Расчет гребного винта. Методические рекомендации по выполнению курсового проекта

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕНАЯ

АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

Бибиков Ю.Г.

Расчет гребного винта

Методические рекомендации по выполнению дипломного проекта

Альтаир-МГАВТ Москва

2011

2

Бибиков Ю.Г. Расчет гребного винта. Методические рекомендации по выполнению курсового проекта. М.: Альтаир-МГАВТ, 2011 20 с.

Рассмотрены общие вопросы выполнения раздела дипломного проекта по расчету гребного винта, приведены расчетные формулы и таблицы, список литературы, рекомендованной к использованию.

Предназначены для студентов специальностей 180103.65 «Судовые энергетические установки» и 180403.65 «Эксплуатация судовых энергетических установок».

Рецензент: к.т.н., доцент Волхонов В.И.

Методические рекомендации рассмотрены и рекомендованы к использованию в учебном процессе на заседании кафедры «Судостроения и судоремон-

та» 09.11.2010 года.

Рассмотрены и рекомендованы к изданию и использованию в учебном процессе на заседании УМС МГАВТ 28.02.2011 года.

Ответственность за оформление и содержание материалов, переданных для издания несут автор и кафедра «Судостроения и судоремонта».

© МГАВТ, 2011

©Бибиков Ю.Г., 2011

3

Содержание

стр.

1.Задание и методические указания дипломникам судомеханических специальностей по выполнению расчѐта гребного винта…………….........4

2.Расчѐт сопротивления воды движению судна……………………………....5

3.Расчѐт гребного винта на полное использование мощности главного двигателя небуксирного судна…………………………………………….....8

4.Расчѐт гребного винта на полное использование мощности главного двигателя буксирного судна…………………………………………………13

4

1. Задание и методические указания дипломникам судомеханических специальностей 180403 и 180103 по выполнению расчета гребного винта

С учетом сложившейся практики выполнения дипломного проекта студенты подбирают из числа небольшого перечня отечественных СДВС главные двигатели для судна с заданными главными размерениями и основными характеристиками, ориентируясь на судно прототип. После выбора и согласования главного двигателя с руководителем дипломного проекта дипломники разрабатывают разделы дипломного проекта, определяемые кафедрой, в т.ч. раздел по расчету гребного винта.

Предварительно, учитывая равенство главных размерений и основных характеристик, следует определить ожидаемую скорость судна с выбранным главным двигателем, которая будет считаться заданной. Скорость находится из равенства адмиралтейских коэффициентов для судна прототипа и расчетного судна:

где: P , , Ne — водоизмещение, скорость и мощность главных двигателей прототипа и расчетного судна.

При этом водоизмещение в тоннах, скорость в км/час, мощность в кВт. Откуда при равенстве водоизмещения:

p пр 3 Nep

Neпр

которая и будет считаться заданной.

Расчѐт гребного винта сводится к расчету сопротивления воды движению судна и расчету гребного винта на полное использование мощности главного двигателя. Данные по сопротивлению воды требуются для определения основного показателя

– упора гребного винта на заданной скорости и для решения обратной задачи – по рассчитанному упору гребных винтов (сопротивлению судна) найти скорость движения судна или состава при толкании.

Прежде чем продолжить расчеты следует заполнить столбец таблицы 4 с данными прототипа.

5

2. Расчет сопротивления воды движению судна

(см. [4] стр.12)

В общем случае сопротивление воды движению судна определяется с учетом трех составляющих сопротивления:

R Rf Rv Rw ,

где: Rf — сопротивление трения

Rv — сопротивление формы Rw — волновое сопротивление

С учетом преобладания в сопротивлении воды движению судна сопротивления трения Фрудом было предложено составляющие сопротивлении формы и волновое сопротивление объединить и назвать остаточным сопротивлением.

Тогда:

R Rf R0 ,

где: R0 — остаточное сопротивление.

Расчетная формула для определения сопротивления воды будет иметь вид:

R ( f 0 f k ) 2 / 2 ,

где: f — коэффициент сопротивления трения технически гладкой поверхности

0 — коэффициент остаточного сопротивления

f — поправка на шероховатость натурного судна

k — поправка на выступающие части.

При этом:

f 0,075 / (lg Re 2)2

где: Re — критерий Рейнольдса, определяемый по выражению:

Re L

где: — скорость судна

L— расчѐтная длина судна

— коэффициент кинематической вязкости, принимаемый равным для воды при температуре

1,56 10 6 м2

с

f 0,15 f

k 0,075 f

6

Коэффициенты остаточного сопротивления принимаются по данным приложения 1[4], представленных в табличной форме в зависимости от критерия Фруда. Выбор строчки таблицы осуществляется по близости безразмерных характеристик корпуса прототипа к данным выбранной строчки. За основные безразмерные характеристики принимаются коэффициент общей полноты и отношение L/ B , характеризующее ходкость, а так же отношение B /T , характеризующее смоченную поверхность.

При использовании данных по коэффициентам остаточного сопротивления следует учитывать, что их цифровые значения, помешенные в таблице, следует уменьшать в 1000 раз (см. примечания в верхней части таблицы). При расчете кривой сопротивления рекомендуется принимать 5 значений Фруда, например, 0,3; 0,35; 0,4 0,45; 0,5. Для буксиров – от 0,1 до 0,30.

Одновременно с расчѐтом сопротивления определяется буксировочная мощность, которая позволяет проверять достоверность кривой сопротивления.

Буксировочная мощность определяется по выражению:

NR R

Вычисления осуществляются в табличной форме (таблица прилагается).

По итогам расчетов строятся зависимости сопротивления от скорости (кривая сопротивления) и буксировочной мощности от скорости. Для проверки достоверности кривой сопротивления на оси скорости откладывается значение скорости прототипа, снимается значение буксировочной мощности.

Приняв пропульсивный коэффициент 0,45, определяется общая мощность расчетного судна:

Ne0 NR

и сравнивается с общей мощностью судна — прототипа. При отличии на величину большую 15% на вертикали, соответствующей значению скорости прототипа, откладывается точка, соответствующая половине общей мощности прототипа. Через отмеченную точку проводится уточненная кривая буксировочной мощности эквидистантно (подобно) расчѐтной. По уточненной кривой буксировочной мощности путем деления значений буксировочной мощности на соответствующую скорость получают уточненные значения кривой сопротивления для расчетного судна, которая используется при расчѐте гребного винта на полное использование мощности главного двигателя.

Для буксиров – толкачей определяются кривые сопротивления для буксира и для состава, геометрически складываются и для суммарной кривой сопротивления рассчитывается буксировочная мощность. Далее производится проверка достоверности буксировочной мощности и кривой сопротивления. Определяется расчѐтная кривая сопротивления, которая используется в расчѐте гребного винта на полное использование мощности главного двигателя аналогично расчѐту для грузопассажирских судов. Возможны другие последовательности расчѐта – при задании тяги (упора) буксира – толкача, задаваясь различной скоростью движения состава (10; 11; 12; 14км/час).

4.Критерий Рейнольдса

*Для буксиров Fr g0, 5 L0, 5

Построение графиков.

По результатам расчѐтов строятся графики зависимости сопротивления в кН и буксировочной мощности в кВт от скорости движения судна в м/с . Графики строятся на формате А4. Графики должны иметь подрисуночную надпись.

―Кривые сопротивления воды движению судна и буксировочной мощности‖, на координатные оси необходимо нанести градуированные шкалы скорости,

8

сопротивления и буксировочной мощности и размерности соответственно м/с , кН , кВт . Например 1, 2, 3, 4, 5, 6 м/с , то же для R и NR .

Приняв пропульсивный коэффициент 0,5, определяется суммарная

мощность главных двигателей при расчетной скорости прототипа:

Ne N R /

Затем суммарная мощность сравнивается с прототипом и делается вывод о достоверности кривой сопротивления.

3. Расчет гребного винта на полное использование мощности главного двигателя небуксирного судна

[4], [5]

Расчѐт осуществляется по машинной диаграмме. Зависимости, представленные на машинной диаграмме, относятся к сериям моделей гребных винтов, имеющих одинаковые с ГВ судна-прототипа число лопастей, дисковое отношение, отношение условной толщины к диаметру и отношение диаметров ступицы и гребного винта (возможны отступления), а также с учетом типа комплекса, открытый ГВ или в насадке. Часть зависимостей построена на основании данных модельных испытаний:

K2 f ( p ) и p const

Другие построены по методике предложенной Э.Э.Папмелем, в том числе

K2 f ( p ) при K const , а также Dopt и nopt . Методика их построения изло-

n

жена в [4] и [5].

Последовательность расчѐта представлена в таблице 1. Расчѐты выполняются в системе единиц СИ. При этом приняты следующие обозначения:

— скорость судна;

p — расчетная скорость натекания воды на гребной винт;

— коэффициент попутного тока;

t— коэффициент засасывания;

p — относительная поступь;

— дисковое отношение;

K — коэффициент задания мощности и частоты вращения;

n

K — коэффициент задания мощности и диаметра;pd — КПД гребного винта;

R — сопротивление судна;

P — упор гребного винта;

N p — мощность подведения к гребному винту от главного двигателя с уче-

том КПД валопровода и редуктора;

n — частота вращения гребного винта; x — количество гребных винтов;

насадках. Расчѐт выполняется методом последовательных приближений. Для

ствующим зависимостям), с использованием которых определяются упор и диаметр ГВ, а также сопротивление судна. По полученному значению с кривой сопротивления снимается значение скорости i . Если i отличается от принятой на

0,1 м/с и более, то следует сделать второе приближение. При этом i 1 принимается равной величине, снятой с кривой сопротивления и т.д.

p (1 )

K 2,94 p n a n

10

f (K )

p n

f (K )

p n

H / D f (K )

n

P N p p

p

D ppn

xPe R xP(1 t)

i f (R)

Снимается с кривой сопротивления

Максимальные значения диаметров открытых гребных винтов для судов принимаются равными для буксирных и грузопассажирских судов

Dmax 0,8T ,

При тоннельных образованиях и насадках для буксирных судов

Dmax 1,0T ,

для грузовых судов

Dmax 0,6T ,

для грузовых с насадками

Dmax 0,7T .

Если расчетный диаметр окажется больше Dmax , то аналогично выполняется

расчет параметров гребного винта на полное использование мощности при заданном диаметре в форме таблицы 3. При этом расчетная точка на диаграмме определяется как точка пересечения зависимостей коэффициента момента и относительной поступи. Дальнейшие вычисления выполняются в последовательности согласно таблице 3.