Echilibrul Paramelor de Legare Si de Remorcare

UI 3: Instalaii navale de punte

128

Unitatea de nvare nr. 3

INSTALAII NAVALE DE PUNTE

Unitatea de studiu 3.3

Echilibrul elementelor instalailor de ancorare, manevra legare si remorcare

Ritm de studiu recomandat: 100 min.

Cuprins

Echilibrul lanurilor de ancor.

Echilibrul paramelor de legare si de remorcare neimerse.

Echilibrul parmelor de remorcare imerse.

Mecanisme de ancorare, legare si remorcare.

OBIECTIVELE UNITII DE STUDIU 3.3 - determinarea ecuaiilor de echilibru ale lanurilor de ancor; - determinarea ecuaiilor de echilibru ale parmelor de legare/ remorcare imerse i neimerse; - expunerea argumentat a caracteristicilor constructive i funcionale specifce mecanismelor de

ancorare, legare si remorcare.

3.3.1 Echilibrul lanurilor de ancor

Instalaiile navale de ancorare, legare i remorcare au rolul de a asigura fixarea navei fa

de un punct fix (ancor, cheu sau fa de nava de propulsare). Linia de legtur (lanul sau

parma) suport licitarea dat de rezultanta forelor exterioare, care tind s deplaseze nava, cazul

instalaiilor de ancorare i legare, sau se opun deplasrii acesteia, n cazul instalaiei de

remorcare. Studierea mecanicii instalaiilor de ancorare i legare, cnd nava se afl la un punct

fix sau instalaiei de remorcare cnd nava se deplaseaz, se poate face identic, considernd

corpul navei supus forelor exterioare: curenii de ap, curenii atmosferici, efectul loviturilor de

val, forele de inerie. Legtura dintre nav si elementul de fixare (ancora, binta de cheu) sau

remorcher se realizeaz cu ajutorul lanurilor sau parmelor, care datorit raportului mic dintre

grosime i lungime, precum si flexibilitii lor, pot fi considerate fire grele, omogene i flexibile.

Pentru elementul de lan de ancor din fig. 3.3.1 ds este elementul de lan, qg este greutatea

proprie, T este tensiunea axial iar unghiul local de nclinare. Deci:

Fig. 3.3.1 Elementul de lan de ancor Fig. 3.3.2 Elementul de parm


129

sin__cos dx

dysi

ds

dx (3.3.1)

Condiiile de echilibru static:

0)sin(

0)cos(

dsYTd

dsXTd

unde X i Y sunt componentele fortei qg dupa axele Ox i Oy ( 0X , gqY ). Prin urmare:

gqTds

d

Tds

d

)sin(

0)cos(

(3.3.2)

Integrnd prima ecuaie din (3.3.2) se obine:

.cos__0)cos( 0 ctTTsiTds

d

ds

d (3.3.3)

din care se pot desprinde urmtoarele concluzii: proiecia orizontal a tensiunii T este constant

n orice punct al lanului; n punctul de tangen cu fundul apei 0 iar 0TT ; n nara de

ancor avem unghiul max iar 0maxcos TT .

n urma nlocuirii relaiei (3.3.3) n a doua relaie din (3.3.2) se obine :

gqTds

d )

cos

sin( 0

Din relaia (3.3.1) avem:

dx

dy

cos

sin

n final obinem:

dsT

gq

dx

dyd

0

(3.3.4)

Pe de alt parte elementul de lan ds se exprim sub forma:

dxdx

dydydxds

2

22 1)()(

iar relaia (3.3.4) va cpta forma:

dxT

gq

dx

dy

dx

dyd

02

1

(3.3.5)

Din punct de vedere matematic aceasta este o o ecuaie diferenial cunoscut n teoria firelor (ecuaia lniorului) i care permite obinerea curbei liniei de ancorare sub formele:

oxxT

qgsh

dx

dy (

0

) (3.3.6)

)( 00

0

0 xxT

qgch

qg

Tyy (3.3.7)

Pentru a uura demonstraia relaiei urmtoare vom preciza cteva elemente referitoare la

funciile hiberbolice (sinus hiberbolic sh x i cosinus hiberbolic chx):


130

1

)_(_2

)_(_2

22

'

'

xshxch

shxchxiaree

chx

chxshxiaree

shx

xx

xx

Prin urmare relatia (3.3.7) mai poate fi scrisa sub forma:

][2

)()(0

0

00

00

xxT

qgxx

T

qg

eeqg

Tyy

(3.3.8)

n care 0_00 _, Tsiyx sunt constant. Aceste mrimi pot fi obinute prin impunerea condiilor n

capetele ),(_),( BBAA yxBsiyxA iar lungimea firului este L.

