Расчет ходкости сухогруза. 2аналитическая часть 1 Расчёт требуемой мощности и выбор главного двигателя
 Скачать 64.45 Kb.
|
|
2АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 2.1 Расчёт требуемой мощности и выбор главного двигателя 2.1.1 Расчёт ходкости Расчёт ходкости выполняется для определения буксировочного сопротивления. Существуют различные методы расчёта ходкости (адмиралтейских коэффициентов, Папмеля, Штумпфа и т.д.). На стадиях проектирования, когда форма корпуса судна достаточно хорошо известна, наибольшей точностью для морских транспортных судов характеризуется метод Холтропа-Меннена. Метод основан на определении различных составляющих сопротивления движению судна. Полное буксировочное сопротивление движению судна определяется по формуле:  где:  -сопротивление трения; -сопротивление выступающих частей; -волновое сопротивление; -сопротивление носового бульба; - сопротивление транца; -сопротивление шероховатости; - сопротивление воздуха.Сопротивление трения определяется по формуле:  , кН,где ρ - плотность морской воды, кг/м3, V - скорость движения судна, м/с, CF - коэффициент сопротивления эквивалентной пластины:  Re - число Рейнольдса:  ν - коэффициент кинематической вязкости морской воды, м2/с, S - площадь смоченной поверхности, м2:  δ - коэффициент общей полноты:  W - объёмное водоизмещение, м3, α - коэффициент полноты ватерлинии:  δ - коэффициент полноты мидель-шпангоута:  χ - коэффициент вертикальной полноты:  AB - площадь сечения носового бульба вертикальной плоскостью, проходящей через носовой перпендикуляр, м2 (определяется по теоретическому чертежу).  - коэффициент формы: LR- длина с поправкой на форму корпуса:  C12 - коэффициент, зависящий от отношения  ,lСВ - абсцисса центра величины (в % от длины, определяется по теоретическому чертежу), φ - коэффициент продольной полноты:  C13 - коэффициент формы кормы:  СК - коэффициент типа кормы (-10 - для V-образной; 0 - для нормальной; +10 - для U-образной). Сопротивление выступающих частей определяется по формуле:  , кН,где: SВЧ - суммарная площадь выступающих частей, м2 (для многих судов сюда будет входить только площадь пера руля),  - коэффициент формы выступающих частей: Si - площадь элемента ВЧ, ki - соответствующий коэффициент площади. CПУ - коэффициент сопротивления подруливающего устройства, принимаетя в интервале (0,03  0,12).Волновое сопротивление определяется по формуле:  где С1 - коэффициент влияния носового заострения:  С7 - коэффициент, зависящий от отношения  ,ie - 1/2 угла носового заострения:   С2 - коэффициент влияния носового бульба:  С3 - коэффициент формы носового бульба:  hB - возвышение центра тяжести сечения носового бульба над основной плоскостью, м (определяется по чертежу), С5 - коэффициент влияния транца:  АТ - площадь смоченной поверхности транца, м2 (определяется по чертежу), Fr - число Фруда:  m1 - коэффициент формы корпуса:  С16 - коэффициент, зависящий от значения коэффициента продольной полноты φ, m2 - коэффициент водоизмещения:  С15 - коэффициент, зависящий от отношения  ,λ - коэффициент, зависящий от отношения  .Сопротивление носового бульба определяется по формуле:  , кН,где PВ - коэффициент формы носового бульба:  Fri - число Фруда при обтекании носового бульба:  Сопротивление транца определяется по формуле:  , кН,где С6 - коэффициент, зависящий от значения числа Фруда при обтекании транца FrT:  Сопротивление шероховатости определяется по формуле:  , кН,где СШ - коэффициент сопротивления шероховатости:  С4 - коэффициент, зависящий от отношения  .Сопротивление воздуха определяется по формуле:  , кН,где Свозд. - коэффициент сопротивления воздуха (принимается в интервале от 0,8 до 1,0), Sп - площадь парусности, м2:  HН - высота надстройки, BН - высота надстройки, м, VВ - скорость ветра, м/с. Исходные данные для расчёта представлены в таблице 2. Таблица 2 - Исходные данные для расчёта ходкости
Результаты расчёта представлены в таблице 3. Таблица 3 - Результат расчёта ходкости
2.1.2 Определение требуемой мощности и выбор главного двигателя Для выбора оптимального двигателя необходимо произвести сравнение часового расхода топлива. При этом сравнение производится в режиме длительной эксплуатационной мощности (ДЭМ) - режиме, в котором в основном работает энергетическая установка для обеспечения движения судна с заданной скоростью. Именно для этого режима определяются также оптимальные характеристики гребного винта. Буксировочная мощность, необходимая для преодоления сопротивления при движении судна с заданной скоростью, определяется по формуле:  (1)где R - буксировочное сопротивление, кН, υ - скорость судна, м/с.  