Расчет гребного винта

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Украины

НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «ОДЕССКАЯ МОРСКАЯ АКАДЕМИЯ»

Кафедра «Теория устройства судна»

Расчетно-графическая работа по

«ТЕОРИЯ, УСТРОЙСТВО СУДНА И ДВИЖИТЕЛИ»

Задание:

«РАСЧЕТ ГРЕБНОГО ВИНТА»

Выполнил:

К-т Габриэль Д.

Группа: 2303

Проверил:

Печенюк А.В.

Одесса 2017



Содержание

1. Исходные данные

2. Расчет и построение кривых сопротивления и буксировочных мощностей

2.1 Расчет буксировочной мощности методом

2.2 Расчет буксировочного сопротивления

3. Определение коэффициентов взаимодействия и выбор геометрических характеристик гребного винта

3.1 Определение некоторых данных, необходимых в расчете

4. Расчет элементов гребного винта на заданную скорость. Выбор мощности для подбора главного двигателя. Подбор главного двигателя

4.1 Расчет элементов гребного винта на заданную скорость

4.2 Выбор мощности для подбора главного двигателя. Подбор главного двигателя

буксировочный гребной винт двигатель



1. Исходные данные

Данные по судну:

длина между перпендикулярами, м =90,9

ширина судна, м B = 13,9

осадка судна (по грузовую ватерлинию), м d = 8,1

водоизмещение весовое при d=, т Д = 5125

коэффициент полноты мидель-шпангоута в =0,96

скорость судна (по заданию), узл. =14

Данные по движителю:

число гребных винтов m = 1

число лопастей гребного винта Z = 4

передача мощности от ГД к гребному винту прямая

КПД линии валопровода = 0,98

Прочие данные:

плотность воды с = 1,025

ускорение свободного падения g = 9,81



2. Расчет и построение кривых сопротивления и буксировочных мощностей

2.1 Расчет буксировочной мощности методом

Простой способ расчета буксировочной мощности по методу Ю.А. Будницкого основан на обработке материалов модельных и натурных испытаний, выполненных в опытовых бассейнах и на натурных судах.

Расчет буксировочной мощности выполнен с помощью программы «UbPover4» на ПК. Для выполнения расчета понадобятся некоторые исходные данные:

- название судна;

- случай загрузки

- судно в полном грузу;

- водоизмещение весовое ,т

- из исходных данных по судну;

- коэффициент общей полноты д, который определяем по формуле:

,

где - объемное водоизмещение судна в грузу, м3 - плотность морской воды, =1,025 т/м3; длина расчетная - из исходных данных по судну;

Начальное значение скорости принимаем равным (0,6ч0,7) ,уз.;приращение dVs принимаем равным 0,1ч1 уз.; конечное значение Vsк принимаем равным (1,2ч1,5)Vs, уз.

В табличной форме приводятся значения буксировочной мощности - Nб и коэффициента волнового сопротивления - n. Коэффициент волнового сопротивления n - показатель волнового сопротивления, характеризующий выгодные и невыгодные скорости для судна.

Расчет буксировочной мощности методом Ю.А. Будницкого

Водоизмещение Д = 5125 т.

Расчетная длина L = 90,9м.

Коэффициент общей полноты = 0.488

Относительная длина l = 5,316

2.2 Расчет буксировочного сопротивления

Буксировочное сопротивление находим по формуле:

,

где - в кВт, - в узлах.

По результатам расчета строим график и .

10	373	72,56809
10,5	422	78,19159
11	479	84,71878
11,5	550	93,04686
12	627	101,6537
12,5	710	110,5058
13	816	122,1191
13,5	949	136,7632
14	1105	153,5575
14,5	1278	171,4746
15	1459	189,2348
15,5	1653	207,4809
16	1850	224,9514
16,5	2074	244,5466
17	2313	264,7059

Кривые сопротивления и буксировочной мощности:



3. Определение коэффициентов взаимодействия и выбор геометрических характеристик гребного винта

Основные теоретические сведения

При работе за корпусом судна гребной винт связан с корпусом кинематически, динамически и гидродинамически.

Кинематическая связь выражается в равенстве поступательных скоростей судна и движителя; динамическая - в равенстве полезной тяги движителя силе сопротивления воды движению судна, гидродинамическое взаимодействие - сложное явление, заключающееся во взаимном влиянии полей скоростей, создаваемом корпусом и работающим винтом.

