Расчет гребного винта, обеспечивающего судну заданную скорость

Выбор двигателя. Расчет оптимального гребного винта будем производить с использованием коэффициента задания /СЛГГ (§ 4.8, схема 2). Расчетную диаграмму см. на рис. 4.21: Z = 4; Ас/А0 = 0,85. Данные, закладываемые в расчет: vA-v (i — WT)= 10,8 (1,0 —.

— 0,216) — 8,46 м/с; Т= 1380 кН; р = — —¹—₌ ^1−0,151 = 1,08,.

" /_в I-W_T 1−0,216.

р₅ = 0,98 — МО в корме: f — 1,05У — гребной винт расположен в ДП.

Задавая частоту вращения гребного винта в диапазоне п = 80−5-140 об/мин, дальнейшие расчеты ведем в табличной форме (табл. 4.4).

По результатам расчета строим график — зависимости P_s (п) и D_m (л) (рис. 4.34), с которого при условии D_opt = D_max = 6,6 м снимаем P_s — 18 900 кВт, л = 118 об/мин.

Из табл. 4.1 выбираем десятицилиндровый двигатель 10 ДКРН 80/160, номинальные характеристики которого P_Sn = 19 400 кВт; п_п =126 об/мин.

Расчет гребного винта, обеспечивающего заданную скорость

Расчет гребного винта, обеспечивающего судну максимально достижимую скорость. Хотя выбранный двигатель и имеет несколько большую, чем требуемая, мощность, но в силу различия в частоте вращения скорость судна в принципе может и уменьшиться. Исходя из этих соображений, зададим диапазон скоростей v_s — 20+22 уз, а дальнейшие расчеты при и — я = 126 об/мин будем вести в табл. 4.5.

По результатам расчетов строим зависимости D_opt (v_s), P_s(v_s) (рис. 4.35), по которому при Р_5н — 19 400 кВт определяем o_imax — - 21,1 уз,/>-?>_ор|-6,42 м.

Рис. 4.34. К расчету гребного винта, обеспечивающего заданную скорость.

Рис. 4.35. К расчету гребного винта, обеспечивающего максимальную скорость.

Расчет винта, обеспечивающего максимальную скорость

л?	Величина.		Размерность.	Численные значения.
			уз.	20,0.	20,5.	21,0.	21,5.	22,0.
			м/с.	10,3.	10,5.	10,8.	11,0.	11,3.
			м/с.	8,06.	8,22.	8,46.	8,62.	8,85.
			кН.
			кН.
			кН.
			—.	0,955.	0,960.	0,961.	0,970.	0,971.
			—.	0,595.	0,598.	0,600.	0,603.	0,605.
			—.	0,625.	0,628.	0,630.	0,633.	0,635.
			м.	6,14.	6,27.	6,40.	6,52.	6,65.
			м.	6,14.	6,27.	6,40.	6,52.	6,60.
			—.	0,625.	0.628.	0,630.	0,633.	0,640.
			—.	0,182.	0,183.	0,184.	0,181.	0,188.
			—.	0,625.	0,628.	0,630.	0,623.	0,620.
			—.	0,675.	0,678.	0,680.	0,672.	0,676.
			кВт.	15 500.	17 100.	19 100.		23 400.

Примечание. В первых четырех столбцах таблицы P_ofi < D_mt, поэтому принимается Р — Р^, в последнем — D_opt > Я_паж и принято D — Р^.

Для указанной скорости по рис. 4.33 находим: R — 1040 кН; Т_Е — - 1,15 • Л — 1120 кН; Г= Г_?/(1 -*) — 1410 кН; - 0,514 ^ (1 — W_r) — = 8,5 м/с; J = vJnD = 0,630; /С_г — T/pn²D¹ = 0,184.

На диаграмме (рис. 4.21) по координатам J и К_г определяем КПД винта в свободной воде: г|₀ — 0,630 и его шаговое отношение P/D — 0,95.

Подведем итоги. Геометрические характеристики выбранного гребного винта: D = 6,42 м; P/D = 0,95; Л_?/Л₀ = 0,85; Z_p = 4. Его ГДХ в расчетном режиме: J = 0,630; К_т = 0,184; Т|₀= 0,630.

Максимальная достижимая судном в расчетном режиме ско;

Р°^{СТЬ = 21}'* У³'.

Расчет паспортной диаграммы судна. Зададим ряд фиксированных значений частоты вращения, включая номинальную: п = 95; 105; 115; 126; 130 об/мин.

