 |
Расчет и построение паспортной диаграммы судна
|
|
|
|
Расчет и построение паспортной диаграммы связано с использованием значительного количества показателей и зависимостей, данные о которых могут быть получены опытным путем по результатам натурных испытаний судна и его энергетической установки или же с помощью расчетов на основании имеющихся величин, характеризующих элементы гребного винта, корпуса судна и главного двигателя. Построение паспортной диаграммы по результатам натурных испытаний практически не осуществимо, т. к. требует значительного количества опытов для различных условий плавания судна (при разных осадках, скоростях судна, частотах вращения гребного винта и т.п.). Это задача чрезвычайно трудоемкая. С другой стороны, построение паспортной диаграммы только на результатах теоретических расчетов, может привести к существенным неточностям. Поэтому наиболее целесообразно строить паспортную диаграмму по данным расчета, в котором используются и имевшиеся материалы испытаний судна [2, 9].
2.2.1. Исходными данными для расчета и построения паспортной диаграммы служат:
■ размерения корпуса судна:
длина судна между перпендикулярами L, м;
ширина судна по миделю В, м,
осадка по грузовую марку ТГ, м;
осадка судна в балласте Tб, м;
объемное водоизмещение в грузу V, м3;
■ коэффициент полноты корпуса судна δ, который определяется по формуле:
■ гидродинамические характеристики гребного винта:
диаметр винта Dв, м;
шаг винта Н, м;
число лопастей Z;
шаговое отношение H/Dв;
дисковое отношение θ;
■ КПД передачи (редуктора) ηп;
■ КПД линии валопровода ηвл
2.2.2. Расчет паспортной диаграммы следует начинать с определения относительной поступи гребного винта λр (по формуле 2.3), взяв за базовый известный по паспортным данным режим работы судна:
|
|
|
■ vГ — скорость судна в грузу, узл;
■ nс — частота вращения гребного винта, с-1.
При этом величину коэффициента попутного потока можно определить по формуле:
где показатель степени х учитывает количество винтов.
Или же можно применить следующие расчетные формулы:
■ ω = 0,5 δ - 0,05 — для одновинтовых судов;
■ ω = 0,55 δ — 0,20 — для двухвинтовых судов,
где δ — коэффициент полноты корпуса судна.
2.2.3. Затем выбираем несколько значений λр, при этом одно значение λр берем больше выше определенного, а два-три значения λр меньше его, с рас четом того, чтобы охватить весь возможный диапазон режимов работы пропульсивного комплекса.
2.2.4.После этого определяем коэффициенты упора k1, и момента k2 по кривым действия гребного винта для каждого из выбранных значений относительной поступи λр.
2.2.5.Далее задаемся рядом значений (не менее четырех) частоты вращения гребного винта (вала двигателя) nс, начиная с величины nс = (0,7... 0,8) nсн до полного хода nспх = nсн с учетом охвата всего поля возможных нагруженных режимов работы главного двигателя, где nсн — частота вращения гребного винта на номинальном режиме работы главного двигателя.
2.2.6.Для всех выбранных значений относительной поступи и частоты вращения гребного винта/главного двигателя рассчитываем скорость судна υ в узлах по формуле:
Учитывая, что величины Dв — диаметр гребного винта и ω — коэффициент попутного потока не меняются, можно формулу (2.5) записать в виде:
где постоянная с1 равна:
2.2.7. В формуле (2.2) такие величины как ρ — плотность забортной воды, DB — диаметр гребного винта и t — коэффициент засасывания можно считать для данных условий постоянными. Поэтому эту формулу можно представить в виде:
где постоянная с2 = ρ Dв4 (1-t) · 10 -3.
|
|
|
Используя формулу (2.2), рассчитываем величину полезной тяги Ре для всех выбранных значений λр. и пс.
2.2.8. Коэффициент засасывания t можно подсчитать по следующим формулам:
■ для одновинтовых судов t = 0,60 (1 + 0,67 ω) ω, где ω — коэффициент попутного потока.
■ для двухвинтовых судов t = 0,80 (1 + 0,25 ω) ω.
Плотность забортной морской воды обычно принимают равной ρ =1025 кг/м3.
2.2.9. Из теории движителей известно, что момент Мв, потребляемый гребным винтом, выражается через частоту вращения вала пс, коэффициент момента kг и диаметр гребного винта DB следующим образом:
Тогда мощность, потребляемая винтом, будет равна Nв = Mв ω, где ω= 2πпе — угловая скорость вала, следовательно:
Nв = 2πk2 ρnс3 Dв5 ·10 -3 , кВт (2.7)
2.2.10. Отсюда находим эффективную мощность главного двигателя Ne, кВт, учитывая потери мощности в передаче и валопроводе через КПД ηп и ηвл, которые можно принять равными ηп = 0,97...0,99, а ηвл = 0,96...0,98:
По формулам (2.8) и (2.8,а) проводим расчеты Ne для всех значений k 2 и п с.
Схема расчета для построения паспортной диаграммы приведена в таблице 2.1.
2.2.11. По результатам расчета строим графики изменения эффективной мощности главного двигателя Ne = f3 (υ, nс) и полезной тяги гребного винта Pе=f2(υ, nc) в зависимости от скорости судна υ при выбранных постоянных частотах вращения гребного винта nc = const.
Выберем оси координат. На оси абсцисс откладываем скорость судна v в узлах, начиная с первого меньшего значения, определенной расчетом, скорости до скорости полного хода в балласте. На оси ординат выше оси абсцисс откладываем величины эффективной мощности Ne, начиная с меньшего расчетного значения Ne до Ne = 1,1 Nен, где Nен — мощность ГД на номинальном режиме работы. Ниже оси абсцисс откладываем на оси ординат величины полезной тяги Ре от минимального значения до максимального расчетного.
2.2.12. Графики изменения Ne = f3(v,nс) и Ре = f2(.v, nс) строим для принятых постоянных значениях nс = const и для постоянных значений относительной поступи λр. = const.
Для чего при принятых постоянных значениях nс = const на оси абсцисс откладываем величину скорости v для каждой заданной относительной поступи λр, а на оси ординат соответствующую величину мощности Nе. По точкам пересечения ординат Ne и абсцисс v строим кривые изменения мощности Ne и абсцисс при nс = const для разных принятых значениях λр. Соединяя точки, соответствующие значениям мощности для постоянных величин относительной поступи λр = const, получаем зависимости изменения мощности по винтовым характеристикам.
|
|
|
Методика для построения кривых Ре = f2 (v, nс) при пс = const аналогична методике, приведенной выше для Ne. В результате получается сетка кривых, охватывающая основной диапазон нагруженных режимов работы главного двигателя.
Таблица 2.1 - Расчет паспортной диаграммы
|
|
|
