proračun brodskog vijka

PROGRAMSKI ZADATAK List: Listova: 23

Sadržaj

1. Uvod....................................................................................................................................2

2. Proračun optimalnog brodskog vijka..................................................................................3

2.1. Određivanje snage ukupnog poriva................................................................................3

2.2. Provjera kavitacije prema Burrillu za seriju B4-55......................................................11

2.3. Odabir brodskog motora...............................................................................................13

2.4. Određivanje značajki optimalnog brodskog vijka prema seriji B4-55.........................14

2.5. Provjera kavitacije prema Burrillu za optimalni vijak iz serije B4-55.........................16

2.6. Prognozni dijagram........................................................................................................20

3. Zaključak...........................................................................................................................23

1

Brodski propulzori – Programski zadatak List: : Listova: 23

1. Uvod

Tema ovog programskog zadatka iz kolegija Brodski propulzori je odabir odgovarajućeg

porivnog motora, određivanje komponenti propulzije i značajki brodskog vijka na temelju

odgovarajućih proračuna i dijagrama. Zadani brod je "San Jacinto" za prijevoz nafte i

naftnih prerađevina izgrađen u Japanu 2003. godine.

2


2. Proračun optimalnog brodskog vijka

2.1. Određivanje snage ukupnog poriva

Traženi parametri računaju se prema unaprijed određenim podacima kao što su

geometrijske karakteristike broda. Također je zadana krivulja za određeni raspon brzina.

Očekivana brzina broda V = 16 čvorova na pokusnoj plovidbi. Za tu brzinu otpor broda

iznosi RT= 988,52 kN.

V =16 čvor = 8,2311 m/s jer je 1 čvor = 0,5144 m/s

Oplakivana površina S = 8625,80 m2

Raspon okretaja iznosi N =100...140 min-1

Za zadanu brzinu i otpor broda snaga ukupnog otpora iznosi:

Pretpostavljeni promjer brodskog vijka je: , pri čemu je T= 12,65m gaz broda

m

Za jednovijčane brodove računa se koeficijent sustrujanja prema izrazu:

pri čemu je:

koeficijent , za uvjet B/T < 5

B = 32,20 m, širina broda,

D = 7,59 m, pretpostavljeni promjer vijka,

T = 12,65 m, gaz broda,

L = LWL =175,60 m, duljina vodne linije

3


→

ako je c8 < 28; c8 = 16,387 < 28 uvjet ispunjen!

za uvjet da je

uz uvjet Cp >0,7

pri čemu je prizmatični koeficijent:

Cp =0,8105 > 0,7 uvjet ispunjen!

CB = 0,80 – koeficijent punoće istisnine,

CM = 0,987 – koeficijent punoće glavnog rebra

Slijedi:

Lcb = +1,5 % uzdužni položaj ležišta istisnine, za "San Jacinto" prema pramcu

ν = 1,18831·10-3 m2/s, kinematička viskoznost ;

4


Koeficijent otpora trenja broda:

CA = 0,0004 , koeficijent korelacijskog otpora

Za brod "San Jacinto" zadano je: (1+k) = 1,337

Koeficijent viskoznog otpora iznosi:

Za jednovijčane brodove računa se:

w = 0,3886

Taylorov koeficijent smanjenja poriva računa se po formuli:

t =0,2028

Stupanj utjecaja trupa:

5


ηH = 1,3039

Snaga poriva iznosi:

Brzina pritjecanja vode na vijak računa se po formuli:

vA = 5,0325 m/s

Sila poriva će iznositi:

T = 1240,0019 kN

( Provjera se izvodi na sljedeći način:

T = 1240,0019 kN Točan rezultat!! )

Vrijednosti sile otpora i ukupne snage za svaku brzinu prikazane su u tablicama:

V,čvor 10,00 10,50 11,00 11,50 12,00 12,50 13,00 13,50 RT,kN 350,651 384,289 419,822 457,502 497,702 540,887 587,628 638,605 PE 1803,905 2075,8 2375,73 2706,63 3072,48 3478,204 3929,925 4435,11

