Inst Guvernare Curs

22
5.4. INSTALAŢIA DE GUVERNARE 5.4.1. Generalităţi Pentru efectuarea navigaţiei în condiţii de siguranţă, nava trebuie să fie manevrabilă şi să aibă o bună stabilitate de drum. MANEVRABILITATEA – este proprietatea navei în mişcare de a efectua schimbări rapide de direcţie cu ajutorul instalaţiei de guvernare. STABILITATEA DE DRUM – este proprietatea navei în mişcare de a se menţine timp îndelungat pe o anumită direcţie. GUVERNAREA – este calitatea navei de a se deplasa pe o anumită traiectorie (dreaptă, curbă) impusă. Guvernarea navei depinde de o serie de factori cum sunt: - mijloacele de guvernare folosite - formele geometrice ale carenei (zona pupa) - rapoartele între dimensiunile principale (L CWL / B şi B / T) - numărul, poziţia şi sensul de rotaţie a propulsorului - condiţiile hidro-meteorologice în care se navigă (apă, aer, vânt, valuri) Fiecare navă, cu excepţia barjelor purtate, trebuie să aibă o instalaţie de guvernare robustă şi sigură, care să asigure manevrabilitatea şi stabilitatea de drum. Asemenea instalaţii pot fi: cârmă cu profil hidrodinamic, instalaţie cu ajutaje orientabile şi alte instalaţii aprobate de către Registrul Naval Român. 1

Transcript of Inst Guvernare Curs

Page 1: Inst Guvernare Curs

5.4. INSTALAŢIA DE GUVERNARE

5.4.1. Generalităţi

Pentru efectuarea navigaţiei în condiţii de siguranţă, nava trebuie să fie manevrabilă şi să aibă o bună stabilitate de drum.

MANEVRABILITATEA – este proprietatea navei în mişcare de a efectua schimbări rapide de direcţie cu ajutorul instalaţiei de guvernare.

STABILITATEA DE DRUM – este proprietatea navei în mişcare de a se menţine timp îndelungat pe o anumită direcţie.

GUVERNAREA – este calitatea navei de a se deplasa pe o anumită traiectorie (dreaptă, curbă) impusă.

Guvernarea navei depinde de o serie de factori cum sunt:- mijloacele de guvernare folosite- formele geometrice ale carenei (zona pupa)- rapoartele între dimensiunile principale (LCWL / B şi B / T)- numărul, poziţia şi sensul de rotaţie a propulsorului- condiţiile hidro-meteorologice în care se navigă (apă, aer, vânt,

valuri)

Fiecare navă, cu excepţia barjelor purtate, trebuie să aibă o instalaţie de guvernare robustă şi sigură, care să asigure manevrabilitatea şi stabilitatea de drum. Asemenea instalaţii pot fi: cârmă cu profil hidrodinamic, instalaţie cu ajutaje orientabile şi alte instalaţii aprobate de către Registrul Naval Român.

Instalaţia principală de guvernare trebuie să asigure manevra de trecere a cârmei sau a ajutajului orientabil, complet imerse de la 350 dintr-un bord la 350 în celălalt bord, cu nava la pescaj maxim şi la viteza maximă de serviciu.

În aceleaşi condiţii trebuie să se asigure manevra de trecere a cârmei sau a ajutajului orientabil, complet imerse, de la 350 dintr-un bord la 350 în celălalt bord într-un timp care să nu depăşească 28 secunde. Instalaţia auxiliară de guvernare trebuie să asigure manevra de trecere a cârmei sau a ajutajului orientabil, complet imerse de la 150 într-un bord la 150 în celălalt bord într-un timp care să nu depăşească 60 secunde cu nava la pescajul maxim şi la viteza de marş maximă de serviciu sau la viteza de 7 Nd, în funcţie de valoarea care este mai mare.

