Геометрические и гидродинамические параметры гребного винта.

 

          По конструкции гребные винты классифицируют на винты фиксированного шага (ВФШ) и винты регулируемого шага (ВРШ). Винты фиксированного шага могут быть цельнолитыми (лопасти единоцельное со ступицей) и сборные (лопасти крепятся к ступице с помощью шпилек и болтов), которые в основном применяются на судах ледового класса.

             Основными конструктивными характеристиками гребного винта являются: диаметр D, число лопастей Z, конструктивный шаг Н, шаговое отношение Н/D, дисковое отношение θ = F /F , относительный диаметр ступицы d /D

             Диаметр винта D зависит от обводов кормовой части судна, расположения пера руля, типа судна. Для балкеров и танкеров выбор диаметра винта зависит от минимальной конструктивной осадки Т при балластном пробеге из условия D/T < 0,65. Диаметр винта для контейнеровозов, паромов принимается от минимальной осадки D/Т < 0,74. Эффективность пропульсивного комплекса зависит от КПД винта . При увеличение диаметра винта снижается частота вращения, что способствует увеличению пропульсивного КПД комплекса в пропорции 1/4 – 1/5 от значения снижения оборотов (∆n). Наибольший диаметр установленного гребного винта D=10 м на контейнеровозе (вместимостью 13400 контейнеров) с главным двигателем 14К98МЕ (MAN B&W) мощностью 87000 кВт при 97 об/мин.

                Гребной винт может, иметь число лопастей Z - 2, 3, 4, 5, 6 в зависимости от воспринимаемой нагрузки. При больших значениях нагрузки увеличение числа лопастей повышает КПД винта на 2 – 3% за счет уменьшения концевых потерь. Увеличение числа лопастей приводит также к снижению амплитуд пульсирующих давлений на обшивке корпуса в кормовой оконечности судна, передаваемых через воду гребным винтом.

                         

Геометрические и гидродинамические параметры гребного винта.

                                      Вращение в: _______ твердой среде, _ _ _ воде.

.                    Геометрический шаг Н – путь проходимый винтом за один оборот в твердой среде. Шаг по радиусу лопасти меняется. В практике шаг замеряется на расстояние 0,7R радиуса винта и указывается в документации.

                           Шаговое отношение H / D принимается в зависимости от частоты вра-щения n и диаметра винта D в пределах 0,6 H / D 1,8.

                           Дисковое отношение θ = F / F  - отношение суммарной спрямленной площади всех лопастей гребного винта F  к площади диска винта F =π D , который зависит от воспринимаемой нагрузки и числа лопастей. Для судов с 4-х лопастными винтами θ = 0,55, а у крупнотоннажных судов с 5 -6 лопастными винтами θ = 0,80.

                           Относительный диаметр ступицы d / D – отношение диаметра ступицы винта к диаметру гребного винта. Для цельнолитых ВФШ d / D = 0,18 – 0,20, ВФШ со съемными лопастями и ВРШ 0,25 – 0,30.

                            Абсолютная поступь гребного винта h  - путь проходимый гребным винтом в воде в осевом направлении за один оборот  

 

Тяжелый, легкий винт.

Повышенное, против расчетного сопротивление корпуса судна, неправильно подобранный винт, у которого диаметр и шаг превышают требуемые для данного случая размеры, недостаточная мощность двигателя, приводят к его перегрузке при работе на номинальном режиме.

Для характеристики указанного несоответствия вводится понятие «тяжелого» винта, т. е. таких условий работы двигателя на винт, при которых дизель при номинальной мощности развивает частоту вращения, меньшую номинальной в заданных эксплуатационных условиях.

Нарушением соответствия между элементами пропульсивного комплекса является также неправильно подобранный «легкий» винт, который при достижении номинальной частоты вращения не использует номинальную мощность двигателя в данных условиях плавания. Поэтому при проектировании и постройке судна между элементами движительного комплекса должно быть предусмотрено необходимое соответствие.

Однако правильный выбор элементов пропульсивного комплекса еще не гарантирует обеспечения высоких технико-эксплуатационных показателей работы судна. Обрастание корпуса, ухудшение состояния винта, нарушение правил эксплуатации дизельной установки приводят к нарушению соответствия между элементами пропульсивного комплекса. Поэтому необходимое соответствие между корпусом судна, двигателем и винтом обеспечит максимальный эффект только при условии поддержания этого соответствия в течение всего времени работы судна.

Для поддержания корпуса судна в надлежащем техническом состоянии необходимо выдерживать оптимальные сроки докования и применять новые методы против обрастания и коррозии корпуса (специальную покраску, катодную и ультразвуковую защиту и т. д.).

В процессе эксплуатации лопасти винта могут деформироваться. Кроме того, в результате коррозии и кавитации резко изменяется состояние рабочих поверхностей движителя. Все это ухудшает условия работы судового винта. Дефекты устраняют в процессе ремонта винта. Если ремонт невозможен, винт заменяют.

Снижение уровня технического состояния главного двигателя и обслуживающих механизмов, нарушение регулировки в различных звеньях энергетической установки приводят к изменению технико-эксплуатационных показателей главного двигателя и в первую очередь к уменьшению его мощности. Поддержание спецификационных показателей энергетической установки обеспечивается своевременным выполнением комплекса мероприятий по ее техническому обслуживанию.

Но и при правильном выборе элементов пропульсивного комплекса и поддержании их в надлежащем техническом состоянии в результате изменения условий эксплуатации часто нарушается соответствие между ними.

Мощность, поглощаемая гребным винтом, зависит не только от скорости судна, но и от изменения его осадки, состояния моря, силы и направления ветра, навигационных условий плавания.

В этих условиях правильный выбор эксплуатационного режима главного двигателя и его систем является основным средством достижения максимально возможных показателей работы судна при одновременном обеспечении надежности энергетической установки.

Технико-эксплуатационные показатели двигателя при работе на разных режимах оценивают с помощью его характеристик. Так как особенность работы двигателя состоит в том, что развиваемая им мощность на установившемся режиме определяется в первую очередь частотой вращения винта, то для оценки параметров дизеля используют скоростные характеристики (внешние и винтовые).

Внешние характеристики снимают на заводском стенде, определяя зависимости показателей двигателя от частоты вращения при полезном постоянном ходе плунжера топливного насоса для различных положений указателя нагрузки. При этом получают внешние характеристики для максимальной, номинальной и нескольких частичных мощностей.

Номинальная мощность — это наибольшая гарантируемая заводом-изготовителем эффективная мощность, которую двигатель может развивать длительное время при номинальной частоте вращения nном, температуре наружного воздуха to =20⁰ С, давлении, равном 760 мм рт. ст., и относительной влажности φ =60%.

Максимальная мощность дизеля — это эффективная наибольшая мощность, составляющая 110% номинальной и развиваемая в течение 1 ч с сохранением среднего индикаторного давления р, на уровне номинального и с превышением частоты вращения не более чем на 6% при тех же атмосферных условиях, которые заданы для номинальной мощности.

В настоящее время в терминологии многих дизелестроительных заводов, в том числе и БМЗ, используют различные понятия мощности.

Длительная максимальная мощность соответствует номинальной мощности дизеля при сохранении его допустимой напряженности (для выполнения нормативного времени рейса).

Перегрузочная мощность соответствует максимальной.

Длительная эксплуатационная мощность устанавливается с учетом эксплуатационных условий в пределах, обеспечивающих сохранение приемлемой тепловой и механической напряженности двигателя. Работа на этой мощности предотвращает перегрузку двигателя, обеспечивает минимальный износ и долговечность его деталей.

Винтовые характеристики показывают зависимость между различными показателями двигателя и частотой вращения при положениях дозирующих органов, обеспечивающих равенство эффективной мощности двигателя и мощности, потребляемой винтом. Винтовые характеристики, кроме того, показывают зависимость между требуемой мощностью (крутящим моментом) для вращения гребного винта и частотой вращения.