Раздел 5. Выбор главного двигателя, типа передачи мощности от главного двигателя к движителю.

Из всего ряда выпускаемых двигателей по мощности и частоте вращения на винте, подбираем несколько двигателей, по данным которых необходимо провести технико-экономическое обоснование:

Сравниваем по данной методике все имеющиеся варианты в табличной форме

Показатели	Марки дизелей
	6ЧНР30/38	Г4-6629(6ЧНР 36/45	14ТК(8ЧНРП 24/31
Зовод-производитель	Коломзавод	ОАО Нижний новгород	WARTCILA
Мощность Pe ,кВт	640	662	636
Частота вращения дизеля n, об/мин	375	375	600
Передаточное отношение редуктора	1	1	1,43
Ресурс до кап. ремонта tсп час	70000	60000	25000
Ресурс до первой переборки, tкр час	15000	10000	5000
Удельный расход топлива bе г/кВтч	204	214	202
Удельный расход масла boil г/кВтч	1,1	1,22	1,5
Масса G в тоннах	17	27,5	8850
Длина , L мм	4964	5575	2840
Ширина , B мм	1622	1805	1800
Высота , H мм	2696	3400	1900

Таким образом, по результатам технического обоснования выбираю двигатель 6ЧНР30/38 и прямую передачу мощности. Данный двигатель обладает низким удельным расходом топлива и масла, отвечает требованиям по токсичности и является наиболее ремонтно-пригодным по сравнению с другими дизелями .Для сухогрузов с установившимися режимами плавания наиболее важными требованиями являются простота, компактность, высокая надёжность и экономичность. Простая передача отвечает этим требованиям.

РАЗДЕЛ 6. РАСЧЁТ ЭЛЕМЕНТОВ ГРЕБНОГО ВИНТА

Целью расчета элементов гребного винта является определение его геометрических параметров (диаметра, шагового и дискового отношений), обеспечивающих максимальное значение КПД гребного винта при заданных величинах скорости, мощности и частоты вращения.

Расчет состоит из 3-х этапов:

1. Расчет сопротивления воды движению судна.

2. Расчет гребного винта на полное использование мощности главного двигателя (поверочный расчет)

3. Сравнение расчетных данных и данных по судну прототипу.

Выводы.

Исходные данные для расчёта:

Судно прототип проект №20.

1. Главные размерения и коэффициент общей полноты судна:

L=124 м; B=15,4; Т=2,5 м; Н=5,45 м; δ=0,72

2. 2. Объемное водоизмещение 3980 м³

3. Скорость движения судна υ=20,5 км/ч (5,7м/с)

4. Суммарная мощность ГД расчетного судна ΣNeo=2*640=1280 кВт

5. Суммарная мощность ГД судна прототипа ΣNeпр=2*662=1324 кВт

6. Частота вращения ГВ n=375 об/мин (6,25 об/с)

7. Машинная диаграмма Папмеля

8. КПД валопровода 0,98

9. КПД передачи 1

10. Число винтов х=2.

Остальные исходные данные приведены в таблице 4.

1. Расчет сопротивления воды движению судна.

В качестве приближенного метода расчета кривой сопротивления используем метод расчета по прототипу. Расчетная формула для сопротивления выглядит следующим образом:

где:

- коэффициент сопротивления трения

- коэффициент остаточного сопротивления

- поправка, учитывающая влияние шероховатости

- поправка, учитывающая выступающие части

ρ - плотность воды

υ - скорость судна

Ω - площадь смоченной поверхности подводной части корпуса судна

При этом коэффициент сопротивления трения вычисляется по формуле:

где: Re – критерий Рейнольдца

где: ν – коэффициент кинематической вязкости ν=1,56*10^-6 м²/с

Критерий Фруда принимается в виде

Коэффициент остаточного сопротивления проектируемого судна определяется как коэффициент остаточного сопротивления судна-прототипа. При выборе прототипа за основные критерии принимаются коэффициент общей полноты δ=0,656 и отношение L/B=116,7/12,6=9,26

Суммарную поправку, учитывающую шероховатость корпуса и выступающие части принимаем

что при расчете следует учесть коэффициентом 1,2 при коэффициенте трения.

Скорость судна определяется через критерий Фруда, взятый из таблицы – для пассажирских и грузопассажирских судов

где: V – объемное водоизмещение

V = L·B·T·δ=124*15,4*2,5*0,72=3437 м³

C учетом изложенного выше расчетная формула для определения сопротивления воды может быть представлена в виде:

Площадь смоченной поверхности подводной части корпуса судна определяем по формуле С.П.Мурагина

Ω=L(1,36T+1,13δB)=124*(1,36*2,5+1,13*15,4*0,72)=1975 м²

После определения сопротивления воды движению судна рассчитываем буксировочную мощность

NR=R·υ

В итоге расчета получены величины скорости, сопротивления и буксировочной мощности расчетного судна, которые приведены в таблице 1.

Таблица 1 Результаты расчета сопротивления воды движению судна.

Fr	υ	Re*10^-6	ζ fЭ*10^3	ζo*10^3	R	N R
0.3	3.65	290	2.15	0.9	40.2	147
0.35	4.26	339	2.11	0.9	54	230
0.4	4.87	387	2,07	0.92	70	341
0.45	5.48	436	2.04	0.95	89	486
0.5	6.1	485	2	1.02	111	680
0.55	6.7	532	1.99	1.16	140	935

По результатам расчета построены графики зависимости сопротивления воды и буксировочной мощности от скорости движения судна (стр )

В расчетной точке при скорости υ=5.7 м/с сопротивление воды R=97 кН и буксировочная мощность NR=550 кВт.

Принимаем пропульсивный коэффициент η=0,5 и определяем суммарную мощность главных двигателей при расчетной скорости:

Сравниваем полученную мощность с суммарной мощностью главных двигателей судна прототипа ΣNeпр=2*662=1324 кВт

Полученное значение σ больше 5%, следовательно кривая сопротивления воды движению судна не является достоверной.

Для построения уточненной кривой сопротивления воды и кривой буксировочной мощности за исходную точку при расчетной скорости υ=5,7 м/с берем значение буксировочной мощности, равное половине суммарной мощности главных двигателей судна прототипа:

NR= ΣNeпр*0.5=1324*0.5=662 кВт

Далее эквидистантно (равномерно) переносим точки с кривой буксировочной мощности на уточненную кривую N`R. Уточненную кривую сопротивления воды движению судна R` получаем путем деления уточненных значений буксировочной мощности на соответствующую скорость.

Уточненные значения сопротивления воды и буксировочной мощности представлены в таблице 2

.

Fr	υ	Re*10^-6	ζ fЭ*10^3	ζo*10^3	R`	N` R
0.3	3.65	290	2.15	0.9	48	176
0.35	4.26	339	2.11	0.9	65	276
0.4	4.87	387	2,07	0.92	84	409
0.45	5.48	436	2.04	0.95	106	583
0.5	6.1	485	2	1.02	134	816
0.55	6.7	532	1.99	1.16	167	1122

Для дальнейших расчетов будем использовать уточненные кривые R` и N`R

2. Расчет гребного винта на полное использование мощности главного двигателя (поверочный расчет)

Исходные данные к расчёту:

Мощность, подведённая к винту от главного двигателя Nр:

кВт

Частота вращения ГВ n=6,25 об/с

Коэффициент попутного потока

Коэффициент засасывания

Методика расчёта винта на полное использование мощности главного двигателя приведена в таблице 3, где:

υ_р-поступательная скорость изолированного ГВ, работающего за корпусом судна

К”n- коэффициент задания мощности-частоты вращения

λ_р-относительная поступь

η_р-КПД гребного винта

Н/D-шаговое отношение

D-диаметр гребного винта, м

Р-упор винта, кН

Dmax-максимальный диаметр гребного винта

Dmax=0,8Т=0,8*2,5=2 м

Таблица 3. Итоги поверочного расчета ГВ.

Скорость ν	5,7	5,3
	4,6	4,26
	11,7	12,1
	1,6	1,4
	0,39	0,35
	0,53	0,5
	0,66	0,62
	1,89	1,95
	58,3	59,2
R=xP(1-t)	98	99
V=f(R)	5,3	5,35

Скорость судна ν= 5,35 м/с (19,3)

Расчетный диаметр ГВ D=1,95 м не превышает предельный Dmax=2 м

Расчет окончен.

2. Сравнение расчетных данных и данных по судну прототипу.

Адмиралтейский коэффициент С:

Адмиралтейский коэффициент судна прототипа:

Адмиралтейский коэффициент расчетного судна:

Относительная поступь судна прототипа λ_р:

КПД гребного винта судна прототипа по диаграмме Папмеля η_р=0,55;

Упор гребного винта судна прототипа Р, кН:

Np-мощность, подведенная к гребному винту судна прототипа, кВт:

_{Эффективный упор судна прототипа Ре, кН:}

Пропульсивный КПД судна прототипа:

_{Эффективный упор расчетного судна Ре, кН:}

Пропульсивный КПД расчетного судна:

Анализ характеристик прототипа и расчетного судна приведены в таблице 4

таблица 4

Судно прототип Проект №292 Наименование головного судна: Сухогрузный теплоход
№ п/п	Основные характеристики	Прототип	Расчетное судно
1	Главные размерения L*B*T, м	124*15,4*2,5	124*15,4*2,5
2	Коэффициент полноты водоизмещения	δ=0,72	δ=0,72
3	Объемное водоизмещение, м^3	3980
4	Смоченная поверхность, м^2	1975
5	Скорость в грузу, м/с (км/ч )	5,7(20,5)	5,35(19,3)
6	Диаметр гребного винта, м	1,7	1,95
7	Шаговое отношение	0,72	0,62
8	Дисковое отношение	0,55	0,55
9	Отношение диаметра ГВ к осадке	0,68	0,78
10	Марка ДВС	ДГ: ЭГ-60	6ЧНР 30/38
11	Суммарная, общая мощность ГД, кВт	2*662=1324	2*640=1280
12	Частота вращения ДВС, об/мин	375	375
13	Передаточное отношение	1	1
14	Частота вращения гребного винта, об/мин	375	375
15	Движительно-рулевой комплекс (ДРК)	Открытый ГВ (2)	Открытый ГВ (2)
16	Адмиралтейский коэффициент	1634	1402
17	Грузоподъёмность,т	2100	2100
18	Класс судна	Грузовое	Грузовое
19	Основная характеристика района плавания	“ М-СП”	“ М-СП”

Выводы: суммарная эффективная мощность судна прототипа (ΣNeпр=2*662=1324 кВт) больше суммарной эффективной мощности расчетного судна (ΣNeo=2*640=1280 кВт), пропульсивный КПД судна прототипа также больше пропульсивного КПД расчётного судна, отсюда следует,что скорость судна прототипа υ=20,5 км/ч (5,7 м/с) больше скорости расчетного судна υ=19,3 км/ч (5,35 м/с).

Параметры гребного винта расчетного судна близки к параметрам винта судна прототипа. Диаметр ГВ расчетного судна (D=1,95 м) больше диаметра винта судна прототипа (D=1,7 м), но КПД ( 0,55) винта судна прототипа больше КПД (0,5) винта расчётного судна.