Подбор двигателя и винта судна

Подбор двигателя и винта судна

Цель: Основной целью расчета является выбор ВРШ и, при необходимости,

передаточного отношения редуктора, обеспечивающих при полном использовании

мощности главного двигателя максимальную скорость хода в расчетных условиях

плавания.

Исходные данные:

1) Судно: Рыбодобывающее обрабатывающее судно типа «Моряна».

2) Главные размерения: Длина между перпендикулярами [pic]

Ширина судна [pic]

Осадка судна [pic]

Коэффициент общей полноты

[pic]

3) Расчетный режим работы: режим траления.

4) Плотность воды [pic]

5) Кривые буксировочного сопротивления представлены на рис 1.

[pic]-режим эксплуатационного рейса на свободном ходу.

[pic]-режим сдаточных испытаний.

[pic] -режим траления.

Кривые буксировочного сопротивления представлены на рис.1.

6) Главный двигатель: Alpha V23

- номинальная мощность: [pic]

- номинальная частота вращения: [pic].

- удельный расход топлива [pic].

Паспортная диаграмма движителя представлена на рис.2.

Рейсовое задание:

- перечень эксплуатационных режимов, характеризующихся зависимостями [pic]

, где [pic]- требуемая тяга на i – том режиме

- режимы: [pic]

[pic] (рис.1.)

[pic]

- длина пути [pic], которая должна быть пройдена на каждом режиме: [pic]

[pic]

[pic]

- суточная продолжительность работы судна принимается 24 часа

1. Определение исходных расчетных величин.

В данном расчете известным является главный двигатель и расчетные условия

плавания (зависимость буксировочного сопротивления [pic]от скорости хода

[pic]).

[pic]

(1)

[pic]полезная тяга.

Расчетным условием плавания является режим траления. Особенностью расчета

является отсутствие заданной скорости хода, а следовательно и необходимой

полезной тяги. Однако исследования показали, что полезную тягу можно найти

через произведение пропульсивного коэффициента [pic] на коэффициент

механических потерь [pic]при передачи мощности от главного двигателя на

винт.

[pic]открытые винты

(2)

[pic]

(3)

На стадии выбора серийной диаграммы [pic]можно принять: [pic]для режима

буксировки воза.

Представив графически (1) и (3) можно найти ожидаемую скорость хода [pic] и

соответствующую ей полезную тягу.

Графики представлены на рис.2.

[pic]

1.1. Габаритный диаметр винта [pic][pic]- для одновальных судов. (4)

[pic]- осадка судна в месте расположения движителя.

[pic]

[pic].

1.2. Коэффициент попутного потока [pic]:[pic]- формула Хекшера для

траулеров.

[pic]- коэффициент продольной полноты.

[pic]

1.3. Поступательная скорость гребного винта [pic]: [pic]

[pic]- скорость судна в узлах

[pic]

[pic]. (5)

1.4.Коэффициент засасывания[pic]:[pic] (6)

[pic]- коэффициент засасывания на свободном ходу.

[pic]- формула Хекшера для траулеров. (7)

[pic].

[pic]- коэффициент нагрузки гребного винта по полезной тяге.

[pic]

(8)

[pic]- плотность морской воды.

[pic]-площадь диска гребноговинта. (9)

[pic]

[pic]

[pic]

1.5. Упор гребного винта [pic]: [pic]

(10)

[pic].

2.Выбор расчетной серийной диаграммы.

Выбор осуществляется таким образом, чтобы в первую очередь обеспечить

максимальный коэффициент полезного действия гребного винта при отсутствии

кавитации и достаточной прочности движителя.

2.1. Минимальное дисковое отношение [pic]из условия отсутствия

кавитации:[pic] (11)

[pic]- минимальное дисковое отношение из условия отсутствия опасных форм

кавитации.

[pic] (12)

[pic]- количество лопастей.

[pic]- количество гребных валов.

[pic]- гидростатическое давление на оси гребного винта.

[pic]

(13)

[pic]- атмосферное давление.

[pic]- ускорение свободного падения.

[pic]- заглубление оси гребного винта.

[pic]. (14)

[pic].

[pic]- давление насыщенных паров воды.

[pic]

[pic]

2.2.Минимальная относительная толщина [pic](15)

[pic]- коэффициент учитывающий механические свойства материала винта.

[pic]- углеродистая сталь.

[pic].

Вывод: В качестве расчетной серии принимаем:

AU-CP4-70; (Z=4;[pic];[pic]).

Серия гарантирует отсутствие опасных форм кавитации.

3. Выбор гребного винта.

3.1. Выбор гребного винта в первом приближении.

Для расчета воспользуемся вспомогательным коэффициентом [pic]Результаты

расчета представлены в таб.1 и на рис.1.

Таб.1

|[pic] | [pic] | | |

| | |[pic] |[pic] |

| |4,65 |4,90 |5,20 |

|[pic] |1,65 |1,74 |1,82 |

|[pic] |2,53 |2,74 |2,94 |

|[pic] |0,30 |0,31 |0,32 |

|[pic] |0,780 |0,785 |0,790 |

|[pic] |0,33 |0,34 |0,35 |

|[pic] |137 |134 |132 |

|[pic] |9,81 |8,64 |7,78 |

|[pic] |0,178 |0,176 |0,174 |

|[pic] |113 |110 |109 |

Результаты: [pic]=0,790; [pic][pic]

3.1.1. Расчет оптимальной частоты вращения винта [pic]

[pic]

[pic]

3.1.2. Передаточное отношение редуктора.