)( 00

0

0 xxT

gqch

gq

Tyy AA

(3.3.9)

)( 00

0

0 xxT

gqch

gq

Tyy BB

(3.3.10)

Totodat cu relaia (3.3.6) obinem:

)()(1 00

22 xxT

qgch

dx

dy

Prin urmare elemental de lan ds: dxxxT

gqchdx

dx

dyds

)()(1 0

0

2

Aceast ultim form poate fi integrat ntre capetele A i B i se obine:

)]()([ 00

0

0

0 xxT

qgshxx

T

qgsh

qg

TdsL AB

B

A (3.3.11)

Relaiile (3.3.9) i (3.3.11) vor permite obinerea mrimilor necunoscute x0, y0, T0.

Tem pentru studiu 3.3.1: Consultai sursele bibliografice recomandate n anul II la

cursul de mecanic i selectai informaiile necesare pentru rezolvarea problemelor de echilibru

ale lanurilor de ancor.

3.3.2 Echilibrul parmelor de legare i de remorcare neimerse

Pornind de la ecuatia (3.3.2) scris sub forma:

dsgqTd )sin( (3.3.12)

menionm c n cazul parmelor de legare i de remorcare neimerse, acestea se comport ca fire

omogene grele foarte ntinse, cu sgeat redus, astfel nct se poate considera c:

dxds Deci:

dxgqdx

dyTd

ds

dyTd )()( 0 (3.3.13)


131

Care prin integrare succesiv devine:

20

0

)( xxT

qg

dx

dy (3.3.14)

2

0

0 )(2

xxT

qgyy (3.3.15)

care reprezint ecuaia unei parabole. ntr-un punct oarecare al parmei tensiunea T este:

2

02

0

22

0

2

0

2

0

0 )(1)(11cos

xxT

gqT

dx

dyTtgT

TT

sau : )(2

1 00

0 yyT

qgTT (3.3.16)

Pentru sistemul din fig.3.3.3 vom nota segmentul )/(0 gqTaOC . Cum n punctul

),0( 0 ayyxC avem un punct de minim, adic 0/ dxdy obinem c 00 x .

Fig. 3.3.3 Elementul de parm

Deci: a

xay

2

2

(3.3.17)

Dac sgeata maxim a paramei este f iar coarda bAB atunci punctul ),2

( fab

B .

Cum punctul B verific relaia (3.3.17) avem:

a

bafa

8

2

De unde: gq

T

f

ba

0

2

8

Iar 0T este : f

qgbT

8

2

0 (3.3.18)

Tensiunile din punctele A si B vor fi:

2

2222

0 1618

)2

(b

f

f

qgbqgbTTT BA (3.3.19)


132


cursul de Mecanic i selectai informaiile necesare pentru rezolvarea problemelor de echilibru

ale parmelor de legare i de remorcare neimerse.

3.3.3 Echilibrul parmelor de remorcare imerse

Ipoteze: parma tracteaz un convoi; R este fora de rezisten pe care o opune apa la

nclinarea parmei; tronsonul analizat are lungimea unitar ds :

2

2

' sin2

dv

cR wpr

(3.3.20)

unde: c'pr - coeficientul de rezisten la naintarea al parmei de remorcare; 2/2vw - presiunea

dinamic a curentului de ap.

dv

cc wprpr2

2

' (3.3.21)

Cu aceste notaii relaia (3.3.20) devine:

2sin prpr cR (3.3.22)

Pornind de la sistemul de fore reprezentat n fig. 3.2.14 proieciile pe cele dou axe conduc la:

0sincos)cos(cos dsRTTdT pr (3.3.23)

0cossin)sin(sin dsRdsgqTTdT pr (3.3.24)

Relaia (3.3.23) se poate scrie sub forma:

0sincossin dsRdTdT pr (3.3.25)

care prin substituirea relaiilor (3.2.1) i (3.2.12) i dup efectuarea simplificrilor conduce la

expresia: dyctggqcdT pr )sin( (3.3.26)

Fig. 3.3.4 ncrcarea dinamic a elementului de parm

Cum dygqdT forma final a ecuaiei difereniale este:

T

dT

ctgqg

c

d

pr

sin

T

dT

ctg

d

sin (3.3.27)


133

Dac notm cu qg

c pr tensiunea va avea forma:

141

2

2

2

2

]141cos2

141cos2[

CT (3.3.28)

C2 fiind o constant ce se poate determina din condiiile la limit.

