Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГОУ ВПО «Новосибирская Государственная Академия Водного транспорта»

Кафедра ТУК

Курсовая работа

на тему:

Устройство судна

Выполнил: студент гр. ЭС-41

Клименко Мария

Проверил: старший преподаватель

кафедры ТУК Титов М.А.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Выбор прототипа

2. Определение водоизмещения в первом приближении

3. Определение главных размерений

4. Проверка главных размерений

5. Разработка теоретического корпуса и расчёт элементов теоретического чертежа

5.1 Расчет подводных элементов судна

6. Разработка эскиза общего расположения. Расчет координат центра масс и предварительная удифферентовка судна

7. Проверка остойчивости по Нормам Речного Регистра

8. Определение энерговооруженности судна, подбор двигателей,

определение параметров гребных винтов и расчетной скорости

8.1 Расчет сопротивления воды движению судна

8.2 Определение параметров гребных винтов и расчет тяги

Заключение

Список литературы

1. ВЫБОР ПРОТОТИПА

Таблица 1 - Выбор прототипа

Характеристика судна	Обозначение	Размерность	Проектируемое судно
Класс речного регистра	-	-	« О.»
Грузоподъемность		т	1937
Удельный погрузочный объём		т/м3	1,47
Число и мощность двигателя		кВт	751,1
Скорость хода в грузу		км/ч	21,7
Водоизмещение	М	т	44,7
Длина расчетная		м	77,75
Ширина расчетная		м	13,0
Высота борта расчетная		м	6,2
Осадка в грузу		м	3,2
Кубический модуль		м3	3730,8
Коэффициент общей полноты		-	1,37
Коэффициент полноты КВЛ		-	0,88
Абсцисса ЦВ в грузу		м	0,135
Адмиралтейский коэффициент		-	1551
Коэффициент массы корпуса и оборудования		т/м3	0,07
Коэффициент массы механизмов МО		т/кВт	0,05
Автономность плавания		сут	17
Число мест для экипажа		мест	15

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДОИЗМЕЩЕНИЯ В ПЕРВОМ ПРИБЛИЖЕНИИ

Водоизмещение, т.е. полная масса судна, складывается из массы корпуса со всем оборудованием, массы механизмов в машинном отделении. Вместе с запасами топлива и смазки, чистого дедвейта, включающего массу перевозимого груза и различных запасов, а также, некоторого значения запаса водоизмещения, величина которого может составлять до 10 % всей массы судна. Таким образом, полное водоизмещение можно представить как сумму

Определять в первом приближении массу обозначенных компонентов рекомендуется следующим образом.

Массу корпуса и оборудования принимают пропорционально кубическому модулю, т.е., произведение длинны корпуса на ширину и высоту борта - . Коэффициент пропорциональности, так называемый измеритель массы корпуса - , следует принять по прототипу, используя тот из них, что ближе по грузоподъемности. Кубический модуль, характеризующий вместимость корпуса, можно определить по формуле

где - удельно-погрузочный объем груза, т/м3; - заданная грузоподъемность, т;

Массу механизмов машинного отделения принимают пропорционально потребной мощности СЭУ, которая в свою очередь зависит от размеров судна и заданной скорости движения. Обобщающей эти параметры характеристикой служит, так называемый адмиралтейский коэффициент

,

показывающий зависимость между водоизмещением - (м3), скоростью -(км/ч) и суммарной мощностью СЭУ - (кВт). Значения адмиралтейского коэффициента принимается по прототипу близкого по скорости. Поэтому же прототипу рекомендуется принимать измеритель массы механизмов - , (т/кВт). Измеритель массы топлива и смазки - (т/кВт), зависящий от мощности и автономности плавания, рассчитывается по выражению

,

где - автономность плавания, в сутках; = 0,235 кг/кВт ч - удельный расход топлива.

Чистый дедвейт - складывается из массы перевозимого груза , массы экипажа с багажом - , запасов и продуктов воды - и , а также массы сточных вод и твердых отходов .

Эти массы пропорциональны числу людей на судне - (берутся по прототипу) и составляют.

Чистый дедвейт определяется по формуле

Некоторое значение запаса водоизмещения, величина которого может составлять до 10 % всей массы судна рассчитывается по формуле

где mK - масса корпуса судна, т определяется по формуле

mM - масса механизмов судна, т определяется по формуле

mТ.С. - масса топлива и смазки, т определяется по формуле

По найденным значениям рассчитываем ДМ

Полное водоизмещение будет составлять

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛАВНЫХ РАЗМЕРЕНИЙ

Длина судна принимается равной L = 77,75 м.

Ширина судна В, м подсчитывается по выражению

Высота борта судна определяется по формуле

Мощность судна в первом приближении определяется с помощью формулы

Для уточнения массового водоизмещения составляется укрупненная нагрузка масс (таблица 2)

Таблица 2

Статьи нагрузки	Формула	Масса, т
1. Корпус с оборудованием		446,52
2.Механизмы		104,59
3. Топливо и смазка		152,26
4. Чистый дедвейт		1955,33
5. Запас водоизмещения		44,7
6. Итого

Сумма масс (пункт 6 таблицы 2) должна быть равна водоизмещению, которое находится как

Поскольку разница этих величин не превышает 0,5 %, нет необходимости в уточнении главных размерений.

4. ПРОВЕРКА ГЛАВНЫХ РАЗМЕРЕНИЙ

Из условия обеспечения прочности корпуса необходимо, чтобы отношение L/H и B/H, не превосходили следующие значения, установленные Регистром России для грузовых трюмных судов.

Таблица 3

Разряд плавания	(L/H) max	(В/H) max
«О »	16	3,1

Н соответствует правилам Речного Регистра

Из этих расчетов видно, что условие прочности корпуса обеспечивается.

Н соответствует правилам Речного Регистра

Из этих расчетов видно, что условие прочности корпуса обеспечивается.

Находим малый метацентрический радиус

,

Аппликата центра величины определяется по формуле

,

Аппликата центра тяжести в этом случае

Начальная поперечная метацентрическая высота определяется

По правилам Речного Регистра РФ высота надводного борта должна быть не менее чем установлено в таблице 4.

Таблица 4

Длина судна, м	Разряд плавания
	«М»	«О»	«Р»
До 50	0,34	0,34	0,30
50-60	0,44	0,44	0,35
60-70	0,57	0,57	0,35
70-80	0,72	0,60	0,35
Свыше 80	0,90	0,60	0,35

4,5-3,2=1,3 1,2>0,6 соответствуют указанным требованиям.

5. РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКОГО КОРПУСА И РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ЧЕРТЕЖА

При разработке проекции корпус теоретического чертежа проектируемого судна (приложение 1) было произведён пересчёт привёдённой табл. ординат.

5.1 Расчет подводных элементов судна

Расчет элементов судна по теоретическому чертежу выполняется в виде таблицы 5, по результатам которой определяются следующие величины

Площади ватерлинии Sj==25273,7м2

Площади шпангоутов щj==282,196м2

Объемное водоизмещение Vщ==1793,376м3

ватерлиниям Vs==2539,39м3

Xf== -44,58м

Координаты центра подводного объема судна по осям X и Z

Xc=

Zc=

Коэффициенты полноты

;

;

.

6. РАЗРАБОТКА ЭСКИЗА ОБЩЕГО РАСПОЛОЖЕНИЯ. РАСЧЕТ КООРДИНАТ ЦЕНТРА МАСС И ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ УДИФФЕРЕНТОВКА СУДНА

Определим массы статей нагрузки, координаты центра масс, статические моменты.

Абсциссу и аппликату статьи «Корпус» принимаем

Координаты Ц.М., топливных танков

где la = B/2 = 6,5 м;

lм.о. - длина машинного отделения

lт.о. - длина топливного отсека

Координаты центра масс запаса (ЦМ) водоизмещения



Координаты ЦМ механизмов машинного отделения

Координаты ЦМ чистого дедвейта

Таблица 6 - Определение координат центра тяжести

№ п/п	Укрупненные статьи нагрузки	Масса, ,т	Координаты Ц.М.	Статические моменты
			,м	,м
1	Масса по статье «Корпус», mK	282,51	-25,0	5,6	-7062,8	1576,4
2	Масса по статье «Механизмы», mM	104,59	-26,9	3,8	-2810,3	401,6
3	Топливо и смазка, mТ.С.	152,26	-21,4	3,6	-3253,8	546,6
4	Дедвейт чистый, Dw	1955,33	5,0	4,1	9815,76	7997,3
5	Запас водоизмещения, ДM	44,7	-17,0	6,0	759,9	268,7
Итого: судно в грузу,	2539,39	-	-	-1920,2	10790,6

7. ПРОВЕРКА ОСТОЙЧИВОСТИ ПО НОРМАМ РЕЧНОГО РЕГИСТРА

Остойчивость проектируемого судна определяется по основному критерию, по которому остойчивость судна считается достаточной, если динамический кренящий момент от шквального ветра, приложенный к судну, находящийся на взволнованной поверхности, не превосходит некий предельно допускаемый момент

Площадь парусности и аппликата ее центра тяжести рассчитывается в таблице 7 на основание данных, снятых с бокового судна на эскизе общего расположения.

Расчетные формулы

Таблица 7 - Расчет центра парусности

№ п/п	Наименование элементов парусности	Площадь, ,м2	Аппликата Ц.П. Zi	Статический момент
1	Надводная часть корпуса	239,25	4,7	1124,5
2	1-ый ярус надстройки	27,5	7,45	204,875
3	2-ой ярус надстройки	22,5	9,95	223,9
4	Рулевая рубка	21,0	12,7	266,7
5	Фальш труба	5,0	12,45	62,25
6	Фальш борт	17,6	6,7	117,95
7	Комингсы люков	47,5	6,7	318,25
Итого		380,35	--	2318,38

Значение допускаемого момента подсчитывается по формуле

,

где - плечо восстанавливающего момента определяется по диаграмме статической остойчивости проектируемого судна.

Диаграмма представляет собой зависимость плеча восстанавливающего момента от угла крена. Для ее построения использован следующий метод суть которого состоит в следующем:

Для углов крена от 0 до 80 плечо рассчитываются по формуле

где - координаты центра величины судна условно наклоненного на 90;

- некие дискретно заданные тригонометрические функции; r - малый метацентрический радиус , м; а - возвышение Ц.Т. судна над Ц.В. судна, м;

Для вычисления этих величин предлагаются формулы

Функции приведены в таблице 8

Таблица 8

0	0	0	0	0	0	0	0	0
10	0,12	-0,05	0,12	0,398	-0,080	0,54	0,44	0,418
20	0,41	-0,16	0,15	1,359	-0,258	0,67	0,875	0,896
30	0,74	-0,25	0,11	2,45	-0,4	0,49	0,28	1,26
40	0,99	-0,32	0,041	3,28	-0,52	0,179	1,645	1,294
50	0,12	-0,25	-0,02	3,713	-0,4	-0,09	1,960	1,263
60	1,08	-0,08	-0,06	3,58	-0,129	0,358	2,216	0,877
70	0,85	0,2	-0,67	2,818	0,322	-0,314	2,405	0,421
80	0,47	0,58	-0,08	1,558	0,934	-0,358	2,520	-0,386

По результатам расчета строится график так, чтобы диаграмма построилась и в отрицательную область углов и плеч.

Диаграмма статической остойчивости (приложение 2). Из диаграммы lдоп = 0,75.

Углом заливания будем считать угол входа кромки грузового люка определяемого очевидным соотношением

где hK - высота комингса (hK = 1 м); bпр - ширина прохода (bпр = 1 м).

Угол качки судна

Таблица 9-Расчет перерезывающих сил и изгибающих моментов

№ шп
0	0	20,00	306	289,1	16,9	0	0	0	0	0	0	0
1	20						-16,9	418,49	435,35	9916,6	9933,5	15496,3
		49,8	761,94	248,92	512,9	16,9
2	29,8						563,6	836,98	1336,78	19833,3	20369,8	1776,9
		60,7	928,7	2006,06	-1077,36	529,8
3	30,9						545,04	1255,47	707,91	29749,9	30294,9	47260,1
		63,6	973,08	1929,816	-956,736	-547,56
4	32,7						-1878,27	-1673,96	-3549,7	49583,2	47704,9	-1877,1
		65,5	1002,15	2330,342	-1328,192	-1875,75
5	32,8						-6957,96	2092,45	-1111,5	59499,8	52541,9	74419,7
		65,6	1002,15	2330,342	-1328,192	-3203,94
6	32,8						-14694,04	2929,43	-1602,7	69416,5	54722,4	81965,3
		65,6	1002,15	2330,342	-1398,192	-4532,13
7	32,8						-25086,49	3347,93	-2512,4	79333,1	54246,6	85366,9
		65,6	1002,15	2330,342	-1398,192	-5860,33
8	32,8						-25086,5	3766,42	-3422,1	89249,7	51114,4	84624,7
		65,6	1002,15	2330,342	-1398,192	-7188,51
9	32,8						-38135,34	4184,91	-4331,7	99166,4	45325,8	318951,4
		65,6	1002,15	2330,342	1398,192	-8516,65
10	32,8						-53840,5	4603,402	-4917,2	109083	37705,8	70708,4
		65,6	1002,15	2006,06	-1003,9	-9520,56
11	32,8						-71877,72	5021,89	-5502,6	118999,7	27076,8	58821,03
		65,6	1002,15	2006,06	-1003,9	-10524,47
12	32,8						-91922,75	5440,38	-6088	128916,3	14940,7	42239,9
		65,6	1002,15	2006,06	-1003,9	-11528,4
13	32,8						-113975,9	5858,87	7015,2	138832,3	36013,6	23307,5
		65,6	1002,15	628,082	372,068	-11156,3
14	32,8						-102819,3	6277,36	-4785,6	148749,6	46023,7	56181,7
		65,6	1002,15	908,754	93,396	-11062,9
15	32,8						-102725,9	6695,86	-3664,3	158666,2	34517,2	71790,9
		65,6	1002,15	299,39	702,76	-10360,2
16	32,8						-124148,9	7194,35	-2616,6	168582,8	24342,8	53846,9
		60, 1	919,53	290, 276	629,254	-9730,9
17	27,3						-144240,1	7532,8	-1675,2	178499,5	15321,2	37974,8
		50,1	766,53	243,03	523,5	-9207,1
18	22,8						-163178,3	7951,33	-837,3	188416,1	170241,2	239010,1
		37,3	570,69	151,9	418,79	-8788,6
19	14,5						-181174,3	8369,82	0	198332,7	0	265576,2
		17,7	270,81	--	--	-8369,8
20	3,2						-198332,7	--	0	0	--	0

8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГОВООРУЖЕННОСТИ СУДНА, ПОДБОР ДВИГАТЕЛЕЙ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ГРЕБНЫХ ВИНТОВ И РАСЧЕТНОЙ СКОРОСТИ

Потребная мощность СЭУ подсчитывается с помощью адмиралтейского коэффициента, взятого по тому прототипу, который ближе по скорости

,

где М - водоизмещение судна (окончательное значение); - заданная скорость, км/ч; - адмиралтейский коэффициент;

Обычно речные грузовые суда имеют два одинаковых главных двигателя, поэтому ориентировочное значение мощности каждого из них будет

Ps=;

Ps =

Данные наиболее подходящего двигателя заносим в таблицу 9.

Таблица 10 - Характеристики СДВС

Мощность , кВт	Частота вращения , об/мин	Передаточное число реверс - редуктора
486	300	1

8.1 Расчет сопротивления воды движению судна

Предварительно рассчитываются величины, не зависящие от скорости:

Площадь смоченной поверхности по теоретическому чертежу

;

Коэффициент пропорциональности между сопротивлением трения и сопротивления формы

Дальнейший расчет в таблице 10.

Расчетные формулы

,

Принимаем

;

;

;

,

где

;

,

где - поправка на шероховатость (принимаем ).

;

;

,

где .

Таблица 11 - Расчет сопротивления воды движению судна

	Наименование	Обозначение	Размерность	Скорости
1	Скорость (задается)		м/с	3	4	5	6	7
2	Число Рейнольдса, 106		--	155,5	207,3	259,1	311,0	362,8
3	Число Фруда		--	0,109	0,145	0,181	0,217	0,253
4	Экстраполятор трения, 10-3		--	0,0019	0,0018	0,0018	0,00178	0,00174
5	Коэффициент волнового сопротивления, 10-3		--	0,0002	0,0004	0,0009	0,0015	0,0024
6	Динамический коэффициент, 103	А	(т*м)/с2	5653,9	10051	15705	22615	30782
7	Сопротивление трения		кН	14,7	25,6	40,04	53,8	78,5
8	Сопротивление формы, 10-3		кН	2,941	5,1	7,8	11	14,7
9	Волновое сопротивление, 10-3		кН	6,5	3,9	84,3	209,7	453,3
10	Сопротивление выступающих частей, 10-3		кН	1,1	2,0	35,6	47,9	69,8
11	Полное сопротивление		кН	21,9	39,9	68,5	111,7	175,9

8.2 Определение параметров гребных винтов и расчета тяги

Предполагается, что судно будет оборудовано двумя гребными винтами. Расчет начинается с определения коэффициентов взаимодействия винта и корпуса.

Коэффициент попутного потока

Коэффициент засасывания

;

Дальнейший расчет в таблице 11, где в качестве расчетных значений скорости рекомендуется принять близкие по значению скорости.

Расчетные формулы

где nВ = 5 об/сек.

Таблица 12 - Расчет параметров движителя

	Расчетные величины	Обозначение	Разм.	Значения
1	Скорость судна		м/с	4	5	6
2	Собственная скорость винта		м/с	3,36	4,2	5,0
3	Тяга винта		кН	19,95	34,25	55,85
4	Упор движителя		кН	23,01	39,50	64,42
5	Коэфф. частоты упора		--	0,68	0,75	0,77
6	Относительная поступь		--	0,417	0,457	0,486
7	Оптимальный диаметр винта		м	1,612	1,838	2,074
8	Коэффициент упора		--	0,136	0,138	0,139
9	Шаговое отношение		--	0,606	0,646	0,674
10	Коэффициент момента		--	0,015	0,016	0,016
11	КПД		--	0,602	0,627	0,676
12	Минимально необходимая мощность СЭУ		кВт	135,3	278,6	505,4

По результатам расчета строятся графики зависимостей На этом же графике производится выбор параметров винта, того у которого потребная мощность совпадает с заданной.

Проектируемое судно оборудовано гребными винтами с параметрами: диаметр DВ = 2,1 м, число лопастей Z=4, дисковое отношение Ae/A0=0,7, , , .

Расчетные формулы для гребных винтов

Коэффициент упора выражается из формулы

Для определения скорости хода на долевых режимах работы СЭУ производится расчёт при различных частотах вращения гребного винта в форме таблицы 12.

Таблица 13 - Расчет ходовых характеристик судна

Наименование величин	Обозначение	Скорости
		1	2	3	4
Относительная поступь	J	0	0,2	0,3	0,4
Коэффициент упора	KТ	0,278	0,235	0,204	0,170
Для значения вращения винта n1 = nB = 5 об/сек
Скорость судна	м/с	0	2,5	3,75	5,0
Суммарная тяга, кН		234,37	198,12	171,99	143,32
Для значения вращения винта n2 = nВ*0,7 = 4 об/сек
Скорость судна	м/с	0	2,0	3,0	4,0
Суммарная тяга, кН		149,99	126,79	110,07	91,73
Для значения вращения момента n3 = nB*0,4 = 3 об/сек
Скорость судна	м/с	0	1,5	2,25	3,0
Суммарная тяга, кН		84,37	71,34	61,92	51,59

Полученную зависимость наносят на график R(v) и точка их пересечения определяет расчетную скорость движения спроектированного судна.

Ходовые характеристики судна - приложение 4

При

удифферентовка судно энерговооруженность

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Определили параметры проектируемого судна

М = 2461,85 т;

L =77,75 м;

B = 13м;

T = 3,2 м;

H = 6,2 м.

Двигатель: Мощность: 468 кВт/ч.

Проверка главных размерений по правилам речного регистра соответствует предъявляемым требованиям.

Уточнённая длина грузового трюма:

L= 52,1 м.

Топливо и смазки

L=1,65 м

Машинное отделение

L= 11 м

Ахтерпик

L= 6,5 м

Форпик

L= 6,9 м

h коммингкса=1 м

B прохода =1 м

Остойчивость

Выполнили проверку по нормам речного регистра. Проверка показала, что остойчивость достаточно и Mкр < Mдоп.

Выполнили расчёт сопротивления зависимости от скорости движения судна на глубокой и мелкой воде. Для определения параметров движения

Дисковое отношение и = 0,7

Шаговое отношение Pp/D=0,67

Количество лопастей z = 4

D = 2,1 м

Частота вращения nМ = 300 об/мин.

Движитель - открытого типа, гребной винт, количество 2, который обеспечивает суммарный упор.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. «Ходкость и управляемость судов» под редакцией В. Г. Павленко.1991

2. В. А. Лесюков «Теория и устройство судов внутреннего плавания».1985

Размещено на Allbest.ru

...