Конструктивные элементы гребного винта

После расчёта гребного винта и проверки его на кавитацию необходимо принять окончательно его конструктивные элементы с учётом рекомендаций раздела 2 по следующей форме:

Конструктивный тип винта ………..

Диаметр гребного винта D = ……..м

Конструктивное шаговое отношение (H/D)_0,7 = ………м

Шаг на относительном радиусе ŕ = 0,7 Н_0,7 = ………м

Дисковое отношение Ѳ =……..

Число лопастей Z =……..

Материал ……..

10.Расчёт паспортных характеристик и построение паспортной диаграммы.

Приведенные в разделе 7 расчетные схемы позволяют определить проектную скорость хода судна или параметры его силовой установки при заданном водоизмещении, чистом корпусе и винте при благоприятных погодных условиях. Однако для суждения о ходовых качествах судна необходимо знать скорость хода судна и потребляемую ГВ мощность при различной частоте вращения винта (меньше номинальной) и при различных условиях эксплуатации. Чтобы выполнить расчеты ходкости для всего многообразия эксплуатационных условий, строят так называемые паспортные диаграммы, или ходовые характеристики судна, представляющие собой совокупность согласованных между собой характеристик корпуса, двигателя и движителя, построенных в зависимости от его скорости хода.

Паспортная диаграмма судна состоит из двух рисунков, расположенных один над другим. По оси абсцисс, общей для обеих частей диаграммы, откладывают скорость хода судна (в узлах) , по оси ординат верхней части диаграммы – полезную тягу винта Р_е (кН), по оси ординат нижней части – мощность энергетической установки N_e (кВт) .

Необходимыми данными для расчёта паспортной диаграммы являются: гидродинамические характеристики гребного винта, а так же его диаметр D , число лопастей Z, дисковое и шаговое отношения Ѳ и H/D, коэффициенты взаимодействия винта с корпусом, номинальные значения мощностей и частоты вращения двигателя и его ограничительная характеристика, кривые сопротивления корпуса R= f( ) при различных условиях плавания.

Расчёт паспортных характеристик рекомендуется выполнить по таблице 11 в следующей последовательности:

1. Принимают 5 -6 округленных значений частоты вращения в диапазоне (0,7 – 1,05) n_ном , при этом в число табличных значениях частоты вращения рекомендуется включать:

а) для судов с дизельными установками:

- номинальную частоту вращения n_ном

- расчётную частоту вращения n_расч=К n_ном

- долевые от n_ном значения от частоты вращения, рекомендуемые для построения ограничительной характеристики двухтактных малооборотных дизелей фирм «Зульцер», «МАН» различных типов – (0,7; 0,8; 0,9; 0,95) n_ном ; таких же дизелей фирмы «Бурмейстер и Вайн» и «БМВ» - (0,7; 0,8; 0,9; 0,97) n_ном; для дизелей других типов – произвольно;

Долевые значения частоты вращения рекомендуется округлять до целых значений, кратных 5 или 10 мин^-1.

б) для судов с ПТУ, ГТУ и ЭУ: номинальную частоту вращения n_ном;

Долевые от n_ном- произвольно.

2. Принимают 5 значений относительной поступи в пределах (0,5÷1,2) , где - расчётное значение относительной поступи, полученное в результате расчётов в разделе 7. Предпоследнее из табличных значений должно быть равно расчётному. Все табличные значения , кроме расчетного, рекомендуется округлить до 0,02, то есть должно быть принято, например: = 0,34; 0,46; 0,62… и т. д.

3. Для рассчитанного гребного винта с обеих частях соответствующей диаграммы (K_Т , K_Q - ) по значениям и H/D снимают и заносят в таблицу коэффициенты упора K_Т и момента K_Q. Дальнейший расчёт выполняют по формулам:

; (уз)
; (кН)
(кВт)

По результатам расчётов строят паспортную диаграмму судна (рис. 8).

На паспортной диаграмме должны быть построены:

1. Кривые полезной тяги и мощности на гребном винте при n=const для всех значений n , принятых в таблице.

2. Кривая потребной тяги (буксировочного сопротивления) R= f( ), полученная по расчёту сопротивления воды движению судна, отнесённая к числу гребных винтов.

