Газотурбинная установка контейнеровоза вместимостью 800 контейнеров, со скоростью хода Vs=25 узлов

 4.1 Первое приближение

 

1. Коэффициент попутного потока:

По Тейлору W_т = 0,5d - 0,05 = 0,5∙0,72 – 0,05 = 0,31;

По Пампелю  ,

Где D – предполагаемый диаметр винта; х = 1 – для винтов в ДП; - поправка на волнообразование;

D = 7.8 м – (по рис. VIII. 11. Диаграмма для предварительного определения оптимальной частоты вращения и диаметра гребного винта в зависимости от мощности установки. [Справочник по теории корабля, под. ред. Я.И. Войкунского, Л., «Судостроение», 1985 г.] ).

2. Коэффициент засасывания на ходовом режиме:

,

где а = 0,7…0,9 – при  обтекаемом руле;

 

3. Коэффициенты влияния неравномерности поля скорости на упор i_t на момент i_o принимаем равными 1,0.

 

4. Для выбора диапазона чисел оборотов используем: (рис. VIII. 11. Диаграмма для предварительного определения оптимальной частоты вращения и диаметра гребного винта в зависимости от мощности установки. [Справочник по теории корабля, под. ред. Я.И. Войкунского, Л., «Судостроение», 1985 г.] ).:

n_m = 120 об/мин.

Упор винта находим  по выражению  , где R – сопротивление воды движению судна при заданной скорости, t – коэффициент засасывания.

 

 мН;

5. КПД валопровода принимаем , КПД передачи для зубчатого редуктора
6. Коэффициент коррекции относительной поступи на неравномерность потока и условия работы винта при меньших нагрузках принимается а’ = 1.05.
7. n₁ = 0.8∙n _ном; n₂ = 0.9∙n _ном; n₃ = n _ном; n₄ = 1,1∙n _ном;
8. n₁ = 0.8∙120 = 96 об/мин; n₂ = 0.9∙120 = 108 об/мин; n₃ = 120 об/мин;

           n₄ = 1,1∙120 = 132 об/мин.

Расчет гребного винта на заданную скорость.

 

ys = 25 уз; y = 12,86 м/с; z = 4; =2,04 мН; WT = 0.234; t = 0,19; ; =9,85 м/с; = 2,52мН.
№ п/п	Обозначения	Размер- ность	n1	n2	n3	n4
1	2	3	4	5	6	7
1		Об/мин	96	108	120	132
2		Об/с	1.6	1.8	2.0	2.2
3		-	1.10	1.04	0.99	0.94
4	- по диаграмме.	-	0.70	0.67	0.64	0.61
5		-	0.74	0.70	0.67	0.64
6		м	8.32	7.82	7.35	7.00
7		-	0.20	0.20	0.21	0.21
8	- по диаграмме	-	1.08	1.05	1.02	1.00
9	- по диаграмме	-	0.65	0.64	0.62	0.61
10		-	0.69	0.68	0.66	0.65
11		мВт	38.79	39.36	40.56	41.18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.2 Расчет винта на полное использование мощности

выбранного двигателя (2-ое приближение).

 

Расчет начинаем с  уточнения коэффициентов взаимодействия винта и корпуса W_T и t, а также числа лопастей и дискового отношения. Коэффициент попутного потока определяется более точными методами, чем в первом приближении. Используются графики Харвальда или формула Пампеля, в которую подставляем диаметр винта, определенный для n_ном выбранного двигателя. Соответственно уточняем и коэффициент засасывания t. Коэффициент полезного действия передачи при отсутствии редуктора принимаем h_п = 1,0.

Коэффициент попутного потока:

 По Пампелю:  ,

 Где D –диаметр винта, определенный для n_ном выбранного двигателя; х = 1 – для винтов в ДП; - поправка на волнообразование;

;

Коэффициент засасывания на ходовом  режиме:

,

где а = 0,7…0,9 – при  обтекаемом руле;

;

Упор винта находим  по выражению  , где R – сопротивление воды движению судна при заданной скорости, t – коэффициент засасывания.

 

 мН

Число лопастей z принимаем: для винтов в ДП z = 4;

Дисковое отношение рекомендуется выбирать с учетом следующих факторов:

а) условие отсутствия кавитации:

,

где h₀ – глубина погружения оси винта, м; z_p – число гребных винтов на судне;

 

h₀ = T – 0.6∙D = 9,1 – 0.6∙7,35 = 4,69 м,

 

;

б) условие прочности:

,

где - относительный диаметр ступицы; принимаем в пределах 0,167…0,20; d_л – относительная толщина лопасти на радиусе ЦТ её площади; рекомендуется d_л = 0,06;

m – множитель, учитывающий неравномерность распределения упора по лопастям и зависящий от типа судна и условий плавания; для обычных морских судов m = 1,15;

[s] – допускаемые напряжения, принимаем по табл.3 (Расчет гребного винта, метод. материал, Антоненко). Для бронзы алюминиево-марганцевая, «Нева-70» [s] = 77∙10³ кПа.

Для дальнейшего расчета винта  принимаем  большее из этих двух условий. После уточнения z и подбираем диаграмму серийных испытаний с числом лопастей, равным выбранному z, и с дисковым отношением, возможно более близким к принятому.