Рис.3.1. Поле взаимодействия корпуса судна, винта и руля

3.1 Определение некоторых данных, необходимых в расчете

Попутный поток

При движении судно увлекает за собой частицы воды, формируя попутный поток, направленный в сторону движения судна. Попутный поток неравномерен по величине и направлению, его скорости изменяются по радиусу и по окружности. Влияние попутного потока на работу винта учитывается осредненно введением коэффициента попутного потока, как отношение его средней скорости к скорости судна:

,

где V - скорость судна; - скорость попутного потока на диске винта.

Величина попутного потока может быть найдена по диаграммам Харвальда в зависимости от коэффициента общей полноты и отношения L/B, рис.3.2, либо по приближенным формуле:

Рис.3.2 Диаграмма Харвальда для определения коэффициента попутного потока, а - попутный поток одновинтовых судов, б - попутный поток двухвинтовых судов.

Засасывание

При вращении гребной винт подсасывает воду и увеличивает скорость обтекания кормовой оконечности. Это приводит к возрастанию сопротивления трения корпуса, в соответствие с законом Бернулли. Появляется дополнительная сила ДР - сила засасывания, увеличивающая сопротивление воды движению.

Отношение силы засасывания к упору гребного винта называется коэффициентом засасывания .

Коэффициент t определяется экспериментальным путем либо может быть найден по приближенной формуле в зависимости от коэффициента попутного потока:

для одновинтовых судов :

а) с обычными обтекаемыми рулями,

б) снабженными пропульсивными насадками или контрпропеллерами,

Неравномерность потока в диске винта

Неравномерность потока учитывается с помощью трех коэффициентов:

- влияние неравномерности потока на упор, возникающее из-за неодно- родного распределения осевой составляющей вследствие изменения углов ата- ки и скорости обтекания за один оборот винта. Амплитуда колебания упора уменьшается при увеличении числа лопастей.

- неоднородность потока по окружности и по радиусу винта обуславливается периодически изменяющимися силами и моментами по длине лопасти, вызывающими вибрацию корпуса и циклические нагрузки на валопровод, дейдвуд и подшипники. Уменьшение влияния амплитуды колебания момента происходит при увеличении количества четных лопастей. На крупных судах - супертанкерах, супербалкерах выбирают число лопастей равное 6, 8.

Коэффициенты и меняются в узких пределах, средние значения -



= 0,96 = 0,98.

i - коэффициент влияния неравномерности потока на КПД винта, определяется:

Осевая скорость в диске винта

где - расчетная скорость судна, узл.;

- коэффициент попутного потока

Влияние корпуса на КПД гребного винта определяется коэффициентом :

Величина эффективного упора

- упор (полезная тяга), идущий на преодоление сопротивления, определяется с помощью графика в зависимости от заданной скорости Vs , (рис.1.1 - кривые сопротивления и буксировочной мощности)

, кН

Где m - число гребных винтов, тогда:

кН

Полный упор гребного винта, необходимого для движения судна с заданной скоростью

кН

Назначаем максимальный диаметр гребного винта из условия размещения его в кормовом подзоре судна

м

Минимальную частоту вращения гребного винта можно оценить по формуле

Минимальное значение дискового отношения гребного винта из условия отсутствия кавитации определяем по формуле

,

где Z - число лопастей гребного винта

Для одновинтовых судов c целью предотвращения вибрации кормы Zпринимается не менее 4.При коэффициенте общей полноты более 0,7 принимается Z > 5. Следовательно Z = 4

- атмосферное давление, принимается равным 101,3;

- погружение оси вала,

- давление насыщенных паров, рекомендуется принимать равным 0,82 при t = 4 єС из таблицы 3.1, [1];

P - упор гребного винта;

m - число гребных винтов;

n -- число оборотов, об/мин.

Принимаем за значение дискового отношения ближайшее большее поимеющимся в наличии расчетным диаграммам Э.Э. Папмеля. Выбор расчетной диаграммы производится в зависимости от числа лопастей Z и дискового отношения . из приложения Б.



4. Расчет элементов гребного винта на заданную скорость. Выбор мощности для подбора главного двигателя. Подбор главного двигателя

4.1 Расчет элементов гребного винта на заданную скорость

К основным элементам гребного винта относятся: D -- диаметр гребного винта; Z-- число лопастей; --дисковое отношение;--диаметр ступицы; H -- геометрический шаг гребного винта.

