1.3 Проверка дискового отношения и прочности винтов

Минимально необходимое дисковое отношение винтов из условия прочности лопастей вычисляется по формуле

, (1.17)

, (1.18)

где -для углеродистой стали;

-для грузовых;

Упор винтов внутри насадки T_P определяется путем расчетов по следующим формулам (численный пример приведен для оптимального КВН). При этом предварительно рассчитываются следующие параметры:

- коэффициент нагрузки КВН по упору .

, (1.19)

= ,

=3,05.

- коэффициент нагрузки КВН по упору (с учетом качества насадки);

, (1.20)

,

=3,05.

- коэффициент засасывания насадки ;

, (1.21)

,

=0,27.

- упор винта внутри насадки , кН;

,

,

=17,798. (1.22)

Минимально необходимое дисковое отношение винтов из условия прочности лопастей , определяется по формуле

,

=0,49

так как оно меньше принятого по диаграмме (0,58), винт прочен.

Если минимально необходимое окажется больше принятого по диаграмме, необходимо выбрать диаграмму с большим дисковым отношением и расчеты повторить.

1.4 Проверка на кавитацию

Минимально необходимое дисковое отношение винтов из условия отсутствия второй стадии кавитации на лопастях винтов вычисляется по формуле:

(1.23)

где р_а– атмосферное давление кН/м²;

- 0,5Т –глубина погружения оси винта под ватерлинию, м;

- – давление насыщенных паров воды кН/м².

Минимально необходимое дисковое отношение винтов из условия отсутствия второй стадии кавитации на лопастях винтов , равно

,

=0,562.

Так как минимально необходимое меньше принятого по диаграмме (0,58), вторая стадии кавитации не наступает.

Если минимально необходимое окажется больше принятого по диаграмме, необходимо выбрать диаграмму с большим дисковым отношением и расчеты повторить.

Таким образом при установке двух КВН, поворотных насадок судно развивает скорость 5,72 м/с 20,6 км/ч, при шаговом 1,12 и дисковом 0,49 отношениях.

1.5 Расчет и построение чертежа гребного винта

, (1.24)

Для построения чертежа гребного винта необходимо выполнить следующие предварительные расчеты (численный пример выполнен для оптимального винта, на рисунке 5 приведен чертеж другого, случайного винта).

Диаметр гребного вала , м (по правилам Российского речного Регистра [6]).

,

=0,091.

где -эмпирический коэффициент для гребного вала в районе винта k=150; коэффициент усиления =1,05 (для судов, плавающих в битом льду); временное сопротивление материала вала =400-600 мПа.

Диаметр ступицы ,м,

, (1.25)

=2 0,091,

=0,182.

Средняя ширина лопасти , м,

, (1.26)

,

=0,235.

Максимальная ширина лопасти , м,

,

=1,10 0,235,

=0,259. (1.28)

где -С=1,10 для винтов в КВН серии Каплана (для КВН).

Условная максимальная толщина лопасти по оси винта ,м,

, (1.29)

=0,5 1,0 (0,125-0,0085 4),

=0,046.

Максимальная толщина на конце лопасти ,м,

, (1.30)

=0,5 1,0 (0,00955-0,0005 4),

=0,0038.

Толщина принимается не менее, 6 мм для судов, плавающих в битом льду. Отклонение образующей конца лопасти в корму ,м (для КВН отклонение конца лопасти в корму не выполняется) (1.31)

Текущие значения толщины лопасти по линии наибольших толщин , мм.

, (1.32)

где - - относительный радиус рассматриваемого сечения лопасти (R – радиус винта).

Количество радиусов сечений назначается по усмотрению проектировщика, но не менее четырех.

Параметры, необходимые для построения профилей сечений лопасти винта, оформляются в таблице 10 и рассчитываются по формулам:

- текущий радиус сечения лопасти , мм;

, (1.33)

- абсцисса носика профиля винта КВН Каплана , мм;

, (1.34)

- абсцисса хвостика профиля Каплана , мм ;

- абсцисса линии наибольших толщин Каплана , мм;

, (1.35)

- аппликата центра кривизны носика ,мм;

, (1.36)

- радиус кривизны носика , мм;

, (1.37)

- аппликата центра кривизны хвостика ,мм;

, (1.38)

- радиус кривизны хвостика , мм;

. (1.39)

Таблица 1.3 – Расчет профилей лопасти винта

1		0,3	0,5	0,7	0,9	1,0
2	, мм	150	250	350	450	500
3	, мм	33	25	16	8	4
4	, мм	102	122	131	118	-
5	, мм	-102	-122	-131	-118	-
6	, мм	29	34	67	69	70
7	, мм	13	7	3	2	-
8	, мм	5	3	2	2	-
9	, мм	3	8	3	2	-
10	, мм	2	2	3	2	-

Чертеж винта выполняется на листе формата А 1 в удобном масштабе в следующем порядке:

- проводятся линии - осевая винта, осевые боковой и нормальной проекций, осевая диаграммы сечений и радиальные линии, соответствующие величинам ;

- на боковой проекции по оси винта откладывается величина условной максимальной толщина лопасти по оси винта по линии, соответствующей концу лопасти, откладываются величины (влево) и (вправо от конца образующей); полученные точки соединяются прямыми линиями; в итоге получена диаграмма наибольших толщин лопасти по линии наибольших толщин (ЛНТ), абсциссы которой рассчитаны по формуле и приведены в строке 3 таблицы.

