2. Расчет ГВ
.pdf1.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.1.
Ориентировочное значение скорости хода судна определяем по зависимости EPS=f( ) , приняв значение EPS из соотношения:
= ном ∙ 0,65
=12500 × 0,65 = 8200 кВт
Из графика EPS=f( ) находим op≈15,1 уз.
Для входа в диаграмму определяем скорость в диске винта
! = ор (1 − т′)
Для грубой оценки ωT’ используем формулу Тейлора (2.2):
т = 0,5 − 0,05;
т = 0,5 × 0,8 − 0,05 = 0,35;
! = 9,75 уз.
Из диаграммы на рис. 1 находим: D op ≈ 6,3 м.
1.3.Проверяем выбранное значение D op с точки зрения расположения гребного винта за кормой. В соответствии с рекомендациями
Dпред =0,72•Тср = 0,72х14,5=10,4 м.
исходя из возможностей отечественных заводов.
Значение Dпред намного больше значения D op, поэтому для дальнейших
расчетов принимаем: D op=6,3м. ; op=15 уз.
2. Определение коэффициента взаимодействия гребного винта с корпусом судна.
2.1.Коэффициент попутного потока определяем по формуле Холтропа (3.1):
т = |
|
|
|
, |
|
, |
|
+ 0,246 |
|
|
, |
,4 |
|
||
|
|
+ |
|
|
|
− |
|
+ |
|
. |
|||||
|
|
|
( ) |
|
( ) |
, |
, |
||||||||
Из |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
op=15 уз принимаем: |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 1,05 !" + " # = 1,05 |
Ω = 13960м ; |
|
|
|
|
|
|||||||||
1,54 + 0,1 × 10 = 1,64 × 1,05 ×× 10 = |
|||||||||||||||
1,72 × 10
- коэффициент продольной полноты = #";
= 0,808
Принимаем D=D op≈6,2 м.; |
|
|
|
|
|
|||
т = |
38,8 × 13960 × 1,72 × 10 |
0,066 |
|
1,22 × 1,72 × 10 |
|
|||
|
|
|
$ |
|
+ |
6,2 1 − 0,808 |
% + |
|
|
6,2 × 14,53 |
|
14,95 |
|||||
|
38,8 |
|
0,097 |
|
0,114 |
|
||
+0,246&244,4(1 − 0,808) − 0,95 − 0,808 + 0,95 − 0,8 = 0,365.
Полученное значение ωt проверяем по формуле Э.Э. Папмеля (3.2):
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
= 0б165 × |
|
$ × |
|
√" |
− ∆ |
|
; |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
∆ = 0, т.к. число = |
|
|
< 0,2 |
||||||||
|
% |
|
|
|||||||||
|
&' |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 0,165 × 0,8 |
# × $ × %& = 0,367 |
||||||||||
Принимаем окончательно: ωt = 0,365.
2.2.Коэффициент засасывания определяем по формуле Холтропа
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
! |
, × , |
|
#," |
|
||
= |
|
|
+ |
1,059 |
|
− 0,142 |
|
− 0,005 = |
|
+ 1,059 × |
|
− |
|||
|
|
|
","," " |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|||||||
0,142 × |
|
#, |
|
− 0,085 = 0,219. |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
","× ,$
Полученное значение проверяем в соответствии с рекомендациями подраздела 3.2.: 0,5 ωT ≤ t ≤ 0,7 ωT
Принимаем окончательно: t= 0,219
2.3.Коэффициент неравномерности поля скоростей в диске гребного винта принимаем: i1 = i2 = 1,0
2.4.Коэффициент влияния корпуса судна определяем по формуле:
1 − 1 − 0,219
к= 1 − × = 1 − 0,365 = 1,23.
3.Определение числа лопастей и дискового отношения гребного винта и выбор расчетной диаграммы.
