Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова» филиал в г. Северодвинске Архангельской области

Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова» филиал в г. Северодвинске Архангельской области

Кораблестроение и сварка
(наименование кафедры)
Васильева Анастасия Андреевна
(фамилия, имя, отчество студента)
Институт	Севмашвтуз	курс	3	группа	522220 (1350)
180100.62 “ Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры”
(код и наименование направления подготовки/специальность)
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
По дисциплине	Теория корабля
На тему	Проектирование движительного комплекса
(наименование темы)
Руководитель проекта				Цуренко Ю.И.
	(должность)		(подпись)	(инициалы, фамилия)
Проект допущен к защите
		(подпись руководителя)	(дата)
Решением комиссии от «	»			01 г.
признать, что проект
выполнен и защищён с оценкой
Члены комиссии
(должность)		(подпись)		(инициалы, фамилия)
		Северодвинск 2015

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова» филиал в г. Северодвинске Архангельской области

Кораблестроение и сварка
(наименование кафедры)
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по			Теории корабля
(наименование дисциплины)
студенту	ИСМАРТ	института	3	курса	522220 (1350)	группы
Васильева Анастасия Андреевна
(фамилия, имя, отчество студента)
180100.62 “Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры” (код и наименование направления подготовки/специальность)
ТЕМ А :	Проектирование движительного комплекса
И СХОДН ЫЕ ДАНН ЫЕ :	Судно – сухогруз с главными размерениями L=125 м, B=17,8 м, T=7,5 м, водоизмещением 12000 тонн. Корпус стальной свежеокрашенный, с самоочищающейся краской
1.Для сухогрузного судна не менее, чем двумя способами определить зависимость буксирующего сопротивления и мощности от скорости. Результаты представить в табличном и графическом виде
2.Для расчетной скорости 15 узлов произвести предварительный расчет гребного винта. Выбрать тип винта, число лопастей, оптимальный двигатель.
3.Корректировка – результат расчетных параметров гребного винта, т.е. соответствие корпусу судна, выбору энергетической установки, параметрам оптимального двигателя.
4.Построение паспортной диаграммы, оформление в виде графика
5.Построение чертежа гребного винта (А2)
Срок проектирования с	«	»	2015 г. по	«			»	2015 г.
Руководитель проекта
	(должность)	(подпись)			(инициалы, фамилия)
	Северодвинск 2015

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................................. 4

1.Программа FreeShip............................................................................................................... 5

1.1 Расчет сопротивления морских судов методом

Холтропа (доц. Тимошенко В.Ф., НУК, 2007).......................................................... 6

1.1.1 Дополнительные составляющие сопротивления............................ 10

1.2 Расчет сопротивления и мощности водоизмещающих

судов HydroNShIp v1.08(НУК, Украина)............................................................... 15

1.3 Расчет элементов оптимального гребного винта для

выбора двигателя........................................................................................................ 20

1.3.1 Расчет элементов оптимального винта.............................................. 21

1.3.2 Выбор главного двигателя................................................................... 22

1.4 Расчет элементов гребного винта для заданного двигателя........................ 24

1.4.1 Проверка гребного винта на кавитацию............................................ 25

1.4.2 Расчет гребного винта на общую прочность

и выбор материала........................................................................................... 26

1.5 Расчет диаграммы ходкости............................................................................... 29

2 Программа PropCad............................................................................................................. 33

2.1 Ввод основных параметров................................................................................. 33

2.2 Настройки................................................................................................................ 34

2.3 Задание информации по материалу гребного винта

и прочностной информации....................................................................................... 35

2.4 Создание данных по сечениям........................................................................... 36

2.6 Выбор параметров ступицы................................................................................ 38

2.7 Выбор дополнительных параметров................................................................. 39

2.8 Компоненты винтовой геометрии...................................................................... 40

2.9 Создание стандартного спецификационного проекта винта....................... 42

ЗАКЛЮЧЕНИЕ......................................................................................................................... 44

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ............................................................. 45

ВВЕДЕНИЕ

В данном курсовом проекте, для сухогрузного судна с главными размерениями: длиной между перпендикулярами – 125 м, шириной – 17.8 м, высотой борта на миделе – 10,4 м, осадкой – 7,5 м, проводятся расчеты буксировочного сопротивления и буксировочной мощности, производится выбор оптимальных параметров движительного комплекса, выполняется построение ходовых характеристик судна и разрабатывается чертеж гребного винта.

