Курсовик по проектированию судов
Исходные данные на проектирование
Сухогрузные суда | ||||||
№ варианта | Грузоподъёмность | Удельная погрузочная кубатура груза | Скорость хода | Дальность плавания | Автономность | Численность экипажа |
т | м3/т | узлы | мили | сутки | Чел. | |
1,90 | 15,0 | |||||
1,95 | 15,5 | |||||
1,92 | 16,0 | |||||
1,98 | 16,5 | |||||
2,00 | 16,0 | |||||
2,00 | 17,0 | |||||
1,94 | 17,5 | |||||
2,20 | 18,0 | |||||
Наливные суда (танкеры) | ||||||
№ варианта | Грузоподъёмность | Плотность груза | Скорость хода | Дальность плавания | Автономность | Численность экипажа |
т | т/м3 | узлы | мили | сутки | Чел. | |
0,90 | 14,0 | |||||
0,93 | 14,5 | |||||
0,92 | 15,0 | |||||
0,85 | 15,5 | |||||
0,93 | 16,0 | |||||
0,85 | 16,0 | |||||
0,84 | 17,0 | |||||
0,84 | 18,0 | |||||
Сухогрузные суда-прототипы | ||||||
С1 | С2 | С3 | С4 | |||
Длина между перпендикулярами | Lпп | м | 117,00 | 125,00 | 120,00 | 144,60 |
Ширина по КВЛ | B | м | 15,80 | 17,80 | 17,80 | 22,20 |
Высота борта на миделе | H | м | 7,50 | 11,40 | 9,80 | 13,40 |
Удельная грузовместимость судна по ген грузу | μг | м3/т | 1,94 | 2,26 | 1,97 | 2,00 |
Осадка судна Tг1 | Tг | м | 4,50 | 7,21 | 6,54 | 8,28 |
Водоизмещение D | D | т | 6370,00 | 10489,00 | 9950,00 | 17925,0 |
Коэффициенты теоретического чертежа | ||||||
δ | 0,752 | 0,73 | 0,67 | 0,631 | ||
β | 0,967 | 0,975 | 0,981 | 0,972 | ||
α | 0,855 | 0,795 | 0,761 | 0,750 | ||
Положение центра величины | ||||||
xc | м | 1,03 | 0,35 | 0,70 | -0,16 | |
zc | м | 2,35 | 3,37 | 3,45 | 4,46 | |
Поперечный метацентрический радиус | ||||||
ρ | м | 4,61 | 4,72 | 3,85 | 4,81 | |
Масса по разделу "Корпус" | Pк | т | 1851,00 | 3116,30 | 2592,70 | 4590,5 |
Масса по разделу "Устройства" | Pу | т | 190,50 | 264,50 | 248,40 | 428,5 |
Масса по разделу "Системы" | Pс | т | 77,30 | 165,20 | 127,30 | 241,7 |
Масса по разделу "Энергетическая установка" | Pэу | т | 165,90 | 404,70 | 317,40 | 665,5 |
Масса по разделу "Электроэнергетическая система" | Pэл | т | 146,4 | |||
Масса по разделу "Вооружение" | Pвр | т | 5,80 | 8,50 | 5,40 | 7,4 |
Масса по разделу "Запасные части" | Pзч | т | ||||
Масса по разделу "Снабжение инвентарное" | Pин.сн | т | 8,30 | 19,20 | 16,00 | 22,1 |
Масса по разделу "Постоянные жидкие грузы" | Pжг | т | 43,50 | 91,92 | 68,00 | 135,0 |
Масса по разделу "Запас водоизмещения и остойчивости" | Pзв | т | 26,00 | 100,00 | 30,00 | 64,0 |
Водоизмещение порожнём Dпор | Dпор | т | ||||
Координаты ЦТ судна порожнём | ||||||
xg пор | м | -8,94 | -9,85 | -7,87 | -14,22 | |
zg пор | м | 6,23 | 7,95 | 8,06 | 10,37 | |
Масса по разделу "Экипаж, провизия, вода" | Pэк | т | ||||
Масса по разделу "Топливо, вода, масло" | Pтоп | т | ||||
Масса перевозимого генерального груза | Pгр | т | ||||
Масса балласта | Pбал | т | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 280,0 |
Скорость хода расчётная | vs | узлы | 13,00 | 16,40 | 16,40 | 18,50 |
Мощность энергетической установки | N | кВт | 2x1103 | |||
Тип энергетической установки | Дизель | Дизель | Дизель | Дизель | Дизель | |
Дальность плавания в милях | R | мили | ||||
Автономность | A | сутки |
Наливные суда-прототипы | ||||||
Т1 | Т2 | Т3 | Т4 | |||
Длина между перпендикулярами | Lпп | м | 150,0 | 165,0 | 228,0 | 277,1 |
Ширина по КВЛ | B | м | 21,4 | 25,3 | 32,2 | 45,0 |
Высота борта на миделе | H | м | 11,2 | 25,4 | ||
Осадка по летнюю грузовую марку | T | м | 8,5 | 10,4 | 13,63 | |
Водоизмещение полное | D | т | ||||
Плотность перевозимого груза | ρг | т/м3 | 0,93 | 0,93 | 0,93 | 0,85 |
Коэффициенты теоретического чертежа в полном грузу | ||||||
δ | 0,747 | 0,775 | 0,825 | 0,833 | ||
β | 0,813 | 0,993 | 0,996 | 0,993 | ||
α | 0,99 | 0,864 | 0,872 | |||
Положение центра величины | ||||||
xc | м | 2,95 | 2,74 | 2,89 | 10,65 | |
zc | м | 4,39 | 5,4 | 6,96 | 8,72 | |
Поперечный метацентрический радиус | ρ | м | 3,99 | 5,04 | 6,06 | 9,52 |
Масса по разделу "Корпус" | Pк | т | ||||
Масса по разделу "Устройства" | Pу | т | ||||
Масса по разделу "Системы" | Pс | т | ||||
Масса по разделу "Энергетическая установка" | Pэу | т | ||||
Масса по разделу "Электроэнергетическая система" | Pэл | т | ||||
Масса по разделу "Вооружение" | Pвр | т | ||||
Масса по разделу "Запасные части" | Pзч | т | ||||
Масса по разделу "Снабжение инвентарное" | Pин.сн | т | ||||
Масса по разделу "Постоянные жидкие грузы" | Pжг | т | ||||
Масса по разделу "Запас водоизмещения и остойчивости" | Pзв | т | ||||
Водоизмещение порожнём Dпор | Dпор | т | ||||
Масса по разделу "Экипаж, провизия, вода" | Pэк | т | ||||
Масса по разделу "Топливо, вода, масло" | Pтоп | т | ||||
Масса перевозимого груза | Pгр | т | ||||
Скорость хода расчётная | vs | узлы | 16,6 | 15,1 | 15,3 | |
Мощность энергетической установки | N | кВт | ||||
Тип энергетической установки | дизель | дизель | дизель | дизель | ||
Дальность плавания в милях | R | мили |
В исходных данных:
Pг – грузоподъёмность;
μг – удельная погрузочная кубатура груза (м3/т) – для сухогрузных судов;
ρг – плотность груза (т/м3) – для танкеров;
v – скорость хода в узлах;
R – дальность плавания в милях;
A – автономность по запасам провизии в сутках;
nэк – численность экипажа.
D = Рк + Ру + Рс + Рэу + Рэл + Рв + Рзч + Рин.сн + Ржг + Рзв + Ргр + Рт + Рэк
Рк = рк D - масса корпуса;
Ру = ру D – масса устройств;
Рс = рсD2/3 – масса систем;
Рэу = рэуN – масса энергетической установки;
Рэл = pэлD2/3 – масса электрооборудования;
Рв = pвD2/3 – масса вооружения навигационного;
Рзч = pзчD – масса запасных частей;
Рин.сн = pин снD – масса инвентарного снабжения;
Ржг = pжгD2/3 – масса постоянных жидких грузов;
Рзв = pзвD – масса запаса водоизмещения;
Ргр – грузоподъёмность судна (масса полезного груза) – принимается в соответствии с заданием;
Рт = kмkпqтN·(R/v) – масса топлива, смазочного масла и котельной воды;
где kм – коэффициент морского запаса,
kп - коэффициент, учитывающий смазочное масло и котельную воду,
qт – удельный расход топлива в т/(кВт·час).
Принимаем qт = 0,00023 т/кВтчас
Принимаем kм = 1,15
Принимаем kп = 1,04
Массу одного члена экипажа с багажом принимаем равной 120 кГ. Сухой провизии на одного человека в сутки – 3 кГ. Питьевую пресную воду принимаем на 20 суток из расчёта – 150 литров на одного человека в сутки.
Рэк = 0,120 nэк + 0,003nэкА +0,150nэк·20
Мощность главного двигателя определяем по формуле
N = (D2/3·v3)/C
v – скорость хода, узл.
