Расчет гребного винта на полное использование мощности энергетической установки

Расчет производится по следующей схеме.

По диаметру винта D_I, определенному в первом приближении, уточняются значения коэффициентов взаимодействия движительного комплекса и корпуса судна.

 При расчете винтов в направляющей насадке коэффициент попутного потока определяется по формуле:

ψ_н = 2 ∙ t ₀ = 2 ∙ 0,028 =0,056,

t ₀ – коэффициент засасывания корпуса в швартовном режиме, вычисляемый по выражению:

t ₀ =

где x_k – коэффициент полноты площади кормового подзора перед входным сечением направляющей насадки в плоскости батокса, где располагается ось гребного вала, определяется по формуле:

,

где S_k – площадь кормового подзора; 

       D – диаметр гребного винта;

       h_k – величина кормового свеса.

Если судно не имеет тоннеля, то h_k = 0.

При отсутствии теоретического чертежа, позволяющего определить S_k, можно принять x_k = 2,5..3,0.

Коэффициент засасывания рассчитывается по следующей формуле:

t_н = t₀ ∙ 0,028 ∙ ,

где – коэффициент нагрузки комплекса по упору, вычисляемый по выражению:

,

где P_e – полезная тяга, кН, определяемая как P_e =

        – плотность воды, т/м;

       v – скорость хода судна, м/с;

       F_p – площадь гидравлического сечения винта, м2, определяемая по формуле:

F_p = .

Уточняется значение числа лопастей z и дисковое отношение . Выбор числа лопастей производится с точки зрения эффективности работы гребного винта по величине коэффициента K_dꞌ, рассчитываемого по формуле

К_d ꞌ = D ∙ v_e ∙ .

Если K_d ꞌ , то z = 3, если K_d ꞌ , то z = 4.

Дисковое отношение выбирается с учетом двух условий:

1). Обеспечение достаточной прочности лопастей и ограничение относительной толщины сечения лопасти на радиусе r = 6, неравенством 0  0,08 (поскольку при 0  0,08 заметно снижается КПД гребного винта из-за возрастания профильных потерь)

 

где   сꞌ – коэффициент, зависящий от материала лопасти.

        В большинстве случаев гребные винты изготавливают из стали, реже из чугуна, для быстроходных судов – из латуни и бронзы,

  сꞌ = 0, 065 – для углеродистой стали и латуни;

 - предельное значение относительной толщины лопасти на относительном радиусе винта r = 6, для винтов в направляющих насадках допускается принимать  = 0,1;

mꞌ – коэффициент возможной максимальной нагрузки на лопасть, принимающий следующее значение:

         mꞌ = 1,15 – для всех прочих судов (грузовых, пассажирских и других).

2) Отсутствие кавитации винта:

для винтов в направляющих насадках:

,

где P_k – упор движительного комплекса, кН;

p_s – абсолютное гидростатическое давление на уровне оси гребного винта, вычисляемое по выражению: 

p_s = p_a + = 101,3 9,81 ∙ 2,18 – 1,7 = 120,99,

       p_a - атмосферное давление, равное p_a = 101,3 кПа;

        - удельный вес воды, равный ;

 - давление насыщенных паров, принимаемое для температуры 15°С равным  = 1,7 кПа;

  - глубина погружения оси гребного винта, м, равная

 = T – 0,5 ∙ D_I = 3,53 – 0,5 ∙2,7 = 2,18.

Расчетное дисковое отношение принимается равным большему из полученных значений  = 0,55.

Дальнейший расчет выполняется в табличной форме. Пример расчета для открытого винта приведен в табл. 3.1. 

При заданной скорости хода судна v определяется коэффициент  , по которому с машинной диаграммы (с соответствующими значениями z и ) снимается величина относительной поступи λ_е. Для учета несоответствия диаметра винта, полученного в расчете и в натурных испытаниях, снятое с диаграммы значение λ_е умножается на коэффициент а, принимаемый равным:

        а = 1,03 – для двухвальной установки.

 Оптимальный диаметр винта вычисляется в зависимости от относительной поступи λр’. При расчете коэффициента упора К₁ в каждом приближении упор Р берется из предыдущего приближения.

С соответствующей корпусной диаграммы снимаются значения шагового отношения Н/D и КПД винта в свободной воде η_p . Затем определяется упор Р с использованием мощности N_е, потребляемой движителем, которая вычисляется по формуле:

N_е = N_е ∙ η_в ∙ η_r = 530 ∙ 0,97 ∙ 0,97 = 498,68,

В зависимости от полученного значения упора рассчитывается сопротивление движению судна, и с графика R = f (v) на рис. 1.1 снимается величина скорости хода. Расчет ведется методом последовательных приближений до совпадения значений скорости в расчете и на кривой R = f (v).

