Методические указания (винт)

ОМСКИЙ ИНСТИТУТ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА (ФИЛИАЛ)

ФЕДЕРАЛЬНОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ «НОВОСИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА»

М Е Т О Д И Ч Е С К И Е У К А З А Н И Я

для контрольной работы по дисциплине:

«Устройство и гидромеханика судна»

для студентов специальности: 180103 «Судовые энергетические установки»

2012 г.

3

ВВЕДЕНИЕ

Рисунок 1 – Типичная лопасть гребного винта

На рис. 1 схематично показана типичная лопасть гребного винта.

Шаг винта H – это осевое перемещение винтовой поверхности за один оборот называют. Произведение шага винта на число оборотов в секунду H n

– осевая скорость лопасти винта нулевой толщины в недеформируемой среде.

Разность H n v0 , где v0 – истинная осевая скорость винта, характе-

ризует меру деформируемости среды, называемую скольжением. ОтношениеH n v0 / H n– относительное скольжение.

Относительное скольжение – один из основных параметров гребного вин-

та. Важнейшим параметром, определяющим рабочие характеристики гребного винта, является отношение шага винта к его диаметру: H / D .

Следующие по значимости – количество лопастей, их ширина, толщина и форма, форма профиля и дисковое отношение (отношение суммарной площади лопастей к площади описывающего их круга) и отношение диаметра втулки к диаметру винта. Форма лопасти обычно яйцевидная, а форма профиля – плавно обтекаемая, очень похожая на профиль крыла самолета. Размеры современных гребных винтов варьируются от 20см до 6м и более. Мощность, развиваемая винтом, может составлять доли киловатта, а может превышать 40000кВт; соот-

ветственно, частота вращения лежит в диапазоне от 2000об/мин для малых вин-

тов до 60 об/мин для больших.

5

ВВЕДЕНИЕ

КПД гребных винтов составляет 0,60÷0,75 в зависимости от шагового от-

ношения, числа лопастей и других параметров.

Винт с насадкой – обычный винт, установленный в коротком сопле, изоб-

ретен немецким инженером Л.Кортом. Насадка жестко соединена с корпусом судна или выполнена с ним как одно целое. Такая конструкция обеспечивает значительно больший упор при заданной мощности по сравнению с обычными винтами, поскольку струя, ускоряемая винтом, при наличии насадки сужается в меньшей степени. При одинаковых расходах скорость за винтом с насадкой

v0 u меньше, чем за винтом без насадки v0 u . Поэтому идеальный КПД винта с насадкой возрастает в отношении 2v0 u / 2v0 u .

Преимущество винта с направляющей насадкой над обычным винтом проверено практикой. Выигрыш выше, когда скорость судна ( v0 ) невелика, а

винт тяжело нагружен, т.е. велика скорость скольжения ( u ). В связи с этим винты с насадкой чаще ставят на буксирах, траулерах и аналогичных судах, ко-

торые буксируют тяжелые грузы с малой скоростью. Для таких судов выигрыш на единицу мощности, создаваемый винтом с насадкой, может достигать

30÷40%.

а – без направляющей насадки б – с направляющей насадкой Рисунок 2 – Схема течения потока через гребной винт

На быстроходных судах винт с насадкой не имеет преимуществ, посколь-

ку небольшой выигрыш в КПД теряется из-за увеличения сопротивления на насадке.

6

ПОСТРОЕНИЕ ЧЕРТЕЖА ГРЕБНОГО ВИНТА

1 ПОСТРОЕНИЕ ЧЕРТЕЖА ГРЕБНОГО ВИНТА

1.1Исходные данные

Для разработки конструкции гребного винта и построения его чертежа должны быть известны следующие геометрические элементы:

1.Диаметр винта: D 2R ;

2.Шаг винта: H ;

3.Число лопастей: z ;

4.Дисковое отношение ;

5.Средний диаметр ступицы d0 ;

6.Наклон образующей лопастей (в корму судна) mR ;

7.Направление вращения винта;

8.Материал изготовления гребного винта;

9.Конструктивный тип винта (цельнолитой, со съемными лопастями, с

утолщенными кромками и т. д.).

1.2Контур лопасти винта

Гребные винты серии Трооста, имеют форму контура спрямленной по-

верхности лопастей приведенную на рис. 3. Такой контур вычерчивается в сле-

дующей последовательности:

1.По графику рис. 7.1 сначала находится относительная наибольшая ширина

ем искомую величину bm bm Dz .

2.Проводим осевую линию лопасти ( 0 0 ) и откладываем от нее на соответ-

ствующих радиусах значения x1, x2 и x0 (см. рис. VIII-13), полученные по графику рис. VIII-15, на котором эти величины приведены в долях от наибольшей ширины bm . Отрезки x1 и x2 определяют контуры входящей и выходящей кромок лопасти, отрезок x0 – линию наибольших толщин.

7

ПОСТРОЕНИЕ ЧЕРТЕЖА ГРЕБНОГО ВИНТА

Рисунок 1 –

По известным значениям: радиусу винта R , числу лопастей z , дисковому отношению и относительному диаметру ступицы d определяем:

среднюю ширину лопасти bc :

ПОСТРОЕНИЕ ЧЕРТЕЖА ГРЕБНОГО ВИНТА

Отстояние линии наибольших толщин от входящей

кромки в процентах от ширины лопасти b1/ bm 35,0

Далее проводится осевая линия лопасти, и на относительных радиусах r откладываются величины x1 , x2 и b1 , определяющие соответственно контуры

входящей и выходящей кромок, а также линию наибольших толщин.

1.3Распределение толщин лопасти по длине

Под толщиной лопасти винта е на данном радиусе r понимается

наибольшая толщина соответствующего сечения лопасти. Толщина лопасти еК

у корня назначается из соображений прочности, в остальных сечениях – из условия обеспечения достаточной прочности и наилучших гидромеханических качеств. Толщина конца лопасти еR (у края) устанавливается из конструктив-

ных соображений. При отсутствии специальных требований о подкреплении края лопасти можно пользоваться следующей формулой, позволяющей опреде-

лить толщину еR для стальных винтов:

Причем, для определения значения еR в мм, в формулу 1.1 значения диа-

метра винта D , подставляется в м.

Значение еR , полученное по формуле 1.1 следует увеличить для чугун-

ных винтов на 30%, а для латунных можно уменьшить на 25%. Толконцов щина лопастей гребных винтов, которые устанавливаются на судах, плавающих в би-

Диаграмму наибольших толщин в первом приближении следует строить

по закону прямой линии, имея значения толщин на конце лопасти и оси винта.

Численные значения максимальной толщины на конце лопасти еR , а так-

же условные максимальные толщины на оси винта е0 в зависимости от числа

лопастей гребного винта приведены в таблице 1.1.