Расчеты ходкости корабля и проектирование гребного винта

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Филиал «СЕВМАШВТУЗ» государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный морской технический университет» в г. Северодвинске

Факультет кораблестроения и океанотехники

Кафедра судостроительного производства

КурсовОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Теория корабля»

Тема:

РАСЧЕТЫ ходкости КОРАБЛЯ и проектирование гребного винта

Работу выполнил:

студент 4 курса, 1490 группы

Рожок И. Е.

Научный руководитель:

Русановский . .

г. Северодвинск

2011 год

Оглавление

Задание на проектирование

1. Исходные данные

2. Площадь смоченной поверхности судна

3. Расчет сопротивления трения судна для трех осадок

4. Расчет полного сопротивления движению судна с помощью графиков серийных испытаний моделей судов

5. Расчет полного сопротивления движению судна путем пересчёта коэффициента сопротивления движению по данным прототипа для полной осадки

6. Определение параметров гребного винта

7. Профилировка лопасти гребного винта

8. Проверка гребного винта на кавитацию

9. Проверочный расчет прочности лопасти гребного винта

10. Расчет паспортной диаграммы гребного винта

11. Определение веса гребного винта и его махового момента

Список литературы

Задание на проектирование

1. По теоретическому чертежу рассчитать смоченную поверхность для трех осадок судна; построить графическую зависимость смоченной поверхности от осадки на формате А4.

2. Рассчитать сопротивление трения судна для трех осадок, используя формулу Прандтля-Шлихтинга, построить графическую зависимость и на А4 в зависимости от скорости и осадки.

3. Рассчитать полное сопротивление движению судна для трёх осадок с помощью графиков серийных испытаний моделей судов. Построить графические зависимости сопротивления движению в зависимости от скорости и осадки.

4. Определить полное сопротивление движению судна для полной осадки путем пересчёта коэффициента сопротивления движения по данным прототипа. Построить графическую зависимость и скорости.

5. Определить параметры гребного винта, обеспечивающего максимальную скорость хода судна, использую кривую сопротивления зависимости от скорости при полной осадке, полученную в пункте 3. Построить графическую зависимость на А4 при решении полученной системы уравнений, связывающих искомые параметры винта.

6. Выполнить профилировку лопасти гребного винта.

7. Проверить гребной винт на кавитацию.

8. Выполнить проверку гребного винта на прочность.

9. На формате А2 вычертить теоретический чертёж гребного винта.

10. Рассчитать и построить паспортную диаграмму гребного винта на А4.

11. Определить вес гребного винта и его момент инерции.

1. Исходные данные

Главные размерения судна приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Главные размерения судна

Вариант задания	Г
Длина наибольшая:	Lmax, м	183,528
Длина по ГВЛ	LГВЛ, м	172,854
Длина между перпендикулярами:	Lpp, м	180,0
Ширина наибольшая	Bmax, м	21,0
Ширина по ГВЛ	ВГВЛ, м	21,0
Высота борта на миделе:	H, м	21,47
Осадка судна:	T, м	11,2
Теоретическая шпация:	dL, м	18,0

Скорость судна:

5, 10, 15, 20, 25 узлов.

2. Площадь смоченной поверхности судна

Сопротивление движению изменяется прямо пропорционально величине смоченной поверхности. Поэтому величину смоченной поверхности необходимо определять с наибольшей точностью.

Поверхность подводной части корпуса судов обычно нельзя представить в виде явной функции от координат и вычислить её площадь аналитически не удаётся. Поэтому для вычисления смоченной поверхности применяют приближённые методы.

Наиболее достоверные результаты можно получить при вычислении площади смоченной поверхности голого корпуса с использованием теоретического чертежа путем интегрирования смоченных длин шпангоутов.

Достаточную для практических целей точность, обеспечивают способы основанные на приближенном интегрировании смоченных длин полупериметров равноотстоящих шпангоутов, снятых с проекции «корпус» теоретического чертежа (в нашем случае предельно точно в графическом приложении «Компас 3D V12»).

В этом случае площадь может быть рассчитана методами численного интегрирования (например, с использованием правила трапеций):

.

Данная формула не учитывает влияния продольной кривизны обводов корпуса судна на величину смоченной поверхности, но для морских транспортных судов обычных образований это влияние незначительно (примерно 1- 1,15%), поэтому никаких поправок в расчёт не вводят.

Используя проекцию, корпус теоретического чертежа, определим площадь смоченной поверхности (таб. 2.1) для трёх осадок соответствующих 2, 4, 6 ватерлиниям и вычертим графическую зависимость .

Таблица 2.1.

Определение площади смоченной поверхности

Осадка, м	м		Поправка		м2
	Номер шпангоута
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Т1 = 4,48	-	5,887	9,457	12,382	13,541	13,638	13,638	13,541	12,436	5,936	-	100,456	5,912	94,545	3498,147
Т2 = 8,96	-	10,586	14,229	16,881	18,291	18,355	18,355	18,141	14,893	10,908	-	140,639	10,747	129,892	4806,004
Т3 = 13,44	2,316	15,386	18,934	21,489	22,891	23,072	23,072	22,698	19,603	16,493	-	190,282	9,405	180,877	6917,520

3. Расчёт сопротивления трения судна для трёх осадок

Часть полного сопротивления, возникающих за счёт касательных напряжений, называется сопротивлением трения. Сопротивление трения обусловлено влиянием вязкости жидкости и рассчитывается с учётом состояния поверхности корпуса судна. Оно включает также влияние кривизны поверхности корпуса судна. Учитывая, что сопротивление трения и сопротивление формы обусловлены вязкостью, они могут быть объединены в одну составляющую, которую принято называть вязкостным сопротивлением.

Разделение полного сопротивления на сопротивление давлений и сопротивление трения основано на учёте физического различия элементарных сил, действующих на поверхность судна.

Расчёт сопротивления трения судна выполняется по методу эквивалентной пластины. Эквивалентной называется пластина, имеющая длину, площадь смоченной поверхности и скорость движения, равные их значениям для судна.

Так как для натурных судов пограничный слой является турбулентным практически по всей длине, то для определения коэффициента сопротивления трения можно воспользоваться одной формулой Прандтля-Шлихтинга

где - число Рейнольдса; - скорость судна м/с;

- длина судна по ватерлинии, м; - кинематический коэффициент вязкости, значение которого для морской воды при принимается равным м2/с;

Сопротивление трения судна

где корреляционная поправка (таб. 1.4 [1]); кг·с2/м4.

Расчет сопротивления трения судна для трех осадок выполнен в таблицах 3.1?3.3. Графическая зависимость , .

Таблица 3.1

Расчётное сопротивление для Т1= 4,48 м; L= 170,73 м

Расчетные значения	Значения скоростей
	5 узлов	10 узлов	15 узлов	20 узлов	25 узлов
, м/с	2,570	5,140	7,710	10,280	12,850
	2,819	5,638	8,457	11,276	14,095
	1,880	1,691	1,608	1,556	1,510
	0,200	0,200	0,200	0,200	0,200
	2462,495	9089,970	19547,637	33594,981	51260,770

Таблица 3.2

Расчётное сопротивление для Т2= 8,96 м; L= 172,062 м

Расчетные значения	Значения скоростей
	5 узлов	10 узлов	15 узлов	20 узлов	25 узлов
, м/с	2,570	5,140	7,710	10,280	12,850
	2,867	5,734	8,601	11,468	14,335
	1,850	1,685	1,602	1,548	1,507
	0,200	0,200	0,200	0,200	0,200
	3383,152	12447,087	26771,837	46155,182	70425,704

Таблица 3.3

Расчётное сопротивление для Т3= 13,44 м; L= 174,51 м

Расчетные значения	Значения скоростей
	5 узлов	10 узлов	15 узлов	20 узлов	25 узлов
, м/с	2,570	5,140	7,710	10,280	12,850
	3,097	6,194	9,290	12,387	15,484
	1,827	1,673	1,585	1,532	1,500
	0,200	0,200	0,200	0,200	0,200
	4816,594	17797,952	38175,941	65839,194	100487,001

4. Расчет полного сопротивления движению судна с помощью графиков серийных испытаний моделей судов

Используя графики серийных испытаний моделей судов, рассчитаем полное сопротивление и буксировочную мощность для трёх осадок (таб. 4.1?4.3).

