Mijloace de guvernare activa

MIJLOACE DE GU­VERNARE ACTIVA

1Instalatia de guvernare cu carma activa

Instalatia spe­ciala, respectiv combinatia mai multor instalatii intre ele sau cu propulsorul principal, capabila sa creeze fortele transversale nece­sare manevrarii eficiente a navei la orice regim de viteza marindu-i, in felul acesta, gradul de independenta se numeste mij­loc de guvernare activa .

Aparitia si perfectionarea mijloacelor de guvernare activa a fost determinata de:

asigurarea manevrabilitatii in acvatorii limitate (pe fluvii, pe canale,
in rade, in porturi etc), unde, datorita vitezelor mici sau nule impuse pentru
deplasarea navelor, eficacitatea instalatiilor de guvernare cu carme clasice
scade foarte mult respectiv se anuleaza;

aparitia unor noi tipuri de nave, specializate in cercetarea si exploa­
tarea Oceanului planetar, care necesita guvernarea pe loc.

Mijloacele de guvernare activa cuprind:

instalatiile principale de carma -propulsor (de propulsie orientabila):
elice in duze orientabile (actionate simultan sau independent), coloanele
rotitoare cu elice, propulsoarele cu aripioare;

instalatiile auxiliare de carma-propulsor: tunelele hidrodinamice trans­
versale, coloanele rotitoare cu elice, coloanele telescopice cu elice, propulsoa­
rele cu aripioare;

instalatiile de carme active.

in continuare, se vor face unele consideratii referitoare la mijloacele de guvernare activa.

INSTALATII DE CARME ACTIVE

Carmele active au aparut dupa 1960 .

Aceste instalatii constau in dotarea carmelor cu :

1- o pompa antrenata de un motor , instalate in interiorul carmei ;

2- sistem de palete , montat in interiorul carmei , pentru dirijarea jetului de apa trimis de o pompa din compartimentul masinii ;

3- o pompa montata in interiorul curmei , antrenata de un motor , instalat in camera carmei.

Fig.1

Carma activa se utilizeaza numai pentru manevrarea navei in spatii limitate. Momentul de giratie este realizat de forta de impingere a carmei active (a propulsorului pus in functie de motorasul din carma)

Fig.2

Unghiul de banda al carmei poate ajunge pana la 90 , pozitie in care , forta de impingere devine perpendiculara pe planul diametral longitudinal al navei , iar efectul ei de guvernare , devine maxim.

La nava cu viteza nula si carma banda intr-un bord, punerea in funcțiune a propulsorului carmei are urmatoarele efecte :

- filoanele de apa ale curentului aspirat de elicea carmei , trecand paralel cu suprafetele laterale ale safranului , produc efecte de guvernare pe carma ;

- nici apa care se scurge pe langa carma , din cauza deplasarii extremitatii pupa , in timpul manevrei nu produce efecte de guvernare pe carma, deoarece planul carmei este orientat pe direciia acestei deplasari;

-centrul de giratie al navei se afla :

- la extremitatea prova , la navele aprovate ;

- intre centrul de grutate si etrava la navele cu asieta dreapta

- aproape de centrul de greutate , la navele apupate ;

La nava cu viteza nula si carma zero , punerea in functiune a propulsorului carmei determina navei o deplasare lenta inainte .

Fig.3

Aceasta posibilitate de deplasare , pe distante scurte , oferita de carma activa , constituie un avantaj si din punct de vedere economic , scutind de functionare masina principala.

Principalul avantaj , insa , consta in faptul ca se poate combina efectul de propulsie , cu efectul de guvernare al carmei active , prin orientarea ei intr-un bord sau altul , in scopul realizarii manevrei dorite.

Propulsorul navei se foloseste cand unghiul de carma depaseste 35

Momentul maxim al carmei active in functiune , se produce la unghiul de carma de 90 si este dat de relatia

M_gpp = F_pp l_pp

in care l_pp =(0,5 . 0,51)L_pp

Cand viteza navei este mai mica de 5 Nd , efectul de guvernare al carmei active creste din cauza jetului curentului respins , realizat de carma , care determina o forta transversala suplimentara la extremitatea pupa.

Pe timpul marsului cand se utilizeaza propulsorul principal , jetul curentului de apa respins de acesta antreneaza elicea carmei active, care ajunge sa se roteasca in regim de turbina.

Lucrul in regim de turbina al elicei carmei active duce , in primul rand , la uzura prematura a carmei active si in al doilea rand la un consum de combustibil in plus al motorului principal .

Fig.4

Variantele de carma activa cu jet de apa dirijat de jetul de aer comprimat prezentate mai sus sunt o parte din dispozitivele destinate pentru imbunatatirea manevrabilitatii navei , studiate de laboratoarele de cercetari ale institutelor de proiectare navala.

O incercare de folosire a efectului Magnus la guvernarea navei consta in inlocuirea carmei cu un cilindru vertical, care , rotindu-se cu o anumita viteza , in functie de viteza de deplasare a navei realizeaza o forta de un anumit unghi cu PD, in extremitatea pupa , care produce efectul de guvernare.

Efectul Magnus , insa , cunoscut de peste optzeci de ani , este evidentiat mai mult in filoanele curentilor de aer , unde a si fost descoperit , decat in filoanele curentilor de apa , dupa cum au aratat experientele.

