Судовая энергетическая установка обстановочного теплохода

 

 

  3 ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ РАЗДЕЛ

3.1 Расчеты сопротивления воды движению судна

 

Характеристики обстановочного теплохода проекта 457:

• длина по конструктивной ватерлинии L = 19,9 м.
• ширина на мидель–шпангоуте В = 3,3 м.
• осадка Т = 0,6 м.
• водоизмещение V = 23 м².
• коэффициент полноты δ = 0,582.
• смоченная поверхность Ω = 59 м².
• номинальная мощность двигателя N = 110 кВт.
• номинальная частота вращения П_н = 25 с^-1.
• тип движителя винтовой.
• диаметр гребного винта D = 0,7 м.
• количество винтов X = 1.
• расчетная скорость U = 19,5 км/ч.

В качестве движителя на судне установлен гребной винт, за которым расположен руль с пропорциональной перекладкой.

Расчёт сопротивления движению судна на глубокой воде выполнен методом пересчета с прототипа. В качестве прототипа принят грузовой теплоход проекта Р168.

Смоченная поверхность корпуса Ω, м²

 

, (3.1.1)

 

. 

 

Сравнительные значения характеристик обстановочного теплохода и судна-прототипа приведены в таблице.

Коэффициенты остаточного сопротивления судна–прототипа приняты по данным модельных испытаний.

Расчет сопротивления движению судна на глубокой воде выполнен в таблице 2.1.

Надбавка на шероховатость и выступающие части в расчете принята                   ∆ξ = 0,9 ·10^-3.

 

Таблица 3.1 — Сравнительные значения характеристик теплохода проекта 457 и судна–прототипа Вариант судна Проектируемое судно 6,03 5,5 0,582 7,00 7,30 Судно–прототип 6,85 6,65 0,862 7,15 8,70

 

Таблица 3.2 — Расчет сопротивления движению судна

Наименование величин	Значение
Число Фруда	0,04	0,08	0,12	0,16	0,20
Скорость судна , м/с	1,10	2,21	3,31	4,42	5,52
Коэффициент остаточного сопротивления судна–прототипа	1,00	0,70	0,70	1,20	1,80
Число Фруда по водоизмещению	0,11	0,21	0,32	0,43	0,53
Коэффициент æL/B	0,92	0,91	0,90	0,88	0,86
Коэффициент æ’L/B	1,02	1,02	1,03	1,03	1,03
Коэффициент KL/B	0,90	0,89	0,87	0,85	0,83
Коэффициент æB/T	0,98	0,98	0,97	0,97	0,97
Коэффициент æ’B/T	0,92	0,92	0,91	0,89	0,88
Коэффициент KB/T	1,07	1,07	1,07	1,09	1,10
Коэффициент æδ	1,40	1,40	1,45	1,57	1,63
Коэффициент æ’δ	1,13	1,13	1,14	1,18	1,18
Коэффициент K0	1,24	1,24	1,27	1,33	1,38
Коэффициент	7,82	7,82	7,82	7,82	7,82
Коэффициент	8,70	8,70	8,70	8,70	8,70
Коэффициент	1,11	1,11	1,11	1,11	1,11
Коэффициент	1,33	1,31	1,31	1,37	1,40
Коэффициент остаточного сопротивления судна ξ ξ K	1,33	0,92	0,92	1,64	2,52
Число Рейнольдса	0,54	1,10	1,64	2,19	2,73

 

 

 

 

Продолжение таблицы 3.2

Наименование величин	Значение
Коэффициент сопротивления трению    ξ	2,33	2,12	2,02	1,94	1,88
Коэффициент полного сопротивления   ξ 10 =  ( ξ + ξ + ξ )10	4,56	3,94	3,84	4,48	5,30
Сопротивление судна ξU H	19773	29494	49607	76886	102341
Расчетное сопротивление судна	1950	3803	7034	14657	29321
Скорость судна U, м/c	10,8	12,96	15,16	17,3	19,5

 

Кривая сопротивления движению судна представлена на рисунке 3.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3.1 – Кривая сопротивления движению судна

 

3.2 Определение потребной мощности судовой силовой установки

 

Для дальнейшего расчета принимаем скорость судна U = 4,72 м/с.

Мощность подведенная к гребному винту N_p, Вт

 

, (3.2.1)

 

где   – пропульсивный КПД движетеля, = 0,50…0,75. Принимаем = 0,5.

