“Расчёты ходкости и проектирование гребного винта”
Содержание курсовой работы
Определение смоченной поверхности
Расчёт сопротивления трения судна
Расчёт полного сопротивления движению судна по данным прототипа
Определение параметров гребного винта
Профилировка лопасти гребного винта
Проверка гребного винта на кавитацию
Проверочный расчёт прочности лопасти гребного винта
Расчёт паспортной диаграммы гребного винта
Определение веса гребного винта
Список используемой литературы
1. Определение смоченной поверхности
Исходные данные:
Главные размерения:
-длина судна по ГВЛ (L) = 150 м.
-ширина судна по ГВЛ (B) = 18м.
-осадка судна (T) = 7,8 м.
Коэффициенты полноты:
/>
Скорость корабля:
/>s= 5,10,15,20,25 узлов.
1. Используя проекцию ,, корпус” теоретического чертежа, определим площадь смоченной поверхности для трёх осадок и вычертим графическую зависимость
W = f (t).
Сопротивление движению изменяется прямо пропорционально величине смоченной поверхности. Поэтому величину смоченной поверхности необходимо определять с наибольшей точностью.
Поверхность подводной части корпуса судов обычно нельзя представить в виде явной функции от координат и вычислить её площадь аналитически не удаётся. Поэтому для вычисления смоченной поверхности применяют приближённые методы.
Наиболее точно величину смоченной поверхности можно определить по теоретическому чертежу. Для этого необходимо измерить полуметры погружённой части каждого теоретического шпангоута li для заданной осадки.
Площадь смоченной поверхности определим по формуле:
W=2 ∆L ( ∑li — /> ), где ∆L = />, а L – длина судна. ∆L = /> = 15,0
Данная формула не учитывает влияния продольной кривизны обводов корпуса судна на величину смоченной поверхности, но для морских транспортных судов обычных образований это влияние незначительно (примерно 1- 1,15%), поэтому никаких поправок в расчёт не вводят.
Таблица 1.1. Определение площади смоченной поверхности
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
∑
Поправка
∑исп
W
Т1=2,6
-
2,95
4,5
6,4
8
8,95
8,75
7,1
4,45
2,8
-
53.9
2,875
51,025
1408,29
Т2 =5,2
-
5,75
7,6
9,55
11
11,7
11,5
10,25
8,65
6,15
-
82,15
5,95
76,2
2161,032
Т3= 7,8
8,55
10,45
12,3
13,6
14,3
14,1
13,2
11,9
11,05
3,5
112,95
1,75
111,2
3336
2. Расчёт сопротивления трения судна для трёх осадок
Часть полного сопротивления, возникающих за счёт касательных напряжений, называется сопротивлением трения. Сопротивление трения обусловлено влиянием вязкости жидкости и рассчитывается с учётом состояния поверхности корпуса судна. Оно включает также влияние кривизны поверхности корпуса судна. Учитывая, что сопротивление трения и сопротивление формы обусловлены вязкостью, они могут быть объединены в одну составляющую, которую принято называть вязкостным сопротивлением.
Разделение полного сопротивления на сопротивление давлений и сопротивление трения основано на учёте физического различия элементарных сил, действующих на поверхность судна.
Расчёт сопротивления трения судна выполняется по методу эквивалентной пластины.
RF = ( CFо + CA/>) /> W, где
RF – сопротивление трения судна
CFo– коэффициент сопротивления плоской пластины
CA – надбавка шероховатости
V – скорость
W — площадь смоченной поверхности
CFo = />
CA= ( 0,3 ч 0,5 ) 10-3 ≈ 0,45 10-3
ρ= 104 />--PAGE_BREAK--
V = 0,514 VS
Re = />/>,
где /> м2/с
Определение сопротивления трения судна.
Таблица 2.1 Расчётное сопротивление для Т1=2,6 м.
Расчётные значения
Значения скоростей.
