3. РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЬНО–ДВИЖИТЕЛЬНОГО
КОМПЛЕКСА С ГРЕБНЫМ ВИНТОМ ФИКСИРОВАННОГО ШАГА
В НЕПОВОРОТНОЙ НАСАДКЕ
Направляющие насадки на гребные винты являются эффективным средством повышения пропульсивных качеств судов с тяжело нагруженными движителями и представляют профилированное кольцо с расположенным в нем гребным винтом. Направляющие насадки подразделяются на неповоротные и поворотные. Последние устанавливаются для улучшения маневренных качеств судна.
Упор насадки , а упор комплекса складывается из упора гребного винта и упора насадки:
(1)
Основным кинематическим параметром, от которого зависит режим работы комплекса «гребной винт – насадка» и его гидродинамические характеристики, является относительная поступь комплекса , определяемая по скорости перемещения комплекса относительно жидкости
, (2)
где — скорость судна; — расчетный коэффициент попутного потока, определяемый экспериментально.
Динамические характеристики комплекса включают упор комплекса , упор гребного винта и упор насадки :
. (3)
В этой формуле отношение называется коэффициентом засасывания насадки.
При работе комплекса за корпусом судна сопротивление судна возрастает на величину силы засасывания , поэтому
(4)
где — полезная тяга.
При взаимодействии комплекса с корпусом коэффициент засасывания определится выражением
. (5)
Отсюда получаем
(6)
.
Эффективность использования мощности, подведенной к гребному винту, определяется значением КПД комплекса в свободной воде
(7)
где — крутящий момент на гребном винте при его работе в насадке.
Пропульсивный коэффициент системы «гребной винт – насадка — корпус судна» определяем по формуле
(8)
Здесь — крутящий момент на гребном винте при работе комплекса за корпусом судна.
С учетом связи между и , а также между и получим
(9)
где — коэффициент влияния корпуса;
— коэффициент влияния неравномерности попутного потока на момент винта, которая учитывается выражением
Гидродинамические характеристики комплекса представляют в безразмерном виде путем деления силы на , а момента — на .
Таким образом, будем иметь коэффициент упора комплекса «гребной винт — неповоротная насадка»
(10)
где — коэффициент упора гребного винта;
— коэффициент упора насадки.
Для КПД комплекса «гребной винт – неповоротная насадка» в свободной воде получим
(11)
где — коэффициент момента гребного винта.
При выполнении расчетов потребуется знание предельно допустимого диаметра гребного винта (габаритного диаметра) . Величина определяется из условия размещения винта в кормовом подзоре, а также из требования достаточного погружения его под свободную поверхность.
Для определения габаритного диаметра в первом приближении можно воспользоваться эмпирической формулой, связывающей величину с осадкой судна в районе расположения гребного винта :
(12)
В курсовой работе коэффициенты взаимодействия для одновальных судов можно определить по приближенным соотношениям между коэффициентами взаимодействия открытого гребного винта и комплекса «гребной винт – неповоротная насадка»:
(13)
и определяются по формулам (2) и (4) во второй части работы.
Метод выбора основных характеристик гребного винта в неповоротной насадке с помощью диаграмм принципиально не отличается от расчета элементов открытого изолированного гребного винта.
Параметры гребных винтов в курсовой работе определяются с помощью формул, выведенных на основе математической обработки диаграмм серийных испытаний гребных винтов в насадке, основные элементы которых представлены в таблице1.
Таблица 1
Условное обозначение серии Элементы серии
Z
Н — 1 4 0,35 1,30 1,12 0,60 0,7÷1,5 0,4÷1,4 0,1÷2,0 2,0÷4,0 0,5÷16,0 0,1÷1,2 0,1÷0,7
Н — 2 4 0,58 1,30 1,12 0,60 0,7÷1,5 0,4÷1,3 0,1÷2,0 1,0÷3,5 1,0÷12,0 0,1÷1,1 0,1÷0,7
Н — 3 4 0,75 1,30 1,12 0,60 0,7÷1,5 0,3÷1,4 0,1÷1,6 0,5÷3,5 0,5÷10,0 0,1÷1,1 0,1÷0,65
Н — 4 4 0,55 1,30 1,12 — 0,8÷1,6 0,1÷1,2 0,1÷1,7 0,8÷2,9 0,5÷11,0 0,1÷1,0 0,1÷0,68
В качестве проектного выберем комплекс серии Н-4 с дисковым отношением 0.55 для винтов с усеченной формой контура лопасти типа «Каплана».
3.1. Расчет оптимальных элементов гребного винта в насадке
Расчет оптимальных элементов гребного винта в насадке и максимально достижимой скорости ведем в таблице 2.
Таблица 2
Расчет гребного винта в неповоротной насадке, обеспечивающего достижимую скорость
n=1.16
, уз
16.3 16.8 17,5
, м/с
16,30 16,80 17,50
5,78 5,96 6,21
(см ниже табл. 3)
1,285 1,334 1,404
(см ниже табл. 3)
0,387 0,400 0,418
(см ниже табл. 3)
0,513 0,523 0,537
1,035 1,046 1,061
1,043 1,043 1,043
кН
0,558 0,570 0,585
Таблица 3
Гребной винт
a b c a b c a b с
-0,019 0,316 0,012 -0,089 0,442 0,092 -0,006 0,226 0,755
1,285 0,387 0,513 1,035
1,334 0,400 0,523 1,046
1,404 0,418 0,537 1,061
Рис.1 График зависимости
Рис 2. График зависимости
Рис 3. График зависимости
Рис 4. График зависимости
Заданной скорости Vs=16.8 узла соответствуют следующие параметры комплекса
, и
3.2 Расчет кривых действия гребного винта в неповоротной насадке в свободной воде
Таблица 4
Гребной винт
a b c d E a b c d e
Н — 4 0,018 -0,590 0,581 1,813 -0,994 -0,291 0,078 0,500 1,713 -0,884
J=0.30 0,3660 0,4514
J=0.40 0,3139 0,4400
J=0.50 0,2621 0,4233
J=0.60 0,2107 0,4013
J=0.70 0,1596 0,3740
Рис.5 График (красным открытый винт, синим винт в насадке)
Рис.6 График (красным открытый винт, синим винт в насадке)
Рис.7 График (красным открытый винт, синим винт в насадке)
Общий вывод по расчету двигательно-движительного комплекса
с открытым гребным винтом
и гребным винтом в неповоротной насадке
Расчеты показывают, что при одинаковых габаритных размерах винта винт в неповоротной насадке обладает большим коэффициентом упора и момента по сравнению с открытым винтом фиксированного шага при одинаковых параметрах главного двигателя. Это связано с тем, что за счет насадки суммарный упор комплекса «винт-насадка» увеличивается.
При использовании гребного винта в неповоротной насадке заданная в задании на курсовой проект скорость хода достигается.
Список литературы
1. Басин А. М., Миниович И. Я. Теория и расчет гребных винтов. ГИЗ Судпром, Л., 1963.
2. Дорогостайский Д. В., Жученко М. М., Мальцев Н. Я. Теория и устройство судна. Л., Судостроение, 1976
3. Дубровин О. В. Расчет буксировочной мощности по прототипу. Л., 1960.
4. Войткунский Я. И. Сопротивление движению судов. Л., 1964.
5. Цуренко Ю. И. Лекции по теории корабля., 2003.