9.2 Элементы гребного винта

Гребные винты фиксированного шага (ВФШ) изготовляют цельными, и они состоят из следующих основных элементов:

• ступицы, которая представляет собой втулку, насаживаемую на конус гребного вала;

• лопастей, радиально расположенных на ступице в количестве от 2 -х до 6 -и;

Нижняя часть лопасти, соединяющаяся с втулкой, называется корнем лопастей, а верхняя часть – вершиной или концом. Передняя поверхность лопасти, обращенная в сторону корпуса судна, имеет выпуклую форму и называется засасывающей, а задняя поверхность лопасти имеет вогнутую или плоскую форму и называется нагнетающей, а пересечение этих двух плоскостей образуют кромку лопасти. (Рис. 9.4). В зависимости от типа винта применяют сегментные, авиационные и клиновидные сечения лопасти. Сечения лопастей сегментных и авиационных профилей бывают плоско-выпуклыми, двояковыпуклыми и выпукло-вогнутыми.

Рис. 9.4 Конструктивные элементы гребного винта (а) и формы контуров лопастей гребных винтов (б).

1 - лопасть; 2 - засасывающая поверхность; 3 - ступица; 4 - нагнета тельная поверхность; 5 - выходящая кромка; 6 - входящая кромка; 7 - край лопасти; 8 - корень лопасти. I - симметричный; II - саблевидный; III - ледокольный; IV – усеченный.

.

При вращении винта поток жидкости на выпуклой засасывающей поверхности лопасти ускоряется, понижая давление (разрежение), а на нагнетающей вогнутой поверхности поток замедляется, создавая повышенное давление. В результате разности давлений создается гидродинамическая сила R, проекция которой на ось гребного винта образует упор винта Р, направленный в сторону движения судна, т.е. против силы сопротивления воды. При равенстве сил сопротивления и упора винта R =Р – судно движется с постоянной скоростью Vp.

Исследования показали, что около 70 процентов гидродинамической силы создается за счет разрежения на засасывающей стороне лопасти. Эта сила воспринимается лопастями винта, которые через ступицу и гребной вал передают ее судну.

Поскольку лопасти имеют винтообразную поверхность, то при вращении винта вода не только отбрасывается назад, но и закручивается в сторону вращения лопастей. На закручивание потока и преодоление сопротивления вращению винта в воде затрачивается часть мощности, подводимой к винту от ГД, поэтому отношение мощности, затраченной на создание упора винта ко всей мощности, затраченной на его вращение, называется КПД винта и колеблется в диапазоне 0,5 ± 0,7. Для малооборотных винтов он ближе к верхнему пределу.

9.3 Характеристики гребного винта

При изучении работы гребных винтов используется их геометрические, кинематические и динамические характеристики.

Геометрическими характеристиками гребного винта являются:

- диаметр гребного винта -- D

- шаг гребного винта – H - это путь, пройденный винтом за 1 оборот в твердой среде;

- шаговое отношение – это отношение шага винта к диаметру H/D;

- сумма площади спрямленных лопастей – A_z;

- Z - число лопастей;

- площадь спрямленной лопасти – A;

- дисковое отношение – это отношение суммарной площади спрямленных лопастей к площади диска винта , где – площадь диска винта;

- диаметр ступицы –;

- отношение диаметра ступицы к диаметру винта = .

Кинематические характеристики гребных винтов:

В действительности винт за один оборот проходит вдоль оси расстояние меньше шага Н. Расстояние называется линейной поступью винта, а разность Н- –линейным скольжением.

Пусть гребной винт вращается с частотой n и перемещается вдоль оси со скоростью . Тогда его линейная поступь будет равняться:

Эту величину выражают в долях диаметра винта и называют относительной поступью:

а скольжение выражают в долях шага винта:

Динамические характеристики гребного винта.

Запишем формулы для упора P и момента M, развиваемого винтом в виде:

где , (-плотоность забортной воды;

n - частота вращения гребного винта;

D- диаметр гребного винта;

– коэффициент упора;

– коэффициент момента.

Мощность, потребляемая гребным винтом, Np равна:

где –окружная скорость гребного винта.

Полезная мощность, производимая винтом, равна , поэтому коэффициент полезного действия винта найдем из выражения:

В этих формулах называется коэффициентом упора, а - коэффициентом момента. Графическое представление , и в зависимости от называется кривыми действия винта или его динамическими характеристиками (рис. 9.5).

Рис. 9.5 Кривые действия гребного винта