La petroliere, nave pentru gaze lichefiate, navele pentru produse chimice şi navele combinate care au un tonaj brut (TRB) de 10.000 şi mai mult, precum şi celelalte nave care au un TRB de 70.000 şi mai mult, instalaţia principală de guvernare trebuie să cuprindă două sau mai multe

1

Page 2: Inst Guvernare Curs

agregate de forţă, identice. În cazul acestor nave, instalaţia de guvernare va fi astfel concepută încât, în cazul pierderii capacităţii de guvernare datorită unei defecţiuni tehnice unice în oricare parte a uneia din instalaţiile de forţă ale instalaţiei principale de guvernare, cu excepţia echei, sectorului sau altor organe care servesc aceluiaşi scop, sau a zonei de prindere a acţionării cârmei, capacitatea de guvernare să poată fi restabilită în cel mult 45 secunde de la ieşirea din funcţiune a uneia din instalaţiile de forţă.

Dacă acţionările instalaţiei principale şi auxiliare de guvernare se află într-un compartiment situat în întregime sau parţial mai jos de cea mai înaltă linie de plutire de maximă încărcare, atunci trebuie să se prevadă o acţionare de avarie amplasată deasupra punţilor pereţilor etanşi. Acţionarea de avarie trebuie să asigure manevra de trecere a cârmei sau ajutajului orientabil, complet imerse, dintr-un bord în altul, la viteza de marş înainte de cel puţin 4 noduri.

Lângă fiecare post de comandă de la distanţă a acţionărilor instalaţiei principale şi auxiliare de guvernare, precum şi în compartimentul cârmei, trebuie să existe indicatoare pentru poziţia cârmei sau ajutajului orientabil.

Diferenţa dintre poziţia indicată şi cea reală nu trebuie să fie mai mare de:

- 10 – la poziţia cârmei sau ajutajului orientabil în planul diametral sau într-un plan paralel cu acesta

- 1,50 - la poziţia cârmei sau ajutajului orientabil la unghiuri de 00-50

- 2,50 – la poziţia cârmei sau ajutajului orientabil la unghiuri de 50-350

Indicarea poziţiei cârmei sau ajutajului orientabil trebuie să fie independentă de postul de comandă a acţionării instalaţiei de guvernare.

5.4.2. Părţile componente ale instalaţiei de guvernare

Instalaţia de guvernare este compusă din:- cârma- sistem de transmisie- servomotor- timona

Timona – este o roată din lemn sau din metal prevăzută cu cavile, cu ajutorul cărora se manevrează. La navele mari, prevăzute cu pilot automat, pot fi înlocuite cu o manetă.

Sistemul de transmisie – la servomotor poate fi mecanic, hidraulic sau electric. Acesta face legătura dintre servomotor şi comandă (timona).

Servomotoarele – sunt instalate la pupa navei, uneori în compartimentul maşini sau separat. De obicei navele mari au două servomotoare care pot lucra independent. Mişcarea servomotorului se transmit la eche, care este aşezată în acelaşi plan cu cârma sau perpendicular pe ea.

Troţele – la acest dispozitiv, troţele pleacă de la un tambur câte una din fiecare bord, până la eche, unde se leagă la un inel. În drum către tambur şi eche, troţele sunt călăuzite prin raiuri de metal. Lungimea troţelor fiind constantă pentru ca şi tensiunea să fie constantă, suma distanţelor de la raiuri

2

Page 3: Inst Guvernare Curs

la capătul echei trebuie să fie constantă, deci capul echei ar trebui să descrie o elipsă. Această condiţie nu o poate îndeplini dispozitivul decât în cazul când s-ar consimţii la o înclinare exagerată a troţelor în raport cu echea, iar elipsa descrisă ar fi foarte turtită.

Lanţul GALL – este asemănător cu troţele, dar mişcarea servomotorului se transmite unui lanţ GALL care mişcă căruciorul mobil.

Tije – mişcarea servomotorului se transmite prin 2 tije cu capetele fixate la eche. Celelalte capete sunt legate printr-o traversă paralelă cu echea, care primeşte mişcarea servomotorului.