Наиболее достоверные результаты при определении сопротивления воды движению судов могут быть получены путём расчётов по данным испытаний систематических серий моделей судов. Под систематической серией понимается группа моделей с систематически изменяющимися от модели к модели параметрами, характеризующимися форму теоретического чертежа и соотношения главных измерений. Количество моделей может быть достаточно велико. При разработке таких серий модели разделяются на группы так, чтобы в каждой группе систематически и независимо изменялся один какой-нибудь параметр, а другие оставались без изменения. Это даёт возможность проследить влияние на сопротивление этого параметра. Количество групп моделей в серии при этом, очевидно равно числу исследуемых параметров.

Очевидно, что исследовать влияние на сопротивление всех параметров, которые могут оказывать влияние на сопротивление, невозможно. Поэтому важно при расчётах сопротивления проектируемого судна подбирать такую серию, которая наиболее близко, особенно по ряду исследуемых параметров, подходила бы к рассматриваемому судну.

На основании обработки результатов испытаний систематических серий строятся диаграммы, по которым можно определить сопротивление судна, обводы которого геометрически подобны обводам моделей вошедших в серию.

Систематический характер изменения геометрических характеристик моделей, входящих в серию, даёт возможность разработать метод, с помощью которого можно создать теоретический чертёж проектируемого судна на основании данных о его коэффициентах формы и соотношений главных размерений. Это позволяет создать обводы, геометрически подобные обводам моделей серии, и получить близкий к оптимальному с точки зрения сопротивления теоретический чертёж, а также наибольшую достоверность расчётов сопротивления.

В отечественной практике при оформлении результатов испытаний систематических серий моделей принято представлять основную диаграмму зависимости коэффициентов остаточного сопротивления для ряда постоянных чисел Фруда от коэффициента общей полноты для основных моделей серий, образующих группу. Для этой группы моделей, как правило, одни параметры формы, например и , остаются постоянными, а другие, обычно и , меняются систематически.

Таким образом, определяющим параметром является коэффициент общей полноты. Влияние других параметров на сопротивление оценивается с помощью вспомогательных диаграмм.

Коэффициенты, учитывающие влияние параметров формы для отдельных серий могут быть произвольными. Они определяются тем, влияние каких параметров формы исследовалось при разработке и испытании моделей данной серии. Принципиально увеличением числа исследуемых параметров можно повысить точность соответствующих расчётов. Коэффициенты влияния определяются по соответствующим вспомогательным диаграмм.

Для расчёта полного сопротивления движению судна следует рассчитать соответствующие заданным скоростям коэффициенты сопротивления трения, ввести надбавку на шероховатость и надбавку на выступающие части. Сумма этих коэффициентов и коэффициента остаточного сопротивления определяет коэффициент полного сопротивления рассматриваемого судна. Затем рассчитывается полное сопротивление судна и его буксировочная мощность для случая движения на тихой воде.

Выбор наиболее пригодной серии и соответствующих расчётных диаграмм определяется типом судна и его основными геометрическими параметрами формы, прежде всего коэффициентом общей полноты и особенностями формы обводов корпуса.

Данные:

Тип судна - транспортное судно;

Для осадки T1 = 4,48 м.

170,73 м - длина судна;

21,0 м; - ширина судна;

10009,116 м3 - объемное водоизмещение ;

3498,147 м2 - площадь смоченной поверхности;

= 8,13;

= 4,67;

- относительная длина судна;

- относительная абсцисса центра величины;

- коэффициент общей полноты;

м2/с;

;

= 1,025 т/м3

(/2)= т/м;

Для осадки T2 = 8,96 м.

172,062 м - длина судна;

21,0 м; - ширина судна;

22622,242 м3 - объемное водоизмещение ;

4806,004 м2 - площадь смоченной поверхности;

= 8,19;

= 2,34;

- относительная длина судна;

- относительная абсцисса центра величины;

- коэффициент общей полноты;

м2/с;

;

= 1,025 т/м3

(/2)= т/м;

Для осадки T2 = 13,44 м.

174,51 м - длина судна;

21,0 м; - ширина судна;

36874,185 м3 - объемное водоизмещение ;

6917,520 м2 - площадь смоченной поверхности;

= 8,31;

= 1,56;

- относительная длина судна;

- относительная абсцисса центра величины;

- коэффициент общей полноты;

м2/с;

;

= 1,025 т/м3

(/2)= т/м.

