2. Расчет ГВ. Расчет элементов гребных винтов, скорости хода
 Скачать 0.96 Mb.
|
|
1. В нижнюю часть таблицы вносят постоянные величины расчёта, указанные в задании ( N e ном ином) и определённые ранее. 2. По значениям ℐ рассчитанным в строке 3, ив строке 4, по выбранной расчётной диаграмме K Q - ℐ находят значение (H/D, η o )= f( K Q , ℐ ) и заносят их в строки 5, 6. Необходимо учесть, что при определении значения в сроке 4 значение р следует принять равным N p расч 3. По результатам выполненного расчёта сроят графики находят элементы гребного винта и скорость хода судна, так как показано на рисунке 7. Таблица 5 Расчет исходных данных для определения скорости хода и элементов гребного винта № п/п Расчетные величины и формулы Размерность Числовые значения Примечание 1 уз Задается 2 ߴ = 0,514 ߴ ௦ ሺ1 − мс 3 ℐ = ߴ ݊ ном ܦ пред 4 ܭ ொ = ܰ расч 2 ߨߩ݊ ном ଷ ܦ пред ହ 5 ߟ = ݂(ℐ, ܭ ொ ) Снимается с расчетной диаграммы ܪ ܦ ൗ = ݂(ℐ, ܭ ொ ) Снимается с расчетной диаграммы ߟ = ߟ ߟ к Снимается с расчетной диаграммы ܧܲܵ = ݂(ߴ ௦ ) кВт С графика ܧܲܵ = Из расчета сопротивления 9 ܰ = ܧܲܵ ܼ ߟ ∙ ߟ вал ߟ пер кВт Постоянные величины Z p =… t ном = Вт ߟ пер ߟ вал =.. к − ݐ 1 − ߱ ௧ ݅ е расч = ܰ еном ܭ ଷ = Вт ݊ ном ⋯ ܿ ିଵ ݖ = ⋯ ܰ = ܰ расч ߟ вал ߟ пер = Вт ߩ = кг м ߠ = пред м ߱ ௧ = Диаграмма 7.3. Расчёт потребной мощности силовой установки и оптимальных элементов гребного винта, при заданной скорости судна (дипломный проект. Расчёт исходных данных для определения мощности и частоты вращения силовой установки (если одно из этих значений не оговорено в задании дополнительно, обеспечивающих заданную скорость хода судну, и оптимальных элементов гребного винта производят по таблице 6, при заполнении которой нужно использовать следующие рекомендации. 1. В нижнюю часть таблицы вносят указанные в задании и определённые ранее величины, атак же найдённые в соответствии с разделом 6 значения КВ строку 1 таблицы заносят 5 -6 округленных значений частоты вращения, которые принимают в диапазоне (0,7÷1,0) n op а при Z p ≥ 2 -- (0,8÷1,2) n op 3. В строку 2 таблицы заносят значения вспомогательного коэффициента упора – частоты вращения K NT , причём значение n в знаменателе должно быть умножено на коэффициент К. 4. С выбранной расчётной диаграммы Т - ℐ по расчётным значениям на линии K NT opt снимают значение ℐ , H/D, η o и заносят их в строки 4, 5, 6. 5. По результатам выполненного расчёта, строят графики (N e , ℐ , H/D, D) = f(n) . Номинальное значение потребной мощности и оптимальные элементы гребного винта выбирают, пользуясь построенными кривыми, по частоте вращения предполагаемого главного двигателя, при этом допускается увеличение диаметра в пределах D op ≤ D пред В ряде случаев при проектировании силовой установки судна конкретной конструкции, указанной в задании на дипломный проект, возникает необходимость произвести расчёт и выбор оптимальных элементов гребного винта при заданных ߴ ௦ ином или ߴ ௦ ином Таблица 6 Расчет исходных данных для определения мощности и частоты вращения силовой установки и оптимальных элементов гребного винта. № п/ п Расчетные величины и формулы Размерность Числовые значения примечание 1 n c c -1 задается 2 мс 3 ℐ = ݂(ܭ ே் ) Снимается с