Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовой проект

по дисциплине “Теория устройства судов”

Тема

Расчет движительного комплекса винтового судна

Выполнил студент

Шерстнев Д.А.

Задание на курсовую работу

судно двигатель винтовой

Выполнить проектировочный и поверочный расчеты движительного комплекса и построить ходовые характеристики судна

Исходные данные судна:

Тип судна и его класс ……………………Буксир-Толкач «О»

Длина судна L, м …………………………………………38,0

Ширина судна B, м ………………………………………..8,20

Осадка судна (средняя) T, м ………………………………1,95

Коэффициент полноты водоизмещения д………………..0,625

Коэффициент полноты площади мидель-шпангоута в …..0,960

Диаметр гребного винта (предельно допустимый) D_MAX , м 1,55

Число гребных валов z_p………………………………….2

Расчетная скорость хода (на тихой глубокой воде) , км/ч …10,5

Тяга на буксирном гаке (упор толкача при расчетной скорости судна) Z, кН.. 6500

Тип ДРК - гребной винт в насадки.

Объем курсовой работы

1.Расчет сопротивления воды движению судна.

2.Выбор оптимального типа движительно-рулевого комплекса. Определение мощности и частоты вращения главных двигателей. Выбор типа главных двигателей

3.Проектирование движительного комплекса на полное использование мощности главных двигателей.

4.Расчет и построение ходовых (тяговых) характеристик судна.

Введение

судно двигатель винтовой

Задачей курсового проекта является выполнении проектировочного и проверочного расчетов движительного комплекса, а также построение винтовых характеристик главного двигателя.

Исходные данные.

Вариант № 33

Тип судна и его класс Буксир-Толкач «О»

Длина судна L = 38 м

Ширина судна B = 8,2 м

Осадка судна (средняя) T = 1,95 м

Коэффициент полноты водоизмещения д = 0,625

Коэффициент полноты площади мидель - шпангоута в = 0,96

Число движителей z_P = 2 шт

Диаметр гребного винта (предельно допустимый) Dmax = 1,55 м

Расчетная скорость V_к =10,5 км/ч = 2,92 м/с

Тяга на гаке Z = 6500 кгс = 63,74 кН ? 65,0 кН.

1. Расчет сопротивления воды движению судна

Расчет сопротивления воды движению судна выполняется по методу пересчета с прототипа [4], таблица 7 (упрощенная)

Объемное водоизмещение судна:

Смоченная поверхность по ф-ле С.П. Мурагина:

Безразмерные параметры, характеризующие форму корпуса:

Значения коэффициента остаточного сопротивления по прототипу

Числа Фруда
	0,12	0,16	0,20	0,24	0,28	0,30
	4,20	4,18	4,16	4,18	4,36	4,52

Таблица для расчета сопротивления (упрощенная)

1	Fr (задаемся)	0,12	0,16	0,20	0,24	0,28	0,30
2	,м/с где g = 9,8 м/с	2,32	3,09	3,86	4,63	5,4	5,79
3		5,4	9,5	14,9	21,4	29,2	33,5
4	(по таблице)	4,20	4,18	4,16	4,18	4,36	4,52
5
6
7
8
9	, кН Для пресной воды: Для морской воды:	3,64	6,37	9,94	14,35	20,42	24,29
10	, км/ч	8,35	11,12	13,9	16,67	19,44	20,84

По результатам расчета строится зависимость сопротивления воды движению судна

Кривая буксирного сопротивления.

Рис. 1.1.

2. Расчеты при выборе главного двигателя и типа движителя заданного судна

2.1 Расчет коэффициентов взаимодействия движителя с корпусом

2.1.1 Коэффициент попутного потока

Надбавка к коэффициенту попутного потока

Если Fr < 0,2 то , где

Где V_K - расчетная скорость по заданию, м/с;

L - длина судна, м.

Где z_p - число движителей;

д - коэффициент общей плотности;

V - водоизмещение судна, м³;

D - диаметр гребного винта по заданию, м.

