МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет Кафедра «Гидравлика» СУДОВЫЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ Методические указания к практическим занятиям М и н с к Б Н Т У 2 0 1 2 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет Кафедра «Гидравлика» СУДОВЫЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ Методические указания к практическим занятиям для студентов специальности 1-37 03 02 «Кораблестроение и техническая эксплуатация водного транспорта» М и н с к Б Н Т У 2 0 1 2 УДК 656.61(076.5)(075.8) ББК 39.42-04 С89 С о с т а в и т е л и : И. В. Качанов, В. К. Недбальский Р е ц е н з е н т ы : канд. техн. наук, доцент кафедры «Сопротивление материалов машиностроительного профиля» А. А. Хмелёв, канд. техн. наук, доцент кафедры «Гидравлика» В. В. Кулебякин Предлагаемые методические указания предназначены для сту- дентов специальности 1-37 03 02 «Кораблестроение и техническая эксплуатация водного транспорта» и содержат разделы программы дисциплины «Судовые устройства и системы», относящиеся к рас- четам рулевого устройства и моментов, действующих на руль, а также к гидравлическому расчету пожарной системы водотушения, которые могут быть рассмотрены при проведении практических занятий. © Белорусский национальный технический университет, 2012 4 В в е д е н и е Методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Судовые устройства и системы» предназначены для студентов дневной и заочной форм обучения специально- сти 1-37 03 02 «Кораблестроение и техническая эксплуатация водного транспорта». Судовые устройства служат для обеспечения необходимых эксплуатационных и нави- гационных качеств судна. Работа судовых систем обеспечивает живучесть судна, т. е. без- опасность плавания и необходимые условия обитаемости. В методических указаниях изложены примеры расчета рулевого устройства и момен- тов, действующих на руль, а также пример гидравлического расчета пожарной системы водотушения. Методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Судовые устройства и системы» предназначены в первую очередь студентам заочной формы обучения по специ- альности «Кораблестроение и техническая эксплуатация водного транспорта», а также бу- дут полезны студентам-дипломникам и инженерам водного транспорта при выполнении расчетов моментов, действующих на руль, и гидравлических расчетов пожарных систем водотушения. 1. РУЛЕВОЕ УСТРОЙСТВО 1.1. Основные зависимости Руль рассчитывают как крыло в потоке воды за корпусом судна (рис. 1.1). Рис. 1.1. Руль судна в потоке Введя обозначения: pυ , υ – скорость набегания воды на руль и скорость хода судна; Sp – площадь пера руля (проекции пера на вертикальную плоскость его симметрии); 5 yF , xF – нормальная к диаметральной плоскости (ДП) судна поперечная сила и про- фильное сопротивление – сила, параллельная скорости набегания потока; nF , tF – нормальная сила, перпендикулярная плоскости симметрии руля, насадки и т. п., и тангенциальная сила, лежащая в плоскости симметрии; Mp, M – момент гидродинамических сил соответственно относительно оси вращения руля и относительно передней кромки пера; b = Sp / L – средняя ширина руля; L – размах (высота) пера руля; pX – абсцисса центра давления; bxk /б= – коэффициент компенсации руля, можно записать следующие зависимости:              =−=−= ⋅⋅ ⋅ ⋅=⋅⋅ ⋅ ⋅= ⋅ ⋅ ⋅=⋅ ⋅ ⋅= ⋅ ⋅ ⋅=⋅ ⋅ ⋅= . ; 2 υp ; 2 υ ; 2 υ ; 2 υ ; 2 υ ; 2 υ p 22 22 22 b x k; CCCk)(C C C bSCMbS p CM S p CFS p CF S p CFS p CF p pnmnM pmp p mp p p ttp p nn p p xxp p yy (1.1) Связь между коэффициентами yC , xC и nC , tC устанавливается формулами (1.1). Зна- чения коэффициентов подъёмной силы yC , профильного сопротивления xC , нормальной nC и тангенциальной tC сил, момента mC , центра давления pC определяют в функции угла от угла атаки α (здесь pα ) по кривым продувок (рис. 1.2–1.4). Рис. 1.2. Кривые продувки крыла 6 Рис. 1.3. Кривые продувки крыла Рис. 1.4. Кривые продувки крыла Кривые строятся для крыльев различных форм, профилей, относительных размахов b t =α и толщин b t =δ . Нередко коэффициенты изображают в виде зависимостей от λ, нанося на график серию кривых для различных углов α (рис. 1.5). При наличии только одной пары проекций силы R другую пару определяют по уравне- ниям        ⋅−⋅= ⋅+⋅= ⋅+⋅= ⋅+⋅= .αsinαcos ;αsinαcos ;αsinαcos ;αsinαcos yxt yyn yxt xyn CCC CCC FFF FRF (1.2) 7 Рис. 1.5. Кривые продувки рулей Расчётный момент на баллере руля δ max δ η рМ М = , (1.3) где δη – коэффициент, учитывающий потери на трение в подшипниках руля и баллера; у простых рулей δη = 0,99–0,95, у полуподвесных δη ~0,85. 1.2. Примеры решения типовых задач З а д а ч а 1 . 1 . Найти наибольшее значение поперечной силы, развиваемой на обтека- емом руле с 1=b м, 23,1λ = , 172,0δ = , при скорости набегания воды 8 м/с. Вода морская; кривые продувок – см. рис. 1.3. Р е ш е н и е Поперечная (подъёмная) сила вычисляется по формуле 8 p 2 p 2 υ S p CF yy ⋅ ⋅ ⋅= . Кривая продувки )α(yC на рис. 1.3 показывает, что максимальную подъёмную силу руль развивает при повороте на угол о25α = , когда 92,0=yC . Площадь пера руля 23,1123,1λ 22p =⋅=⋅=⋅= bLbS м 2. Таким образом, 3765023,181040 2 192,0 2 =⋅⋅⋅⋅=yF H. Задача 1.2. Для руля, описанного в предыдущей задаче, определить момент на баллере при о25α = , если ось вращения отстоит от передней кромки пера на 0,260 м. При- нять 93,0ηб = . Р е ш е н и е Из формул (1.1) и (1.2) bS p kССММ рnр ⋅⋅ ⋅ ⋅−⋅⋅=⋅= p 2 p бб б 2 υ )( η 1 η 1 . С кривых на рис. 1.3 при α = 25° снимаем Cy = 0,92, Cx = 0,45, Cp = 0,325. Согласно формуле (1.3) 02,1422,045,0906,092,0αsinαcos =⋅+⋅=+⋅= xyn CCC . Коэффициент компенсации 26,0 0,1 26,0б === k xk . Момент на баллере 8,291123,18104 2 1)260,0325,0(02,1 93,0 1 2 б =⋅⋅⋅⋅⋅−⋅⋅=М кгс·м. 1.3. Задачи 1.1. Какую наибольшую поперечную силу развивает руль высотой 7 м, площадью pS при скорости набегания воды на перо, равной 3, 12, 18 уз? Вода морская; кривые продувки пера даны на рис. 1.5; pS = 20; 22; 24; 26; 28 м 2. 1.2. Какую наибольшую поперечную силу развивает руль речного теплохода (кривые продувок показаны на рис. 1.5), имеющий площадь 6 м2 при высоте 4, 2,5 и 1,5 м? рυ = 10; 11; 12; 13; 14 м/с. 1.3. Определить наибольшую подъёмную силу на руле одновинтового морского судна, идущего со скоростью sυ , при ширине руля 2,2 м, относительном размахе λ = 1,5, диамет- 9 ре гребного винта 5,3 м (на эту высоту руль попадает в струю винта), упоре винта 10 000 кгс, δ = 0,780. Кривые продувок пера без шайб – см. рис. 1.4; sυ = 15,5; 16,0; 16,2; 16,7; 17,1 уз. 1.4. Для руля, описанного в предыдущей задаче, вычислить момент на баллере, отвеча- ющий наибольшей подъёмной силе, если бη = 0,94 и ось баллера отстоит от передней кромки пера на 0,270 м. 1.5. Для руля речного теплохода площадью 5,76 м2, шириной 2,40 м, осью, отстоящей от передней кромки пера на 0,47 м, построить, используя кривые продувок (рис. 1.5), кривую зависимости момента на баллере от угла перекладки руля; сравнить значения моментов при α = 15; 30 и 44; бη = 0,95; скорость набегания воды на руль рυ = 5,2; 5,6; 6,0; 6,3; 6,6 м/с. 1.6. Для данных предыдущей задачи подсчитать наибольшую нормальную силу, возни- кающую на руле. 1.7. Для руля, описанного в задаче 1.5, вычислить момент на баллере при угле пере- кладки 40° и k = 0; 0,15; 0,30. 1.8. Найти подъемную силу и профильное соединение руля речного судна при повороте пера на 20°. Ширина пера руля 1,40 м, относительный размах 1,5, скорость набегания воды на руль 6,1 м/с. 1.9. Для руля морского судна, кривые продувки которого даны на рис. 1.3, определить момент на баллере после поворота на угол, отвечающей наибольшей подъёмной силе. Высота руля 4,0 м, скорость набегания потока на руль 8 м/с, ось вращения отстоит от пе- редней кромки на 0,55 м. 1.10. Вычислить момент на баллере руля ( бη = 0,92) морского двухвинтового судна при площади пера 12,3 м2 (один руль), угле перекладки 35° на переднем и заднем ходу. Коэффи- циент компенсации k = 0,20, λ = 2, диаметр гребного винта 4,2 м (определяет площадь вS ) δ = 0,740, упор винта 14 тс; υ = 17; 18; 19; 20; 21 уз. Профиль НЕЖ – 20 (рис. 1.5) 3υ = 0,6 υ . 1.11. Определить момент на руле описанного в предыдущей задаче судна, когда оно движется на циркуляции со скоростью 11 уз с углом дрейфа 8,5° и α = 35°. 1.12. Определить опорный момент на руле судна, описанного в задаче 1.10, при изме- нении направления циркуляции, если руль переложен на противоположный борт на 35°, угол дрейфа 8,5°, скорость судна на циркуляции 11 уз. 1.13. Вычислить момент на баллере ( бη = 0,93) руля площадью 8,3 м 2, высотой 4,17 м с коэффициентом компенсации 0,27 при угле перекладки 28° и υ = 19 уз. Руль целиком в струе винта; диаметр винта 4,5 м, его упор 9400 кгс; δ = 0,780, судно одновинтовое. Срав- нить со значениями момента, вычисленным и без учёта влияния корпуса судна и винта. Кривые продувки руля – см. рис. 1.5. 10 2. СИСТЕМА ВОДОТУШЕНИЯ 2.1. Назначение системы водотушения Противопожарная водяная система или система водотушения (СВ) предназначена для тушения пожара струями воды. Помимо прямого назначения система может обеспечивать забортной водой: – системы водяного орошения, водораспыления, водяных завес, спринклерную и бал- ластную; – эжекторы осушительной и водоотливной систем; – трубопроводы охлаждения механизмов. Кроме того, СВ обеспечивает подачу воды для промывки фекальных цистерн, обмывки якорных целей и смыва палубы. Каждое судно должно иметь СВ, состоящую из пожарных насосов, пожарной маги- страли с пожарными рожками, заборных трубопроводов с приемными кингстонами, раз- общительной арматуры, контрольно-измерительной аппаратуры и пожарных рукавов со стволами. 2.2. Основные требования, предъявляемые к системе водотушения 1. Давление в пожарной магистрали не должно превышать 1 МПа (10 атм). 2. Минимальное давление на выходе из ствола должно быть в пределах 0,2–0,28 МПа. 3. Расход воды через ствол должен быть не менее 10 м3/час. 4. В закрытых помещениях пожарные рожки устанавливаются на расстоянии 20 м, в открытых – в 40 м друг от друга. 5. Стандартные диаметры насадок – 12, 16, 19 мм. Устройство и принцип действия системе водотушения Приведенная на рис. 2.1 принципиальная схема СВ содержит центробежный пожарный насос 5, закачивающий забортную воду в разветвленный трубопровод. Пожарный насос оснащен байпасным трубопроводом, на котором смонтирован невозвратно-запорный кла- пан 6, работающий в режиме предохранительного в случае увеличения давления за насо- сом выше допустимой величины. Рис. 2.1. Принципиальная схема водотушения: 1 – приемный патрубок; 2 – кингстон; 3 – клинкетная задвижка; 4 – фильтр; 5 – пожарный насос; 6 – невозвратно-поступательный клапан; 7 – концевой пожарный клапан (цифрами показана длина прямых участков труб в метрах) 11 Перед пуском насоса производится открытие кингстона 2 и клинкетной задвижки 3. После запуска насоса вода последовательно проходит через приемный патрубок 1, кинг- стон 2, клинкетную задвижку 3, фильтр 4 и поступает на лопасти насоса в пожарную ма- гистраль, от которой трубопроводы отходят к пожарным рожкам. 2.3. Задача Произвести гидравлический расчет системы водотушения, принципиальная схема ко- торой приведена на рис. 2.1. Рассчитать гидравлическую характеристику трубопровода. Осадка судна Т = 9 м. Высота расположения насоса от основной ватерлинии h0 = 2,5 м. Диаметр насадок пожарных стволов d0 = 19 мм. Давление у концевого клапана Рк = 0,32 МПа. Условный проход концевого клапана Dy = 65 мм. Длина шланга l = 10 м. Система в процессе эксплуатации обеспечивает расходы Q3, Q8, Q10. Допустимая скорость V0 = 3 м/с. Абсолютная шероховатость ∆ = 0,3 мм. Температура воды t = 10 оС. Нагнетательную линию насоса (НЛС) будем рассматривать как сложный трубопровод с раздачей жидкости в конечных сечениях ветвей. Целью расчета НЛС является определение расходов Q3, Q8, Q10 и давления PА на выходе из насоса (рис. 2.2). Рис. 2.2. Схема системы водотушения: 1 – приемный патрубок; 2 – кингстон; 3 – клинкетная задвижка; 4 – фильтр; 5 – пожарный насос; 6 – невозвратно-поступательный клапан; 7 – концевой пожарный клапан; 8 – проходной невозвратно-поступательный клапан Расчет НЛС произведем путем перемещения от конечных точек Е, D, C, B к начальному сечению А. Для расчета принимаем, что геометрические высоты узлов В, С и выходных сечений Е, D, F одинаковы и находятся в горизонтальной плоскости. Кривую потребного напора Hпотр для НЛС построим, предварительно выполнив: – разбивку сложных трубопроводов на ряд простых; – построение кривых потребного напора каждого из указанных простых трубопрово- дов. 12 Из расчетной схемы (см. рис. 2.2) видно, что нагнетательная линия разветвляется в точ- ках В и С. К указанным точкам вода подходит с расходами (Q3 + Q8 + Q10) и (Q3 + Q8) со- ответственно. Для определения указанных расходов задача решается графоаналитическим методом путем составления уравнения для расчета потребного напора в характерных узловых точках трубопровода с последующим графическим построением и сложением кривых потребного напора с учетом последовательного или параллельного соединения трубопроводов. При движении от конечных сечений к начальному А сначала рассмотрим гидравличе- ские соотношения в узле С: m CD DK CD CD С Qkg P zzH 8 , потр. ρ )( ⋅+ ⋅ +−= ; m CE EK CE CE С Qkg P zzH 3 , .потр ρ )( ⋅+ ⋅ +−= ; (2.1) где zD, zC, zE – геометрические отметки выбранных сечений; поскольку в исходных данных информация по отметкам отсутствует, то примем, что все отметки одинаковые; РK, D и PK, E – давления в концевых клапанах, установленных в сечениях D и E; kCD и kCE – сопротивления ветвей CD и CE; Q3 и Q8 – расходы соответственно в ветвях CE и CD; m – показатель степени, определяемый в зависимости от режима течения. Для расчета сопротивления ветвей CD и CE при условии турбулентного режима тече- ния , π 8)λξ( 42м gdd lk ⋅⋅ ⋅⋅+= ∑ (2.2) где ∑ ξм – сумма коэффициентов местных сопротивлений в данной ветви трубопровода; λ – коэффициент гидравлического трения, зависящий от режима течения и зоны со- противления при турбулентном режиме течения; l, d – соответственно длина и диаметр трубопровода. Для расчета сопротивления ветви CE найдем суммарную длину прямолинейных участ- ков, включая длину шланга l = 10 м: 46100,130,20,25,65,1100,1 =+++++++=CEl м. На ветви CE имеется: – шесть местных сопротивлений типа «колено», для каждого из которых коэффициент местного сопротивления ξк = 0,2; – одно ответвление, ξотв = 0,1; – одно проходной напорный клапан, ξн.к = 4,7; – одно конически-сходящийся насадок пожарного ствола, ξн = 0,07. Для определения коэффициента гидравлического трения λ, входящего в формулу (2.2), сделаем допущение, что трубопроводы будут работать в зоне квадратичного сопротивле- ния. Для этого случая коэффициент Дарси зависит только от относительной шероховато- сти и определяется по формуле Шифринсона 029,0 65 3,011,011,0λ 25,025,0 э =     ⋅=      ∆⋅= dCE ; 13 ×      ⋅+++⋅+= 065,0 46029,07,41,062,007,0CEk 123330 g065,014,3 8 42 =⋅⋅ × 5 2 м с . Принимая, что давление у концевого клапана PK, E = 0,32 МПа, по формуле (2.1) найдем величину потребного напора в узле С, рассчитанному по сопротивлению линии CE: 2 33 6 потр. 12333081,910 1032,0 QH CE С ⋅+ ⋅ ⋅ = . Проведем расчет ветви CD. Суммарная длина этой ветви с учетом шланга длиной l = 10 м: 30100,25,15,610 =++++=CDl м. На линии CD имеются: – два местных сопротивления типа «колено», для которых ξк = 0,2; – одно местное сопротивление типа «ответвление», ξотв = 0,1; – одно концевой клапан, ξкл = 4,7; – одно насадок пожарного ствола, ξн = 0,07. Сопротивление ветви CD: ×      ⋅++++⋅= 065,0 30029,007,07,41,022,0CDk 86524 8,9065,014,3 8 42 =⋅⋅ × 5 2 м с . Найдем величину потребного напора в узле С, рассчитанного по сопротивлению ветви CD: 2 8 2 33 6 потр. 865246,3286524 81,910 1032,0 QQH CD С ⋅+=⋅+ ⋅ ⋅ = . (2.4) Для узла В запишем расчетные уравнения: 2 38 2 8 , потр., )(ρ QQkQk g P H BCCD DK B +⋅+⋅+⋅ = ; (2.5) ( )23823,,.потр ρ QQQkg P H CE EK B ++⋅+⋅ = . Для ответвления BF в узле B, по которому проходит расход Q10, потребный напор 2 10 , потр., ρ Qk g P H BF FK B ⋅+⋅ = . Сопротивление ответвления BF будет определяться местными сопротивлениями: – одним ответвлением, ξотв = 0,1; 14 – одним концевым клапаном, ξкл = 4,7; – одним насадком пожарного ствола, ξн = 0,07. Сопротивление ответвления BF определяется выражением = ⋅⋅ ⋅      ⋅+++= gdd lkBF 42нклотв π 8 λξξξ 43283 8,9065,014,3 8) 065,0 10029,007,07,41,0( 42 =⋅⋅ ⋅⋅+++= . Тогда 2 10 2 103 6 потр., 432836,324328381,910 1032,0 QQH BF B ⋅+=⋅+ ⋅ ⋅ = . (2.7) Далее необходимо рассчитать сопротивление линии BC: 5,170,15,00,10,80,60,1 =+++++=BCl м. Местными сопротивлениями на линии BC являются: – два ответвления в узлах В и С, ξотв = 0,1; – пять поворотов типа «колено», ξк = 0,2; – один невозвратно-запорный клапан, ξк = 4,7. Тогда сопротивление линии BC: ×⋅++⋅+⋅= ) 065,0 5,17029,07,452,021,0(BCk 63581 8,9065,014,3 8 42 =⋅⋅ × 5 2 м с . Потери напора на линии BC 2 83 2 83 )(63543)( QQQQkh BCBC +⋅=+⋅= . (2.8) Принимая во внимание формулы (2.4), (2.5) и (2.8), получим потребный напор в узле В: ( ) .63543865246,32 28328потр., QQQH BCD B +⋅+⋅+= (2.9) Зная потребный напор в узле В, определим напор в сече-нии А–А: ,2потр,потр., ∑⋅+= QkHH AB BCD В ABCD A (2.10) где Q∑ – суммарный расход, проходящий по линии АВ: .8310 QQQQ ++=∑ Сопротивление линии АВ обусловлено потерями напора по длине и наличием местного сопротивления – резкого сужения в месте соединения трубопровода АВ диаметром dAB = 15 100 мм и трубопровода ВС диаметром dВС = 65 мм. Для расчета ξр воспользуемся форму- лой И.Е. Идельчика:       −⋅= 1 2 р.с 15,0ξ S S , где S1 и S2 – соответственно площади сечений трубопроводов до и после сужения потока. 29,0 100 6515,0ξ 2 2 р.с =        −⋅= . Для дальнейшего расчета линии АВ определим расход Q∑, исходя из того, что VAB ≤ 3 м/с. Примем для расчета VAB = 2,95 м/с. Тогда 023,095,2 4 1,014,3 υ π 22 =⋅ ⋅ =⋅ ⋅ =∑ AB AB y dQ м3/с. Рассчитаем число ReAB на линии АВ: 226923 10013,0 1,095,2 ν υRe 4 =⋅ ⋅ = ⋅ = − ABAB AB d . Установим зону гидравлического сопротивления: 166666 3,0 100500500 э =⋅= ∆ ⋅ d . Таким образом, ReAB > 500 э d ∆ , т. е. течение происходит в зоне гидравлически шерохо- ватых труб и 026,0 100 3,011,0λ 25,0 =     ⋅=AB . Тогда сопротивление линии АВ 562 81,91,014,3 8) 1,0 5,1026,0229,0( 42 =⋅⋅ ⋅⋅+⋅=ABk 5 2 м с . Характеристика трубопровода АВ 2562 ∑⋅= QhAB . (2.11) Поскольку Q∑ = 0,023 м3/с, то 3,0023,0562 2 =⋅=ABh м. Учитывая уравнения (2.9), (2.10), (2.12), получим, что потребный напор в сечении А: 16 ( ) 228328потр., 56263543865246,32 ∑⋅++⋅+⋅+= QQQQH ABCDA . (2.12) Дальнейшее решение задачи, связанное с определением Hпотр.,А и расходов Q3, Q8, Q10 осуществим с помощью графического метода. Этот метод основан на построении кривых потребного напора и характеристик трубопровода с последующим графическим сложени- ем указанных кривых и учетом типа соединения трубопроводов. Используя уравнения (2.3), (2.4), (2.7), (2.8), (2.11), в табличной форме получим данные, необходимые для по- строения соответствующих графиков. Таблица 2.1 Результаты расчета потребного напора CE СHпотр., по уравнению (2.3) 1 CE СH .потр = 32,6 + 103417 · 2 3Q , м 2 Q3, м3/с 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 3 CE СHпотр. 32,6 35,18 42,98 55,26 73,96 97,23 Таблица 2.2 Результаты расчета потребного напора СD СHпотр., по уравнению (2.4) 1 СD СHпотр., = 32,6 + 86640 · 2 8Q , м 2 Q8, м3/с 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 3 СD СHпотр., 32,6 34,18 41,46 52,54 68 88 Таблица 2.3 Результаты расчета потребного напора BF BHпотр., по уравнению (2.7) 1 BF BHпотр., = 32,6 + 44103 · 2 10Q , м 2 Q10, м3/с 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 3 BF BHпотр., 32,6 33,76 37,00 42,5 50,24 60,16 Таблица 2.4 Результаты расчета характеристики трубопровода ВС по уравнению (2.8) 1 hBC = 64511 ∙ (Q3 + Q8)2, м 2 Q3 + Q8 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 3 hBC, м 0 1,61 6,45 14,5 25,8 40,3 Таблица 2.5 Результаты расчета характеристики трубопровода АВ по уравнению (2.11) 17 1 Вид уравнения hАВ =562∙ 2 ∑Q , м 2 Q∑ , м3/с 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 3 hАВ, м 0 0,014 0,056 0,126 0,22 0,35 Откладывая приведенные в табл. 2.1–2.5 данные, производим построение кривых по- требного напора 1, 2, 6 и характеристик 4, 8 трубопроводов ВС и АВ с последующим гра- фическим их суммированием (рис. 2.3). При этом суммирование кривых потребного напора 1, 2 ветвей CE и CD осуществляет- ся по правилу сложения расходов при постоянном значении напора. Полученная при этом кривая 3 характеризует зависимость потребного напора от расхода для разветвленного участка CDE. Графическое суммирование кривых 3, 4 выполняется по закону последова- тельного соединения (т. е. суммирование напоров при постоянном расходе) трубопрово- дов, что позволяет получить кривую 5 потребного напора BСDEBHпотр., для участка BCDE. Рис. 2.3. Кривые потребных напоров и характеристик трубопроводов СВ Графическое суммирование кривых 5, 6 по правилу параллельного соединения трубо- проводов позволяет получить кривую 7 потребного напора BCDEFBHпотр., для объединения участков BCDEF. Последующее графическое суммирование соединенных последовательно участков BCDEF (кривая 7) и АВ (кривая 8) позволяет получить кривую 9 потребного напора ABCDEF AHпотр., для всей линии ABCDEF. С помощью построенных на рис. 2.3 кривых потребного напора определяем потребный напор в сечении А–А на выходе из насоса, а также расходы QBF и QBC соответственно в линиях BF и BC. 18 По оси абсцисс откладывается суммарный расход Q∑ = = 23∙10-3 м3/с (точка K′). Затем из точки K′ до пересечения с кривой 9 проводится перпен- дикулярная линия K′ K′′. Полученная при этом длина перпендикуляра будет соответство- вать потребному напору ABCDEFAHпотр., . Обозначим этот напор сокращенно Hнг = 42,3 м. По расходу Q∑ = 23∙10-3 м3/с найдем потребный напор в узле В BCDEFBHпотр., для объеди- ненного участка BCDEF. Этот напор будет соответствовать длине перпендикуляра K ′ K. Точка K на кривой 7 показывает, что в узле В расход Q∑ = 23∙10-3 м3/с и этому расходу со- ответствует потребный напор м 42потр., = BCDEF BH (см. рис. 2.3). Затем, проведя горизонтальную секущую линию при м 42потр., = BCDEF BH , найдем точки L, M пересечения ее с кривыми 6 и 5. Проекции L′ и M′ на ось абсцисс дают расходы л/с13=BFQ и л/с10=BСQ соответственно в трубопроводах BF и BC. Расход QBF представляет собой расход Q10 в нагнетательной линии CB, т. е. с м1013 3 3 10 −⋅== QQBF . В то же время 83 QQQBC += . Воспользуемся уравнением (2.12): ( ) 228328потр., 6264511886406,32 ∑⋅++⋅+⋅+= QQQQH ABCDA ; ( ) ( )232328 1023562101064511886406,323,42 −− ⋅⋅+⋅⋅+⋅+= Q ; с л7,5 с м107,5 3 3 8 =⋅= −Q . Учитывая, что расход с л10=BСQ , найдем расход с л3,483 =−= QQQ BC . Следовательно, при помощи графического метода мы определили с л3,43 =Q , с л7,58 =Q , с л1310 =Q , 3,42потр, =АH м. При подключении шлангов длиной l = 10 м и диаметром d = 65 мм дальность отлета струи x можно рассчитать по формуле x = ϕ yH ⋅⋅⋅ 02 , 19 где φ = 0,97 – коэффициент скорости для конически сходя-щегося насадка; H0 – напор на входе в насадок, определяемый по давлению на концевом клапане (Рк = 0,32 ∙ 106 Па): 6,32 ρ к 0 =⋅ = g PH м; y – расстояние по вертикали от выходного сечения насадка до участка поверхности, на которой тушится пламя: 35,1≈y м. Тогда 87,1235,16,32297,0 =⋅⋅⋅=x м, что соответствует нормам Правил Речного регистра РФ. Л и т е р а т у р а 1. Шмаков, М.Г. Судовые устройства / М.Г. Шмаков. – Л., 1971. – 304 с. 2. Овчинников, И.Н. Судовые системы и трубопроводы / И.Н. Овчинников, Е.И. Ов- чинников. – Л., 1976. – 328 с. 20 Оглавление Введение ........................................................................................ 3 1. Рулевое устройство .................................................................. 4 1.1. Основные зависимости ..................................................... 4 1.2. Примеры решения типовых задач ................................... 9 1.3. Задачи ............................................................................... 10 2. Система водотушения ............................................................ 13 2.1. Назначение системы водотушения ............................... 13 2.2. Основные требования, предъявляемые к системе водотушения................................................................................ 13 2.3. Задача ............................................................................... 14 Литература .................................................................................. 29 21 Учебное издание СУДОВЫЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ Методические указания к практическим занятиям для студентов специальности 1-37 03 02 «Кораблестроение и техническая эксплуатация водного транспорта» С о с т а в и т е л и : КАЧАНОВ Игорь Владимирович НЕДБАЛЬСКИЙ Викентий Константинович Редактор Т. Н. Микулик Компьютерная верстка Д. К. Измайлович Подписано в печать 29.12.2010. Формат 60×84 1/16. Бумага офсетная. Ризография. Усл. печ. л. 1,8. Уч.-изд. л. 1,41. Тираж 100. Заказ 1105. Издатель и полиграфическое исполнение: Белорусский национальный технический университет. ЛИ № 02330/0494349 от 16.03.2009. Пр. Независимости, 65. 220013, г.Минск.