Tin hydraulique

Attinage positionnable.

L'article exposé présente un système d'attinage permettant de recevoir des navires avec des profils de varangue différent sans préparation particulière du chantier.

Fonctionnement.

Equilibre et frottement.

Les Tins servent à supporter le poids des navires lors de leur échouage dans les cales de réparations ou bassins de radoub. Afin d'effectuer les réparations situées sous la ligne de flottaison ou de refaire leur carène.

Lorsque la calle est asséchée le navire repose principalement sur la ligne de Tins axiale. Les latéraux servent à maintienir l'équilibre du navire.

Anciennement tout les Tins de calage étaient fixes.

Entre chaque échouage on procédait à la vidange du bassin pour adaptait la hauteur de chaque Tins latéraux en fonction du profil de la coque du navire à recevoir. Cela imposait l'adjonction ou le retrait de plateaux de bois sur chaque tin un travail long et fastidieux. De plus un gaspillage énergétique était considérable.

Il est donc plus judicieux que le système d'attinage puisse s'adapter automatiquement au profil de la coque.

La difficulté était de trouver un système rustique, sans dispositif mécanique pouvant supporter des charges importantes sans destruction, afin de garantir l'équilibre du navire en toutes circonstances. Le système choisi représenté ci-contre fut retenu. Composait d'une tête mobile mue au moyen d'un vérin hydraulique. Elle se déplace sur un châssis en forme de plan incliné. Elle s'immobile lorsqu'elle atteint la coque du navire, le dispositif reste équilibré par les forces de frottements de contact entre, tête mobile sur coque et les glissière du plan incliné. Il faut préciser que le vérin sert uniquement au déplacement de la tête mobile, il est donc dimensionné pour exercer une force de poussée donnée par la pente et les frottements de glissement des glissières.

épure

  • F = P x sinA
  • F = P x cosA x TgA
  • F = N x tgA              Ff = N x tgB
  • Pour qu'il y ai équilibre il faut que F = Ff donc N x tgA = N x TgB ou A = B.
  • L'angle de frottement de à 22° des glissières fut déterminé empiriquement après mise en oeuvre d'un prototype. Qui détermine un coefficient de frottement acier/acier d'environ 0,4 il est plus pénalisant que le frottement théorique.

Note de calcul: dimentionnement du système hydraulique

Les essais réalisés pour contrôler l'équilibre du système ne sont pas exposés dans l'article. Les coefficients de frottement appliqués pour le dimensionnement du système hydraulique sont totalement différent de ceux pris pour le calcul de l'équilibre du système complet.

Poids de la tête équipée: 830Kg

  1. Force de poussée du vérin (montée de la tête)
  2. F = P x sin A                  F =  800 x sin24 = 325 daN
  3. Ff = P x sinA x tgB          Ff = 800 x cos24 x tg22 = 295daN
  4. FM = F + Ff                    FM= 325 + 295 = 620 daN
  5. FD = F - Ff                     FD= 325 - 295 = 30 daN

Le chantier d'attinage est composé de 48 Tins. Ils sont manœuvrable par groupe de 12 disposé selon un plan bien précis en fonction des profils de coque des navires à échoué. Le temps de manœuvre pour une course totale des vérin doit resté inférieur à 2 minutes. Ce qui est raisonnable par rapport au temps moyen de pompage pour échouer les navires accueillis dans les bassins de radoub. Une distance de 70 mètre sépare le premier Tin de la centrale hydraulique et 100 mètre pour le plus éloigné.

  1. Vérins choisi Ø50 x Ø32 Course 1000mm
  2. Section piston        π x D² / 4           Sp = 5² x π / 4 = 19.63 cm²
  3. Section tige           π x d² / 4           St = 3.2² x π / 4 = 8.04 cm²
  4. Section annulaire   π x (D²-d²) / 4     SA= (5²-3.2²) x π / 4 = 11.59 cm²
  5. rapport des sections actives SP / SA  C= 19.63 / 11.59 = 1.7

Pression de montée (sortie vérin)

Pm = F / (SP x ηméca)                      Pm= 620 / (19.63 x .9) = 35 bar

vérin de manoeuvre


Note de calcul:

  1. moment d'inertie        I =  D4 x  π / 64     32 x   π / 64 = 51472 mm²
  2. charge de flambage FC =   π² x E x I / Lf²  FC  = π² x 21000 x 51472 / 1300² = 6312 daN
  3. Force de travail   FC : Coef de sécurité(3.5)   FT = 6312 / 3.5 = 1800 daNcorrect si le coefficient d'élancement > 105
  4. E = L x 4 / d     E = 1100 x 4 / 32 = 137,5 > 105 OK

Pression maximum de réglage du limiteur de pression:

  • Pmax = FT / (Sp x ηméca)       Pmax = 1800 / (19.63 x 0.9) = 100 bar

Calcul du débit de pompe: Le schéma choisi permet d'alimenter en huile chaque groupe de Tins afin d'avoir un circuit indépendant pour chaque chantier et de pouvoir commuter les circuits en cas de problème sur un circuit.le calcul du débit est donné par la formule pratique suivante:

  • Ql/mn = Scm² x 6 Vm/s    Q = 19.63 x 12 x 6 x (1/120) = 11.8l/mn

Calcul des pertes de charge en ligne:

Il est rappelé que les pertes de charge en ligne sont liées au régime d'écoulement dans les canalisations ,régime LAMINAIRE ou TURBULENT:

En l'absence d'accident géométrique important, avec une viscosité du fluide importante et vitesse d'écoulement assez faible le régime d'écoulement est laminaire. Les particules du fluide se déplacent parallèlement aux parois de la canalisation.

