cap.5-5.1.3n

BAZELE PROIECTĂRII PRELIMINARE A NAVEI .

5. DETERMINAREA DEPLASAMENTULUI NAVEI5.1. Clasificarea grupelor de mase

În conformitate cu ecuaţia flotabilităţii, deplasamentul navei (Δ) reprezintă masa volumului de fluid dezlocuit de carena navei: (5.1)

Cu s-a notat densitatea apei, iar este deplasamentul volumetric (volumul real al carenei, incluzând volumul învelişului tablelor şi al apendicilor).

Deplasamentul navei se calculează prin însumarea următoarelor grupe principale de mase:

. (5.2)

S-au utilizat notaţiile:- masa corpului navei; - masa instalaţiei de propulsie; - masa amenajărilor şi instalaţiilor de corp şi punte, cu mecanismele şi

echipamentele aferente;- masa combustibilului, uleiului şi apei aferente instalaţiei de

propulsie;- masa încărcăturii utile;- masa echipajului şi a bagajelor;- masa rezervelor echipajului; - masa balastului lichid; - rezerva de deplasament.

Un parametru caracteristic pentru navele de transportat mărfuri este deadweight-ul (Dw) care cuprinde următoarele grupe de mase:

. (5.3)Celelalte grupe de mase care nu intră în componenţa deadweight-ului

alcătuiesc deplasamentul navei goale ( ).În capitolul anterior, au fost prezentate diferite modalităţi pentru

determinarea dimensiunilor principale şi a coeficienţilor de fineţe. În continuare, pe baza acestor date, se vor prezenta unele metode de estimare preliminară a maselor principalelor grupe enumerate mai sus, rezultând în final deplasamentul navei.

5.1.1. Masa corpului navei

70


Grupa maselor corpului navei include următoarele subgrupe principale [5]:

corpul metalic propriu-zis (bordaje, fund, puntea principală, punţi intermediare şi superioare, pereţi transversali şi longitudinali etanşi, platforme, pereţi metalici uşori, tancuri structurale, extremităţi, suprastructuri, rufuri, chile de ruliu, etc.);

întărituri şi postamenţi (pentru motoare principale şi auxiliare, compresoare, pompe, diverse mecanisme, maşini electrice, etc.);

saturări (pentru fixarea aparaturii, mobilierului, traseelor de tubulaturi şi de ventilaţie, a cablurilor electrice, precum şi elemente specifice tancurilor de la bord, cum ar fi flanşe, guri de vizită, suporţi pentru valvule şi robineţi, etc.);

piese turnate şi forjate (cavaleţii liniilor de arbori, bucşele tuburilor etambou şi ale axelor cârmelor, prize de fund, etc.);

vopsele şi protecţii contra coroziunii corpului cu anozi consumabili; izolaţii şi căptuşeli pentru compartimente şi magazii, acoperiri pentru

punţi; balustrade, parapeţi şi greement (catarge, arboreţi, suporţi pentru

antene, etc.); accesorii (uşi, ferestre, hublouri, tambuchiuri, porţi etanşe, scări, etc.); balast solid, utilizat pentru:

- compensarea unor înclinări permanente rezultate în urma construcţiei sau modernizării navei;

- îmbunătăţirea indicatorilor de stabilitate transversală, prin coborârea centrului de greutate al navei;

- protecţia interioară a unor spaţii greu accesibile (derivoare, chile de ruliu, bulb prova, etc.);

● instalaţii caracteristice navelor industriale (cum ar fi fabrica de conserve de peşte de pe un supertrauler);● rezervoarele pentru transportul gazelor lichefiate, la navele cu această destinaţie.Depedenţa generală a masei corpului navei faţă de deplasament sau faţă

de modulul cubic , poate fi exprimată cu relaţiile:

(5.4)

unde mc este coeficientul de masă al corpului, iar este masa specifică a corpului exprimată în [t/m3]. Ţinând cont de relaţiile (4.16), (5.1) şi (5.4) se poate obţine următoarea relaţie de legătură dintre coeficienţii mc şi :

. (5.5)

Există în literatura de specialitate relaţii echivalente cu formele (5.4) care se referă în mod strict la masa oţelului din care este construit corpul (M co). Astfel, Arnott propune relaţia:

71


(5.6)

unde, a = 2 pentru cargouri de mărfuri generale şi a = 0,8 … 1,3 pentru petroliere.