V,čvor 14,00 14,50 15,00 15,50 16,00 16,50 17,00 17,50

6


RT,kN 694,612 756,550 825,450 902,410 988,520 1085,230 1194,520 1317,340 PE 5002,75 5643,44 6369,72 7195,72 8136,62 9211,794 10446,74 11859,72

Dobivene vrijednosti prikazane su u dijagramima:

300,000

500,000

700,000

900,000

1100,000

1300,000

8,00 9,00 10,00 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 16,00 17,00 18,00

v,čvor

RT

,kN

RT

Slika 2.1. Dijagram ovisnosti ukupnog otpora broda o brzini

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

8,00 9,00 10,00 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 16,00 17,00 18,00

v,čvor

PE

,kN

PT

Slika 2.2. Dijagram ovisnosti efektivne snage o brzini broda

Koeficijent poriva računa se po formuli:

gdje je:

T =1240,0019 kW , sila poriva

ρ = 1025,9 kg/m3 gustoća morske vode pri 15 °C

D = 7,59 m, pretpostavljeni promjer brodskog vijka

n = N/60 okr/s , broj okretaja vijka u sekundi za svaki zadani N min-1, broj okretaja u min

7


ηs = 0,97, stupanj transmisije

Koeficijent poriva se računa za svaki petpostavljeni broj okretaja n u zadanom rasponu.

Koeficijent napredovanja brodskog vijka računa se po formuli:

J

Površina vijčanog kruga A0 računa se po formuli i iznosi:

Rezultati su zbog preglednosti prikazani tablično, za svaki omjer AE/A0 . Sa izračunatim

koeficijentom napredovanja brodskog vijka J i koeficijentom poriva KT nalazi se

presječna točka u dijagramima B4-40, B4-55 i B4-70 na temelju koje se očitava omjer

P/D i iznos stupnja djelovanja vijka ηP.

Za → Serija B4-40:

N, min -1 90 100 110 120 130 140

n, s-1 1,500 1,667 1,833 2,000 2,167 2,333

KT 0,162 0,131 0,108 0,091 0,078 0,067

J 0,442 0,398 0,362 0,332 0,306 0,284P/D,

očitano iz dg. 0,750 0,610 0,510 0,490 - -η0

očitano iz dg. 0,550 0,520 0,480 0,460 - -

8


0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

0,700

0,800

80 90 100 110 120 130 140 150

N, min-1

P/D

0,400

0,450

0,500

0,550

0,600

0,650

0,700

0,750

0,800

eta0

P/D

η0


N,min-1 90 100 110 120 130 140

n,s-1 1,500 1,667 1,833 2,000 2,167 2,333

KT 0,1619 0,1311 0,1084 0,0911 0,0776 0,0669

J 0,442 0,398 0,362 0,332 0,306 0,284P/D

očitano iz dg. 0,710 0,610 0,520 0,500 - -η0

očitano iz dg. 0,570 0,510 0,490 0,470 - -

B4-55

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

0,700

0,800

80 90 100 110 120 130 140 150

N, min-1

P/D

0,400

0,450

0,500

0,550

0,600

0,650

0,700

0,750

0,800

eta0

P/D

η0

9



N, min-1 90 100 110 120 130 140n,s-1 1,500 1,667 1,833 2,000 2,167 2,333KT 0,1619 0,1311 0,1084 0,0911 0,0776 0,0669

J 0,442 0,398 0,362 0,332 0,306 0,284P/D

očitano iz dg. 0,705 0,620 0,550 0,500 - -η0

očitano iz dg. 0,530 0,515 0,470 0,440 - -

B4-70

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

0,700

0,800

80 90 100 110 120 130 140 150

N, min-1

P/D

0,400

0,450

0,500

0,550

0,600

0,650

0,700

0,750

0,800

eta0

P/D

η0

Vrijednosti kojima je stupanj djelovanja vijka η0 maksimalan iznose:

ηmax P/D NB4-40 0,40 0,550 0,750 90B4-55 0,55 0,570 0,710 90B4-70 0,7 0,530 0,705 90

Odabrana serija: B4-55 uz jer se za tu seriju dobiva najveći stupanj

djelovanja vijka η0.

