Построение винтовой характеристики

Исходные данные.

Таблица 1

№ п/п	Наименование	Обозначение	Величина	Ед.Измерения
	Полное водоизмещение	D		т
	Дейдвуд	Dw		т
	Эсплуатационная скорость проетируемого судна	Vэ		уз
	Длина судна между перпендикулярами	Lпп		м
	Ширина на миделе	B		м
	Расчетная осадка	T		м
	Высота борта	Hб		м
	Коэффициент общей полноты	Kоб	0,72	-
	Сопротивление движения судна на заданной скорости	R		кН
	Мощность СЭС	Pэл		кВт
	Экипаж	Zэк		Чел.
	Дальность плавания	Lпл		мили

 

Принятые сокращения.

 

ВРШ – винт регулируемого шага

ГД – главный двигатель

ГМН – главный масляный насос

ГНПВ – главный насос пресной воды

ГНЗВ – главный насос забортной воды

ДВС – двигатель внутреннего сгорания

ДГ – дизель-генератор

МДМ – максимальная длительная мощность

МО – машинное отделение

МОД – малооборотный двигатель

ПК – пропульсивный комплекс

ОДР – облость допустимых номинальных режимов

СЭС – судовая электростанция

УК – утилизационный котел

 

 

Выбор ГД.

Определение эффективной мощности судна.

Эффективная мощность судна определяется по формуле:

 

0,514 ∙ R∙V_э

N_e=K_{N ∙} ή_ПР∙ ή_ВП ∙ ή_ПЕР

 

Где: K_N – коэффициент запаса мощности, K_N=1,1 … 1,15,принимает K_N = 1,12;

0,514 – переводной коэффициент скорости из узлов м/с;

R – буксировочное сопротивление (задано),кН;

V_э – эксплуатационная,расчетная скорость судна (задано)уз.;

ή_ПР=0,64 … 0,7 – пропульсивный коэффициент, то принимаем ή_ПР=0,69;

ή_ВП =0.98 … 0,99 КПД валопровода ή_ВП=0,985;

ή_ПЕР – КПД передачи.Для прямой передачи принимаем ή_ПЕР=1.

0,514∙400∙14

N_e=1,12∙0,69∙0,985∙1 =4743 кВт

Принимает N_e=4740 кВт

Для обеспечения пропульсивного коэффициента рассмотрим предельные значения эффективной мощности:

0,514∙R∙V_э

N_emin=K_Nmin ∙ή_ПРmax∙ή_ВПmax∙ή_ПЕР

 

0,514∙400∙14

N_emin=1,1∙ 0,7 ∙ 0,99 ∙ 1 =4670 кВт;

 

0,514∙R∙V_э

N_emax=K_Nmax ∙ ή_ПРmin ∙ ή_ВПmin ∙ ή_ПЕР

 

0,514∙400∙14

N_emax=1,15 ∙ 0,64 ∙ 0,98 ∙1=5280 кВт

 

Пренимаем среднее значение коэффициентов:

 

0,514∙400∙14

N_e=1,12 ∙ 0,66 ∙ 0,985∙1=4960 кВт

 

Определение оптимального числа оборотов гребного винта.

 

Оптимальное число оборотов гребного винта определяется из соотношения:

 

Д_в∙ n_опт=11,8 ∙ P или

11,8²∙P

N_опт= Д_в

 

 

Где, P – упор винта,кН;

R

P = 1- t

 

Где: R – буксировочное сопротивление,kH;

t – Коэффициент проскальзования t = 0,2… 0,22, принимаем t=0,2

P=1-0,2 =500 kH

 

Д_в – диаметр винта,м.

 

Д_вmax=k_в∙ T,м.

 

Где к_{в –} коэффициент для одновинтовой установки к_в=0,65… 0,75,если нет специальных обводов,что требует специальных расчета гребного винта.

Т – осадка,м.

Д_вmax(min)=0,65∙8,0=5,2 м

Д_вmax(max)=0,75∙8,0=6,0 м

По двум значениям определяем число оборотов гребного винта n_опт:

11,8∙ P

N_опт(min)= Д_в

11,8²∙ 500

N_опт(min)= 6,0 = 86,6 об/мин

11,8²∙ P

N_опт(max)= Д_вmax(min)

11,8²∙ 500

N_опт(max)= 5,2² = 115,2 об/мин

 

Имеем N_emin=4670 кВт n_опт(min)=86,6 об/мин

N_emax=5280 кВт n_опт(max)=115,2 об/мин

 

Выбор марки ГД.

 

Подбираем подходящие типы двигателей по цилиндровой мощности и частотам вращения:

 

1. 4 цилиндровый S50MC – N_ц=1430 кВ,N = 5720 кВт, n = 127/95 об/мин.

2. 4 цилиндровый S50MC – C – N_ц=1580 кВ,N = 6320кВт, n = 127/95 об/мин.

3. 4 цилиндровый S46MC – N_ц=1331кВ,N = 5244,n = 129/108 об/мин.

 

Для дальнейшего анализа строим мощностную характеристику для каждого двигателя.

