Upload
simon-laurent
View
300
Download
4
Embed Size (px)
Citation preview
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
1/40
Teoria propulsorului. Aplicaii practice_______________________________________________________________________________________________
1
Universitatea Dunrea de Jos GalaiFacultatea de Nave
Mihaela Amorriei
TEORIA PROPULSORULUI
APLICAII PRACTICE
8.1. CALCULUL ELICELOR CU AJUTORUL DIAGRAMELORKT, KQ J
8.2. PROBLEME REZOLVATE
8.3. PROIECTAREA ELICELOR NAVALE CUAJUTORULDIAGRAMELOR SERIE. NDRUMAR PROIECTARE
8.4. BIBLIOGRAFIE
2009
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
2/40
Teoria propulsorului. Aplicaii Practice_______________________________________________________________________________________________
2
8.1. CALCULUL ELICELOR CU AJUTORULDIAGRAMELOR KT, KQ J
O elice navalpentru o carenale crei forme i dimensiuni se cunosc, se poateproiecta n dousituaii :
Proiectarea elicei care srealizeze o anumitmpingere T la o anumitvitezdatV,
Proiectarea elicei care s consume ntreaga putere disponibil la arboreleport elice (cazul cel mai general).Datele iniiale necesare proiectrii unei elice navale sunt:
Caracteristici ale instalaiei de propulsie: maina principalde propulsie (putere,turaie, numr cilindri n cazul motoarelor Diesel), transmisie, etc.
Caracteristici hidrodinamice ale sistemului caren-propulsor: rezistena lanaintare, coeficieni de siaj, suciune, randament relativ de rotaie.Proiectarea elicelor cu ajutorul diagramelor seriilor sistematice de elice se
bazeazpe existena unor diagrame care dau rezultatele ncercrilor efectuate n ap
libercu serii de modele de elice. Acestea acopero varietate numericde parametride proiectare cum ar fi raportul de pas, raportul de disc, numrul de pale, formaprofilului palei, etc. n cazul proiectrii elicei cu ajutorul diagramelor serie,geometriaelicei, forma palei i distribuia de pas este restricionatde geometria modelului alespentru care sunt disponibile diagramele, iar elicea proiectatse ncadreazn domeniulde funcionare al seriei de elice. Metoda seriilor de elice este folositla determinareaunor parametri principali: diametru, turaie, raport mediu de pas, raport de disc. nvederea proiectrii elicei, unele elemente ale elicei se estimeaz n prealabil pornindde la considerente generale i apoi se precizeaz pe parcursul proiectrii de exemplu:numrul de pale al elicei z, raportul de disc AE/A0
n practica proiectrii elicelor navale se folosesc frecvent diagramele KT, KQ Jale seriilor B Wageningen avnd n abscisavansul relativ J (notat cu n literaturarus) iar n ordonat coeficientul adimensional al mpingerii KT sau coeficientul
adimensional al momentului KQ(figurile 8.1, 8.2, 8.3, 8.4):
42 Dn
TKT
,
52 Dn
QKQ
,
nD
vJ A (8.1)
Pe aceste diagrame sunt trasate curbele de variaie a acestor coeficieni pentrudiferite valori ale raportului de pas P/D (H/D n literatura rus). Fiecare diagramestetrasatpentru un anumit numr de pale z, raport de disc Ae/Ao( n literatura rus) io grosime relativa palei n axto/D.
Pe diagrame sunt trasate curbele valorilor constante ale randamentelor opre-cum i doucurbe suplimentare: curba de turaie optimi curba de diametru op-
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
3/40
Teoria propulsorului. Aplicaii practice_______________________________________________________________________________________________
3
tim. Parametrii acestor linii sunt: kdi knpe diagramele KTJ i respectiv kn i kdpediagramele KQJ. Expresiile acestor parametrii sunt:- parametrul de proiectare pentru curba de turaie optim(nopt) din diagrama KT-J
T
vDK Ad
(8.2)
- parametrul de proiectare pentru curba de diametru optim (Dopt) din diagrama KT-J
4A
Tn
vKn
(8.3)
- parametrul de proiectare pentru curba de turaie optim(nopt) din diagrama KQ-J
D
AA P
vvD319.0'Kd
(8.4)
- parametrul de proiectare pentru curba diametrului optim (Dopt) din diagramaKQ-J
4
D
AA
P
v
n
v565.0Kn'
(8.5)
unde mrimile care intervin n relaii prezentate sunt exprimate n urmtoarele unitide msur: T N, D m, n RPS, vAm/s, PDCP, kg/m
3.Se calculeaz parametrul de optim funcie de datele iniiale cunoscute i cu
valoarea calculat se intr pe curba de optim corespunztoare i se determin peabscis valoarea avansului relativ J din care se poate calcula diametrul optim,respectiv turaia optim.
Diagramele KTJ i KQJ pot fi folosite cu uurinpentru proiectarea elicelornavale. n continuare se vor prezenta cteva indicaii cu privire la modul de rezolvare aunor probleme de proiectare cu ajutorul acestor diagrame.
