Расчёт гребного винта танкера с водоизмещением 2706 тонн
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… Читать ещё >
Расчёт гребного винта танкера с водоизмещением 2706 тонн (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
«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
1. Расчёт буксировочного сопротивления и буксировочной мощности
2. Выбор главного судового движителя
3. 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=Rт+Rо
где — R — полное сопротивление;
Rт — сопротивление трения;
Rо — остаточное сопротивление.
Используя известную из гидромеханики форму представления сил динамической природы, запишем общую формулу сопротивления:
R=С***
где C — коэффициент полного сопротивления;
— массовая плотность воды, Н*с2/м4;
— скорость судна, м/с;
— площадь смоченной поверхности, м2.
Коэффициент полного сопротивления также разделяется на составляющие:
C=CТ+Cо,
где СТ — коэффициент сопротивления трения Со — коэффициент остаточного сопротивления Коэффициент сопротивления трения:
CТ=0.455(lgRe)-2.58
где Re — число Рейнольдса;
— коэффициент кинематической вязкости, м2/с.
Коэффициент кинематической вязкости принимается равным
= 1.57*10-6 м2/с при температуре морской воды Т=4С.
Площадь смоченной поверхности подсчитывается для транспортных судов по формуле С. П. Мурагина:
=LT[1,36+1.13B/T]
гдеL, B, T — длина, ширина, осадка судна;
— коэффициент общей полноты.
Расчет остаточного сопротивления Rо 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:
д = 0,50 — 0,65; L/B = 4,8 — 7,0;
ц = L/V1/3 = 4,35- 7,10; В/Т = 2,0 — 5,0;
Метод может использоваться для однои двухвинтовых судов с V-образными либо бульбовыми обводами носовой оконечности.
Коэффициент остаточного сопротивления
Сo = Сo' * kL/B * kB/T;
где Сo'(д, Fr) снимается с графиков в зависимости от формы носовой оконечности.
Коэффициент влияния находится в виде
KL/B = Co'/Co' (L/B°= 5,64)
где Сo по определяется в функции от относительной длины L/B рассчитываемого судна и стандартного в данной серии, для которого L/B = 5,64; коэффициент влияния kB/T — по графику независимо от формы носовой оконечности.
Именно этот метод был выбран для дальнейших расчётов.
Последовательность расчетов сопротивления такова:
1. Рассчитываем и записываем в нижнюю часть таблицы постоянные величины расчета для каждого промежуточного значения скорости:
Число Фруда определяем для заданных значений скорости судна х и длины судна L:
Площадь смоченной поверхности
=LT[1,36+1,13B/T]
гдеL, B, T — длина, ширина, осадка судна (м);
— 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:
ц=д/в, где в — коэффициент полноты мидель-шпангоута
2. 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:
3. В строке 3 рассчитываем значения числа Рейнольдса для полученных значений скорости.
4. В строке 4 находим коэффициент сопротивления трения:
CТ=0.455(lgRe)-2.58
5. В строке 5 по графику находим коэффициент Со'(д, Fr).
6. В строке 6 по графику находим коэффициент kL/B(L/B, Fr).
7. В строке 7 записываем значения коэффициента kB/T(B/T, Fr), снятые с графика.
12. В строке 8 рассчитывается коэффициент остаточного сопротивления CR в соответствии с формулой:
Со=Co' * kL/B*kB/T
13. В строке 9 подсчитывается коэффициент полного сопротивления
C=CТ+Cо
14. В строках 10 и 11 подсчитывается буксировочное сопротивление R=0.5C2 и буксировочная мощность NR=R*.
По результатам расчета строятся кривые R () и NR().
Таблица 1
№ п/п | Обозначение расчётных величин. | Числовые значения расчётных величин | |||||
0,21 | 0,23 | 0,25 | 0,27 | 0,29 | |||
м/с | 5,8 | 6,3 | 6,94 | 7,4 | |||
2,85 | 3,1 | 3,4 | 3,6 | 3,9 | |||
CT •10−3 = 0,455(lgRe)-2,58 | 1,84 | 1,83 | 1, | 1,78 | 1,77 | ||
Co'(д, Fr) •10−3 | 1,2 | 1,2 | 1,5 | ||||
kL/B | 0,6 | 0,7 | 0,85 | 1,1 | 1,5 | ||
kB/T | 1,08 | 1,09 | 1,05 | 1,09 | 1,13 | ||
Co •10−3 | 0,78 | 1,34 | 2,4 | 5,1 | |||
C •10−3 | 2,62 | 2,83 | 3,15 | 4,2 | 6,9 | ||
кН | |||||||
NR = Rх, кВт | |||||||
ш=L/V1/3=5,5 L/B=6,43 B/T=2,66 д=0,658 ц=д/в=0,67 V=2774м3 | |||||||
2. Выбор главного судового движителя Движителем называется преобразователь энергии, предназначенный для создания полезной тяги ТE. 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 () и NR() можно сделать вывод, что оптимальной скоростью судна является =6,3м/с, которой соответствует буксировочная мощность NR=466кВт.
Для нахождения эффективной мощности главного двигателя, требуемого для данного судна используется формула:
NE=NR/зг. д.•звп •зр=466/0,98•0,9•0,7=755кВт;
где: зг. д., звп, зр=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.
3. Расчёт гребного винта Гребной винт — движитель, нашедший наибольшее распространение на современных судах всех типов, что объясняется рядом достоинств, присущих ему:
1. Высоким КПД
2. Простотой конструкции и небольшой удельной массой
3. Слабым реагированием на качку судна
4. 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 KDT>2 (или KNT>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: Dmax, Zp, AE/AQ и характеристики взаимодействия WT, t, iQ. 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:
1.Выписываем начальные условия:
ZP = 4 — количество лопастей
Z = 1 — количество валов
Wt = 0,5д-0,005 — коэффициент попутного потока
t = 0,7Wt — коэффициент засасывания для гребного винта
TE = R — тяга гребного винта
Dmax = 0,7T — максимальный диаметр гребного винта
n = 825об/мин = 13,75об/сек
2. Вычисляем дисковое отношение, с помощью которого можно будет выбрать диаграмму для дальнейших расчётов:
и = (1,5 + 0,35ZP) /((p0-pх) •(Dmax)2) + 0,2/Z;
где: p0=101+10,05T = 146,2кПа — давление в потоке
pх=2,3кПа — давление насыщенных паров воды и = 0,206
3.Рассчитываем скорость жидкости в диске винта:
хa = х•(1-Wt),
где х — скорость в м/c
Wt — коэффициент попутного потока
4.Рассчитываем упор, создаваемый движителем:
T = TE•(1-t),
где ТE — тяга гребного винта
t — коэффициент засасывания гребного винта
5.Рассчитываем коэффициент KNT:
KNT = хa/n½ • (с/T)¼,
где n — частота вращения двигателя, об/с
— массовая плотность воды,
хa — скорость жидкости в винте Т — упор
6. Определяем относительный поступ I по графику
7.Скорректируем относительный поступ:
I' = 1,05•I
8.Вычислим оптимальный диаметр гребного винта:
Dopt = хa/nI'
9.Вычисляем коэффициент KT:
KT = T/сn2D4
10.По рисунку 4.18 определяем КПД гребного винта з0(KT, I).
Таблица 2
Величина | Размерность | Численное значение | |
х | м/c | 6,3 | |
хa | м/c | 4,26 | |
T | кН | ||
KNT | 1,076 | ||
I | 0.62 | ||
I' | 0.65 | ||
Dopt=D, | 3,12 | ||
KT | м | 0,13 | |
з0 | 0,67 | ||
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