- •1 Введение
- •2.1 Выбор типа сэу
- •2.1.1 Дизельные энергетические установки
- •2.1.2 Газотурбинные энергетические установки
- •2.1.3 Паротурбинные энергетические установки
- •2.2 Обоснование выбора вальности и числа главных двигателей
- •2.3 Сравнительный анализ показателей главных двигателей как независимых агрегатов
- •3 Судовой валопровод
- •3.1 Назначение, состав и конструктивные особенности валопровода
- •3.2. Расчёт элементов валопровода
- •3.3 Проверочный расчет на нахождение критической частоты вращения
- •3.4 Проверочный расчет на продольную устойчивость
3.3 Проверочный расчет на нахождение критической частоты вращения
Для определения критической частоты вращения гребного вала при поперечных колебаниях, валопровод условно заменяется двухопорной балкой с одним свободным концом. Частота вращения вала, при которой возникают его поперечные колебания, вычисляются по формуле:
мин.-1,
где l2=0,7 м - расстояние от середины опоры в кронштейне до центра масс гребного винта
l1=3,8 м - остальная длина гребного вала
q1=π∙dг2∙/64, кН/м – удельная нагрузка пролета длинойl1
=76,5 кН/м3 – плотность стали
q1= 3,14∙0,0802∙76,5/64=0,024 кН/м
q2=q1+Gв/l2, кН/м - интенсивность нагрузки пролета вала длиной l2
Gв=1,47∙Dв3∙θ, кН - нагрузка на вал
Dв=0,95 м – диаметр гребного винта
θ=0,42 - дисковое отношение гребного винта
Gв=1,47∙0,953∙0,42=0,52 кН
q2=0,024+0,52/0,7=0,78 кН/м
Е = 216∙106 кПа - модуль упругости материала вала
I=π∙dг4/64, м4 - экваториальный момент инерции сечения вала относительно его оси
I=3,14∙0,0804/64=20٠10-7 м4
Подставляя, получим:
906 об/мин
Критическая частота вращения вала должна быть значительно больше ее номинального значения nн при этом необходимый запас частоты вращения должен составлять:
kв=100%∙(nкр–nн)/nн≥20%,
где nн=610 мин-1
nкр=906 мин-1
kв=100%∙(906–610)/610=48%,
Условие критической частоты вращения выполняется.
3.4 Проверочный расчет на продольную устойчивость
Расчет заключается в определении критической силы Ркр и оценке запаса устойчивости вала, находящегося в наиболее длинном пролете валопровода. Пролет рассматривается как вращающийся стержень, свободно лежащий на двух шарнирных опорах, и сжатой силой упора, создаваемого гребным винтом. Необходимость проверки вала на продольную устойчивость устанавливается в зависимости от его гибкости:
λ=lmax/i,
где lmax=3,042 м – длина пролета между опорами
i=,м – радиус инерции сечения вала
F==3,14=0,005 м2 – площадь поперечного сечения вала
I==3,14=20м4 - момент инерции сечения вала
i===0,02 м
λ=3,079/0,021=146,18
Так как λ>80, то производим расчет вала на продольную устойчивость.
Критическая сила,кН
Максимальный упор гребного винта
Pmax=(1,25…1,30)хPe=1,3х13,54=17,6 кН
Коэффициент запаса устойчивости
K=Pкр/Рmax=150168/17,6=8531,3>2,5
3.5 Расчет тормоза валопровода
Для стопорения валопроводов в аварийных ситуациях (повреждение винта или валопровода, ремонта их и т.п.) их оборудуют тормозом. Большинство тормозов валопроводов работают по принципу сухого механического трения. Их часто совмещают с фланцевым соединением.
1. Определим момент на гребном валу, создаваемый застопоренным гребным винтом: , кН·м, где
km – коэффициент момента застопоренного гребного винта=0,019;
ψ = 0,129 – коэффициент попутного потока;
- скорость движения судна с застопоренным гребным винтом, равная 4 м/с;
ρ – плотность воды, кг/м3;
Dв - диаметр винта, м
2 . Находится диаметр тормозного диска:
, м
где f - коэффициент трения, принимаемый для асбестовой ленты по стали
f=0,32…0,35;
–угол охвата одного бугеля 110-130;
k = bт/Dт - отношение ширины тормозной ленты к диаметру тормоза,
k = 0,12 ÷ 0,14;
p= (6…8)10кПа – среднее допускаемое давление на тормозную поверхность.
Определим необходимые силы торможения ленты =, кН
и затяжки винта ,гдеe – основание натурального логарифма.
4. Рассчитаем момент затяжки винта, кН·м,
где γ и δ- углы соответственно подъёма винтовой линии (нарезки) и трения.
где s – шаг резьбы, мм; - средний диаметр нарезки винта, мм;- угол профиля при треугольной резьбе; коэффициент трения в резьбе.
5. Определяем усилие затяжки на рукоятке:
где L – длина рукоятки, м.
Усилие затяжки на 1 чел. не должно превышать кН.
Рис. 4.1. Тормоз валопровода:
1 - гайка стяжного винта; 2 – стяжной винт; 3 – штырь стяжного винта;
4 - фрикционные колодки; 5 - бугель с головкой для штыря; 6- штыри;
7 – фундамент; 8 – бугель с головкой для стяжного винта
Устройство и элементы валопровода показаны на чертеже КП-НГТУ-180101-(08-КС-2)-2011-СБ.
Спецификация к чертежу дана в приложении.