Sistemul HARDFIELD – este asemănător cu cel precedent, dar mişcarea servomotorului se transmite printr-un şurub fără sfârşit unei roţi dinţate pe al cărui ax se găseşte o altă roată dinţată excentrică, care se angrenează cu un sector de rază variabilă (dinţat). Raza roţii excentrice şi a sectorului sistemului este calculată astfel ca braţul de pârghie care acţionează echea să coincidă cu unghiul de cârmă.

Axiometrele – aparate aşezate în timonerie şi care indică unghiul de cârmă şi corespunde cu indicatorul din camera cârmei.

Cârma – piesa de bază a instalaţiei de guvernare, dispusă la pupa şi cu ajutorul căreia se realizează efectiv menţinerea sau schimbarea direcţiei de deplasare a navei.

5.4.3. Mijloace de guvernare

a) Principale : sunt obligatorii pentru toate tipurile de nave

1) Instalaţii principale de cârmă:

- cârme clasice sau active amplasate înapoia sau (uneori) în faţa propulsoarelor navei (aceste instalaţii sunt eficiente numai pe timpul mişcării navei cu viteze suficient de mari).

2) Instalaţii principale cu cârmă-propulsor (de propulsie orientabilă):

- elicele (propulsoarele) navei având ataşate duze orientabile care prin rotire modifică direcţia jetului de apă

- propulsoarele cu aripioare, etc

3

Cârma

Propulsor

Page 4: Inst Guvernare Curs

b) Auxiliare : acţiunea lor este independentă de funcţionarea propulsoarelor propriu-zise; sunt utilizate la nave cu viteze mici sau nule.

1) Instalaţii auxiliare din cârme active – de regulă aceste instalaţii sunt cu elice în duză; sunt acţionate electric sau electro-hidraulic.

2) Instalaţii auxiliare de cârmă-propulsor: - tunele hidrodinamice transversale (aici se produc jeturi de apă prin funcţionarea unor elice cu pale (fixe sau orientabile), pompe cu paleţi, pompe centrifuge;- coloane rotitoare cu elice- propulsoare cu aripioare (VOITH – SCHNEIDER)

Observaţie: Instalaţiile principale şi auxiliare de cârmă-propulsor împreună cu instalaţiile auxiliare din cârmele active, sunt denumite MIJLOACE DE GUVERNARE ACTIVĂ.

5.4.4. Cârma

Definiţie: Apendicele amplasat în jetul de apă al propulsorului sau în siajul carenei, având forma de aripă profilată sau neprofilată hidro-dinamic, cu posibilităţi de rotire în jurul unei axe verticale şi care asigură guvernarea navei se numeşte CÂRMĂ.

Părţile componente ale cârmei sunt: pana sau safranul cârmei şi axul cârmei.

Pana – este construită dintr-un cadru metalic îmbrăcat pe ambele părţi cu tablă (partea din apă se numeşte safran) şi creează forţa hidrodinamică portantă.

4

Axul cârmei

Pana cârmei

Elicea

Page 5: Inst Guvernare Curs

Axul cârmei – organul de rotire al penei cârmei şi de transmitere a forţei hidrodinamice portante asupra navei. Intră în corpul navei printr-un orificiu (prevăzut cu sistem de etanşare) numit etambreu şi se continuă în compartimentul cârmei unde este fixat cu doua tije ce sunt acţionate de servomotoare.

5.4.4.1. Clasificarea cârmelor

I. După modul de asamblare a penei cârmei:

Cârme simple

Sunt susţinute de corpul naveiatât la partea superioară cât şi

la partea inferioară.

