Теория устройства судна

      ОГЛАВЛЕНИЕ 

    Основные обозначения                                        4

  1. Расчет буксировочного сопротивления                     7

  2. Расчет гребного винта фиксированного шага                  11

  2.1 Определение коэффициентов взаимодействия винта и корпуса               16

  2.2 Определение числа лопастей винта и дискового отношения     17

  2.3 Расчет винта, выбор двигателя и передаточного

        отношения редуктора                      19

  2.4 Построение кривых действия винта в свободной воде        20

  2.5 Расчет и построение паспортной диаграммы                   22

  2.6 Определение качества гребного винта                    24

  2.7 Заключение по расчету ходкости                     25

  3. Расчет гребного винта регулируемого шага         26

   Заключение                                                                                                        23

   Список литературы                                                         24

  Приложение                                                  25

Оглавление

        Кафедра УС и ПР

      Сопротивление движению судна.

      С - коэффициент сопротивления;

      С_А - надбавка на шероховатость;

      С_АР - коэффициент сопротивления выступающих частей;

      С_F - коэффициент сопротивления трения;

      С_R - коэффициент остаточного сопротивления;

      С_VP - коэффициент сопротивления формы;

      C_W - коэффициент волнового сопротивления;

      С_АА - коэффициент сопротивления воздуха;

      С_F0 - коэффициент сопротивления трения эквивалентной гладкой пластины;

      С_Е - адмиралтейский коэффициент буксировочной мощности;

      D - сила тяжести судна;

      F_T - площадь проекции надводной части судна на плоскость мидель-шпангоута;

      Р_Е - буксировочная мощность;

      R - полное сопротивление;

      R_AA - сопротивление воздуха;

       - плотность воды, для океанов  принимаем в расчетах ρ=1025 кг/м³

      ν - кинематическая вязкость; 

      Геометрия гребного винта и судна.

      А₀ - площадь диска гребного винта;

      А_Е - площадь спрямленной поверхности лопастей;

      А_Е/А₀ - дисковое отношение;

      D - диаметр винта;

      D_н - диаметр ступицы;

КП.180403.65.Зу.043.10.П301

      Основные обозначения

        Кафедра УС и ПР

      ι₀ - условная толщина лопасти на оси винта;

      h₀ - глубина погружения оси винта под свободную поверхность;

      p - конструктивный шаг сечения лопасти;

      P/D - конструктивное шаговое отношение;

      z - число лопастей гребного винта;

      z_р - количество гребных винтов;

      δ - относительная толщина профиля  сечения лопасти;

      L - расчетная длина судна;

      B - ширина судна;

      d_ср - средняя осадка судна;

      β - коэффициент полноты мидель-шпаногута;

      φ - угол поворота лопасти от конструктивного шага; 

      Кинематические  характеристики

      J - относительная поступь гребного винта;

      n - частота вращения гребного винта;

      υ_S - скорость судна;

      υ_А - поступательная скорость гребного винта;

      W - коэффициент попутного потока;

      S₁ - относительное скольжение гребного винта относительно поступи нулевого

        упора; 

      Динамическая  характеристика

      к_Т - коэффициент упора гребного винта в свободной воде;

      к_Q - коэффициент крутящего момента винта в свободной воде;

      P_D- мощность, потребляемая гребным винтом;

      P_S - мощность на выходном фланце двигателя или редуктора;

      Q,Q_В - крутящий момент гребного винта в свободной воде и за корпусом;

      QТ,Т_В - упор гребного винта в свободной воде и за корпусом;

      Те - полезная тяга гребного винта;

               КП. 180403.65.Зу.043.10.П301                      Лист                                                                       

                                                                                                                             5     

      t₀ - коэффициент засасывания на швартовном режиме;

      η₀ - КПД гребного винта в свободной воде;

      η_В - КПД винта за корпусом;

      η_Н - коэффициент влияния корпуса;

      С_ТА - коэффициент нагрузки по упору.

               КП. 180403.65.Зу.043.10.П301                   Лист

                                                                                                        6   

      Расчет  буксировочного сопротивления производим в табличной

        форме (таблица 1) в следующей  последовательности:

      1. Задаемся скоростями судна υ_S от 12 до 17 узлов.

      2. Переводим скорости из узлов  в м/с: υ = 0,515υ_S.

      3. Находим для каждой скорости  число Фруда

      F_r= υ/√(gL),

      где g = 9,81 м/с²;

            L – длина судна, м.

      4. Рассчитываем объемное водоизмещение  судна

      V=δ·L·В·d_ср=0,77·177,5·27,0·10,2 = 37640,3м³

      5. Определяем коэффициент полноты  судна

      6. По диаграмме на рис.1.4 при коэффициенте полноты водоизмещения

      δ = 0,77 для каждого числа Фруда  находим предварительное 

      значение  коэффициента остаточного сопротивления  С_R(δ) = f(δ). По этой

      же  диаграмме для δ = 0,77 находим коэффициент  остроты базовой модели

      Ψ^΄ = 5,60.

      7. Так как в задании не дана абсцисса центра величины Х_С, то принимаем

      Х_С = +3,55. Тогда ее относительное значение будет

      х_С = Х_С/L = 3,55/177,5 = 0,02.

      8. По графику на рис. 1.7 определяем  при х_С = 0,02 для каждого числа

      Фруда F_r значение «коэффициента влияния» k_хс.

      9. По значениям Ψ = 5,30 и Ψ^΄ = 5,60 по графику на рис.1.5

      определяем  вспомогательные множители a_ψ и a_ψ΄ для каждого числа Фруда.

      10. Находим коэффициент = , учитывающий различие в относительной

      длине судна и базовой модели k_ψ = a_ψ/a_ψ΄.

КП.180403.65.Зу.043.10.П301

         Расчёт буксировочного

                сопротивления

        Кафедра УС и ПР

      В/Т = 27,0/10,2 = 2,65.

      12. Определяем коэффициент остаточного  сопротивления 

      С_R = С_R(δ) k_хс·k_ψ∙k_B/d∙a_B/d.

                  Таблица 1. Расчет буксировочного  сопротивления.   

                            КП.180403.65.Зу.043.10.П301                           Лист

                                                                                                                              8

      вязкости  морской воды ν = 1,56·10^-6 м²/с

      Re∙= (υL/ν).

      14. Находим коэффициент сопротивления  трения эквивалентной 

      гладкой пластины 

      С_F0∙10^-3 = 0.455/(lg(Re))^2.58.

      15. Учитываем надбавку к коэффициенту  трения на шероховатость 

      реального судового корпуса С_А. Ее значение рассчитываем по

      приближенной  формуле 

      С_А=[105(К_бг/L)^1/3 - 0,64]10^-3,

      где К_бг – высота бугорков шероховатости свежевыкрашенного корпуса

       (К_бг = 150·10^-6 м)

      С_А=[105(150·10^-6/177,5)^1/3 – 0,64]·10^-3 = 0,35·10^-3.

      16. Величину надбавки к коэффициенту  сопротивления, учитывающую

        влияние выступающих частей одновинтового  судна, принимаем равной 

      С_Ар = 0,1·10^-3.

      17. Определяем коэффициент полного  сопротивления корпуса судна

      С∙= C_R + С_F0 + С_А + С_АР.

      18. По формуле Сенеки рассчитываем  площадь смоченной 

      поверхности  корпуса судна

      Ω= L[2d_ср +1,37(δ-0,274)В],

      Ω= 177,5[2·10,2+1,37(0,77-0,274)27,0] = 6877,6

      19. Определяем буксировочное сопротивление  судна для заданных 

      скоростей при плотности воды ρ = 1025 кг/м³.

