Материал: Kursovaya_seu_Ugulava

3.4 Обоснование выбора двигателя и передачи

Для выбора наилучшего варианта двигателя используем систему оценивания посредством баллов. Где наименьший балл присваиваем лучшей характеристике, а наибольший балл худшей характеристике. Для каждого двигателя выполняется суммирование баллов по всем показателям.

Сравнивая суммы баллов по показателям, лучшим будет считаться двигатель с наименьшим количеством баллов.

Результаты оценки и суммирования баллов приведены в таблице 3.4.1.

Таблица 3.4.1 Сравнение двигателей

В результате расчёта наименьшее число баллов получил двигатель: Weichai CW16V 200ZC-6. На основе сравнения характеристик двигателей принимаем его в качестве главного для проектируемого судна. Обозначение двигателя по ГОСТу: 16ЧН20/27. Weichai CW16V 200ZC-6 это - четырехтактный, нереверсивный, рядный, 16-ти цилиндровый двигатель с турбонаддувом и интеркулером. Общий вид и параметры выбранного двигателя представлены на рис. 3.4.1 и 3.4.2.

Рис. 3.4.1 – Общий вид двигателя Weichai CW16V 200ZC-6

Рис. 3.4.2 - Характеристики двигателя Weichai CW16V 200ZC-6

К выбранному двигателю подбираем редуктор. Это связано с тем, что при использовании прямой передачи необходимая частота вращения винта не будет достигнута. Для обеспечения заданной частоты определяем передаточное число , где n₁-частота вращения на фланце двигателя, n₂-частота вращения гребного винта, равная 252 об/мин

=3,97

По передаточному числу подбираем реверсивный редуктор WAF 2355 с вертикальным смещением осей. Общий вид и основные размеры редуктора WAF приведены на рис. 3.4.3.

Рис. 3.4.3 - Общий вид и размеры редуктора WAF 2355

3.5 Расчет передачи мощности к движителям

Различают следующие типы передач: механические; электрические; гидравлические; комбинированные. В свою очередь, гидравлическая подразделяется на гидродинамическую и гидростатическую.

Для передачи мощности к движителям была принята механическая редукторная передача. Благодаря выбору данной передачи на судне используется установка с ВОД. Также редукторная передача обладает высоким КПД, но при этом по сравнению с СОД и МОД, установка с ВОД имеет меньший ресурс и требует использование топлива повышенного качества. Разрабатываем схему передачи с указанием расположения основных элементов от главного двигателя до гребного винта. Главным элементом передачи является валопровод. Он передает гребному винту крутящий момент, развиваемый главным двигателем и преобразованный редуктором, а также упор, создаваемый винтом, через упорный подшипник корпусу судна. Этот упор сообщает судну поступательное движение.

4 Расчет валопровода

Валопровод является одним из важнейших элементов пропульсивного комплекса. Основное назначение валопровода – передача механической энергии от главного двигателя к движителю и передачи создаваемого движителем упора корпусу судна.

Правилами РМРС [1] предусматривается использование сталей с временным сопротивлением Rm от 400 до 760 для углеродистых сталей (800 для легированных сталей) МПа. В качестве материала вала принимаем сталь 40X c временным сопротивлением 500 МПа.

Валопровод состоит из гребного, промежуточного и упорного вала.

4.1 Расчет основных элементов валопровода

Расчёт валопроводов морских судов выполняется в соответствии с правилами [1]. Определим диаметр промежуточного вала, независимо от того, предусмотрена его установка на судне или нет, затем рассчитаем диаметры гребного и упорного валов, толщину облицовки, учитывая возможность плавания во льдах.

Правила [1] рекомендуют следующую формулу для определения диаметра промежуточного вала, мм:

Здесь F - коэффициент, зависящий от типа механической установки и принимаемый:

F = 100 - для типов механических установок с ДВС, не оборудованными гидравлическими /электромагнитными муфтами или ротативными механизмами;

P – расчётная мощность на промежуточном валу, кВт;

n − расчётная частота вращения промежуточного вала, мин .

Принимаем = 190 мм.

РМРС рекомендует выполнять диаметр упорного вала не менее 1,1 диаметра промежуточного вала.

Принимаем

Расчётный диаметр гребного вала, мм:

;

где k - коэффициент, определяемый конструкцией вала.

Принимаем шпоночное соединение гребного винта с валом => k = 1,26, согласно Правилам [1].

Принимаем

Так как судно имеет ледовый класс ICE 2, диаметр промежуточного и упорного валов не увеличиваются, а диаметр гребного вала на больше 5%, согласно Правилам [1].

Таким образом, получим:

Принимаем

Принимаем

Принимаем

Гребные валы должны быть надежно защищены облицовкой от соприкосновения с забортной водой. Облицовки гребных валов изготавливаются из сплавов, обладающих высокой коррозионной стойкостью к морской воде.

Толщину бронзовой облицовки гребного вала S, мм, определим по формуле:

;

где - диаметр гребного вала под облицовкой, мм;

Принимаем S = 15 мм;

Тогда 280 мм.

Для соединения фланцев валов используют плотно пригнанные цилиндрические болты. Диаметр болтов, мм, должен быть не менее:

где - диаметр промежуточного вала, мм;

- временное сопротивление материала болта, МПа, которое следует принимать в диапазоне ≤1,7 , но не более 1000МПа. Примем = 500 МПа; = 600 МПа;

i - число болтов в соединении;

D - диаметр центровой окружности соединительных болтов, мм.

Таким образом, для соединения фланцев валов принимаем болты М32.

Радиус закругления фланцев валов должен составлять не менее 0,08 требуемого диаметра вала в районе фланца. Закругление должно быть гладким, подрезка закруглений от головки и гайки соединительных болтов не допускается.

Толщина соединительных фланцев должна быть не менее 20% требуемого диаметра промежуточного вала или не менее диаметра болта в зависимости от того, что больше:

мм

Принимаем толщину фланца 40 мм.

4.2 Соединение гребного винта с валом

В соответствии с пунктом 5.2.13 Правил [1], конус гребного вала под гребной винт выполняется с конусностью 1:15.

Во избежание попадания воды на конус гребного вала предусматриваются уплотнения.

4.3 Подшипники валов

Длина ближайшего к движителю подшипника принимается по таблице 5.6.1 Правил [1]. Для резинометаллического подшипника . Здесь – длина подшипника, – расчетный диаметр вала в районе подшипника.

. Охлаждение дейдвудных подшипников водой, принудительное.

В соответствии с пунктом 5.5.2 Правил [1], расстояние между силами реакций соседних подшипников должно удовлетворять условию:

где – расстояние между подшипниками, м; а = 1– коэффициент, принимаемый для полых валов равный ,где – отношение диаметров отверстия и наружной поверхности вала ; – диаметр вала между подшипниками; – коэффициент при об/мин.

м

4.4 Тормозное устройство

Тормозное устройство устанавливается на фланцевом соединении дейдвудного и упорного вала. В качестве тормозного устройства используется тормоз бугельной конструкции. Тормозное устройство необходимо для затормаживания вала при ремонте или буксировке судна.

4.5 Проверка вала на критическую частоту вращения

Для определения критической частоты вращения гребного вала при поперечных колебаниях валопровод условно заменяется двухопорной балкой с одним свешивающимся концом. Частота вращения вала, при которой возникают его поперечные колебания, вычисляется по формуле:

мин^-1

где: - расстояние от середины опоры в кронштейне до центра масс гребного винта;