9592

Обоснование главных параметров СЭУ

Реферат

Энергетика

Обоснование главных параметров СЭУ Определение требуемой мощности. Число движителей. Допустимый и реализуемый диаметр гребного винта. КПД винта. Влияние корпуса на КПД. Пропульсивный коэффициент. Запас мощности для движения судна с заданной ск...

Русский

2013-03-13

127 KB

9 чел.

Обоснование главных параметров СЭУ 

Определение требуемой мощности. Число движителей. Допустимый и реализуемый диаметр гребного винта. КПД винта. Влияние корпуса на КПД. Пропульсивный коэффициент. Запас мощности для движения судна с заданной скоростью.

Определение главных параметров пропульсивной установки

Проектирование СЭУ начинается с определения главного параметра – мощности Neтреб= Neи  = kзNeэ, требуемой для движения судна с заданной наибольшей скоростью vи («и» – при испытаниях на скорость). Эта мощность отличается от мощности на длительном эксплуатационном режиме «э» Neэ на величину коэффициента запаса мощности kз:

                                                                                          (1)

                                                                                                        (2)

где   kз – коэффициент запаса мощности, отражающий возможное возрастание сопротив-ления, например, при  движении в сложных метеорологических условиях и необходимость выдерживать расписание прибытия в порт назначения. Этот коэффициент зависит от региона, в котором эксплуатируется судно. Он может быть принят равным 1,1 – 1,15. В некоторых случаях для двигателей с большой цилиндровой мощностью и при наличии топливного насоса-регулятора принимается также kд – «коэффициент запаса мощности по двигателю», равный 1,1 и учитывающий возможное снижение мощности вследствие повышенного износа или неисправности. Обычно он перекрывается наличием запаса мощности по метеоусловиям; R – сопротивление движению судна на длительном эксплуатационном режиме, кН; vэ – скорость движения судна на длительном эксплуатационном режиме, узлы; 0,514 – коэффициент пересчета, узел/(м/с); hвал – КПД валопровода, учитывающий потери на трение в подшипниках и сальниках валопровода; hпер – КПД передачи. Для конструктивной схемы с малооборотным ДВС hпер=1, так как передача отсутствует; hпр – пропульсивный коэффициент, учитывающий комплексную энергетическую эффективность винта, работающего за корпусом в кормовой оконечности судна; hв – КПД винта, работающего в свободной воде на удалении от корпуса; t – коэффициент засасывания, характеризующий понижение давления в кормовой оконечности судна вследствие работы винта, отбрасывающего воду от корпуса; WT - коэффициент попутного потока, учитывающий относительную величину в диске винта пограничного слоя потока, омывающего корпус судна; 1/iQ – коэффициент влияния неравномерности попутного потока на реактивный момент винта. Зависимости для расчета hв , t, WT и 1/iQ могут быть приняты в соответствии с работами [7, 8, 9].

В соответствии с [7] коэффициенты взаимодействия винта и корпуса транспортных судов  могут быть найдены с использованием следующих корреляционных зависимостей:

  •  для одновальных установок:

            (3)

при  и U-образной корме:

       (4)

при  и V-образной корме:

      (5)

Для одновальных рыбопромысловых судов с V-образными обводами в кормовой оконечности и  при  движении без трала:

       (6)

  •  для двухвальных установок быстроходных контейнерных судов при , с выкружками гребных валов и D/TКВЛ0,60,65:

        (7)

В случае применения кронштейнов гребных валов коэффициент попутного потока уменьшается на 30%, а коэффициент засасывания на 20%.

В зависимостях (3) – (7) использованы следующие обозначения: dоб – коэффициент общей полноты – отношение объема подводной части корпуса (объемное водоизмещение), м3, к «кубическому модулю» – произведению трех сомножителей (м) – Lпп – длины судна между перпендикулярами, B – ширины судна на миделе и TКВЛ – осадки по конструктивную ватерлинию; b – коэффициент полноты миделя. Коэффициенты полноты основных сечений корпуса судна могут быть приняты в соответствии с табл.1 [10]. При наличии данных о полном водоизмещении значение коэффициента общей полноты может быть найдено в соответствии с его определением; D – диаметр винта, м; KDE – коэффициент нагрузки винта по полезной тяге; TE =R/Zв – доля сопротивления движению судна, приходящаяся на один винт, кН; r – плотность воды, т/м3.

