Расчет движителя на полное использование мощности главных СЭУ
3.1 Расчет оптимального открытого винта
Расчет производится в таблице 5 для винтов с теми же характеристиками, что и в предыдущем разделе при следующих исходных данных.
Мощность, подведенная к движителю P D , кВт.
P D = P S S ; P D =589*0,97; P D =571. (21)
Коэффициент засасывания в швартовном режиме
t0 =0,030 для нетоннельной формы кормы,
t0 =0,035 для тоннельной формы кормы.
Дальнейший расчет производится в таблице 5 методом последовательных приближений. Первое приближение выполняется при скорости судна u, определенной в задании на проект.
Если при заданной скорости суммарная тяга винтов окажется больше, чем сопротивление, расчет необходимо повторить при несколько большей скорости судна; в противном случае скорость судна необходимо уменьшить и расчет вновь повторить. Расчет заканчивается при условии отличия суммарной тяги от сопротивления не более чем на 1%. Для контроля точности работы с диаграммой необходимо рассчитать коэффициент момента двигателя K QД при номинальном
режиме. K QД = P D
2 n3D5 ;
K QД =571/2*3,14*6,03*1,935=; K QД =0,019, (22)
величина которого должна быть равна величине коэффициента момента движителя KQ (строка 6 таблицы 5) и, при необходимости, откорректировать значения характеристик движителя, снятых с диаграммВ. данном численном примере удовлетворительный результат получен уже в первом приближении.
|
|
|
Таким образом, при установке на судне двух открытых четырехлопастных винтов с оптимальным диаметром D=1,93 м, шаговым отношением Pp/D=0,70 и дисковым отношением AE/A0=0,55, судно развивает скорость u=6,0 м/с =21,6 км/час, что удовлетворяет условию задания (u=21,6 км/час).
Таблица 5 - Расчет оптимального винта
| Исходные данные: =6,0 м/с; W T =0,181; tо=0,03; R=111 кН; P D = 571 кВт; n =5,67 с-1; ZЛ=4; A A =0,55; K =0,019. E 0 QД | |||||
| № | Расчетные величины | Разм | Численные значения | ||
| 1 | Скорость судна | м/с | 6,0 | ||
| 2 | Скорость винта P = (1 -W T ) или P = P (1-W T )(1- DW T ) для толкача | м/с | 4,92 | ||
| 3 | Коэффициент задания K = 2, 94 P 4 P NQ n P D | - | 1,85 | ||
| 4 | Относительная поступь J = f (K NQ ) (по диаграмме) | - | 0,45 | ||
| 5 | Шаговое отношение PP/D=f( K NQ ) (по диаграмме) | - | 0,70 | ||
| 6 | Коэффициент момента KQ=f( K NQ ) (по диаграмме) | - | 0,019 | ||
| 7 | Коэффициент упора K T = f (J, P P / D) (по диаграмме) | 0,146 | |||
| 8 | Оптимальный диаметр винта D = P nJ | м | 1,93 | ||
| 9 | Площадь диска винта A0 = 0,25 D2 | м2 | 2,92 | ||
| 10 | Упор движителя T P = K T n2D4 | кН | 65,6 | ||
| 11 | Осевая вызванная скорость = 0,75 [ - + ( 2 + 2T P ) 0,48 ] P P P A0 | м/с | 2,04 | ||
| 12 | Коэффициент засасывания t = 2 W T P + 0, 5t0 P P 2 + P P | - | 0,136 | ||
| 13 | Суммарная тяга винтов åT E = T P (1- t P )z P | кН | 111 | ||
| 14 | Сопротивление R = f ( ) | кН | 111 | ||
Если в данном разделе оптимальный диаметр винтов окажется больше максимально возможного из условия их размещения под кормой судна D > Dmax =2,18 м, необходимо спроектировать тоннельную форму кормы, при этом максимальный диаметр винтов может быть увеличен
|
|
|
до значения
Dmax =(1,1-1,25) Т. Если же и в этом случае D > Dmax ,
необходимо принять D = Dmax , и повторить расчеты по схеме следующего раздела, характеристики винтов при этом не будут оптимальЭнфыфмеик.тивность работы винтов оценивается его коэффициентом
полезного действия P
(КПД).
P = JK T / 2 K Q ; P = 0,45*0,146/2*3,14*0,019; P =0,55. (23)
3.2 Расчет открытого винта при заданном его диаметре
Расчет производится в таблице 6 для винтов с теми же диаграммными геометрическими характеристиками, что и в предыдущем разделе, при следующих исходных данных.
|
|
|
Мощность, подведенная к движителю, P D , кВт.
P D = P S S ; P D =589*0,97; P D =571. (24)
Диаметр винтов D, м.
D= Dmax =2,18.
Коэффициент попутного потока W T .
W T = 0,043 + ;
0,16 * 0,8382 3 3025
W T = 0, 043* 0,838 +
2 2,18
; W T =0,181. (25)
Коэффициент момента двигателя K QД .
K QД = P D / 2 n3D5 ;
|
Площадь диска винта
A , м2.
|
A =0,25*3,14*2,182; A =3,73. (27)
|
|
Если при заданной скорости суммарная тяга винтов окажется больше, чем сопротивление, расчет необходимо повторить при несколько большей скорости судна; в противном случае скорость судна необходимо уменьшить и расчет вновь повторить. Расчет заканчивается при условии отличия суммарной тяги от сопротивления не более чем на 1%. В данном численном примере приведен результат последнего приближения.
|
|
|
Таблица 6 - Расчет винта с заданным диаметром
| Исходные данные: =6,0 м/с; R=111 кН; P D = 571 кВт; ZЛ=4; A E A0 =0,55; A0 = 3,73; t0=0,03; K QД =0,010. | |||||
| № | Расчетные величины | Разм | Численные знач. | ||
| 1 | Скорость судна | м/с | 5,80 | ||
| 2 | Скорость винта P = (1 -W T ) или P =(1-W T )(1- W T ) для толкача | м/с | 4,75 | ||
| 3 | Относительная поступь J = p / nD | - | 0,385 | ||
| 4 | Шаговое отношение PP/D=f( J , K QД ) (по диаграмме) | - | 0,520 | ||
| 5 | Коэффициент упора K T = f (J, P P / D) (по диаграмме) | 0,085 | |||
| 6 | Упор движителя T P = K T n2D4 | кН | 61,6 | ||
| 7 | Осевая вызванная скорость = 0,75 [ - + ( 2 + 2T P ) 0 , 48 ] P P P A 0 | м/с | 1,60 | ||
| 8 | Коэффициент засасывания t = 2 W T P + 0, 5t0 P P 2 + P P | - | 0,139 | ||
| 9 | Суммарная тяга винтов åTE = TP (1 - tP ) | кН | 106 | ||
| 10 | Сопротивление R = f ( ) | кН | 106 | ||
Таким образом, при установке на судне двух открытых четырехлопастных винтов с диаметром D=2,18 м, шаговым отношением Pp/D=0,52 и дисковым отношением AE/A0=0,55, судно развивает
скорость u=5,80 м/с =20,9 км/час, что не удовлетворяет условию задания (u=21,6 км/час), так как винт не оптимален, то есть его КПД P при меньшем в данном случае шаговом отношении имеет меньшее значение:
P = JK T / 2 K Q ; P = 0,385*0,085/2*3,14*0,01; P =0,513. (28)
3.3 Расчет оптимального комплекса винт - насадка
Расчет производится в таблице 7 для КВН с характеристиками, приведенными в Приложении, при следующих исходных данных.
Мощность, подведенная к движителю P D , кВт.
P D = P S S ; P D =589*0,97; P D =571.
Коэффициент попутного потока W T .
W T = 0,043 + ;
0,16 * 0,8382 3 3025
W T = 0, 043* 0,838 +
2 2,18
; W T =0,181. (29)
Коэффициент засасывания на швартовном режиме t0 .
t0 =0,030 для нетоннельной формы кормы,
t0 =0,035 для тоннельной формы кормы.
Эмпирические коэффициенты, учитывающие особенности геометрических характеристик насадки:
-коэффициент, учитывающий расширение насадки k D
k D = 0,5( D - 1,16) ; k D =0,5*(1,12-1,16); k D =-0,02; (30)
 | |
- коэффициент, учитывающий удлинение насадки k lD
k lD = 0,04(l D -0,8) -0,02(l D -0,8)2 ;
k lD =0,04(0,6-0,8)-0,02(0,6-0,8); k lD =-0,0088, (31)
где
l D =0,6 – относительная длина насадки;
D =1,12 (Согласно
Приложению).
Коэффициент засасывания насадки в швартовном режиме t D 0 .
t D0 = [0,64 + 0,339th(10,7 D -12,6) + k D ](1 + k lD ) ;
t D 0 =[0,64+0,339*th(10,7*1,3-12,6)-0,02](1-0,0088); t D 0 =0,905. (32)
Дальнейший расчет производится в таблице 7 методом последовательных приближений.
Таблица 7 - Расчет оптимального КВН
| Исходные данные: =6,0 м/с; R = f () ; P D = 571 кВт; n =5,67 с-1; ZЛ=4; A E A0 =0,58; l D =0,6 D =1,12; D =1,30; t D0 = 0,905. | |||||
| № | Расчетные величины | Разм | Численные значения | ||
| 1 | Скорость судна | м/с | 6,18 | ||
| 2 | Скорость винта P = (1 -W T ) или P =(1-W T )(1- W T ) для толкача | м/с | 5,06 | ||
| 3 | Коэффициент задания K = 2,94 P 4 P NQ n P D | - | 1,93 | ||
| 4 | Относительная поступь J = f (K NQ ) (по диаграмме) | - | 0,492 | ||
| 5 | Шаговое отношение PP/D=f( K NQ ) (по диаграмме) | - | 0,94 | ||
| 6 | Коэффициент момента движителя KQD=f( K NQ ) (по диаграмме) | - | 0,0253 | ||
| 7 | Коэффициент упора K TD = f (J, P P / D) (по диаграмме) | 0,209 | |||
| 8 | Оптимальный диаметр винта D = P nJ | м | 1,82 | ||
| 9 | Площадь диска винта A0 = 0,25 D2 | м2 | 2,59 | ||
| 10 | Упор движителя T D = K TD n2D 4 | кН | 73,0 | ||
| 11 | Осевая вызванная скорость = 1 {- +[ 2 2 + 2T D (1 + t D0 )]0,48} P 1 + 1,2t D0 P D P D A0 | м/с | 1,55 | ||
| 12 | Коэффициент засасывания t = 2 W T P + 0 ,5 t 0 P P 2 + P P | - | 0,161 | ||
| 13 | Суммарная тяга движителей åTE = ZPTD (1 - tP ) | кН | 122,5 | ||
| 14 | Сопротивление R = f ( ) | кН | 122,3 | ||
Первое приближение выполняется при скорости судна u, определенной в задании на проект.
Если при заданной скорости суммарная тяга винтов окажется больше, чем сопротивление, расчет необходимо повторить при несколько большей скорости судна; в противном случае скорость судна необходимо уменьшить и расчет вновь повторить.
Расчет заканчивается при условии отличия суммарной тяги от сопротивления не более, чем на 1%. В данном примере приведено последнее приближение.
Таким образом, при установке на судне двух четырехлопастных винтов в поворотных насадках с оптимальным диаметром D=1,82 м, шаговым отношением Pp/D=0,94 и дисковым отношением AE/A0=0,58, судно развивает скорость u=6,2 м/с =22,3 км/час, что превышает условия задания (u=21,6 км/час).
Работать с диаграммами необходимо тщательно, контролируя результаты расчета условием, чтобы коэффициент момента движителя
K QD
(6 строка) был равен коэффициенту момента двигателя K QД .
|
Если в данном разделе оптимальный диаметр винтов окажется больше максимально возможного из условия их размещения под кормой судна D > Dmax =2,18 м, необходимо спроектировать тоннельную форму кормы, при этом максимальный диаметр винтов может быть увеличен
до значения
Dmax =1,1-1,25 Т. Если же и в этом случае D > Dmax ,
необходимо принять D = Dmax , и повторить расчеты по схеме следующего раздела; характеристики винтов при этом не будут оптимальЭнфыфмеик.тивность работы КВН оценивается его коэффициентом полезного действия PD (КПД).
PD = JK TD / 2 K QD ; PD = 0,492*0,202/2*3,14*0,025; PD =0,633. (34)
3.4 Расчет КВН при заданном диаметре винта
Расчет производится в таблице 8 для КВН с теми же характеристиками, что и в предыдущем разделе, при следующих исходных данных.
Мощность, подведенная к движителю P D , кВт.
P D = P S S ; P D =589*0,97; P D =571. (35)
Диаметр винтов D, м.
D = Dmax =2,18.
Коэффициент попутного потока W T .
W T = 0,043 +
W T = 0, 043* 0,838 +
0,16 * 0,8382 3 3025
2 2,18
; W T =0,181. (36)
Коэффициент засасывания на швартовном режиме t0 .
t0 =0,030 .
Коэффициент момента двигателя (движителя) K QД .
K QД = P D / 2 n3D5 ;
|
Площадь диска винта
A , м2
|
A =0,25*3,14*2,182; A =3,73. (38)
|
|
Если при заданной скорости суммарная тяга КВН окажется больше, чем сопротивление, расчет необходимо повторить при несколько большей скорости судна; в противном случае скорость судна необходимо уменьшить и расчет вновь повторить.
Расчет заканчивается при условии отличия суммарной тяги от сопротивления не более чем на 1%. В данном численном примере приведен результат расчета при заданной скорости (первого и последнего приближения).
Таким образом, при установке на судне двух четырехлопастных винтов в поворотных насадках с диаметром D=2,18 м, шаговым отношением Pp/D=0,65 и дисковым отношением AE/A0=0,58, судно развивает скорость u=6,0 м/с =21,6 км/час, что удовлетворяет условию задания (u=21,6 км/час).
