Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Проектирование винта

Содержание

Введение……………………………………………………………….…………2

Исходные данные …………………………………………………...………...3

Глава I Расчет буксировочной мощности………………………….……..4

Глава II Приближенный расчет гребного винта………..…………………6

Глава III Уточненный расчет гребного винта ……....………………….…7

Глава IV Расчет паспортной диаграммы…………………………………..8

Глава V Расчет прочности гребного винта………………………………..11

Заключение……………………………………………………………….…..14

Список литературы.…………………………………………………...….…15

Введение

В данной курсовой работе представлен расчёт и подбор оптимального двигателя и судового движителя с фиксированным шагом, расчёт его геометрических размеров, а также построение паспортной диаграммы для приёмно-транспортного судна.

Приёмно-транспортные суда – это суда, предназначенные для приема продукции от обрабатывающих и добывающих судов и доставки ее в рефрижераторных трюмах в порт, а также для снабжения судов в море топливом, водой и смазочным маслом. Большие и средние приемно-транспортные суда осуществляют промысел в отдаленных районах морей и океанов, малые – во внутренних водах. Движителем называют устройство, с помощью которого энергия судового двигателя преобразуется в работу, создающую полезную тягу, необходимую для преодоления среды движению судна. Гребной винт – судовой движитель, нашедший наиболее распространение на современных судах всех типов. Передача вращения к нему происходит от двигателя внутреннего сгорания. Сам же гребной винт – это движитель, который создает упор за счет реакции воды, отбрасываемой лопастями вращающегося винта. Часть энергии движителя при этом теряется, вследствие чего коэффициент полезного действия движителя, равный отношения буксировочной мощности к мощности необходимой для вращения гребного винта, всегда меньше единицы. Чем современней движитель, тем выше коэффициент полезного действия и тем большую скорость способно развить судно при заданной мощности машин.

Значения коэффициента полезного действия движителя, в частности гребного винта, во многом определяется условиями эксплуатации. Небрежное отношение к гребному винту, изгиб или поломка концов лопастей, коррозирование их поверхности часто являются причинами уменьшения скорости судна. В настоящие время наибольшее применение находят так называемые гидравлические движители, действие которых основано на отбрасывании в сторону, противоположную ходу судна, масс воды, захватываемых из окружающей среды.

Впервые гребной винт был установлен на судне 1804г., но его широкое применение следует отнести к 40-м годам прошлого столетия. В настоящее время гребные винты являются основными движителями морских и речных судов. Это объясняется простотой конструкции гребного винта, удобством передачи вращающегося момента от двигателя к движителю, малым весом, надежностью и высоким КПД. Коэффициент полезного действия современных гребных винтов составляет 60-70%, в отдельных случаях превышает 75%.

На морских судах устанавливают гребные винты диаметром от нескольких дециметров до 8-9 и более метров; мощность, потребляемая гребным винтом, доходит до 65000кВт.

Исходные данные

Крабоконсервный завод

Наибольшая длина – 114,66 м

Длина между перпендикулярами – 112,9 м

Ширина – 14 м

Водоизмещение в грузу – 8861 т

Высота борта-8,7м

Носовая осадка – 7 м

Кормовая осадка – 7 м

I глава.

Определение сопротивления среды движению судна.

Определение и :

Для транспортных судов хорошую сходимость в определении и показывают диаграммы В.М. Штумпфа.

;

– коэффициент общей полноты;

– число Фруда

Коэффициенты остаточного сопротивления судна получаем из графика зависимости от коэффициента общей полноты и его числа Фруда Fr, от .

Смоченная поверхность корпуса судна =

=112,9∙7(2+1,37(0,781-0,274)∙2) =2678,47 ,

коэффициент остроты судна, коэффициент кривизны корпуса k=1,зависящий от L/B, надбавка на шероховатость ,коэффициент сопротивления трения пластины , число Рейнольдса

, где -коэффициент кинематической вязкости, -где скорость судна в узлах,,-остаточное сопротивление, - сопротивление трения судна, ,

-буксировочная мощность.

Полученные значения заносим в таблицу:

, уз.	₁₃	_14,3	₁₅_,6	_16,9
_V_,м/с	₆_.66	₇_.32	₇_.99	₈_.65
_Fr	_0.₂	_0.₂₂	_0.₂₄	_0.₂₆
	₁_.65	₂_.47	₄_.53	₅_.59
	₁	₁	₁	₁
	_0.9₇₃	_0.9₇₂	_0.9₇₁	_0.9₆₉
	_1._23/1.19	_1._19/1.17	_1.18/1,16	_1._17/1.15
	_1.₆₆	₂_.44	₄_.47	₆_.55
	₄_.8	₅_.26	₅_.75	_6.₂₂
	_1.₇₂	_1.₇	_1.₆₈	_1.6₇
,кН	₁_35.18	_161.82	₁_91.04	₂_22.88
,кН	_101.07	_179.47	_391.73	_565.93
, кН	_236.25	_341.29	_582.77	_788.8
,кВт	₁_559.25	_2498.24	_4656.93	_6823.12

По данным таблицы строим график зависимости Rб и Nб от Vs. Затем определяем оптимальные значения Vs, Rб и Nб:

Скорость судна V_s=14узлов (V=7,2м/с);

Буксировочное сопротивление R_б=300 (кН);

Буксировочная мощность N_б=2160 (кВт);

(кВт) - эффективная мощность главного двигателя.

Выбираем двигатель марки TM410-D

Марка по ГОСТу – 6ЧН 41/47

= 3720(кВт) - мощность данного двигателя, число оборотов n=600 (об/мин.), необходимо установить редуктор.

Принимаем передаточное число редуктора по i =4 для уменьшения оборотов винта.

(об/мин).

II глава

Приближенный расчет гребного винта.

Задаемся числом лопастей z=4

Задаем приблизительное значение диаметра гребного винта:

(м).

Дисковое отношение () примем .

По формуле Тейлора для одновинтовых приемно-транспортных судов:

-коэффициент попутного потока.

(м/с) – скорость потока в диске винта;

-коэффициент засасывания для одновинтовых судов, где k=0.5÷0.7 на судах с обтекаемым рулем, тогда t = 0.5·0.34=0.17

(кН) - упор гребного винта;

Для определения коэффициентов, указанных ниже, используем расчетную диаграмму гребного винта:

H/D- шаговое отношение;

К1 – коэффициент упора;

поступательное движение винта (поступь винта);

- коэффициент упора частоты вращения, где n=150/60=2,5(об/с).

- диаметр винта;

; по графику =f() находим =0,46.

(м) < Т_к = 7 (м) винт умещается.

n, об/мин
n, об/мин	90	110	130	150	170
n, об/с	1,5	1,833	2,167	2,5	2,833
	0,91	0,83	0,76	0,71	0,66
	0,58	0,53	0,49	0,46	0,42
H/D	0,88	0,85	0,78	0,75	0,72
	0,59	0,57	0,545	0,52	0,5
Dв, м	5,46	4,9	4,47	4,13	4

Вывод:

При n=n_дв= 150 ( об/мин): м; ; .

III глава

Расчёт гребного винта во втором приближении

(уточненный расчет).

Расчет гребного винта используется для определения паспортной диаграммы судна, оборудованного винтами фиксированного шага.

Число оборотов n = 150 об/мин = 2,5 об/с = const.

уз
уз	8	10	12	14	16
, м/с	4,11	5,14	6,17	7,2	8,22
, м/с	2,71	3,39	4,07	4,75	5,43
R_б, кН	80	120	180	300	600
N_р,кВт	548	1028	1851	3600	8220
	1,35	1.52	1,65	1,69	1.63
	0,35	0,39	0,41	0,43	0,4
	0,018	0,019	0,021	0,023	0,02
	0,62	0,68	0,72	0,74	0,71
	0,47	0,5	0,52	0,53	0,51
,м	3,1	3,48	3,97	4,42	5,43

(кВт) – мощность на гребном валу; ;

- коэффициент момента частоты вращения;

м;

В расчетах принимаем D=4,42 м.

Вывод:

При =14 уз. : ;; ; . Эта глава является завершающей для нахождения диаметра винта, шагового отношения, поступи гребного винта и КПД.

IV глава

Расчет и построение паспортной диаграммы судна.

;

(м);

;

z = 4,

_{Задаёмся
шестью значениями поступи:
от}_{до
(поступь нулевого упора).}

0,1

0,2

0,3

_0,43

=078

0,32

0,29

0,26

0,22

0,176

0,038

0,036

0,035

0,028

0,023

0,017

_{Определяем
скорость судна:}

(узлов);

Определяем полезную тягу винта:

(кН), где - коэффициент неравномерности потока.

Определяем мощность, потребляемую винтом:

(кВт),где - коэффициент неравномерности потока.

Полученные данные заносим в таблицу:

Величины

об/мин

110 об/мин

130 об/мин

150 об/мин

170 об/мин

1,5 об/с

1,833 об/с

2,167 об/с

2,5 об/с

2,833 об/с

V_s,узлы

, кН

, кВт

233,78

1406,75

347,96

2554,44

489,27

4259,14

649,4

6512,73

832,16

9447,18

0,2

V_s,узлы

, кН

, кВт

3,9

189.95

1295,9

4,76

282,72

2352,78

5,64

397,53

3922,9

6,5

527,64

5998,56

7,36

676,13

8701,35

0,3

V_s,узлы

, кН

, кВт

5,85

160,73

1036,55

7,14

239,23

1882,2

8,46

336,36

3138,3

9,75

446,46

4798,85

11,04

572,11

952

0,43

V_s,узлы

, кН

, кВт

8,38

128,58

851,45

10,23

191,38

1546

12,13

269

2577,9

357,17

3914,9

15,8

457,7

5718

0,78

V_s,узлы

, кН

, кВт

15,21

629,33

18,56

1142,78

1905,4

25,35

2913,6

28,7

4226,37

Построение паспортной диаграммы: по полученным данным строим зависимости от при постоянных n. Проводим так же кривую буксировочного сопротивления и получаем точки пересечения с. Спроецировав эти точки на соответствующие кривые , строим кривую мощности, необходимой для преодоления сопротивления среды движения судна (кривая II). Вычерчиваем верхнюю ограничительную характеристику двигателя (кривая I) и аналогичным образом получаем кривую располагаемой полезной тяги винта (кривая III), которая показывает максимальное значение тяги, достигаемое при данном винте и двигателе.

Верхняя ограничительная характеристика (кривая I): т.к. верхняя ограничительная характеристика не задана, то для двигателя внутреннего сгорания без надува ее можно определить по формуле:

n, об/мин	90	110	130	150	170
N, кВт	2232	2728	3224	3720	4216

Вывод: в этой главе я определил скорость судна, полезную тягу винта, мощность, потребляемую винтом при определенной поступи и частоте вращения винта для построения паспортной диаграммы, с помощью которой можно определить:

соответствие винта двигателю – по расположению точки пересечения кривых требуемой мощности верхней ограничительной характеристики двигателя или кривых располагаемой полезной тяги винта и буксировочного сопротивления. Если эта точка лежит на кривой номинальной частоты вращения, то винт при данном режиме плавания соответствует двигателю. При легком винте она будет находиться за кривой номинальной частоты вращения, при тяжелом – перед этой кривой.
полную скорость судна – по точке пересечения кривых располагаемой полезной тяги и буксировочного сопротивления.
частоту вращения двигателя, необходимой для обеспечения заданной скорости судна – по точке пересечения кривой буксировочного сопротивления с перпендикуляром, восстановленным к оси абсцисс из точки, соответствующей заданной скорости.

V глава

Расчет прочности гребного винта.

Рассмотрим расчет прочности лопасти винта при действии на него постоянных сил.

Геометрические и кинематические характеристики:

число лопастей z=4;

дисковое отношение ;

шаговое отношение H/D=0,74;

диаметр винта м;

относительная поступь ;

КПД гребного винта ;

Изгибающие моменты:

_{- изгибающий
момент от действия
аксиальных (осевых)
усилий.}

_{-изгибающий
момент от тангенсальных
(касательных) усилий.}

- центробежная сила, где r_ц=0,47*R=1,039 (м) – радиус, на котором расположен центр тяжести лопасти.

Вес винта определим по формуле:

, где

=4,42 (м) – диаметр винта;

l₀=0,832 (м) – длина ступицы;

d₀=0,18∙D_в=0,18∙4,42=0,8 (м) – средний диаметр ступицы;

(м) – ширина спрямленного контура лопасти,

e=0,07 (м) – толщина лопасти на радиусе r=0,6R;

Ym = 7850 (кГ/ м³) – удельный вес материала винта (для стали).

(кГ).

(Н).

Изгибающие моменты относительно главных осей инерции ξξ(ось наименьшей жесткости) и ηη (ось наибольшей жесткости) подсчитываются по формулам:

где – шаговый угол;

, где - угол откидки лопасти.

Максимальные растягивающие и сжимающие напряжения:

где W_ξр и W_ξс – моменты сопротивления площади сечения лопасти относительно оси ξξ. W_ξ=a_ηb_m∙e_m², где a_η– коэффициент, зависящий от формы лопастного сечения и точки, в которой ищутся напряжения, b_m – ширина спрямленного контура лопасти, e_m – толщина спрямленного контура лопасти.

(м).

F=0,71∙b_m∙e_m=0,71∙1,348∙0,2=0,19 (м²) - площадь сечении лопасти.

(м³).

Допускаемые напряжения при проверке прочностей лопастей винта, выполненного из нержавеющей стали:

(МПа) – допускаемое напряжение на смятие;

(МПа) – допускаемое напряжение на растяжение.

Так как полученные напряжения не превышают допускаемые, данный винт можно считать прочным .

Вывод: гребные винты работают в весьма тяжелых условиях, что обусловлено переменными во времени внешними силами, агрессивностью морской воды и возможностью появления кавитации. От их прочности зависят не только эксплуатационные качества судна, но и безопасность его плавания. Внешняя нагрузка, действующая на лопасть винта, создается гидродинамическими и инерционными силами. Гидродинамическими силами принято представлять в виде суммы постоянных и переменных составляющих. Постоянные составляющие – это осредненные нагрузки за один оборот винта, а переменные учитывают изменения этой нагрузки, вызванные неравномерностью потока за корпусом судна.

Помимо напряжений от постоянных нагрузок (упора, момента и центробежной силы) в сечениях лопасти возникают напряжения от переменных нагрузок, действия которых обусловлено неравномерностью поля скоростей в диске винта. Лопасти гребных винтов могут испытывать дополнительные нагрузки от скоса потока, частичного оголения лопастей, качки судна, удары об лед и плавающие предметы и т.д. Все это вызывает в лопастях винтов соответствующие напряжения. При проектировании винтов с целью принятия мер, исключающих явления резонанса, при котором даже незначительные внешние силы способны вызвать большие напряжения, определяют частоты собственных колебаний лопастей.

Заключение.

Данная курсовая работа представляет собой расчет судового движителя крабоконсервного завода при заданных размерах судна.

В расчетной части при помощи эмпирических формул была определена буксировочная мощность по относительным характеристикам судна; по эффективной мощности был подобран двигатель и уставлен редуктор для того, чтобы понизить частоту вращения до 150 об/мин.; проведен приближенный и уточненный расчет гребного винта; построена паспортная диаграмма судна, характеризующая возможности судна при данном гребном винте и двигателе; выполнен чертеж гребного винта в масштабе 1:10; рассчитана прочность гребного винта и масса.

Список литературы.

Басин А.М.

Учеб. пособие для вузов водн. трансп. М., «Транспорт», 1977.456с.

Дорогостайский Д. В., М. М. Жученко, Н Я. Мальцев.

Теория и устройство судна 1976-413с.

Жинкин В.Б.

Теория и устройство корабля-СПб. Судостроение, 1995-336с.,ил.

Кулагин В.Д.

Теория и устройство промысловых судов: Учебник 2-е изд. перераб. и доп.-Л,:Судостроение 1986-392с.,ил.