10


0,300

0,350

0,400

0,450

0,500

0,550

0,600

0,650

0,700

0,750

0,800

0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80

AE/A0

P/D, eta0

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

N

eta0

P/D

N

2.2. Provjera kavitacije prema Burrillu za seriju B4-55

Minimalna projicirana površina krila vijka potrebna za izbjegavanje kavitacije računa se po

formuli:

gdje je:

APmin – minimalna projicirana površina

τC – koeficijent specifičnog poriva, τC =0,2150, očitano iz Burrillovog dijagrama

, (m/s)2

(m/s)2

T = 124,0019 kN, sila poriva

σ0,7R – kavitacijski broj

11


pe = 1646 Pa, tlak isparavanja morske vode pri 15 °C

pri čemu je:

g = 9,81 m/s2 , akceleracija Zemljine sile teže

patm = 101325 Pa, atmosferski tlak


h – visina koja se računa po formuli:

h = T – E + hv

E= 2,7 m , elevacija, vertikalna udaljenost od simetrale osovine brodskog vijka do osovinice

broda

hV – visina vala,

Slijedi: h = 12,65-2,7 +0,86 = 10,81 m

Tlak na simetrali osovine iznosi:

Kavitacijski broj iznosi:

τC =0,2150, očitano iz Burrillovog dijagrama

Minimalna projicirana površina je:

Raširena AE površina krila slijedi iz formule:

!!

12


Omjer izračunatih površina je manji od omjera površina odabrane serije, što znači da vijak iz

serije B4-55 zadovoljava uvjete za izbjegavanje kavitacije

2.3. Odabir brodskog motora

Potrebna snaga porivnog stroja dobije se iz formule:

PE = 8136,618 kW, snaga ukupnog otpora

ηP - stupanj djelovanja propulzije

ηS = 0,97– stupanj transmisije,

η0 = 0,57– stupanj djelovanja vijka, maksimalna vrijednost za odabranu seriju

ηH = 1,3170 – stupanj utjecaj trupa,

ηR – stupanj prijelaza

Stupanj djelovanja propulzije iznosi:

Potrebna snaga pogonskog motora je:

Motor je izabran na temelju dobivene snage iz kataloga na web stranici: www.manbw.com

→ Odabrani motor : PBMCR = 11300 kW

N = 105 min-1

13

http://www.manbw.com/


Za proračun optimalnog brodskog vijka uzima se snaga: PB = 0,85· PBMCR

PB = 9605 kW

PBNOR = 9605 kW

2.4. Određivanje značajki optimalnog brodskog vijka prema seriji B4-55

Snaga predana vijku iznosi: PD = PB· ηS = 9605·0,97 = 9316,85 kW

V = 15 čvor = 8,23 m/s, brzina broda

Taylorov koeficijent snage računa se po formuli: (*)

Snaga za slatku vodu (HP) iznosi:

Brzina pritjecanja: vA = (1-w)·V = (1-0,3886)·8,23 = 9,78 čvor

Uvrštavanjem vrijednosti u (*) :

Očitano iz dijagrama: 1/ J opt =2,350

P/D = 0,77

η0 = 0,51

1/ J = 1/ J opt · 0,96=2,350 · 0,96 = 2,256

Promjer se računa po formuli :

D = 6,488 m

J =1/2,256 = 0,4255

14


Površina vijčanog kruga iznosi:

Iz dijagrama slobodne vožnje za seriju B4-55 očitava se:

KT = 0,1850 , koeficijent poriva

KQ = 0,0250 , koeficijent momenta

Poriv iznosi :

Moment iznosi:

2.5. Provjera kavitacije prema Burrillu za optimalni vijak iz serije B4-55

Projicirana površina krila vijka potrebna za izbjegavanje kavitacije računa se po formuli:

(1)

gdje je:

APmin – minimalna projicirana površina

τC – koeficijent specifičnog poriva, τC =0,220 očitano iz dijagrama

σ0,7R – kavitacijski broj

15


(2)

pe = 1646 Pa, tlak isparavanja morske vode pri 15 °C

pri čemu je:

g = 9,81 m/s2 akceleracija Zemljine sile teže

patm = 101325 Pa, atmosferski tlak


h – visina koja se računa po formuli:

h = T – E + hv

E = 2,7 m , elevacija, vertikalna udaljenost simetrale osovine brodskog vijka od osovinice

hV – visina vala,

Slijedi: h = 12,65-2,7 +0,86 = 10,81 m

Potreban tlak iznosi:

Kavitacijski broj iznosi:

τC =0,220 koeficijent specifičnog poriva , očitano iz dijagrama

Minimalna projicirana površina je:

Raširena AE površina krila slijedi iz formule:

16


(3)

!!

Omjer izračunatih površina je manji od omjera površina odabrane serije, što znači usvojeni

promjer vijka D = 6,488 m iz serije B4-55 zadovoljava uvjete za izbjegavanje kavitacije.

Potrebno je odrediti točnu površinu AE/A0 što će se izvršiti interpolacijom između

i .

Prije toga, određuje se optimalni promjer D vijka iz serije B4-40.

Prema formulama iz poglavlja 2.4. izračunato je:

BP = 38,712

Na temelju ovih vrijednosti, očitano iz dijagrama serije B4-40::

1/ J opt =2,357

P/D = 0,77

η0 = 0,481/ J = 1/ J opt · 0,96=2,357· 0,96 = 2,267

Promjer se računa po formuli :

D = 6,76 m

J =1/2,267 = 0,4411

Površina vijčanog kruga iznosi:

17


Koeficijenti očitanoiiz dijagrama slobodne vožnje serije B4-40:

KT = 0,1820 , koeficijent poriva

KQ = 0,0290 , koeficijent momenta

Poriv iznosi :

Moment iznosi:

Provjera kavitacije prema Burillu za vijak serije B4-40

Koriste se formule (1)-(3) iz kojih se dobiju sljedeće vrijednosti:

τC = 0,220

P/D = 0,77

Ne ispunjava uvjet, provjera je potrebna zbog dijagrama

18


Izrađuje se dijagram iz kojeg se pomoću interpolacija dobiju vrijednosti:

0,40 0,550,47 – interpolacijske

vrijednostiD 6,76 6,48 6,62

η0 0,48 0,51 0,497P/D 0,77 0,77 0,77

T 1192,56 1092,59 1111,08Q 1284,14 902,63 1093,38

2.6. Prognozni dijagram

Za izradu prognoznog dijagrama ponovo se proračunavaju snaga poriva, koeficijent

sustrujanja w, brzina pritjecanja vA, stupanj utjecaja trupa, stupanj propulzije i kočena snaga

motora. Svi koeficijenti potrebni za proračun idu preko formula u poglavlju 2.1. Usvojen je

promjer optimalnog vijka D= 6,62 m

B/T = 2,55

T = 1111,07 kN

c8 = 18,7809

c9 = 18,7809

19


T/D = 1,9109

c11 = 1,9109

c19 = 0,1022

c20 = 1,0000

1+k = 1,3370

V, čvor v ,m/s Re CF

10,000 5,144 764538621,1 0,0015829110,500 5,402 802765552,2 0,0015732111,000 5,659 840992483,3 0,0015640411,500 5,916 879219414,3 0,0015553612,000 6,173 917446345,4 0,0015471112,500 6,431 955673276,4 0,0015392613,000 6,688 993900207,5 0,0015317713,500 6,945 1032127139 0,0015246214,000 7,202 1070354070 0,0015177814,500 7,459 1108581001 0,0015112215,000 7,717 1146807932 0,0015049215,500 7,974 1185034863 0,0014988716,000 8,231 1223261794 0,0014930416,500 8,488 1261488725 0,00148743

