INSTALATIA DE GUVERNARE

1. Generalitati

Pentru efectuarea navigatiei in conditii de siguranta, nava trebuie sa fie manevrabila si sa aiba o buna stabilitate de drum

MANEVRABILITATEA - este proprietatea navei in miscare de a efectua  schimbari rapide de directie cu ajutorul instalatiei de guvernare.

STABILITATEA DE DRUM - este proprietatea navei in miscare de a se mentine timp indelungat pe o anumita directie.

GUVERNAREA - este calitatea navei de a se deplasa pe o anumita traiectorie (dreapta, curba) impusa.

Guvernarea navei depinde de o serie de factori cum sunt:

mijloacele de guvernare folosite

formele geometrice ale carenei (zona pupa)

rapoartele intre dimensiunile principale (L_CWL / B si B / T)

numarul, pozitia si sensul de rotatie a propulsorului

conditiile hidro-meteorologice in care se naviga (apa, aer, vant, valuri)

Fiecare nava, cu exceptia barjelor purtate, trebuie sa aiba o instalatie de guvernare robusta si sigura, care sa asigure manevrabilitatea si stabilitatea de drum. Asemenea instalatii pot fi: carma cu profil hidrodinamic, instalatie cu ajutaje orientabile si alte instalatii aprobate de catre Registrul Naval Roman.

Instalatia principala de guvernare trebuie sa asigure manevra de trecere a carmei sau a ajutajului orientabil, complet imerse de la 35⁰ dintr-un bord la 35⁰ in celalalt bord, cu nava la pescaj maxim si la viteza maxima de serviciu.

In aceleasi conditii trebuie sa se asigure manevra de trecere a carmei sau a ajutajului orientabil, complet imerse, de la 35⁰ dintr-un bord la 35⁰ in celalalt bord intr-un timp care sa nu depaseasca 28 secunde. Instalatia auxiliara de guvernare trebuie sa asigure manevra de trecere a carmei sau a ajutajului orientabil, complet imerse de la 15⁰ intr-un bord la 15⁰ in celalalt bord intr-un timp care sa nu depaseasca 60 secunde cu nava la pescajul maxim si la viteza de mars maxima de serviciu sau la viteza de 7 Nd, in functie de valoarea care este mai mare.

La petroliere, nave pentru gaze lichefiate, navele pentru produse chimice si navele combinate care au un tonaj brut (TRB) de 10.000 si mai mult, precum si celelalte nave care au un TRB de 70.000 si mai mult, instalatia principala de guvernare trebuie sa cuprinda doua sau mai multe agregate de forta, identice. In cazul acestor nave, instalatia de guvernare va fi astfel conceputa incat, in cazul pierderii capacitatii de guvernare datorita unei defectiuni tehnice unice in oricare parte a uneia din instalatiile de forta ale instalatiei principale de guvernare, cu exceptia echei, sectorului sau altor organe care servesc aceluiasi scop, sau a zonei de prindere a actionarii carmei, capacitatea de guvernare sa poata fi restabilita in cel mult 45 secunde de la iesirea din functiune a uneia din instalatiile de forta.

Daca actionarile instalatiei principale si auxiliare de guvernare se afla intr-un compartiment situat in intregime sau partial mai jos de cea mai inalta linie de plutire de maxima incarcare, atunci trebuie sa se prevada o actionare de avarie amplasata deasupra puntilor peretilor etansi. Actionarea de avarie trebuie sa asigure manevra de trecere a carmei sau ajutajului orientabil, complet imerse, dintr-un bord in altul, la viteza de mars inainte de cel putin 4 noduri.

Langa fiecare post de comanda de la distanta a actionarilor instalatiei principale si auxiliare de guvernare, precum si in compartimentul carmei, trebuie sa existe indicatoare pentru pozitia carmei sau ajutajului orientabil.