Таблица 2

N п/п	Наименование	Обозначение	Форму-ла	Ед. изм.	4цил. S-50MC	4цил. S-50MC-C	4 цил. S46MC
	Мощность в точке 1(режим МДМ)n1=nmax	N1	N1=z∙Nц	кВт
	Частота на режиме МДМ	nmax	задано	Об/мин
	Частота на нижней границе режима(ОДР)	nmin	задано	Об/мин
	Среднее эффективное давление на режиме МДМ	Pemax	задано	бар
	Среднее эффективное давление на нижней границе ОДР	Pemix	задано	бар	11,5	12,2	15,2
	Мощность в точке 2(n2=nmax)	N2	Pemin N1∙Pemax	кВт
	Мощность в точке 3(n3=nmix)	N3	nmin N1∙nmax	кВт
	Мощность в точке 4 (n4=nmix)	N4	nmin N2∙nmax	кВт

 

 

N_e N_e

Рассмотрим отношения: N₁=N_max

 

N_e 4740

Для S50MC N₁=5720=0,83

 

N_e 4740

Для S50MC-C N₁=6320=0,75

 

N_e 4740

Для S46MC N₁=5244=0,90

 

 

На рисунке 1 представлены диапазоны допускаемых режимов МДМ агрегатов МОД.В любой точке внутри области,ограниченной линиями 1-2-3-4,могут располагаться режимы максимальной длительной мощности этих двигателей. Внутри этих диапазонов гарантируется надежная работа с утановленными характеристиками энергетической эффективности.

 

Рассмотрим массогабаритные парметры.

 

Таблица 3

№ п/п	наименование	Обозначение	Единица измерения	S50MC	S50MC-C	S46MC
	Масса сухого двигателя	-	т
	Длина двигателя	L	м	5,73	5,81	4,66
	Ширина двигателя	B	м	2,95	3,15	2,924
	Высота двигателя	H	м	8,26	7,88	7,89
	Высота ремонтная Для двигателя	Нрем	м	9,89	10,04	9,59

 

 

По удельному расходу топлива

 

Таблица 4

№ п/п	Наименование	Обозначение	Единица измерения	S50MC	S50MC-C	S46MC
	Удельный расход топлива	ве	Кг/кВт∙час	0,171	0,171	0,174
	Удельный расход топлива в час	B	т/ч	0,81	0,81	0,83
	Удельный расход Топлива на 6000 мили B∙L Bp= V	Bp	т

 

 

Результаты сравнения показателя ДВС:

По мощностной характеристике:

-при применении двигателя S46MC необходимо увеличить число оборотов гребного винта, что приведет к эффективной мощности судна, и следовательно увеличение затрат;

- двигатели марки S50MC и S50MC-C наиболее подходят для данного судна.

По массогабаритным показателям:

-масса двигателя марки S50MC – C меньше, чем S50MC на 179-116=63т;

-по габаритным размерам разница незначительная;

-высота борта 11м, следовательно, по габаритам (высоте) все двинатели подходят;

-по удельному расходу топлива двигатели марки S50MC и S50MC-C экономичнее, чем S46MC.

Далее рассматриваем МОД марок S50MC и S50MC-C.

Максимально возможная отбираемая мощность для валогенератора для ДВС S50MC:

N_eГmax=N_max - N_e

N _{еГ max}=5720-4740 = 980 кВт;

На оптимальной частоте вращения n_опт=115 об/мин

n_опт

N_max115=N_max ∙ n_max

N_max115=5720 ∙ 127=5180 кВт

N_ВГ115=N_max115 - N_e

N_ВГ115=5180-4740=440 кВт

N_эл = N_ВГ115 ∙ ή_перм ∙ ή_Г

N_эл=440 ∙ 0,98 ∙ 0,92 = 396 кВт

Можно использовать только приблизительно 350кВт электрической мощности.

Максимально возможная отбираемая мощность для валогенератора для ДВС S50MC-C:

N_еГmax=N_max-N_e

N_еГmax=6320-4740=1580 кВт

На оптимальной частоте вращения n_опт=115 об/мин

n_опт

N_max115=N_max ∙ n_max

N_max115=6320 ∙ 127=5720 кВт

N_ВГ115=N_max - N_e

N_ВГ115=5720-4740=980 кВт

N_эл=N_ВГ115 ∙ ή_{пер м} ∙ ή_Г

N_эл=980 ∙ 0,98 ∙ 0,92=885 кВт

 

Можно использовать приблизительно 850 кВт электрической мощности, что обеспечивает потребность СЭС 800 кВт.

Окончательно выбираем МОД 4 цилиндровый марки S50MC-C:

- N_e=4740 кВт;

- N_в=115 об/мин;

- Количество лопастей гребного винта z_лоп=3,ВРШ

 

11,8 ∙ P

D_в= n_в

 

11,8 ∙ 400

D_в= 115 = 4,9 м.

 

 

Построение винтовой характеристики

 

Для МОД с прямой передачей мощности можем отметить зависимость частоты вращения гребного винта и мощностью ГД.

При прямой передаче n_в=n_ГД

 

N_e=ά ∙ (2π ∙ k₂∙p_в∙ D_в)∙n_в

 

Где: A_N=2π∙k₂∙p_в∙D_в и N_e=ά∙A_N∙n_в отсюда ά=1 (расчетный режим)

N_e

N_ei=ά ∙ n_в ∙n_в

 

N_e

A_N=n_в

 

 

A_N= 115³ =0,0031166

 

Для построения винтовой характеристики вычисления сводим в таблицу

 

Таблица 5

Частота n, об/мин	Мощность Ne,кВт
Л	Р	Т	Ш
ά=0,9   (0,8-0,95)	ά=1	ά=1,3   (1,2-1,4)	ά=1,8   (1,8-2,0)

 

 

Построение линии постоянной скорости производим по формуле:

 

n_e

N_ei=N_e ∙ n_в

 

Для судов с полными обводами(танкер) т=0,3

 

При n_в=95 об/мин N_ei=4740 ∙ 115 = 4476 кВт

 

При n_в=108 об/мин N_ei=4740 ∙ 115 = 4652 кВт

 

 

Строим 10% запас мощности

 

N_ei=1,1 ∙ 4740 = 5214 кВт

 

N_ei=1,1 ∙ 4652=5117 кВт

 

Строим зону устойчивой работы