Cârme semisuspendate şi semicompensate – se utilizează numai la navele maritime

5

Pana cârmei(safran)

Ax cârmă

Elice

Pana cârmei

Elice (propulsor)

Axul cârmei

Page 6: Inst Guvernare Curs

Cârme suspendate – sunt susţinute numai de ax (specific ambarcaţiunilor de sport şi de agrement şi a navelor pe aripi portante)

II. După poziţia axului faţă de muchia de atac a penei

Cârme necompensate – au axul amplasat în imediata apropiere a muchiei de atac

Cârme compensate – axul amplasat la 0,25 – 0,33 din lungimea penei

6

Ax cârmă

Elice (propulsor)

Pana cârmei

Ax cârmăAx cârmă

Pana cârmei

Pana cârmei

Page 7: Inst Guvernare Curs

Cârme semicompensate

III. După forma geometrică a secţiunii longitudinal – verticale se deosebesc:

Cârme de formă dreptunghiulară:

7

Ax cârmă

Ax cârmă

Pana cârmei

Pana cârmei

Elice (propulsor)

Pana cârmei

Elice (propulsor)

Ax cârmă

ax

pana

ax

Page 8: Inst Guvernare Curs

Cârme de formă trapezoidală:

Cârme de alte forme geometrice

IV. După forma geometrică a secţiunii longitudinal – orizontale a penei se deosebesc:

Cârme plate:

Cârme cu profil hidrodinamic:

- NACA- NEJ- TAGHI- GO

În urma cercetărilor teoretice – experimentale au apărut:

cârme profilate cu parte fixă şi parte mobilă

Partea fixă este folosită ca punct terminus pentru arborii port-elice.

8

pana

Ax cârmă

Ax cârmă

Pana cârmă

CÂRME SIMPLEX

Parte mobilă Parte fixă

Page 9: Inst Guvernare Curs

sistem de mai multe cârme acţionate:- simultan (duble, triple) – la remorchere, împingătoare de puteri

mici;

Cârmă cu volet ( se obţine un unghi maxim de bandare de 800)

- cu volet extins

9

Page 10: Inst Guvernare Curs

- cu doi voleţi

Axul cârmei de acest tip (cu voleţi) este format din doi arbori concentrici acţionaţi independent:

- arborele interior este solidar cu pana cârmei propriu-zise;- arborele exterior este pus în legătură cu voletul printr-un

mecanism cu culisă (manivelă, culisă, bară);

5.4.5. Mijloace de guvernare activă

Definiţie: Instalaţia specială, respectiv combinaţia mai multor instalaţii între ele sau cu propulsorul principal, capabilă să creeze forţele transversale

1

Page 11: Inst Guvernare Curs

necesare manevrării eficiente a navei la orice regim de viteză mărindu-i în felul acesta gradul de independenţă, se numeşte mijloc de guvernare activă.

Mijloacele de guvernare activă cuprind: instalaţiile principale de cârmă-propulsor (de propulsie orientabilă):

- elice în duze orientabile (acţionate simultan sau independent)- coloanele rotitoare cu elice- propulsoarele cu aripioare

instalaţiile auxiliare de cârmă-propulsor:- tunele hidrodinamice transversale- coloanele rotitoare cu elice- coloanele telescopice cu elice- propulsoarele cu aripioare

instalaţiile de cârme active

Instalaţiile principale de cârmă-propulsor cu elice în duze orientabile independente

Asigură o bună manevrabilitate a navei – au o largă răspândire la navele de transport fluviale şi la remorcherele propulsate prin elice cu pale orientabile.

Duzele orientabile independente se prevăd la navele care au cel puţin două linii de axe şi sunt acţionate de mecanisme separate.

P.D.

αTd

αBd

FTd

FBd

Fy

Orientarea independentă a duzei şi a palelor elicei permite modificarea în limite foarte largi a direcţiei, sensului şi a mărimii vectorului FORŢĂ DE ÎMPINGERE dezvoltată de fiecare instalaţie principală de cârmă-propulsor.

Această soluţie are implicaţii asupra înaintării şi rotirii navei în plan orizontal.

1

Page 12: Inst Guvernare Curs

P.D.

Fy αTb

FTb

FBd

αBd

P.D.

αTd

FTd

αBd

FBd

F

În primele 2 cazuri │FTd│= │FBd│, nava se mişcă pe loc.

În cazul al 3-lea vectorii forţe de împingere dezvoltate de instalaţiile principale de cârmă propulsor sunt de direcţii, sensuri şi mărimi diferite. Din compunerea lor rezulta F care determină deplasarea longitudinală dar şi rotirea navei.

