Главные размерения:
Длина наибольшая LНБ=83,55 м
Длина по КВЛ LКВЛ=77,2 м
Длина между перпендикулярами LПП=77,2 м
Ширина наибольшая ВНБ=12,0 м
Высота борта D =5,30 м
Осадка по КВЛ T=4,50 м
Водоизмещение объемное без в.ч. V=2731 т
δ=0,655
α=0,807
β=0,978
v=13,5уз.= 6,94м/с
Расчет сопротивления воды и буксировочной мощности
Ходкость – способность судна перемещаться с заданной скоростью при наиболее эффективном использовании мощности судовой энергетической установки.
Буксировочная мощность – мощность, которая потребна для сообщения судну движения с заданной скоростью.
Сопротивление воды движению судна – горизонтальная составляющая гидродинамических сил давление воды на направление движения.
Судно как объект, движущийся по поверхности воды, испытывает с ее стороны сопротивление своему движению двойной природы: оно затрачивает энергию на преодоление вязкости воды и на возбуждение колебаний ее поверхности – корабельных волн, т.е. вода сопротивляет движению воздуха вязкостью(сопротивление трения) и весом(сопротивление давления).
Так как сопротивление давления в носе больше чем на корме, что вызывает образование волн, вихрей в корме, то при рассмотрении сопротивления давления принято также учитывать сопротивление формы. А при расчетах сопротивление воды складывается из сопротивления трения и остаточного сопротивления
Сопротивление жидкости движению тела определяется характером ее течения в пограничном слое; параметром этого течения является число Рейнольдса :
где:
ν — кинематическая вязкость жидкости (для воды ν = 1,15•10-6 м2/c), для воздуха ν = 1,5•10-5 м2/c),
L — длина пограничного слоя, отсчитываемая от точки его образования, т.е. от переднего конца тела,
V — скорость движения тела.
Известно, что на плоской пластине при Re < 105 жидкость течет ламинарно в виде отдельных несмешивающихся слоев, параллельных плоскости пластины. При Re > 105 пограничный слой турбулизуется; в нем изменяются структура потока, профиль скоростей и т.п. Для турбулентного течения характерны вихреобразование, перемешивание жидкости, cложные, меняющиеся во времени и в пространстве пульсации скорости и давления. Величина Re, при которой происходит турбулизация пограничного слоя, называется критической; Re критическое достигается на некотором удалении от переднего конца обтекаемой жидкостью пластины; с ростом скорости течения точка турбулизации смещается к переднему краю. На шероховатых поверхностях турбулизация происходит раньше.
Порядок расчета
Определяем число Фруда и скорость движения:
где - ускорения свободного падения, 9,81 м/с2
- длина по КВЛ, м
Определяем число Рейнольдса:
где - кинематическая вязкость жидкости, м2/с
Определяем коэффициент Прандтля-Шлихтинга:
Cт=
Определяем площадь смоченной поверхности судна, м2:
Где – осадка судна, м
B – ширина наибольшая, м
- коэффициент общей полноты
Определяем сопротивление трения:
где – плотность морской воды, 1,025 т/м3
– коэффициент шероховатости, 0,0002
