Курсовая работа: Расчет гребной электрической установки грузопассажирского судна

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Государственный университет морского и речного флота им. адм. С.О. Макарова»

Кафедра электродвижения и автоматики судов

Курсовая работа

По дисциплине: Гребные электрические установки

На тему: «Расчет гребной электрической установки грузопассажирского судна»

Выполнил: студент гр. ЭСЭиСА

Кузьмин А.В.

Проверил:

профессор Романовский В. В.

Санкт-Петербург

2021

Таблица

Расчетные данные

1. Расчет сопротивления воды движению судна и буксировочной мощности.

1.1 Основные понятия о ходкости судна и основы теории сопротивления движению судна

Ходкость судна -- это способность судна перемещаться с заданной скоростью при наиболее эффективном использовании мощности судовой энергетической установки (СЭУ).

При поступательном движении судна с постоянной скоростью возникает сила сопротивления среды движения судна , направленная в сторону, противоположную его движению. Равномерное и прямолинейное движение судна с заданной скоростью возможно лишь при условии, если к судну будет приложена некоторая движущая сила , направленная в сторону его движения и равная силе сопротивления .

Движущая сила - полезная тяга, которая создается судовым движителем путем преобразования механической энергии главной судовой силовой установки в энергию поступательного движения судна.

Полезная мощность, которая затрачивается на движение судна, называется буксировочной мощностью и определяется как произведение силы тяги на скорость движения судна:

.

Силу сопротивления воды движению судна R можно представить в виде двух составляющих:

,

где -- сопротивление давления;

-- сопротивление трения.

Сопротивление давленияможет быть представленно в виде суммы двух составляющих -- волнового сопротивления , обусловленного силами гравитации, и сопротивления формы (сопротивления давления вязкостной природы :

,

Вследствие eдинства вязкостной природы сопротивления тренияи сопротивления формы их объединяют в единое вязкостное сопротивление :

тогда.

При относительно малых скоростях движения вязкостное сопротивление составляет более 90% от общего, а при больших скоростях волновая составляющая быстро нарастает и может достигнуть 35 - 40% и более от общего сопротивления.

1.2 Расчет составляющих сопротивления движению судна

В соответствии с теорией подобия любая составляющая сопротивления, в том числе и полное сопротивление может быть выражено:

где: - коэффициент полного сопротивления;

- плотность жидкости, 1025кг/м³;

- скорость судна, м/с;

- смоченная поверхность корпуса, м².

Смоченная поверхность корпуса судна без выступающих частей («голый корпус») определяется по приближенным формулам.Для традиционных транспортных судов используют формулу:

где: - коэффициент общей полноты;

м².

Смоченной поверхности выступающих частей суднасоставляет от 2 до 7% от площади поверхности «голого корпуса».Для двухвальных судов:

м².

Полная смоченная поверхность корпуса судна:

м².

Расчет полного сопротивления и буксировочной мощностипри скорости 6 узлов:

1. узлов;

2. м/с

3. м²/с²;

4. - число Фруда;

5. - число Рейнольдса,

гдем²/с - коэффициент кинематической вязкости воды, при ;

6. Коэффициент сопротивления трения эквивалентной технически гладкой пластины по формуле Прандтля-Шлихтинга:

7. Для расчета остаточного сопротивления более всего подходят результаты систематических испытаний моделей серии №3 как наиболее подходящей по геометрическим соотношениям.

Значения , определяем по рис.16 в зависимости от выбранных значений скорости хода(числа Фруда).

.

8. Коэффициент , учитывающий влияние относительной длины судна , вычисляется как отношение значений коэффициента , снимаемых с диаграммы (рис.17)соответственно для расчетного (заданного) значения относительной длины и стандартного значения , определяемого с помощью рис.16:

;.

9. Коэффициенты и , произведение которых учитывает влияние отличия расчетного значения от принятого за основу в серии , определяется по графику (рис. 18):

.

10. Коэффициент остаточного сопротивления судна:

.

