ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ГРЕБНЫХ ВИНТОВ
В процессе эксплуатации судов с гребными винтами фиксированного шага винтовые характеристики могут быть гидродинамически «тяжелыми» и «легкими». Увеличение сопротивления и уменьшение пропульсивного коэффициента «утяжеляют» винтовые характеристики. Особенно значительно «утяжеление» винтовых характеристик проявляется при увеличении шероховатости лопастей гребного винта. Гребные винты могут оказаться также гидродинамически «тяжелыми», если при их проектировании завышено шаговое отношение вследствие ошибок в расчете сопротивления воды или неправильно выбранных коэффициентов взаимодействия с корпусом. Все упомянутые причины могут «утяжелять» винтовую характеристику на 50— 100% и более.
При балластном пробеге судна и при промежуточных осадках гребной винт может оказаться гидродинамически «легким». Все эти обстоятельства предъявляют повышенные требования к выбору расчетного режима гребного винта с учетом особенностей его взаимодействия с различными типами энергетических установок.
Дизельные энергетические установки.В целях избежания перегрузки двигателей внутреннего сгорания по тепловой напряженности и повышенного износа деталей цилиндропоршневой группы при эксплуатации судна с гидродинамически «тяжелым» гребным винтом все ведущие дизелестроительпые фирмы в своих инструктивных и лицензионных документах оговаривают условия проектирования гребных винтов.
Применительно к двигателям внутреннего сгорания, особенно двигателям с газотурбонаддувом, гребные винты должны проектироваться так, чтобы в условиях сдаточных ходовых испытаний они были гидродинамически «легкими».
Назначая условия «облегчения» гребных винтов, исходят из предположения, основанного на статистических данных, что В середине междокового периода вследствме изменения состояния поверхности обшивки корпуса и влияния гидрометеорологических фактороввинтовая характеристика утяжеляется в среднем на 40%.
Фирма «Бурмейстер и Вайн» рекомендует проектировать гребные винты на мощность, соответствующую эксплуатационной мощности данного двигателя, принимая частоту вращения равной 102,5% эксплуатационной. Шаговое отношение такого гребного винта будет соответствовать шаговому отношению винта, спроектированного применительно к сопротивлению, на 20% большему, чем в условиях сдаточных испытаний.
Фирма «Зульцер» рекомендует выбирать расчетную частоту вращения равной номинальной частоте вращения двигателя, а расчетную мощность на 10—15% (предпочтительнее—15%) меньше номинальной мощности двигателя, т. е. принимать Nерасч— (0,85-7-0,9) NeB. Гребной винт, рассчитанный на эти условия, будет также гидродинамически «легким»; его шаговое отношение будет соответствовать шаговому отношению винта, спроектированного применительно к сопротивлению, на 35% большему, чем в условиях сдаточных испытаний.
Фирма «Фиат» рекомендует вводить коррективы непосредственно в шаговое отношение, «облегчая» гребные винты для двигателей без наддува на 4% и для двигателей с наддувом на 6%. Эти рекомендации близки к рекомендациям фирмы «Зульцер», которые соответствуют «облегчению» гребного винта на 4,5%.
ЦНИИ морского флота предлагает (по рекомендации М. А. Гречина) проектировать гребные винты на условия приемо-сдаточных ходовых испытаний при осадке судна погрузовую марку, эксплуатационную мощность двигателя 90% номинальной и уменьшенную на 1 % номинальную частоту вращения.
Постепенно «утяжеляясь» в эксплуатации, в период, близкий к середине междокового периода, гребные винты окажутся соответствующими корпусу и двигателю, обеспечат развитие расчетных значений Nc и п, а затем (до очередного докования судна) несколько перегрузят двигатель, но в пределах допустимого.
Для того чтобы в условиях сдаточных ходовых испытаний двигатель с «легким» гребным винтом мог развить спецификационную мощность, все фирмы разрешают на регламентируемый для сдачи судна период увеличить частоту вращения гребного винта до 106—109% номинальной.
Турбозубчатые энергетические установки.Для этого типаустановок отсутствует представление о повышенной тепловой напряженности. Гидродинамическое «утяжеление» гребного винта в эксплуатации и соответствующее снижение параметров Ne и vs в определенных пределах компенсируется резервом мощности и переходом на более высокую внешнюю характеристику. Снижение частоты вращения и увеличение момента воспринимается редуктором, имеющим запас прочности. Однако гидродинамически «легкий» гребной винт может привести к механическим перегрузкам в корневых сечениях лопаток вследствие возрастания инерционных сил при повышенных частотах вращения (особенно последних ступеней) или к потере скорости судна при сохранении поминальной частоты вращения. Поэтому гребные винты судов, оборудованных турбозубчатыми энергетическими установками, рекомендуется проектировать на условия сдаточных ходовых испытаний, номинальную мощность и номинальную частоту вращения.
