Материал: Снижение затрат на ремонт и эксплуатацию теплохода проекта 1741А путем модернизации судовой энергетической установки и буксирного устройства

Напряжение сжатия

где    - упор гребного винта, создаваемый при номинальном режиме работы главных двигателей, определяемый по формуле

где     - номинальная мощность двигателя, кВт;

 - скорость хода судна, м/с;

 - к.п.д. линии валопровода и движителя.

Напряжение изгиба

где     - сосредоточенная нагрузка,

 - расстояние от опорыА до сосредоточенной нагрузки, м;

 - реакция на опореА,.

где     - длина пролета между опорами, м;

 - расстояние от опорыВ до сосредоточенной нагрузки, м;

 - распределенная нагрузка от собственной массы вала, кН/м.

где     - удельный вес стали, кН/м³.

Запас прочности относительно предела текучести материала вала

Условие прочности вала

.

.1.3    Проверочный расчет прочности гребного вала

Проверочный расчет гребного вала проводят для участка между опорами в дейдвудной трубе и консоли, на которой навешан гребной винт (Рисунок 2.2). Усилие от массы гребного винта G_в рассматривается как сосредоточенная нагрузка, приложенная в центре консоли. Расчёты выполняются также, как и для промежуточного вала.

Рисунок 2.2 - Расчетная схема для проверочного расчета статической прочности гребного вала

Напряжение кручения

где     - диаметр гребного вала, м;

- мощность передаваемая валом, кВт;

 - частота вращения гребного вала, мин^-1.

Напряжение изгиба от массы винта и консольной части вала

где    - сосредоточенная нагрузка от массы гребного винта, кН;

 - расстояние от опорыА до сосредоточенной нагрузки , м;

 - длина консольной части, м;

 - распределенная нагрузка от собственной массы вала, кН/м.

Интенсивность нагрузки вала собственной массой  и напряжения сжатия  подсчитываем, подставляя диаметр гребного вала.

где    - удельный вес стали, кН/м³.

Напряжение сжатия

где    - упор гребного винта, создаваемый при номинальном режиме работы главных двигателей, определяемый по формуле

где     - номинальная мощность двигателя, кВт;

 - скорость хода судна, м/с;

 - К.П.Д. линии валопровода и движителя.

Наибольшее нормальное напряжение в гребном валу

Общее расчетное напряжение

Запас прочности относительно предела текучести материала вала и общего расчетного напряжения выражается отношением

Условие выполняется.

2.1.4  Проверочный расчет на критическую частоту вращения гребного вала

Критическая частота вращения гребного вала при поперечных колебаниях определяется по приближенному методу Бринелля. Валопровод заменяют двухопорной балкой с одним свешивающимся концом (Рисунок 2.3).

Гребной винт расположен на консоли на расстоянии l₂ от центра опорыА в подшипнике кронштейна. Остальная часть вала до опорыВ, в дейдвудной трубе, имеет длину l₁. Предполагают, что каждый из пролетов l₁ и l₂ балки несет равномерно распределенную нагрузку, но с разными интенсивностями q₁ и q₂, при этом q₂ >q₁, что соответствует действительности.

Рисунок 2.3 - Расчетная схема для проверочного расчета критической частоты вращения при поперечных колебаниях вала: А - подшипник кронштейна; В - подшипник дейдвуда

Критическая частота вращения гребного вала рассчитывается по формуле

где    - длина гребного вала между серединами подшипников дейдвуда и кронштейна, м;

- длина гребного вала между серединами подшипника кронштейна и ступицы гребного винта, м;

- равномерная распределенная нагрузка на этих участках гребного вала от массы самого вала и гребного винта, кН/м;

- модуль упругости стали, кН/м²;

- экваториальный (осевой) момент инерции сечения вала относительно его оси, м⁴;

- ускорение свободного падения, м/с².

Нагрузка от массы вала, отнесенная к одному метру длины

где    - удельный вес стали, кН/м³;

 - диаметр гребного вала, м.

Нагрузка q₂ представляет суммарную равномерно распределенную нагрузку от массы гребного винта и гребного вала на участке l₂

где     - нагрузка от массы гребного винта.

Нагрузка от массы гребного винта может быть определена по формуле

где    - диаметр гребного винта, м;

- дисковое отношение винта.

Экваториальный момент инерции сечения вала относительно его оси равен

Критическая частота вращения гребного вала должна быть значительно больше номинального значения, при этом необходимый запас должен составлять не менее 20 %. Номинальное значение частоты вращения гребного вала принимаем 305,35 об/мин.

Условие выполняется.

.1.5    Проверочный расчет вала на продольную устойчивость

Проверку вала на продольную устойчивость производят при больших длинах пролетов между опорами и малом поперечном сечении вала. Она заключается в нахождении критической силы или критического напряжения, и оценке запаса устойчивости.

Валы судовоговалопровода лежат в подшипниках свободно. В таком случае проверяемый вал, находящийся в пролете, можно рассматривать как вращающийся стержень, свободно лежащий на двух шарнирных опорах и сжатый силой упора, создаваемого движителем (Рисунок 2.4). При расчете принимают следующие допущения: осевая сжимающая сила приложена к центру вала и сечение вала по длине пролета не меняется.

Рисунок 2.4 - Расчетная схема для проверочного расчета продольной устойчивости вала

Необходимость проверки вала на продольную устойчивость устанавливается в зависимости от гибкости вала

где    - полная длина гребного вала, м;

 - радиус инерции сечения гребного вала, м.

Если λ< 80, то вал считается жестким и дальнейшей проверке на продольную устойчивость не подлежит. Если λ ≥ 80, то его нужно проверить на продольную устойчивость по выражению

т.е. запас устойчивости вала должен быть не менее 2,5.

Критическая осевая сила

Максимальный упор гребного винта принимают равным

где     = 90 - упор гребного винта, создаваемый при номинальном режиме работы главных двигателей, кН.

.

По результатам расчета валопровода строятся таблицы.

Таблица 2.1 - Параметры ЭУ судна

Таблица 2.2 - Диаметр валов

Таблица 2.3 - Проверочный расчет прочности промежуточного вала