Коэффициент влияния корпуса

2.2 Скорость потока, подтекающего к винту

2.3 Полезная тяга

R = R(V_S) при V_S = 10,5 км/ч определяется по графику «Кривая буксировочного сопротивления» рис. 1.1.;

Z = 6500 кг с = 65 кН, - тяга на буксирном гаке;

2.4 Упор движителя

Где

При этом А_Р = 0,6; В_Р = 0,67 для z_p = 1;

А_Р = 0,8; В_Р = 0,25 для z_p ? 2;

2.5 Коэффициент упора - частоты вращения

, таблица 2.1. и 2.2.

V_A - скорость эквивалентного винта в свободной воде;

Т_р - расчетное значение упора;

с = 1,0 т/м³ = 10³ кг/м³ - плотность для пресной воды;

с = 1,025 т/м³ =1,025 • 10³ кг/м³ - плотность для морской воды;

2.6 Минимально допустимая мощность двигателя, таблица 2.1. и 2.2.

, кВт;

Где - КПД валопровода

, при i_Q = 1.

Диаграммные значения в функции K_NT по диаграмме XIV Z_Л=4; и=0,58 для винта в насадке.

Для тех значений n_c при которых D_opt ? D_max = 1,55 м, дальнейший расчет по таблице 2.1. прекращается и производится расчет по таблице 2.2.

Таблица 2.1.Расчет величин D и (P_S)_min от частоты вращения при скорости хода судна по заданию.

n мин -1	240	300	360	420	480	540	600
nс c -1	4	5	6	7	8	9	10
KNT (из диаграммы Кn opt)	0,47	0,42	0,38	0,35	0,33	0,32	0,3
Jopt (из диаграммы лe)	0,31	0,27	0,24	0,23	0,21	0,2	0,19
P/D (из диаграммы H/D)	0,78	0,75	0,71	0,68	0,67	0,65	0,63
Dopt= VA/( Jopt •nc)	1,9	1,78	1,66	1,49	1,43	1,33	1,26
зP (из диаграммы)	0,5	0,46	0,43	0,41	0,39	0,37	0,35
зD= зP зk / iQ	-	-	-	0,43	0,41	0,38	0,36
, кВт	-	-	-	250	263	277	293

Таблица 2.2. Расчет величины (P_S)_min при D = D_max = 1,55 м.

n мин -1	240	300	360
nс c -1	4	5	6
	0,45	0,29	02
	0,39	0,31	0,26
P/D	1,15	0,95	0,75
Dopt= VA/( Jp •nc)	1,55	1,55	1,55
зP	0,5	0,46	0,44
зD= зP зk / iQ	0,52	0,48	0,46
, кВт	205	223	233

Далее для обоих случаев строятся зависимости P_S(n) и D_opt(n) рис. 2.1., 2.2. и производится выбор типа движителя.

Вывод: Выбираем ДВС немецкой фирмы «Бака у-Вольф» марки 8NVD36 c n_c = 8,33 c^-1, Ps = 294 кВт. Этой частоте вращения соответствует оптимальный винт с D = 1,4 м. Редуктор не устанавливается.

Зависимость мощности (Ps)min, кВт, и оптимального диаметра Dopt от частоты вращения n, c^-1.



Рис. 2.1., 2.2.

3. Проектирование движительного комплекса на полное использование мощности энергетической установки

3.1 Вычисляем коэффициент попутного потока W_T и засасывания t_K

z_P = 2 - количество гребных винтов;

д = 0,625 - коэффициент полноты водоизмещения;

V = 379,76 м³ - водоизмещение;

D = 1,4 м - диаметр винта принимается по результатам предварительного расчета гребного винта;

3.2 Вычисляем расчетное значение скорости и упора гребного винта

м/с;

кН;

V_K = 2,92 м/с - скорость хода по заданию;

W_T = 0,181 - коэффициент попутного потока;

T_E = 35,25 кН - полезная тяга на гаке;

t_K = 0,151 - коэффициент засасывания.

3.3 Выбираем число лопастей z и дисковое отношение И гребного винта.

3.3.1 Выбираем число лопастей z по величине коэффициента

Так как , то выбираем z = 4.

V_A = 2,39 м/с - расчетное значение скорости;

D = 1,4 м, диаметр винта;

С = 1 т/м³ - плотность пресной воды;

Z = 65 кН - тяга на гаге по заданию.