11. Корреляционный коэффициент , называемый «надбавкой на шероховатость», определяется в зависимости от длины судна и его полноты по табл.1 сопротивление движение судно буксировочный

.

12. Коэффициент сопротивления выступающих частей , учитывающий сопротивление крупных конструкций, выступающих за теоретические обводы корпуса, определяется по табл.3, в зависимости от числа гребных винтов:

.

13. Коэффициент полного сопротивления:

14. Полное сопротивление движению судна:

Н.

15. Буксировочная мощность:

Вт.

Значения полного сопротивления движению судна и буксировочной мощности для других скоростей рассчитываем аналогично, и заносим в табл.1. Зависимости полного сопротивления и буксировочной мощности от скорости представлены на рис. 1 и 2.

Таблица 2

Расчет полного сопротивления и буксировочной мощности

Рис. 1. Зависимость

Рис. 2. Зависимость

2. Выбор основных элементов гребных винтов

2.1 Предварительный выбор конструктивного типа и диаметра гребного винта, ориентировочных значений мощности, частоты вращения двигателя.

Для выбора ориентировочных значений диаметра и частоты вращения гребного винта используется номограмма (рис. 1). Для входа в номограмму в первом приближении находят:

1. уз- скорость обтекания гребного винта:

2. -скорость попутного потока (использована приближенная формула Тейлора для двух винтовых судов)

3.- ориентировочное значение мощности силовой установкигде:

- пропульсивный коэффициент.

4. На номограмме, соответствующей найденному значению , по точке пересечения кривой со значением находится значение оптимальной частоты вращения . Так же по кривым Dопределяется ориентировочный диаметр гребного винта .

об/мин; м.

Предварительный диаметр винта:

м.

Т.к.., то будем считать заданным

;

2.2 Определение коэффициентов взаимодействия гребного винта и корпуса судна

1. Коэффициент попутного потока для двухвинтовых судов определяется по формуле Шенхерра:

.

Для контроля используется формула Папмеля:

где:

.

;

водоизмещение судна

2. Коэффициент засасывания для двухвинтовых судов определяется по формуле Шенхерра:

.

Для контроля используется соотношение:

.

3. Коэффициент неравномерности потока в диске:

- коэффициент влияния на упор: ;

- коэффициент влияния на момент: ;

- влияние неравномерности потока на КПД гребного винта

.

4. Коэффициент влияния корпуса:

.

2.3 Определение числа лопастей, дискового отношения и выбор расчетной диаграммы

Число лопастей выбирается исходя из нагрузки гребного винта. Для этого подсчитывается коэффициент нагрузки гребного винта по упору:

;

, следовательно, число гребных валов .

2. Выбираем дискового отношенияиз диаграммы рис.2.4 исходя из данных:,

3. Для определения оптимальных элементов гребного винта выбираем серию СССР, ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова) из расчетной диаграммы атласа диаграмм.

2.4 Учет механических потерь в линии водопровода

Механические потери в линии водопровода учитываем путем введения в расчет КПД водопровода:.

2.5 Выбор расчетного режима при проектировании гребных винтов

Исходные данные для оптимальных элементов гребного винта, обеспечивающего наибольшую скорость хода судна, рассчитываются по табл.3. По расчетам строим графики зависимостикоэффициентов и

Таблица 3

Расчет исходных данных для определения мощности и частоты вращения силовой установки и оптимальных элементов гребного винта

Рис.3. Зависимость коэффициентов

Рис. 4. Зависимость

2.6 Проверка ГВ на кавитацию

Для проверки ГВ на кавитацию используем формулу:

,где:

- значение сопротивления судна H, при найденном значении ;

- атмосферное давление воздуха, Н/м²;

м -заглубление оси гребных винтов;

, Н/м² - давление насыщенных паров, при .

.

Расчет гребного винта можно считать законченным, т.к. найденное значение меньше принятого в расчете значения дискового отношения.

2.7 Конструктивные элементы ГВ

По расчётамрежимов гребного винта и проверки его на кавитацию принимаем окончательно его конструктивные элементы: