrul: d= 90 mm (lan cu rezistena mrit) conform STAS

168-80;

lungimea unui lan de ancor:Llt= 316 m;

ancor tip Hall cu o greutate: Ga = l0 tf = 98066 N (STAS 595-80).

Avnd n vedere aceti parametri, pentru un metru liniar de lan de ancor se determin o

greutate: q = 1595,9 N. n ap greutatea aceleiai lungimi de lan va fi: qapa = 1388,4 N.

Greutatea ancorei in apa va fi: Gaapa = 85317 N.

Adncimea de ancorare considerat este H= 100 m. Corespunztor acesteia si strii de

echilibru static a sistemului nav-lan-fund de ap, lungimea de lan suspendat liber n ap este l

= 187,51 m. Lungimea de lan aezata liber pe fundul apei este ll = 129,49 m.

Forele exterioare ce acioneaz asupra navei

La calculul acestor forte s-au luat n considerare urmtorii parametri:

densitatea apei: = 1,025 t/m ;

coeficientul de frecare al apei de carena: f= 1,7;

coeficientul de corecie pentru influenta curburii corpului: kk= 1,042;


36/59

36

majorarea coeficientului de frecare datorat asperitilor: f= 0,7;

coeficientul de presiune al vntului: kv = 0,37 t/m2;

aria suprafeei carenei:Aud= 10090,421 m2;

viteza navei la tragerea pe lan: vt= 0,21 m/s;

viteza curentului de ap: vc = 2,5 m/s;

viteza vntului: vv = 11,8 m/s.

n urma calculelor efectuate s-au determinat urmtoarele valori pentru forele exterioare:

fora perturbatoare produs de curentul de apa: Fc = 93861 N;

fora perturbatoare produs de vnt: Fv = 84161 N;

fora perturbatoare exterioar total: Fext =178020 N.

Forele de traciune la barbotin i cuplurile necesare la axul motorului de

acionare pe parcursul etapelor virrii ancorei de la adncimeaH

n calcule s-au utilizat urmtorii parametri:

raza barbotinei vinciului: Rb = 0,596 m;

randamentul mecanic al acionarii: mec = 0,55;

randamentul funcional al nrii de bordaj: nb = 0,76;

randamentul funcional al nrii de punte: np = 0,79;

lungimea lanului de ancor suspendat n puul lanului de ancor: hnp = 6,7 m;

nlimea narii de bordaj fa de nivelul apei: h = 4,75 m;

raportul de transmisie mecanic: i = 200;

viteza medie de virare a lanului: vltmed = 10 m/min.

Etapa I:

Fora de traciune la barbotin: TI = 425600 N. Cuplul necesar la axul motorului de

acionare:MI= 2260 Nm.

Etapa II:

Fora de traciune la barbotin la sfritul acestei etape este: TII = 562990 N. Cuplul

necesar la axul motorului de acionare: MII = 3004,3 Nm. Aceste valori sunt cele maxim


37/59

37

nregistrate pe toata perioada procesului de virare a ancorei, corespunznd nceputului smulgerii

ancorei de pe fundul marii.

Etapa III:

Fora de traciune la barbotina: TIII = 304920 N. Cuplul necesar la axul motorului deacionare:MIII = 1606,2 Nm. Valorile corespund sfritului procesului de smulgere a ancorei.

Etapa IV:

Fora de traciune la barbotin: TIV = 129030 N. Cuplul necesar la axul motorului de

acionare: MIV = 653,3 Nm. Aceste valori se nregistreaz n momentul ajungerii ancorei n

dreptul narii de bordaj.

Etapa V:

La sfritul acestei etape vor fi determinate urmtoarele valori: fora de traciune la

barbotin: TV= 161290 N i cuplul necesar la axul motorului de acionare:MV = 828,077 Nm.

In urma obinerii acestor rezultate se poate trasa diagrama de variaie a forei de traciune

la barbotin pe perioada procesului de virare a ancorei.

