Расчет для основного режима движения судна коэффициентов попутного потока и засасывания, а также скорости воды перед движителем и силы его полного упора

Расчет этих показателей для ОВ и ВН различается и ниже дан отдельно.

2.3.1. Расчет показателей (Wо, tо, vро, То) для ОВ.

При использовании ОВ коэффициент попутного потока определяется по формуле

 

, (2.1)

 

где q – показатель, значение которого принимается:
  q = 1 – для винта в ДП;
  q = 2 – для бортового винта;
  V,d – объемное водоизмещение, м3, и коэффициент полноты водоизмещения соответственно (см. задание);
  Д – диаметр винта, м.

 

Коэффициент засасывания (to) ОВ рассчитывается с использованием полученного значения Wо по формуле:

 

– для бортового винта;
– для винта в ДП.

 

Скорость потока перед ОВ находится с использованием заданной скорости судна (vо,м/с) и полученного значения коэффициента попутного потока (Wо) по формуле

, м/с.

Сила полного упора ОВ рассчитывается исходя из известных значений силы Ro, кН, (см. п.2.1) и коэффициента засасывания (to) по формуле

, кН ,

где х – количество винтов на судне (см. задание):

 

2.3.2. Расчет показателей для комплекса ВН.

Коэффициент попутного потока при использовании комплекса ВН определяется по формуле

 

, (2.2)

 

где , Д, V – смотри пояснения к формуле (2.1);
  а = 0,043 – коэффициент;
  q = 1 – для движителя в ДП;
  q = 2 – для бортового движителя.

 

Скорость воды перед комплексом ВН находится с использованием полученного значения попутного потока и заданной скорости хода судна по формуле

, м/с.

Расчет коэффициента засасывания (tко) и силы полного упора ВН (Тко) выполняется методом последовательных приближений по следующей схеме.

Первое приближение. Исходное значение коэффициента засасывания принимается равным полученному значению коэффициента попутного потока , т.е. . Затем, в первом приближении, рассчитываются значения упора комплекса и коэффициента нагрузки ВН по упору по формулам:

 

, (2.3)

 

, (2.4)

 

где , – постоянный сомножитель;
  Ro – сила сопротивления движению судна, кН, при скорости vо;
  х, Д – количество винтов и его диаметр, м;
  r = 1т/м3 – плотность пресной воды;
  – полученное значение скорости воды перед ВН, м/с.

 

С использованием находится значение относительного коэффициента нагрузки по формуле

 

, (2.5)

 

где b – значение коэффициента расширения насадки, входящей в состав комплекса ВН (указано на выбранной расчетной диаграмме для ВН).

 

Полученное значение , а также величина коэффициента попутного потока (см. п. 2.3.2), используются для определения уточненного значения коэффициента засасывания по графику рис. 2.2.

В заключение первого приближения следует сопоставить исходное значение коэффициента засасывания и полученное в итоге первого приближения – . Если абсолютная величина относительной разницы между ними, т.е. превысит 1% необходимо выполнить второе приближение.

 

 

Рис. 2.2. К определению коэффициента засасывания корпуса судна:

а) при обычных обводах кормы; б) при тоннельных обводах кормы

 

В случае D £ 1% принимаются в качестве окончательных следующие значения:

и

Второе приближение. Во втором приближении, в итоге, находятся уточненные значения коэффициента засасывания и силы упора ВН .

Для этого по формуле (2.3), с использованием значения , находится , а по формуле (2.4), с использованием , определяется . Значение коэффициента засасывания снимается с графика рис. 2.2 с использованием известного значения и полученного по формуле относительного коэффициента нагрузки.

В заключение второго приближения необходимо определить разницу между и , т.е. величину . Если D £ 1%, то в качестве окончательных , принимаются:

и .

При D > 1% необходимо выполнить следующее приближение по схеме второго приближения; при этом вначале используется значение .

 

2.4. Определение частоты вращения гребного вала и необходимой мощности двигателя .

