Глава 3 Определение рабочих параметров, построение характеристик

3.1 Расчет, определение размеров руля.

Для расчета принимается простой обтекаемый прямоугольный двухопорный балансирный руль, который по сравнению с рулями других типов позволяет получить наименьшее значение момента на баллре.

Наименование величины	Обозначение	Единица измерения	Расчетная формула	Числовое значение
Длина и осадка судна	L T	м м	Задана	135,5 9,35
Площадь пера руля	F	м	(0,013 0,019) LT=0,13135,59,35	16,47
Относительное удлинение руля	λ		Задано	2,0
Высота пера руля	h	м	=√2*16,47	5,739
Ширина пера руля	b	м	=16,47∕5,739	2,87
Коэффициент компенсации	k		(0,25 0,35)	0,26
Расстояние от передней кромки руля до оси баллера	z	м	k b=0,26*2,87	0,746
Площадь балансирной части руля		м	k F=0,26*16,47	4,282

3.2 Расчет гидродинамических сил, момента на баллере руля.

Наименование величины	Обозначение	Единица измерения	Расчетная формула	Числовое значение
Коэффициент попутного потока			(0,22 0,26)	0,25
Коэффициент влияния корпуса на руль	K		=	0,563
Диаметр гребного винта	D	м	Задан	5,45
Площадь винта, омываемая потоком винта		м	=2,87*5,45	15,642
Скорость судна	v v	уз м/с	Задана 1856v/3600=1856*16/3600	16,0 8,249
Плотность забортной воды		кг/м	[4, табл. 4]
Осевая скорость винта относительно воды	v	м/с	(1- ) v =(1-0,25)*8,249	6,187
Мощность, затрачиваемая на вращение винта	N	кВт	0,98 N =0,98*6610	6477,8
Упор винта	P	кН	= =0,6 0,7=0,65
Коэффициент нагрузки винта по упору			=	1,115
Коэффициент влияния винта на руль	K		=	2,059
Угол поворота руля от среднего положения		град
Коэффициент сопротивления	C		[7, табл. 6.1]	0,03	0,04	0,06	0,09	0,17	0,27
Коэффициент подъемной силы	C			0,25	0,53	0,835	1,06	1,1
Коэффициент центра давления	C			0,23	0,245	0,265	0,285	0,365
Коэффициент нормальной силы	C		(см. приложение 1)		0,253	0,532	0,83	1,054	1,111
Отстояние центра давления от передней кромки руля	s	м	(см. приложение 1)		0,66	0,703	0,761	0,818	1,048
Коэффициент гидродинамического момента	C		(см. приложение 1)		0,058	0,13	0,22	0,3	0,406
Нормальная сила	N	кН	(см. приложение 1)		168,452	354,21	552,62	701,77	739,72
Гидродинамический момент относительно передней кромки руля	M	кН м	(см. приложение 1)		107,976	224,45	343,46	424,31	431,37
Гидродинамический момент относительно оси руля	M	кН м	(см. приложение 1)		-14,47	-15,178	8,041	50,492	223,06
Коэффициент нормальной силы на заднем ходу	C		(0,7 0,8) C =0,75 C (см. приложение 1)		0,19	0,399	0,623	0,791	0,833
Отстояние центра давления от задней кромки руля на заднем ходу	S	м	(0,3 0,35)b=0,325 b=0,325*2,87	0,933
Гидродинамический момент на заднем ходу судна	M	кН м	(см. приложение 1)		8,121	17,055	26,63	33,811	35,606	33,939
Гидродинамический момент для расчета	M	кН м	Принимается равным M (вся строка), если , или M (вся строка), если >		-14,47	-15,178	8,041	50,492	223,063	141,796
Крутящий момент на баллере с учетом дополнительных внешних нагрузок	M	кН м	(1,1 1,2) M (см. приложение 1)		-19,47	-20,422	10,819	67,937	300,132	190,786
Момент на баллере руля с учетом трения в боковых опорах баллере и пяте руля	M	кН м	(1,15 1,2) M (см. приложение 1)		-16,93	-17,758	9,408	59,076	260,984	165,901

3.3 Расчет рулевого привода, мощности насоса.

