ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.08.2019
Просмотров: 12973
Скачиваний: 276
175
????
р
=
???? ∙ ????
????
???? ∙ ????
=
????
1
∙ ????
????
????
2
∙ 2 ∙ ????
. (9.9)
В
этих
формулах
????
1
называется
коэффициентом
упора,
а
????
2
– коэффициентом момента. Графическое представление
????
1
,
????
2
и
????
р
от
????
р
называется кривыми действия винта или его динамическими характеристиками
(рис. 9.7).
Рис. 9.7 Кривые действия гребного винта
Рассмотрим некоторые характерные режимы работы гребного винта.
1.
????
р
= 0 – винт вращается, но не перемещается вдоль оси. Этот режим
называется режимом работы винта на швартовых. В этом случае ????
1
и
????
2
будут
наибольшими, так как углы атаки элементов будут наибольшими. Упор и
момент также имеют наибольшие величины, коэффициент полезного действия
????
р
= 0, т.к. нет перемещения винта. С увеличением
????
р
углы атаки лопастей
уменьшаются, что приводит к падению упора и момента и, соответственно, ????
1
и ????
2
. При некоторой поступи ????
1
упор винта и
1
K обращаются в нуль.
2.
????
1
= 0;
???? = 0; ????
р
= 0;
????
2
0. Этот режим называется режимом нулевого
упора. Он наступает, когда подъемная сила на лопасти будет настолько малой,
что только уравновесит отрицательную составляющую упора от лобового
сопротивления. Линейная поступь винта в этом режиме называется шагом
нулевого упора ????
1
, обычно ????
1
????. Отношение
1
H
D
есть гидродинамическое
176
шаговое отношение. При еще большей поступи обращается в нуль момент на
винте.
3.
????
2
= 0;
????
1
0 и
????
0. Это режим нулевого момента. Линейная поступь
винта в этом режиме называется шагом нулевого момента
2
H , обычно
2
H
1
H
. При еще большей поступи упор и момент будут отрицательными. Это будет
работа винта в режиме турбины (например, вертушечный лаг или свободно
вращающийся гребной винт у многовального судна). При ходе судна в обычном
режиме плавания, гребной винт работает при поступи, находящейся в пределах
от ????
р
= 0 до
????
р
=
????
1
, т.е в промежутке от режима на швартовых до режима
нулевого упора.
9.5 Диаграммы для расчета гребного винта
В отличие от кривых действия винтов диаграммы представляют данные
для целой серии гребных винтов, отличающихся шаговым отношением, и эти
данные изображаются на диаграмме в несколько ином виде, чем на кривых
действия. Способ перестроения кривых в диаграмму для расчета винта показан
на (рис. 9.8)
Рис. 9.8 Перестроение кривых действия винта в диаграмму расчета гребных винтов
На этой диаграмме кривые ????
1
и
????
р
изображаются в функции от
????
р
.
Задаваясь значениями ????
р
, переносим соответствующие им поступи ????
р
на
кривую ????
1
. Проделав это для винтов с разными шаговыми отношениями,
получим ряд кривых ????
1
с точками, соответствующими выбранным значениям
????
р
. Соединив точки с одинаковыми значениями ????
р
, получим линии равных
177
значений коэффициентов полезного действия. Совокупность линий ????
1
= ????(????
р
)
для ряда значений
H
D
, подписанных на них, и линий постоянных ????
р
и
представляют основные линии диаграммы для расчета гребных винтов (рис.
9.9. а). Аналогично строится диаграмма в осях
????
р
,
????
2
(рис. 9.9. б).
а)
б)
Рис. 9.9 Диаграммы для расчета гребных винтов, ???? = 4, ???? = 0,40
В настоящее время такие диаграммы построены для многих серий гребных
винтов, внутри которых они отличаются числом лопастей, дисковым
отношением и другими конструктивными параметрами. Каждая из этих
диаграмм строится для серии гребных винтов, отличающихся шаговым
отношением, но с одним и тем же дисковым отношением и числом лопастей.
Диаграмма, построенная в осях ????
р
и
????
1
называется корпусной, а диаграмма в
178
осях ????
