Судовые установки (стр. 1 из 12)

1. Расчёт ходкости судна и выбор гребного винта

1.1 Главные элементы судна

Тип судна - контейнеровоз типа LO-RO

Длина по ГВЛ, м L=145,6 м

Ширина, м В=23 м

Осадка, м Т=8,5 м

Коэффициент общей полноты d= 0,65

Коэффициент полноты мидельшпангоута b=0,98

Коэффициент продольной полноты j = d/b = 0,66

Дедвейт, тDw = 13500

Мощность, кВт Ne ном = 8320

Частота вращения главного двигателя: n=118 мин^(-1) = 1,97 сек^(-1)

Число гребных винтов 1

1.2 Постоянные величины расчёта

Коэффициент кинематической вязкости n= 1,61*10^(-6) м^2/с

Надбавки на шероховатость поверхности zш= 0,3*10^(-3)

Коэффициент вихревого сопротивления выступающих частей корпуса zа=0,1*10^(-3)

Коэффициент воздушного сопротивления zвозд= 0,04*10^(-3)

Величина L/B = 6,33

Величина B/T = 2,7

Величина Ö(g*L) = 37,793

1.3 Расчёт смоченной поверхности корпуса контейнеровоза

Для транспортных судов смоченную поверхность голого корпуса рекомендуется

определять по приближенной формуле профессора В. А. Семеки [1]:

Wгк = L*T*[2+1,37*(d-0,274)*B/T]

Wгк =145,6*8,5*[2+1,37*(0,65-0,274)*23/8,5]= 4200 м^2

Смочённая поверхность выступающих частей может быть определена как некоторая доля смоченной поверхности голого корпуса.

Wвч = 0,03*So = 0,03*4200 = 126 м^2

Суммарная смоченная поверхность:

W = Wгк + Wвч = 4200+126 = 4326 м^2

Значение выражения:

W *r/2 = 4326*1025/2= 2217075 ,

где r=1025 кг/м^3 - плотность воды.

1.4 Расчёт сопротивления и буксировочной мощности

В практических расчётах полное сопротивление движению судна рекомендуется определять по формуле:

R= (z*r*V^2)/ W ,

где z - коэффициент полного сопротивления, представляющий собой сумму следующих коэффициентов:

zтп - коэффициент трения эквивалентной пластины;

zш - надбавка на шероховатость судовой поверхности;

zо - коэффициент остаточного сопротивления судна;

zа - коэффициент сопротивления выступающих частей;

zвозд - коэффициент воздушного сопротивления.

Расчёт выполняем в табличной форме в соответствии с указаниями [1].

Таблица 1.1.

Расчёт буксировочной мощности

Расчётные формулы и величины	Размер	Скорость хода в узлах Vs				Примечание
16	18	20	22
1. V = 0,514*Vs	м/с	8,224	9,252	10,280	11,308
2. V^2	(м/с)^2	67,63	85,60	105,68	127,87
3. Re=(V*L/n)	7,44	8,37	9,30	10,23	*10^(-8)
4. Fr = V/Ö(g*L)	0,218	0,245	0,272	0,299
5. zтп*10^3 = f(Re)	1,63	1,60	1,58	1,57	рис.2.
6. zо*10^3 = f(d, Fr)	0,90	1,35	1,65	3,13	рис.6.
7. КL/B	0,70	0,80	0,96	1,36	рис.8.
8. КB/T = f(Fr,L/B)	1,11	1,06	1,02	1,14	рис.11.
9. zо*10^3 =(6)*(7)*(8)	0,699	1,145	1,616	4,853
10. z = zтп+zо+zш+zа	2,729	3,145	3,596	6,823
11. R=(W*r/2)* *(2)*(10)*10^(-6)	кН	409	597	843	1934
12. EPS=(1)*(11)	кВт	3364	5523	8666	21870
13. 1,2*R	кН	491	716	1012	2321
14. 1,2*EPS	кВт	4037	6628	10399	26244

По результатам расчётов строим кривые сопротивления R=f(Vs) и кривые буксировочной мощности EPS = f(Vs). Так как в процессе эксплуатации корпуса судна наблюдается изменение характеристик корпуса судна и гребного винта, то вводится эксплуатационная надбавка ,равная 20% для проектируемого судна и строятся кривые сопротивления и буксировочной мощности с учётом этой надбавки (Рис.1.1.).