Vs=5узлов
Vs=10узлов
Vs=15узлов
Vs=20узлов
Vs=25узлов
V, м/с
2,57
5,14
7,71
10,28
12,85
Re
/>
/>
/>
/>
/>
CF0
/>
/>
/>
/>
/>
CA
/>
/>
/>
/>
/>
RF
11218,95
41707,73
90068,05
155643,04
238000,98
Таблица 2.2 Расчётное сопротивление для Т2=5,2 м.
Расчётные значения
Значения скоростей.
Vs=5узлов
Vs=10узлов
Vs=15узлов
Vs=20узлов
Vs=25узлов
V, м/с
2,57
5,14
7,71
10,28
12,85
Re
/>
/>
/>
/>
/>
CF0
/>
/>
/>
/>
/>
CA
/>
/>
/>
/>
/>
RF
17164,97
63822,51
137836,78
238204,26
364265,37
Таблица 2.3 Расчётное сопротивление для Т3=7,8 м.
Расчётные значения
Значения скоростей.
Vs=5узлов
Vs=10узлов
Vs=15узлов
Vs=20узлов
Vs=25узлов
V, м/с
2,57
5,14
7,71
10,28
12,85
Re
/>
/>
/>
/>
/>
CF0
/>
/>
/>
/>
/>
CA
/>
/>
/>
/>
/>
RF продолжение
--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
0,377
0,430
0,482
0,526
0,567
0,602
0,627
0,607
0,551
0,260
x1/bm
0,606
0,680
0,727
0,744
0,723
0,664
0,538
0,327
0,152
-
b/bm
0,982
1,110
1,209
1,270
1,291
1,266
1,162
0,934
0,703
-
y
0,209
0,185
0,161
0,137
0,113
0,089
0,065
0,041
0,029
0,017
c
0,452
0,452
0,452
0,458
0,502
0,572
0,618
0,646
0,646
-
Проверка гребного винта на кавитацию
Выполним проверку гребного винта на кавитацию
Кавитация – явление, связанное с вскипанием воды на лопасти гребного винта и образование в связи с этим полостей, заполненных парами воды и газами, растворёнными в воде. Известно, что кавитация возникает в тех случаях, когда давление достигает давления насыщенных паров при соответствующей окружающей температуре.
Кавитация причиняет большой вред движителям, так как при появлении кавитации, либо снижается КПД движителя, либо разрушается лопасть.
Существует много схем проверки гребного винта на кавитацию. Наиболее простой является схема Папмеля. В соответствии с этой схемой рассчитывается критическое число оборотов nкр, которое затем сравнивается с расчётным числом оборотов.
nкр = />/>
где
g = 1025
hs – глубина погружения оси винта;
hs=10,65 м.
r = 1,025 кг*/м3
D — диаметр гребного винта;
zk– коэффициент разряжения, определяется по формуле:
zk = 0,5Cy(1+Cy)+2d, где
Cy – коэффициент подъёмной силы
Cy = />;
K1 = /> = />= 0,173
Cy= />= 0,305
zk = 0,5*0,305(1+0,305)+2*0,005 = 0,208
/>= /> = 0,7 м.;
d = />;
d = 0,005*/> ;
/>— удельная нагрузка гребного винта;
/>= /> = /> = 33 кН.
d = 0,005*/>= 0,005
nкр = />= 33,556 об/с.
n = 2,1 об/с; 0,9nкр = 30,2 об/с.
Так как n
7. Проверочный расчёт прочности лопасти гребного винта
Произведём проверочные расчёты прочности лопасти гребного винта.
Это объясняется сложной геометрической формой лопастей. В процессе работы гребного винта в потоке с неравномерным распределением скоростей внешние силы, действующие на лопасть не остаются постоянными в течение одного оборота, а напряжения определяются положением рассмотренной точки лопасти. Усилие приобретает пульсирующий характер, при котором амплитудные значения могут значительно превосходить средние. Перечисленными особенностями объясняется сложность задачи. Однако, применяемые методы позволяют оценивать напряжения приближённо, а недостаток применяемых методов компенсируется введением больших запасов прочности.