р
и
????
2
– машинной. Эти названия связаны с тем, что если задан корпус
судна и его скорость, то при подборе винта исходят из величины сопротивления
????, через которое определяется потребный упор винта и, пользуясь диаграммой
????
р
–
????
1
, подбирают винт и находят через ????
р
потребную мощность и частоту
вращения машины, а затем, подобрав машину, рассчитывают винт, исходя из
данных машины и используя диаграмму ????
р
–
????
2
.
9.6 Взаимодействие гребного винта и корпуса судна
Гребной винт, как правило, всегда располагают за корпусом, а это в свою
очередь влияет как на работу винта, так и на силы, действующие на корпус.
Движущийся корпус судна увлекает за собой массы воды, так что за его
корпусом образуется поток, направленный в сторону движения судна. Этот
поток называется попутным потоком. Обозначим через ????
ср
среднее значение
скорости попутного потока по диску винта, тогда скорость винта вдоль оси ????
р
по отношению к скорости окружающей его жидкости ???? выразится разностью
????
????
= ???? − ????
ср
, м/с. (9.10)
Скорость попутного потока оценивают в долях скорости судна, и
отношение
cp
w
называют коэффициентом попутного потока. Тогда
скорость винта относительно воды запишется в виде
????
????
= ???? ∙ (1 − w), м/с. (9.11)
Скорость попутного потока распределена по диску винта неравномерно.
Она наибольшая в диаметральной плоскости и убывает при удалении от нее,
поэтому элементы лопасти за время одного оборота работают с разными углами
атаки и разным качеством. Это приводит к тому, что упор ????̅ и момент ????
̅ за
корпусом отличаются от их значений ???? и ???? в свободной воде
????̅ = ????
1
∙ ????, кН, (9.12)
????
̅ = ????
2
∙ ????, кВт, (9.13)
где ????
1
и
????
2
– коэффициенты влияния неравномерности попутного потока на упор
и на момент. соответственно.
Для приближенной оценки величины коэффициента попутного потока
можно пользоваться формулами: для одновинтовых транспортных судов с
обтекаемыми рулями
179
w = (0,5 ∙ ????
????
) − 0,05, (9.14)
а для двухвинтовых судов
w = (0,55 ∙ ????
????
) − 0,2, (9.15)
где ????
????
– коэффициент полноты водоизмещения (общей полноты).
Что касается коэффициентов ????
1
и
????
2
, то они обычно лежат в пределах:
????
1
= 0,98 – 1,00,
????
2
= 1,00 – 1,02.
Работающий за кормой гребной винт вызывает подсасывание масс воды,
вследствие чего кормовая оконечность обтекается с большими скоростями, чем
при неработающем винте. Это вызывает падение давления в корме и
увеличение сил трения, благодаря чему на корпусе возникает дополнительная
сила ????, направленная против движения судна, которая называется силой
засасывания. Эту силу оценивают в долях упора, развиваемого винтом.
Отношение
T
t
P
называют коэффициентом засасывания.
Таким образом, упор винта уравновешивает не только силу
буксировочного сопротивления, но и силу засасывания ???? = ???? + ????, так что на
преодоление силы ???? идет часть силы упора ???? = ????
е
= ???? − ???? = ???? ∙ (1 − ????). Сила
????
е
называется эффективным упором или тягой винта.
Коэффициент засасывания зависит от формы судна и приближенно может
быть оценен в долях попутного потока: для одновинтовых транспортных судов
с обтекаемыми рулями
???? = ???? ∙ w, (9.16)
где ???? = 0,5 – 0,9 – коэффициент зависящий, от конструкции руля и рудерпоста.
А для двухвинтовых судов, с выкружками гребных валов или с
кронштейнами гребных валов
???? = (0,25 ∙ w) + 0,14, (9.17)
???? = (0,70 ∙ w) + 0,06. (9.18)
При работе винта в режимах, отличающихся от расчетного, следует
учитывать, что коэффициент засасывания зависит от скольжения
1
S ,
выражающегося через относительную поступь
p
????
1
= 1 − (
????
????
????
????
). (9.19)