Diferenta dintre pozitia indicata si cea reala nu trebuie sa fie mai mare de:

1⁰ - la pozitia carmei sau ajutajului orientabil in planul diametral sau intr-un plan paralel cu acesta

1,5⁰ - la pozitia carmei sau ajutajului orientabil la unghiuri de 0⁰-5⁰

2,5⁰ - la pozitia carmei sau ajutajului orientabil la unghiuri de 

5⁰-35⁰

Indicarea pozitiei carmei sau ajutajului orientabil trebuie sa fie independenta de postul de comanda a actionarii instalatiei de guvernare.

Partile componente ale instalatiei de guvernare

Instalatia de guvernare este compusa din:

carma

sistem de transmisie

servomotor

timona

Timona - este o roata din lemn sau din metal prevazuta cu cavile, cu ajutorul carora se manevreaza. La navele mari, prevazute cu pilot automat, pot fi inlocuite cu o maneta.

Sistemul de transmisie - la servomotor poate fi mecanic, hidraulic sau electric. Acesta face legatura dintre servomotor si comanda (timona).

Servomotoarele - sunt instalate la pupa navei, uneori in compartimentul masini sau separat. De obicei navele mari au doua servomotoare care pot lucra independent. Miscarea servomotorului se transmit la eche, care este asezata in acelasi plan cu carma sau perpendicular pe ea.

Trotele - la acest dispozitiv, trotele pleaca de la un tambur cate una din fiecare bord, pana la eche, unde se leaga la un inel. In drum catre tambur si eche, trotele sunt calauzite prin raiuri de metal. Lungimea trotelor fiind constanta pentru ca si tensiunea sa fie constanta, suma distantelor de la raiuri la capatul echei trebuie sa fie constanta, deci capul echei ar trebui sa descrie o elipsa. Aceasta conditie nu o poate indeplini dispozitivul decat in cazul cand s-ar consimtii la o inclinare exagerata a trotelor in raport cu echea, iar elipsa descrisa ar fi foarte turtita.

Lantul GALL - este asemanator cu trotele, dar miscarea servomotorului se transmite unui lant GALL care misca caruciorul mobil.

Tije - miscarea servomotorului se transmite prin 2 tije cu capetele fixate la eche. Celelalte capete sunt legate printr-o traversa paralela cu echea, care primeste miscarea servomotorului.

Sistemul HARDFIELD - este asemanator cu cel precedent, dar miscarea servomotorului se transmite printr-un surub fara sfarsit unei roti dintate pe al carui ax se gaseste o alta roata dintata excentrica, care se angreneaza cu un sector de raza variabila (dintat). Raza rotii excentrice si a sectorului sistemului este calculata astfel ca bratul de parghie care actioneaza echea sa coincida cu unghiul de carma.

Axiometrele - aparate asezate in timonerie si care indica unghiul de carma si corespunde cu indicatorul din camera carmei.

Carma - piesa de baza a instalatiei de guvernare, dispusa la pupa si cu ajutorul careia se realizeaza efectiv mentinerea sau schimbarea directiei de deplasare a navei.

Mijloace de guvernare

a)     Principale: sunt obligatorii pentru toate tipurile de nave

Instalatii principale de carma:

Propulsor   Carma

- carme clasice sau active amplasate inapoia sau (uneori) in fata propulsoarelor navei (aceste instalatii sunt eficiente numai pe timpul miscarii navei cu viteze suficient de mari).

Instalatii principale cu carma-propulsor (de propulsie orientabila):

b)     Auxiliare: actiunea lor este independenta de functionarea propulsoarelor propriu-zise; sunt utilizate la nave cu viteze mici sau nule.

Instalatii auxiliare din carme active - de regula aceste instalatii sunt cu elice in duza; sunt actionate electric sau electro-hidraulic.

