Устройство и оборудование судов

1.4. Определение основных элементов грузового теплохода. 

   Основными  элементами грузовых теплоходов, подлежащими определению на начальной  стадии проектирования, являются:

- водоизмещение  судна,

- главные размерения  корпуса,

- коэффициенты  полноты,

- мощность силовой  установки. 

   Эти элементы  определяются по эмпирическим  формулам, большое число которых  предложено разными авторами, а  также с использованием данных по судну-прототипу.

    Для  определения водоизмещения в  данном проекте используется  метод коэффициента утилизации 

                                                               (1,11)

   Где G – грузоподъемность судна,

 η – коэффициент  утилизации, определённый как отношение  грузоподъемности судна к его  водоизмещению.

   Для проектируемого  судна  η вычисляется путём  использования данных по судну-прототипу,  с введением корректирующей поправки, учитывающей отклонение основных характеристик судна-прототипа от корректируемого судна. 

                                                        (1,12)

   Где   - коэффициент утилизации судна-прототипа, определяемый по выражению (1,11);

- приращение коэффициента утилизации, обусловленное изменением характеристик проектируемого судна.  

   Расчётное  выражение для приращения  имеет вид: 

 

Где: 

         

     

LBH – кубический модуль определяемый по выражению 

          

  ε – коэффициент учитывающий неплотность заполнения трюма грузом

( ε = 1,0-1,10 ) –  в данной работе значение ε принято равным 1,05

  υ – удельный  погрузочный объём груза, величина  которого указывается в задании,  или принимается в зависимости  от рода груза ; в данной  работе значение υ принято  равным 1,2.

G-грузоподъёмность судна 

                                                                  

- относительное  значение длин форпика и ахтерпика,  машинного отделения и люкового  закрытия трюмов соответственно. 

                                                    

   - относительные  значения суммарной ширины бортового  набора и ширины люка;

 

                                               

- относительные  значения палубного и днищевого набора; 

                                                

- относительное  значение высоты комингса люка. 

   Используя  среднестатистические значения  указанных параметров, приведённых  в Приложении 10, принимаем для данной работы : 

                       

   Далее  в расчётах значения и величины  отмеченные знаком «’» относятся к судну прототипу. 

 

 

С – адмиралтейский коэффициент 

   Вычисление  значения адмиралтейского коэффициента  судна-прототипа, производится исходя  из формулы расчёта общей мощности судовой энергетической установки 

                                              

   Где: Д’ – водоизмещение судна-прототипа т,

           U’ – скорость судна-прототипа км/ч,

           С’ – адмиралтейский коэффициент судна-прототипа.

      - суммарная мощность силовой установки судна-прототипа 

Отсюда:

   Значение  адмиралтейского коэффициента для  проектируемого судна вычисляется  по формуле: 

            (1,17) 
 

Где :                     (1,18)

В приведённых  выражениях –  

С’ – адмиралтейский коэффициент судна прототипа,

U’ – скорость судна-прототипа (м/с),

U’ – скорость проектируемого судна (м/с),

Fr’ – число Фруда судна прототипа,  

                                                     

Где L’ – длинна судна-прототипа (м),

       g -  ускорение свободного падения (9,81 м/с) 

                                          

Далее поэтапно определяем необходимые величины: 

 

Также для определения  необходимо вычислить 

 

Измеритель расхода  топлива и смазки

                                     

   Где t – автономность плавания в сутках в данной работе принято считать равным

         q -  удельный расход топлива, q = 0,23 / 0,24 кг/кВт ч – в данной работе значение q принято считать равным 0,223 кг/кВт ч

         k – коэффициент, учитывающий расход топлива и смазки на вспомогательные и бытовые нужды – в данной работе значение k принято считать равным 0,22 

   тогда: 

                   

                   

           

Исходя из численности экипажа проектируемого судна 10 человек и автономность 10 суток, рассчитываем: 

          

    

   Полученные  значения, необходимые для вычисления  приращения коэффициента утилизации подставляем в выражение

 

                   

Отсюда: 

 

Тогда: 

 

   Главные  размерения и коэффициенты полноты определяются следующим образом:

   Если  осадка судна не ограничена, то  можно, используя характеристики  близких судов-прототипов, задаться  соотношениями главных размерений:

                                     

   Значения  коэффициента полноты водоизмещения   δ – принимается равным величине  данного параметра судна-прототипа = 0,857

   Далее,  исходя из уравнения плавучести: 

                             при ρ = 1т/м³ ,

Для проектируемого судна определяем следующие величины: 

 

   Полученная  в результате вычислений осадка  проектируемого судна отвечает требованиям обеспечения запаса по глубине под днищем при имеющихся гарантируемых габаритах судового хода. Поэтому осадка  проектируемого судна принимается равной осадке судна-прототипа – 1,6м. 

Так как  →  

Коэффициент конструктивной ватерлинии определяется по формуле: 

          ,                    (1,21)

     

Из соотношения  = 1,08 вычисляется коэффициент полноты площади мидельшпангоута

 

      

   Высота борта назначается из условий:

1. обеспечение минимума надводного борта:

 

                             

Где: - минимальная высота надводного борта, принимается по Правилам Речного регистра в зависимости от длинны корпуса судна и класса судна – в данной работе это значение будем считать равным 0,57. 

  

2. выполнение  требований Речного регистра в отношении  максимально допустимых значений   с точки зрения прочности

 

 

3. обеспечение заданной грузовместимости судна (для  трюмных судов)

                                             

Где : LBH – кубический модуль, величина которого для проектируемого судна вычислена выше и составляет – 2786.56 

   Высота  борта проектируемого судна принимается равной 2,3 метра, так как это удовлетворяет всем вышеуказанным условиям.

  Формула  для вычисления суммарной мощности  силовой установки проектируемого судна имеет вид: 

  

   Выбор  двигателей производится исходя  из необходимости использования  на данном судне, в целях  обеспечения безопасности плавания, двух главных двигателей.

   Из  таблицы дизелей выбираем двигатель:

           6 ЧН 25/34

           n = 500 об/мин

           Удельная масса 26 кг/кВт

           Число цилиндров i = 6

            Удельный эффективный расход топлива  g = 0,213 кг/кВт*ч

            Мощность Ne = 400 кВт

            L = 4.6         B = 1,08       H = 2.42   

   Таким  образом суммарная мощность энергетической  установки проектируемого судна составляет 2*400 = 800 кВт , что с гарантированным запасом покрывает рассчитанную потребность.

   При  одновременном использовании двух  машин на максимальной проектной  скорости и в полном грузу,  каждый из двигателей будет  работать в режиме примерно 85 – 90 %, от максимальной мощности, что является благоприятным условием для их надёжной эксплуатации.

   

   В заключении  по результатам вычислений необходимо  выполнить контрольную проверку.

   Водоизмещение  данного судна рассчитанное с  использованием коэффициента утилизации составляет: Д = 2269

   Водоизмещение  данного судна рассчитанное с  использованием уравнения плавучести составляет: Д = 2269 

   Водоизмещение  проектируемого судна рассчитанное  исходя из сумм масс его  основных частей, груза, экипажа  с багажом, запасов воды п провизии, и с учётом запаса водоизмещение на проектирование составляет: 

, где 

=

dД=0,025*2269=56.7 

Отсюда :

   Д = 549.7+53+51.2+27,5+1410+56.7=2138.1