 |
II.Проектировочный расчет гребных винтов.
|
|
|
|
I.Расчет сопротивления движению судна.
Исходными данными в этом случае являются: зависимость силы сопротивления движению модели (Rм) от ее скорости (
); Основные геометрические характеристики корпуса судна L, B, T,δ; модуль геометрического подобия модели 
; температура воды в опытном бассейне t.
Предварительно определяется смоченная поверхность судна (S) с использованием приближенных формул:
Расчет силы сопротивления движению выполняются по формуле:
R=(Coc+Cтс+ΔСтс+Свч+Св)ρυ²S/2
Где Coc - коэффициент остаточного сопротивления;
Cтс - коэффициент сопротивления трения эквивалентной гидродинамически гладкой пластины;
ΔСтс - надбавка к коэффициенту Cтс, (коэффициент влияния шероховатости);
Свч – коэффициент сопротивления, вызванного выступающими частями;
Св - коэффициент воздушного сопротивления;
Примем следующие значения безразмерных коэффициентов сопротивления.
Средние значения ΔСтс для судов со сварной обшивкой или с обшивкой, клепанной в потай. ΔСтс=(0.3…0.7) 10ֿ³
Средние значения коэффициента надбавки на сопротивление выступающих частей Свч судов внутреннего плавания изменяются в пределах при двухвальных установках
Свч=(0.15…0.20) 10ֿ³
Среднее значение коэффициента Св может быть принято Св=(0.1…0.20) 10ֿ³
Расчет силы сопротивления движению судна и буксировочной мощности
| Модель | Расчетные величины и формулы | Размерность | Режимы движения | Примечание | |||
| |||||||
| М/C | 0.411 | 0.563 | 0.788 | 0.945 | ||
| Н | 0.256 | 0.476 | 1.010 | 1.727 | ||
| 0.745 | 1.003 | 1.395 | 1.648 | |||
| 5.31 | 5.28 | 5.72 | 6.77 | |||
| 4.77 | 4.45 | 4.45 | 3.94 | |||
| 0.55 | 0.84 | 1.27 | 2.83 | |||
| 0.0978 | 0.134 | 0.188 | 0.225 | |||
| Судно | 
| м/с | 2.91 | 3.98 | 5.57 | 6.68 | 
|
| 1.67 | 2.28 | 3.19 | 3.83 | |||
| 1.95 | 1.95 | 1.83 | 1.76 | |||
| 3.45 | 3.74 | 4.05 | 5.54 | |||
| кН | 20.745 | 42.171 | 89.192 | 175.417 | ||
| КВт | 60.37 | 167.8 | 496.8 | 1171.8 |
|
|
|
По результатам расчета таблице строим график зависимости силы сопротивления движению (R) и буксировочной мощности (Рб) от скорости движения судна.(рис. 1)
II.Проектировочный расчет гребных винтов.
2.1. Расчет элементов гребного винта при выборе главных двигателей.
В качестве движительного комплекса судна рассматриваем винтовой движитель типа:
ВН – винт в насадке.
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 = 0,55…0,58 и числом лопастей z = 4.
Рассчитываются по приближенным формулам коэффициенты взаимодействия движителя и корпуса судна W и t:
винт- насадка
коэффициент попутного потока
δ –коэффициент полноты водоизмещения
коэффициент засасывания
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 
м. 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
м.
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 | ||||
1,26
| 1,47 | 1,68 | 1,89 | 
2,1
| ||
| 0,81 | 0,945 | 1,077 | 1,212 | 1,347 | |
| 0,342 0,53 0,99 | 0,423 0,57 0,93 | 0,442 0,605 0,89 | 0,543 0,63 0,84 | 0,622 0,655 0,79 | |
|
| 9,38 | 6,497 | 5,44 | 3,94 | 3,09 |
| кВт | 302,6 | 281,4 | 254,6 | 244,9 | |
| кВт | 357,5 | 332,4 | 300,8 | 289,3 | |
| 
| 562,8 | 389,8 | 326,4 | 236,4 | 185,6 |
По данным таблицы строятся графики зависимостей: 
и 
на верхней части графика, а на нижней 
, 
и 
(рис. 2). 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: марка двигателя 6ЧСПН25/34, удельный расход топлива 217 г/кВт – ч, масса двигателя 3120 кг, номинальная мощность Рo =311кВт и номинальная частота вращения выходного фланца редуктора n =314 =5,23 .
Мощность на валу винта: 
Коэффициент нагрузки комплекса ВН определяется по выражению:
2.2.Определение характеристик движителя, обеспечивающего наиболее эффективное использование мощности выбранного двигателя
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.
2.2.1 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 саблевидным (несимметричным) контуром, так как их применение приводит к снижению вибрации корпуса судна
|
|
|
2.2.2. 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.
Минимально необходимое дисковое отношение по условию отсутствия кавитации для ОВ определяется по формуле:
где
- абсолютное гидростатическое давление на уровне оси винта, Па
D- диаметр винта, м, принимается равным 
где
- атмосферное давление, равное 101300 Па;
- плотность воды, равная 1000 кг/м³;
- глубина погружения гребного винта (м), рассчитываемая по формуле: 
м
-давление насыщенных паров воды, принимаемое равным 2000 Па.
В качестве минимально допустимого значения при выборе расчетной диаграммы принимаем 
2.2.3. Выбираем расчетную диаграмму для ВН в зависимости от принятого числа лопастей и с дисковым отношением 
с 
; 
; 
; 
2.2.4.Уточняем значения коэффициентов попутного потока W и засасывания t.
где
q-показатель, значения которого принимается равным 2 для бортового винта;
Коэффициент засасывания t для ВН определяем по приложению 3:
, 
Расчет элементов оптимального движения при полном использовании мощности двигателя
| Расчетные величины и формулы | Единицы измерения | Номер последовательных приближений | |||
| I. | II. | III. | IV. | ||
| M/C | 4,86 | 4,95 | ||
| M/C | 4,22 | 4,297 | ||
| 1,93 | 1,97 | |||
| 0,55 | 0,56 | |||
| 0,605 | 0,61 | |||
| 1,17 | 1,18 | |||
| M | 1,467 | 1,467 | ||
| кH | 37,75 | 37,3 | ||
| кH | 67,2 | 66,5 | ||
| M/C | 4,95 | 4,93 | ||
| % | 1,85 | 0,4 |
Условие 
удовлетворяется.
|
|
|
|
|
|
