Литература по Механике и для Механиков / Литература / Стенин

В системе СИ буксировочная мощность составит NR = 76,35

кВт.

Зная буксировочную мощность, нетрудно найти мощность, которую необходимо сообщить движителю:

NB = NR /η ,

где η – пропульсивный коэффициент, принимаемый на первых стадиях проектирования равным η = 0,6.

Таким образом:

NB = 76,35/ 0,6 =127,25 кВт.

Подсчитаем мощность главного двигателя.

Мощность на фланце главного двигателя отличается от мощности, подводимой к движителю, на величину потерь в валопроводе и в передаче. Эти потери оцениваются к. п. д. валопровода ηВ и передачи ηП.

КПД валопровода зависит от его протяженности и составляет

ηВ= 0,97 ÷ 0,99 (примем ηВ = 0,98 [7]).

Так как на данном судне применена реверс-редукторная передача, то с учетом потерь в редукторе ηП = 0,96.

При определении мощности главного двигателя Ne необходимо учесть коэффициент запаса мощности kN, который по данным практики принимают равным kN = 1,2. Коэффициент kN показывает, какой запас мощности имеет главный двигатель при полной частоте вращения в номинальных условиях (отсутствие обрастания корпуса и волнения, нормальное водоизмещение).

Таким образом:

Ne = NB kN = 127,25 1,2 =162,31 кВт.

ηВ ηП 0,98 0,96

Определение ходкости судна с помощью программы

FREE!ship

31

Запускаем FREE!ship – программу моделирования поверхности и расчета гидродинамики судов.

Используем опцию Открыть, чтобы считать существующую FREE!ship модель из папки Ships. Выбираем судно, наиболее удовлетворяющее условиям задания (см. рис.2 1) .

Рис.2.1. Порядок выбора судна в программе FREE!ship.

Опция Сохранить сохраняет текущую модель в файле; если при сохранении файл с таким же названием существует, то он переименуется, меняя расширение с .fbm на .bak; таким образом создается резервная копия файла.

Выбираем опцию Трансформации, затем Афинное преобразование. Этот метод используется, чтобы преобразовать оболочку так, чтобы она имела необходимые по условиям задания массовое водоизмещение, коэффициенты полноты и абсциссу центра величины. Это делается смещением точек управления в продольном направлении. Таким образом, полная длина проекта после преобразования будет другой (см. рис.2.2).

32

Рис. 2.2. Преобразование размеров судна.

Рис.2.3. Выбор программы вычисления сопротивления движению судна.

33

Используем опцию Вычисления, затем Сопротивления. Будут представлены несколько методов вычисления сопротивления для различных типов судов. Выбираем тот, который соответствует условиям задания - метод Hollenbach-1998 для морских грузовых судов (см. рис.2.3).

Рис. 2.4. Вычисление сопротивления движению судна.

Во вкладке Общие данные задаем минимальную, расчетную и максимальную скорости по условиям задания. Во вкладке Корпус указываем программе импортировать гидростатические значения, которые необходимы, нажав на переключатель Взять данные текущего проекта. Полученные результаты распечатываем, нажав на панели управления Печать результатов опыта (рис. 2.4).

Используем опции Вычисления, Расчет гребного винта, затем Расчет оптимального ГВ для выбора двигателя. В появившемся окне указываем программе импортировать гидростатические значения, которые необходимы, нажав на переключатель Импорт данных из проекта. Полученные результаты

34

распечатываем, нажав на панели управления Печать результатов опыта. Используя значок калькулятора на панели управления запускаем Старт выбора двигателя (см. рис. 2.5).

Используем опции Вычисления, Расчет гребного винта, затем Расчет элементов ГВ для заданного двигателя. В появившемся окне указываем программе импортировать гидростатические значения, которые необходимы, нажав на переключатель Импорт данных из проекта. Вводим значение спецификационной мощности ГД в соответствии с выбранным ранее двигателем. Полученные результаты распечатываем, нажав на панели управления Печать результатов опыта.

Рис.2.5. Старт выбора двигателя.

Используем опции Вычисления, Расчет гребного винта, затем

Диаграмма ходкости. В появившемся окне указываем программе импортировать гидростатические значения, которые необходимы, нажав на переключатель Импорт данных из проекта. Полученные результаты распечатываем, нажав на панели управления Печать результатов опыта.

35

2.2.Выбор основных параметров дизеля

Одна из основных задач проектирования - правильный выбор типа главного двигателя. Исходными данными для этого служит тип и назначение судна, районы плавания, режимы работы установок, условия размещения двигателей, требования к массогабаритным показаниям установки, а также требования Регистра.

Малооборотные ДВС (МОД), как правило, используются в установках с прямой передачей. Они обладают высокой цилиндровой мощностью (до 3000 кВт) и большим ресурсом (до 100000 час), однако значительно уступают другим типам ДВС по массогабаритным показателям.