Целью расчета движительного комплекса является проектирование гребного винта при условии полного и наиболее эффективного использования мощности главных двигателей судна.

Для достижения поставленной цели с помощью программы FreeShip производится расчет буксировочного сопротивления и буксировочной мощности, с помощью которых определяется тип движителя. Для ряда значений диаметра гребного винта определяется зависимость между минимально необходимой мощностью и частотой вращения двигателя, обеспечивающего заданную скорость движения судна на глубокой воде. Используя полученную зависимость, выбирается конкретный двигатель, позволяющий развить необходимую мощность на соответствующих оборотах. Дальнейший расчет сводится к определению числа лопастей, дискового отношения, шага и диаметра гребного винта обеспечивающего наиболее эффективное использование мощности установленного двигателя. В заключение на основе поверочного расчета движительного комплекса необходимо построить ходовые характеристики судна и по полученным расчетным значениям разработать чертеж гребного винта с помощью программы PropCad.

1. ПРОГРАММА FREESHIP

Программа FreeShip предназначена для полного параметрического анализа ходкости и пропульсивных качеств судна и других расчетов гидродинамики судов и подводных аппаратов. FreeShip позволяет полностью смоделировать и проанализировать состояние равновесия комплекса корпус-рули-кили-двигатели- движители на разных режимах работы с учетом условий эксплуатации судна. Анализируемая система включает в себя корпус, выступающие части, движитель и двигатель (т.е. сопротивление, мощность, упор и крутящий момент), а также различные условия эксплуатации (волнение, ветер, влияние мелководья, режим буксировки и т.д.).

FreeShip позволяет рассчитывать различные типа движителей по данным систематических серийных испытаний гребных винтов в свободной воде, исследовать систематические изменения параметров судна, проектировать морские и речные суда. Интеграция программ расчетов ходкости судна по методу Холтропа

– 1988(84) и другие методы в программу проектирования обводов корпуса дает возможность осуществлять оптимизацию обводов теоретического чертежа по сопротивлению движению с использованием аффинного преобразования теоретического чертежа, а также учесть в расчетах сопротивление 11 типов выступающих частей судна, или оценить влияние на сопротивление факторов внешней среды, будь то ветер, волнение или мелководье.

1.1 Расчет сопротивления морских судов методом Холтропа (доц. Тимошенко В.Ф., НУК, 2007)

Сопротивлением движению судна R называют проекцию главного вектора гидроаэродинамических сил, действующих на подводную и надводную судовую поверхности, на направление продольного движения судна.

Сопротивление движению судна, в свою очередь состоит из сопротивления так называемого голого корпуса и дополнительных сопротивлений, обусловленных наличием выступающих частей и шероховатостей, а также воздушного сопротивления.

При выполнении расчетов ходкости полагают, что судно со свежеокрашенным корпусом движется равномерно прямолинейно со скоростью переднего хода, на неограниченном фарватере и при отсутствии волн, ветра и течения.

Таблица 1 – Характеристики судна

Проект	Курсовой проект
Проектант	Васильева
Создан	13.03.15
Имя файла	Сухогрузное судно.fbm
Длина между перпенд.	125.00 м
Ширина на миделе	17.800 м
Проектная осадка	7.500 м
Абсцисса миделя	62.500 м
Плотность воды	1.025 т/м^3
Дополн. коэффициент	1.0000
Дата	30.03.15
Время	12:46:54

Таблица 2 – Исходные данные

Основные хар-ки
Начальная скорость	8.00 узл
Конечная скорость	17.00 узл
Плотность воды	1.025 т/м^3
Вязкость воды	1,1890*10^(-6) м^2/с

Корпус
Длина по ватерлинии	125.000 м
Ширина по ватерлинии	17.800 м
Осадка на миделе	7.500 м
Осадка носом	7.500 м
Осадка кормой	7.500 м
Смоченная площадь поверхности	3155.70 м^2
Площадь ватерлинии	1602.00 м^2
Водоизмещение	12000.000 м^3
Абсцисса Ц.В.	1.500 %
Призматический коэффициент	0.7990

Таблица 3 – Площади выступающих частей

Площади выступающих частей:
Кронштейн гребного вала	0.000 м^2
Обтекатель кронш.гребного вала	0.000 м^2
Выкружки	0.000 м^2
Скуловые стабилизаторы	0.000 м^2
Обтекатель	0.000 м^2
Гребные валы:
Угол с батоксом 10 °	0.000 м^2
Угол с батоксом 20 °	0.000 м^2
Площади килей:
Скег	0.000 м^2
Днищевые кили	16.020 м^2
Площади рулей:
Руль за скегом/штевнем	3.600 м^2
Рули за 2-мя винтами	0.000 м^2