 

Вт = 120 кВт. 

Для обеспечения судна электроэнергией во время его движения используем валогенератор мощностью 5 кВт.

Тогда эксплуатационная мощность на фланце реверс-редукторной передачи, приходящаяся на один двигатель, N_e = 115 кВт.

3.3 Определение основных размеров главного двигателя

 

Среднее эффективное принимаем р_е = 0,74 МПа.

Число цилиндров принимаем L = 6.

Частоту вращения коленчатого вала принимаем n = 1500 мин^-1.

Величину отношения хода поршня к диаметру цилиндра принимаем .

Диаметр цилиндра D, м

 

, (3.3.1)

 

где  К – коэффициент тактности, К = 0,5.

 

м = 145 мм.

 

Ход поршня S, м

 

, (3.3.2)

м = 174 мм. 

 

Средняя скорость поршня С_m , м/с

 

, (3.3.3)

м/с. 

 

Таким образом, по определенным выше параметрам принимаем к установке двигатель 3Д6 (6ЧСП 5/18).

3.4 Расчет элементов гребного винта

 

Исходные данные:

• мощность главного двигателя N_p = 120 л. с.;
• частота вращения коленного вала n_дв = 1500 мин^-1;
• передаточное число реверс–редуктора i = 2,02;
• диаметр гребного винта Д = 0,7 м;
• число лопастей винта Z = 4;
• дисковое отношение Θ = 0,70.

Расчет элементов гребного винта выполнен в таблице 3.3.

 

Таблица 3.3 — Расчет элементов гребного винта
Расчетные формулы	Расчетные значения
U , м/с	4,9
(см. рисунок 2.1)	870
, м/с	3381
, кгс	1261
	0,394
	0,343

 

 

Продолжение таблицы 3.3

Расчетные формулы	Расчетные значения
	1,0
	0,39
	0,39
	120

 

Шаг гребного винта .

Проверка выбранного дискового отношения винта.

Минимально допустимое дисковое отношение винта из условия обеспечения предельного значения относительной толщины лопасти определяется

 

, (3.4.1)

 

_{где – предельное значение относительно толщины лопасти на радиусе                  = 0,1}

      _{–  упор гребного винта при расчетном режиме его работы, Р = 1261 кгс;}

      – коэффициент прочности для винтов из углеродистой стали, = 0,065;

      _{–  коэффициент, характеризующий возможную максимальную на         грузку на лопасть, = 1,5.}

 

< .

 

Величина принятого дискового отношения по этому критерию достаточна.

Минимально допустимая величина дискового отношения из условия отсутствия кавитации

 

, (3.4.2)

 

где   –  эмпирический коэффициент  = 1,3;

  –  кавитационная характеристика = 0,56;

     –  абсолютное гидростатическое давление на уровне оси винта,

 

;

 

  –  плотность воды, = 1000 кг/м³;

 –  глубина погружения оси гребного вала под ватерлинию, = 0,3 м.

Абсолютное гидростатическое давление на уровне оси винта из формулы

 

 кгс/см³, 

< . 

 

Дисковое отношение гребного винта окончательно принимаем равным 0,70.

Диаметр ступицы в плоскости диска винта принят

 

 м. 

 

Средняя ширина лопасти определяется по формуле

 

, (3.4.3)

 

где    –  радиус винта, м;

 –  радиус ступицы, = 0,07.

 

м.

 

Максимальная ширина лопасти определяется по формуле

 

, (3.4.4)

 

м.

 

Координаты контура спрямленной поверхности лопасти на различных относительных радиусах определены и представлены в таблице 3.4, где приняты обозначения

, –  отстояния от осевой линии лопасти до входящей и выходящей

кромок соответственно;

,  –  длина входящей и выходящей частей профиля соответственно;

  _{–  полная длина сечения лопасти на заднем относительном радиусе.}

 

Таблица 3.4 — Координаты контура лопасти
Параметр	Численное значение
	0,3	0,5	0,7	0,8	0,95
	0,526	0,576	0,514	0,417
, мм	148	162	145	118	0
	0,333	0,408	0,467	0,484
, мм	94	115	132	137	110
, мм	242	277	277	255	110
	0,35	0,35	0,35	0,35	0,35
, мм	85	97	112	118	60
, мм	157	180	165	137	50