Энергетическая установка танкера дедвейтом 7000 т

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

СОДЕРЖАНИЕ

Список сокращений

Введение

1. Описание судна

2. Выбор главного двигателя

3. Расчет валопровода

4. Проектирование систем

5. Анализ ресурсов и выбор схемы утилизации тепловых потерь ГД

6. Выбор вспомогательных и утилизационного котла

7. Опреснительная установка

8. Судовая электростанция

9. Обоснование компоновки и расположения оборудования судовой энергетической установки

10. Монтаж оборудования

11. Защита окружающей среды при эксплуатации СЭУ

12. Оценка экономической эффективности СЭУ

Заключение

РЕФЕРАТ

Данный проект содержит листов, 12 рисунков, 25 таблиц, 3 приложения.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА, СИСТЕМЫ СЭУ, АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ, АГРЕГАТИРОВАНИЕ, ОБОРУДОВАНИЕ, ОПТИМИЗАЦИЯ, МОДУЛЬ, МОДЕЛИРОВАНИЕ, БЛОЧНАЯ КОМПОНОВКА, ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ БЛОК.

Объектом разработки является СЭУ танкера, расположение энергетического оборудования в машинно-котельном отделении судна.

Цель работы: разработать энергетическую установку танкера, изучить типы расположения оборудования и выбрать оптимальный. Оценить экономическую эффективность выбранной установки.

Проектирование ЭУ выполнялось с помощью программ САПР СЭУ. Выбор расположения оборудования осуществлялся с помощью методов компьютерного проектирования, на основе предыдущих разработок. Метод таблиц относительных координат и абсолютных габаритов позволяет перенести на новое проектирование опыт, накопленный предыдущими поколениями проектировщиков. Метод визуализации позволяет проверить допустимость расположения на любом сечении помещения МКО.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СЭУ - судовая энергетическая установка

МКО - машинно-котельное отделение

САПР ЭУ - система автоматизированного проектирования энергетических установок

СЭС - судовая электростанция

ГД - главный двигатель

МОД - малооборотный двигатель

СОД - среднеоборотный двигатель

МДМ - максимальная длительная мощность

ОДР - область допустимых режимов

ПК - пропульсивный комплекс

ОУ - опреснительная установка

ЦПУ - центральный пост управления

ВКУ - вспомогательная котельная установка

ВПГ - вспомогательный парогенератор

ГРЩ - главный распределительный щит

РКД - рабоче-конструкторская документация

ВВЕДЕНИЕ

Судовая энергетическая установка (СЭУ) предназначена для обеспечения движения судна и снабжения необходимой энергией всех судовых потребителей. За счет выработки в необходимом количестве трех видов энергии - механической, электрической и тепловой, СЭУ обеспечивает функционирование судна по прямому назначению - перевозку грузов и различной техники, работу других подсистем судна, жизнедеятельность людей на судне - экипажа и пассажиров. Основные качества транспортных судов - безопасность плавания, мореходность и провозоспособность - в значительной мере обеспечиваются СЭУ. От СЭУ также существенно зависят экономические показатели транспортного судна, уровень его строительной стоимости и текущих эксплуатационных затрат.

Затраты на СЭУ составляют 20-35% общей строительной стоимости судна и 35-50% затрат на содержание судна на ходу. В связи с этим проектирование СЭУ является одним из важнейших этапов проектирования судна в целом.

Основными направлениями развития СЭУ являются: снижение затрат на топливо и затрат труда на обслуживание, увеличение экономичности СЭУ, повышение эффективности использования судов.

СЭУ представляет собой комплекс технических средств, обеспечивающих:

Взаимодействие главного двигателя и движителя (гребного винта) для обеспечения движения судна;

Выработку энергии и передачу ее ко всем судовым потребителям;

Функционирование общесудовых систем и устройств, включая бытовые системы, обеспечивающие условия обитаемости в служебных и жилых помещениях.

В данном проекте представлен расчет энергетической установки. Исходя из основных габаритов судна, его назначения и дальности плавания подобран главный двигатель, вспомогательный двигатель, утилизационный котел и оборудование. При расчетах использован комплекс программ САПР ЭУ. Разработаны схемы расположения оборудования в МКО.

1. ОПИСАНИЕ СУДНА

Тип судна - танкер, предназначенный для перевозки на коротких линиях нефтепродуктов, в основном топлив и смазочных масел, а так же сырой нефти, с возможностью одновременной перевозки и выгрузки до пяти сортов топлива.

В качестве корпуса приняты характеристики корпуса танкера проекта 17120. Архитектурно- конструктивный тип танкера: одновинтовое, однопалубное судно с баком и ютом, кормовым расположением энергетической установки, жилых помещений и постов управления, с двойным дном, двойными бортами и одной продольной переборкой в грузовой части.

Судно проектируется в соответствиями с Правилами Морского Регистра Судоходства России на классе КМ*Л2 IAI.

Район плавания неограниченный.

Водоизмещение	D=10 300 т
Дедвейт	Dw=7 000 т
Эксплуатационная скорость	Us=14,2 уз
Наибольшая длина	Lmax=109,0 м
Длина между перпендикулярами	Lпп=102,0 м
Наибольшая ширина	B=18,6 м
Расчетная осадка	T=7,0 м
Высота борта	Hб=9,5 м
Дальность плавания	L=6000 миль
Численность экипажа	20 чел
Мощность СЭС	Pэл=500 кВт

Автономность плавания по запасам топлива и провизии составляет 60 суток.

Остойчивость судна при всех эксплуатационных случаях нагрузки, включая случаи частичного заполнения танков, а также при погрузке/выгрузке одновременно всех танков удовлетворяет Правила Регистра.

Для обеспечения непотопляемости корпус судна разделен на 8 водонепроницаемых отсеков. Непотопляемость обеспечивается во всех случаях нагрузки в соответствии с Правилами Регистра.

2. ВЫБОР ГЛАВНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Одной из основных задач проектирования СЭУ является правильный выбор главного двигателя.

Исходными данными для этого служат: тип и назначение судна, районы плавания, режимы работы установки, условия размещения двигателя, а так же требования Регистра.

Основными требованиями к ГД являются достаточная для обеспечения заданной скорости полного хода мощность и массогабаритные показатели. При удовлетворении этих требований на выбор типа двигателя могут влиять:

конструктивные особенности, обеспечивающие удобство монтажа и обслуживания в условиях судна;

показатели надежности (ресурс, вероятность безотказной работы и трудоемкость технического обслуживания), влияющие на стоимость ремонтов и время использования двигателя по назначению в период срока службы;

стоимость создания и экономичность режимов, наиболее характерных для эксплуатации судна;

возможность работы на экономичных сортах топлива и масел;

виброакустические характеристики судна;

длительность реверса.

В судостроении применяются в качестве главных двигателей: дизельные, паротурбинные, газотурбинные и комбинированные установки.

На танкерах применяется в основном дизельная установка. Для данного проекта можно применить установки с МОД или с СОД.

Установки с СОД характеризуют: широкие возможности расположения дизелей в МКО, высокая экономичность при работе на промежуточных режимах, меньшие массогабариты по сравнению с МОД. Недостатки - большое количество цилиндров, требующих обслуживания при проведении плановых осмотров и ремонтов, повышенная шумность и необходимость применения редуктора.

Установки с МОД обладают высокой экономичностью, большими агрегатными мощностями и моторесурсом, могут работать на тяжелом топливе. Но установки с МОД имеют неблагоприятные массогабаритные показатели.

