Расчет и анализ показателей пропульсивного комплекса судна

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство морского и речного транспорта

Федеральное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Волжская государственная академия водного транспорта

Пермский филиал

Расчет и анализ показателей пропульсивного комплекса судна

Вариант №19

Выполнил: Калимуллин А.М.

Проверил: Кеслер А.А.

Пермь 2014



1. Расчет сопротивления движению судна

Предварительно определяется смоченная поверхность судна с использованием приближенных формул:

Где ,-безразмерные коэффициенты, определяемые по формулам:

Используя исходные данные найдем коэффициенты ,

Из полученных коэффициентов определим смоченную поверхность судна:

Полученное значение смоченной поверхности позволяет на основе геометрического подобия модели и натуры определить смоченную поверхность модели

Расчет силы сопротивления движению выполняется по формуле:

R=

Где -коэффициент остаточного сопротивления

-коэффициент сопротивления трения эквивалентной гидродинамически гладкой пластины

-надбавка к коэффициенту учитывающая влияние на сопротивление шероховатости поверхности корпуса судна (коэффициент влияния шероховатости)

-коэффициент сопротивления, вызванного выступающими частями

-коэффициент воздушного сопротивления

-скорость судна

-плотность воды

- смоченная поверхность судна

Так как сопротивление движению судна нам известно, из задания, найдем буксировочную мощность

Таблица 1.1

	2.425	2.875	3.334	3.707	4.053	4.460	4.832	5.136	5.456	5.846	6.253	6.712	7.127
	16.7	24.8	32.9	41.0	49.6	61.1	72.7	85.0	101.1	119.9	146.6	180.3	226.6
	40.49	71.3	109.68	151.98	201.02	272.5	351.28	436.56	551.6	700.9	916.6	1210.17	1614.97

По результатам расчета построим график зависимости силы сопротивления движения (R) от скорости движения судна. (рисунок 1)

Буксировочная мощность может быть использована для приближенного ( предварительного) определения необходимой мощности главного двигателя судна по формуле:

Где x- количество движителей (2-см. задание)

-кпд передачи мощности от двигателя к движителю (0.95-при исп. Зубчатого редуктора и валопровода)

-пропульсивный кпд двигателя (0.6-для грузовых судов)

Таблица 1.2

	35.51	62.54	96.21	133.31	176.33	239.03	308.14	382.94	483.85	614.82	804.03	1061.55	1416.64



2. Проектировочный расчет гребных винтов

2.1 Цель, этапы расчета и общие указания

Проектировочный расчет выполняется с целью определения основных элементов винта, при которых обеспечиваются наиболее высокие показатели его гидромеханической эффективности.

Первый этап-расчет элементов винта при выборе главного двигателя. В этом расчете исходят из заданной скорости судна и значения силы сопротивления, соответствующего этой скорости. Значение диаметра принимается с учетом условий его размещения за кормой и осадки судна.

Второй этап-расчет элементов винта, обеспечивающего наиболее эффективное использование мощности, подводимой от главного двигателя на эксплуатационном (расчетном) режиме его работы. На этом этапе определяется максимально достижимая скорость движения судна. Полученные в результате второго этапа расчеты значения геометрических характеристик винта принимаются в качестве окончательных.

2.2 Расчет элементов гребного винта при выборе главного двигателя

2.2.1 Исходные данные и расчет характеристик взаимодействия корпуса судна и движителя

В качестве движительного комплекса судна рассматриваем открытый винт. Тип судна-не буксирное.

Расчет производится по диаграмме с наиболее распространёнными в эксплуатационной практике характеристиками винта: дисковым отношением и числом лопастей z=4.

Рассчитаем коэффициенты взаимодействия корпуса и движителя (W и t) по приближенным формулам.

Для открытого бортового винта формула коэффициента попутного потока будет иметь вид:

Коэффициент засасывания поверхности корпуса судна открытым бортовым винтом определим по формуле (для обычных, не тоннельных обводов):

2.2.2 Расчет минимально необходимой мощности главного двигателя

Рассчитаем величину упора открытого винта ( T ), а так-же величину скорости потока набегающего на открытый винт (.

Назначаем ряд значений Д(м), при которых винт может быть размешен под кормой судна. Минимальный размер для судна с обычными обводами кормы принимается равным

. Величина максимально допустимого диаметра определяется так-же в долях от осадки судна . Для судов с обычными обводами кормы и бортовыми винтами коэффициент находится в пределах

В промежутке между и выберем 4 значения диаметра через равный промежуток

2.1

Рассчитаем значения коэффициента для каждого из выбранных диаметров. По значению коэффициента на корпусной расчетной диаграмме на кривой оптимальной частоты вращения по находим расчетную точку в, в которой определяем значения относительной поступи , коэффициента полезного действия и шагового отношения Н/Д.

