Курсовик по проектированию судов

 

 

Исходные данные на проектирование

Сухогрузные суда
№ варианта	Грузоподъёмность	Удельная погрузочная кубатура груза	Скорость хода	Дальность плавания	Автономность	Численность экипажа
	т	м3/т	узлы	мили	сутки	Чел.
		1,90	15,0
		1,95	15,5
		1,92	16,0
		1,98	16,5
		2,00	16,0
		2,00	17,0
		1,94	17,5
		2,20	18,0

 

 

Наливные суда (танкеры)
№ варианта	Грузоподъёмность	Плотность груза	Скорость хода	Дальность плавания	Автономность	Численность экипажа
	т	т/м3	узлы	мили	сутки	Чел.
		0,90	14,0
		0,93	14,5
		0,92	15,0
		0,85	15,5
		0,93	16,0
		0,85	16,0
		0,84	17,0
		0,84	18,0

 

 

Сухогрузные суда-прототипы
			С1	С2	С3	С4
Длина между перпендикулярами	Lпп	м	117,00	125,00	120,00	144,60
Ширина по КВЛ	B	м	15,80	17,80	17,80	22,20
Высота борта на миделе	H	м	7,50	11,40	9,80	13,40
Удельная грузовместимость судна по ген грузу	μг	м3/т	1,94	2,26	1,97	2,00
Осадка судна Tг1	Tг	м	4,50	7,21	6,54	8,28
Водоизмещение D	D	т	6370,00	10489,00	9950,00	17925,0
Коэффициенты теоретического чертежа
	δ		0,752	0,73	0,67	0,631
	β		0,967	0,975	0,981	0,972
	α		0,855	0,795	0,761	0,750
Положение центра величины
	xc	м	1,03	0,35	0,70	-0,16
	zc	м	2,35	3,37	3,45	4,46
Поперечный метацентрический радиус
	ρ	м	4,61	4,72	3,85	4,81
Масса по разделу "Корпус"	Pк	т	1851,00	3116,30	2592,70	4590,5
Масса по разделу "Устройства"	Pу	т	190,50	264,50	248,40	428,5
Масса по разделу "Системы"	Pс	т	77,30	165,20	127,30	241,7
Масса по разделу "Энергетическая установка"	Pэу	т	165,90	404,70	317,40	665,5
Масса по разделу "Электроэнергетическая система"	Pэл	т				146,4
Масса по разделу "Вооружение"	Pвр	т	5,80	8,50	5,40	7,4
Масса по разделу "Запасные части"	Pзч	т
Масса по разделу "Снабжение инвентарное"	Pин.сн	т	8,30	19,20	16,00	22,1
Масса по разделу "Постоянные жидкие грузы"	Pжг	т	43,50	91,92	68,00	135,0
Масса по разделу "Запас водоизмещения и остойчивости"	Pзв	т	26,00	100,00	30,00	64,0
Водоизмещение порожнём Dпор	Dпор	т
Координаты ЦТ судна порожнём
	xg пор	м	-8,94	-9,85	-7,87	-14,22
	zg пор	м	6,23	7,95	8,06	10,37
Масса по разделу "Экипаж, провизия, вода"	Pэк	т
Масса по разделу "Топливо, вода, масло"	Pтоп	т
Масса перевозимого генерального груза	Pгр	т
Масса балласта	Pбал	т	0,00	0,00	0,00	280,0
Скорость хода расчётная	vs	узлы	13,00	16,40	16,40	18,50
Мощность энергетической установки	N	кВт	2x1103
Тип энергетической установки		Дизель	Дизель	Дизель	Дизель	Дизель
Дальность плавания в милях	R	мили
Автономность	A	сутки

 

Наливные суда-прототипы
			Т1	Т2	Т3	Т4
Длина между перпендикулярами	Lпп	м	150,0	165,0	228,0	277,1
Ширина по КВЛ	B	м	21,4	25,3	32,2	45,0
Высота борта на миделе	H	м	11,2			25,4
Осадка по летнюю грузовую марку	T	м	8,5	10,4	13,63
Водоизмещение полное	D	т
Плотность перевозимого груза	ρг	т/м3	0,93	0,93	0,93	0,85
Коэффициенты теоретического чертежа в полном грузу
	δ		0,747	0,775	0,825	0,833
	β		0,813	0,993	0,996	0,993
	α		0,99	0,864		0,872
Положение центра величины
	xc	м	2,95	2,74	2,89	10,65
	zc	м	4,39	5,4	6,96	8,72
Поперечный метацентрический радиус	ρ	м	3,99	5,04	6,06	9,52
Масса по разделу "Корпус"	Pк	т
Масса по разделу "Устройства"	Pу	т
Масса по разделу "Системы"	Pс	т
Масса по разделу "Энергетическая установка"	Pэу	т
Масса по разделу "Электроэнергетическая система"	Pэл	т
Масса по разделу "Вооружение"	Pвр	т
Масса по разделу "Запасные части"	Pзч	т
Масса по разделу "Снабжение инвентарное"	Pин.сн	т
Масса по разделу "Постоянные жидкие грузы"	Pжг	т
Масса по разделу "Запас водоизмещения и остойчивости"	Pзв	т
Водоизмещение порожнём Dпор	Dпор	т
Масса по разделу "Экипаж, провизия, вода"	Pэк	т
Масса по разделу "Топливо, вода, масло"	Pтоп	т
Масса перевозимого груза	Pгр	т
Скорость хода расчётная	vs	узлы	16,6	15,1	15,3
Мощность энергетической установки	N	кВт
Тип энергетической установки			дизель	дизель	дизель	дизель
Дальность плавания в милях	R	мили

 

В исходных данных:

P_г – грузоподъёмность;

μ_г – удельная погрузочная кубатура груза (м³/т) – для сухогрузных судов;

ρ_г – плотность груза (т/м³) – для танкеров;

v – скорость хода в узлах;

R – дальность плавания в милях;

A – автономность по запасам провизии в сутках;

n_эк – численность экипажа.

 

 

D = Р_к + Р_у + Р_с + Р_эу + Р_эл + Р_в + Р_зч + Р_ин.сн + Р_жг + Р_зв + Р_гр + Р_т + Р_эк

 

Р_к = р_к D - масса корпуса;

Р_у = р_у D – масса устройств;

Р_с = р_сD^2/3 – масса систем;

Р_эу = р_эуN – масса энергетической установки;

Р_эл = p_элD^2/3 – масса электрооборудования;

Р_в = p_вD^2/3 – масса вооружения навигационного;

Р_зч = p_зчD – масса запасных частей;

Р_ин.сн = p_{ин сн}D – масса инвентарного снабжения;

Р_жг = p_жгD^2/3 – масса постоянных жидких грузов;

Р_зв = p_звD – масса запаса водоизмещения;

Р_гр – грузоподъёмность судна (масса полезного груза) – принимается в соответствии с заданием;

Р_т = k_мk_пq_тN·(R/v) – масса топлива, смазочного масла и котельной воды;

где k_м – коэффициент морского запаса,

k_п - коэффициент, учитывающий смазочное масло и котельную воду,

q_т – удельный расход топлива в т/(кВт·час).

Принимаем q_т = 0,00023 т/кВтчас

Принимаем k_м = 1,15

Принимаем k_п = 1,04

Массу одного члена экипажа с багажом принимаем равной 120 кГ. Сухой провизии на одного человека в сутки – 3 кГ. Питьевую пресную воду принимаем на 20 суток из расчёта – 150 литров на одного человека в сутки.

Р_эк = 0,120 n_эк + 0,003n_экА +0,150n_эк·20

Мощность главного двигателя определяем по формуле

N = (D^2/3·v³)/C

v – скорость хода, узл.

Значение адмиралтейского коэффициента проектируемого судна принимаем равным значению адмиралтейского коэффициента судна-прототипа (нолик в индексе указывает на прототип):

C = C₀ = (D₀^0,5·v₀^2,5)/N₀

Измерители масс разделов нагрузки пересчитываем с нагрузки судна-прототипа (нолик в индексе указывает на прототип):

р_к. = р_к.0 = Р_к.0 /D₀

р_у = р_{у 0} = Р_{у 0} /D₀

р_с = р_{с 0} =Р_{с 0} /(D₀)^2/3

р_эу. = р_эу.0 =Р_эу.0 /N₀

р_эл = р_{эл 0} =Р_{эл 0} /(D₀)^2/3

р_вр = р_{в 0} =Р_{вр 0} /(D₀)^2/3

p_зч = p_зч0 = P_зч.₀/D₀

p_инв.сн. = p_ин.сн.o = P_{ин сн 0}/D₀

р_жг = р_{жг 0} =Р_{жг 0} /(D₀)^2/3

Измеритель массы запаса водоизмещения ни в коем случае не пересчитывается с прототипа!!! Он принимается в пределах от 0,5 до 2,5% от полного водоизмещения, то есть p_зв = 0,005¸0,025.