Si la vitesse augmente ou si la viscosité diminue ou si encore des modifications géométriques importantes perturbent l'écoulement le régime d'écoulement devient turbulent. Les particules du fluides n'ont plus un déplacement parallèle aux parois des canalisations mais d'une manière erratique. Des tourbillons et des turbulences apparaissent.

Le régime d'écoulement d'un fluide est déterminé au moyen du nombre de REYNOLDS

  • Re = V cm/s x Lcm / υstocke

Le nombre de REYNOLDS est une quantité sans dimension. On admet généralement que lorsque Re est inférieur à 1200, le régime est laminaire. Si Re est supérieur 2300 le régime est turbulent. Si Re est compris entre 1200 et 2300 le régime d'écoulement est incertain. en général on considère qu'il est turbulent. Pour simplifier si Re < 1200 le régime d'écoulement est laminaire et si Re > 1200 le régime d'écoulement est turbulent.

Le nombre de Reynolds permet de déterminer le coefficient de perte de charge unitaire λ

  1. en régime laminaire  λ = 64 / Re
  2. en régime turbulent   λ= 0,316 x Re^-¼
  3. Section de la canalisation:         Scm² = π x D²cm / 4
  4. Vitesse d'écoulement du fluide: Vm/s = Ql/mn /( Scm² x 6)

La perte de charge ∆P pour une canalisation de longueur L, de diamètre D de section S est donnée par:

  • ∆Pbar = λ x Lcm/Dcm x ½ ρkg/m3 x m/s x 10^-5
  • ou pour un régime laminaire ∆P = 0,058 x Q x L x υ /D^4
  • et pour un régime turbulent ∆P = 0,024 x ρ x υ^¼ x Q^7/4 x L / D^19/4

L'huile choisie est de la Shell Tellus 22T sa variation de la viscosité en fonction de la température est faible 2St à -10° et 15cSt à 60°. Sachant que l'eau de mer n'atteindra que rarement les 10° et que la température extérieure ne chute que très rarement sous les -10° on peu envisager qu'une viscosité de 2St est correcte pour réaliser les calculs de perte de charge en ligne. Les canalisations inox 316L ou Z2CND17 Ø18mm épaisseur 1,5mm.

  • Re = V cm/s x Lcm / υstoke   à -10°  Re = 113 x 1,5 / 2 = 85 régime laminaire
  • à 60°  Re = 113 x 1,5 / 0,15 = 1130 régime laminaire ∆P =0,058 x Q x L x υ /D^4

schéma1

∆PA= 0,058 x Q x L x υ /D^4   ∆PA= 0,058 x 12 x 110 x 2 / 1,5^4 =30bar

∆PR= ∆PA / (SP/SA)                 ∆PR= 30 / (19,63/11,59) = 18bar

Ppompe= PM + ∆PA + ∆PR/(SP/SA)   Ppompe= 35 + 30 + (18/1,7)=76bar

PG aux bornes du limiteur de débit lors de la rentrée du vérin (descente) en hiver: FD=30daN (négligeable pas pris en compte dans les calculs)

schéma2

∆PA= 0,058 x Q x L x υ /D^4    ∆PA= 0,058 x 7 x 110 x 2 / 1,5^4 =18bar

∆PR= ∆PA x (SP/SA)                  ∆PR= 18 x 1,7 =30bar

On constate que la vitesse de rentrée (descente) va varier en fonction de la ∆P aux bornes du limiteur de débit, donc des pertes de charge en ligne qui sont directement liées à la viscosité de l'huile dans notre cas.

∆PG = Plp - ∆PA x (SA/SP) - ∆PR     ∆PG= (120 - 18) / 1,7 - 30 =30bar

Vitesse de rentrée du vérin (descente de la tète) en été à 35°: υ=35cSt

schéma3

on connait:  Plp = (∆PG + ∆PR) x SP/SA + ∆PA.

QR = QA x (SP/SA).

On connait ∆PA et ∆PR en fonction de QA on pose (0,058 x L x υ/ D^4) = α   

∆PA= α x QA  et  ∆PR= α x QA x (SP/SA).

On connait ∆PG en fonction de QA (Q = S x √∆P) donc QA x (SP/SA) = SG x √∆PG et  ∆PG= QA²/SG² x SP²/SA²

Plp= ∆PG x (SP/SA) + ∆PR x (SP/SA) + ∆PA

Plp= QA² x SP^3/SG² x SA^3 + QA x α x (SP²/SA²) + α + QA x α

SA^3/SG² x SA^3 x QA² + α(1+(SP²/SA²) QA - Plp = 0

de la forme ax² + bx + c = 0

a = SP^3/(SG²xSA^3), b = α(1+(SP²/SA²), c = Plp     a = 0,92,  b= 1,31,  c=120b

-b ± √(b²-4ac) / 2a       -1,31 ±√1,31-4 x 0,92 x 120 / 1,85

QA= 10,65l/mn et QR= QA x (SP/SA)

QR= 18l/mn

  • en été la vitesse de descente du vérin sera 1,5 fois plus importante.

vérin 

 

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