Спосіб визначення поточного значення частоти обертань колінчатого вала головного дизеля при його роботі за номінальною гвинтовою характеристикою в умовах технічного використовування суден за призначенням

Реферат: Винахід належить до галузі фізики та термодинаміки, зокрема до технічного використання головного дизеля і суден. Спосіб визначення поточного значення частоти обертань колінчастого вала головного дизеля при його роботі за номінальною гвинтовою характеристикою в умовах технічного використовування суден за призначенням, який полягає у тому, що використовують відомі з паспорта головного дизеля значення погодинної витрати рідкого палива і частоти обертань колінчастого вала в точці номінального режиму. Згідно з винаходом, по виміряним обсягу і часу витрати рідкого палива з мірного бака підраховують поточне значення погодинної витрати рідкого палива і по формулі визначають поточне значення частоти обертань колінчастого вала вибраного головного дизеля при його роботі за номінальною гвинтовою характеристикою в умовах технічного використовування суден за призначенням. Винахід забезпечує спрощення визначення поточного значення частоти обертань колінчастого вала головного дизеля та підвищення точності результатів підрахунку й за рахунок цього підвищення ефективності використання головного дизеля. UA 101510 C2 (12) UA 101510 C2 UA 101510 C2 5 10 15 20 25 30 Винахід має відношення до галузі фізики та термодинаміки, зокрема до технічного використання головного дизеля і суден. Відомі прості методи швидкого визначення опору руху і потужності суден без проведення модельних випробувань у дослідному басейні, які базуються на засадах опублікованих даних. Найбільш відомим із них є метод визначення опору руху і потужності (формула адміралтейського коефіцієнта), який полягає у тому, що спочатку визначають швидкість руху, потім по опублікованих даних про судна з найбільш близькими до проектованого обводами корпуса та, керуючись власним досвідом, визначають адміралтейський коефіцієнт, після чого, по заданому значенню водотоннажності, по формулі визначають опір руху і потужність судна [1]. Недоліком метода адміралтейського коефіцієнта є грубо приблизна точність підрахунку та обмеженість його використання типом та швидкістю суден, для яких він був отриманий. Відомий також спосіб визначення опору руху суден, яке виникає внаслідок взаємодії підводної та надводної суднових поверхонь з потоками води та повітря, які набігають. Вважають, що цей опір складається з двох компонент. Опору тиснення, величина якого залежить від структури течії (інтенсивності вихоро- і хвилеутворення) і який полягає у тому, що визначають різницю тиснень спереду та ззаду судна, яка створює рівнодіючу силу, що заважає руху вперед, та опору тертя дотичних напруг, величина якого залежить від властивостей рідких тіл, форми, розмірів та швидкості руху судна і яке обумовлено силами внутрішнього тертя (в'язкість) рідких тіл, які виникають при значних перепадах швидкостей у межовому шарі, рівнодіюча сила яких теж заважає руху вперед. По сумі цих рівнодіючих сил визначають опір руху судна [2], [3], [4]. Недоліком даного способу є складність визначення складових частин опору руху судна. Найбільш близьким за технічною суттю є спосіб визначення опору руху і потужності та розрахунку гребного гвинта для вибору головного двигуна суден, для яких головним двигуном обирається дизель і який полягає у наступному. Спочатку, по заданих довжині L, ширині В, осадці Т, водотоннажності V, абсцисі центра величини ХС, коефіцієнту повноти водотоннажності , формі носової закінченості (U-подібна), кількості гребних гвинтів Zp, експлуатаційній швидкості руху Vs та по визначених розрахунком відносної довжини, визначеної в залежності від заданих значень довжини L і водотоннажності V  L 3 V , та по відносній абсцисі центра величини, визначеної в залежності від X Xc  c  100% L заданих значень абсциси центра величини Хс і довжини судна L по формулі , по формулі 35 вибирають метод розрахунку коефіцієнта залишкового опору CR. Задані та визначені розрахунком дані свідчать про те, що для розрахунку коефіцієнта залишкового опору CR у даному разі можна застосовувати метод «Серії суден з помірною C C K  K  K R( )  B/T B/T XC повнотою