      R=1/2СρΩυ², кН.

      20. Находим буксировочную мощность для заданных скоростей судна

      Ре=R∙υ,кВт.

      21. Строим график зависимости буксировочного  сопротивления и мощности

        от скорости хода в узлах  R∙= f(υ) и Ре = f(υ).

                                               КП. Мзу-09498. ПЗ.01                             Лист

                                                                                                                              9

      Рис.1.График зависимости буксировочного сопротивления  и мощности от скорости хода. 

                                               КП. Мзу-09498. ПЗ.01                             Лист

                                                                                                        10

     Расчет  гребного винта фиксированного шага разбиваем на два этапа:

     а) расчет винта для выбора двигателя (в первом приближении);

     б) расчет винта для выбранного двигателя (во втором приближении). 

     2.1 Определение коэффициентов взаимодействия винта и корпуса 

     Целью расчета винта в первом приближении является получение необходимого

       материала для обоснования выбора  двигателя и решения вопроса 

     о целесообразности применения редуктора и выбора его передаточного числа.

       При этом выбранный двигатель  должен обеспечить заданную скорость 

     15 узлов.

     Для определения коэффициента попутного  потока одновинтового морского

       судна используем формулу Тейлора: 

     W = 0,50·δ - 0,05 = 0,50·0,77 – 0,05 = 0,335.

     Коэффициент засасывания на расчетном режиме для одновинтовых судов 

     подсчитываем  по формуле:

     t = 0,5φ - 0,12,

     где φ = δ/β = 0,77/0,98 = 0,786 - коэффициент продольной полноты

     t = 0,5·0,786 – 0,12 = 0,273.

     Кроме W и t следует учесть влияние неравномерности поля скоростей в диске

       винта на его КПД. Определение  η_R производим по формуле

     η_R = 1,0 + 0,125(W – 0,1) = 1,0 + 0,125(0,335 – 0,1) = 1,03.

     Так как расчет ориентировочный принимаем  η_R = 1,0.

     Определяем  предельно допустимый диаметр D_ПР винта. Он определяется

     исключением влияния свободной поверхности  воды, а также конструктивными

       соображениями, связанными с защитой  гребного винта от эксплуатационных 

КП. Мзу-09498. ПЗ.02                            

Расчёт  гребного винта фиксированного шага

  Кафедра  УС и ПР

     По  условию размещения винта за кормой для одновинтового судна принимаем:

     D_ПР = 0,75·d_ср = 0,75·10,2 = 7,65 м

     Рассчитываем  υ_А- скорость воды в диске винта по формуле:

     υ_А = 0,515·υ_S (1 - W),

     υ_А = 0,515·15·(1 - 0,335) = 5,14 м/с.

     Рассчитываем  упор гребного винта в свободной  воде:

     Т = R/(1 - t)

     Т = 746,3/(1 - 0,273) = 1026,5 кН

     Находим оптимальный диаметр гребного винта:

     Dopt = √(8·T/(0.4·π·ρ·υ_А²))

     Dopt=√(8·1026,5·10³)/(0,4·3,14·1025·5,14²) = 15,5м.

     Так как оптимальный диаметр гребного винта больше предельно допустимого,

     следовательно, за окончательный диаметр принимаем:

     D_ПР = D = 7,65м.

     Учитывая, что винт не должен выступать за основную плоскость, получим 

     глубину погружения оси винта:

     h₀ = d_СР - (D/2) = 10,2 - (7,65/2) = 6,37 м. 

     2.2 Определение числа лопастей винта и дискового отношения 

     Выбор числа лопастей – сложная и  ответственная задача, связанная  с 

     недопущением  значительных колебаний периодических  сил и моментов,

     создаваемых гребным винтом при его работе в неоднородном поле скоростей за

       корпусом судна, а также с  недопущением значительной вибрации кормовой

     оконечности корпуса, его основных конструкций  и валопровода. Для 

     одновинтовых  судов рекомендуется четное число  лопастей. Поэтому расчет

       производим для 4-х лопастного  винта 

     Дисковое  отношение А_Е/А₀ должно быть выбрано таким, чтобы обеспечить

       прочность гребного винта и  отсутствие кавитации.

                        КП. Мзу-09498. ПЗ.02                          Лист

                                                                                                        12            

     условиям:

     1-е  условие: отсутствие кавитации гребного винта

     (А_Е/А₀) _min^кав = [Т(1,5+0,35z)/((100+10h₀)D²)] + (0,2/z_p)

     где z = 4 – количество лопастей;

            z_p = 1 – количество гребных винтов;

     (А_Е/А₀)_min^кав=[1026,5·(1,5+0,35•4)/((100+10·6,37)·7,65²)]+(0,2/1)=0,51.

     2-е  условие: условие прочности гребного винта

     (А_Е/А₀)_min^пр = 0,24(1,083 - dн/D)(z/(δ_задD))^2/3√(10mT/[σ_доп])

     где dн/D – относительный диаметр ступицы; принимаем: dн/D=0,167([1] стр.

     57).

          [σ_доп]- допускаемое напряжение материала лопасти, по данным таблицы 2.1

     ([1] стр. 58). Принимаем материал лопасти  – латунь марки марганцевисто-

     железистая  с [σ_доп]=600∙10²кПа.

     δ_зад-задаваемая относительная толщина сечения лопасти в самом широком

     месте, обеспечивающая высокое гидродинамическое  качество для данного 

     сечения. Для предварительных расчетов примем: δ_зад = 0.085 ([1] стр. 58).

       m-коэффициент запаса,учитывающий наибольшую нагрузку на лопасть

     принимаем 1,15([1] стр. 5).

     (А_Е/А₀)_min^пр =0,24·(1,083-0,167)·4/(0,085·7,65)·

     ^2/3√(10·1,15·1026,5/(600·10²))=0,46.

     Окончательно  значение дискового отношения принимаем, как наибольшее из

     подсчитанных  величин (А_Е/А₀)_min^кав = 0,51 и (А_Е/А₀) _min^пр = 0.46 и равное

     ближайшему  большему диаграммному значению для серии Троста В.4.45, z =

     4, (А_Е/А₀)(на диаграмме Θ) = 0,55, е₀ = 0,045, dн/D(d_ст/D) = 0,167. 

     2.3 Расчет винта, выбор двигателя и передаточного отношения редуктора 

     Определяем  коэффициент, обратный коэффициенту нагрузки по упору при

     постоянном  диаметре D = 7,65 м: 

                        КП. Мзу-09498. ПЗ.02                         Лист

                                                                                                      13                   

     По  корпусной диаграмме для серии  Троста В 4.45, Z=4, (А_Е/А₀)=0,55,

          е₀/D = 0,045; dн/D = 0,167 (Приложение 3) определяем относительную поступь

          винта J(λ_р), конструктивное шаговое отношение Р/D(Н/D), КПД гребного винта

          η₀(η_р), (в скобках указаны условные обозначения принятые на диаграмме). Для

          этого на кривой k_DТ (k^΄_d) наносим точку, соответствующую отсчету 1,24. Из

          этой точки опускаем перпендикуляр  на ось J(λ_р) и получаем относительную

          поступь винта J_опт = 0,615. Для определения конструктивного шагового

          отношения винта Р/D(Н/D) путем интерполяции между значениями Р/D(Н/D) =

         1,0 и Р/D(Н/D) = 1,1 находим для точки k_DТ (k^΄_d) значение Р/D = 1,05. КПД

         гребного винта определяем путем интерполяции между значениями η₀(η_р) = 0,55

        и 0,60. Находим для точки k_DТ (k^΄_d) значение η₀ = 0,58.

     Определяем  оптимальное число оборотов винта:

     n_opt = υ_А/(J_optD) = 5,14/(0,615∙7,65) = 1,09 об/с (65,6 об/мин).

     Определяем  коэффициент влияния корпуса:

     η_Н = (1 - t)/(1 - W) = (1 - 0,273)/(1 - 0,335) = 1,09.

     КПД винта работающего за корпусом:

     η = η₀∙η_Н= 0,58∙1,09 = 0,63.

     Мощность, которую надо подвести к винту  при заданной скорости судна 15

     узлов:

     P_D = P_E/η = 5761/0,63 = 9144 кВт.

     Мощность  на фланцах двигателя без редуктора  при η_вал=0,98 ([1] стр. 59)

     P_SB = P_D/η_вал = 9144/0,98 = 9331 кВт

     Принимаем КПД редуктора η_ред=0,97:

     Мощность  на фланцах двигателя с учетом установки редуктора:  

     P_S= P_SB/η_ред = 9144/0,97 = 9427 кВт.

     По  приложению 1 ([1] стр.87 ) выбираем двигатель 9RD90, фирмы

          "Зульцер" Швейцария с P_S = 9922 кВт; n_ном = 119 об/мин.

     По  мощности двигатель соответствует  расчетному, но имеет повышенные 

     обороты, что требует установки редуктора. 
 

                    КП. Мзу-09498. ПЗ.02                              Лист

                                                                                                        14     

     i_opt = n_ном/n_opt = 119/65,6 = 1,81.

     Выбираем  редуктор с ближайшему к оптимальному значению передаточному

     числу i = 1,8, соответствующему ГОСТу (Приложение 2[1]),

          и рассчитываем фактическую частоту  вращения гребного винта: 

     n = n_ном/i = 119/1,8 = 66,11 об/мин.

     В итоге имеем:

     n = 66,11 об/мин; n_opt = 65,6 об/мин; P_S = 9922 кВт; P_ном = 9427 кВт.

     В результате разница оптимальных  и выбранных данных составляет: для 

     оборотов (66,11 – 65,6)100/66,11 = 0,8%; для мощности (9922 - 9427)100/9922

     =5%

     Так как разница оптимальных и  выбранных параметров не превышает 5%, то

       полученные значения n и P_ном принимаем за окончательные. 

     2.4 Построение кривых действия винта в свободной воде 

     Спроектированный  винт соответствует двигателю только на расчетном режиме.

     Для исследования работы винта на режимах, отличных от расчетного,

     используются  кривые действия винта в свободной воде К_Q(К₂) – коэффициент

     крутящего момента винта в свободной  воде и Кт(К₁) – коэффициент упора

     гребного  винта в свободной воде): Кт(К₁) = f(J) и К_Q(К₂) = f(J) которые

     содержатся  в винтовой диаграмме серии Троста (Приложение 3), по которой

     рассчитывается  винт.

     Расчет  ведется в табличной форме. Здесь  же рассчитывается коэффициент 

     засасывания t₀ и КПД гребного винта кривых действия винта в свободной воде

       η₀, меняющиеся с режимом работы. Исходные данные для расчета: t = 0,273;

     расчетное относительное скольжение гребного винта относительно поступи

     нулевого  упора S_рас = 1 – J_рас/(P/D) = 1 – 0,62/1,05 = 0,414; коэффициент

     засасывания на швартовном режиме t₀ = t·S_рас = 0,273·0,414 =

     0,113;(А_Е/А₀)=0,55; Р/D = 1,05: Z = 4.Расчет кривых действия винта представлен

          в таблице 2. 