Определяем коэффициент остаточного сопротивления:
2*k3
где - коэффициент остаточного сопротивления базового судна, снимается с графиков на стр 104 Жинкин
i – коэффициенты влияния, учитывающие различие в некоторых основных параметрах формы(L/B, B/T и др), снимается с графиков на стр 104-105 Жинкин
Определяем остаточное сопротивление:
Определяем сопротивление воды:
Определяем буксировочную мощность:
Вычисления:
= 13,5 * 0,514=6,94 м/с
Fr5=6,94/√(9,81*77,2)=0,25
Fr1=0,21
Fr2= 0,22
Fr3=0,23
Fr4=0,24
v1= 0,21*√(9,81*77,2)=5,78 м/с
v2=0,22*√(9,81*77,2)=6,05 м/с
v3=0,23* √(9,81*77,2)=6,33 м/с
v4=0,24* √(9,81*77,2)=6,6 м/с
Re1=5,78 *77,2/1,57*10-6=284,38 * 106
Re2=6,05 *77,2/1,57*10-6=297,66 * 106
Re3=6,33 *77,2/1,57*10-6=311,44 * 106
Re4=6,6 *77,2/1,57*10-6=324,72 * 106
Re5=6,94 *77,2/1,57*10-6=341,45 * 106
Cт1=0,455/(lg284,38 * 106)2,58= 1,85*10-3
Cт2=0,455/(lg297,66 * 106)2,58= 1,83*10-3
Cт3=0,455/(lg311,44 * 106)2,58= 1,82*10-3
Cт4=0,455/(lg324,72 * 106)2,58= 1,81*10-3
Cт5=0,455/(lg341,45 * 106)2,58= 1,8*10-3
Ω=77,2*4,5 (2+1,37*(0,655-0,247)*(12/4,5))=1214,23 м2
Rт1=(0,0002+1,85*10-3)*1,025*(5,782/2)* 1214,23=43,66 кН
Rт2=(0,0002+1,83*10-3)*1,025*(6,052/2)* 1214,23=46,24 кН
Rт3=(0,0002+1,82*10-3)*1,025*(6,332/2)* 1214,23=50,37 кН
Rт4=(0,0002+1,81*10-3)*1,025*(6,62/2)* 1214,23=54,49 кН
Rт5=(0,0002+1,8*10-3)*1,025*(6,942/2)* 1214,23=59,94 кН
= 0,78*10-3*1,2*0,92*1,02=0,88*10-3
= 0,8*10-3*1,2*0,92*1,02=0,9*10-3
= 0,9*10-3*1,2*0,92*1,02=1,02*10-3
= 1,0*10-3*1,2*0,92*1,02=1,13*10-3
= 1,1*10-3*1,2*0,92*1,02=1,24*10-3
Ro1=0,88*10-3*1,025*(5,782/2)* 1214,23=18,29 кН
Ro2=0,9*10-3*1,025*(6,052/2)* 1214,23=20,49 кН
Ro3=1,02*10-3*1,025*(6,332/2)* 1214,23=25,43 кН
Ro4=1,13*10-3*1,025*(6,62/2)* 1214,23=30,63 кН
Ro5=1,24*10-3*1,025*(6,942/2)* 1214,23=37,17 кН
R1=43,66+18,29=61,95 кН
R2=46,24+20,49=66,73 кН
R3=50,37+25,43=75,8 кН
R4=54,49+30,63=85,12 кН
R5=59,94+37,17=97,11 кН
Nб1=61,95*5,78=358,07 кВт
Nб2=66,73*6,05=403,72 кВт
Nб3=75,8*6,33=479,8 кВт
Nб4=85,12*6,6=561,79 кВт
Nб5=97,11*6,94=673,94 кВт
Таблица 1. Расчет сопротивления воды и буксировочной мощности
Fr
|
0,21
|
0,22
|
0,23
|
0,24
|
0,25
|
v, м/с
|
5,78
|
6,05
|
6,33
|
6,6
|
6,94
|
Re
|
284,38*
|
297,66*
|
311,44*
|
324,72*
|
341,45*
|
Cт*10-3
|
1,85*
|
1,83*
|
1,82*
|
1,81*
|
1,8*
|
Rт, кH
|
43,66
|
46,24
|
50,37
|
54,49
|
59,94
|
Com*10-3
|
0,78
|
0,8
|
0,9
|
1,0
|
1,1
|
K1
|
1,2
|
1,2
|
1,2
|
1,2
|
1,2
|
K2
|
0,92
|
0,92
|
0,92
|
0,92
|
0,92
|
K3
|
1,02
|
1,02
|
1,02
|
1,02
|
1,02
|
Coc*10-3
|
0,88
|
0,9
|
1,02
|
1,13
|
1,24
|
Ro, кН
|
18,29
|
20,49
|
25,43
|
30,63
|
37,17
|
R, кН
|
61,95
|
66,73
|
75,8
|
85,12
|
97,11
|
Nб, кВт
|
358,07
|
403,72
|
479,8
|
561,79
|
673,94
|
График Nб(v)
График R(v)
Расчет гребного винта при заданной скорости
Наиболее распространенными среди гидрореактивных движителей благодаря простоте устройства и работы, компактности, надежности в эксплуатации и наибольшему коэффициенту полезного действия являются гребные винты.