Таблица 4 – Данные для учета условий эксплуатации

Данные для учета условий эксплуатации:
Время пребывания в воде, мес	3.0
Высота волны 3% обеспеченности, м	1.500
Куpсовой угол набегания волн, гpад	0.00
Скоpость ветpа, м/с	10.00
Куpсовой угол ветpа, гpад	0.00
Высота надводного боpта, м	2.900
Плотность воздуха, кг/м^3	1.226
Сpедняя высота надстpойки над КВЛ, м	3.000
Глубина воды, м	100.00
Погpуженная площадь мидель-шпангоута, м^2	120.15
Тип судна (1-11)
Абсолютная шероховатость, мкм

Таблица 5 – Параметры расчета

Призматический коэффициент	Cp	0.7990
Коэффициент общей полноты по КВЛ	Cb	0.7191
Коэффициент полноты ватерлинии	Cwp	0.7200
Коэффициент полноты мидель-шпангоута	Cm	0.9000
Коэффициент сопротивления подруливающего устройства	Cbt	0.0000
Погруженная площадь мидель-шпангоута	Am	120.15 м^2
Отношение длины по ватерлинии к ширине	Lwl/Bwl	7.022
Отношение ширины по ватерлинии к осадке	Bwl/T	2.373
Отношение длины по ватерлинии к осадке	Lwl/T	16.667
Коэффициент формы кормы	Cstrn
Количество гребных винтов	Np
½ угла входа КВЛ	ie	0.000 град

Таблица 6 – Результаты расчета буксировочной мощности и сопротивления по методу Холтропа-1988(84)

Скор в узлах	Скор в м/с	Число Фруда	Сопр. трения	Сопр. остат. сопр.	Буксир. сопр-е	Буксир. мощность	Проектное буксир. сопр-е	Проектная буксир. мощность
Vs узл	Vms м/с	Fr -	R_f кН	R_r кН	R_T кН	Pe кВт	R_T_e кН	Pe_e кВт
8.00	4.12	0.118	59.9	13.7	73.6	302.9	73.6	302.9
9.00	4.63	0.132	74.6	18.4	93.0	430.5	93.0	430.5
10.00	5.14	0.147	90.9	25.2	116.0	597.0	116.0	597.0
11.00	5.66	0.162	108.6	35.8	144.4	817.3	144.4	817.3
12.00	6.17	0.176	127.8	52.5	180.3	1113.2	180.3	1113.2
13.00	6.69	0.191	148.5	77.9	226.4	1514.2	226.4	1514.2
14.00	7.20	0.206	170.6	115.3	285.9	2059.0	285.9	2059.0
15.00	7.72	0.220	194.2	167.0	361.1	2786.7	361.1	2786.7
16.00	8.23	0.235	219.1	238.4	457.5	3765.9	457.5	3765.9
17.00	8.75	0.250	245.5	335.7	581.2	5083.0	581.2	5083.0

Таблица 7 – Результаты расчета буксировочной мощности и сопротивления

Упор гребного винта	Tb	445,464 кН
Коэффициент нагрузки ГВ	Kdt	1.333
Расчетный диаметр	Dp	5.000 м
Число лопастей	Z
Дисковое отношение	Ae/Ao	0,420	расчетное
Дисковое отношение	Ae/Ao	0.550	для выбора винтовой диаграммы
Шаговое отношение	P/Dp	1.046	по кривой оптимальных частот вращения винта
Коэффициент учит. эксплуат. условия	Ke	1.000
Коэффициент попутного потока	Wt	0,2797
Коэффициент засасывания	t	0,1893
Влияние на радиус	EtaR	1.0165
Влияние на шаг	EtaH	1,1254
Произведение коэф. влияний на радиус и шаг	EtaH*EtaR	1,1440

Примечание: Коэффициенты Wt, t и EtaR вычислены по формулам метода

Holtrop-1988

1.1.1 Дополнительные составляющие сопротивления

Сопротивление корпуса надводного водоизмещающего судна состоит из двух составляющих – вязкостной и волновой. В свою очередь, вязкостное сопротивление состоит из сопротивления трения, которое обусловлено наличием касательных напряжений вязкости, возникающих за счет прилипания частиц жидкости к поверхности судна, и сопротивления давления (формы), обусловленного перераспределением давления вдоль корпуса судна в вязкой жидкости. Особенно существенно это изменение в кормовой оконечности, где формируемый корпусом судна пограничный слой достигает наибольшей толщины.

