Проверка движительного комплекса. определение минимальной мощности и оптимального диаметра винта при различном числе оборотов винтов

Выполненные в разделе 5 расчеты EEDI могут показать не соответствие выбранного судна текущим или перспективным требованиям MEPC.212(63). Тогда целесообразно выполнить проверку движительного комплекса судна на предмет наличия резерва для увеличения коэффициента энергетической эффективности за счет оптимизации диаметра или оборотов винта.

Поэтому дальше рассчитываем винт, установленный на судне, без направляющей насадки или с насадкой.

Оптимальные элементы винта определяем при нескольких значениях числа оборотов гребного вала. Выбираем пределы изменения номинальных значений чисел оборотов от 240 до 600 об/мин (они могут не совпадать с оборотами главных двигателей, если передача реверс-редукторная. Но передаточные числа редуктора обыкновенно позволяют в этом случае получить обороты винта, попадающие в выбранный выше диапазон).

Применительно к условиям задания, принятым в расчетном задании, оптимальные элементы открытого гребного винта определяем в соответствии с расчетной схемой, изложенной в главе 3.8.3 [2]. Эта схема основана на использовании диаграмм Э.Э. Папмеля, построенным по результатам систематических модельных испытаний комплексов винт-насадка в свободной воде. При этом используем «корпусную» диаграмму для четырехлопастных гребных винтов (Z_л = 4) с дисковым отношением А_Е/А₀ = 0,55, как наиболее распространенных на судах внутреннего плавания (см. Приложение 3 – для открытых винтов и Приложение 4 – для винтов в насадке).

Исходными данными для предварительного расчета движительного комплекса являются основные элементы корпуса судна и значение скорости полного хода. Так в рассматриваемом примере u_к = 18,0 км/час = 5,0 м/с. Из данных рис.1 известно буксировочное сопротивление судна R = 25,7 кН при расчетной скорости движения u_к = 18,0 км/час.

Находим коэффициенты взаимодействия.

Число Фруда для расчетной скорости движения u_к = 18,0 км/час = 5,0 м/с равно

Так как Fr > 0,2 то поправка, учитывающая влияние корабельных волн равна

Если Fr < 0,2 то .

Тогда коэффициент расчетного попутного потока для открытого винта равен

где δ – коэффициент общей полноты;

V – водоизмещение судна, м³;

D – диаметр гребного винта по справочнику, м.

Если число гребных валов равно Z_p = 1, то значение коэффициента х_р = 1.

Если число гребных валов равно Z_p > 1, то значение коэффициента х_р = 2.

Для винтов в насадке с обычными (нетунельными) обводами кормовой оконечности коэффициент расчетного попутного потока равен

Далее принимаем

А_Р = 0,6; В_Р = 0,67 для Z_p = 1;

А_Р = 0,8; В_Р = 0,25 для Z_p ≥ 2;

Принимая для сухогрузного судна, как для одновинтового судна, А_р = 0,60 и В_р = 0,67 находим расчетный коэффициент засасывания

Коэффициент влияния корпуса

Расчетная скорость эквивалентного винта в свободной воде для сухогрузного судна определяется по формуле

м/с.

Находим необходимую полезную тягу винта

кН.

Расчетное значение упора

кН.

Дальнейший расчет приведен в табл.6.

Значения J_оpt, (P_p/D)_opt и h_о определены по кривой D_opt диаграммы для расчета открытых гребных винтов в зависимости от К_NT.

При этом принимаем значение коэффициента влияния неравномерности на момент винта равным i_Q = 1, а КПД валопровода h_S = 0,97.

Таблица 6 – Расчет открытого гребного винта для главного двигателя при D_opt

Величина, размерность	Значение при nmo, об/мин
Частота вращения винта nco = nmo/60, с-1	4,0	5,0	6,0	7,0	8,0	9,0	10,0
Коэффициент упора-частоты вращения	0,52	0,52	0,47	0,44	0,41	0,39	0,37
Относительная поступь Jоpt, по диаграмме	0,315	0,315	0,29	0,27	0,255	0,237	0,22
Шаговое отношение (Pp/D)opt, по диаграмме	0,58	0,58	0,57	0,55	0,54	0,52	0,51
КПД винта hо, по диаграмме	0,46	0,46	0,44	0,41	0,4	0,39	0,36
Диаметр винта , м	1,83	1,83	1,66	1,53	1,41	1,35	1,31
Пропульсивный коэффициент	0,538	0,538	0,514	0,479	0,468	0,456	0,421
Мощность главного двигателя кВт

Предельно допустимый диаметр винта выбирается из условия его размещения в кормовом подзоре судна.

Для одновальных судов, можно принимать D_max = (0,7-0,8) ⋅ T .

Для двух вальных судов, можно принимать D_max = (0,6-0,7) ⋅ T .

Марка, а также мощность и обороты установленного на судне двигателя есть в справочнике. Там же приведены диаметр винта и число лопастей.

Эта информация отображается на рисунке 5.

Рисунок 5 – График зависимости мощности главного двигателя P_S и диаметра винта D от оборотов гребного вала

Далее следует сделать анализ результатов, представленных на рисунке 5.

Потом следуют выводы по работе в целом. В них проводится анализ судна и его СЭУ с точки зрения соответствия требованиям MEPC.212(63) и MEPC 66/21/Add 1 Annex 5 к ККЭЭ и намечаются пути к его уменьшению, на основе анализа расчетов, выполненных в разделе 6.

ЛИТЕРАТУРА

1. Басин А.М., Анфимов В.Н. Гидродинамика судна (сопротивление воды, движители, управляемость и качка). – Л.: Речной транспорт, 1961.
2. Ходкость и управляемость судов / Под ред. В.Г. Павленко – М.: Транспорт, 1991.
3. www.russrivership.ru.
4. MEPC.212(63). Руководство по методу расчета EEDI Energy Efficiency Design Index (конструктивный коэффициент энергетической эффективности - ККЭЭ).
5. 2014 Guidelines on the method of calculation of the attained energy efficiency design index (EEDI) for new ships. Resolution MEPC 66/21/Add 1 Annex 5, MEPC [Электронный ресурс]. – 2015. – 245 (66). 30 с. – Режим доступа: URL: www.schonescheepvaart.nl/downloads/regelgeving/doc_1400076573.pdf (дата обращения: 02.02.2015).
6. Руководство по расчету и проектированию гребных винтов судов внутреннего плавания (приложения) / Под ред. А.М. Басина и Е.И. Степанюка – Л.: Транспорт, 1977.

Приложение 1