Таблица 4.1

Расчёт полного сопротивления и буксировочной мощности

Серия судов с умеренной полнотой обводов (Т1 = 4,48 м)
№	Наименование	Обозначение	Численные значения
1	Число Фруда		0,062	0,123	0,185	0,247	0,309
2	Скорость судна	, узлы	5,000	10,000	15,000	20,000	25,000
3	Скорость судна	, м/с	2,570	5,140	7,710	10,280	12,850
4	Квадрат скорости	м2/с2	6,600	26,420	59,440	105,680	165,120
5	К-т остаточного сопротивления	рис 1.19 [1]	0,200	0,400	0,500	0,600	0,700
6	К-т влияния		1,125	1,111	1,100	1,075	1,077
7	К-т влияния	рис. 1.21 [1]	1,000	1,100	1,110	1,120	1,130
8	К-т влияния	рис. 1.24 [1]	1,170	1,110	1,080	1,040	0,970
9	К-т влияния	рис. 1.19 [1]	3,250	3,250	3,250	3,250	3,250
10	К-т влияния	рис. 1.20 [1]	0,450	0,500	0,550	0,570	0,700
11	К-т влияния	рис. 1.20 [1]	0,400	0,450	0,500	0,530	0,650
12	К-т влияния	рис 1.21 [1]	0,950	0,950	0,950	0,950	0,950
13	К-т остаточного сопр. испр.	5·6·7·8·12	0,250	0,516	0,626	0,714	0,785
14	Число Рейнольдса		2,819	5,638	8,457	11,276	14,095
15	К-т трения, эквивалентной пластины		1,880	1,691	1,608	1,556	1,510
16	Надбавка на шероховатость	табл. 1.4[1]	0,200	0,200	0,200	0,200	0,200
17	К-т сопротивления выступ. частей	табл. 1.5[1]	0,100	0,100	0,100	0,100	0,100
18	К-т сопротивления	13+15+16+17	2,430	2,507	2,534	2,570	2,595
19	Полное сопротивление	(/2)·18·4, кН	28,549	117,876	268,145	483,452	762,699
20	Буксировочная мощность	, кВт	73,370	605,884	2067,396	4969,887	9800,680
21	Полное сопротивление	, кН	32,831	135,558	308,366	555,970	877,104
22	Буксировочная мощность	, кВт	84,376	696,766	2377,506	5715,370	11270,78

Таблица 4.2

Расчёт полного сопротивления и буксировочной мощности

Серия судов с умеренной полнотой обводов (Т2 = 8,96 м)
№	Наименование	Обозначение	Численные значения
1	Число Фруда		0,062	0,123	0,185	0,247	0,309
2	Скорость судна	, узлы	5,000	10,000	15,000	20,000	25,000
3	Скорость судна	, м/с	2,570	5,140	7,710	10,280	12,850
4	Квадрат скорости	м2/с2	6,600	26,420	59,440	105,680	165,120
5	К-т остаточного сопротивления	рис. 1.19 [1]	0,500	0,600	0,650	1,000	1,150
6	К-т влияния		1,125	1,111	1,031	0,781	1,067
7	К-т влияния	рис 1.21 [1]	1,020	1,020	1,020	1,020	1,020
8	К-т влияния	рис. 1.24 [1]	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000
9	К-т влияния	рис. 1.19 [1]	4,650	4,700	4,850	5,000	6,150
10	К-т влияния	рис. 1.20 [1]	0,450	0,500	0,670	0,750	0,800
11	К-т влияния	рис. 1.20 [1]	0,400	0,450	0,650	0,960	0,750
12	К-т влияния	рис. 1.21 [1]	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000
13	К-т остаточного сопр. испр.	5·6·7·8·12	0,574	0,680	0,684	0,797	1,252
14	Число Рейнольдса		2,867	5,734	8,601	11,468	14,335
15	К-т трения, эквивалентной пластины		1,850	1,685	1,602	1,548	1,507
16	Надбавка на шероховатость	табл. 1.4[1]	0,200	0,200	0,200	0,200	0,200
17	К-т сопротивления выступ. частей	табл. 1.5[1]	0,100	0,100	0,100	0,100	0,100
18	К-т сопротивления	13+15+16+17	2,724	2,665	2,586	2,645	3,059
19	Полное сопротивление	(/2)·18·4, кН	44,043	172,498	376,529	684,734	1237,335
20	Буксировочная мощность	, кВт	113,191	886,642	2903,038	7039,070	15899,75
21	Полное сопротивление	, кН	50,649	198,373	433,008	787,445	1422,935
22	Буксировочная мощность	, кВт	130,169	1019,638	3338,494	8094,930	18284,71

