2. Характеристики гребного винта

Сила упора R_в момент сопротивления М_в винта зависят от плотности воды , диаметра D, шага винта, профиля и конфигурации лопасти, скорости движения судна и частоты вращения гребного винта.

Напрямую расчет R_в, или М_в дают большую погрешность. Поэтому проводят испытания моделей гребных винтов, по которым определяют кривые действия, т.е зависимости коэффициента упора К₁:

(2.5)

и коэффициента момента сопротивления гребного винта:

(2.6)

Из (2.6) следует, что момент:

(2.7)

С увеличением скорости судна и глубины погружения гребного винта степень при n немного увеличивается. (т.е. больше 2).

При различных условиях плавания изменяется зависимость момента сопротивления вращению гребного винта (М_в ) от частоты вращения винта (n), как показано на рисунке 2.1.

Рис.2.1. Зависимости момента сопротивления гребного винта от частоты вращения при различном ходе судна:

1. - ход в свободной воде;

2. - при уменьшении осадки;

3. - буксировочная или ледовая;

4. - швартовная характеристика;

5. - ледовая в мелкобитом льду.

Тема 3. Специальные характеристики гребного винта

1. Реверсивная характеристика

Для получения заднего хода надо изменить направление вращения гребных винтов. Зависимость М_в от n при реверсе показана на рисунке 3.1.

Рис.3.1. Зависимости момента сопротивления гребного винта от частоты вращения при реверсе

Для неподвижного судна реверсивная характеристика совпадает со швартовой характеристикой (кривая1).

При ходе судна со скоростью V_н (кривая 2) после прекращения подачи топлива дизелю или электроэнергии для ГЭД судно движется по инерции, постепенно тормозясь, а винт вращается под действием напора воды, постепенно уменьшая частоту вращения. При частоте вращения n_в, момент гребного винта равен 0. (кривая 3, участок ab).

Если тормозить винт, то надо приложить вначале момент сопротивления М_в=М_mах, больше момента, который создаёт (встречный) поток воды через движитель. А чтобы удержать гребной винт (n=0) при продолжении движения судна по инерции необходим тормозной момент, превышающий момент в точке c или равный ему.

При вращении гребного винта в обратном направлении (участок cd кривой 3) момент сопротивления гребного винта резко возрастает и может превысить номинальный момент, т.к. судно ещё движется по инерции и поток воды набегает на лопасти с противоположной стороны.

Действительные характеристики отличаются от расчетных характеристик.

2. Характеристики гребных винтов ледоколов

Для ледоколов винт и двигатель выбирают по наиболее тяжелому режиму – ходу во льдах, когда сопротивление движению сильно возрастает и режим работы близок к швартовному. Сравнительные характеристики ГЭД приведены на рис.3.2.

Рис.3.2. Сравнительные характеристики ГЭД

1. Ход в свободной воде

2. Ледовая характеристика

3. Швартовная характеристика

При движении ледокола в тяжелых льдах (толщина ≥ 1,2 м) винт может ударяться о лед, резать его и даже заклиниваться. Момент сопротивления винта при взаимодействии со льдом не зависит от частоты вращения и превышает номинальный момент сопротивления.

Прямая 4 – это момент сопротивления при взаимодействии винта со льдом (без хода). Кривая 5 – это суммарный момент характеристик 2 и 4.

Чтобы лопасти не ломались гребной электродвигатель должен развивать большой момент вращения при пониженной частоте вращения – всего 30-40% от номинальной в ледовом режиме. И этот момент должен быть достаточен для резания льда.

Предельный ледовый момент (M_лед), воспринимаемый винтом зависит от его диаметра.

Реверсивная характеристика при ходе ледокола во льдах близка к швартовной.

Лопасти винтов ледокола делают более толстыми и съемными.

Отношение силы упора и полезной мощности гребного винта пропорционально его диаметру, поэтому винты выбирают наибольшего диаметра исходя из конструкции кормы.