Для КПД hв винта в свободной воде использована зависимость в функции от коэффициента нагрузки по упору CTA = 8KT/plp2:

            (8)

При определении CTA используются зависимости для коэффициента упора и относительной поступи  KT = T/rn2Dв4 и lp = va/nDв.

Параметры этих формул в свою очередь зависят от коэффициентов взаимодействия винта и корпуса: T = TE (1 t)-1 и va= v(1WT).

Таблица 1

Характеристики корпуса некоторых типов гражданских судов

Тип судна

Соотношения главных

размерений

Коэффициенты полноты

L/B

B/T

H/T

d

a

b

Морские пассажирские суда

6,5–7,5

2,6–3,2

1,35–1,45

0,50–0,60

0,70–0,80

0,85–0,96

Сухогрузные суда

общего назначения

большие

средние

малые

7,2–8,0

6,5–7,5

6,0–7,0

2,42,6

2,32,5

2,22,4

1,301,50

1,301,50

1,201,40

0,620,72

0,650,75

0,700,75

0,80–0,85

0,80–0,85

0,80–0,85

0,95–0,98

0,96–0,98

0,96–0,98

Суда для навалочных грузов

6,2–7,0

2,32,8

1,301,40

0,730,80

0,78–0,83

0,96–0,99

Контейнеровозы

большие

малые

6,2–7,0

6,0–6,5

2,73,0

2,53,2

1,72,0

1,41,8

0,600,68

0,650,70

0,80–0,85

0,82–0,86

0,95–0,98

0,97–0,98

Суда с горизонтальной

грузообработкой

большие

малые

6,5–7,0

5,8–6,5

3,03,5

2,83,8

2,02,3

1,92,2

0,580,65

0,620,70

0,85–0,88

0,82–0,85

0,93–0,95

0,95–0,97

Танкеры

крупнотоннажные

среднетоннажные

6,0–7,0

6,6–7,5

2,53,0

2,32,5

1,291,40

1,201,31

0,750,85

0,720,78

0,83–0,88

0,78–0,86

0,98–0,99

0,97–0,99

Ледоколы

3,5–4,5

2,23,2

1,401,70

0,450,55

0,75–0,77

0,80–0,85

Рыбопромысловые суда

5,0–6,0

2,02,4

1,201,30

0,500,60

0,75–0,80

0,77–0,85

Буксиры морские

3,0–4,0

2,43,0

1,201,40

0,45-0,55

0,70-0,78

0,80-0,90

Для определения сопротивления движению судна с заданной скоростью можно обратиться к моделям расчета ходкости, однако эти модели не обладают высокой достоверностью. Поэтому, для достижения более высокой точности, целесообразно использовать пересчет данных судна-прототипа в соответствии с адмиралтейской формулой:

,                 (9)

где D – полное водоизмещение судна при расчетной осадке, м3; v – заданная скорость, узлы; Ne – мощность двигателя при заданной скорости, кВт. Для водоизмещающих транспортных судов с относительно небольшими скоростями затраты мощности на движение определяются в основном сопротивлением трения. Для таких судов допустимо принять значения показателей степени при независимых переменных равными m = 2/3 и   n = 3.

Предположение о равенстве величины адмиралтейского коэффициента  у судна-прототипа и вновь проектируемого судна допустимо при следующих условиях:

– однотипность судов;

– близость форм обводов корпусов  и соотношений главных размерений;

– изменение осадки или водоизмещения не более 10 – 12 %;

– изменение скорости хода в пределах 5 – 8 %.

Сначала определяем для судна-прототипа:

            (10)

Штрихами отмечены параметры судна-прототипа. Поскольку вновь проектируемое судно отвечает приведенным выше соотношениям  (что следует проверить), то можем определить требуемую мощность главных двигателей и сопротивление движению судна:

              (11)

            (12)

Необходимость определения R – сопротивления движению судна с заданной эксплуатационной скоростью связана с тем, что этот параметр является независимым от выбора типоразмера главного двигателя.

Мощность энергетической установки судов ледового плавания должна быть не меньше определенной по следующим зависимостям, принятым в соответствии с Правилами Регистра РФ:

                                                                                  (13)

где  f1 – коэффициент влияния типа винта. В случае применения ВФШ  f1=1,1. В случае применения ВРШ  f1=0,9;  f2 – коэффициент влияния типа носового образования. Для носовой оконечности с углом наклона j   f2= j/200+0,675  1,1. Для носовой оконечности бульбообразного типа f2= 1,1. В любом случае произведение  должно быть не менее 0,85;  f3 – коэффициент влияния ширины корпуса: B – ширина судна, м; D - водоизмещение по летнюю грузовую марку, т; f4 и Ne0– коэффициент , отражающие влияние категории ледового усиления и водоизмещения приведены в табл.2.

Таблица 2.

   Влияние категории ледового усиления

Ограничение

Параметр

Категория ледового усиления

ЛУ2

ЛУ3

ЛУ4

ЛУ5

ЛУ6

ЛУ7

ЛУ8

ЛУ9

D < 30000т

f4

0,18

0,22

0,26

0,3

0,36

0,42

0,47

0,5

Ne0, кВт

0

370

740

2200

3100

4000

5300

7500

D > 30000т

f4

0,11

0,13

0,15

0,2

0,22

0,24

0,25

0,26

Ne0, кВт

2100

3070

4040

5200

7300

9400

11600

14700

-

Neмин, кВт

740

740

1000

2600

3500

5000

7200

10000

В любом случае величина мощности пропульсивного комплекса судна с ледовым классом не может быть меньше указанного в последней строке табл.2.

Далее следует найти наибольший допустимый диаметр гребного винта. Диаметр винта определяется в долях от достижимой осадки при реализуемой загрузке  судна:

                                                           (14)

где   Dв – диаметр винта; Tк – реально достижимая осадка судна кормой;  - туннельность кормы. Термин принят в соответствии с работой В.А. Лесюкова [8]. Значения определяется  формой  кормового образования  судна  и   расположением   винта  относительно   диаметральной  плоскости. Рекомендуемые значения приведены в табл.3.

         Таблица 3

         Оптимальные значения туннельности кормы

Тип судна

Характеристики

Оптимальные значения

Буксиры - толкачи

Класса «М» и «О»

0,8 – 1

Буксиры - толкачи

Класса «Р» и «Л»

0,95 – 1,2

Грузовые теплоходы

B/T 5

0,5 – 0,65

Грузовые теплоходы

B/T > 5,5

0,7 – 0,85

Пассажирские суда

B/T < 6

0,65 – 0,75

Пассажирские суда

B/T > 7

0,8 – 1,2

Меньшие   значения   соответствуют   винтам,   расположенным   по бортам,  большие  –   винтам,  расположенным  в  диаметральной   плоскости. Для морских   судов   = 0,6 – 0,65 в случае применения двухвальной установки и 0,7 – 0,75 для одновальной установки.

При проектировании пропульсивной установки рассматриваются варианты главных двигателей с близкой мощностью, но разной частотой. Имеет место обратное влияние частоты МОД на требуемую мощность двигателей. Поэтому следует определить число винтов и уточнить их параметры.

Между тремя параметрами винта – его диаметром D, частотой n  и упором P существует функциональная зависимость [7, 8, 9]:

                                       (15)

Из трех параметров, входящих в формулу (15) два известны, это диаметр D из формулы (14) и упор T из примечаний к зависимости (8). Влияние коэффициента засасывания t невелико и может быть уточнено в итерациях. Указанное позволяет найти  частоту nв  оптимального винта:

nв = P0,5(11,8 D)2,                            (16)

винта имеющего наибольший КПД по сравнению с другими винтами, соотношения параметров которых не отвечают зависимости (5).