Винты состоит из ступицы и лопастей, являющихся его рабочими элементами.
Л
опасть – крылообразное тело, создаваемое двумя винтовыми поверхностями, линия пересечения которых называется контуром. Как и у крыла, у лопасти различают 2 кромки – входящую, направленную навстречу потоку, и выходящую – противоположную первой. Граница между ними – край лопасти – самая удаленная от оси точка гребного винта. Участок, примыкающий к ступице, называется корнем лопасти. Поверхность лопасти винта, обращенная в корму и воспринимающая при переднем ходе судна повышенное давление называется нагнетающей. Поверхность лопасти, обращенная в нос и воспринимающая при переднем ходе судна пониженное давление, называется засасывающей.
При вращении винта его лопасти отбрасывают массы воды в одну из сторон. Реакция этой воды воспринимается нагнетающей поверхностью лопасти, создающей упор винта, который через ступицу и гребной вал передается на упорный подшипник, преобразуясь в силу, движущую судно.
Основные геометрические характеристики гребного винта – число лопастей, диаметр, шаг, диаметр ступицы, форма профиля лопасти, площадь её спрямленной поверхности.
Шагом винта Н называется путь в направлении оси, который проходит любая точка поверхности винта за один его оборот. Свой рабочий шаг с учетом
потери части упорной силы на скольжение и другие сложные явления гребной винт развивает после того, как судно начнет двигаться с нормальной скоростью при данной частоте его вращения. Так как гребной винт вращается не в твердом теле, а в воде, то он не в СОСТОЯНИИ сдвинуть судно за один оборот на полную величину своего шага по отношению к окружающей воде. Это явление объясняется скольжением лопастей о воду.
Диаметром гребного винта D называется диаметр окружности, описанной вершиной лопасти. Диаметр винта крупных судов доходит до 12,0 м.
Число лопастей гребного винта Z= 2-8 в зависимости от типа судна
Отношение H/D шага винтовой поверхности, положенной в основу образования лопасти, к диаметру винта называют шаговым отношением.
Отношение площади спрямленной поверхности всех лопастей АЕ к площади диска(гидравлического сечения) гребного винта А0 называется дисковым отношением.
Относительный диаметр ступицы dH=0,16-0,35
Применяют гребные винты правого и левого вращения, их различают по общим правилам: если винт завинчивается вращением по часовой стрелке, то он называется винтом правого вращения, а если против часовой стрелки — винтом левого вращения.
В зависимости от конструкции их подразделяют на два типа: цельные винты (ступица с лопастями изготовляется совместно) и винты со съемными лопастями, применяемые на судах, плавающих во льдах. Такие винты называются винтами фиксированного шага, а винты, имеющие механизмы, поворачивающие лопасти в ступице и изменяющие шаг винта, называются винтами регулируемого шага.
