Категории сайта

Выбор параметров подруливающего устройства и гидродинамический расчет ПУ

Подруливающее устройство судов обычно устанавливают в носовой части судна, при их работе нос судна уходит вправо или влево относительно курса. На крупных судах могут быть несколько подруливающих устройств, расположенных по всей длине судна.

Рекомендации по определению основных исходных параметров ПУ

Подруливающее устройство судов должно обеспечивать маневрирование суднаМаневрирование судна в узкостях при швартовных операциях, при отходе от причала, при развороте в условиях ветра и течения, при движении малым ходом на акваториях портов и в условиях ограниченного фарватера, а также в других случаях. Анализ этих условий позволил выделить два маневра, которые определяют необходимый упор носового ПУ (а при необходимости и кормового ПУ):

Расчет необходимого упора носового ПУ для этих условий может быть выполнен при известных показателях по судну и воздействия на него ветра.

Схемы к определению силы упора (TЕ) носового ПУ даны на рис. 1.

Подруливающее устройство судов
Рис. 1 Схема сил, действующих на судно при удержании его на месте при ветре (а) и при отвале от причала (б)

На основании этих схем расчет силы TЕ выполняется по формулам:

ТЕ = 1LH  LB(LР + LH)Уp max  Cв(ТВ1 + ТВ2),   Форм. 1

ТЕ = 1Lн  Lα(Lв + Lα)·Тву (Lp  Lα) Уp max  Cв(TB1 + TB2,   Форм. 2

На рис. 1 и в равенствах (1), (2) приняты обозначения:

Упор ПУ, необходимый для швартовных операций или отхода судна от причала при ветре, может быть получен по приближенной формуле:

ТЕ  0,4 · Sп · uα2,     H,

где:

Известна также приближенная зависимость для определения упора носового ПУ необходимого для разворота судна на месте в отсутствие ветра. Если ПУ размещено в районе ½ шпангоута судна, то необходимый для разворота судна упор находится по формуле:

ТЕ  0,0135 · T · L3 · ωc2,     H,

где:

Угловая скорость (с) может быть принята по графику рис. 2, который построен по данным натурных испытаний ряда судов.

Угловая скорость вращения судна
Рис. 2 Характерные значения угловой скорости вращения судна на месте под действием носового ПУ

Для судов внутреннего и смешанного (река-море) плавания необходимость установки носового ПУ и рекомендуемый упор ПУ определены РТМ 212.0137. В РТМ предусмотрено, что установка носового ПУ является обязательной на пассажирских судах, для которых выполняется условие SHQL □ 20 000 м³, где Sп – площадь парусности судна (м²), а L – расчетная длина судна, м. На грузовых судах установка носового ПУ рекомендуется. Рекомендуемые значения упора ПУ для пассажирских судов данный РТМ устанавливает в зависимости от площади боковой проекции надводной части судна (Sп) в виде

ТЕ  40 · Sп     H,

ТЕ  40 · Sd     H.

Правилами Российского Речного Регистра определено, что пассажирские и грузовые самоходные суда, у которых суммарная площадь боковой проекции судна (проекции на ДП) в его подводной и надводной частях (с учетом палубного груза) превышает 800 м², рекомендуется оборудовать ПУ.

Величину упора ПУ судов морского плавания приближенно можно определить с использованием данных табл. 1.

Таблица 1. Минимально допустимый относительный упор ПУ морских судов
Типы судовТЕ1 = ТЕ/SпТЕ2 = ТЕ/Sd
Скорость ветра, баллы
5656
Паромы и пассажирские100/150150/22030/6050/90
Сухогрузы и промысловые50/10070/15040/8060/120
Танкеры и наливные
(в балласте)
30/6050/9030/6050/90
Контейнеровозы70/140100/20050/7050/100
Примечание. В числителе – относительный упор ПУ для двухвальных судов, в знаменателе – одновальных.

 

В табл. 1 упор ПУ (TE, H) в одном случае отнесен к площади парусности судна (Sп, м²), а в другом – к погруженной площади ДП (Sd, м²).

Задание на расчет гидродинамических параметров ПУ всегда включает либо упор ПУ (TE), либо мощность, подводимую к импеллеру (PД). Связь между этими показателями для достаточно хорошо проектированных ПУ (α ▢ 0,55) может быть представлена в виде

РД = 44 · 106ТЕ3 / Д,

Т Е = 800РД2 Д23,

где:

Необходимая мощность носового ПУ морских судов различных типов приближенно может быть определена по графику рис. 3.

Мощность носового ПУ
Рис. 3 Зависимость потребной мощности носового ПУ от водоизмещения для морских судов:
а – пассажирских судов и паромов; б – универсальных сухогрузных судов; в – контейнеровозов и судов типа «ро-ро»; г – танкеров; д – судов-газовозов ____ в балласте, _ _ _ в грузу

Расчету гидродинамических параметров ПУ предшествует ряд технических решений, которые принимаются с учетом особенностей геометрии корпуса судна, условий его балластировки, возможностей энергетической установки. Так, следует тщательно учитывать ширину и форму шпангоута, а также кривизну ватерлинии в зоне размещения ПУ. Эффективность ПУ в зависимости от относительной длины канала (lk) имеет пологий максимум в диапазоне 1,0 □ lk/Д □ 2,0; при этом следует приближаться к верхней границе отмеченного диапазона.

При предварительном выборе диаметра импеллера (канала) ПУ необходимо учитывать ряд обстоятельств, которые влияют на эффективность и надежность работы ПУ:

В соответствии с последним рекомендуемый диаметр (Д, м) для ПУ при известной мощности (PД, кВт) лежит в пределах

0,08РД  Д  0,12РД.

