1. Теоретическая часть

Курсовая работа состоит из трёх взаимосвязанных частей:

• расчет фактической тяги траулера;

• подбор трала к судну по его тяге;

• расчет ожидаемого улова полученной траловой системы.

1. Расчет фактической тяги траулера.

Тяга траулера при установившемся движении равна разнице между упором винта и сопротивлением корпуса.

Pp = Pe – Rk (1),

где Pp – тяга судна, кН,

Pe – упор гребного винта, кН,

Rk – полное сопротивление корпуса судна, кН.

В литературе по теории корабля тягу судна часто называют избыточной или располагаемой. В своём последующем изложении будем придерживаться термина – располагаемая тяга. Появление терминов избыточная или располагаемая тяга связано с тем, что упор винта является функцией от мощности, пошедшей на винт и скорости судна, сопротивление корпуса является функцией от скорости судна. На любой скорости свободного хода (т.е. движение судна без «воза») располагаемая тяга равна нулю. Но если судно занято буксировкой чего либо, то между упором винта и сопротивлением корпуса судна появляется разница, которая затрачивается на преодоление сопротивления «воза». Термин «воз» является распространенным в литературе по теории корабля, он является общим для всех тел, которые буксирует судно. Этим телом может быть другое судно, плав. док или трал. Упор винта можно определить на швартовых испытаниях судна. Например, судно швартуется к швартовой бочке на рейде какого либо порта (работать винтом у причала длительное время нельзя) в швартовый конец включают соответствующий динамометр и последовательным увеличением цикловой подачи топлива к ГД, на винт подается ступенчато возрастающая мощность. При каждой ступени мощности на винте фиксируется динамометром значение упора винта. Попутно заметим, что пропорциональному росту мощности на винте соответствует не пропорциональное приращение упора. Если при достижении, какого-то уровня мощности, пошедшей на винт швартовый конец отдать, то судно начнет ускоренно двигаться до достижения какой-то скорости свободного хода. При движении судна упор винта не остается постоянным, он падает, т.к. за счет движения судна на поверхностях разряжения винта будет уменьшаться это самое разряжение, и полное гидродинамическое давление будет падать, а упор винта есть составляющая полного давления. При движении судна растет его сопротивление движению. При достижении равенства упора винта и сопротивления корпуса ускоренное движение прекращается, судно движется с постоянной скоростью. Все сказанное можно проиллюстрировать графически (см. рис. 1)

Рис. 1 Зависимость Pe, Rk, Pp от скорости при постоянной мощности

(БМРТ типа «Прометей Ne=2000 кВт)

На рис. 1 кривые Pe и Rk пересеклись на скорости около 13 узлов, следовательно, при заданной мощности скорость свободного хода равнялась 13 узлам. На скорости 13 узлов у судна располагаемая тяга равна нулю, но на такой скорости траления не осуществляются, а делается это на скорости, например, 5 узлов. На этой скорости из рис. 1 видно, что тяга судна составляет около 200 кН, т.к. упор винта на этой скорости составляет около 220 кН, а сопротивление корпуса около 20 кН.

Тяга судна зависит не только от мощности, пошедшей на винт и скорости, но и от технического состояния пропульсивного комплекса. К пропульсивному комплексу морского судна (ПК) относится его корпус, главный двигатель (ГД), гребной вал и гребной винт. В процессе эксплуатации элементы ПК подвержены износу и их характеристики находятся в динамике. В связи с этим уместно введение нового термина – «фактическая тяга», которая может быть определена по зависимости:

Ррф = Ррн – ΔРр (2),

где Ррф – фактическая тяга траулера, кН,

Ррн – тяга нового судна, кН,

ΔРр – потеря тяги, кН.

Тяга нового судна определяется по зависимости (3)

Ppн = A₀+A₁Ne+A₁₁Ne²+A₂V+A₂₂V² (3),

где A_i – коэффициенты,

Ne – мощность, пошедшая на винт, кВт,

V – скорость траления, узлы.

Коэффициенты A_i –приведены в Приложении 1 по типам судов.

Мощность, пошедшая на винт, рассчитывается по зависимости (4)

Ne = Ne_ГД - (4),

где Ne_ГД – размерная мощность, развиваемая ГД, кВт,

N_ВГ – мощность, отбираемая валогенераторами, кВА,

η_ВГ – КПД валогенератора.

Размерная мощность ГД рассчитывается по выражению (5)

Ne_ГД = e_ГД*Ne_{ГД Н}/100% (5),

где e_ГД – относительная мощность, развиваемая ГД, %,

Ne_{ГД Н} – размерная мощность ГД номинальная, кВт.

Относительная мощность, развиваемая ГД, рассчитывается как функция от косвенных характеристик по зависимости (6)

e_ГД = B₁*t_Г+B₂*P_H + B₀ (6),

где t_Г – температура выхлопных газов, °С,

P_H – избыточное давление наддува, кГ/см² или кПа,

в зависимости от типа судна,

B_i – коэффициенты, зависящие от типа судна (Приложение 2)

Эксплуатационная мощность ГД рассчитывается по зависимости (7)

e_Э=100-σ( e_Ц)*t_α (7),

где e_Э – эксплуатационная относительная мощность ГД, %,

σ( e_Ц) – средне квадратичный разброс нагрузки по цилиндрам, %,

t_α коэффициент распределения Стьюдента.

Значения t_α в таблице Приложения 3.

Необходимо пояснить значение термина «эксплуатационная мощность». Всего у ГД различается пять мощностей, которым присваиваются наименования:

• номинальная мощность – это мощность, на которую проектировалась машина;

• максимальная мощность – это мощность, которую в течение короткого периода времени может развивать машина без аварии;

• эксплуатационная мощность – это мощность, на которой можно эксплуатировать дизель сколь угодно долго;

• минимальная мощность – это тот минимум, при котором двигатель работает устойчиво;

• долевая мощность – это мощность в промежутке между эксплуатационной и минимальной, которая необходима для маневрирования судном с помощью изменения скорости.

На максимальной мощности дизель можно эксплуатировать не более 1 часа и только при форс-мажорных обстоятельствах с обязательной записью в судовые журналы самого факта работы на максимальной мощности и обстоятельств, которые заставили это делать.

На номинальной мощности дизель эксплуатировать длительное время нельзя. Это связано с тем, что мощность дизеля является средней величиной мощностей по цилиндрам. А коль это так, то при 100% нагрузке на дизель, в его составе будут цилиндры, нагруженные менее 100%, но будут и цилиндры, нагруженные более 100%, а машина на такую нагрузку не проектировалась. Разброс мощностей между цилиндрами неизбежен, он даже регламентируется стандартом ГОСТ 10150 «Дизеля стационарные судовые и тепловозные. Технические требования», в котором допускается разброс мощностей по цилиндрам в пределах ±2.5%.

В выражении (2) значение потери тяги определяется по выражению (8)

ΔРр = ΔРр_МДК + ΔРр_К (8),

где ΔРр_МДК – потеря тяги из-за износа машинно-движительного комплекса, кН,

ΔРр_К – потеря тяги из-за износа корпуса, кН.

ΔРр_МДК – определяется в результате испытания судна в дрейфе, с ГД, работающем на винт при нулевом упоре.

ΔРр_К = С*V (9).

где С – коэффициент, который определяется по выражению (10)

С = (ΔРр_СХ - ΔРр_МДК)/V_СХ (10),

где ΔРр_СХ – потеря тяги судном на свободном ходу, кН,

V_СХ – скорость свободного хода судна, узлы.