Dacă , atunci se poate considera egalitatea: (5.7)

şi relaţia (5.6) devine: . (5.8)

Noghid [11] propune o expresie asemănătoare pentru masa oţelului din care este construit corpul navei:

. (5.9)Masa elementelor longitudinale de osatură poate fi determinată din

considerente de rezistenţă longitudinală a corpului.Modulul de rezistenţă al grinzii echivalente (W) poate fi scris sub forma:

(5.10)

unde este coeficientul utilizării secţiunii rezistente, D este înălţimea grinzii echivalente (egală cu înălţimea de construcţie), iar A este aria secţiunii transversale echivalente. În general, coeficientul este cuprins între valorile 0,45 şi 0,6 (valorile superioare se adoptă la navele cu lungime mare).

Momentul încovoietor în secţiune maestră, pe apă calmă, se poate calcula cu relaţia empirică:

. (5.11)

Coeficientul k depinde de tipul navei şi de coeficientul bloc. Scriind expresia efortului unitar admisibil ( ):

(5.12)

şi utilizând relaţiile (5.10) şi (5.11), se determină aria secţiunii echivalente:

. (5.13)

Masa elementelor longitudinale de osatură care intră în grinda echivalentă (Mcl) se poate calcula cu expresia:

(5.14)unde ete densitatea oţelului, iar c este un coeficient care ţine seama de micşorarea secţiunii transversale a grinzii echivalente, pe lungimea navei. După Bubnov, coeficientul c este proporţional cu (orientativ se poate adopta c = 0,83).

Ţinând cont de relaţiile (4.16) şi (5.13), expresia (5.14) devine:

(5.15)

şi poate fi scrisă sub forma generală echivalentă:

72


. (5.16)

Literatura de specialitate prezintă o serie de relaţii empirice, care pot fi utilizate la calculul maselor diferitelor elemente de construcţie ale corpului navei:

masa elementelor longitudinale ale structurii (punţi, bordaje, fund, etc.):

; (5.17)

masa pereţilor transversali etanşi: (5.18)

unde, np este numărul pereţilor; masa pereţilor locali, a platformelor şi diafragmelor:

; (5.19) masa suprastructurilor şi rufurilor:

(5.20)unde Vsr este volumul suprastructurilor şi rufurilor.

masa instalaţiilor şi utilajelor caracteristice navelor industriale: ; (5.21)

masa scărilor, capacelor, paiolului: (5.22)

unde, Ss este suprafaţa scărilor, capacelor şi paiolului, iar mc6 este coeficientul de masă pe unitatea de suprafaţă.

Având în vedere relaţiile 5.17 … 5.22, masa corpului navei devine:

(5.23)

În continuare, vom prezenta câteva metode practice recomandate de literatura de specialitate pentru calculul masei copului navei.

a) Relaţii recomandate de V.V.Aşik [6]V.V.Aşik consideră 11 subgrupe principale, ale masei corpului navei

exprimată în [t]: puntea principală- dacă ; (5.24)- dacă , (5.25)

iar:

(5.26)

unde:

73


(5.27)

( reprezintă suma lungimilor deschiderilor în punte); prima punte intermediară, pentru

; (5.28) a doua punte intermediară, pentru

; căptuşeli exterioare

(5.29)

unde n este numărul de punţi ; dublu fund

(5.30)

unde h este înălţimea dublului fund, iar hn este înălţimea normală a acestuia în conformitate cu cerinţele societăţii de clasificare Det Norske Veritas;

pereţi transversali- pentru nave cu o punte

dacă (5.31) dacă (5.32)

unde n este numărul pereţilor transversali; - pentru nave cu două punţi

dacă (5.33) dacă ; (5.34)

- pentru nave cu trei punţi şi ; (5.35)

pereţi longitudinali- pentru nave cu o punte şi

(5.36)unde l7 este raportul dintre lungimea pereţilor longitudinali şi lungimea navei;

- pentru nave cu două punţi dacă (5.37) dacă ; (5.38)

- pentru nave cu trei punţi şi ; (5.39)

întărituri speciale pentru gheaţă ; (5.40)

mase locale (postamenţi, linii de arbori, tancuri, etc.) - pentru cazul compartimentului de maşini la mijlocul navei

dacă ; (5.41)

74


dacă ; (5.42) - pentru cazul compartimentului de maşini la pupa navei

dacă ; (5.43) dacă ; (5.44)

suprastructuri - dacă , (5.45)unde l10 este raportul dintre suma lungimilor suprastructurilor şi lungimea navei, iar h10 este înălţimea suprastructurii;

- dacă ; (5.46)

rufuri- dacă

(5.47)

,unde l11 este raportul dintre suma lungimilor rufurilor şi lungimea navei, h11 este înălţimea rufului, iar b11 este lăţimea medie a rufului.

- dacă

(5.48)

.

b) Metoda propusă de W.Henschke [9]Această metodă se aplică la cargouri. Nava standard are următoarele

caracteristici: L/B=7; L/D=11; T/D=0,7; CB=0,7.Se consideră 6 subgrupe principale ale masei corpului navei exprimată

în [t]. Pentru dublu fund (învelişul fundului, învelişul gurnei până la nivelul

dublului fund, plafonul, varange, suporţi centrali şi laterali, tabla marginală) se utilizează diagramele prezentate în fig.5.1. Curba 1 se referă la nava standard şi permite determinarea masei Mst1 în funcţie de lungimea între perpendicularele planului de forme. Curbele 1.1, 1.2, 1.3 şi 1.5 conţin corecţiile pentru abaterile de la nava standard, iar curba 1.4 permite determinarea valorii normale a înălţimii dublului fund (hD) în conformitate cu regulile societăţii de clasificare Det Norske Veritas.

Pentru masa învelişului exterior situat între puntea principală şi plafonul dublului fund, inclusiv osatura bordajului, se pot folosi diagramele din fig.5.2. Curba 2 permite determinarea masei Mst2 în funcţie de lungimea între perpendicularele planului de forme. Curbele

75


2.1, 2.2 şi 2.3 conţin corecţiile pentru abaterile de la nava standard, iar curba 2.4 este utilizată pentru calculul cotei centrului de greutate.

Pentru masa pereţilor metalici, cu osatura şi guseele de legătură specifice, se utilizează diagrame caracteristice, prezentate în referinţa bibliografică [7]. Se determină masa oţelului pe unitatea de suprafaţă, pentru cargouri cu una, două sau trei punţi, în funcţie de poziţia peretelui pe lungimea navei.

Pentru masa punţilor (înveliş cu osatură completă, inclusiv ramele gurilor de magazie) se propun diagrame de forma celor prezentate în fig.5.3 şi 5.4. Masa punţii principale (Mst4a) se determină cu ajutorul curbei 4a, iar pentru corecţiile în raport cu nava standard se recomandă curbele 4.1a şi 4.2a. Masa punţilor intermediare (Mst4b) se calculează cu ajutorul curbei 4b, iar corecţiile în raport cu nava standard se determină după curba 4.1.b.

Pentru masa construcţiilor interioare şi speciale (etravă, etambou, tunelul liniei de arbori, postamenţii motoarelor principale şi auxiliare, întărituri pentru gheţuri, rezervoare) se pot utiliza diagramele caracteristice prezentate în lucrarea [7].

Ultima subgrupă conţine masa suprastructurilor şi rufurilor (Mst6), care poate fi determinată cu ajutorul diagramelor din fig.5.5. Curba 6a se referă la masa suprastructurii, iar curba 6b la aceea a rufurilor. Suprastructura standard are lungimea de şi înălţimea de 2,35m. Ruful standard are lungimea de , lăţimea de şi înălţimea de 2,35m. Corecţiile în raport cu elementele standard se determină după curbele 6.1a, 6.1b, 6.2b, 6.3a şi 6.3b.

Masa corpului navei se obţine însumând masele corectate ale celor şase subgrupe prezentate mai sus. Suplimentar, pentru coeficientul bloc la fiecare abatere de ±0,01 se aplică o corecţie de ±0,35% din masa totală.

76


77

77


78


79

20

40

-


80


81


c) Masa corpului gol la vrachierePentru calculul masei corpului gol al vrachierelor (fără pereţi transversali

şi suprastructuri) se recomandă diagrame de forma celor prezentate în fig.5.6. Nava standard are următoarele caracteristici: L/B=7,5; L/D={11; 12; 13}; T/D=0,75; CB=0,7.

Pentru calculul masei suprastructurilor şi rufurilor se pot folosi diagramele din fig.5.5, iar pentru determinarea masei pereţilor transversali se pot utiliza diagramele sintetizate în lucrarea [7].

82


d) Utilizarea coeficienţilor de masăLiteratura de specialitate recomandă şi utilizarea coeficienţilor de masă

(mc), sau a maselor specifice (c). Ruiz propune diagrama prezentată în fig.5.7. Nava standard are următoarele caracteristici: CB=0,78; T/D=0,76; lungimea suprastructurilor şi rufurilor lv=0,49Lpp. Dacă nava care se proiectează are caracteristicile CBp, (T/D)p şi lvp, atunci factorul de corecţie se calculează cu formula:

. (5.49)

Corecţia pentru lungimea suprastructurilor se obţine calculând masa suprastructurilor de lungime lv şi lvp (cu ajutorul diagramelor din fig.5.5) şi adunând algebric diferenţa celor două mase la masa corpului gol obţinută cu diagrama Ruiz.

5.1.2. Masa instalaţiei de propulsie

Grupa maselor instalaţiei de propulsie include următoarele subgrupe: maşina de propulsie (motorul diesel, turbina cu gaze, turbina cu aburi) sau sistemul de acţionare electric, motoarele auxiliare, reductoarele, mecanismele şi instalaţiile care deservesc maşina principală, liniile de axe, propulsoarele, scările şi paioalele din compartimentul de maşini, instalaţia de comandă la distanţă, etc.

Masa instalaţiei de propulsie (Mm) se exprimă faţă de puterea instalată la bord (N) cu o relaţie de forma: (5.50)

unde mm este masa specifică a unităţii de putere instalată la bord.

83

c

m3


Într-o primă aproximaţie, dacă puterea N se măsoară în [C.P.], se pot utiliza următoarele relaţii de calcul pentru masa specifică (exprimată în [t/CP]):

pentru cazul turbinei cu aburi

; (5.51)

pentru cazul turbinei cu gaze

; (5.52)

pentru cazul motoarelor lente

- în construcţie sudată ; (5.53)

- în construcţie turnată ; (5.54)

pentru cazul motorului semirapid cu reductor

. (5.55)

5.1.3. Masa amenajărilor şi instalaţiilor de corp şipunte cu mecanismele şi echipamentele aferente

Această grupă conţine următoarele subgrupe importante: amenajările (încăperi de locuit, grupuri sanitare, spaţii de folosinţă

comună, bucătării, oficii, anexe, ateliere pentru executarea unor reparaţii, magazii, etc.);

instalaţia electrică (grupuri electrogene, tablouri electrice, maşini electrice, cabluri electrice, telegrafe şi telecomandă maşini, lumini de navigaţie, etc.);

instalaţii de punte (ancorare, acostare şi legare, remorcare, manevră, salvare, guvernare, etc.);

instalaţii de corp (balast-santină, stingere a incendiilor, sanitare, încălzire, ventilaţie, etc.);

instalaţii mecanice (de răcire, de combustibil, de ulei, de aer comprimat, evacuare gaze, acţionări hidraulice, etc.).

Se consideră că masa acestei grupe se calculează ca sumă a următoarelor componente: (5.56)

unde Ma este masa amenajărilor, Mi este masa instalaţiilor şi Mme este masa mecanismelor şi echipamentelor aferente.

Masa amenajărilor este proporţională cu deplasamentul navei: (5.57)

unde ma este coeficientul de masă al amenajărilor.Pentru calculul masei instalaţiilor se pot folosi relaţii de forma:

84


(5.58)

unde mi este coeficientul de masă al instalaţiilor, iar γi este masa specifică a instalaţiilor exprimată în [t/m3].

În cazul navelor de dimensiuni mari sunt utilizate expresiile:

(5.59)

Pentru cazul masei mecanismelor şi echipamentelor aferente instalaţiilor de corp şi punte se pot utiliza relaţii de calcul similare cu (5.58) sau (5.59).

O primă estimare a masei amenajărilor şi instalaţiilor cu mecanismele şi echipamentele aferente se poate realiza cu diagrama lui Benford (fig. 5.8), utilizând expresia:

(5.60)

85

cap.5-5.1.3n

Documents