Тяжёлое топливо, стоимость которого по отношению к лёгкому дизельному топливу ниже в среднем в 2 раза, применяется в МОД и СОД. Использование среднеоборотного дизеля (СОД) вместо МОД такой же мощности обеспечивает уменьшение массы установки в 1,5...2 раза и сокращение занимаемого ею объёма в 1,4...1,7 раза.

Мощность дизеля

По агрегатной мощности Nе судовые дизели можно условно разделить на четыре группы (см. таблицу 2.2).

Таблица 2.2. Мощность судового дизеля.

пределах в зависимости от диаметра поршня, хода поршня, частоты вращения и эффективного давления.

36

Частота вращения и средняя скорость поршня

При непосредственном соединении дизеля с винтом задаётся частота вращения nВ винта. Частота вращения n дизелей, работающих через редукторную передачу, может быть выбрана повышенной, поэтому при непосредственном соединении с винтом обычно применяют МОД, а при редукторной передаче СОД и ВОД.

Главным критерием быстроходности дизеля является средняя скорость поршня Сm :

Сm = S30n .

Зная агрегатную и цилиндровую мощность, число оборотов, принимают диаметр цилиндра D и ход поршня S. Выбор этих величин необходимо согласовать с размерами рекомендуемого нормального ряда диаметров [3,6]: 60, 65, 70, 75, 85, 95, 105, 120, 130, 135, 150, 165, 170, 180, 190, 200, 210, 230, 240, 250, 275, 300, 310, 340,

360, 390, 430, 470, 500, 530, 600, 660, 740, 840 мм.

Выбранные значения D и S, их отношение и средняя скорость поршня Сmдолжны соответствовать классу проектируемого двигателя (см. таблицу 2.3).

Таблица 2.3. Основные параметры дизелей разных классов.

Число цилиндров

Если в задании не указано число цилиндров i , то оно выбирается исходя из допускаемой цилиндровой мощности с учётом уровня форсирования и тактности двигателя.

Так для четырёхтактных судовых реверсивных двигателей принимают при рядном расположении - 5, 8, 10 цилиндров, при V - образном и двухрядном - 12, 16, 20 цилиндров. Для двухтактных

37

судовых реверсивных двигателей при рядном расположении - 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12 цилиндров, при сложном расположении - 12, 16, 18, 20 цилиндров.

Габариты ДВС

Определяющим габаритом для ДВС является его длина. В первом приближении длина рядного двигателя на фундаментальной раме равна:

-для четырёхтактных и двухтактных тронковых ДВС

L = i a D,

-для двухтактных крейцкопфных МОД

L =[i a +(1,5...2,4)] D,

где i - число цилиндров; а - расстояние между осями, выраженное в количестве диаметров цилиндра, D (см. табл. 2.4).

Таблица 2.4.Значение a для дизелей.

Ширина двигателя на фундаментной раме:

B = b S,

где b - коэффициент, равный 2,3...2,6 для МОД и 2,1...2,4 для СОД и ВОД; S - ход поршня двигателя.

Высота двигателя от оси коленчатого вала до крайней верхней точки:

H1 = b1 S,

где b1 - коэффициент, равный для тронковых ДВС 4,6...5 и крейцкопфных 5...6.

Расстояние по высоте от оси коленчатого вала до нижней точки:

H2 = b2 S,

38

где b2 - коэффициент, равный 1,25...2. Общая высота двигателя:

H Д = H1 + H2 .

Массу двигателя можно определить через удельную массу gд :

GД = g Д Nе

Величину g Д найдём из таблицы 2.5.

Таблица 2.5.Значение удельной массы двигателя.

Зная массу двигателя GД , можно определить и массу установки:

GУ = (2...2,5) GД .

После принятия решения о размере двигателя следует оценить ожидаемое значение среднего эффективного давления Рe (МПа) по формуле [8]:

где Ne - эффективная мощность двигателя, кВт; D - диаметр поршня, м; S - ход поршня, м; z - коэффициент тактности равен 0,5 для четырёхтактного и 1 - для двухтактного двигателя; i - число цилиндров.

Полученное значение Рe сравнивается со значениями средних эффективных давлений у действующих двигателей аналогичного класса и делается вывод о возможности достижения в проектном решении величины Ne.

39

3.Тепловой расчёт ДВС

3.1. Теплота сгорания топлива

Важнейшей характеристикой топлива служит теплота сгорания топлива — количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг топлива. Она зависит от элементарного состава топлива. В таблице 3.1 представлен элементарный состав жидких топлив, применяемых в ДВС.

Низшую теплоту сгорания жидкого топлива можно определить по формуле Д.И. Менделеева [8]:

QHP = 33,9 C +103 H −10,9 (O − S) −2,5 W ,

где QHP - низшая теплота сгорания рабочего топлива, МДж/кг; С,Н,О,S и W - массовые доли углерода, водорода, кислорода, серы и воды в топливе.

Таблица 3.1.Состав жидкого дизельного топлива.

3.2.Процесс наполнения

Основными параметрами, характеризующими процесс наполнения, являются:

ηн - коэффициент наполнения; γг - коэффициент остаточных газов;

Ра - давление в конце наполнения; Tа - температура рабочей смеси;

40