Probleme rezolvate utiliznd diagramele KTJCazul I.Se dmpingerea T, viteza vA, diametrul D i turaia n. Se cere raportul
de pas P/D, randamentul elicei n apliberoi puterea disponibilPD(se folosetediagrama KTJ);
Punctul pe diagramva avea coordonatele:
42TA
Dn
TKsi
nD
vJ
(8.6)
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
4/40
Teoria propulsorului. Aplicaii Practice_______________________________________________________________________________________________
4
Cu aceste coordonate se extrag din diagrama KTJ valorile raportului de pas P/Di randamentului elicei n apliber0. Se calculeazrandamentul cvasipropulsiv D iputerea disponibilla elice PD:
oRHD (8.7)
iDD
ED
vRPP
(8.8)
unde R = T (1-t) este rezistena la naintare a navei la viteza v.Cazul II.Se dT; vA; n i se cere D; P/D i PD(se folosete diagrama KTJ);n acest caz, punctul pe diagram nu poate fi determinat, deoarece i J i KT
depind de diametru, care este necunoscut. Se calculeaz:
4A
Tn
vKn
(8.9)
i se cautvaloarea acestuia pe curba de diametru optim, n diagrama KTJ.Corespunztor acestui punct se citete valoarea avansului relativ J, raportul de pasP/D, randamentul elicei n ap liber 0. Cunoscnd avansul relativ se calculeazdiametrul optim:
nJ
vD Aopt (8.10)
Se calculeazrandamentul cvasipropulsiv D i puterea disponibilla elice PDCazul III. Se d mpingerea T, viteza de avans vA i diametrul D. Se cer:
raportul de pas P/D, turaia elicei n i puterea disponibil la elice PD, (se folosetediagrama KTJ).
i n acest caz, punctul pe diagramnu poate fi determinat, deoarece i J i KTdepind de turaia elicei, care este necunoscut. Se calculeaz:
TvDK Ad
(8.11)
i se caut valoarea acestuia pe curba de turaie optim, n diagrama KT J.Corespunztor acestui punct se citete valoarea avansului relativ J, raportul de pasP/D, randamentul elicei n ap liber 0. Cunoscnd avansul relativ se calculeazturaia optim:
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
5/40
Teoria propulsorului. Aplicaii practice_______________________________________________________________________________________________
5
DJ
vn Aopt (8.12)
Se calculeazrandamentul cvasipropulsiv D i puterea disponibilla elice PDProbleme rezolvate utiliznd diagramele KQJ
Cazul IV. Se cunoate puterea disponibilla elice PD, viteza de avans vA, turaiaelicei n i diametrul D; se cere raportul de pas P/D i mpingerea T (se folosetediagrama KQJ ).
Se calculeazcoeficientul adimensional al mpingerii KQfolosind relaiile:
53D
52QD
DDn2
P
Dn
QK
n2
PQnQ2P
(8.13)
Se calculeazavansul relativ:
;nD
vJ A (8.14)
Se intrn diagrama KQ- J i pentru valorile KQi J calculate se scot valorile luiP/D, respectiv 0.
Din diagrama KT - J i pentru valorile J i P/D cunoscute se poate scoatecoeficientul KTcu ajutorul creia, cu relaia cunoscutse calculeazmpingerea T:
42T DnKT (8.15)
Cazul V.Se cunoate puterea disponibilPD, viteza de avans vAi turaia n; secere diametrul D, raportul de pas P/D i mpingerea T.
Deoarece KQi J depind de diametrul elicei care nu este cunoscut se calculeaz:
4
D
AA'n
P
v
n
v565.0K (8.16)
unde PD[CP], [kg/m3]
Pentru 'nK calculat pe curba pentru diametrul optim, se gsete valoarea
raportului de pas P/D=f( 'nK ), valoarea randamentului n ap liber 0=f('nK ) i
evident pe abscis valoarea avansului relativ J, cu ajutorul creia se calculeazdiametrul optim (8.10).
Cazul VI.Se dau: puterea disponibilPD, diametrul D i viteza de avans vA. Secere: turaia n, pasul P, randamentul o.
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
6/40
Teoria propulsorului. Aplicaii Practice_______________________________________________________________________________________________
6
Deoarece KQi J depind de turaia elicei care nu este cunoscutse calculeaz:
D
AA
'd
P
vvD319.0K
(8.17)
unde PD[CP], [kg/m3]Se intr pe curba de noptim i se citesc mrimile: P/D=f(
'dK ); 0=f(
'dK ) i
J=f( 'dK ), din J se calculeazturaia n i se poate apoi calcula T.
Observaii.1. Se nelege ctoate schemele prezentate au n vedere calculul pentru o singur
elice. Dacsunt mai multe elice, evident cmpingerea i puterea totalse mparte lanumrul elicelor.
2. Metoda seriilor de elice nu face nici o consideraie asupra variaiei siajului ndiscul elicei, de aceea nu se poate realiza o adaptare a elicei la siajul navei. Siajulnavei determinapariia unor viteze diferite n puncte diferite n discul elicei, de ceeaeste necesar ca proiectarea unei elice navale sse facinnd cont de neomogenitateasiajului particular fiecrei carene - elice adaptat la siaj. Rezolvarea acestei
probleme se face utiliznd teoria turbionarprin metoda liniei portante cu corecii desuprafaportant.
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
7/40
Teoria propulsorului. Aplicaii practice_______________________________________________________________________________________________
7
Fig.
8.
1Diagrama
eliceserieB4.55
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
8/40
Teoria propulsorului. Aplicaii Practice_______________________________________________________________________________________________
8
Fig.
8.2Diagrama
eliceserieB4.70
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
9/40
Teoria propulsorului. Aplicaii practice_______________________________________________________________________________________________
9
Fig.
8.
3Diagrama
eliceserieB5.45
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
10/40
Teoria propulsorului. Aplicaii Practice_______________________________________________________________________________________________
10
Fig.
8.
4Diagrama
eliceserieB5.60
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
11/40
Teoria propulsorului. Aplicaii practice_______________________________________________________________________________________________
11
8.2. PROBLEME REZOLVATE
P1. Pentru o elice cu diametrul D = 5 m i raportul de pas P/D = 0.85 s secalculeze unghiul de pas corespunztor seciunii de la raza relativr/R = 0.7.