                   КП. Мзу-09498. ПЗ.02                                Лист

                                                                                                        15          

Рис.2. Кривые действия винта в свободной воде

                         КП. Мзу-09498. ПЗ.02                         Лист

                                                                                                        16                        

     Паспортная  диаграмма служит для оценки ходкости судна при эксплуатации

     его в нерасчетных режимах. Такими режимами могут быть переход в балласте,

       ход судна с обросшим корпусом  и сопротивлением, значительно 

     превышающим расчетное, ход под двигателем при  мощности меньше

     номинальной, ход под одним винтом при поломке  другого и т.д.  Время 

     эксплуатации  судна в условиях, для которых рассчитывался пропульсивный

     комплекс  корпус-винт-двигатель, составляет малую  долю общего ходового

     времени. Естественно, возникает потребность  заранее определить, какую 

     скорость  хода, мощность двигателя, обороты винта  и т.д. будет иметь судно в 

     новых условиях. Паспортная диаграмма (Приложение 1)представляет собой

     совокупность  кривых зависимости тяги, развиваемой  винтом Т_Е, и эффективной

       мощности Р_S, потребляемой винтом (и развиваемой двигателем), от скорости

     хода  υ_S при ряде значений частоты вращения винта n=const. Она отражает

     совместное  действие всех трех частей пропульсивного комплекса: корпуса,

     двигателя и движителя в различных условиях эксплуатации судна. По ней 

     можно проанализировать соответствие движителя  корпусу и двигателю на

     различных режимах.

     Расчет  паспортной диаграммы ведется по формулам:

     υ_S= C_υ∙n, Te= C_T∙n², P_S= C_P∙n³.

     Коэффициенты, C_T и C_P находятся из выражений

       C_Т = k_Т(1 - t)ρD⁴; C_Р = (2π k_QρD⁵)/(η_валη_ред ), C_υ = JD/(0,515(1 – W)).

     Расчет  паспортной диаграммы ведется по формулам:

     υ_S= C_υ∙n, Te= C_T∙n², P_S= C_P∙n³.

     Коэффициенты, C_T и C_P находятся из выражений

       C_Т = k_Т(1 - t)ρD⁴; C_Р = (2π k_QρD⁵)/(η_валη_ред ), C_υ = JD/(0,515(1 – W)).

     Расчеты производим, задаваясь рядом значений J (от J = 0 до J_расч = 0,62).

     При этом остаются постоянными значения k_Т k_Q и W. При каждом J

     задаемся  рядом значений частоты вращения в диапазоне от n_min до n_mах.

     При этом

                         КП. Мзу-09498. ПЗ.02                         Лист

                                                                                                     17

     n_mах = 1,1·n_ном = 1,1·66,1 = 75 об/мин.

     Исходные  данные для расчета: ρ = 1,025 т/м³; D = 7,65 м; η_вал = 0,98;

                                          η_ред = 0,97; W = 0,335; J_расч = 0,615; t·= 0,273.

Расчет  υ_S, Te и P_S производим в табличной форме (таблица 3).

                                                                   Таблица 3. Расчет паспортной диаграммы.    

     Коэффициенты  упора k_Т, момента k_Q и коэффициент засасывания t выбираем

     из  таблицы 2 в зависимости от J.

     Для того чтобы нанести на диаграмму кривую зависимости предельной

     располагаемой мощности рассчитываем ее по формуле

P_Sпред = (P_Sном/n_ном)·n = (9922/66,11)·n = 150,1·n.

            Расчет Ps пред при различных значениях n представлен в таблице 4. 
 
 

                         КП. Мзу-09498. ПЗ.02                         Лист

                                                                                                     18

       соответствующую швартовному режиму  P_{Sшв.пред}. Предельную частоту

       вращения в швартовном режиме  определяем по формуле

n_{шв.пред} = √Мкр/(KQшв·

          где Мкр =  - крутящий момент, передаваемый на винт;

         Мкр = Psном·ηвал·ηред/2·π·nном = 9922·0,98·0,97/(2·3,14·(66,11/60)) = 1363 кН·м.

      Выбираем из таблицы 2 значение  K_Qшв = 0,067 при J = 0. Тогда

nшв = √1363/(0,067·1,025·7,65⁵)) = 0,87 об/с = 52,2об/мин.