3.1. В соответствии с указаниями раздела 4 дисковое отношение гребного
винта определяем по диаграмме на рис. 3. Для входа в диаграмму уточняем значение : A S = op(1- ωT) = 9,5 уз.;
Для определения Ѳ используем диаграмму на рис. 3 и по значениям
n |
ном |
=115 мин-1, D =6,2 м. и N |
=12500 кВт, определяем Ѳ = 0,62. |
||||||||||||
|
op |
|
|
e ном |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.2. Для выбора числа лопастей гребного винта определяем |
|||||||||||||||
|
|
коэффициент нагрузки гребного винта по упору: |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
# |
|
|
∙ |
& |
|
|
||
|
|
|
( |
= 9,64 |
|
|
( |
|
|
= |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
' |
|
|
|
|
1 − |
|
( |
||||||
|
|
= 9,64 × |
|
|
1,23 × 1044,5 × 10 |
|
= 2,6. |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
1025(1 − 0,365) × 15 |
× 6,2 |
|
||||||||||
|
|
Так как σр > 2,5 |
, то в соответствии с рекомендациями |
||||||||||||
|
|
раздела 4 целесообразно принять число лопастей Z = 6÷8. |
|||||||||||||
|
Рассмотрим вариант при Z = 6. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Определяем потребное дисковое отношение гребного винта при Z = 6 |
||||||||||||||
по формуле: |
|
− 4 × 0,056( × %& = 0,68. ; |
|||||||||||||
|
|
% = '1 + |
|||||||||||||
Для случая Z = 6 и Ѳz=6 = 0,68 подходит расчетная диаграмма Т6-68. |
|||||||||||||||
Для случаев Z =7 и Z = 8 |
|
находим соответственно: |
|
|
|
||||||||||
Ѳz=7 = 0,72 -- диаграмм нет, Ѳz=8 = 0,75 |
-- диаграмм нет. |
||||||||||||||
Окончательно принимаем : Z = 6; Ѳ = 0,68, Расчетная диаграмма Т6-58.
4.Учет механических потерь в линии валопровода. Исходя из предложения, что МО судна находится в корме, принимаем
ηвал =0,99, ηпер=1,0.
5.Выбор расчетного режима при проектировании гребного винта.
Всоответствии с заданием тип двигателя – ДВС, двухтактный с турбонаддувом, Брянского машиностроительного завода. В соответствии с рекомендациями таблицы 3 при плавании судна с δ = 0,8, сроке докования 24 месяца и преимущественно в умеренных широтах принимаем коэффициент увеличения частоты вращения К = 1,045.
Всоответствии с разделом 6 для расчета оптимальных элементов гребного винта принимаем: nрасч = n ном, Ne расч = Ne ном /К3 .
6.Расчет оптимальных элементов гребного винта, обеспечивающих
максимальную скорость при заданной мощности и частоте вращения двигателя.
6.1.Расчет исходных данных для определения наибольшей скорости выполнен в таблице 10.
6.2.По результатам расчета строим графики (Ne , , H/D, D) = f( ) на рис. 7, по которым для Ne = 12500 кВт находим:
H/D= 0,81; D=5,95м.; расч = 0,422 ; = 14,75 уз.
7. Проверку гребного винта на кавитацию проводим по формуле: |
|||||||||||
расч = |
|
(1,5 + 0,35 )( |
|
+ |
0,2 |
||||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
( |
|
|
− |
|
) |
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
( |
|
|||||
Предварительно находим:
Ро = 101300 Н/м3- атмосферное давление;
Ho = Tcp – (D/2 + 0,2)=14,53 –(5,95/2 +0,2)=11,355 M.; = 1025 кг/M3
Сопротивление судна R при скорости 14,8 уз по графику на рис. 6 |
= , |
||||||||||||||
расч |
= |
|
|
(* + ,, -+ × .) × *,*,,,, |
|
' + |
, |
||||||||
R=1010000 H ; принимаем P |
v |
=1220 H/ |
3; |
|
|
|
|
|
|
||||||
) |
|
( |
|
+ *,/+× , |
× |
|
, |
− |
|
) × , |
|
, / |
, .1 |
||
|
|
|
*,*-,, |
|
|
0 1 |
|
** -++ |
|
*//, |
+ 0+ |
|
|
||
Ѳ = Ѳрасч, т.е. дисковое отношение рассчитанного гребного винта обеспечивает отсутствие кавитации.
Таблица 10
Расчет исходных данных для определения наибольшей скорости хода судна и оптимальных элементов гребного винта
№ |
|
|
|
Расчетные |
|
|
|
|
|
Раз- |
|
|
Числовые значения |
|
|
|
примечание |
|||||||||||||||||||||
п/ |
|
|
|
величины и |
|
|
|
|
мер- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ность |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
п |
|
|
|
формулы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
уз |
|
13 |
14 |
|
|
15 |
|
|
16 |
|
|
17 |
|
|
|
Задается |
|||
2 |
|
|
= 0,514 |
1 − |
|
|
м/с |
|
4,24 |
4,57 |
|
|
4,9 |
|
5,22 |
|
|
5,55 |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
на диаграмме |
||
3 |
|
|
|
|
|
0,523 |
|
|
|
|
|
|
|
1,28 |
1,40 |
|
|
1,53 |
|
1,65 |
|
|
1,79 |
|
||||||||||||||
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т-6.68 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
с ном |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
откладываем |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
4 |
|
|
|
= |
|
( ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,37 |
0,40 |
|
|
0,43 |
|
0,46 |
|
|
0,49 |
|
С диаграммы |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т-6.68 |
5 |
|
|
|
= ( ) |
|
|
|
|
0,77 |
0,79 |
|
|
0,81 |
|
0,83 |
|
|
0,86 |
|
С диаграммы |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т-6.68 |
||||||||||||||
6 |
|
|
|
= |
( ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
0,45 |
0,48 |
|
|
0,50 |
|
0,52 |
|
|
0,54 |
|
С диаграммы |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т-6.68 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
= |
ном |
|
|
|
|
|
|
м |
|
5,98 |
5,96 |
|
|
5,91 |
|
5,92 |
|
|
5,90 |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,56 |
0,59 |
|
|
0,62 |
|
0,64 |
|
|
0,664 |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
= |
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
9 |
|
|
|
|
|
= |
( ) |
|
|
|
кВт |
|
5210 |
6450 |
|
|
8030 |
|
10090 |
|
|
13010 |
|
|
|
С рис. 6 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
10 |
|
|
|
= |
∙ вал пер |
|
|
|
кВт |
|
9304 |
10932 |
|
13057 |
|
15760 |
|
|
19593 |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
Постоянные величины |
|
|
|
|
= 1,045 |
|
|
|
|
|
|
|
t = 0,219 |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
N |
|
= 12500 кВт |
|
|
|
5 расч = |
5 ном |
|
|
к |
|
|
− |
|
= , |
||||||||||||||||||||
|
|
|
eном |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
= |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
− |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 789:9кВт |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
пер |
|
вал = 0,99 |
|
|
;с расч ; ном = 1,92< |
|
|
|
|
|
|
= 6 |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
вал |
пер = |
|
|
= 1025 |
кг |
|
|
|
|
|
пред = 8м |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
расч |
= 10844кВт |
|
|
|
|
|
|
м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
= 0,68 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 0,365 |
|
|
Диаграмма Т-6.68 |
|||||||||||||||||||
Рис. 7. Характеристики гребного винта.
8. Конструктивные характеристики гребного винта.
На основании вышеизложенного расчета примем окончательно следующие конструктивные элементы гребного винта:
Диаметр гребного винта |
D= 5,95 м. |
Конструктивное шаговое отношение |
H/D= 0,81 |
Шаг винта на ŕ = 0,7 |
Н=4,820 м. |
Дисковое отношение |
Ѳ = 0,68 |
Число лопастей |
Z = 6 |
Направление вращения – правое. |
|
Материал – бронза АЖН-9-4-4. |
|
9.Расчет паспортных характеристик и построение паспортной диаграммы.
Расчет паспортных характеристик выполнен в таблице 11 для следующих табличных значений n и :
n ≈ (0,8; 0,9; 0,97; 1,0; 1,045) n ном
= 0,2; 0,3; 0,4; 0,422; 0,5
Паспортная диаграмма построена на рис. 8.
Ограничительная характеристика двигателя и кривая располагаемой тяги построены в соответствии с рекомендациями раздела 10 и таблицы 8.
Таблица 11
Паспортные характеристики.
|
Коэффициенты |
|
Скор |
|
|
92 |
|
103,5 |
|
|
|
111,5 |
|
|
115 |
|
120 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
упора, тяги и |
|
ость, |
|
1,533 |
|
1,725 |
|
|
|
1,858 |
|
|
1,917 |
|
2,00 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
момента |
|
тяга, |
|
|
2,350 |
|
2,976 |
|
|
|
3,453 |
|
|
3,674 |
|
4,00 |
|||||
|
|
|
|
мощ |
|
|
3,597 |
|
5,133 |
|
|
|
6,416 |
|
|
7,042 |
|
8,00 |
||||
|
|
|
|
ность |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,2 |
т |
= 0,339 |
|
|
|
Уз |
5,52 |
|
6,29 |
|
|
|
|
|
6,77 |
|
|
6,99 |
|
7,29 |
||
|
= 0,265 |
|
|
кН |
800 |
|
1013 |
|
|
|
|
|
1175 |
|
|
1250 |
|
1361 |
||||
|
= 0,0422 |
|
|
|
кВт |
7364 |
|
10568 |
|
|
|
13135 |
|
14417 |
|
16378 |
||||||
0,3 |
т |
= 0,292 |
|
|
|
Уз |
8,36 |
|
9,43 |
|
|
|
10,16 |
|
|
10,48 |
|
10,93 |
||||
|
= 0,228 |
|
|
кН |
688 |
|
872 |
|
|
|
|
|
1011 |
|
|
1076 |
|
1171 |
||||
|
= 0,0377 |
|
|
|
кВт |
6579 |
|
9388 |
|
|
|
11724 |
|
12878 |
|
14631 |
||||||
0,4 |
т |
= 0,250 |
|
|
|
Уз |
11,18 |
|
12,58 |
|
|
|
13,56 |
|
|
13,98 |
|
14,59 |
||||
|
= 0,195 |
|
|
кН |
589 |
|
746 |
|
|
|
|
|
|
865 |
|
|
920 |
|
1002 |
|||
|
= 0,0332 |
|
|
|
кВт |
5758 |
|
8217 |
|
|
|
10271 |
|
11274 |
|
12808 |
||||||
0,422 |
т |
= 0,239 |
|
|
|
Уз |
11,79 |
|
13,27 |
|
|
|
14,29 |
|
|
14,75 |
|
15,39 |
||||
|
= 0,187 |
|
|
кН |
564 |
|
715 |
|
|
|
|
|
|
830 |
|
|
883 |
|
961 |
|||
|
= 0,0321 |
|
|
|
кВт |
5601 |
|
7993 |
|
|
|
|
|
9991 |
|
|
10966 |
|
12458 |
|||
0,5 |
т |
= 0,200 |
|
|
|
Уз |
13,97 |
|
15,72 |
|
|
|
16,93 |
|
|
17,47 |
|
18,22 |
||||
|
= 0,156 |
|
|
кН |
471 |
|
596 |
|
|
|
|
|
|
692 |
|
|
736 |
|
801 |
|||
|
= 0,0289 |
|
|
|
кВт |
5043 |
|
7197 |
|
|
|
|
|
8995 |
|
|
9873 |
|
11216 |
|||
Расчетные формулы и |
|
= т 1 − ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
постоянные величины |
|
= |
0,514 1 − |
, |
уз |
|||||||||||||||||
|
= |
∙ 10 , кН; = |
2 |
|
|
|
|
|
|
$ |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
10 |
пер |
|
|
|
вал |
, кВт |
|
||||||||||||||
|
|
= 5,95 м; |
( = 0,365; |
= 0,219; |
= 1025 кг/м |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пользуясь диаграммой, находим: |
|
|
|
||||||||
1) |
Скорость хода судна в эксплуатации в грузу с чистым корпусом: |
|
|||||||||
|
|
пр = 14,15 уз при n = n ном = 115 мин-1 |
|
|
|||||||
|
|
Мощность двигателя Ne = 11250 кВт. |
|
|
|||||||
2) |
Запас |
мощности при движении судна с |
|
= 14,15 уз |
при |
||||||
|
|
-1 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
n ном = 115 |
мин |
|
в грузу с чистым корпусом: |
|
|
|||||
|
|
∆ |
= ном − |
= |
12500 − 11250 |
∙ 100% = 10,0% |
|
||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
12500 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ном |
|
|
|
|
|
||
3) |
Максимальная скорость на испытаниях: |
|
|
|
|||||||
|
|
max = 14,75 уз при n = 120 мин-1 |
|
|
|
||||||
4)Эксплуатационная скорость хода судна в средних эксплуатационных условиях при возросшем на 20% сопротивлении среды движению судна:
экс = 12,7 уз при n = 111,5 мин-1 и Ne = 10700 кВт.