Instalaţii auxiliare de cârmă-propulsor cu tunele hidrodinamice transversale

Aceste instalaţii sunt construcţii complexe ce se recomandă a fi amplasate în cazuri speciale la nave de stins incendiu, pasagere, remorchere.

În principiu aceste instalaţii presupun existenţa in CARENA navei a unor canale transversale spre extremităţile prova şi pupa, deschise în borduri prin care se pun în mişcare JETURI de apă sub presiune. Forţele de împingere dezvoltate de aceste jeturi de apă sunt de regulă perpendiculare pe planul diametral.

La forţe egale şi de sens contrar giraţia se face pe loc.

Tipuri de instalaţii auxiliare de cârmă-propulsor cu tunel:

- cu elice cu pale orientabile

1

Page 13: Inst Guvernare Curs

- cu elice cu pale fixe

Varianta 1 Varianta 2

- cu propulsor cu aripioare

- cu pompă centrifugă verticală

- cu pompă centrifugă orizontală

1

Page 14: Inst Guvernare Curs

5.4.6. Instalaţii auxiliare de cârmă-propulsor cu coloane rotitoare şi telescopice cu elice

Se utilizează la navele de viteză mică şi cărora li se impun condiţii de manevrabilitate deosebită (macarale plutitoare, bacuri, remorchere de port, nave de stins incendii, pasagere).

Ele pot funcţiona ca propulsoare principale sau auxiliare.

Avantaje:- instalaţiile cu coloane rotitoare au o eficienţă sporită (elicea

se roteşte la orice unghi în plan orizontal) faţă de instalaţiile cu elice în duze orientabile

Dezavantaje:- construcţie complexă şi preţ de cost ridicat- slabă protecţie la acţiuni mecanice- rezistenţă redusă la coroziune- sporirea rezistenţei la înaintare a navei

Prin crearea instalaţiilor cu cârmă-propulsor cu coloane TELESCOPICE cu elice, unele dezavantaje menţionate mai înainte au fost eliminate, cum ar fi rezistenţa la înaintare.

1

Coloană rotitoare

Elice (liberă sau în duză)

Motor de acţionare a elicei

Motor acţionare coloană rotitoare

Page 15: Inst Guvernare Curs

Pe timpul navigaţiei în mare deschisă, elicea este retrasă într-o nişă în corpul navei.

5.4.7. Instalaţii de cârme active

Instalaţiile cu cârme active se folosesc din 1960.Antrenarea elicei se face cu un motor electric (sau hidraulic) amplasat

în pana cârmei care, din acest motiv, are profilul hidrodinamic modificat.De regulă, elicea cârmei se roteşte în sens invers propulsorului.Pe timpul manevrei în acvatoriile limitate (cu viteze mici sau chiar nule),

giraţia navei este realizată prin împingerea cârmei active.Unghiul de bandă al cârmei este şi de 900.Dezavantaje: - pe timpul marşului elicea cârmei lucrează în regim de

turbină (creşte rezistenţa la înaintare a navei, uzura prematură a acestei elice).

5.4.8. Transmisiile de la servomotor la axul cârmei

1. Troţe

1

Tambur

Page 16: Inst Guvernare Curs

2. Lanţul Gall - asemănător cu primul caz, mişcarea se transmite printr-un lanţ la căruciorul mobil.

3. Tije

4. Sistemul Hardfield - asemănător cu cazul tije, cu diferenţa ca mişcarea de la servomotor se transmite printr-un şurub fără sfârşit unei roţi dinţate pe al cărui ax se găseşte o altă roată dinţată excentrică.

1

Rai

Troţă

Eche

Cărucior mobil

Cârma

Eche

Tijă

De la servomotor

Şurub fără sfârşit

Roată dinţată

Tijă Eche

Page 17: Inst Guvernare Curs

V. Sistemul şurub fără sfârşit

1

AxRoată dinţată

Sector dinţat Cârmă

Cârmă

Eche

Ax

Cadru fix

Şurub sens dreapta

Şurub sens stânga

Servomotor