Rezolvare
r2
Ptg
m25.457.0D85.0P m5.22
DR
m75.15.27.0R7.0r
3865.075.12
25.4tg
o13.21
P2.O elice cu diametrul D = 6.4 m, raportul de pas P/D = 0.9, raportul de discAE/AO = 0.6 realizeaz la un avans relativ J = 0.55 i la o turaie n = 120 rpmurmtoarele performane hidrodinamice: coeficientul adimensional al mpingerii KT=0.141, coeficientul adimensional al momentului KQ = 0.0157. Cunoscnd scaramodelului = 32, s se determine pentru elicea model: diametrul, raportul de disc,raportul de pas, pasul, viteza de avans, turaia, mpingerea i momentul. Densitateaapei 1000kg/m3(la model i la natur).
RezolvareSe indexeaz cu N mrimile referitoare la elicea n natur i cu M mrimile
referitoare la model.
M
N
D
D m2.0
32
4.6DD NM
6.0A
A
A
A
MO
E
NO
E
9.0D
P
D
P
MN
m18.02.09.0D
D
PP M
MM
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
12/40
Teoria propulsorului. Aplicaii Practice_______________________________________________________________________________________________
12
v
v
Dg
v
Dg
v
M
NNM
A
A
N
A
M
A
N
M
AA
vv
s/m04.74.660
120
55.0DnJv NNAN
s/m2445.132
04.7vv N
M
AA
AM
MM
A
NN
v
Dn
v
Dn
N
1
v
v
D
D
n
n
M
N
A
A
N
M
M
N
rpm8.678rps3137.11322nn NM
0.141KK TMTN
N87.282.03137.111000141.0DnKT 424M2MTM M
0.0157KKMN QQ
Nm643.02.03137.1110000157.0DnKQ 525M2MQM M
P3. n urma probelor de elice n aplibercu un model de elice de diametrul D= 0.21 m, raport de pas P/D = 0.9, raport de disc A E/A0 = 0.55, s-au obinut la un
avans relativ J = 0.5 i o turaie de n = 750 rpm o mpingere T = 60.8 N i un momentQ = 0.68 Nm. Cunoscnd scara modelului = 25, s se determine pentru elicea lanatur: diametrul, raportul de disc, raportul de pas, pasul, viteza de avans, turaia,coeficienii adimensionali ai mpingerii i momentului. Densitatea apei 1000kg/m3(lamodel i la natur).
RezolvareSe indexeaz cu N mrimile referitoare la elicea n natur i cu M mrimile
referitoare la model.
M
N
D
D m25.52521.0DD MN
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
13/40
Teoria propulsorului. Aplicaii practice_______________________________________________________________________________________________
13
55.0A
A
A
A
MO
E
NO
E
9.0D
P
D
P
MN
m725.425.59.0DD
PP N
NN
v
v
Dg
v
Dg
v
M
NNM
A
A
N
A
M
A
MN AAvv
s/m3125.121.060
7505.0DnJv MMAM
s/m5625.625575.1vvMN AA
AM
MM
A
NN
vDn
vDn
N
1vv
DD
nn
M
N
A
A
N
M
M
N
rpm150rps5.225
5.12nn MN
TMT KK N
2.021.05.121000
8.60
Dn
TK
424M
2MM
MTM
Sau folosind relaia:
v
v
D
D
T
T 32
MA
A2
M
N
M
N N
se calculeazmpingere la natur:
KN950N950000)25(8.60TT 33MN
2.025.55.21000
950000
Dn
TK
424N
2NN
NTN
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
14/40
Teoria propulsorului. Aplicaii Practice_______________________________________________________________________________________________
14
MN QQKK
025.021.05.121000
6.1
Dn
QK
525M
2MM
MQM
Sau folosind relaia:
4
N
M
T
T
M
N n
n
P
P
Q
Q
M
N se calculeazmomentul pentru elicea la natur:
KNm625Nm625000)25(6.1QQ 44MN
025.025.55.21000
625000
Dn
QK
525N
2NN
NQN
P4. Se dau: viteza navei v = 18 noduri, puterea la flana motorului PB = 9800KW, turaia motorului 500rpm, raportul de reducie al reductorului 4:1, pierderile prinreductor i ax 5%. mpingerea realizat de elice este 875 kN, coeficientul de siajw=0.25, coeficientul de suciune t=0.2.
S se calculeze: puterea disponibil la elice PD, turaia elicei n, puterea dempingere PT, puterea efectivPE, coeficientul cvasiapropulsiv.
RezolvarekW931095.09800PP SBD
rpm1254:5004:nn motor
s/m94.625.015144.018w1vvA
kW5.607294.6875vTP AT
kN7002.01875t1TR
kW64815144.018700vRPE
69.09310
6481
P
P
D
ED
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
15/40
Teoria propulsorului. Aplicaii practice_______________________________________________________________________________________________
15
P5.Se dau: rezistena la naintare a navei R=573 kN, viteza navei v=14.5 Nd, co-
eficientul de siaj w=0.3, coeficientul de suciune t=0.18, randamentul relativ de rotaieR=1. Se cunosc urmtoarele date: turaia elicei n=120 rot/min, diametrul eliceiD=5.8m, numrul de pale z=4, raportul de disc AE/Ao=0.55.
Utiliznd diagrama B Wageningen corespunztoare s se determine: raportul depas P/D, randamentul elicei n aplibero, puterea disponibilla elice PDkW.
Rezolvare
kN8.69818.01
573
t1
RT
s/m221.53.015144.05.14w1vvA
rps2rps60
120rpm120n
Se calculeaz:
45.08.52
221.5
Dn
vJ A
15.08.521025
108.69842
3
42
Dn
TKT
Se intr n diagrama KTJ corespunztoare numrului de pale z=4 i raportuluide disc AE/Ao=0.55 cu valorile calculate pentru KT i J.
