Классификация судовых движителей может осуществляться по различным признакам, в частности, по местонахождению источника энергии и по принципу действия. По первому из этих признаков судовые движители подразделяют на механические, если источник энергии находится на судне, и немеханические, - если вне судна. Такой способ классификации иногда может вызвать улыбку: роторы Флеттнера, использующие энергию ветра, относятся к немеханическим, а весла - к механическим, поскольку источник энергии - гребец - находится на судне. Другие примеры: гребной винт - механический, а парус - немеханический движитель.
По принципу действия движители подразделяют на активные, создающие упор за счет изменения скоростей внешней среды (парус, ротор Флеттнера, плавники Павленко), и реактивные, упор которых создается за счет отбрасывания струи (воды, иногда воздуха или иной среды). Наиболее распространенными являются реактивные движители, действие которых не зависит от внешних условий. Эту классификацию можно продолжить.
Рассмотрим некоторые движители из числа наиболее распространенных. Начнем с гребного винта. Далее мы будем подробно изучать его устройство, принцип действия и т.д., а здесь коснемся общих сведений.
Винты - на сегодняшний день наиболее эффективные судовые движители, КПД лучших из которых достигает 80 %. Чаще всего он лежит вблизи 60 %, а у некоторых судов бывает заметно меньше. Диаметры крупнейших винтов достигли 10 м, масса - 70 т. Винты не предъявляют особых требований к форме корпуса судна, они довольно удобно сочетаются с двигателем, ось вращения которого должна быть горизонтальной, как и ось вращения винта (хотя в ряде случаев требуется угловая передача или другая усложненная конструкция). Винт обычно неплохо работает на волнении. Разработано множество способов повышения их эффективности, часть из которых нами будет в свое время рассмотрена.
Гребные колеса - ранее довольно распространенный движитель для речных и озерных судов. Рабочим органом являются плицы в виде прямоугольных пластин криволинейного (иногда прямолинейного) сечения, размещенные по окружности и связанные со ступицей с помощью ободьев и спиц. Плицы обычно бывают поворотными. Колеса довольно сложны и громоздки; имея невысокую частоту вращения (примерно 20-25 об/мин), они погружаются в воду на 20-27 % своего диаметра. Плицы легко повреждаются плавающими предметами, но и легко ремонтируются без вывода судна из эксплуатации. Гребные колеса почти всегда размещаются по бортам в средней части судна, что увеличивает габаритную ширину, иногда - в корме. Колеса неплохо работают на мелководье, значительно хуже - в условиях волнения и при значительных изменениях осадки. КПД лучших колес может достигать 60 %, что довольно много.
Первый крыльчатый движитель (КД) предложил инженер Шнайдер в 1928 г. Этот движитель имеет барабан с вертикальной или почти вертикальной осью вращения, нижняя поверхность которого совпадает с поверхностью днища. По окружности барабана размещаются 3-8 лопастей. В первой конструкции КД каждая лопасть совершала вращательное движение вокруг своей оси, параллельной оси вращения барабана, делая пол-оборота за один оборот барабана. Профиль лопастей - симметричный сегмент.
У другого варианта КД (предложенного Фойтом, почему такие движители называют также движителями Фойта-Шнайдера) лопасти не вращаются, а колеблются, так что на одной половине окружности их носики «смотрят» наружу, а на другой - внутрь. Управление лопастями производится таким образом, чтобы в каждом положении на окружности лопасть была перпендикулярна радиусу-вектору, проведенному к ней из точки управления, расположенной внутри круга, радиус которого может достигать 0,7-0,8 радиуса, на котором расположены оси лопастей. Упор направлен перпендикулярно отрезку прямой, соединяющей точку управления и ось вращения барабана, и в первом приближении может считаться пропорциональным длине этого отрезка. Таким образом, судну, оборудованному крыльчатыми движителями, не нужен руль: оно может двигаться вперед и назад, разворачиваться на месте, если имеет два КД, двигаться лагом, если два КД располагаются в разных оконечностях. КПД движителя второго типа больше, чем первого, благодаря тому, что у лопастей имеется передняя и задняя кромка, которые не меняются местами, как в первой конструкции, и имеют форму крыла, изогнутого по окружности, вдоль которой они движутся. Двигатель может быть нереверсивным, он легко согласовывается с движителем (в отличие от обычного гребного винта), управление работой КД производится непосредственно с мостика. Вибрация и качка у судов с КД несколько меньше, чем с гребным винтом.
Но эти движители довольно громоздкие, неудобен подвод мощности к ним (нужны или сложная и дорогая угловая передача, или почти вертикальное расположение главного двигателя); требуют наличия плоского и горизонтального днища в районе их установки (на некоторое расстояние от КД во все стороны). При скоростях порядка 20 уз на лопастях КД возникает кавитация, что ограничивает скорости судов с КД. Обычно такие движители плохо взаимодействуют с корпусом судна (у них коэффициент попутного потока близок к нулю, а коэффициент засасывания - около 0,15, в результате чего снижается КПД; см. гл. 3 о взаимодействии винта и корпуса). В целом КПД КД меньше, чем гребного винта.
Крыльчатые движители устанавливают на судах, для которых важна хорошая маневренность при умеренной скорости, например, на буксирах, паромах, причем КД может находиться в районе миделя, увеличивая осадку судна. В СССР (в Севастополе) было построено много различных плавучих кранов с двумя-тремя КД, схемы размещения которых были довольно разнообразны.
Первый водометный движитель (ВД) появился в 1661 г. Он располагался в средней части судна и представлял собой своеобразный центробежный насос в виде наклонного барабана, в который из-под днища засасывалась вода. Затем она по двум каналам с поворотными патрубками отводилась к бортам и выбрасывалась из корпуса в нос или в корму. Таким образом, судно могло двигаться вперед, назад, разворачиваться на месте.
Уже в этом варианте видны черты, характерные для многих современных конструкций ВД: хорошая защищенность, высокая маневренность, большая масса (с учетом воды в каналах и в барабане), сравнительно невысокий КПД. В последующие годы водометные движители не получили широкого распространения, интерес к ним стал появляться примерно в середине ХХ в. благодаря указанным преимуществам. ВД применялись, в первую очередь, на небольших и сравнительно тихоходных судах, плававших на мелководном и часто засоренном фарватере. Такие катера не боялись мелей, плавающих бревен, небольших льдин. Из-за значительных гидравлических потерь в трубах КПД ВД составлял примерно 30-40 % (заметим, что КПД ВД строго не определяется, поскольку упор у них создается на корпусе, так что нельзя достоверно разделить сопротивление и упор).
В дальнейшем выяснилось, что ВД упрощенной схемы могут с успехом применяться на быстроходных судах. Таким образом, их развитие пошло по пути уменьшения количества и размеров каналов, увеличения их диаметров и скоростей движения судов. Приемное отверстие ВД располагается под днищем в кормовой части, в коротком трубопроводе устанавливается насос, чаще всего осевой, который может быть многоступенчатым, а струя воды может выбрасываться не только под воду, но также частично или полностью над водой. На скоростных судах обычные гребные винты становятся менее эффективными, поскольку при больших скоростях не удается избежать кавитации, при которой КПД винта снижается. У многоступенчатых ВД можно избежать возникновения кавитации. Как показывают исследования, КПД ВД на быстроходном судне может достигать 0,60,65 и превысить КПД кавитирующего гребного винта.
По принципу действия движители подразделяют на активные, создающие упор за счет изменения скоростей внешней среды (парус, ротор Флеттнера, плавники Павленко), и реактивные, упор которых создается за счет отбрасывания струи (воды, иногда воздуха или иной среды). Наиболее распространенными являются реактивные движители, действие которых не зависит от внешних условий. Эту классификацию можно продолжить.
Рассмотрим некоторые движители из числа наиболее распространенных. Начнем с гребного винта. Далее мы будем подробно изучать его устройство, принцип действия и т.д., а здесь коснемся общих сведений.
Винты - на сегодняшний день наиболее эффективные судовые движители, КПД лучших из которых достигает 80 %. Чаще всего он лежит вблизи 60 %, а у некоторых судов бывает заметно меньше. Диаметры крупнейших винтов достигли 10 м, масса - 70 т. Винты не предъявляют особых требований к форме корпуса судна, они довольно удобно сочетаются с двигателем, ось вращения которого должна быть горизонтальной, как и ось вращения винта (хотя в ряде случаев требуется угловая передача или другая усложненная конструкция). Винт обычно неплохо работает на волнении. Разработано множество способов повышения их эффективности, часть из которых нами будет в свое время рассмотрена.
Гребные колеса - ранее довольно распространенный движитель для речных и озерных судов. Рабочим органом являются плицы в виде прямоугольных пластин криволинейного (иногда прямолинейного) сечения, размещенные по окружности и связанные со ступицей с помощью ободьев и спиц. Плицы обычно бывают поворотными. Колеса довольно сложны и громоздки; имея невысокую частоту вращения (примерно 20-25 об/мин), они погружаются в воду на 20-27 % своего диаметра. Плицы легко повреждаются плавающими предметами, но и легко ремонтируются без вывода судна из эксплуатации. Гребные колеса почти всегда размещаются по бортам в средней части судна, что увеличивает габаритную ширину, иногда - в корме. Колеса неплохо работают на мелководье, значительно хуже - в условиях волнения и при значительных изменениях осадки. КПД лучших колес может достигать 60 %, что довольно много.
Первый крыльчатый движитель (КД) предложил инженер Шнайдер в 1928 г. Этот движитель имеет барабан с вертикальной или почти вертикальной осью вращения, нижняя поверхность которого совпадает с поверхностью днища. По окружности барабана размещаются 3-8 лопастей. В первой конструкции КД каждая лопасть совершала вращательное движение вокруг своей оси, параллельной оси вращения барабана, делая пол-оборота за один оборот барабана. Профиль лопастей - симметричный сегмент.
У другого варианта КД (предложенного Фойтом, почему такие движители называют также движителями Фойта-Шнайдера) лопасти не вращаются, а колеблются, так что на одной половине окружности их носики «смотрят» наружу, а на другой - внутрь. Управление лопастями производится таким образом, чтобы в каждом положении на окружности лопасть была перпендикулярна радиусу-вектору, проведенному к ней из точки управления, расположенной внутри круга, радиус которого может достигать 0,7-0,8 радиуса, на котором расположены оси лопастей. Упор направлен перпендикулярно отрезку прямой, соединяющей точку управления и ось вращения барабана, и в первом приближении может считаться пропорциональным длине этого отрезка. Таким образом, судну, оборудованному крыльчатыми движителями, не нужен руль: оно может двигаться вперед и назад, разворачиваться на месте, если имеет два КД, двигаться лагом, если два КД располагаются в разных оконечностях. КПД движителя второго типа больше, чем первого, благодаря тому, что у лопастей имеется передняя и задняя кромка, которые не меняются местами, как в первой конструкции, и имеют форму крыла, изогнутого по окружности, вдоль которой они движутся. Двигатель может быть нереверсивным, он легко согласовывается с движителем (в отличие от обычного гребного винта), управление работой КД производится непосредственно с мостика. Вибрация и качка у судов с КД несколько меньше, чем с гребным винтом.
Но эти движители довольно громоздкие, неудобен подвод мощности к ним (нужны или сложная и дорогая угловая передача, или почти вертикальное расположение главного двигателя); требуют наличия плоского и горизонтального днища в районе их установки (на некоторое расстояние от КД во все стороны). При скоростях порядка 20 уз на лопастях КД возникает кавитация, что ограничивает скорости судов с КД. Обычно такие движители плохо взаимодействуют с корпусом судна (у них коэффициент попутного потока близок к нулю, а коэффициент засасывания - около 0,15, в результате чего снижается КПД; см. гл. 3 о взаимодействии винта и корпуса). В целом КПД КД меньше, чем гребного винта.
Крыльчатые движители устанавливают на судах, для которых важна хорошая маневренность при умеренной скорости, например, на буксирах, паромах, причем КД может находиться в районе миделя, увеличивая осадку судна. В СССР (в Севастополе) было построено много различных плавучих кранов с двумя-тремя КД, схемы размещения которых были довольно разнообразны.
Первый водометный движитель (ВД) появился в 1661 г. Он располагался в средней части судна и представлял собой своеобразный центробежный насос в виде наклонного барабана, в который из-под днища засасывалась вода. Затем она по двум каналам с поворотными патрубками отводилась к бортам и выбрасывалась из корпуса в нос или в корму. Таким образом, судно могло двигаться вперед, назад, разворачиваться на месте.
Уже в этом варианте видны черты, характерные для многих современных конструкций ВД: хорошая защищенность, высокая маневренность, большая масса (с учетом воды в каналах и в барабане), сравнительно невысокий КПД. В последующие годы водометные движители не получили широкого распространения, интерес к ним стал появляться примерно в середине ХХ в. благодаря указанным преимуществам. ВД применялись, в первую очередь, на небольших и сравнительно тихоходных судах, плававших на мелководном и часто засоренном фарватере. Такие катера не боялись мелей, плавающих бревен, небольших льдин. Из-за значительных гидравлических потерь в трубах КПД ВД составлял примерно 30-40 % (заметим, что КПД ВД строго не определяется, поскольку упор у них создается на корпусе, так что нельзя достоверно разделить сопротивление и упор).
В дальнейшем выяснилось, что ВД упрощенной схемы могут с успехом применяться на быстроходных судах. Таким образом, их развитие пошло по пути уменьшения количества и размеров каналов, увеличения их диаметров и скоростей движения судов. Приемное отверстие ВД располагается под днищем в кормовой части, в коротком трубопроводе устанавливается насос, чаще всего осевой, который может быть многоступенчатым, а струя воды может выбрасываться не только под воду, но также частично или полностью над водой. На скоростных судах обычные гребные винты становятся менее эффективными, поскольку при больших скоростях не удается избежать кавитации, при которой КПД винта снижается. У многоступенчатых ВД можно избежать возникновения кавитации. Как показывают исследования, КПД ВД на быстроходном судне может достигать 0,60,65 и превысить КПД кавитирующего гребного винта.
Комментариев нет:
Отправить комментарий
Примечание. Отправлять комментарии могут только участники этого блога.