При выборе типа импеллера ПУ рекомендуется в качестве критерия использовать коэффициент быстроходности ns. По значениям ns, соответствующим высоким значениям насосного к.п.д. можно выбрать для проектируемого ПУ тип импеллера. Коэффициент быстроходности (ns) для ПУ с цилиндрическим каналом и коэффициентом сопротивления канала ζк ≈ 0,2 можно определить по формуле:

ns  1750n·Fous  4,34 · 104 n·FoT  4,75 · 104 n·FoTE,

где:

Каждому из приведенных в табл. 2 диапазонов коэффициента быстроходности (ns) соответствует некоторый, оптимальный по насосному к.п.д., тип импеллера.

Таблица 2. Тип импеллера и соответствующие эффективным режимам его работы значения ns
Тип импеллера ПУns
Центробежные насосытихоходные40÷80
нормальные80÷140
быстроходные140÷300
Диагональные насосы300÷600
Осевые насосы, гребные винты, крыльчатые движители600÷1 800

 
При применении гребного винта существенное влияние на эффективность ПУ оказывает относительный диаметр ступицы (гондолы); чем меньше этот диаметр, тем выше эффективность ПУ. Желательно, чтобы относительный диаметр ступицы (dст) не превосходил 0,30.

Гидродинамический расчет ПУ

При проектировании ПУ, содержащих гребной винт в поперечном канале, наиболее распространены два вида задания. В одном случае в качестве задаваемой принимается величина эффективного упора (TE); в другом случае известными считаются мощность двигателяИндикаторная и эффективная мощность двигателя привода (P0) и частота вращения вала винта (n). Рассмотрим последовательность операций, выполняемых в процессе гидродинамического расчета ПУ при этих вариантах задания.

Тип расчета А: задан потребный эффективный упор устройства (TЕ)

Расчет ведется в следующей последовательности. Из конструктивных соображений выбирается диаметр канала (Д и вычисляется площадь его поперечного сечения (F0).

Рассчитывается скорость потока в канале (νs), по формуле:

νs = TEρ·Fo1+χ1,

где:

Определяется коэффициент нагрузки винта по упору с использованием формулы:

σт = 1+x1+Σζ

где:

Рассчитывается число кавитации характеризующее режим работы винта в этом отношении

χs =2(pα + ρ·gho  pd)ρ·us2  (1+ Σζ),

где:

С графика на рис. “Рис. 15 Диаграмма к определению относительной ширины лопасти винта” снимается величина G, соответствующая полученному значению коэффициента нагрузки винта (σт). Затем определяется минимально допустимая относительная ширина лопасти

вmin

r=rR = 0,925

вmin = вminД=1,1·Gz · χs,

где:

ввmin

на

r = 0,925.

С помощью диаграмм серийных испытаний винтов определяется оптимальная частота его вращения. Для этой цели задаются рядом значений частоты вращения (ns) и вычисляют соответствующие поступи

λs =usnsД.

Затем рассчитывают К1, соответствующие этим значениям поступи, по формуле:

К1 = 3,14·σT · λs28  *.

Полученные расчетом значения Кп и λs используются для построения кривой К1 = ƒ (λs) на «корпусной» расчетной диаграмме. Затем на кривой К1 = ƒ (λs) находится положение точки, соответствующей наибольшему значению к.п.д. (ηs) винта. Полученная таким образом точка диаграммы определяет проектные показатели винта: шаговое отношение (Н/Д)рас, относительную поступь s)рас, к.п.д. s)рас и коэффициент упора 1)рас. Мощность на валу винта (Pд)рас и частота его вращения s)рас, определяются по известным формулам динамики винта.

* В случае использования расчетных диаграмм, построенных по результатам испытаний моделей с устройством подвода мощности (с колонкой), при расчете σт (см. выше) коэффициент сопротивления устройства подвода мощности в состав ∑ζ не включается.

Тип расчета Б: заданы частоты вращения вала винта (ηs)рас и мощность приводного двигателя 0)

Расчет ведется следующим образом:

К2 = 0,159 · Ро · ηпρ ns3 · Д5, 

где:

Исходя из рекомендаций по проектированию ПУ принимается конструкция гребного винта (количество лопастей, дисковое отношение и другие показатели) по которому имеются расчетные диаграммы. На «машинной» диаграмме (К2 = ƒ (λs)) проводится горизонталь соответствующая полученному значению К′2; затем при К2 = К’2 и ряде значений λs, с диаграммы снимаются значения шагового отношения (Н/Д) винта.

По формуле

σтп = 1+x1+Σζ

рассчитывается коэффициент потребной нагрузки ПУ по упору*. Пояснения к определению х1 и ∑ζ даны выше (см. выше “Рекомендации по определению основных исходных параметров ПУ”).

С «корпусной» диаграммы (К1 = ƒ (λs) снимаются значения К1 соответствующие Н/Д и λs, которые были получены по диаграмме К2 = ƒ (λs).

По формуле:

σтр = 8К1π · λs2

находятся ряд значений коэффициента нагрузки винта с использованием К1 и λs, которые были сняты с диаграммы К1 = ƒ (λs). Полученный ряд значений σтр сопоставляется с коэффициентом потребной нагрузки (σтп). В результате принимается значение σтр удовлетворяющее условию σ′тр ≥ σтр; в этом случае обеспечивается заданная нагрузка ПУ по упору. Значения К′1 и λ′s, соответствующие σтр, позволяют снять с диаграммы К1 = ƒ (λs) значение (Н/Д) и другие показатели работы винта для расчетного режима.

Для расчетного режима (λs) рассчитывается величина эффективного упора ПУ по формуле:

TE = ρ · π · Д24 · 1 + χ1.

где:

Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Октябрь, 04, 2019 5773 0
Добавить комментарий

Текст скопирован
Пометки
СОЦСЕТИ