Порядок расчета:
Определяем коэффициент попутного потока:
Определяем коэффициент засасывания:
Определяем максимальный диаметр винта:
Определяем упор:
где: - тяга винта, кН определяется по графикам в Приложении
Определяем скорость потока жидкости, проходящее через диск винта:
Определяем давление в потоке на бесконечности
Определяем дисковое отношение, необходимое для выбора диаграммы расчета гребного винта:
где z – число валов
- число лопастей
– давление воды при комнатной температуре, кПа
Определяем частоту гребного винта:
где - количество оборотов гребного винта, об/мин
Определяем коэффициент задания :
Определяем относительную поступь по диаграмме для расчета гребных винтов
Определяем диаметра винта
12 Определяем коэффициент упора:
13 Определяем КПД, учитывающий влияние корпуса судна
14 Определяем пропульсивный КПД:
где – КПД винта, который определяем по диаграмме для расчета гребного винта
15 Определяем мощность электродвигателя:
где - буксировочная мощность, кВт определяется по графикам в Приложении
- КПД валопровода
- КПД передачи мощности
Вычисления:
=12,5 узлов
=12,5*0,514=6,43 м/с
Wt=0,5*0,655+0,02=0,35
t=0,7*0,35=0,25
Т=82,93/(1-0,25)=62,19 кН
Dmax=0,75*4,5=3,38 м
va=6,43*(1-0,35)=4,18 м/с
Po=101+(4,5/2)*10,05=123,61 кПа
=(1,5+0,35*4)* 62,19/((123,61-2,3)*3,382)+0,2 = 0,33
1=80/60=1,33 об/с
2=100/60=1,66 об/с
3=120/60=2 об/с
4=140/60=2,33 об/с
Knt1=4,18/√1,33*4√(1,025/62,19)=1,31
Knt2=4,18/√1,66*4√(1,025/62,19)=1,17
Knt3=4,18/√2*4√(1,025/62,19)= 1,07
Knt4=4,18/√2,33*4√(1,025/62,19)=0,98
D1=4,18/(0,8*1,33)=3,93 м
D2=4,18/(0,72*1,66)=3,49 м
D3=4,18/(0,65*2)=3,22 м
D4=4,18/(0,6*2,33)=2,99 м
Отказываюсь от дальнейшего расчета 1, 2 т.к. D> Dmax и ввожу 5=160 об/мин,
Knt5=4,18/√2,66*4√(1,025/62,19)= 0,92
Knt6=4,18/√3*4√(1,025/62,19)=0,87
D5=4,18/(0,57*2,66)=2,75 м
D6=4,18/(0,53*3)=2,63 м
Kt3=62,19/(1,025*22*3,224)= 0,141
Kt4=62,19 /(1,025*2,332*2,994)=0,139
Kt5=62,19/(1,025*2,662*2,754)=0,15
Kt6=62,19/(1,025*32*2,634)=0,14
=(1-0,25)/(1-0,35)=1,15
3=0,67*1,15=0,77
4=0,65*1,15=0,75
5=0,64*1,15=0,74
6=0,63*1,15=0,72
Ne3=547,32/(0,77*0,98*0,8)=910,68 кВт
Ne4=547,32/(0,75*0,98*0,8)=927,66 кВт
Ne5=547,32/(0,74*0,98*0,8)=943,66 кВт
Ne6=547,32/(0,72*0,98*0,8)=977,36 кВт
Таблица 2. Расчет гребного винта, обеспечивающего заданную скорость
, об/мин
|
80
|
100
|
120
|
140
|
160
|
180
|
, об/с
|
1,33
|
1,66
|
2
|
2,33
|
2,66
|
3
|
Кnt
|
1,31
|
1,17
|
1,07
|
0,98
|
0,92
|
0,87
|
J
|
0,8
|
0,72
|
0,65
|
0,6
|
0,57
|
0,53
|
D,м
|
3,93
|
3,49
|
3,22
|
2,99
|
2,75
|
2,63
|
Kt
|
|
|
0,141
|
0,139
|
0,15
|
0,14
|
|
|
|
0,67
|
0,65
|
0,64
|
0,63
|
|
|
|
0,77
|
0,75
|
0,74
|
0,72
|
Ne, кВт
|
|
|
910,68
|
927,66
|
943,66
|
977,36
|
Выбираем наиболее оптимальный двигатель “Yanmar” T260series =1030(кВт), число оборотов n=700 (об/мин). Принимаем передаточное число редуктора
по i=5,8 для уменьшения оборотов винта.
(об/мин)
Хотя выбранный двигатель и имеет несколько большую, чем требуемая мощность, но в силу различия в частоте вращения скорость судна в принципе может и уменьшиться, поэтому проводим расчет снова, учитывая факторы выше.
v=6,43 м/с
v-5%=6,11 м/с
v-+5%=6,75 м/с
v+10%=7,07 м/с
v+15%=7,39 м/с
va1=6,11*(1-0,35)=3,97 м/с
va2=6,43*(1-0,35)= 4,18 м/с
va3=6,75*(1-0,35)=4,39 м/с
va4=7,07*(1-0,35)=4,59 м/с
va5=7,39*(1-0,35)=4,8 м/с
Т1=85,49/(1-0,25)=113,99 кН
Т2=89,97/(1-0,25)=119,96 кН
Т3=94,45/(1-0,25)=125,93 кН
Т4=98,93/(1-0,25)=131,91 кН
Т5=103,41/(1-0,25)=137,88 кН
Knt1=3,97/√2*4√(1,025/113,99)=0,87
Knt2=4,18/√2*4√(1,025/119,96)=0,89
Knt3=4,39/√2*4√(1,025/125,93)=0,93
Knt4=4,59/√2*4√(1,025/131,91)=0,94
Knt5=4,8/√2*4√(1,025/137,88)=0,99
D1=3,96 /(0,63*2)=3,14 м
D2=4,17 /(0,65*2)=3,21 м
D3=4,38 /(0,68*2)=3,22 м
D4=4,59 /(0,69*2)=3,33 м
D5=4,8 /(0,72*2)=3,34 м
Kt1=113,99 /(1,025*22*3,144)=0,29
Kt2=119,96 /(1,025*22*3,214)=0,28
Kt3=125,93 /(1,025*22*3,224)=0,29
Kt4=131,91 /(1,025*22*3,334)=0,26
Kt5=137,88 /(1,025*22*3,344)=0,27
1=0,55*1,15=0,63
2=0,57*1,15=0,66
3=0,57*1,15=0,66
4=0,61*1,15=0,7
5=0,61*1,15=0,7
Ne1=593,34/(0,63*0,98*0,8)=1210,89 кВт
Ne2=624,41/(0,66*0,98*0,8)=1224,33 кВт
Ne3=655,49/(0,66*0,98*0,8)=1285,27 кВт
Ne4=686,56/(0,7*0,98*0,8)=1295,39 кВт
Ne5=717,64/(0,7*0,98*0,8)=1354,04 кВт
Таблица 3. Расчет винта, обеспечивающего максимальную скорость
v, м/с
|
6,11
|
6,43
|
6,75
|
7,07
|
7,39
|
va, м/с
|
3,97
|
4,18
|
4,39
|
4,59
|
4,8
|
Те, кН
|
85,49
|
89,97
|
94,45
|
98,93
|
103,41
|
Т, кН
|
113,99
|
119,96
|
125,93
|
131,91
|
137,88
|
Кnt
|
0,87
|
0,89
|
0,93
|
0,94
|
0,99
|
J
|
0,63
|
0,65
|
0,68
|
0,69
|
0,72
|
D
|
3,14
|
3,21
|
3,22
|
3,33
|
3,34
|
Kt
|
0,29
|
0,28
|
0,29
|
0,26
|
0,27
|
η.в
|
0,55
|
0,57
|
0,57
|
0,61
|
0,61
|
|
0,63
|
0,66
|
0,66
|
0,7
|
0,7
|
Ne, кВт
|
1210,89
|
1224,33
|
1285,27
|
1295,39
|
1354,04
|
График N(v)
График D(v)
Заключение
В данной курсовой работе я произвёл расчёт на сопротивление воды и буксировочную мощность судна на основе его относительных характеристик, а также расчёт гребного винта, обеспечивающего заданную скорость и расчёт гребного винта, обеспечивающего максимальную скорость, составил графики зависимости, рассчитал геометрические размеры гребного винта. По полученным расчётным данным, представленным в курсовой работе, я подобрал оптимальный двигатель для танкера: “Yanmar” T260series с РS=1030кВт, n=700 об/мин. По графикам N(v) и D(v) определяем v=5,19 м/с и D=2,67 м.
Список использованной литературы
Жинкин В.Б.Теория и устройство корабля: Учебник. – 3-е изд., стереотип. – СПб.:Судостроение, 2002.- 336 с., ил.
Трифонов Г.А., Кубрин С.С. Анализ отечественного флота лесовозов//Морские вести России. 2014. № 5. С.- 116-121.
https://poznayka.org/
https://flot.com/
Поделитесь с Вашими друзьями: |