Se obine: 55.00
i 7.0D
P
RHoD
ED
vRPP
kW9.42735144.05.14573vRPE
1714.13.01
18.01
w1
t1H
6442.011714.155.00 RHD
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
16/40
Teoria propulsorului. Aplicaii Practice_______________________________________________________________________________________________
16
6634kW0.6442
4273.9
PP
D
ED
P6. Se dau: Rezistena la naintare a navei R=380 kN, viteza navei v=15 Nd,
coeficientul de siaj w=0.3, coeficientul de suciune t=0.2, randamentul relativ derotaie R=1. Se cunosc urmtoarele date: diametrul elicei D=4.4 m, numrul de palez=4, raportul de disc AE/Ao=0.55.
Utiliznd diagrama B Wageningen corespunztoare s se determine: turaiaoptimrot/min, raportul de pas, randamentul elicei n apliber, puterea disponibilla elice kW.
Rezolvare
kN4752.01
380
t1
RT
s/m4012.53.015144.015w1vvA Se calculeaz:
1.1475000
10254012.54.4
TvDK Ad
Se intrn diagrama KTJ (z=4, AE/Ao=0.55) pe curba Kdcu valoarea Kd=1.1 ise citete valoarea avansului relativ optim Jopt= 0.53
Dn
vJ Aopt
rpm9.138rps316.24.453.0
4012.5
DJ
vn
opt
A
Corespunztor aceleiai valori Kd=1.1 se citete valoarea raportului de pasP/D = 0.975 i a randamentului elicei n apliber0=0.553.
1428.13.01
2.01
w1
t1H
632.011428.1553.0RH0D
kW29325144.015380vRPE
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
17/40
Teoria propulsorului. Aplicaii practice_______________________________________________________________________________________________
17
kW4.4639632.0
2932PP
D
ED
P7.Se dau: Rezistena la naintare R=760 kN, viteza navei v=15 Nd, coeficientulde siaj w=0.28, coeficientul de suciune t=0.19, randamentul relativ de rotaie R=1.
Se cunosc urmtoarele date: turaia elicei n=122 rot/min, numrul de pale z=4,raportul de disc AE/Ao=0.55.
S se determine: diametrul optim al elicei, randamentul elicei n ap liber,raportul de pas, puterea disponibilla elice kW.
Rezolvare
kN27.93819.01
760
t1
RT
s/m555.528.015144.015w1vvA
rps0333.2rps60
122rpm122n
Se calculeaz:
7.0938270
1025
0333.2
555.5
Tn
vK 44An
Se intrn diagrama KTJ (z=4, AE/Ao=0.55) pe curba Kncu valoarea Kn=0.7 ise citete valoarea avansului relativ optim Jopt= 0.45
Dn
vJ
opt
A
opt m07.6
033.245.0
555.5
nJ
vD
opt
A
Corespunztor aceleiai valori Kn=0.7 se citete valoarea raportului de pasP/D = 0.75 i a randamentului elicei n apliber0=0.54.
125.128.01
19.01
w1
t1H
6075.01125.154.0RH0D
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
18/40
Teoria propulsorului. Aplicaii Practice_______________________________________________________________________________________________
18
kW58645144.015760vRPE
kW96536075.0
5864PP
D
ED
P8. Se dau: Puterea disponibila la elice PD=4310 kW, viteza navei v=13.5 Nd,coeficientul de siaj w=0.27, coeficientul de suciune t=0.18, randamentul relativ derotaie R=1. diametrul elicei D=4.6 m, turaia elicei n=120 rpm, numrul de palez=4, raportul de disc AE/Ao=0.55.
S se determine: raportul de pas, randamentul elicei n ap liber , mpingereaelicei kN.
Rezolvare
s/m07.527.015144.05.13w1vvA
rps2rps60
120rpm120n
Se calculeaz:
55.06.42
07.5
Dn
vJ A
04.06.42102514.32
104310
2 53
3
5352
Dn
P
Dn
QK DQ
Se intr n diagrama KQJ corespunztoare numrului de pale z=4 i raportuluide disc AE/Ao=0.55 cu valorile calculate pentru KQ i J.
Se obine: 55.00 i 1DP
123.127.01
18.01
w1
t1H
6176.01123.155.0RH0D
kW8.26616176.04310PP DDE
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
19/40
Teoria propulsorului. Aplicaii practice_______________________________________________________________________________________________
19
kN3.3835144.05.13
8.2661
v
PRvRP EE
kN467
18.01
3.383
t1
RT
mpingerea elicei se mai poate calcula cu relaia:
42T DnKT
Unde KTse scoate din diagrama KT-J funcie de avansul relativ J i raportul depas P/D. Pentru J= 0.5 i P/D=1 rezultKT =0.253
kN4656.42025.1253.0DnKT 4242T
Diferenele dintre valorile mpingerilor calculate prin cele dou metode diferite
sunt datorate citirii aproximative din diagrame.
P9.Se dau: Puterea disponibila PD=8400 kW, viteza navei v=14 Nd, coeficientulde siaj w=0.3. Se cunosc urmtoarele date: diametrul elicei D= 5.6 m, numrul de palez=4, raportul de disc AE/Ao=0.55.
S se determine: turaia optim rot/min, raportul de pas, randamentul elicei napliber, mpingerea elicei kN,
Rezolvare
s/m04.53.015144.014w1vvA
Se calculeaz:
05.6)735.0:8400(
04.5102504.56.5319.0
P
vvD319.0K
D
AAd
Observaie: n relaia lui Kd puterea disponibil se introduce n CP(1CP=0.735kW) iar densitatea n kg/m3.
