Подбор двигателя и винта судна
Работа из раздела: «
Транспорт»
Цель: Основной целью расчета является выбор ВРШ и, при необходимости,
передаточного отношения редуктора, обеспечивающих при полном использовании
мощности главного двигателя максимальную скорость хода в расчетных условиях
плавания.
Исходные данные:
1) Судно: Рыбодобывающее обрабатывающее судно типа «Моряна».
2) Главные размерения: Длина между перпендикулярами [pic]
Ширина судна [pic]
Осадка судна [pic]
Коэффициент общей полноты
[pic]
3) Расчетный режим работы: режим траления.
4) Плотность воды [pic]
5) Кривые буксировочного сопротивления представлены на рис 1.
[pic]-режим эксплуатационного рейса на свободном ходу.
[pic]-режим сдаточных испытаний.
[pic] -режим траления.
Кривые буксировочного сопротивления представлены на рис.1.
6) Главный двигатель: Alpha V23
- номинальная мощность: [pic]
- номинальная частота вращения: [pic].
- удельный расход топлива [pic].
Паспортная диаграмма движителя представлена на рис.2.
Рейсовое задание:
- перечень эксплуатационных режимов, характеризующихся зависимостями [pic]
, где [pic]- требуемая тяга на i – том режиме
- режимы: [pic]
[pic] (рис.1.)
[pic]
- длина пути [pic], которая должна быть пройдена на каждом режиме: [pic]
[pic]
[pic]
- суточная продолжительность работы судна принимается 24 часа
1. Определение исходных расчетных величин.
В данном расчете известным является главный двигатель и расчетные условия
плавания (зависимость буксировочного сопротивления [pic]от скорости хода
[pic]).
[pic]
(1)
[pic]полезная тяга.
Расчетным условием плавания является режим траления. Особенностью расчета
является отсутствие заданной скорости хода, а следовательно и необходимой
полезной тяги. Однако исследования показали, что полезную тягу можно найти
через произведение пропульсивного коэффициента [pic] на коэффициент
механических потерь [pic]при передачи мощности от главного двигателя на
винт.
[pic]открытые винты
(2)
[pic]
(3)
На стадии выбора серийной диаграммы [pic]можно принять: [pic]для режима
буксировки воза.
Представив графически (1) и (3) можно найти ожидаемую скорость хода [pic] и
соответствующую ей полезную тягу.
Графики представлены на рис.2.
[pic]
1.1. Габаритный диаметр винта [pic][pic]- для одновальных судов. (4)
[pic]- осадка судна в месте расположения движителя.
[pic]
[pic].
1.2. Коэффициент попутного потока [pic]:[pic]- формула Хекшера для
траулеров.
[pic]- коэффициент продольной полноты.
[pic]
1.3. Поступательная скорость гребного винта [pic]: [pic]
[pic]- скорость судна в узлах
[pic]
[pic]. (5)
1.4.Коэффициент засасывания[pic]:[pic] (6)
[pic]- коэффициент засасывания на свободном ходу.
[pic]- формула Хекшера для траулеров. (7)
[pic].
[pic]- коэффициент нагрузки гребного винта по полезной тяге.
[pic]
(8)
[pic]- плотность морской воды.
[pic]-площадь диска гребноговинта. (9)
[pic]
[pic]
[pic]
1.5. Упор гребного винта [pic]: [pic]
(10)
[pic].
2.Выбор расчетной серийной диаграммы.
Выбор осуществляется таким образом, чтобы в первую очередь обеспечить
максимальный коэффициент полезного действия гребного винта при отсутствии
кавитации и достаточной прочности движителя.
2.1. Минимальное дисковое отношение [pic]из условия отсутствия
кавитации:[pic] (11)
[pic]- минимальное дисковое отношение из условия отсутствия опасных форм
кавитации.
[pic] (12)
[pic]- количество лопастей.
[pic]- количество гребных валов.
[pic]- гидростатическое давление на оси гребного винта.
[pic]
(13)
[pic]- атмосферное давление.
[pic]- ускорение свободного падения.
[pic]- заглубление оси гребного винта.
[pic]. (14)
[pic].
[pic]- давление насыщенных паров воды.
[pic]
[pic]
2.2.Минимальная относительная толщина [pic](15)
[pic]- коэффициент учитывающий механические свойства материала винта.
[pic]- углеродистая сталь.
[pic].
Вывод: В качестве расчетной серии принимаем:
AU-CP4-70; (Z=4;[pic];[pic]).
Серия гарантирует отсутствие опасных форм кавитации.
3. Выбор гребного винта.
3.1. Выбор гребного винта в первом приближении.
Для расчета воспользуемся вспомогательным коэффициентом [pic]Результаты
расчета представлены в таб.1 и на рис.1.
Таб.1
|[pic] | [pic] | | |
| | |[pic] |[pic] |
| |4,65 |4,90 |5,20 |
|[pic] |1,65 |1,74 |1,82 |
|[pic] |2,53 |2,74 |2,94 |
|[pic] |0,30 |0,31 |0,32 |
|[pic] |0,780 |0,785 |0,790 |
|[pic] |0,33 |0,34 |0,35 |
|[pic] |137 |134 |132 |
|[pic] |9,81 |8,64 |7,78 |
|[pic] |0,178 |0,176 |0,174 |
|[pic] |113 |110 |109 |
Результаты: [pic]=0,790; [pic][pic]
3.1.1. Расчет оптимальной частоты вращения винта [pic]
[pic]
[pic]
3.1.2. Передаточное отношение редуктора.
[pic][pic]
Принимаем [pic]10,8.
[pic] [pic]; [pic]
[pic] [pic]; [pic]
[pic].
4. Выбор расчетной (рабочей) диаграммы.
Выбираем серию АU - CP4 – 70 c [pic].
5. Построение кривой предельной тяги и кривой предельного упора.
Результаты расчета представлены на рис.4 и таб. 2.
Таб.2
|[pic] [pic][pic] |
|[pic] | 0|2 |4 |6 |8 |10 |12 |14 |
|[pic] |0 |0,71 |1,42 |2,13 |2,84 |3,55 | 4,26 |4,97 |
|[pic] |0 |0,15 |0,31 |0,47 |0,63 |0,78 |0,94 |1,09 |
|[pic] |0,92 |0,94 |0,97 |1,01 |1,04 |1,08 |1,12 |1,18 |
|[pic] |0,49 |0,47 |0,45 |0,43 |0,38 |0,35 |0,31 |0,27 |
|[pic] |131 |126 |121 |115 |102 |94 |83 |72 |
|[pic] |[pic]|1286 |308 |131 |65,0 |38,3 |23,6 |15,1 |
|[pic] |0,116|0,116 |0,117 |0,119 |0,121 |0,125 |0,131 |0,139 |
|[pic] |117 |112 |107 |102 |90,3 |82,0 |72,1 |63,2 |
6. Анализ кривой предельной тяги и предельного упора.
6.1. Режим траления.
Максимальная скорость хода: [pic]
Максимальный упор: [pic].
Максимальная полезная тяга: [pic]
6.2. Режим эксплуатационного рейса. (свободный ход)
Максимальная скорость хода: [pic]
Максимальный упор: [pic].
Максимальная полезная тяга: [pic]
6.3. Режим сдаточных испытаний. (свободный ход)
Максимальная скорость хода: [pic]
Максимальный упор: [pic].
Максимальная полезная тяга: [pic]
7. Проверка выбранного винта на прочность и отсутствие кавитации.
7.1. Проверка на отсутствие кавитации.
Воспользуемся формулой (11) и получим.
[pic]
При эксплуатации гарантируется отсутствие опасных форм кавитации.
7.2. Проверка на прочность.
[pic][pic].
Выбранный гребной винт имеет запас прочности.
Расчет производился для режима буксировки воза т.к. является
наиболее тяжелым режимом эксплуатации.
8. Заключение.
Выбранный винт имеет следующие характеристики: Серия: AU-CP4-70;
Z=4;[pic]; [pic]; [pic]; [pic]
Выбор оптимального движителя.
Оптимальным в курсовом проекте принимается движитель,
обеспечивающий выполнение рейсового задания в кротчайшие сроки при
минимальных затратах топлива.
В качестве критерия качества движителя принимаем коэффициент:
[pic] , где
t – время выполнения рейсового задания , ч.
Ge – рейсовый расход топлива на работу главного двигателя, т.
Наилучшим признается движитель, который соответствует максимальному
значению критерия к.
Рейсовое задание включает в себя следующую информацию:
- перечень эксплуатационных режимов, характеризующихся зависимостями [pic]
, где [pic]- требуемая тяга на i – том режиме
- режимы: [pic]
[pic] (рис.1.)
[pic]
- длина пути [pic], которая должна быть пройдена на каждом режиме: [pic]
[pic]
[pic]
- суточная продолжительность работы судна принимается 24 часа.
- плановые скорости снимаются с паспортной диаграммы судна и кривых
предельных тяг соответственно для случаев с ВФШ и ВРШ движителями.
В соответствии с изложенным входящие в критерий к параметры t и Ge могут
быть определены как:
[pic]
[pic], где (S)=миля
[pic]- плановая скорость хода в i – х условиях плавания, уз.
[pic] - удельный расход топлива на номинальном режиме работы, г/кВт*ч.
[pic] - относительный удельный расход топлива на i – том режиме, % от
[pic]; - снимаем с паспортной диаграммы двигателя.
[pic]- эффективная мощность, развиваемая двигателем на полной скорости в i
– х условиях плавания, кВт. Для ВФШ снимаем с машинной диаграммы судна,
для ВРШ [pic] .
[pic] - продолжительность плавания на i – том ржиме, ч.
n – количество рассматриваемых вариантов эксплуатационных режимов, n =
3.
Расчет критерия качества К представлен в табл.
|Параметры | ВФШ | ВРШ |
|S1, миль |2000 |2000 |
|S2, миль |3000 |3000 |
|S3, миль |1000 |1000 |
|Vs1, уз |10,15 |11,95 |
|Vs2, уз |10,15 |11,95 |
|Vs3, уз |10,25 |12,20 |
|t1 |197 |167 |
|t2 |296 |251 |
|t3 |98 |82 |
|ge1, % |94 |100 |
|ge2, % |94 |100 |
|ge3, % |93,8 |100 |
|Ps1,кВт |430 |685 |
|Ps2,кВт |430 |685 |
|Ps3,кВт |420 |685 |
|[pic] | 591 |500 |
|Ge, т |45 |65 |
|К=1/(t*Ge) |[pic] |[pic] |
Вывод: Оптимальным движителем в курсовом проекте принимаем ВФШ.
Список литературы:
1. Войткунский Я.И. ”Справочник по теории корабля” ,- Л,
Судостроение.1985г. Том.1.
2. Горянский Г.С., Моторный А.В. “Методические указания по курсовому и
дипломному проектированию для студентов специальности 140112”.-
Калининград – 1985г.
