_Курсовая ТУС 1
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА
ОМСКИЙ ИНСТИТУТ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА – ФИЛИАЛ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО
УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НОВОСИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА»
Кафедра СТД
___________________
Оценка
__________________________
Подпись
__________________________
Дата
|
|
|
|
|
КУРСОВАЯ РАБОТА |
По дисциплине: |
|
|
ТЕОРИЯ И УСТРОЙСТВО СУДНА |
||
На тему: |
Расчет и построение чертежа гребного винта |
||||
|
|
|
|
для теплохода-рефрижератора проекта 585 |
|
Вариант № |
|
ХХ |
|
||
РУКОВОДИТЕЛЬ:
ст. преподаватель
(ученая степень, должность)
Мухсинятов Р.Ф.
(Ф.И.О.)
СТУДЕНТ:
очная СМ-31
(форма обучения, гр., шифр)
Иванов И.И.
(Ф.И.О.)
________________________
(Рег. №)
________________________
(дата)
________________________
(подпись лаборанта)
Омск 2015 г.
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................................... |
3 |
|
1 |
РЕФРИЖЕРАТОРНЫЙ ТЕПЛОХОД ПРОЕКТА 585 ............................... |
4 |
2 |
РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ВОДЫ ДВИЖЕНИЮ СУДНА ................. |
5 |
3 |
ПОСТРОЕНИЕ ЧЕРТЕЖА ГРЕБНОГО ВИНТА ....................................... |
9 |
3.1 |
Расчет контура лопасти гребного винта ................................................ |
9 |
3.2 |
Распределение толщин лопасти по ее длине ....................................... |
12 |
3.3 |
Профилирование лопасти винта ........................................................... |
14 |
3.4 |
Построение проекций лопасти винта ................................................... |
17 |
3.5 |
Параметры ступицы ............................................................................... |
18 |
4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ ГРЕБНОГО ВИНТА ...................................... |
20 |
|
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................................. |
22 |
|
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ............................................. |
23 |
|
|
Лист |
180405 КР ТУС-15 ХХ.00.00 ПЗ |
2 |
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
ВВЕДЕНИЕ
Современный гребной винт обычно имеет несколько лопастей примерно эллиптической формы, равномерно расположенных на центральной втулке. По-
верхность лопасти, обращенную вперед, в нос судна, называют засасывающей,
обращенную назад – нагнетающей. Засасывающая поверхность лопасти выпуклая,
нагнетающая – обычно почти плоская. Осевое перемещение винтовой поверхно-
сти за один оборот называют шагом. Важнейшим параметром, определяющим ра-
бочие характеристики гребного винта, является отношение шага винта к его диа-
метру. Следующие по значимости – количество лопастей, их ширина, толщина и форма, форма профиля и дисковое отношение (отношение суммарной площади лопастей к площади описывающего их круга) и отношение диаметра втулки к диаметру винта. Форма лопасти обычно яйцевидная, а форма профиля – плавно обтекаемая, очень похожая на профиль крыла самолета. Размеры современных гребных винтов варьируются от 20 см до 6 м и более.
Винт с насадкой – обычный винт, установленный в коротком сопле, изоб-
ретен немецким инженером Л.Кортом. Насадка жестко соединена с корпусом судна или выполнена с ним как одно целое. Такая конструкция обеспечивает зна-
чительно больший упор при заданной мощности по сравнению с обычными вин-
тами, поскольку струя, ускоряемая винтом, при наличии насадки сужается в меньшей степени.
При выборе числа лопастей некавитирующих гребных винтов необходимо исходить из соображений, связанных не только с обеспечением высокой эффек-
тивности работы винта, но и с предотвращением нежелательной вибрации корпу-
са судна, вызванной действием пульсирующих сил, которые образуются на лопа-
стях винта и передаются корпусу. При малых нагрузках трехлопастные винты обычно оказываются более выгодными по эффективности, чем четырехлопаст-
ные, но увеличивают вибрацию корпуса судна и гребного вала. Двух- и пятило-
пастные винты применяются в особых случаях.
|
Лист |
180405 КР ТУС-15 ХХ.00.00 ПЗ |
3 |
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
1 РЕФРИЖЕРАТОРНЫЙ ТЕПЛОХОД ПРОЕКТА 585
Тип судна: однопалубный винтовой рефрижераторный теплоход с грузо-
выми кранами, надстройкой и машинным отделением в корме.
