11 Проектирование и гидродинамический расчет судовых движителей

11.1 Выбор типа и количества движителей

Принимаем количество движителей по прототипу x=1 гребной винт.

В качестве судового движителя выбираем гребные винты в неподвижных насадках.

Диаметр винта определяем из возможности его установки в кормовом подзоре судна с использованием теоретического чертежа.

Число лопастей гребного винта выбираем z=4.

Дисковое отношение выбираем из условия прочности и кавитации [9]:

=, где

D_B=2,866 м - диаметр гребного винта;

d₀/D_B=0,18

_max=0,09 м - максимальная относительная толщина профиля лопасти вина;

m=1,75 - коэффициент, учитывающий условия работы гребного винта;

Р - упор винта

Ре=Р*(1-t), где

t - коэффициент засасывания гребного винта [9]:

=, где

=0,831 - коэффициент общей полноты

х=1 - число винтов

V=4053 м³ - объемное водоизмещение судна

D - диаметр винта

=0,3 (Fr-0,2)

Fr=0,21 - число Фруда

=0,30,831 (0,21-0,2)=0,0025

t=0,6 (1+0,67)

₁==0,33

Так как винт в неподвижной насадке окончательно принимаем:

=0,65₁

=0,650,33=0,208

t₁=0,60,32 (1+0,670,32)=0,233

t=0,7t₁

t=0,70,233=0,16

Р=Ре/(1-t)

Ре=R/x

Ре=184,393/1=184,393 кН

[]=610⁴ кПа

Р=184,393/(1-0,16)=219,5 кН

=

Из условия отсутствия кавитации дисковое отношение должно быть не менее:

, где

х=1 - число гребных винтов

Р₀=Р_а+gh, где

h=2,75 м - заглубление оси гребного винта от свободной поверхности

Р_а=10 кПа

Р₀=10+2,759,812,75=37,65 кПа

Р_=2,3 кПа



Выбираем большее из полученных дисковых отношений: =0,55.

Подбираем подходящую диаграмму для расчета.

Выбираем диаграмму: z=4, =0,57.

11.2 Расчет гребного винта при выборе энергетической установки

Зададимся несколькими значениями частот вращения гребного винта:

n=1; 2; 3; 4; 5; 6

и вычислим для них коэффициент задания К_n^':

К_n^'=, где

_Р - скорость натекания потока на винт

_Р= (1-)

_Р=6,2 (1-0,208)=4,9 м/с

К_n1^'=1,28

К_n2^'=0,9

К_n3^'0,74

К_n4^'=0,64

К_n5^'=0,57

К_n6^'0,52

Дальнейший расчет будем вести в таблице 11.1, используя диаграмму для расчета гребных винтов.

Таблица 11.1 - Расчет элементов гребного винта

N п/п		Размерность	Величина
1	Частота вращения, n	1/с	1	2	3	4	5	6
2	К’n=Vp/(n)^1/2·(/P)^1/4	-	1,28	0,90	0,74	0,64	0,57	0,52
3	p	-	0,83	0,57	0,46	0,38	0,35	0,32
4	H/D	-	1,35	1,04	0,90	0,84	0,81	0,59
5	p	-	0,68	0,64	0,59	0,55	0,53	0,51
6	Dопт=Vp/(pn)	м	5,9	4,3	3,5	3,2	2,8	2,5
7	ПР=p(1-t)/(1-)	-	0,72	0,68	0,62	0,58	0,55	0,54
8	Nр=Pe·V/ПР	кВт	1588	1681	1844	1971	2078	2117
9	Ne=Np*1,1/(p·в)	кВт	1819	1898	2014	2182	2380	2567

Результаты расчета приведены на рисунке 11.1.

В качестве двигателя на проектируемое судно назначаем:

двигатель Krupp MaK 8M453C мощностью 2400 кВт, с редуктором TMC 40М, имеющий передаточное отношение 2.

Подбор редуктора будем выполнять по крутящему моменту и передаточному отношению:

М_кр=N/(2n), где

N=2400 кВт - мощность главного двигателя;

n=5,1 с^-1 - частота вращения на выходном валу;

М_кр=2400/(23,145,1)=75 кНм

Назначаем редуктор 5ЦВ-207, рассчитанный на крутящий момент в 80 кНм с передаточным отношением 2

11.3 Расчет гребного винта на полное использование мощности двигателя

Расчет будем вести в таблице 11.2 с учетом изменения частоты вращения двигателя.

Таблица 11.2 - Расчет гребного винта на полное использование двигателя

№ п/п	Обозначения	Размерность	Величина
1	Скорость, 	м/с	6,2
2	Ре	кН	184,393
3	Упор винта, Р	кН	219,5
4	Скорость натекания потока, Р	м/с	4,9
5	Кn^'		0,63
6	p		0,38
7	H/D		0,84
8	p		0,55
9	Диаметр винта, Dопт	м	3,1
10	ПР		0,58
11	Мощность установки, Ne	кВт	2095

Полученный диаметр винта не удовлетворяет условиям его установки в кормовом подзоре, а также мощность двигателя получилась значительно меньше, чем выбранной энергетической установки, что не приемлемо при ее эксплуатации.

Поэтому сделаем пересчет полученных значений, принимая диаметр винта 2,8 м.

Таблица 11.3 - Расчет гребного винта на полное использование двигателя

(второе приближение)

№ п/п	Обозначения	Размерность	Величина
1	Скорость, 	м/с	6,2
2	Ре	кН	184,393
3	Упор винта, Р	кН	219,5
4	Скорость натекания потока, Р	м/с	4,9
5	Кn^'		0,57
6	p		0,35
7	H/D		0,83
8	p		0,53
9	Диаметр винта, Dопт	м	2,8
10	ПР		0,55
11	Мощность установки, Ne	кВт	2380

11.4 Определение коэффициента качества гребного винта

Для расчетного режима получили _в=0,55. Рассчитаем КПД идеального гребного винта по формуле:

=2,9

=0,79

Таким образом, приходим к выводу, что винт спроектирован хорошо.

11.5 Расчет кривой тяги гребного винта

Расчет будем вести в таблице 11.3.

Таблица 11.3 - Расчет кривой тяги гребного винта

№	Наименование	Размер-ность	Величины
1	Скорость, 	м/с	2	4	6	8	10
2	Р=(1-)	м/с	1,6	3,2	4,7	6,3	7,9
3	p=Р/(nDB)	-	0,14	0,27	0,4	0,54	0,68
4	К2= Ne/(2n^3DB^5)	-	0,03	0,03	0,03	0,03	0,03
5	p	-	0,23	0,44	0,55	0,62	0,67
6	К1=(2К2p)/p	-	0,31	0,31	0,26	0,22	0,18
7	Ре=(1-t) К1n^2DB^4	кН	285	285	239	202	166

Результаты расчета приведены на рисунке 11.2.

Рисунок 11.2 - График зависимости тяги гребного винта, полного ледового сопротивления, полного сопротивления от скорости судна