Scrigroup - Documente si articole

     

HomeDocumenteUploadResurseAlte limbi doc
AgriculturaAsigurariComertConfectiiContabilitateContracteEconomie
TransporturiTurismZootehnie

Navigatie

ELICEA CA PROPULSOR NAVAL

Navigatie



+ Font mai mare | - Font mai mic



ELICEA CA PROPULSOR NAVAL

1. Elemente de teoria elicei

Elicea navala, ca propulsor, transforma energia instalata la bordul navei intr-o forta de impingere propulsiva, ce are ca scop punerea in miscare a navei inainte sau inapoi.



Impingerea propulsiva apare ca urmare a accelerarii fluidului in care lucreaza elicea si nu este altceva decat reactiunea fluidului asupra elicei.

Caracteristic elicei navale ii este faptul ca functioneaza in siajul navei, deci intr-un curent de fluid turbulent neuniform si ca fenomenul cavitatie impune un anumit specific geometriei elicei ceea ce duce la pierderi de randament.

O cerinta importanta in proiectarea elicei, a fost aceea de a realiza caracteristica de cavitatie a palei din necesitatea de a reduce zgomotul, vibratiile si pierderile de putere.

Avand drept obiectiv eficienta maxima proiectantii au realizat elice cu incarcari mari pe varfurile palelor, incarcari ce produc vartejuri puternice.

Necazul a fost ca modelele acestor elice caviteaza la numere de cavitatie relativ mari si de aceea cavitatia turbionara nu poate fi pusa in evidenta la incercari. Din acest motiv eforturile principale in proiectarea elicelor navale trebuie directionate spre reducerea intensitatii vartejurilor la varful palei care se realizeaza prin: cresterea numarului de pale; descarcarea sectiunilor de la varf; micsorarea sectiunii palei.

Observatiile pe elicea reala au dus la concluzia ca metodele traditionale nu sunt aplicabile la elicea cu coeficienti mari de incarcare (eficienta mare) si ca testele de cavitatie pe modele au fost un instrument nesigur pentru optimizarea proiectarii palei.

Din aceasta cauza, proiectantii de elice navale cauta metode noi de optimizare a profilelor palei si totodata noi teorii, care sa corecteze metodele traditionale de proiectare ale elicei, ce se folosesc in mod curent.

Elicea navala este un propulsor hidraulic reactiv, care produce forta de impingere prin insurubarea in apa si are ca element constructiv principal pala. La elicele navale actuale se utilizeaza un numar de pale z =2

Pala elicei o putem defini ca o placa curba subtire cu forma elicoidala, asupra careia actioneaza o distributie neuniforma de presiune hidrodinamica, data in fapt de reactiunea apei.

Istoria propulsiei cu elice debuteaza in anul 1803, cand mecanicul Edward Shorter cu ajutorul a opt marinari, un vinci si o elice cu doua pale, obtinea o viteza de 1,5 Nd. Elicea intr-o forma apropiata cu cea de astazi, a fost descoperita in anul 1836 de Francis Pettit Smith, care efectua o experienta pe un canal, folosind drept propulsor un surub melcat. In timpul experientei surubul melcat s-a forfecat si a ramas un capat sub forma a doua pale, moment in care nava a avut o zvacnire brusca inainte, marindu-si sensibil viteza.

De la aceasta descoperire, ideile de baza care s-au concretizat in evolutia constructiei elicei, s-au impus de la sine urmarindu-se elementele:

a) Distributia pasului - a dus la modificarea suprafetei elicoidale, astfel incat elicea sa aiba pasul mai mic la bordul de atac si mai mare la bordul de fuga, in raport pasul mediu al profilului. De asemenea exista o variatie a pasului radial acesta fiind mai mic la varful palei si mai mare la radacina palei.

b) Forma palei - in istoria elicei navale forma palei a constituit obiectul multor inventii (pale de forma conica, de forma cilindrica, sub forma de valuri), dar nefiind bazate pe un studiu al fenomenului de curgere al fluidului in jurul elicei nu au avut succes. In ultimul timp sunt tot mai des utilizate palele cu skew-back mare (pale cu sectiunea deplasata la varf contra sensului de rotatie), care au caracteristici cavitationale foarte bune.

c) Pozitia palelor fata de axa elicei cat si pozitia lor reciproca - s-a impus constructia elicelor cu palele inclinate spre pupa (cu raze mari) pentru a preintampina interactiunea fluidului de langa intradosul cu extradosul palelor.

d) Fenomenul de cavitatie - evitarea acestuia impune un anumit specific al geometriei elicei caracterizat prin faptul ca se mareste suprafata palelor sau se aleg forme potrivite ale intradosului si extradosului, ceea ce duce la micsorarea randamentului.

2.Geometria elicei navale

Proiectarea elicei navale incepe in mod necesar, cu trasarea suprafetei care formeaza intradosul palei, suprafata generata de segmentul AA', cand punctul A avanseaza uniform de-a lungul axei Oz si segmentul AA' se roteste in jurul lui A' cu o viteza unghiulara constanta.

Cand segmentul AA' a facut o rotatie completa distanta parcursa de punctul A se numeste pas geometric (P). Liniile elicoidale generate de punctul A se numesc linii de pas, iar suprafata care se sprijina pe linii elicoidale cu pasi diferiti poarta denumirea de suprafata de pas a elicei.

In general pasul elicei este variabil pe raza si de aceea pasul reprezentativ se ia la r=0,7 R. Intradosul palei este suprafata care se vede dinspre pupa, iar extradosul palei este suprafata care se vede din prova. Pala in sectiune are profil segment sau profil de aviatie si se aseaza pe suprafata de pas avand ca linii de referinta coarda sau o linie tangenta la intrados.

Forma palei depinde de legea de distributie a distantei elicoidale xa la fiecare sectiune prin pala. Se disting trei tipuri de contururi expandate ale palei: contur simetric, contur cu SKEW si contur cu distributie simetrica.

Conturul simetric se obtine prin asezarea sectiunilor palei, astfel incat linia de pas si linia generatoarei palei, sa se intersecteze la mijlocul lungimii corzii profilului.

Conturul cu SKEW se poate obtine dintr-un contur simetric prin deplasarea sectiunilor palei in sens invers fata de sensul de rotatie.

Pentru un unghi qS>200 distributia radiala se deduce cu formula:

Conturul cu distributie simetrica se determina din conditia ca generatoarea palei sa treaca prin centrul de greutate G al tuturor sectiunilor.

Teoria propulsorului ideal

Consideram ca propulsor ideal o elice cu numar infinit de pale si dimensiune pe directia axiala nula, care functioneaza intr-un lichid lipsit de vascozitate, in urmatoarele ipoteze.

- in fata si in spatele elicei liniile de curent ale lichidului sunt paralele;

- distributia transversala a vitezelor este uniforma;

- pe suprafata domeniului lichid presiunea are aceiasi valoare;

-se neglijeaza rasucirea vanei de lichid din spatele propulsorului;

 

Pentru determinarea fortei de impingere a elicei T, se aplica teorema impulsului pentru miscarea permanenta printr-un tub de curent.

m Dv)=T

m=r A0 vD

unde:  m - masa de apa ce trece in unitatea de timp prin discul elicei.

vA - viteza de avans a elicei;

r - densitatea fluidului;

A0 - aria discului elicei;

vD - viteza apei in discul elicei;

T = r A0 vD uA = dp A0

Aplicand legea lui Bernoulli intre sectiunile AA'-I; BB'-II si comparand relatiile obtinem viteza in discul elicei care ne permite sa exprimam lucrul mecanic consumat si lucrul mecanic util .

Randamentul propulsorului ideal se defineste ca fiind raportul dintre lucrul mecanic util si lucrul mecanic consumat si poate fi exprimat in functie de vitezele fluidului sau de coeficientul de incarcare cT , relatia, ceea ce ne permite sa tragem o prima serie de concluzii asupra factorilor ce influenteaza eficienta acestuia.

Lucrul mecanic consumat si lucrul mecanic util se pot exprima sub forma:

Lc=T vD t Lu=T vA t

Randamentul propulsorului ideal in apa libera va fi dat de relatia:

Notand cu CT coeficientul de incarcare al elicei, coeficient definit de relatia

;

Analizand relatiile de mai sus tragem concluziile ca randamentul propulsorului ideal creste odata cu: viteza de avans vA; micsorarea vitezei axiale uA; micsorarea impingerii T; marirea suprafetei discului elicei A0.

In realitate randamentul h al elicei in apa libera este mai mic deoarece tine cont de caracteristicile constructive ale acesteia.

unde xp este coeficientul de calitate al elicei subunitar xp

 

Caracteristicile geometrice ale elicei

Elicea este o curba descrisa de un punct aflat suprafata unui cilindru care se roteste si se deplaseaza uniform de-a lungul aceleiasi axe.

Caracteristicile geometrice ale elicei, - sunt:

a) D - diametrul elicei este diametrul circumferintei descrise de varfurile palelor (D = 2R unde R-raza elicei) (m);

D = 0,6 - 5 m pentru nave militare si civile

D = 0,4 - 0,6 m pentru salupe;

D = 5- 6 m pentru nave mari de suprafata.

b) P - pasul elicei este distanta masurata pe generatoare dintre doua spire succesive ale elicoidei sau distanta in sens axial cu care avanseaza curba elicoidala la o rotatie completa in jurul axului sau geometric. Pasul poate fi constant sau variabil. Poate fi variabil in sens radial sau axial (m).

Caracteristicile geometrice ale elicei

Variatia pasului in sens radial de la radacina (partea alaturata butucului) spre varf este determinata de structura curgerii la pupa navei (elice adaptata la siaj). In aceste cazuri pasul de la r = 0,7 R este pasul reprezentativ.

c) - raportul de pas (raportul pasului);

= 0,6 - 2,0

d) - unghiul de pas este unghiul dintre desfasurata liniei elicoidale si desfasurata circumferintei bazei cilindrului.