Если Dвmax=Dвопт, то число двигателей – большее целое от следующего выражения:

          (17)

где  hпер – КПД системы передачи мощности от двигателя к движителю; Ne – эффективная мощность на выходном фланце двигателя; nв– частота вращения винта может быть найдена из формулы (16); сопт – коэффициент, который по данным В.А. Лесюков [8] может быть принят равным 0,88 для пассажирских судов с винтами Трооста без насадок; 0,81 для грузовых судов и 0,85 для буксиров-толкачей с винтами в насадках с усеченными лопастями типа Каплана. Для гребных винтов с закругленными лопастями типа Трооста в насадках сопт=0,9 – 0,94. По данным В.Н. Анфимова [7] сопт может быть принят равным 0,85 для не буксирных судов и 0,9 для буксиров-толкачей.

Для речных судов и смешанных судов типа река-море характерна не только ограниченная осадка, но и относительно малая высота борта, надводная часть которого ограничена наличием мостов на реке. Для таких судов предпочтительным является применение среднеоборотных двигателей (СОД), которые благодаря тронковой конструкции имеют умеренную габаритную и ремонтную высоту, достаточную для размещения СОД в МКО судов указанных типов. Передача мощности к движителям возможна двумя способами:

– с помощью редуктора, понижающего частоту ГД до частоты оптимального винта. Винт в этом случае применяется наибольшего допустимого диаметра, его оптимальная частота nопт может быть определена из выражения (16) путем подстановки в него Dвmax. Отношение частоты двигателя на эксплуатационном режиме к частоте nопт позволяет получить передаточное отношение редуктора, необходимого для согласования частот оптимального винта и среднеоборотного двигателя. Второй необходимый и достаточный параметр, позволяющий выбрать редуктор из типоразмерного ряда – момент на входном валу в виде отношения мощности к частоте: Neэ/nэ;

– с помощью прямой передачи – без редуктора. В этом случае частота движителя искусственно завышается и принимается равной частоте двигателя, в свою очередь искусственно заниженной. Частота в этом случае принимается, в зависимости от осадки судна, равной 300 – 500 об/мин. В этом случае исключаются потери в передаче (2 – 3 %), и за счет отсутствия передачи сокращаются размеры агрегата СОД. Это положительные факторы. Но есть и отрицательные, это снижение КПД винта и снижение мощности двигателя вследствие снижения его чатоты. Возможности двигателя реализуются не полностью.

На речных и смешанных грузовых судах наиболее широко применяются двухвальные установки, обеспечивающие не только отсутствие кавитации, то есть работающие без перегрузки (17), но и улучшающие устойчивость судна на курсе и лучшую управляемость.  

Для морских судов с относительно большой осадкой практически во всех случаях допустимо применение одновальной установки, так как винт наибольшего допустимого диаметра получается достаточно большим,  а соответствующая частота оптимального винта небольшой, в результате значение xв по формуле (17) получается менее единицы. Применение в ряде случаев на морских судах двухвальных установок не вызвано экономическими соображениями. Здесь играет роль повышение безотказности, свойства особо важного для некоторых судов, например, судов с горизонтальной грузообработкой, не имеющих как правило поперечных переборок.

Для морских судов также характерна достаточно большая высота борта до главной палубы. Это позволяет применять на морских транспортных судах малооборотные  ДВС (МОД), имеющие вследствие крейцкопфной конструкции достаточно большие вертикальные размеры. Двигатели должны быть размещены в МКО в пределах до главной палубы с учетом установки двигателя на второе дно, его ремонтного габарита и размещения под набором главной палубы крана для проведения ремонтных работ.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

78303. НОРМИРОВАНИЕ ТОЧНОСТИ ШПОНОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ 101 KB
  В шпоночных соединениях имеются вал и отверстие как в гладких соединениях. На валу и во втулке этого соединения имеются пазы расположенные вдоль оси. В машиностроении в основном используют шпоночные соединения с призматическими сегментными и клиновыми шпонками. Помимо перечисленных шпоночных соединений в машиностроении используются и нормируются точности других шпоночных соединений представляющих в определенном роде разновидность перечисленных: соединения с призматическими направляющими шпонками с призматическими высокими...
78304. НОРМИРОВАНИЕ ТОЧНОСТИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС И ПЕРЕДАЧ 811 KB
  Зубчатое колесо представляет собой деталь сложной геометрической формы в виде диска с зубьями на внутренней или наружной цилиндрической или конической поверхности входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса. Принцип нормирования точности зубчатых колес и передач Трудность в отношении нормирования точностных требований к зубчатым передачам заключается в том что эти детали сложны по своей геометрической форме а кроме того они являются элементами кинематической...
78305. Сертификация, ее сущность и характеристики 967 KB
  Сущность сертификации Общие положения. Сертификация базируется на стандартах и в ее основе лежат испытания по нормам сертификации. Самосертификация выполняет все необходимые действия и заявляет об этом специальным документом или простановкой знака сертификации на продукции или сопроводительным документом. Любая система сертификации базируется на стандартах государственных предприятий технических условиях.
78306. ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ 341 KB
  В настоящее время к техническим измерениям рассматриваемым во взаимной связи с точностью и взаимозаменяемостью в машиностроении относят измерения линейных угловых и радиусных величин. Основные задачи метрологии ГОСТ 16263 установление единиц физических величин государственных эталонов и образцовых средств измерений контроля и...
78307. Метрология, стандартизация и сертификация, предмет курса и основные определения 126.5 KB
  Изделиями объектами в машиностроении являются детали сборочные единицы ранее назывались узлами а также механизмы и машины. На данном этапе конструктор консультируется с технологом по вопросам как проще и на каком виде станочного оборудования надо обрабатывать некоторые сложные детали и сборочные единицы. В данном предмете рассматриваются вопросы нормирования точности геометрических параметров элементов детали. Требования к точности нормируются по причине того что нельзя изготовить абсолютно точно элементы детали поскольку...
78308. СИСТЕМА ДОПУСКОВ И ПОСАДОК ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ ДЕТАЛЕЙ С ГЛАДКОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ 953 KB
  Верхнее предельное отклонение отверстия и вала обозначим ES и es. Нижнее предельное отклонение отверстия и вала обозначим EI и ei. Номинальные размеры отверстия и вала будем принимать равными и обозначать соответственно Dн и dн. Допуск размера обозначается ТD для отверстия и Td для вала.
78309. НОРМИРОВАНИЕ ТОЧНОСТИ ФОРМЫ И РАСПОЛОЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ 964 KB
  Отклонение формы поверхностей Отклонением формы называется отклонение реальной поверхности или реального профиля от формы идеальной поверхности или идеального профиля. Допуск формы это величина в пределах которой может изменяться отклонение формы. Будем использовать следующие обозначения: Δ отклонение формы; Т допуск формы; L длина участка на котором определяется отклонение...
78310. НОРМИРОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К НЕРОВНОСТЯМ НА ПОВЕРХНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ДЕТАЛЕЙ (ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ) 808.5 KB
  Базовая линия это линия заданной геометрической формы определенным образом проведенная относительно профиля и служащая для оценки геометрических параметров поверхностных неровностей. Короче говоря базовая линия при получении профиля поверхности элемента детали проводится в виде линии эквидистантной геометрической форме поверхности. Средняя линия профиля m это базовая линия имеющая форму номинального профиля и проведенная так что в пределах базовой длины среднее квадратичное отклонение профиля от этой линии минимально...
78311. НОРМИРОВАНИЕ ТОЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ, СОПРЯГАЕМЫХ С ПОДШИПНИКАМИ КАЧЕНИЯ 406 KB
  В подшипниках качения между поверхностью вращающейся детали и поверхностью опор располагаются шарики или ролики. Внутренний диаметр внутреннего кольца В ширина высота колец подшипника при одинаковой ширине наружного и внутреннего колец. Общий вид подшипника качения роликовый Класс точности подшипника характеризуется целым комплексом точностных требований относящихся к отклонениям размеров формы и расположения...