Таблица 2.1. Расчет движителя на полное использование мощности энергетической установки

Расчетные величины и формулы	Последовательные приближения
	v1	V2
v, м/с	5	4,9
ve = v ∙ (1- Y ) , м/с	4,72	4,63
Knꞌꞌ =	1,99	1,95
	0,48	0,46
	0,49	0,47
Dopt =	2,02	2,07
K1 =	0,18	0,16
	0,89	0,86
	0,63	0,61
P =	66,56	65,7
R = x ∙ P ∙ (1 - t), кН	121,4	120
V = f ( R ),м/с (по рис 1.1)	4,9	4,9

Расчёт характеристик СЭУ

4.1.Ограничительная характеристика двигателя представляет собой зависимость эффективной мощности N_е от частоты вращения гребного вала n. При расчёте ходовых характеристик судна рекомендуется использовать характеристики двигателя, полученные во время стендовых испытаний. В случае их отсутствия можно принять линейную зависимость для двигателя без наддува

N_е = N_е0 ∙ ,

Для дальнейших расчётов целесообразно представить ограничительную характеристику в безразмерном виде

.

Таблица 4.1. Ограничительная характеристика двигателя

Расчетные величины и формулы	Ед. измерения	Частота вращения в долях от ее номинального значения
		0,5n	0,75n0	n0	1,03n0
n	c-1	2,39	3,58	4,77	4,91
Nе = Nе0 ∙		265,56	397,78	530	545,56
		0,15	0,046	0,019	0,018

По результатам расчёта строится ограничительная характеристика в виде зависимостей N_е = f (n), K₂^дв = f (n) (см. рис. 4.1).

Рис. 4.1. Ограничительная характеристика двигателя

4.2. Расчёт динамических характеристик винта

Расчёт динамических характеристик производится в табличной форме (табл. 4.2) для пяти значений относительной поступи в диапазоне от нуля до поступи нулевого упора (при К₁ = 0). Величина  принимается равной значению  из последнего приближения в табл. 3.1 или λ_р из табл. 3.2. Таблица 4.2. Расчёт динамических характеристик

Расчетные величины и формулы	Относительная поступь
	0	0,17	0,34	0,53	0,7
K1 = f( )	0,39	0,31	0,26	0,18	0,09
K2 = f( )	0,028	0,029	0,024	0,021	0,016
S1 = 1 -	1	0,81	0,61	0,38	0,17
t =	0,037	0,041	0,054	0,087	0,19
Ke = K1(1 -t)	0,38	0,29	0,25	0,16	0,07

В таблице приняты следующие обозначения:

 S₁ – относительное скольжение винта;

t₀ – коэффициент засасывания на швартовах, определяемый по выражению: t₀ =  t^рас  ∙ S₁ ,           

t^рас – коэффициент засасывания, рассчитанный в п. 3.1.

4.3 Расчёт ходовых характеристик судна

Расчет ходовых характеристик производится по схеме табл. 4.3, 4.4. Табл. 4.4 выполняется для нескольких значений частоты вращения: n = 0,5 n₀, n = 0,75 n₀, n = n₀ .

Таблица 4.3. Расчёт ходовых характеристик при Мдв = const

Расчетные величины и формулы	Относительная поступь
	0	0,17	0,34	0,53	0,7
n = f (K2),c-1	4,0	4,1	4,5	4,6	5
Ne = f(n), кВТ	450	455	500	510	550
xPe = x ∙ Ke ∙  ∙ n 2 ∙ D 4 , кН
v = ∙ n ∙ D / (1 - ψ), м/с

Таблица 4.4. Расчёт ходовых характеристик при n =2,39 = const

Расчетные величины и формулы	Относительная поступь
	0	0,17	0,34	0,53	0,7
Ne = ,кВТ	9,69	10,04	8,31	7,27	5,54
xPe = x ∙ Ke ∙ ,кН	79,68	60,80	52,42	33,55	14,68
v = ∙ n ∙ D / (1 - ψ), м/с	0	0,89	1,78	2,78	3,69

 

Таблица 4.4. Расчёт ходовых характеристик при n =3,58 = const

Расчетные величины и формулы	Относительная поступь
	0	0,17	0,34	0,53	0,7
Ne = ,кВТ	32,6	29,12	24,10	21,09	16,07
xPe = x ∙ Ke ∙ ,кН	178,89	136,52	117,69	75,32	32,95
v = ∙ n ∙ D / (1 - ψ), м/с	0	1,33	2,67	4,16	5,49

 

Таблица 4.4. Расчёт ходовых характеристик при n = 4,77 =const

Расчетные величины и формулы	Относительная поступь
	0	0,17	0,34	0,53	0,7
Ne = ,кВТ	77,07	79,82	66,06	57,79	44,04
xPe = x ∙ Ke ∙ ,кН	317,44	242,26	208,85	133,66	58,48
v = ∙ n ∙ D / (1 - ψ), м/с	0	1,78	3,55	5,54	7,32

 

5. Построение чертежа грибного винта

5 . 1Исходные данные для разработки чертежа гребного винта

Исходными данными для построения являются следующие величины, полученные в результате гидромеханического расчета гребного винт:

 - диаметр винта D = 2,07 м;

 - шаг винта H = 1,78 м;

 - число лопастей z = 4;

- дисковое отношение θ = 0,55;

- диаметр ступицы d₀= 0,41;

- диаметр гребного вала d_В = 136,05;

- форма контура лопасти - контур Трооста.