В практике наиболее часто применяется метод Ромсома. Этот метод отличается от других большей точностью полученных результатов.
В этом методе предполагается, что связь между упором и тангенсальной силой на данном радиусе определяется КПД винта, что справедливо только для оптимальных гребных винтов. С учётом этого допущения и в результате внесения уточнений в расчёте моментов сопротивления были получены формулы.
Наибольшие напряжения от изгиба лопасти:
sр’ = />×x
sс’ = />×x
sр¢¢ = />
sc¢¢ = />
Np – мощность подведённая к гребному винту ( л.с. )
Np = hв.Nе;
hв = 0,97¸0,98
b – хорда расчётного сечения (м)
e – толщина лопасти (см) продолжение
--PAGE_BREAK--
aр = 0,096
aс = 0,086
nm – число оборотов в минуту = 126 об/мин.
hp = 0,49
lp = 0,33
D = 5,7 м – диаметр винта
z – число лопастей, z =4
CA = 5,8;
CB = 70;
x = 1,012;
eop. = 0,58
eoс. = -0,58 ;
C, A – расчётные коэффициенты характеризующие расположение точки приложения равнодействующей центробежных сил
С = 0,48;
A = 0,55 ;
Np = 0,98×11000 = 10780 кВт.
b = 0,982 м ;
e = 0,2 м ;
z = 4;
sр’ = />×1,012 = 686,07 кгс/см2
sс’ = />×1,012 = 765,84 кгс/см2
sр¢¢ = /> = 171,77 кгс/см2
sc¢¢ = /> = 128,43 кгс/см2
Работая, в неравномерном поле скоростей, лопасти гребного винта используют воздействие знакопеременных нагрузок и важную роль в этом случае начинают играть усталостные напряжения, которые представляют опасность для прочности гребного винта.
При работе в неравномерном поле скоростей судна силы имеют периодический характер, а напряжения можно рассматривать как сумму среднего напряжения цикла sm и симметрично пульсирующего переменного цикла sa.
Поскольку для усталостной прочности используется синусоидальная кривая изменения напряжения, устанавливается связь между пределом усталости материала и предельными напряжениями при реальном ассиметричном цикле. Эта связь определяется соотношением:
/>,
или
/>
n1 – коэффициент запаса прочности, n = 4
s-1 – предел усталости материала,
s-1 = 700 кгс/см2
smax – наибольшее расчётное напряжение
smin – наименьшее расчётное напряжение
/>= 127,64
175 > 127,64, то есть условие выполняется.
8. Расчёт паспортной диаграммы гребного винта
Рассчитаем и построим паспортную диаграмму гребного винта
Паспортная диаграмма гребного винта – совокупность согласованных кривых линий, характеризующих ходовые свойства корпуса судна, характеристик гребног винта и главного двигателя. Суда и корабли эксплуатируются в различных условиях, при которых сопротивление движению изменяется, поэтому ходовые качества тоже изменяются и для оценки ходкости корабля применяются паспортные диаграммы.
Для расчёта и построения паспортной диаграммы необходимо выполнить расчёты в таблице 8.1.
Упор
Р=/>, кН.
Мощность
Ne=/>, кВт.
Скорость хода судна Vs=/>, узлы.
9. Определение веса гребного винта
Чистый вес гребного винта определяется по формуле:
G = />
gm – удельный вес материала винта,
gm= 8500 кг/м3
e – толщина лопасти на r = 0,6R,
e = 0,113 м
d0 = (0,17¸0,22)D
d0= 1,14 м
G = /> = 16,68 т
Маховый момент:
Jz = 8,42×10-8/>
Jz = 8,42×10-8/>= 0,017
Список используемой литературы
А.А. Русецкий, М.М. Жученко, О.В. Дубровин “ Судовые движители “.
Методическое пособие “ Сопротивление движению судна “.
Конспект лекций.
Справочник по теории корабля. Том 1.