vinci ancora final 08.06.2016.pdf
Post on 28-Feb-2018
432 Views
Preview:
TRANSCRIPT
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
1/59
1
CUPRINS
Introducere.............................................................................................................................. 2
CAPITOLUL I - Descrierea generala a navei portcontainer MSC CELINE 39.000
TDW........................................................................................................................................6
1.1. Descrierea elementelor de corp reprezentative.. 7
1.2. Descrierea instalaiilor de punte reprezentative. 11
1.3. Descrierea instalaiilor de corp reprezentative.. 12
1.4. Descrierea instalaiilor auxiliare de maini reprezentative 16
Capitolul II - Instalaia de ancorare 19
2.1. Descrierea instalaiei si implementarea acesteia la bordul navei 19
2.2. Elementele componente ale instalaiei de ancorare 20
Capitolul III - Proiectarea vinciului de ancor.. 24
3.1. Descrierea si utilitatea vinciului de ancor 24
3.2. Elemente de calcul a instalaiei. 25
3.3. Calcul specific al instalaiei 35
Capitolul IV - Analiza vibro-acustic a vinciului de ancor. 39
4.1. Vibrodiagnosticarea defectelor... 39
4.1.1. Analiza vibraiilor sistemelor complexe 39
4.1.2. Modele de determinare a pulsaiilor proprii la rotor.. 404.1.3. Studiu de caz: Motorul de 125 kW-880 rot/min, tip AIFM seria 100La-6. 42
4.1.4 Modele de determinare a pulsaiilor proprii la rulmeni 43
4.2 Metode numerice de determinare a frecvenei proprii 43
4.2.1. Metoda elementului finit (FEM) aplicat la motorul asincron... 43
4.2.2. FEM - Determinarea frecvenelor proprii ale rotorului.. 44
4.2.3. FEM - Determinarea frecvenelor proprii ale statorului. 46
4.2.4. FEM - Determinarea frecvenelor proprii n cazul carcasei... 474.3. FEM - Frecvene proprii ale ansamblului motor electric asincron. 48
4.3.1. Realizarea componentelor i ansamblelor lor. 48
4.3.2. Impunerea condiiilor de legtur ntre prile componente... 50
4.3.3. FEMDeterminarea frecvenelor proprii n cazul motorului liber 51
Capitolul V - Concluzii. 52
Bibliografie. 57
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
2/59
2
INTRODUCERE
Dei considerat clasic, maina asincron reprezint nc o bun soluie pentru acionri
electrice, utilizate n mai toate domeniile de activitate. Compresoarele, pompele, aparatura de uzcasnic, mainile unelte i acionrile din transport beneficiaz de performanele mainii electrice
asincrone.
Necesitatea temei de licen este impus de tendina de utilizare a unor acionri electrice
n care alimentarea i controlul mainii sunt realizate prin variaia frecvenei tensiunii de
alimentare.
Astfel, motorul electric, care n majoritatea cazurilor este de tip asincron, funcioneaz n
regim nesinusoidal, n care armonicile de curent i/sau tensiune determin nclziri i solicitri
mecanice suplimentare. Reducerea nivelului de vibraii, n direct conexiune cu creterea
eficienei mainii, este o necesitate. De asemenea, o necesitate o reprezint i corelarea metodelor
de investigare a defectelor mainii electrice cu tehnologiile de proiectare i fabricare a acestora.
Lucrarea este structurat n cinci capitole.
n primul capitol am descris o nav portcontainer de 39.000 tdw, prin prezentarea
elementelor de corp, a instalaiilor de punte i corp reprezentative, precum si descrierea
instalaiilor auxiliare de maini.
n capitolul II am prezentat elementele componente ale instalaiei de ancorare i
implementarea acestora la bordul navei, prevederile generale impuse de ANR cu privire la
instalaia de ancorare.
n capitolul III intitulat Proiectarea vinciului de ancor am descris vinciul de ancor si
am prezentat utilitatea acestuia la bordul navei. De asemenea, am prezentat un model de calcul
ale instalaiei, pe care ulterior l-am aplicat pentru a determina parametrii specifici ai instalaiei de
implementat la bordul navei.
n capitolul IV am executat analiza vibroacustic a vinciului de ancor plecnd de la
analiza fluxului tehnologic de fabricaie al motoarelor asincrone, am identificat un numr de
patru componente majore (rotor, rulmeni, stator i carcas) care pot constitui, prin realizarea
i/sau montarea lor defectuoas, surse importante de vibraie n funcionare care, cu trecerea
timpului i n funcie de intensitatea solicitrilor din exploatare, pot duce la defectarea timpurie a
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
3/59
3
motoarelor i scoaterea lor din uz.
Am pornit de la faptul c, parametrii modali ai tuturor modurilor cuprinse ntr-un interval
de frecvene considerat, permit descrierea complet din punct de vedere dinamic a structurii
analizate. Analiza modal ofer posibilitatea determinrii parametrilor modali pe baza crora,
apoi, s poat fi construit modelul matematic al structurii considerate.
Ca urmare, pe baza desenelor de execuie i de ansamblu am fost realizat modelele 3D ale
componentelor considerate (rotor, rulmeni, stator i carcas) realiznd, concomitent i
modelele cu elemente finite.
Pe baza desenului de ansamblu, innd cont de legturile ex istente ntre componente, am
creat ansamblul motor asincron. Am procedat la determinarea frecvenelor proprii ale
componentelor, pentru diferite cazuri de legtur, precum i la determinarea frecvenelor proprii
ale motorului, ca ansamblu. Din rezultatele obinute, am luat n considerare acele frecvene care
determin apariia unor moduri dominante de vibraie.
Lucrarea este finalizat prin Capitolul V - Concluzii pe baza msurtorilor i
determinrilor executate, unde am evideniat o serie de defecte posibile n urma analizei fcute.
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
4/59
4
ABSTRACT
Although considered classical, asynchronous machine is another good solution for
actuators used in almost all areas of activity. Compressors, pumps, household equipment,machines and tools from the consignment shall benefit from the actuators make performance
asynchronous electric machine.
The theme is the need for a license required by the tendency to use actuators that control
the power supply of the machine and are made by supply voltage frequency variation.
Thus, the electric motor, which in most cases is asynchronous, operates nesinusoidal,
where the harmonics of current and/or voltage determines the heating and mechanical stresses.
Reducing vibration, in direct connection with increasing the efficiency of the machine is a must.
Also a must is the investigative methods and the correlation of the electrical machine faults with
design and manufacturing technologies.
The work is structured in five chapters.
In the first chapter we described a port container vessel of 39,000 DWT, by presenting the
items, deck installations and representative body, as well as auxiliary facilities description of
machinery.
In chapter II, we presented the components of the installation of anchoring and their
implementation on the ship, the general provisions imposed by the NRA in respect to the anchor.
In chapter III entitled "Design of Anchor Windlasses" I described the anchor windlass
room and presented its usefulness on the ship. I also presented a model for the calculation of the
installation, which I've subsequently applied to determine specific parameters of the installation
to deploy aboard the.
In chapter IV, I ran the vibroacustic analysis of anchor windlasses the technological
manufacturing flow analysis of asynchronous motors, we have identified four major components
(rotor, stator and bearings, chassis) which may constitute, by realizing and/or their fitting is
damaged, major sources of vibration in operation, with the passage of time and depending on the
intensity of the requests, can lead to early failure of engines and their removal from service.
We started from the fact that, of all the ways w parameters contained in a range offrequencies considered; allow complete description in terms of the dynamic structure. Modal
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
5/59
5
analysis offers the possibility of determining the parameters w, then, can be built mathematical
model of the structure.
As a result, on the basis of drawings and overall I was made 3D models considered
components (rotor, stator and bearings, casing) realizing at the same time and finite element
models.
Based on overall design, taking into account the existing links between components, we
created asynchronous motor Assembly. I proceeded to determine the frequencies of the
components for different cases, as well as to determine the frequency of the engine as a whole.
From the results obtained, we took into account those frequencies which determine the
emergence of dominant modes of vibration.
The work is completed by chapter V-conclusions based on measurements and
calculations carried out, where we explored a number of possible faults in the following analysis.
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
6/59
6
CAPITOLUL I
DESCRIEREA GENERAL A NAVEI PORTCONTAINER MSC CELINE39.000 TDW
Nava MSC CELINE este de tip portcontainer, destinat transportului de mrfuri generale,
mrfuri n vrac, utilaje, echipamente cherestea containerizate (pot fi containere normale sau
duble) n magazii i pe capacele gurilor de magazii.
Fig. 1.1.Nava portcontainer MSC CELINE
Nava are 5 magazii, o punte principal, teuga prelungit la magazia l, suprastructura i
compartimentul maini amplasate la pupa. Propulsia este asigurat de un motor semirapid
reversibil.
Principalele caracteristici ale navei sunt:
IMO9316361
MMSI373582000
Indicativ radio3FID6
PavilionPanama
Tonaj39000 tdw
An de construcie - 2007
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
7/59
7
Dimensiunile principale ale navei, sunt:
Lmax = 210,00 [m]; Lpp = 199,95 [m]; B = 32 [m]; D = 16,70 [m]; T = 11,4 [m].
Deadweight-ul navei la pescajul de plin ncrcare, n ap de mare cu densitate = l ,025
t/m nu va fi mai mic de 39.000 tdw.
Viteza navei la mila msurat, cu corpul proaspt vopsit i carena curat, n ap adnc,
intensitatea vntului nu mai mare de 3 grade Beaufort i starea mrii de maxim 2 grade, la
pescajul de plin ncrcare, va fi de cel puin 20 Nd.
Rezervele de combustibil, ulei, ap, hran asigur navei o autonomie de 12000 Mm, la o
viteza de exploatare de 18 Nd.
Zona de navigaie a navei este nelimitat.
Nava are 5 magazii cu un volum util de 32.000 m n care pot fi depozitate 989
containere de 20 i 816 containere de 66".
Capacitatea tancurilor este:
Combustibil greu (98%) 3.500 m
Motorin (98%) 458 m Ulei (98%) 97 m
Ap potabila 653,5 m
Ap tehnic 120 m
Balast 5.430 m
Propulsia navei este asigurat de dou motoare principale tip Sulzer 9RND68, n doi
timpi, supraalimentat, reversibil. Motorul are o putere maxim continu de 13400 KW, la o
turaie de 137 rot/min.
1.1. Descrierea elementelor de corp reprezentative
Materiale
Corpul metalic i suprastructura navei se construiesc din urmtoarele materiale;
corpul rezistent din table de oel de nalt rezisten A32, avnd ReH = 314 N/mm2,
STAS 8324-80 i profile platband cu bulb conform NTR-505-82, cu ReH = 314N/mm2;
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
8/59
8
centura i lcrimar, a cror grosime este s > 20 mm, din oel D32, iar n zonele cu
grosimea s > 30 mm, din oel E32;
suprastructura din table de oel A, avnd ReH = 235 N/mm2 i profile
platband cu bulb conform NTR-505-82;
piese turnate, din oel OT400-2, STAS 600-82.