Totusi nerenuntandu-se la ideea folosirii efectului Magnus , o combinatie intre cilindrul rotativ vertical cu carma clasica a fost realizata pe o nava de incercare de 200t.

Probele preliminare montarii instalatiei pe nava au demonstrat ca , o astfel de carma poate sa produca giratia navei in jurul unui centru de giratie ,al carui ax vertical se afla la extremitatea prova a planului diametral longitudinal.

Instalatia de guvernare a navei permite cresterea unghiului de banda al carmei pana la 90°.Pentru unghiuri sub 35°,cilindrul vertical constituie bordul de atac al carmei si nu se mai roteste , carma functionand ca orice carma clasica, normala.

Fig5

La unghiuri de peste 35° cilindrul vertical incepe sa se roteasca , determinand prin rotire , antrenarea particulelor de apa din filoanele curentului.

Efectul antrenarii particulelor de apa determina mentinerea conditiilor de actiune a filoanelor asupra carmei , pana la inclinarea de 90° , asemanatoare cu cele existente pe o carma clasica,normala, cu inclinare sub 35°.

Variatia vitezei periferice a cilindrului are loc in limitele:

Vpc=0,7v -> 1,5v

unde v , este viteza filoanelor de apa care ajung la carma.

La manevrele in spatii limitate , executate cu nave mari ,carma activa cu cilindru vertical poate realiza , la unghiul de banda maxim, o forta laterala maxima de 15 pana la 20 ori mai mare decat a unei instalatii de carma propulsor cu tunel prova.

Faptul ca in general armatorii , din motive financiare ezita sa adopte la navele lor asemenea inovatii , acestea nu se regasesc decat la navele de cercetare sau pe modelele de incercari din bazine.

Pentru marirea manevrabilitatii navei , s-au incercat diverse combinatii constructive ale carmelor. Cu unele din aceste carme s-a reusit reducerea diametrului de giratie al navei , insa comparativ cu carma clasica simpla si rezistenta acestea s-au dovedit mai putin consistente si costisitoare.

Placile marginale montate la pana carmei , pe marginile superioare si inferioare , combat fenomenul de trecere a filoanelor de apa ale curentului respins de elice peste marginea superioara si inferioara a carmei, mai ales in pozitia bandat , fenomen care duce la micsorarea fortelor portante si normale , create de profilul carmei , precum si la schimbarea pozitiei centrului de presiune.

Avantajul esential al placilor marginale consta in scurgerea curentului de api respins de-a lungul profilului carmei , la toata gama de unghiuri , inclusiv si la unghiul de bandare

Fig6

Fig7

Fig8

Instalatia de propulsie cu contraelice Grim Vane Wheel are avantajul de a micsora consumul de combustibil cu 15% si de a mari efectul de guvernare al carmei prin dirijarea de contraelice a filoanelor de apa ale curentului respins spre pana carmei.

Contraelicele sunt cu rotire libera si au diametrul discului mai mare decat diametrul discului elicei.

Partea de contraelice care corespunde discului elicei actioneaza ca o turbina in curentul respins de elice, recuperand din energia curentului respins de elice , iar partea de contraelice care depaseste discul elicei , avand palele cu pas diferit de pasul elicei navei , actioneaza ca o elice aditionala ,marind randamentul elicelor.

Tot in scopul maririi manevrabilitatii navei au fost create sisteme de guvernare cu carme perechi si cu carme reversibile.

Unul din aceste sisteme este sistemul de guvernare Kitchen, destinat navelor portuare, care executa cu precadere manevre in ape cu adancimi mici si spatii limitate ale bazinelor portuare.

Nava dotata cu sistemul de guvernare Kitchen poate foarte bine

-sa varieze viteza navei, fara a schimba nr de rotatii ale elicei;

-sa schimbe sensul de mars , fara a schimba sensul de mars al masinii

Carma este formata din doua suprafete curbe simetrice , care pot fi rotite in ansamblu,simultan acelasi sens, sau fiecare parte, independent , in jurul unui ax vertical situat in pupa elicei.

Fig9

Un alt sistem care imbunatateste manevrabilitatea navei este sistemul de guvernare cu carme paralele.

Prin posibilitatea de manevrare simultana in acelasi bord,carmele creeaza un ghidaj curentului de apa respins de elice, transformandu-l in jet,dirijat spre bordul intoarcerii.

Efectul de guvernare al jetului se insumeaza cu efectul fortelor normale de pe carme , marind efectul de guvernare al sistemului de carme paralele.

Prin orientarea carmelor in borduri opuse , curentul de apa respins de elice este dirijat spre borduri si inainte , producand reducerea spatiului si timpului de oprire a navei.

Fig10

Alte sisteme de carma destinate manevrabilitatii navei sunt sistemele carma-frana ,Azipod.

Exploatarea instalatiilor de carme active a scos la iveala si urmatorul neajuns: pe timpul deplasarii navei prin utilizarea motorului de propulsie principal, elicea carmei active lucreaza in regim de turbina.Acest neajuns are doua consecinte negative:

- se consuma inutil o parte din puterea masinilor principale de pro­pulsie;

- turatia elicei in regim de turbina este uneori mai mare decat in regim normal, de propulsor, fapt ce determina scoaterea ei pretimpurie din functiune.