ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ГРЕБНЫХ ВИНТОВ В СВОБОДНОЙ ВОДЕ


Изучение гребных винтов, накопление исходных материалов для практических расчетов и решение многих эксплуатационных задач, связанных с гребными винтами, базируется на экспери­ментальных данных, полученных на основе испытаний моделей винтов.

При проведении таких экспериментов винты и их модели должны быть геометрически, кинематически и динамически по­добны. В § 9 установлено, что при соблюдении динамического ПОДОБИЯ:

 

где Р — сила упора винта и модели; L характеризует линейные размеры винта и модели, т. е. их диаметры D, а скорость v определяется скоростью вращения винта nnD. Тогда

и аналогично можно получить К2 .

Таким образом, при соблюдении динамического подобия ко­эффициенты К1 и К2 должны быть одинаковыми для модели гребного винта и его натуры. Динамическое подобие предпола­гает наличие геометрического подобия, т. е. у натурного винта и его модели должны быть равны дисковые отношения θ, число лопастей z, относительные толщины, шаговое отношение при одинаковом контуре лопасти. Должны быть пропорциональны линейные размеры и т. д.

Из условия кинематического подобия вытекает постоянство отношений сходственных скоростей. Например, отношение по­ступательной скорости vp к окружной скорости ncD у натур­ного винта и модели должно быть одинаковым, т. е.

Следовательно, у геометрически подобных гребных винтов ди­намическое подобие существует только при равенстве их отно­сительных поступей λрм=λРн-

В соответствии с теорией подобия необходимо, чтобы, кроме того, для модели и натурного винта были равны числа Рей-польдса. При испытаниях модели и в условиях эксплуатации на­турного винта коэффициенты кинематической вязкости среды практически равны (vM = vn). Тогда равенство чисел Рейнольдса может быть представлено в форме

Заменяя скорости см и vn окружными скоростями концов лопа­стей, получаем

Откуда

 

Упор модели при этом будет равен упору натурного винта, т. е.

Установлено, однако, что если проводить испытания моде­лей гребных винтов с числами Рейнольдса, которые на 10— 20% выше критических, то получаются стабильные результаты и надежные данные эксперимента.

Числа Рейнольдса для винтов подсчитываются как

-средняя относительная ширина лопасти. Кри-

 

тпческое число Рейнольдса для гребных винтов (Re)I!p=(3-5) 105.

 

 

 

С учетом этих факторов осуществляют испытания системати­ческих серий моделей гребных винтов в бассейнах и специаль­ных лабораторных установках, называемых кавитационными трубами. Эти испытания позволяют установить взаимосвязь всех геометрических характеристик {HID; 0; z; dCT/D и др.) и их влияние на эффективность работы гребных винтов. Помимо этого, систематические испытания моделей гребных винтов по­зволяют получить исходный материал для построения специаль­ных диаграмм, с помощью которых выбирают геометрические элементы винтов при их проектировании и решают все практи­ческие задачи по ходкости судна, связанные с работой гребных винтов.

Испытания моделей гребных винтов заключаются в измере­нии упора Р и момента Мр гребного винта при различных ча­стотах вращения п и различной скорости поступательного дви­жения vp. Результаты испытаний обрабатываются в виде кри­вых действия гребного винта (см. рис. 3.26). Серии моделей вин­тов обычно варьируются по H/D, θ, z при сохранении контура лопастей, формы лопастных сечений, их относительной толщины и относительного диаметра ступицы. Кривые действия гребного винта позволяют решать проектные и эксплуатационные задачи, причем обычно достаточно располагать кривыми ƞР = λР и К2=(λР) либо Kz = f(λР) и ƞР =(λр) в зависимости от того, ка­кая задача решается.

В мировой практике для этих целей широко используются диаграммы, построенные на основе кривых действия гребных винтов. Оригинальная форма таких диаграмм, получившая при­знание в нашей стране, предложена Э. Э. Папмелем. Существо ее заключается в том, что на кривых действия серийных вин­тов соединяются точки с одинаковым значением КПД на ли­ниях К1= Р) и K2=(λP), В результате получаются две диа­граммы— одна для решения задач, когда выбирается двига­тель, другая — обратная, когда его характеристики известны и для них с помощью диаграммы рассчитываются элементы винта н скорость судна. По обеим диаграммам легко определить опти­мальные диаметр винта или частоту его вращения, скорость судна или упор винта, его шаговое отношение, потребляемую мощность двигателя и т. д. Если диаметр или частота вращения неизвестны, то такую задачу можно решить методом последова­тельных приближений. Для облегчения решений задач с по­мощью диаграмм Папмелем был предложен ряд расчетных коэффициентов, позволяющих в зависимости от условия задания решать прикладные задачи по ходкости судна. Упомянутые ус­ловия и расчетные коэффициенты, с помощью которых они ре­шаются, сведены в табл. 3.1.

На рис. 3.28 представлены схема построения диаграммы и се общий вид. Схема построена в координатах К1λР; что вторая половина диаграммы, в координатах К2λР

будет по своему виду аналогичной. На рис. 3.28, а показана схема построения диаграммы на базе кривых действия и линий постоянных КПД, на рис. 3.28, б — схема одной половины рас­четной диаграммы К1Р). Аналогичную форму имеют диа­граммы многих серий винтов, обработанные или перестроенные в виде диаграмм Папмеля. На основе расчетных коэффициен­тов на диаграмме нанесены геометрические места точек мак­симального КПД гребного винта и определены линии оптимального диаметра DОПТ и оптимальной частоты вращения nопт.

В зарубежной практике применяется другая форма представ­ления расчетных диаграмм гребных винтов, предложенная Тей­лором.

Наиболее широко известная зарубежная серия гребных вин­тов была испытана Троостом в голландском опытовом бассейне в Вагенингене. Исходными для этой серии были приняты мо­дели с саблевидным контуром лопастей, авиационными сече­ниями у корня лопасти и сегментными на периферийных ради­усах. В серию входили модели с числом лопастей Z = 2-6 и с дисковыми отношениями θ = 0,3-0,7. Диаграммы в форме диа­грамм Тейлора строят в виде зависимостей общепринятых за рубежом коэффициентов нагрузки по мощности

обратной относительной поступи

и КПД винта ƞР, где пМ— частота вращения, об/м; Np— мощ­ность на валу у винта, л. с; vA = vs(1-Ψ)—скорость в диске винта, уз; 0,993 и 3,28 — числовые коэффициенты перевода в метрические меры (рис. 3.29).

Кривые действия гребного винта в этих диаграммах при­водятся отдельно. На расчетных диаграммах строятся также линии оптимальных значений диаметра и частоты вращения гребных винтов.

Для решения проектных задач, в которых необходимо опре­делить потребную мощность главного двигателя, в диаграммах Тейлора используется коэффициент нагрузки по упору

где Р — упор, кгс.

Для эксплуатационного анализа работы гребных винтов и построения паспортных диаграмм используются диаграммы в координатах μ — σ и μ — φ, где расчетные коэффициенты

Схемы расчетов, связанных с выбором геометрических характе­ристик гребных винтов, определением потребной мощности су­довой энергетической установки, анализом данных эксплуата­ции энергетической установки через винт, паспортных диаграмм и др., приводятся в учебно-методических пособиях.

 



Дата добавления: 2017-03-12; просмотров: 4517;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.009 сек.