Sistemul de osatur
Nava se construiete n sistem de osatur combinat, i anume: fundul i dublul fund n
zona magaziilor l, 2, 3, 4 n sistem longitudinal; bordajele i puntea principal pe toata lungimea
navei, n sistem transversal; platformele, fundul i dublul fund n zona compartimentului masini
(CM) i magazia nr.5, n sistem transversal.
Dublul fund
Se extinde ntre peretele picului pupa i peretele picului prova, nlimea dublului
fund n magaziile l, 2, 3,4, 5 este de 1600 mm, iar n CM este de 1730 mm.
n zona magaziilor 2, 3, 4, 5 osatura fundului se compune din longitudinalele fundului
i plafonului dublului fund, tunel central n interiorul cruia sunt prevzute traverse de
fund i plafon la fiecare coast, trei supori laterali i varange cu inim la trei intervale de coast.In zona CM i magazia l structura fundului este transversal, cu varange la fiecare coast.
n dublul fund sunt prevzute puuri de drenaj. Pe plafonul dublului fund sunt prevzute
guri de vizit pentru acces n tancurile mari i mici,avnd capace demontabile, ngropate.
Elementele de osatur din dublul fund au decupri suficiente pentru scurgerea fluidelor la
sorburi.
Bordajul
Pe toat lungimea navei bordajul are coaste dispuse la fiecare interval, n zona CM.
Bordajul este rigidizat prin coaste ntrite dispuse la 3, 4 intervale de coast, iar pe
nlime, att n CM, ct i n pupa picului prova sunt prevzui stingheri confecionai din
inim i platband, dispui orizontal, n zona nrilor de ancor bordajul este ngroat
corespunztor.
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
9/59
9
Puntea principal
n punte sunt practicate decupri mari n planul diametral (PD), pentru gurile de magazii.
Marginile gurilor de magazii sunt rigidizate cu cureni longitudinali i traverse de capt, n
afara deschiderilor, puntea este rigidizat de cureni.
Curbura transversal a punii este format din trei segmente de dreapt.
Pereii transversali etani
Numrul i dispunerea pereilor transversali etani corespund cu prescripiile i cu
calculul de compartimentare efectuat. Exist 7 perei transversali etani. Pereii sunt de
construcie plan, rigidizai cu montani ntrii n corespondena curenilor punii principale.
Picuri
Picurile pupa i prova au elemente de osatur conform regulilor. Sunt prevzute cu iruri
de traverseprecum i cu platforme i diafragme cu decupri de uurare. Picurile sunt utilizate
ca tancuri de balast.
Etrava
Este confecionat din tabl fasonat. Etrava este rigidizat cu o inim dispus n PD i cu
brachei orizontali i transversali. La partea inferioar este prevzut cu un bulb
hidrodinamic, de tip aplicat. Etrava se prinde corespunztor de structura adiacent.
Etamboul
Este confecionat din table fasonate, iar buca tubului etambou din oel turnat.
Puul lanului
Se afl montat n picul prova. Este prevzut cu perei laterali ntrii cu montani. Fundul
puului este prevzut cu grtar metalic. Puul lanului asigur stivuirea lanului de ancor.
Chila de ruliu
Este confecionat din profil platband cu bulb sudat de nveli prin intermediul unor
platbenzi. Este amplasat nclinat pe nveli urmrind o linie de curent, n zona de mijloc a
bordajului.
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
10/59
10
Suprastructura
Este amplasat n zona CM. n suprastructur sunt prevzute ncperi de locuit pentru
echipaj, comanda navei i ncperi de serviciu. Sistemul de osatur al suprastructurii este de tip
transversal. In zona amenajrilor, pereii uori sunt gofrai, montai pe principiul "perei aplicai".
Teuga
Este de tip "teug prelungit" , puntea teug fiind prevzut cu o gur de magazie n
PD ale crei margini sunt rigidizate prin cureni i traverse de capt, n prova sunt
amplasate mecanismele instalaiei de ancorare, puntea teuga fiind ntrit corespunztor.
Dispozitive pentru amararea containerelor
n capacele magaziilor i la nivelul dublului fund din magazie sunt prevzute dispozitive
speciale pentru amararea containerelor. De asemenea, nava va fi prevzut cu armturi speciale
pentru amararea sigur a containerelor.
Echipamentul de amarare transversal ine containerele compacte ntr-un bloc solid.
Oelul de mare rezisten la traciune 33MoCr, STAS 791-80, folosit n procesul de fabricaie a
elementelor, permite s se lucreze sub aciunea unor fore de pn la 55 kN. Aceste fore,
acionnd asupra blocului de containere, sunt transmise de elementele speciale detraciune-compresiune la structura corpului navei i sunt astfel perfect absorbite.
Elementele de amarare transversal pot fi folosite pentru distane ntre blocul de
containere i bordul navei sau rama gurii de magazie, de minim 602 mm i maxim 740 mm.
Capacitatea de a absorbi forele transversale de pn la 55 kN face ca aceste elemente s
fie adecvate pentru aproape toate modurile de amplasare a containerelor n magazii.
Protecia anticoroziv
Tablele din oel din care se construiete nava se sableaz i se pasivizeaz cu un strat de
grund vinilic cu zinc seria 4110-4117-4118. Dup execuie, diferitele pri ale navei se vopsesc
cu sisteme adecvate condiiilor de exploatare.
Tubulatura instalaiilor care echipeaz nava se vopsesc la culoarea i cu sistemul de
vopsire a compartimentelor prin care trece, fiind marcata pentru identificare prin semne i
culori convenionale, conform STAS 8589-70.
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
11/59
11
Pentru protecia anticoroziv a operei vii, se amplaseaz pe corpul navei anozi de
sacrificiu din zinc, marca 99,99. Cantitatea de anozi este calculat pentru o durat de exploatare
de 2 ani. Un procent de 15% din cantitatea de anozi necesar se amplaseaz n zona din pupa i
pe crm, iar restul sunt distribuii uniform n lungul navei.
Spaiile nguste de pe nav, inaccesibile vopsirii i ntreinerii sunt cimentate cu beton
de polistiren (compoziie: 50% ciment portland P400 i 50% deeuri de polistiren mrunii, luate
n proporie volumetric).
1.2. Descrierea instalaiilor de punte reprezentative
Instalaia de ancorare
Instalaia de ancorare prova este compus din: 3 ancore tip Hall de 7800 kg fiecare, din
care dou amplasate la post i una de rezerv; 2 lanuri de ancor de calibru 90 mm i
lungime 316 m fiecare; 2 declanatoare montate pe puntea principal; 2 nri de ancor din
tabl sudat; 2 stopere de lan cu role i urub; l vinci de ancor acionat electric.
Instalaia de manevr - legare
Pentru manevre sunt prevzute 4 vinciuri automate de manevr cu acionare electric,
din care 2 pe puntea teug i 2 pe puntea dunet.
Instalaia de guvernare
Instalaia va fi compus din: 2 crme de tip suspendat, compensate, n construcie sudat;
2 maini de crm electrohidraulice; arborele de crm; lagre cu buc din bronz la capetele
arborelui crmei.
Maina crmei este deservit de 2 pompe acionate electric, interschimbabile,
cu 2 circuite separate de alimentare cu energie electric. Pe nav se vor monta indicatoare
axiometrice.
Instalaia de salvare
n conformitate cu cerinele ANR instalaia de salvare se compune din: barc de salvare
cu motor, pentru 22 persoane i echipamentul aferent; barc de salvare cu acionare manual,
pentru 24 de persoane, 2 plute pneumatice cu declanare automat, de 12 persoane fiecare; 2
seturi de gruie gravitaionale care asigur lansarea brcilor la un unghi de nclinare transversal
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
12/59
12
de (15) i un unghi de asiet de (10); 2 vinciuri electrice pentru manevra gruielor i ridicarea
brcilor.
Instalaia de greement i lumini
Nava este dotat cu lumini de navigaie i semnalizare n conformitate cu regulile deprevenire a abordajelor pe mare. Nava este prevzut cu lumini pentru navigaia n canalul
Suez, Panama i Kiel.
Greementul se compune din: instalaia de proiector Suez n prova navei; baston lumin
Panama, amplasat pe copastie la extremitatea prova; catarg prova pe teug, pentru lumini de
poziie pavilion, clopot i tifon; catarg suprastructur cu dou platforme radar pentru lumini de
navigaie; arborei pentru antene; suport lumin pupa i baston pentru pavilion.
1.3. Descrierea instalaiilor de corp reprezentative
Instalaia de santin
Se utilizeaz pentru drenarea magaziilor de mrfuri, a compartimentului maini, a
compartimentului maina crmei, a tancurilor de combustibil greu dup splare i a unor tancuri
pentru scurgeri din CM.
Pentru prevenirea polurii apei, n CM se va amplasa un separator de santin. Evacuarea
uleiului din separator este automatizat. Drenarea de avarie a CM se va efectua cu una din
pompele de rcire a motorului principal (MP).
Tubulatura instalaiei se execut din tubulaturi de oel sudate, iar mbinarea se realizeaz
cu manoane sau cu flane i garnituri din marsitunit.
Tubulatura este zincat. Tubulatura de santin magazii (magistralele) este fixat n
tunelul central al tubulaturii.
Instalaia de balast
Balastarea i debalastarea navei se executa cu 2 electropompe centrifugale verticale,
autoamorsabile. Electropompele se vor dubla reciproc i n caz de avarie vor dubla electropompa
principal de santin.
Instalaia de balast este de tip centralizat i permite urmtoarele manevre: umplerea libera tancurilor de balast din dublul fund, laterale i din picuri pn la linia de plutire; golirea liber
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
13/59
13
a tancurilor de balast pn la nivelul liniei de plutire; golirea cu pompa a tuturor tancurilor
de balast; transferul ntre diferite tancuri de balast.
Tubulatura va fi din oel iar mbinrile se vor face cu manoane sau cu flane i garnituri
din marsitunit. Tubulatura i flanele se vor zinca.
Magistrala de balast este amplasat n tunelul central de tubulaturi.
Instalaia de ambarcat l transfer combustibil
Instalaia este format din dou reele de tubulaturi, una pentru combustibil greu i una
pentru motorin. Fiecare reea este deservit de cte o pomp vertical cu urub. Electropompele
sunt identice i se dubleaz reciproc.
Instalaia permite efectuarea urmtoarelor operaii: umplerea tancurilor din dublul fund
prin curgere liber sau cu mijloacele de la rm; debarcarea combustibilului la alt nav cu
pompa, din oricare tanc de rezerv; transferul combustibilului greu ntre tancurile din zona
magaziilor; umplerea tancurilor de decantare, aspirnd din orice tanc de rezerv.
Pentru protecia mpotriva polurii, pe tubulatura de umplere a tancurilor de
combustibil greu aceasta esteprevzuta cu ramificaii de preaplin.
Tubulatura se executa din oel, mbinat cu manoane sau cu flane i garnituri din
marsitunit. Tubulatura din tancuri nu este protejata.