В данном проекте выбрана установка с МОД. Это связано с конструктивной простотой и высокой надежностью передачи, высоким КПД передачи (частично компенсирующим снижение пропульсивного КПД), низкими расходами на эксплуатационное обслуживание.

Главный двигатель и оборудование выбрано с помощью программного комплекса WYBOR2001.

Определяется сопротивление движению судна с заданной скоростью. Для работы комплекса необходимо в таблице исходных данных указать сопротивление движению судна. Расчеты сопротивления на основе модельных испытаний производятся с учетом допущений, которые приводят к погрешностям до 20-30%. Поэтому в данном случае целесообразней будет рассчитать сопротивление, исходя из имеющихся данных о судне, взятом за прототип.

кН

Далее следует решить вопрос о числе винтов, создающих упор, обеспечивающий движение судна. Основным критерием такого выбора является удельная нагрузка на винт - отношение упора, создаваемого винтом к площади его диска. На морских транспортных судах осадка судна, ограничивающая диаметр винта, значительна, поэтому удельная нагрузка далека от предельных значений и по нагрузке может быть применен один винт, перерабатывающий весь упор движущий судно с высоким К.П.Д. В данном случае принимаем один винт, как и в судне прототипе.

Определение главного параметра выбора двигателя - его эффективной мощности, измеряемой на выходном фланце двигателя.

Мощность может быть найдена с использованием зависимости:

кВт

где kз - коэффициент запаса мощности, отражающий возможное возрастание сопротивления, например, при движении в сложных метеорологических условиях;

R - сопротивление движению судна, приходящееся на анализируемый винт, кН;

V - скорость движения судна, м/с;

- пропульсивный коэффициент;

Мощность энергетической установки судов ледового плавания должна быть не меньше определенной по следующим зависимостям, принятым в соответствии с Правилами Регистра РФ:

где f1 - коэффициент влияния типа винта. В случае применения ВФШ f1=1,1. В случае применения ВРШ f1=0,9;

f2 - коэффициент влияния типа носового образования.

В любом случае произведение должно быть не менее 0,85;

f3 - коэффициент влияния ширины корпуса:

B - ширина судна, м;

f4 и Ne0- коэффициент, отражающие влияние категории ледового усиления и водоизмещения приведены в табл.1

Таблица 1.

Коэффициенты, учитывающие влияние ледового класса

Ограничение	Параметр	Категория ледового усиления
		ЛУ2	ЛУ3	ЛУ4	ЛУ5	ЛУ6	ЛУ7	ЛУ8	ЛУ9
Dт	f4	0,18	0,22	0,26	0,3	0,36	0,42	0,47	0,5
	Ne0, кВт	0	370	740	2200	3100	4000	5300	7500
D>т	f4	0,11	0,13	0,15	0,2	0,22	0,24	0,25	0,26
	Ne0, кВт	2100	3070	4040	5200	7300	9400	11600	14700
-	Neмин, кВт	740	740	1000	2600	3500	5000	7200	10000

В любом случае величина мощности пропульсивного комплекса судна с ледовым классом не может быть меньше указанного в последней строке табл.1.

Производится проверка допустимости ПК по удельной нагрузке на винты:

где Dв - диаметр винта;

Tр - расчетная осадка судна;

kD - допустимое отношение диаметра винта к осадке. Значение kD определяется формой кормового образования судна и расположением винта относительно диаметральной плоскости. Для речных судов kD = 0,7 - 0,8 - для не буксирных судов с простой формой кормы, 1 - для тех же судов с туннельной кормой и 1,1 - 1,15 - для буксиров - толкачей с туннельными обводами. Меньшие значения соответствуют винтам, расположенным по бортам, большие - винтам, расположенным в диаметральной плоскости. Для морских судов kD = 0,6 - 0,65 в случае применения двухвальной установки и 0,7 - 0,75 для одновальной установки;

Pуддоп- максимально допустимое значение удельной нагрузки на лопасти винтов. Его значение можно принять в пределах 180 для буксиров толкачей и 260 для не буксирных судов, кВт/м2.

В случае если полученные значения превосходят допустимые, то число движителей следует увеличить.

Найденная эффективная мощность позволяет выбрать двигатель из типоразмерного ряда малооборотных или среднеоборотный двигателей.

В табл.2 приведены характеристики типоразмерного ряда малооборотных дизелей типа

МС фирмы MAN.

На двигатели этой фирмы приходится до 70% продаж малооборотных дизелей на мировом рынке. Данные относятся к типоразмерному ряду 2002 года.

Таблица 2 Характеристики типоразмерного ряда ДВС типа МС

J	Марка	Nц	Zц	Dц	Sц	n max	n min	bе	Pе max	Pе min
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1	K98MC	5720	6-14	0,98	2,66	94	84	0,171	18,2	14,6
2	K98MC-C	5710	6-14	0,98	2,4	104	94	0,171	18,2	14,6
3	S90MC-С	4890	6-9	0,9	3,188	76	61	0,167	19	15,2
4	L90MC-С	4880	6-12	0,9	2,916	83	62	0,167	19	12,2
5	K90MC	4570	4-12	0,9	2,55	94	71	0,171	18	11,5
6	K90MC-C	4570	6-12	0,9	2,3	104	89	0,171	18	14,4
7	S80MC-С	3880	6-8	0,8	3,2	76	57	0,167	19	11,5
8	S80MC	3640	4-12	0,8	3,056	79	59	0,167	18	11,5
9	L80MC	3640	4-10	0,8	2,592	93	70	0,174	18	11,5
10	K80MC-C	3610	6-12	0,8	2,3	104	89	0,171	18	14,4
11	S70MC-C	3110	4-8	0,7	2,8	91	68	0,169	19	12,2
12	S70MC	2810	4-8	0,7	2,674	91	68	0,169	18	11,5
13	L70MC-С	3110	4-8	0,7	2,36	108	91	0,17	19	15,5
14	L70MC	2830	4-8	0,7	2,268	108	81	0,174	18	11,5
15	S60MC-C	2260	4-8	0,6	2,4	105	79	0,17	19	12,2
16	S60MC	2040	4-8	0,6	2,292	105	79	0,170	18	11,5
17	L60MC-С	2230	4-8	0,6	2,022	123	105	0,171	19	15,2
18	L60MC	1920	4-8	0,6	1,944	123	92	0,171	17	10,9
19	S50MC-C	1580	4-8	0,5	2	127	95	0,171	19	12,2
20	S50MC	1430	4-8	0,5	1,91	127	95	0,171	18	11,5
21	L50MC	1330	4-8	0,5	1,62	148	111	0,173	17	10,9
22	S46MC-С	1310	4-8	0,46	1,932	129	108	0,174	19	15,2
23	S42MC	1080	4-12	0,42	1,764	136	115	0,177	19,5	15,6
24	L42MC	995	4-12	0,42	1,36	176	132	0,1768	18	11,5
25	S35MC	740	4-12	0,35	1,40	173	147	0,178	19,1	15,3
26	L35MC	650	4-12	0,35	1,05	210	178	0,177	18,4	14,7
27	S26MC	400	4-12	0,26	0,98	250	212	0,179	18,5	14,8

Столбцы табл.2 содержат следующие характеристики типоразмеров базовых цилиндров:

1 - J - нумерация типоразмеров цилиндров;

2 - фирменное обозначение типоразмера цилиндра, включающее буквенный и цифровой код. Последний отражает диаметр цилиндра в сантиметрах. Буквенный код отражает принадлежность к ряду МС и конструктивный тип цилиндра: S - сверхдлинноходовой (S/D >

3), L - длинноходовой, K - с нормальным отношением хода поршня к диаметру ок. 2.5, K - C - короткоходовой;

3 - максимальная длительная цилиндровая мощность, кВт;

4 - допустимый диапазон числа цилиндров в составе агрегата Zц;

5 - диаметр цилиндра, м;

6 - ход поршня, м;

7 - частота на режиме максимальной длительной мощности(МДМ),об/мин;

8 - частота на нижней границе области допустимых номинальных режимов (ОДР), об/мин;

9 - удельный расход топлива на режиме МДМ, кг/кВт·час;

10- среднее эффективное давление на режиме МДМ (максимальное), бар;

11- среднее эффективное давление на нижней границе ОДР, бар.