Se intrn diagrama KQJ (z=4, AE/Ao=0.55) pe curba Kdcu valoarea Kd=6.05i se citete valoarea avansului relativ optim Jopt= 0.475
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
20/40
Teoria propulsorului. Aplicaii Practice_______________________________________________________________________________________________
20
Dn
vJ Aopt
rpm7.113rps895.16.5475.0
04.5
DJ
vn
opt
A
Corespunztor aceleiai valori Kd=6.05 se citete valoarea raportului de pasP/D = 0.925 i a randamentului elicei n apliber0=0.51.
mpingerea elicei se poate calcula cu relaia:
kN8646.589.1025.124.0DnKT 4242T
Unde KTse scoate din diagrama KT-J funcie de avansul relativ J= 0.5 i raportulde pas P/D=1, rezultKT =0.24.
P10. Se dau: Puterea disponibila PD=7250 kW, viteza navei v=15.5 Nd,coeficientul de siaj w=0.28. Se cunosc urmtoarele date: turaia elicei n=120 rot/min,numrul de pale z=4, raportul de disc AE/Ao=0.55.
S se determine: diametrul optim, raportul de pas, randamentul elicei n apliber, mpingerea elicei kN.
Rezolvare
s/m74.528.015144.05.15w1vvA
Se calculeaz:
2
735.0:7250
74.51025
2
74.5565.0
P
v
n
v565.0K 44
D
AAn'
Observaie: n relaia lui Kn puterea disponibil se introduce n CP(1CP=0.735kW) iar densitatea n kg/m3.
Se intr n diagrama KQJ (z=4, AE/Ao=0.55) pe curba Kncu valoarea Kn=2 ise citete valoarea avansului relativ optim Jopt= 0.515
Dn
vJ Aopt
m57.52515.0
74.5
nJ
vD
opt
A
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
21/40
Teoria propulsorului. Aplicaii practice_______________________________________________________________________________________________
21
Corespunztor aceleiai valori Kn=2 se citete valoarea raportului de pas P/D =0.8 i a randamentului elicei n apliber0=0.57.
mpingerea elicei se poate calcula cu relaia:
kN69257.52025.1175.0DnKT4242
T
Unde KT se scoate din diagrama KT-J funcie de avansul relativ J= 0.515 iraportul de pas P/D=0.8, rezultKT =0.175
8.3. PROIECTAREA ELICELOR NAVALE CUAJUTORUL DIAGRAMELOR SERIE
NDRUMAR PROIECTARE
Tema de proiectare
Utiliznd diagramele seriilor de elice B Wageningen s se proiecteze pentru onavdat elicea care sconsume complet puterea disponibilla elice.
Date de proiectare
A. Caracteristici geometrice ale navei: Lungime la plutire LWL[m] Lime B [m] Pescajul d [m] Volumul carenei [m3] Viteza navei s [Nd]
B. Caracteristici de performan ale carenei:
Viteza navei [Nd]No Denumirea Simbol
U.M.V1 V2=s V3
1. Viteza navei V m/s2. Rezistena la naintare Rt KN3. Coeficientul de suciune t -4. Coeficientul de siaj efectiv w -5. Randamentul corpului H -6. Randamentul relativ de rotaie R -
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
22/40
Teoria propulsorului. Aplicaii Practice_______________________________________________________________________________________________
22
C. Caracteristicile mainii principale de propulsie: Puterea la flana motorului PB [kW] Turaia motorului n0 [rpm] Numrul de cilindri nc
CONINUTUL PROIECTULUI1. Proiectarea elicei optime2. Verificarea elicei la cavitaie3. Geometria palei elicei4. Verificarea rezistenei palei5. Desenul elicei
1. PROIECTAREA ELICEI OPTIME
Se va proiecta elicea optimcare sconsume ntreaga putere disponibilla elice.Puterea disponibilla elicePDva fi:
kWcPP uredaxBD (8.18)unde: axrandamentul liniei de axe; ax= 0.98 pentru nave cu CM amplasat in pu-
pa, ax= 0.96 pentru nave cu CM amplasat la ( 1/3..1/2)L Rrandamentul reductorului; dacexistreductor R= 0.97 n caz contrar se
adoptR= 1 cu - coeficient de utilizare a puterii - se adopt funcie punctul de proiectare
ales.
Observaie
Determinarea performanelor de propulsie ale navei se face n condiii de plinncrcare, iar proiectarea propulsorului trebuie s se fac astfel nct n condiii de
probe standard, cu nava nou, carencurat, elicea navei i consumatorii adiionali s
ncarce parial motorul de propulsie asigurndu-se astfel la turaia nominalo rezervde putere din puterea maximcontinu, recomandati acceptatprin contract.
De aceea n proiectarea elicei un pas important este alegerea aa numitului punctde funcionare al elicei, definit n diagrama putere turaie (fig.8.1), care trebuie sincont de cerina armatorilor de a realiza o anumitvitez n condiii de serviciu la o
putere mai micdect puterea maximcontinuMCR, diferena constituind marja desigurana motorului "EM engine margin". n acelai timp, trebuie inut cont i deaa numita marjde navigaie SM - sea margin datde diferena ntre puterea cerutn condiii de navigaie reale (mare agitat, carenacoperitcu alge) i puterea n con-diii de probe (carencurat, mare calm)
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
23/40
Teoria propulsorului. Aplicaii practice_______________________________________________________________________________________________
23
Fig. 4.1 Alegerea punctului de funcionare al elicei [9]
RecomandriCoeficientul de utilizare al puterii se poate adopta astfel funcie de punctul de
proiectare ales: cu = 0.85 - pentru punctul de proiectare PD (include SM=15%); onn
cu = 0.75 - pentru punctul de proiectare PD (include SM=15% i EM=10%)
30
100
EM100nn
( pentru EM =10% rezulta on9655.0n )
unde n este turaia elicei.
Se va alege ca elice de bazo elice de tip B Wageningen.
Se adopta numrul de pale z:O regulsimpl, utilizatn practic, cu privire laalegerea numrului de pale se referla numrul de cilindri ai motorului, care nu trebu-ie sfie multiplu al numrului de pale, pentru a evita suprapunerea armonicilor excita-toare de naturhidrodinamiccu cele date de motor.
Se adopta preliminar raportul de disc minim necesarAE/A0 . Valoarea rapor-tului de disc AE/A0 poate fi determinatntr-o primaproximaie din condiia evitriiunei cavitaii dezvoltate, duprelaia propusde Keller:
kDpp
T0.3z1.3
A
A2
V00
e
(8.19)
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
24/40
Teoria propulsorului. Aplicaii Practice_______________________________________________________________________________________________
24
unde T mpingerea elicei va fi:
T =t1
R
[ KN] (8.20)
- R [KN] - rezistenta la naintare la viteza de proiectare- p0 = 105N/m2 - presiunea staticmsuratla nivelul arborelui port-elice,
- pV = 2300 N/m2- presiunea de vaporizare a apei la temperatura de 15oC
- D diametrul elicei adoptat in prima etapa funcie de pescajul navei D=0.7d- k=0 pentru nave de mare vitez, k=0.1 pentru nave cu 2 elice, k=0.2 pentru nave
cu o elice.Se aleg diagramele de elice B Wageningen KTJ, KQ-J corespunztoare nu-
mrului de pale adoptat n condiiile asigurrii unui raport de disc minim nece-sar.
Se determina diametrul optim la elice. Alegerea diametrului elicei se face dinconsiderente energetice i constructive (legate de formele extremitii pupa, pescaj,etc.). Din punct de vedere al eficienei, se preferun diametru ct mai mare. Diagra-mele de elice sunt concepute astfel nct spermitstabilirea diametrului optim a c-
rui valoare corespunde randamentului maxim pentru punctul de funcionare dat.Se determina diametrul optim la elicecalculnd coeficientul kn:
4
D
AA'n
P
v
n
v565.0K (8.21)
unde: VA este viteza de avans n discul elicei:PD[CP] puterea disponibilla elice,n [rps] turaia elicei,=1025[kg/m3] densitatea apei de mare
w1vV SA [m/s] (8.22)
Din diagrama kQ J a elicei B adoptate se obine pentru valoarea lui kncalculat,pe curba de optim, valoarea avansului relativ optim Jopt. Cu aceasta valoare se calcu-leazdiametrului optim a elicei cu formula:
mJn
VD
opt
Aopt
(8.23)
Se verificdacdiametrul optim obinut poate fi amplasat n pupa navei din con-siderente de spaiu.
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
25/40
Teoria propulsorului. Aplicaii practice_______________________________________________________________________________________________
25
n proiectarea preliminardiametrul optim al elicei trebuie sverifice relaia: D aE, se scot din noua diagramvalorile randamentului o i raportului de pas P/D corespunztoare coeficientuluiadimensional al momentului KQ calculat relaia 8.26 i valorilor avansului relativ:
Tab. 8.2 [5]Nr. Denumire Relaia de calcul U.M. V1
[Nd]V2
[Nd]V3
[Nd]1 Avansul relativ J=VA/nD -2 Raportul de pas P/D Din diagr.pentru.
1. (AE/A0)initial2. (AE/A0)(> aE)Interpolarepentru(AE/A0)(=aE )
-
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
31/40
Teoria propulsorului. Aplicaii practice_______________________________________________________________________________________________
31
Tab. 8.2 (continuare)3 Randamentul elicei 0 Din diagr.pentru.
1. (AE/A0)initial2. (AE/A0)(> aE)Interpolarepentru(AE/A0)(=aE )
-
4 Randamentul de pro-pulsie
D=0HR -
5 Puterea efectiva deremorcare
PE KW
6 Puterea disponibilanecesara PD=
D
EP
KW
Fig. 8.8. Diagrama de cavitaie Burrill pentru elice moderat ncrcate cu 4 pale
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
32/40
Teoria propulsorului. Aplicaii Practice_______________________________________________________________________________________________
32
Se reprezintgrafic funciile: PD=f(v); P/D=f(v) si se determinviteza navei viraportul de pas P/D pentru noua elice proiectat cu raportul de disc minim necesarpentru a evita cavitaia.
Se centralizeazcaracteristicile finale ale elicei proiectate: D [m] diametrul elicei n [rpm] turaia elicei z numrul de pale AE/A0 raportul de disc (dupcalculul de cavitaie) P/D raportul de pas (dupcalculul de cavitaie) V [Nd] viteza navei (dupcalculul de cavitaie)
3. GEOMETRIA PALEI ELICEI
Pentru construirea conturului expandat al palei elicei este necesardeterminareaunor mrimi geometrice caracteristice pentru fiecare razrelativr/R:
- limea palei -br
- distana de la muchia de intrare (bordul de atac) la axa (generatoarea) palei bri- distana de la muchia de ieire (bordul de fug) la axa palei bre- distana de la muchia de intrare (bordul de atac) la linia grosimilor maxime cr- grosimea maxima seciunii palei -er
ObservaieS-au folosit notaiile din lucrarea [4].
Dimensiunile conturului palei, pentru seria de elice B Wageningen sunt date subforma unor rapoarte ntre dimensiuni pentru fiecare razrelativ(tab.8.3).
