Расчет ходкости судна и подбор пропульсивного комплекса

СОДЕРЖАНИЕ: Курсовой проект Тема: «Расчет ходкости судна и подбор пропульсивного комплекса» Задание на курсовое проектирование Выполнить: 1) Расчет буксировочного сопротивления и буксировочной мощности методом Холтропа;

Курсовой проект

Тема: «Расчет ходкости судна и подбор пропульсивного комплекса»

Задание на курсовое проектирование

Выполнить:

1) Расчет буксировочного сопротивления и буксировочной мощности методом Холтропа;

2) Расчет буксировочного сопротивления и буксировочной мощности с использованием данных испытаний систематических серий моделей судов;

3) Подбор элементов гребного винта для скорости хода 13 - 15 узлов при заданном диаметре по теоретическому чертежу;

4) Подбор главной энергетической установки - дизеля по каталогам фирм – производителей;

5) Уточнение характеристик гребного винта при работе с выбранным двигателем и определение достижимой скорости хода;

6) Построение чертежа гребного винта.

7) Построение паспортной диаграммы.

1. Расчет сопротивления воды движению судна по HOLTROP (голландский опытовый бассейн)

1.1 Данные для расчета сопротивления воды движению судна по HOLTROP (голландский опытовый бассейн)

Этот способ основан на обработке результатов испытаний почти двухсот различных моделей и натуральных судов. Метод может применяться для расчета сопротивления самых разнообразных типов судов с широким изменением параметров формы, таких, например, как танкеры, контейнеровозы, рыболовные суда и т. д., включая суда с предельно большой полнотой обводов и необычным соотношением главных размерений.

Для расчета данным способом надо использовать следующие данные:

Главные характеристикм судна-проекта:

Lpp - длина между перпендикулярами 110 м;

Lwl - длина по КВЛ 114,58 м;

B - ширина наибольшая 18,33 м;

Tap - осадка в корме 7,05 м;

Tfp - осадка в носу 7,05 м;

V - объемное водоизмещение 8558,4 м³ ;

lcb – абсцисса центра величины в % от (Lwl/2) -0,06 %;

cm – коэффициент полноты мидель-шпангоута 0,966;

cwp – коэффициент полноты ватерлинии 0,728;

v - расчетная скорость 15,0 узлов;

Значения Lpp, Lwl, B, Tap, Tfp, V, cm, cwp берем из своего варианта;

lcb = ( Lwl/2 – (Lwl/2 + Xc))/ Lwl x 100%.

Дополнительные данные:

Abt – площадь сечения носового бульба на шп. 0 0,00 м² ;

hb – возвышение ЦТ площади сечения бульба 0,00 м;

S – площадь смоченной поверхности 2619,9 м² ;

At – площадь смоченной поверхности транца 0,00 м² ;

d – диаметр туннеля подруливающего устройства 0,00 м;

Cbto – к-т сопр-я подруливающего устройства (0,003-0,012) 0,003;

ie –1/2 угла входа КВЛ 18;

cstern – форма кормы (V-шп = -10; норм. = 0; U-шп. = +10) 0;

Awind – площадь парусности 445,50 м² ;

CXwind – коэффициент сопротивления воздуха (0,8-1) 0,80;

Vwind – скорость ветра (нормально 2,5 м/с) 2,5 м/с.

Данных Abt, hb, d для данного проекта нет;

S – берется из предыдущей курсовой работы;

ie –данные снимаются с теоретического чертежа, при его отсутствии эту величину приближенно можно вычислить по формуле

ie = 1 + 89 exp [-(L/B)^0,80856 x (1-)^0,30484 x (1--0,0225 x lcb)^0,6367 x (L_R /B)^0,34574 x (100 V/L³ )^0,16302 ];

L_R = L x (1- + 0,006 x lcb/(4-1));

= V L – коэффициент продольной полноты;

cstern – данные снимаются с теоретического чертежа;

Awind – берется из предыдущей курсовой работы или приближенно вычисляется по формуле Awind = B² ;

Смоченная поверхность выступающих частей:

Arud1 – руль за рудерпостом 0,00 м2;

Arud2 – балансирный руль 10,26 м2;

Arud3 – полубалансирный руль 0,00 м2;

Awb – кронштейн гребного вала 0,00 м² ;

Arh – пятка руля 0,00 м² ;

Awt – свободный гребной вал вне корпуса 0,00 м² ;

Awh – обтекатель гребного вала 2,14 м² ;

Aw – гребной вал 0,00 м² ;

Af – гидродинамический успокоитель качки 0,00 м² ;

Adome – домы 0,00 м² ;

Askiel – скуловые кили 0,00 м² .

Тип и расположение привода выбираем по правилам российского морского регистра судоходства.

Площадь руля F назначают, пользуясь зависимомтью:

F = L T / A

A – коэффициент, который выбирается в зависимости от типа судна в следующих пределах: 40-70 для грузовых транспортных судов.

= h / b_cp = h² / F – относительное удлинение руля;

Arh, Awh – данные снимаются с теоретического чертежа.

Константы:

g – ускорение свободного падения 9,81 м/c² ;

rho – плотность воды 1025 кг/м³ ;

nue – коэффициент кинематической вязкости воды 1,188x10-6 м² /c;

rho2 – плотность воздуха 1,225 кг/м³ .

Полное сопротивление судна

R_T = C_T ( V² / 2) = C_T Fr² ( g L )/ 2;

– смоченная поверхность судна.

Буксировочная мощность:

P_E = R_T V.

Коэффициент полного сопротивления:

C_T = C_V + C_W + C_TR + C_A

Коэффициент вязкостного сопротивления:

C_V = C_F ₀ (I + K)

C_F ₀ = 0,075 / (lg R - 2)² - коэффициент сопротивления трения эквивалентной пластины.

Параметр формы (I + K) определяется по формуле:

(I + K) = C₁₃ [0,93 + C₁₂ (B / L_R )^0,92497 x (0,95 – + 0,0225 lcb)^0,6906 ];

C₁₃ – коэффициент, учитывающий влияние формы кормовой оконечности на вязкостную составляющую сопротивления.

C₁₃ = 1 + 0,003 C_кормы

Значение коэффициента C_кормы

Тип кормовой оконечности	Cкормы
С V-образными шпангоутами	-10
С обычными обводами	0
С U-образными шпангоутами и бульбом	10

Коэффициент C₁₂ определяется по формуле:

C₁₂ = (T / L)^0,2228446 , если T / L 0,05;

C₁₂ = 48,20 (T / L – 0,02)^2,078 + 0,479948, если 0,02 T / L 0,05;

C₁₂ = 0,479948, если T / L 0,02.

Коэффициент волнового сопротивления:

C_W = A Fr^-2 exp[m_l Fr^-0,9 + C₁₅ ² exp(-0,1 Fr^-2 ) cos ( Fr^-2 )];

A = 2 C₁ C₂ C₃ B T / ;

C₁ = 2223105 C₇ ^3,78613 (T / B)^1,07961 (90 - i_K )^-1,37565 ;

C₇ = 0,229577 (B / L)^0,33333 , если B / L 0,11;

C₇ = B / L, если 0,11 B / L 0,25;

C₇ = 0,5 - 0,0625 (L / B), если B / L 0,25;

C₂ – коэффициент, учитывающий влияние носового бульба на волновое сопротивление:

C₂ = exp (-1,89 C₃ );

C₃ = 0,56 A_BT ^1,5 / [B T (0,31 ( A_BT + T_F - h_B ))];

A_BT – площадь поперечного сечения бульба на носовом перпендикуляре;

h_B – отстояние ЦТ этого сечения от линии киля;

T_F - осадка на носовом перпендикуляре;

C₅ – коэффициент, учитывающий влияние транцевой кормы на волновое сопротивление:

C₅ = 1 – 0,8 A_T / ( B T );

A_T – площадь поперечного сечения погруженной части транца при нулевой скорости;

m₁ = 0,0140407 ( L / T) – 1,75254 (V^1/3 / L) – 4,79323 (B / L) – C₁₆ ;

C₁₆ = 8,07981 – 13,8673 ² + 6,984388 ³ , если 0,80;

C₁₆ = 1,73014 – 0,7067 , если 0,80;

C₁₅ = -1,69385, если L³ / V 512;

C₁₅ = 0, если L³ / V 1727¹⁵ ;

C₁₅ = -1,69385 + (L / V^1/3 -8,0) / 2,36, если 512 L³ / V 1727¹⁵ ;

– коэффициент, характеризующий волнообразующую длину L:

= 1,446 – 0,03 (L/B), если L / B 12;

= 1,446 – 0,36, если L / B 12.

Коэффициент сопротивления транцевой кормы:

C_TR = 0,2 (1-0,2 Fr_T ) A_T / , если Fr_T 5;

Fr_T = Fr (L B (1 + ) / 2A);

C_TR = 0, если Fr_T 5;

Расчет сопротивления трения:

Rf = V² C_F ₀ (1 + K1) / 2000 (кН);

Расчет сопротивления воздуха:

Rwind = A / 2 (V + Vwind)² Cxwind Awind / 1000 (кН);

A = 1,226 кг/м³ – плотность воздуха.

Расчет сопротивления модели:

Ra = ( / 2) V² C / 1000 (кН);

C = 0,006 (L_KWL + 100)-0,16 – 0,00205 + 0,003 ( L_KWL / 7,5) ⁴ C₂ (0,04 – C₄ );

C₄ = 0,04, если Tfp/L_KWL 0,04;

C₄ = Tfp/L_KWL , если Tfp/L_KWL 0,04.

Расчет сопротивления транца:

Rtr = ( / 2) V² C_TR / 1000 (кН);

Расчет сопротивления выступающих частей:

Rapp = (( / 2) V² Sapp (1 + k2)eq C_F ₀ ) + V² 3,14 d² Cbto)/ 1000 (кН);

Sapp – сумма смоченных поверхностей выступающих частей;

(1 + k2)eq = C₁ / Sapp, если Sapp 0;

(1 + k2)eq = 0, если Sapp = 0.

Расчет волнового сопротивления:

R_W = C₁ C₂ C₃ V g exp [m₁ Fr^-0,9 + C₁₅ ² exp(-0,1 Fr^-2 ) cos ( Fr^-2 )] (кН)

Расчет сопротивления носового бульба:

Rb = 0,11 exp (-3 P B^-2 ) Fni³ A_bt ^1,5 g / (1 + Fni² ) / 1000 (кН);

PB = 0,56 A_bt / T_fp – 1,5 hb;

Fni = V / (g (T_fp – 1,5 hb – 0,25 A_bt )) + 0,15 V²

Расчет суммарного сопротивления:

R = Rf + Rapp + Rw + Rb + Rtr + Ra + Rwind

Расчет произведен с использованием программы Microsoft Excel, результаты представлены ниже в табличной форме.

РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ВОДЫ ДВИЖЕНИЯ СУДНА ПО HOLTROP (ГОЛЛАНДСКИЙ ОПЫТОВЫЙ БАССЕЙН)

Судно: Сухогруз.

*ВВОД ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ РАСЧЕТА:*
	главные характеристики судна-проекта
Lpp - длина между перпендикулярами .					110,00	m
Lwl - длина по KWL			114,58	m
B - ширина на миделе			18,33	m
Tap - осадка в корме			7,05	m
Tfp - осадка в носу			7,05	m
V - объемное водоизмещение				8558,40	m**3
lcb - абциcса центра величины в % от (Lwl/2)					-0,07	%
cm - к-т полноты мидельшпангоута				0,966
cwp - к-т полноты ватерлинии				0,728
v - расчетная скорость			15,00	узлов
	дополнительные данные
Abt - пл. сечения носового бульба на шп. 0					0,00	m**2
hb - возвышение ЦТ площади сечения бульба					0,00	m
S - смоченная поверхность (			2528,55	m**2)	2620	m**2
At - смоченная поверхность транца				0,00	m**2
d - диаметр туннеля подруливающего устройства ....					0,00	m
Cbto - к-т сопр. подр. устройства (0,003 - 0,012)					0,003
ie - 1/2 угла входа KWL (			12,139	°)	18,00	°
cstern - форма кормы (V-шп=-10;норм=0;U-шп=+10)					0,0
Awind - площадь парусности (			335,99	m**2)	445,50	m**2
CXwind - к-т сопротивления воздуха (0.8 - 1)					0,80
Vwind - скорость ветра (нормально=2.5 m/s)					2,50	m/с
смоченная поверхность выступаюших частей
Arud1 - руль за рудерпостом				0,00	m**2
Arud2 - балансирный руль			10,26	m**2
Arud3 - полубалансирный руль				0,00	m**2
Awb - кронштейн гребного вала				0,00	m**2
Arh - пятка руля		0,00	m**2
Awt - свободный гребный вал вне корпуса					0,00	m**2
Awh - обтекатель гребного вала				0,00	m**2
Aw - вал		0,00	m**2
Af - гидродин. успокоители качки				0,00	m**2
Adome - домы		0,00	m**2
Askiel - скуловые кили			12,00	m**2
	константы
g - ускорение свободного падения				9,81	m/с**2
rho - плотность воды			1025,9	кг/m**3
nue - к-т кинематической вязкости воды					1,19E-06	m**2/с
rho2 - плотность воздуха			1,225	кг/m**3

