Шаг винта судна
Ось гребного винта на глиссирующем катере расположена сравнительно близко к поверхности воды, поэтому нередки случаи засасывания воздуха к лопастям винта поверхностная аэрация или оголения всего винта при ходе на волне. Элементы гребного винта для конкретного судна можно рассчитать, лишь располагая кривой сопротивления воды движению данного судна, внешней характеристикой двигателя и расчетными диаграммами, полученными по результатам модельных испытаний гребных винтов, имеющих определенные параметры и форму лопастей. Двигатель работал с явным натягом. Сплошная полость - каверна, захватывает всю лопасть и даже может замыкаться за ее пределами. Получаем, что в нашем случае отправной точкой можно считать винт с шагом
Диаметр и шаг винта являются важнейшими параметрами, от которых зависит степень использования мощности двигателя, а следовательно, и возможность достижения наибольшей скорости хода судна. Каждый двигатель имеет свою так называемую внешнюю характеристику - зависимость снимаемой с вала мощности от частоты вращения коленчатого вала при полностью открытом дросселе карбюратора.
Максимум мощности в 21,5 л, с. Мощность, которая поглощается на данной лодке гребным винтом в зависимости от частоты вращения мотора, показана на этом же рисунке не одной, а тремя кривыми - винтовыми характеристиками 2, 3 и 4, каждая из которых соответствует определенному гребному винту, т. При увеличении и шага, и диаметра винта выше оптимальных значений лопасти захватывают и отбрасывают назад слишком большое количество воды: упор при этом возрастает, но одновременно увеличивается и потребный крутящий момент на гребном валу.
Винтовая характеристика 2 такого винта пересекается с внешней характеристикой двигателя 1 в точке А. Это означает, что двигатель уже достиг предельного - максимального значения крутящего момента и не в состоянии проворачивать гребной винт с большой частотой вращения, т. В данном случае положение точки А показывает, что двигатель отдает всего 12 л. Такой гребной винт называется гидродинамически тяжелым. Наоборот, если шаг или диаметр винта малы кривая 4 , и упор и потребный крутящий момент будут меньше, поэтому двигатель не только легко разовьет, но и превысит значение номинальной частоты вращения коленвала.
Режим его работы будет характеризоваться точкой С. И в этом случае мощность двигателя будет использоваться не полностью, а работа на слишком высоких оборотах сопряжена с опасно большим износом деталей. При этом надо подчеркнуть, что поскольку упор винта невелик, судно не достигнет максимально возможной скорости.
Такой винт называется гидродинамически легким. Гребной винт, позволяющий для конкретного сочетания судна и двигателя полностью использовать мощность последнего, называется согласованным. Для рассматриваемого примера такой согласованный винт имеет характеристику 3, которая пересекается с внешней характеристикой двигателя в точке В, соответствующей его максимальной мощности.
Следует заметить, что согласованных винтов для конкретного сочетания судна и мотора существует бесконечное множество.
В самом деле, винт с несколько большим диаметром, но несколько меньшим шагом нагрузит двигатель так же, как и винт с меньшим диаметром и большим шагом. Однако из этого множества согласованных винтов только один винт, с конкретными значениями D и H, будет обладать наибольшим КПД.
Такой винт называется оптимальным. Целью расчёта гребного винта как раз и является нахождение оптимальных величин диаметра и шага. Коэффициент полезного действия. Эффективность работы гребного винта оценивается величиной его КПД, т. Не вдаваясь в подробности, отметим, что главным образом КПД некавитирующего винта зависит от относительного скольжения винта, которое в свою очередь определяется соотношением мощности, скорости, диаметра и частоты вращения.
При увеличении скольжения КПД быстро падает: при работе винта в швартовном режиме он становится равным нулю. Подобным же образом КПД уменьшается до нуля, когда вследствие больших оборотов при малом шаге упор винта равен нулю. Однако следует еще учесть взаимовлияние корпуса и винта. При работе гребной винт захватывает и отбрасывает в корму значительные массы воды, вслед ствие чего скорость потока, обтекающего кормовую часть корпуса повышается, а давление падает.
Этому сопутствует явление засасывания, т.
Здесь t — коэффициент засасывания, величина которого зависит от скорости движения судна и обводов корпуса в районе расположения винта. В свою очередь и корпус судна, образуя попутный поток, уменьшает скорость потока воды, натекающей на гребной винт. Значения w нетрудно определить по данным, приведенным выше. Общий пропульсивный КПД комплекса судно—двигатель—гребной винт вычисляется по формуле:.
Коэффициент влияния корпуса нередко оказывается больше единицы 1,1 - 1,15 , а потери в валопроводе оцениваются величиной 0,9—0, Диаметр и шаг винта. Элементы гребного винта для конкретного судна можно рассчитать, лишь располагая кривой сопротивления воды движению данного судна, внешней характеристикой двигателя и расчетными диаграммами, полученными по результатам модельных испытаний гребных винтов, имеющих определенные параметры и форму лопастей.
Для предварительного определения диаметра и шага винта существуют упрощенные формулы, приводить которые здесь нет смысла, так как предлагается воспользоваться более точными методами расчёта оптимального винта.
Эти методы основаны на апроксимации приближённом представлении графических диаграмм аналитическими зависимостями, что позволяет выполнять достаточно точные расчёты на ЭВМ и даже на микрокалькуляторах. Для "облегчения" винта его постепенно подрезают по диаметру до получения номинальных оборотов двигателя при расчетной скорости.
Однако для винтов маломерных судов этого можно и не делать. Причина проста: загрузка прогулочных судов меняется в широких пределах, и винт, немного "тяжеловатый" или "легковатый" при одном значении водоизмещения судна, станет согласованным при другой загрузке. Кавитация и особенности геометрии гребных винтов малых судов.