Forele de traciune la barbotin i cuplurile necesare la axul motorului de acionare pe

parcursul virrii ancorei de la adncimeaLlt

Pe parcursul virrii ancorei de la o adncime cel puin egal cu cea a lanului de ancor se

vor nregistra urmtoarele valori pentru parametrii amintii:

la nceputul virrii: Tin = 725090 N; Min = 3882,6 Nm;

la ajungerea ancorei n dreptul narei de bordaj: T = TIV; M = MIV;

la finalul operaiunii de virare: T = TV; M = MV;

n mod asemntor se poate trasa graficul de variaie al forei de traciune la barbotin.

Calculul puterii acionrii electrice a vinciului

Motorul electric de antrenare al vinciului va fi astfel ales nct s fac fa solicitrilor

maxime de cauzalitate divers ce pot aprea n exploatarea instalaiei de ancorare. Astfel,

literatura de specialitate prevede ca la alegerea motorului electric s se considere cuplul maximde exploatare al motorului cel mai mare cuplu dintre urmtoarele trei:


38/59

38

cuplul necesar smulgerii ancorei de pe fundul apei (Msm);

cuplul necesar virrii ancorei de la o adncime egal cu Llt (MLlt);

cuplul necesar virrii a dou ancore de la adncimea H (Ma).

Pentru aceste cupluri s-au determinat valorile:

Msm = 3004,3 Nm; MLlt= 3882,6 Nm; Ma = 3258,2 Nm.

Se observ c momentul maxim esteMLlt. Momentul nominal la axul motorului esteMn =

2065,2 Nm (s-a considerat = 1,88). Turaia medie va fi nmed= = 880,12 rot/min, ceea ce va

impune o turaie nominal de calcul nnc = 860,7 rot/min.

Avnd n vedere cuplul i turaia nominal ce trebuie asigurate de motor, se poate

determina puterea nominal de calcul a acestuia: Pnc = 120,9 kW.

Alegerea motorului electric de acionare a vinciului

Din catalogul19 firmei UMEB ELEKTROMOTOREN am ales urmtorul motor electric

de acionare a vinciului instalaiei de ancorare: motor asincron trifazat cu rotor n scurtcircuit din

seria ASI, cu urmtoarele caracteristici: tensiunea nominal de alimentare Un = 3x380 V (c.a.);

puterea P = 125 kW; turaia sincron = 880 rot/min; turaia nominal = 860 rot/min; randamentul

= 93%; factorul de putere cos = 0,68; intensitatea curentului nominal absorbit la tensiunea

nominal de alimentare In = 232 A; raportul Mp/Mn = 1,2; raportul Ip/In = 7; raportul Mm/Mn =

1,8; greutatea = 1150 kgf.

19http://www.umeb.ro/cataloage


39/59

39

CAPITOLUL IV

ANALIZA VIBRO-ACUSTIC A VINCIULUI DE ANCOR

4.1. Vibrodiagnosticarea defectelor

Vibraiile i zgomotele care nsoesc funcionarea mainilor electrice constituie un

indicator important al strii de calitate i al gradului lor de solicitare/ncrcare.

4.1.1. Analiza vibraiilor sistemelor complexe

Vibraiile, ca manifestri ale comportamentului oscilatoriu al unui sistem, se datoreaz fie

schimbrilor repetate ntre energiile cinetice i cele poteniale ale componentelor sistemului, fie

ca rezultat al excitaiilor exterioare forate. Un nivel redus de vibraii nseamn zgomot redus iun regim de lucru mai eficient. n acest sens, controlul i reducerea vibraiilor sunt elemente

eseniale n meninerea unor performane i eficiene ridicate.

Exist astzi numeroase cercetri privind analiza i modelarea vibraiilor precum i

pentru stabilirea de metode i sisteme de control al vibraiilor i ocurilor componentelor i

ansamblului sistemului. Modelarea vibraiilor, cu modele analitice sau cu modele numerice, este

utilizat azi pentru nelegerea fenomenelor vibraionale, prin conversia problemei tehnice n

model matematic, din care se pot extrage caracteristicile principale ale vibraiilor. Modelele

numerice s-au dezvoltat mult n ultimele dou decenii, datorit facilitilor oferite de actualele

sisteme de calcul i pachetele software dezvoltate.

Referitor la analiza vibraiilor, aceasta cuprinde:

analiza vibraiilor naturale i a modurilor de vibraii;

analiza rspunsului sistemului la diferite surse de excitaie.

Analiza rspunsului la diferitele fore de excitaie se refer la calculul

deplasrii/deformrii componentelor atunci cnd sistemul este supus aciunii unor fore de

excitaie variabile n timp. Spre deosebire de analiza rspunsului, n cazul frecvenelor

vibraiilor naturale i al formei modurilor de vibraii ale unui sistem care vibreaz, aceste

aspecte nu depind de forele de excitaie. Vibraiile naturale i modurile de vibraii sunt

caracteristici intrinseci ale sistemului.

n proiectarea sistemelor tehnice, cu solicitri mecanice sau electromecanice, existcerine specifice legate de frecvenele naturale de vibraii. Pentru a evita rezonana mecanic,


40/59

40

frecvenele naturale ale componentelor i ale ansamblului trebuie s aib valori ct mai deprtate

de frecvenele corespunztoare vitezelor de rotaie a elementelor n micare. Pentru a controla n

mod eficient vibraiile, senzorii de vibraie trebuie s se monteze n acele zone n care modurile

de vibraii prezint deformri dominante.

Pentru motoarele electrice, una dintre problemele deosebit de importante n funcionarea

lor o reprezint cunoaterea, n detaliu, a vibraiilor naturale (proprii) ale diverselor elemente din

componena acestora. Determinarea ct mai exact a frecvenelor vibraiilor proprii ofer o

imagine complex asupra posibilelor defecte care pot surveni n funcionare i, n acelai timp,

poate oferi posibilitatea ntreprinderii de msuri preventive, n faza de proiectare, respectiv,

fabricaie, n vederea prelungirii duratei de funcionare i fundamentrii unei mentenane active.

Studiul prezentului capitol este focalizat asupra analizei vibraiilor proprii i stabiliriicaracteristicilor acestora pentru componentele de baz ale motoarelor asincrone. Ca aplicaie, s-

au considerat datele pentru rotorul, rulmenii, statorul i carcasa motorului asincron de

putere 125 kW/500 rot/min.

4.1.2. Modele de determinare a pulsaiilor proprii la rotor

Rotorul este componenta motorului asincron aflat n micare de rotaie, care, alturi de

rulmeni, reprezint principala surs mecanic de vibraii i zgomote. Formele de vibraii

ntlnite n timpul funcionrii rotorului sunt: vibraii de ncovoiere i vibraii de rsucire.

Din punct de vederea al analizei dinamice structurale, un model simplu pentru rotor este

cel al asimilrii rotorului ca bar simplu rezemat sau ca bar ncastrat. Se consider, de

asemenea c, indiferent de tipul vibraiilor, rotorul, privit ca arbore cu legturi (reazeme sau

ncastrri), este un sistem continuu, pentru care determinarea ecuaiilor de micare se deduc pe

baza principiului lui dAlembert.

A. n cazul vibraiilor de ncovoiere

Pornindu-se de la ecuaia fibrei medii deformate:

=

n care, v=v(x,t) reprezint deformaia produs ntr-un punct de coordonat x, lamomentul t , de ctre momentul ncovoietor Mi=Mi(x) care acioneaz n seciunea aflat la


41/59

41

aceeai distanx fa de originea axei longitudinale a barei,Iz este momentul de inerie axial al

seciunii transversale a barei, msurat n mm2 iarEreprezint modulul de elasticitate longitudinal

al barei(modulul lui Young), se obine urmtoarea form a ecuaiei vibraiilor de ncovoiere:

+ = 0

unde, este densitatea materialului iar A este aria seciunii transversale.

Prin rezolvarea relaie, cu condiiile de legtur, se obine expresia pulsaiile proprii

pentru:

cazul rotorului considerat ca o bar dreapt simplu rezemat la cele dou extremiti:

=

cazul rotorului considerat ca o grind ncastrat la cele dou extremiti

=(2 + 1)

4( = 1,2,3 )

Relaiile indic faptul c valorile pulsaiilor proprii difer n funcie de modul de legturconsiderat.

B. n cazul vibraiilor torsionale

Pornind de la considerarea rotorului ca sistem continuu, de seciune constant, se obine

ecuaia de micare:

( , )

=

( , )

n careIp = constreprezint momentul de inerie polar al seciunii transversale a barei, G

este modulul de elasticitate transversal iar reprezint densitatea materialului din care este

confecionat bara (rotorul), cu condiiile de legtur impuse (bara nu este mpiedicat s

se roteasc la capete) se obine expresia pulsaiilor proprii:

= ( = 1,2,3, )


42/59

42

n cazul n care, bara este mpiedicat la extremiti s se roteasc, se oine aceeai

expresie a pulsaiei proprii.

4.1.3. Studiu de caz: Motorul de 125 kW-880 rot/min, tip AIFM seria 100La-6

Pentru calculul pulsaiilor proprii ale vibraiilor de ncovoiere i de rsucire,rotorul motorului asincron, care este un arbore n trepte de diametre diferite (Figura 4.1.), trebuie

echivalat cu un arbore de diametru constant. Condiia de echivalen ntre rotorul real i rotorul

cu diametru constant este ca rotorul echivalent s aib aceeai rigiditate ca cea a rotorului

existent n componena motorului asincron.

n calcul se consider urmtoarele ipoteze: cedrile rulmenilor sunt considerate nule;

avndu-se n vedere faptul c cei doi rulmeni sunt unul radial -axial iar cel de-al doilea radial i

innd cont c, n faza de testare nu exist ncrcri axiale, se consider rotorul ca fiind simplu

rezemat. Pe baza relaiei lui Castigliano, considernd dominat solicitarea de ncovoiere a fost

calculat sgeata vntr-un punct n care acioneaz o for static oarecare Fs Punnd condiia ca

cele dou sgei calculate n punctul 3 prin nlocuirea valorilor diametrelor i innd cont c

modulul de elasticitate longitudinalEeste acelai, dup efectuarea calculelor rezult urmtoarea

relaie de calcul a diametrului echivalent:

2,22797 = 2333581,6

de unde se obine valoarea diametrului echivalent de dech=31,991 mm x 32 mm.

Figura 4.1. - Axul rotorului motorului asincron: a) modelul real; b) schema de calcul a sgeii; c) arboreleechivalent


43/59

43

Considernd arborele rotorului echivalent de diametru constant de 32 mm, realizat din

oel, cu modulul lui Young E = 2,1105 MPa , densitatea = 7850 kg/ m3 i aplicnd relaia

analitic de calcul a pulsaiilor proprii pentru sisteme continue, rezult: prima pulsaie proprie a

vibraiilor de ncovoiere egal cu: n1 =13109,16 rad/sec, creia i corespunde frecvena proprie:

fn1 = 2087,38 Hz = 2,08 kHz.

Din punct de vedere al vibraiilor de rsucire avndu-se n vedere faptul c materialul este

oel, cu modulul de elasticitate transversal G = 8104 MPa , rezult: prima pulsaie proprie a

vibraiilor de rsucire egal cu: n1 = 63075,82 rad/sec; creia i corespunde

frecvena proprie: fn1 =10043,82Hz = 10,04 kHz.

4.1.4. Modele de determinare a pulsaiilor proprii la rulmeni

Vibraiile avnd ca surs rulmenii au efecte fie direct fie indirecte asupra structurii, n

ansamblul ei. Principalele surse de vibraii ale rulmenilor sunt:

Modificarea poziiei corpurilor de rulare att n zona de ncrcare ct i cea de

nencrcare a rulmentului;

Existena unor neuniformiti ale corpurilor de rulare determinate de diferitele

solicitri rezultate n funcionare i care, la rndul lor, pot genera frecri mari i ciocniri

ale corpurilor de rulare cu inelele i cu colivia; Modificarea zonelor de contact dintre corpurile de rulare i cile de rulare ca urmare a

unor abateri dimensionale att de form ct i de poziie;

Apariia impuritilor n zona cilor de rulare, defecte n calea de rulare sau deteriorarea

acesteia (uzur abraziv, amprente, ciupituri de tip Peeling sau Pitting etc.).

Modul de determinare a frecvenelor proprii ale rulmenilor este prezentat ntr-o serie de

lucrri de specialitate. Sunt astfel prezentate relaiile de calcul ale frecvenelor caracteristice

corelate cu frecvenele datorate dinamicii i cinematicii rulmenilor.

4.2. Metode numerice de determinare a frecvenei proprii

4.2.1. Metoda elementului finit (FEM) aplicat la motorul asincron

Din punct de vedere structural, motorul asincron conine o serie de elemente mecanice

care, n timpul funcionrii, pot fi excitate cu fore i/sau momente, variabile n timp, care pot

avea frecvenele de excitaie apropiate sau egale cu frecvena fiecrei componente n parte sau cu

ansamblul n ntregul su.


44/59

44

Rspunsul la diferitele excitaii, care se manifest prin diferite micri oscilatorii, este

dependent de distribuia maselor, evaluat prin matricea de inerie M, prin amortizarea

structural, reprezentat prin matricea de amortizare C i prin rigiditatea structural, evideniat

prin matricea de rigiditate K. Ecuaia care descrie comportarea dinamic a acestei structuri este

de forma:

M +C +K = F

Unde reprezint vectorul acceleraiilor, iar este vectorul vitezelor, reprezint

vectorul deplasriloriar F este vectorul forelor/ momentelor de excitaie.

Determinarea frecvenelor proprii implic considerarea structurii ca fiind liber i

neamortizat. Ca urmare, din ecuaia de micare, rezult:

[ ] +[ ]{}={0}

ceea ce reprezint ecuaia vibraiilor libere neamortizate n care, prin {0}, s-a notat

vectorul nul.

Frecvenele naturale determinate pe baza ecuaiilor de mai sus i modurile asociate

acestor frecvene definesc o serie de aspecte fundamentale n determinarea rspunsului dinamic

structural.

Analiza cu metoda elementului finit (FEM) a componentelor motorului asincron de 125

kW-880 rot/min a fost realizat cu ajutorul programului ABAQUS.

Au fost modelate i discretizate principalele elemente luate n considerare: rotorul,

rulmenii, statorul, carcasa, cele dou scuturi.

n vederea analizei s-a considerat, la nceput, modelarea i simularea individual arotorului, statorului i a carcasei dup care a fost realizat modelarea ansamblul motor.

Modelarea geometric 3D a fost realizat cu ajutorul softului IDEAS.

4.2.2. FEM - Determinarea frecvenelor proprii ale rotorului

A. Rotorul motorului asincron cu pachetul de tole montat

Modelul geometric 3D al rotorului cu tole este prezentat n Figura 4.2. Modelul

discretizat conine un numrde 6471 noduri i 15792 elemente.


45/59

Figura 4.2. Modelul 3D al ro

Analiza modurilor pro

legturi similare cu ale rulme

Cazul A IRotor cu

n urma determinrii

primele ase frecvene au

predominant pentru aceste c

factorul de participare al mase

Cazul A II - Rotorrulmenii

Ca i n cazul analizei

n zona de montare a rulmen

axa sa) n zona de montare

modurilor dominante sunt: 20

a)

Figura 4.4Modul pr

a) valor

45

torului cu tole Figura 4.3. Modelul cu elemente fini

rii de vibraii a fost realizat n dou cazuri

ilor.

tole liber

recvenelor proprii, avndu-se n vedere c

rezultat a fi egale cu zero, contribuia

azuri. Restul valorilor determinate corespu

i modale este foarte mic putnd fi neglijate.

ul cu tole, n condiii de legtur simi

axului rotorului, rotorul cu tole este blocat p

tului 6306P6EL i numai pe dou direcii (

a rulmentului 6306P6EL. Valorile frecve

,58 Hz; 99,74 Hz; 129,53 Hz; 138,84 Hz i 1

b)

opriu de vibraie corespunztor frecvenei propriifn ile amplitudinilor deformaiilor; b) forma deformat

te al rotorului cu tole

: rotor liber i rotor cu

ndiiile de corp liber,

masei modale fiind

d unor valori la care

are conexiunilor cu

toate cele trei direcii

ele perpendiculare pe

elor corespunztoare

5,84 Hz.

= 20,58 Hz:


46/59

a)Figura 4.5Modul pr

a) valor

4.2.3. FEM - Deter

Modelul geometric 3D

a motorului20, este prezentat

9794 elemente tetraedrale de

Figura 4.6. Modelul 3D al stat

Analiza modurilor pro

patru rnduri.

Cazul B Stator cu c

Au fost determinate fr

identice cu cele folosite n rea

20http://www.umeb.ro/motoare-elec

aim-aifm/motoare-electrice-aifm-2-.

46

b) priu de vibraie corespunztor frecvenei propriifn =

ile amplitudinilor deformaiilor; b) forma deformat

inarea frecvenelor proprii ale statorului

al statorului, avnd ca baz desenul de exec

n Figura 4.6. Modelul FEM conine un nu

rdinul nti (Figura 4.7.).

orului Figura 4.7.Modelul cu eleme

rii a fost realizat n dou cazuri: stator libe

ondiii de legtur similare montajului n

ecvenele proprii ale statorului n condiiile

lizarea ansamblului motorului asincron.

trice-curent-alternativ/motoare-electrice-instalatii-de

..-20-cp-51.html

99,746 Hz :

uie din cartea tehnic

r de 4964 noduri i

te finite al statorului

r i stator constrns pe

arcas

de legtur cu carcasa

-ridicat/motoare-electrice-


47/59

a)Figura 4.8. Modul pr

a) valor

a)Figura 4.9. Modul pr

a) valor

Pe baza rezultatelor nale masei modale efective au

Hz; 226,78 Hz; 278,84 Hz; 34

4.2.4. FEM - Deter

Modelarea carcasei, ge

au fost realizate n aceleai

Modelul cu elemente finitetetraedrale.

Figura 4.10. Modelul 3D al carcas

Cazul C Carcas n

Avndu-se n vedere c

s-a considerat n analiz i crezultatelor obinute au rezul

47

b) opriu de vibraie corespunztor frecvenei propriifn


b) priu de vibraie corespunztor frecvenei propriifn


egistrate i lund n considerare valorile factrezultat un set de valori de frecvene propr

4,18 Hz; 377,79 Hz; 401,207 Hz; 534,82 Hz

inarea frecvenelor proprii n cazul carca

ometric 3D (Figura 4.10.) i cea cu elemen

condiii ca i n cazul celorlalte piese co

l carcasei conine un numr de 8327 nod

i Figura 4.11. Modelul cu

castrat n zona uruburilor de prindere

ondiiile de montaj ale motoarelor (prindere

azul ncastrrii carcasei n zona celor 4 gtat urmtoarele valori ale frecvenelor prop

= 121,00Hz :

168,26 Hz:

orilor de participare i ii: 121,00 Hz; 168,26

i 542,29 Hz.

ei

e finite (Figura 4.11.),

mponente prezentate.

ri i 27605 elemente

elemente finite al carcasei

cu uruburi de suport)

uri de urub. Pe baza rii dominante: 10,333


48/59

48

Hz; 21,309 Hz; 28,792 Hz; 42,139 Hz; 51,381 Hz; 96,91 Hz; 125,90 Hz i 163,13 Hz. Dintre

acestea, modul cel mai puternic ca deformare este cel corespunztor frecvenei de 42,139 Hz.

a) b)Figura 4.12. Modul propriu de vibraie corespunztor frecvenei propriifn = 10,333Hz:a) valorile amplitudinilor

deformaiilor; b) forma deformat

a) b)Figura 4.13. Modul propriu de vibraie corespunztor frecvenei propriifn = 42,139Hz :

a) valorile amplitudinilor deformaiilor; b) forma deformat

4.3. FEM Frecvene proprii ale ansamblului motor electric asincron

4.3.1. Realizarea componentelor i asamblarea lor

Pentru modelare, s-a considerat un numr de 7 componente, a cror modele au fostrealizate dup documentaia pus la dispoziie de site-ul firmei UMED

ELEKTROMOTOREN21.