Выбор главного двигателя из типоразмерного ряда производится по максимальному режиму движения с наибольшей скоростью (на режиме испытаний на скорость) в соответствии со следующей зависимостью:

Для выбранного агрегата главного двигателя необходимо рассчитать параметры длительного эксплуатационного режима. На этом режиме для движения судна потребляется мощность в соответствии со следующей зависимостью:

Это требуемая мощность, определенная выше, но без учета коэффициента запаса мощности.

Для выбора допустимого варианта данных таблицы 2 достаточно, но для выбора оптимального варианта из допустимых нужны массогабаритные характеристики. Для определения массы и длины агрегатов можно использовать линейные аппроксимации следующего вида:

где Gа и Lа - масса и длина агрегата, включающего Zц одинаковых цилиндра; Gа6 и Lа6 - масса и длина шестицилиндрового агрегата; Gц и Lмц - масса и межцентровое расстояние для цилиндра данного типоразмера.

Коэффициенты аппроксимационных зависимостей для определения массы и длины агрегатов МОД типа МС в функции числа цилиндров приведены в таблице 3.

Таблица 3

Массогабаритные характеристики двигателей типа МС

J	Марка	Gаб	Gц	Lаб	Lмц	Hгаб	Hрем	Bфр
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	K98MC	1143	163	12,865	1,75	13,9	15,1	4,64
2	K98MC-C	1102	157	12,865	1,75	13,49	14,53	4,37
3	S90MC-С	1074	156	12,087	1,602	11,6	16,23	5
4	L90MC-С	1077	160	12,4	1,602	14,7	15,6	4,936
5	K90MC	1074	149	12,38	1,602	13,75	15,82	4,936
6	K90MC-C	986	140	12,447	1,602	13,03	14,5	4,286
7	S80MC-C	872	108	10,899	1,424	12,95	16,04	5
8	S80MC	885	113,4	11,377	1,424	12,95	15,86	4,824
9	L80MC	791	107,5	11,232	1,424	11,52	13,78	4,388
10	K80MC-C	736	106,3	11,104	1,424	12,26	13,41	4,088
11	S70MC-C	555	74	8,971	1,19	11,64	13,92	4,39
12	S70MC	562	77,3	9,669	1,246	11,62	13,97	4,25
13	L70MC-С	538	71,8	8,971	1,19	11,36	12,55	3,842
14	L70MC	525	71	9,5	1,246	10,36	12,55	3,842
15	S60MC-C	358	51	7,688	1,02	10,08	11,95	3,77
16	S60MC	371	49,3	8,252	1,068	9,72	11,8	3,478
17	L60MC-C	347	49,5	7,688	1,02	8,2	11,08	3,228
18	L60MC	357	44,5	8,092	1,068	8,6	10,46	3,228
19	S50MC-C	207	29,5	6,392	0,85	7,88	10,04	3,15
20	S50MC	225	29,3	7,06	0,89	8,26	9,89	2,95
21	L50MC	215	28,3	7,06	0,89	7,24	8,77	2,71
22	S45MC	171	21	5,881	0,782	7,89	9,59	2,924
23	S42MC	143	20	5,694	0,748	6,92	8,95	2,67
24	L42MC	123	16,5	6,325	0,748	7,4	7,4	2,46
25	S35MC	75	10,88	4,72	0,6	5,42	7,08	2,2
26	L35MC	67	9,75	4,685	0,6	4,79	5,75	1,98
27	S26MC	42	5,88	3,95	0,49	4,3	5,25	1,88

Дополнительно к указанным выше характеристикам шестицилиндрового агрегата и одного цилиндра табл.3 включает в себя также: Bфр - ширину двигателя по фундаментной раме и вертикальные габариты - физический H габ и ремонтный Hрем. Последний представляет собой минимально необходимое расстояние от опоры фундаментной рамы до гака грузоподъемного устройства для разборки двигателя, м. Эти характеристики позволяют определить вертикальные размеры МКО и расположение двигателя по длине с учетом сужения корпуса в кормовой оконечности.

Данные таблиц и указанные расчеты включены в модули САПРа, необходимые для выбора главного двигателя. От проектировщика требуется заполнить файл исходных данных, которые представлены в таблице 4:

В табл. 4. представлены следующие переменные, кодирующие отдельные особенности и характеристики судна и СЭУ:

- CY - переменная, кодирующая тип судна. Предусмотрены следующие значения этой переменной: 1- танкер; 2- балкер; 3- нефтерудовоз; 4- универсальный сухогруз; 5- рефрижиратор; 6- лесовоз; 7- контейнеровоз; 8- лихтеровоз; 9- ролкер; 10- метановоз; 11- химовоз; 12- газовоз комбинированный; 13- газовоз изотермический.

- DPR - полное водоизмещение судна-прототипа - вес судна с номинальной загрузкой по грузовую марку, т;

- D0 - водоизмещение судна порожнем - без груза Рг, запасов Gз, снабжения Gсн и команды Gком, т. Разница DPR и D0 - переменная часть водоизмещения - дедвейт:

DW = DPR - D0 = Рг + Gз + Gсн + Gком.

В рассматриваемой модели водоизмещение судна принято постоянным, а возможные изменения массы двигателя GDW, винта GW и валопровода GWAL, а также запасов топлива Gз приводят к изменению грузоподъемности:

Рг = Dпр-D0-Kгр[(GDW-GDWпр)-(GW-GWб)-(GWAL-GWALб)-(Gз-Gзб)],

при наличии возможности размещения дополнительного груза. Последнее учитывается введением Kгр - коэффициента использования свободного тоннажа. Индексом «б» обозначены параметры базового варианта - судна-прототипа;

- RPR - сопротивление движению судна-прототипа на VPR;

- VPR - скорость судна-прототипа;

- VSU - то же, проектируемого судна. Если задано VSU = 0.0, то происходит пересылка значения VSU = VPR;

- K3 - коэффициент запаса мощности - отношение мощности на эксплуатационном режиме и режиме наибольшей скорости или обратное отношение. Если K3 < 1, то в п.п. 4, 5, 6 заданы параметры максимального режима. Если K3 >1 это признак задания параметров эксплуатационного режима и для определения Ne треб его нужно увеличить в K3 раз;

- NEG - загрузка электростанции на ходовом режиме. Если задано NEG = 0.0, то это признак необходимости определить эту мощность по корреляционным зависимостям;

- TSU - осадка судна в гpузу;

- HB - высота борта;

- LCYD- длина судна между перпендикулярами;

- KOB - коэффициент общей полноты корпуса;

- KD - максимально допустимое отношение диаметра винта к осадке;

- NEPR- мощность главного двигателя судна-прототипа, отдаваемая на винт на VPR;

- NPR - частота на режиме VPR;

- BEGD- удельный расход топлива двигателя судна-прототипа;

- GDB - масса двигателя судна-прототипа;

- LPL - дальность плавания судна в круговом рейсе;

- LED - класс ледового усиления судна. Переменная принимает следующие значения: 0- без ледовых усилений, 1- Л3, 2- Л2, 3- Л1, 4- УЛ, 5- УЛА.

- WINT- тип движителя. Возможны два значения: 1 - применен винт фиксированного шага, 2 - применен ВРШ;

- TCS - код наличия и типа ТКС. Возможны следующие значения: 0 -

ТКС отсутствует, 1 - ТКС в наличии и работает на коленвал, 2 - ТКС работает на дизель-генератор, частично или полностью исключая на него расход топлива;

- TWG - код наличия и тип валогенератора. Возможны следующие значения: 0 - валогенератор отсутствует, 1 - применен валогенератор с гидромеханической стабилизацией частоты, 2 - применен валогенератор со статической стабилизацией частоты;

- IZVR- доступно ли изменение заданной скорости. Возможны два значения этой переменной: 0 - заданную скорость менять нельзя, 1 - возможна некоторая оптимизация скорости в пределах дополнительного запаса мощности одного цилиндра;

- TRGD- выбран типоразмер цилиндра с J = TRGD. J - индекс типоразмера цилиндра (см. табл. цилиндров МС). Если задано TRGD = 0, то просматривается применение всех типоразмеров цилиндров из типоразмерного ряда. Если задано TRGD > 0, то расчет будет выполнен только для одного типоразмера, но подробный, с оптимизацией положения режимной точки и анализом экономики.

Таблица 4.

Исходные данные для выбора двигателя

------------------------------------------------------------------------¬

ФАЙЛ ISX.DAT - ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ВЫБОРА ДВИГАТЕЛЯ ИЗ ТИПОРЯДА МС ¦

----T----------------------------------T--------T----------T------------+

Nпп¦ НАИМЕНОВАНИЕ ПЕРЕМЕННОЙ ¦ОБОЗНАЧ.¦ РАЗМЕРН. ¦ЧИСЛ.ЗНАЧЕН.¦

----+----------------------------------+--------+----------+------------+

1 ¦ Код типа судна ¦ CY ¦ - ¦ 1¦

2 ¦ Полное водоизмещение судна ¦ DPR ¦ т ¦ 10300.00¦

3 ¦ Водоизмещение судна порожнем ¦ D0 ¦ т ¦ 3300.000¦

4 ¦ Сопротивл.движению судна на VPR ¦ RPR ¦ кН ¦ 263.000¦

5 ¦ Скорость судна-прототипа ¦ VPR ¦ узл ¦ 14.200¦

6 ¦ Скор. проектир.судна ¦ VSU ¦ узл ¦ 14.200¦

7 ¦ Коэф.запаса мощности ¦ K3 ¦ - ¦ 0.85¦

8 ¦ Мощн.электростанции на ходу ¦ NEG ¦ кBт ¦ 500.000¦

9 ¦ Осадка судна в гpузу ¦ TSU ¦ м ¦ 7.00¦

10 ¦ Высота борта ¦ HB ¦ м ¦ 9.500¦

11 ¦ Длина судна между перпендикуляр.¦ LCYD ¦ м ¦ 102.000¦

12 ¦ Коэффициент общей полн. корпуса ¦ KOB ¦ - ¦ 0.754¦

13 ¦ Мах.допуст.отношение Dвинта/TSU ¦ KD ¦ - ¦ 0.700¦

14 ¦ | Параметры | Мощность на VPR ¦ NEPR ¦ кBт ¦ 3360.000¦

15 ¦ | гл.двигателя| Частота -"- ¦ NPR ¦ об/мин ¦ 115.000¦

16 ¦ | судна - | Уд.расх.топл-"- ¦ BEGDB ¦ г/кВт*ч ¦ 179.0¦

17 ¦ | - прототипа | Масса ¦ GDB ¦ т ¦ 67.0000¦

18 ¦ Дальность плавания ¦ LPL ¦ мили ¦ 6000.0¦

19 ¦ Код класса ледового усиления ¦ LEDUS ¦ - ¦ 2¦

20 ¦ Код типа винта ( 1- ВФШ, 2- ВРШ)¦ WINT ¦ - ¦ 1¦

21 ¦ Наличие и тип ТКС ( 0, 1, 2 ) ¦ TCS ¦ - ¦ 0¦

22 ¦ Наличие и тип валогенератора(0-2)¦ TWG ¦ - ¦ 0¦

23 ¦Скорость задана жестко(0-ДА,1-НЕТ)¦ IZVR ¦ - ¦ 0¦

24 ¦ Тип ГТН 0-обычный, 1-экономичный ¦ GTN ¦ - ¦ 1¦

25 ¦Выбран типоразм.цилиндраДВС(0-НЕТ)¦ TRGD ¦ - ¦ 0¦

----+----------------------------------+--------+----------+-------------

Кроме файла ISX.DAT подлежит заполнению файл CONSTANT.DAT включающий не часто изменяемые величины. Он представлен в табл. 5:

Таблица 5

№ п/п	Наименование переменной	Обозначение	Размерность	Значение
1	Код типа СЭУ	CEY	-	1
2	Код степени автоматизации	AWT	-	1
3	Число валопроводов на судне	WAL	-	1
4	Код района расположения МКО	RAS	-	1
5	Код доли стали повышенной прочности в составе корпуса судна	ST	-	0
6	Число судов в составе серии	NC	-	1
7	Код бассейна эксплуатации судна	BASS		3
8	Количество членов экипажа	ZE	-	0
9	Код марки топлива, используемого на длительном ходовом режиме	TOP	-	2
10	Класс перевозимого груза	KLASS	-	7
11	Код наличия утилизации теплоты	REG	-	1
12	Дисковое отношение винта	TET	-	0.75
13	Годовой период эксплуатации судна	TGOD	cут/год	340
14	Ставка за пользование капиталом	EN	1/год	0,15
15	Коэффициент использования свободного тоннажа	KGR	-	1
16	Коэффициент использования грузоподъемности	AGR	-	0,95
17	Коэффициент пересчета руб./долл в 1983 г.	INDD	руб/долл	0,62
18	Длительность стоянки без грузовых операций для танкера	TST	cут/рейс	4
19	Длительность стоянки с грузовыми операциями для танкера	TSTG	cут/рейс	0,75
20	Длительность стоянки с мойкой для танкера	TSTM	cут/рейс	2
21	Доля стоянки без грузовых операций для сухогруза	AST	-	1
22	Доля стоянки с грузовыми операциями для сухогруза	ASTG	-	0,5

Возможные значения переменных файла CONSTANT.DAT:

CEY: 1 - СЭУ с МО ДВС;2 - СЭУ с СО ДВС;3 - ПТУ;4 - ГТУ;5 - ГТУ с ТУК;

энергетическая установка танкер

AWT: 1 - класс автоматизации A1; 2 - A2; 3 - без автоматизации;

RAS: 1 - чисто кормовое расположение; 2 - промежуточное; 3 - среднее;

ST: 0 - до 30% стали повышенной прочности; 1 - до 50%; 2 - более 50%;

BASS: 1- Черноморский бассейн; 2- Каспийский; 3- Балтийский; 4- Северный; 5- Дальневосточный; 6- Сахалинский; 7- Арктический; 8- Камчатский;

TOP: 1- мазут марки М-40; 2- моторное топливо марки ДМ; 3- моторное топливо марки ДТ; 4- дизельное топливо марки ДЛ;

Количество членов экипажа может быть задано прямо в табл.. Если оно неизвестно пользователю, то следует задать в поз.8 ZE = 0. Это является признаком необходимости применения формул, аппроксимирующих табличные данные в функции типа судна и его дедвейта DW. Принимается число членов экипажа, ближайшее большее целое от значения в соответствии с этими зависимостями.

По этим данным программный комплекс WYBOR2001 предлагает несколько вариантов двигателя, для каждого из которых производятся расчеты технических и технико-экономических показателей. Т.о. можно выбрать наиболее предпочтительный вариант.

Файл GD_MC_AL.LST (здесь приведены все агрегаты из типоразмерного ряда МАН типа МС 2001г., обеспечивающие получение заданной эксплуатационной скорости и с мощностью, превышающей требуемую не более, чем на мощность одного цилиндра данного типоразмера):

J- индекс типоразмера цилиндра,его обозначение

ZC- число цилиндров в агрегате

NEL- максимальная длительная мощность,кВт

VD- достижимая скорость при МДМ,узлы

BE-удельный расход топлива на экспл.режиме,кг/квт*ч

GD,LDR,HRPR- масса,т, длина,м, и рем.высота,м, двигателя

UDPZ- удельные приведенные затраты,долл./тонно-мили

ZRE- число рейсов за год эксплуатации

KY- первоначальная стоимость СЭУ,доллары

ZT- стоимость израсходованного топлива,доллары за рейс

J= 26 типоразмер ДВС L35MC

ZC= 5 NEL= 3250.0 VD= 14.20 BE= 0.177

GD= 57.25 LDR= 4.09 LMKO= 13.19 HRPR= 4.79

UDPZ=0.01573188 ZRE=13.960 KY= 4266.4 ZT= 347355.

J= 27 типоразмер ДВС S26MC

ZC= 8 NEL= 3200.0 VD= 14.13 BE= 0.179

GD= 53.76 LDR= 4.93 LMKO= 13.99 HRPR= 4.30

UDPZ=0.01570416 ZRE=13.960 KY= 4215.7 ZT= 347355.

Программой выбраны два агрегата: 8 S26MC и 5 L35MC. Они обеспечивают достижение эксплуатационной скорости.

Выполним уточненный расчет для агрегатов J= 26 и 27, последовательно подставив в последнюю строку файла ISX.DAT (табл. 4) индексы двигателей - цифры 26 и 27 и каждый раз обращаясь к программе WYBOR2001.EXE.

Результаты приведены ниже:

Вариант при J=26:

RPR= 263000.0 NEPR= 3360.0 VPR= 14.200 VSU= 14.200

NEG= 500.0 TWG= 0 TCS= 0 ZW= 1

TSU= 7.000 HB= 9.500 LMKOB= 13.37 KD= 0.7000

TE= 224096.9 NETR= 3109.142 NERR= 2642.77 VR= 13.1078

GGWB= 11.4 GWALB= 10.2 GDB= 67.0 GZTB= 230.6

Характеристики винта на режимах М, Р и L3

DW- диаметр винта,м

LP- относительная поступь V/N*DW

P - упор винта R/(1-TP),кН

VA- скорость воды в диске винта VR*(1-WT),м/с

KT- коэффициент упора P/RO*N**2*DW**4

KDE- коэффициент упора-скорости V*DW*SQRT(RO/P)

CTA- коэфф.нагрузки по упору 8*KT/PI*LP**2 (0.4<CTA<7.)

KW - к.п.д.винта в свободной воде 1.876-1.235*CTA**0.1

IQ - коэффициент влияния неравномерности на момент

WT - коэффициент попутного потока

TP - коэффициент засасывания

KPROP-пропульсивный коэффициент

Pежим M - при DW=DWMAX

DW= 4.9000 LP= 0.5142 P= 298477.06

VA= 8.1861 KT= 0.1812 KDE= 2.2327

KW= 0.5703 CTA= 1.7444 IQ= 0.9667

WT= 0.3755 TP= 0.2492 KPROP= 0.70926

Pежим P- рабочий на винтовой проходящей через MДM

DW= 3.5424 LP= 0.3472 P= 285537.66

VA= 7.4796 KT= 0.1810 KDE= 1.6141

KW= 0.4637 CTA= 3.8248 IQ= 0.9605

WT= 0.4294 TP= 0.2152 KPROP= 0.66402

Pежим P- рабочий на винтовой проходящей через MДM

DW= 3.5411 LP= 0.3471 P= 285525.84

VA= 7.4786 KT= 0.1811 KDE= 1.6135

KW= 0.4636 CTA= 3.8284 IQ= 0.9604

WT= 0.4295 TP= 0.2151 KPROP= 0.66395

J=26 L35MC ОГРАНИЧЕНИЯ ВЫПОЛНЕНЫ, РЕЖИМ P

0 0 0

Экономические характеристики судна,СЭУ и двигателя

Удельные приведенные затраты,доллары/т*мили- UDPZ=0.0158926

Годовые приведенные затраты,доллары в год - GPZ = 9410293.

Годовая транспортная работа,тонномили/год - GTR = 592117376.

Годовой доход от перев.груза тыс.долл./год - DOX = 13508.

Грузоподемность судна,тонны - GRP = 7069.

Годовой период эксплуатации, сутки/год - TGOD= 340.

Число рейсов за год - ZRE = 13.960

Длительность рейса,час - STK = 584.535

Длительность ходовых режимов,час - TPL = 422.535

Годовые текущие расходы,доллары в год - GR = 7203083.

Текущие расходы за рейс,доллары за рейс - CR = 515987.

Расходы на топливо, " - ZT = 360543.

Расходы на масло, " - SM = 94.

Расходы на амортизацию,ремонт и снабжение,"- CA = 127841.

Расходы навигационные, " - CH = 8170.

Расходы косвенные, " - CK = 6547.