Din aceasta relatie rezulta:

P = 2 Rtg

= 2πtgφ.

e) AD - aria totala a suprafetelor desfasurate ale palelor elicei; (m2)

f) AO - suprafata discului elicei este suprafata cercului descris de elice; (m2)

g) - raportul de disc - caracteristica de baza a elicei care intervine in calculele de proiectare;

= 0,35 - 1,20 (valorile mici corespund elicelor instalate la navele cu viteze mici dar valorile mari pentru elicele navelor rapide).

h) DB - diametrul butucului (m) DB = 0,15 - 0,25 D

i) suprafata de absorbtie (suctiune), spate, extradosul palei - suprafata palei orientate spre prova;

j) suprafata de refulare, fata, intradosul palei - suprafata palei orientata spre pupa;

k) muchiile palelor - intersectia suprafetei de absorbtie cu suprafata de refulare;

l) muchie de atac, bord de atac - muchia cu. care pala loveste apa in sensul de rotatie a elicei;

m) muchie de scurgere, bord de fuga - muchia palei opuse muchiei de atac;

Sectiunea palei elicei este in general in forma de de cerc si in unele cazuri au forma unui profil aerodinamic (tip aviatie). La primele, grosimea maxima este la mijlocul profilului, iar la cele cu profil de aviatie, 1a distanta de fata de muchia de atac.

Geometric profilele sunt caracterizate de:

t - grosimea maxima;

C - latimea ;

- grosimea relativa;

= 0,20-0,25 pentru sectiunile de la radacina palei;

0,002 - 0,005 pentru sectiunile de la varful palei.

Teoria elementului de pala. Consideram un element de pala de latime c si anvergura dr rezultat din sectionarea palei cu doi cilindrii concentrici de raza r si r+dr [14]. Atasam acestui element de pala triunghiul vitezelor de unde rezulta viteza rezulta viteza reala de miscare a palei in raport cu apa respinsa.

 

Interactiunea dintre elementul de pala si apa constituie cauza aparitiei a doua forte: forta portanta perpendiculara pe viteza ca urmare a diferentei de presiune intre extradosul si intradosul; forta de rezistenta paralela cu viteza reala determinata de frecarea dintre apa si elementul de pala.

unde: CR si Cp sunt coeficientii fortelor portante si de rezistenta;

dF - suprafata de calcul a elementului de aripa.

Calitatile hidrodinamice ale elementului de aripa pot fi caracterizate cu coeficientul de calitate al profilului exprimat prin raportul:

Cp =Cp(a aopt

unde aopt - unghiul de atac al profilului la care se obtine portanta maxima [grade].

Randamentul elementului de pala, corespunzator razei r, care se misca in apa libera este dat de relatia :

- randament inductiv .

- randament constructiv

Randamentul inductiv indica pierderile datorate transferului de energie cinetica de la elementul de pala la lichidul inconjurator, iar randamentul constructiv pierderile datorate caracteristicilor hidrodinamice ale profilului.

Avem posibilitatea de a stabili relatiile de calcul pentru dimensiunilor optime ale palei, care se misca intr-un lichid ideal, care are coeficientul de calitate al profilului nul e

Putem exprima aria elementara dF, pentru elementul de elice considerat, ca fiind produsul lungimii elementare de pala sectionata cu coarda c:

dF =c dr

Pentru o elice cu z pale, impingerea elementara dT si respectiv momentul de torsiune elementar la ax dQ, vor fi:

daca tinem cont de ipoteza initiala ca fluidul este ideal, adica e

unde s-a notat cu CP c, produsul :

Cunoscand vitezele induse uA, uT corespunzatoare vitezelor vA si r w se pot calcula h0i si produsul Cp c. Se poate alege un profil cu un coeficient de portanta CPopt si astfel rezulta lungimea de coarda optima copt, la raza curenta r.

Pentru profilele utilizate in constructia elicelor navale unghiul a , dintre coarda hidrodinamica si cea geometrica, se poate calcula cu relatia de mai jos iar unghiul optim de asezare a profilului in curentul de fluid la o raza relativa Fopt cu relatia de mai jos:

unde

In acest mod se determina unghiul de pas optim , care da indicatii certe asupra asezarii suprafetei elicoidale la raza curenta r.

Calculul fortei de impingere, momentului si randamentului in apa libera

Pentru caracterizarea regimului de lucru al elicei, se utilizeaza notiunea de avans liniar constructiv, definita ca fiind drumul parcurs de elice in directie axiala, la o rotatie completa a cesteia.

In practica proiectarii elicei navale se foloseste insa avansul relativ definit de raportul:

Pentru determinarea impingerii, respectiv a momentului elicei, se integreaza relatiile pe intervalul [r0, R] (r0 reprezinta raza butucului si R raza elicei). Aceasta se face pentru o elice reala cu un numar de z pale:

Adimensionalizam expresiile de sub integrala prin inmultirea cu , respectiv si relatiile devin:

Cu notatiile care sunt denumite coeficientii adimensionali ai impingerii si respectiv momentului, ajungem la expresia fortei de impingere T, respectiv a momentului de torsiune necesar la ax Q, pentru o elice navala cu un numar de z pale, ce functioneaza in apa libera, fara a fi afectata de influenta siajului ce ia nastere in spatele navei ca urmare a deplasarii acesteia.

Marimile KT, KQ sunt definite de relatiile :

Expresia impingerii T respectiv a momentului de torsiune Q sunt date de relatiile :

T=KT r D4 n2

Q=KQ r D5 n2

Putem exprima randamentul elicei in apa libera:

Interactiunea corp-propulsor. Coeficientul cvazipropulsiv al elicei.

