Шрифт:
На рисунке 1.1. приведены кривые действия геометрически подобных винтов фиксированного и регулируемого шага [2].
Рис 1.1. Кривые действия гребных винтов:
а) – ВФШ; б) – ВРШ [2].
Соответствующие зависимости для упора, момента, мощности и КПД винта при упрощающем допущениях, что MB~n2p, NB~n3p выражаются формулами:
Из анализа зависимостей КПД на рисунке 1.1а и 1.1б видно, что ВРШ обеспечивает работу с высоким КПД в широком диапазоне режимов. Изменения величин p и S происходит при значительных воздействиях на сопротивление движению судна (разгон, торможение, работа во льдах). ВРШ широко применяются в установках, где часто меняются режимы работы.
Пропульсивный комплекс должен обеспечить не только заданную спецификационную скорость движения судна за счет создания тяги Pe и подведение к винту мощности NB, но и обеспечить надежную работу в определенном диапазоне скоростей и частот вращения.
Для анализа совместной работы гребного винта, корпуса судна и ГД используют ходовые или паспортные диаграммы судна. Они представляются в виде зависимостей R = f (V) и NB f (V).
Паспортную (ходовую) диаграмму судна первоначально представляют в виде зависимостей сопротивления движению R от скорости судна V при различных условиях плавания и при различных постоянных частотах вращения гребного винта np.
R(PB) = f (V, np, условия плавания)
Затем эту паспортную диаграмму можно перестроить в диаграмму зависимости мощности, потребляемой гребным винтом, от возможной скорости движения судна при различных сопротивлениях движению судна по условиям плавания или зависимости от значений относительных поступей винта p при различных частотах его вращения np.
NB = f (V, np, p).
Для построения кривых, представленных на рис. 1.2, можно использовать следующие уравнения.
Мощность буксировки судна с заданной скоростью на свободном ходу:
NR = R • V.
Мощность, потребляемая гребным винтом:
NB = MB • B,
где MB – крутящий момент, потребляемый гребным винтом;
B – угловая скорость вращения гребного винта, 1/с.
Зная экспериментальные значения коэффициентов упора K1 и момента K2 для гребного винта выбранной серии, можно определить зависимости упора винта и потребляемой винтом мощности от скорости судна, по приведённым выше формулам [2] или по формулам [5].
где KC = K1(1 – t)i – коэффициент тяги.
Паспортные диаграммы (графики Pe = f(np,V) и Nb = f'(np, V)) позволяют определить для установившихся режимов судна взаимосвязи между мощностью, подводимой к винту, частотой вращения винта и скоростью судна.
Эти диаграммы потом уточняются по результатам ходовых испытаний.
Общая конфигурация последней паспортной диаграммы с учетом ограничения по мощности ГД представлена на рисунке 1.2.
Если перенести кривые мощности, потребляемой винтом 2 в координаты NeГД = f(nГД), учитывая, что частоты ГВ и ГД равны или связаны через величину передаточного числа редуктора, то получим широко распространенную диаграмму скоростной характеристики двигателя Ne = f(n), которая является паспортной диаграммой пропульсивного комплекса «корпус – движитель – двигатель».
Рис. 1.2. Паспортная диаграмма судна с пропульсивной установкой с ВРШ:
1 – n=const; 2 – p= const; 3 – ограничительная характеристика по эффективной мощности.
Согласование характеристик «корпус-винт» с характеристиками двигателя графически представлено на рисунках 1.3 [5]. Нанося предельные характеристики двигателя на характеристики комплекса «корпус-винт», получим в левой части рисунка 1.8 паспортную диаграмму пропульсивного комплекса «корпус-движитель—двигатель».