RO133331A2 - Bulb adaptiv provă pentru nave - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la o provă cu bulb utilizată la o navă fluvială. Prova conform invenţiei este compusă dintr-o parte (1) fixă rigidizată de etrava unei nave şi dintr-o parte mobilă formată din trei zone (2, 3 şi 4) centrală, prova şi pupa, cu care este asigurată modificarea lungimii, deplasarea părţii mobile fiind realizată cu ajutorul unor cilindri (5) hidraulici, dispuşi în interior, simetric în raport cu planul diametral al navei, mişcarea unor pistoane ale cilindrilor (5) hidraulici în direcţie longitudinală fiind realizată prin variaţia presiunii creată de o pompă dispusă într-un sistem de comandă sau într-un compartiment de maşini al navei, pe baza comenzii primite de la un sistem central de comandă.

Description

Invenția se refera la un apendice structural al navei, amplasat in extremitatea prova, numit bulb prova, situat sub nivelul liniei de plutire si care isi modifica geometria in funcție de condițiile de operare ale navei (viteza navei).

Stadiul cunoscut al tehnicii

In prezent se utilizează bulbul fix, cu geometrie fixa, amplasat la prova navei. Acești tip de bulb fix este utilizat in special la navele maritime, datorita faptului ca acest tip de nava este operata de cele mai multe ori la sau aproape de viteza maxima proprie. In cazul provei cu forma convenționala (la nava fara bulb prova), valul frontal se creeaza imediat in prova (fata) acesteia. Atunci când se amplaseaza un bulb sub nivelul apei, in fata etravei, apa este fortata sa urce deasupra bulbului, creandu-se astfel un asa-numit val fals. Daca talpa valului format de curgerea apei in jurul bulbului coincide cu creasta valului frontal, cele doua se anuleaza parțial, reducandu-se astfel siajul navei. Reducerea acțiunii celui de-al doilea sistem de valuri din prova va schimba distribuția de presiuni pe suprafața corpului navei, reducandu-se astfel rezistenta de val. Prin urmare, existenta bulbului prova reduce rezistenta totala a navei si implicit se reduce consumul de combustibil.

Dezavantajul soluțiilor din stadiul cunoscut este dat de faptul ca la navele care au regimuri de operare variabile, cum ar fi navele fluviale, nu se utilizează bulbul prova, datorita faptului ca acest tip de nave in cea mai mare parte a timpului de operare nu naviga la viteze aproximativ constante. Avand regimuri de operare diverse, eficienta prezentei unui bulb fix la acest tip de nave nu s-ar putea evidenția. In multe cazuri prezenta bulbului prova poate chiar sa duca la creșterea rezistentei (dezavantaj).

Avantajele invenției arata ca prin utilizarea bulbului adaptiv rezistenta navei ar scadea semnificativ si implicit consumul de combustibil s-ar reduce cu aproximativ 15-20% doar prin ajustarea geometriei bulbului. Soluția tehnica si studiile de laborator efectuate asupra bulbului prova pe un model de nava la scara s-au desfasurat in cadrul proiectului European FP7 ADAM4EVE (2013-2015), unde s-a demonstrat utilitatea si eficienta in stadiul cunoscut. Aplicabilitatea soluției tehnice pentru caracterul adaptiv al bulbului prova a fost demonstrata prin experimente in bazinul de încercări si prin studii numerice aplicate pe un caz de nava fluviala in timpul activitatilor proiectului FP7. Rezultatele au aratat faptul ca bulbul adaptiv reduce in mod evident rezistenta totala a navei si implicit consumul de combustibil comparativ cu nave fluviale convenționale (nave fara bulb prova). In urma testelor experimentale realizate, a fost trasat graficul de variație a rezistentei la înaintare determinata funcție de geometra bulbului si viteza de operare a navei, pe baza carora a fost determinat consumul de combustibil.

In figura 1 se prezintă graficul variației consumului de combustibil funcție de viteza, pentru nava (cazul de studiu) cu bulbul adaptiv in raport cu nava inițiala (fara bulb). Graficul a fost trasat pe baza rezultatelor obținute in experimentele efectuate in bazinul de carene. După cum se vede, la viteza de operare a navei (aproximativ 20km/h), diferența de consum atinge valoarea maxima, adica 11kg/h. Diferența calculata este: consumul navei fara bulb minus consumul navei cu bulb adaptiv. Se mai observa ca utilizarea defectuoasa a bulbului poate aduce dezavantaje (cazul operării navei la viteze sub 11km/h).

a 2016 00303

27/04/2016

Figura 1: Variația diferenței consumului de combustibil: la nava fara bulb si la nava cu bulb adaptiv

Scopul invenției este de a folosi ideea de bulb la navele fluviale, dar utilizând facilitatea de a se ajusta (adapta) geometria bulbului in funcție regimul de operare al navei (de fapt in funcție de viteza relativa nava-apa).

Exemplu de realizare

Bulbul adaptiv este compus din doua parti principale: o parte fixa, solidara cu prova navei, si una mobila, care are o mișcare relativa, in direcție longitudinala, in raport cu partea fixa. Astfel, modificarea geometriei bulbului se traduce prin variația lungimii bulbului datorita mișcării pârtii mobile. Deci, in timpul operării navei, bulbul va avea lungimea necesara corespunzătoare vitezei relative a navei. Lungimea bulbului va fi adaptata vitezei navei de către un sistem automat ce va permite deplasarea pârtii mobile cu ajutorul unui mecanism de acționare. Astfel, caracterul adaptiv al bulbului este realizat de către servo-sistemul de tip feed back.

Servo-sistemul hidraulic de acționare, este prezentat schematic in Figura 2. Viteza relativa nava-apa este receptata de către senzorul 2 si transmisa la partea de comanda a sistemului automat, 1. Sistemul 1 transmite comanda către pompele sistemului hidraulic, adica nivelul presiunii necesare astfel încât mecanismul de acționare cu cilindri hidraulici sa deplaseze partea mobila a bulbului atat cat este necesar pentru realizarea geometriei adaptata vitezei navei.

Componentele servo-sistemului si amplasarea lor pe nava sunt următoarele:

- Unitatea hidraulica de putere este amplasata in interiorul compartimentului de mașini al navei. Aceasta este o unitate modulara standard cu motor electric si pompa, bloc de control, filtru, întrerupător de nivel de ulei, tava de scurgere a uleiului, valve de control electrice, ulei hidraulic;

a 2016 00303

27/04/2016

- Cilindri hidraulici, amplasați in interiorul bulbului navei, sau in zona extremității prova a navei. Cilindrii hidraulici fac legătură dintre sistemul de control hidraulic si partea mobila a bulbului adaptiv. Cilindrii hidraulici pot fi folosiți fara probleme in zonele cu temperaturi ambientale extrem de mari sau de mici. Funcție de necesitați si condițiile de spațiu, numărul de cilindri poate fi:

- unul, dispus in planul diametral al navei;

- doi dispusi in plan orizontal, simetric in raport cu planul diametral (conform figurii 3), asigurând astfel si echilibrul sistemului de acționare;

- doi dispusi in plan vertical unul sus celalalt sub acesta, asigurând astfel si echilibrul sistemului de acționare in plan vertical;

- trei, unul in planul diametral, ceilalți doi amplasați simetric in raport cu planul diametral;

- trei, unul in planul diametral, ceilalți doi dispusi de o parte si de alta a primului, dar toti trei in planul diametral;

- Componente auxiliare: valve de control electric, țevi hidraulice de precizie, filtre, valve de verificare, valve de închidere, amplasate in interiorul compartimentului de mașini al navei;

- Componente auxiliare: cabluri flexibile, treceri etanșe, amplasate in interiorul bulbului sau in compartimentul din prova navei.