Принимаем p_зв = 0,015

Теперь уравнение масс принимает следующий вид

D = р_к D + р_у D + р_сD^2/3 + р_эу(D^2/3·v³)/C + p_элD^2/3 + p_вD^2/3 + p_зчD + p_{ин сн}D + p_жгD^2/3 + p_звD + Р_гр + k_мk_пq_т[(D^2/3·v³)/C]·(R/v) + Р_эк

При этом всё, кроме D, нам известно. В правой части уравнения суммируем коэффициенты при D, при D^2/3 и суммируем независимые массы – Р_гр и Р_эк.

Переносим правую часть уравнения в его левую часть.

В результате уравнение принимает вид:

aD – bD^2/3 – ΣP_нез = 0

где a и b - численные коэффициенты, а ΣP_нез = Р_гр + Р_эк.

Решаем уравнение и получаем значение водоизмещения в первом приближении – D₁.

Полученное значение водоизмещения подставляем в формулы для расчёта масс и считаем нагрузку проектируемого судна – все массы, входящие в правую часть уравнения. Сумма масс, составляющих нагрузку, должна быть примерно равна D₁.

Мощность главного двигателя, как указано выше, определяем по формуле:

N = (D^2/3·v³)/C

Определение главных размерений и коэффициентов полноты

l = 4,47 + 0,06v – для сухогрузных судов;

l = 5,35 – для танкеров;

l = L/(V^1/3) → L = l·(V^1/3)

V = D/1,025

Fr = 0,514v/[(gL)^0,5]

δ = 1,09 – 1,68·Fr - для сухогрузных судов;

δ = 1,05 – 1,40·Fr - для танкеров;

α = 0,98δ^0,5

Для определения ширины, осадки и высоты борта нам понадобятся значения отношений В/Т и Н/Т. На этом этапе примем их такими, как у прототипа:

b_T = B/T = B₀/T₀;

h_T = H/T = H₀/T₀;

B = [(D·b_T)/(ρ_вkδL)]^0,5

T = B/b_T

H = T·h_T

Итак, мы определили водоизмещение, коэффициенты полноты, главные размерения и мощность главного двигателя проектируемого судна.

Теперь проверим результаты, подсчитав водоизмещение через главные размерения:

D = ρ_вkδLBT

Результат должен быть близок к значению D, полученному из уравнения масс. Разница не более 10 т.

 

 

Пример расчёта

Исходные данные:

Тип судна – сухогрузное.

P_г = 6000 т;

μ_г – удельная погрузочная кубатура груза (м³/т) – 2 м³/т;

v = 16,5 узлов;

R = 10000 миль;

A = 35 суток;

n_эк = 18 чел.

В качестве судна-прототипа выбираем С-3, т. к. его грузоподъёмность и скорость ближе всего к заданию.

Составляем уравнение масс в функции водоизмещения:

D = Р_к + Р_у + Р_с + Р_эу + Р_эл + Р_в + Р_зч + + Р_ин.сн + Р_жг + Р_зв + Р_гр + Р_т + Р_эк

Р_к = р_к D ;

Р_у = р_у D;

Р_с = р_сD^2/3;

Р_эу = р_эуN;

Р_эл = p_элD^2/3;

Р_в = P_в0 [1];

Р_зч = P_зч0;

Р_ин.сн = Р_ин.сн0 ;

Р_жг = p_жгD^2/3;

Р_зв = p_звD;

Р_гр;

Р_т = k_мk_пq_тN·(R/v);

Р_эк = 0,120 n_эк + 0,003n_экА +0,150n_эк·20

Определяем значения измерителей масс разделов нагрузки, пересчитывая их с нагрузки судна-прототипа:

р_к. = р_к.0 = Р_к.0 /D₀ = 2593/9950 = 0,2606;

р_у = р_{у 0} = Р_{у 0} /D₀ = 248/9950 = 0,0249;

р_с = р_{с 0} =Р_{с 0} /(D₀)^2/3 = 127/462,624 = = 0,2745;

р_эу. = р_эу.0 =Р_эу.0 /N₀ = 317/3603

= 0,088;

р_эл = р_{эл 0} =Р_{эл 0} /(D₀)^2/3 = 114/462,624 = = 0,2466;

р_жг = р_{жг 0} =Р_{жг 0} /(D₀)^2/3 = 68/462,624 = 0,147;

Измеритель массы запаса водоизмещения принимаем по ОСТу:

p_зв = 0,015;

Грузоподъёмность задана – 6000 т.

Масса экипажа с багажом, провизией и пресной водой:

Р_эк = 0,120 n_эк + 0,003n_экА +0,150n_эк·20 =

= 18·(0,120 + 0,003А + 0,150·20) = 58 т

Мощность главного двигателя определяем по адмиралтейской формуле:

N = (D^2/3·v³)/C

Значение адмиралтейского коэффициента С пересчитываем с прототипа:

C = C₀ = (D₀^0,5·v₀^2,5)/N₀ = = (9950^2/3·16,4³)/3603 = 566;

Тогда

N = (D^2/3·16,5³)/566 = 7,932·D^2/3;

При расчёте массы топлива, смазочного масла и котельной воды принимаем удельный расход топлива равным 0,00023 т/кВтчас:

Р_т = k_мk_пq_тN·(R/v) =

= 1,15·1,04·0,00023·N·(10000/16,5) =

= 1,15·1,04·0,00023·7,932·D^2/3·(10000/16,5) =

= 1,207· D^2/3.

Теперь уравнение выглядит так:

D = 0,2606·D + 0,0249·D + 0,2745·D^2/3 + + 0,088·7,932·D^2/3 + 0,2466·D^2/3 + 5 + 21 +

+ 16 + 0,147·D^2/3 + 6000 + 1,207· D^2/3 + 58.

 

D = 0,3005·D + 2,573·D^2/3 + 6100.

Переносим правую часть уравнения в его левую часть:

0,6995·D – 2,573·D^2/3 – 6100 = 0

Это окончательный вид уравнения. Решаем графическим методом.

Условно считаем, что грузовместимость проектируемого судна составляет 0,6 от водоизмещения. Тогда D = 10000 т. Подставляем это значение в уравнение и получаем почти -300 т. Увеличиваем значение D. Попробуем 10500 т. Получаем 10,57 т. Почти хорошо, но чуть многовато. Возьмём 10470 т Теперь маловато -8 т.

Наносим на график результаты расчётов для D=10500 т и D=10470 т, проводим соединяющую их линию. Точка её пересечения с осью D соответствует искомому значению водоизмещения:

D = 10483 т

Подставляем это значение вы уравнение и получаем 0.

 

Теперь подсчитаем массы всех разделов нагрузки:

Р_к = 0,2606·10483 = 2732 т;

Р_у = 0,0249·10483 = 261 т;

Р_с = 0,2745·10483^2/3 = 132 т;

Р_эу = 0,088·N = 0,088·3799 = 334 т;

N = (10483^2/3·16,5³)/566 = 3799 кВт;

Р_эл = 0,2466·10483^2/3 = 118 т;

Р_в = 5 т;

Р_зч = 21 т;

Р_ин.сн = 16 т ;

Р_жг = 0,147·10483^2/3 = 70 т;

Р_зв = 0,015·10483 = 157 т;

Р_гр = 6000 т;

Р_т = = 1,15·1,04·0,00023·N·(10000/16,5) = 578 т;

Р_эк = 58 т

Суммируем эти массы. Сумма даёт 10483 т, что совпадает с водоизмещением, полученным из уравнения масс. Такое совпадение получается далеко не всегда. Погрешность в несколько тонн (до 10 т) вполне допустима.

Определение главных размерений начнём с вычисления длины между перпендикулярами.

Для этого сначала подсчитаем относительную длину в функции заданной скорости хода:

l = 4,47 + 0,06v = 4,47 + 0,06·16,5 = 5,46

V = D/1,025 = 10483/1,025 = 10227 м³

L = l·(V^1/3) = 5,46·10227^1/3 = 118,52 м

Fr = 0,514v/[(gL)^0,5] = = 0,514·16,5/[(9,81·118,52)^0,5] = 0,249

δ = 1,09 – 1,68·Fr = 1,09 – 1,68·0,249 =

= 0,672;

α = 0,98δ^0,5 = 0.98·0,672^0,5 = 0,803

Для определения ширины, осадки и высоты борта нам понадобятся значения отношений В/Т и Н/Т. На этом этапе примем их такими, как у прототипа:

b_T = B/T = B₀/T₀ = 17,8/6,53 = 2,73

h_T = H/T = H₀/T₀ = 9,8/6,53 = 1,50;

B = [(D·b_T)/(ρ_вkδL)]^0,5 =

= [(10483·2,73)/(1,025·1,005·0,672·118,52]^0,5 = 18,66 м

T = B/b_T = 18,66/2,73 = 6,85 м

H = T·h_T = 6,85·1,50 = 10,27 м

Теперь проверим результаты, подсчитав водоизмещение через главные размерения:

D = ρ_вkδLBT =

= 1,025·1,005·0,672·118,52·18,66·6,85 =

= 10483 т

Полученный результат подтверждает правильность расчётов.

Теперь необходимо выписать полученные результаты:

D		т
L	118,52	м
B	18,66	м
T	6,85	м
H	10,27	м
δ	0,672
α	0,803
N		кВт