Расчетной диаграммы 4 ܪ ܦ ൗ = ݂(ܭ ே் ) Снимается с Расчетной диаграммы ߟ = ݂(ܭ ே் ) Снимается с Расчетной диаграммы ܦ м 7 ߟ = ߟ ߟ к Если ܦ < пред ܰ = ܧܲܵ ܼ ߟ ∙ ߟ вал ߟ пер кВт Постоянные величины Z p =… D пред =… м зад уз к зад − мс ܭ =. .. ߠ = ⋯ ܴ =… H; с графика ܴ = ݂ሺߴ ௦ ሻпо ߴ ௦ зад ܧܲܵ =. . . кВт с графика ܧܲܵ = по ߴ ௦ зад ܲ ௧ = ோ =… Н t Диаграмма = ሺଵି௧ሻ భ =… H ߱ ௧ = ⋯ ߩ =… кг/м 3 Такой расчёт рекомендуется выполнять по схемам подраздела 7.3 и 7.4, при этом искомое значение N e ном или n ном определяется по кривой N e = f( n ) по одному из заданных параметров. Если найденное таким образом соотношение N e ном или n ном не удовлетворяет проектанта силовой установки, то оптимальные элементы гребного винта и проектная скорость хода судна должны быть определены заново при повторном расчёте по подразделами Расчёт потребной мощности силовой установки и оптимальных элементов гребного винта при ограниченном диаметре. Расчёт исходных данных для определения мощности и частоты вращения и оптимальных элементов гребного винта ограниченного диаметра, обеспечивающего судну заданную скорость, производят по таблице 7, при заполнении которой нужно пользоваться следующими рекомендациями 1. В нижнюю часть таблицы вносят указанные в задании и определённые ранее величины, атак же найденные ранее в разделе 6 значения коэффициента КВ строку 1 таблицы вносят 5 – 6 округленных значений частоты вращения, которые принимают в диапазоне (0,7÷1,0) n op , а при Z p ≥ 2 (0,8÷1,2) n op 3. В строках 2 и 3 находят значения K Т и ℐ при фиксированных значениях диаметра винта, прич м значение n в знаменателе формул необходимо умножить на коэффициент К. 4. По значениям Т и выбранной расчётной диаграммы Т - ℐ находят значение H/D = Т , ℐ ) и η o = Т , ℐ ) и заносят их в строки 4, 5. 5. По результатам выполненного расчёта строят графики (N e , H/D, η o ) = Номинальное значение мощности и частоты вращения, атак же оптимальные элементы гребного винта выбирают, пользуясь построенными кривыми и рекомендациями по выбору оптимальной частоты вращения, изложенными в разделе 2 и подразделе 7.3. Таблица 7 Расчет исходных данных для определения мощности и частоты вращения силовой установки оптимальных элементов гребного винта при ограниченном диаметре. № п/ п Расчетные величины и формулы Размерность Числовые значения примечание 1 n c c -1 задается 2 ℐ пред мс 3 пред ܪ ܦ ൗ = ݂(ܭ ௧, ℐ) Снимается с Расчетной диаграммы ߟ = ݂(ܭ ௧, ℐ) Снимается с Расчетной диаграммы ߟ = к ܰ = ܧܲܵ ܼ ߟ ∙ ߟ вал ߟ пер кВт Постоянные величины ܲ пред м зад уз Z p =… ܭ = ⋯ ߴ = зад − мс Z=… ܧܲܵ = кВт с графика ܧܲܵ = по зад =… H; с графика ܴ = ݂ሺߴ ௦ ሻпо ߴ ௦ зад ߠ = ⋯ ߟ = ଵି௧ ଵିఠ ݅ =… ܲ = ோ =… Н Диаграмма… t = ….; ߱ ௧ =…; 8. Проверка гребного винта на кавитацию. После окончательно определения элементов гребного винта по схемам, приведённым в разделе 7, следует установить, правильно ли выбраны элементы гребного винта сточки зрения возникновения кавитации. В условиях реального проектирования наиболее достоверным методом прогнозирования кавитации винта является испытание модели винта в кавитационной трубе. При отсутствии данных модельного эксперимента для проверки винта на кавитацию рекомендуется применять следующую