Din relaia (3.3.28) se obine )(__)( xfiaryf i prin urmare:

ctgdydx

Pentru rezolvarea ecuaiei difereniale (3.2.27) vom determina o primitiv pentru

funcia: ctgxx

xf

sin

1)(

Functia se poate scrie:

xx

xxf

cossin

sin)(

2

I=

tt

dt

tt

dt

xx

xdx222 )1(cossin

sin

Notm tx cos care prin difereniere conduce la: dtdxx sin i sin2x=1-t

2

Aducem ecuatia de gradul doi: 02 tt

La forma canonica:

4

14)

2

1(

222 ttt

i:

)4

14()

2

1(

1

4

14)

2

1(

2

22

22

t

dt

t

dtI

Dac notm: 1)(__2

1)( ' tiartt , atunci:

2

2

22

'

]4

14[)(

)(1

t

dttI

141cos2

141cos2ln

14

1

2

14)(

2

14)(

ln142

21

2

2

22

2

2

t

t

I

Integrnd ecuia diferetial:

ctg

d

T

dT

sin

atunci:

141cos2

141cos2ln

14

1ln

2

2

2

T


134

Cu observaia c: qg

c pr

]1)(41cos2[

]1)(41cos2[

2

1)(4

1

2

2

qg

c

qg

c

qg

c

qg

c

Tprpr

qg

c

prpr

pr


cursul de Mecanic i selectai informaiile necesare pentru rezolvarea problemelor de echilibru

ale parmelor de remorcare imerse.

3.3.4 Mecanisme de ancorare, legare i remorcare

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

ancorei sau tragerii navei pentru acostare sau remorcare, atunci cand asupra corpului navei sau

convoiului acioneaz rezultanta forelor exterioare eF .

Mecanisme de ancorare i legare cu comand manual

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

sau doua roi cu canal profilat (barbotine), care angreneaza lanul de ancor tensionat. Pe acelai

arbore principal, pentru legare exist tamburi de capt, pentru manevra parmei cu capt liber. n

situaia n care pentru ancorare se folosete o parm metalic sau nemetalic, aceasta se

nfoar pe un tambur cilindric montat n locul barbotinei.

Fig. 3.3.5 Nav cargou de mrfuri generale - amenajarea prova: vinci de ancor cu tambur de acostare i

tambur hiperboloidal de capt

Mainile cu ax orizontal sunt denumite vinciuri iar cele cu ax vertical, cabestane. n prova

navelor vinciurile sunt de obicei duble, dispunnd de dou barbotine, pentru cele doua ancore


135

prova i de doi tamburi de capt pentru manev. n fig. 3.3.5 este reprezentat schema de

amenajare prova pentru o nav cargou de mrfuri generale.Funcionarea sistemului de manevr

legare este asigurat de ctre partea de depozitare a parmei tamburului de acostare 1 (storage

part of the mooring drum) care permite nfurarea parmei de acostare i de seciunea activ de

lucru a tamburului 2 (pulling section of the drum, working part). n cazul manevrelor

direcionarea parmelor se realizeaz prin intermediul rolelor de ghidare 14 i 16. Funcionarea

sistemului este asigurat de acionarea electrohidraulic 5 (electro-hidraulic motor) iar

demultiplicarea turaiei de ctre reductorul 4 (gearbox). Atunci cnd este necesar, controlul

operaiunilor revine frnei cu band 3 (brake band). Dup cum am precizat i n unitatea de

studio anterioara celelalte elemente sunt: 6 - tamburul hiperboloidal de capt (warping head); 7-

direcionarea lanului prin intermediul barbotinei (chain in the gypsy wheel); 8 - cuplajul cu

gheare (dog clutch); 9 - ancora (anchor); 10 - tubul lanului de ancor (hawse pipe); 11 - tubul

puului de lan (spurling pipe); 12 - puul lanului (chain locker); 13 - stopa de lan cu

echipament de siguran (chain stopper with security device); 15 - baba (bollard); 17 - puntea

navei (deck); 18 - gur de vizitare a puului de lan (hatch to chain locker).

Vinci de ancorare-acostare

n cazul acestui vinci elementele componente pot asigura att manevrele de ancorare ct

i pe cele de manevr-legare. La bordul unei nave ntlnim vinciuri cu auto-recuperare (self

stowing mooring winch) care este un vinci de acostare prevazut cu un tambur pe care se

infasoara o sarma sau o parama care este recuperata permanent. Vinciul cu de tensiune (tension

winch) este un vinci cu auto-recuperare prevazut cu un dispozitiv ce poate fi reglat sa ajusteze

permanent tensiunea intr-o srm sau parm de acostare.

