книги из ГПНТБ / Буксирные суда (проектирование и конструкция)

колонки обеспечивают поворот винта в горизонтальной плоскости до 360°.

Крыльчатые движители (КД) находят применение в основном на портовых буксирах, где требуются особенно высокие маневрен­ ные качества. Тяга крыльчатых движителей ниже, чем винтовых. Широкому распространению КД мешают также сложность их кон­ струкции, уязвимость и высокая стоимость.

В соответствии с имеющимся опытом эксплуатации и послед­ ними исследованиями в качестве движительно-рулевых комплексов могут быть рекомендованы для буксирных судов:

морских и рейдовых линейных — гребной винт в поворотной насадке;

портовых и рейдовых буксиров-кантовщиков — винты в раз­ дельно управляемых поворотных насадках, ДРК или крыльчатый (один или два) движитель;

речных, озерных толкачей и буксиров — винты в раздельно управляемых поворотных насадках;

мелкосидящих линейных речных буксиров и толкачей с осад­ кой 0,3—0,9 м — водометный движитель с полуподводным или воздушным выбросом струи; для рейдовых — поворотные насадки, водометный движитель и ДРК.

Указанные движительно-рулевые комплексы обеспечат буксир­ ным судам высокие тяговые и маневренные качества.

> § 8. Тяговые характеристики

Тяга буксирного судна — показатель, характеризующий эффек­ тивность использования мощности при выбранных основных эле­ ментах корпуса и движителей. Чем более они соответствуют на­ значению буксирного судна, тем выше его тяговые показатели на заданном режиме работы.

Для количественной оценки тяговых качеств буксирного судна на разных скоростях его работы (от швартовного режима до ско­ рости свободного хода) выполняются соответствующие расчеты и строится паспортная диаграмма. Расчеты выполняются по извест­ ным схемам [7, 8, 28, 36].

Результаты этих расчетов, представленные в виде сводной пас­ портной диаграммы буксирного судна (рис. 24), содержат следую­ щие кривые, построенные в функции от скорости судна ѵ:

а) суммарной мощности 2N главных двигателей; б) суммарной полезной тяги 2 Ре;

в) сопротивления корпуса толкача RT или буксира Rs и сопро­ тивления толкача или буксира с расчетным составом Rc — соот­ ветствуют нормальным условиям плавания при полных запасах топлива;

г) тяги на гаке Z, получаемой путем вычитания ординат кри­ вой Rt или Rq и з ординат кривой при скорости движения ѵ\

д) буксировочного к. п. д., определяемого по формуле

"в

350

ЗМ

330

320

310

300

Рис. 24. Паспортная диаграмма тяговых характеристик толкача Плевна мощностью 1340 л. с.

На диаграмме (см. рис. 24) имеются три характерные точки: А соответствует наибольшему упору движителей при нулевой ско­ рости движения или тяге на швартовах; Б — наибольшей скорости движения судна без состава — свободному ходу; В определяет ве­ личину скорости движения при следовании .толкача или буксира с расчетным составом.

82

Для буксирного судна изменение условий эксплуатации опреде­ ляется в основном изменением сопротивления буксируемого со­ става, т. е. изменением величины тяги на гаке. Поэтому тяговые качества буксирных судов оценивают главным образом по кривым

Из рис. 24 следует, что получить на судне с ВФШ максимально возможные значения тяги на швартовах Z0, тяги в режиме букси­ ровки Zg и свободного хода пСв.х. невозможно. Задача проектиров­ щика обычно сводилась к выбо­ ру компромиссного варианта, где все величины в результате обла­ дали бы некоторыми приемлемы­ ми значениями.

Сразвитием буксиростроения

идифференциацией буксирных судов на узкоспециализирован­ ные классы решение данной за­ дачи должно соответствовать тре­ бованиям, которые предъявляют­ ся к буксирным судам в зависи­ мости от их класса. Например, для буксиров-кантовщиков, рабо­ тающих в основном на режимах, близких к швартовному, естест­ венно нужно стремиться обеспе­

так как последняя обычно огра­ регулируемого шага 4. ничивается условиями и прави­ лами работы судов данного класса в порту. Наоборот, для линей­

ных буксиров и толкачей необходимо в первую очередь обеспе­ чить высокую тягу при значительной скорости буксировки.

Получение удовлетворительных тяговых показателей или, что то же, обеспечение проектируемому судну нужной буксировочной кривой достигается главным образом за счет выбора наиболее эф­ фективного для данного случая типа движительно-рулевого комп­ лекса и его элементов. Например, применение в качестве движите­ лей ВРШ дает возможность полностью использовать мощность главного двигателя и получать тягу на гаке во всех режимах ра­ боты, отличных от расчетного, более высокую по сравнению с та­ ковой на однотипных буксирных судах, оборудованных ВФШ.

На рис. 25 приведена диаграмма тяговых характеристик мор­ ского буксира мощностью 1200 л. с. Были испытаны три винта: спроектированный на швартовный режим работы; на свободный ход и компромиссный, спроектированный на промежуточный ре­ жим для расчетного состава судов. Как следует из диаграммы,

винт 1 не позволяет развить максимально возможную скорость хода (потеря скорости составляет около 15%) при данной мощно­ сти. У винта 2 тяга на швартовах меньше на 27%, а у компромисс­ ного винта 3, обеспечивающего большую тягу при скорости 4—9 уз, потери скорости и тяги по сравнению с винтами / и 2 имеют при­ мерно средние значения.

Кривая 4 является огибающей к первым трем и характеризует значения максимальной тяги, которую можно получить на любой скорости буксировки — от нуля до наибольшей, т. е. на всех режи­ мах полностью используется мощность главных двигателей. Для обеспечения наибольшей тяги на гаке винтовых буксиров следует рассмотреть возможность установки направляющих насадок, по­ лучивших широкое распространение в буксирном флоте морского и особенно внутреннего плавания.