Наименование величины	Обозначение	Единица измерения	Расчетная формула	Числовое значение
Диаметр баллера		м	,	0,301
Начальный радиус румпеля		м	=1,25*0,301	0,375
Давление масла в цилиндре привода		МПа
Число пар цилиндров привода
КПД привода			[7, рис. 6.6]	0,28 0,54 0,67 0,75 0,77 0,775 0,77
Диаметр плунжера		м		0,146
Ход плунжера при перекладки руля с борта на борт		м	= =1,277*0,375	0,433
Объем масла, подаваемый в цилиндры рулевого привода при перекладке руля с борта на борт	V	м	=23,14(0,132^2)*0,427/4	0,014
Время перекладки руля с борта на борт	t	с
Подача насоса	q	м /с	=	5,8
Радиус румпеля при значении угла поворота угла		м	(см. приложение 2)	0,375	0,376	0,381	0,388	0,399	0,414	0,433
Нормальная сила давления на цапфу румпеля	Q	кН	(см. приложение 2)		-25,891	-26,801	13,942	85,134	362,478	220,307
Сила давления на цапфу вдоль оси плунжера	Q	кН	(см. приложение 2)		-25,792	-26,394	13,467		328,517	190,791
Сила давления масла на плунжер		кН	(см. приложение 2)		-47,763	-39,394	17,956	103,896	423,893	247,781
Давление масла в цилиндре при значениях угла поворота руля		МПа	(см. приложение 2)		-2,853	-2,353	1,073	6,206	25,321	14,801
Давление масла в цилиндре с учетом подпитки		МПа	(см. приложение 2)	0,25	-2,603	-2,103	1,323	6,456	25,571	15,051
Давление нагнетания насоса с учетом сопротивления напорного трубопровода		МПа	(см. приложение 2)	0,04	-2,813	-2,313	1,113	6,246	25,361	14,841
Давление всасывания насоса с учетом давления подпитки и сопротивления сливного (всасывающего) насоса		МПа	0,25-0,025	-1,25
Давление насоса	P	МПа	(см. приложение 2)	1,29	-1,563	-1,063	2,363	7,496	26,611	16,091
Мощность насоса	N	кВт	(см. приложение 2)		-2,924	-1,666	6,23	16,103	39,575	12,962
КПД насоса			[1, рис. 149,а]		0,31	0,37	0,22	0,27	0,39	0,72
Мощность электродвигателя		кВт	(см. приложение 2)

3.4 Построение характеристик

Зависимость крутящего момента на баллере от угла поворота руля

Глава 3 Определение рабочих параметров, построение характеристик - student2.ru
Зависимость давления масла в цилиндре от угла поворота руля

Глава 3 Определение рабочих параметров, построение характеристик - student2.ru
Зависимость мощности насоса от угла поворота

Глава 3 Определение рабочих параметров, построение характеристик - student2.ru
Глава 4 Указание по эксплуатации рулевой машины.

В течении 12 часов до выхода судна из порта рулевая машина должна быть подготовлена к действию, проверена в работе и испытана в соответствии с требованиями СОЛАС. При этом следует руководствоваться фирменными инструкциями по эксплуатации и действующими руководящими техническими материалами. Проверку и испытание выполняют лица командного состава, занятые эксплуатацией и обслуживанием ГРМ. При подготовке к действию, проверках и испытаниях рулевых машин следует обращать особое внимание на следующее: лёгкость перемещения золотников и отсутствие их заеданий, перекосов и больших люфтов в соединениях; с управляющими валиками; состояние поверхности золотников и их уплотнений; лёгкость проворачивания вручную валов насосов регулируемой подачи при их нулевом эксцентриситете; срабатывания стопорных храповиков или гидрозамков; уровня рабочей жидкости в расширительных баках, положение запорных клапанов. Не должно быть нехарактерных шумов и стуков, наружных утечек рабочей жидкости; скачков и задержек руля при его перекладке, а также автоколебаний управляющих валиков приборов ИМ, золотников гидроусилителей, скользящих блоков радиально-поршневых насосов и руля.

Рулевые машины должны быть хорошо отрегулированы. Показателями качества регулирования являются: наибольшая точность установки руля в заданном положении, определяемая разностью заданного и фактического углов перекладки (достаточная точность ± 0,5⁰ при углах перекладки руля ±10⁰); минимального рассогласования нулевых положений насосов (не более 0,5⁰ изменение положения руля при переключении насосов); ограниченный ( не более 10% номинального) люфт на управляющем органе главного насоса; небольшая общая зона нечувствительности системы управления; минимальная скорость сползания руля в режиме «Простой»; отсутствие автоколебаний.

Во время хода судна вахтенный механик, принимая вахту, обязан осмотреть румпельное отделение и рулевую машину, а вахтенный моторист должен осматривать их два раза за вахту. При этом следует обращать внимание на следующее: наличие смазочного масла на трущихся деталях, в прессмаслёнках и смотровых стёклах редукторов; состояние регулирующих и стопорных устройств; соответствие показателей положения руля; температуру (должна быть не ниже 5⁰С зимой) и относительную влажность румпельного помещения (не более 85%).

Особое внимание следует обращать на уровне рабочей жидкости в расширительных баках, показания манометров гидравлических контуров; плавность перекладок руля; не должно быть перегрева рабочей жидкости и наружных утечек; характерных шумов и стуков в насосах и механических соединениях рулевого привода, а также автоколебаний деталей и узлов ГРМ.

При обнаружении существенных отклонений от спецификационных параметров и показателей работы рулевой машины вахтенный механик обязан постоянно наблюдать за её работой, доложить об этом старшему механику и сделать соответствующую запись в журнале.

В течении вахты механик должен периодически контролировать исправность действия рулевой машины по показаниям имеющихся на пульте управления приборов и систематизаторов.

Перед подходом к районам, плавание в которых требует особой осторожности, должна быть проверена исправность действия дистанционного управления рулевой машины на ручных режимах работы. В этих районах должны быть приведены в действие оба насоса, если они могут надёжно работать одновременно.

В случае отказа одного из насосов переход на другой выполняет вахтенный помощник капитана на имеющихся постах управления, а вахтенный механик при этом обязан принять меры по выяснению и устранению причин отказов, доложив о случившемся старшему механику.

Переходы с работы одного насоса на другой в обычных условиях должны выполняться после предупреждения об этом вахтенного механика, который обязан контролировать при этом исправность действия по показаниям имеющимся на пульте управления приборов и сигнализаторов.

В случае отказа всех систем дистанционного управления осуществляется переход на управление «Местный».

После окончания швартовых операций и снятия готовности, рулевую машину надо остановить и осмотреть, обратив особое внимание на отсутствие перегрева и утечек рабочей жидкости, нормальный её уровень в расходных баках и нейтральное положение управляющих органов системы управления и насосов. Перо руля должно быть установлено в диаметральной плоскости.

При эксплуатации ГРМ, которой присуще «сползание руля», в режиме управления «Простой», следует установить на посту управления режим «Следящий».

ВЫВОД: В ходе курсового проекта была рассчитана четырехплунжерная гидравлическая рулевая машина для судна дедвейтом (Dw) 12400т, мощностью главного двигателя (Ne) 6610кВт, длиной (L) 135,5м, осадкой (T) 9,35м, диаметром гребного винта (D) 5,4м и скоростью (V) 16,0 узлов. Данная ГРМ имеет 2 пары цилиндров привода, давление масла (Р) 17 МПа, давление насоса (Рн) 17 МПа, мощность насоса (Nн) 16,091 кВт (при Глава 3 Определение рабочих параметров, построение характеристик - student2.ru =0,72),а также мощность электродвигателя (Ne) 32кВт(при =0,72), время перекладки полностью погруженного руля или полностью погруженной поворотной насадки с 35⁰ одного борта на 30⁰ другого борта при максимальной скорости переднего хода, относящегося к этой осадке за время не более 28 с. при параметрах, не превышающих номинальных параметров привода. ГРМ соответствует требованием РМРС.