Геометрический шаг гребного винта представляет расстояние, на которое переместился бы гребной винт за один полный оборот в твердой неподатливой среде, например в гайке (рис. 3.1). Напротив, вода является податливой средой и при малейшем давлении на нее отступает. Поэтому винт в воде за один оборот проходит меньше, чем гайка расстояние, которое называют действительным шагом или поступью гребного винта. Разность между геометрическим шагом и поступью называют скольжением.

Рис. 4.1. Шаг, поступь и скольжение гребного винта

При расчете гребных винтов особое значение имеет правильный выбор шагового отношения гребного винта, являющегося одной из его важнейших гидродинамических характеристик. Шаговое отношение гребного винта определяет режим работы винта и двигателя и характеризуется отношением геометрического шага винта H к диаметру винта D.

Расчет винта сводим в таблицу, задавшись 5-ю значениями числа оборотов, начиная с интервалом в 10, 15 или 20.

Значения определяются по соответствующей диаграмме Э.Э. Папмеля.

Исходные данные:

=13,5 узл. = = = = кН	Z = 4 = = 0,96	= 0,4 t = = 0,98. = 0,9796 = 0,98

Таблица 4.1 - Расчет элементов гребного винта на заданную скорость

№	Расчетные величины	Размерность	Пояснение	Числовые значения расчетных величин
1			Задаваемые обороты винта	62	77	92	107	122
2				1,03	1,28	1,53	1,78	2,03
3				1,02	1,13	1,24	1,34	1,43
4				1,07	1,65	2,35	3,18	4,13
5			Коэффициент упора числа оборотов	1,61	1,44	1,32	1,23	1,15
6			Относительная поступь	1,00	0,90	0,82	0,77	0,72
7	, где a =1,05		С учетом неравномерности потока	1,05	0,95	0,86	0,81	0,76
8		м	Диаметр винта	5,35	4,78	4,39	4,02	3,77
9			Коэффициент упора гребного винта	0,18	0,18	0,18	0,19	0,19
10			Шаговое отношение	1,35	1,20	1,10	1,10	1,00
11			КПД винта	0,75	0,71	0,70	0,68	0,66
12			Пропульсивный коэффициент комплекса винт-корпус	0,77	0,73	0,72	0,70	0,68
13		кВт	Мощность, подводимая к винту	1235	1305	1323	1362	1404
14		кВт	Потребная мощность двигателя	1260	1331	1350	1390	1432

4.2 Выбор мощности для подбора главного двигателя. Подбор главного двигателя

В период эксплуатации судна изменяется состояние обшивки корпуса и лопастей гребного винта. Возрастает вязкостное сопротивление и повышается коэффициент попутного потока. В процессе эксплуатации винта происходит увеличение шероховатости лопастей из-за коррозии, эрозии и обрастания. В течение времени на лопастях появляется налет карбонатов магния и кальция, что повышает шероховатость лопастей. Вследствие этого возрастает сопротивление, падает подъемная сила лопасти, снижается КПД винта. Происходит изменение гидродинамических характеристик гребного винта и его относительной поступи. Изменяются частота вращения винта, режим работы двигателя, происходит потеря скорости судна, снижение мощности главных двигателей и увеличение расхода топлива. т.е. нарушается соответствие винта главному двигателю. Все эти изменения приводят к так называемому утяжелению винта, т.е. винт делается «тяжелым» и частота вращения падает. Для компенсации этого явления и изменения сопротивления вследствие обрастания корпуса, волнения, действия ветра, плавания на мелководье и т.д. уже на стадии проектирования винта, для ДВС рекомендуется принять 15% запаса мощности, следовательно,

кВт

Далее с и обращаемся к промышленным каталогам (справочникам) для выбора главного двигателя судна. Выбор двигателя можно выполнить из приложения В.

округлим до 100 кВт

Поскольку точное совпадение мощности выбираемого двигателя с величиной и его частоты вращения с величиноймаловероятно,то выбор двигателя выполняем, как правило, при условии:

но стремимся к максимальному сближению этих величин.

При выборе двигателя следует избегать неблагоприятных сочетаний как число лопастей равное или кратное числу цилиндров двигателя, с целью избежания крутильных колебаний в системе винт-вал-двигатель.

Таблица 4.2 - Данные по судовой энергетической установке.

Тип	Дизели MAN-B&W Diesel типов MC/MCE
Марка	L50MC
Мощность	2540	кВт
Частота вращения вала	108

Размещено на Allbest.ru

...