Tab. 8.3
r/R0E
r1 A/A
z
D
bx
r
ri2 b
bx
r
r3 b
cx
D
ex r4
0.2 1.662 0.617 0.350 0.03660.3 1.882 0.613 0.350 0.3240.4 2,050 0.601 0.350 0.02820.5 2,152 0.586 0.350 0.02400.6 2.187 0.561 0.389 0.01980.7 2.144 0.524 0.443 0.01560.8 1.980 0.463 0.479 0.01140.9 1.582 0.351 0.500 0.00721.0 - 0 - 0.0030
Folosind aceste rapoarte se pot calcula urmtoarele mrimi geometrice caracteris-tice pentru fiecare razrelativdat:
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
33/40
Teoria propulsorului. Aplicaii practice_______________________________________________________________________________________________
33
- limea palei -br
10E
r xz
A/ADb
(8.34)
- distana de la muchia de intrare (bordul de atac) la axa (generatoarea) palei bri
2rri xbb (8.35)
- distana de la muchia de ieire (bordul de fug) la axa palei bre
irrre bbb (8.36)
- distana de la muchia de intrare (bordul de atac) la linia grosimilor maxime cr
3rr xbc (8.37)
- grosimea maxima seciunii palei -er
4r xDe (8.38)
nainte de a trece la reprezentarea conturului palei este necesarverificarea rezis-tenei palei conform normelor Societilor de Clasificare.
4. VERIFICAREA REZISTENEI PALEI ELICEI
Verificarea rezistenei palei elicei se va face conform normelor GermanisherLloyd [10]. La razele 0.25 R i 0.6R, grosimile minim necesare ale palei elicei se cal-culeazcu formula:
DynG1o CCKkKt (8.39)
unde:
15000
n
H
cose1Ko
(8.40)
tanRe (8.41)
e [mm] - rake-ul palei, respectiv distana dintre linia care unete vrfulpalei cu rdcina acesteia i verticala care trece prin axa palei.
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
34/40
Teoria propulsorului. Aplicaii Practice_______________________________________________________________________________________________
34
- unghiul de rake, = 15pentru elice tip Wageningen. - unghiul de pas la raza considerat
D
H27.1arctan25,0
DH91,0arctan35,0
D
H53,0arctan6,0
(8.42)
H [mm] - pasul la raza considerat.D [mm] - diametrul elicein [rpm] - turaia elicei n rotaii pe minutk - coeficient care se adoptdin tab. 8.4 (conform GL) funcie de
forma profilului palei.Tab. 8.4
Valorile lui kForma profiluluipalei
0.25R 0.35R 0.6RProfil segment cu extrados arc de cerc 73 62 44Profil segment cu extrados parabolic 77 66 47Profil pentru elice B Wageningen 80 66 44
Coeficientul K1se calculeazcu relaia:
2coswCzBn
sincosmH
D2510wP
1K
(8.43)
unde:Pw [kW] - puterea mainii principale de propulsie
B [mm] - limea palei (B=br) la raza analizatHm [mm] - pasul mediu al elicei calculat cu relaia:
BR
HBRHM (8.44)
unde R, B, H vor fi nlocuite cu valorile corespunztoare fiecrei raze R n parte.ObservaiePasul elicelor B Wageningen este constant de la butuc la vrf, exceptnd elicele
cu 4 pale la care pasul variazntre razele relative 0.2 i 0.6 (fig.4.2 tab 8.5).
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
35/40
Teoria propulsorului. Aplicaii practice_______________________________________________________________________________________________
35
Tab.8.5 Distribuia de pas pentru elicele B Wageningen cu 4 pale
r/R 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1%H 82.2% 88.7% 95% 99.2% 100% 100% 100% 100% 100%
CW
- coeficient care ine cont de materialul elicei (tab. 8.6)Tab.8.6
Material Descriere CWCu 1Cu 2Cu 3Cu 4
Alamcu manganAlamcu mangan i nichelBronz cu nichel i aluminiuBronz cu mangan i aluminiu
440440590630
Fe 1Fe 2Fe 3Fe 4Fe 5Fe 6
Oel turnat nealiatOel turnat slab aliatOel crom martensiticOel martensitic austeniticOel feritic-austeniticOel austenitic
380380600600600500
Fe 7 Fontcenuie 200
CG - factor de mrime calculat cu relaia:
85,02,12
Df1,1 1
(8.45
D [m] - diametru elicei introdus n formuln metrif1 = 7.2 - pentru elice monoblocf1 = 6.2 - pentru elice cu pas reglabilCDyn - factor dinamic calculat cu relaia:
0,1f5,0
f1
c3
3m
max
Dyn
(8.46)
pentru 5,1m
max
max/ maxpoate fi calculat cu ajutorul factorului de simulare a mpingerii ET cu ajuto-rul formulei:
1Ef T2m
max
(8.47)
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
36/40
Teoria propulsorului. Aplicaii Practice_______________________________________________________________________________________________
36
T
Dw1nV103,4E
3s9
T
(8.48)
Observaie
Verificarea rezistenei palei se face la razele impuse de registru.Grosimea maxima profilului calculatcu relaia (8.38) trebuie s fie mai maresau cel puin egalcu grosimea minimimpusde normele de registru.
ter se verificcriteriile conform Germanisher Lloyd.
5. DESENUL ELICEI
Desenul clasic al elicei navale este constituit dintr-o serie de construcii grafice:conturul expandat al palei cu forma seciunilor prin pal, conturul proiectat, vederealateral, distribuia de pas a elicei i un tabel care conine cotele conturului expandat iale profilelor hidrodinamice construite.
Fig.8.9 Palelice B Wageningen [1]
Construcia conturului expandat al palei [4]Conturul expandat al palei este definit de linia care delimiteazfaa activa palei
(intradosul) adus la o formplan. Arcele de cerc corespunztoare seciunilor cilin-drice prin palse ntind reprezentndu-se paralel cu axa orizontal.
