Расчет Ходкости Судна

РАСЧЕТ ХОДКОСТИ СУДНА

 

В качестве прототипа используется рефрижераторное судно, судно имеет один винт, V–образные кормовые обводы. Машинное отделение расположено в корме под надстройкой, имеется  4 рефрижераторных трюма, предназначенных для перевозки фруктов. На главной палубе распложено 4 крана, 3 крана грузоподъемностью  8 тонн и один грузоподъемностью 35 тонн.

 

1.1 Расчет полного сопротивления движению судна и буксировочной мощности

Основные характеристики судна:

Длина, ширина, осадка по ГВЛ : Коэффициент общей полноты: Коэффициент полноты площади мидель–шпангоута: Число гребных винтов: Тип гребного винта: Тип СЭУ: Тип передачи мощности на гребной вал: Номинальная мощность СЭУ : Номинальная частота вращения : Форма носовой оконечности:

L=144; B=22.50; T=9,05; δ=0,53; β=0,97;   ; ВФШ; ДВС; Прямая передача; ; бульбообразная; обыкновенная;

 

Для начала расчета необходимо определить следующие постоянные величины и коэффициенты:

(м3/кг) – плотность морской воды; 
(м/с2) – ускорение свободного падения;

; ;

(м3) – объемное водоизмещение;

(м2/с) – коэффициент кинематической вязкости;

определим смоченную поверхность корпуса, без частей с бульбообразной носовой оконечностью по формуле  В.А. Семеки для традиционных транспортных судов:

; 
;

где   главные размерения судна; – коэффициент общей полноты;

определим площадь выступающих частей; Площадь выступающих частей будет примерно равна:

;

полная смоченная поверхность корпуса судна определяется как сумма площадей:

;

определим корреляционный коэффициент по таблице в зависимости от длины судна: ;

определим коэффициент сопротивления выступающих частей , который также зависит от длины судна: ; 
Таблица 1.1 Расчет сопротивления воды движению судна и буксировочной мощности с использованием данных серии 3

№	Обозначения	Числовые значения
1	Vs, уз	16	18	20	22	24
2	V = 0,514·[1], уз	8,22	9,25	10,28	11,31	12,34
3	V2 = [2]2	67,63	85,60	105,68	127,87	152,18
4	Fr = V/	0,219	0,246	0,274	0,301	0,328
5	Re·10^–8 = V·L/υ	7,36	8,28	9,19	10,11	11,03
6	ζf··10^-3 = f(Re)	0,24	0,21	0,2	0,18	0,17
7	ζr·10^-3  = f(δ;Fr)	0,705	0,869	0,898	1,09	1,697
8	KL/T	0,620	0,900	1,000	1,700	2,180
9	KB/T = f(Fr;L/B)	1,121	1,085	1,082	1,065	1,058
10	ζr·10^-3  = [7]·[8]·[9]	0,490	0,849	0,972	1,973	3,914
11	ζn·10^-3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3
12	ζα·10^-3	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1
13	ζ·10^-3  = [6]+[10]+[11]+[12]	3,930	3,330	3,370	4,050	4,900
14	R = ρ/2·Ω·[3]·[13]·10–3, кН	402	512	698	995	1412
15	EPS = [2]·[14], кВт	2982	4473	6985	11481	17124

 

g= 9,81 м/с; L=144 м; B=22,05 м; T=9,05 м; δ =0,353; β=0,97;

υ=1,61·10-6 м2/с; ρ=1025 кг/м3; Ω=3091 м2.

Рисунок 1.1 – Зависимость EPS от Vs

         

Рисунок 1.2 – Зависимость  R от Vs

 

 1.2 Расчет гребного винта

 

Выбор ориентировочных значений скорости хода судна и диаметра гребного винта:

— в соответствии с рекомендациями [16] в качестве движителя принимаем цельнолитой гребной винт. Материал изготовления гребного винта — бронза АЖН 9-4-4.

— для выбора значений Dор используем номограмму приведенную на рис.1 [16]. Ориентировочное значение скорости хода судна определяем по зависимости , приняв значение из соотношения: ; из рис. 1.1, находим .

Для входа в диаграмму определяем:

,

где по формуле Тейлора

;

тогда

;

Из диаграммы имеем:

;

;

,

Принимаем (м); (уз);

Определение коэффициентов взаимодействия гребного винта с корпусом судна

коэффициент попутного потока определим по формуле Холтропа:

Из расчета сопротивления воды движению судна при принимаем:

;

Для вычисления коэффициента , необходимо рассчитать:

 –  коэффициент продольной полноты;

;

Вычисляя с помощью Microsoft Excel, получаем: .

Выполним проверку значения с помощью формулы:

,

где =0,0093 т.к. Fr> 0,2

;

;

.

Принимаем окончательно значение .

 Определим коэффициент засасывания также по формуле Холтропа:

;

.

Проверим, лежит ли значение в пределах, определенных для обтекаемого руля и рудерпоста с прямоугольным сечением:

;

;

Значение коэффициента удовлетворяет условиям проверки.

примем значения следующих коэффициентов:

– коэффициент влияния на упор;

 – коэффициент влияния  на момент;

– коэффициент влияния неравномерности потока на кпд гребного винта;

Коэффициент влияния корпуса найдем по формуле:

;

;

Определение числа лопастей и дискового отношения гребного винта, выбор расчетной диаграммы дисковое отношение гребного винта определяем по диаграмме; для входа в диаграмму уточним значения:

;

;

По диаграмме ; для выбора числа лопастей, определим коэффициент нагрузки гребного винта по упору:

;

;

Принимаем число лопастей в соответствии с рекомендациями;

окончательно принимаем: 
   Z = 4  и  ;

D = 5,2 м

Расчетная серия М4-65 [15];

 –  кпд валопровода при расположении МО в корме;

 –  кпд передачи (согласно условию передача мощности прямая).

Выбираем двигатель фирмы “MAN Diesel & Turbo”. В соответствии с рекомендациями, при плавании судна с преимущественно в умеренных широтах, сроке докования 12 мес, принимаем значение коэффициента увеличения частоты вращения ;

1.3 Расчет исходных данных для определения наибольшей скорости хода судна и оптимальных элементов гребного винта

Дальнейшие расчеты и построения диаграмм ведутся с использованием среды Microsoft Excel и заносятся в таблицу 1.2

Таблица 1.2  Расчет исходных данных для определения мощности и частоты вращения силовой установки и оптимальных элементов гребного винта

№	Расчетные величины и формулы	Размерность	Числовые значения					Примечания
1	Vs	уз	16	18	20	22	24	задается
2	Vp	м/с	7,81	8,79	9,77	10,7	11,72	формула
3	KNQ		2,97	3,45	3,93	4,43	4,94	формула
4	I		0,61	0,69	0,78	0,86	0,96	с расч.диаг.
5	H/D		0,95	1,025	1,1	1,18	1,26	с расч.диаг.
6	η0		0,6	0,64	0,67	0,7	0,72	с расч.диаг.
7	D	м	7,53	7,49	7,37	7,35	7,18	формула
8	η  = η0·ηk		0,62	0,66	0,69	0,72	0,74	формула
9	EPS = f(Vs)	кВт	2982	4473	6985	11481	17124	с расч.диаг.
10	Ne	кВт	1626	2803	3958	8191	18158	формула

 

Другие величины:

 Neном = 11220(кВт);   Neрасч =9975  (кВт);   k = 1,04;   ωt = 0,05;   t = 0,019;

ηпер ·ηвал = 0,99;   D = 5,2 (м);   ηk = 1,03;   θ=0,6;    ρ = 1025 (кг/м3);   z = 4;

Np = Neрасч· ηпер ·ηвал = 9875 (кВт);       neрасч= neном = 1,7 (с–1);

Рисунок 1.3 – Зависимость D и Ne от Vs

 

 

Рисунок 1.4 – Зависимость H/D и I от Vs

1.4 Проверочный расчет на кавитацию

;

- атмосферное  давление воздуха;

- заглубление  оси гребного винта;

; .

;

; 0,50,8

Дисковое отношение винта обеспечивает отсутствие кавитации.

 

 

Конструктивные характеристики гребного винта:

Диаметр гребного винта                                      D=5,2 м;

Конструктивное шаговое отношение                  H/D=1,175;

Шаг винта                                                             H=6,11 м;

Дисковое отношение                                            =0,6;

Число лопастей                                                     Z=4;

Направление вращения                                       правое;

Материал                                                             Бронза АЖН 9-4-4;

Расчетное значение относительной поступи      Iрасч =0,8

1.5 Паспортные характеристики

Таблица 1.3 Паспортные характеристики

 

I	Коэффициенты упора тяги и момента		Скорость, тяга, мощность		0,8*nн	0,9*nн	0,97*nн	nн	k*nн
				n	81,60	120,60	129,98	134,00	140,70
				nc	1,36	1,53	1,65	1,70	3,13
				nс2	1,85	2,34	2,72	2,89	5,53
				nс3	2,52	3,58	4,48	4,91	5,53
0,55	Kt=	0,5	Vs	уз	7,97	8,96	9,66	9,96	10,36
	Ke=	0,4905	Pe	кН	679,91	860,52	999,58	11062,37	1 149,05
	Kq=	0,067	Ne	кВт	4 166,36	5 932,18	7 426,80	8 137,42	9 153,49
0,6	Kt=	0,47	Vs	уз	8,69	9,78	10,54	10,86	11,30
	Ke=	0,46107	Pe	кН	639,12	808,89	939,61	998,62	1 080,11
	Kq=	0,068	Ne	кВт	4 228,54	6 020,72	7 537,65	8 258,87	9 290,11
0,7	Kt=	0,43	Vs	уз	10,14	11,41	12,29	12,67	13,18
	Ke=	0,42183	Pe	кН	584,73	740,04	859,64	913,63	988,19
	Kq=	0,07	Ne	кВт	4 352,91	6 197,80	7 759,34	8 501,78	9 563,35
0,8	Kt=	0,4	Vs	уз	11,59	13,03	14,05	14,48	15,06
	Ke=	0,3924	Pe	кН	543,93	688,41	799,66	849,89	919,24
	Kq=	0,073	Ne	кВт	4 539,46	6 463,42	8 091,89	8 866,14	9 973,20
0,98	Kt=	0,37	Vs	уз	14,19	15,97	17,21	17,74	18,45
	Ke=	0,36297	Pe	кН	503,14	636,78	739,69	786,15	850,30
	Kq=	0,08	Ne	кВт	4 974,76	7 083,20	8 867,82	9 716,32	10 929,54

 

 

Рисунок 1.7 – Паспортная диаграмма

 

 

Пользуясь диаграммой находим:

Скорость хода судна в эксплуатации в грузу с чистым корпусом при n=102(об/мин) – Vsпр=15 уз, =9000 (KВт)

Запас мощности при движении судна с n=102(об/мин)  –  Vsпр=15 (уз)

Максимальная скорость на испытаниях n=106,08(мин–1) –  Vs=15,5 (уз),                     =10100(KВт)

Эксплуатационная скорость хода судна в средних эксплуатационных условиях при возросшем на 20 % сопротивлении среды движению судна:

Vs=13,80 (уз)  при  n=98,94(мин–1)  и = 8000(KВт).