Выбор основных параметров и устройство ЛПВП

Реферат

Отчет 125 с., …рис., 10 табл., источников.

ЛЕДЯНОЙ ПОКРОВ, ледокольное судно НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ, РАЗРУШЕНИЕ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА, ПРОКЛАДКА КАНАЛА В ЛЕДЯНОМ ПОЛЕ, НАТУРНЫЙ МАКЕТ, БУКСИР-ТОЛКАЧ, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ, ДАТЧИКИ, РЕГИСТРАЦИОННАЯ АППАРАТУРА

В отчете приведены результаты экспериментального исследования натурного макета несамоходной ледокольной платформы на воздушной подушке. Показан ход постройки платформы и промежуточных испытаний.

Приведены результаты береговых, швартовных и ходовых испытаний в натурном льду на акватории завода «Красное Сормово». Ходовые испытания проведены в битом и сплошном льду толщиной 0.3 – 0.5 м. Во время испытаний измерялись и фиксировались: давление в воздушной подушке, крен и дифферент платформы. Производительность вентиляторов определялась по известным значениям числа оборотов вентилятора и давлению в подушке с помощью вентиляторной характеристики.

Измерялась скорость перемещения платформы в составе с буксиром- толкачом. Измерялось буксирное усилие между форштевнем буксира и корпусом платформы.

В процессе испытаний производилась аппаратная запись параметров, велась видео и фотосъемка процесса испытаний.

В результате обработки экспериментальных записей получены данные испытаний и проведен их анализ.

Проведенные испытания показали высокую эффективность применения ледокольной платформы на воздушной подушке, которая позволяла разрушать ледяной покров толщиной до 0.5 м со скоростью 8-10 км/ч при использовании маломощного буксира.

Нормативные ссылки

В настоящем отчете по НИР использованы ссылки на следующие стандарты:

​ ·ГОСТ 7-2201. Отчет по научно-исследовательской работе,

​ ·ГОСТ 2.105. Оформление отчета,

​ ·ГОСТ 7.32-2001. Библиографический список,

​ ·ГОСТ 7.12. Сокращение русских слов и словосочетаний,

​ ·ГОСТ 1.5-2004. Стандарты Национальные Российской Федерации. Правила построения, изложения, оформления и обозначения.

​ ·ГОСТ 2.105-95. Единая система конструкторской документации. Общие требования к текстовым документам.

Сокращения

Сокращения

НГТУ – Нижегородский государственный технический университет;

НОКБ – научное опытно-конструкторское бюро;

СКБ – специальное конструкторское бюро;

НПО – научно-производственное объединение,

КИП – контрольно-измерительные приборы.

Содержание

Сокращения

НГТУ – Нижегородский государственный технический университет;

НОКБ – научное опытно-конструкторское бюро;

СКБ – специальное конструкторское бюро;

НПО – научно-производственное объединение,

КИП – контрольно-измерительные приборы.

ВВЕДЕНИЕ

Разрушение льда действующем макетом платформы на воздушной подушке проведена по договору №12/2151 от 15.11.2012г. между ООО «Комплексные инновационные технологии» и Нижегородским государственным техническим университетом им. Р.Е. Алексеева. Ф+

При проведении испытаний использовался специально разработанный измерительный комплекс, представленный в отчете ХХХХХХХХХХХХХХХХХХ. Кроме этого в качестве руководящих документов при проведении испытаний использовались «ПРОГРАММА И

ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И УСТРОЙСТВО ЛПВП

1.1 Выбор основных параметров ЛПВП как ледоразрушающего средства

Определение параметров ПЛВП, обеспечивающих его ледоразрушающую способность производится на основании данных, приведенных в источниках [,, ]. Для понимания используемых данных вначале рассматривается механизм воздействия СВП на ледяной покров, приводящее к разрушению льда.

1.1.1 Воздействие СВП на ледяной покров

СВП воздействует на ледяной покров повышенным давлением воздуха в подкупольном пространстве, ограниченным гибким ограждением (ГО) подушки. Податливость и эластичность ГО обеспечивает необходимую герметизацию подушки при надвижении ее на ледяной покров, имеющий форму уступа в районе разделения льда на обломки вследствие такого нагружения. Схема воздействия СВП на ледяной покров показана на рис. 1.1.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЛПВП ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА ТОЛЩИНОЙ 25 см

К числу основных параметров, определяющих разрушения ледяного покрова относятся:

1. Размеры воздушной подушки в плане L _п x B _п;

2. Давление в подкупольном пространстве р _вп.

Эти два параметра определяют величину поперечной нагрузки, приводящей к пролому и перманентному разрушению ледяного покрова при движении ЛПВП.

