Материал: Методические указания к курсовому проекту СЭУ исправл 25.11.09

КПД комплекса снимают с соответствующей диаграммы для расчета комплекса "гребной винт - направляющая насадка" по числу лопастей гребного винта Z, дисковому отношению θ, конструктивному шаговому отношению H/D и относительной нагрузки комплекса.

С учетом изложенного выше, расчеты по выбору главных двигателей и типа передачи мощности для судов с винтами без направляющих насадок выполняют в следующем порядке.

1. Определяют упор винта, кН:

- для самоходного судна ,

где R - сопротивление воды движению судна, кН; х - число гребных винтов.

- для буксирных судов

где R_т, Z - сопротивление воды движению соответственно толкача и состава, кН.

2.Определяют скорость винта относительно воды, м/с:

3. Выбирают ряд значений диаметров винта D (3...4 варианта) между максимальным и минимальным его значением.

Максимальный диаметр винта может быть принят:

- для обычных кормовых образований

- для туннельной и полутуннельной кормы

где - осадка кормой.

Минимальный диаметр винта для речных судов .

4. Для всех принятых вариантов винтов рассчитывают их частоту вращения n_в и мощность, подведенную к винтам N_p.

Исходя из типа и назначения судна, требований, предъявляемых к его эксплуатации или в соответствии

с заданием на проектирование, выбирают два или три варианта передач мощности (гидравлическая, механическая, электрическая и др.). Определив (Приложение 3) для каждого типа передачи величину КПД , определяют потребную эффективную мощность ГД где - КПД передачи.

Для судов с винтами в направляющих насадках расчет производят аналогично:

1. Вычисляют коэффициент попутного потока.

2. Определяют полезный упор комплекса, приняв значение коэффициента засасывания винта t = 0,5..0,6 от рекомендованных выше значений.

3. Определяют скорость комплекса , м/с. С учетом размещения комплекса винт - насадка за корпусом судна дальнейший расчёт производится для нескольких диаметров гребных винтов. В расчётные формулы подставляют характеристики комплекса.

Далее принимают количество гребных винтов х и двигателей z_д, которые предполагается установить на судне. Требуемую мощность распределяют между двигателями.

Следующий этап заключается в анализе (путем сравнения) различных возможных к установке двигателей и типов передач мощности, обеспечивающих заданную скорость движения судна или состава; выборе такого их сочетания, при котором удовлетворяются эксплуатационные требования к энергетической установке судна по расходу топлива, масла, массе, габаритам, маневренным качествам, степени автоматизации и т.п.

Для окончательного выбора комплекса ГД - передача необходимо провести технико-экономическое сравнение рассмотренных вариантов. Это сравнение лучше производить в табличной форме. Выбор производят по КПД судового комплекса и по показателю приведенных затрат.

КПД судового комплекса определяется по формуле

где - эффективный КПД ГД.

2. 3. Выбор числа валов

Выбор числа валов зависит от мощности установки, назначения судна и его осадки, а также требований, предъявляемых к маневренности и живучести судна.

Для транспортных судов оптимальной по экономичности для эксплуатационного режима является одновальная установка с ВФШ. Такая установка отличается простотой и удобством обслуживания, позволяет получать высокий пропульсивный КПД, хорошие массовые и габаритные показатели.

Наибольшая мощность, передаваемая на работающий с частотой вращения n = 100...110 мин^-1 и достаточно высоким пропульсивным КПД ВФШ, составляет (3,0…3,5)l0⁴ кВт. При этом диаметр винта достигает 9 м, а его масса 60...70 т.

Необходимость в многовальной установке возникает для судов большой грузоподъемности и скорости с мощностью установок от 5000 до 10000 кВт:

- когда необходимая мощность СЭУ не может быть эффективно переработана одним винтом;

- когда осадка судна ограничивает диаметр винта;

- когда требуется обеспечить судну высокие маневренные качества, в частности, его управляемость на заднем ходу;

- при необходимости повышения живучести СЭУ.

Пропульсивные качества крупнотоннажных одновальных судов и быстроходных судов с ограниченной осадкой, имеющих ЭУ большой агрегатной мощности, могут быть повышены при использовании двух ВФШ (правого и левого вращения), но при этом конструкция валопровода и главной передачи существенно усложняются.

Достаточно широкое применение на водоизмещающих судах имеют винты регулируемого шага (ВРШ), изготавливаемые на мощность до 33000 кВт. Такие винты обеспечивают возможность использования полной мощности главных двигателей при различных режимах движения, повышают маневренные качества ЭУ, упрощают процесс управления установкой, допускают применение нереверсивных главных двигателей. Несмотря на высокую стоимость и сложность конструкции ВРШ, их используют для движения судов с различными типами главных двигателей. ВРШ широко распространены на судах с дизель-редукторными, газотурбинными и комбинированными установками.

2.4. Выбор типа передачи

Тип передачи определяется назначением судна, типом, мощностью и числом двигателей, массогабаритными, а также экономическими и производственными требованиями, предъявляемыми к главной энергетической установке.

Сравнительная оценка различных типов передач производится с учетом преимуществ и недостатков, присущих каждой из них. К числу этих требований относятся: высокая надежность, высокий КПД на эксплуатационных режимах, минимальная масса и габариты, минимальные затраты на обслуживание и ремонт, приспособленность к ремонту и др.