В учебных проектах диаметр ступицы принимается равным:

d₀ = 0,2 · D = 0,2 ∙ 2,07 = 0,41

Диаметр гребного вала d_В определим по выражению:

d_В = 0,025 · D + d_пр = 136,05;

где d_пр – диаметр промежуточного вала, мм, вычисляемый по формуле:

d_пр = 100 ·  136мм,

где N_e – мощность двигателя, кВт; 

n_м – частота вращения гребного винта, об/мин.

 

 

5.2. Спрямленный контур лопасти

Для построения спрямленного контура лопасти, прежде всего, следует вычислить среднюю ширину лопасти:

b_ср =  =

где R – радиус винта, м, R = D/2 = 2,07/2 = 1,035;

 r₀ – радиус ступицы, м, r₀ = d₀ /2 = 0,41/2 = 0,205.

Затем определяется максимальная ширина лопасти:

b_m = С · b_ср = 1,16 ∙ 0,55 = 0,64,

где С = 1,16.

Таблица 5.1. Ординаты спрямленного контура лопасти

r = r/R	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
r	0,207	0,311	0,41	0,52	0,62	0,72	0,83	0,93	1,04
x1,мм	156,4	176,8	190,4	193,8	197,2	193,8	163,2	108,8	-
X2,мм	98,6	108,8	119	125,8	136	146,2	149,6	146,2	81,6
br,мм	255	285,6	309,4	319,6	333,2	340	312,8	255	81,6
b1,мм	89250	99960	108290	113458	123284	136000	140760	122400	-

 

5.3 Расчёт толщин лопасти по ее длине.

Под толщиной лопасти на данном радиусе понимается наибольшая толщина соответствующего сечения лопасти, которую можно определить по диаграмме наибольших толщин.

 Для получения указанной диаграммы следует вычислить условную максимальную толщину на оси винта e₀ по формуле:

e₀ = e₀ · R = 0,09 ∙ 1,035 = 0,093м,

 а также максимальную толщину края лопасти e_R по формуле:

e_R = e_R · R = 0,007∙ 1,035 = 0,007м,

где e₀ , e_R – относительные толщины лопасти.

 

5.4 Профилирование лопасти гребного винта

Таблица 5.2. Значения подъемов и закруглений носика и хвостика профиля на различных радиусах, мм

r = r/R	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
em	76	67	59	50	42	33	24	15
yн	30,4	25,46	20,65	15,5	8,4	5,28	2,4	1,5
dн	29,64	23,45	19,47	15	10,92	7,26	4,8	3
yх	22,8	18,09	12,98	7	3,36	2,64	1,92	1,5
dх	14,44	12,06	10,03	8	6,72	5,28	3,84	3

Для построения закруглений носика и хвостика подъемы y_н и y_х наносятся по краям профиля вверх от горизонтальной прямой, соответствующей определенному радиусу. От полученных точек внутрь профиля откладываются диаметры d_н и d_х.

Толщина профиля e определяется как разность между ординатами засасывающей y_зас и нагнетающей y_наг сторон лопасти. Рассчитанные таким образом значения ординат приводятся в форме табл. 5.3

Таблица 5.3 Ординаты засасывающей и нагнетающей сторон лопасти, мм

r/R	Расстояние от ординаты с наибольшей толщиной до выходящей кромки					Расстояние от ординаты с наибольшей толщиной до выходящей кромки
	100%	80%	60%	40%	20%	20%	40%	60%	80%	100%
Ординаты засасывающей стороны
0.2		40,546	55,214	66,044	73,302	74,936	71,82	67,26	56,544
0.3		34,1365	47,972	58,156	64,856	65,928	62,98	57,486	48,575
0.4		28,143	41,4475	51,0645	57,23	57,938	55,0175	49,737	41,536
0.5		21,7	34,2	43,05	48,475	49,05	46,2	41,15	33,85
0.6		16,884	28,203	35,868	40,656	41,202	38,325	33,327	26,712
0.7		13,002	22,077	28,017	31,8945	32,208	29,304	24,717	18,81
0.8		9,828	16,272	20,472	23,208	23,28	20,472	16,488	11,58
0.9		6,7725	10,5	13,05	14,55	14,55	13,05	10,5	6,7725
Ординаты нагнетающей стороны
0.2		9,88	5,32	1,216	-	-	1,216	4,104	9,728
0.3		6,432	3,819	0,201	-	-	-	2,01	5,829
0.4		3,245	1,18	-	-	-	-	0,767	3,422
0.5		0,8	-	-	-	-	-	-	1,85
0.6		-	-	-	-	-	-	-	0,84

 

---

Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 304; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!