Rotorul - Modelul cu elemente finite conine 6471 noduri i 15792 elemente. Zonele de

prindere a celor doi rulmeni au fost delimitate prin partiionarea axului rotorului, de lungimi de

14 mm respectiv, 15 mm.

21http://www.umeb.ro/index.html


49/59

Rulmenii Rulmen

dimensiunile constructive ide

(Figura 4.15.). Modelul rulme

n timp ce, modelul rulmentul

Statorul - Modelul

elemente tetraedrale de ordin

realizat pe modelul 3D partii

mm (Figura 4.16.).

Figura 4.14. Modelul ru

6306P6EL: a) modelul 3D; b) mode

Scutul fa Model

elemente tetraedrale (Figura 4

Scutul spate Mode

elemente tetraedrale (Figura 4

a)

Figura 4.16. Modelul

a) vedere din fa; b) v

49

ii au fost simulai prin buce de rigidita

tice cu cele ale rulmenilor6306P6EL (Fig

ntului 6306P6EL conine un numr de 384

ui 6307P6EL conine 288 noduri i 144 elem

cu elemente finite conine un numr de

ul nti. Pentru a simula conexiunea dintre

onri diagonale la 90 precum i partiionri

lmentului

lul cu elemente finite

Figura 4.15. Mod

6307P6EL: a) modelul 3D; b

l cu elemente finite conine un numr de

.16. i Figura 4.17.).

lul cu elemente finite conine un numr de

.16. i Figura 4.17.).

b) a)

D - Scut fa: dere din spate

Figura 4.17.

Scut spate: a) vedere din

e foarte mare avnd

ra 4.14) i 6307P6EL

oduri i 216 elemente

ente.

4964 noduri i 9794

stator i carcas, s-au

verticale la fiecare 10

elul rulmentului

) modelul cu elemente finite

2478 noduri i 9234

2478 noduri i 9234

b)

odelul 3D -

a; b) vedere din spate


50/59

50

Carcasa - Modelul cu elemente finite al carcasei conine un numr de 8327 noduri i

27605 elemente tetraedrale. Modelul 3D al carcasei conine o serie elemente distincte de

partiionare avndu-se n vedere faptul c, de aceasta, sunt fixate mai multe componente .

4.3.2. Impunerea condiiilor de legtur ntre prile componente

a) Legtura rulmeni rotor (Figura 4.18.) - Rulmentul 6307P6EL, fixat n scutul fa,

fiind un rulment radial axial a fost legat, prin nodurile comune ale suprafeei inelului interior de

nodurile similare generate pe axul rotorului, prin ecuaii de legtur pe toate cele trei direciile

(x, y i y) , n timp ce, rulmentul 6306P6EL a fost legat numai pe direciile perpendiculare axului

rotorului:

Figura 4.18. Legarea rulmenilor de axul rotorului Figura 4.19.Legarea statorului de carcas

b) Legtura stator - carcas (Figura 4.19.) - Avndu-se n vedere construcia motorului

cu statorul fix n carcas s-a considerat generarea unor noduri comune pe direcii longitudinale la

90. Aceste noduri au fost legate ntre ele prin ecuaii de constrngere pe toate cele trei direciile;

c) Legtura rulmeni cu scuturile fa i spate

n cazul legrii rulmenilor de scuturile fa i spate au fost urmate aceleai principii ca

i n cazul legrii rulmenilor de axul rotorulu

vinci ancora final 08.06.2016.pdf

Documents