Functionarea reala a elicei in pupa corpului navei are loc in curent neuniform, in dara lasata de trecerea corpului navei prin apa, cunoscuta sub denumirea de siaj.

Siajul poate fi definit ca fiind curentul de lichid din pupa care se deplaseaza odata cu nava, datorita deplasarii acesteia.

Cand elicea produce impingere in pupa navei, accelereaza apa din fata sa si prin urmare are loc micsorarea presiunilor din jurul pupei.

Acest efect poarta denumirea de suctiune si contribuie la marirea rezistentei la inaintare a navei.

Siajul. Teoretic viteza de siaj este diferenta dintre viteza navei si viteza de avans. In mod practic se foloseste coeficientul de viteza de siaj definit ca raportul:

sau vA=v (1-w)

Siajul este in general o zona neinvestigata teoretic datorita caracterului aleator foarte complex al miscarii. In calculele de proiectare influenta sa se realizeaza pe baza interpretarilor datelor experimentale obtinute de bazinele de incercari.

Pentru navele maritime de obicei se utilizeaza relatia lui Papnel:

unde: CB - coeficientul de finete bloc al carenei;

V - volumul carenei [m3];

D - diametrul elicei [m];

x - are valoarea 1 sau 2 pentru nave cu o elice respectiv doua;

- corectie determinata in functie de numarul adimensional al lui Froude.

(Fr-0,2)

Pentru Fr<0,2

Suctiunea. In general suctiunea se exprima sub forma unei fractiuni t din impingerea elicei T, relatia.

DR = t T

Elicea trebuie proiectata, astfel incat ea sa produca o impingere mai mare decat rezistenta la inaintare a corpului navei fara elice cu DR.

T=R+DR

Putem defini coeficientul de suctiune:

Teoretic si experimental s-au stabilit relatii de legatura intre coeficientul de suctiune t si cel de siaj , care se utilizeaza in calculul de proiectare al elicei navale, astfel:

t=q2 la navele cu o singura elice

t=0,25 la navele cu doua elice.

unde coeficientul adimensional q2 , este o constanta in functie de tipul navei. Deci forta de impingere utila va fi data de relatia :

Tu = T (1-t).

In aceste conditii putem defini coeficientul cvasipropulsiv al elicei D

iar cu notatiile de mai jos se pot pune in evidenta influentele corpului si ale caracteristicilor constructive ale elicei navale, unde:

hH - reprezinta coeficientul de influenta al corpului navei;

hR - reprezinta randamentul relativ de rotatie, ce ia in considerare corectia pentru coeficientii de impingere si de moment;

h - randamentul elicei in apa libera.

3. proiectareA ELICEI NAVALE

Numeroasele probleme de proiectare ale elicei navale se pot grupa dupa scopul propus si le putem rezolva cu metode diferite.

Inainte de inceperea proiectarii propriu zise, mare importanta are stadiul in care se gaseste nava. Putem avea doua cazuri

- nava se afla in stadiul de proiect fara a fi ales motorul principal de populsie;

- nava este construita, are motor principal de propulsie si se impune proiectarea sau reproiectarea elicei.

Indiferent de stadiul navei, se urmareste ca proiectarea propulsorului sa se faca astfel incat acesta sa functioneze cu un randament cat mai mare. Daca nava este construita si motorul de propulsie ales, conditiile de proiectare ale elicei vor fi impuse de situatia existenta. In cazul in care nava se afla in stadiul de proiect, se proiecteaza elicea ce asigura viteza de serviciu a navei si apoi se alege un motor corespunzator puterii consumate. Aceste situatii de proiectare se pot grupa in sase cazuri conform tabelului :

Nr.

crt.

Date de

proiectare

Diagrama

utilizata

Marimi

cautate

Coeficienti

de calcul

Date extrase din diagrama

Valori calculate

vA, T, D, n

KT - J

H/D; PD

J; KT

H/D; ho

hD; PD

T, vA, n

KT - J

Dopt; H/D; PD

Kn

J; H/D; ho

Dopt; hD; PD

T, vA, D

KT - J

nopt; H/D; PD

Kd

J; H/D; ho

nopt; hD; PD

vA, n, D, PD

KQ - J

H/D; T

J; KQ

H/D; ho

hD; Te

vA, PD, n

KQ - J

Dopt; H/D; T

K'n

J; H/D; ho

Dopt; hD; Te

vA, PD, D

KQ - lp

nopt; H/D; T

K'd

J; H/D; ho

nopt; hD; Te

Semnificatii:

T [N] -impingerea elicei;

n [rot/s] -turatia elicei;

Te [N] - tractiunea utila a elicei;

PD [CP] -puterea consumata de elice;

hD [%] -randamentul global de propulsie;

ho[%] -randamentul elicei in apa libera;

D [m] -diametrul elicei;

J -avansul relativ;

KT, KQ -coeficientul adimensional al impingerii, respectiv al momentului;

K'n, K'd -coeficientul de putere-turatie, respectiv coeficientul de putere-diametru.

In general se urmareste a se proiecta o elice care sa realizeze impingerea necesara asigurarii vitezei de serviciu a navei, la un randament cat mai mare. Plecand de la analiza factorilor geometrici ai elicei, avem tendinta de a alege acele caracteristici, care sunt in zona randamentului maxim, adica numar de pale mic, diametru mare, raport de pas mare, diametrul butucului mic, raport de disc mic, grosimea palei mica, caracteristici care au caracter antagonist datorita rezistentei palei pe de-o parte si aparitiei fenomenului de cavitatie pe de alta parte.

Proiectarea caracteristicilor geometrice ale elicei va tine cont de o serie reguli dupa cum urmeaza:

Diametrul elicei D este limitat ca valoare de conditiile de amplasare ale acesteia la pupa navei

Dimensiunea

Spatiul minim pentru nave cu doua elice

a

0,1 D

b

0,21 D

c

0.18 D

d

0,04 D

e

200-250 mm

La navele cu doua elice si la elicele laterale ale navelor cu mai multe axe, spatiul minim intre elice si corp va fi minim 0,25 D.

Astfel, valoarea maxima a diametrului se va alege tinand cont de prescriptiile date in tabelul de mai sus O nerespectare a acestor conditii, are drept urmare introducerea de presiuni si vibratii puternice pe bolta pupa, ceea ce duce la o inrautatire a calitatii vietii la bordul navei si la o serie de pierderi energetice, pentru a genera aceste vibratii.


2) Raportul de disc Ae/Ao este limitat de conditia de prevenire a fenomenului de cavitatie si de asigurare a unei rezerve de cavitatie de cel putin 15%. Raportul de disc se va alege in functie de sarcina critica qTcr care se masoara in [KN/m2], astfel

In functie de adancimea axului portelice ha (masurata pe planul de forme) si de sarcina critica qTcr cu ajutorul diagramei reprezentata in figura urmatoare se determina raportul de disc AE A0 care asigura eliminarea celui de-al doilea stadiu de cavitatie.

Pentru elicele cu raportul de disc mai mic decat 0,7 se recomanda ca acesta sa fie majorat cu 50% pentru prevenirea cavitatiei incipient

3)_Numarul de pale se alege astfel incat ca acesta sa divida numarul de cilindrii ai motorului

1m 3m 5m 7m

 
principal de propulsie si sa existe diagrama serie pentru raportul de disc determinat cu metoda de mai sus.

4) Deoarece solicitarile sunt maxime la radacina palei se va alege diametrul butucului in functie de materialul din care este confectionata elicea conform tabelului :

SIMBOL

MATERIAL

OBSERVATII

Bronz manganos

Aliajele cuprului

Cu Ni Al

Otel turnat

LB Dax

Functie de pas

DB Dax

DBA DB

DBF DB

LB D

Pentru EPF

Pentru EPR

fc D

rF tR

rs tR

RAKE 0

rs tR

RAKE 15

tv D

Pentru D>3m

fv D

D<3m

tb D

Pentru D>3m

tb D

D<3m


y


Dax


LB


DBF


t0


tv

 

Dimensiunile butucului

5) Grosimea palei elicei este direct proportionala cu diametrul, insa trebuie avut in vedere respectarea conditiilor R.N.R. impuse pentru 0.6 R si la radacina palei. Odata respectate aceste reguli se aplica algoritmul de proiectare fiecarui caz in parte si se determina caracteristicile geometrice dupa diagramele serie.

Calculul se face tabelar si dupa determinarea caracteristicilor elicei se face verificarea la cavitatie dupa criteriul Schoenherr. Astfel ca o elice sa nu caviteze este necesar ca raportul de disc al acesteia sa satisfaca inegalitatea

unde Kc - caracteristica cavitationala dupa diagramele Schoenherr

f - coeficient empiric 1,3

n - turatia elicei

D - diametrul elicei

r - densitatea apei de mare

ps - presiunea hidrostatica absoluta la varful superior al palelor elicei

unde ha - adancimea axului portelice

pd - presiunea vaporilor saturati a carei valoare se adopta in functie de temperatura

t [0]

pd [N/m2]

Daca in urma calculelor, raportul de disc rezultat din verificarea la cavitatie, este mult mai mare decat raportul de disc corespunzator diagramei cu care s-au determinat elementele elicei, calculele se repeta pentru raportul de disc determinat la cavitatie, utilizand doua diagrame intermediare acestuia si interpoland liniar valorile gasite. Pentru efectuarea calculelor dupa algoritmii prezentati in literatura de specialitate, este necesara cunoasterea vitezei de mars a navei pe care trebuie sa o asigure elicea. Aceasta insa poate fi stabilita, abia dupa determinarea elementelor elicei.

Caracteristicile cavitationale ale lui Schoenherr pentru o elice cu patru pale.


Din aceasta cauza calculul se efectueaza pentru mai multe viteze (trei, cinci), intr-o gama care sa contina viteza de mars preconizata. Evaluarea aproximativa a vitezei de mars a navei se poate face pe curba puterii de remorcaj adoptand pentru inceput o valoare orientativa a randamentului.

Utilizand rezultatele calculului, grefat pe gama de viteze aleasa in jurul vitezei de serviciu preconizate, este necesar sa se construiasca grafic functiile P/D = f(vs); D = f(vs); PD= f(vs) si sa se determine vs la care puterea PD necesara a fi furnizata elicei, coincide cu puterea disponibila PS hS hS - randamentul liniei de arbori). Odata determinat vs din curbele trasate, rezulta diametrul elicei si raportul de pas.

Daca se face proiectare dupa diametrul optim si acesta rezulta mai mare decat cel admis de conditiile de amplasare la pupa, atunci diametrul se va lua egal cu cel maxim admis. In acest caz problema se rezuma la determinarea raportului de pas P D pentru care elicea consuma puterea cedata de motor la flansa.

In cazul in care proiectarea se face dupa turatia optima se alege regimul caruia ii corespunde valoarea maxima a randamentului.

Calculand Kn sau Kd (K'n, K'd) si utilizand diagramele Bp-d se determina cu usurinta numarul de rotatii sau diametrul optim corespunzator elicei pentru fiecare viteza a navei. Algoritmul de proiectare este indicat pentru fiecare caz in parte si prezentat pe larg in lucrare.

4. DESENUL ELICEI

Desenul elicei insumeaza constructiile grafice prezentate in figura de mai jos. Etapele elaborarii desenului elicei sunt:

alegerea scarii de-reprezentare;

trasarea conturului indreptat al palei si profilelor acesteia la razele
recomandate , utilizand in acest scop elementele geometrice ale modelului de referinta, transpuse pentru elicea proiectata;

-trasarea conturului indreptat (care se repeta), proiectat si desfasurat al palei ,pe baza indicatiilor prezentate

-reprezentarea proiectiei laterale, conturului de gabarit, diagramei grosimilor maxime ale palei si butucului tinand cont de indicatii

- reprezentarea proiectiei orizontale a palei in modul expus

- reprezentarea triunghiului de formare (elementele geometrice inscrise pe desen sunt cunoscute, mai putin raza cercului de formare R'= R + R, unde: R 150 mm);

- reprezentarea detaliului asupra varfului diagramei grosimilor maxime ale palei.

Observatie. Se recomanda ca pe desenul elicei sa se puna un tabel cu cotele

conturului indreptat al palei si profilelor hidrodinamice construite in figura.

Dupa stabilirea caracteristicilor principale ale elicei se trece la executarea desenului elicei. Acest desen contine in esenta reprezentarea grafica a contururilor expandat sau desfasurat si proiectat ale suprafetei nominale ale palei de la ultimul trecandu-se apoi la reprezentarea proiectiei laterale a palei.

Constructia conturului expandat

Pentru elicele clasice cum sunt elicele de tip Wageningen din seria B literatura de specialitate ofera datele necesare pentru construirea conturului expandat al palei, a traseului liniei grosimilor maxime precum si pentru stabilirea valorilor acestor grosimi maxime. Cu aceste date se determina pentru fiecare raza r = (0,2 ; 0,3 ;..0,6 ;.0,9 ; 1,0)R latimea palei br, distanta de la muchia de intrare pana la axa palei bri, distanta de la muchia de iesire pana la axa palei bre, distanta de la muchia de intrare pana la linia grosimilor maxime cr precum si grosimile maxime ale sectiunilor palei pentru razele respective.

Cunoscand aceste marimi pentru reprezentarea grafica a conturului expandat se procedeaza in felul urmator :

Se ia o dreapta orizontala de baza si perpendicular pe aceasta se traseaza axa (generatoarea) palei pe care se masoara raza R = D/2. cu centrul in O se taseaza cu linie subtire conturul nominal al butucului care este un cerc cu diametrul do = (0,167 -0,2)D, limita inferioara corespunzand elicelor din seria B de tip Wageningen. Pe axa palei se noteaza punctele corespunzatoare razelor r = (0,2 ; 0,3 ;.0,6 ;.0,9 ; 1,0)R prin care se traseaza linii orizontale, paralele cu linia de baza.

Pentru o raza oarecare, pe orizontala respectiva se aseaza secmentele CA' = bri si CB' = bre primul in dreapta, celalalt in stanga axei palei. Repetand operatia pentru mai multe raze se obtin mai multe puncte A si respectiv B care unite cu o curba continua reprezinta conturul expandat al palei. Procedand astfel in dreapta se obtine muchia sau marginea de intrare (bordul de atac) iar in stanga muchia sau marginea de iesire (bordul de fuga). In aceasta reprezentare este de mentionat ca la elicele din seria B, varful palei nu se gaseste pe axa palei ci deplasat fata de aceasta spre muchia de iesire cu o distanta egala cu 0,2014 br la elicele cu 4 pale si la distanta de 0,1487 br = 0,6R la elicele cu 3 pale, unde br = 0,6R reprezinta latimea palei la raza r = 0,6R.

Pentru determinarea elementelor palei necesare construirii conturului expandat la elicele cu 4 - 5 pale pot fi utilizate si datele prezentate in tabelul de mai jos, extrase din lucrarea "The Wageningen Screw Series" de W. P. A. van Lammeren, S. D. van Menen si M. W. C. Dosterveld - New York 1966.

R/R

0,2

1,662

0,617

0,350

0,0366

0,3

1,882

0,613

0,350

0,0324

0,4

2,050

0,601

0,350

0,0282

0,5

2,152

0,586

0,350

0,0240

0,6

2,187

0,561

0,389

0,0198

0,7

2,144

0,524

0,443

0,0156

0,8

1,980

0,463

0,479

0,0114

0,9

1,582

0,351

0,500

0,0072

1,0

-

0

-

0,0030

Utilizarea datelor din tabel se rezuma la aplicarea urmatoarelor relatii :

pentru latimea palei la raza r :

(1)

pentru distanta de la muchia de intrare pana la axa palei

(2)

pentru distanta de la muchia de iesire pana la axa palei

(3)

pentru distanta de la muchia de intrare pana la linia grosimilor maxime

(4)

pentru grosimea maxima a sectiunii palei la raza r

Semnificatiile elementelor din aceste relatii sunt :

br - latimea palei la raza r ;

bri - distanta de la muchia de intrare pana la axa (generatoarea) palei ;

bre - distanta de la muchia de iesire pana la axa palei ;

cr - distanta de la muchia de intrare pana la linia grosimilor maxime ;

D - diametrul elicei ;

R - raza corespunzatoare varfului palei masurata pe generatoare ;

r - raza unei sectiuni ;

- raportul de disc al elicei ;

z - numarul de pale ;

er - grosimea maxima a sectiunii palei la raza r.

Toate calculele referitoare la elementele de mai sus se concentreaza intr-un tabel care face parte integranta din continutul calculelor de proiectare a elicei.

Constructia conturului proiectat si a proiectiei laterale a palei

Conturul proiectat al palei se obtine pornind de la conturul expandat. Daca C0 A0AVBB0C0 este conturul expandat pentru a se ajunge la conturul proiectat se procedeaza in felul urmator :

Pentru o raza oarecare r careia ii corespunde punctul c pe axa palei se cunosc asa numitele semilatimi ale palei CA = bri si CB = bre. Pe orizontala ce trece prin punctul O se fixeaza polul P astfel ca OP = H/2 unde H este pasul corespunzator razei respective. Din polul P se duce dreapta PC care se prelungeste dincolo de punctul C. Pe dreapta PC se masoara segmentele CA = CA' = bri si CB = CB' = bre. Iar din punctele A' si B' se duc pe axa palei perpendicularele A'A''si B'B''. Cu centrul in O si cu raza r = OC se taseaza un arc de cerc pe care se masoara arcele CA1 si CB2 astfel incat arcul CA1 = CA'' si arcul CB1 = CB''. Punctele A1 si B1 astfel obtinute se gasesc conturul proiectat al palei. Repetand operatia pentru diverse raze se obtine o familie de puncte A1 si B1. unind aceste puncte printr-o curba continua se obtine conturul proiectat al palei, adica AAO1A1V1B1BO1. De mentionat este ca deocamdata pozitia punctelor AO1 si BO1 nu este inca determinata, aceasta operatie efectuandu-se abia dupa construirea proiectiei laterale a palei.

Pentru construirea proiectiei laterale a palei se porneste de la conturul proiectat, procedandu-se dupa cum urmeaza. Pe orizontala din O si in stanga acestuia, la o distanta convenabila se alege centrul O' din care se duce dreapta O'V' (generatoare palei) inclinata fata de verticala sub unghiul = 6º -15º (la elicele Wageningen = 15º). Din punctele CO si C se duc orizontale care intersecteaza dreapta O'V' in punctele C si CO. Prin CO se duce o curba care materializeaza conturul butucului in proiectie laterala. Forma acestei curbe si deci forma butucului nu reprezinta o importanta deosebita, adesea aceasta forma fiind dictata de considerente constructive. De asemenea lungimea butucului nu se poate preciza in aceasta etapa, ea stabilindu-se ulterior direct pe desen astfel incat pala sa inceapa pe butuc.

De o parte si de alta a punctului C se masoara segmentele ca si cb astfel incat ca= A''A' =K si cb = B'B'' = n. din punctele a si b se coboara verticale care intersecteaza orizontalele din A1 si B1 respectiv in a1 si b1 se gasesc pe conturul proiectiei laterale. Repetand operatia pentru diverse raze se obtine o familie de puncte a1 si b1 care unite cu o curba continua dau conturul proiectiei laterale a palei.

Proiectia laterala astfel realizata reprezinta proiectia laterala a suprafetei nominale a palei. La elicele cu sectiuni prin pala de profil aviatic, de regula, datorita grosimii sectiunii in special la bordul de atac, consumul real al proiectiei laterale iese in afara limitelor conturului suprafetei nominale. Din considerente de montaj si de functionare a elicei amplasate in spatele etamboului este necesar sa se construiasca conturul real al proiectiei laterale, contur care poarta numele de contur de gabarit. Pentru aceasta, corespunzator la 3 - 4 raze pe dreapta PC, intre punctele A' si B' se construieste sectiunea respectiva a palei. Referindu-ne la bordul de atac, se prelungeste dreapta A''A' si se duce o tangenta verticala la sectiune prin punctul extrem al acesteia, care intersecteaza prelungirea segmentului A''A' in A'''. In acest caz segmentul K trebuie considerat egal cu A'' A''' si care corespunde segmentului K' din desenul proiectiei laterale. Verticala din a' intersecteaza orizontala din A1 in a1' care se gaseste pe conturul de gabarit al palei. O constructie similara se poate realiza si in zona bordului de fuga obtinandu-se punctul b1'. Unind ca si mai inainte punctele a1' si b1' cu o curba continua se obtine conturul de gabarit. De mentionat ca acest contur reprezinta importanta in primul rand in zona bordului de atac, adesea renuntandu-se la ramura acestui contur din zona bordului de fuga.

In ambele proiectii se traseaza adesea curba de intersectie a suprafetei nominale proiectate a palei cu butucul. Pentru aceasta este necesara cunoasterea pozitiei punctelor AO1 si BO1, respectiv ao1 si bo1 care definesc locurile in care curbele conturului proiectat si a proiectiei laterale se opresc pe butuc. Stabilirea pozitiei acestor puncte se face prin tatonari direct pe desen, pornind de la proiectia laterala. In aceasta proiectie se estimeaza spre exemplu cam pe unde s-ar afla punctul ao1, cu raza d1/2 corespunzatoare punctului ao, estimat si cu centrul in O se traseaza un arc de cerc. Orizontala din ao1, arcul de curba de raza d1/2 si marginea de intrare a conturului proiectat trebuie sa se intalneasca in acelasi punct cu cele doua curbe, operatia se repeta modificand pozitia punctului ao1 pana la obtinerea coincidentei necesare. Similar se stabilesc pozitiile punctelor bo1 si BO1.

In ambele proiectii unind prin curbe continue punctele AO1, CO si BO1, respectiv ao1, co si bo1 se obtine intersectia suprafetei nominale a palei cu butucul.

In proiectie laterala se mai reprezinta sectiunea prin pala facuta dupa linia grosimilor maxime. In acest scop pe orizontalele corespunzatoare diverselor raze se masoara segmente egale cu grosimile maxime ale profilelor sectiunilor, pornind de la generatoarea O'V' spre bordul de atac. Unind extremitatile acestor segmente se obtine asa numita diagrama a grosimilor maximale care in desen se hasureaza si se coloreaza corespunzator.

Trecerea de la conturul desfasurat la conturul proiectat

Unele publicatii privind seriile de elice dau in locul coordonatelor conturului expandat pe cele ale conturului expandat pe cele ale conturului desfasurat. Ca orice suprafata cu dubla curbura, suprafata elicoidala nu poate fi desfasurata fara deformatii. Cu datele furnizate de publicatiile amintite mai sus se poate construi conturul desfasurat punandu-se in continuare problema construirii conturului proiectat de la care se poate face trecerea la conturul expandat si la proiectia laterala a palei.

Avand construit conturul expandat se poate face trecerea al conturul proiectat printr-o metoda grafica aproximativa care se bazeaza pe acceptiunea ca o portiune dintr-o linie elicoidala poate fi substituita printr-un arc de elipsa.

Cunoscand conturul desfasurat (EOEVFFO), pentru obtinerea conturului proiectat se procedeaza in felul urmator.

Pentru o raza oarecare r = se construieste elipsa MCN avand semiaxa mica egala cu r = si semiaxa mare , unde este unghiul de pas corespunzator razei respective. Aceasta elipsa intersecteaza conturul desfasurat in punctele E si F. Cu raza OC = r si centrul in O se traseaza un arc de cerc. Orizontalele din E si F intersecteaza acest arc de cerc in punctele A si B, puncte care se gasesc pe conturul proiectat al palei. Repetand constructia pentru mai multe raze se obtine o familie de puncte A si B care unite cu o curba continua conduce la obtinerea conturului proiectat al palei.

Daca se dispune de conturul proiectat si intersecteaza conturul desfasurat aceasta se obtine printr-o constructie analogica, repetand operatiile insa in sens invers.

Desi suficient de exacta metoda este laborioasa pentru nevoile practice datorita necesitatii construirii elipselor pentru diverse raze.

Pentru elipsele cu latime mica sau medie metoda poate fi simplificata prin inlocuirea arcului de elipsa PCE cu un arc de cerc. Astfel din polul P se duce o perpendiculara pe dreapta PC, perpendiculara care intersecteaza prelungirea axei palei in punctul D.

Cu centrul in D si cu raza se traseaza un arc de cerc care la intersectia cu conturul desfasurat determina punctele E si F. Se traseaza apoi arcul de cerc cu centrul in O si raza r = OC, procedura in continuare fiind identica cu cea de la cazul precedent.

Caracteristici principale ale elicei

Caracteristica

Simbol

U.M.

Valoarea

Tipul conturului si al sectiunii palei

Wangeningen Seria B4 - 70

Diametrul elicei

D

mm

Materialul elicei

CuNiAl

Raportul de disc

Numarul de pale

Z

Pasul elicei la 0,7∙R

H

mm

Raportul de pas la 0,7∙R

H / D

Diametrul butucului

DB

mm

Unghiul Rake

grade

Diametrul butucului pe partea de atac

DBA

mm

Diametrul butucului pe partea de fuga

DBF

mm

Diametrul axului

Dax

mm

Raza de racordare a palei cu butucul pe partea de atac

rS

mm

Raza de racordare a palei cu butucul pe partea de fuga

rF

mm

Conicitate

Sensul de rotatie

dreapta



Politica de confidentialitate | Termeni si conditii de utilizare



DISTRIBUIE DOCUMENTUL

Comentarii


Vizualizari: 6396
Importanta: rank

Comenteaza documentul:

Te rugam sa te autentifici sau sa iti faci cont pentru a putea comenta

Creaza cont nou

Termeni si conditii de utilizare | Contact
© SCRIGROUP 2024 . All rights reserved