Cilindrii hidraulici se fixeaza rigid de partea fixa a bulbului, sau de structura de rezistenta a extremității prova a navei. Tija pistonului se fixeaza de un element de rigidizare a pârtii mobile.

Figura 2: Schema de principiu a servo-sistemului

In Figura se prezintă detaliile de construcție ale bulbului adaptiv (secțiune verticala in planul diametral si secțiune orizontala la nivelul celor doi cilindri). Părțile componente principale ale structurii, conform Figurii 3 sunt:

- partea fixa a bulbului adaptiv;

- zona centrala a pârtii mobile (elementele de structura ale zonei centrale) a bulbului adaptiv;

- zona prova a pârtii mobile (elementele de structura ale zonei prova) a bulbului adaptiv;

- zona pupa a pârtii mobile (elementele de structura ale zonei pupa) a bulbului adaptiv.

Bulbul adaptiv este o construcție confecționată din metal sau din alte materiale, compusa din doua parti: partea fixa (1), rigidizată de etrava navei si partea mobila (2, 3, 4), cu care se a 2016 00303

27/04/2016

asigura modificarea geometriei (lungimii) bulbului. Deplasarea pârtii mobile este realizata cu ajutorul cilindrilor hidraulici (5), amplasați in interiorul bulbului, simetric in raport cu planul diametral al navei. Mișcarea pistoanelor cilindrilor in direcție longitudinala este realizata prin variația presiunii creata de o pompa amplasata in sistemul de comanda sau in compartimentul de mașini al navei, pe baza comenzii primita de la sistemul central de comanda. Uleiul hidraulic se afla sub presiune in conductele de legătură intre pompa si cilindri.

i

I

I t

Figura 3: Configurația buhului adaptiv (1- partea fixa; 2- partea mobila (zona centrala);

3- partea mobila (zona prova); 4- partea mobila (zona pupa); 5- cilindri hidraulici)

Etansarea bulbului adaptiv in zona de contact dintre partea fixa si partea mobila este realizata de un inel intermediar, confecționat dintr-un material cu rezistenta mare la uzura, (dintr-un material metalic sau nemetalic, plastic special sau un material compozit special), a 2016 00303

27/04/2016 sau un alt sistem de etansare. Calculul de asieta a navei trebuie sa se faca astfel încât sa se ia in considerare eventual deteriorare a sistemului de etansare si pătrunderea apei in interiorul bulbului. In aceste condiții este prevăzut si un sistem de etansare a bulbului in raport cu compartimentul aflat in zona extremității prova a navei. Se pot crea trei compartimente etanșe in zona pârtii mobile a bulbului adaptiv, astfel încât sa se asigure echilibrarea zonei extremității prova a navei.

Claims (5)

1. Bulbul adaptiv prova pentru nave caracterizat prin aceea ca este compus din doua parti principale: o parte fixa, solidara cu prova navei, si una mobila, care are o mișcare relativa, in direcție longitudinala, in raport cu partea fixa. Conform Figurii 3, părțile componente principale ale structurii, sunt:

- partea fixa a bulbului adaptiv (1);

- zona centrala a pârtii mobile (elementele de structura ale zonei centrale) (2);

- zona prova a pârtii mobile (elementele de structura ale zonei prova) (3);

- zona pupa a pârtii mobile (elementele de structura ale zonei pupa) (4).

Forma, dimensiunea, materialele utilizate la confecționare si sistemul de acționare utilizat, generează formele si configurația bulbului.

Modificarea geometriei bulbului se traduce prin variația lungimii bulbului datorita mișcării pârtii mobile. Deci, in timpul operării navei, bulbul va avea lungimea necesara corespunzătoare vitezei relative a navei. Lungimea bulbului va fi adaptata vitezei navei de către un sistem automat ce va permite deplasarea pârtii mobile cu ajutorul unui mecanism de acționare. Caracterul adaptiv al bulbului este realizat de către servo-sistemul de tip feed back.

2. Bulbul adaptiv prova pentru nave, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea ca modul de acționare a pârtii mobile (hidraulic, pneumatic, mecanic, electric) este realizat de un servo-sistem, conform Figura 2. Viteza relativa nava-apa este receptata de către senzorul 2 si transmisa la partea de comanda a sistemului automat, 1, ce transmite comanda către un sistem hidraulic, pneumatic, mecanic, electric astfel incat sa deplaseze partea mobila a bulbului atat cat este necesar pentru realizarea geometriei adaptata vitezei navei; in cazul acționarii hidraulice cu cilindri de acționare, componentele servo-sistemului si amplasarea lor pe nava sunt:

- Unitatea de putere (hidraulica, mecanica, pneumatica, electrica) amplasata in interiorul compartimentului de mașini al navei sau in alt compartiment al navei,

- Sistemul de acționare (hidraulica, mecanica, pneumatica, electrica) amplasat in interiorul bulbului, in zona extremității prova a navei, ce face legătură intre unitatea de putere si partea mobila a bulbului adaptiv. Prinderea elementului fix al sistemului de acționare se realizează rigid de partea fixa a bulbului, de structura de rezistenta a extremității prova a navei iar prinderea elementului mobil de acționare se realizează de un element de rigidizare al pârtii mobile.

Fata de sistemul prezentat mai sus, acționare cu cilindri hidraulici sau alt sistem de acționare, in funcție de necesitați si condițiile de spațiu, numărul si dispunerea acestora poate fi:

- unul, dispus in planul diametral al navei;

a 2016 00303

27/04/2016

- doi dispusi in plan orizontal, simetric in raport cu planul diametral (conform figurii 3), asigurând astfel si echilibrul sistemului de acționare;

- doi dispusi in plan vertical, unul sus celalalt sub acesta, asigurând astfel si echilibrul sistemului de acționare in plan vertical;

- trei, unul in planul diametral, ceilalți doi amplasați simetric in raport cu planul diametral;

- trei, unul in planul diametral, ceilalți doi dispusi de o parte si de alta a primului, dar toti trei in planul diametral;

3. Bulbul adaptiv prova pentru nave, conform revendicărilor 1 si 2, caracterizat prin aceea ca etansarea bulbului adaptiv in zona de contact dintre partea fixa si partea mobila este realizata cu ajutorul unui sistem de etansare mecanic (inel confecționat dintr-un material rezistenta la uzura, burduf, orice alt sistem mecanic).

4. Bulbul adaptiv prova pentru nave, conform revendicărilor 1, 2 si 3, caracterizat prin aceea ca acționarea pârtii mobile poate fi mecanica, hidraulica, pneumatica, electrica, ce are configurația servo-sistemului prezentata in Figura 1. Viteza relativa nava-apa este receptata de către un senzor si transmisa la partea de comanda a sistemului automat. Sistemul automat transmite comanda către un sistem hidraulic, pneumatic, mecanic, electric astfel încât sa deplaseze partea mobila a bulbului atat cat este necesar pentru ca lungimea bulbului sa fie conform vitezei de deplasare a navei, pentru a asigura rezistenta la înaintare minima.

5. Bulbul adaptiv prova pentru nave, conform revendicărilor 1, 2, 3 si 4, caracterizat prin aceea ca structura de rezistenta poate avea configurația din Figura 3, si anume; o construcție confecționată din metal, din alte materiale, compusa din doua parii: partea fixa (1), rigidizată de etrava navei si partea mobila (2, 3, 4), cu care se asigura modificarea geometriei (lungimii) bulbului. Deplasarea pârtii mobile este realizata cu ajutorul unui sistem mecanic, hidraulic, pneumatic, electric (5), amplasat in interiorul bulbului sau in extremitatea prova a navei, dispus simetric in raport cu planul diametral al navei; mișcarea elementelor de acționare in direcție longitudinala este realizata pe baza comenzii primita de la sistemul central de comanda a bulbului.