Расчет и построение чертежа гребного винта для теплохода-рефрижератора проекта 585

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ

1 РЕФРИЖЕРАТОРНЫЙ ТЕПЛОХОД ПРОЕКТА 585

2 РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ВОДЫ ДВИЖЕНИЮ СУДНА

3 ПОСТРОЕНИЕ ЧЕРТЕЖА ГРЕБНОГО ВИНТА

3.1 Расчет контура лопасти гребного винта

3.2 Распределение толщин лопасти по ее длине

3.3 Профилирование лопасти винта

3.4 Построение проекций лопасти винта

3.5 Параметры ступицы

4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ ГРЕБНОГО ВИНТА ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

Современный гребной винт обычно имеет несколько лопастей примерно эллиптической формы, равномерно расположенных на центральной втулке. Поверхность лопасти, обращенную вперед, в нос судна, называют засасывающей, обращенную назад — нагнетающей. Засасывающая поверхность лопасти выпуклая, нагнетающая — обычно почти плоская. Осевое перемещение винтовой поверхности за один оборот называют шагом. Важнейшим параметром, определяющим рабочие характеристики гребного винта, является отношение шага винта к его диаметру. Следующие по значимости — количество лопастей, их ширина, толщина и форма, форма профиля и дисковое отношение (отношение суммарной площади лопастей к площади описывающего их круга) и отношение диаметра втулки к диаметру винта. Форма лопасти обычно яйцевидная, а форма профиля — плавно обтекаемая, очень похожая на профиль крыла самолета. Размеры современных гребных винтов варьируются от 20 см до 6 м и более.

Винт с насадкой — обычный винт, установленный в коротком сопле, изобретен немецким инженером Л.Кортом. Насадка жестко соединена с корпусом судна или выполнена с ним как одно целое. Такая конструкция обеспечивает значительно больший упор при заданной мощности по сравнению с обычными винтами, поскольку струя, ускоряемая винтом, при наличии насадки сужается в меньшей степени.

При выборе числа лопастей некавитирующих гребных винтов необходимо исходить из соображений, связанных не только с обеспечением высокой эффективности работы винта, но и с предотвращением нежелательной вибрации корпуса судна, вызванной действием пульсирующих сил, которые образуются на лопастях винта и передаются корпусу. При малых нагрузках трехлопастные винты обычно оказываются более выгодными по эффективности, чем четырехлопастные, но увеличивают вибрацию корпуса судна и гребного вала. Двухи пятилопастные винты применяются в особых случаях.

1. рефрижераторный теплоход проекта 585

Тип судна: однопалубный винтовой рефрижераторный теплоход с грузовыми кранами, надстройкой и машинным отделением в корме.

Назначение судна: перевозка скоропортящихся грузов.

Класс Российского Речного Регистра: «О».

Рисунок 1.1 — Теплоход-рефрижератор проекта 585

ИСХОДНЫЕДАННЫЕ:

1. Ожидаемая скорость на глубокой спокойной воде: ;

2. Длина расчетная: ;

3. Ширина расчетная: ;

4. Осадка в полном грузу: ;

5. Коэффициент общей полноты: ;

6. Количество двигателей и движителей: .

2. Расчет сопротивления воды движению судна

судно гребной винт лопасть

Расчет сопротивления воды движению судна производится на глубокой спокойной воде и на мелководье. Последовательно рассчитываются следующие величины.

Водоизмещение судна :

(1.1)

где — длина судна;

— ширина судна;

— осадка судна;

— коэффициент общей полноты.

Соотношения главных размерений судна:

(1.2)

(1.3)

(1.4)

(1.5)

Коэффициент пропорциональности между сопротивлением трения и сопротивлением формы:

(1.6)

Площадь смоченной поверхности судна определяется по приближенной формуле:

(1.7)

Кинематический коэффициент вязкости воды: .

Коэффициент, учитывающий шероховатость корпуса (для стальных судов): .

Коэффициент сопротивления выступающих частей: .

Сопротивление на мелководье определяется для относительной глубины судового хода :

(1.8)

Коэффициент увеличения вязкостного сопротивления на мелководье :

(1.9)

Коэффициент увеличения волнового сопротивления на мелководье :

(1.10)

Коэффициент волнового сопротивления (при Fr0,1 CW =0):

(1.11)

По результатам расчета в зависимости от скорости судна строятся графики составляющих сопротивления и полного сопротивления на глубокой спокойной воде (рис. 2.1). Кривые полного сопротивления на мелководье и ориентировочного сопротивления в балласте используются при построении ходовых характеристик судна.

Для построения графиков сопротивления примем интервал скоростей от 4,0 м/с до 7,0 м/с, с шагом в 1,0 м/с.

Расчет производится в табличной форме. Результаты расчета сведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 — Расчет сопротивления воды движению судна

После построения графиков сопротивления определено следующее:

— Для заданной скорости движения судна полное сопротивление будет равно:, а сопротивление на мелководье .

Рисунок 2.1 — Графики сопротивлений судна

3. Построение чертежа гребного винта

3.1 Расчет контура лопасти гребного винта

Средняя ширина лопасти:

(3.1)

где — радиус гребного винта, ;

— дисковое отношение, ;

— число лопастей гребного винта, .

Максимальная ширина лопасти:

(3.2)

где — коэффициент для винтов с числом лопастей .

Отрезки и определяют контуры входящей и выходящей кромок лопасти. Определим величины, ,, и на относительных радиусах: 0,3; 0,5; 0,7; 0,8; 0,95 и 1,0.

Для относительного радиуса :

Для относительного радиуса :

Для относительного радиуса :

Для относительного радиуса :

Для относительного радиуса :

Для относительного радиуса :

Для относительного радиуса :

Значения коэффициентов принимаются согласно таблице 3.1.

Таблица 3.1 — Построение контура лопасти

По полученным значениям величин, ,, и на относительных радиусах 0,3; 0,5; 0,7; 0,8; 0,95 и 1, строится контур лопасти винта.

Рисунок 3.1 — Построение спрямленного контура лопасти

Проводится осевая линия лопасти и от нее на выбранных радиусах откладываются вправо величины, определяющие положение входящей кромки лопасти, относительно оси, а влево откладываются величины, определяющие положение выходящей кромки лопасти, относительно оси.

Затем, используя лекало, соединяются полученные точки и получается спрямленный контур лопасти. От входящей кромки, на тех же радиусах, откладываются в сторону вертикальной оси величины, которые определяют положение линии наибольших толщин на спрямленном контуре лопасти.

3.2 Распределение толщин лопасти по ее длине

Под толщиной лопасти винта на данном радиусе понимается наибольшая толщина соответствующего сечения лопасти.

Толщина лопасти у корня назначается из соображений прочности, в остальных сечениях — из условия обеспечения достаточной прочности и наилучших гидромеханических качеств.

Толщина конца лопасти (у края) устанавливается из конструктивных соображений. Численные значения максимальной толщины на конце лопасти, а также условные максимальные толщины на оси винта в зависимости от числа лопастей гребного винта приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 — Определение толщин лопасти

На современных грузовых и буксирных судах речного флота используются утолщенные четырехлопастные гребные винты где .

Диаграмму наибольших толщин рекомендуется строить в такой последовательности:

1. Проводится образующая лопасти в виде прямой линии, проходящей через точку пересечения оси ступицы и винта с его диском и имеющей заданный наклон образующей в корму. Наклон образующей задается значением на конце лопасти.

2. От образующей лопасти параллельно оси винта откладываем величину, а на оси винта и соединяем полученные точки.

Рисунок 3.2 — Распределение толщин лопасти по длине Уклон у края лопасти принимается согласно таблицы 3.3 в зависимости от диаметра винта.

Таблица 3.3 — Значение уклона лопасти mR

Принимаем для значение .

Максимальная относительная толщина на конце лопасти и оси винта:

(3.3)

(3.4)

После построения диаграммы наибольших толщин определяются максимальные толщины на относительных радиусах 0,3; 0,5; 0,7; 0,8 и 0,95:

3.3 Профилирование лопасти винта

Рисунок 3.3 — Профилирование лопасти винта

Для относительного радиуса :

Входящая часть профиля: :

Выходящая часть профиля: :

Для относительного радиуса :

Входящая часть профиля: :

Выходящая часть профиля: :

Для относительного радиуса :

Входящая часть профиля: :

Выходящая часть профиля: :

Для относительного радиуса :

Входящая часть профиля: :

Выходящая часть профиля: :

Для относительного радиуса :

Входящая часть профиля: :

Выходящая часть профиля: :

3.4 Построение проекций лопасти винта

После построения на спрямленном контуре соответствующих сечений лопасти переходим к построению проекций лопасти. Для этого необходимо знать нормальные и боковые проекции входящих и выходящих кромок.

Их определяют следующим образом:

1. На спрямленном контуре вдоль по прямой, перпендикулярной осевой линии лопасти, откладываем из точки пересечения вертикальной и горизонтальной осей, в сторону противоположную вращению лопасти, величину:

(3.5)

где — шаг винта. Для теплохода проекта 585 .

2. Из полученной точки, как из полюса, проводим лучи пересекающие осевую линию в точках, расположенных на радиусах построенных сечений.

3. Проводим по две касательных к каждому профилю входящей части сечения, причем одна касательная строится перпендикулярно лучу, другая параллельно ему. Получаем, соответственно, отрезки и .

4. Отрезок представляет собой боковую проекцию спрямленной длины входящей части данного сечения, а отрезок — нормальную проекцию этой длины. При этом способе определения проекций учитывается как толщина сечения, так и подъем носика.

5. Аналогично находятся отрезки и, представляющие собой, соответственно, боковую и нормальную проекции длины входящей части сечения.

3.5 Параметры ступицы

Диаметр гребного вала:

(3.6)

где — временное сопротивление материала вала.

— коэффициент: для промежуточных валов со шпоночными муфтами;

— коэффициент усиления:

— расчетная мощность, передаваемая валом;

— расчетная частота вращения;

— диаметр осевого отверстия вала;

— действительный диаметр вала.

Расчетная частота вращения для самоходных судов равна:

(3.7)

где — частота вращения двигателя, мин-1

— передаточное число редуктора.

На теплоходе проекта 585 в качестве главных двигателей используются дизели 12ЧСП 15/18 с частотой вращения и эффективной мощностью. Тип реверс-редуктора: сб.1225−00−5, передаточное отношение РРП на передний ход: .

Принимаем диаметр гребного вала равным 90 мм по ГОСТ 24 725–81.

Средний диаметр ступицы:

(3.8)

Габаритные размеры ступицы можно принять исходя из пропорций. представленных на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 — Габаритные размеры ступицы винта

Длина ступицы принимается достаточной для размещения на ней корневых сечений лопастей:

Конусность гребного вала находится в пределах: .

Принимаем конусность равной .

Диаметр гребного вала, диаметр вала на выходе из ступицы будет равен:

Параметры шпоночного паза принимаем в соответствии с диаметром гребного вала с учетом конусности по ГОСТ 12 081;72:

1. Ширина паза: ;

2. Глубина паза на валу: ;

3. Высота шпонки:

4. Определение массы гребного винта

Масса гребного винта определяется как сумма масс лопастей и ступицы:

(4.1)

где — масса лопастей винта;

— масса ступицы винта;

Массу лопастей можно вычислить по следующей формуле:

(4.2)

где — диаметр винта, м;.

— удельный вес материала винта, т/м3;

— площадь спрямлённой поверхности лопастей, м2.

(4.3)

где — дисковое отношение винта.

Принимаем материал винта: Сталь 25Л ГОСТ 977–88.

Массу ступицы определяют по формуле:

(4.4)

где — средний диаметр ступицы винта, м;.

— средний диаметр конусного отверстия, м (снимается с чертежа);.

— длина ступицы, м.

Таблица 4.1 — Плотность материалов, используемых для изготовления гребных винтов

заключение

В результате проведенных вычислений построен гребной винт для рефрижераторного теплохода проекта 585 со следующими основными характеристиками:

1. Диаметр: D=1,0 м;

2. Шаг: H=1,143 м;

3. Шаговое отношение: H/D=1,143;

4. Дисковое отношение: 0,75;

5. Число лопастей: z=4;

6. Масса: G=153,6 кг;

Список используемых источников

1. Басин, А. М. Руководство по расчету и проектированию гребных винтов судов внутреннего плавания. Текст] / А. М. Басин.-М.: Транспорт, Ленинград, 1977.-268 с.

2. Ваганов, Г. И. Тяга судов. [Текст] / Г. И. Ваганов, В. Ф. Воронин, В. К. Шанчурова. — М.: Транспорт, 1986.-199с.

3. Попов, Г. А. Машиностроительное черчение. [Текст] / Г. А Попов., С. Ю Алексеев. — г. Санкт-Петербург:Политехника, 1999. 453 с.

4. Правила Российского Речного Регистра. [Текст]: 2008.

5. Справочник по серийным транспортным судам. [Текст]: ЦБНТИ МРФ., Транспорт.