скачать книгу бесплатно
.
Схема судового пропульсивного комплекса и описание взаимодействия его элементов приведены в источнике [2].
Гребной винт встречает воду не со скоростью движения судна V, а со скоростью V
уменьшенной на величину скорости попутного потока, который вызван трением воды вдоль сторон корпуса и увеличивает упор винта.
V
= V–V
Наличие попутного потока улучшает работу ПК, его влияние учитывается коэффициентом попутного потока.
Кроме того, в процессе работы ГВ засасывает воду из под кормы, отбрасывая ее назад и уменьшая давление воды на кормовую часть. Возникающая сила засасывания, отнесенная к упору винта, называется коэффициентом засасывания.
Обводы, размеры и состояние корпуса и кормовой части, расположение и режимы нагрузки гребного винта влияют на пропульсивные качества и оцениваются коэффициентом влияния корпуса.
где ? – коэффициент попутного потока, ? = 0,2…0,45;
t – коэффициент засасывания, t = 0,12…0,3;
i – коэффициент, учитывающий неравномерность поля скоростей в диске винта, i = 0,95…1,03.
Буксировочная мощность расходуется на преодоление сопротивления движению судна.
N
= R ? V = P
? V
Осевая скорость винта относительно воды V
незначительно отличается от скорости V
.
Пропульсивный коэффициент – это отношение буксировочной мощности к мощности подводимой к винту N
.
Пропульсивный коэффициент характеризует гидромеханические потери на ГВ при его взаимодействии с корпусом.
Помимо этих потерь следует учитывать потери в редукторной передаче ?
(при ее наличии), валопроводе ?
и потери в ГД.
Тогда К. П. Д. пропульсивного комплекса представляется в виде:
Поступь винта h
– это путь, пройденный винтом в воде за один оборот. Относительная поступь – это поступь, отнесенная к диаметру винта D.
Если бы гребной винт вращался в твердой среде, как штопор в пробке, то за один оборот он бы прошел расстояние, равное шагу винта H без скольжения.
Скольжение S – безразмерная величина, определяемая как отношение скорости скольжения V
= (H ? n
– V
) к осевой скорости винта в «твердой среде», равной H ? n
В реальных условиях скольжение винта относительно воды является условием создания упора винта. Винт отбрасывает воду назад и создает упор. Без скольжения не будет и упора винта.
Упор ГВ зависит прямо пропорционально от массы и скорости отбрасываемой воды, а потери энергии с отбрасываемой частью воды пропорциональны произведению массы на скорость воды во второй степени, поэтому КПД винта будет увеличиваться при увеличении диаметра D и снижении частоты вращения винта n
. Масса отбрасываемой воды будет возрастать при увеличении диаметра ГВ, а обороты винта n
при этом можно снизить. КПД винта зависит от относительной поступи, а также от обводов корпуса и имеет для ВФШ ярко выраженное оптимальное значение при определенном ?
На рисунке 1.1. приведены кривые действия геометрически подобных винтов фиксированного и регулируемого шага [2].
Рис 1.1. Кривые действия гребных винтов:
а) – ВФШ; б) – ВРШ [2].
Соответствующие зависимости для упора, момента, мощности и КПД винта при упрощающем допущениях, что M
n
, N
n
выражаются формулами:
Из анализа зависимостей КПД на рисунке 1.1а и 1.1б видно, что ВРШ обеспечивает работу с высоким КПД в широком диапазоне режимов. Изменения величин ?
и S происходит при значительных воздействиях на сопротивление движению судна (разгон, торможение, работа во льдах). ВРШ широко применяются в установках, где часто меняются режимы работы.
Пропульсивный комплекс должен обеспечить не только заданную спецификационную скорость движения судна за счет создания тяги Pe и подведение к винту мощности N
, но и обеспечить надежную работу в определенном диапазоне скоростей и частот вращения.
Для анализа совместной работы гребного винта, корпуса судна и ГД используют ходовые или паспортные диаграммы судна. Они представляются в виде зависимостей R = f (V) и N
f (V).
Паспортную (ходовую) диаграмму судна первоначально представляют в виде зависимостей сопротивления движению R от скорости судна V при различных условиях плавания и при различных постоянных частотах вращения гребного винта n
.
R(P
) = f (V, n
, условия плавания)
Затем эту паспортную диаграмму можно перестроить в диаграмму зависимости мощности, потребляемой гребным винтом, от возможной скорости движения судна при различных сопротивлениях движению судна по условиям плавания или зависимости от значений относительных поступей винта ?
при различных частотах его вращения n
.
N
= f (V, n
, ?
).
Для построения кривых, представленных на рис. 1.2, можно использовать следующие уравнения.
Мощность буксировки судна с заданной скоростью на свободном ходу:
N
= R ? V.
Мощность, потребляемая гребным винтом:
N
= M
? ?
,
где M
– крутящий момент, потребляемый гребным винтом;
?
– угловая скорость вращения гребного винта, 1/с.
Зная экспериментальные значения коэффициентов упора K
и момента K
для гребного винта выбранной серии, можно определить зависимости упора винта и потребляемой винтом мощности от скорости судна, по приведённым выше формулам [2] или по формулам [5].
где K
= K
(1 – t)i – коэффициент тяги.
Паспортные диаграммы (графики P
= f(n
,V) и N
= f'(n
, V)) позволяют определить для установившихся режимов судна взаимосвязи между мощностью, подводимой к винту, частотой вращения винта и скоростью судна.
Эти диаграммы потом уточняются по результатам ходовых испытаний.
Общая конфигурация последней паспортной диаграммы с учетом ограничения по мощности ГД представлена на рисунке 1.2.
Если перенести кривые мощности, потребляемой винтом 2 в координаты N
= f(n
), учитывая, что частоты ГВ и ГД равны или связаны через величину передаточного числа редуктора, то получим широко распространенную диаграмму скоростной характеристики двигателя N
= f(n), которая является паспортной диаграммой пропульсивного комплекса «корпус – движитель – двигатель».
Рис. 1.2. Паспортная диаграмма судна с пропульсивной установкой с ВРШ:
1 – n=const; 2 – ?
= const; 3 – ограничительная характеристика по эффективной мощности.
Согласование характеристик «корпус-винт» с характеристиками двигателя графически представлено на рисунках 1.3 [5]. Нанося предельные характеристики двигателя на характеристики комплекса «корпус-винт», получим в левой части рисунка 1.8 паспортную диаграмму пропульсивного комплекса «корпус-движитель—двигатель».
Рис. 1.3. Характеристики и паспортная диаграмма пропульсивного комплекса [5]
Для анализа работы ГД по винтовой характеристике наносится кривая потребляемой винтом мощности. Для этого точки 1”– 2”-3”-4” на кривой зависимости потребляемой винтом мощности от скорости судна переносятся на правый график при тех же частотах вращения двигателя и, соединив их плавной кривой, получим винтовую характеристику двигателя.
Динамические качества ПК будут зависеть от ряда факторов. Определим факторы, влияющие на скорость движения судна.