На распределение давления по поверхности корпуса оказывает значительное влияние волнообразование на свободной поверхности, вызываемое движением судна, которое приводит к возникновению волнового сопротивления.

Процессы формирования пограничного слоя и волнообразования происходят в жидкости одновременно и оказывают влияние друг на друга. Однако, степень взаимодействия в большинстве случаев невелика. Это дает возможность использовать гипотезу о независимости составляющих сопротивления судна, что позволяет определять его величину в виде суммы следующих составляющих: сопротивления трения, сопротивления формы, волнового сопротивления, сопротивления выступающих частей, сопротивления шероховатостей, воздушного сопротивления.

Таблица 8 – Исходные данные

Длина по ватерлинии Lwl, м	125.00
Максимальная ширина по ватерлинии, м	17.80
Depth at the Bow, м	0.00
Средняя осадка, м	7.50
Осадка носом, м	7.50
Осадка кормой, м	7.50
Коэффициент общей полноты по КВЛ Cb	0.7191
Призматический коэффициент по КВЛ Cp	0.7990
Коэффициент полноты мидель-шпангоута Cm	0.9000
Коэффициент полноты ватерлинии(КВЛ)Cwp	0.7200

Относител. абсцисса Ц.В. в % (+ в нос)	1.5000
Абсцисса Ц.В.(от НП), м	60.63
Погруженный объем, м^3	12000.0
Попер. площадь надстройки/груза, м^2	120.15
Тип воды	Salt@15C
Плотность воды, кг/м^3	1025.00
Кинематический коэф. вязкости, м^2/c	0.118900E-05
Надбавка на сопр. выступающих частей,%	0.00
Площадь бульба на носовом перпенд.,м^2	0.00
Аппликата Ц.Т. площади бульба, м	0.00
Погруженая площадь транца, м^2	0.00
Форма кормы	Normally Shaped
Надбавка учета факторов эксплуатации,%	0.00
Тип движителя	SS, Conv.
Диаметр гребного винта, м	5.00
Дисковое отношение Ae/Ao	0.5500
Смоченная площадь поверхности, м^2	3155.70
Половина угла носового заострения,град	29.22

Таблица 9 – Скорость, cоставляющие сопротивления и сопротивление трения Rf(Н):

Скор. в узлах	Скор. в м/c	Число Фруда	Безразм. коэф букс.сопр.	Коэф. трения	Коэф. ост.сопр.	Надбавк на шерох.	Сопр. трения
V(узл)	Vм/с	Fr	SLRATIO	Cf	Cr	Ca	Rf
8.00	4.12	0.1175	0.3950	0.001703	0.000466	0.000472	46651.7
9.00	4.63	0.1322	0.4444	0.001677	0.000488	0.000472	58143.8
10.00	5.14	0.1469	0.4938	0.001654	0.000541	0.000472	70810.1
11.00	5.66	0.1616	0.5432	0.001634	0.000641	0.000472	84636.3
12.00	6.17	0.1763	0.5926	0.001616	0.000798	0.000472	99609.9
13.00	6.69	0.1910	0.6419	0.001600	0.001022	0.000472	115719.2
14.00	7.20	0.2057	0.6913	0.001585	0.001319	0.000472	132954.1
15.00	7.72	0.2204	0.7407	0.001571	0.001679	0.000472	151304.9

Таблица 10 – Дополнительные составляющие сопротивления (Н):

Скорост ь	Формы	Выступ. частей	Волново е	Бульба	Транц а	Корреляцио н.	Возд. сопр.
V(узл)	Rf*K1	Rapp	Rw	Rb	Rtr	Ra	Rair
8.00	12370.7	218.2	391.7	0.0	0.0	12938.5	445.0
9.00	15418.1	276.1	1491.0	0.0	0.0	16375.3	563.2
10.00	18776.8	340.9	4396.3	0.0	0.0	20216.5	695.3
11.00	22443.2	412.5	10744.5	0.0	0.0	24461.9	841.3
12.00	26413.7	490.9	22780.7	0.0	0.0	29111.7	1001.2
13.00	30685.5	576.1	43249.6	0.0	0.0	34165.8	1175.1
14.00	35255.7	668.1	75369.2	0.0	0.0	39624.3	1362.8
15.00	40121.8	767.0	121570.6	0.0	0.0	45487.1	1564.4