Число членов экипажа, человек - ZE = 26

Расходы на экипаж, " - CE = 12791.6

Стоимость главного двигателя, тыс.долларов - KD = 724.4

Стоимость механич.оборудования МКО, " - KM = 2213.8

Стоимость энергетической установки, " - KY = 4266.4

Стоимость металлического корпуса судна," - KMK= 2425.0

Стоимость оборудования корпуса судна, " - KOK= 4804.9

Стоимость корпуса судна, " - KK = 7229.9

Стоимость работ судостр.предприятия, " - KRA= 1190.9

Стоимость судна установившейся серии, " - KC = 14714.7

Стоимость серийного судна " - SCP= 20600.6

Число цилиндров в агрегате - ZC= 5

Максимальная длительная мощность,кВт - NEL1= 3250.000

Мощность на винт на режиме Р - NERR= 2320.426

Нагрузка двигателя на экспл.режиме(Э)- NERD= 2320.426

Нагрузка двигателя на режиме СМДМ - NESP= 2729.620

Эффективное давление на Э отн.к PеL1 - PEOTN= 0.7990

Частота на режиме МДМ - NL1 = 210.000

Частота на режиме L3 - NL3 = 178.000

Частота на режиме P - NR = 187.656

Частота на режиме СМДМ - NSP = 198.134

Оптимальная частота при DW=DWMAX - NM = 100.191

Достижимая скорость на режиме МДМ,узл- VD = 14.201

Требуемая мощность валогенератора,кВт- NWGT= 0.000

Располагаемая мощность для привода ВГ- NWGR= 536.421

Принятый типоразмер валогенератора - NWGF= 0.000

Мощность турбокомпаунда,кВт - NTCS= 0.000

Мощность турбокомпаунда на винт - NTCW= 0.000

Коэффициент запаса мощности фактич. - KZR = 0.7139

Удельный расход топлива на НМДМ -BEN = 0.17700

Удельный расход топлива на реж.оптим.- BEO = 0.17539

Удельный расход топлива на экспл.реж.- BE = 0.17129

Удельн.расх.топл. на привод эл.генер.- BEWD= 0.19800

Масса гребного винта для режима Р,т.с- GGW = 4.421

Стоимость движителя для реж.Р,тыс.долл-KWIN= 12.539

Масса валопровода -"-- GWAL= 6.361

Диаметр гребного вала, м DGR = 0.320

Масса запаса топлива на гл.двигатель - GZT = 181.938

Масса двигателя,тонны -"-- GD = 57.250

Разница перем.масс по ср. с прототип.- DG = -69.311

Доп.доход от перевозок при изм.массы - DDOX= 132.435

Длина машинного отделения,метры - LMKO= 13.195

Длина двигателя,метры - LDR = 4.09

Ширина двигателя по фундаментной раме- DRD = 1.98

Ремонтный габарит по высоте,метры - HRGD= 4.79

Допустимо снижение частоты и увеличение диам. винта

DW= 3.6357 LP= 0.3598 P= 286390.69

VA= 7.5504 KT= 0.1817 KDE= 1.6566

KW= 0.4732 CTA= 3.5739 IQ= 0.9611

WT= 0.4240 TP= 0.2175 KPROP= 0.66890

NX= 176.39 NRO= 178.00 NEO= 2337.75

GGWO= 4.76

Вариант при J=27:

RPR= 263000.0 NEPR= 3360.0 VPR= 14.200 VSU= 14.200

NEG= 500.0 TWG= 0 TCS= 0 ZW= 1

TSU= 7.000 HB= 9.500 LMKOB= 13.37 KD= 0.7000

TE= 224096.9 NETR= 3109.142 NERR= 2642.77 VR= 13.1078

GGWB= 11.4 GWALB= 10.2 GDB= 67.0 GZTB= 230.6

Характеристики винта на режимах М, Р и L3

DW- диаметр винта,м

LP- относительная поступь V/N*DW

P - упор винта R/(1-TP),кН

VA- скорость воды в диске винта VR*(1-WT),м/с

KT- коэффициент упора P/RO*N**2*DW**4

KDE- коэффициент упора-скорости V*DW*SQRT(RO/P)

CTA- коэфф.нагрузки по упору 8*KT/PI*LP**2 (0.4<CTA<7.)

KW - к.п.д.винта в свободной воде 1.876-1.235*CTA**0.1

IQ - коэффициент влияния неравномерности на момент

WT - коэффициент попутного потока

TP - коэффициент засасывания

KPROP-пропульсивный коэффициент

Pежим M - при DW=DWMAX

DW= 4.9000 LP= 0.5142 P= 298477.06

VA= 8.1861 KT= 0.1812 KDE= 2.2327

KW= 0.5703 CTA= 1.7444 IQ= 0.9667

WT= 0.3755 TP= 0.2492 KPROP= 0.70926

Pежим P- рабочий на винтовой проходящей через MДM

DW= 3.2107 LP= 0.3046 P= 282544.75

VA= 7.2012 KT= 0.1811 KDE= 1.4629

KW= 0.4262 CTA= 4.9703 IQ= 0.9580

WT= 0.4506 TP= 0.2069 KPROP= 0.64228

Pежим P- рабочий на винтовой проходящей через MДM

DW= 3.2111 LP= 0.3047 P= 282548.37

VA= 7.2016 KT= 0.1811 KDE= 1.4631

KW= 0.4263 CTA= 4.9686 IQ= 0.9580

WT= 0.4506 TP= 0.2069 KPROP= 0.64231

J=27 S26MC ОГРАНИЧЕНИЯ ВЫПОЛНЕНЫ, РЕЖИМ P

0 0 0

Экономические характеристики судна,СЭУ и двигателя

Удельные приведенные затраты,доллары/т*мили- UDPZ=0.0158977

Годовые приведенные затраты,доллары в год - GPZ = 9407799.

Годовая транспортная работа,тонномили/год - GTR = 591769216.

Годовой доход от перев.груза тыс.долл./год - DOX = 13500.

Грузоподемность судна,тонны - GRP = 7065.

Годовой период эксплуатации, сутки/год - TGOD= 340.

Число рейсов за год - ZRE = 13.960

Длительность рейса,час - STK = 584.535

Длительность ходовых режимов,час - TPL = 422.535

Годовые текущие расходы,доллары в год - GR = 7209504.

Текущие расходы за рейс,доллары за рейс - CR = 516447.

Расходы на топливо, " - ZT = 361539.

Расходы на масло, " - SM = 97.

Расходы на амортизацию,ремонт и снабжение,"- CA = 127325.

Расходы навигационные, " - CH = 8170.

Расходы косвенные, " - CK = 6525.

Число членов экипажа, человек - ZE = 26

Расходы на экипаж, " - CE = 12791.6

Стоимость главного двигателя, тыс.долларов - KD = 717.6

Стоимость механич.оборудования МКО, " - KM = 2186.3

Стоимость энергетической установки, " - KY = 4215.7

Стоимость металлического корпуса судна," - KMK= 2424.6

Стоимость оборудования корпуса судна, " - KOK= 4804.9

Стоимость корпуса судна, " - KK = 7229.5

Стоимость работ судостр.предприятия, " - KRA= 1190.9

Стоимость судна установившейся серии, " - KC = 14655.3

Стоимость серийного судна " - SCP= 20517.4

Число цилиндров в агрегате - ZC= 8

Максимальная длительная мощность,кВт - NEL1= 3200.000

Мощность на винт на режиме Р - NERR= 2398.587

Нагрузка двигателя на экспл.режиме(Э)- NERD= 2398.587

Нагрузка двигателя на режиме СМДМ - NESP= 2822.005

Эффективное давление на Э отн.к PеL1 - PEOTN= 0.8254

Частота на режиме МДМ - NL1 = 250.000

Частота на режиме L3 - NL3 = 212.000

Частота на режиме P - NR = 227.022

Частота на режиме СМДМ - NSP = 239.741

Оптимальная частота при DW=DWMAX - NM = 100.191

Достижимая скорость на режиме МДМ,узл- VD = 14.128

Требуемая мощность валогенератора,кВт- NWGT= 0.000

Располагаемая мощность для привода ВГ- NWGR= 458.347

Принятый типоразмер валогенератора - NWGF= 0.000

Мощность турбокомпаунда,кВт - NTCS= 0.000

Мощность турбокомпаунда на винт - NTCW= 0.000

Коэффициент запаса мощности фактич. - KZR = 0.7496

Удельный расход топлива на НМДМ -BEN = 0.17900

Удельный расход топлива на реж.оптим.- BEO = 0.17782

Удельный расход топлива на экспл.реж.- BE = 0.17448

Удельн.расх.топл. на привод эл.генер.- BEWD= 0.19800

Масса гребного винта для режима Р,т.с- GGW = 3.325

Стоимость движителя для реж.Р,тыс.долл-KWIN= 10.058

Масса валопровода -"-- GWAL= 5.470

Диаметр гребного вала, м DGR = 0.300

Масса запаса топлива на гл.двигатель - GZT = 191.571

Масса двигателя,тонны -"-- GD = 53.760

Разница перем.масс по ср. с прототип.- DG = -65.154

Доп.доход от перевозок при изм.массы - DDOX= 124.494

Длина машинного отделения,метры - LMKO= 13.995

Длина двигателя,метры - LDR = 4.93

Ширина двигателя по фундаментной раме- DRD = 1.88

Ремонтный габарит по высоте,метры - HRGD= 4.30

Допустимо снижение частоты и увеличение диам. винта

DW= 3.3227 LP= 0.3196 P= 283548.34

VA= 7.2999 KT= 0.1818 KDE= 1.5140

KW= 0.4395 CTA= 4.5322 IQ= 0.9589

WT= 0.4431 TP= 0.2097 KPROP= 0.65049

NX= 220.46 NRO= 212.00 NEO= 2429.14

GGWO= 3.66

Как видно из сравнения результатов для данного проекта оптимальным является двигатель 5L35MC: у него лучшие показатели по удельному расходу топлива на ходовом режиме - на 1,9% меньше, чем у 8S26MC, благоприятные габаритные показатели (длина меньше на 0,8 м). Выбираем этот двигатель.

J	Марка	Nа	Zц	Dц	Sц	Gа	Lа	bеэ	Hгаб	Bфр
26	5L35MC	3250	5	0,35	1,05	57,25	4,085	0,1713	4,79	1,98
27	8S26MC	3200	8	0,26	0,98	53,76	4,93	0,1745	4,3	1,88

3. РАСЧЕТ ВАЛОПРОВОДА

Валопровод служит для передачи крутящего момента от главных двигателей гребному винту и для передачи упора винта корпусу судна через главный упорный подшипник, встроенный обычно в корпус малооборотного двигателя (или редуктора в случае применения СОД).

На проектируемом судне предусматривается одна линия валопровода. Состав валопровода:

Гребной вал

Гребной винт

Промежуточный вал

Дейдвудное устройство опорного подшипника.

Гребной вал предусматривается сплошным (с расточкой по оси вала) из углеродистой стали с откованными совместно с ним фланцами. Главный упорный подшипник в ГД встроен в ГД. Для поддержания гребного и промежуточного валов предусматривается подшипник скольжения опорный самоустанавливающийся, расположенный на гребном валу.

Дейдвудное устройство предусматривается с дейдвудной трубой сварной с одним дейдвудным подшипником, залитым баббитом на масляной смазке. Конструкцией уплотнения и системой смазки предусматривается дренаж протечек масла (забортной воды) внутрь судна при нарушении герметичности уплотнений.

Комплексное проектирование валопровода включает ряд основных этапов:

- определение прочных размеров в соответствии с формулами, приведенными в Правилах Регистра РФ;

- разработка конструкции валопровода;

- расположение элементов ПК в МКО и расстановка опор валопровода;

- проверочный расчет сложного напряженного состояния и определение запасов прочности;

- расчет колебаний валопровода.

Основной расчетный размер валопровода в соответствии с Правилами Регистра РФ это диаметр промежуточного вала. Для его определения следует использовать такую зависимость:

где F- коэффициент, учитывающий тип главного двигателя. Для ротативных, в том числе турбинных двигателей F=95, а для поршневых двигателей, в том числе ДВС F=100;

- отношение Ne - мощности, кВт, к n - частоте, об/мин, на расчетном режиме двигателя. Это отношение представляет из себя величину вращающего момента, выраженного во внесистемных единицах кВт/(об/мин) и развиваемого двигателем на расчетном режиме эксплуатации.

Прочие размеры валопровода назначаются в долях от dпр. В частности упорный вал, проходящий через отдельно стоящий (выносной) главный упорный подшипник, должен иметь на расстоянии до одного диаметра от упорного гребня диаметр не меньше На большем расстоянии от упорного гребня диаметр можно постепенно уменьшить до размера промежуточного вала.

Кормовая оконечность гребного вала должна иметь диаметр не меньше определенного по следующей зависимости:

Параметры этой зависимости, кроме коэффициента k, рассмотрены выше и представляют из себя составляющие формулы для диаметра промежуточного вала. Коэффициент усиления гребного вала k зависит от способа крепления винта на конусе. Если используется бесшпоночное соединение, то k принимается равным 1,22. В случае применения шпонки, предотвращающей проворачивание гребного винта на конусе, сечение гребного винта ослабляется и необходимо применение k=1,26.

Указанные размеры валов рассчитаны для случая применения материалов с ?вр=400 МПа.

При наличии у судна категории ледового усиления найденные значения диаметров следует увеличить в соответствии со следующей зависимостью Коэффициенты усиления, выраженные в процентах, принимаются в соответствии с табл.5.

Таблица 5

Ледовые усиления валов судовых валопроводов

Тип валов	Категория ледового усиления
	ЛУ1 и 2	ЛУ3	ЛУ4	ЛУ5	ЛУ6	ЛУ7	ЛУ8 и 9
Промежуточный и упорный	0	4	8	12	13,5	15	*
Гребной	5	8	15	20	25	30	*

Примечание * - коэффициенты усиления согласовываются с Регистром РФ особо.

Для всех судов с ледовыми ограничениями кроме ЛУ1 диаметр гребного вала в кормовом подшипнике не должен быть меньше рассчитанного по такой формуле:

где a - коэффициент влияния размеров ступицы гребного винта, равный 10,8 при Dст0,25 Dв и 11,5 при Dст>0,25 Dв;

b - ширина спрямленного цилиндрического сечения лопасти на радиусе0,25 Rмах для цельнолитых винтов и 0,35 Rмах для ВРШ, где Rмах= Dв/2, м;

s - наибольшая толщина сечения лопасти на том же радиусе, м;

лоп - временное сопротивление материала лопастей гребного винта, МПа;

вал - временное сопротивление материала гребного вала, МПа.

Полученные в результате всех пересчетов значения диаметров следует согласовать с рядом предпочтительных диаметров шеек судовых валопроводов. Это сложный ряд, основанный на арифметической прогрессии с переменным шагом. Он представлен в табл.6.

Таблица 6

Ряд предпочтительных диаметров шеек судовых валопроводов. Размеры в мм.

Диапазон диаметров	90 -140	140 - 300	320 - 420	420 - 570	570 - 780	780 - 1100
Шаг прогрессии	5	10	20	Переменный 30/20	30	40

При выборе окончательного значения диаметра для каждого из валов принимается ближайший больший к расчетному значению диаметр из ряда предпочтительных чисел.

При наличии отверстия вдоль оси вала с диаметром до 40% от наружного диаметра компенсация снижения прочности не требуется. При необходимости сделать отверстие большего диаметра этот диметр do не должен быть больше определенного по следующей зависимости:

где d - диаметр вала без отверстия;

dф - фактический диаметр вала с отверстием.

Диаметр соединительных болтов для фланцев валопровода должен быть не менее определенного по следующей формуле:

где dпр - окончательно принятый диаметр промежуточного вала, мм;

в - временное сопротивление материала вала, МПа;

б - временное сопротивление материала болта, МПа. На значения?б наложено ограничение:?в ?б 1,7·?в. В любом случае ?б 1000 МПа.

