Мощность силовой установки. Тяга винта

Чтобы судно двигалось с определенной скоростью, к нему надо приложить движущую силу, преодолевающую сопротивление воды. Мощность, необходимая для преодоления силы сопротивления, равняется работе этой силы в единицу времени, т. е.

EPS = R _v

где R — сила сопротивления;

v — скорость судна.

Данная формула определяет полезную мощность. Силу R можно измерить динамометром при буксировке судна со снятым винтом. Поэтому полезную мощность называют еще буксировочной. Однако сила сопротивления преодолевается тягой винта, который, как и всякий механизм, часть энергии тратит непроизводительно. Работающий винт вступает в гидромеханическое взаимодействие с корпусом судна, что приводит к потере энергии, т. е. работающий винт увеличивает скорость обтекания кормовой оконечности, вызывая понижение давления. Это приводит к появлению дополнительной силы — силы засасывания, действующей в сторону, противоположную перемещению судна. Действие силы засасывания равносильно увеличению сопротивления судна. Следовательно, мощность, затрачиваемая на вращение винта (потребляемая мощность), должна быть больше полезной мощности. Отношение полезной мощности к потребляемой называют пропульсивным коэффициентом комплекса корпус—движитель:

где М — момент сопротивления вращению винта;

w — частота вращения- винта.

Пропульсивный коэффициент η характеризует потребность судна в энергии, необходимой для поддержания заданной скорости движения. Мощность на валу двигателя называют эффективной мощностью Ne. В отличие от потребляемой эффективная мощность включает потери энергии в валопроводе и редукторе, учитываемые КПД η _в, η _р,т.е.

Данную формулу можно использовать для ориентировочной оценки тяги винта Р _п.хв режиме полного эксплуатационного хода. Действительно, приняв среднее значение η =0,75, а η η =0,95, получим (тс):

(1.4)

Максимальная тяга винта развивается в швартовном режиме. У транспортных судов она примерно на 10% больше тяги винта в режиме полного хода. Следовательно, тягу винта Р_ш в швартовном режиме можно вычислить по формуле

(1.5)

1.5. Ходовые характеристики винтовых судов

Комплекс корпус судна—двигатель—движитель проектируется с учетом определенных, свойственных для данного типа судов условий эксплуатации, т. е. назначения судна, состояния его нагрузки, волнения, ветра и т. п. В действительности эти условия могут отличаться от предусмотренных проектом, в связи с чем будет изменяться соотношение между мощностью двигателя, тягой винта и скоростью судна. Например, при плавании во льду максимальная мощность развивается при значительном снижении оборотов, тяга винта возрастает, а скорость продвижения судна уменьшается. Указанные изменения учитываются с помощью ходовых (для буксирных судов — тяговых) характеристик судна. Ходовые характеристики можно представить в виде графиков, посредством которых определяются скорость судна, тяга винта, мощность и частота вращения вала двигателя в зависимости от условий эксплуатация судна и режима работы силовой установки.

Практический интерес для судоводителей представляет часть ходовых характеристик, так называемая паспортная диаграмма тяги (рис. 1.5), на которую нанесены следующие кривые:

полезной тяги винта Р (п), каждая при постоянной частоте вращения вала n _i- n _max (винтовые характеристики);

сопротивления среды R при различных осадках и различных состояниях поверхности корпуса (потребные тяги);

полезной тяги P _м при постоянном значении вращающего момента, допускаемого особенностями конструкции двигателя и прочностью валопровода (кривые располагаемой тяги).

Точка а пересечения кривых расчетного сопротивления R _рас располагаемой тяги P _м и винтовой характеристики R _(П) определяет расчетную скорость v _рас при расчетной мощности двигателя. Если сопротивление судна увеличится (например, из-за обрастания), кривая R _рас сместится в положение R '. Точка ее пересечения с кривой располагаемой тяги b укажет на необходимость снижения оборотов, и скорость судна упадет до значения v ’.

Паспортная диаграмма тяги содержит все сведения о ходовых качествах судна. Ее можно использовать для построения диаграммы буксировки. Точка пересечения кривой располагаемой тяги с осью ординат дает значение тяги винта в швартовном режиме, который используется при расчетах по снятию судна с мели.