*РАСЧЕТ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ВЕЛИЧИН*
*(на печать не выводятся)*
**********************************************************************
Tm .......	7,05	1.5*Arud1 ..........		0,00
Cb .......	0,578	1.4*Arud2 ..........		14,36
Cp .......	0,5983	2.8*Arud3 ..........		0,00
Lr .......	45,809	3*Awb ..............		0,00
C12 ......	0,5448	1.75*Arh ...........		0,00
C13 ......	1,000	3*Awt ..............		0,00
1+k1 .....	1,145	2*Awh ..............		0,00
Sapp .....	22,26	3*Aw ...............		0,00
(1+k2)eq .	1,40	2.8*Af .............		0,00
B/L ......	0,1600	2.7*Adome ..........		0,00
C7 .......	0,1600	1.4*Askiel .........		16,80
C1 .......	2,140	Asumme .............		31,16
C3 .......	0,00000
C2 .......	1,0000
C5 .......	1,0000	C16 ......	1,3660	m1 ......	-2,2174
L/B ......	6,251	L**3/V ..	176	C15 .....	-1,69385
PB .......	0,0000	Lambda ..	0,6777	d .......	-0,9
CA .......	0,000492	Tfp/L ...	0,062	C4 ......	0,040
v (kn)	v (m/s)	Rn	CF	Rf (kN)	Rapp (kN)	Fn
8,00	4,11	3,97E+08	0,001723	44,81	0,47	0,123
9,00	4,63	4,46E+08	0,001696	55,84	0,58	0,138
10,00	5,14	4,96E+08	0,001673	68,00	0,71	0,153
11,00	5,65	5,45E+08	0,001653	81,27	0,84	0,169
12,00	6,17	5,95E+08	0,001634	95,64	0,99	0,184
13,00	6,68	6,44E+08	0,001618	111,11	1,15	0,199
14,00	7,20	6,94E+08	0,001602	127,65	1,33	0,215
15,00	7,71	7,44E+08	0,001588	145,26	1,51	0,230
16,00	8,22	7,93E+08	0,001576	163,93	1,70	0,245
17,00	8,74	8,43E+08	0,001564	183,66	1,91	0,261
18,00	9,25	8,92E+08	0,001552	204,44	2,12	0,276
19,00	9,77	9,42E+08	0,001542	226,25	2,35	0,291
20,00	10,28	9,91E+08	0,001532	249,10	2,59	0,307
21,00	10,79	1,04E+09	0,001523	272,98	2,84	0,322
22,00	11,31	1,09E+09	0,001514	297,87	3,10	0,337
v (kn)	m2	Rw (kN)	Fni	Rb (kN)	Fnt	c6
8,00	-0,00079	0,08	0,4856	0,000	0,000	0,20
9,00	-0,00317	0,35	0,5438	0,000	0,000	0,20
10,00	-0,00861	1,15	0,6011	0,000	0,000	0,20
11,00	-0,01802	3,05	0,6575	0,000	0,000	0,20
12,00	-0,03160	6,93	0,7129	0,000	0,000	0,20
13,00	-0,04892	14,39	0,7672	0,000	0,000	0,20
14,00	-0,06919	27,23	0,8204	0,000	0,000	0,20
15,00	-0,09153	40,90	0,8726	0,000	0,000	0,20
16,00	-0,11509	69,36	0,9235	0,000	0,000	0,20
17,00	-0,13913	122,15	0,9732	0,000	0,000	0,20
18,00	-0,16312	181,41	1,0217	0,000	0,000	0,20
19,00	-0,18662	225,87	1,0690	0,000	0,000	0,20
20,00	-0,20934	263,17	1,1149	0,000	0,000	0,20
21,00	-0,23110	314,58	1,1597	0,000	0,000	0,20
22,00	-0,25178	398,82	1,2031	0,000	0,000	0,20
	РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ВОДЫ ДВИЖЕНИЮ СУДНА
*РЕЗУЛЬТАТЫ:*
**********************************************************************
	составляющие сопротивления воды и воздуха
трения	выступ. ч.	волнов.	нос.бульба	транца	модель	воздуха
Rf (kH)	Rapp (kH)	Rw (kH)	Rb (kH)	Rtr (kH)	Ra (kH)	Rwind(kH)
44,81	0,47	0,08	0,00	0,00	11,17	9,54
55,84	0,58	0,35	0,00	0,00	14,14	11,08
68,00	0,71	1,15	0,00	0,00	17,45	12,74
81,27	0,84	3,05	0,00	0,00	21,12	14,51
95,64	0,99	6,93	0,00	0,00	25,13	16,40
111,11	1,15	14,39	0,00	0,00	29,49	18,40
127,65	1,33	27,23	0,00	0,00	34,21	20,52
145,26	1,51	40,90	0,00	0,00	39,27	22,76
163,93	1,70	69,36	0,00	0,00	44,68	25,10
183,66	1,91	122,15	0,00	0,00	50,44	27,57
204,44	2,12	181,41	0,00	0,00	56,55	30,15
226,25	2,35	225,87	0,00	0,00	63,00	32,84
249,10	2,59	263,17	0,00	0,00	69,81	35,65
272,98	2,84	314,58	0,00	0,00	76,97	38,58
297,87	3,10	398,82	0,00	0,00	84,47	41,62
	суммарное сопротивление и буксировочная мощность
	v (узл)	v (m/с)	Fn	R (kН)	Pe (kВ)
8,00	4,11	0,123	66	272
9,00	4,63	0,138	82	379
10,00	5,14	0,153	100	514
11,00	5,65	0,169	121	683
12,00	6,17	0,184	145	895
13,00	6,68	0,199	175	1166
14,00	7,20	0,215	211	1518
15,00	7,71	0,230	250	1925
16,00	8,22	0,245	305	2507
17,00	8,74	0,261	386	3370
18,00	9,25	0,276	475	4392
19,00	9,77	0,291	550	5374
20,00	10,28	0,307	620	6377
21,00	10,79	0,322	706	7620
22,00	11,31	0,337	826	9339

По данным таблиц построим диаграммы:

-сопротивления воды движению судна;

-составляющие полного сопротивления судна от скорости;

-буксировочной мощности.

2. Расчеты сопротивления воды движению судна по данным испытаний систематических серий моделей судов.

Для расчета сопротивления воды движению судна используем серию универсальных среднескоростных судов (учебное пособие, Л. С. Артюшков). Результаты испытаний моделей этой серии используются для расчета сопротивления и буксировочной мощности универсальных сухогрузных судов, среднетоннажных танкеров и судов для навалочных грузов. Основные геометрические характеристики моделей серии:

-коэффициент общей полноты = 0,60…0,80

-отношение главных размерений L/B = 7,3; B / T = 2,5;

-форма носовой оконечности V–образная и U–образная.

Все модели имели длину 7 метров.

Коэффициент остаточного сопротивления для этой серии определяется по выражению

C_r = C_r0 k_l k_B/T a_B/T k_V

Коэффициент C_r ₀ снимается с основной диаграммы серии как функция коэффициента общей полноты для соответствующих значений чисел Фруда. Коэффициент влияния относительной длины k_l = a_l / a_l ₀ вычисляется как отношение значений a_l , снимаемых с диаграммы соответственно для заданного значения относительной длины l судна и стандартого значения l₀ для моделей этой серии, определяемого как функция коэффициента общей полноты.

Коэффициенты k_B _/ _T и a_B _/ _T , произведение которых учитывает влияние отличия заданного значения B/T от принятого в серии B/T = 2,5, определяется с диаграммы.

Коэффициент k_V вводится только для учета влияния V–образной формы носовых шпангоутов на остаточное сопротивление. Значения этого коэффициента определяются в функции от и числа Фруда с диаграммы.

Расчет произведен с использованием программы Microsoft Excel, результаты представлены ниже в табличной форме.

РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ВОДЫ ПО 60-Й СЕРИИ

ПРОЕКТ: СУХОГРУЗ

ограничения:		одновинтовые суда
5.5 = Lpp/B = 8.5
2.5 = B/T = 3.5
0.6 = cb = 0.8
-2.48 = xb = 3.51
исходные данные:
длина между перпендикулярами, м					Lpp=	110,00	м
ширина судна на миделе, м				B=	18,33	м
средняя осадка, м			T=	7,05	м
коэффициент общей полноты				cb=	0,6
абсцисса ЦВ, в % от Lpp			(реком.:	-1,94	)	xb=	-0,07	%
длина по ватерлинии, м			(реком.:	111,87	)	Lwl=	114,58	м
расчетная скорость, уз			Vs=	15,00	узл.
смоченная поверхность, м2			(реком.:	2596	)	S=	2620	м2
корреляционный к-т			(реком.:	0,0003	)	Ca=	0,00030
к-т выступ. частей			(реком.:	0,00015	)	Capp=	0,00080
кинематическая вязкость воды				ny=	1,1E-06	м2/с
плотность воды		roh=	1,025	т/м3
Lpp/B=	6,0	B/T=	2,6	U=	0,774
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА:
Vs, узл.	11,00	12,00	13,00	14,00	15,00	16,00
V, м/c	5,66	6,17	6,69	7,20	7,72	8,23
Fr	0,169	0,184	0,199	0,215	0,230	0,245
U	0,568	0,619	0,671	0,723	0,774	0,826
Y400	-0,975	-1,012	-1,001	-0,972	-1,016	-1,073
CRT400	9,22	8,91	9,01	9,25	8,88	8,40
CT400	0,0027	0,0026	0,0026	0,0027	0,0026	0,0024
U400	0,5454	0,5950	0,6445	0,6941	0,7437	0,7933
CFo400	0,0016	0,0016	0,0016	0,0016	0,0016	0,0016
CR	0,0006	0,0005	0,0006	0,0007	0,0006	0,0005
Rn	5,7E+08	6,2E+08	6,7E+08	7,2E+08	7,7E+08	8,2E+08
CFo	0,0011	0,0011	0,0011	0,0011	0,0011	0,0010
CT	0,0028	0,0027	0,0028	0,0028	0,0027	0,0026
Rt,кН	121	139	166	197	219	237
Pe,кВт	682	860	1108	1422	1687	1948

Сравним эти два способа по диаграмме.

