- •12 Разработка и построение теоретического чертежа
- •12.1 Афинное перестроение
- •1. Снятие координат с чертежа прототипа.
- •2. Расчёт коэффициентов пересчёта.
- •3. Построение теоретического чертежа.
- •13 Сопротивление среды движению судна
- •13.1 Расчёт сопротивления трения судна
- •13.2 Расчёт остаточных сопротивлений судна
- •13.3 Расчёт полного сопротивления воды
- •13.4 Расчёт ледового сопротивления
- •14 Определение гидростатических элементов
- •15 Гидродинамический расчёт гребного винта
- •16 Обеспечение непотопляемости судна
- •Список использованной литературы
15 Гидродинамический расчёт гребного винта
В соответствии с прототипом выбираем одновальную механическую установку в ДП.
Расчёт винта для данного судна будет вести в 2 этапа: предварительный и окончательный. В предварительном расчёте определяется необходимая мощность двигателя и оптимальная частота вращения гребного винта. Найденные в предварительном расчете мощность и частота вращения, как правило, не соответствуют мощности и частоте конкретных двигателей, выпускаемых промышленностью. Поэтому по каталогам следует выбрать двигатель, проектные мощность и частота вращения которого (с учетом установки редуктора) наиболее близки к требуемым. После этого с учетом выбранного двигателя произвести окончательный расчет ходкости, определяя оптимальные элементы гребного винта и достижимую скорость хода судна. [2]
Предварительный расчёт.
1. Коэффициенты взаимодействия винта гребного винта с корпусом судна.
― Коэффициент попутного потока для винта в ДП, где где δ - коэффициент общей полноты.
― Коэффициент засасывания для винта в ДП
2. Устанавливаем предельный диаметр винта, пользуясь приближенной зависимостью
Dв= (0,7-0,1(x -1))T, где x – число движителей; T – осадка судна.
Dв= (0,7-0,1(1 -1))3.07=2.15 м,
3. Находим необходимый упор P и расчетную скорость винта vр:
vр=v(1-Ѱ), где v — скорость судна(м/с). Значение сопротивления R(v) принимаем для заданной скорости хода. Согласно расчётам в пункте 13 сопротивление движению судна для скорости 12 узлов(6.17 м/с) равно 90кН.
vр=v(1-Ѱ) = 6.17(1-0.355)=3.98 м/с
4. Оцениваем целесообразность применения направляющей насадки для гребного винта. Так как судна класса Arc4 – применение насадок – нецелесообразно.
5. Прежде чем выбрать расчетную диаграмму, необходимо установить число лопастей и дисковое отношение. Для одновинтовых судов число лопастей должно быть не менее 4, что связано с предотвращением недопустимой вибрации.
Выбираем число лопастей – 4.
При выборе дискового отношения ϴ ( ), где Аd – площадь
диска или площадь круга, диаметр которого равен диаметру винта; z- число лопастей у данного винта; Ал - спрямленная площадь одной лопасти; А – спрямленная площадь всех лопастей) необходимо исходить из обеспечения прочности лопасти и предотвращения кавитации.[2]
Из условий прочности:
где d0-диаметр ступицы и равный 0,18D=0,18*2.15=0,387 м; z — число лопастей; δmax= 0,08-0,09 - относительная толщина лопасти при относительном радиусе лопасти 0,6-0,7; т ― коэффициент учитывающий условия работы винта = 1,75 для судов ледового плавания; Р - упор винта, кН; [ϭ]= 6х104 кПа – допускаемые напряжения для винтов транспортных судов.
Принимаем диаметр ступицы 0.18 от Dв, d0=0.36м
Из условий отсутствия кавитации:
где р0=ратм+ ρghв - давление в потоке на бесконечности; pатм =101 кПа атмосферное давление; ρ - плотность воды; g – ускорение свободного падения; hв – погружение оси винта, принимается по теоретическому чертежу (в курсовом проекте приближенно можно принять половина осадки судна); pv=2,3 кПа – давление насыщенных паров.
Выбираем большее дисковое отношение ϴ ≥ 0.843, округляем до 0.85
Выбираем диаграмму для дальнейшего расчёта гребного винта из материалов
[ ] рисунок (15.1 и 15.2)
Рисунок 15.1 – Диаграмма для расчёта гребных винтов (а)
Рисунок 15.2 – Диаграмма для расчёта гребных винтов (б)
6) Дальнейший расчет требуемой мощности и частоты вращения гребного винта производим по алгоритму, приведенному в таблице 15.1 с использованием выбранной диаграммы.
7) По результатам выполненного расчета строим зависимости:
Ne *=f(n)- мощность от числа оборотов,
Dв= f(n)- диаметр винта от числа оборотов
которые служат для окончательного выбора главного двигателя (рисунок 15.3).