Суммарная поперечная нагрузка определяется по формуле:

Р = k _скр∙ р _вп∙ L _п∙ B _п (1)

где k _скр – коэффициент, учитывающий отклонение формы подушки в плане от прямоугольника, k _скр=0.9÷0.95

Размеры L _п и B _п действующей на лед нагрузки связаны с геометрией гибкого ограждения, которое показано на схеме рис.1.

Глубина впадины под ЛПВП определяется давлением в подушке

h _вп= р _вп/ρg. (2)

Высота парения жесткого корпуса ЛПВП над поверхностью воды клиренс – h _кл определяется из необходимости надвижения подушки на ледяной покров и выбирается исходя из высоты торосов на льду. Минимальное значение принимается из условия «лед на льду» h _кл= h _л. В этом случае необходимая высота ГО при парении над жестким экраном будет определяться зависимостью

h _го= h _вп+ h_кл (3)

Эффективная площадь давления(длина L _п на рис 1, а) определяется на уровне свободной поверхности воды за пределами подушки

В плане корпус ЛПВП представляет собой прямоугольник. Исходя и соображений минимизации производительности вентилятора, которая пропорциональна периметру подушки лучшая форма в плане – круг, однако из- за трудностей размещения механизмов, швартового устройства, технологии изготовления и пр., рационально принимать форму квадрата со скругленными углами, как показано на рисунке 1, б.

а)

Рис.1. Схема воздушной подушки ЛПВП –а) и форма подушки в плане –б)

Взаимодействие ЛПВП с ледяным покровом показано на рис 2,а), распределение давлений, приложенных к ледяному покрову на рис 2,б).

а)

б)   Рис 2. Взаимодействие ЛПВП с ледяным покровом: а)-схема воздействия; б)- схема сил

Определение параметров подушки, необходимых для разрушения льда заданной толщины производится на основе разработанной инженерной методики расчета, данной в последующих разделах.

Поскольку форма подушки имеет вид квадрата для нее возможно построение наглядных графиков зависимостей.

Первая из них – зависимость минимальных размеров подушки при минимуме давления для разных толщин льда показана на рис. 3.

Минимальное давление при этих размерах дано на рис. 4.

Рис. 3. Зависимость минимального размера стороны квадрата воздушной подушки от толщины льда при минимуме давления

Рис. 4. Минимально необходимое давление в подушке при минимально необходимых размерах

Минимальные давления и размеры определялись из условия возможности подъема ЛПВП на подушку с поверхности воды. С ростом давления и уменьшением размеров подушки остойчивость ЛПВП ухудшается вплоть до полного исчезновения, как это будет показано далее.

При известных размерах подушки (ее периметре) и давлении в ней возможно определение требуемой мощности вентилятора, которая в расчетной инженерной методике определяется с учетом потерь в воздушном тракте и К.П.Д. вентилятора.Эта зависимость дана на рис.5.

Кроме этого, на основе полученных данных возможна оценка буксировочного сопротивления ЛПВП при ее движении над ледяным покровом в режиме разрушения льда. Такая зависимость показана на рисунке 6.

Исходя из представленных зависимостей для разрушения ледяного покрова толщиной 0.25 м платформа должна иметь следующие параметры:

Размеры подушки в плане ………………………….. L _п x B _п 8.9х8.9 м;

Давление в подушке …………………………………. р_вп =4.3 кПа;

Требуемая мощность привода вентиляторов ……… N = 220 кВт;

Требуемое усилие толкания ………………………… Р _букс= 120 кН

Высота ГО …………………………………………….. h _го= 0.68 м

Специальные требования:

1. Должна быть разработана методика для определения характеристик движительного комплекса толкающего судна.

2. Регистрация и запись всех измеряемых в процессе натурных испытаний макета действующего образца ЛПВП характеристик должна производиться в цифровом формате в режиме реального времени. Все поступающие данные должны сводиться, сохраняться и отображаться на отдельном компьютере.

3. При проведении испытаний макета действующего образца ЛПВП в натурных ледовых условиях необходимо обеспечить регистрацию следующих данных:

– крутящий момент и скорость вращения на гребном валу (валах) судна-буксира;

– характеристики гребного винта (винтов);

– характеристики движения судна-буксира и ЛПВП, а также характеристики их относительного движения: линейные координаты скорости и ускорения, угловые скорости;

– расходно-напорные характеристики нагнетательного комплекса макета действующего образца ЛПВП: расход, давление воздуха в воздуховодных каналах, под днищем и в области гибких элементов, производительность нагнетателя;

– объем заполнения балластных и топливных цистерн.

Содержание

Введение

Программа испытаний разрушения льда с использованием платформ на воздушной подушке с апробацией на действующем макете составлена для экспериментальных исследований разрушения льда различной толщины.

Выполнение работ проводиться по договору №12/2151 от 15.11.2012г. между ООО «Комплексные инновационные технологии» и Нижегородским государственным техническим университетом им. Р.Е. Алексеева.