Таблица 4.3

Расчёт полного сопротивления и буксировочной мощности

Серия судов с умеренной полнотой обводов (Т3 = 13,44 м)
№	Наименование	Обозначение	Численные значения
1	Число Фруда		0,062	0,123	0,185	0,247	0,309
2	Скорость судна	, узлы	5,000	10,000	15,000	20,000	25,000
3	Скорость судна	, м/с	2,570	5,140	7,710	10,280	12,850
4	Квадрат скорости	м2/с2	6,600	26,420	59,440	105,680	165,120
5	К-т остаточного сопротивления	рис. 1.19 [1]	0,650	0,700	0,720	1,000	1,250
6	К-т влияния		1,053	1,053	1,053	1,053	1,053
7	К-т влияния	рис 1.21 [1]	0,950	0,950	0,950	0,950	0,950
8	К-т влияния	рис. 1.23 [1]	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000
9	К-т влияния	рис. 1.19 [1]	5,760	5,760	5,760	5,760	5,760
10	К-т влияния	рис. 1.20 [1]	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000
11	К-т влияния	рис. 1.20 [1]	0,950	0,950	0,950	0,950	0,950
12	К-т влияния	рис. 1.21 [1]	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000
13	К-т остаточного сопр. испр.	5·6·7·8·12	0,650	0,700	0,720	1,000	1,250
14	Число Рейнольдса		3,097	6,194	9,290	12,387	15,484
15	К-т трения, эквивалентной пластины		1,827	1,673	1,585	1,532	1,500
16	Надбавка на шероховатость	таб. 1.4[1]	0,200	0,200	0,200	0,200	0,200
17	К-т сопротивления выступ. частей	таб. 1.5[1]	0,100	0,100	0,100	0,100	0,100
18	К-т сопротивления	13+15+16+17	2,777	2,673	2,605	2,832	3,050
19	Полное сопротивление	(/2)·18·4, кН	64,704	249,314	546,642	1056,609	1778,019
20	Буксировочная мощность	, кВт	166,289	1281,473	4214,612	10861,94	22847,55
21	Полное сопротивление	, кН	74,409	286,711	628,639	1215,101	2044,722
22	Буксировочная мощность	, кВт	191,232	1473,694	4846,804	12491,23	26274,68

5.Расчет полного сопротивления движению судна путем пересчёта коэффициента сопротивления движению по данным прототипа для полной осадки

Приближённое определение сопротивления по прототипу основано на использовании полученной в результате модельных испытаний зависимости коэффициента остаточного сопротивления , для судна с формой обводов, аналогичной принятой для рассчитываемого объекта, и по возможности с небольшими различиями в основных геометрических характеристиках корпуса. При этом влияние на остаточное сопротивление несоответствия геометрических параметров, как правило, соотношений главных размерений , , , коэффициентов полноты , , а иногда и абсциссы центра величины учитывается введением системы корректирующих поправок в исходные значения для прототипа. Применение указанных поправок основывается на допущении о независимости влияния на остаточное сопротивление каждого геометрического параметра из числа различающихся у проектируемого судна и прототипа, при этом остальные параметры полагаются постоянными.

Кроме использования для расчёта коэффициента по прототипу непосредственно материалов систематических серий, существуют комплекты графиков, построенных специально для определения «коэффициентов влияния». Наиболее известные из них диаграммы, построенные И.В. Гирсом, учитывающие влияние относительной длины , коэффициента продольной полноты и отношения ширины к осадке . Именно этими диаграммами мы и будем пользоваться в наших расчётах.

Рассчитаем полное сопротивление движению судна по данным прототипа для полной осадки (таб. 5.1) и построим графическую зависимость .