Таблица 15.1 – Расчёт элементов винта при выборе энергетической установки
№ п.п |
Расчётная величина |
Формула |
Численные значения |
|||||
1 |
Диаметр винта |
― |
0,6D |
0,7D |
0,8D |
0,9D |
D |
1,1D |
1,29 |
1,505 |
1,72 |
1,935 |
2,15 |
2,365 |
|||
2 |
Коэф. упора диаметра Kd |
|
0,47 |
0,55 |
0,63 |
0,71 |
0,78 |
0,86 |
3 |
Отн. поступь λр |
(с расч. диагр.) |
0,26 |
0,29 |
0,33 |
0,36 |
0,41 |
0,45 |
4 |
КПД винта Ƞр |
(с расч. диагр.) |
0,28 |
0,35 |
0,36 |
0,4 |
0,44 |
0,45 |
5 |
Шаговое отношение H/D |
(с расч. диагр.) |
0,79 |
0,81 |
0,83 |
0,85 |
0,87 |
0,9 |
6 |
Пропульсв-ный КПД |
|
0,32 |
0,40 |
0,41 |
0,46 |
0,50 |
0,51 |
7 |
Частота вращения, n |
|
11,87 |
9,12 |
7,01 |
5,71 |
4,57 |
3,74 |
8 |
Расч. мощность двигателя Ne |
кВт |
1847 |
1478 |
1437 |
1293 |
1176 |
1180 |
9 |
Мощность дв. с запасом 15% Ne* |
Ne* =1.15*Ne, кВт |
2124 |
1699 |
1652 |
1487 |
1351 |
1371 |
По результатам расчётов в таблице 15.1, выбираем двигатель, удовлетворяющий условиям:
Ne=1351кВт
n=5 об/с
Выбираем двигатель судовой двигатель JDEC серии 190, изготавливаемый компанией «Ремдизель» по австрийской лицензии. [16]
Характеристики:
H12V190ZLC2 1500
кВт 1500 3212
х 1597 х 2211 9,3 MG
45.49 300
Модель двигателя
Мощность, кВт
Частота вращения, об/мин
Габаритный размер L x B x H, мм
Масса, т
Модель реверс-редуктора
Число оборотов на выходе редуктора, об/мин
Так как мощность выбранного двигателя отличается от требуемой по диаграмме (рисунок 15.4), то следует сделать расчёт на достижимую скорость хода (таблица 15.2)
Рисунок 15.4 - График зависимости мощности двигателя и диаметра винта от частоты вращения
Таблица 15.2 – Расчёт оптимальных значений винта и достижимой скорости хода
№ п.п |
Расч. Величина |
Формула |
Значения |
||
1 |
Скорость хода, м/с |
― |
ν1 |
ν2 |
ν3 |
6,17 |
6,58 |
6,56 |
|||
2 |
Расч. скор. в диске винта |
|
3,98 |
4,24 |
4,23 |
3 |
Коэф. задания |
|
1,26 |
1,37 |
1,37 |
4 |
Отн. поступь λр |
С расч. диаграммы |
0,41 |
0,42 |
0,43 |
5 |
КПД винта Ƞр |
С расч. диаграммы |
0,48 |
0,50 |
0,52 |
6 |
Шаговое отношение H/D |
С расч. диаграммы |
0,75 |
0,76 |
0,78 |
7 |
Диаметр винта Dв |
|
1,94 |
2,02 |
1,97 |
8 |
Пропульсивный КПД |
|
0,55 |
0,57 |
0,59 |
9 |
Сопротивление движению R |
По диаграмме |
90,00 |
107 |
120 |
10 |
Мощность на валу двигателя |
|
1239,28 |
1507 |
1623 |
Выполним расчёт достижимой скорости хода:
Таблица 15.3 – Расчёт элементов оптимального гребного винта и достижимой скорости хода при диаметре винта DB=2.15 м
№ п.п |
Расч. Величина |
Формула |
Значения |
|
1 |
Скорость хода, м/с |
― |
ν1 |
ν2 |
6,17 |
6,39 |
|||
2 |
Расч. скор. в диске винта |
|
3,98 |
4,12 |
3 |
Отн. поступь λр |
|
0,37 |
0,38 |
4 |
Коэф. Момента К2 |
|
0,041 |
0,032 |
5 |
КПД винта Ƞр |
С расч. диаграммы
|
0,44 |
0,47 |
6 |
Шаговое отношение H/D |
С расч. диаграммы |
0,88 |
0,78 |
7 |
Пропульсивный КПД |
|
0,50 |
0,54 |
8 |
Сопротивление движению R |
По диаграмме |
90,00 |
107,00 |
9 |
Мощность на валу двигателя |
|
1351 |
1557 |
Из расчёта видно, что достижимая скорость хода судна при данном двигателе будет находится в пределах от 6,17 м/с(12 узлов) до 6,39 м/с(12,4 узла), что удовлетворяет требованиям, так как расчётная скорость судна - 12 узлов.
При расчёте получены характеристики винта:
Dв = 2.15 м
ϴ=0.85
H/D=0.88
λр=0.37
z=4