Значение кпд валопровода и редуктора принимаем согласно рекомендации:

Таблица 2.1

Исходные данные: Т=; p=1.0т/ ;
Расчетные велечины и формулы	Размерность	Диаметр винта, м
		1.4	1.5	1.7	1.9	2.0	2.1
	_	0.822	0.881	0.999	1.116	1.175	1.234
= )	_	0.355	0.365	0.395	0.445	0.485	0.515
	_	0.505	0.525	0.545	0.575	0.595	0.625
	_	0.615	0.645	0.685	0.725	0.745	0.805
		10.85	9.85	7.99	6.21	5.53	4.96
	кВт	887.08	853.29	821.98	779.09	752.95	716.76
	кВт	1058.91	1018.57	981.21	930.01	898.81	855.61
		651	591	479.4	372.6	331.8	297.6

По данным таблицы 2 строятся графики зависимостей и D=f(n) на верхней части графика, а на нижней Н/Д=f(n), 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 6ЧPН 36/40

Удельный расход топлива 210 г/кВт - ч

Масса двигателя 25000 кг

Номинальная мощность 1100 кВт

Номинальная частота вращения коленчатого вала дизеля n=300.

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 имеющие саблевидный (несимметричный) контур.

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:

a - 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

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

Где о-эмпирический коэффициент, зависящий от нагрузки на винт и принимаемый равным 1.55; n-частота вращения винта принимается равной ; D-диаметр винта принимается равным ;-кавитационная характеристика определяемая в зависимости от Н/Д и по приложению 2; -абсолютное гидрастатическое давление на уровне оси винта, определяется по формуле

Где -101300Па атмосферное давление;p-1000кг/-плотность пресной воды;-ускорение свободного падения;

;-2000Па давление насыщенных паров воды.

=111880

=0.504

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; z=4; ;

Расчёт движителя на полное использование мощности.

Уточняем значения коэффициентов попутного потока W и коэффициент засасывания для ОВ t

Где q-показатель равный 2 для бортового винта;V,-водоизмещение и коэффициент полноты водоизмещения; D-диаметр винта

=0.271

Расчет элементов оптимального движения при полном использовании мощности двигателя

Таблица 2.2

Расчетные величины и формулы	Единицы измерения	Номер последовательных приближений
		I.	II.	III.	IV.
1	2	3	4	5	6
v	M/C	6.11
	M/C	4.45
	__	2,184
= )	__	0,58
	__	0.59
	__	1.1
	M	1.53
	кH	182.16
	кH	280.31
V=f(R)	M/C	6.10



3. Расчет ходовых характеристик судна

судно движение скорость двигатель

Ходовыми характеристиками называются графики, показывающие изменение суммарного эффективного упора движителей и соответствующей эксплуатационной мощности двигателя при различных частотах вращения гребного вала, переменной скорости хода судна и в различных условиях его эксплуатации.

3.1 Расчет ограничительной характеристики двигателя

Ограничительная характеристика двигателя, необходимая для определения ходовых характеристик судна, может быть получена исходя из номинальной внешней характеристики двигателя (зависимость P(n)) или приближенным методом.

Где - мощность на валу двигателя, кВт

- мощность двигателя, отбираемая на винт при номинальной частоте вращения винта



3.2 Определение динамических характеристик движителя

Ограничительная характеристика двигателя

Таблица 3.1

Расчетные величины и формулы	Единицы измерения	Относительная частота
		0,4	0,6	0,8	0,9	1
		2	3	4	4.5	5
	кВт	200	466.6	733.3	866.6	1000
	_	0.153	0.357	0.561	0.663	0.766

По результатам расчетов таблицы 4 строим графики зависимости и (рис. 3)

Расчет динамических характеристик открытого винта

Таблица 3.2

Расчетные величины и формулы	Относительная поступь (
	0.0	0.2	0.4	0.58	0.66
,	0,55	0,44	0,335	0,23	0,19
,	0,052	0,0485	0,043	0,0345	0,032
	1	0.819	0.637	0.473	0.4
	0.231	0.282	0.362	0.488	0.577
	0.422	0.338	0.257	0.176	0.146



3.3 Расчет ходовых характеристик судна

Расчет ходовых характеристик при работе двигателя по ограничительной кривой

Таблица 3.3

Расчетные величины и формулы	Единицы измерения	Относительная поступь и соответствующие значения и
		0.0	0.2	0.4	0.58	0.66
		0,052	0,0485	0,043	0,0345	0,032
		0.422	0.338	0.257	0.176	0.146
		2.1	3.2	4.3	4.5	4.99	__
	кВт	200.32	467.54	734.01	867.03	999.23	__
	кН	20.39	37.92	52.07	39.05	39.83	__
	м/с	0	0.979	2.631	3.993	5.038	__
	м/с	0	1.342	3.609	5.477	6.911	__

Расчет ходовых характеристик при постоянных частотах вращения движетеля

n=

Таблица 3.4

Расчетные величины и формулы	Единицы измерения	Относительная поступь и соответствующие значения и
		0.0	0.2	0.4	0.58	0.66
		0,052	0,0485	0,043	0,0345	0,032
		0.422	0.338	0.257	0.176	0.146
	кВт	373.08	347.97	308.51	247.52	229.58	__
	кН	115.61	92.59	70.41	48.21	39.99	__
	м/с	0	1.53	3.06	4.43	5.05	__
	м/с	0	2.09	4.19	6.07	6.92	__

n= =4.5

Таблица 3.5

Расчетные величины и формулы	Единицы измерения	Относительная поступь и соответствующие значения и
		0.0	0.2	0.4	0.58	0.66
		0,052	0,0485	0,043	0,0345	0,032
		0.422	0.338	0.257	0.176	0.146
	кВт	272.03	253.72	224.95	180.04	167.41	__
	кН	93.48	74.87	56.93	38.98	32.34	__
	м/с	0	1.37	2.75	3.99	4.54	__
	м/с	0	1.87	3.77	5.47	6.22	__

n==4

Таблица 3.6

Расчетные величины и формулы	Единицы измерения	Относительная поступь и соответствующие значения и
		0.0	0.2	0.4	0.58	0.66
		0,052	0,0485	0,043	0,0345	0,032
		0.422	0.338	0.257	0.176	0.146
	кВт	191.08	178.22	158.01	126.77	117.58	__
	кН	73.99	59.26	45.06	30.85	25.59	__
	м/с	0	1.22	2.44	3.54	4.03	__
	м/с	0	1.67	3.34	4.85	5.52	__

n==3

Таблица 3.7

Расчетные величины и формулы	Единицы измерения	Относительная поступь и соответствующие значения и
		0.0	0.2	0.4	0.58	0.66
		0,052	0,0485	0,043	0,0345	0,032
		0.422	0.338	0.257	0.176	0.146
	кВт	80.6	75.17	66.65	53.47	49.6	__
	кН	41.61	33.33	25.34	17.35	14.39	__
	м/с	0	0.92	1.83	2.66	3.02	__
	м/с	0	1.26	2.51	3.64	4.14	__

n==2

Таблица 3.8

Расчетные величины и формулы	Единицы измерения	Относительная поступь и соответствующие значения и
		0.0	0.2	0.4	0.58	0.66
		0,052	0,0485	0,043	0,0345	0,032
		0.422	0.338	0.257	0.176	0.146
	кВт	23.88	22.27	19.74	15.84	14.69	__
	кН	18.49	14.81	11.26	7.71	6.39	__
	м/с	0	0.62	1.22	1.77	2.01	__
	м/с	0	0.85	1.67	2.42	2.75	__



4. Разработка теоретического чертежа гребного винта

4.1 Построение спрямленного контура лопасти

Расчет любого спрямленного контура производится в следующей последовательности:

1 определяется средняя ширина лопасти

=0.346м

По диаграмме =0.1

2 определяется максимальная ширина лопасти

Где с-эмпирический коэффициент принимаемый равным 1.17 для ОВ с саблевидной формой винта и количеством лопастей 4

3 определяются элементы контуров Саблевидный контур ОВ



Таблица 4.1

=	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	1.0
	0.189	0.212	0.227	0.232	0.226	0.207	0.168	0.094	-
	0.117	0.134	0.151	0.164	0.177	0.188	0.195	0.189	0.081
b	0.307	0.347	0.378	0.397	0.404	0.396	0.364	0.292	-
	0.107	0.121	0.132	0.138	0.157	0.175	0.174	0.146	-

4.2 Построение проекции лопастей гребного винта

Предварительно определяется форма ступицы и ее основные размеры.

Диаметр ступицы подсчитывается по относительному диаметру

м

м

Размер внутреннего отверстия ступицы зависит от диаметра гребного вала

==1000*0.97=970кВт-мощность передаваемая промежуточным валом

k=q(a-1)=0.4(2.15-1)=0.46

q=0.4-для четырехтактных двигателей

a=2.15

-ширина канавки под уплотнение

Диаметр малого основания корпуса внутренней поверхности ступицы определяется по формуле:

Шаговый угол при постоянном шаге Н определяется для каждого сечения

Отстояние точек контуров нормальной и боковой проекции лопасти рассчитывают по формулам:

Радиусы и ординаты центров окружностей входящей и выходящей кромок рассчитывают по формулам:

Толщина сечения l для каждого радиуса r может быть определена по формуле:

0.007



Библиографический список

1. Кеслер А.А. «Расчёт и анализ показателей пропульсивного комплекса судна», Н. Новгород : ФГОУ ВПО «ВГАВТ», 2007 г. 61 стр.

2. Шмаков В. М. Теория, устройство судов и движители : методические указания Шмаков В.М., ВГАВТ. Н. Новгород, 1995 г. 65 стр.

3. Басин А.М. Руководство по расчету и проектированию гребных винтов судов внутреннего плавния. Издательство «Транспорт». Ленинград. 1997. 271 стр.

Размещено на Allbest.ru

...