Выбор основных элементов судна методом последовательных приближений

Оглавление

Введение. 3

1 Выбор основных элементов судна методом последовательных приближений. 4

1.1 Первое приближение. 4

1.2 Второе приближение. 5

1.3 Третье приближение. 7

2 Построение теоретического чертежа и кривых элементов теоретического чертежа. 9

2.1 Разработка строевой по шпангоутам.. 9

2.2 Разработка ГВЛ.. 10

2.3 Разработка ТЧ.. 10

2.4 Расчет и построение кривых элементов ТЧ.. 11

3 Разработка схемы общего расположения. 11

3.1 Разработка схемы общего расположения. 11

3.2 Экспликация. 12

3.3 Проверка вместимости. 14

3.4 Расчет нагрузки и посторение схемы общего расположения. 14

Заключение. 18

Список литературы.. 19

 

 

Введение

Курсовой проект относится к учебной дисциплине «Проектирование морских транспортных судов» и базируется на сведениях, изучаемых в курсе «Теория проектирования судов».

Основная цель, достигаемая при выполнении курсового проекта, - ознакомление с практическим применением методик проектирования судов. В курсовом проектировании основные элементы судна определяются использованием метода последовательных приближений.

Темой курсового проекта является задание на проектирование грузового судна одного из двух традиционных типов: универсальный сухогруз и нефтеналивное судна. Темой моего проекта является танкер. Техническое задание на проектирование представлено на следующей странице.

 

Задание на проектирование судна

Исходные данные к проекту

Тип судна: танкер

Грузоподъемность, : 29600 т

Плотность жидкого груза, : 0,88 м³/т

Скорость хода, V: 15,7 уз

Дальность плавания, R:6500 миль

Автономность, А:35 суток

Численность экипажа, n_эк: 20 чел.

 

2. Основные данные судна - прототипа

Характеристика	Обозначение	Размерность	Танкер
Водоизмещение	D0	т
Грузоподъемность		т
Плотность жидкого груза		м3/т	0,84
Мощность главного двигателя	N0	кВт
Скорость	V0	уз	15,0
Дальность плавания	R0	мили
Длина между перпендикулярами	Lnn0	м	147,20
Ширина	B0	м	24,50
Высота борта	H0	м	13,40
Осадка	T0	м	9,80
Общий пропульсивный коэффициент		—	0,70
Масса корпуса с оборудованием	Pкоб0	т
— масса стального корпуса	Pсm0	т
— масса оборудования	Pоб0	т
Масса судовой энергетической установки	Pcэу0	т
Масса судовых энергетических запасов	Pсэз0	т
Масса снабжения	Pсн0	т
— масса экипажа, провизии и пресной воды	Pсн эк0	т
— масса инвентарного снабжения	Pинв0	т
Масса запаса водоизмещения	Pзв0	т
Аппликата центра масс судна в грузу	zg0	м	8,31
Абсцисса центра масс судна порожнем	xgnор0	м	-10,65
Аппликата центр масс суда порожнем	zgnop0	м	8,92
Объем машинного отделения	Wмо0	м3
Коэффициент сухих отсеков	ксо0	—	1,06 |

 

Выбор основных элементов судна методом последовательных приближений

3.1Первое приближение Определение главных размерений

3.1.1 Составление и решение уравнения масс, выраженных в функции водоизмещения

Уравнение масс, выраженных в функции водоизмещения:

,

где .

Измерители масс, рассчитываемые с помощью данных судна-прототипа:

;

т/кВт;

т/кВт*ч.

При составлении уравнения в расчетных формулах для масс судовой энергетической установки P_сэуи судовой энергетических запасов P_сэз мощность главного двигателя выразим через формулу адмиралтейских коэффициентов:

где =335,49.

Тогда ,

Измеритель массы запаса водоизмещения p_звпримем равным p_зв = P_зв/D= 140/27590= 0,005.

Массу снабжения P_снрассчитываем как сумму следующих составляющих:

P_cн = P_эк + P_пров+ P_{пр.вода}+ P_инв.

Определим неизвестные составляющие для нахождения P_cн:

Масса экипажа с багажом

P_эк = p_эк n_эк = 2,4 т,

где p_эк = 0,12— масса одного члена экипажа с багажом, т/чел.

Масса провизии

P_пров = p_пров n_эк A = 2,1 т,

где p_пров= 0,003 — суточный расход провизии на одного члена экипажа,т/чел.сут.

Масса пресной воды

P_{пр.вода} = p_{пр.вода} n_эк A ^/ = 60 т,

где p_{пр.вода} = 0,15 — суточный расход пресной воды на одного члена экипажа, т/чел сут.; A ^/ =20 сут. — автономность по запасам пресной воды.

Масса инвентарного снабжения

P_инв = P_инв0 = 20 т.

Тогда

P_cн =P_эк + P_пров+ P_{пр.вода}+ P_инв= 84,5 т.

Таким образом

= 29747,88 т;

D=∑Pi(D)+ ∑Pi= * D+ *(D^2/3*V^3)/С+ *(D^2/3*V^3)/С*R/V+0,005*D+ +

Получили:

D = 38990,95т.

3.1.2 Расчет нагрузки судна в первом приближении

Водоизмещение в первом приближении

D₁ = 38990,95т.

Тогда мощность главного двигателя в первом приближении

=6555,377 кВт,

где C₁ = C, V₁ = V.

Произведем расчет составляющих нагрузки, зависящих от водоизмещения:

=9513,7918 т,

где = .

P_зв1 = p_зв1 =389,9095 т,

где p_зв1 = p_зв= 0,01.

= 550 т,

где .

где , ,

Сведем полученные результаты расчетов в Таблицу 1.

Таблица 1.

Нагрузка судна в первом приближении

№ п/п	Наименование раздела нагрузки	Обозначение	Прототип	Проект
Pi0, P0, т	%D0	Pi1, P, т	%D1
	Корпус с оборудованием			24,36	9513,7918	24,4
	Судовая энергетическая установка			2,61		1,411
	Судовые энергетические запасы			2,5	654,08	1,68
	Запас водоизмещения			0,507	389,9095	1,0
	Экипаж, провизия, пресная вода, инвентарное снабжение			0,6	84,5	0,217
	Груз перевозимый			69,39		75,915
Водоизмещение	D0 = 27590		D1 = 38990,95

 

3.1.3 Определение главных размерений судна

Длина судна L₁.

В первом приближении L₁ определим с использованием безразмерной характеристики скоростных качеств судна – относительной длины и водоизмещение D₁:

с = 2,13 – для танкера.

м.

Тогда

Коэффициенты полноты теоретического чертежа α.

Коэффициент общей полноты

= a–b ,

где для наливногосудна a = 1,05 и b = 1,40; =0,189, g = 9,81.

Тогда

= a – b

Коэффициент полноты площади ватерлинии

α = 0,96 = 0,851.

Уравнение плавучести.

гдеk=1,005 – коэффициент выступающих частей; =1,025 т/м³– плотность морской воды.

Из уравнения плавучести получим выражение для осадки:

Уравнение вместимости:

где

Δδ= 0,035 для нефтеналивного судна;

- коэффициент полноты под палубного объема;

- коэффициент сухих отсеков;

- теоретическая грузовместимость;

- удельная плотностьжидкогогруза;

- теоретический объем помещений СЭУ;

- удельный объем СЭУ;

- теоретическая вместимость цистерн судовых энергетических запасов (топлива, смазочного масла, котельной воды);

- переходный коэффициент, учитывающий потери объемов на телесность набора, недолив, запас на температурное расширение, неудаляемые («мертвые») остатки и среднюю плотность судовых энергетических запасов;

- теоретическая вместимость цистерн пресной воды;

- переходный коэффициент;

- теоретическая вместимость балластных отсеков.

- переходный коэффициент, учитывающий плотность морской воды и потери объемов на телесность набора на недолив и неудаляемые остатки.

Из уравнения вместимости получим выражение для высоты борта:

Уравнение остойчивости.

где

- относительная поперечная начальная метацентрическая высота;

- коэффициент;

- относительная аппликата центра масс судна в полном грузу.

Подставив в уравнение остойчивости найденные выше выражения для осадки и высоты борта и решим полученное уравнение относительно неизвестной :

381,47

 

 

Получили:

1,42

Соотношения главных размерений	Судно-прототип	Проектируемое судно
	6,008	6,843
	2,5	2,572
	1,37	1,42

 

Полученные соотношения главных размерений проектируемого судна близки к соответствующим показателям у судна-прототипа.

Проверка для первого приближения:

Главные размерения в первом приближении:

=179, 69

=26,26

=10,21

=14,53

=38990,95

3.2Второе приближение Уточнение массы корпуса и оборудования

3.2.1 Уточнение основных элементов судна и его нагрузки во втором приближении

Уточнение основных элементов судна и его нагрузки во втором приближении основано на более точном расчете массы корпуса, которая составляет значительную часть водоизмещения.

Уточнение массы корпуса и оборудования

где

Масса оборудования:

где

Масса корпуса:

Далее проверяется соответствие суммы масс, составляющих нагрузку судна, водоизмещению

Сумма масс:

Тогда

Следовательно, необходима корректировка водоизмещения и нагрузки судна, для чего применим прием, основанный на использовании дифференциального уравнения масс в форме Нормана.

Необходимое приращение масс, входящих в нагрузку судна:

Измененное в результате этого водоизмещение судна:

где коэффициент Нормана:

Водоизмещению будут соответствовать откорректированные главные размерения:

Изменения главных размерений и водоизмещения повлекут изменения зависящих от них составляющих нагрузки судна.

Масса стального корпуса:

Масса оборудования:

Масса корпуса:

Масса судовой энергетической установки и судовых энергетических запасов:

Тогда:

Следовательно:

Проверка условия плавучести:

Главные размерения во втором приближении:

L2=

В2=

Т2=

Н2=

D2=

Таблица 3.

