8. Проверка гребного винта на кавитацию.

После окончательного определения элементов гребного винта по схемам, приведённым в разделе 7, следует установить, правильно ли выбраны элементы гребного винта с точки зрения возникновения кавитации. В условиях реального проектирования наиболее достоверным методом прогнозирования кавитации винта является испытание модели винта в кавитационной трубе.

При отсутствии данных модельного эксперимента для проверки винта на кавитацию рекомендуется применять следующую формулу:

,

где R - значение сопротивления судна( Н), при найденном или заданном значении

Pa - атмосферное давление воздуха - Pa = 101300 Н/м³

𝜌 - плотность воды, кг/м³;

h_o - заглубление оси гребного винта; значение h_o может быть найдено по приближённой формуле: h_o = T – 0,40D + 0,2;

P_v - давление насыщенных паров

при - ;

- ;

- ;

D - диаметр гребного винта;

Z_p - число гребных винтов.

Расчёт гребного винта можно считать законченным, если найденное значение Ѳ_расч будет меньше или равно принятому в расчёте значению дискового отношения Ѳ. В противном случае следует повторить расчёт, используя расчётную диаграмму с ближайшим большим значением дискового отношения.

9. Конструктивные элементы гребного винта.

После расчёта гребного винта и проверки его на кавитацию необходимо принять окончательно его конструктивные элементы с учётом рекомендаций раздела 2 по следующей форме:

Конструктивный тип винта ………..

Диаметр гребного винта D = ……..м

Конструктивное шаговое отношение (H/D)_0,7 = ………м

Шаг на относительном радиусе ř = 0,7 R Н_0,7 = ………м

Дисковое отношение Ѳ = ……..

Число лопастей Z = ……..

Материал ……..

Частота вращения номинальная n _ном = …….мин^-1

Мощность номинальная ГД N_{e ном} = …… кВт

Скорость проектная _пр = …. уз

10. Расчёт паспортных характеристик и построение паспортной диаграммы.

Приведенные в раздел 7 расчетные схемы позволяют определить проектную скорость хода судна или параметры его силовой установки при заданном водоизмещении, чистом корпусе и винте при благоприятных погодных условиях. Однако для суждения о ходовых качествах судна необходимо знать скорость хода судна и потребляемую ГВ мощность при различной частоте вращения винта (меньше номинальной) и при различных условиях эксплуатации. Чтобы выполнить расчеты ходкости для всего много-образия эксплуатационных условий, строят так называемые паспортные диаграммы, или ходовые характеристики судна, представляющие собой совокупность согласованных между собой характеристик корпуса, двигателя и движителя, построенных в зависимости от его скорости хода.

Паспортная диаграмма судна состоит из двух графиков, расположен-ных один над другим. По оси абсцисс, общей для обеих частей диаграммы, откладывают скорость хода судна (в узлах), по оси ординат верхней части диаграммы – полезную тягу винта Р_е (кН), по оси ординат нижней части – мощность энергетической установки N_e (кВт) .

Исходными данными для расчёта паспортной диаграммы являются: гидродинамические характеристики гребного винта, а так же его диаметр D , число лопастей Z , дисковое и шаговое отношения Ѳ и H/D, коэффициенты взаимодействия винта с корпусом, номинальные значения мощностей и частоты вращения двигателя и его ограничительная характеристика, кривые сопротивления корпуса R = f( ) при различных условиях плавания.

Расчёт паспортных характеристик рекомендуется выполнить по таблице 11 в следующей последовательности:

1. Принимают 5 -6 округленных( до 5 или 10 мин^-1) значений частоты вращения в диапазоне (0,8 – К) n _ном , при этом в число табличных значениях частоты вращения рекомендуется включать:

а) для судов с дизельными установками:

- номинальную частоту вращения n _ном

- расчётную частоту вращения n _расч = К n _ном

- долевые от n _ном - округленные значения частоты вращения, рекомендуемые для построения ограничительной характеристики двухтактных малооборотных дизелей фирм «Зульцер», «МАН» различных типов ~ (0,8; 0,9; 0,95) n _ном ; таких же дизелей фирмы «Бурмейстер и Вайн» и «БМВ» ~ (0,8; 0,9; 0,97) n _ном ; дизелей других типов – произвольно;

б) для судов с ПТУ, ГТУ и ЭУ: номинальную частоту вращения n _ном ;

Долевые от n _ном - произвольно, округленно.

2. Принимают 5 округленных значений относительной поступи в пределах (0,5÷1,2) I, где I - расчётное значение относительной поступи, полученное в результате расчётов в разделе 7. Одно из табличных значений (предпоследнее) должно быть равно расчётному. Все табличные значения I ,кроме расчетного, рекомендуется округлить до 0,02, то есть должно быть принять например:

I = 0,32; 0,44; 0,6… и т.п..

