Расчет оптимальных элементов гребного винта
В зависимости от типа задания (курсовая работа или дипломное проектирование) и установленных ранее ограничений по размерам гребного винта расчет оптимальных элементов винта с использованием диаграммы серийных испытаний может быть выполнен по различным расчетным схемам. Ниже будут рассмотрены четыре расчетные схемы, которые могут встретиться при выполнении работы. Все расчеты по приведенным ниже схемам рекомендуется производить в табличной форме.
7.1. Расчет гребного винта, обеспечивающего наибольшую скорость судна при заданной мощности и частоте вращения двигателя (курсовая работа).
Расчет исходных данных для определения оптимальных элементов гребного винта, обеспечивающего наибольшую скорость хода судна, производят по таблице 4, при заполнении которой необходимо руководствоваться следующими рекомендациями:
1. В нижнюю часть таблицы вносят указанные в задании и определенные ранее значения ωT, t, i, ηk, ηвал, ηпер, Ne ном, n ном, Zp, а так же найденное ранее значение Ne расч.
2. В строку 1 таблицы заносят 5-6 значений скорости судна, которые принимают в диапазоне (0,7÷1,2) 
.
3. В строку 3 таблицы заносят значение вспомогательного коэффициента мощности – частоты вращения KNQ, причём значение Nр в знаменателе должно соответствовать принятому значению Ne расч.
4. С выбранной расчётной диаграммы KQ - 
по рассчитанным значениям KNQ на линии KNQ opt снимают значения 
, H/D и ηo и заносят их в строки 4, 5, 6.
5. Если найденные значения D в строке 7 в каких либо столбцах превышают значение Dпред более, чем на 5 %, то расчёт в этих столбцах прекращается и производится далее по форме таблицы 5.
Таблица 4
Расчет исходных данных для определения скорости хода и элементов винта при ограниченном диаметре
| № п/п | Расчетные величины и формулы | Раз- мер-ность | Числовые значения | примечание | |||||||
| уз | задается | |||||||||
| м/с | ||||||||||
| Откладывается на расчетной диаграмме | ||||||||||
| Снимается с Расчетной Диаграммы | ||||||||||
| Снимается с Расчетной Диаграммы | ||||||||||
| Снимается с Расчетной Диаграммы | ||||||||||
| м | ||||||||||
| Если
| ||||||||||
| кВт | С графика
Из расчета сопротивления
| |||||||||
| кВт | ||||||||||
| Постоянные величины | t = … | ||||||||||
| Neном =…….кВт | 
| 
| |||||||||
| 
| 
| |||||||||
| 
| 
| |||||||||
 м
| 
| Диаграмма… | |||||||||
По результатам выполненного расчёта, строят графики (Ne , 
, H/D, D) = f( 
и находят значения указанных элементов гребного винта и скорости судна 
для заданной номинальной мощности так, как показано на рисунке 7 (если в задании указана длительная эксплуатационная мощность, то номинальная мощность находится в соответствии с указаниями подраздела 1.3).
7.2. Расчёт гребного винта, обеспечивающего наибольшую скорость судна, при заданных мощности и частоте вращения и ограниченном диаметре.
В расчёт исходных данных для определения оптимальных элементов гребного винта, обеспечивающего наибольшую скорость судна при заданной мощности, частоте вращения и ограниченном диаметре винта, производят по таблице 5, при заполнении которой, необходимо руководствоваться следующими рекомендациями:
1.В нижнюю часть таблицы вносят постоянные величины расчёта, указанные в задании (Ne ном и n ном) и определённые ранее.
2.По значениям рассчитанным в строке 3, и KQ = const в строке 4, по выбранной расчётной диаграмме KQ - находят значение (H/D, ηo)= f(KQ, ) и заносят их в строки 5, 6. Необходимо учесть, что при определении значения KQ в сроке 4 значение Nр следует принять равным Np расч.
3.По результатам выполненного расчёта сроят график (Ne , , H/D) = f( ) и находят элементы гребного винта и скорость хода судна, так как показано на рисунке 7.
Таблица 5
Расчет исходных данных для определения скорости хода и элементов гребного винта
| № п/п | Расчетные величины и формулы | Раз- мер-ность | Числовые значения | Примечание | |||||||
|
| уз | Задается | |||||||||
| м/с | ||||||||||
| |||||||||||
| |||||||||||
| Снимается с расчетной диаграммы | ||||||||||
| Снимается с расчетной диаграммы | ||||||||||
|
| Снимается с расчетной диаграммы | ||||||||||
|
| кВт | С графика
Из расчета сопротивления
| |||||||||
|
| кВт | ||||||||||
| Постоянные величины | Zp=… | t =… | |||||||||
| Neном = …….Вт |
|
| |||||||||
|
| 
| |||||||||
|
|
| |||||||||
| м
|
| Диаграмма… | |||||||||
7.3. Расчёт потребной мощности силовой установки и оптимальных элементов гребного винта, при заданной скорости судна (дипломный проект).
Расчёт исходных данных для определения мощности и частоты вращения силовой установки (если одно из этих значений не оговорено в задании дополнительно), обеспечивающих заданную скорость хода судну, и оптимальных элементов гребного винта производят по таблице 6, при заполнении которой нужно использовать следующие рекомендации.
1. В нижнюю часть таблицы вносят указанные в задании и определённые ранее величины, а так же найдённые в соответствии с разделом 6 значения К.
2. В строку 1 таблицы заносят 5 -6 округленных значений частоты вращения, которые принимают в диапазоне (0,7÷1,0)nop ,а при
Zp ≥ 2 -- (0,8÷1,2)nop.
3. В строку 2 таблицы заносят значения вспомогательного коэффициента упора – частоты вращения KNT, причём значение n в знаменателе должно быть умножено на коэффициент К.
4. С выбранной расчётной диаграммы KТ - по расчётным значениям KNT на линии KNT opt снимают значение , H/D, ηo и заносят их в строки 4, 5, 6.
5. По результатам выполненного расчёта, строят графики
(Ne , , H/D, D) = f(n) . Номинальное значение потребной мощности и оптимальные элементы гребного винта выбирают, пользуясь построенными кривыми, по частоте вращения предполагаемого главного двигателя, при этом допускается увеличение диаметра в пределах D op ≤ D ≤ Dпред.
В ряде случаев при проектировании силовой установки судна конкретной конструкции, указанной в задании на дипломный проект, возникает необходимость произвести расчёт и выбор оптимальных элементов гребного винта при заданных и Ne ном или и nном.
Таблица 6
Расчет исходных данных для определения мощности и частоты вращения силовой установки и оптимальных элементов гребного винта.
| № п/п | Расчетные величины и формулы | Раз- мер-ность | Числовые значения | примечание | |||||||
| nc | c-1 | задается | |||||||||
| м/с | ||||||||||
| Снимается с Расчетной диаграммы | ||||||||||
| Снимается с Расчетной диаграммы | ||||||||||
| Снимается с Расчетной диаграммы | ||||||||||
| м | ||||||||||
|
| Если
| ||||||||||
|
| кВт | ||||||||||
| Постоянные величины | Zp=… | Dпред=… м | |||||||||
 уз
| Z=… |  =…
| |||||||||
 … м/с
| 
|
| |||||||||
 … H; с графика 
|  ; с графика
| ||||||||||
 … Н
| t =… | Диаграмма… | |||||||||
 … H
|
|  … кг/м3
| |||||||||
Такой расчёт рекомендуется выполнять по схемам подраздела 7.3 и 7.4, при этом искомое значение Ne ном или n ном определяется по кривой Ne = f(n) по одному из заданных параметров. Если найденное таким образом соотношение Ne ном или n ном не удовлетворяет проектанта силовой установки, то оптимальные элементы гребного винта и проектная скорость хода судна должны быть определены заново при повторном расчёте по подразделам 7.1 и 7.2.
6.4. Расчёт потребной мощности силовой установки и оптимальных элементов гребного винта при ограниченном диаметре.
Расчёт исходных данных для определения мощности и частоты вращения и оптимальных элементов гребного винта ограниченного диаметра, обеспечивающего судну заданную скорость, производят по таблице 7, при заполнении которой нужно пользоваться следующими рекомендациями:
1. В нижнюю часть таблицы вносят указанные в задании и определённые ранее величины, а так же найденные ранее в разделе 6 значения коэффициента К.
2. В строку 1 таблицы вносят 5 – 6 округленных значений частоты вращения, которые принимают в диапазоне (0,7÷1,0)nop , а при Zp ≥ 2 (0,8÷1,2)nop.
3. В строках 2 и 3 находят значения KТ и при фиксированных значениях диаметра винта, при чём значение n в знаменателе формул необходимо умножить на коэффициент К.
4. По значениям KТ и выбранной расчётной диаграммы KТ - находят значение H/D = f(KТ , ) и ηo= f(KТ , ) и заносят их в строки 4, 5.
5. По результатам выполненного расчёта строят графики
(Ne , H/D, ηo) = f(n).
Номинальное значение мощности и частоты вращения, а так же оптимальные элементы гребного винта выбирают, пользуясь построенными кривыми и рекомендациями по выбору оптимальной частоты вращения, изложенными в разделе 2 и подразделе 7.3.
Таблица 7
Расчет исходных данных для определения мощности и частоты вращения силовой установки оптимальных элементов гребного винта при ограниченном диаметре.
| № п/п | Расчетные величины и формулы | Раз- мер-ность | Числовые значения | примечание | |||||||
| nc | c-1 | задается | |||||||||
| м/с | ||||||||||
| |||||||||||
| Снимается с Расчетной диаграммы | ||||||||||
| Снимается с Расчетной диаграммы | ||||||||||
|
| |||||||||||
|
| кВт | ||||||||||
| Постоянные величины | … H
| Dпред =… м | |||||||||
| уз
| Zp=… | 
| |||||||||
 … м/с
| Z=… |  ; с графика 
| |||||||||
| … H; с графика
|
|  …
| |||||||||
 … Н
| Диаграмма… | t = ….;  =…;
| |||||||||