P_{Sшв.пред} = 2·π K_Qшв·

Psшв = 2·3,14·0,067·1,025·7,65⁵·0,87³/ 0,97 = 7441 кВт.

    Предельную  тягу в швартовном режиме Тешв найдем по формуле

Т_{е шв} = KТ·

Т_{е шв} = 0,45·1,025·0,87²·7,65⁴·(1 - 0,099) = 1077,3 кH,

      где KТ = 0,45 из таблицы 2 при J = 0 .

   Перенося  точки Ps пред на верхнюю часть диаграммы, получим кривую      Те пред. 

           Затем на верхнюю часть диаграммы наносим кривую сопротивления

     судна  на свободном ходу R (по данным табл.1), а перенеся точки вниз,

     получим  Ps сх. Кривые R и Те.пред пересеклись в точке А, которая_. близка к nном,   

     что  свидетельствует о соответствии  двигателя и движителя. Наибольшая 

     скорость  ход υ_сх max = 15,5уз.  

2.6 Определение качества гребного винта 

   Для оценки качества спроектированного винта  необходимо сравнить его КПД с 

   КПД идеального двигателя, который находится по формуле:

η_i=2/(√(1+C_TA)+1),

          где С_ТА – коэффициент нагрузки по упору  

                         КП. Мзу-09498. ПЗ.02                         Лист

                                                                                                     19

     Для рассчитываемого винта коэффициент нагрузки по упору

    С_ТА = 1026,5/(1,025•5,14²•3,14•7,65²/8) = 1,65.

    КПД идеального движителя

η_i = 2/(1+√(1+1,65)) = 0,76.

        КПД рассчитываемого винта на расчетном режиме при n = 66,1/60 = 1,10 об/с и

J = 0,515×υ_S (1 - W)/(nD) = 0,515×15×(1 - 0,335)/(1,10∙7,65) = 0,615.

        По рис.2 находим: η₀=0,585.

      Коэффициент качества гребного винта определяется по формуле

ζ_Т= η₀/ η_i=0,585/0,76 = 0,77.

      Для хорошо спроектированных винтов коэффициент качества лежит в пределах

      ζ_Т =0,75-0,85 Отсюда можно заключить, что винт спроектирован хорошо (так как

      ζ_Т находится в этом интервале). 
 

2.7 Заключение по расчету ходкости 

       Заключение по расчету ходкости заданного грузового судна с главными  

         размерениями: L = 177,5 м; B = 27,0 м; d_ср = 10,2 м; δ = 0,77; β = 0,98; υ_S=15 уз.

     Выбранная силовая установка: двигатель марки 9RD90, фирмы

         "Зульцер" Швейцария с P_S = 9922 кВт; n_ном = 119 об/мин., работающий на винт

         через редуктор с передаточным отношением i = 1,8.Выбран некавитирующий

         гребной винт серии Троста В.4.55: D = 7,65 м; P/D = 1,05; z = 4; A_E/A₀ = 0,55;

          е₀/D = 0,045; dн/D = 0,167.Выбранный винт обеспечивает скорость на ходовых

          испытаниях υ_S = 14 уз при этом P_S=9922 кВт, а n = 66,11 об/мин.

    На  швартовном режиме: P_{S шв пред} = 7441 кВт и и n_{шв пред} = 52,2 об/мин.

     На  режиме свободного хода винт полностью соответствует двигателю.

        Коэффициент качества движителя  ζ_Т = 0,77 свидетельствует о том, что винт  

        спроектирован хорошо.

                         КП. Мзу-09498. ПЗ.02                         Лист

                                                                                                     20

    Для судов, имеющих два и более  режимов работы, винты регулируемого шага

    имеют неоспоримое преимущество, так как  позволяют на всех режимах 

    использовать  полную мощность двигателя при номинальной  частоте вращения.

      При проектировании гребных винтов  регулируемого шага обычно 

    используется диаграмма серийных испытаний. Это 4х лопастные ВРШ серии

    АИ-СР. В этой серии варьируются дисковое отношение и конструктивное

      шаговое отношение.

    Необходимо  спроектировать оптимальный ВРШ  и определить наибольшую

    достижимую  скорость на свободном ходу.

    Исходные  данные принимаем по расчетам, выполненным в разделе 2:

          D_пр = 7,65 м; z = 4; A_E/A₀ = 0,55; W = 0,335; t·= 0,273; K_DT = 1,24 (п.3.3)

    По  диаграмме определяем АИ-СР 4-55 по кривой К_DT=const(n_opt) при К_DT=1,24

    (Приложение 4) находим:

    J_opt = 0,54; (P_К/D)_opt =0,88.

    Рассчитаем  оптимальные обороты двигателя:

     n_opt = υ_A/(D•J_opt) = 5,14/(7,65•0,54) = 1,24 об/с = 74,4 об/мин.

     Оптимальное передаточное число:i = 119/74,4 = 1,60. Это передаточное число

       совпадает со стандартным передаточным числом i = 1,6.

     В данном случае требуется установка одноступенчатого редуктора. Тогда

     частота вращения винта будет n = 74,4 об/мин = 1,24 об/с.

     Для дальнейших расчетов выбираем диаграмму  с ближайшим меньшим

       значением конструктивного шагового  отношения P_К/D = 0,80 (Приложение 5).

       Так как (P_К/D)_opt отличается от выбранного, определим оптимальный диаметр

       винта с P_К/D = 0,80, при котором при полнм использовании мощности будет

       наибольший КПД. Расчет сведен  в таблицу 5.

КП. Мзу-09498. ПЗ.03                        

Расчёт  гребного винта регулируемого шага.

       мощности.

    По  данным таблицы окончательно выбираем ВРШ серии АИ-СР-55; D = 7,5 м; P_К/D = 0,80.

    Рассчитаем  кривую предельной тяги судна, оборудованного ВРШ с использованием Приложения 6. Предварительно вычислим значение коэффициента момента К_Q( ), обеспечивающего использование полной мощности двигателя при номинальных оборотах.

    K_Q = Ps•η_вал•η_ред/(2•π•ρ•n³•D⁵)_.

    K_Q = 9922•0,97•0,97/(2•3,14•1025•1,24³•7,65⁵) = 0,029.        √K_Q = 0,170.

     Расчет  сведен в таблицу 4,а результаты расчета представлены на рис.4.

                                 Таблица 4. Расчет предельной тяги судна с ВРШ

                            КП. Мзу-09498. ПЗ.03                    Лист

                                                                                                     22    

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

     Как видно из Приложения 2, установка  на судне винта регулируемого  шага

     приведет  к следующему:

     1. Скорость судна на свободном  ходу не изменится (точка А  на диаграмме 

     υ_S=15,5 уз. ).

     2. В швартовном режиме полезная  тяга возрастает на 654 кН.

     3. На свободном ходу разворот  лопастей винта соответствует  шагу φ = +2,1º;

     4. В швартовном режиме разворот  лопастей соответствует шагу  φ= -3,7º. 

КП. Мзу-09498. ПЗ.00                        

Заключение

   Кафедра УС и ПР

     1. Юдин Ю.И. Расчет ходкости судна.  Методические указания к выполнения

     курсового проекта по дисциплине "Теория и  устройство судов" Мурманск.:

     1991.-92 с.

     2. Альбом диаграмм для расчета  4- лопастных гребных винтов регулируемого

       шага серии АИ-СР. 

КП. Мзу-09498. ПЗ.00                        

Список  литературы

 Кафедра  УС и ПР

КП. Мзу-09498. ПЗ.00                        

Приложение

 Кафедра  УС и ПР