Расчет значений и выполняется для основного эксплуатационного режима движения судна. Схема расчета является единой для ОВ и ВН; при этом необходимо учитывать, что для ВН и ОВ используются разные индексы к обозначениям ряда показателей.

Исходные показатели к расчетам:

 

– сила полного упора ОВ (ВН), кН;
– скорость воды перед ОВ (ВН), м/с;
Д – диаметр винта, м;
r = 1,0т/м3 – плотность пресной воды;
hвал = 0,97¸0,98; hред = 0,95¸0,97 – к.п.д. валопровода и редуктора соответственно.

 

Для расчета и вначале необходимо определить ряд показателей, которые снимаются с принятой «корпусной» диаграммы по ОВ (рис. 2.3) или по ВН (рис. 2.4). В диаграмму «входят» с использованием значения коэффициента (для ОВ) или (для ВН) полученного по формуле

С диаграммы (рис. 2.3 или рис. 2.4) снимаются:

– относительная поступь винта ( – для ОВ; – для ВН);

– гидравлический к.п.д. движителя (hр – для ОВ; hе – для ВН);

– шаговое отношение (Н/Д).

 

Частота вращения гребного вала и минимальная необходимая мощность на выходном фланце главного двигателя для принятого основного режима движения судна определяются с использованием снятых с диаграммы показателей по формулам

 

Рис. 2.3. Зависимости H/D, hp, lp от для серии открытых гребных винтов с z = 4, Q = 0,55. (Исходная диаграмма в альбоме: см. «Руководство по расчету и проектированию гребных винтов судов внутреннего плавания». Приложение. Рис. VI)

 

    Рис. 2.4. Зависимости H/D, hк , lе от тдля серии винтов в насадке с z = 4, Q = 0,58; b = 1,12. (Исходная диаграмма в альбоме: см. «Руководство по расчету и проектированию гребных винтов судов внутреннего плавания». Приложение. Рис. XIV)

 

, , , кВт ,

 

где hвал, hред – к.п.д. валопровода и редуктора соответственно.

Выбор главного двигателя.

При двух или трехвальной главной энергетической установке предполагается, что на каждый движитель вращающий момент (мощность) подается от одного из двух или трех однотипных двигателей посредством гребного вала.

Опыт эксплуатации судов свидетельствует, что при изменении геометрии винтов вследствие повреждений, коррозии, кавитационной эрозии, а также при увеличении шероховатости корпуса судна (коррозия, обрастание и др.), мощность необходимая для поддержания скоростного режима судна увеличивается. В силу отмеченного при проектировании судов главные двигатели принимаются с запасом мощности.

Запас мощности по отношению к минимально необходимой, то есть мощности , принимается в пределах 8¸20%. Из этого следует, что мощность принимаемого двигателя должна находиться в интервале

Выбор двигателя ведется по его выходным параметрам: номинальной мощности и частоте вращения коленчатого вала или частоте вращения выходного фланца редуктора , которым двигатель может быть оснащен. В любом случае на гребной вал должна подаваться частота (см. п. 2.4), т.е. выбранный двигатель должен отвечать условию: nдв = no или nред = no

Для выбора двигателя могут быть использованы данные по отечественным и зарубежным судовым дизелям, представленные в приложении 3. При выборе двигателя в первую очередь следует обращать внимание на мощность представленных двигателей. Затем выяснить возможность удовлетворения по «табличным» данным условия: nдв = no или nред = no. Если окажется, что последнее условие не удовлетворяется то, с учетом учебного характера данной работы, можно принять «условный» редуктор, с помощью которого частота вращения коленвала некоторого двигателя (nдв) будет уменьшена до no.

По выбранному двигателю в работе следует указать: марку, номинальную мощность , частоту вращения коленвала двигателя и частоту подводимую к винту (с указанием редуктора – «табличный» или «условный»).

После выбора двигателя для него необходимо определить коэффициент запаса мощности (К3) при ее подаче на винт с частотой вращения гребного вала no: