Расчет и анализ показателей пропульсивного комплекса судна

Федеральное агентство  морского и речного транспорта

Федеральное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Волжская государственная академия водного транспорта

 

 

 

 

Кафедра проектирования и технологии постройки судов 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет и  анализ показателей пропульсивного комплекса судна

 

Вариант №23

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:                                                                     Шустин С.С.

                                                                                           

 

Проверил:                                                                       Кеслер А.А.

 

 

 

 

 

 

 

Н.Новгород

2013

 

Содержание

                                                                                                                                                    Стр.      

Исходные данные                                                                   

1. Расчет сопротивления  движению водоизмещающего судна     

2. Проектировочный расчет  гребных винтов      

2.1. Расчет элементов  гребного винта при выборе главного двигателя 

2.2.Определение характеристик движителя, обеспечивающего наиболее эффективное использование мощности выбранного двигателя        

3. Расчет ходовых характеристик  судна       

3.1. Расчет ограничительной  характеристики двигателя     

3.2. Определение динамических характеристик движителя   

3.3. Расчет ходовых характеристик судна

3.4. Анализ ходовых характеристик        

4. Разработка теоретического  чертежа гребного винта               

Библиографический список

Приложения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходные данные

Тип судна	Грузовое
Длина по КВЛ    L, м	90
Ширина по КВЛ   B, м	13,0
Осадка по КВЛ    T,  м	3,0
Коэффициент полноты  водоизмещения   δ	0,764
Водоизмещение объемное   V, м3	2680
Скорость хода   υ , км/ч	18,5
Количество винтов x	2
Форма кормы	Обычная

 

Исходные данные по судну

 

 

 

Данные модельных  испытаний

 

Модель геометрического  подобия  λ=75

Температура воды в бассейне   t= 15 ^oC

 

Результаты  буксировочных испытаний

Скорость модели  Vm ,  м/с	0,445	0,544	0,629	0,755
Сопротивление       Rm , H	0,161	0,247	0,342	0,543

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Расчет сопротивления движению водоизмещающего судна

 

Предварительно определяется смоченная поверхность судна (поверхность  погруженной части корпуса) с  использованием приближенных формул:

, м²

 

Смоченная поверхность  модели определяется по формуле:

Скорость модели определяется по формуле:

                       

 

 

 

 

 

 

Длинна модели:

 

 

                  

 

 

Lm=1.493 м

 

Расчет силы сопротивления движению судна и буксировочной мощности выполняем в таблице 1.1

По результатам расчета таблицы строим график зависимости силы сопротивления движению (R) от скорости движения судна. (рис. 1)

 

 

 

 

 

 

 

2.Проектировочный расчет гребных винтов.

2.1. Расчет элементов  гребного винта при выборе  главного двигателя

 

В качестве движительного комплекса  судна рассматриваем винтовой движитель типа:

Гребной винт - кольцеобразная направляющая насадка (ВН)

В зависимости от типа судна и  состава исходных данных варианты заданий  разделяются на две группы, имеющие  различия в расчетной схеме. Эти  группы условно названы “Небуксирное судно” и “Буксирное судно”. В нашем случаи “Небуксирное судно”.

Расчет производится по диаграмме  с наиболее распространенными в  эксплуатационной практике характеристиками винта: дисковым отношением    Θ = 0,55…0,58 и числом лопастей

z = 4.

 

Рассчитываются по приближенным формулам коэффициенты взаимодействия движителя и корпуса судна W и t :

Коэфицент попутного потока при  расчёте ВН вычисляется по формуле:

δ –коэффициент полноты водоизмещения

 

Коэффициент засасывания

t=W

Вычисляем значения скорости и упора движителя соответственно по формулам.

Небуксирное судно:

 

       

 

 

Назначаем ряд значений D, м, при которых винт может быть размещен под кормой судна. Минимальный диаметр принимается равным                                                                   Dmin=(0.45…0.5)

Dmin=0.5*3.2=1.6                                                                                                                               Величина максимального допустимого диаметра винта определяем также в долях от осадки судна  . Для судов с обычными обводами кормы коэффициент находится в пределах:

d =0,65…0,75

 

В пределах между Dmin и Dmax выбираем 4 значения диаметра через равный промежуток.

 

Рассчитываем значения коэффициента по каждому из принятых D. По значению коэффициента  на корпусной расчетной диаграмме на кривой оптимальной частоты вращения по находим расчетную точку, в которой определяем значения относительной поступи , коэффициента полезного действия и шагового отношения .

 

Значение кпд валопровода  и редуктора принимаем согласно рекомендации:

 

                      

 

 

Определение частоты вращения винта  и необходимой мощности двигателя.

 

Расчетные величины и  формулы	Единица измерения	Диаметр винта, м
		1,6	1,75	1,9	2,05	2,25
		0,962	1,052	1,142	1,233	1,353
		0,545   0,585   1,26	0,58   0,605   1,28	0,63   0,62   1,31	0,67   0,64   1,335	0,72   0,655   1,365
		6.005	5.159	4.374	3.812	3.232
	кВт	678.85	656.4	640.53	620.515	606.305
	кВт	810.347	783.549	764.604	740.71	723.75
		360.3	309.54	262.4	228.7	193.93

                                                                                                        Таблица 2

 

 

 

По данным таблицы 2 строятся графики зависимостей: и на верхней части графика, а на нижней , и (рис. 2).

 

 

Выбор главного двигателя

 

Зависимость используется для выбора главного двигателя; другие зависимости при выполнении обоснования к выбору винта по числу лопастей, форме их контура и дисковому отношению.

В результате первого этапа проектировочного расчета по приложению 1 принимаем  двигатель со следующими данными :

Mарка двигателя 8ЧPН 36/45

 Удельный расход топлива 215 г/кВт – ч

 Масса двигателя 29000 кг

 Номинальная мощность 773 кВт

 Номинальная частота вращения выходного фланца редуктора n =250 =4,167 .

 

 

 

 

2.2.Определение  характеристик движителя, обеспечивающего  наиболее эффективное использование мощности выбранного двигателя.

 

Схема расчёта  движителя для небуксирного  судна.

 

 

Мощность на валу винта:

 

 

На данном этапе расчета при  известных характеристиках корпуса  судна и выбранного двигателя  определяются основные элементы гребного винта, который при использование мощности, подводимой к нему от двигателя на нормальном режиме ( ) обеспечивал бы наивысшую скорость хода при заданных условиях плавания.

 

 Выбираем число лопастей  Z в зависимости от нагрузки на винт. Выбор производится по величине коэффициента упора – диаметра Кd:

 , то Z = 4 (более нагружены винты);

Принимаем винты с с усеченным симметричным контуром (форма Каплана)

Коэффициент нагрузки комплекса ВН определяется по формуле:

 

 

 

 

 

 

 Рассчитываем минимально необходимое  дисковое отношение винта  , при котором обеспечивается его нормальная работа по условиям достаточной прочности и отсутствия кавитации.

Минимально необходимое дисковое отношение по условию прочности  лопастей определяется по формуле:

 

 

 

где

а – коэффициент, зависящий от материала  винта и равный для углеродистой стали и латуни 0,065.

  -  предельное значение относительной толщины лопасти , принимаемое равным 0,09;

m – коэффициент, характеризующий возможную максимальную нагрузку на лопасть, равный 1,15.

 

 

 

 

 

T-упор гребного винта:

 

 

 

 

t  -коэффициент засасывания насадки.

 

 Минимально необходимое дисковое отношение по условию отсутствия кавитации для винта в насадке определяется по формуле:

 

 

 

 

где

n – частота вращения винта , об/с

Д- диаметр винта, м

Рд –мощность, подведенная к винту, кВт, принимается равной  Рдо

- абсолютное гидростатическое давление  на уровне оси винта, Па

где

- атмосферное давление, равное 101300 Па;

- плотность воды, равная 1000 кг/м³;

- глубина погружения гребного винта (м), рассчитываемая по формуле:

  -давление насыщенных паров воды, принимаемое равным 2000 Па.

 

 

 

 

 

 

 

В качестве минимально допустимого  значения при выборе расчетной диаграммы  принимаем

 

 Выбираем расчетную диаграмму  для ОВ в зависимости от  принятого числа лопастей и  с дисковым отношением  с ; ;

 

Расчёт движителя на полное использование мощности.

 

Уточняем значения коэффициентов  попутного потока W и засасывания t.

 

где

q-показатель, значения которого принимается равным 2 для бортового винта;

а=0,043

D – диаметр винта, м

V – водоизмещение,

 

 

Kw – коэффициент, учитывающий увеличение попутного потока в диске винта за счет свеса кормовой оконечности корпуса.  Kw=1

 

 

 

 

 

Коэффициент засасывания t для НВ определяем по приложению 3 в зависимости от W или Wc и отношения коэффициента нагрузки комплекса ( sk ) к коэффициенту расширения насадки.

t=0,135

 

 

Расчет элементов оптимального движения при полном использовании  мощности двигателя

 

Расчетные величины и  формулы	Единицы измерения	Номер последовательных приближений
1	2	3	4	5	6
	M/C	6,11
	M/C	5,09
		2,184
		0,58
		0.59
		1.1
	M	2,106
	кH	75,06
	кH	129,854
	M/C	6,11