Эффективная мощность двигателя в режиме длительной эксплуатационной мощности (ДЭМ), необходимая для движения судна с заданной скоростью, определяется по формуле:  (2)где ηпр - пропульсивный КПД (КПД гребного винта с учётом взаимодействия с корпусом); ηВ - КПД валопровода, по справочным данным примем ηВ = 0,98; ηР - КПД передачи (редуктора), при прямой передаче мощности на ВФШ редуктор отсутствует, поэтому ηР = 1. Требуемую номинальную мощность главного двигателя Nн выбирают на режим спецификационной максимальной длительной мощности (СМДМ) - мощность в режиме ДЭМ с учётом коэффициента морского запаса 15%:  (3)Поскольку мощность в режиме ДЭМ зависит от пропульсивного КПД, который зависит от частоты оборотов гребного винта, а она в свою очередь для МОД однозначно связана с мощностью, задача решается методом последовательных приближений. В 1-м приближении предварительно задаётся интервал значения пропульсивного КПД, который для морских транспортных судов составляет 0,68 - 0,75. Таким образом, по формуле (2) определяются значения NeЭmin и NeЭmax и по формуле (3) - значения NНmin и NНmax.   Далее производится выбор вариантов главного двигателя, попадающих в данный интервал NН. Выбор подходящих вариантов главного двигателя осуществляется из типоразмерного ряда малооборотных дизелей MAN - так как на подавляющем большинстве строящихся в настоящее время судов используются дизели именно этой фирмы, что выражает уверенность в работе двигателя и его надежности, кроме того, каталоги фирмы MAN содержат все необходимые параметры двигателей, необходимые для расчёта вспомогательных энергетических комплексов и систем. В данный интервал мощности попадают три двигателя: 6S65ME, 6G60ME и 7S60ME. Таблица 4 – Варианты главного двигателя
Все варианты укладываются в габаритные ограничения машинного отделения. Далее производится уточнение рабочей частоты и мощности для каждого из выбранных вариантов методом последовательных приближений. Алгоритм определения характеристик пропульсивного комплекса в режиме ДЭМ в 1-м приближении (выполняется для каждого варианта главного двигателя): - принимаем за значение мощности в режиме ДЭМ Ne найденное ранее значение NeЭmax. - по уравнению винтовой линии находится частота на режиме ДЭМ:   - эффективная мощность в 1-м приближении в режиме ДЭМ; -мощность в режиме НМДН, кВт; -частота вращения в режиме НМДН, об/мин;- предварительное определение диаметра гребного винта:  где  - осадка судна, м; - коэффициент, для танкеров ≤ 0,6;-тяга винта определяется по формуле:  где  - число гребных валов; -буксировочное сопротивление, кН;-коэффициент нагрузки по тяге определяется по формуле   -скорость судна, м/с;-коэффициент попутного потока  определяется по формулам:при  при  где  - коэффициент общей полноты;-коэффициент засасывания t определяется по формулам: при  при  - коэффициент влияния неравномерности  определяется по формуле: - скорость в диске гребного винта определяется по формуле:  = - упор винта определяется по формуле:  - коэффициент упора винта определяется по формуле  - относительная поступь определяется по формуле  - коэффициент нагрузки по упору определяется по формуле  Должно выполняться условие  ;- КПД винта в свободной воде определяется по формуле  - пропульсивный КПД определяется по формуле  Расчёт во втором (и последующих) приближениях производится в том же порядке, начиная с определения мощности по формуле (2) при новом значении пропульсивного КПД. Различие только в том, что для определения диаметра гребного винта уже используется формула Артюшкова:  = 11,8  где Р- упор винта, найденный в предыдущем приближении. Приближения производятся до тех пор, пока не будет выполнено условие:   i - данное приближение; - предыдущее приближение.При выполнении условия пропульсивный коэффициент, мощность и частота в данном приближении принимаются за параметры режима ДЭМ. Результаты расчёта методом последовательных приближений для дизеля 1 представлены в таблице Х. Таблица Х - Расчёт параметров режима ДЭМ для дизеля 1
Таким образом, параметры в режиме ДЭМ: [мощность и частота] Результаты расчёта методом последовательных приближений для дизеля 2 представлены в таблице У. Таблица У - Расчёт параметров режима ДЭМ для дизеля 2
Таким образом, параметры в режиме ДЭМ: [мощность и частота] Удельный расход топлива в режиме эксплуатации (частичной нагрузки) определяется по формуле:  где  - удельный расход топлива в режиме НМДМ, кг/ ; - эффективное давление в режиме эксплуатации, МПа; (23) - эффективное давление в режиме НМДМ, МПа; - мощность в режиме оптимизации;A, B, C, D, E - коэффициенты, при  Для дизеля 7S60MЕ отношение  , а для двух других  .Удельный расход топлива для дизеля 1: Удельный расход топлива для дизеля 2: Найдём часовой расход топлива для всех вариантов двигателя:  (24)Часовой расход топлива для дизеля 1: Часовой расход топлива для дизеля 2: Таким образом, для дизеля ...... часовой расход топлива меньше, соответственно меньше будут и эксплуатационные затраты на топливо, следовательно он и будет являться оптимальным. Более подробный экономический расчёт приведённых затрат представлен в разделе 3 Технико-экономическое обоснование. Таблица Z -Характеристики дизеля .....
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