судно гребной винт лопасть

Таблица 5.1

Расчёт буксировочных сопротивления и мощности путём пересчёта коэффициента остаточного сопротивления по прототипу

№	Обозначение расчётных величин	Численные значения
1	, узлы	5,000	10,000	15,000	20,000	25,000
2	, м/с	2,570	5,140	7,710	10,280	12,850
3	м2/с2	6,600	26,420	59,440	105,680	165,120
4		0,060	0,110	0,170	0,220	0,280
5		0,650	0,700	0,720	1,000	1,050
6	к-т влияния1	1,080	1,075	1,074	1,067	1,059
7	к-т влияния2	0,920	0,950	0,940	0,920	1,070
8	к-т влияния3	0,970	0,970	0,970	0,970	0,970
9	= 5·6·7·8	0,630	0,690	0,710	0,950	1,150
10		3,097	6,194	9,290	12,387	15,484
11		1,827	1,673	1,585	1,532	1,500
12	табл. 1.4[1]	0,200	0,200	0,200	0,200	0,200
13	табл. 1.5[1]	0,100	0,100	0,100	0,100	0,100
14	= 9+11+12+13	2,757	2,663	2,595	2,782	2,950
15	(/2)·14·3, кН	51,495	199,109	436,518	832,025	1378,504
16	, кВт	132,343	1023,419	3365,557	8553,217	17713,781
, где и рис 1.67 [1]; , где и рис 1.68 [1]; , где и рис 1.69 [1];

6. Определение параметров гребного винта

Расчет элементов гребного винта для выбора двигателя

В качестве движителя выбираем винт фиксированного шага. Тип установки - одновальная с прямой передачей от двигателя к движителю. Предельное значение диаметра гребного винта

 м.

Расчетный режим для гребного винта выбираем соответствующим среднеэксплуатационным условиям. Для проектной скорости (в нашем случае среднеэксплуатационной) уз численные значения буксировочных сопротивления и мощности составляют:

628,639 кН; 4847 кВт (по табл. 4.3)

Для одновальных транспортных судов с U- образными и умеренно U- образными кормовыми шпангоутами коэффициенты попутного потока и засасывания определяются следующим образом:

где коэффициент нагрузки гребного винта по тяге

,

где полезная тяга гребного винта

кН,

где число гребных винтов

,

и, таким образом

.

При выборе числа лопастей гребного винта рассчитаем коэффициент нагрузки гребного винта по упору при постоянном диаметре:

; , м/с;

, кН;

.

Так как ?, то число лопастей принимаем .

Дисковое отношение и относительную толщину лопасти будем выбирать из условия обеспечения достаточной прочности лопастей, а также из условия отсутствия второй стадии кавитации.

Для обеспечения достаточной прочности дисковое отношение должно быть

;

.

Найдем минимальное допустимое дисковое отношение из условия отсутствия второй стадии кавитации. Для этого воспользуемся диаграммой И.А. Титова , предварительно рассчитав удельную нагрузку:

; н/м2,

полагая ; м.

Дисковое отношение будет

; .

Окончательно расчетное значение дискового отношения принимаем не меньше и равным ближнему большему табличному значению

(табл. 2.1 [1] характеристики гребных винтов серии Троста (серия В)).

Располагая значениями числа лопастей и дискового отношения, выбираем винтовую диаграмму . Дальнейшие расчеты проводим в табличной форме (табл. 6.1) принимая . При расчете задаются 4 численных значения диаметра гребного винта .

Таблица 6.1

Расчёт элементов гребного винта для выбора главного двигателя

№	Наименование	Единица величины	Численные значения
1			8,050	7,648	7,245	6,843
2		-	1,497	1,423	1,348	1,273
3	рис. 2.5 [1]	-	0,650	0,600	0,550	0,500
4			88,409	100,811	116,093	135,204
5	рис. 2.5 [1]	-	0,960	0,930	0,900	0,880
6	рис. 2.5 [1]	-	0,650	0,640	0,625	0,620
7		-	0,715	0,704	0,688	0,682
8			6988,681	7097,880	7268,229	7326,843
9			7765,202	7886,533	8075,810	8140,937

Выполнив анализ каталога фирмы СATERPILLAR1, остановим свой выбор на двигателе 8M43C кВт . Определим частоту вращения гребного винта, с учетом округления примем 90 об/мин.

1 Информация взята с официального сайта www.marine.cat.com (Caterpillar Marine Power Systems).

* Двигатели CATERPILLAR - лучшая вариативность + адаптивность. В линейке двигателей САТ рост номинальной мощности реализован не с фиксированным интервалом, а прогрессивно что, безусловно, позволяет произвести оптимальный выбор продукта.