Ориентировочное значение вероятной тяги буксира заданной мощности может быть определено по статистическим данным удельной тяги построенных судов, графикам и эмпирическим фор­ мулам.

Значение удельной тяги Z0/N принимается при нулевой скоро­ сти— на швартовах (Zо— тяга на швартовах, кгс; N — эффектив­ ная мощность энергетической установки, л. с.).

По удельной тяге на швартовах, характерной для данного класса буксирных судов, можно установить ее промежуточные зна­ чения при интересующих скоростях буксировки (в зависимости от расчетного состава). Однако учитывая, что сопротивление буксир­ ных судов обычно в несколько раз меньше буксируемого состава, допустимо считать мало существенным и различие в тяге при бук­ сировочных режимах судов одного типа, имеющих одинаковую тягу на швартовном режиме. В таких случаях для предваритель­ ной оценки можно ограничиться рассмотрением только швартов­ ного режима.

На рис. 26 приведены кривые значений удельной тяги для наи­ более распространенных типов морских буксирных судов, а на рис. 27 — кривая зависимости тяги от мощности.

Из графиков следует, что величина удельной тяги имеет зна­ чительный разброс точек. Оценить среднее значение можно лишь весьма приближенно: 14,5—13,5 кгс/л. с. во всем диапазоне мощ­ ности с тенденцией к снижению при возрастании мощности. Тол­ качи и буксиры (см. рис. 27) оборудованы насадками гребных вин­ тов, в основном поворотными.

С целью сравнительной оценки полученной величины удельной

им значения удельной тяги для толкачей и буксиров мощностью 35—4000 л. с. Там же даны величины буксировочного к. п. д., сни­ жающегося по мере уменьшения мощности судов. Значительная разница в величинах удельной тяги объясняется различными усло­ виями плавания и разными осадками даже у судов одинаковой мощности. Например, толкачи-буксиры мощностью 600 л. с. имеют

84

г)

Zq/N , кгс/л.с.

8

осадку от 1,3 до 1,9 м. От осадки зависит диаметр винта и на­ грузка по мощности на единицу площади его гидравлического се­ чения, а следовательно, и величина буксировочного к.п.д. Дости­ жение высоких значений последнего упрощается, когда можно вы­ брать оптимальную для заданной осадки частоту вращения винта (имеется достаточный для этого ряд двигателей или редукторных передач).

Характер изменения величины удельной тяги буксирных судов в зависимости от нагрузки по мощности на гидравлическое сече-

с ростом нагрузки величина удельной тяги по мощности снижается. Чем больше диаметр выбираемого гребного винта отличается

86

Z0In ,кгс/л.с.

кг

-

22 А

-\JT

20 ■<Л

Рис. 28. Зависимость удельной тяги на швартовах от нагрузки гребного

Рис. 29. Зависимость диаметра гребных винтов Ds буксирных судов внутреннего плавания от средней осадки ТСр.

X — о т е ч е с т в е н н ы е с у д а ; # — з а р у б е ж н ы е с у д а .

87

тяга движителя. Нередко диаметр винта принимается больше средней осадки. У морских буксиров это достигается за счет строительного дифферента, а у речных — в результате устройства в корпусе полутуннелей. На рис. 29 приведен график значений осадки и диаметра винтов буксирных судов внутреннего плавания, подтверждающий, что диаметр винта часто выбирается значи­ тельно больше осадки. Это в первую очередь касается мелкосидя­ щих судов.

Зависимость диаметра винта от мощности двигателя и частоты вращения п гребного вала буксиров и толкачей можно ориентиро­ вочно оценить по формуле

(32)

где k — коэффициент, равный 0,72—0,85.

Для сопоставления получаемых значений тяги проектируемого судна и предварительной оценки ее при заданной мощности на рис. 30 и 31 приведены кривые тяги на швартовах современных су­ дов. Там же показана зависимость тяги на швартовах от мощно­ сти энергетической установки судов, имеющих в качестве движи­ телей ВРШ, часто применяемые на морских портовых буксирных судах.

На рис. 30 даны кривые тяги для буксиров-кантовщиков, у ко­ торых открытые ВРШ или ВФШ заключены в направляющие на-

88

садки. Зависимость тяги от мощности для указанных типов дви­ жителей может быть выражена соответственно следующими фор­ мулами:

На рис. 31 приведены данные тяги в зависимости от мощности для портовых буксиров с крыльчатыми движителями. Как видно из рисунка, формула Пер Грига Z0=N/86 достаточно точно со­ гласуется со статистическими данными.

Кроме упомянутой формулы Пер Григом [74] предложена и другая:

служащая для определения тяги на швартовах одновальных пор­ товых буксиров с открытыми винтами и нормальными обводами корпуса при мощности 300 л. с. и более.

С той же целью Мунро-Смитом [45, 76] предложена формула

На рис. 32 показаны кривые зависимости коэффициента утили­ зации тяги на швартовах от кубического модуля морских буксир­ ных судов и судов внутреннего плавания.

§9. Составляющие водоизмещения

иположение центра тяжести

Расчет нагрузки массы судна определяет его водоизмещение, положение ЦТ и является одним из основных расчетов, выпол­ няемых при проектировании. Расчет нагрузки массы служит для обоснования главных размерений и основных элементов, принятых в проекте и проверке его спецификационных (договорных) харак­ теристик (осадка, тяга, остойчивость и др.). Выполнение расчета нагрузки производится на всех стадиях проектирования судна; предусматривается ряд последовательных приближений.

На стадии технических предложений и при проработке техни­ ческих заданий на проектирование масса судна подсчитывается по

90