Электрогребные энергетические установки.Для ЭГУ на постоянном токе, обеспечивающих условие Np = const, выбор расчетного режима не имеет принципиального значения. Однако автоматическое обеспечение этого условия во всем диапазоне режимов от швартовного до соответствующего свободному ходу практически затруднено; поэтому гребной винт целесообразно проектировать на режим, наиболее соответствующий специфике данного судна. Для линейного ледокола — это ход в сплошных льдах со скоростью 4—5 уз, для буксира-спасателя— свободный ход с максимальной скоростью, для портового ледокола — характерный ледовый режим II т. д.
Паспортные диаграммы.Взаимосвязь характеристик корпуса судна R(vs), гребного винта Pe(vs; п) и Nc(vs; п) и главного двигателя Ne(n) может быть представлена на так называемой паспортной диаграмме. Эта диаграмма позволяет определить скорость судна, развиваемую главным двигателем, мощность и частоту вращения гребного винта при изменении сопротивления среды движению судна. Исходными данными для построения паспортной диаграммы являются геометрические и гидродинамические характеристики 'гребного винта, коэффициенты его взаимодействия с корпусом, ограничительная характеристика двигателя Ne(n) и характеристика сопротивления среды R (vs).
Типичная паспортная диаграмма приведена на рис. 3.49. В верхней и нижней частях диаграммы нанесены взаимосогласованные кривые а я а' тяги гребного винта и развиваемой на нем мощности в координатах Pevs и Nevs, каждая при постоянной частоте вращения винта щ, ..., п$. Эти кривые, по существу, являются винтовыми характеристиками. В верхней части диаграммы наносятся также кривые 3 сопротивления среды для различных условий эксплуатации — при различных осадках или состояниях поверхности корпуса (на рисунке для упрощения показана только одна кривая). Эти кривые проектируются в нижнюючасть диаграммы в виде кривых потребной мощности 5.
Нанижней части диаграммы наносится ограничительная характеристика двигателя внутреннего сгорания, внешняя характеристика ГТЗА или электродвигателя Ne(n) в виде кривой полагаемой мощности 4. Проекция этой кривой в верхнюю часть диаграммы 1 называется кривой располагаемой тяги.
Точка пересечения кривой расчетного сопротивления, располагаемой тяги и винтовой характеристики при расчетной частоте вращения (или соответственно кривой потребной мощности в расчетном режиме, кривой располагаемой мощности и винтовой характеристики при расчетной частоте вращения) определяет скорость расчетной главного двигателя Nе и расчетном значении частоты вращения гребного винта п.
Схемы расчета паспортных диаграмм приводятся в соответствующих учебно-методических пособиях.
Для буксирных судов и ледоколов на паспортную диаграмму наносится также кривая тяги на гаке Z(us), ординаты которой находят путем вычитания ординат кривой сопротивления среды движению судна на свободном ходу из соответствующих (для данной скорости) ординат кривой располагаемой тяги 1 (кривая 2 на рис. 3.49).
В эксплуатации для анализа характеристик судна и двигателя используют следующую систему коэффициентов:
Где n- частота вращения.
С общепринятой системой безразмерных коэффициентов они связаны следующими зависимостями:
В эксплуатационном диапазоне изменения режимов относительная поступь гребного винта изменяется весьма незначительно. Поэтому без ущерба для точности можно принять выражение для коэффициента момента /С2 в виде линейной зависимости
где а и Ъ — некоторые постоянные коэффициенты.
Подставляя выражение (3.124) в левую часть уравнения (3.126), а выражение (3.125) в его правую часть и принимая во внимание, что коэффициент попутного потока в эксплуатации практически не меняется, получаем
Задаваясь рядом значений частоты вращения n1, п2, ..., строят по формуле (3.129) кривые Ne—f(vs), а по формуле (3.123)—кривые a = f(vs), как показано на рис. 3.50. На оси ординат наносится также шкала часового расхода топлива.
Полученная таким образом диаграмма является по существу паспортной диаграммой судна, аналогичной приведенной на рис. 3.49, но построенной по эксплуатационным данным.
Дата добавления: 2017-03-12; просмотров: 3783;