Проектирование гребного винта

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное государственное  общеобразовательное учреждение высшего   профессионального образования

ВГАВТ

 

 

 

 

Кафедра ТК и ЭС

 

 

 

 

 

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГРЕБНОГО ВИНТА

 

Пояснительная записка  к курсовому проекту по «ходкости и управляемости судов»

Танкер класса      М 3.0

 

15.411. – 040 – 01ПЗ

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил 

студент гр. К-412                  Кочнев Ю. А.                

 

 

Проверил                   Лукина Е. А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н. Новгород.

2007 год.

 

Содержание 

Задание

Введение            3

1 Расчёт кривой сопротивления  движению судна       4

2 Расчёт гребного винта при  выборе мощности СЭУ      5

3 Расчёт гребного винта на  полное использование мощности  СЭУ    7

4 Расчёт ходовых характеристик  судна        11

4.1 Расчёт характеристик СЭУ         11

4.2 Расчёт динамической характеристики  винта       11

4.3 Расчёт ходовых характеристик  судна        13

5 Конструирование гребного винта         15

6 Расчёт прочности  лопасти и массы гребного винта      16

Заключение             19

Список литературы           20

 

 

Введение

Целью выполнения курсовой работы является закрепление теоретического материала и получение практических навыков по расчёту и конструированию гребных винтов.

В курсовую работу входят пояснительная  записка, чертёж профилей сечения лопасти, спрямлённый контур, проектированный контур и боковая проекция винта.

Для выполнения курсовой работы необходимо пользоваться диаграммами для расчёта  гребных винтов, которые имеются в указанной литературе.

 

 1 Расчёт кривой сопротивления движению судна

Полное сопротивление движению воды водоизмещающему судну равно:

,

где – сопротивление трения технически гладкой эквивалентной пластины,

 – надбавка на шероховатость судовой поверхности,

 – сопротивление выступающих  частей,

 – остаточное сопротивление.

,

где ,

,

 – скорость хода судна,

м – расчётная длина судна,

 – динамический коэффициент  вязкости,

 – надбавка к коэффициенту сопротивления трения на шероховатость судовой поверхности,

 – коэффициент сопротивления выступающих частей,

 – коэффициент аэродинамического  сопротивления надводной части  судна,

 – коэффициент остаточного  сопротивления. Определяется по  коэффициенту остаточного сопротивления судна-прототипа.

Площадь смоченной  поверхности судна

м²,

где м³ – объёмное водоизмещение судна,

 – коэффициент полноты  водоизмещения,

м – расчётная ширина судна,

м – расчетная осадка судна.

По таблице2 приложения [1] подбираю судно прототип по коэффициенту объёмного водоизмещения, отношений и

 – коэффициент полноты  водоизмещения судна прототипа,

Соотношение главных размерений судна прототипа  равно:

Для проектируемого судна коэффициент остаточного  сопротивления рассчитывается по формуле

,

где – Поправочные коэффициенты определяемые по рисунку VI-2 [1]

Относительная смоченная поверхность  судна равна:

,

судна прототипа 

Расчёт коэффициента , а также сопротивления воды движению судна произведён в таблице 1.

Таблица 1 – расчёт полного сопротивления  судна.

Расчётная величина и формулы	Ед. измерения	Число Фруда
		0,3	0,35	0,4	0,45	0,5
	м/с	4,0356	4,7082	5,3808	6,0534	6,726
		0,9	0,98	1,08	1,22	1,53
		1,099	1,094	1,084	1,082	1,092
		1,123	1,128	1,052	1,07	1,077
		0,944	0,944	0,944	0,944	0,944
		1,055	1,055	1,055	1,055	1,055
		1,106	1,204	1,227	1,407	1,792
		4,474	5,22	5,965	6,711	7,457
		1,739	1,705	1,676	1,651	1,629
		3,715	3,779	3,773	3,928	4,291
	кН	80,47	111,415	145,291	191,438	258,185
	кВт	324,745	524,564	781,782	1158,851	1736,552

 

По данным таблицы на рисунке 1 построен график зависимости сопротивления  воды движению судна от скорости.

2 Расчёт гребного винта при  выборе мощности СЭУ

Целью расчёта является определение  параметров движительного комплекса, которые обеспечивали бы при заданном режиме работы судна наилучшие пропульсивные показатели.

В качестве движительного  комплекса судна применены два  винта в направляющих насадках.

Полезная тяга на один винт равна:

кН,

где кН – сопротивление движению судна при заданной скорости (v=19,6км/ч),

 – количество движителей.

Характеристики  взаимодействия винта и корпуса судна:

Коэффициент попутного потока:

.

Коэффициент засасывания принимается равным

Скорость движительного  комплекса определяется по формуле:

м/с

Упор создаваемый  движителем равен:

кН.

На данной стадии расчёта принимаю количество лопастей и дисковое отношение . Для расчёта принимаю корпусную диаграмму рисунок VIX [5].

Минимальный диаметр винта рассчитывается по формуле

м.

 

 
максимальный диаметр винта  принимаю равным:

м.

Расчёт гребного винта в направляющей насадке произвожу в таблице 2.

Таблица 2 – расчёт гребного винта  в направляющей насадке.

Расчётные величины и формулы	Ед. изм.	Диаметр винта, м
		1,75	2,042	2,333	2,625
		0,883	1,03	1,177	1,325
		0,51	0,595	0,637	0,71
		1,241	1,285	1,309	1,359
		0,568	0,61	0,625	0,653
	с-1	10,166	7,47	6,106	4,866
	кВт	697,764	649,721	634,128	606,937

 – КПД редуктора,

 – КПД валопровода.

На рисунке 2 построена диаграмма  зависимости мощности и диаметра винта от частоты вращения. По рисунку 2 определяю двигатель с резервом мощности не менее 15%.

Двигатель 8VD 26/20AL-2,

Мощность 883 кВт,

Номинальная частота вращения 1000 мин^-1,

Частота вращения вала через редуктор 498,6 мин^-1.

Двигатель имеет  запас мощности

Диаметр диска  винта первого приближения  м.

3 Расчёт гребного винта на  полное использование мощности  СЭУ

Цель расчёта – определение  оптимальных элементов винта, которые  при полном использование мощности выбранного главного двигателя обеспечивали бы максимально достижимую скорость хода судна.

По диаметру винта, определённом в первом приближение, уточняется значение коэффициентов взаимодействия движительного комплекса с корпусом судна.

Коэффициент попутного потока:

,

где – коэффициент засасывания корпуса в швартовном режиме,

 – коэффициент полноты  площади кормового подзора перед  входным сечением направляющей насадки,

 – относительная величина кормового свеса.

Коэффициент засасывания определяется по следующей  форме

,

где – коэффициент нагрузки комплекса по полезному упору,

 

 
м² – площадь диска винта.

Упор винта равен

кН.

Расчётная скорость:

м/с.

Число лопастей выбирается по величине коэффициента К’_d с точки зрения эффективности его работы.

Т.к. то принимаю число лопастей .

Дисковое отношение выбирается из условий обеспечения достаточной  прочности лопасти и отсутствия кавитации гребного винта.

Минимально необходимое дисковое отношение для обеспечения достаточной прочности лопасти определяется по формуле

,

где – коэффициент для углеродистой стали и латуни, характеризующий прочность материала лопасти,

 – предельное значение  относительной толщины лопасти,

 – коэффициент неравномерности  нагрузки лопасти.

Для винтов в насадке минимальное  дисковое отношение из условия отсутствия кавитации определяется по формуле:

,

где кВт

Па – абсолютное гидростатическое давление на уровне оси гребного вала,

 Па – атмосферное давление,

Н/м³ – удельный вес воды,

м – глубина погружения оси  гребного вала,

 Па – давление насыщенных  паров при 15⁰С.

Принимаю расчётное  дисковое отношение 

Для винта  в насадке оптимальная форма  контура лопасти выбирается в  зависимости от коэффициента нагрузке по упору комплекса.

По рисунку 51 [4] принимаю форму лопасти винта саблевидную.

Расчёт оптимального винта на полное использование мощности СЭУ произвожу  в таблице 3.

 

Таблица 3 - Расчёт оптимального винта  на полное использование мощности СЭУ.

Расчётные величины и формулы	Единицы измерения	Номер последовательного приближения
		I
v	м/с	5,444
		5,008
		1,421
		0,3675
		0,379
	м	1,59
		0,188
		0,826
		0,542
	кН	90,843
	кН	163,336
	м/с	5,4

Т. к. м, то принимаю диаметр винта м и дальнейший расчё провожу в таблице 4.

Таблица 4 – Расчёт элементов винта  заданного диаметра ( м) на полное использование мощности СЭУ

Расчётные величины и формулы	Единицы измерения	Номер последовательного приближения
		I	II	III	IV
v	м/с	5,444	5,67	5,61	5,63
	м/с	5,008	5,216	5,161	5,18
		0,0142	0,0142	0,0142	0,0142
		0,344	0,359	0,355	0,356
		0,685		0,693	0,695
		0,54	0,55	0,548	0,549
	кН	90,508	88,508	89,126	88,961
	кН	162,733	159,137	160,249	159,952
	м/с	5,67	5,61	5,63	5,63