формулу Ө расч = (ଵ,ହା,ଷହ)ோ ( ೌ ାఘ బ ି ೡ ) మ + ,ଶ , где R- значение сопротивления судна, Н, при найденном значении ߴ ௦ ܲ - атмосферное давление воздуха, ܲ = 101300 Нм ρ - плотность воды, кг/м 3 ; h o - заглубление оси гребного винта значение h o может быть найдено по приближённой формуле h o = T – 0,40D + 0,2; ܲ ௩ - давление насыщенных паров прим мм- диаметр гребного винтам- число гребных винтов Расчёт гребного винта можно считать законченным, если найденное значение Ѳ расч будет меньше или равно принятому в расчёте значению дискового отношения Ѳ, в противном случае следует повторить расчёт, используя расчётную диаграмму с ближайшим большим значением дискового отношения. 9. Конструктивные элементы гребного винта. После расчёта гребного винта и проверки его на кавитацию необходимо принять окончательно его конструктивные элементы с учётом рекомендаций раздела 2 последующей форме Конструктивный тип винта ……….. Диаметр гребного винтам Конструктивное шаговое отношение (H/D) 0,7 = ………м Шаг на относительном радиусе ŕ = 0,7 Н = ………м Дисковое отношение Ѳ =…….. Число лопастей Z =…….. Материал …….. 10. Расчёт паспортных характеристики построение паспортной диаграммы. Приведенные в разделе 7 расчетные схемы позволяют определить проектную скорость хода судна или параметры его силовой установки при заданном водоизмещении, чистом корпусе и винте при благоприятных погодных условиях. Однако для суждения о ходовых качествах судна необходимо знать скорость хода судна и потребляемую ГВ мощность при различной частоте вращения винта (меньше номинальной) и при различных условиях эксплуатации. Чтобы выполнить расчеты ходкости для всего многообразия эксплуатационных условий, строят так называемые паспортные диаграммы, или ходовые характеристики судна, представляющие собой совокупность согласованных между собой характеристик корпуса, двигателя и движителя, построенных в зависимости от его скорости хода. Паспортная диаграмма судна состоит из двух рисунков, расположенных один над другим. По оси абсцисс, общей для обеих частей диаграммы, откладывают скорость хода судна ߴ ௦ (в узлах) , по оси ординат верхней части диаграммы – полезную тягу винта Ре ( кН), по оси ординат нижней части – мощность энергетической установки N e (кВт) . Необходимыми данными для расчёта паспортной диаграммы являются гидродинамические характеристики гребного винта, атак же его диаметр D , число лопастей Z, дисковое и шаговое отношения Ѳ и H/D, коэффициенты взаимодействия винта с корпусом, номинальные значения мощностей и частоты вращения двигателя и его ограничительная характеристика, кривые сопротивления корпуса R= f( ߴ ௦ ) при различных условиях плавания. Расчёт паспортных характеристик рекомендуется выполнить по таблице 11 в следующей последовательности 1. Принимают 5 -6 округленных значений частоты вращения в диапазоне (0,7 – 1,05) ном, при этом в число табличных значениях частоты вращения рекомендуется включать а) для судов с дизельными установками - номинальную частоту вращения ном- расчётную частоту вращения n расч =К n ном- долевые от ном значения от частоты вращения, рекомендуемые для построения ограничительной характеристики двухтактных малооборотных дизелей фирм «Зульцер», «МАН» различных типов – (0,7; 0,8; 0,9; 0,95) ном ; таких же дизелей фирмы «Бурмейстер и Вайн» и «БМВ» - (0,7; 0,8; 0,9; 0,97) ном для дизелей других типов – произвольно Долевые значения частоты вращения рекомендуется округлять до целых значений, кратных 5 или 10 мин -1 б) для судов с ПТУ, ГТУ и ЭУ: номинальную частоту вращения ном Долевые от ном- произвольно. 2. Принимают 5 значений относительной поступив пределах (0,5÷1,2) ℐ , где ℐ - расчётное значение относительной поступи, полученное в результате расчётов в разделе 7. Предпоследнее из табличных значений должно быть равно расчётному. Все табличные значения ℐ, кроме расчетного, рекомендуется округлить до 0,02, то есть должно быть принято, например ℐ = 0,34; 0,46; и т. д. 3. Для рассчитанного гребного винта с обеих частях соответствующей диаграммы (Т , K Q - ओ ) по значениями снимают и заносят в таблицу коэффициенты упора Т и момента K Q . Дальнейший расчёт выполняют по формулам туз ( кН ) ܰ = ଶగఘ ೂ య ఱ ∙ మ ଵ య ఎ пер ఎ вал (кВт) По результатам расчётов строят паспортную диаграмму судна (рис. 8). На паспортной диаграмме должны быть построены 1. Кривые полезной тяги и мощности на гребном винте при n =const для всех значений n , принятых в таблице. 2. Кривая потребной тяги (буксировочного сопротивления) R= f( ߴ ௦ ) , полученная по расчёту сопротивления воды движению судна, отнесённая к числу гребных винтов. 3. Кривая потребной мощности N e = впер , где η o - КПД гребного винта. 4. Кривая располагаемой мощности N e (n) – ограничительная характеристика ДВС или внешняя характеристика ПТУ, ГТУ и ЭУ . 5. Кривая располагаемой тяги, соответствующая кривой располагающей мощности, которая строится путём переноса точек пересечения кривых N e (n) и N e (n, ߴ ௦ ) на соответствующие кривые P e ( ߴ ௦ , n). Oрдинаты полученные таким образом кривой P e (n) позволяют определить значение максимальной тяги, достижимые приданном гребном винте и двигателе. Кривую располагаемой мощности следует строить в диапазоне n ≤ n ном, руководствуясь рекомендациями - для двухтактных малооборотных дизелей фирм «Зульцер», «Бурмейстер и Вайн», «БМВ» и «МАН» различных типов поданным таблицы 8; - для дизелей других типов, исходя из предположения, что ограничительной характеристикой является кривая M kp =const, которая рассчитывается по формуле ܰ = ܰ ном ∙ ном ; - для ПТУ, ГТУ и ЭУ при отсутствии фирменной внешней характеристике, внешняя характеристика рассчитывается по форме Флюгеля: ܰ = ܰ ном ном ном где μ – коэффициент, принимаемый равным 1.75. Таблица 8 ном 0,9 0,95 0,97 1,0 K Тип двигателя N e / N e ном 0,815 0,9 0,97 1.0 1,0 «Бурмейстер и Вайн», BМЗ 0,68 0,52 0,9 0,73 0,95 0,86 0,97 0,913 1,0 1,0 1,0 1,0 Зона В Зона А «Зульцер» 0,59 0,66 0,819 0,9 0,95 0,95 0,97 0,97 1,0 1,0 1,0 1,0 Зона В Зона А «МАН» При помощи паспортной диаграммы определяют - проектную скорость хода судна ߴ ௦ пр при n = n ном - по точкам пересечения кривых полезной тяги P e (и буксировочного сопротивления R = ( ߴ ௦ ), мощности N e ( ߴ ௦ ,n) и потребной мощности N e ( ߴ ௦ ); - максимальную (спецификационную) скорость судна на испытаниях – по точкам пересечения кривых располагаемой и потребной тяги P e (n) и R = ( ߴ ௦ ) и располагаемой и потребной мощности N e (n) и N e ( ߴ ௦ ); - запас мощности двигателя, как относительную разность между номинальной мощностью и мощности при скорости ߴ ݏ = ߴ ௦ пр ном ном 100 - среднеэксплуатационную скорость ߴ ௦ экс при эксплуатационной частоте вращения двигателя n экс = (0,95-0,97) n ном и при возросшем, например, на 20 % сопротивлении движению судна. Помимо этого, паспортная диаграмма позволяет решать следующие задачи - определение частоты вращения, необходимой для обеспечения заданной скорости судна - определение скорости судна по частоте вращения - проверка соответствия гребного винта двигателю - определение допустимой скорости без перегрузки главного двигателя при изменении сопротивления судна в эксплуатации в результате обрастания корпуса, изменения осадки, буксировки объектов и т. п. Пример расчета оптимальных элементов гребного винта, обеспечивающих наибольшую скорость хода при заданной мощности и частоте вращения силовой установки. Тип судна - нефтерудовоз. Длина расчетная L = 244,4 м. Ширина по ГВЛ В = 38,8 м. Осадка расчетная, средня Т = 14,53 м. Коэффициент общей полноты δ = 0,8 Коэффициент полноты мидельшпангоута β = 0,99 Коэффициент полноты ватерлинии α = 0,9 Мощность главного двигателя N e ном = 12500 кВт Частота вращения n ном = 115 мин (1,92 с) Тип СЭУ – ДВС с прямой передачей. Завод-изготовитель ДВС – БМВ. Число гребных винтов Z p =1 Расчет сопротивления воды и буксировочной мощности выполнен в соответствии с методическими указаниями, приведенными в пособии [2]. Данные о сопротивлении и буксировочной мощности представлены в таблице 9 и на рисунке 6. Исходные данные Таблица 8 Скорость судна ߴ ௦ , уз 14 15 16 17 ܴ, кН 778,0 895,9 1039,8 1224,5 1486,5 ܧܲܵ = ܴߴ, кВт 5210 6450 8030 10090 13010 Рис. 6. Зависимость полного сопротивления и буксировочной мощности от скорости. 1. Выбор конструктивного типа движителя, ориентировочных значений скорости хода судна и диаметра гребного винта. 1.1. В соответствии с рекомендациями в разделе 2 в качестве движителя принимаем цельнолитой гребной винт. Материал изготовления гребного винта – бронза АЖН 9-4-4. 1.2. Для выбора значений D op используем диаграмму на рис. Ориентировочное значение скорости хода судна определяем по зависимости EPS=f( ߴ ௦ ) , приняв значение EPS из соотношения ܧܲܵ = ܰ ном 0,65 ܧܲܵ = 12500 × 0,65 = 8200 кВт Из графика EPS=f( ߴ ௦ ) находим ߴ ௦ op ≈15,1 уз. Для входа в диаграмму определяем скорость в диске винта орт Для грубой оценки ω T ’ используем формулу Тейлора (2.2): т 0,5 ߜ − т 0,5 × 0,8 − 0,05 = 0,35; ߴ ௌ = 9,75 уз. Из диаграммы на рис. 1 находим D op ≈ 6,3 м. 1.3. Проверяем выбранное значение D op сточки зрения расположения гребного винта за кормой. В соответствии с рекомендациями пред =0,72•Т ср = хм. Принимаем пред м, исходя из возможностей отечественных заводов. Значение пред намного больше значения D op , поэтому для дальнейших расчетов принимаем D муз. Определение коэффициента взаимодействия гребного винта с корпусом судна. Коэффициент попутного потока определяем по формуле Холтропа (3.1) : т + Из расчета сопротивления воды корпусу судна при ߴ ௦ op =15 уз принимаем Ω = м 1,05 ൫ߞ + ߞ ൯ = 1,05 ሺ 1,54 + 0,1ሻ × 10 ିଷ = 1,64 × 1,05 ×× 10 ିଷ = 1,72 × 10 |