Высокие скорости движения мотолодок и катеров и частота вращения винтов становятся причиной кавитации - вскипания воды и образования пузырьков паров в области разрежения на засасывающей стороне лопасти. В начальной стадии кавитации эти пузырьки невелики и на работе винта практически не сказываются.
Однако когда эти пузырьки лопаются, создаются огромные местные давления, отчего поверхность лопасти выкрашивается. При длительной работе кавитирующего винта такие эрозионные разрушения могут быть настолько значительными, что эффективность винта снизится.
При дальнейшем повышении скорости наступает вторая стадия кавитации. Сплошная полость - каверна, захватывает всю лопасть и даже может замыкаться за ее пределами. Развиваемый винтом упор падает из-за резкого увеличения лобового сопротивления и искажения формы лопастей.
Кавитацию винта можно обнаружить по тому, что скорость лодки перестает расти, несмотря на дальнейшее повышение частоты вращения. Гребной винт при этом издает специфический шум, на корпус передается вибрация, лодка движется скачками. Момент наступления кавитации зависит не только от частоты вращения но и от ряда других параметров.
Так, чем меньше площадь лопастей, больше толщина их профиля и ближе к ватерлинии расположен винт, тем при меньшей частоте вращения, т. Появлению кавитации способствует также большой угол наклона гребного вала, дефекты лопастей — изгиб, некачественная поверхность. Упор, развиваемый гребным винтом, практически не зависит от площади лопастей.
Наоборот, с увеличением этой площади возрастает трение о воду и на преодоление этого трения дополнительно расходуется мощность двигателя. С другой стороны, надо учесть, что при том же упоре на широких лопастях разрежение на засасывающей стороне меньше, чем на узких.
Следовательно, широколопастной винт нужен там, где возможна кавитация т. В качестве характеристики винта принимается рабочая, или спрямленная, площадь лопастей. При ее вычислении принимается ширина лопасти, замеренная на нагнетающей поверхности по длине дуги окружности на данном радиусе, проведенном из центра винта.
В характеристике винта указывается обычно не сама спрямленная площадь лопастей А, а ее отношение к площади Аd сплошного диска такого же, как винт, диаметра, т.
На винтах заводского изготовления величина дискового отношения выбита на ступице. При повороте лопастей изменяется шаг винта, следовательно меняется и величина создаваемого упора. В итоге увеличивается или уменьшается скорость хода, меняется направление движения судна, при этом число оборотов, мощность главной машины и направление вращения вала остаются неизменными.
Гребные винты регулируемого шага. Механизм изменения шага включает: поворотный механизм лопастей, как правило, находящийся в ступице; сервомотор, создающий поворотное усилие, устройство обратной связи, фиксирующее величину нового шага. На винтах малого диаметра и маломощных судах используется зубчатый механизм поворота лопастей, на больших судах и высокооборотных винтах применяется кривошипный механизм поворота лопастей.
Механизм поворота лопастей устанавливается внутри ступицы гребного винта, и следовательно определяет габариты ступицы и самого винта. Виды механизмов изменения шага МИШ : ручной, механический, электромеханический, гидравлический, электрогидравлический. Чаще остальных используется гидравлический привод управления винтами регулируемого шага. Поворот лопастей происходит за счет воздействия жидкостей с малой вязкостью, а устройство механизма отличается относительной простотой.
Ощутимый плюс гидравлики — способность создавать большие рабочие мощности даже на малых и легких движителях. Механизм изменения шага на ВРШ. Однако у ВРШ существует и обратная сторона, - конструкция винта и вала гораздо сложнее в создании и техобслуживании, чем ВФШ. Кроме того, ВРШ сильнее подвержены механическим повреждениям. Преимущества и недостатки. Винты фиксированного шага используются, как правило, для равномерной работы на судах с большим водоизмещением, например, морских контейнеровозах, танкерах и лайнерах.
Также ВФШ используется на ледоколах, где винту приходится выдерживать столкновения со льдом. Регулируемый шаг хорошо подходит для ситуаций, когда нужна динамика.
ВРШ может обеспечивать передний или задний ход не меняя направления вращения вала. Используется на буксирах, паромах и других судах. Нереверсивный режим работы главного двигателя положительно сказывается на ресурсе. Сокращается расход топлива. Быстрая смена направления упора винта сокращает тормозной путь судна. Объединяет оба типа гребных винтов наличие ступицы и лопастей. Отличие в том, что у ВФШ положение лопастей относительно ступицы во время работы остается неизменным, у ВФШ — меняется.
Впрочем, ВРШ в некотором смысле пережили второе рождение с появлением полноповоротных винторулевых колонок, — в одном вынесенном за корпус судна узле установлен электродвигатель и гребной винт фиксированного шага.
Колонка управляется с капитанского мостика с помощью джойстика. За счёт электропривода колонка вращается на градусов, компенсируя недостаток маневренности гребного винта, и избавляя от потребности в руле.
Винторулевые колонки используют на газовозах, круизных лайнерах и транспортных судах. Полноповоротные винторулевые колонки. Если Вы столкнулись с проблемой выбора, ремонта, дефектации винта или элементов ВРК, обратитесь в нашу компанию и мы поможем Вам. СпецМорСервис оказывает полный комплекс услуг по дефектации и ремонту винто-рулевого комплекса судна. Диагностируем и исправляем нарушения гребных валов и рулей, восстанавливаем и заменяем гребные винты и лопасти.
Профессиональная консультация. Получить консультацию. Рекомендуем к прочтению.
