Расчёт гребного винта танкера с водоизмещением 2706 тонн

Расчёт гребного винта танкера с водоизмещением 2706 тонн

«Астраханский государственный технический университет»

Кафедра СиЭКМТ

Курсовая работа

по дисциплине «Теория устройства судна»

на тему «Расчёт гребного винта танкера с водоизмещением 2706 тонн»

Выполнил: студент группы ДТУОб-21 Синягин С.

Астрахань 2014

Содержание

Введение

. Расчёт буксировочного сопротивления и буксировочной мощности

. Выбор главного судового движителя

. Расчёт гребного винта

Заключение

Введение

В данном курсовом проекте проводятся расчеты судовых движителей, а также выполняется расчет гребного винта. Для этого используются все знания, полученные за курс «Теория устройства судна».

Целью курсового проекта является рассчёт и выбор гребного винта посредством оптимального выбора всех его параметров и использования высокого коэффициента полезного действия.

Для достижения поставленной цели используется расчёт буксировочного сопротивления и буксировочной мощности, с помощью которых станет возможным выбор главного судового движителя, а после и подходящего к нему гребного винта.

буксировочный гребной движитель винт

1. Расчёт буксировочного сопротивления и буксировочной мощности

Методы расчета сопротивления основаны на разделении полного сопротивления по традиционной схеме Фруда:

R=R_т+R_о

где - R - полное сопротивление;_т - сопротивление трения;_о - остаточное сопротивление.

Используя известную из гидромеханики форму представления сил динамической природы, запишем общую формулу сопротивления:

R=С*r*u*W

где C - коэффициент полного сопротивления;

r - массовая плотность воды, Н*с²/м⁴;

u - скорость судна, м/с;

W- площадь смоченной поверхности, м².

Коэффициент полного сопротивления также разделяется на составляющие:

C=C_Т+C_о,

где С_Т - коэффициент сопротивления трения

С_о - коэффициент остаточного сопротивления

Коэффициент сопротивления трения:

C_Т=0.455(lgRe)^-2.58

где Re - число Рейнольдса;

n - коэффициент кинематической вязкости, м²/с.

Коэффициент кинематической вязкости принимается равным

n= 1.57*10^-6 м²/с при температуре морской воды Т=4°С.

Площадь смоченной W поверхности подсчитывается для транспортных судов по формуле С.П. Мурагина:

W=LT[1,36+1.13dB/T]

где -L, B, T - длина, ширина, осадка судна;

d - коэффициент общей полноты.

Расчет остаточного сопротивления R_о основан на использовании материалов серийных испытаний моделей судов в опытовых бассейнах.

Серия быстроходных и среднескоростных судов.

Приближенный метод под таким названием предназначен для определения сопротивления контейнеровозов, универсальных сухогрузных и трейлерных судов, в том числе и с горизонтальным способом грузообработки, а также лихтеровозов. Основные геометрические характеристики рассчитываемых судов не должны выходить за пределы:

δ = 0,50 - 0,65; L/B = 4,8 - 7,0;

φ = L/V^1/3 = 4,35- 7,10; В/Т = 2,0 - 5,0;

Метод может использоваться для одно- и двухвинтовых судов с V-образными либо бульбовыми обводами носовой оконечности.

Коэффициент остаточного сопротивления

С_o = С_o' * k_L/B * k_B/T;

где С_o'(δ, Fr) снимается с графиков в зависимости от формы носовой оконечности.

Коэффициент влияния находится в виде

K_L/B = C_o'/C_o' (L/B°= 5,64)

где С_o по определяется в функции от относительной длины L/B рассчитываемого судна и стандартного в данной серии, для которого L/B = 5,64; коэффициент влияния k_B/T - по графику независимо от формы носовой оконечности.

Именно этот метод был выбран для дальнейших расчётов.

Последовательность расчетов сопротивления такова:

. Рассчитываем и записываем в нижнюю часть таблицы постоянные величины расчета для каждого промежуточного значения скорости:

Число Фруда определяем для заданных значений скорости судна υ и длины судна L:

Площадь смоченной поверхности

W=LT[1,36+1,13dB/T]

где -L, B, T - длина, ширина, осадка судна (м);

d - коэффициент общей полноты.

Рассчитываем соотношение длины судна к его ширине: L/B

Рассчитываем соотношение ширины судна к его осадке: B/T

Рассчитываем расчётную относительную длину:

,

Где V-объёмное водоизмещение(из графика)

Рассчитываем коэффициент продольной полноты:

φ=δ/β,

. Задаемся в реальном диапазоне рядом значений относительной скорости судна чисел Фруда) и записываем их в строку 1.В таблицу в первую строку значения Fr выбираются произвольно, так чтобы рассчитанное для исходных данных значение число Фруда было посередине.

3. В строке 2 рассчитываем значения скорости судна в (м/с) для каждого значения числа Фруда:

. В строке 3 рассчитываем значения числа Рейнольдса для полученных значений скорости.

. В строке 4 находим коэффициент сопротивления трения:

_Т=0.455(lgRe)^-2.58

. В строке 5 по графику находим коэффициент С_о'(δ,Fr).

. В строке 6 по графику находим коэффициент k_L/B(L/B,Fr).

. В строке 7 записываем значения коэффициента k_B/T(B/T, Fr), снятые с графика.

12. В строке 8 рассчитывается коэффициент остаточного сопротивления C_R в соответствии с формулой:

С_о=C_o' * k_L/B*k_B/T

. В строке 9 подсчитывается коэффициент полного сопротивления

C=C_Т+C_о

. В строках 10 и 11 подсчитывается буксировочное сопротивление R=0.5Cru²W и буксировочная мощность N_R=R*u.

По результатам расчета строятся кривые R(u) и N_R(u).

Таблица 1

. Выбор главного судового движителя

Движителем называется преобразователь энергии, предназначенный для создания полезной тяги Т_E. Последняя уравновешивает сопротивление R и обеспечивает судну установившееся движение.

По принципу действия судовые движители принято разделять на два типа: активные и гидрореактивные. Первые для создания полезной тяги используют энергию движущихся масс воздуха, вторые - преобразуют энергию механической установки в энергию поступательного движения судна. Для создания полезной тяги эти движители используют реакцию отброшенных масс жидкости. Работа гидрореактивных движителей, как и любых преобразователей энергии, сопровождается непроизводительными потерями, в силу чего их коэффициент полезного действия (КПД) всегда меньше единицы.

Изучив графики R(u) и N_R(u) можно сделать вывод, что оптимальной скоростью судна является u=6,3м/с, которой соответствует буксировочная мощность N_R=466кВт.

Для нахождения эффективной мощности главного двигателя, требуемого для данного судна используется формула:

N_E=N_R/η_г.д.∙η_вп ∙η_р=466/0,98∙0,9∙0,7=755кВт;

где: η_г.д.,η_вп ,η_р=const

Согласно полученной мощности выбирается главный движитель.

Решёно было выбрать голландский двигатель HOTLo63/135 c цилиндровой мощностью 808,82 кВт и числом оборотов в минуту 135.

. Расчёт гребного винта

Гребной винт - движитель, нашедший наибольшее распространение на современных судах всех типов, что объясняется рядом достоинств, присущих ему:

1.      Высоким КПД

.        Простотой конструкции и небольшой удельной массой

.        Слабым реагированием на качку судна

.        Отсутствием необходимости изменять форму корпуса при установке движителя.

Для морских транспортных судов обычно КПД винта увеличивается с ростом его диаметра. Это объясняется снижением коэффициента нагрузки при фиксированных значениях упора и скорости движения. Поэтому диаметр винта выбирают максимально возможным из условия его размещения в кормовой оконечности судна. При выборе числа лопастей гребного винта руководствуются соображениями, чтобы лопастная и удвоенная лопастная частоты не совпадали с собственными частотами первых трех тонов колебаний корпуса и основных его конструкций.

В этом случае удается избежать интенсивной вибрации корпуса, вызываемой работой гребного винта. Если информация об указанных частотах отсутствует, для винтов в ДП принимают Zp >4, а для бортовых в зависимости от нагрузки: при K_DT>2 (или K_NT>1), что соответствует слабонагруженным винтам, берут Zp = 3, для меньших значений этих коэффициентов Zp = 4. Необоснованное увеличение Zp нерационально по двум причинам: возрастает трудоемкость изготовления винта и несколько снижается его КПД. Последнее обстоятельство имеет место в связи с тем, что для обеспечения равного запаса на кавитацию увеличение числа лопастей влечет за собой и увеличение дискового отношения.

Проектирование гребных винтов транспортных судов, как правило, сводится к выбору оптимального винта. При этом он должен обладать необходимой прочностью и удовлетворять условию отсутствия негативных последствий кавитации. В случае, когда требуется обеспечить судну заданную скорость, оптимальность винта означает минимальную мощность механической установки. Если заданы характеристики двигателя, оптимальный винт позволяет судну двигаться с наибольшей скоростью.

Все задачи, связанные с проектированием гребного винта, в том числе и оптимального, эффективно могут решаться с помощью диаграмм для расчета гребных винтов Исходной информацией при этом являются известные геометрические элементы гребного винта: D_max, Zp, A_E/A_Q и характеристики взаимодействия W_T, t, i_Q. Практически все многообразие заданий на проектирование гребных винтов можно свести к четырем основным типам, для каждого из которых используется своя расчетная схема.

Последовательность расчётов гребного винта такова:

.Выписываем начальные условия:

Z_P = 4 - количество лопастей

Z = 1 - количество валов

W_t = 0,5δ-0,005 - коэффициент попутного потока

t = 0,7W_t - коэффициент засасывания для гребного винта

T_E = R - тяга гребного винта

D_max = 0,7T - максимальный диаметр гребного винта

n = 825об/мин = 13,75об/сек

. Вычисляем дисковое отношение, с помощью которого можно будет выбрать диаграмму для дальнейших расчётов:

θ = (1,5 + 0,35Z_P) /((p₀-p_υ) ∙(D_max)²) ₊ 0,2/Z;

где: p₀=101+10,05T = 146,2кПа - давление в потоке

p_υ=2,3кПа - давление насыщенных паров воды

θ = 0,206

3.Рассчитываем скорость жидкости в диске винта:

υ_a = υ∙(1-W_t),

где υ - скорость в м/c

W_t - коэффициент попутного потока

.Рассчитываем упор, создаваемый движителем:

T = T_E∙(1-t),

где Т_E - тяга гребного винта

.Рассчитываем коэффициент K_NT:

K_NT = υ_a/n^1/2 ∙ (ρ/T)^1/4,

где n - частота вращения двигателя, об/с

r - массовая плотность воды,

υ_a - скорость жидкости в винте

Т - упор

. Определяем относительный поступ I по графику

7.Скорректируем относительный поступ:

I' = 1,05∙I

.Вычислим оптимальный диаметр гребного винта:

D_opt = υ_a/nI'

.Вычисляем коэффициент K_T:

K_T = T/ρn²D⁴

.По рисунку 4.18 определяем КПД гребного винта η₀(K_T,I).

Таблица 2

Заключение

В результате расчёта гребного винта мы получили следующие результаты:

v судна = 6,3 м/с

Тип ДГ 6 ДКРН 52/105 2,1 об/с

Диаметр винта 3,12 м

Дисковое отношение 0,206

КПД 0,67