3. Подбор элементов гребного винта для скорости хода 13 - 15 узлов при заданном диаметре по теоретическому чертежу.

3.1 Определение коэффициентов взаимодействия

Одновинтовое морское сухогрузное судно

При практических расчетах используется следующая эмпирическая формула

L, B, T - длина, ширина и осадка судна

Е - высота оси ГВ над ОП

D - диаметр винта

j - коэффициент продольной полноты

q1 - коэффициент, учитывающий форму кормы;

f1 - угол наклона образующей лопасти

Коэффициент засасывания транспортных одновитновых судов вычисляется

по формуле

Тогда коэффициент попутного потока равен

q₂ - коэффициент учитывающий форму руля

q₂ =0.7…0.9 - для обтекаемого

q₂ =0.9…1.05 - для пластинчатого

Для расчета принимаем:

q₂ =

0,9

Тогда:

0,192214

Для морских судов может также использоваться формула Папмеля:

где

х=1 для средних винтов; х=2 для бортовых винтов.

х=

V - водоизмещение судна, м³ ;

8558

м3

D - диаметр винта, м;

4,94

d - коэффициент общей полноты;

Dy - поправка на влияние числа Фруда (только при Fr=0.2)

0,235

0,003

Тогда

0,1904

0,17136

Характерными для одновинтовых сухогрузных судов являются

следующие коэффициенты взаимодействия:

С пластинчатым рулем:

С обтекаемым рулем:

0.20-0.22

0.24-0.26

0.17-0.19

0.15-0.17

В дальнейших расчетах принимаем:

0,213572

0,192214

i₁ - коэффициент влияния неравномерности поля скоростей на упор;

i₂ - коэффициент влияния неравномерности поля скоростей на момент;

Теоренические и экспериментальные исследования показали, что величина

коэффициентов i₁ i₂ для обычных судов должна быть близка к 1.

В расчетах принимаем:

i₁ =

i₂ =

3. 2 Выбор расчетной диаграммы

Для выбора расчетной диаграммы назначим число лопастей равным 3

(для морских судов 3-6).

Величина дискового отношения, обеспечивающего отсутствие развитой кавитации,

определится по формуле:

0,466199

где

371,39

кН

- упор винта при расчетной скорости

250

кН

- сопротивление движению судна при расчетной

скорости

z_p =

- число гребных винтов

0,1922

- коэффициент засасывания

146,08

кПа

- разность давления на оси ГВ и давления

насыщенных паров

4,935

- диаметр гребного винта

- количество лопастей ГВ

Минимально необходимое дисковое отношение, обеспечивающее прочность лопасти

при заданной относительной толщине лопасти в самом широком месте (r=0,6R)

определяется по формуле:

0,326016

где

0,2

- относительный диаметр ступицы ГВ

1,15

- коэффициент учитывающий характер нагрузки

_зад =

0,085

- задаваемая относительная толщина лопасти ГВ

s_доп =

60000

кПа

- допускаемые напряжения материала лопасти ГВ

(латунь ЛМцЖ55-3-1)

Для расчета принимаем наиболшее, округденное до ближайшего, для которого

построены диаграммы, из полученных значений дискового отношения.

q_расч =

0,5

при

4. Расчет гребного винта для оценки потребной мощности и оптимальной частоты вращения. Подбор СЭУ

Для расчета примем следующие значения диаметра винта и скорости.

D=4,94 м

V=15 уз

Расчет выполниим в расчетной форме

Таблица 2

Приведенное сопротивление:				R*, кН	300,0
Полезная тяга:		Ре, кН	300,0
Скорость судна:		V, м/с	7,7
Поступательная скорость винта:				Vp, м/с	6,1
Коэффициент упора диаметра:				kd	1,75
По диаграммам
-	относительная поступь:			p	0,640
-	шаговое отношение:			H/D	0,630
-	КПД свободного винта:			p	0,675
Пропульситвный коэффициент:					0,4
Потребная мощность двигателя:				Ne, кВт	5532,4
Опримальная частотавращения:				n, об/мин	118,1

где

R*=1,2R

Pe=R*/zp

V=0,514Vs

Vp=V(1-y)

kd=VpD(r/P)^(1/2)

h=i(1-t)/(1-y)hp

Ne=PeV/(zp*h*h)

nопт=60Vp/(lp*D*a)

а=0,974

0,2

0,3

0,5

0,975

- определяется по таблице:

0,975

0,97

0,96

По полученным згачениям оплтмальной потребляемой мощьности и частоты оборотов

подбираем малооборотный дизель:

kWmin^-1MassLBHr

6195450112000905032004500

Firma -производитель / разработчик

Typ -тип двигателя

kW -мощность 100% в кВт

min-1 -обороты в минуту

Mass -масса сухого двигателя в кг

L -длина двигателя максимальная в мм

B -ширина у основание (фундамент) в мм

Hr -высота ремонтная или двигателя (как дано в

каталогах) отчитана от середины оси вала в мм

5. Определение параметров гребного винта, обеспечивающего наибольшую скорость хода судна

Расчёт гребного винта представлен в таблице 3

Расчёт гребного винта, обеспечивающего наибольшую скорость хода судна

Таблица 3

Скорость судна

V_s

уз

Скорость воды в диске ГВ

V_p

м/с

4,85

5,25

5,66

6,06

6,47

Тяга винта

кгс

17737

21407

25810

30581

37309

Упор винта

кгс

21958

26501

31952

37858

46187

Число оборотов ГВ

с^-1

1,88

Испр. значение упора

кгс

21958

26501

31952

37858

46187

Коэфф-т числа оборотов

k`н

0,93

0,96

0,99

1,01

1,03

Относит. поступь (с диаг.)

_p `

0,57

0,585

0,605

0,63

0,645

Испр. значение p`

0,555

0,570

0,589

0,614

0,628

Оптимальный диаметр ГВ

4,66

4,92

5,12

5,27

5,49

Коэфф-т упора

K₁

0,128

0,124

0,127

0,134

0,139

КПД ГВ

0,672

0,679

0,686

0,695

0,7

Шаговое отношение

H/D

0,74

0,77

0,78

0,81

0,825

Коэфф-т влияния корпуса

_к

1,027

Пропульсивный коэфф-т

0,670

0,677

0,683

0,692

0,697

Потребная мощность двиг.

лс

2179

2819

3623

4540

5866

Потребная мощность двиг.

кВт

2960

3830

4923

6168

7970

где:

)

(

514

скорость воды в диске гребного винта

коэффициент попутного потока

0,214

тяга гребного винта

Zp-

количество ГВ

Zp=1

принимается равным рассчитанному в пункте 4 для

максимальной осадки

упор ГВ

коэффициент засасывания

0,192

коэффициент числа оборотов

исправленное значение относительной поступи

0,974

оптимальный диаметр ГВ, для данной скорости хода

коэффициент упора

коэффициент влияния корпуса

i=1

пропульсивный коэффициент

_в -КПД валопровода=0,97

потребная мощность двигателя

По результатам расчётов строятся графические зависимости:

f=D(Vs), f=H/D(Vs), f=Ne(Vs), f=(Vs) представленнные на рисунке 2 и 2а.

По ним определяется максимально возможная скорость и оптимальные для неё

значения D, H/D,

V_smax =

15,16

уз

5,357

H/D=

0,792

0,692

_p =

0,616

6. Расчёт и построение контуров и профилей сечений лопастей гребного винта

Для расчёта спрямлённого контура и распределения толщины лопасти необходимо предварительно определить максимальную ширину лопасти

При
z=	3
_расч =	0,5
bmax=0,2589D=	1,398	м
D=	5,4	м

Результаты расчёта спрямлённого контура и распределения толщин приведены в таблице 4

Таблица 4.Спрямлённый контур и распределение толщин лопасти

r/R	От основной	От основной	Полная ширина	Наибольшая	Отстояние наиб.
линии до вых.	линии до вход.	лопасти b, м	толщина сече-	толщины сеч-я
кромки x₂ , м	кромки x₁ , м	ний e, м	от вход. кр. с, м
0,2	0,408	0,656	1,064	0,198	0,372
0,3	0,466	0,736	1,202	0,175	0,421
0,4	0,521	0,787	1,309	0,152	0,458
0,5	0,570	0,805	1,375	0,130	0,488
0,6	0,614	0,784	1,398	0,107	0,544
0,7	0,653	0,719	1,371	0,084	0,607
0,8	0,676	0,582	1,258	0,062	0,603
0,9	0,657	0,354	1,011	0,039	0,506
0,95	0,596	0,165	0,761	0,028	0,381
1	0,282	-	-	0,016	-

Для построения контуров сечений лопасти ГВ на различных радиусах необходимо знать их ординаты. Они представлены в таблице 5