обводів» [3, п. 1.5.3], тобто вжити формулу R , і по ній підрахувати коефіцієнт залишкового опору CR у наступній послідовності. По-перше, по заданих коефіцієнту загальної повноти  і відношенню довжини L до ширини В Fz  40 судна, та числах Фруда, визначених по формулі , в залежності від швидкості судна, яку задають, та довжини судна L, яку задають, і відомого прискорення вільного падіння g, по діаграмі визначають коефіцієнт залишкового опору CR(), тастандартну відносну довжину судна 0(). По-друге, по визначених відносній довжині стандартній 0(), числах Фруда Fz і відносній  довжині заданої K  L 3 V , по діаграмі визначають коефіцієнт   1 ,   0 по відношенню яких, по  0 визначають коефіцієнт K  формулі 45 V gL L , який враховує вплив на коефіцієнт залишкового 3 V . По-третє, по визначених числах Фруда F , в опору CR відносної довжини судна z залежності від відношень ширини судна до осадки В/Т по графіках визначають коефіцієнти КВ/Т , C C B / T K  K  K R( )  B/T B/T XC , добуток яких у формулі залишкового опору R враховує вплив розбіжностей розрахункового та стандартного відношень ширини судна В до осадки Т. 1 UA 101510 C2 По-четверте, по заданому коефіцієнту загальної повноти судна , визначених числах Фруда Fz, по графіках визначають коефіцієнт КХС, який враховує вплив на коефіцієнт залишкового  Xc  Xc . L опору CR розбіжностей заданої та стандартної відносних абсцис центра величини По-п'яте, по визначених коефіцієнтах впливу коефіцієнта загальної повноти судна CR(), 5 K відносних довжин  , розбіжностей розрахункового та стандартного відношень ширини судна В до осадки Т та відносних абсцис центра величини заданої до стандартної КХС, по формулі CR  CR( )  K   KB / T  B / T  K XC визначають коефіцієнт залишкового опору CR. Потім визначають коефіцієнт буксирувального опору руху судна С наступним чином. По-перше, по заданій довжині і вибраній швидкості судна та відомому коефіцієнту в'язкості 10 рідкого тіла , по формулі Re   L V визначають числа Рейнольдса. По-друге, по визначених 0,455 CF0  lgRe lg 2,58   числах Рейнольдса, по формулі визначають коефіцієнти опору тертя еквівалентної гладкої пластини. По-третє, по заданій довжіні судна L і визначеному коефіцієнту C 15 F0 опору тертя еквівалентної гладкої пластини , по таблицях визначають додаток на шершавість СА та коефіцієнт виступаючих частин судна САР. Додатком повітряного опору RAА внаслідок його незначності нехтують. По-четверте, по визначених коефіцієнтах залишкового опору CR, опору тертя еквівалентної гладкої пластини CF0 , додатків на шершавість та CF0 20 виступаючих частин судна СА, САА, по формулі С = CR + + CA + CAP визначають коефіцієнт буксирувального опору С. Далі визначають буксирувальний опір руху судна R наступним чином. По-перше, по заданих довжині L, ширині В, осадки Н та коефіцієнту загальної повноти судна , по формулі B  0  L  T 2  137  0,274  , T  визначають площу змоченої поверхні корпуса судна та з   102  0 . , урахуванням площі поверхні виступаючих частин По-друге, по відомому значенню густини рідкого тіла , визначених коефіцієнту буксирувального опору С, швидкості руху V та R  C 25 30 35 40 45   2  2 площі змоченої поверхні , по загальній формулі опору визначають буксирувальний опір руху судна R в умовах ходових випробувань. По визначеному буксирувальному опору руху судна в умовах ходових випробувань R, експлуатаційному додатку КЕ до буксирувального опору R і визначеного по таблиці в залежності . від типу судна та його дедвейта W, по формулі RE=R KE визначають опір руху судна RE в умовах експлуатації, і відповідно, по заданій експлуатаційній швидкості руху судна V та визначеному . буксирувальному опору руху судна в умовах ходових випробувань R по формулі PE=V R визначають буксирувальну потужність РЕ в умовах ходових випробувань та з урахуванням . визначеного експлуатаційного додатка КЕ по формулі РЕЕ=KЕ РЕ визначають потужність РЕЕ в умовах експлуатації. Залежності буксирувальних опору і потужності в умовах ходових випробувань - R і РЕ, експлуатації - R і РЕЕ показують у вигляді графіків [3, мал. 1,76*]. Після чого виконують попередній вибір елементів гребного гвинта для вибору головного двигуна у наступній послідовності. По-перше, згідно з наданими рекомендаціями вибирають тип гребного