Instalatii auxiliare de carma-propulsor:

- tunele hidrodinamice transversale (aici se produc jeturi de apa prin functionarea unor elice cu pale (fixe sau orientabile), pompe cu paleti, pompe centrifuge;

- coloane rotitoare cu elice

- propulsoare cu aripioare (VOITH - SCHNEIDER)

Observatie: Instalatiile principale si auxiliare de carma-propulsor impreuna cu instalatiile auxiliare din carmele active, sunt denumite MIJLOACE DE GUVERNARE ACTIVA.

Carma

Definitie Apendicele amplasat in jetul de apa al propulsorului sau in siajul carenei, avand forma de aripa profilata sau neprofilata hidro-dinamic, cu posibilitati de rotire in jurul unei axe verticale si care asigura guvernarea navei se numeste CARMA.

Partile componente ale carmei sunt: pana sau safranul carmei si axul carmei.

Pana - este construita dintr-un cadru metalic imbracat pe ambele parti cu tabla (partea din apa se numeste safran) si creeaza forta hidrodinamica portanta.

Axul carmei - organul de rotire al penei carmei si de transmitere a fortei hidrodinamice portante asupra navei. Intra in corpul navei printr-un orificiu (prevazut cu sistem de etansare) numit etambreu si se continua in compartimentul carmei unde este fixat cu doua tije ce sunt actionate de servomotoare.

Clasificarea carmelor

I.             Dupa modul de asamblare a penei carmei:

Carme simple

Ax carma

Sunt sustinute de corpul navei

atat la partea superioara cat si

la partea inferioara.

	Pana carmei (safran)

Carme semisuspendate si semicompensate - se utilizeaza numai la navele maritime

		Pana carmei

Carme suspendate - sunt sustinute numai de ax (specific ambarcatiunilor de sport si de agrement si a navelor pe aripi portante)

II.           Dupa pozitia axului fata de muchia de atac a penei

Carme necompensate - au axul amplasat in imediata apropiere a muchiei de atac

Carme compensate - axul amplasat la 0,25 - 0,33 din lungimea penei

Carme semicompensate

III.          Dupa forma geometrica a sectiunii longitudinal - verticale se deosebesc

• Carme de forma dreptunghiulara:

					ax

• Carme de forma trapezoidala: 

	pana

• Carme de alte forme geometrice

Ax carma

IV. Dupa forma geometrica a sectiunii longitudinal - orizontale a penei se deosebesc:

• Carme plate:

• Carme cu profil hidrodinamic:

NACA

Pana carma

NEJ

TAGHI

GO

In urma cercetarilor teoretice - experimentale au aparut:

• carme profilate cu parte fixa si parte mobila

Partea fixa este folosita ca punct terminus pentru arborii port-elice.

• sistem de mai multe carme actionate:

simultan (duble, triple) - la remorchere, impingatoare de puteri mici;

• Carma cu volet ( se obtine un unghi maxim de bandare de 80⁰)

cu volet extins

cu doi voleti

Axul carmei de acest tip (cu voleti) este format din doi arbori concentrici actionati independent:

arborele interior este solidar cu pana carmei propriu-zise;

arborele exterior este pus in legatura cu voletul printr-un mecanism cu culisa (manivela, culisa, bara);

Mijloace de guvernare activa

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

Mijloacele de guvernare activa cuprind:

• instalatiile principale de carma-propulsor (de propulsie orientabila):

elice in duze orientabile (actionate simultan sau independent)

coloanele rotitoare cu elice

propulsoarele cu aripioare

• instalatiile auxiliare de carma-propulsor:

tunele hidrodinamice transversale

coloanele rotitoare cu elice

coloanele telescopice cu elice

propulsoarele cu aripioare

• instalatiile de carme active

Instalatiile principale de carma-propulsor cu elice in duze orientabile independente

Asigura o buna manevrabilitate a navei - au o larga raspandire la navele de transport fluviale si la remorcherele propulsate prin elice cu pale orientabile.