 

4.1.4. Расчет винта на полное использование мощности

выбранного двигателя.

Рs = 33.8 мВт; WT =0,23 ; t = 0,18; z = 4; nm = 120 об/мин; n = 2 об/сек; =1,48; = 0,7; zд = 4.
№ п/п	Обозначения	Размерность	Скорость, м/с.
			u = 12,86 м/с	u = 13,24 м/с
1	2	3	4	5
1		мН	2,04	2,17
2		м/с	9,90	10,19
3		мН	2,49	2,64
4		мН	1,94	2,06
5		-	1,05	1,07
6	- по диаграмме	-	0,67	072
7		-	0,71	0,76
8		м	7,00	6,70
9		-	0,20	0,25
10	- по диаграмме	-	1,05	1,15
11	- по диаграмме	-	0,64	0,62
12		-	0,74	0,71
13		кВт	36,17	41,28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.1.5. Расчет паспортной диаграммы.

D = 6,70 м; P = 7,71 м; P/D = 1,15; z = 4; AE/A0 = 0,7; WT = 0,23; t = 0,18; P1/D = 1,1; =1 – 0,76/1,1 = 0,31.
Обозначения		Размерность	Варианты
1	J		0,15	0,46	0,76	0,87
2			0,50	0,38	0,28	0,17
3			0,86	0,58	0,31	0,21
4			0,064	0,096	0,18	0,27
5			0,47	0,34	0,23	0,12
6			0,13	0,41	0,64	0,70
7			0,16	0,48	0,68	0,66
8		об/мин	96	108	120	132
9		об/сек	1,6	1,8	2,0	2,2
10		м/с	1,61	5,55	10,18	12,82
11		м/с	2,10	7,21	13,22	16,65
12		узл	4,08	14,02	25,71	32,38
13		мН	2,49	2,28	1,90	1,41
14		мВт	33,34	34,94	37,69	39,05

 

 

 

 

 

Расчет  валопровода

Валопровод предназначен для передачи вращающегося момента  от главного двигателя к движителю, восприятие силы и передачи, её корпусу судна с целью обеспечения его движения через упорный подшипник.

В состав валопровода входят следующие  элементы; валы и их соединения, опорные и упорные подшипники, дейдвудное устройство, переборочное уплотнения, а также специальные устройства и механизмы, вспомогательное оборудование. При этом, если отдельные элементы (упорные подшипники с упорным валом и прочее встроены в главный двигатель они в состав валопровода не включается.

Упорный вал предназначен для восприятия реакции упора двигателя и передачи её корпусу судна главный упорный подшипник. В зависимости от принятой схемы главного упорного подшипника он может быть встроен в главный двигатель, в редуктор или размещены в отдельном корпусе.

Условия работы валопроводов крайне тяжелые, происходит постоянный изгиб валопровода (повторяя изгиб корпуса судна), продольный изгиб от упора гребного винта (напряжения кручения), поперечные колебания происходящие под действием веса валопровода с учётом скорости вращения вала, продольные (осевые) колебания вызывающею вибрацию валопровода за счёт крутильных колебаний.

Определение диаметров  валов

Минимальный диаметр  вала

,мм

где Р_р=1,1·N_у – расчётная мощность установки, кВт; n_р=1,03·n – расчётная частота вращения, об/мин; n=120 об/мин; N_у =34 мВт.

Р_р=1,1·34= 37.4 мВт

n_р=1,03·120=123,6 об/мин

 мм

Диаметр гребного вала без облицовки

d_гв=k·d_min ,мм

где k=1,26 – коэффициент, зависящий от конструкции вала и типа соединения его (со шпонкой).

d_гв=1,26·715=900мм

Диаметр упорного вала

d_уп=1,1·d_min =1,1·715=786,5мм

Уточнение диаметров  валов

, мм

где d_i=d_уп=d_гв- диаметр рассчитываемого вала,  мм; R_мв1=600 – допустимые напряжения для гребных и промежуточных валов, Мпа; R_мв2=800 – допустимые напряжения для упорного вала, Мпа.

  мм – гребной вал

       мм – упорный вал

Уточнение диаметров  с учётом ледового класса Л₂

d_гв=1,08·d_гв=1,08·813 =878мм

d_уп=1,04·d_уп=1,04·657=683мм

Принимаем диаметры упорного и гребного вала по ОСТ5. 4097-85                                       d_уп=690 мм,  d_гв=890 мм.

Толщина бронзовой облицовки

S=0,03· d_гв+7,5=0,03· 890+7,5=34,2 мм

Диаметр гребного вала с  облицовкой

d_гв= d_гв+2·S =890+2·34,2=954,8 мм

 

Длина гребного вала рассчитывается по формуле.

Длина упорного вала L_уп=0,4·L_гв=0,4·3769=1508 мм

 

T_E R n₄=n_ном

 R/z

 n₃

 T_z

 

 n₂

 

 

 n₁

 

υ_s

 

 

 

 

n₁ P_s

 

n₂

 

n₃

 

P_s n₄= n_ном

 

Рисунок 4.1. Паспортная диаграмма.