6. Проектирование гребных винтов

Гребные винты относятся к одному из типов судовых движителей. Судовой движитель представляет собой преобразователь энергии для создания тяги (T_e).

На проектируемом судне в качестве движителя будем использовать гребные винты. Гребные винты в сравнении с другими движителями обладает следующими преимуществами:

• простота и надежность конструкции

• сравнительно небольшая масса

• высокий КПД

η_в=0,6-0,8

Валопровод идет от главного двигателя и вращает гребной винт. Главные двигатели бывают реверсивные и нереверсивные. Если ГД нереверсивный, то за ним ставят дизель-редуктор, с которым изменяют направление вращения винта. На валопроводе устанавливают упорный и опорный подшипники. Упорный подшипник чаще всего располагается на раме ГД и он служит для передачи тяги винтов на корпус судна. Кроме этого устанавливают по длине валопровода опорные подшипники. Мощность, вырабатываемую ГД, обозначаем Ne (кВт). Движитель как устройство, преобразующее энергию, обладает своим КПД. Часть энергии, вырабатываемой ГД, тратится на трение в опорном и упорном подшипниках, а также в редукторе. Поэтому у них есть свои КПД:

η_подш≈0,98

η_ред≈0,97

Кроме этого, взаимодействие гребного винта с корпусом судна также приводит к КПД, отличным от 1.

η_ред= η_в*η_ред*η_пер*η_вз – формула пропульсивного КПД.

6.1 Выбор основных геометрических характеристик гребного винта

1. Число ГВ (1-3). Их выбор связан с:

1. Мощность ЭУ может быть настолько большой, что приводит к большим габаритам двигателя, который может не разместиться в корпусе. Поэтому приходится ставить 2 ГД, следовательно 2 ГВ. К тому же, 1 ГВ может не переработать большую мощность.

2. На судах внутреннего и смешанного плавания часто ставят 2 ГД и 2 ГВ, т.к движение этих судов проходит по узкому и извилистому фарватеру. Это требует повышения маневренных качеств судна. 2 ГВ позволяют улучшить управляемость судна. В остальных случаях целесообразнее использовать 1 ГВ. Он экономичнее, проще в обслуживании и ремонте. Для своего проекта принимаю одновальную установку с одним ГВ.

6.2 Выбор диаметра гв

Целесообразно выбирать возможно больший диаметр ГВ, т.к его увеличение приведет к увеличению КПД.

При одинаковых дисковых отношениях число лопастей почти не влияет на динамические характеристики винта. Основное влияние кол-во лопастей оказывает на амплитуду и частоту вибраций.

На транспортных судах предусматривают 3-4 лопасти.

Рассмотрим ГВ при движении судна в вязкой жидкости. Пусть судно движется со скоростью V. Средняя скорость попутного потока жидкости будет ΔV.

Для своего проектируемого судна принимаем: Т.о гребной винт обтекается потоком воды с меньшей скорости на величину скорости попутного потока

Попутный поток образуется не зависимо от работы ГВ. Кроме попутного потока есть другая картина взаимодействия ГВ и корпуса.

Работающий ГВ подсасывает к себе воду от кормовой оконечности судна. В следствии этого скорость обтекания кормовой оконечности судна при работающем ГВ увеличивается.

Из т. Бернулли: увеличение скорости обтекания кормовой оконечности приводит к уменьшению давлений со стороны воды на кормовую оконечность судна. Это равносильно увеличению сопротивлению судна. Т.о при движении судна надо преодолеть не только возникающую силу сопротивления, но и дополнительную силу засасывания, т.е ГВ должен создавать упор:

Очевидно, при равномерном движении сила тяги Те=R

Упор, развиваемый ГВ

Т.о ГВ должен развивать упор на расчетной скорости.