Instalaia de nclzire tancuri
Instalaia are drept scop nclzirea cu abur a combustibilului greu, uleiului, reziduurilor
i a scurgerilor. Instalaia va fi de tip centralizat, serpentinele de nclzire fiind alimentate cu
abur din distribuitoare, iar condensul se va colecta n ba prin tancul de control. Reglarea
temperaturii n tancuri se face cu termoregulatoare. Tubulaturile din afara tancurilor sunt zincate
i izolate termic cu cochilii din vat mineral, folii i pnz.
Instalaia de stins incendiul cu ap
Nava are o instalaie de stins incendiul cu ap deservit de dou electropompe centrifuge
neautoamorsabile. Electropompele sunt amplasate n CM i sunt legate n paralel.
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
14/59
14
Nava este dotat cu o motopomp de incendiu de avarie autoamorsabil, amplasat ntr-
un compartiment special. Motopompa are un cheson i o priz de aspiraie independent de
electropompele de incendiu din CM.
Nava este dotata cu un numr corespunztor de hidrani i furtunuri cu ciocuri de barz.
Legtura instalaiei cu malul se asigura cu flane internaionale.
Tubulatura este din oel, zincata.
Instalaia de stins incendiul cu CO2
Instalaia se utilizeaz pentru urmtoarele compartimente: magaziile de mrfuri;
compartiment maini; compartiment motopomp de incendiu;magazia de pituri.
Centrala CO2 este amplasat pe puntea principala i are 140 butelii de CO2. In CM
i n compartimentul motopompei de incendiu, instalaia este prevzut cu un sistem de
avertizare vizual i acustic, ce intr n funciune cu dou minute nainte de lansarea gazului, n
toate compartimentele protejate instalaia va fi prevzut cu fluiere de avertizare.
Instalaia se execut din tubulaturi de oel trase i zincate la cald, mbinate prin flane,
manoane i nurubri.
Instalaia de stins incendiul cu abur
Instalaia va asigura stingerea incendiului n tancurile de combustibil greu, ulei i
motorin din zona CM. Stingerea se face cu abur sub presiune i cuprinde 4 distribuitoare n CM
de la care se ramific consumatorii. Tubulatura se va izola termic i se va zinca.
Instalaia de nclzire a ncperilor
Nava este prevzut cu o instalaie de nclzire cu abur conceput n sistem de distribuie
bitubular. Radiatoarele sunt de tip cu aripioare. Tubulatura este izolata termic.
Instalaia de abur serviciu
Instalaia utilizeaz abur sub presiune pentru urmtorii consumatori: viscozimetre;
prenclzitoare pentru combustibil, ulei i ap; recipient amestec; separator santin; serpentine
prenclzire diesel generatoare (DG); tanc curire chimic; serpentin tanc nclzire injectoare;
suflare valvule bordaj; instalaia de nclzire ncperi i de aer condiionat.
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
15/59
15
Trimiterea condensului la caldarin se va face prin tancul de control sau direct la
condensor. Oalele de condens i filtrele se vor executa din font. Tubulatura se izoleaz termic.
Instalaia de ventilaie ncperi serviciu si sanitare
Instalaia va servi la ventilarea mecanic, mixt i natural a ncperilor deserviciu i sanitare. Canalele de ventilaie se vor executa din tabl de oel zincat. Ventilatoarele
vor fi de tip radial i axial.
Instalaia de scurgeri generale i fecale
Instalaia de scurgeri generale i fecale va asigura evacuarea apelor murdare de la
instalaiile sanitare i WC. Scurgerile de la WC vor fi colectate ntr-un tanc de fecale sau vor fi
evacuate direct peste bord ca i celelalte scurgeri. Evacurile n bordaj vor fi prevzute cuclapei de reinere sau nchidere. Tubulatura de scurgere se va executa din tubulaturi de oel
zincate.
Instalaia de alimentare cu ap sanitar
Instalaia alimenteaz cu ap chiuvetele, spltoarele, WC i diveri ali consumatori.
Pentru a menine apa cald la temperatura normal de consum, exist c pomp de recirculare a
apei.
Instalaia va fi compus din: 2 electropompe centrifuge autoamorsabile (una
de rezerv); l hidrofor; 2 filtre bactericide; l boiler combinat abur-electric; l pomp
centrifug pentru recircularea apei calde.
Agregatele ce deservesc instalaia se grupeaz n module funcionale. Pentru completarea
rezervei de ap, nava va fi prevzut cu un generator de ap dulce care va fi folosit ca surs
termic de ap cald i care aspir din circuitul de rcire a MP.
Instalaia de alimentare cu apa potabil
Instalaia va alimenta cu ap potabil buctria i oficiile i se compune din: 2
electropompe centrifuge autoamorsabile; l hidrofor; 2 filtre bactericide; l electropomp de
circulaie a apei potabile rcite.
Agregatele, tubulaturile i armturile de legtur dintre acestea vor fi grupate n module
independente.
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
16/59
16
Instalaia de aer condiionat
Instalaia de aer condiionat va asigura condiii optime de microclimat n
compartimentele de locuit i publice. Instalaia lucreaz cu aer recirculat n proporie de 40 %.
Numrul minim de schimburi de aer pe or va fi de 6.
Instalaia va fi de tip monotubular, cu nclzire electric local n cabine. Instalaia
frigorific a instalaiei de aer condiionat va fi compus dintr-un compresor pentru freon, un
condensator, rezervor, schimbtor de cldur, filtru usctor i pomp de rcire.
Instalaia frigorific
Instalaia realizeaz i menine temperatura necesar n compartimentele pentru
pstrarea proviziilor i alimentelor. Este o instalaie de tip cu compresie de vapori, ntr-o singurtreapt i cu vaporizare direct a agentului frigorific n rcitoarele de aer. Instalaia conine dou
grupuri compresor-condensator complet automatizate, cu rezervor de lichid, rcitoare de aer,
dou schimbtoare de cldur, panouri de automatizare i armturi.
1.4. Descrierea instalaiilor auxiliare de maini reprezentative
Nava va fi propulsat de o elice cu pas reglabil antrenata de un motoare
semirapid. Sensul de rotaie al elicei va fi spre exterior pentru mar nainte.
Motorul principal va fi de tip Sulzer 9RND68 cu puterea la flan de 13400 kW, la o
turaie de 137 rot/min.
Mecanismele auxiliare din compartimentul maini vor fi acionate de electromotoare.
Necesarul de energie electric va fi furnizat de DG.
Aburul necesar nevoilor navei n mar va fi generat de dou caldarine recuperatoarenclzite independent cu gazele de ardere produse de motoarele principale. Pentru
supraveghere i comanda la distan, n CM va fi prevzut un post central de comand (PCC)
prevzut cu aer condiionat. Din PCC se pot efectua comenzile motoarelor principale, a pasului
elicelor i a mecanismelor aferente i totodat se pot urmri diferii parametrii de funcionare.
Compartimentul maini va fi dotat cu dou platforme.
Principalele instalaii ce se afl n CM sunt urmtoarele: motoarele principale; motoareleauxiliare, care alimenteaz cu energie electric electromotoarele de pe nav, reeaua de iluminat,
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
17/59
17
staia radio i ali consumatori; linia de arbori, care cuprinde elicea cu pas reglabil, arborele port-
elice, tubul etambou, arborele intermediar, lagrul intermediar, arborele de distribuie, arborele
de mpingere, lagrul de mpingere, cuplaj elastic, instalaia de ungere tub etambou, instalaia
hidraulic pentru reglarea pasului elicei, instalaia de comand i control; instalaiile auxiliare
ale motorului principal (rcire, ungere, combustibil, aer comprimat, evacuare gaze);instalaia de ventilaie; instalaia caldarinelor.
Instalaia de rcire
Instalaia de rcire menine temperatura optim de funcionare pentru motorul principal,
DG, agregate auxiliare, caldarine, etc. Este n circuit nchis pentru apa dulce de rcire i n
circuit deschis pentru apa de mare. Instalaia de rcire cuprinde urmtoarele circuite: circuit
ap de mare principal; circuit ap de mare auxiliar; circuit ap dulce rcire motorprincipal; circuit ap dulce rcire DG; circuit de tratare a apei dulci i de curire chimic a
circuitelor.
Instalaia de ungere
Instalaia de ungere asigur ungerea motorului principal i a DG. Totodat, se asigur
ambarcarea, transferul, prelucrarea i scurgerea uleiului de ungere. Pe circuitele de ungere exist
filtre, pompe de circulaie, separatoare, prenclzitoare, aparatur de comand i control, valvuletermoregulatoare i tancuri de ulei.
Instalaia de combustibil
Instalaia de combustibil asigur alimentarea cu combustibil a motorul principal, a DG i
a caldarinei cu combustibil lichid. De asemenea, asigur ambarcarea, transferul i prelucrarea
combustibilului pentru consumatori.
In circuitele de alimentare cu combustibil se afl urmtoarele dispozitive: pompe,
filtre, viscozimetre, prenclzitoare, tancuri de decantare, tancuri de serviciu i tubulaturi.
Instalaia de aer comprimat
Instalaia de aer comprimat este destinata producerii i distribuirii aerului sub presiune
pentru utilizri curente. Instalaia se compune din:
instalaia de nalt presiune (30 bar), care lanseaz motorul principal, alimenteaztifonul, valvulele termoregulatoare i reductoarele de presiune;
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
18/59
18
instalaia de medie presiune (10 bar), care alimenteaz recipientul de aer i tifonul de pe
catarg;
instalaia de joasa presiune (3...7 bar), pentru nevoi gospodreti.
Instalaia de evacuare gaze
Instalaia de evacuare gaze asigur evacuarea gazelor de ardere de la motoarele
principale, DG i caldarina cu arztor. Instalaiile sunt separate pentru fiecare dispozitiv n parte.
Pe traseele de evacuare se prevd caldarine recuperatoare.
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
19/59
19
CAPITOLUL II
INSTALAIA DE ANCORARE
2.1. Descrierea instalaiei i implementarea acesteia la bordul navei
Instalaia de ancorare are rolul de a asigura meninerea navei la punct fix n condiii de
siguran, indiferent de condiiile hidrometeorologice i de aspectul rundului mrii, i de a
genera fora necesar virrii ancorei i lanului acesteia indiferent de adncimea la care acestea
au fost imersate. Pe parcursul staionarii la ancor, instalaia de ancorare trebuie s asigure
preluarea forelor de reaciune provocate de aciunea factorilor externi navei.
Asupra unei nave aflate la ancora acioneaz mai multe tipuri de forte exterioare: foraexterioar datorat aciunii vntului asupra prii emerse a navei, fora exterioar produs de
valurile ce lovesc opera moart a navei i fora exterioar produs de aciunea curenilor de ap
n care staioneaz nava1.
nsumarea acestor forte exterioare duce la obinerea unei forte rezultante cu componente
pe orizontal i pe vertical. Componenta vertical este neglijabil din punct de vedere valoric,
mai ales pe mare calm. Componenta orizontal este suficient de mare pentru a determina
deplasarea navei n planul su de aciune.
Din punct de vedere al echilibrului static, nava nu se va deplasa n plan orizontal sub
aciunea rezultantei forelor exterioare daca acesteia i se va opune o for egal i de sens
contrar. Aceast din urm for trebuie asigurat de instalaia de ancorare pe toata perioada
utilizrii sale.
