Автоматизированное проектирование валопровода

Комплекс программ WALOPROWOD включает три базовых модуля: WAL_RAZM, WALOPR, KOEFF. Определение прочных размеров валопровода по формулам Регистра, конструирование валопровода и проработка расположения конкретного двигателя в МКО производятся с помощью базового модуля WAL_RAZM. Этот модуль может работать автономно или в сочетании с рассмотренными ранее модулями выбора двигателя. В последнем случае исходные данные в модуль WAL_RAZM передаются автоматически.

Для автономного применения модуля WAL_RAZM следует подготовить данные в соответствии с табл.4.4. В табл.4.4 заданы следующие переменные, оказывающие влияние на характеристики валопровода: NEL – эффективная мощность двигателя на режиме спецификационной МДМ, кВт; NL – частота на режиме спецификационной МДМ, об/мин; P – упор винта на режиме испытания судна на скорость, кН; LAP – длина ахтерпика, м. Если эта длина неизвестна, то можно задать LAP равной длине судна, в этом случае будет применена аппроксимирующая зависимость длины ахтерпика в функции длины судна в соответствии с рис.4.2; LGD – длина главного двигателя, м; DW – диаметр винта, м; TET – дисковое отношение винта; BGR – предел длительной прочности материала гребного вала, МПа; BPR – то же для материала промежуточного вала, МПа; BBO – то же для материала соединительных болтов, МПа; LU – код класса ледового усиления. Предусмотрены следующие 8 значений LU: 0 – без ледовых усилений, 1 – Л3, 2 – Л2, 3 – Л1,4 – УЛ, 5 – УЛА, 6 – средний вал ледокола, 7 – бортовой вал ледокола; SMD – код смазки дейдвуда: 1 – масло, 2 – вода; JW – наличие шпонки гребного вала: 1 – есть, 2 – нет; ZB – число болтов фланца промежуточного вала; TKS – код турбокомпаундной системы: 0 – нет, 1 – есть и работает на винт, 2 – есть и работает на дизель-генератор; TWG – код наличия валогенератора: 0 – нет, 1 – есть; SXW – код схемы валопровода, численно равный числу опор в дейдвудной трубе. Если это число неизвестно проектировщику, то следует задать SXW = 0. В этом случае будет проанализирована возможность размещения в дейдвудной трубе одной или двух опор и решение будет принято программой. Этот анализ распростра­няется и на задание проектировщика (1 или 2). Если последнее ошибочно, то оно корректируется.

Таблица 4.4

Файл WAL_RAZM.DAT – данные для программы WAL_RAZM

№	Наименование переменной	I	R	Значен.
	Мощность на спецификац. режиме	NEL	кВт	7840.58
	Частота на спецификац. режиме	NL	об/мин	123.24
	Упор винта на специфик. режиме	P	кН	1029.25
	Длина ахтерпика (>50.– L пп)	LAP	м	174.80
	Длина главного двигателя	LGD	м	7.06
	Диаметр винта	DW	м	6.02
	Дисковое отношение винта	TET	–	0.75
	вр материала гребного вала	BGR	МПа	500.00
	вр материала промежуточного вала	BPR	МПа	550.00
	вр материала соединительн. болтов	BBO	МПа	600.00
	Код класса ледового усиления	LU	–
	Код смазки дейдвуда	SMD	–
	Наличие шпонки гребного вала	JW	–
	Число болтов фланца промеж. вала	ZB	–
	Схема турбокомпаундной системы	TKS	–
	Наличие валогенератора	TWG	–
	Схема валопровода	SXW	–

В табл.4.5 приведены результаты расчета модели WAL_RAZM.EXE с данными из табл. 4.4.

Таблица 4.5

Результаты расчета геометрии валопровода

№	Наименование переменной	I	R	Значен.
	Диаметр промежуточного вала	DPR	м	0.4000
	Диаметр гребного вала	DGR	м	0.5200
	Диаметр упорного вала	DUP	м	0.4220
	Толщина облицовки гребного вала	SOB	м	0.0226
	Длина ахтерпика	LAP	м	6.7862
	Длина гребного вала	LGW	м	8.7562
	Длина консоли	LK	м	1.1960
	S длина промежуточных валов	LPS	м	7.9822
	Длина промежуточного вала	LPR	м	7.9822
	Число опор валопровода	ZOP	–	5.0000
	Число опор промежуточного вала	ZPR	–	1.0000
	Расстояние между опор гребн. вала	LMG	м	4.4462
	Минимально допустимое расстояние	LG1	м	3.9661
	Максимально допустимое расстояние	LG2	м	10.0955
	Расстояние между опор промеж. вала	LMP	м	3.9911
	Минимально допустимое расстояние	LP1	м	3.4785
	Максимально допустимое расстояние	LP2	м	8.8544
	Толщина фланца гребного вала	TFG	м	0.1300
	Толщина фланца промежуточн. вала	TFP	м	0.0800
	Диаметр соединительных болтов	DB	м	0.0500
	Диаметр гребного винта	DGW	м	6.0210
	Диаметр ступицы гребного винта	DST	м	1.2042
	Длина ступицы гребного винта	LST	м	1.0400
	Масса гребного винта	GGW	т	21.374
	Длина главного двигателя	LGD	м	7.0600
	Ремонтный габарит гребного вала	LRE	м	7.8263
	Длина МКО	LMK	м	18.3162

Модель WAL_RAZM.EXE кроме того подготавливает данные для расчета прочности и колебаний валопровода. Эти данные – файл WALOPR.DAT представлен в табл. 4.6.

Таблица 4.6

№ пп	Данные для проверочного расчета
	21373.9 1.196 8000.0 5 123.
	0.52000 0.20800 4.44625 0.10000 0.00000
	0.40000 0.16000 5.26556 0.10000 0.00000
	0.40000 0.16000 3.99112 0.10000 0.00000
	0.42195 0.16878 2.34856 0.10000 0.00000
	1029.25 7840.58 5
	196200.000 6.021 0.750 1.000

В табл.4.6 приведены следующие данные, разделенные пробелами и расположенные построчно:

Строка 1: масса гребного винта, кг; длина консоли гребного вала; плотность материала винта, кг/м³; число опор валопровода; частота на расчетном режиме;

Строка 2 – 5: характеристики пролетов валопровода в такой последовательности: наружный диаметр, диаметр 40% расточки; длина пролета; расстояние от левой опоры пролета до массы на пролете (здесь сосредоточенные массы отсутствуют). В строке 2 приведены характеристики гребного вала; в строках 3 – 4 характеристики промежуточного вала; в строке 5 – характеристики упорного вала;

Строка 6: упор и мощность передаваемые валопроводом, число лопастей гребного винта (не должно совпадать с числом цилиндров в ряд);

Строка 6: модуль упругости материала валов; диаметр винта и его дисковое отношение; коэффициент податливости опор валопровода.

Ниже приведены результаты расчета прочности валопровода, полученные с помощью модели WALOPROW.EXE и данных из табл.4.6. Сначала выполняется контрольная печать исходных данных. В табл. 4.7 приведены опорные моменты и реакции.

Таблица 4.7

M, кНм	R, кН
-228.579	283.203
5.293	-5.245
-23.990	48.794
-4.415	22.557
-4.146	10.706

Путем суммирования массы отдельных элементов валопровода определяется масса валопровода GW= 36711., которая сравнивается с суммой сил на опорах GS= 36699. В данном случае имеет место расхождение вследствие отрицательного значения реакции второй опоры. Рассчитывается напряжение в расчетном сечении s= 117.365 МПа.

Далее рассчитываются частоты возмущающих сил – NB= 123.0 NL= 615.0 и собственных колебаний консольного участка и пролета наибольшей длины – NSG= 691.6 NSPR= 1806.6.

Расхождение лопастной частоты NL и собственной частоты консольного участка NSG менее 12%, что опасно с точки зрения резонанса. От этого явления можно избавиться, увеличив диаметр гребного вала, при этом может исчезнуть отрицательная реакция второй опоры или применив 4-х лопастной винт, его лопастная частота составляет 492 кол/мин. Это безопасно по резонансу.

Увеличим в файле WALOPR.DAT диаметр гребного вала до 0.57 м, и снова выполним расчет по модели WALOPROW.EXE. Данные после усиления гребного вала представлены в табл.4.8.

Таблица 4.8

№ пп	Данные для проверочного расчета
	21373.9 1.196 8000.0 5 123.
	0.57000 0.20800 4.44625 0.10000 0.00000
	0.40000 0.16000 5.26556 0.10000 0.00000
	0.40000 0.16000 3.99112 0.10000 0.00000
	0.42195 0.16878 2.34856 0.10000 0.00000
	1029.25 7840.58 5
	196200.000 6.021 0.750 1.000

Таблица 4.9

M, кНм	R, кН
–230.981	293.440
–2.640	5.435
–21.551	46.002
–5.261	23.921
–3.723	10.166

В табл. 4.9 приведены опорные моменты и реакции. Все опорные моменты отрицательные, а все опорные реакции положительны. Одновременно увеличились собственные частоты NSG= 832.7 NSPR= 1806.6 и отклонение от резонансной зоны превышает 26%.

Базовая модель KOEFF предназначена для определения коэффициентов влияния вертикальных перемещений опор валопровода на изменение их реакций. Исходные данные этого модуля унифицированы с данными модели WALOPR.DAT – табл.4.6. Монтаж опор для выравнивания их реакций здесь не рассматривается, так как это технологическая проблема.

Программный комплекс WALOPROWOD в составе трех базовых модулей WAL_RAZM, WALOPR и KOEFF может быть использован также для проектирования валопровода установок со среднеоборотными и высокооборотными ДВС и для двух и более вальных установок. Исходные данные в форме табл.4.4 и 4.6 должны быть подготовлены проектировщиком самостоятельно в соответствии с инструкциями для их подготовки.

Дата добавления: 2015-08-13