3. Кривая потребной мощности N_e = f( )

,

где η_o - КПД гребного винта.

4. Кривая располагаемой мощности N_e (n) – ограничительная характеристика ДВС или внешняя характеристика ПТУ, ГТУ и ЭУ .

5. Кривая располагаемой тяги, соответствующая кривой располагающей мощности, которая строится путём переноса точек пересечения кривых N_e (n) и N_e (n, ) на соответствующие кривые P_e ( , n). Oрдинаты полученные таким образом кривой P_e (n) позволяют определить значение максимальной тяги, достижимые при данном гребном винте и двигателе.

Кривую располагаемой мощности следует строить в диапазоне

n ≤ n _ном, руководствуясь рекомендациями:

- для двухтактных малооборотных дизелей фирм «Зульцер», «Бурмейстер и Вайн», «БМВ» и «МАН» различных типов по данным таблицы 8;

- для дизелей других типов, исходя из предположения, что ограничительной характеристикой является кривая M_kp =const, которая рассчитывается по формуле: ;

- для ПТУ, ГТУ и ЭУ при отсутствии фирменной внешней характеристике, внешняя характеристика рассчитывается по форме Флюгеля:

,

где μ – коэффициент, принимаемый равным 1.75.

Таблица 8

	0,8	0,9	0,95	0,97	1,0	K	Тип двигателя
Ne/ Ne ном	0,62	0,815	0,9	0,97	1.0	1,0	«Бурмейстер и Вайн», BМЗ
0,68 0,52	0,9 0,73	0,95 0,86	0,97 0,913	1,0 1,0	1,0 1,0	Зона В Зона А «Зульцер»
0,59 0,66	0,819 0,9	0,95 0,95	0,97 0,97	1,0 1,0	1,0 1,0	Зона В Зона А «МАН»

При помощи паспортной диаграммы определяют:

- проектную скорость хода судна _пр при n = n _ном - по точкам пересечения кривых полезной тяги P_e ( ,n),и буксировочного сопротивления R = ( ), мощности N_e ( ,n) и потребной мощности N_e ( );

- максимальную (спецификационную) скорость судна на испытаниях – по точкам пересечения кривых располагаемой и потребной тяги P_e (n) и

R = ) и располагаемой и потребной мощности N_e (n) и N_e ( );

- запас мощности двигателя, как относительную разность между номинальной мощностью и мощности при скорости = _пр.

-среднеэксплуатационную скорость _экс при эксплуатационной частоте вращения двигателя n _экс = (0,95-0,97) n _ном и при возросшем, например, на 20 % сопротивлении движению судна.

Помимо этого, паспортная диаграмма позволяет решать следующие задачи:

- определение частоты вращения, необходимой для обеспечения заданной скорости судна;

- определение скорости судна по частоте вращения;

- проверка соответствия гребного винта двигателю;

- определение допустимой скорости без перегрузки главного двигателя при изменении сопротивления судна в эксплуатации в результате обрастания корпуса, изменения осадки, буксировки объектов и т. п.

Пример

расчета оптимальных элементов гребного винта, обеспечивающих наибольшую скорость хода при заданной мощности и частоте вращения силовой установки.

Тип судна - нефтерудовоз.

Длина расчетная L = 244,4 м.

Ширина по ГВЛ В = 38,8 м.

Осадка расчетная, средня Т = 14,53 м.

Коэффициент общей полноты δ = 0,8

Коэффициент полноты мидельшпангоута β = 0,99

Коэффициент полноты ватерлинии α = 0,9

Мощность главного двигателя N_{e ном} = 12500 кВт

Частота вращения n _ном = 115 мин^-1 (1,92 с^-1)

Тип СЭУ – ДВС с прямой передачей.

Завод-изготовитель ДВС – БМВ.

Число гребных винтов Z_p=1

Расчет сопротивления воды и буксировочной мощности выполнен в соответствии с методическими указаниями, приведенными в пособии [2].

Данные о сопротивлении и буксировочной мощности представлены в таблице 9 и на рисунке 6.

Исходные данные Таблица 8

Скорость судна уз
, кН	778,0	895,9	1039,8	1224,5	1486,5
кВт

Рис. 6. Зависимость полного сопротивления и буксировочной мощности от скорости.