ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.08.2019
Просмотров: 12950
Скачиваний: 276
170
ГЛАВА 9 СУДОВЫЕ ДВИЖИТЕЛИ
9.1 Принцип действия и типы движителей
Движителем называется гидравлическое устройство, преобразующее
работу главного двигателя, приводящего в действие движитель в работу по
преодолению силы сопротивления движению судна. Принцип действия
движителей состоит в отбрасывании масс воды рабочими элементами
(лопастями, плицами) в сторону, противоположную направлению движения
судна. Силы реакции этих масс воды создают упор движителя,
преодолевающего сопротивление движению судна. Простейшим движителем
является весло, приводимое в действие мускульной силой гребца.
Одновременно с развитием судостроения было предложено много
конструкций движителей, однако, практическое применение нашли только
несколько типов. К ним относятся гребные колеса (рис. 9.1), гребные винты
(рис. 9.2), крыльчатый движитель (рис. 9.3), и водометный движитель (рис. 9.4).
Рис. 9.1Принцип действия и схема гребного колеса
Рис. 9.2 Схема действия гребного винта
171
Рис. 9.3 Схема действия крыльчатого движителя
Рис. 9.4 Принцип действия водометного движителя:
а) - с подводным выбросом струи; б) - с надводным выбросом струи.
Из перечисленных типов движителей, благодаря высокому коэффициенту
полезного действия (КПД), малому весу и большой надежности, гребной винт
получил исключительное распространение на судах и в настоящем разделе
подробно рассматриваться будет только этот тип движителя.
9.2 Элементы геометрии гребного винта
Лопасти гребного винта представляют собой профилированные крылья,
совершающие одновременно вращательное и поступательное вдоль оси
вращения движения. В связи с этим поверхности лопастей образованы по
винтовым поверхностям. Если какая-нибудь часть ???????? радиуса ???????? вращается
172
вокруг оси ????????
1
и одновременно перемещается вдоль оси, то любая точка
????
этого радиуса описывает винтовую линию, а отрезок ???????? – винтовую
поверхность (рис. 9.5).
Рис. 9.5 Образование винтовой поверхности и развертка винтовой линии
Путь, проходимый точкой ???? вдоль оси за один оборот, называется шагом
винтовой линии, а отрезком ???????? – шагом винтовой поверхности. Если разрезать
по образующей поверхность цилиндра с винтовой линией и развернуть на
плоскость, то винтовая линия изобразится гипотенузой треугольника с
катетами 2 ∙ ???? ∙ ???? и ???? (шаг винтовой линии). Наклон гипотенузы определяется
шаговым углом
???? = ????????????????????
????
2 ∙ ???? ∙ ????
. (9.1)
Гребной винт характеризуется не шагом, а отношением шага к диаметру
винта
H
D
, называемым шаговым отношением.
Винтовую поверхность нельзя развернуть на плоскость без искажения,
поэтому площадь лопасти приближенно определяют как площадь спрямленного
контура лопасти (рис. 9.6), который получается, если на контуре проекции
лопасти провести сечения лопасти цилиндрами, соосными с винтом, и от оси
лопасти отложить длины винтовых линий, полученных в сечениях.
Обозначим через ???? площадь спрямленного контура, ???? – число лопастей
винта. Отношение площади всех лопастей к площади диска винта называется
дисковым отношением
???? =
???? ∙ ????
????
????
. (9.2)
173
Гребные винты транспортных судов имеют дисковые отношения ???? в
диапазоне 0,35 – 0,80.
Рис. 9.6 Контур нормальной проекции и контур спрямленной лопасти
Основными частями гребного винта являются ступица и примыкающие к
ней лопасти. Диаметром винта называется диаметр окружности, проходящей
через концы лопастей. Часть лопасти, примыкающая к ступице, называется
корнем лопасти, а наиболее удаленная от оси – концом лопасти. Винты делятся
на правого и левого вращения. Если, глядя в корму удаляющегося судна, мы
увидим вращение винта по часовой стрелке, то это винт правого вращения, а
если вращение против часовой стрелки, то это винт левого вращения. Боковую
кромку лопасти, обращенную в сторону вращения винта, называют входящей, а
противоположную ей – выходящей кромкой. Поверхность лопасти, на которую
при переднем ходе действует реакция отбрасываемой воды, называют
нагнетающей поверхностью, на ней возникает повышенное давление;
противоположная поверхность лопасти (обращенная к корпусу) –
засасывающая поверхность, на ней образуется разрежение. Линия пересечения
обеих поверхностей образует контур лопасти. Сечение лопасти цилиндром,
соосным с гребным винтом, дает ее профиль. Для гребных винтов применяются
сегментные и авиационные профили сечения лопастей.
9.3 Кинематические характеристики гребного винта
Если бы гребной винт двигался в воде, как в неподвижной гайке, то за
оборот он продвинулся бы вдоль оси на расстояние, равное шагу, но тогда не
было бы отбрасывания масс воды и их реакции на лопастях. В
действительности винт за один оборот проходит вдоль оси расстояние ℎ
????
174
меньше шага ????. Расстояние ℎ
????
называется линейной поступью винта, а
разность ???? − ℎ
????
– линейным скольжением.
Пусть гребной винт вращается с частотой ???? и перемещается вдоль оси со
скоростью ????
????
. Тогда его линейная поступь будет равнятся
ℎ
????
=
????
????
????
. (9.3)
Эту величину выражают в долях диаметра винта и называют
относительной поступью
????
????
=
ℎ
????
????
=
????
????
???? ∙ ????
, (9.4)
а скольжение выражают в долях шага винта
???? =
???? − ℎ
????
????
= 1 −
????
????
????
????
. (9.5)
9.4 Динамические характеристики гребного винта и характерные режимы
его работы
Запишем формулы для упора ???? и момента ????, развиваемого гребным
винтом в виде:
???? = ????
1
∙ ???? ∙ ????
2
∙ ????
4
, кН, (9.6)
???? = ????
2
∙ ???? ∙ ????
2
∙ ????
5
, кНм, (9.7)
где ???? – плотность забортной воды, т/м
3
;
???? – частота вращения гребного винта, с
-1
;
???? – диаметр гребного винта, м.
Мощность, потребляемая гребным винтом ????
????
равна:
????
????
= ???? ∙ ???? = 2 ∙ ???? ∙ ????
2
∙ ???? ∙ ????
3
∙ ????
5
, кВт, (9.8)
где ???? – окружная скорость гребного винта, рад./с.
Полезная мощность, производимая винтом, равна ???? ∙ ????
????
, поэтому
коэффициент полезного действия винта ????
р
найдем из выражения: