Расчёт гребного винта танкера с водоизмещением 2706 тонн
«Астраханский
государственный технический университет»
Кафедра
СиЭКМТ
Курсовая
работа
по
дисциплине «Теория устройства судна»
на тему
«Расчёт гребного винта танкера с водоизмещением 2706 тонн»
Выполнил: студент группы ДТУОб-21
Синягин С.
Астрахань
2014
Содержание
Введение
. Расчёт буксировочного
сопротивления и буксировочной мощности
. Выбор главного судового движителя
. Расчёт гребного винта
Заключение
Введение
В данном курсовом проекте проводятся расчеты
судовых движителей, а также выполняется расчет гребного винта. Для этого
используются все знания, полученные за курс «Теория устройства судна».
Целью курсового проекта является рассчёт и выбор
гребного винта посредством оптимального выбора всех его параметров и
использования высокого коэффициента полезного действия.
Для достижения поставленной цели используется
расчёт буксировочного сопротивления и буксировочной мощности, с помощью которых
станет возможным выбор главного судового движителя, а после и подходящего к
нему гребного винта.
буксировочный гребной движитель винт
1. Расчёт буксировочного сопротивления и
буксировочной мощности
Методы расчета сопротивления основаны на
разделении полного сопротивления по традиционной схеме Фруда:
R=Rт+Rо
где - R - полное сопротивление;т -
сопротивление трения;о - остаточное сопротивление.
Используя известную из гидромеханики форму
представления сил динамической природы, запишем общую формулу сопротивления:
R=С*r*u*W
где C - коэффициент полного сопротивления;
r - массовая плотность воды, Н*с2/м4;
u - скорость судна, м/с;
W- площадь смоченной поверхности, м2.
Коэффициент полного сопротивления также
разделяется на составляющие:
C=CТ+Cо,
где СТ - коэффициент сопротивления
трения
Со - коэффициент остаточного
сопротивления
Коэффициент сопротивления трения:
CТ=0.455(lgRe)-2.58
где Re - число Рейнольдса;
n - коэффициент кинематической вязкости, м2/с.
Коэффициент кинематической вязкости принимается
равным
n= 1.57*10-6 м2/с при
температуре морской воды Т=4°С.
Площадь смоченной W поверхности
подсчитывается для транспортных судов по формуле С.П. Мурагина:
W=LT[1,36+1.13dB/T]
где -L, B, T - длина, ширина, осадка судна;
d - коэффициент общей полноты.
Расчет остаточного сопротивления Rо
основан на использовании материалов серийных испытаний моделей судов в опытовых
бассейнах.
Серия быстроходных и среднескоростных судов.
Приближенный метод под таким названием
предназначен для определения сопротивления контейнеровозов, универсальных
сухогрузных и трейлерных судов, в том числе и с горизонтальным способом
грузообработки, а также лихтеровозов. Основные геометрические характеристики
рассчитываемых судов не должны выходить за пределы:
δ = 0,50 - 0,65; L/B = 4,8 - 7,0;
φ = L/V1/3
= 4,35- 7,10; В/Т = 2,0 - 5,0;
Метод может использоваться для одно- и двухвинтовых
судов с V-образными либо бульбовыми обводами носовой оконечности.
Коэффициент остаточного сопротивления
Сo
= Сo'
* kL/B
*
kB/T;
где Сo'(δ, Fr) снимается
с графиков в зависимости от формы носовой оконечности.
Коэффициент влияния находится в виде
KL/B
= Co'/Co'
(L/B°=
5,64)
где Сo
по определяется в функции от относительной длины L/B рассчитываемого судна и
стандартного в данной серии, для которого L/B = 5,64; коэффициент влияния kB/T
- по графику независимо от формы носовой оконечности.
Именно этот метод был выбран для дальнейших
расчётов.
Последовательность расчетов сопротивления
такова:
. Рассчитываем и записываем в нижнюю часть
таблицы постоянные величины расчета для каждого промежуточного значения
скорости:
Число Фруда определяем для заданных значений
скорости судна υ и длины
судна L:
Площадь смоченной поверхности
W=LT[1,36+1,13dB/T]
где -L, B, T - длина, ширина, осадка судна (м);
d - коэффициент общей полноты.
Рассчитываем соотношение длины судна к его
ширине: L/B
Рассчитываем соотношение ширины судна к его
осадке: B/T
Рассчитываем расчётную относительную длину:
,
Где V-объёмное
водоизмещение(из графика)
Рассчитываем коэффициент продольной полноты:
φ=δ/β,
. Задаемся в реальном диапазоне рядом значений
относительной скорости судна чисел Фруда) и записываем их в строку 1.В таблицу
в первую строку значения Fr
выбираются произвольно, так чтобы рассчитанное для исходных данных значение
число Фруда было посередине.
3. В строке 2 рассчитываем значения скорости
судна в (м/с) для каждого значения числа Фруда:
. В строке 3 рассчитываем значения числа
Рейнольдса для полученных значений скорости.
. В строке 4 находим коэффициент сопротивления
трения:
Т=0.455(lgRe)-2.58
. В строке 5 по графику находим коэффициент Со'(δ,Fr).
. В строке 6 по графику находим коэффициент kL/B(L/B,Fr).
. В строке 7 записываем значения коэффициента kB/T(B/T,
Fr), снятые с
графика.
12. В строке 8 рассчитывается коэффициент
остаточного сопротивления CR в соответствии с формулой:
Со=Co'
* kL/B*kB/T
. В строке 9 подсчитывается коэффициент полного
сопротивления
C=CТ+Cо
. В строках 10 и 11 подсчитывается буксировочное
сопротивление R=0.5Cru2W
и буксировочная мощность NR=R*u.
По результатам расчета строятся кривые R(u)
и NR(u).
Таблица 1
№
п/п
|
Обозначение
расчётных величин.
|
Числовые
значения расчётных величин
|
1
|
|
0,21
|
0,23
|
0,25
|
0,27
|
0,29
|
2
|
, м/с
|
5,8
|
6,3
|
6,94
|
7,4
|
8
|
3
|
|
2,85
|
3,1
|
3,4
|
3,6
|
3,9
|
4
|
CT ∙10-3 = 0,455(lgRe)-2,58
|
1,84
|
1,83
|
1,
|
1,78
|
1,77
|
5
|
Co'(δ,Fr) ∙10-3
|
1,2
|
1,2
|
1,5
|
2
|
3
|
6
|
kL/B
|
0,6
|
0,7
|
0,85
|
1,1
|
1,5
|
7
|
kB/T
|
1,08
|
1,09
|
1,05
|
1,13
|
8
|
Co ∙10-3
|
0,78
|
1
|
1,34
|
2,4
|
5,1
|
9
|
C ∙10-3
|
2,62
|
2,83
|
3,15
|
4,2
|
6,9
|
10
|
, кН
|
58
|
74
|
101
|
151
|
283
|
11
|
NR = Rυ , кВт
|
336
|
466
|
703
|
1117
|
2360
|
ψ=L/V1/3=5,5 L/B=6,43 B/T=2,66 δ=0,658 φ=δ/β=0,67 V=2774м3
|
. Выбор главного судового движителя
Движителем называется преобразователь энергии,
предназначенный для создания полезной тяги ТE.
Последняя уравновешивает сопротивление R и обеспечивает судну установившееся
движение.
По принципу действия судовые движители принято
разделять на два типа: активные и гидрореактивные. Первые для создания полезной
тяги используют энергию движущихся масс воздуха, вторые - преобразуют энергию
механической установки в энергию поступательного движения судна. Для создания
полезной тяги эти движители используют реакцию отброшенных масс жидкости. Работа
гидрореактивных движителей, как и любых преобразователей энергии,
сопровождается непроизводительными потерями, в силу чего их коэффициент
полезного действия (КПД) всегда меньше единицы.
Изучив графики R(u) и NR(u)
можно сделать вывод, что оптимальной скоростью судна является u=6,3м/с,
которой соответствует буксировочная мощность NR=466кВт.
Для нахождения эффективной мощности главного
двигателя, требуемого для данного судна используется формула:
NE=NR/ηг.д.∙ηвп
∙ηр=466/0,98∙0,9∙0,7=755кВт;
где: ηг.д.,ηвп
,ηр=const
Согласно полученной мощности выбирается главный
движитель.
Решёно было выбрать голландский двигатель HOTLo63/135
c цилиндровой
мощностью 808,82 кВт и числом оборотов в минуту 135.
. Расчёт гребного винта
Гребной винт - движитель, нашедший наибольшее
распространение на современных судах всех типов, что объясняется рядом
достоинств, присущих ему:
1. Высоким КПД
. Простотой конструкции и небольшой
удельной массой
. Слабым реагированием на качку судна
. Отсутствием необходимости изменять
форму корпуса при установке движителя.