Для нескольких относительных поступей с диаграммы (рис. 4.21) снимаем значения К_т и г|₀, соответствующие рассчитанному гребному винту (P/D = 0,95):

J…0 40 0,50 0,60 0,70.

К_т…0,297 0,248 0,198 0,149.

П₀…0,424 0,520 0,608 0,672.

Верхнюю ограничительную характеристику выбранного двигателя принимаем линейной — P_s (п) = (Р_Л/я_н) • п, регуляторную — вертикальной прямой, отвечающей условию п = п_х{. Расчет будем вести в табл. 4.6, учитывая при определении полезной тяги зависимость коэффициента засасывания от режима движения (4.64).

По данным таблицы строим паспортную диаграмму — ходовые характеристики судна (рис. 4.36). Расчетному режиму движения отвечает точка А, в которой сходятся: расчетная зависимость сопротивления R = 1,15 R_ra (кривая 1 — потребная тяга); верхняя ограничительная характеристика двигателя (кривая 6 — располагаемая мощность); зависимости T_E(v_s) и P_s (v_s), соответствующие номинальной частоте вращения.

При этом расчетная скорость движения судна составляет v_s = 21,1 уз, а мощность на валу двигателя равна номинальной P_s= P_Sh = 19 400 кВт.

На ходовых испытаниях (свежеокрашенный корпус, тихая вода — кривая сопротивления 2) наше судно покажет максимальную скорость v_s = 21,6 уз, гребной винт при этом будет гидродинамически легким.

На волнении силой 6 и 7 баллов (кривые 3 и 4 соответственно) достижимая скорость резко снизится до ^ - 18 уз и г>_л ^в 13,3 уз, на этих режимах винт гидродинамически тяжелый. Аналогичная картина имеет место и при движении в битых льдах (кривая 5), максимальная скорость составит в этом случае v_Sjl — 13,9 уз.

Следует, однако, отметить, что найденные при помощи паспортной диаграммы достижимые скорости движения в штормовых условиях и во льдах далеко не всегда будут реализовываться в эксплуатации. Снижение скорости по сравнению с предельной достижимой может диктоваться требованиями прочности, желанием избежать резкой качки, слеминга, заливаемости.

Рис. 4.36. Ходовые характеристики судна «Инженер».

Расчет ходовых характеристик судна «Инженер»

Величина.	Размерность.	Численные значения.
	об/мин.
	об/с.	1,58.	1,75.	1,92.	2,10.	2,17.
	уз.	10,1.	11.1.	12,2.	13,4.	13,8.
	кН.
	кВт.	12 700.		22 500.	29 600.	32 500.
	УЗ.	12,6.	13,9.	15,3.	16,7.	17,3.
	кН.
	кВт.	10 800.	14 600.	19 200.	25 200.	27 700.
	УЗ.	15,1.	16,7.	18,3.	20,1.	20,7.
	кН.
	кВт.			15 700.	20 600.	27 200.
	УЗ.	17,7.	19,5.	21,4.	23,4.	24,2.
	кН.
	кВт.			12 500.	16 400.	18 000.

Для нахождения в расчетном режиме движения винтовой характеристики двигателя в координатах М_Е(п) с нижней части паспортной диаграммы снимаем значения P_s в точках пересечения кривой потребной мощности Г с линиями постоянных оборотов п — - const, затем по формуле М_Е — P_s/2nn находим искомую зависимость:

п, об/мин…126 115 105 95.

Р_р кВт…19 400 14 500 10 700 8000.

М_Е> кНм… 1470 1200 973 805.

Очевидно, что таким же образом можно рассчитать винтовую характеристику для любого другого режима движения.

Сегодня ведущие фирмы-изготовители малооборотных судовых дизелей (МОД) по индивидуальному заказу могут поставлять двигатели с заданными характеристиками — значениями мощности и частоты вращения. В этом случае достаточно ограничиться расчетом гребного винта, обеспечивающего судну заданную скорость. При этом отпадает необходимость выполнения расчета винта во втором приближении — на достижение максимальной скорости.

Однако для других типов судовых энергетических установок (некоторых среднеи высокооборотных ДВС, паровых и газовых турбин) этот заключительный этап расчета винта остается актуальным. Поэтому, хотя в приведенном в § 4.12 примере расчета ходкости судна используется МОД, в расчетной схеме все же сохранено второе приближение. Это позволяет сделать указанную схему проектировочного расчета гребного винта более универсальной, т. е. пригодной и в случае применения других типов двигателей.

Тем не менее дополнительно рассмотрим и современный вариант выбора малооборотного двигателя внутреннего сгорания для транспортного судна.