Расчет элементов гребного винта для выбранного двигателя

Рассчитаем характеристики оптимального гребного винта и скорость судна при следующих значениях спецификационной мощности двигателя и частоте вращения гребного винта: кВт; 90 об/мин; , . Результаты расчета сведены в табл. 6.2.

Таблица 6.2

Расчёт элементов гребного винта и скорости хода для выбранного двигателя

№	Наименование	Численные значения
		1-го прибли-жения	2-го прибли-жения	3-го прибли-жения	4-го прибли-жения	5-го прибли-жения
1	, уз	5,000	10,000	15,000	-	-
2	, м/с	1,850	3,700	5,550	-	-
3	, кН	74,409	286,711	628,639	-	-
4	, кВт	191,232	1473,694	4846,804	-	-
5	, кН	99,212	382,281	838,185	-	-
6		0,204	0,408	0,612	-	-
7	рис. 2.5 [1]	0,200	0,230	0,360	-	-
8	, в ДП	0,210	0,242	0,378	-	-
9	,	5,873	7,124	9,788	-	-
10		0,305	0,230	0,140	-	-
11	рис. 2.5 [1]	0,300	0,350	0,550	-	-
12	рис. 2.5 [1]	0,600	0,700	0,750	-	-
13		0,330	0,385	0,605	-	-
14	, кВт	597,413	3946,161	8259,017	-	-

В результате построения графической зависимости при решении полученной системы уравнений, связывающих искомые параметры винта, были получены следующие данные:

· уз;

· м;

· ;

· .

7. Профилирование лопасти гребного винта

Выполним профилировку лопасти гребного винта и вычертим проекции гребного винта на формате А2. Расчеты представлены в форме табл. 7.1?7.4.

8. Проверка гребного винта на кавитацию

Кавитация - явление, связанное с вскипанием воды на лопасти гребного винта и образование в связи с этим полостей, заполненных парами воды и газами, растворёнными в воде. Известно, что кавитация возникает в тех случаях, когда давление достигает давления насыщенных паров при соответствующей окружающей температуре.

Кавитация причиняет большой вред движителям, так как при появлении кавитации, либо снижается КПД движителя, либо разрушается лопасть.

Существует много схем проверки гребного винта на кавитацию. Наиболее простой является схема Э. Э. Папмеля.

В соответствии с этой схемой рассчитывается критическое число оборотов , которое затем сравнивается с расчётным числом оборотов.

· Рассчитаем коэффициент подъемной силы эквивалентного сечения лопасти, определив предварительно значение коэффициента упора по диаграмме (рис. 2.5 [1]) для и ; :

; .

· Определим коэффициент относительного разрежения, приняв :

;

· Вычислим коэффициент, характеризующий начало кавитации:

; ,

где относительный радиус эквивалентного сечения лопасти, принимается .

· Рассчитаем критическую частоту вращения гребного винта, определив предварительно статическое давление на глубине оси вращения ; м:

: Па;

; об/соб/мин.

Очевидно, что ?, следовательно, кавитация отсутствует.

9. Проверочный расчёт прочности лопасти гребного винта

Исходные данные: м; ; ; ;

кН; с-1; ; ; ; ;

материал - бронза БР. АЖН 9- 4- 4; кг/м3; поток однородный.

Результаты расчета сведены в таблицу 9.1.

Таблица 9.1

Расчет действующих напряжений в корневом сечении лопасти винта для

№	Расчетные величины	Единица величины	Численные значения
1	, где		1,533
2			0,319
3		-	0,730
4			42,500
5	- по табл. 3.3 [1]	-	0,400
6	- по табл. 3.3 [1]	-	1,100
7			139322,05
8		-	0,035
9			74312,122
10	, ( и )		796,520
11	, где		62448,512
12	, где		14788,952
13	, где		149137,971
14	, где		0,354
15	(для точки С)		0,015
16			25,138
17			0,485
18			26,432
19	, где	-	2,648
; м. - макс. ширина контура; и - ширина и максимальная толщина спрямленного контура ; ; ; м. - приближенное значение радиальной координаты ЦТ; - угол откидки лопасти; ; ; для авиационного профиля; для сегментного профиля; для точки С авиационного профиля; сегментного ; предел текучести материалаН/м.