Толщины фланцев валов судовых валопроводов не должна быть меньше 0,2 dпр или диаметра соединительного болта. Из двух рассмотренных значений принимается большее. В случае навешивания гребного винта на фланец гребного вала толщина этого фланца должна быть не меньше 0,25 dгр. При расчетах ограничений на толщины фланцев принимаются окончательные значения соответствующих диаметров - после введения всех усилений и округления;

Разработка конструкции валопровода преследует цель построение расчетной схемы для реализации последующих этапов проектирования. В процессе разработки конструкции нужно определиться с типом и расположением опорных подшипников, размерами и конструкцией дейдвудных устройств, конструкцией отдельных валов.

Проверочный расчет сложного напряженного состояния и определение запасов прочности производится с целью проверки прочности валопровода. Расчетные зависимости Правил Регистра учитывают только одну нагрузку - вращающий момент двигателя и равный ему и противоположно направленный реактивный момент винта. Прочие нагрузки учитываются при проверке прочности.

Сначала нужно составить расчетную схему с указанием всех действующих нагрузок, в том числе:

распределенных нагрузок,

сосредоточенных сил - веса гребного винта и сил от сосредоточенных масс на пролетах,

реакций опор валопровода,

указанных выше моментов,

пульсирующие нагрузки от работы винта в косом потоке за корпусом судна и др.

На рис.10 представлена расчетная схема валопровода в соответствии с рис.9.

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

На рис.10 представлены следующие нагрузки, действующие на валопровод:

- вращающий момент двигателя Mкр, равный , кНм, и реактивный момент винта Mр, с точностью до моментов трения в сальниках и подшипниках равный Mкр;

- распределенные нагрузки qгр и qпр, равные весу погонного метра соответ-ствующих валов , кН/м;

- вес гребного винта Gгв, который можно определить, например, с помощью формулы Ф.М. Кацмана [11]:

Gв=т, (2.21)

где Dв - диаметр гребного винта, м; ?- дисковое отношение винта; l0 - длина ступицы, м. Ориентировочные значения l0 можно определить по статистическим оценкам: l00,2 Dв или 3 dгр;

- реакции опор валопровода R1 - R3. Реакция кормового подшипника промежуточного вала отсутствует, так как он монтажный. Для определения реакций опор следует привлечь программное обеспечение расчета статически неопределимых балок, например, метод конечных элементов [12];

- упор винта Pгв = и равное ему и противоположно направленное усилие в упорном подшипнике, движущее судно;

- моменты от работы винта в косом потоке за корпусом судна: 1 в вертикальной плоскости и 2 в горизонтальной плоскости. Поток, стекающий с корпуса на винт, на самом деле прямой, но для винта в связи с его вращением этот поток становится косым, от чего создаются дополнительные моменты. Данные о дополнительных моментов от работы винта в косом потоке являются экспериментальными и зависят от сложной совокупности параметров, в том числе от формы кормового образования и числа лопастей винта. В первом приближении эти величины можно найти по рекомендациям [11];

- пульсационные составляющие упора и дополнительных моментов, возникающие вследствие работы винта с конечным числом лопастей в потоке за корпусом судна. Эти составляющие можно определить по данным [11] и их амплитудные значения следует добавит к величинам, определенным в предыдущем абзаце.

Облегчением расчета фактических напряжений валопровода является то, что можно заранее указать расчетное сечение с наибольшим значение напряжения. Это - сечение расположено на кормовой опоре в расчетной точке приложения реакции. Для этого сечения следует определить нормальные, касательные и эквивалентные напряжения с учетом дополнительных монтажных напряжений и сравнить их с допускаемыми. Коэффициент запаса прочности должен лежать в заданных пределах;

Расчет колебаний валопровода производится с целью по возможности избежать появления резонансных явлений и снижения надежности валопровода вследствие действия знакопеременных резонансных нагрузок. В случае, если этого избежать не удается, необходимо установить запретные зоны частот, ограничивающие напряжения от резонанса.

Расчеты колебаний валопроводов самостоятельная и сложная процедура. В процессе разработки варианта ПК её удается решить только в первом приближении и только ограниченно. Производится расчет низших частот колебаний наиболее проблемных участков валопровода. Обычно это - консоль гребного вала и пролет наибольшей длины. Собственная частота колебаний гребного вала в вертикальной плоскости, с-1, определяется в соответствии со следующим выражением:

nгрв=0,159, (2.22)

где EI - изгибная жесткость гребного вала, Нм2; L - расстояние между опорами гребного вала, м; lк - длина консоли гребного вала - расстояние между точками приложения усилий - реакции кормовой опоры и веса винта, м; M - сумма массы гребного винта и присоединенных масс воды, кг; Iм - момент инерции гребного винта и присоединенных масс воды.; q - интенсивность распределенной нагрузки на гребном валу, кг/м; коэффициент податливости кормовой опоры. Он может быть принят равным 1 - 1,5 для металлических подшипников; 2,5 для бакаута и синтетических материалов; 4 - для резинометаллических подшипников.

Частота первого тона собственных колебаний пролета промежуточного вала, свободно лежащего на опорах, определяется по такой формуле, с-1:

nпр= , (2.23)

где Lпр - длина пролета наибольшей длины на промежуточном валу, м; P - упор винта на максимальном режиме, кН; Pкр = - критическая сила при продольном изгибе, кН.

Полученные значения собственных частот сравниваются с частотами возмущающих сил - частотой вращения главного двигателя на режиме МДМ nmax, лопастной частотой винта - произведением nmax на число лопастей винта; произведением nmax на число цилиндров в составе агрегата двигателя. Если собственные частоты на 20 и более % больше частоты возмущающих сил, то резонанса на наиболее опасных низких частотах не будет. В противоположном случае требуется более точный, но и более сложный расчет. Более детальное исследование колебаний выходят за рамки вопроса.

Валопровод рассчитывается с помощью комплекса программ WAL RAZM, учитывающего проверку валопровода на прочность и резонансные частоты.

Для применения модуля WAL_RAZM следует подготовить данные в соответствии с таблицей

------------------------------------------------------------------------

ФАЙЛ WAL_RAZM.DAT - ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ КОМПЛЕКСА ПРОГРАММ WAL_RAZM

----T----------------------------------T--------T---------T-------------

Nпп¦ НАИМЕНОВАНИЕ ПЕРЕМЕННОЙ ¦ОБОЗНАЧ.¦ РАЗМЕРН.¦ ЗНАЧЕНИЕ

----+----------------------------------+--------+---------+-------------

1. ¦ Mощность на номинальном режиме ¦ NEL ¦ кBт ¦ 3250.000

2. ¦ Частота вращения номинальн.режим¦ NL ¦ об/мин ¦ 210.000

3. ¦ Упор винта " " " ¦ P ¦ кН ¦ 290.867

4. ¦ Длина ахтерпика (>50.-дл.судна) ¦ LAP ¦ м ¦ 102.000

5. ¦ Длина главного двигателя ¦ LGD ¦ м ¦ 4.085

6. ¦ Диаметр винта ¦ DW ¦ м ¦ 3.542

7. ¦ Дисковое отношение винта ¦ TETA ¦ - ¦ 0.750

8. ¦ Временн.сопр.матер.гребного вала ¦ BGR ¦ МПа ¦ 500.000

9. ¦ Временн.сопр.матер.промежут.вала ¦ BPR ¦ МПа ¦ 550.000