Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Современные движительно-рулевые и подруливающие устройства для морских и речных судов. Часть 1. Учебное пособие
.pdf
41
В качестве двигателя привода ВПК и ОПК в основном используются
средне или высокооборотные электродвигатели, реже гидромоторы или дизеля.
Описание конструкций и технических характеристик различных конструктивных типов ВПК и ОПК и их приводов приведено в Части II настоящего пособия.
3.2.3. ДРУ с типом рабочего органа — крыльчатый движитель (КД) и с
двигателем привода, расположенным внутри корпуса судна.
Крыльчатый движитель — устройство, состоящее из ротора, установленно-
го заподлицо с днищем судна и вращающегося вокруг вертикальной оси. По
окружности ротора на равных расстояниях по углу располагаются от 3 до 8 вертикальных лопастей, закрепленных на осях перпендикулярных к поверхности
ротора. Вращаясь вместе с ротором, лопасти периодически по заданному закону поворачиваются вокруг собственных осей. Поворот лопастей производится
так, что при каждом положении лопасти на ней создается сила, имеющая
наибольшую проекцию в направлении тяги КД. Это достигается, когда условные перпендикуляры к хордам лопастей пересекаются в одной точке, являющейся центром управления. Перемещение центра управления вдоль основной
перпендикулярной к направлению тяги, изменяет величину и знак упора. Таким
образом, КД обладает теми же свойствами, что и винт регулируемого шага. При
произвольном перемещении центра управления в плоскости, параллельной
плоскости ватерлинии, можно изменять направление вектора упора в пределах
0–360° и использовать КД, как эффективный орган управления. Для поворота
лопастей и перемещения центра управления служит механический привод (кинематика), расположенный в корпусе КД и управляемый гидравлической (или
электрической) системой. Наиболее отработанная кинематика КД — шарнирная. Наибольшая мощность созданных и эксплуатируемых в настоящее время
КД достигла 4000 кВт. Общий вид КД и кинематическая схема приведены соответственно на рис. 20 и 21.
42
Рис. 20
Общий вид крыльчатого движителя
Рис. 21
Кинематическая схема
Одним из важных преимуществ КД является высокая динамичность изме-
нения тяги по величине и направлению. При этом в процессе изменения
направления тяги не возникают паразитные проекции тяги. Пропульсивный
к.п.д. ηp на скорости и значения относительного гидродинамического качества
ξ′ на швартовах у КД ниже, чем у ПК, но возможность обеспечения судну очень
хорошей маневренности при любых скоростях движения способствуют приме-
43
нению КД. Еще одно положительное качество КД более низкие характеристики
гидродинамического шума на швартовах и скоростях хода до 5–7 улов и возможность обеспечения низких акустических характеристик всего движительного комплекса. По применяемости в качестве главных ДРК на современных судах и кораблях КД занимают второе после ПК место, хотя существенно уступают им в общем количестве. Они имеют свою устойчивую нишу в современном судостроении, в основном там, где необходима высокая маневренность и
менее важна экономическая эффективность. В первую очередь это буксиры,
особенно кантовщики, суда и плавсредства технического и научного флота, паромы, работающие в стесненной акватории, корабли противоминной обороны и
т.п. Применение КД в качестве ВДРК очень ограниченно, как правило, если
есть необходимость, на судах где установлены КД в качестве ГДРК.
Описание конструкции и технических характеристик КД приведено в Ча-
сти II настоящего пособия.
3.2.4. Водометные движители (ВД) с двигателем привода, расположенным
внутри корпуса судна. Тип рабочего органа — осевой или центробежный насос.
Общий вид ВД с реверсивно-рулевым устройством (РРУ) приведен на рис. 22
и представляет собой водовод с размещенным в нем насосом (чаще центробежном),
входным участком и соплом на выходе. За соплом расположено РРУ представляющее собой руль (рули) на вертикальной оси, обеспечивающие поворот струи в горизонтальной плоскости на ±30°, и ковш, размещенный над рулем на оси перпендикулярной оси струи. При повороте ковша вниз на 90° он перекрывает струю и раз-
ворачивает её на 180°. Таким образом, обеспечивается реверс и боковая проекция
тяги. ВД имеет высокий пропульсивный к.п.д. ηp, но только на большой скорости, а
на небольших скоростях очень низкий. Эффективность ВД с РРУ на малых скоростях хода и на стопе очень низкая. Поэтому ВД с РРУ устанавливаются на скоростных катерах для возможности самостоятельно швартоваться и проходить на малом
ходу по стесненной акватории. На скоростных судах для выполнения этих задач
лучше иметь ВДРУ типа ВПК или ОПК.
44
Рис. 22
Водометный движитель с реверсивно-рулевым устройством
Общий вид ВД с днищевым поворотным устройством (ДПУ) различных
фирм приведен на рис. 23 и представляет собой конструкцию, размещенную в
нише корпуса судна заподлицо с днищем, с вертикальным (реже горизонтальным) осевым насосом в цилиндрической обечайке, жестко закрепленной к корпусу судна. Крутящий момент на гребной вал осевого насоса передается от
двигателя привода через цилиндрический или угловой редуктор, размещенные
в корпусе судна. Вода засасывается через входное отверстие в днище судна и
выбрасывается направленной струей через поворотное днищевое устройство
(ПДУ) под углом к плоскости днища до 15°, создавая тягу. Угол поворота
устройства выбрасывающего струю ±360°. Регулирование величины тяги осуществляется частотой вращения привода. Схема действия водометного движителя Schottel с днищевым поворотным устройством приведена на рис. 24.
45
Рис. 23
Водометные движители с днищевым поворотным устройством фирм Schottel и Veth
propulsion
Рис. 24
Схема действия водометного движителя Schottel с днищевым поворотным устройством
Эти движители так же, как и КД, нашли свою нишу в современном судостроении и устанавливаются в качестве главных и вспомогательных ДРУ на судах и кораблях, где требуется высокая маневренность на всех скоростях вплоть
до стопа в условиях сложной стесненной, мелководной и даже засоренной акватории. Это в первую очередь пассажирские суда, паромы, транспортные суда, небольшие десантные корабли, специальные суда, предназначенные для плавания в
акватории рек, озер и прибрежной зоны с малыми глубинами, многочисленными
мелями и засоренными участками. Пропульсивный к.п.д. ηp на скорости и значения
относительного гидродинамического качества ξ′ на швартовах у ВД с ПДУ примерно такие же, как у КД, но ниже, чем у ПК. В качестве двигателя привода ВД с
46
ПДУ при установке их как ГДРУ в основном принимаются дизеля, реже на судах с
электродвижением электродвигатели. А при установке в качестве ВДРУ чаще электродвигатели и реже дизель, и крайне редко гидромотор, если на судне развита гидравлика и имеется мощная гидравлическая станция.
Описание конструкции и технических характеристик ВД с ПДУ приведено
в Части II настоящего пособия.
3.2.5. Двухвинтовая движительная установка с раздельно поворотными
насадками (РПН). Тип рабочего органа – ВФШ или ВРШ в поворотной насадке.
Двухвинтовые движительные установки с раздельно поворотными насадками
(РПН) являются главными ДРУ. Они устанавливались на многих транспортных судах
и буксирах, главным образом речных и смешанного плавания для обеспечения высоких маневренных характеристик, особенно на малых скоростях и на стопе. Общий вид
гребного винта в поворотной насадке приведен на рис. 25. Эффективность действия
РПН максимальна при отсутствии хода судна. Для удержания судна без хода с работающими винтами необходимо, чтобы винты работали «враздрай» (т.е. при работе одного винта на передний, а второго на задний ход). При применении ВФШ изменение
направления и величины упора гребного винта обеспечивается реверсом двигателя и
регулированием частоты вращения. При применении ВРШ изменение направления и
величины упора гребного винта обеспечивается изменением поворота лопастей ВРШ.
РПН устанавливаются на двухвинтовых судах и оснащаются приводом, позволяющим осуществлять как совместную (синхронную) перекладку, так и раздельную (автономную) перекладку насадок. Обычно при движении судна со скоростями
более 3–4-х узлов используют синхронную перекладку, а насадками управляют как
обычным рулем. При этом можно управлять и одной насадкой.
Если судно оборудовано поворотными насадками, то поведение судна при
маневрировании будет отличаться от управления рулем. Причина заключается
в том, что при синхронном отклонении насадок и работе винтов «враздрай» поперечные составляющие сил, возникающих на насадках, всегда направлены в
47
сторону ДП и компенсируют друг друга. В результате — суммарный момент,
вызывающий разворот судна будет мал по величине.
При раздельном управлении насадками, независимо от направления вращения винтов, поперечные составляющие сил, возникающих на насадках, суммируются (см. рис. 26), а момент поперечных сил будет значителен. В результате судно может развернуться практически на месте, и с большой по величине
угловой скоростью. Продольное перемещение судна исключается благодаря соответствующему подбору частоты вращения винтов.
Рассмотрим, как влияет направление перекладки насадок на маневрирование судна, оборудованного РПН (рис. 26а и 26б). Если насадки переложены
кормовыми кромками в сторону ДП, то говорят, что они переложены «внутрь»,
а если насадки переложены задними кромка к бортам — переложены «наружу».
Рис. 25
Гребной винт в поворотной насадке
Когда РПН переложены «внутрь» (рис. 26а), равнодействующая сил тяги
всегда направлена в сторону винта, работающего на передний ход, и точка приложения равнодействующей находится на значительном расстоянии за кормой
судна. Момент, разворачивающий судно, весьма велик и разворот тем интенсивнее, чем больше угол перекладки насадок.
48
Рис. 26а
Когда РПН переложены «наружу» (рис. 26б), равнодействующая сил тяги
направлена в сторону винта работающего на задний ход, а точка приложения равнодействующей находится впереди насадок — в пределах длины корпуса судна.
Рис. 26б
Изменяя угол перекладки насадок, можно перемещать точку приложения
равнодействующей по длине судна и тем самым добиваться изменения направления вращения судна без реверсирования движителей. Однако момент, разворачивающий судно, будет мал, и ухудшаются условия обтекания корпуса струёй от винта.
Учитывая вышеизложенное, рекомендуется при маневрировании судна,
использовать РПН раздельно, и перекладывать насадки «внутрь», а для движения лагом перекладывать насадки «наружу».
К недостаткам ГДРУ с РПН относятся следующие: с уменьшением числа
оборотов гребного винта эффективность снижается и ухудшается устойчивость
судна на курсе; при перекладке поворотных насадок на угол больший 15° возникает интенсивная вибрация корпуса судна, насадки и винта, начинается кавитационная эрозия внутренней поверхности насадки.
С развитием таких эффективных ГДРУ, как КД и ВД с ПДУ, а особенно
ПК, применение ГДРУ с РПН стало сокращаться, как неперспективное.
49
3.2.6. Поворотные колонки с двигателем привода, размещенным в гондоле
ПК. Тип рабочего органа — открытый гребной винт или гребной винт в
направляющей насадке.
Поворотная колонка этого типа — устройство, представляющее собой баллер, с закрепленной с одной стороны, размещенной в воде в не корпуса судна,
обтекаемой гондолой со ступицей гребного винта. В гондоле размещен низкооборотный (высокомоментный) двигатель привода, на гребном валу которого
закреплена ступица гребного винта. С другой стороны баллера, размещенной в
корпусе судна, через специальное устройство (кольцевой токосъемник) подводится силовой ток или гидравлическая жидкость для двигателей привода, а
также в зависимости от конструкции воздух и/или масло для охлаждения двигателя и подшипников. Направляющая насадка, в случае её применения, крепится кронштейнами к баллеру и гондоле. Баллер вращается вокруг собственной оси на ±180° или 360°.
К указанной группе относятся ПК с ВФШ (в т.ч. парными, разно вращающимися) или ВРШ. Примеров применения в этой группе ПК других рабочих
органов помимо гребных винтов неизвестно. В качестве главных двигателей на
судах и кораблях с ПК этого типа чаще используются низкооборотные электродвигатели (как переменного, так и постоянного тока), реже низкооборотные
гидромоторы.
В свою очередь электродвигатели, размещенные в гондоле и применяемые
в ПК, делятся на несколько конструктивных типов: электродвигатели так называемого «мокрого типа» — водопогружные, имеющих принципиальное отличие
по способу охлаждения обмоток двигателя и подшипников, и электродвигатели
непогружного типа (обычные) с принудительным воздушным охлаждением.
Примером водопогружных электродвигателей («мокрого типа») являются: конструкции ПУ, АР и ПК фирмы «Pleuger» (60–70 г.г., в настоящее время вошла в
фирму «Flowserve»), в которых внутренний объем двигателя переменного тока
заполнен и охлаждается водой, и конструкции ПУ и ПК с двигателями переменного тока и постоянного тока, которые заполнены и охлаждаются маслом.
50
Общий вид такого ПУ, близкого по конструкции аналогичной ПК, приведен на
рис. 12 в п.3.1.5.
Примером электродвигателей непогружного типа в гондоле являются конструкции ПУ и АР фирмы ГДР в 60–70 г.г. и ПК фирмы ABB (получивших
наименование «Азипод»), в которых двигатели охлаждаются принудительной
циркуляцией воздуха. Общий вид такого ПК приведен на рис. 27.
.
Рис. 27
По сравнению с ПК, у которых в гондоле размещен понижающий редуктор
(п. 3.2.2), ПК, с двигателем, размещенным в гондоле, имеют большие размеры
гондолы при одинаковом диаметре гребного винта и близких значениях мощности (точнее крутящего момента на гребном валу). Диаметр и длина гондолы с
непогружным электродвигателем и принудительным обдувом воздухом имеют
ещё большие размеры, чем гондолы с соответствующими по крутящему моменту (мощности) характеристиками водопогружными электродвигателями. ПК, с
размещенным в гондоле водопогружным электродвигателем, в основном,
нашли применение в подводном судостроение. Из-за относительно больших
размеров гондолы, рассматриваемые ПК, имеют более низкие значения пропульсивный к.п.д. ηp на скорости и относительного гидродинамического качества ξ′ на режимах близких к швартовному, и большие значения величин массы
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]