Tamburul cilindric nlocuiete barbotina la vinciurile de ancor, la care se utilizeaz

parme metalice sau nemetalice i se folosete ntotdeauna pentru vinciurile de legare sau de

remorcare. Captul inactiv al parmei este fixat de tambur, spirele nfurndu-se alturat, n

unul sau mai multe straturi. Spre deosebire de vinci, cabestanul, fig. 3.3.7, are doar un capt liber

al axului principal, pe care se pot monta barbotina i tamburul de manevr.

Fig.3.3.6 Vinci de ancorare-acostare: 1. main shaft (arbore principal); 2. gearbox (reductor); 3. electric motor (electromotor) 4. tambur de capt (warping drum); 5. tambur, zona de depozitare (drum, storage part); 6. tambur,

zona de lucru (drum, working part); 7. barbotin ( gypsy wheel); 8. maneta de control pentru frna cu band (control

lever for the band brake); 9 - tensioner (ntinztor).


136

Cabestanele au ntotdeauna tamburi de capt pentru manevr, pot avea barbotin i nu au

tamburi cilindrici. Dup cum se observ i n fig. 3.3.7 captul inferior al arborelui principal al

unui cabestan poate traversa puntea, permind amplasarea sub punte a reductorului i

electromotorului de acionare, ceea ce prezint avantaje n privina economiei de spaiu la orice

nav i a protejrii mainii, la navele militare.

n cazul acionrii electrohidraulice, maina de ancor dispune pe punte de un

hidromotor, restul instalaiei fiind amplasat centralizat. Pentru virarea parmelor de legare pot fi

utilizate att mecanisme de manevr speciale, instalate n acest scop (vinciuri sau cabestane de

manevr), ct i alte mecanisme de punte (de exemplu vinciul de ancor sau vinciuri de

ncrcare) avnd tamburi de manevra. Alegerea numrului i tipului mecanismelor de legare se

las la aprecierea armatorului i proiectantului cu condiia ca:

3/rFT (3.3.29)

Fig. 3.3.7 Cabestan : 1 - tamburul cabestanului; 2 motorul de acionare; 3 barbotin; 4 reductor.

unde: T este fora nominal de traciune a mecanismului de legare; Fr este fora total de rupere a

parmelor de legare adoptate pentru dotarea navei.

La navele cu numr mare de ancorri (nave pentru navigaia interioar, nave pentru

cercetri oceanografice etc.) exist posibilitatea acionrii de la distan a mecanismului de

ancorare. La navele comerciale mari destinate transportului de mrfuri, la care calibrul lanului

este de ordinul a 80 mm se folosesc cabestane i n prova.

Vinciuri de legare sau remorcare cu comanda automat

Exist situaii n exploatarea navelor n care lungimea parmei este variabil, pentru a nu

permite depirea forei maxime de ntindere sau pentru a amortiza eforturile aplicate dinamic.

n cazul navei legate la cheu, datorit variaiei rapide a pescajului la ncrcare-descrcare

sau datorit mareelor, lungimea parmei de legare este variabil, aspect care impune meninerea

tensiunii nominale, constante. n cazul remorcrii pe mare agitat, pentru amortizarea ocurilor

datorate aciunii valurilor, lungimea parmei de remorcare variaz n funcie de frecvena

valurilor, dupa o lege armonic:

tlll rt cos0 (3.3.30)

unde: lt este lungimea parmei la momentul t, l0 lungimea nominal a parmei iar lr este

amplitudinea de variaie a lungimii parmei pentru a realiza efectul de amortizare.

Viteza instantanee de virare a parmei este:


137

tldt

dlv r

t

v sin (3.3.31)

cu valoarea maxim:

rv lv max (3.3.32)

n aceste condiii, pentru ca vinciul s poat funciona, este nevoie de un sistem automat a

crui mrime de intrare s fie tensiunea de parm iar comanda de execuie s fie dat pentru

nfurarea sau desfurarea parmei la tamburul vinciului.

n diagrama RT= RT (v) din fig. 3.3.8, starea de echilibru remorcher - parm - convoi

corespunde punctului A, pentru care ansamblul se deplaseaz cu viteza v0, la vinciul de

remorcare avnd tensiunea T0. Dac, datorit deplasrii pe valuri, viteza remorcherului vr scade

fa de cea a convoiului vc, vinciul automat trebuie s nfoare parma, pentru a asigura

tensiunea T1 ntre remorcher i convoi. Viteza de virare a parmei este egal cu viteza relativ

dintre convoi i remorcher:

rcv vvv (3.3.33)

iar puterea vinciului automat va fi:

t

vv

vTP

1 (3.3.34)

n diagrama din fig. 3.3.8, puterea util de virare automat este reprezentat de aria

haurat. Funcionnd la valori mari ale tensiunii periferice la tambur i la viteze apreciabile,

vinciurile de manevr automate au puteri de acionare mult mai mari dect cele ale vinciurilor cu

comand manual. Acionarea vinciurilor de legare i remorcare cu comand automat este

realizat electromecanic sau electrostatic. n lanul cinematic al vinciului automat trebuie s

existe un dispozitiv care, n cazul creterii brute a tensiunii din parm, s permit desfurarea

acesteia cu o lungime determinat, astfel nct s nu depeasc cu mai mult de 10 % valoarea

nominal. Lungimea parmei de remorc desfurate datorit creterii sarcinii trebuie s fie

limitat astfel: lr = (10.150) m pentru nave fluviale; lr = (50..150) m pentru nave maritime.

Fig. 3.3.8 Determinarea puterii utile de virare a unui vinci de legare/ remorcare cu comanda automat

Valoarea exact lr depinde de valoarea lo. Dup desfurarea parmei cu lungimea lr

dinainte impus, funcionarea automat a vinciului trebuie sa nceteze complet. Conducerea

vinciului trebuie s se poat realiza att automat, ct i manual, dupa dorin.


138

Tem pentru studiu 3.3.4: Recomandm nsuirea i nelegerea termenilor de

specialitate (att n limba romn ct i n limba englez) asociai figurilor reprezentate in

cadrul unitatilor destudiu care abordeaza problema instalailor de ancorare, manevra legare si

remorcare.

3.3.5 TESTE DE AUTOEVALUARE

1. n condiiile n care: fora total de rupere a parmelor de legare adoptate pentru dotarea navei

este ]_[150 kNFr iar viteza de virare min]/_[10 mvv i randamentul sistemului %80t .

Puterea util de virare a vinciului, Pv este:

a) 58, 7 Kw; b) 31,25 kW; c) 13,7 kW; d) 23 kW.

3.2.9 LUCRARE DE VERIFICARE

1. Detaliati rolul fiecarui element prezentat in fig.3.3.5.

2. Care sunt operaiunile de baz pe care le execut vinciurile de ancorare.

3.2.10 RSPUNSURI LA TESTELE DE AUTOEVALUARE

1. B.

3.2.11 BIBLIOGRAFIE

1. DNV, 2011. Marine and Machinery Systems and Equipment Offshore Standard. Det Norske

Veritas AS. The electronic pdf version of this document found through http://www.dnv.com is

the officially binding version, DNV-OS-D101.

2. Erdem, B., 2009. Naval Architect, MSc Deck machineries: Windlass and winches on board

offshore and ashore. http://www.deniz.ktu.edu.tr/Gemi_Insaati_Muh/Deck.pdf.

3. House, D.J., 2006. Anchor Practice: A Guide for Industry, London, Witherby & Co. Lt.,

ISBN 1-8560-9212-7.

4. House, D.,J., 2004. Seamanship Techniques 3rd Edition for: Shipboard & Maritime

Operations. Elsevier Linacre House, Jordan Hill, Oxford OX2 8DP 200 Wheeler Road,

Burlington, MA 01803, ISBN 0 7506 6315 4.


139

5. Ioni, I.C., Apostolache, J., 1986. Instalaii navale de bord, Construcie i exploatare. Editura

Tehnic, Bucureti, 1986.

6. Lloyd, Capt. M., 2006. The Pocket Book of Anchoring. Witherby Seamanship International

Ltd, ISBN 9781905331451.

7. McGeorge, H., D., 2002. Marine Auxilary Machinery. Elsevier Science, Linacre House,

Jordan Hill, Oxford OX2 8DP, Wildwood Avenue, Woburn, MA 01801-2041, ISBN 0 7506

4398 6.

8. Taylor, D., A., 1996. Introduction to Marine Engineering. Elsevier Butterworth Heinemann

Linacre House, Jordan Hill, Oxford 0X2 80F 200 Wheeler Road, Burlington, MA 01803, 1996.

9. Stnescu, C., A., Talpo, S., Dafinei, A., 2010. Mecanic Fizic. "Proiectul pentru

nvmntul Rural", proiect co-finanat de ctre Banca Mondial, Guvernul Romnieii

comunitile locale.

10. ***, http://forshipbuilding.com/types-ships/.

Echilibrul Paramelor de Legare Si de Remorcare

Documents

Transcript of Echilibrul Paramelor de Legare Si de Remorcare