Рис.1.1.

1.5 Расчёт оптимальных элементов гребного винта

1.5.1 Выбор конструктивного типа движителя, ориентировочных значений скорости хода судна и диаметра гребного винта

В соответствии с рекомендациями раздела 2 [2], в качестве движителя принимаем цельнолитой гребной винт.

Для выбора значения Dор используем диаграмму на рис. 1 [2]. Ориентировочное значение скорости хода судна определяем из графика на рис.1.1.

Vs ор = 17,5 уз

Для грубой оценки коэффициента попутного потока wт используем формулу Тейлора [2]:

wт = 0,5*d - 0,05 = 0,5*0,65 - 0,05 = 0,275

Скорость обтекания гребного винта:

Vas = Vs op * (1- wт) = 17,5*(1-0,275) = 12,7 уз

Из диаграммы на рис. 1 [2] находим: Dор = 5,2 м

В соответствии с рекомендациями, для одновинтовых судов имеем:

Дпред=0,75*Т=0,75*8,5=6,3 м

Для дальнейших расчётов принимаем: Dор = 5,2 м ; Vs ор = 17 уз.

1.5.2 Определение коэффициентов взаимодействия гребного винта с корпусом судна

Коэффициент попутного потока находим по формуле Холтропа [2]:

wт = В*W*Сv/(D*T)*[0,066/T+1,22*Cv/(D*(1-j))] +

+ 0,246*Ö(B/(L*(1-j))) - 0,097/(0,95-j) + 0,114/(0,95-d),

где Сv = 1,05*(zтп+zш) = 1,05*(1,6+0,3)*10^(-3) = 1,995*10^(-3)

В*W*Сv/(D*T) = 23*4326*1,995*10^(-3)/(5,2*8,5) = 4,491

[0,066/T+1,22*Cv/(D*(1-j))] = 0,066/8,5 + 1,22*1,995*10^(-3)/(5,2*(1-0,66)) =9,141*10^(-3)

0,246*Ö(B/(L*(1-j))) = 0,246*Ö(23/(145,6*(1-0,66))) = 0,168

0,097/(0,95-j) = 0,097/(0,95-0,66) = 0,334

0,114/(0,95-d) = 0,114/(0,95-0,65) = 0,380

wт = 4,491*9,141*10^(-3) + 0,168 - 0,334 + 0,380 = 0,254

Полученное значение wт проверяем по формуле Э. Э. Папмеля [2]:

wт = 0,165*d*Ö[V^(1/3)/D] - Dwт,

где V - водоизмещение судна: V=L*B*T*d = 145,6*23*8,5*0,65 = 18502 м^2;

Dwт - поправка на влияние числа Фруда:

Dwт = 0,1*(Fr-0,2) = 0,1*(0,254-0,2) = 4,5*10^(-3);

wт = 0,165*0,65*Ö(18502^(1/3)/5,2) - 4,5*10^(-3) = 0,237

Окончательно принимаем: wт = 0,254.

Коэффициент засасывания определяем по формуле Холтропа [2]:

t = 0,002*L/(B*(1-j)) + 1,059*B/L - 0,142*D^2/(B*T) - 0,005

t = 0,002*145,6/(23*(1-0,66))+1,059*23/145,6-0,142*5,2^2/(23*8,5)-0,005 = 0,180

полученное значение проверяем в соответствии с рекомендациями [2]:

t/wт = 0,180/0,254 = 0,7

Окончательно принимаем t = 0,180.

Коэффициент неравномерности поля скоростей в диске гребного винта принимаем:

i = i1 = i2 = 1

Коэффициент влияния корпуса судна определяем по формуле:

hк = (1-t)/(1-wт)*i = (1-0,180)/(1-0,254) = 1,1

1.5.3 Определение числа лопастей и дискового отношения гребного винта и выбор расчётной диаграммы

В соответствии с указаниями для одновинтовых судов имеем:

Vas = Vs ор *(1-wт) = 17,5 * (1-0,254) = 13,0 уз

Для определения дискового отношения Q используем диаграмму на рис. 4. [2].