Fora orizontal de echilibrare generat de instalaia de ancorare nu poate fi produs, n
lipsa unor elemente fixe, la suprafaa apei mai ales n mare deschis, dect prin crearea unei
legturi mecanice directe cu fundul mrii considerat fix.
Legtura direct se realizeaz n mod efectiv prin lanul de ancor i ancora situat la
captul acestuia care coboar i se aeaz pe fundul apei. Forele de interaciune dintre ancor i
lanul acesteia cu fundul apei au drept componenta preponderent fora de frecare care trebuie s
fie suficient de mare pentru a asigura echilibrarea forelor exterioare ce acioneaz asupra navei.
1Dragalina, A., Florea, T -Maini i instalaii navale, Ed. Muntenia, Constana 2008, pg. 275.
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
20/59
20
Fora de frecare produs la nivelul fundului apei este transmis navei prin lanul de
ancor la nara ancorei ce o preia i o aplic corpului navei. Pentru ca forele de frecare amintite
s fie suficient de mari este necesar ca asupra ancorei aezat pe fundul apei s nu acioneze nici
o for vertical n afar de cea arhimedic proprie.
Suplimentar, fora de frecare este mrit i datorit afundrii ancorei n malul existent pe
fundul apei precum i prin coborrea (filarea) n ap a unei lungimi de lan ct mai mari (de cca.
23 ori mai mare) n raport cu cea impus strict de adncimea apei n locul respectiv2.
n concluzie, prin utilizarea instalaiei de ancorare, nava este meninuta intr-un perimetru
restrns datorit legturii flexibile dintre aceasta i fundul mrii. Instalaia de ancorare trebuie s
prezinte sigurana n exploatare i s permit acionarea mecanic de la bord.
2.2. Elementele componente ale instalaie de ancorare
Ancorele sunt elemente de fixare a navei fa de fundul apei, prin intermediul lanurilor
sau parmelor. Ancorele existente n echiparea navelor comerciale sunt de diferite tipuri
constructive, cele mai utilizate fiind cele de tip Hall. Acestea, dei nu sunt caracterizate de un
factor de smulgere ks (raport ntre fora orizontal de smulgere i greutatea ancorei) foarte ridicat
ks = 343, prezint o serie ntreag de avantaje legate de sigurana deosebit n exploatare i
fixarea uoar n nara de bordaj.
Din punct de vedere constructiv, aceste ancore sunt alctuite dintr-un fus articulat, cap cu
brae, bol de asamblare, boluri de susinere i o cheie dreapt de care se fixeaz lanul de
ancor. Masa ancoreiHall fr fus reprezint cel puin 60% din masa total a ancorei.
Lanul de ancor este alctuit din zale de un anumit calibru (diametrul srmei zalei - d)
i tip constructiv. Se deosebesc astfel zale terminale (au un calibru cu 20% mai mare dect al
zalelor normale i intr n angrenare direct cu cheia de capt a ancorei i cheia de prindere decorpul navei), zale vrtej (mpiedic torsionarea lanului),zale ntrite (plasate de o parte i de
alta a zalelor vrtej),zale de cuplare a cheilor de lan(zale Kenter) i zale obinuite. Zalele care
formeaz lanul se obin prin sudare electric sau prin forjare.
Cheile de lan, avnd lungimi cuprinse ntre (25,027,5) m cuprind un anumit numr de
zale de lan n mod obligatoriu impar. Dup poziia pe care o ocupa n lan, cheile de lan pot fi:
2Idem, pg.276.
3 Creang, V, Lungu A, Paraschivescu C- Instalaii Navale de Punte, Editura Academica, 2000, pg.12
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
21/59
21
de ancor, care se prind de ancor; intermediare; de capt, care se fixeaz de corpul navei4.
Lungimea total a lanului depinde de adncimea de ancorare (H) prevzuta pentru nava
respectiv, astfel5:
pentruH< 25 m Ltmin = 4H;
pentru 25 m
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
22/59
22
Instalaia de ancorare a navei de proiectat este dotat cu un vinci de ancor cu dou seturi
de tamburi i barbotine, antrenat de un electromotor de curent alternativ cu rotor n scurtcircuit.
Stopele sunt amplasate pe puntea instalaiei puntea teug i au rolul de a asigura
frnarea i chiar blocarea lanului pe parcursul diferitelor manevre executate i de a transmite
lanului de ancor aciunea forei rezultante exterioare ce se manifest asupra navei. Se
deosebesc astfel stope de manevra i stope de staionare6. Totodat exista stope fixe i stope cu
lan7. Stopele sunt amplasate pe puntea teuga ntre mecanismul de acionare al lanului i nara de
punte a tubului de ghidare din bordaj.
Dimensionarea stopelor trebuie s tin seam de tensiunile maxime ce pot aprea n
aceste dispozitive i care nu trebuie s depeasc nivelul de 40% din limita de curgere a
materialului de construcie a stopelor cnd ancora se afla la post si 95% cnd trebuie s asigurefrnarea lanului pe perioada filrii acestuia.8 Rezistena materialului de execuie al stopei trebuie
s fie egal cu cea a materialului lanului de ancor.
Narile de punte si de bordaj mpreun cu tuburile de ghidare reprezint decupri in
puntea i n bordajul navei, avnd rolul de a permite virarea, filarea i depozit area lanului de
ancor la bordul navei.
Forma constructiv i poziionarea acestor elemente sunt alese n aa fel nct s nu ducla deteriorarea prin frecare sau ncovoiere a zalelor de lan i nici la ambarcarea apei pe puntea
navei la navigarea pe mare montat (sunt prevzute capace pentru nri). Totodat, poziionarea
nrilor de bordaj nu trebuie sa permit atingerea bordajului de ctre ancor nici n cazul bandrii
navei sub un unghi de 5 ntr-un plan oarecare, dar s faciliteze aezarea normal a ancorei n
nar indiferent de poziia acesteia la intrarea n nar.
Nrile ce intr n contact direct cu ancora sunt de construcie turnat, iar celelalte, precum
i tuburile de ghidare, sunt de construcie sudat.
n timpul marului navei instalaia de ancorare este inactiv, fiind necesar astfel
existena la bordul navei a unor spaii de depozitare pentru lanurile de ancor. Acestea sunt
concretizate de ctre puurile lanurilor de ancora . Aezarea lor la bordul navei este de preferat
a fi aleas ct mai aproape de planul diametral al navei i imediat n prova peretelui de coliziune
6
Ibidem, pg.277.7Ioni,I, Jimbu C, Apostolache, A- Instalaii de bord. Construcie i exploatare, Ed. Tehnic, 1986, pg.230.
8Patrichi Ilie -"Exploatarea i ntreinerea instalaiilor i sistemelor navale"; Ed. Academiei Navale, Constana
2000, pg.84.
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
23/59
23
sau n pupa peretelui de presetupa. Acest lucru este necesar datorit maselor relativ mari ale
lanurilor de ancor ce pot influena stabilitatea navei n regim de oscilaii pe valuri.
Formele i dimensiunile puurilor depind de lungimea i calibrul lanurilor de ancor,
fiind astfel alese nct s permit filarea uoar a lanului prin nara de punte i aezarea sa n
interior pe cale gravitaional. Puurile de lan sunt construcii etane din tabla de oel sudat,
protejate la interior mpotriva coroziunii i a loviturilor de lan, fiind prevzute n partea
inferioar cu grtare metalice sau din lemn destinate nlesnirii drenrii apei, malului, florei i
faunei acvatice ce a aderat la lan pe perioada ederii sale n ap. Cheia de mpreunare dintre lan
i corpul navei este una special, de construcie demontabil, avnd rolul de a permite n caz de
blocare a ancorei pe fundul apei desprinderea n condiii de siguran a lanului de nav i
abandonarea sa definitiv.
Dispozitivul de fixare a lanului de ancor de corpul navei asigur posibilitatea de
renunare la ansamblul ancor-lan prin desprinderea acestuia de corpul navei. Sistemul de fixare
a lanului trebuie s asigure o prindere sigur i, la nevoie, o desprindere rapid i sigur, chiar i
atunci cnd lanul sau parma sunt tensionate.
Cele mai utilizate dispozitive de fixare a lanului de ancor de corpul navei sunt sistemele
cioc de papagal9 . Exist ciocuri de papagal libere sau fixe. Ciocul de papagal trebuie montat
astfel nct, pentru lanul complet filat, el sa ias din puul lanului i s ajung pe punte pentru a
putea fi acionat.
Pe puntea instalaiei sunt montate i dispozitive de splare a lanului de ancor cu
necesarul de apa asigurat de instalaia de stins incendii cu ap.
9Idem, pg.87.
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
24/59
24
CAPITOLUL III
PROIECTAREA VINCIULUI DE ANCOR
3.1. Descrierea si utilitatea vinciului de ancora
Mecanismele de ancorare, legare i remorcare au rolul de a realiza fora necesara virrii
ancorei sau tragerii navei pentru acostare sau remorcare.
Cnd pentru ancorare se folosete un lan aceste mecanisme au ca organe de lucru una
sau dou roi cu canal profilat (barbotine) care angreneaz pe lanul de ancor tensionat. Pe
acelai arbore principal pentru legare, exist tamburi de capt pentru manevrarea parmei cu
capt liber. Mainile cu ax orizontal se numesc vinciuri iar cele cu ax vertical cabestane.
Vinciul ancorei, se afl amplasat de regul la prova pe puntea teug, are axul de rotaie
orizontal i se compune din: dou barbotine profilate anume pentru zalele lanului, prevzute cu
sistem de frnare.
n cazul filrii lanului de ancor barbotinele se rotesc liber pe ax i pot fi reduse din
vitez cu ajutorul unor frne cu friciune, iar n cazul virrii lanului, barbotinele se cupleaz cu
axul vinciului, acesta fiind rotit de motorul de acionare pe diferite trepte de vitez.
Pe axul orizontal principal are dispui doi tamburi (clopote), ce pot fi cuplai sau
decuplai dup nevoi i care se folosesc la manevrarea parmelor.
Spre deosebire de vinci, cabestanul are doar un capt liber al axului principal pe care se
pot monta barbotina si tamburul de manevra.
In cazul acionarii electrohidraulice maina de ancor dispune pe punte doar de un
hidromotor, restul instalaiei hidrostatice fiind amplasat centralizat.
Fig.3.1- Vinciul de ancora: 1 - manivel; 2 - tambur; 3 - manivel pentru frn; 4 - manivel.
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
25/59
25
Un mecanism de ancorare i legare trebuie s asigure:
tragerea navei pe lanpn la verticala ancorei fundarisite
smulgerea ancorei de pe fund i ridicarea ei cu min 9m/min; la apropierea ancorei de nar
viteza de virare s fie de maxim 10m/min iar la intrarea ancorei n nara de maxim 7m/min
ridicarea ambelor ancore de la jumtatea adncimii de ancorare cu viteza de min 9m/min
ridicarea unei ancore de la lungimea maxim a lanului fundarisit
manevrarea parmelor de legare pe tamburii de capt la fora periferica max
fundarisirea ancorei cu ajutorul frnei sau a mecanismului
Vinciul de manevr cu tambur cilindric trebuie s asigure:
nfurarea i desfurarea parmei sub sarcina cu tambur decuplabil
funcionarea in suprasarcina la acostarea navei avnd ns limitatori de moment maxim
meninerea cablului tensionat cu ajutorul frne i si atunci cnd mecanismul nu este
acionat
3.2. Elemente de calcul a instalaiei
Datorita utilizrii acionarii electrice a instalaiei de ancorare practic numai pe perioada
virrii ancorei i lanului acesteia, calculul instalaiei se va face innd cont numai de solicitrile
ce apar numai pe parcursul acestei perioade.