Для построения диаграммы спрямленных сечений лопасти последовательно выполняются следующие операции:

- на каждом радиусе откладываются абсциссы , , , полученные точки соединяются штрих – пунктирной линией;

- на линии наибольших толщин на каждом радиусе по вертикали откладываются соответствующие величины наибольших толщин ;

- на каждом радиусе откладываются величины , , , и проводятся полуокружности носика и хвостика. При приближенном проектировании засасывающие и нагнетающие поверхности профилей получают путем соединения лекальными кривыми носиков, точек, соответствующих наибольшим толщинам, и хвостиков. Полученные в итоге профили сечений должны соответствовать профилям крыла. При необходимости точного проектирования профилей сечений можно воспользоваться рекомендациями, изложенными в руководстве .

- по оси винта влево (для винтов правого вращения) и вправо (для винтов левого вращения) откладывается абсцисса полюса О профилей, рассчитанная по формуле:

, (1.40)

- из полюса (О) через точки пересечения осевой и радиальных линий проводятся лучи, от которых касательно к носикам и хвостикам проводятся перпендикуляры; катеты полученных треугольников обозначаются , , , .

Для построения нормальной проекции и спрямленного контура последовательно выполняются следующие операции (для винта правого вращения):

- из оси винта проводятся дуги радиусов ; вдоль этих дуг гибкой линейкой вправо от осевой откладываются величины катетов , а влево величины катетов ; для определения крайней точки конца лопасти по дуге радиуса R откладывается величина абсциссы ЛНТ на этом радиусе; полученные точки соединяются плавными кривыми входящей, выходящей кромок лопасти и крайней точки конца лопасти;

- для построения спрямленного контура лопасти вправо (для винта правого вращения) откладывается абсцисса полюса О; на каждом радиусе прямоугольным треугольником (прямой угол располагается в точке О, один из катетов располагается в точке пересечения осевой и радиальной линий) отмечаются полюса О₁, О₂ и т.д.; из полученных полюсов проводятся окружности, вдоль которых гибкой линейкой вправо и влево откладываются величины и ; полученные точки соединяются плавными штрих - пунктирными линиями.

Для построения боковой проекции с условным сечением по линии наибольших толщин последовательно выполняются следующие операции (для винта правого вращения пояснения даны на рисунке):

- от точки пересечения образующей лопасти с радиальными линиями опускаются перпендикуляры;

- точки кромок, находящиеся на нормальной проекции, проектируются на боковую проекцию до пересечения с перпендикулярами; от точек пересечения вправо откладываются величины , а влево - величины ; полученные точки соединяются плавными кривыми, причем входящие кромки проводятся штрих – пунктирной линией;

Для построения сечения ступицы и последующей «привязки» лопастей на боковой проекции последовательно выполняются следующие операции:

- линии кромок продляются почти до оси винта;

- проводится вертикаль будущей входящей стороны ступицы с условием размещения на ней корня лопасти, на которой откладывается диаметр вала;

- коническая часть вала продляется до вертикали будущей выходящей стороны ступицы с условием размещения на ней корня лопасти;

- на осевой линии откладывается диаметр ступицы и проводятся линии наружной стороны ступицы примерно с той же конусностью, что и у вала; на кромках ступицы показываются фаски;

- проводятся галтели корня - R_г=0,04D на засасывающей поверхности, R_г=0,03D на нагнетающей поверхности (для винта в насадке галтели принимаются одинаковыми R_г=0,03D);

- на примерно трети длины ступицы вычерчивается «обнижение» глубиной на 3 – 6 мм больше глубины, выбранной по таблице А7 шпоночной канавки; здесь же проводятся линии по ширине шпоночной канавки;

- изображаются отверстия под болты для крепления обтекателя.

На нормальной проекции ступицы выполняются операции:

- наносятся окружности, соответствующие диаметрам вала и ступицы;

- входящая кромка лопасти продляется до пересечения с диаметром входящей стороны ступицы; выходящая кромка лопасти продляется до пересечения с диаметром выходящей стороны ступицы; полученные точки слегка скругляются и переносятся на боковую проекцию; на обеих проекциях проводятся условные линии корней лопастей.

На чертеже проставляются рекомендованные размеры.

В заключение вычерчивается схема шагового угольника и выписываются рекомендованные технические характеристики гребного винта, судна и силовой установки. Расчет КВН, указан в см. Приложение А.

2 ВЫБОР ГЛАВНЫХ ДИЗЕЛЕЙ И РАСЧЕТ ВАЛОПРОВОДА

При выполнении дипломного проекта требуется определить мощность главной силовой установки при скорости сухогрузного теплохода проекта № 912, предназначенного для перевозки зерна, тарно – штучных грузов, контейнеров, а также леса. Также необходимо произвести выбор способа передачи мощности и расчет валопровода, расчет систем, обслуживающих главный двигатель, расчет общесудовых систем и палубных механизмов, выбор необходимого оборудования, расчет электростанции и выбор вспомогательных двигателей, определение запасов топлива, масла и воды.

Если размерения проектируемого судна и судна прототипа совпадают, то необходимая мощность , кВт, определяется по выражению

,

(2.1)

где - мощность судна прототипа, кВт;

- скорость судна прототипа, км/ч;

- скорость проектируемого судна, км/ч.

Поскольку известно, что скорость судна прототипа в полном грузу составляет 18,5 км/ч, а мощность 330 кВт, то мощность , кВт, определяется

,

.

Значения мощности определены для судна, а предполагаемое количество главных двигателей – два, то для определения мощности одного , кВт двигателя необходимо разделить полученные значения на два

.