Расчет гидравлической рулевой машины

 

3.2 Расчет гидродинамических сил, момента на баллере руля.

 

	Наименование величины	Обозначение	Единица измерения	Расчетная формула	Числовое значение
1	Коэффициент попутного потока			(0,22 0,26)	0,25
2	Коэффициент влияния корпуса на руль	K		=	0,563
3	Диаметр гребного винта	D	м	Задан	5,45
4	Площадь винта, омываемая потоком винта		м	=2,87*5,45	15,642
5	Скорость судна	v v	уз м/с	Задана 1856v/3600=1856*16/3600	16,0 8,249
6	Плотность забортной воды		кг/м	[4, табл. 4]	1025
7	Осевая скорость винта относительно воды	v	м/с	(1- ) v =(1-0,25)*8,249	6,187
8	Мощность, затрачиваемая на вращение винта	N	кВт	0,98 N =0,98*6610	6477,8
9	Упор винта	P	кН	= =0,6 0,7=0,65	510434
10	Коэффициент нагрузки винта по упору			=	1,115
11	Коэффициент влияния винта на руль	K		=	2,059
12	Угол поворота руля от среднего положения		град		5	10	15	20	25	30	35
13	Коэффициент сопротивления	C		[7, табл. 6.1]	0,03	0,04	0,06	0,09	0,17	0,27	0
14	Коэффициент подъемной силы	C				0,25	0,53	0,835	1,06	1,1	0
15	Коэффициент центра давления	C				0,23	0,245	0,265	0,285	0,365	0
16	Коэффициент нормальной силы	C		(см. приложение 1)	0	0,253	0,532	0,83	1,054	1,111	0
17	Отстояние центра давления от передней кромки руля	s	м	(см. приложение 1)	0	0,66	0,703	0,761	0,818	1,048	0
18	Коэффициент гидродинамического момента	C		(см. приложение 1)	0	0,058	0,13	0,22	0,3	0,406	0
19	Нормальная сила	N	кН	(см. приложение 1)	0	168,452	354,21	552,62	701,77	739,72	0
20	Гидродинамический момент относительно передней кромки руля	M	кН м	(см. приложение 1)	0	107,976	224,45	343,46	424,31	431,37	0
21	Гидродинамический момент относительно оси руля	M	кН м	(см. приложение 1)	0	-14,47	-15,178	8,041	50,492	223,06	0
22	Коэффициент нормальной силы на заднем ходу	C		(0,7 0,8) C =0,75 C (см. приложение 1)	0	0,19	0,399	0,623	0,791	0,833	0
23	Отстояние центра давления от задней кромки руля на заднем ходу	S	м	(0,3 0,35)b=0,325 b=0,325*2,87	0,933
24	Гидродинамический момент на заднем ходу судна	M	кН м	(см. приложение 1)	0	8,121	17,055	26,63	33,811	35,606	33,939
25	Гидродинамический момент для расчета	M	кН м	Принимается равным M (вся строка), если , или M (вся строка), если >	0	-14,47	-15,178	8,041	50,492	223,063	141,796
26	Крутящий момент на баллере с учетом дополнительных внешних нагрузок	M	кН м	(1,1 1,2) M (см. приложение 1)	0	-19,47	-20,422	10,819	67,937	300,132	190,786
27	Момент на баллере руля с учетом трения в боковых опорах баллере и пяте руля	M	кН м	(1,15 1,2) M (см. приложение 1)	0	-16,93	-17,758	9,408	59,076	260,984	165,901

 

 

3.3 Расчет рулевого привода, мощности  насоса.

 

	Наименование величины	Обозначение	Единица измерения	Расчетная формула	Числовое значение
1	Диаметр баллера		м	,	0,301
2	Начальный радиус румпеля		м	=1,25*0,301	0,375
3	Давление масла в цилиндре привода		МПа		17
4	Число пар цилиндров привода				2
5	КПД привода			[7, рис. 6.6]	0,28  0,54  0,67  0,75  0,77  0,775  0,77
6	Диаметр плунжера		м		0,146
7	Ход плунжера при перекладки руля с борта на борт		м	= =1,277*0,375	0,433
8	Объем масла, подаваемый в цилиндры рулевого привода при перекладке руля с борта на борт	V	м	=2*3,14*(0,132^2)*0,427/4	0,014
9	Время перекладки руля с борта на борт	t	с		28
10	Подача насоса	q	м /с	=	5,8
11	Радиус румпеля при значении угла поворота угла		м	(см. приложение 2)	0,375	0,376	0,381	0,388	0,399	0,414	0,433
12	Нормальная сила давления на цапфу румпеля	Q	кН	(см. приложение 2)	0	-25,891	-26,801	13,942	85,134	362,478	220,307
13	Сила давления на цапфу вдоль оси плунжера	Q	кН	(см. приложение 2)	0	-25,792	-26,394	13,467	80	328,517	190,791
14	Сила давления масла на плунжер		кН	(см. приложение 2)	0	-47,763	-39,394	17,956	103,896	423,893	247,781
15	Давление масла в цилиндре при значениях угла поворота руля		МПа	(см. приложение 2)	0	-2,853	-2,353	1,073	6,206	25,321	14,801
16	Давление масла в цилиндре с учетом подпитки		МПа	(см. приложение 2)	0,25	-2,603	-2,103	1,323	6,456	25,571	15,051
17	Давление нагнетания насоса с учетом сопротивления напорного трубопровода		МПа	(см. приложение 2)	0,04	-2,813	-2,313	1,113	6,246	25,361	14,841
18	Давление всасывания насоса с учетом давления подпитки и сопротивления сливного (всасывающего) насоса		МПа	0,25-0,025	-1,25
19	Давление насоса	P	МПа	(см. приложение 2)	1,29	-1,563	-1,063	2,363	7,496	26,611	16,091
20	Мощность насоса	N	кВт	(см. приложение 2)		-2,924	-1,666	6,23	16,103	39,575	12,962
21	КПД насоса			[1, рис. 149,а]	0	0,31	0,37	0,22	0,27	0,39	0,72
22	Мощность электродвигателя		кВт	(см. приложение 2)	32

 

 

3.4 Построение характеристик

 

Зависимость крутящего момента на баллере от угла поворота руля

 

 

 
Зависимость давления масла в цилиндре от угла поворота руля

 

 

 
Зависимость мощности насоса от угла поворота

 

 

 
Глава 4 Указание по эксплуатации рулевой машины.

 

В течении 12 часов до выхода судна из порта рулевая машина должна быть подготовлена к действию, проверена в работе и испытана в соответствии с требованиями СОЛАС. При этом следует руководствоваться фирменными инструкциями по эксплуатации и действующими руководящими техническими материалами. Проверку и испытание выполняют лица командного состава, занятые эксплуатацией и обслуживанием ГРМ. При подготовке к действию, проверках и испытаниях рулевых машин следует обращать особое внимание на следующее: лёгкость перемещения золотников и отсутствие их заеданий, перекосов и больших люфтов в соединениях; с управляющими валиками; состояние поверхности золотников и их уплотнений; лёгкость проворачивания вручную валов насосов регулируемой подачи при их нулевом эксцентриситете; срабатывания стопорных храповиков или гидрозамков; уровня рабочей жидкости в расширительных баках, положение запорных клапанов. Не должно быть нехарактерных шумов и стуков, наружных утечек рабочей жидкости; скачков и задержек руля при его перекладке, а также автоколебаний управляющих валиков приборов ИМ, золотников гидроусилителей, скользящих блоков радиально-поршневых насосов и руля.

Рулевые машины должны быть хорошо отрегулированы. Показателями качества регулирования являются: наибольшая точность установки руля в заданном положении, определяемая разностью заданного и фактического углов перекладки (достаточная точность ± 0,50 при углах перекладки руля ±100); минимального рассогласования нулевых положений насосов (не более 0,50 изменение положения руля при переключении насосов); ограниченный ( не более 10% номинального) люфт на управляющем органе главного насоса; небольшая общая зона нечувствительности системы управления; минимальная скорость сползания руля в режиме «Простой»; отсутствие автоколебаний.

Во время хода судна вахтенный механик, принимая вахту, обязан осмотреть румпельное отделение и рулевую машину, а вахтенный моторист должен осматривать их два раза за вахту. При этом следует обращать внимание на следующее: наличие смазочного масла на трущихся деталях, в прессмаслёнках и смотровых стёклах редукторов; состояние регулирующих и стопорных устройств; соответствие показателей положения руля; температуру (должна быть не ниже 50С зимой) и относительную влажность румпельного помещения (не более 85%).

Особое внимание следует обращать на уровне рабочей жидкости в расширительных баках, показания манометров гидравлических контуров; плавность перекладок руля; не должно быть перегрева рабочей жидкости и наружных утечек; характерных шумов и стуков  в насосах и механических соединениях рулевого привода, а также автоколебаний деталей и узлов ГРМ.

При обнаружении существенных отклонений от спецификационных параметров и показателей работы рулевой машины вахтенный механик обязан постоянно наблюдать за её работой, доложить об этом старшему механику и сделать соответствующую запись в журнале.

В течении вахты механик должен периодически контролировать исправность действия рулевой машины по показаниям имеющихся на пульте управления приборов и систематизаторов.

Перед подходом к районам, плавание в которых требует особой осторожности, должна быть проверена исправность действия дистанционного управления рулевой машины на ручных режимах работы. В этих районах должны быть приведены в действие оба насоса, если они могут надёжно работать одновременно.

В случае отказа одного из насосов переход на другой выполняет вахтенный помощник капитана на имеющихся постах управления, а вахтенный механик при этом обязан принять меры по выяснению и устранению причин отказов, доложив о случившемся старшему механику.

Переходы с работы одного насоса на другой в обычных условиях должны выполняться после предупреждения об этом вахтенного механика, который обязан контролировать при этом исправность действия по показаниям имеющимся на пульте управления приборов и сигнализаторов.

В случае отказа всех систем дистанционного управления осуществляется переход на управление «Местный».

После окончания швартовых операций и снятия готовности, рулевую машину надо остановить и осмотреть, обратив особое внимание на отсутствие перегрева и утечек рабочей жидкости, нормальный её уровень в расходных баках и нейтральное положение управляющих органов системы управления и насосов. Перо руля должно быть установлено в диаметральной плоскости.

При эксплуатации ГРМ, которой присуще «сползание руля», в режиме управления «Простой», следует установить на посту управления режим «Следящий».

 

 

ВЫВОД: В ходе курсового проекта была рассчитана четырехплунжерная гидравлическая рулевая машина для судна дедвейтом (Dw) 12400т, мощностью главного двигателя (Ne) 6610кВт, длиной (L) 135,5м, осадкой (T) 9,35м, диаметром гребного винта (D) 5,4м и скоростью (V) 16,0 узлов. Данная ГРМ имеет 2 пары цилиндров привода, давление масла (Р) 17 МПа, давление насоса (Рн) 17 МПа, мощность насоса (Nн) 16,091 кВт (при =0,72),а также мощность электродвигателя (Ne) 32кВт(при =0,72), время перекладки полностью погруженного руля или полностью погруженной поворотной насадки с 350 одного борта на 300 другого борта при максимальной скорости переднего хода, относящегося к этой осадке за время не более 28 с. при параметрах, не превышающих номинальных параметров привода. ГРМ соответствует требованием РМРС.

 

Список используемой литературы:

 

1. Завиша В.В., Декин Б.Г.

    «Судовые вспомогательные  механизмы и системы»

     Москва, Транспорт, 1984

2. «Правила классификации и постройки морских судов»

     Санкт-Петербург, Российский  Морской Регистр Судоходства, 2008

3. «Правила технической эксплуатации судовых технических средств»

     Санкт-Петербург, ЗАО ЦНИИМФ, 1997

4 Справочник по судовым устройствам

    Ленинград, Судостроение, 1975

5. Харин В.М., Декин Б.Г., Занько О.Н., Писклов В.Т.

    «Судовые вспомогательные  механизмы и системы»

    Москва, Транспорт, 1992