Calculul se va referi doar la partea de acionare electric (electromotorul utilizat)
deoarece acesta este componenta de baz a instalaiei, de buna sa dimensionare i alegere
depinznd eficacitatea funcionarii acesteia. Celelalte componente sunt mai uor de proiectat, n
calculul lor urmrindu-se ca acestea, n final, s ndeplineasc condiiile de rezisten
determinate de solicitrile mecanice la care sunt supuse.
Pentru simplificarea calculelor se va considera c deplasarea navei pe lan (etapa I) se
realizeaz cu vitez constant.
n calculul caracteristicilor constructiv-funcionale ale elementelor constructive ale
instalaiei de ancorare intervin urmtoarele mrimi10:
= deplasamentul volumetric corespunztor liniei de ncrcare de var [m3];
v = dx1/dt = viteza navei [m/s];
10Ibidem, pg 234.
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
26/59
26
vlt = viteza lanului [m/s];
Ma = masa ancorei n aer [kg];
Ga = greutatea ancorei n aer [N];
Gaapa = greutatea ancorei n ap [N];
q = greutatea unui metru liniar de lan n aer [N/m];
qapa = greutatea unui metru liniar de lan n ap [N/m];
Qapa = greutatea unui metru liniar de lan n ap [N/m];
d = diametrul (calibrul) tijei zalei lanului de ancor [mm];
Llt = lungimea total a unui lan de ancor [m];
Na = caracteristica de dotare a navei = 2/3+ 2Bxh + 0,1A [m]
Bmax = limea maxim a navei [m];
h = nlimea convenional de la linia de plutire de var pn la faa superioar a
nveliului punii celui mai nalt ruf = a + hi [m];
a = distanta msurata pe vertical la seciunea maestr de la linia de ncrcare de var
pn la faa superioar a nveliului punii superioare [m];
hi = nlimea n planul diametral a fiecrui nivel al suprastructurii sau rufului cu o
lime mai mare de 0,25Bx [m];
A = suprafaa velic n limitele lungimii de calcul a navei considerat la linia de
ncrcare de var (se include aria proieciei corpului emers al navei pe planul diametral,
suprafaa proieciilor pe planul diametral ale suprastructurii i tuturor rufuril or cu
limea mai mare de 0,25Bx) [m].
n ceea ce privete lanul de ancor al navelor cu zona nelimitata de navigaie, se prevede
ca diametrul minim al tijei zalei de lan (lan cu rezistena mrit) sa fie: dmin=1,55-Na [mm]11.
Diametrul real se va alege imediat superior in conformitate cu STAS-ul de lan utilizat (STAS
168-80). Greutatea unui metru liniar de lan n aer se poate determina cu relaia: q=9,8-0,0215-d2
[N/m].
Masa ancorei nu trebuie s fie mai mic dect valoarea Mamin = k Na [kg], unde k
reprezint un coeficient egal cu 3 pentru navele cu zona nelimitat de navigaie. Aceast condiie
reiese din obligaia ancorei de a pstra o legtura sigur ntre nav (lanul de ancor) i fundul
apei. De obicei, masa ancorei este de cel puin 50 de ori mai mare dect cea a unui metru liniar
din lanul acesteia. Bineneles, greutatea ancorei va fi: Ga = Ma g[N].
11 Creang, V, Lungu A, Paraschivescu, Op.citit,pg.39.
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
27/59
27
Valorile Gaapa si qapa12 se pot determina cunoscnd valorile acestor greuti n aer i
nmulindu-le cu un coeficient ce ine cont de mpingerea arhimedic exercitat de ap asupra
ancorei i lanului ().
Deci: Gaapa= Ga qapa = q .
Coeficientul13 se calculeaz cu relaia: = (OL-apa)/ OL. Pentru densitile cunoscute
ale oelului (7800 kg/m3) i a apei de mare (1025 kg/m3) rezult:= 0,8
Pentru a realiza calculul de dimensionare al instalaiei este necesar cunoaterea forelor
ce solicit elementele componente ale acesteia. Pentru perioada de staionare a navei la ancor se
pot scrie urmtoarele (vezi tabelul 3.1.):
- n punctul O: T0 = T1 cos;
- n punctul O1 T2 cos 2 = Fext
n care T1 i T1' sunt reaciunile din fundul mrii i din lanul de ancor n punctul de
contact al acestora, iar T2 i T2' sunt reaciunile din nara de bordaj a instalaiei de ancorare a
navei i din lan n punctul acestora de contact.
Avnd n vedere faptul c lanul de ancor adopt pe perioada staionarii forma
lniorului, n fiecare punct al lanului liber suspendat componenta orizontal a forei de
ntindere are aceeai valoare constant, astfel:
T1-cos1= T2- cos2=_= Ti- cos i
La filarea unei lungimi mai mari de lan dect adncimea de ancorare, unghiul dintre lan
i fundul mrii n punctul de contact al acestora este nul, reaciunea local din lan neavnd
componenta pe vertical ce ar putea produce ridicarea cheii de mpreunare a ancorei.
Astfel pentru h > O se pot scrie egalitile:
1=0; T0=T1-cos1=_= Ti-cos i=Fext
Fext reprezint componenta orizontal a sumei forelor exterioare a sistemului nav-lan-
fund de ap, care acioneaz asupra navei tinznd s o ndeprteze de punctul de ancorare.
Forele exterioare au origine divers, dintre toate evideniindu-se cantitativ doar cele
12Idem, pg.40.
13Idem, pg.41
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
28/59
28
produse de interaciunea curentului marin (Fc) i vntului (Fv) cu poriunea imers, respectiv
emers, a corpului i construciilor aflate pe puntea principal a navei. Astfel:
Fext= Fc+ Fv [N]
Cele dou fore perturbatoare ale echilibrului static al navei aflate la ancor se pot calculautiliznd relaiile:
= 0,5 + [ ]
= [ ]
in care: apa = densitatea apei de mare = 1,025 [Ns /m4];
kk = coeficient de corecie pentru influena curburii corpului navei (determinat tabelar-
tabelul 3.l);
Tabelul 3.1
L/Bx 6,0 8,0 10 12 >12
kk 1,04 1,03 1,02 1,01 1,0
= coeficient de frecare al apei de carena = 1,143,84;
= majorare a coeficientului de frecare datorata prezentei asperitilor pe corpul navei
= 0,71,2 (valorile mai mici corespund navelor cu construcie sudata a nveliului corpului);
Aud= suprafaa carenei;
v= vc+ vt
vc = viteza curentului marin = 12,57 [m/s] (pentru navele cu zona nelimitata denavigaie);
vt= viteza navei la tragerea acesteia pe lan = 0,10,3 [m/s];
kv = coeficientul depresiune al vntului = 0,240,61 [Ns2/m4];
A = suprafaa velic a navei [m2];
vv = viteza vntului = 412 [m/s] (corespunztor 36 grade Beaufort).
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
29/59
29
n urma rezolvrii ecuaiei lniorului, pentru reaciunile de la capetele lanului de
ancor se vor gsi urmtoarele relaii de calcul:
= =( + )
2( + ) [ ]
= ( )
( )[N].
Lungimea lanului de ancor liber suspendat n ap este:\
= ( )
+( + ) [m]
Conform A.N.R., lungimea total minim a unui lan de ancor esteL
min= 2,5 H(pentru
o adncime de ancorare de calcul de 50150 m). Trebuie remarcat faptul c adncimea uzual
de ancorare n practica maritim atinge valorile de 1530 m, rareori depind 50 m.
n aceste condiii lungimea lanului aezat liber pe fundul mrii este:
ll = Lmin - l [m]
Datorit maselor variabile suspendate de nara de bordaj a instalaiei de ancorare (lungimi
diferite de lan imersat, smulgerea ancorei de pe fundul apei etc.), forele de traciune la
barbotina vinciului de ancor pe timpul virrii ancorei variaz pe parcursul diferitelor etape ale
acestui proces. n general, fora de traciune la barbotin (T) este determinat de dou
componente: fora de greutate a lanului liber suspendat n ap i fora de greutate a lanului
suspendat ntre barbotina vinciului i puul lanului de ancor.
Forele de traciune la barbotin, cuplul necesar al motorului electric de antrenare i
duratele diferitelor etape ale procesului de virare a ancorei sunt prezente n cele ce urmeaz:
Etapa I14
:
Fora de traciune n lan la barbotina vinciului este:
= ( )
( )[N]
14Ioni,I, Jimbu C, Apostolache, A- Op.citit,pg.248.
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
30/59
30
Cuplul motorului electric de acionare este:
= [Nm]
Durata de desfurare a primei etape este:
= [s]
n relaiile prezentate apar mrimile:
nb = randamentul funcional al nrii de bordaj = 0,650,80;
np = randamentul funcional al nrii de punte = 0,700,80;
mec = randamentul funcional al transmisiei mecanice = 0,420.82; Rb = raza barbotinei vinciului = 6,85 d [m] (d = calibrul lanului [m]);
hnp = lungimea lanului de ancor suspendat n puul lanului [m];
i = raportul de transmisie al transmisiei mecanice = 100200;
ni = turaia motorului electric corespunztoare cuplului la axul acestuia [rot/min] (reiese
din caracteristica mecanic a motorului).
Etapa II15
:
O dat cu terminarea virrii poriunii de lan aflate pe fundul apei, fora de traciune la
barbotin crete datorit rezistenei opuse de ancor, fapt pentru care nava este nevoit s se
deplaseze n continuare ctre verticala ancorei. Creterea forei de traciune este liniar, de la
valoarea TI la cea corespunztoare smulgerii ancorei de pe fundul apei (TIII). Fora TIII i turaia
nIII corespund debutului etapei a treia. n mod asemntor variaz i cuplul la axul motorului
electric al vinciului.
Timpul de desfurare al etapei a doua este:
= ( )
( )[s]
Etapa III16
:
Aceasta etap corespunde exclusiv procesului de smulgere al ancorei. Fora de
traciune necesar la barbotin prevede nvingerea att a forelor de greutate ale ancorei i
15Idem, pg.252.
16Idem, 254.
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
31/59
31
lanului filat ct i a celor de reinere a ancorei pe fundul apei (Fa). Fora de reinere a ancorei pe
fundul apei nu poate fi precis calculat, ea depinznd de o serie de factori de origine complex.
Totui ea este estimat n mod acoperitor ca fiind egal cu dublul greutii n aer a ancorei. Se
vor putea determina astfel urmtorii parametrii:
Fora de traciune n lan la barbotin este:
= [N]
Cuplul la axul motorului electric (momentul necesar de smulgere) este:
= [Nm]
Timpul de smulgere al ancorei (de repaus sub curent) este: tm 60s.
Etapa a treia ia sfrit n momentul n care ancora nu se mai afl n contact direct cu
fundul apei i cnd fora de traciune i momentul necesar scad la valorile TIV, respectivMIV.
Etapa IV17
:
La nceputul acestei etape se nregistreaz mrimile:
Fora de traciune n lan la barbotin:
= [N]
Cuplul la axul motorului de antrenare:
= [Nm]
Lungimea lanului aflat n ap scade continuu prin virarea cu vitez constant asigurat
de vinciul de ancora, fapt ce duce la scderea uniform liniar a forei i a cuplului necesar la
barbotin. La finalul etapei a patra (momentul n care ancora ajunge n dreptul nrii de bordaj),
fora i momentul devin:
= [N]
17Idem, pg.258.
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
32/59
32
= [Nm]
Durata celei de-a patra etape se poate calcula cu relaia:
=
( )
[s]
Etapa V18
:
La intrarea ancorei n nara de bordaj forele de frecare cresc substanial datorit forelor
de apsare mult mai mari exercitate de ancora pe suprafaa interioar a nrii de bordaj, fapt
determinat de greutatea specific net superioar a ancorei n raport cu cea a lanului. Astfel, fora
de traciune necesar la barbotina vinciului trebuie s creasc din momentul intrrii ancorei n
nar i pn la aducerea ancorei n poziia final, cu un procent evaluat la circa 25%. Prinurmare, la finalul etapei a cincea, se vor nregistra mrimile:
Fora de traciune n lan la barbotin: = ,
[N]
Cuplul la axul motorului: = [Nm]
Pentru a se evita eventualele deteriorri ale bordajului prin lovirea acestuia cu ancora i
pentru diminuarea solicitrii suplimentare a motorului odat cu creterea forelor de frecare din
instalaie la intrarea ancorei n nar, viteza de virare a lanului pe aceasta perioad este de obicei
limitat la maxim 0,050,07 m/s.
Un caz deosebit n funcionarea instalaiei de ancorare l reprezint funcionarea n
regim de avarie care presupune virarea ancorei de la o adncime egal cu lungimea Llt a
lanului. ntr-o astfel de situaie, solicitarea motorului poate fi mult mai mare dect n cazul
smulgerii ancorei din cazul precedent. De aceea este necesar a se verifica comportamentulmotorului pe durata acestui regim. Se pot calcula urmtoarele mrimi:
Fora de traciune n lan la barbotin la nceputul virrii:
= [N]
18Idem, pg.261.
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
33/59
33
Momentul la axul motorului electric la nceputul virrii:
= [Nm]
Fora de traciune n lan la barbotin la finalul virrii:
= [N]
Momentul la axul motorului electric la finalul virrii:
= [Nm]
Timpul de virare a ancorei n regim de avarie:
= [s]
Calculul motorului are n vedere determinarea solicitrilor maxime la care acesta este
supus n condiii normale si de avarie precum i alegerea motorului din cataloagele specializate.
Iniial se calculeaz cuplul mecanic necesar a fi furnizat de ctre motor n cele mai
defavorabile situaii posibile:
cuplul necesar smulgerii ancorei de pe fundul apei:
= [Nm]
cuplul necesar virrii ancorei de la o adncime egal cu lungimea lanului de ancor:
= [Nm]
cuplul necesar virrii a doua ancore de la adncimea H:
= [Nm]
Dintre cele trei momente se va lua n calcul momentul de valoare maxim (Mmax).
Deoarece pe parcursul situaiilor amintite motorul se afl n regim de suprasarcin, pentrucalculul cuplului nominal al motorului Mn se va utiliza relaia:
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
34/59
34
= [Nm]
unde: Mmax = max (Msm; MLlt; Ma);
l = coeficientul de suprasarcina al motorului.
In ceea ce privete turaia motorului, aceasta se poate determina prin prisma vitezei de
virare a lanului. Turaia nominal de calcul este:
= [rot/min]
n care: nmed= turaia motorului ce corespunde vitezei medii de virare a ancorei
= [rot/s]:
= 9,55 = 9,55 [rot/min]
Llt= lungimea imersat a lanului de ancor [m];
ttot= timpul total de virare al ancorei [s];
y = coeficient dat de relaia = 1 , unde sn = coeficientul de scdere al tensiunii dealimentare a motorului pe timpul suprasarcinii (pentru motoarele asincrone cu rotor n
scurtcircuit: sn = 0,1).
O dat calculate turaia i cuplul nominal se poate determina puterea de calcul a
motorului Pnc cu relaia:
= [kW]
n care:Mn = momentul nominal al motorului [Nm];
nnc = turaia nominal de calcul a motorului electric de acionare [rot/min].
Cunoscnd toate aceste caracteristici se alege din cataloagele specializate un motor care
s corespund parametrilor calculai sau altora imediat superiori.
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
35/59
35
3.3. Calcul specific al instalaiei
Din prezentarea i planul general de construcie ale navei se pot desprinde urmtoarele
caracteristici constructive:
deplasamentul navei: = 39000 tdw;
suprafaa velic a navei n limitele lungimii de calcul:A = 1525 m;
limea maxim a navei: Bmax = 31,5 m;
suma nlimilor etajelor suprastructurii pupa i niturilor cu limea mai
mare de (0,25B):hi = 13,4 m;
nlimea convenional de la linia de plutire la acoperiul celui mai
nalt ruf: h = 16,6 m.
Caracteristica de dotare are astfel valoarea:Na = 2999,3 m.
Alegerea parametrilor dimensionali ai lanului si ancorei
n conformitate cu valoarea caracteristicii de dotare a navei se aleg:
lan de ancor cu calibrul: d= 90 mm (lan cu rezistena mrit) conform STAS
168-80;
lungimea unui lan de ancor:Llt= 316 m;
ancor tip Hall cu o greutate: Ga = l0 tf = 98066 N (STAS 595-80).
Avnd n vedere aceti parametri, pentru un metru liniar de lan de ancor se determin o
greutate: q = 1595,9 N. n ap greutatea aceleiai lungimi de lan va fi: qapa = 1388,4 N.
Greutatea ancorei in apa va fi: Gaapa = 85317 N.
Adncimea de ancorare considerat este H= 100 m. Corespunztor acesteia si strii de
echilibru static a sistemului nav-lan-fund de ap, lungimea de lan suspendat liber n ap este l
= 187,51 m. Lungimea de lan aezata liber pe fundul apei este ll = 129,49 m.
Forele exterioare ce acioneaz asupra navei
La calculul acestor forte s-au luat n considerare urmtorii parametri:
densitatea apei: = 1,025 t/m ;
coeficientul de frecare al apei de carena: f= 1,7;
coeficientul de corecie pentru influenta curburii corpului: kk= 1,042;
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
36/59
36
majorarea coeficientului de frecare datorat asperitilor: f= 0,7;
coeficientul de presiune al vntului: kv = 0,37 t/m2;
aria suprafeei carenei:Aud= 10090,421 m2;
viteza navei la tragerea pe lan: vt= 0,21 m/s;
viteza curentului de ap: vc = 2,5 m/s;
viteza vntului: vv = 11,8 m/s.
n urma calculelor efectuate s-au determinat urmtoarele valori pentru forele exterioare:
fora perturbatoare produs de curentul de apa: Fc = 93861 N;
fora perturbatoare produs de vnt: Fv = 84161 N;
fora perturbatoare exterioar total: Fext =178020 N.
Forele de traciune la barbotin i cuplurile necesare la axul motorului de
acionare pe parcursul etapelor virrii ancorei de la adncimeaH
n calcule s-au utilizat urmtorii parametri:
raza barbotinei vinciului: Rb = 0,596 m;
randamentul mecanic al acionarii: mec = 0,55;
randamentul funcional al nrii de bordaj: nb = 0,76;
randamentul funcional al nrii de punte: np = 0,79;
lungimea lanului de ancor suspendat n puul lanului de ancor: hnp = 6,7 m;
nlimea narii de bordaj fa de nivelul apei: h = 4,75 m;
raportul de transmisie mecanic: i = 200;
viteza medie de virare a lanului: vltmed = 10 m/min.
Etapa I:
Fora de traciune la barbotin: TI = 425600 N. Cuplul necesar la axul motorului de
acionare:MI= 2260 Nm.
Etapa II:
Fora de traciune la barbotin la sfritul acestei etape este: TII = 562990 N. Cuplul
necesar la axul motorului de acionare: MII = 3004,3 Nm. Aceste valori sunt cele maxim
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
37/59
37
nregistrate pe toata perioada procesului de virare a ancorei, corespunznd nceputului smulgerii
ancorei de pe fundul marii.
Etapa III:
Fora de traciune la barbotina: TIII = 304920 N. Cuplul necesar la axul motorului deacionare:MIII = 1606,2 Nm. Valorile corespund sfritului procesului de smulgere a ancorei.
Etapa IV:
Fora de traciune la barbotin: TIV = 129030 N. Cuplul necesar la axul motorului de
acionare: MIV = 653,3 Nm. Aceste valori se nregistreaz n momentul ajungerii ancorei n
dreptul narii de bordaj.
Etapa V:
La sfritul acestei etape vor fi determinate urmtoarele valori: fora de traciune la
barbotin: TV= 161290 N i cuplul necesar la axul motorului de acionare:MV = 828,077 Nm.
In urma obinerii acestor rezultate se poate trasa diagrama de variaie a forei de traciune
la barbotin pe perioada procesului de virare a ancorei.
Forele de traciune la barbotin i cuplurile necesare la axul motorului de acionare pe
parcursul virrii ancorei de la adncimeaLlt
Pe parcursul virrii ancorei de la o adncime cel puin egal cu cea a lanului de ancor se
vor nregistra urmtoarele valori pentru parametrii amintii:
la nceputul virrii: Tin = 725090 N; Min = 3882,6 Nm;
la ajungerea ancorei n dreptul narei de bordaj: T = TIV; M = MIV;
la finalul operaiunii de virare: T = TV; M = MV;
n mod asemntor se poate trasa graficul de variaie al forei de traciune la barbotin.
Calculul puterii acionrii electrice a vinciului
Motorul electric de antrenare al vinciului va fi astfel ales nct s fac fa solicitrilor
maxime de cauzalitate divers ce pot aprea n exploatarea instalaiei de ancorare. Astfel,
literatura de specialitate prevede ca la alegerea motorului electric s se considere cuplul maximde exploatare al motorului cel mai mare cuplu dintre urmtoarele trei:
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
38/59
38
cuplul necesar smulgerii ancorei de pe fundul apei (Msm);
cuplul necesar virrii ancorei de la o adncime egal cu Llt (MLlt);
cuplul necesar virrii a dou ancore de la adncimea H (Ma).
Pentru aceste cupluri s-au determinat valorile:
Msm = 3004,3 Nm; MLlt= 3882,6 Nm; Ma = 3258,2 Nm.
Se observ c momentul maxim esteMLlt. Momentul nominal la axul motorului esteMn =
2065,2 Nm (s-a considerat = 1,88). Turaia medie va fi nmed= = 880,12 rot/min, ceea ce va
impune o turaie nominal de calcul nnc = 860,7 rot/min.
Avnd n vedere cuplul i turaia nominal ce trebuie asigurate de motor, se poate
determina puterea nominal de calcul a acestuia: Pnc = 120,9 kW.
Alegerea motorului electric de acionare a vinciului
Din catalogul19 firmei UMEB ELEKTROMOTOREN am ales urmtorul motor electric
de acionare a vinciului instalaiei de ancorare: motor asincron trifazat cu rotor n scurtcircuit din
seria ASI, cu urmtoarele caracteristici: tensiunea nominal de alimentare Un = 3x380 V (c.a.);
puterea P = 125 kW; turaia sincron = 880 rot/min; turaia nominal = 860 rot/min; randamentul
= 93%; factorul de putere cos = 0,68; intensitatea curentului nominal absorbit la tensiunea
nominal de alimentare In = 232 A; raportul Mp/Mn = 1,2; raportul Ip/In = 7; raportul Mm/Mn =
1,8; greutatea = 1150 kgf.
19http://www.umeb.ro/cataloage
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
39/59
39
CAPITOLUL IV
ANALIZA VIBRO-ACUSTIC A VINCIULUI DE ANCOR
4.1. Vibrodiagnosticarea defectelor
Vibraiile i zgomotele care nsoesc funcionarea mainilor electrice constituie un
indicator important al strii de calitate i al gradului lor de solicitare/ncrcare.
4.1.1. Analiza vibraiilor sistemelor complexe
Vibraiile, ca manifestri ale comportamentului oscilatoriu al unui sistem, se datoreaz fie
schimbrilor repetate ntre energiile cinetice i cele poteniale ale componentelor sistemului, fie
ca rezultat al excitaiilor exterioare forate. Un nivel redus de vibraii nseamn zgomot redus iun regim de lucru mai eficient. n acest sens, controlul i reducerea vibraiilor sunt elemente
eseniale n meninerea unor performane i eficiene ridicate.
Exist astzi numeroase cercetri privind analiza i modelarea vibraiilor precum i
pentru stabilirea de metode i sisteme de control al vibraiilor i ocurilor componentelor i
ansamblului sistemului. Modelarea vibraiilor, cu modele analitice sau cu modele numerice, este
utilizat azi pentru nelegerea fenomenelor vibraionale, prin conversia problemei tehnice n
model matematic, din care se pot extrage caracteristicile principale ale vibraiilor. Modelele
numerice s-au dezvoltat mult n ultimele dou decenii, datorit facilitilor oferite de actualele
sisteme de calcul i pachetele software dezvoltate.
Referitor la analiza vibraiilor, aceasta cuprinde:
analiza vibraiilor naturale i a modurilor de vibraii;
analiza rspunsului sistemului la diferite surse de excitaie.
Analiza rspunsului la diferitele fore de excitaie se refer la calculul
deplasrii/deformrii componentelor atunci cnd sistemul este supus aciunii unor fore de
excitaie variabile n timp. Spre deosebire de analiza rspunsului, n cazul frecvenelor
vibraiilor naturale i al formei modurilor de vibraii ale unui sistem care vibreaz, aceste
aspecte nu depind de forele de excitaie. Vibraiile naturale i modurile de vibraii sunt
caracteristici intrinseci ale sistemului.
n proiectarea sistemelor tehnice, cu solicitri mecanice sau electromecanice, existcerine specifice legate de frecvenele naturale de vibraii. Pentru a evita rezonana mecanic,
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
40/59
40
frecvenele naturale ale componentelor i ale ansamblului trebuie s aib valori ct mai deprtate
de frecvenele corespunztoare vitezelor de rotaie a elementelor n micare. Pentru a controla n
mod eficient vibraiile, senzorii de vibraie trebuie s se monteze n acele zone n care modurile
de vibraii prezint deformri dominante.
Pentru motoarele electrice, una dintre problemele deosebit de importante n funcionarea
lor o reprezint cunoaterea, n detaliu, a vibraiilor naturale (proprii) ale diverselor elemente din
componena acestora. Determinarea ct mai exact a frecvenelor vibraiilor proprii ofer o
imagine complex asupra posibilelor defecte care pot surveni n funcionare i, n acelai timp,
poate oferi posibilitatea ntreprinderii de msuri preventive, n faza de proiectare, respectiv,
fabricaie, n vederea prelungirii duratei de funcionare i fundamentrii unei mentenane active.
Studiul prezentului capitol este focalizat asupra analizei vibraiilor proprii i stabiliriicaracteristicilor acestora pentru componentele de baz ale motoarelor asincrone. Ca aplicaie, s-
au considerat datele pentru rotorul, rulmenii, statorul i carcasa motorului asincron de
putere 125 kW/500 rot/min.
4.1.2. Modele de determinare a pulsaiilor proprii la rotor
Rotorul este componenta motorului asincron aflat n micare de rotaie, care, alturi de
rulmeni, reprezint principala surs mecanic de vibraii i zgomote. Formele de vibraii
ntlnite n timpul funcionrii rotorului sunt: vibraii de ncovoiere i vibraii de rsucire.
Din punct de vederea al analizei dinamice structurale, un model simplu pentru rotor este
cel al asimilrii rotorului ca bar simplu rezemat sau ca bar ncastrat. Se consider, de
asemenea c, indiferent de tipul vibraiilor, rotorul, privit ca arbore cu legturi (reazeme sau
ncastrri), este un sistem continuu, pentru care determinarea ecuaiilor de micare se deduc pe
baza principiului lui dAlembert.
A. n cazul vibraiilor de ncovoiere
Pornindu-se de la ecuaia fibrei medii deformate:
=
n care, v=v(x,t) reprezint deformaia produs ntr-un punct de coordonat x, lamomentul t , de ctre momentul ncovoietor Mi=Mi(x) care acioneaz n seciunea aflat la
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
41/59
41
aceeai distanx fa de originea axei longitudinale a barei,Iz este momentul de inerie axial al
seciunii transversale a barei, msurat n mm2 iarEreprezint modulul de elasticitate longitudinal
al barei(modulul lui Young), se obine urmtoarea form a ecuaiei vibraiilor de ncovoiere:
+ = 0
unde, este densitatea materialului iar A este aria seciunii transversale.
Prin rezolvarea relaie, cu condiiile de legtur, se obine expresia pulsaiile proprii
pentru:
cazul rotorului considerat ca o bar dreapt simplu rezemat la cele dou extremiti:
=
cazul rotorului considerat ca o grind ncastrat la cele dou extremiti
=(2 + 1)
4( = 1,2,3 )
Relaiile indic faptul c valorile pulsaiilor proprii difer n funcie de modul de legturconsiderat.
B. n cazul vibraiilor torsionale
Pornind de la considerarea rotorului ca sistem continuu, de seciune constant, se obine
ecuaia de micare:
( , )
=
( , )
n careIp = constreprezint momentul de inerie polar al seciunii transversale a barei, G
este modulul de elasticitate transversal iar reprezint densitatea materialului din care este
confecionat bara (rotorul), cu condiiile de legtur impuse (bara nu este mpiedicat s
se roteasc la capete) se obine expresia pulsaiilor proprii:
= ( = 1,2,3, )
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
42/59
42
n cazul n care, bara este mpiedicat la extremiti s se roteasc, se oine aceeai
expresie a pulsaiei proprii.
4.1.3. Studiu de caz: Motorul de 125 kW-880 rot/min, tip AIFM seria 100La-6
Pentru calculul pulsaiilor proprii ale vibraiilor de ncovoiere i de rsucire,rotorul motorului asincron, care este un arbore n trepte de diametre diferite (Figura 4.1.), trebuie
echivalat cu un arbore de diametru constant. Condiia de echivalen ntre rotorul real i rotorul
cu diametru constant este ca rotorul echivalent s aib aceeai rigiditate ca cea a rotorului
existent n componena motorului asincron.
n calcul se consider urmtoarele ipoteze: cedrile rulmenilor sunt considerate nule;
avndu-se n vedere faptul c cei doi rulmeni sunt unul radial -axial iar cel de-al doilea radial i
innd cont c, n faza de testare nu exist ncrcri axiale, se consider rotorul ca fiind simplu
rezemat. Pe baza relaiei lui Castigliano, considernd dominat solicitarea de ncovoiere a fost
calculat sgeata vntr-un punct n care acioneaz o for static oarecare Fs Punnd condiia ca
cele dou sgei calculate n punctul 3 prin nlocuirea valorilor diametrelor i innd cont c
modulul de elasticitate longitudinalEeste acelai, dup efectuarea calculelor rezult urmtoarea
relaie de calcul a diametrului echivalent:
2,22797 = 2333581,6
de unde se obine valoarea diametrului echivalent de dech=31,991 mm x 32 mm.
Figura 4.1. - Axul rotorului motorului asincron: a) modelul real; b) schema de calcul a sgeii; c) arboreleechivalent
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
43/59
43
Considernd arborele rotorului echivalent de diametru constant de 32 mm, realizat din
oel, cu modulul lui Young E = 2,1105 MPa , densitatea = 7850 kg/ m3 i aplicnd relaia
analitic de calcul a pulsaiilor proprii pentru sisteme continue, rezult: prima pulsaie proprie a
vibraiilor de ncovoiere egal cu: n1 =13109,16 rad/sec, creia i corespunde frecvena proprie:
fn1 = 2087,38 Hz = 2,08 kHz.
Din punct de vedere al vibraiilor de rsucire avndu-se n vedere faptul c materialul este
oel, cu modulul de elasticitate transversal G = 8104 MPa , rezult: prima pulsaie proprie a
vibraiilor de rsucire egal cu: n1 = 63075,82 rad/sec; creia i corespunde
frecvena proprie: fn1 =10043,82Hz = 10,04 kHz.
4.1.4. Modele de determinare a pulsaiilor proprii la rulmeni
Vibraiile avnd ca surs rulmenii au efecte fie direct fie indirecte asupra structurii, n
ansamblul ei. Principalele surse de vibraii ale rulmenilor sunt:
Modificarea poziiei corpurilor de rulare att n zona de ncrcare ct i cea de
nencrcare a rulmentului;
Existena unor neuniformiti ale corpurilor de rulare determinate de diferitele
solicitri rezultate n funcionare i care, la rndul lor, pot genera frecri mari i ciocniri
ale corpurilor de rulare cu inelele i cu colivia; Modificarea zonelor de contact dintre corpurile de rulare i cile de rulare ca urmare a
unor abateri dimensionale att de form ct i de poziie;
Apariia impuritilor n zona cilor de rulare, defecte n calea de rulare sau deteriorarea
acesteia (uzur abraziv, amprente, ciupituri de tip Peeling sau Pitting etc.).
Modul de determinare a frecvenelor proprii ale rulmenilor este prezentat ntr-o serie de
lucrri de specialitate. Sunt astfel prezentate relaiile de calcul ale frecvenelor caracteristice
corelate cu frecvenele datorate dinamicii i cinematicii rulmenilor.
4.2. Metode numerice de determinare a frecvenei proprii
4.2.1. Metoda elementului finit (FEM) aplicat la motorul asincron
Din punct de vedere structural, motorul asincron conine o serie de elemente mecanice
care, n timpul funcionrii, pot fi excitate cu fore i/sau momente, variabile n timp, care pot
avea frecvenele de excitaie apropiate sau egale cu frecvena fiecrei componente n parte sau cu
ansamblul n ntregul su.
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
44/59
44
Rspunsul la diferitele excitaii, care se manifest prin diferite micri oscilatorii, este
dependent de distribuia maselor, evaluat prin matricea de inerie M, prin amortizarea
structural, reprezentat prin matricea de amortizare C i prin rigiditatea structural, evideniat
prin matricea de rigiditate K. Ecuaia care descrie comportarea dinamic a acestei structuri este
de forma:
M +C +K = F
Unde reprezint vectorul acceleraiilor, iar este vectorul vitezelor, reprezint
vectorul deplasriloriar F este vectorul forelor/ momentelor de excitaie.
Determinarea frecvenelor proprii implic considerarea structurii ca fiind liber i
neamortizat. Ca urmare, din ecuaia de micare, rezult:
[ ] +[ ]{}={0}
ceea ce reprezint ecuaia vibraiilor libere neamortizate n care, prin {0}, s-a notat
vectorul nul.
Frecvenele naturale determinate pe baza ecuaiilor de mai sus i modurile asociate
acestor frecvene definesc o serie de aspecte fundamentale n determinarea rspunsului dinamic
structural.
Analiza cu metoda elementului finit (FEM) a componentelor motorului asincron de 125
kW-880 rot/min a fost realizat cu ajutorul programului ABAQUS.
Au fost modelate i discretizate principalele elemente luate n considerare: rotorul,
rulmenii, statorul, carcasa, cele dou scuturi.
n vederea analizei s-a considerat, la nceput, modelarea i simularea individual arotorului, statorului i a carcasei dup care a fost realizat modelarea ansamblul motor.
Modelarea geometric 3D a fost realizat cu ajutorul softului IDEAS.
4.2.2. FEM - Determinarea frecvenelor proprii ale rotorului
A. Rotorul motorului asincron cu pachetul de tole montat
Modelul geometric 3D al rotorului cu tole este prezentat n Figura 4.2. Modelul
discretizat conine un numrde 6471 noduri i 15792 elemente.
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
45/59
Figura 4.2. Modelul 3D al ro
Analiza modurilor pro
legturi similare cu ale rulme
Cazul A IRotor cu
n urma determinrii
primele ase frecvene au
predominant pentru aceste c
factorul de participare al mase
Cazul A II - Rotorrulmenii
Ca i n cazul analizei
n zona de montare a rulmen
axa sa) n zona de montare
modurilor dominante sunt: 20
a)
Figura 4.4Modul pr
a) valor
45
torului cu tole Figura 4.3. Modelul cu elemente fini
rii de vibraii a fost realizat n dou cazuri
ilor.
tole liber
recvenelor proprii, avndu-se n vedere c
rezultat a fi egale cu zero, contribuia
azuri. Restul valorilor determinate corespu
i modale este foarte mic putnd fi neglijate.
ul cu tole, n condiii de legtur simi
axului rotorului, rotorul cu tole este blocat p
tului 6306P6EL i numai pe dou direcii (
a rulmentului 6306P6EL. Valorile frecve
,58 Hz; 99,74 Hz; 129,53 Hz; 138,84 Hz i 1
b)
opriu de vibraie corespunztor frecvenei propriifn ile amplitudinilor deformaiilor; b) forma deformat
te al rotorului cu tole
: rotor liber i rotor cu
ndiiile de corp liber,
masei modale fiind
d unor valori la care
are conexiunilor cu
toate cele trei direcii
ele perpendiculare pe
elor corespunztoare
5,84 Hz.
= 20,58 Hz:
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
46/59
a)Figura 4.5Modul pr
a) valor
4.2.3. FEM - Deter
Modelul geometric 3D
a motorului20, este prezentat
9794 elemente tetraedrale de
Figura 4.6. Modelul 3D al stat
Analiza modurilor pro
patru rnduri.
Cazul B Stator cu c
Au fost determinate fr
identice cu cele folosite n rea
20http://www.umeb.ro/motoare-elec
aim-aifm/motoare-electrice-aifm-2-.
46
b) priu de vibraie corespunztor frecvenei propriifn =
ile amplitudinilor deformaiilor; b) forma deformat
inarea frecvenelor proprii ale statorului
al statorului, avnd ca baz desenul de exec
n Figura 4.6. Modelul FEM conine un nu
rdinul nti (Figura 4.7.).
orului Figura 4.7.Modelul cu eleme
rii a fost realizat n dou cazuri: stator libe
ondiii de legtur similare montajului n
ecvenele proprii ale statorului n condiiile
lizarea ansamblului motorului asincron.
trice-curent-alternativ/motoare-electrice-instalatii-de
..-20-cp-51.html
99,746 Hz :
uie din cartea tehnic
r de 4964 noduri i
te finite al statorului
r i stator constrns pe
arcas
de legtur cu carcasa
-ridicat/motoare-electrice-
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
47/59
a)Figura 4.8. Modul pr
a) valor
a)Figura 4.9. Modul pr
a) valor
Pe baza rezultatelor nale masei modale efective au
Hz; 226,78 Hz; 278,84 Hz; 34
4.2.4. FEM - Deter
Modelarea carcasei, ge
au fost realizate n aceleai
Modelul cu elemente finitetetraedrale.
Figura 4.10. Modelul 3D al carcas
Cazul C Carcas n
Avndu-se n vedere c
s-a considerat n analiz i crezultatelor obinute au rezul
47
b) opriu de vibraie corespunztor frecvenei propriifn
ile amplitudinilor deformaiilor; b) forma deformat
b) priu de vibraie corespunztor frecvenei propriifn
ile amplitudinilor deformaiilor; b) forma deformat
egistrate i lund n considerare valorile factrezultat un set de valori de frecvene propr
4,18 Hz; 377,79 Hz; 401,207 Hz; 534,82 Hz
inarea frecvenelor proprii n cazul carca
ometric 3D (Figura 4.10.) i cea cu elemen
condiii ca i n cazul celorlalte piese co
l carcasei conine un numr de 8327 nod
i Figura 4.11. Modelul cu
castrat n zona uruburilor de prindere
ondiiile de montaj ale motoarelor (prindere
azul ncastrrii carcasei n zona celor 4 gtat urmtoarele valori ale frecvenelor prop
= 121,00Hz :
168,26 Hz:
orilor de participare i ii: 121,00 Hz; 168,26
i 542,29 Hz.
ei
e finite (Figura 4.11.),
mponente prezentate.
ri i 27605 elemente
elemente finite al carcasei
cu uruburi de suport)
uri de urub. Pe baza rii dominante: 10,333
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
48/59
48
Hz; 21,309 Hz; 28,792 Hz; 42,139 Hz; 51,381 Hz; 96,91 Hz; 125,90 Hz i 163,13 Hz. Dintre
acestea, modul cel mai puternic ca deformare este cel corespunztor frecvenei de 42,139 Hz.
a) b)Figura 4.12. Modul propriu de vibraie corespunztor frecvenei propriifn = 10,333Hz:a) valorile amplitudinilor
deformaiilor; b) forma deformat
a) b)Figura 4.13. Modul propriu de vibraie corespunztor frecvenei propriifn = 42,139Hz :
a) valorile amplitudinilor deformaiilor; b) forma deformat
4.3. FEM Frecvene proprii ale ansamblului motor electric asincron
4.3.1. Realizarea componentelor i asamblarea lor
Pentru modelare, s-a considerat un numr de 7 componente, a cror modele au fostrealizate dup documentaia pus la dispoziie de site-ul firmei UMED
ELEKTROMOTOREN21.
Rotorul - Modelul cu elemente finite conine 6471 noduri i 15792 elemente. Zonele de
prindere a celor doi rulmeni au fost delimitate prin partiionarea axului rotorului, de lungimi de
14 mm respectiv, 15 mm.
21http://www.umeb.ro/index.html
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
49/59
Rulmenii Rulmen
dimensiunile constructive ide
(Figura 4.15.). Modelul rulme
n timp ce, modelul rulmentul
Statorul - Modelul
elemente tetraedrale de ordin
realizat pe modelul 3D partii
mm (Figura 4.16.).
Figura 4.14. Modelul ru
6306P6EL: a) modelul 3D; b) mode
Scutul fa Model
elemente tetraedrale (Figura 4
Scutul spate Mode
elemente tetraedrale (Figura 4
a)
Figura 4.16. Modelul
a) vedere din fa; b) v
49
ii au fost simulai prin buce de rigidita
tice cu cele ale rulmenilor6306P6EL (Fig
ntului 6306P6EL conine un numr de 384
ui 6307P6EL conine 288 noduri i 144 elem
cu elemente finite conine un numr de
ul nti. Pentru a simula conexiunea dintre
onri diagonale la 90 precum i partiionri
lmentului
lul cu elemente finite
Figura 4.15. Mod
6307P6EL: a) modelul 3D; b
l cu elemente finite conine un numr de
.16. i Figura 4.17.).
lul cu elemente finite conine un numr de
.16. i Figura 4.17.).
b) a)
D - Scut fa: dere din spate
Figura 4.17.
Scut spate: a) vedere din
e foarte mare avnd
ra 4.14) i 6307P6EL
oduri i 216 elemente
ente.
4964 noduri i 9794
stator i carcas, s-au
verticale la fiecare 10
elul rulmentului
) modelul cu elemente finite
2478 noduri i 9234
2478 noduri i 9234
b)
odelul 3D -
a; b) vedere din spate
-
7/25/2019 Vinci Ancora final 08.06.2016.pdf
50/59
50
Carcasa - Modelul cu elemente finite al carcasei conine un numr de 8327 noduri i
27605 elemente tetraedrale. Modelul 3D al carcasei conine o serie elemente distincte de
partiionare avndu-se n vedere faptul c, de aceasta, sunt fixate mai multe componente .
4.3.2. Impunerea condiiilor de legtur ntre prile componente
a) Legtura rulmeni rotor (Figura 4.18.) - Rulmentul 6307P6EL, fixat n scutul fa,
fiind un rulment radial axial a fost legat, prin nodurile comune ale suprafeei inelului interior de
nodurile similare generate pe axul rotorului, prin ecuaii de legtur pe toate cele trei direciile
(x, y i y) , n timp ce, rulmentul 6306P6EL a fost legat numai pe direciile perpendiculare axului
rotorului:
Figura 4.18. Legarea rulmenilor de axul rotorului Figura 4.19.Legarea statorului de carcas
b) Legtura stator - carcas (Figura 4.19.) - Avndu-se n vedere construcia motorului
cu statorul fix n carcas s-a considerat generarea unor noduri comune pe direcii longitudinale la
90. Aceste noduri au fost legate ntre ele prin ecuaii de constrngere pe toate cele trei direciile;
c) Legtura rulmeni cu scuturile fa i spate
n cazul legrii rulmenilor de scuturile fa i spate au fost urmate aceleai principii ca
i n cazul legrii rulmenilor de axul rotorulu
top related