Вывод: прочность гребного винта обеспечена.

10. Расчет паспортной диаграммы гребного винта

Паспортная диаграмма гребного винта - совокупность согласованных кривых линий, характеризующих ходовые свойства корпуса судна, характеристик гребного винта и главного двигателя. Суда и корабли эксплуатируются в различных условиях, при которых сопротивление движению изменяется, поэтому ходовые качества тоже изменяются и для оценки ходкости корабля применяются паспортные диаграммы.

· Расчет кривых действия гребного винта за корпусом судна

Расчет кривых действия гребного винта за корпусом судна приведен в таблице 10.1 для следующих исходных данных:

; ; ;

; ; ; .

Таблица 10.1

Расчет кривых действия гребного винта за корпусом судна

№	Расчетные величины	Численные значения
1		0,400	0,500	0,600	0,700	0,800
2	- по рис. 2.5 [1]	0,360	0,325	0,285	0,252	0,220
3	- по рис. 2.5 [1]	0,380	0,475	0,550	0,625	0,760
4		0,060	0,054	0,050	0,045	0,037
5		0,555	0,444	0,333	0,222	0,111
6		0,240	0,300	0,399	0,599	1,198
7		0,274	0,228	0,171	0,101	0,067
8		0,060	0,054	0,050	0,045	0,037
9		0,526	0,658	0,789	0,921	1,053

· Расчет характеристик гребного винта

Расчет выполнен в табличной форме для ; 1,50; 1,35; 1,28; 1,20 об/с.

Результаты расчета приведены в табл. 10.2.

Таблица 10.2

Расчет характеристик гребного винта

с-1 мин-1; кН; кВт.
1		-	0,526	0,658	0,789	0,921	1,053
2			9,236	11,554	13,854	16,172	18,490
3			851,029	813,980	554,639	373,755	204,857
4			10361,736	8529,528	7311,192	6092,856	4873,344
с-1 мин-1; кН; кВт.
1		-	0,526	0,658	0,789	0,921	1,053
2			8,862	11,086	13,293	15,517	17,741
3			781,290	747,510	509,963	343,245	188,512
4			8811,320	7253,568	6217,512	5181,607	4144,224
с-1 мин-1; кН; кВт.
1		-	0,526	0,658	0,789	0,921	1,053
2			8,300	10,383	12,450	14,533	16,616
3			717,600	686,400	468,000	315,204	173,362
4			7492,619	6168,579	5287,354	4406,128	3524,902
с-1 мин-1; кН; кВт.
1		-	0,526	0,658	0,789	0,921	1,053
2			8,018	9,993	11,982	13,987	15,991
3			658,260	629,640	429,300	289,139	159,027
4			6368,726	5243,292	4494,251	3745,209	2996,167
с-1 мин-1; кН; кВт.
1		-	0,526	0,658	0,789	0,921	1,053
2			8,052	8,822	10,578	12,348	14,117
3			577,300	552,200	376,500	253,578	139,468
4			5413,417	4456,798	3820,113	3183,427	2546,742

· Расчет внешней ограничительной характеристики

Внешняя ограничительная характеристика рассчитывается в табл. 10.3.

Таблица 10.3

Расчет внешней ограничительной характеристики двигателя

с-1	1,58	1,50	1,35	1,28	1,20
, кВт	7754	6989	5661	5089	4473

11. Определение веса гребного винта и его махового момента

Чистый вес гребного винта определяется по формуле:

;

т.

Маховый момент:

;

.

Список литературы

1. Расчет ходкости надводных водоизмещающих судов: Учебное пособие / Н. Б. Слижевский, Ю. М. Король, М. Г. Соколик, В. Ф. Тимошенко; под общ. ред. проф. Н. Б. Слижевского. - Николаев: НУК, 2004. - 192 с.

2. Русецкий А.А., Жученко М.М., Дубровин О.В. Судовые движители. Л.: Судостроение, 1971 - 287 с.

3. Войткунский Я.И. Сопротивление движению судов. Л.: Судостроение, 1988. - 287 с.

4. Дубровин О.В. Расчёт буксировочной мощности по прототипу: Пособие по курсовому и дипломному проектированию. - Л. ЛКИ, 1960.

Размещено на Allbest.ru