Нагрузка судна во втором приближении

№ п/п	Наименование раздела нагрузки	Обозначение	Масса, т
	Корпус с оборудованием
	Судовая энергетическая установка
	Судовые энергетические запасы
	Запас водоизмещения
	Экипаж, провизия, пресная вода, инвентарное снабжение		84,5
	Груз перевозимый
	Водоизмещение	D2	41165,77

3.3Третье приближение Уточнение масс СЭУ и СЭЗ

3.3.1 Окончательноеуточнение основных элементов судна и его нагрузки в третьем приближении

В третьем приближении окончательно выберем элементы судна и уточним его нагрузки. Также определим сопротивление воды движению судна, буксировочную мощность и необходимую мощность главного двигателя.

Расчет буксировочной мощности произведен по ОСТ 5.0181-75.

 

 

Величины необходимые для расчета:

Величина площади смоченной поверхности находится по формуле Семеки для тихоходных и среднескоростных судов (

 

 

Число Фруда определяется выражением:

Число Рейнольдца определяется выражением:

- Кинематический коэффициент вязкости равный 1,57

Таблица 4.

Таблица расчета EPS

	Скорость хода в узлах	Vs		уз.
	Скорость хода	V	7,712	м/с
	Квадрат скорости	V2	59,476	м2/с2
	Число Фруда	Fr	0,229
		ζ(δ)*103	1,7
		Kxc
		KΨ	1,062
		KB/T*aB/T	0,984
	Коэффициент остаточного сопротивления	ζr	1,568*
	Число Рейнольдса	Re	5,67*
	Коэф. сопр. трения эквивалентной пластины	ζf*103	1,687
	Корреляционный коэффициент	ζn*103	0,35
	Коэф. сопротивления выступающий частей	ζa*103	0,15
	Коэф. полного сопротивления	ζk*103	3,755
	Сопротивление судна	R	33114,807
	Буксировочная мощность судна	EPS	2505,492	л.с

Буксировочная мощность равна 2505,492 л.с. что соответственно равно 1844,042 кВт.

 

Требуемая мощность главного двигателя:

где - общий пропульсивный коэффициент.

Выбирается двигатель с запасом по мощности не менее 15%:

По условному каталогу выбираем двигатель с

После выбора главного двигателя с мощностью уточняются массы судовой энергетической установки и судовых энергетических запасов:

Тогда:

Следовательно, необходима корректировка водоизмещения и нагрузки судна, для чего применим прием, основанный на использовании дифференциального уравнения масс в форме Нормана.

где коэффициент Нормана:

 

Необходимое приращение масс, входящих в нагрузку судна:

Измененное в результате этого водоизмещение судна:

Водоизмещению будут соответствовать откорректированные главные размерения:

 

H₃/T₃ ≥ 1,3;

H₃=1,3

 

Изменения главных размерений и водоизмещения повлекут изменения только массы корпуса, т.к. после выбора главного двигателя массы и перешли в разряд постоянных масс.

Масса стального корпуса:

Масса оборудования:

Масса корпуса:

Тогда:

Следовательно:

Проверка соответствия мощности выбранного главного двигателя требуемой для судна с уточненным водоизмещением:

У выбранного главного двигателя мощность равна:

Разницу можно считать удовлетворительной для окончания расчета.

Проверка условия плавучести:

 

 

По итогам трёх приближений получены следующие данные по проектируемому судну, согласованные с преподавателем:

 

 

Таблица 5

 

Хар-ка	Таблич. Значение	Утв. Значение
D(т)	10736,064
L(м)	117,136
B(м)	16,86	16,8
T(м)	7,467	7,5
H(м)	9,707	9,8
	0,706	0,706
	0,8	0,8
N(кВт)

Таблица 6

Нагрузка судна в третьем приближении

№ п/п	Наименование раздела нагрузки	Обозначение	Масса, т
	Корпус с оборудованием		4292,699
	Судовая энергетическая установка		425,04
	Судовые энергетические запасы		850,08
	Запас водоизмещения		73,44
	Экипаж, провизия, пресная вода, инвентарное снабжение		94,8
	Груз перевозимый
	Водоизмещение	D3	10736,064

 

 

Заключение

При выполнении курсового проекта была достигнута основная цель - ознакомление с практическим применением методик проектирования судов. Основные элементы судна были определены с использованием метода последовательных приближений. Так же в курсовом проекте было выполнено несколько задач, таких как:

1 Построение теоретического чертежа

2 Расчет и построение кривых элементов теоретического чертежа

3 Построение схемы общего расположения

Так же была выполнена проверка вместимости судна, расчет нагрузки и построение эпюры емкости. Конечным этапом курсового проекта был выполнен расчет посадки и начальной остойчивости судна.

 

Список литературы

1 Букшев А.В, Одегова О.В. Проектирование морских транспортных судов: учебн.-метод. пособие по курсовому проектированию/СПБГМТУ; СПб., — 2008. —36 с.

2 Конспект лекций