Cunoscnd pentru fiecare raz relativ r/R = (0.2,0.3,...,0.9,1) limea palei -br,distana de la bordul de atac la axa palei bri, distana de la bordul de fugla axa pa-
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
37/40
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
38/40
Teoria propulsorului. Aplicaii Practice_______________________________________________________________________________________________
38
100
40.00
37.55
34.50
30.40
24.50
16.05
0.70
95
56.95
54.90
52.20
48.60
43.35
35.00
25.45
22.00
26.20
22.20
17.90
13.30
8
.40
2
.45
90
64.33
62.65
60.15
56.80
52.20
44.20
34.55
30.10
20.30
16.55
12.50
8,45
4.45
0.40
80
74.40
72.50
70.40
67.70
63.60
57.00
48.25
45.15
13.45
10.85
7.80
4.30
0.80
60
87.00
85.80
84.30
82.30
79.35
74.90
68.70
70.00
5.90
4.60
2.65
0.70
40
94.50
94.00
93.25
92.40
91.25
88.80
85.30
87.00
2.30
1.30
0.30
Delagrosimeamaximlaborduldea
tac
20
98.60
98.40
98.20
98.10
98.10
97.60
97.00
97.00
0.45
0.05
20
96.45
96.80
97.00
96.95
96.80
96.65
96.70
97.00
1.55
40
86.90
86.80
86.55
86.11
85.40
84.90
85.30
87.00
5.45
1.70
60
72.65
71.60
70.25
68.40
67.15
66.90
67.80
70.00
10.90
5.89
1.50
8053.3
5
50.9
5
47.7
0
43.4
0
40.2
0
39.4
0
40.9
5
45.1
5
18.2
0
12.2
0
6.20
1.75
Poziiaordonateim
suratnprocente
Delagrosimeamaximlaborduldefug
100
30.00
25.35
17.85
9.70
5.10
r/R
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
Tab.8.7
Ordo-
nata
extra-
dosului
Ordo-
nata
intra-
dosului
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
39/40
Teoria propulsorului. Aplicaii practice_______________________________________________________________________________________________
39
Pe conturul expandat se reprezintforma seciunilor prin palrealizate cu cilindri
concentrici cu elicea, seciuni expandate (ntinse) duplinii de pas paralele cu axa ori-zontal. Coordonatele punctelor care descriu profilul seciunilor prin pala elicelor BWageningen pot fi calculate utiliznd datele din tabelul 8.7. Ordonatele extradosul iintradosul sunt procente din grosimea maxim.
Construcia conturului proiectat al palei i a vederii laterale [4]Pentru construcia conturului proiectat se pornete de la conturul expandat i dis-
tribuia radialde pas H(r) (fig. 8.11). Se consider limea palei AB = br la raza r.Punctele A i B aparin conturului expandat. Punctul C aparine axei palei i CA= briiar CB= bre. Pe orizontala ce trece prin punctul O se fixeaz punctul P astfel nctOP=H/(2). Unghiul PCO va fi unghiul de pas la raza considerat.
Se unesc punctele P i C prelungindu-se dreapta obinutdincolo de punctul C. Peaceastdreapt se msoarsegmentele: CA=CA=bri, CB=CB=bre luate din conturulexpandat. Se proiecteaz punctele A i B pe axa palei. Proiecia transversala pro-filului corespunde punctelor B"CA". Se traseazun arc de cerc cu centrul n O i razOC. Se msoar arcele CA1 i CB1astfel nct arc(CA1) = CA" i arc(CB1) = CB".Punctele A1i B1aparin conturului proiectat.
Fig. 8.11 Construcia conturul proiectat i a vederii laterale [4]
8/14/2019 Aplicatii -Teoria Propulsorului.pdf
40/40
Teoria propulsorului. Aplicaii Practice_______________________________________________________________________________________________
40
Se repetoperaia pentru celelalte raze i unind punctele de tip A1i B1se obine
conturul proiectat al palei n seciune transversal.Pentru construcia proieciei laterale a palei se pornete de la conturul proiectat.
n stnga acestuia se construiete generatoarea palei OV nclinatfade verticalcuunghiul de rake (n general = 6o-15o). La elicele B Wageningen = 15o. Din punctulC se duce o orizontalcare intersecteazdreapta OV n punctul c. Se reprezintgro-simea maxima palei er. n raport cu punctul c se msoarsegmentele ca =A'A"= k i cb = B'B"= n. Se coboar verticale din punctele a i b. Acestea vor in-tersecta orizontalele din A1i B1n a1respectiv b1. Punctele a1i b1 vor aparine contu-rului proieciei laterale.
8.4 BIBLIOGRAFIE
[1]. Amoraritei, M., "Complemente de hidrodinamica elicelor navale n curent ne-uniform", Galati University Press, 2008
[2]. Basin, A., M., "Hodkoski I upravleaemosti sudna", Ed. Transport Moskva,1964
[3]. Bertram, V., "Practical Ship Hydrodynamics", British Library, 2000
[4]. Bidoae, I., Srbu, N., Chiric, I., Iona, O., "Indrumar de proiectare pentru te-oria navei", Universitatea din Galai, 1986
[5]. Dumitrescu, H., Ceang, V., Popovici, J.,S., "Calculul Elicei", Editura Aca-demiei Romne, 1990
[6]. Ghose, J.,P., Gorkarn, R.,P., "Basic ship propulsion", Indian Institute ofTechnology, Kharagpur, 2004
[7]. Lewis, E., V., Editor, "Principles of naval architecture", 1988
[8]. Maier, V., "Mecanica i construcia navei", vol. II, Dinamica Navei, Ed. Teh-nic, Bucureti, 1987
[9]. ***MAN B&W Diesel, "Basic Principles of Ship Propulsion", 1996
[10]. ***Germanischer Lloyd, I-Part I, Section 6, Propeller