Date post: | 05-Jan-2016 |
Category: |
Documents |
Upload: | andrei-rosca |
View: | 27 times |
Download: | 0 times |
Tyukodi Szilard Calcul dimensiuni principale şi coeficienţi de fineţe
Capitolul 1. Calcul dimensiuni principale şi coeficienţi de fineţe
1.1. Calculul dimensiunilor principale
1.1.1. Calculul lungimii navei L
Lungimea pe plutirea de plină încărcare (LCWL) este distanţa măsurată în P.D. între
punctul de intersecţie a CWL cu etrava şi cu etamboul. Lungimea între perpendiculare (Lpp) este
distanţa măsurată în P.D. între perpendiculara prova şi perpendiculara pupa. În cadrul lucrării se
va considera că cele două lungimi coincid, ele fiind notate în continuare cu L = LCWL = Lpp [m]
(vezi Fig. 1.1.).
Figura 1.1. Dimensiunile principale ale navei
Lungimea L se determină în funcţie de DW cu următoarea relaţie:
; Rezultă L = 103,010 m
Observaţii : 1. Deadweight-ul DW se ia în [tdw], din tema de proiect (DW = 4.240 tdw).
2. Lungimea poate varia în limitele sus-menţionate pentru încadrarea în gama de
viteze (criteriul Froude–notat Fn) şi pentru verificarea deplasamentului.
3. Se recomandă alegerea lungimii navei L [m] valoare întreagă (fără zecimale).
Se alege L = 103,00 m
6
Tyukodi Szilard Calcul dimensiuni principale şi coeficienţi de fineţe
1.1.2. Calculul lăţimii navei B
În general, se foloseşte o singură lăţime a navei şi anume cea de la cuplul maestru B.
Lăţimea B este distanţa măsurată la cuplul maestru, pe plutirea de plină încărcare, între punctele
de intersecţie ale acesteia cu liniile teoretice ale bordajelor (vezi Fig. 1.1.). Pentru determinarea
lăţimii B se folosesc relaţiile:
; Rezultă B = 17,231 m
Observaţie: 1. În formule, lungimea L se ia în metri.
2. Se recomandă alegerea lăţimii B [m] valoare întreagă.
Se alege B = 17,30 m
1.1.3. Calculul pescajului navei T
Pescajul T este distanţa de la planul de bază P.B. la plutirea de plină încărcare C.W.L.,
măsurată la cuplul maestru (vezi Fig. 1.1.). Pescajul se determină cu relaţia:
; Rezultă T = 6,700 m
Se alege T = 6,700 m
Orientativ, raportul B / T trebuie să fie situat în limitele: B / T = 2,2 …..2,85
Rezultă B / T = 2,582 (valoare relativ ridicată însă acceptabilă în această fază)
Observaţii: 1. Lăţimea B se ia în metri.
2. Gama de valori este expresia necesităţii ajustării dimensiunilor pentru
verificarea deplasamentului şi a stabilităţii iniţiale.
1.1.4. Calculul înălţimii de construcţie H
Înălţimea de construcţie H este distanţa între planul de bază P.B. şi linia punţii în bord,
măsurată în planul cuplului maestru (vezi Fig. 1.1.). Relaţia de definiţie pentru înălţimea de
construcţie este:
H = T + F [m],
unde: T – pescajul navei, în metri, calculat la 1.1.3. 7
Tyukodi Szilard Calcul dimensiuni principale şi coeficienţi de fineţe
F – bordul liber, în metri, care se calculează cu următoarea relaţie empirică:
mmLF 8,7358142,21
Rezultă F = 1.514,062 mm = 1,514 m şi H = 8,214 m
Bordul liber F este distanţa, măsurată în planul cuplului maestru, de la linia de plutire la
intersecţia punţii cu bordajul sau mai este definit ca diferenţa dintre înălţimea de construcţie şi
pescajul navei. El caracterizează rezerva de flotabilitate a navei. În relaţia de mai sus, lungimea
se ia în metri iar rezultatul va fi în mm. Dacă înălţimea de construcţie rezultată din calculul
anterior respectă inegalitatea , atunci bordului liber F i se adaugă
următoarea corecţie:
mmRL
HF
1533,8
în care
2194 m
Deci pentru cazul H > L/15, înălţimea de construcţie corectată devine: Hcorectat = H = T + (F + F) [m]
Rezultă Hcorectat = H = 9,712 m ≈ 9,73 m
Înălţimea de construcţie H este folosită pentru a determina volumul total al corpului
navei şi bordul liber, fiind din punct de vedere geometric în strânsă legătură cu pescajul T.
Această dimensiune este legată şi de rezistenţa longitudinală a navei, societăţile de clasificare
impunând restricţii asupra gamei de valori ale raportului L / H (de exemplu Germanischer Lloyd
specifică gama de valori L / H = 10 ÷ 16).
Observaţie: În cazul modificării pescajului (vezi obs.2 punctul 1.1.3.), bordul liber rămâne acelaşi.
1.2. Calculul coeficienţilor de fineţe
8
Tyukodi Szilard Calcul dimensiuni principale şi coeficienţi de fineţe
Coeficienţii de fineţe reprezintă raportul adimensional al unei curbe închise sau volumul
unui corp şi figura geometrică regulată sau poliedrul regulat care-l încadrează. Coeficienţii de
fineţe ai unei nave sunt de două feluri: de arie şi de volum.
1.2.1. Calculul coeficientului bloc CB
Coeficientul bloc este un coeficient de fineţe volumic şi este definit ca raportul dintre
volumul carenei, notat V sau şi volumul paralelipipedului cu laturile L, B, T în care se înscrie
carena navei.
Relaţia de definiţie este:
unde:
V = – volumul carenei, [m3] ;
L – lungimea navei, [m] ;
B – lăţimea navei, [m] ;
T – pescajul navei, [m] .
Coeficientul bloc depinde de tipul navei şi de viteza acesteia prin intermediul unui
criteriu de similitudine (adimensional) şi anume criteriul Froude ( ) ce are expresia:
unde: vN – viteza navei, în [m/s] ;
g – acceleraţia gravitaţională, în [m/s2] ;
L – lungimea navei, în [m] .
Dacă folosim viteza navei în noduri [Nd], vom avea relaţiile de transformare: 1 Nd = 1852 m/h = 1 Mm/h = 0,5144 m/s şi deci:
9
Tyukodi Szilard Calcul dimensiuni principale şi coeficienţi de fineţe
unde: vN – viteza navei în [Nd] ;
L – lungimea navei în [m].
În faza iniţială, coeficientul bloc nu poate fi determinat din relaţia de definiţie, nefiind
cunoscut volumul carenei . De aceea pentru determinarea coeficientului bloc se foloseşte
Diagrama 1.1. în modul următor:
Mod de lucru practic pentru determinarea lui :
– Se intră în diagramă cu lungimea navei L calculată la 1.1.1. (pe ordonată) pe
orizontală până în zona haşurată corespunzătoare tipului de navă din tema de proiect
(C.L., C.R., B.K., T.K.), rezultând astfel gama de viteze;
– Se alege o viteză vN din gama de viteze astfel determinată.
Rezultă o gamă de viteze de 14,00 ÷ 16,00 Nd. Pentru o viteză aleasă vN = 14,00 Nd şi lungimea calculată a navei, vom avea:
= 0,2265 (valoare medie către ridicată)
ATENŢIE !! : Există porţiuni în care zonele proprii diferitelor tipuri de nave se suprapun. Acest
lucru exprimă asemănarea de forme proprie gamelor de viteze şi lungimi în
porţiunea respectivă, indiferent de tipul de navă.
Cu criteriul Froude astfel calculat se calculează în final coeficientul bloc cu relaţia:
Rezultă CB = 0,724
De asemenea, cu coeficientul bloc astfel determinat rezultă şi volumul preliminar al carenei:
= CB L B T [m3]
Rezultă = 12.213,325 m3
1.2.2. Calculul coeficientului plutirii de plină încărcare CWP
10
Tyukodi Szilard Calcul dimensiuni principale şi coeficienţi de fineţe
Coeficientul de plină încărcare este un coeficient de fineţe de arie şi este definit ca fiind
raportul dintre aria suprafeţei plutirii şi aria dreptunghiului cu laturile L şi B, în care se înscrie.
Relaţia de definiţie este:
unde:
SCWL – aria plutirii de plină încărcare,
[m2]
L – lungimea navei, [m]
B – lăţimea navei, [m]
Relaţia de calcul a lui CWP este o relaţie
empirică în funcţie de coeficientul bloc
, relaţie ce are următoarea formă:
unde este
calculat la punctul 1.2.1.
Rezultă CWP = 0,807
1.2.3. Calculul coeficientului prismatic vertical CVP
Coeficientul prismatic vertical CVP este un coeficient de fineţe volumic ce reprezintă
raportul dintre volumul carenei şi volumul cilindrului drept având aria bazei SCWL şi înălţimea
T , în care se înscrie carena navei.
Relaţia de definiţie este:
unde:
= V – volumul carenei, [m3]
SCWL – aria plutirii de plină încărcare, [m2]
T – pescajul navei, [m]
Relaţia de calcul a lui CVP este următoarea:
11
Tyukodi Szilard Calcul dimensiuni principale şi coeficienţi de fineţe
unde: - calculat la punctul 1.2.1.
- calculat la punctul 1.2.2.
Rezultă CVP = 0,896
1.2.4. Alegerea coeficientului secţiunii maestre CM
Coeficientul secţiunii maestre CM este un coeficient de fineţe de arie ce reprezintă
raportul dintre aria suprafeţei imerse a cuplei maestre şi aria dreptunghiului cu laturile B şi T
în care aceasta se înscrie.
Relaţia de definiţie este:
unde:
– aria secţiunii imerse la cuplul maestru, [m2]B – lăţimea navei, [m]T – pescajul navei, [m]
Întrucât la trasarea planului de forme se vor folosi carenele de referinţă ale Seriei 60 iar
ajustarea deplasamentului se va face prin modificarea porţiunii cilindrice (CM = ct.), se va alege
în această fază o carenă de referinţă din Tabelul 1.1. şi anume carena cu CBi cel mai apropiat de
CB calculat la punctul 1.2.1 (de preferat CBi CB).
Tabelul 1.1
Carena I II III IV V
CBi 0,60,65 0,6350,70 0,6650,75 0,6910,80 0,750,85
CMi 0,977 0,982 0,986 0,990 0,994
Se alege Carena de referinţă III şi deci CM = 0,986
1.2.5. Calculul coeficientului cilindric (prismatic longitudinal) CP
12
Tyukodi Szilard Calcul dimensiuni principale şi coeficienţi de fineţe
Coeficientul cilindric CP este un coeficient de fineţe volumic ce reprezintă raportul
dintre volumul carenei şi volumul cilindrului drept având aria bazei şi înălţimea L, în care
se înscrie carena navei.
Relaţia de definiţie este:
unde:
= V – volumul carenei, [m3]– aria secţiunii imerse la cuplul maestru, [m2]
L – lungimea navei, [m]
Relaţia de calcul a lui CP este următoarea:
iM
BP C
CC
unde CB este calculat la punctul 1.2.1 iar CMi este ales la punctul 1.2.4 din Tabelul 1.1.
Rezultă CP = 0,734
1.3. Verificarea stabilităţii iniţiale
Este necesară în această fază pentru a nu modifica ulterior un volum mare de date
(desene, plan de forme, etc.) dacă dimensiunile şi coeficienţii de fineţe aleşi iniţial duc la o
stabilitate insuficientă. Se foloseşte relaţia (vezi şi Fig. 1.2):
unde: – înălţimea metacentrică transversală [m];
– raza metacentrică transversală [m];
– cota centrului de carenă B [m];
– cota centrului de greutate G [m].
13
Tyukodi Szilard Calcul dimensiuni principale şi coeficienţi de fineţe
Fig. 1.2. Componentele înălţimii metacentrice transversale
În această fază a proiectării, mărimile sus-menţionate se estimează cu diferite relaţii empirice în modul următor:
1.3.1. Raza metacentrică transversală
Raza metacentrică transversală reprezintă distanţa de la centrul de carenă al
plutirii orizontale B0 la metacentrul transversal MT (vezi şi Fig. 1.2).
[m]
[m]
[m]
unde: CWP – coeficientul plutirii de plină încărcare (vezi punctul 1.2.2)
CB – coeficientul bloc (vezi punctul 1.2.1)
B – lăţimea navei, în [m]
T – pescajul navei, în [m]
Se va alege valoarea minimă obţinută, adică
14
Tyukodi Szilard Calcul dimensiuni principale şi coeficienţi de fineţe
Rezultă:
m
m
m
Se alege m
1.3.2. Cota centrului de carenă
Cota centrului de carenă reprezintă distanţa de la fundul navei (măsurată în planul
diametral din punctul notat cu K) la centrul de carenă al plutirii orizontale B0 (vezi Fig. 1.2). Se
calculează cu una din relaţiile:
[m] (relaţia lui Normand)
[m] (relaţia lui Vlasov)
[m] (relaţia lui Pozdiunin)
[m] (relaţia lui Wobig)
unde: CVP = coeficientul prismatic vertical (vezi punctul 1.2.3); CB - coeficientul bloc (vezi
punctul 1.2.1); CWP - coeficientul plutirii de plină încărcare iar T este pescajul navei [m]. Se va
alege valoarea minimă obţinută adică:
Rezultă:
m
m
m
m
Se alege m
1.3.3. Cota centrului de greutate
15
Tyukodi Szilard Calcul dimensiuni principale şi coeficienţi de fineţe
Cota centrului de greutate reprezintă distanţa dintre planul de bază (măsurată în planul
diametral din punctul K) şi centrul de greutate G (vezi Fig. 1.2). Relaţia empirică de determinare
a lui este:
unde: H – înălţimea de construcţie [m];
– coeficient cu valorile: = 0,52 0,55 pentru T.K.
Pentru = 0,550 rezultă m
1.3.4. Calculul înălţimii metacentrice transversale
Înălţimea metacentrică transversală reprezintă distanţa măsurată pe verticală
dintre metacentrul transversal MT şi centrul de greutate G, valoarea numerică rezultând din
relaţia (vezi şi Fig. 1.2) :
unde valorile mărimilor , şi sunt calculate la punctele 1.3.11.3.3. Pentru navele tip cisternă (tancuri), valorile lui trebuie să se încadreze în limitele:
= 1,5 2,5 [m]
Rezultă = 2,410 m (valoare acceptabilă în această fază, dat fiind că nu s-au calculat încă corecţiile pentru suprafeţele libere)
1.4. Verificarea deplasamentului
Verificarea deplasamentului este necesară în această fază pentru a vedea dacă
dimensiunile principale şi coeficienţii de fineţe aleşi sau calculaţi asigură, în limite rezonabile,
realizarea deadweight-ului din tema de proiect. Deplasamentul masic al navei, notat cu D sau cu
, reprezintă mărimea masei totale a unei nave şi se măsoară în tone [t], fiind de asemenea
numeric egal cu deplasamentul măsurat în tone-forţă [tf ]. Deşi unitatea de măsură tone-forţă nu
este o unitate a S.I. (în S.I. forţa se măsoară în N), acesta este tolerată deoarece în practică
mărimile implicate în operarea navei (marfa, combustibilul, rezervele) sunt caracterizate de
16
Tyukodi Szilard Calcul dimensiuni principale şi coeficienţi de fineţe
mărimea masei acestora în [kg] şi nu de valoarea greutăţii lor în [N]. Deplasamentul are
următoarele componente:
D = DC + DM + DW + D [tone]
unde: D – deplasamentul navei, [tone]
DC – mărimea masei corpului metalic, [tone]
DM – mărimea masei maşinilor şi instalaţiilor, [tone]
DW – deadweight- ul navei, [tdw]
D – rezerva de deplasament, [tone]
1.4.1. Deplasamentul navei D
[tone]
unde: = 1,025 pentru apa de mare, [tone / m3]
CB – coeficientul bloc, adimensional
L – lungimea navei, [m]
B – lăţimea navei, [m]
T – pescajul navei, [m]
Rezultă D = 8.859,731 tone
1.4.2. Masa corpului metalic DC
DC este masa corpului metalic, a amenajărilor şi a dotărilor, fără marfă, rezerve lichide
sau solide, maşini şi instalaţii aferente. Metodele de determinare preliminară ale lui DC se
bazează pe relaţii empirice de forma:
[tone]
unde: L – lungimea navei, [m]
B – lăţimea navei, [m]
H – înălţimea de construcţie, [m]
pC – coeficient [tone/m3] cu valorile: pC = 0,165 0,185 pentru tancurile considerate de
mici dimensiuni (DW < 25.000 tdw).
17
Tyukodi Szilard Calcul dimensiuni principale şi coeficienţi de fineţe
Adoptând pentru pC valoarea de 0,181 tone/m3, rezultă DC = 1.744,033 tone
1.4.3. Masa maşinilor şi instalaţiilor aferente DM
Cu toate că determinarea masei maşinii de propulsie şi a instalaţiilor aferente funcţie de
cea a unui motor principal de propulsie cunoscut reprezintă o metodă cu un grad scăzut de
precizie, ea oferă totuşi rezultate suficient de bune pentru faza de proiectare preliminară (dacă
există suficiente date disponibile). În lipsa unor astfel de date şi specificaţii tehnice date de
producător, se apelează frecvent la relaţii empirice de forma:
DM = pm PE [tone]
unde: PE – puterea efectivă, în [CP]
pm – coeficient [tone / CP], cu valori în gama: pm = 0,04 0,10.
PE se calculează cu relaţia empirică:
[CP]
unde: vN – viteza navei, în [Nd]
CM – coeficientul secţiunii maestre, adimensional
B, T – lăţimea respectiv pescajul navei, în [m]
m3 – coeficient ce se determină funcţie de criteriul Froude astfel:
– pentru Fn = 0,13 0,23: m3 = 160Fn + 13,2
– pentru Fn = 0,23 0,30: m3 = 785,7Fn – 130,7
Rezultă o putere PE =6.635,574 CP şi adoptând un coeficient pm = 0,066 tone / CP vom avea
DM = 437,947 tone
1.4.4. Deadweight-ul DW
18
Tyukodi Szilard Calcul dimensiuni principale şi coeficienţi de fineţe
Este dat în tema de proiectare (DW = 4.240 tdw) şi este o măsură cantitativă a capacităţii
de încărcare a navei.
1.4.5. Rezerva de deplasament D
D = D – DC – DM – DW
Gama valorilor admisibile pentru rezerva de deplasament este:
D = (0,51%) D = (0,005 0,01) D
Rezultă D = 1.437,750 tone (16,227 % ·D), o valoare inacceptabilă (dimensiunile
sunt cu mult prea mari pentru deadweight-ul respectiv). Reluând calculele pentru valorile
B' = 16,344 m şi T ' = 5,98 m, va rezulta o rezervă de deplasament D = 48,658 tone
(0,651% · D – valoare acceptabilă de această dată ) şi prin urmare:
B = B' = 16,344 ≈ 16,30 m , T = T ' = 5,98 m ≈ 6,00 m şi H ' = H = F + T ' = 7,808 m
În urma calculelor efectuate s-au obţinut următoarele valori finale ale caracteristicilor
geometrice şi mecanice pentru nava de proiectat:
Lungime la plutire: L = 103,00 m
Lăţime la plutire: B = 16,30 m
Pescaj: T = 6,00 m
Bord liber: F = 1,808 m
Înălţime de construcţie: H = 7,808 m
Coeficient bloc: CB = 0,724
Coeficient arie CWL: CWP = 0,807
Coeficient cilindric: CP = 0,734
Coeficient arie maestră: CM = 0,986
Coeficient prismatic vertical: CVP = 0,896
Volum carenă: = 7.293,141 m3
Deplasament masic: D = 7.474,470 tone
Viteză de marş: vN = 14,00 Nd.
19
Tyukodi Szilard Calcul dimensiuni principale şi coeficienţi de fineţe
Fig. 1.3. Diagrama 1.1
20