Проектирование гребных винтов

Выбор геометрических характеристик, числа винтов и направления их вращения.

Для морских транспортных судов обычно КПД винта увеличивается с ростом его диаметра. Это объясняется снижением коэффициента нагрузки (см. § 4.2) при фиксированных значениях упора и скорости движения. Поэтому диаметр винта выбирают максимально возможным из условия его размещения в кормовой оконечности судна. В первом приближении для винта в ДП судна можно принимать D ~ (0,68+0,75)7, для бортового, при двухвальной установке, D = (0,62+0,70)7, где 7 — осадка судна.

При выборе числа лопастей гребного винта руководствуются соображениями, чтобы лопастная и удвоенная лопастная частоты не совпадали с собственными частотами первых трех тонов колебаний корпуса и основных его конструкций. В этом случае удается избежать интенсивной вибрации корпуса, вызываемой работой гребного винта. Если информация об указанных частотах отсутствует, для винтов в Д П принимают Z_p> 4, а для бортовых в зависимости от нагрузки: при K_DT > 2 (или К^ > 1), что соответствует слабонагруженным винтам, берут Z_p = 3, для меньших значений этих коэффициентов Z_p = 4. Необоснованное увеличение Z_p нерационально по двум причинам: возрастает трудоемкость изготовления винта и несколько снижается его КПД. Последнее обстоятельство имеет место в связи с тем, что для обеспечения равного запаса на кавитацию увеличение числа лопастей влечет за собой и увеличение дискового отношения.

Относительная толщина лопасти в самом широком месте (г = 0,6−0,7) не должна превышать предельного значения 5_тах, до которого КПД еще имеет приемлемое значение. При соблюдении этого условия минимальное дисковое отношение, обеспечивающее прочность винта,.

где d_H, D — диаметр ступицы и винта соответственно, м; 8^- 0,08 + 0,09; т — коэффициент, учитывающий условия работы винта (т — 1,15 для транспортных судов; т — 1,5 для буксиров, т — 1,75 для судов ледового плавания, т = 2,0 для ледоколов); 7— упор винта, кН; [а] — допускаемые напряжения, для винтов транспортных судов можно принимать [а] - 6 -Ю⁴ кПа. Увеличение дискового отношения приводит к падению КПД. Поэтому его выбирают так, чтобы выполнить требования обеспечения прочности (4.73) и отсутствия вредных последствий кавитации (4.72). Как правило, у гребных винтов транспортных судов определяющим является последнее.

Пропульсивный коэффициент винта в ДП обычно больше, чем при бортовом расположении (см. § 4.6). В связи с этим одновальной установке следует отдать предпочтение перед многовальной.

В пользу последней, однако, говорит повышенные живучесть и маневренность, возможность осуществления парциальных режимов (см. § 4.11).

При выборе количества винтов определяющими могут стать и следующие обстоятельства: наличие подходящих двигателей, возможность их рационального размещения в корпусе, первоначальная стоимость установки и ее эксплуатации.

Что касается морских транспортных судов, то тут превалируют соображения экономического характера, поэтому большинство из них — одновальные. Исключение составляют крупные быстроходные суда: пассажирские и грузовые лайнеры и др. Необходимая мощность может оказаться слишком велика, чтобы ее можно было получить в одном агрегате либо эффективно переработать одним винтом.

Направление вращения гребного винта не сказывается на его эффективности. Для одновинтовых судов оно определяется устанавливаемым двигателем. Бортовые винты должны вращаться в противоположные стороны во избежание уваливания судна с прямого курса (см. § 4.6). При этом считается, что во избежание попадания плавающих предметов между корпусом и винтами вращение последних должно быть наружным, т. е. лопасти в верхнем положении должны двигаться от корпуса.