Значение адмиралтейского коэффициента проектируемого судна принимаем равным значению адмиралтейского коэффициента судна-прототипа (нолик в индексе указывает на прототип):
C = C0 = (D00,5·v02,5)/N0
Измерители масс разделов нагрузки пересчитываем с нагрузки судна-прототипа (нолик в индексе указывает на прототип):
рк. = рк.0 = Рк.0 /D0
ру = ру 0 = Ру 0 /D0
рс = рс 0 =Рс 0 /(D0)2/3
рэу. = рэу.0 =Рэу.0 /N0
рэл = рэл 0 =Рэл 0 /(D0)2/3
рвр = рв 0 =Рвр 0 /(D0)2/3
pзч = pзч0 = Pзч.0/D0
pинв.сн. = pин.сн.o = Pин сн 0/D0
ржг = ржг 0 =Ржг 0 /(D0)2/3
Измеритель массы запаса водоизмещения ни в коем случае не пересчитывается с прототипа!!! Он принимается в пределах от 0,5 до 2,5% от полного водоизмещения, то есть pзв = 0,005¸0,025.
Принимаем pзв = 0,015
Теперь уравнение масс принимает следующий вид
D = рк D + ру D + рсD2/3 + рэу(D2/3·v3)/C + pэлD2/3 + pвD2/3 + pзчD + pин снD + pжгD2/3 + pзвD + Ргр + kмkпqт[(D2/3·v3)/C]·(R/v) + Рэк
При этом всё, кроме D, нам известно. В правой части уравнения суммируем коэффициенты при D, при D2/3 и суммируем независимые массы – Ргр и Рэк.
Переносим правую часть уравнения в его левую часть.
В результате уравнение принимает вид:
aD – bD2/3 – ΣPнез = 0
где a и b - численные коэффициенты, а ΣPнез = Ргр + Рэк.
Решаем уравнение и получаем значение водоизмещения в первом приближении – D1.
Полученное значение водоизмещения подставляем в формулы для расчёта масс и считаем нагрузку проектируемого судна – все массы, входящие в правую часть уравнения. Сумма масс, составляющих нагрузку, должна быть примерно равна D1.
Мощность главного двигателя, как указано выше, определяем по формуле:
N = (D2/3·v3)/C
Определение главных размерений и коэффициентов полноты
l = 4,47 + 0,06v – для сухогрузных судов;
l = 5,35 – для танкеров;
l = L/(V1/3) → L = l·(V1/3)
V = D/1,025
Fr = 0,514v/[(gL)0,5]
δ = 1,09 – 1,68·Fr - для сухогрузных судов;
δ = 1,05 – 1,40·Fr - для танкеров;
α = 0,98δ0,5
Для определения ширины, осадки и высоты борта нам понадобятся значения отношений В/Т и Н/Т. На этом этапе примем их такими, как у прототипа:
bT = B/T = B0/T0;
hT = H/T = H0/T0;
B = [(D·bT)/(ρвkδL)]0,5
T = B/bT
H = T·hT
Итак, мы определили водоизмещение, коэффициенты полноты, главные размерения и мощность главного двигателя проектируемого судна.
Теперь проверим результаты, подсчитав водоизмещение через главные размерения:
D = ρвkδLBT
Результат должен быть близок к значению D, полученному из уравнения масс. Разница не более 10 т.
Пример расчёта
Исходные данные:
Тип судна – сухогрузное.
Pг = 6000 т;
μг – удельная погрузочная кубатура груза (м3/т) – 2 м3/т;
v = 16,5 узлов;
R = 10000 миль;
A = 35 суток;
nэк = 18 чел.
В качестве судна-прототипа выбираем С-3, т. к. его грузоподъёмность и скорость ближе всего к заданию.
Составляем уравнение масс в функции водоизмещения:
D = Рк + Ру + Рс + Рэу + Рэл + Рв + Рзч + + Рин.сн + Ржг + Рзв + Ргр + Рт + Рэк
Рк = рк D ;
Ру = ру D;
Рс = рсD2/3;
Рэу = рэуN;
Рэл = pэлD2/3;
Рв = Pв0 [1];
Рзч = Pзч0;
Рин.сн = Рин.сн0 ;
Ржг = pжгD2/3;
Рзв = pзвD;
Ргр;
Рт = kмkпqтN·(R/v);
Рэк = 0,120 nэк + 0,003nэкА +0,150nэк·20
Определяем значения измерителей масс разделов нагрузки, пересчитывая их с нагрузки судна-прототипа:
рк. = рк.0 = Рк.0 /D0 = 2593/9950 = 0,2606;
ру = ру 0 = Ру 0 /D0 = 248/9950 = 0,0249;
рс = рс 0 =Рс 0 /(D0)2/3 = 127/462,624 = = 0,2745;
рэу. = рэу.0 =Рэу.0 /N0 = 317/3603
= 0,088;
рэл = рэл 0 =Рэл 0 /(D0)2/3 = 114/462,624 = = 0,2466;
ржг = ржг 0 =Ржг 0 /(D0)2/3 = 68/462,624 = 0,147;
Измеритель массы запаса водоизмещения принимаем по ОСТу:
pзв = 0,015;
Грузоподъёмность задана – 6000 т.