Ординаты контуров сечений лопасти ГВ на различных радиусах

Расстояние от ординаты с наибольшей толщиной (ОНТ)
От ОНТ к выходящей кромке в %						От ОНТ к входящей кромке в %
r/R	100	80	60	40	20	20	40	60	80	90	95	100
Ординаты	0,2	-	105,4	143,6	171,7	190,6	194,9	186,8	171,9	147,0	127,2	112,6	-
засасывающ.	0,3	-	89,1	125,3	151,9	169,4	172,2	164,5	150,1	126,8	109,6	96,1	-
поверхности	0,4	-	72,6	107,0	131,8	147,7	149,5	142,0	128,4	107,2	91,6	79,5	-
y₁ , мм	0,5	-	56,2	88,6	111,6	125,6	127,1	119,8	106,7	87,7	73,6	63,0	-
0,6	-	43,0	71,8	91,3	103,5	104,9	97,6	84,8	68,0	55,8	46,7	-
0,7	-	33,2	56,4	71,5	81,4	82,2	74,8	63,1	48,0	37,2	29,5	-
0,8	-	25,2	41,7	52,5	59,5	59,7	52,5	42,3	29,7	21,3	15,7	-
0,9	-	17,6	27,2	33,8	37,7	37,7	33,8	27,2	17,6	11,7	9,7	-
Ординаты	0,2	59,3	36,0	21,5	10,8	3,1	0,9	4,5	11,7	26,6	40,1	51,8	79,1
нагнетающ.	0,3	44,4	21,3	10,1	3,0	-	0,1	2,3	8,0	19,0	29,0	38,8	65,7
поверхности	0,4	27,2	9,4	2,3	-	-	-	0,5	4,0	11,9	19,0	27,3	52,5
y₂ , мм	0,5	12,6	2,3	-	-	-	-	-	0,9	5,6	11,0	17,2	39,4
0,6	5,5	-	-	-	-	-	-	-	0,9	4,8	9,0	26,2
0,7	-	-	-	-	-	-	-	-	-	0,3	2,1	13,5
0,8	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	4,6
0,9	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-

По результатам расчета выполнен чертеж гребного винта на котором отражены:

спрямленный контур винта

нормальный контур винта

прочный профиль винта;

7. Расчёт и построение паспортной диаграммы

Паспортная диаграмма является одной из главных характеристик ГВ. С её помощью определяется рабочая область ГВ.

Для заданных значений D, H/D, z, Q, h, lp определяем: K₁ , K₂ , Ne, P

Расчёт паспортной диаграммы представлен в таблице 6

Известно:	D=	5,40	м	Известно:
H/D=	0,792
q_расч =	0,50
h=	0,692
Z=	3	лопасти

Расчёт паспортной диаграммы. Tаблицa 6

Относительная поступь _р	0,493				0,555
K₁ =f(р, H/D)	0,167				0,149
₀ =f(p,H/D)	0,55				0,603
Коэфф. числа оборотов K₂	0,024				0,022
Число оборотов, n	об/сек	1,50	1,69	1,88	2,06	1,50	1,69	1,88	2,06
Упор ГВ, P	кг	33388	42257	52169	63124	29789	37702	46546	56320
Мощность, Ne	лс	3355	4777	6553	8722	3075	4379	6007	7995
V_р скорость воды в диске ГВ	м/с	3,99	4,49	4,99	5,49	4,49	5,05	5,62	6,18
V_s	уз	9,88	11,11	12,35	13,58	11,06	12,45	13,83	15,21

Относительная поступь l_р

0,616

0,678

K₁ =f(lр, H/D)

0,132

0,11

h0=f(lp,H/D)

0,656

0,683

Коэфф. числа оборотов K₂

0,02

0,017

Число оборотов, n

об/сек

1,50

1,69

1,88

2,06

1,50

1,69

1,88

2,06

Упор ГВ, P

кг

26391

33400

41235

49895

21992

27834

34363

41579

Мощность, Ne

лс

2796

3981

5461

7268

2376

3384

4642

6178

V_р скорость воды в диске ГВ

м/с

4,99

5,62

6,24

6,86

5,49

6,18

6,86

7,55

V_s

уз

12,29

13,83

15,37

16,90

13,52

15,21

16,90

18,59

Расчёт производится по формулам

По результатам расчёта строится паспортная диаграмма ГВ, представленная на рисунке 3. На ней также строятся линии располагаемой тяги, сопротивления, требуемой мощности и кривая ограничительной характеристики

Крутящий момент

35503м

Использованная литература

1. Войткунский Я. И. Сопротивление движению судов. Л., 1964.

2. Цуренко Ю. И. Лекции по теории корабля., 2003.

3. Дубровин О. В. Расчет буксировочной мощности по прототипу. Л., 1960.

4. Басин А. М., Миниович И. Я. Теория и расчет гребных винтов. ГИЗ Судпром, Л., 1963.

5. Дорогостайский Д. В., Жученко М. М., Мальцев Н. Я. Теория и устройство судна. Л., Судостроение, 1976.

Скачать архив с текстом документа