Кроме общих требований, к передачам могут предъявляться и специфические. К ним относятся: изменение передаточного отношения; поддержание крутящего момента на выходном валу в необходимых пределах при изменении частоты вращения движителя; суммирование или разделение мощности главных двигателей; отбор мощности на привод вспомогательных механизмов и др.

Выбор типа передачи целесообразно производить применительно к определенным типам судов, объединенным общностью режимов плавания, а также общностью требований, предъявляемых к главным энергетическим установкам.

Для судов транспортного флота (танкеров, сухогрузов, лесовозов и др.) более характерны стабильные режимы плавания. Наиболее важные требования к энергетическим установкам таких судов - простота, компактность, высокая надежность и экономичность. Вместе с тем к ним не предъявляются повышенные требования по маневренности, достижению больших тяговых усилий и длительной эксплуатации при пониженных оборотах гребного вала. Для судов данного типа могут быть рекомендованы прямая и редукторная передачи.

Использование прямой передачи оказывается наиболее рациональным в сочетании с МОД при частоте вращения винтов в пределах 85... 200 мин .

Редукторная передача целесообразна в случаях, если для данного конкретного судна использование прямой передачи невозможно или экономически невыгодно.

Для транспортных судов речного и озерного плавания при сравнительно невысокой мощности установки (N_e ≤ 1500 кВт) и огра­ниченных габаритах машинного отделения предпочтение следует отдавать редукторным передачам. На пассажирских судах предъявляются повышенные требования к живучести, надежности и маневренности энергетических установок. В большей степени таким требованиям удовлетворяют многовальные редукторные установки. При наличии ограничений по размерам гребных винтов на пассажирских судах малого и среднего водоизмещения могут быть использованы установки с прямой передачей в сочетании с высокооборотными двигателями.

При выборе типа передачи в установках рыбопромысловых судов следует учитывать затраты энергии на промысловое и технологическое оборудование. Особенностью таких судов является также то, что режимы максимальных нагрузок, затрачиваемых на движение судна, не совпадают по времени с режимами максимальных нагрузок на электростанцию, т.е. на одних режимах движения судна появляется резерв мощности главных двигателей, на других - резерв мощности вспомогательных дизель - генераторов. Поэтому для таких судов следует выбирать такой тип передачи, при котором было бы обеспечено более полное использование резервов мощности на всех режимах. Такими свойствами обладают установки с отбором мощности от главных двигателей для целей, не связанных с движением судна и установки с электропередачей. Для рыбодобывающих судов малого и среднего водоизмещения с повышенными требованиями к тяговым характеристикам при малых частотах вращения гребного вала и при длительном плавании на малых ходах находят применение установки с гидростатической передачей.

При выборе типа передачи для судов ледового плавания, особенно ледоколов, исходят из таких специфических требований, как:

- использование полной мощности главных двигателей во всем диапазоне изменения режимов работы движителей;

- обеспечение защиты главных двигателей и энергетической установки в целом от внешнего воздействия со стороны гребных винтов при их ударе о льдины;

- высокая надежность пропульсивного комплекса и способность его к саморегулированию по крутящему моменту при изменении сопротивления движения судна;

- высокая маневренность.

Указанным требованиям в большей степени отвечают гидравлическая или электрическая передачи, у которых отсутствует жесткая связь двигателя с гребным винтом.

Буксиры составляют большую группу судов вспомогательного флота. Для портовых, рейдовых и многоцелевых буксиров характерно длительное использование энергетической установки на самых различ­ных режимах начиная от полного свободного хода и кончая швартовым режимом. Для транспортных буксиров наиболее продолжительный режим - буксировка, для спасательных - режим свободного хода. При плавании буксиров в ледовых условиях выдвигаются требования по запасу крутящего момента (200...250%). Для портовых, шлюзовых и многоцелевых буксиров важно требование малых массы и габаритов установки. Общими для всех буксирных судов являются требования высокой надежности, маневренности, экономичности на эксплуатационных режимах, обеспечение отбора мощности на привод пожарных и вспомогательных лебедок.

Для таких судов наиболее подходит комбинация гидродинамичес­кой и редукторной передач - гидрозубчатая передача, которая наиболее полно удовлетворяет основным требованиям.

Выбор одного из возможных вариантов передачи производится по результатам их сопоставления. Обычно сопоставление производится в табличной форме. Исходными данными являются: мощность, число гребных валов, размеры и местоположение машинного отделения. Показатели, по которым производится сопоставление: полная и удельная масса главной энергетической установки; мощностная насыщенность по длине, площади, объему машинного отделения; возможная частота вращения вала; пропульсивный КПД и КПД передачи; удельные расходы топлива и масла; стоимость установки.

Муфты, применяемые в современных СЭУ, отличаются разнообразием конструкций. Они применяются не только для соединения и разобщения валов, но и для уменьшения крутильных колебаний валопровода, расширения диапазона частот вращения винта, пуска двигателя при отключённом валопроводе и других целей.

Муфты подразделяются на неподвижные (простые) и подвижные (компенсирующие). Простые муфты обеспечивают жёсткое соединение двух элементов валопровода, исключая перемещение одного вала относите­льно другого. Подвижные муфты делятся на жёсткие, полужёсткие уп­ругие (эластичные) и упругодемпфирующие (высокоэластичные). Такие муфты обеспечивают соединение и разъединение валов в процессе работы установки. Они делятся на кулачковые, зубчатые, фрикционные, пневматические, гидравлические и электромагнитные.

Окончательное решение о целесообразном типе муфты принимается после расчёта всего пропульсивного комплекса на крутильные, продольные и поперечные колебания.