Таблица 11 – Сопротивление, буксировочная мощность, коэфф. взаимодействия и тяга ГВ:

Скор. в узлах	Сопр. тяге ГВ	Буксир. мощнос ть	Коэф.поп. потока	Коэф. засас.	Тяга ГВ	Влиян. на шаг	Влиян. на радиус
V(узл)	Rt(Н)	Pe(кВт)	Wt	t	тяга T(Н)	EtaH	EtaR
8.00	73015.9	300.50	0.2806	0.1818	89240.7	1.1373	1.0165
9.00	92267.5	427.19	0.2800	0.1818	112770.2	1.1363	1.0165
10.00	115235.8	592.82	0.2795	0.1818	140842.3	1.1355	1.0165
11.00	143539.8	812.27	0.2790	0.1818	175435.7	1.1348	1.0165
12.00	179408.1	1107.54	0.2786	0.1818	219274.3	1.1342	1.0165
13.00	225571.3	1508.56	0.2783	0.1818	275695.4	1.1336	1.0165
14.00	285234.1	2054.30	0.2779	0.1818	348615.8	1.1331	1.0165
15.00	360815.8	2784.27	0.2776	0.1818	440992.5	1.1326	1.0165

Рисунок 1 – Данные для расчета сопротивления морских судов по статическому методу Холтропа – 1988(84)

Рисунок 2 – Дополнительные данные для расчета сопротивления морских судов по

статическому методу Холтропа – 1988(84)

Рисунок 3 – График для расчета сопротивления морских судов по статическому методу Холтропа – 1988(84)

1.2 Расчет сопротивления и мощности водоизмещающих судов HydroNShIp

v1.08(НУК, Украина)

Таблица 12 – Характеристики судна

Проект	Курсовой проект
Проектант	Васильева
Создан	13.03.15
Имя файла	Сухогрузное судно.fbm
Длина между перпенд.	125.00 м
Ширина на миделе	17.800 м
Проектная осадка	7.500 м
Абсцисса миделя	62.500 м
Плотность воды	1.025 т/м^3
Дополн. коэффициент	1.0000
Дата	30.03.15
Время	12:48:04

Таблица 13 – Исходные данные:

Основные хар-ки
Начальная скорость	8,00 узл
Конечная скорость	17.00 узл
Плотность воды	1.025 т/м^3
Вязкость воды	1.6100*10^(-6) м^2/с

Корпус
Длина по ватерлинии	125.000 м
Ширина по ватерлинии	17.800 м
Осадка на миделе	7.500 м
Смоченная площадь поверхности	3155.70 м^2
Площадь ватерлинии	0.00 м^2
Водоизмещение	12000.000 м^3
Абсцисса Ц.В.	1.500 %
Призматический коэффициент	0.7990

Таблица 14 – Площади выступающих частей

Площади выступающих частей:
Кронштейн гребного вала	0.000 м^2
Обтекатель кронш.гребного вала	0.000 м^2
Выкружки	0.000 м^2
Скуловые стабилизаторы	0.000 м^2
Обтекатель	0.000 м^2
Гребные валы:
Угол с батоксом 10 °	0.000 м^2
Угол с батоксом 20 °	0.000 м^2
Площади килей:
Скег	0.000 м^2
Днищевые кили	16.020 м^2
Площади рулей:
Руль за скегом/штевнем	3.600 м^2
Рули за 2-мя винтами	0.000 м^2

Таблица 15 – Параметры расчета

Призматический коэффициент	Cp	0.7990
Коэффициент полноты	Cb	0.7191
Коэффициент полноты ватерлинии	Cwp	0.0000
Коэффициент полноты мидель-шпангоута	Cm	0.9000
Погруженная площадь мидель-шпангоута	Am	120.15 м^2
Отношение длины по ватерлинии к ширине	Lwl/Bwl	7.022
Отношение ширины по ватерлинии к осадке	Bwl/T	2.373
Отношение длины по ватерлинии к осадке	Lwl/T	16.667
Относительная длина	Psi	5.462
Относительное значение центра величины	Xc	1.875 м
Отношение относит. значения ЦВ к длине между перпендикулярами	Xc/Lpp	0.0150
Надбавка, учитыв.шероховатость нар.обш.	Ca*10^3	0.350
Коэф. сопротивл. воздуха движению судна	Caero*10^3	0.000
Номер серии	Nser
Количество гребных винтов	Np

Таблица 16 – Результаты расчета буксировочной мощности и сопротивления по ОСТ 5.0181-75

Скор в узлах	Скор в м/с	Число Фруда	Сопр. трения	Сопр. остат. сопр.	Буксир. сопр-е	Буксир. мощность	Проектное буксир. сопр-е	Проектная буксир. мощность
Vs узл	Vms м/с	Fr -	R_f кН	R_r кН	R_T кН	Pe кВт	R_T_e кН	Pe_e кВт
8.00	4.12	0.118	49.8	34.7	84.5	347.7	84.5	347.7
8.88	4.57	0.130	60.5	42.4	102.8	469.4	102.8	469.4
9.75	5.02	0.143	72.1	50.7	122.7	615.5	122.7	615.5
10.63	5.47	0.156	84.6	60.6	145.2	793.7	145.2	793.7
11.50	5.92	0.169	98.2	74.2	172.3	1019.6	172.3	1019.6
12.38	6.37	0.182	112.5	95.4	207.9	1323.5	207.9	1323.5
13.25	6.82	0.195	127.9	116.2	244.1	1663.6	244.1	1663.6
15.00	7.72	0.220	161.3	190.3	351.7	2713.6	351.7	2713.6
16.00	8.23	0.235	182.1	308.8	490.9	4040.6	490.9	4040.6
17.00	8.75	0.250	204.0	430.0	634.0	5544.8	634.0	5544.8

Таблица 17 – Результаты расчета буксировочной мощности и сопротивления

Упор гребного винта	Tb	473.874 кН
Коэффициент нагрузки ГВ по тяге	Kde	2.087
Коэффициент нагрузки ГВ по упору	Kdt	1.163
Расчетный диаметр	Dp	5.000 м
Число лопастей	Z
Дисковое отношение	Ae/Ao	0.440	расчетное
Дисковое отношение	Ae/Ao	0.550	для выбора винтовой диаграммы
Шаговое отношение	P/Dp	0.997	по кривой оптимальных частот вращения винта
Коэффициент учит. эксплуат. условия	Ke	1.000
Коэффициент попутного потока	Wt	0.3519	по формуле Папмеля с поправками ЦНИИРФа
Коэффициент засасывания	t	0.2609
Влияние на радиус	EtaR	1.0000
Влияние на шаг	EtaH	1.1404
Произведение коэф. влияний на радиус и шаг	EtaH*EtaR	1.1404

Рисунок 4 – Данные для расчета сопротивления и мощности водоизмещающих судов по ОСТ 5.0181-75

Рисунок 4 – Дополнительные данные для расчета сопротивления и мощности

водоизмещающих судов по ОСТ 5.0181-75

Рисунок 6 – График для расчета сопротивления и мощности водоизмещающих судов по ОСТ 5.0181-75

Итак, по результатам расчета буксировочной мощности и буксировочного сопротивления методами Холтропа и по ОСТ 5.0181-75, оптимальным является метод Холтропа, т.к. для расчетной скорости (15 узлов) численное значение буксировочной мощности по результатам данного метода больше, чем по методу ОСТ 5.0181-75. Поэтому данные для дальнейшего расчета следует выбирать из расчета сопротивления морских судов методом Холтропа.

1.3 Расчет элементов оптимального гребного винта для выбора двигателя

На данном этапе на основе рассчитанных данных по мощности и числу оборотов выбирается тип движителя, а для гребного винта определяются его основные геометрические характеристики (дисковое отношение, число лопастей, коэффициенты засасывания, попутного потока и т.д)

Наиболее распространенный тип движителя на морских судах – гребной винт. Для водоизмещающих судов он является наиболее простым и экономичным движителем. Для данного судна выбран цельнолитой гребной винт фиксированного шага (ВФШ). Высокая эффективность, простота конструкции и передачи мощности от двигателя, относительно низкая стоимость изготовления, надежность в эксплуатации делают ВФШ наиболее предпочтительным типом судового движителя.

У гребных винтов современных судов число лопастей изменяется в достаточно широком диапазоне (от трех до восьми). Для данного судна выбран четырехлопастной гребной винт.

Таблица 18 – Исходные данные

Наименование	Значения
Скорость судна, узл	15.00
Сопротивление, кН	361,10
Количество гребных винтов
Предельный диаметр ГВ, м	5.400
Шаг изменения диаметра ГВ, м	0.400
Плотность воды, кг/м^3	1025.0
Коэффициент попутного потока Wt	0,280
Коэффициент засасывания t	0,189
Коэффициент влияния неоднородности на упор	1.0000
Коэффициент влияния неоднородности на момент	1.0000
КПД валопровода	0.9500
КПД редуктора	0.9500
Номер диаграммы
Количество лопастей
Дисковое отношение	0.550
Тип и серия движителя	FPP B-4

1.3.1 Расчет элементов оптимального винта

Расчет элементов оптимального винта и необходимых для обеспечения заданной скорости судна мощности Ps (при прямой передаче на винт), Ps_r (при редукторной передаче) и частоты вращения n главного двигателя.

При расчете задаются 5 численных значений диаметра гребного винта (шаг изменения диаметра выбран 0,4 м)

Таблица 19 – Результаты расчета оптимального гребного винта для выбора двигателя

Наименование	Величина	Pазм- сть	З н а ч е н и я
Диаметр	D	м	5.400	5.000	4.600	4.200	3.800
Коэф.нагрузки	Kdt	-	1,440	1,333	1,226	1,120	1,013
Относит.поступь	Jopt	-	0,676	0,593	0,544	0,498	0,469
Частота вращ.	n	об/мин	91,37	112,4	133,2	159,3	187,1
Шаговое отнош.	P/D	-	1,072	0,947	0,900	0,859	0,869
Коэф.различия опт.ГВ в св.воде	Eta0	-	0,629	0,607	0,584	0,561	0,531
Коэф.различия опт.ГВ за корпусом судна	EtaD	-	0,708	0,683	0,658	0,631	0,597
Мощность при прямой передаче на винт	Ps	кВт	4140.	4292.	4458.	4648.	4912.
Мощность при редукторной передаче	Ps_r	кВт	4358.	4518.	4693.	4892.	5170.
Номинальная мощность	Ps_n	кВт	4842.	5020.	5215.	5436.	5745.

Рекомендации для D=5,400 m :

(Ae/Ao)* =0,437

(Ae/Ao)**=0,419

1.3.2 Выбор главного двигателя

По результатам расчета производится выбор главного двигателя. На данном судне в качестве главного выбран малооборотный дизель (МОД, n< 300 об/мин)

Таблица 20 – Выбор главного двигателя

Наименование	Величина	Значения
Производитель / разработчик	Firma	MAN
Тип двигателя	Typ	7L42MC
Мощность 100%, кВт	kW
Обороты в минуту	min-1
Масса сухого двигателя, кг	Mass
Длина двигателя максимальная, мм	L
Ширина у основания (фундамент), мм	B
Высота ремонтная или двигателя отсчитанная от середины оси вала, мм	Hr
Высота от основания до середины оси вала, мм	h
Удельный расход топлива в экономическом режиме (85 - 90% мощности двигателя), г/кВт*час	g/kWh
Удельный расход масла, г/кВт*час	oil	1,2

Рисунок 7 – Расчет элементов оптимального гребного винта для выбора двигателя

1.4

Спецификац. мощность двигателя, кВт 5280.00 Частота вpащения ГВ, об/мин 132.00 Количество гребных винтов Плотность воды, кг/м^3 1025,000 Коэффициент попутного потока Wt 0,280 Коэффициент засасывания t 0,189 Коэффициент влияния неоднородности на упор 1,000 Коэффициент влияния неоднородности на момент 1,000 КПД валопровода 0,950 КПД редуктора 0,950 Номер диаграммы Количество лопастей Дисковое отношение 0,550 Коэффициент влияния коpпуса на диаметp 1,050 Ожидаемая скоpость хода, уз 15,000

Расчет элементов гребного винта для заданного двигателя Таблица 21 – Исходные данные

Скоpость (уз)	8,00	10,00	12,00	15,00	17,00
Сопpотивление (кН)	73,60	116,00	180,30	361,10	581,20

Таблица 22 – Результаты расчета элементов гребного винта для заданного двигателя

Наименование	Величина	Pазм-сть	З н а ч е н и я
Скор. в узлах	Vs	уз	15.37	0,000	0,000	0,000	0,000
Скор. в м/с	Va	м/с	5.695	0,000	0,000	0,000	0,000
Сопротивление	R	кH	395.6	0,000	0,000	0,000	0,000
Мощность	Pe	кВт	3128.	0,000	0,000	0,000	0,000
Упор	Tв	кH	488.0	0,000	0,000	0,000	0,000
Коэф. нагрузки на упор	Knt	-	0.822	0,000	0,000	0,000	0,000
Относит.поступь	Jopt	-	0.529	0,000	0,000	0,000	0,000
Относит.поступь	J	-	0.555	0,000	0,000	0,000	0,000
Диаметр	D	м	4.661	0,000	0,000	0,000	0,000
Коэф.упора	Kt	-	0.208	0,000	0,000	0,000	0,000
Коэф.различия опт.ГВ в св.воде	Eta0	-	0.581	0,000	0,000	0,000	0,000
Шаговое отнош.	P/D	-	0.934	0,000	0,000	0,000	0,000
Коэф.различия опт.ГВ за корпусом судна	EtaD	-	0.654	0,000	0,000	0,000	0,000
Номин.мощн-ть	Ps	кBт		0,000	0,000	0,000	0,000

Таблица 22 – Характеристики гребного винта

Характеристики гребного винта
Тип и серия движителя	FPP B-4
Диаметр	D, м	4.661
Шаговое отношение	P/D	0.934
Дисковое отношение	Ae/Ao	0.550
Число лопастей	Z
Относительная поступь	J	0.555
Коэффициент упора	Kt	0.208
Коэффициент момента	10*Kq	0.316
Относит.толщина лопасти по отнош. к спрямленной площади	ETAo	0.581
Относст. толщина лопасти	e/D	0.045
Относит. диаметр ступицы	dh/D	0.167
Угол отклонения лопасти	Hi	15.000 град

Рассчитанный диаметр ГВ превышает предельный диаметр Dpr=0.000 м

1.4.1 Проверка гребного винта на кавитацию

Этот расчет выполняется с целью проверки правильности выбора и возможной дальнейшей корректировки элементов и режима работы гребного винта из условия отсутствия первой стадии кавитации, при наличии которой возникает эрозия поверхности лопастей.

Для проверки гребного винта на кавитацию можно воспользоваться приближенными эмпирическими методами Шенхерра и Пампеля.

Расчет гребного винта на кавитацию методом Папмеля – позволяет рассчитать значение критической частоты вращения, при которой возможно возникновение первой стадии кавитации. Для того чтобы при работе гребного винта не возникала кавитация, необходимо, чтобы частота вращения гребного винта n была на 10% меньше критической.

n_cr=178.949 1/мин

n < 0.9*n_cr ==> OK! Кавитация отсутствует.

Расчет ГВ на кавитацию по методу Шенхерра – позволяет рассчитать минимально допустимую величину дискового отношения из условия отсутствия первой стадии кавитации.

Ae/Ao_min=0.532 < Ae/Ao=0.550 ==> OK! Кавитация отсутствует.

1.4.2 Расчет гребного винта на общую прочность и выбор материала

Расчет прочности выполняется при следующих допущениях:

- лопасть движителя заменяется консольным прямым стержнем, который подвержен косому изгибу от действия внешних сил;

-

Nпп Величина Разм. З Н А Ч Е Н И Я Bmax м 1.364 Bl м 1.172 e м 0.168 fi град 44.744 Gp - 0.400 Gt - 1.100 Mp кН*м 113.728 Mt кН*м 47.453 F м^2 0.140 Wdz м^3 0.00280 Тип металла ГВ: G кг 320.6 335.9 297.7 324.5 293.9 293.9 301.6 106.9 Pc кН 67.11 70.30 62.32 67.91 61.52 61.52 63.11 22.37 Mc кН*м 13.79 14.44 12.80 13.95 12.64 12.64 12.97 4.595 Sigma Н/мм2 44.21 44.38 43.96 44.25 43.92 43.92 44.00 41.88 SigmaC Н/мм2 0.481 0.504 0.446 0.486 0.441 0.441 0.452 0.160 SigmaS Н/мм2 44.69 44.88 44.41 44.74 44.36 44.36 44.46 42.04 SigmaB - 4.363 4.790 5.044 5.409 6.132 6.582 9.853 10.23 SigmaB/4 - 1.091 1.198 1.261 1.352 1.533 1.646 2.463 2.557

одна из центральных осей инерции профиля параллельна его хорде Таблица 23 – Расчет гребного винта на общую прочность для r/D=0.3:

Таблица 24 – Наименование обозначений