Q = 0,6

Для выбора числа лопастей гребного винта определяем коэффициент нагрузки гребного винта по упору:

sр = 9,64*hк*R/(r*(1-wт)*Vs^2*D^2)

sр = 9,64*1,01*740000/(1025*(1-0,254)*18^2*5,2^2 = 1,08

Число лопастей z в соответствием с рекомендациями [2] принимаем равным 4.

Расчётная диаграмма: В4-55.

1.5.4 Учёт механических потерь в линии валопровода

Так как МО находится в корме и передача на винт прямая, принимаем:

hпер = 1 ; hвал = 0,99.

1.5.5 Расчёт оптимальных элементов гребного винта, обеспечивающих наибольшую скорость при заданной мощности и частоте вращения двигателя

Расчёт исходных данных для определения наибольшей скорости выполняем в таблице 1.2.

Для расчёта принимаем nрасч = nном ; Nе расч = Nе ном /1,05^3

Таблица 1.2.

Расчёт исходных данных для определения наибольшей скорости хода судна и оптимальных элементов гребного винта

Расчётные величины и формулы.		Раз Мeр ность	Числовые значения расчётных величин								Прим.
1. Vs		Узлы	16		17	18		19		20	Задано
2. Vр=0,514*Vs*(1-wт)		М/с	6,14		6,52	6,90		7,29		7,67
3. КNQ= =0,523Vp/Ön*Ö[Ö(r*Vp/Np)]		2,22		2,39	2,57		2,75		2,93
4. J		0,56		0,59	0,64		0,665		0,72	Диагр.
5. ho		0,6		0,62	0,64		0,65		0,665	Диагр.
6. H/D = f(КNQ)		0,87		0,90	0,94		0,97		1,02	Диагр.
7. D=Vp/(n*J)		М	5,57		5,61	5,47		5,56		5,41
8. h=ho*hк		0,606		0,626	0,646		0,657		0,672
9. EPS=f(Vs)		Квт	4000		5400	6600		8500		10500	Рис.1.1
10. Ne=EPS/(h*hв*hпер)		Квт	6667		8713	10320		13068		15783
Постоянные величины расчёта		Ne=7187 квт					hв*hпер=0,99
Np=Ne*hв*hпер= =7115 квт	N=118 мин^(-1)			Nc=1,97 сек^(-1)					wт=0,254
T=0,180	I=1			hк=(1-t)/(1-w)*i=1,1					Dпред=6,3 м

По результатам выполненного расчёта строим графики (Ne; D; H/D; J) = f(Vs) и находим значения указанных элементов гребного винта и скорость судна для заданной номинальной мощности (Рис.1.2.¸1.4.):

* Vs = 16,8 узлов

* D = 5,57 м

* H/D = 0,9

* J = 0,582

Рис.1.2.

Рис.1.3.

Рис. 1.4.

1.6. Проверка гребного винта на кавитацию

Проверку гребного винта на кавитацию проводим по формуле [2]:

Qрасч = (1,5+0,35*z)*R/((Pа+r*g*ho-Pv)*D^2) + 0,2*Zp ,

где Ра - атмосферное давление воздуха, Ра=101300 Н/м^2;

ho - заглубление оси гребного винта,

ho = T - 0,4*D + 0,2 = 8,5 - 0,4*5,57 +0,2 = 6,472 м ;

Pv - давление насыщенных паров, Pv=1226 Н/м^2 при t=10°C ;

Zp = 1 - число гребных винтов.

Qрасч = (1,5+0,35*4)*600000/((101300+1025*9,81*6,472-1226)*5,57^2 + 0,2 = 0,54

Qрасч < Q, т.е. дисковое отношение гребного винта обеспечивает отсутствие кавитации.

Окончательные конструктивные элементы гребного винта.

Диаметр винта	D = 5,57 м
Шаговое отношение	H/D = 0,9
Шаг	Н = 5,013 м
Дисковое отношение	Q = 0,55
Число лопастей	Z = 4
Направление вращения винта	правое
Материал	ЛМцЖ 55-3-1

При выборе материала гребного винта учитывались следующие обстоятельства: