Considerații asupra Instalției de Propulsie

1.1 GENERALITĂŢI

Cerinţa de bază în funcţionarea instalaţiei principale de propulsie este de a propulsa nava la o viteză continuă impusă, permisă de starea mării şi de a asigura posibilităţi de marş înapoi, oprire şi manevră. Cerinţele de exploatare şi întreţinere trebuie să nu depăşească posibilităţile echipajului iar costurile să se încadreze în limitele stabilite în studiile preliminare.

Cu excepţia unei scurte perioade de timp, când se apropie sau se depărtează de port, cele mai multe nave de mărfuri navigă la un procentaj mare al puterii instalate. Ocazional, schema de transport poate include exploatarea la puteri mai reduse, dar nu mai puţin de 50% din puterea maximă. De primă importanţă pentru exploatarea economică a lor este viteza continuă corespunzătoare rutei comerciale.

Situaţia navelor militare este complet diferită. Sistemele de propulsie la aceste nave trebuie să satisfacă cerinţele de viteză maximă, dar posibilităţile lor sunt rar utilizate. Navele militate navigă în general la viteze de croazieră, ce corespund la 60% din viteza maximă sau 20% din puterea maximă instalată. La aceste viteze se impune consumul economic de combustibil.

Navele cu destinaţie specială cum ar fi remorcherele, împingătoarele sau spărgătoarele de gheaţă au puterea stabilită corespunzător modului de exploatare; tracţiune, împingere sau spargerea gheţii dar se ţine cont şi de marşul liber.

În concluzie se poate spune că proiectul sistemului de propulsie trebuie să reflecte în totalitate profilul de exploatare al navei.

Rezistenţa la înaintare se determină pe modele în bazin sau numeric, cu programe de calcul ce modelează curgerea apei în jurul carenei navei.

După ce au fost stabilite cerinţele de viteză şi a fost estimată rezistenţa la înaintare, se alege propulsorul. Aşa cum se vede din Figura 2.1, unele propulsoare sunt mai eficiente decât altele pentru aplicaţii particulare.

Elici cu ax verticalSeriile Gawn 3-110Elici supracavitante 3-50Seriile B 4-70Elici in duzaElici în duzaL/D=0,50-K - 4-70L/D=0,83-K -4-7010152025304050607080901001251500,300,400,500,600,70Nave cu 2 eliciNave de marfuriuscate cu 1 eliceTraulereÎmpingatoareElici contrarotativeRandamentul optim al eliceiCoeficientul de putere Taylor BpNave tanc200aaNave cabotaj

Fig. 2.1 Comparaţie între valorile randamentului optim al diferitelor tipuri de propulsoare []

Coeficientul de putere Taylor Bp

se calculează cu relaţia (2.1.1).

5,25,0vNnBp⋅= (2.1.1)

unde:

n-turaţia ,

N-puterea,

v-viteza de înaintare.

La navele de viteză mică dar cu putere instalată mare, cum ar fi traulere şi împingătoare, la care elicele au randament scăzut, îmbunătăţirea randamentului se poate realiza prin introducerea elicelor în duze.

La navele de viteză mare se observă că elicele contrarotative sunt mai eficiente.

Alegerea propulsorului nu este un proces simplu întrucât pentru stabilirea tipului de propulsor poate fi necesară alegerea, chiar şi numai de probă a tipului maşinii principale de propulsie. De exemplu, câştigul în eficienţă oferit de alegerea elicelor contrarotative sau a altor propulsoare complexe trebuie comparat cu avantajul simplităţii dat de o maşină de propulsie clasică cu linia de arbori corespunzătoare.

În mod asemănător, alegerea numărului de propulsoare poate implica un compromis. În general, navele sunt dotate cu o elice, două, trei sau patru elici. În consecinţă, puterea necesară propulsării navei se distribuie pe cel mult patru propulsoare. Din punctul de vedere al costurilor iniţiale şi al costurilor de exploatare, sunt de preferat mai puţine elici, dar mărimea puterii cerute sau restricţiile impuse diametrului propulsorului pot impune alegerea unui sistem cu un număr mai mare de elici pentru a evita încărcarea excesivă şi cavitaţia ce ar putea apărea. Pot exista şi alţi factori într-un caz dat, cum ar fi creşterea manevrabilităţii sau reducerea vulnerabilităţii, care să favorizeze alegerea unui număr mai mare de propulsoare.

Au fost testate sistematic câteva serii de elici cu pas fix iar rezultatele au fost prezentate într-o formă convenabilă utilizării în proiectare, în vederea alegerii propulsorului. Printre ele se numără seriile Troost B de elici cu trei, patru, cinci, şase şi şapte pale.

În cazurile obişnuite, diametrul maxim al elicei se adoptă funcţie de pescajul navei, de configuraţia pupei şi de jocurile care trebuie să existe între elice şi corp.

Se efectuează un studiu, pentru a găsi soluţia de compromis între turaţia elicei cerută pentru a realiza randamentul maxim şi restricţiile de turaţie impuse de mărimea, greutatea şi consideraţiile de cost ale motorului principal și transmisiei. Turaţia elicei, necesară atingerii eficienţei maxime a propulsiei (în mod uzual corelată cu cea mai mare elice ce poate fi montată în pupa corpului) este frecvent considerabil mai mică decât cea care este posibilă din punctul de vedere al motorului sau transmisiei (deoarece un moment mai mare este asociat unei turaţii mai mici). În general, caracteristicile elicei sunt astfel alese, încât ea poate fi proiectată să funcţioneze la o turaţie oarecum mai mare decât cea care corespunde randamentului maxim, fără ca această să penalizeze prea mult eficienţa globală.

O practică bună arată că puterea instalaţiei de propulsie trebuie să fie calculată astfel încât viteza dorită a navei noi să poată fi atinsă fără capacităţile suplimentare ţinute în rezervă, pentru a compensa degradarea performanţelor în timp. Factorii consideraţi în stabilirea capacităţilor suplimentare includ; vegetaţia depusă în timp pe corp, rugozitatea corpului, rugozitatea secţiunilor de lucru ale elicei din cauza cavitaţiei sau eroziunii, reducerea performanţelor maşinii principale. Este deasemeni important ca nava să aibă o capacitate rezonabilă de a menţine viteza în mare moderată şi în condiţii vitrege de vreme. În practica uzuală se foloseşte parametrul viteză continuă pe mare , definită ca viteza obţinută la un procent din puterea de serviciu (continuă) la arbore, în timpul probelor, la pescajul de calcul, în condiţii de vreme favorabilă, când nava şi sistemul de propulsie sunt noi, elicea şi corpul netede şi curate. Relaţia de legătură între viteza de serviciu la puterea nominală şi viteza continuă pe mare este indicată în Figura 2.2.

Procentul din puterea continuă (de serviciu) la arbore (aşa numitul factor de serviciu), folosit la stabilirea vitezei continue pe mare este luat deseori 80% (0,80 factor de serviciu) pentru nave port-container şi nave multifuncţionale, care pot fi încărcate la pescajul de calcul pe diferite segmente ale voiajului şi 90% pentru tancuri petroliere şi vrachiere care navigă la pescajul de calcul numai pe o parte a rutei (cealaltă este în balast). La navele militare se foloseşte în general o valoare de 80%. În cazuri particulare valoarea factorului de serviciu poate fi diferită de cea menţionată anterior, ea se va stabili funcţie de ruta de navigaţie, planul de întreţinere, durata între două andocări.