Масса экипажа с багажом, провизией и пресной водой:
Рэк = 0,120 nэк + 0,003nэкА +0,150nэк·20 =
= 18·(0,120 + 0,003А + 0,150·20) = 58 т
Мощность главного двигателя определяем по адмиралтейской формуле:
N = (D2/3·v3)/C
Значение адмиралтейского коэффициента С пересчитываем с прототипа:
C = C0 = (D00,5·v02,5)/N0 = = (99502/3·16,43)/3603 = 566;
Тогда
N = (D2/3·16,53)/566 = 7,932·D2/3;
При расчёте массы топлива, смазочного масла и котельной воды принимаем удельный расход топлива равным 0,00023 т/кВтчас:
Рт = kмkпqтN·(R/v) =
= 1,15·1,04·0,00023·N·(10000/16,5) =
= 1,15·1,04·0,00023·7,932·D2/3·(10000/16,5) =
= 1,207· D2/3.
Теперь уравнение выглядит так:
D = 0,2606·D + 0,0249·D + 0,2745·D2/3 + + 0,088·7,932·D2/3 + 0,2466·D2/3 + 5 + 21 +
+ 16 + 0,147·D2/3 + 6000 + 1,207· D2/3 + 58.
D = 0,3005·D + 2,573·D2/3 + 6100.
Переносим правую часть уравнения в его левую часть:
0,6995·D – 2,573·D2/3 – 6100 = 0
Это окончательный вид уравнения. Решаем графическим методом.
Условно считаем, что грузовместимость проектируемого судна составляет 0,6 от водоизмещения. Тогда D = 10000 т. Подставляем это значение в уравнение и получаем почти -300 т. Увеличиваем значение D. Попробуем 10500 т. Получаем 10,57 т. Почти хорошо, но чуть многовато. Возьмём 10470 т Теперь маловато -8 т.
Наносим на график результаты расчётов для D=10500 т и D=10470 т, проводим соединяющую их линию. Точка её пересечения с осью D соответствует искомому значению водоизмещения:
D = 10483 т
Подставляем это значение вы уравнение и получаем 0.
Теперь подсчитаем массы всех разделов нагрузки:
Рк = 0,2606·10483 = 2732 т;
Ру = 0,0249·10483 = 261 т;
Рс = 0,2745·104832/3 = 132 т;
Рэу = 0,088·N = 0,088·3799 = 334 т;
N = (104832/3·16,53)/566 = 3799 кВт;
Рэл = 0,2466·104832/3 = 118 т;
Рв = 5 т;
Рзч = 21 т;
Рин.сн = 16 т ;
Ржг = 0,147·104832/3 = 70 т;
Рзв = 0,015·10483 = 157 т;
Ргр = 6000 т;
Рт = = 1,15·1,04·0,00023·N·(10000/16,5) = 578 т;
Рэк = 58 т
Суммируем эти массы. Сумма даёт 10483 т, что совпадает с водоизмещением, полученным из уравнения масс. Такое совпадение получается далеко не всегда. Погрешность в несколько тонн (до 10 т) вполне допустима.
Определение главных размерений начнём с вычисления длины между перпендикулярами.
Для этого сначала подсчитаем относительную длину в функции заданной скорости хода:
l = 4,47 + 0,06v = 4,47 + 0,06·16,5 = 5,46
V = D/1,025 = 10483/1,025 = 10227 м3
L = l·(V1/3) = 5,46·102271/3 = 118,52 м
Fr = 0,514v/[(gL)0,5] = = 0,514·16,5/[(9,81·118,52)0,5] = 0,249
δ = 1,09 – 1,68·Fr = 1,09 – 1,68·0,249 =
= 0,672;
α = 0,98δ0,5 = 0.98·0,6720,5 = 0,803
Для определения ширины, осадки и высоты борта нам понадобятся значения отношений В/Т и Н/Т. На этом этапе примем их такими, как у прототипа:
bT = B/T = B0/T0 = 17,8/6,53 = 2,73
hT = H/T = H0/T0 = 9,8/6,53 = 1,50;
B = [(D·bT)/(ρвkδL)]0,5 =
= [(10483·2,73)/(1,025·1,005·0,672·118,52]0,5 = 18,66 м
T = B/bT = 18,66/2,73 = 6,85 м
H = T·hT = 6,85·1,50 = 10,27 м
Теперь проверим результаты, подсчитав водоизмещение через главные размерения:
D = ρвkδLBT =
= 1,025·1,005·0,672·118,52·18,66·6,85 =
= 10483 т
Полученный результат подтверждает правильность расчётов.
Теперь необходимо выписать полученные результаты:
D | т | |
L | 118,52 | м |
B | 18,66 | м |
T | 6,85 | м |
H | 10,27 | м |
δ | 0,672 | |
α | 0,803 | |
N | кВт |