17,000 8,746 1299715656 0,0014820117,500 9,003 1337942587 0,00147678

V, čvor v, m/s PE PT

10,000 5,144 1803,9046 1396,5285210,500 5,402 2075,8011 1607,026911,000 5,659 2375,7261 1839,2250311,500 5,916 2706,6327 2095,4092912,000 6,173 3072,4803 2378,6450712,500 6,431 3478,2039 2692,752913,000 6,688 3929,9255 3042,4725413,500 6,945 4435,1117 3433,5846914,000 7,202 5002,75 3873,0473614,500 7,459 5643,4427 4369,0689815,000 7,717 6369,7225 4931,3523715,500 7,974 7195,7171 5570,8352516,000 8,231 8136,618 6299,2790116,500 8,488 9211,794 7131,67912

20


17,000 8,746 10446,741 8087,7746217,500 9,003 11859,719 9181,70283

Broj okretaja N i stupanj iskoristivosti η0 izračunavaju se pomoću kompjuterskog programa

BSERIE. Rezultati su prikazani tablično zbog preglednosti.

V / čvor v , m/s w vA t ηH

10,000 5,144 0,3885734 3,145 0,210 1,29210,500 5,402 0,3885717 3,303 0,210 1,29211,000 5,659 0,3885702 3,460 0,210 1,29211,500 5,916 0,3885687 3,617 0,210 1,29212,000 6,173 0,3885674 3,775 0,210 1,29212,500 6,431 0,3885660 3,932 0,210 1,29213,000 6,688 0,3885648 4,089 0,210 1,29213,500 6,945 0,3885636 4,246 0,210 1,29214,000 7,202 0,3885625 4,404 0,210 1,29214,500 7,459 0,3885614 4,561 0,210 1,29215,000 7,717 0,3885603 4,718 0,210 1,29215,500 7,974 0,3885593 4,876 0,210 1,29216,000 8,231 0,3885584 5,033 0,210 1,29216,500 8,488 0,3885574 5,190 0,210 1,29217,000 8,746 0,3885565 5,347 0,210 1,29217,500 9,003 0,3885557 5,505 0,210 1,292

V, m/s T/ kN N, min-1 η0 ηP PB

5,144 443,984 66,479 0,545 0,6999 2577,2025,402 486,575 68,820 0,550 0,7065 2938,1685,659 531,566 72,091 0,550 0,7069 3360,8685,916 579,275 75,362 0,551 0,7073 3826,9156,173 630,175 78,654 0,551 0,7076 4341,8336,431 684,855 81,925 0,551 0,7079 4913,4036,688 744,037 85,155 0,552 0,7083 5548,5086,945 808,582 89,496 0,547 0,7024 6314,4417,202 879,497 92,827 0,547 0,7028 7118,7187,459 957,921 96,136 0,547 0,7030 8027,4797,717 1045,160 100,615 0,543 0,6970 9139,0557,974 1142,604 105,222 0,538 0,6909 10414,3738,231 1251,634 109,919 0,533 0,6848 11882,1708,488 1374,085 113,348 0,533 0,6850 13447,2628,746 1512,465 119,660 0,523 0,6722 15541,4099,003 1667,976 124,736 0,518 0,6658 17813,666

21


Prognozni dijagram

0,0

2000,0

4000,0

6000,0

8000,0

10000,0

12000,0

14000,0

16000,0

18000,0

20000,0

8,000 10,000 12,000 14,000 16,000 18,000 20,000

V,čvo r

PB, kWT, kN

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

N

PB

T

PBNOR

N

Iz prognoznog dijagrama se očitava:

brzina broda V = 15,5 čvor

broj okretaja motora N= 105 min-1

3. Zaključak

Proračunom je dobiven promjer optimalnog brodskog vijka iz serije B4-55 koji iznosi

D = 6,62 m i zadovoljava uvjete za izbjegavanje kavitacije. Izabran je motor snage

P = 11300 kW i ima broj okretaja N= 105 min-1 . Na temelju očitanja iz prognoznog dijagrama

može se zaključiti kako je očitani broj okretaja jednak traženom broju okretaja glavnog

pogonskog motora. Međutim, očitana brzina broda je 15,5 čvor što je za pola čvora manje od

zadane početne brzine na pokusnoj plovidbi koja iznosi 16,0 čvor.

22

proračun brodskog vijka

Documents