[pic][pic]

Принимаем [pic]10,8.

[pic] [pic]; [pic]

[pic] [pic]; [pic]

[pic].

4. Выбор расчетной (рабочей) диаграммы.

Выбираем серию АU - CP4 – 70 c [pic].

5. Построение кривой предельной тяги и кривой предельного упора.

Результаты расчета представлены на рис.4 и таб. 2.

Таб.2

|[pic] [pic][pic] |

|[pic] | 0|2 |4 |6 |8 |10 |12 |14 |

|[pic] |0 |0,71 |1,42 |2,13 |2,84 |3,55 | 4,26 |4,97 |

|[pic] |0 |0,15 |0,31 |0,47 |0,63 |0,78 |0,94 |1,09 |

|[pic] |0,92 |0,94 |0,97 |1,01 |1,04 |1,08 |1,12 |1,18 |

|[pic] |0,49 |0,47 |0,45 |0,43 |0,38 |0,35 |0,31 |0,27 |

|[pic] |131 |126 |121 |115 |102 |94 |83 |72 |

|[pic] |[pic]|1286 |308 |131 |65,0 |38,3 |23,6 |15,1 |

|[pic] |0,116|0,116 |0,117 |0,119 |0,121 |0,125 |0,131 |0,139 |

|[pic] |117 |112 |107 |102 |90,3 |82,0 |72,1 |63,2 |

6. Анализ кривой предельной тяги и предельного упора.

6.1. Режим траления.

Максимальная скорость хода: [pic]

Максимальный упор: [pic].

Максимальная полезная тяга: [pic]

6.2. Режим эксплуатационного рейса. (свободный ход)

Максимальная скорость хода: [pic]

Максимальный упор: [pic].

Максимальная полезная тяга: [pic]

6.3. Режим сдаточных испытаний. (свободный ход)

Максимальная скорость хода: [pic]

Максимальный упор: [pic].

Максимальная полезная тяга: [pic]

7. Проверка выбранного винта на прочность и отсутствие кавитации.

7.1. Проверка на отсутствие кавитации.

Воспользуемся формулой (11) и получим.

[pic]

При эксплуатации гарантируется отсутствие опасных форм кавитации.

7.2. Проверка на прочность.

[pic][pic].

Выбранный гребной винт имеет запас прочности.

Расчет производился для режима буксировки воза т.к. является

наиболее тяжелым режимом эксплуатации.

8. Заключение.

Выбранный винт имеет следующие характеристики: Серия: AU-CP4-70;

Z=4;[pic]; [pic]; [pic]; [pic]

Выбор оптимального движителя.

Оптимальным в курсовом проекте принимается движитель,

обеспечивающий выполнение рейсового задания в кротчайшие сроки при

минимальных затратах топлива.

В качестве критерия качества движителя принимаем коэффициент:

[pic] , где

t – время выполнения рейсового задания , ч.

Ge – рейсовый расход топлива на работу главного двигателя, т.

Наилучшим признается движитель, который соответствует максимальному

значению критерия к.

Рейсовое задание включает в себя следующую информацию:

- перечень эксплуатационных режимов, характеризующихся зависимостями [pic]

, где [pic]- требуемая тяга на i – том режиме

- режимы: [pic]

[pic] (рис.1.)

[pic]

- длина пути [pic], которая должна быть пройдена на каждом режиме: [pic]

[pic]

[pic]

- суточная продолжительность работы судна принимается 24 часа.

- плановые скорости снимаются с паспортной диаграммы судна и кривых

предельных тяг соответственно для случаев с ВФШ и ВРШ движителями.

В соответствии с изложенным входящие в критерий к параметры t и Ge могут

быть определены как:

[pic]

[pic], где (S)=миля

[pic]- плановая скорость хода в i – х условиях плавания, уз.

[pic] - удельный расход топлива на номинальном режиме работы, г/кВт*ч.

[pic] - относительный удельный расход топлива на i – том режиме, % от

[pic]; - снимаем с паспортной диаграммы двигателя.

[pic]- эффективная мощность, развиваемая двигателем на полной скорости в i

– х условиях плавания, кВт. Для ВФШ снимаем с машинной диаграммы судна,

для ВРШ [pic] .

[pic] - продолжительность плавания на i – том ржиме, ч.

n – количество рассматриваемых вариантов эксплуатационных режимов, n =

3.

Расчет критерия качества К представлен в табл.

|Параметры | ВФШ | ВРШ |

|S1, миль |2000 |2000 |

|S2, миль |3000 |3000 |

|S3, миль |1000 |1000 |

|Vs1, уз |10,15 |11,95 |

|Vs2, уз |10,15 |11,95 |

|Vs3, уз |10,25 |12,20 |

|t1 |197 |167 |

|t2 |296 |251 |

|t3 |98 |82 |

|ge1, % |94 |100 |

|ge2, % |94 |100 |

|ge3, % |93,8 |100 |

|Ps1,кВт |430 |685 |

|Ps2,кВт |430 |685 |

|Ps3,кВт |420 |685 |

|[pic] | 591 |500 |

|Ge, т |45 |65 |

|К=1/(t*Ge) |[pic] |[pic] |

Вывод: Оптимальным движителем в курсовом проекте принимаем ВФШ.

Список литературы:

1. Войткунский Я.И. ”Справочник по теории корабля” ,- Л,

Судостроение.1985г. Том.1.

2. Горянский Г.С., Моторный А.В. “Методические указания по курсовому и

дипломному проектированию для студентов специальности 140112”.-

Калининград – 1985г.