Возможность разворота лопастей ВРШ значительно увеличивает количество режимов его работы и требует выполнения специфических расчетов. Проектировочный расчет ВФШ ограничивается определением его геометрических характеристик, обеспечивающих полное использование мощности двигателя на расчетном режиме при максимальном КПД. Для оценки его работы на других режимах рассчитывается и строится паспортная диаграмма. Применительно к ВРШ объем проектных расчетов увеличивается. Здесь мы не будем их рассматривать подробно, а ограничимся кратким обзором.
Как должно быть ясно из предыдущего параграфа, для ВРШ, как и для ВФШ, необходимо выполнять проектировочный расчет с целью определения основных геометрических характеристик, в том числе конструктивного шага.
Этот расчет требует выбора расчетного режима и принципиально не отличается от расчета ВФШ. Как и для ВФШ, здесь возможны два основных варианта задания: 1) задается скорость хода, определяются элементы винта и подбирается главный двигатель; 2) задается главный двигатель, определяются достижимая скорость хода и соответствующие элементы винта. Для расчета рекомендуется использовать диаграммы, построенные по результатам испытания моделей ВРШ. При их отсутствии допускается использовать диаграммы для ВФШ, уменьшив КПД на 2-3 %.
Поверочные расчеты гидродинамических характеристик ВРШ на установившихся режимах зависят от того, находятся ли лопасти в положении конструктивного шага или повернуты на некоторый угол. При конструктивном шаге основной особенностью является увеличенный диаметр ступицы. На обтекателе гребного винта появляется дополнительное сопротивление, уменьшающее упор ВРШ. После поворота лопастей, шаг на разных радиусах становится переменным и изменяется профиль лопастей. Существуют методы расчета характеристик ВРШ с развернутыми лопастями, которые мы не рассматриваем. Для приближенных расчетов имеются специальные диаграммы, на которых указано конструктивное шаговое отношение; различные шаговые отношения на кривых соответствуют не серии моделей, как для ВФШ, а одной модели.
Отдельную задачу представляет расчет реверса ВРШ. Реверс судна при помощи ВРШ - это сложный нестационарный процесс. При практических расчетах используют гипотезу квазистационарности, т.е. каждый из режимов в процессе реверса рассматривается как установившийся.
После того как элементы ВРШ выбраны, возможен расчет максимально достижимой скорости хода судна. Для этого вычисляется зависимость максимальной тяги ВРШ от скорости хода и находится точка пересечения кривой тяги с кривой сопротивления.
Расчет кривой максимальной тяги ВРШ имеет свои особенности, поскольку каждой точке кривой соответствует свое значение шагового отношения, обеспечивающее использование полной мощности двигателя при заданной скорости хода. Расчет кривой максимальной тяги можно вести в табличной форме (табл. 6.2). Предварительно должны быть заданы диаметр гребного винта D, м, мощность главного двигателя Ps, кВт, частота вращения n, об/с, коэффициенты попутного потока w и засасывания t, КПД валопровода nв, число винтов Zp,.
По результатам расчета строится график, подобный изображенному на рис. 6.2. Если в условиях эксплуатации сопротивление судна по какой-то причине изменится, скорость хода и требуемый шаг можно получить, нанеся новую кривую сопротивления. То же относится к случаям буксирования и т.п.; в этих случаях график может быть перестроен в кривые избыточной тяги ВРШ (тяги за вычетом собственного сопротивления).
Таблица 6.2 :
Рис. 6.2. Кривые максимальной тяги и шагового отношения ВРШ
Если необходимо знать частоту вращения и мощность ВФШ при скоростях, меньших максимальной, строится паспортная диаграмма. У ВРШ каждому значению скорости хода, меньшей максимальной, соответствуют различные сочетания шага винта и частоты вращения гребного вала. Это ставит дополнительные задачи, например, нахождения режима, обеспечивающего минимальный расход топлива при заданной скорости хода. Для решения указанной задачи необходимо иметь универсальную характеристику двигателя по расходу топлива в форме зависимости удельного расхода топлива от мощности и частоты вращения двигателя (рис. 6.3). Шкалы на рисунке условные.
Рис. 6.3. Универсальная характеристика двигателя по расходу топлива: 1 - верхняя ограничительная характеристика; 2 - нижняя ограничительная характеристика; G0 - G7 - кривые постоянного расхода топлива
Рассмотрим принцип построения диаграммы с целью выбора наиболее экономичных режимов свободного хода судна. Для заданной кривой сопротивления строятся графики зависимости шагового отношения от скорости хода при постоянной частоте вращения гребного вала (рис. 6.4), а также вспомогательные графики зависимости потребной мощности и расхода топлива от числа оборотов при постоянном шаговом отношении (рис. 6.5 и 6.6). График расхода топлива строится на основании универсальной характеристики (рис. 6.3). Графики зависимости шагового отношения от скорости хода для заданной частоты вращения строятся в такой последовательности. Вначале рассчитывается величина эффективной тяги, соответствующей различным шаговым отношениям и скоростям хода при заданной частоте вращения. Затем определяется скорость хода при разных значениях шага. Расчет ведется в форме табл. 6.3; данные в последней строке таблицы служат для построения графика (рис. 6.5).
Аналогично можно выполнить расчеты и построить графики для случаев хода буксира с возом или траулера с тралом. Используя результаты всех этих расчетов, можно построить универсальный график ВРШ, позволяющий определить скорость хода, скорость буксировки, шаговое отношение и частоту вращения гребного винта, соответствующие наиболее экономичным режимам хода. Этот график здесь не приводится. При проектировании могут решаться и некоторые другие задачи.
Рис. 6.4. Зависимость шагового отношения от скорости при постоянной частоте вращения (ВОХ - верхняя ограничительная характеристика)
Рис. 6.5. Зависимость мощности от частоты вращения: 1 - верхняя ограничительная характеристика двигателя; 2 - нижняя ограничительная характеристика; P/D - шаговое отношение
Рис. 6.6. Зависимость расхода топлива от частоты вращения: ВОХ - верхняя ограничительная характеристика; P/D - шаговое отношение; v - скорость
Таблица 6.3
Расчет зависимости шагового отношения от скорости хода при постоянной частоте вращения
Как должно быть ясно из предыдущего параграфа, для ВРШ, как и для ВФШ, необходимо выполнять проектировочный расчет с целью определения основных геометрических характеристик, в том числе конструктивного шага.
Этот расчет требует выбора расчетного режима и принципиально не отличается от расчета ВФШ. Как и для ВФШ, здесь возможны два основных варианта задания: 1) задается скорость хода, определяются элементы винта и подбирается главный двигатель; 2) задается главный двигатель, определяются достижимая скорость хода и соответствующие элементы винта. Для расчета рекомендуется использовать диаграммы, построенные по результатам испытания моделей ВРШ. При их отсутствии допускается использовать диаграммы для ВФШ, уменьшив КПД на 2-3 %.
Поверочные расчеты гидродинамических характеристик ВРШ на установившихся режимах зависят от того, находятся ли лопасти в положении конструктивного шага или повернуты на некоторый угол. При конструктивном шаге основной особенностью является увеличенный диаметр ступицы. На обтекателе гребного винта появляется дополнительное сопротивление, уменьшающее упор ВРШ. После поворота лопастей, шаг на разных радиусах становится переменным и изменяется профиль лопастей. Существуют методы расчета характеристик ВРШ с развернутыми лопастями, которые мы не рассматриваем. Для приближенных расчетов имеются специальные диаграммы, на которых указано конструктивное шаговое отношение; различные шаговые отношения на кривых соответствуют не серии моделей, как для ВФШ, а одной модели.
Отдельную задачу представляет расчет реверса ВРШ. Реверс судна при помощи ВРШ - это сложный нестационарный процесс. При практических расчетах используют гипотезу квазистационарности, т.е. каждый из режимов в процессе реверса рассматривается как установившийся.
После того как элементы ВРШ выбраны, возможен расчет максимально достижимой скорости хода судна. Для этого вычисляется зависимость максимальной тяги ВРШ от скорости хода и находится точка пересечения кривой тяги с кривой сопротивления.
Расчет кривой максимальной тяги ВРШ имеет свои особенности, поскольку каждой точке кривой соответствует свое значение шагового отношения, обеспечивающее использование полной мощности двигателя при заданной скорости хода. Расчет кривой максимальной тяги можно вести в табличной форме (табл. 6.2). Предварительно должны быть заданы диаметр гребного винта D, м, мощность главного двигателя Ps, кВт, частота вращения n, об/с, коэффициенты попутного потока w и засасывания t, КПД валопровода nв, число винтов Zp,.
По результатам расчета строится график, подобный изображенному на рис. 6.2. Если в условиях эксплуатации сопротивление судна по какой-то причине изменится, скорость хода и требуемый шаг можно получить, нанеся новую кривую сопротивления. То же относится к случаям буксирования и т.п.; в этих случаях график может быть перестроен в кривые избыточной тяги ВРШ (тяги за вычетом собственного сопротивления).
Таблица 6.2 :
Если необходимо знать частоту вращения и мощность ВФШ при скоростях, меньших максимальной, строится паспортная диаграмма. У ВРШ каждому значению скорости хода, меньшей максимальной, соответствуют различные сочетания шага винта и частоты вращения гребного вала. Это ставит дополнительные задачи, например, нахождения режима, обеспечивающего минимальный расход топлива при заданной скорости хода. Для решения указанной задачи необходимо иметь универсальную характеристику двигателя по расходу топлива в форме зависимости удельного расхода топлива от мощности и частоты вращения двигателя (рис. 6.3). Шкалы на рисунке условные.
Рассмотрим принцип построения диаграммы с целью выбора наиболее экономичных режимов свободного хода судна. Для заданной кривой сопротивления строятся графики зависимости шагового отношения от скорости хода при постоянной частоте вращения гребного вала (рис. 6.4), а также вспомогательные графики зависимости потребной мощности и расхода топлива от числа оборотов при постоянном шаговом отношении (рис. 6.5 и 6.6). График расхода топлива строится на основании универсальной характеристики (рис. 6.3). Графики зависимости шагового отношения от скорости хода для заданной частоты вращения строятся в такой последовательности. Вначале рассчитывается величина эффективной тяги, соответствующей различным шаговым отношениям и скоростям хода при заданной частоте вращения. Затем определяется скорость хода при разных значениях шага. Расчет ведется в форме табл. 6.3; данные в последней строке таблицы служат для построения графика (рис. 6.5).
Аналогично можно выполнить расчеты и построить графики для случаев хода буксира с возом или траулера с тралом. Используя результаты всех этих расчетов, можно построить универсальный график ВРШ, позволяющий определить скорость хода, скорость буксировки, шаговое отношение и частоту вращения гребного винта, соответствующие наиболее экономичным режимам хода. Этот график здесь не приводится. При проектировании могут решаться и некоторые другие задачи.
Таблица 6.3
Расчет зависимости шагового отношения от скорости хода при постоянной частоте вращения
Комментариев нет:
Отправить комментарий
Примечание. Отправлять комментарии могут только участники этого блога.