Проектирование судовых устройств

 
 

    1.2 Гидродинамический  расчет руля.

    Целью гидродинамического расчета руля является определение максимально действующих гидродинамических усилий, которые в дальнейшем используются для обоснования прочих размеров элементов рулевого устройства.

    Для рулей, изолированных от корпуса, величины гидродинамических коэффициентов может быть определены по следующим приближенным формулам. Результаты расчета приведены в таблице 1.2 
 

     – коэффициент сопротивления;

                   – коэффициент подъемной силы;

     – коэффициент момента;

                  – подъемная сила; 

     – сила профильного сопротивления;

                  – гидродинамический момент;

                  – нормальная сила.

    Результаты  вычислений представлены в таблице 1.2. 
 
 
 
 
 
 

    Таблица 1.2. Определение максимально действующих  гидродинамических усилий.

 

    По  результатам таблицы 1.2 на рис 2. построены графики зависимостей и .

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Рисунок 2 – Графики зависимости

и  

    1.3 Расчет гидродинамических сил и момента с учетом работы руля за корпусом судна.

    Для рулей, полностью погруженных в  воду, влияние свободной поверхности  воды очень мало, поэтому можно его не учитывать, т. е. .

    Учет  изменения гидродинамических характеристик  руля, вызываемого попутным движением  воды за корпусом судна, производится с помощью коэффициента

     ,

    где – коэффициент попутного потока;

      – для бортовых рулей;

      м³ – объемное водоизмещение судна;

      – коэффициент полноты  объемного водоизмещения;

     м – высота руля.

    Влияние гребного винта на работу руля можно  учесть коэффициентом

      при 

    Влияние свободной поверхности учитывается коэффициентом:

    Нормальную  силу на руле N_p и момент на баллере M_Б при работе руля за корпусом судна определяют по формулам

     кН

      кНм

    где – максимальные значения, снятые с рисунка 1.3. 

    1.4 Определение основных параметров и размеров элементов рулевого устройства.

    Баллер  может быть рассчитан как многоопорная балка на совместное действие изгиба и кручения. Расчетная схема для подвесного руля приведена на рисунке 4.

      
 
 
 
 
 
 
 
 

    Рисунок 3 – Расчетная схема подвесного руля

    Расчетный момент на совместное действие изгиба и кручения определяется по формуле

    

    где кНм – изгибающий момент в районе нижнего опорного подшипника;

     м;

      кНм – расчетный крутящий момент с учетом потерь на трение в опорах и сальнике баллера.

    Диаметр баллера в районе нижнего опорного подшипника

     ,

    где МПа – допустимое напряжение. 

    Диаметр баллера у румпеля

     см.

    Перо  руля с баллером соединяется с  помощью горизонтального фланца. Применяемые для соединения болты должны иметь суммарную площадь сечения не менее площади, определяемой по формуле

     см².

    Опорами баллера могут служить подшипники скольжения или качения. Высота втулки подшипника скольжения должна быть не менее

     см,

    где

                

    – условная реакция опоры  баллера  для подвесного руля;

      коэффициент зависящий от λ,

      – коэффициент для руля, расположенного в струе винта;

      км/ч – скорость судна  в грузу;

     м – расстояние между подшипниками баллера;

     МПа допустимое удельное давление для материала «сталь по бронзе», принимаемое по данным таблице 1.3[1].

    Полученная  расчетом высота должна быть не менее  :

     см;

    Так как условие не выполняется принимаем cм.

       1.5 Выбор рулевого  привода и рулевой машины

    При полученных значениях

     кНм;

     см

Выбираем рулевую  машину типа Р05М со следующей характеристикой:

    крутящий  момент 20 кНм;

    длительность перекладки руля не более 28 сек;

    габариты  мм;

    масса 725 кг. 

    Т.к  имеется 2-е рулевых машины, работающие независимо друг от друга, тогда запасной рулевой привод не требуется. 

    .   
 
 
 
 
 
 

    2. ЯКОРНОЕ УСТРОЙСТВО 

    2.1 Выбор якорей и  якорных цепей.

    Снабжение судов якорями и цепями производится в зависимости от величины якорной характеристики снабжения, которая определяется по формуле

    

    где – для судов c суммарной длиной надстроек и рубок, расположенных на всех палубах, превышающей половину длины судна .

     м, м, м – длина первого, второго яруса надстройки и длина рубки;

     м, м, м – высота первого, второго яруса надстройки и высота рубки.

    В соответствии с п.3.2.1-1[2] два носовых якоря Холла. Суммарная масса носовых якорей 850кг, суммарная длина цепей 200м

    Следовательно, масса каждого носового якоря равна 425 кг; длина цепи правого борта – 100 м, левого – 100 м; цепь с распорками обычной прочности (1 категории), калибр якорной цепи – 22мм. 

    Суммарная масса носовых якорей толкаемого состава должна определяться по формуле 

    

;

    Где:  L,B - размерения состава в плоскости ватерлинии;

             H – высота борта наибольшей из барж;

             l_r и h_r – длина и высота бокового силуэта груза на палубе;

              k = 0,5 – при перевозке сыпучих грузов;

              k_с=0,6 – для составов класса «О»

            

             А=0,09 – для составов класса «О»;

             z_n – возвышение центра парусности состава над поверхностью воды;

    

    где: S_i – площадь боковой проекции надводной части корпуса, надстроек и рубок барж и толкача состава типа (Т+I+I) на диаметральную плоскость;

    z_i – соответствующее отстояние центра тяжести площадей боковой поверхности корпусов, надстроек и рубок состава от поверхности воды. 

    Таблица   - Расчет возвышения центра парусности состава над поверхностью воды