ОК 2 сем / расчет винтов

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГРЕБНЫХ ВИНТОВ

При скоростях хода до 30 км/час для водоизмещающих судов обычного типа наивысшим КПД обладают гребные винты. Они наиболее просты в конструктивном отношении, поэтому их целесообразно установить на проектируемом судне.

При выборе числа двигателей х целесообразно воспользоваться данными прототипа и выбрать двухвальную установку.

Предварительный расчет гребного винта

1. Определяем коэффициенты взаимодействия гребного винта с корпусом судна. Коэффициент попутного потока:

ᴪ=0,55δ-0,20=0,55∙0,852-0,20=0,269

Коэффициент засасывания для винта в ДП:

t=0,6ᴪ(1+0,67ᴪ) =0,6∙0,269(1+0,67∙0,269) =0,229.

2. Определяем предельный диаметр винта, пользуясь приближенной зависимостью:

D_в=(0,7-0,1(х-1)) Т= (0,7-0,1(2-1)4,0=2,40 м

где х – число движителей.

3. Находим необходимый упор Р и расчетную скорость винта:

кН

м/с

где ν_р - расчетная скорость хода.

4. Оцениваем целесообразность применения направляющей насадки для гребного винта с помощью коэффициента нагрузки по упору

Из расчетов видим, что σ=2,78>2, но так как судно категории Ace 2, то насадка не рекомендуется.

5. Прежде чем выбрать расчетную диаграмму необходимо установить число лопастей и дисковое отношение. Для двухвинтовых судов число лопастей может быть равным 3 или 4 в зависимости от коэффициента диаметра-упора . Если он больше или равен двум, то число лопастей равно 3, если меньше, то 4.

Так как коэффициент меньше двух, то число лопастей равно 4.

При выборе дискового отношения необходимо исходить из обеспечения прочности лопасти и предотвращения кавитации.

Из условия прочности:

где d₀-диаметр ступицы и равный 0,17D=0,17*2,40=0,41 м;

δ_max=0,08÷0,09-относительная толщина лопасти при относительном радиусе лопасти;

m - коэффициент, учитывающий условия работы винта, равный 1,75 для судов ледового плавания;

P-упор винта кН;

[σ]=60000 кПа – допускаемые напряжения для винтов транспортных судов.

Из условия кавитации:

где = р_атм + ρgh_в=101,3+1,025∙9,81∙2,0=121,4 кПа – давление в потоке на бесконечности;

р_атм= 101 кПа атмосферное давление;

h_в –погружение оси винта, принимается по теоретическому чертежу (можно принять половину осадки судна), h_в=2,0м;

p_v=2,3 кПа – давление насыщенных паров.

После расчета дисковых отношений выбираем большее θ=0,65, по нему подбираем расчетную диаграмму из приложения 2, стр 219 [ ] с ближайшим большим дисковым отношением θ=0,70, которое принимаем окончательно.

6. Дальнейший расчет требуемой мощности и частоты вращения гребного винта производим по алгоритму, приведенному в таблице [ ].1 с использованием выбранной диаграммы.

Таблица [ ].1 - Расчет элементов винта при выборе энергетической установки

№	Расчетная величина, размерность	численные значения
		0,6D	0,7D	0,8D	0,9D	D	1,1D
1	диаметр винта , м	1,44	1,68	1,92	2,16	2,40	2,64
2	коэффициент упора-диаметра	0,57	0,67	0,77	0,86	0,96	1,05
3	относительная поступь λр (с расчетной диаграммы)	0,26	0,32	0,36	0,42	0,45	0,48
Продолжение таблицы
4	КПД винта ηр (с расчетной диаграммы)	0,34	0,40	0,44	0,47	0,49	0,51
5	Шаговое отношение (с расчетной диаграммы)	0,70	0,80	0,80	0,90	0,90	0,90
6	Пропульсивный КПД ηр	0,36	0,42	0,46	0,50	0,51	0,54
7	частота вращения , 1/с	12,05	8,39	6,53	4,97	4,20	3,56
8	расчетная мощность одного ГД , кВт	1828,85	1554,52	1413,20	1323,00	1278,26	1219,23
9	Мощность одного ГД с запасом 15% , кВт – коэффициент запаса мощности	2103,18	1787,70	1625,18	1521,45	1470,00	1402,12

7. По результатам выполненного расчета строим зависимости которые служат для окончательного выбора главного двигателя (рисунок [ ].1).

N_e^*=f(n)- мощность от числа оборотов,

D_в= f(n)- диаметр винта от числа оборотов.

Рисунок [ ].1 - График зависимости мощности главного двигателя и

диаметра винта от частоты вращения

Для полученных данных частоты оборотов и мощности соответственно n=4,20 об/с и подходит двигатель №1 на странице 107 [ ] MAN L29/32A6 с характеристиками n=4,20 об/с и .