Выбор серии моделей гребных винтов, определение диаметра винта и числа лопастей

В основе расчета гребного винта лежит использование диаграмм, построенных по данным систематических серийных испытаний. Из наибольшего числа таких диаграмм наиболее распространены диаграммы, основанные на результатах испытаний моделей винтов серии В (серии Трооста в Вагенингенском опытовым бассейне в Галландии) и представленной форме, предложенной Э.Э. Пампелем /3/ стр.477-509, /2/ стр. 202-209. Не исключено использование и других серий: “М”, “Т” и “Z”. Найденные путём расчетов по диаграммам серийных испытаний элементы гребного винта в отдельных случаях уточняются с помощью вихревой теории.

Предварительно устанавливается предельной диаметр гребного винта , который для одновинтовых судов на условия его расположения кормовом подзоре может быть найден:

,

а для двухвинтового

, где – осадка судна.

Устанавливается число лопастей гребного винта, которое принимается в целях предотвращения недопустимой вибрации кормовой оконечности корпуса для одновинтовых судов равным 4-м (в зависимости от характера неравномерности поля скоростей за корпусом судна).

Следует иметь в виду, что с увеличением числа лопастей вибрация уменьшается. На промысловых и среднескоростных транспортных судах можно рекомендовать установку четырехлопастных винтов (Z =4).

РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВИНТА И КОРПУСА

Корпус при движении увлекает за собой массы воды, создавая попутно поток. Винт работает в этом потоке, средняя скорость которого меньше скорости судна . Отношение – носит название коэффициента попутного потока.

Для транспортных судов коэффициент попутного потока можно определить по формуле Тейлора

для траулеров – по формуле Хекшера

,

где – коэффициент продольной полноты корпуса, β – коэффициент полноты мидель-шпангоута.

Коэффициент ψ можно принять:

для крупных траулеров L=/60-130/м равным 0,60 – 0,67;

для средних траулеров L=/40-60/ равным 0,67 – 0,73.

Коэффициент засасывания t определяют по приближенным формулам. Для одновинтовых транспортных судов с обтекаем рулем

.

Коэффициент влияния корпуса .

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ И ДИСКОВОГО ОТНОШЕНИЯ

Рациональная частота вращения винта n предварительно может быть определена по графику на рис. У111.11 на стр. 605/3/ в зависимости от скорости обтекания винта /расчетной скорости

где ω – коэффициент попутного потока, – заданная скорость, в узл,

и мощности главной установки

в кВт.,

где – буксировочная мощность для заданной скорости, снимается с построенного ранее графика ; – пропульсивный коэффициент, который предварительно можно принять η= 0,6. График приведен в Приложении 3.

Дисковое отношение θможет быть определенно по диаграммам /рис. У111.12. – У111.15. /стр. 606-609/3/ в зависимости от

расчетной скорости в узлах,

числа оборотов n в минутах,

мощности установки в кВт

или по графику на рис. 16.12./2/ стр. 217 в зависимости от погружения оси гребного вала

и удельного давления , кН/м²

где – упор винта, кН,

R – буксировачное сопротивление, кН,

t – коэффициент засасывания.

Полученное по графику на рис. 16.12 дисковое отношение, что бы винт не работал в первой стадии кавитации, увеличивают в 1,5 – 1,7 раза.

 

РАСЧЕТ ОПТИМАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ ВИНТА И МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ

Расчетные диаграммы выбранной серии моделей в разделе 2.2. могут быть использованы при реализации различных практических схем расчета винт. /2/ табл. 16.1. стр. 218. При известных v, R, ω, t, z, θ, η расчет следует вести по схеме 1 в следующей последовательности.

Определить упор винта , кН.

Определить расчетную скорость , м/с.

Вычислить безразмерный коэффициент упора – частоты вращения

, где ρ =1025 Нс²/м⁴.

По графику на рис.16.8. /2/ стр. 208 определить (См. Приложение 4):

относительную поступь ;

шаговое отношение ;

к.п.д. винта в свободной воде .

Вычислить оптимальный диаметр винта:

и согласовать его с предельным значением вычисленным в разделе 2.2.

Определить к.п.д. винта за корпусом .

Определить мощность двигателя на гребном валу

, кВт;

Определить мощность на валу двигателя

, кВт

где – КПД валопровода;

– КПД редуктора;

– при прямой передаче мощности.

ПРОВЕРКА ВИНТА НА КАВИТАЦИЮ

Проверка может осуществляться по критической частоте вращения винта . При частоте , кавитация отсутствует, при возможно появление кавитации, а при имеет место развитая кавитация.

Критическую частоту вращения определяют по формуле Э. Пампеля:

,

где – гидростатическое давление, Па,

– давление в 1м вод. ст., Па,

– погружение оси винта, м.

– безразмерный коэффициент, характеризующей начало кавитации,

– коэффициент разряжения,

– относительный радиус,

– коэффициент подъемной силы,

– относительная толщина лопасти,

– коэффициент упора, определяемый по диаграмме на рис.16.8/2/ стр. 208 в функции от и .

Если винт кавитирует, то необходимо увеличить дисковое отношение θ.

Практическая работа №7