Назначение судна: перевозка скоропортящихся грузов.
Класс Российского Речного Регистра: «О».
|
Рисунок 1.1 – Теплоход-рефрижератор проекта 585 |
|
|
ИСХОДНЫЕДАННЫЕ: |
|
1. |
Ожидаемая скорость на глубокой спокойной воде: |
22км/ ч ; |
2. |
Длина расчетная: |
L 61,0м ; |
3. |
Ширина расчетная: |
B 9,2м ; |
4. |
Осадка в полном грузу: |
T 1,45м ; |
5. |
Коэффициент общей полноты: |
0,81; |
6. |
Количество двигателей и движителей: |
Z р 2 . |
|
Лист |
180405 КР ТУС-15 ХХ.00.00 ПЗ |
4 |
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
2 РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ВОДЫ ДВИЖЕНИЮ СУДНА
Расчет сопротивления воды движению судна производится на глубокой спокойной воде и на мелководье. Последовательно рассчитываются следующие величины.
Водоизмещение судна V ,м3 :
V L B T , |
(1.1) |
где L 61,0м – длина судна; |
|
B 9,2м – ширина судна; |
|
T 1,45м – осадка судна; |
|
0,81 – коэффициент общей полноты. |
|
V 61 9,2 1,45 0,81 659,13м3. |
|
Соотношения главных размерений судна: |
|
TL T L; |
(1.2) |
TL 1,45 61 0,024; |
|
LB L B; |
(1.3) |
LB 61 9,2 6,63; |
|
LT L T ; |
(1.4) |
LT 61 1,45 42,07; |
|
BT B T ; |
(1.5) |
BT 9,2
1,45 6,34.
Коэффициент пропорциональности k между сопротивлением трения и со-
противлением формы:
k (22 TL 0,10) [0,132 ( 0,4)2,5 ]; |
(1.6) |
k (22 0,024 0,10) [0,132 (0,81 0,4)2,5 ] 0,101.
Площадь смоченной поверхности судна определяется по приближенной
формуле:
V 0,667 (5,1 0,074 LT 0,4 ); |
(1.7) |
659,130,667 (5,1 0,074 42,07 0,4 0,81) 598,80м2.
Кинематический коэффициент вязкости воды: 1,57 10 6 м2 / с .
|
Лист |
180405 КР ТУС-15 ХХ.00.00 ПЗ |
5 |
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Коэффициент, учитывающий шероховатость корпуса (для стальных су-
дов): С |
F |
0,6 10 3 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент сопротивления выступающих частей: С |
АР |
0,2 10 3 . |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сопротивление на мелководье определяется для относительной глубины |
||||||||||||||||||||||
судового хода hсх 3,6м : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h |
сх Т / hсх ; |
|
|
(1.8) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сх 1,45 / 3,6 0,403. |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
h |
|
|
|
|||||||||||||
|
Коэффициент увеличения вязкостного сопротивления на мелководье kS : |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
kS (1 |
|
|
сх ) 0,62 (1 0,1 |
h |
сх ) ; |
|
|
(1.9) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
h |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
k |
S |
(1 0,403) 0,62 (1 0,1 0,403) 1,359. |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент увеличения волнового сопротивления на мелководье kW : |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
kW (1 |
|
|
сх ) (0,1 0,65 |
h |
сх ) ; |
|
|
(1.10) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
h |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
k |
(1 0,403) (0,1 0,65 0,403) 1,205. |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
W |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент волнового сопротивления CW (при Fr0,1 CW =0): |
||||||||||||||||||||||
C |
(2,23 0,325B |
0,02B 2 ){[0,606 1,88( 0,4)2 |
] |
|
|
||||||||||||||||||
W |
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
(1.11) |
||||||||
|
|
|
|
4,2 9,6( 0,4)2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
(Fr 0,1) |
0,001(Fr 0,1)(16,5 3,53LB |
|
|
2 |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
0,188LB )}. |
|||||||||||||||||
По результатам расчета в зависимости от скорости судна строятся графики составляющих сопротивления и полного сопротивления на глубокой спокойной воде (рис. 2.1). Кривые полного сопротивления на мелководье и ориентировочно-
го сопротивления в балласте используются при построении ходовых характери-
стик судна.