2. Для рассчитанного гребного винта с обеих частей соответствующей диаграммы (K_T , K_Q - I) по значениям I и H/D снимают и заносят в таблицу коэффициенты упора K_Т и момента K_Q. Дальнейший расчёт выполняют по формулам: ; (уз) ; (кН) (кВт)

По результатам расчётов строят паспортную диаграмму судна (рисунок 8).

На паспортной диаграмме должны быть построены:

1. Кривые тяги и мощности на гребном винте при n=const для всех значений n , принятых в таблице.

2. Кривая потребной тяги (буксировочного сопротивления) R= f(Ѵ_s), полученная по расчёту сопротивления воды движению судна, отнесённое к числу гребных винтов.

3. Кривая потребной мощности N_e = f(Ѵ_s), если расчёт винта выполняется по расчётной схеме подраздела в 7.1 и 7.2; и ,

где η_o - расчетный КПД гребного винта, если расчёт выполняется по расчётным схемам подразделов 7.3 и 7.4.

4. Кривая располагаемой мощности – ограничительная характеристика ДВС или внешняя характеристика ПТУ, ГТУ и ЭУ.

5. Кривая располагаемой тяги, соответствующая кривой располагаемой мощности, которая строится путём переноса точек пересечения кривых N_e (n) и N_e (n, Ѵ_s) на соответствующие кривые P_e (Ѵ_s,n). Oрдинаты , полученные таким образом, кривой P_e (n) позволяют определить значение максимальной тяги, достижимой при данном гребном винте и двигателе.

Кривую располагаемой мощности следует строить в диапазоне

n ≤ n _ном, руководствуясь рекомендациями:

- для двухтактных малооборотных дизелей фирм «Зульцер», «Бурмейстер и Вайн», «БМВ» и «МАН» различных типов по данным таблицы 8;

- для дизелей других типов, исходя из предположения, что ограничительной характеристикой является кривая M_kp =const, которая рассчитывается по формуле: ;

- для ПТУ, ГТУ и ЭУ при отсутствии фирменной внешней характеристики, внешняя характеристика рассчитывается по форме Флюгеля:

,

Где μ - коэффициент принимаемый равным 1,75.

Таблица 8

	0,8	0,9	0,95	0,97	1,0	K	Тип двигателя
Ne/ Ne ном	0,62	0,815	0,9	0,97	1.0	1,0	«Бурмейстер и Вайн», КМЗ
	0,68 0,52	0,9 0,73	0,95 0,86	0,97 0,913	1,0 1,0	1,0 1,0	Зона В Зона А «Зульцер»
	0,59 0,66	0,819 0,9	0,95 0,95	0,97 0,97	1,0 1,0	1,0 1,0	Зона В Зона А «МАН»

При помощи паспортной диаграммы определяют:

- проектную скорость хода судна при n = n _ном - по точкам пересечения кривых полезной тяги P_e (Ѵ_s, n) и буксировочного сопротивления

R =f (Ѵ_s), мощности N_e (Ѵ_s, n) и потребной мощности N_e (Ѵ_s);

- максимальную скорость судна на испытаниях – по точкам пересечения кривых располагаемой и потребной тяги P_e (n) и R =f (Ѵ_s) и располагаемой и потребной мощности N_e (n) и N_e (Ѵ_s);

- запас мощности двигателя, как относительную разность между номинальной мощностью и мощности при скорости Ѵ_s = Ѵ_{s пр}.

Помимо этого, паспортная диаграмма позволяет решать следующие задачи:

- определение частоты вращения, необходимой для обеспечения заданной скорости судна;

- определение скорости судна по частоте вращения;

- проверка соответствия гребного винта двигателю;

- определение допустимой скорости без перегрузки главного двигателя при изменении сопротивления судна в эксплуатации в результате обрастания корпуса, изменения осадки, буксировки объектов, преодоления льда и т. п.

Пример

Расчета оптимальных элементов гребного винта, обеспечивающих наибольшую скорость хода при заданной мощности и частоте вращения силовой установки.

Тип судна - нефтерудовоз.

Длина расчетная L =244,4 м.

Ширина по ГВЛ В = 38,8 м.

Осадка расчетная, средняя Т = 14,53 м.

Коэффициент общей полноты δ = 0,8

Коэффициент полноты мидельшпангоута β = 0,99

Коэффициент полноты ватерлинии α = 0,9

Мощность главного двигателя N_{e ном} = 12500 кВт

Частота вращения n _ном = 115 об/мин (1,92 с^-1)

Тип СЭУ – ДВС с прямой передачей .

Завод-изготовитель ДВС – БМВ.

Число гребных винтов Z_p =1

Расчет сопротивления воды и буксировочной мощности выполнен в соответствии с методическими указаниями, приведенными в пособии [2].

Данные о сопротивлении и буксировочной мощности представлены в таблице 9 и на рисунке 6.

Исходные данные Таблица 8

Скорость судна уз	13	14	15	16	17
R, кН	778,0	895,9	1039,8	1224,5	1486,5
кВт	5210	6450	8030	10090	13010

Рис. 6. Зависимость полного сопротивления и буксировочной мощности от скорости.