7) Пропульсивный коэффициент и его составляющие. Пути повышения пропульсивного коэффициента.
Пропульсивный коэффициент. Совершенство гидродинамического комплекса движитель - корпус судна принято характеризовать так называемым пропульсивным коэффициентом η, который определяется отношением буксировочной мощности судна EPS=Rυ=Реυ к мощности Np=Mpω, затрачиваемой на вращение гребного винта:
Здесь ω - угловая скорость вращения винта. Подставляя в формулу Г(05) уже известные выражения Ре= Р(1 - t) и υ = υр/(1 - ψ) и учитывая коэффициентом i=i1 /i2влияние неравномерности потока в диске винта, получаем:
где
Коэффициент влияния корпуса
8) Взаимодействиегребного винта с двс. Понятие о гидродинамических «легких» и «тяжелых» гребных винтах.
Двигатель, работающий на винт, не является независимым: его мощность может изменяться только по винтовой характеристике Nе(n), которая определяет для него величину противодействующего момента. Мощность на валу двигателя Nе, обеспечивающую мощность Nр потребляемую винтом:
Nе = Nр/ ηв ηп = 2πρn3D5/ ηв ηп,
где ηв, ηп - КПД валопровода и передачи.
При заданных буксировочном сопротивлении и пропульсивном коэффициенте скорость судна v зависит от частоты вращения винта n. Можно считать, что v меняется пропорционально n, т.е. относительная поступь λр = const. Так как в этом случае также является постоянной величиной, можно записать, что Nе = Сn3, где С - постоянный коэффициент.
Из изложенного следует, что с изменением буксировочного сопротивления винтовая характеристика меняется. При увеличении сопротивления винтовые характеристики будут резко возрастать, так как уменьшение относительной поступи винта λр приведет к росту коэффициента момента и, следовательно, коэффициента С. Наиболее крутую винтовую характеристику судно будет иметь на швартовом режиме. При снижении сопротивления винтовые характеристики вследствие увеличения λр и уменьшения становятся более пологи ми. Наиболее пологую винтовую характеристику судно имеет при плавании в балласте. Как видим, в процессе эксплуатации судна его винтовые характеристики изменяются в широких пределах.
Рис. Взаимодействие гребного винта с двигателем внутреннего сгорания
Для оценки связи между винтом и двигателем, помимо винтовых характеристик, необходимо иметь характеристики двигателя, которые получают при стендовых испытаниях и представляют в координатах Nе - n виде кривых, определяющих поле возможных сочетаний Nе и n. Рассмотрим характеристики наиболее распространенного на промысловых судах двигателя внутреннего сгорания. Работа двигателя данного типа характеризуется следующими кривыми: кривая 1 устанавливает минимально устойчивую частоту вращения двигателя; кривая 2, называемая верхней ограничительной характеристикой, определяет зависимость Nе от n при постоянном положении аппаратуры подачи топлива, соответствующем получению номинальной мощности Nе.н при номинальной частоте вращения nн; кривая 3, именуемая регуляторной характеристикой, показывает частоту вращения двигателя при снижении нагрузки; кривая 4 является характеристикой холостого хода. Верхняя ограничительная характеристика является линией постоянного номинального крутящего момента М кр.н, определяющей верхний предел длительной механической напряженности деталей двигателей.
Чтобы установить режимы совместной работы винта и двигателя, необходимо наложить винтовые характеристики на характеристики двигателя. Если винтовая характеристика для расчетного режима плавания (кривая I) проходит через точку Н с координатами Nе.н и nн, то гребной винт соответствует двигателю. С ростом сопротивления из-за увеличения осадки судна, обрастания корпуса, волнения и тому подобного изменяется винтовая характеристика (кривая II), поэтому при нормальной эксплуатации двигателя, не допускающей его загрузку выше верхней ограничительной характеристики, взаимосвязь между винтом и двигателем будет наблюдаться в точке Т.
В рассматриваемом случае винт становится гидродинамически «тяжелым». При тяжелом винте частота вращения nт двигателя меньше номинальной.
С уменьшением сопротивления судна винт оказывается гидродинамически «легким».
Винтовая характеристика (кривая III), построенная для этого варианта, пересечет регуляторную характеристику двигателя в точке Л, которой соответствует частота вращения nл, равная или несколько больше номинальной. Как видно из рис., всякое несоответствие винта двигателю связано с уменьшением располагаемой мощности двигателя и приводит к снижению скорости судна. Согласованность винта и двигателя окончательно проверяется при натурных (скоростных) испытаниях судна. Практически следует считать, что винт согласован с двигателем, если двигатель при работе на винт развивает номинальную мощность при частоте вращения, которая отличается от номинальной не более чем на 1 3%. Для согласования винта с двигателем корректируется его шаговое отношение: для «легкого» винта - увеличивается, а для «тяжелого» - уменьшается Н/D. Обычно гребные винты проектируют несколько облегченными по сравнению с требуемыми для идеальных условий эксплуатации (при этом имеют в виду, что по мере обрастания корпуса и увеличения сопротивления в реальных эксплуатационных условиях винт становится «тяжелее» и более соответствует главному двигателю).