гвинта і, в залежності . від заданої осадки судна Т, по формулі Дпр = 0,7 Т, підраховують граничний розмір діаметра гребного гвинта Дпр. По-друге, згідно з наданими рекомендаціями, в залежності від типу та призначення судна (прототип - сухогруз) визначають розрахунковий режим для гребного гвинта, відповідно якому виявляють елементи оптимального гребного гвинта, необхідні для забезпечення заданої експлуатаційної швидкості руху Vs і визначеної буксирувальної потужності в експлуатації РЕЕ, та подолання визначеного буксирувального опору руху в експлуатації RE. Вибраний розрахунковий режим відповідає середньо-експлуатаційним умовам. 2 UA 101510 C2 По-третє, по заданих коефіцієнту повноти водотоннажності  і осадки Т та визначеного граничного розміру гребного гвинта Дпр, по формулі    Дпр  WT  0,25  2,2    0,502  0,94  18   0,8  ,  Т        визначають коефіцієнт попутного потока.  По-четверте, по визначеному опору руху в умовах експлуатації RE та заданому значенню TE  5 RE Zp числа гребних гвинтів Zp, по формулі визначають корисну тягу гребного гвинта ТЕ: після чого по заданій швидкості руху Vs, відомій густоті води , визначених даних ТЕ і Дпр, по формулі K ДЕ  V  Дпр  / TE визначають коефіцієнт навантаження гребного гвинта по тязі КДЕ, після чого по формулі t=0,20+0,10(-0,50)+0,055(КДЕ-1,8) визначають коефіцієнт засасивання t. По-п'яте, по визначеним даним корисної тяги гребного гвинта ТЕ, та коефіцієнту 10 TВ  TE 1  t визначають упор Т . Після чого, по заданій швидкості V , засмоктування t, по формулі B s та визначеному коефіцієнту попутного потоку W T, no формулі VA=Vs(1-W T) визначають розрахункове значення швидкості в диски гребного гвинта VA. Після чого, по формулі K ДT  VA  Дпр  / TВ визначають коефіцієнт навантаження гребного гвинта по упору КДТ. По-шосте, по визначеному коефіцієнту навантаження гребного гвинта по упору КДТ 15 AE AO вибирають число лопатей Z. Дискове відношення і відносну товщину лопатей l0/Д вибирають для умов забезпечення міцності. По числу лопатей гребного гвинта Z і дискового AE AO 20 відношення вибирають гвинтову діаграму І - КТ [3, мал. 2,6*] по якій, по визначеному Кдт визначають відносний поступ гребного гвинта I. По-сьоме, по визначених розрахунковій швидкості в диску гребного гвинта VA, граничному розміру діаметра гребного гвинта Дпр і відносному поступі гребного гвинта I, по формулі n 25 VA  60 I Д визначають частоту обертань гребного гвинта n. По-восьме, по визначених відносному поступу гребного гвинта I, коефіцієнту навантаження гребного гвинта по упору КДТ, по діаграмі визначають крокове відношення Р/Д та коефіцієнта корисної дії гребного гвинта у вільній воді 0. По-дев'яте, по визначених коефіцієнту засмоктування t, коефіцієнту попутного потоку W T, коефіцієнту корисної дії гребного гвинта 0, приймаючи значення коефіцієнта впливу неоднорідного попутного потока і2 на гідродинамічний момент рівним одиниці [3] по формулі   H  0  30 (1  t )  0 i2 (1  WT ) визначають пропульсивний коефіцієнт гребного гвинта судна . В даній формулі H - коефіцієнт впливу корпуса судна на роботу гребного гвинта. По-десяте, по визначених буксирувальній потужності в умовах експлуатації РEE, пропульсивному коефіцієнту  та прийнятому значенню коефіцієнта корисної дії валопровода Psp  PEE (H  0 )в  ф в, по формулі визначають специфікаційну потужність PSP. По-одинадцяте, по визначених буксирувальній потужності в умовах експлуатації РЕE, пропульсивному коефіцієнту , коефіцієнту корисної дії валопровода в, та прийнятому Psp  35 40 PEE   в   значенню коефіцієнта корисної дії редуктора p, по формулі визначають потужність при наявності редукторної передачі PSP. По-дванадцяте, по визначеній потужності при наявності редукторної передачі Psp, з урахуванням рекомендованої межі (0,850,9) запасу потужності, що зберігає задану експлуатаційну швидкість Vs, незважаючи на поступове погіршення технічного та експлуатаційного стану судна, по формулі потужність PSN. PSN  PSP (0,85  0,9) визначають номінальну розрахункову 3 UA 101510 C2 5 10 15 20 25 30 Виконавши аналіз паспортних даних двигунів провідних фірм, як головний вибирають дизель-редукторний агрегат фірми KRUPP Мак 6М552С з номінальною розрахунковою потужністю PSN. Для оцінки ходкості на не розрахункових режимах виконують додаткові розрахунки та побудування діаграм ходова тості [3]. Недоліком даного способу розрахунку швидкохідності, відповідно за типом головного двигуна та за призначенням суден є те, що в основу розрахунку покладений тільки один розрахунковий режим - рух судна з заданою швидкістю, для забезпечення якого визначають оптимальні елементи і режим роботи гребного гвинта, потрібну потужність головного двигуна і частоту обертань гребного вала. В основу винаходу поставлена задача створення способу визначення поточного значення обертань колінчастого вала головного дизеля при його роботі за номінальною гвинтовою характеристикою в умовах технічного використовування суден за призначенням, в якому по виміряному поточному значенню погодинної витрати рідкого палива головного дизеля, вибраного для установлення на судно по обґрунтованих розрахунком даних, використовують відомі з паспорта вибраного головного дизеля значення погодинної витрати рідкого палива і частоти обертань колінчастого вала в точці номінального режиму вибраного головного дизеля і по формулі визначають поточне значення частоти обертань колінчастого вала головного дизеля при його роботі з номінальною гвинтовою характеристикою в умовах технічного використовування суден за призначенням, що забезпечує спрощення та підвищення точності результатів підрахунку й за рахунок цього підвищується ефективність використання головного дизеля і суден. Поставлена задача вирішується тим, що в способі визначення поточного значення частоти обертань колінчастого вала головного дизеля при його роботі за номінальною гвинтовою характеристикою в умовах технічного використовування суден за призначенням, який полягає у тому, що по відомих з паспорта головного дизеля значеннях погодинної витрати рідкого палива і частоти обертань колінчастого вала в точці номінального режиму, відповідно до винаходу, по виміряних обсягу і часу витрати рідкого палива з мірного бака підраховують поточне значення погодинної витрати рідкого палива і по формулі визначають поточне значення частоти обертань колінчастого вала головного дизеля при його роботі за номінальною гвинтовою характеристикою в умовах технічного використовування суден за призначенням ny  nH Gy GH , n 35 де y - поточне значення частоти обертань колінчастого вала головного дизеля при його роботі за номінальною гвинтовою характеристикою в умовах технічного використовування суден за призначенням; nH - частота обертань в точці номінального режиму головного дизеля; Gy - поточне значення погодинної витрати рідкого палива головного дизеля при його роботі за номінальною гвинтовою характеристикою в умовах технічного використовування суден за призначенням; 40 45 50 55 GH - погодинна витрата рідкого палива у точці номінального режиму головного дизеля; Спосіб визначення поточного значення частоти обертань колінчастого вала головного дизеля при його роботі за номінальною гвинтовою характеристикою в умовах технічного використовування суден за призначенням виконують наступним чином [4]. З паспорта головного дизеля беруть відомі значення погодинної витрати рідкого палива і частоти обертань в точці номінального режиму. За допомогою суднових приладів визначають поточне значення погодинної витрати рідкого палива головного дизеля автоматизованим або ручним виміром по витраті рідкого палива з мірного бака [5]. По формулі підраховують поточне значення частоти обертань колінчастого вала головного дизеля при його роботі за номінальною гвинтовою характеристикою в умовах технічного використовування суден за призначенням. Наведемо приклад розрахунку поточного значення частоти обертань колінчастого вала головного дизеля марки 6М552С фірми KRUPP Мак [3] при його роботі за номінальною гвинтовою характеристикою в умовах технічного використовування суден за призначенням для потужності, яку вимірюють у кінських силах, елс [3]. 4 UA 101510 C2 ny  nH Gy GH , n де y - поточне значення частоти обертань колінчастого вала головного дизеля марки 6М552С при його роботі за номінальною гвинтовою характеристикою в умовах технічного об ; використовування суден за призначенням, хв 5 nH  500 - паспортні дані частоти обертань колінчастого вала в точці номінального режиму об головного дизеля марки 6М552С, хв [3]; 10 15 Gy=280,7; 487; 552; 591,4; 636,9; 690; 752,7; 828; 871,6 - поточне значення погодинної витрати рідкого палива головного дизеля марки 6М552С при його роботі за номінальною гвинтовою характеристикою в умовах технічного використовування суден за призначенням, кг/час; . GH=NeH geH=4500 0,184=828 - погодинна витрата рідкого палива у точці номінального режиму головного дизеля марки 6М552С, кг/год. [3]; NeH = 4500(6118,2) - паспортні дані потужності номінального режиму головного дизеля марки 6М552С, кВт(елс) [3]; geH =0,184(0,1353339) - паспортні дані питомої ефективної витрати рідкого палива в точці кг  кг    кВт  год.  елс  год.  [3], [6]. номінального режиму головного дизеля марки 6М552С, 20 Для зрівняння наведемо формулу та приклад підрахунку поточного значення частоти обертань колінчастого вала головного дизеля марки 6М552С при його роботі за номінальною гвинтовою характеристикою в умовах технічного використовування суден за призначенням, для потужності, яку вимірюють у кіловатах (кВт) n y  nH Gy GH Приклад 1. n y (елс)  nH n y (кВт )  n H 25 Gy GH Gy GH  500  500 280,7 об  291,1 828 хв 280,7 об  291,1 828 хв Приклад 2. n y (елс, кВт)  nH Gy GH  500 487 об  383,5 828 хв  500 552 об  408,3 828 хв  500 591,4 об  422,6 828 хв  500 636,9 об  438,5 828 хв Приклад 3. ny (елс, кВт)  nH Gy GH Приклад 4. n y (елс, кВт)  nH 30 Gy GH Приклад 5. n y (елс, кВт)  nH Gy GH Приклад 6. 5 UA 101510 C2 n y (елс, кВт)  nH Gy GH  500 690 об  456,4 828 хв  500 752,7 об  476,7 828 хв  500 828 об  500 828 хв  500 871,6 об  513 828 хв Приклад 7. n y (елс, кВт)  nH Gy GH Приклад 8. n y (елс, кВт)  nH 5 15 20 GH Приклад 9. n y (елс, кВт)  nH 10 Gy Gy GH Джерела інформації. 1. Д-р Ван-Ламмерен, проф. Троост, инж. Конинг. Сопротивление, пропульсивные качества и управляемость судов: Пособие для проектирования формы корпуса, гребных винтов и рулей Л.: Государственное союзное издательство судостроительной промышленности, 1957.- С.76-77. 2. В.А.Александров. Техническая гидромеханика: Учебное пособие для высших учебных заведений. - 3-е изд. перераб. - МЛ.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1946. - 132 с. 3. Расчет ходкости надводных водоизмещающих судов: Учебное пособие /Н.Б.Слижевский, Ю.М. Король, М.Г. Соколик, В.Ф. Тимошенко: под общей редакцией проф. Н.Б.Слижевского. Николаев: НУК, 2004. – С.6-158. 4. РД 31.20.01-80. Положение о технической эксплуатации морского флота. М.: ЦРИА «Морфлот», 1979. 140 с. 5. Осташенков В.Ф. Теплотехнические испытания судовых дизелей: Учебное пособие для учащихся судомеханических факультетов высших учебных заведений морских училищ. - М.: Издательство транспорт, 1967. – С.48-49. 6. Деньгуб В.М., Смирнов В.Ф. Единицы величин: Словарь-справочник. - М.: Издательство стандартов, 1990. – С.72, 140-147, 190-199. 25 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 Спосіб визначення поточного значення частоти обертань колінчастого вала головного дизеля при його роботі за номінальною гвинтовою характеристикою в умовах технічного використовування суден за призначенням, який полягає у тому, що використовують відомі з паспорта головного дизеля значення погодинної витрати рідкого палива і частоти обертань колінчастого вала в точці номінального режиму, який відрізняється тим, що по виміряним обсягу і часу витрати рідкого палива з мірного бака підраховують поточне значення погодинної витрати рідкого палива і по формулі визначають поточне значення частоти обертань колінчастого вала вибраного головного дизеля при його роботі за номінальною гвинтовою характеристикою в умовах технічного використовування суден за призначенням ny  nH Gy GH , де n y - поточне значення частоти обертань колінчастого вала головного дизеля при його роботі 40 за номінальною гвинтовою характеристикою в умовах технічного використовування суден за призначенням; n H - частота обертань в точці номінального режиму головного дизеля; G y - поточне значення погодинної витрати рідкого палива головного дизеля при його роботі за 45 номінальною гвинтовою характеристикою в умовах технічного використовування суден за призначенням; G H - погодинна витрата рідкого палива у точці номінального режиму головного дизеля. 6 UA 101510 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7