Duzele orientabile independente se prevad la navele care au cel putin doua linii de axe si sunt actionate de mecanisme separate.

P.D. αTd αBd FTd FBd Fy

Orientarea independenta a duzei si a palelor elicei permite modificarea in limite foarte largi a directiei, sensului si a marimii vectorului FORTA DE IMPINGERE dezvoltata de fiecare instalatie principala de carma-propulsor. Aceasta solutie are implicatii asupra inaintarii si rotirii navei in plan orizontal.

P.D. Fy αTb FTb FBd αBd

P.D. αTd FTd αBd FBd F

• In primele 2 cazuri │F_Td│= │F_Bd│, nava se misca pe loc.

• In cazul al 3-lea vectorii forte de impingere dezvoltate de instalatiile principale de carma propulsor sunt de directii, sensuri si marimi diferite. Din compunerea lor rezulta F care determina deplasarea longitudinala dar si rotirea navei.

Instalatii auxiliare de carma-propulsor cu tunele hidrodinamice transversale

Aceste instalatii sunt constructii complexe ce se recomanda a fi amplasate in cazuri speciale la nave de stins incendiu, pasagere, remorchere.

In principiu aceste instalatii presupun existenta in CARENA navei a unor canale transversale spre extremitatile prova si pupa, deschise in borduri prin care se pun in miscare JETURI de apa sub presiune. Fortele de impingere dezvoltate de aceste jeturi de apa sunt de regula perpendiculare pe planul diametral.

La forte egale si de sens contrar giratia se face pe loc.

Tipuri de instalatii auxiliare de carma-propulsor cu tunel:

- cu elice cu pale orientabile

- cu elice cu pale fixe

Varianta 1

Varianta 2

- cu propulsor cu aripioare

6. Instalatii auxiliare de carma-propulsor cu coloane rotitoare si telescopice cu elice

Se utilizeaza la navele de viteza mica si carora li se impun conditii de manevrabilitate deosebita (macarale plutitoare, bacuri, remorchere de port, nave de stins incendii, pasagere).

Ele pot functiona ca propulsoare principale sau auxiliare.

Avantaje:

instalatiile cu coloane rotitoare au o eficienta sporita (elicea se roteste la orice unghi in plan orizontal) fata de instalatiile cu elice in duze orientabile

Dezavantaje:

constructie complexa si pret de cost ridicat

slaba protectie la actiuni mecanice

rezistenta redusa la coroziune

sporirea rezistentei la inaintare a navei

Prin crearea instalatiilor cu carma-propulsor cu coloane TELESCOPICE cu elice, unele dezavantaje mentionate mai inainte au fost eliminate, cum ar fi rezistenta la inaintare.

Pe timpul navigatiei in mare deschisa, elicea este retrasa intr-o nisa in corpul navei.

Instalatii de carme active

Instalatiile cu carme active se folosesc din 1960.

Antrenarea elicei se face cu un motor electric (sau hidraulic) amplasat in pana carmei care, din acest motiv, are profilul hidrodinamic modificat.

De regula, elicea carmei se roteste in sens invers propulsorului.

Pe timpul manevrei in acvatoriile limitate (cu viteze mici sau chiar nule), giratia navei este realizata prin impingerea carmei active.

Unghiul de banda al carmei este si de 90⁰.

Dezavantaje:

pe timpul marsului elicea carmei lucreaza in regim de turbina (creste rezistenta la inaintare a navei, uzura prematura a acestei elice).

Transmisiile de la servomotor la axul carmei

I.             Trote

II.           Lantul Gall - asemanator cu primul caz, miscarea se transmite printr-un lant la caruciorul mobil.

III.          Tije

IV.       Sistemul Hardfield - asemanator cu cazul tije, cu diferenta ca miscarea de la servomotor se transmite printr-un surub fara sfarsit unei roti dintate pe al carui ax se gaseste o alta roata dintata excentrica.

V. Sistemul surub fara sfarsit