3.3.2 Определяем дисковое отношение винта , минимально необходимое из условия обеспечения допустимой относительной толщины лопасти и отсутствия кавитации винта

a' = 0,05 - коэффициент характеризующий прочность лопасти, для специальной бронзы;

z = 4 - число лопастей;

D = 1,4 м - диаметр винта;

- предельное значение относительной толщины лопасти на

радиусе Ro = (0,6 ? 0,7) R.

T_P = 41,54 кН - упор гребного винта при расчетном режиме его работы.

m' = 1,5 для буксиров - коэффициент характеризующий возможную максимальную нагрузку на лопасть.

Определяем значение из условия отсутствия кавитации винта:

По графику определяем расчетный коэффициент

при z = 4, H/D = 0,67, л_P = 0,21.

K_S = 0,32 - кавитационная характеристика;

о = 1,6 - эмпирический коэффициент;

p_S - абсолютное гидростатическое давление кгс/м², на уровне оси винта

кг/м²;

г = с•g = 1000 кг/м³ - плотность воды;

p_d - давление насыщенных паров воды, кгс\м², принимается в зависимости от температуры. Примем p_d = 125 кгс\м² при t = 10°C.

м - глубина погружения.

Т = 1,9 - осадка судна (среднея).

За окончательное значение дискового винта принимаем И = 0,75; z = 4; расчетная диаграмма №XV

Дальнейший расчет элементов гребного винта производим последовательными приближениями в табличной форме.

Таблица 3.1.

D = 1,4 м; И = 0,75; z = 4; nC = 8,33 c-1; Wт = 0,181; tK = 0,151, VA = 2,39 м/с; с = 1 т/м3; PS = 294 кВт.
Расчетные формулы	Расчетные значения
1. TE (кН) - последовательным приближением	35,25	40,5	40
2. , кН	41,5	47,7	47,1
3.	0,33	0,32	0,32
4. из диаграммы	0,22	0,21	0,21
5. , а = 1,03	0,23	0,22	0,22
6. , м	1,3	1,3	1,3
7.	0,16	0,18	0,18
8. из диаграммы, м	0,67	0,7	0,7
9. из диаграммы	0,4	0,395	0,395
10. ,	0,4	0,4	0,4
11. , , кВт	256	298	294

После первого приближения уточняем полезную тягу на гаке

.

Вывод:

В результате расчета, судно при выбранном двигателе марки 8NVD36, с эффективной мощностью Ps = 294 кВт, частотой вращения n_C = 8,33 c^-1, при гребном винте D = 1,4 м, ; z = 4 - обеспечивает при заданной скорости буксировки V_K = 2,92 м/с наибольшую тягу на гаке Т_Е = 40 кНт при полном использовании мощности энергетической установи.

4. Расчет и построение буксирных характеристик судна.

4.1 Подсчитаем в табличной форме безразмерную характеристику двигателя

Таблица 4.1.

D = 1,4 м; зВ = 0,96;
1	n задаемся	мин-1	300	360	420	480	500	540	600
2	nc	c-1	5	6	7	8	8,33	9	10
3	Ne = f(n) по внешней характеристике	кВт	176	212	247	282	294	318	353
4		-	0,041	0,028	0,021	0,016	0,015	0,013	0,01

Подсчитанные таким образом значения коэффициента момента К₂ представлены в виде кривой, изображенной на рисунки 4.2.

Рис. 4.1. Внешняя характеристика.



Рис. 4.2. Коэффициент момента К₂

4.2 Произведем расчет динамических характеристик винта за корпусом судна, используя данные, полученные для основного режима работы винта

Wт = 0,181 - коэффициент попутного потока примем одинаковый для всех режимов работы винта.

Расчет динамических характеристик винта за корпусом судна выполняется по таблицы 4.2.1., задаваясь значениями относительной поступи винта л_P в практически важных пределах изменения скоростей хода судна.

Таблица 4.2.1.

№	Расчетные формулы	Расчетные значения
1.	ле задаемся	0	0,10	0,20	0,35	0,50
2.	КК = f(ле;H/D) из диаграммы	0,26	0,23	0,19	0,13	0,07
3.	К2 = f(ле;H/D) из диаграммы	0,019	0,017	0,016	0,014	0,01
4.		0	0,209	0,46	0,97	1,89
5.		-	58,57	12,1	2,7	0,71
6.	по рис. 55 «Руководство по расчету и проектированию гребных винтов»	0,95	1.03	1,1	1,3	1,65
7.	из рис. 55 «Руководство по расчету и проектированию гребных винтов»	1,55	1,53	1,5	1,45	1,4
8.		1	1	1	1,01	1,01
9.		1,01	1,01	1,01	1,01	1,01
10.	t - по рис. 54	0,055	0,075	0,095	0,125	0,15
11.		0,245	0,213	0,172	0,114	0,06
12.		0,024	0,021	0,02	0,018	0,013
12.		0	0,122	0,244	0,427	0,611

Результаты расчетов представлены графически на рис. 4.3. в виде кривых Ке = f (л) и К₂ = f (л).

Рис. 4.3 Ke = f (л) и К₂ = f(л).

4.3 Произведем расчет ходовых характеристик судна в виде кривых полезной тяги винта Ре и мощности двигателя Ne при наивыгоднейшем тепловом режиме его работы при постоянном значении Me = const.

Расчеты производим по таблице 4.2.2., являющейся продолжением таблицы 4.2.

Таблица 4.2.2.Me = const

№	Расчетные формулы	Расчетные значения
13	n = f(K2) (c-1)	7,35	7,8	8	8,65	10
14	x Ne = f(n) (кВт)	519	548	564	610	706
13	(км/ч)	0	4,8	9,84	18,62	30,79
14	(кН)	10,17	9,96	8,46	6,55	4,61

Результаты расчетов по таблице 4.2.2. представлены графически на рисунке 4.4. и 4.5. в виде кривых хPe = f(v) и хNe = f(v) при n = const и Me = const. На этом же графике в масштабе Ре нанесена кривая сопротивления корпуса судна R(v) = f(v) при водоизмещении V = 379,76 м3.

4.4 Рассчитаем ходовые характеристики судна в виде кривых полезной тяги винта Pe и мощности двигателя Ne при постоянных значениях частоты вращения (n = const), принимаемых в практически важных пределах

Номинальную частоту вращения n = 8,33 c-1 = 500 мин-1 считаем максимально допустимой по конструктивным особенностям данного двигателя. Расчет выполняем по таблице 4.2.3., которая является продолжением таблицы 4.2.

Таблица 4.2.3.n = 8.33 с-1

№	Расчетные формулы	Расчетные значения
13	(км/ч)	0	5,12	10,24	17,93	25,65
14	(кН)	13,06	11,36	9,17	6,08	3,20
15	(кВт)	958	838	798	718	519

n = 8 с-1

№	Расчетные формулы	Расчетные значения
13	(км/ч)	0	4,92	9,84	17,22	24,64
14	(кН)	12,05	10,47	8,46	5,61	2,95
15	(кВт)	848	742	707	637	459

n = 7 с^-1

№	Расчетные формулы	Расчетные значения
13	(км/ч)	0	4,3	8,61	15,06	21,56
14	(кН)	9,22	8,02	6,48	4,29	2,26
15	(кВт)	568	498	473	426	308

n = 6 с-1

№	Расчетные формулы	Расчетные значения
13	(км/ч)	0	3,69	7,38	12,91	18,48
14	(кН)	6,78	5,89	4,76	3,15	1,66
15	(кВт)	358	313	298	268	194

n = 5 с-1

№	Расчетные формулы	Расчетные значения
13	(км/ч)	0	3,07	6,15	10,76	15,4
14	(кН)	4,71	4,09	3,30	2,19	1,15
15	(кВт)	207	182	173	155	112

n = 4 с-1

№	Расчетные формулы	Расчетные значения
13	(км/ч)	0	2,46	4,92	8,61	12,32
14	(кН)	3,01	2,62	2,11	1,4	0,74
15	(кВт)	106	93	88	79	54

Результаты расчета представлены графически на рис. 4.4. и 4.5. в виде зависимостей хPe = f(v) и хNe = f(v).

Рис. 4.4



Рис. 4.5.

Вывод

На судно устанавливают ДВС немецкой фирмы «Бака у - Вольф» марки 8NVD36 с n = 8,33 с^-1, Ps = 294 кВт. Этой частоте вращения соответствует оптимальный винт с D = 1,4 м, редуктор не устанавливается.

Размещено на Allbest.ru