Для построения графиков сопротивления примем интервал скоростей от
4,0 м/с до 7,0 м/с, с шагом в 1,0 м/с.
Расчет производится в табличной форме. Результаты расчета сведены в таблице 2.1.
|
Лист |
180405 КР ТУС-15 ХХ.00.00 ПЗ |
6 |
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Таблица 2.1 – Расчет сопротивления воды движению судна
Исходные данные: L 61,0м ; В 9,2м ; Т 1,45м ; 0,81м ; 598,8м2 ; h |
3,6м . |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
сх |
|
|
|
|
|
|
|
Раз- |
|
|
|
|
|
Расчетные величины |
мер- |
|
Численные значения |
|
||||||
|
|
|
|
|
ность |
|
|
|
|
|
Скорость судна |
|
|
м/с |
4 |
5 |
6 |
7 |
|||
Число Рейнольдса |
|
|
– |
1,55 |
1,94 |
2,33 |
2,72 |
|||
Re ( L ) / 108 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
Число Фруда Fr / |
|
|
|
|
|
|
|
|||
g L |
– |
0,164 |
0,204 |
0,245 |
0,286 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||
Экстраполятор трения |
|
|
|
|
|
|||||
|
0,455 |
3 |
|
|
– |
2,00 |
1,94 |
1,90 |
1,86 |
|
CF |
|
(10 |
) |
|
|
|
|
|
|
|
(lg Re)2,58 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Коэффициент волнового сопротивления |
– |
0,31 |
0,96 |
2,12 |
3,90 |
|||||
|
C 103 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
W |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Динамический коэффициент |
кН |
4,79 |
7,48 |
10,78 |
14,67 |
|||||
A 0,5 2 10 3 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
Сопротивление трения |
кН |
12,5 |
19,0 |
26,9 |
36,0 |
|||||
RF A ( CF CF ) |
||||||||||
|
|
|
|
|
||||||
Сопротивление формы |
кН |
1,3 |
1,9 |
2,7 |
3,7 |
|||||
RVP k RF |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
Волновое сопротивление |
кН |
1,5 |
7,2 |
22,8 |
57,3 |
|||||
RW A CW |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
Сопротивление выступающих частей |
кН |
1,0 |
1,5 |
2,2 |
2,9 |
|||||
RAP A CAP |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
Полное сопротивление |
кН |
16,2 |
29,6 |
54,6 |
99,9 |
|||||
R RF RVP RW RAP |
||||||||||
|
|
|
|
|
||||||
Сопротивление на мелководье |
кН |
21,8 |
39,2 |
70,7 |
126,9 |
|||||
Rh ( RF RVP RAP ) kS RW kW |
||||||||||
|
|
|
|
|
||||||
Сопротивление в балласте |
кН |
5,7 |
10,4 |
19,1 |
35,0 |
|||||
Rb 0,35R |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
После построения графиков сопротивления определено следующее:
Для заданной скорости движения судна полное сопротивление будет равно:
R 57,9кН , а сопротивление на мелководье Rh 74,8кН .
|
Лист |
180405 КР ТУС-15 ХХ.00.00 ПЗ |
7 |
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Рисунок 2.1 – Графики сопротивлений судна
|
Лист |
180405 КР ТУС-15 ХХ.00.00 ПЗ |
8 |
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
3 ПОСТРОЕНИЕ ЧЕРТЕЖА ГРЕБНОГО ВИНТА
3.1 Расчет контура лопасти гребного винта
Средняя ширина лопасти:
|
|
b |
|
3,92 R |
, |
(3.1) |
|
|
|
|
|||||
|
|
c |
|
z |
|
||
|
|
|
|
|
|||
где |
R – радиус гребного винта, |
R 500мм ; |
|
||||
|
– дисковое отношение, |
0,75; |
|
||||
|
z – число лопастей гребного винта, z 4. |
|
|||||
|
b |
3,92 500 0,75 |
367,5мм. |
||||
|
|
||||||
|
c |
4 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
|
Максимальная ширина лопасти: |
|
|||||
|
|
|
bm C bc , |
(3.2) |
|||
где |
C 1,17 – коэффициент для винтов с числом лопастей z 3,4,5 . |
||||||
|
bm 1,17 367,5 430мм. |
|
|||||
|
Отрезки x1 и x2 определяют контуры входящей и выходящей кромок ло- |
||||||
пасти. Определим величины x1, |
x2 , br , b1 и b2 |
на относительных радиусах: 0,3; |
|||||
0,5; 0,7; 0,8; 0,95 и 1,0.
Для относительного радиуса r 0,3 r1 150мм :
x1 0,5264 bm 0,5264 430 226,3мм; х2 0,3332 bm 0,3332 430 143,3мм; br x1 x2 143,3 226,3 369,6мм; b1 0,35 br 0,35 369,6 129,4мм;
b2 br b1 369,6 129,4 240,2мм.
Для относительного радиуса r 0,5 r2 250мм :
x1 0,576 bm 0,576 430 247,7мм; х2 0,4078 bm 0,4078 430 175,3мм; br x1 x2 247,7 175,3 423,0мм; b1 0,35 br 0,35 423,0 148,1мм;
b2 br b1 423,0 148,1 274,9мм.
|
Лист |
180405 КР ТУС-15 ХХ.00.00 ПЗ |
9 |
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Для относительного радиуса r 0,7 r3 350мм :
x1 0,514 bm 0,14 430 221,0мм;
х2 0,4668 bm 0,4668 430 200,7 мм; br x1 x2 221,0 200,7 421,7 мм;
b1 0,443 br 0,443 421,7 186,8мм; b2 br b1 421,7 186,8 234,9мм.
Для относительного радиуса r 0,8 r4 400мм :
x1 0,4165 bm 0,1465 430 179,1мм; х2 0,4835 bm 0,4835 430 207,9мм; br x1 x2 179,1 207,9 387,0мм;
b1 0,479 br 0,479 387,0 185,4мм; b2 br b1 387,0 185,4 201,6мм.
Для относительного радиуса r 0,9 r 450мм вспомогательный :
x1 0,2335 bm 0,2335 430 100,4мм; х2 0,47 bm 0,47 430 202,1мм;
Для относительного радиуса r 0,95 r5 475мм :
x1 0,077 bm 0,077 430 33,1мм; х2 0,412 bm 0,412 430 177,1мм; br x1 x2 33,1 177,1 210,2мм; b1 0,481 br 0,481 210,2 101,1мм; b2 br b1 210,2 101,1 109,1мм.
Для относительного радиуса r 1,0 r R 500мм :
х2 0,2014 bm 0,2014 430 86,6мм;
Значения коэффициентов принимаются согласно таблице 3.1.
Таблица 3.1 – Построение контура лопасти
|
|
|
|
r |
|
|
0,2 |
0,3 |
|
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
0,95 |
1,0 |
|
||||
r |
||||||||||||||||||||||
|
|
R |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
х1 |
|
|
|
|
|
46,90 |
52,64 |
|
56,32 |
57,60 |
56,08 |
51,40 |
41,65 |
23,35 |
7,7 |
|
|
||
|
|
|
bm |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
х2 |
|
|
|
|
|
29,18 |
33,32 |
|
37,30 |
40,78 |
43,92 |
46,68 |
48,35 |
47,0 |
41,2 |
20,14 |
|
||
|
|
|
bm |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
x1 х2 |
|
|
br |
|
76,08 |
85,96 |
|
93,62 |
93,38 |
100,0 |
98,08 |
90,08 |
70,35 |
48,88 |
|
|
|||||
|
bm |
bm |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лист |
||
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
180405 КР ТУС-15 ХХ.00.00 ПЗ |
10 |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||