Винт в этом случае не оптимален, то есть его КПД P
меньшее значение.
имеет
P = JK TD / 2 K QD ; P = 0,398*0,09/2*3,14*0,01; P =0,562. (38)
Таблица 8 - Расчет КВН с заданным диаметром винта
| Исходные данные:. =6,0 м/с; R = f () ; P D = 571 кВт; n =5,67 с-1; D=2,18 м, ZЛ=4; A E A0 =0,58; b=1,65; iD=1; l D =0,6 D =1,12; D =1,30; t D0 = 0,905, K QД =0,010. | |||||
| № | Расчетные величины | Разм | Численные значения | ||
| 1 | Скорость судна | м/с | 6,0 | ||
| 2 | Скорость КВН Р = (1 - W T ) или P =(1-W T )(1- W T ) для толкача | м/с | 4,92 | ||
| 3 | Относительная поступь J = p / nD | - | 0,398 | ||
| 4 | Шаговое отношение PP/D=f( J , K QД ) (по диаграмме) | - | 0,650 | ||
| 5 | Коэффициент упора K TD = f (J, P P / D) (по диаграмме) | 0,090 | |||
| 6 | Упор движителя T D = K TD n2D 4 | кН | 51,0 | ||
| 7 | Осевая вызванная скорость = 1 {- +[2 2 + 2T D (1+ t D0 )]0,48} P 1+1,2t P D P D A D0 0 | м/с | 1,04 | ||
| 8 | Коэффициент засасывания t = 2 W T P + 0, 5t0 P P 2 + P P | - | 0,139 | ||
| 9 | Суммарная тяга движителей åTE = TD (1 - tP ) | кН | 112 | ||
| 10 | Сопротивление R = f ( ) | кН | 111 | ||
4 
Проверка дискового отношения винтов
4.1 Проверка на прочность
Минимально необходимое дисковое отношение винтов из
условия прочности лопастей ( A E A0 )пр вычисляется по формуле:
( A A ) = 0,44( c¢Z Л )0,667 3 m T
, (39)
E 0 пр D 1 P
где c¢ =0,065 для углеродистой стали, c¢ =0,055 для нержавеющей стали
или бронзы,
m1 =2,5 для ледоколов,
m1 =1,75 для судов, работающих в
битом льду,
m1 =1,5 для буксиров – толкачей,
m1 =1,15 для грузовых и
пассажирских судов.
Упор винтов в насадках определяется путем расчетов по следующим формулам (численный пример приведен для оптимального КВН). При этом предварительно рассчитываются следующие параметры:
- коэффициент нагрузки по упору С TD
С TD
= 8T D
|
; С TD =
8* 73, 0
3,14 *1* 5, 0621,822
; С TD =2,20; (40)
- коэффициент засасывания насадки t D
|
= 0,972 * 2, 2 ; t =0,369; (41)
|
3, 6 + C TD 3, 6 + 2, 2
- упор винта внутри насадки T P , кН
T P =
T D
1 + t D
; T P
= 73, 0
1+ 0,369
; T P =53,3. (42)
Минимально необходимое дисковое отношение винтов из условия прочности лопастей равно:
( A E
A0 )пр
= 0,44( 0,065 * 4 )0,667 3 1,15 * 53,0 =0,474; (43)
1,82
так как оно меньше принятого по диаграмме (0,58), винт прочен.
Если минимально необходимое
( A E A0 )пр окажется больше
принятого по диаграмме, необходимо выбрать диаграмму с большим дисковым отношением и расчеты повторить.
4.2. Проверка на кавитацию
Минимально необходимое дисковое отношение винтов из условия отсутствия второй стадии кавитации на лопастях винтов
( A E
A0 )кав
вычисляется по формуле:
(A A )
= (1,5+0,35Z Л)T P +0,2,
(44)
E 0 кав
(р + gh -p )D2 Z
а B Л
где ра=101 кН/м2 – атмосферное давление, h B »0,5Т –глубина
погружения оси винта под ватерлинию; насыщенных паров воды.
p =1,72 кН/м2 – давление
Минимально необходимое дисковое отношение винтов из
условия отсутствия второй стадии кавитации на лопастях винтов равно:
( A A ) =
(1, 5 + 0,35 * 4)*53,3 + 0, 2 ;
E 0 кав
(101+1* 9,81*1, 45 -1, 72)*1,822 4
( A E A0 )кав =0,463
Так как минимально необходимое
( A E A0 )кав
меньше
принятого по диаграмме (0,58), вторая стадии кавитации не наступает.
Если минимально необходимое
( A E A0 )кав окажется больше
принятого по диаграмме, необходимо выбрать диаграмму с большим дисковым отношением и расчеты повторить.
Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 95; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!