Для морских транспортных судов обычно КПД винта
увеличивается с ростом его диаметра. Это объясняется снижением коэффициента
нагрузки при фиксированных значениях упора и скорости движения. Поэтому диаметр
винта выбирают максимально возможным из условия его размещения в кормовой
оконечности судна. При выборе числа лопастей гребного винта руководствуются
соображениями, чтобы лопастная и удвоенная лопастная частоты не совпадали с
собственными частотами первых трех тонов колебаний корпуса и основных его
конструкций.
В этом случае удается избежать интенсивной
вибрации корпуса, вызываемой работой гребного винта. Если информация об
указанных частотах отсутствует, для винтов в ДП принимают Zp >4, а для
бортовых в зависимости от нагрузки: при KDT>2
(или KNT>1),
что соответствует слабонагруженным винтам, берут Zp = 3, для меньших значений
этих коэффициентов Zp = 4. Необоснованное увеличение Zp нерационально по двум
причинам: возрастает трудоемкость изготовления винта и несколько снижается его
КПД. Последнее обстоятельство имеет место в связи с тем, что для обеспечения
равного запаса на кавитацию увеличение числа лопастей влечет за собой и
увеличение дискового отношения.
Проектирование гребных винтов транспортных
судов, как правило, сводится к выбору оптимального винта. При этом он должен
обладать необходимой прочностью и удовлетворять условию отсутствия негативных
последствий кавитации. В случае, когда требуется обеспечить судну заданную
скорость, оптимальность винта означает минимальную мощность механической
установки. Если заданы характеристики двигателя, оптимальный винт позволяет
судну двигаться с наибольшей скоростью.
Все задачи, связанные с проектированием гребного
винта, в том числе и оптимального, эффективно могут решаться с помощью диаграмм
для расчета гребных винтов Исходной информацией при этом являются известные
геометрические элементы гребного винта: Dmax,
Zp, AE/AQ
и характеристики взаимодействия WT,
t, iQ.
Практически все многообразие заданий на проектирование гребных винтов можно
свести к четырем основным типам, для каждого из которых используется своя
расчетная схема.
Последовательность расчётов гребного винта
такова:
.Выписываем начальные условия:
ZP
=
4 - количество лопастей
Z = 1 - количество
валов
Wt
=
0,5δ-0,005 - коэффициент попутного потока
t = 0,7Wt
- коэффициент засасывания для гребного винта
TE
= R - тяга гребного
винта
Dmax
= 0,7T - максимальный
диаметр гребного винта
n = 825об/мин =
13,75об/сек
. Вычисляем дисковое отношение, с помощью
которого можно будет выбрать диаграмму для дальнейших расчётов:
θ = (1,5 + 0,35ZP)
/((p0-pυ)
∙(Dmax)2)
+ 0,2/Z;
где: p0=101+10,05T
= 146,2кПа - давление в потоке
pυ=2,3кПа
- давление насыщенных паров воды
θ = 0,206
3.Рассчитываем скорость жидкости в диске винта:
υa
=
υ∙(1-Wt),
где υ - скорость
в м/c
Wt
- коэффициент попутного потока
.Рассчитываем упор, создаваемый движителем:
T = TE∙(1-t),
где ТE
- тяга гребного винта
.Рассчитываем коэффициент KNT:
KNT
= υa/n1/2
∙ (ρ/T)1/4,
где n
- частота вращения двигателя, об/с
r - массовая плотность воды,
υa
- скорость жидкости в винте
Т - упор
. Определяем относительный поступ I
по графику
7.Скорректируем относительный поступ:
I' = 1,05∙I
.Вычислим оптимальный диаметр гребного винта:
Dopt
=
υa/nI'
.Вычисляем коэффициент KT:
KT
= T/ρn2D4
.По рисунку 4.18 определяем КПД гребного винта η0(KT,I).
Таблица 2
Величина
|
Размерность
|
Численное
значение
|
υ
|
м/c
|
6,3
|
υa
|
м/c
|
4,26
|
T
|
кН
|
57
|
KNT
|
|
1,076
|
I
|
|
0.62
|
I'
|
|
0.65
|
Dopt=D,
|
|
3,12
|
KT
|
м
|
0,13
|
η0
|
|
0,67
|
Заключение
В результате расчёта гребного винта мы получили
следующие результаты:
v судна = 6,3 м/с
Тип ДГ 6 ДКРН 52/105 2,1 об/с
Диаметр винта 3,12 м
Дисковое отношение 0,206
КПД 0,67