Лекція № 7

Вступ

Робота гребного гвинта при реверсі.

Режими роботи гребного гвинта на передньому ходу.

Криві дії гребного гвинта.

Вступ.

Тема: Робота гребного гвинта на різних режимах

Висновки.

Навчально-матеріальне забезпечення:

1) Плакати.

2) Слайди.

Навчальна література:

1. В.П.Шостак та ін.; за ред. В.П.Шостака. Проектування пропульсивної установки суден з прямою передачею потужності на гвинт. Навчальний посібник. - Миколаїв; УДМТУ, 2003. - 500 с. іл.

2. Ф.М.Кацман, Д.В. Дорогостайский. Теория судна и движители. - Л.: Судостроение. 1979. – 279 с. §§ 10 ÷ 16.

3. В.К.Ломоть та ін., Теория корабля.–Л.: ЛВВМИУ, 1983. – 453 с.

4. Методичні вказівки щодо самостійної підготовки та самоконтролю курсантів по засвоєнню навчального матеріалу з дисципліни «Корабельні газотурбінні, дизель-газотурбінні і дизельні енергетичні установки». –С.: СВМІ, 2007 р.

Для забезпечення поступального руху корабля з заданою швидкістю необхідно прикласти до нього силу, рівну по силі опору R і спрямовану убік його руху. Ця сила називається рушійною (силою тяги), створюється при роботі корабельного рушія. Чим вище ефективність корабельного рушія, тим досконаліше відбувається процес перетворення енергії, що затрачається, тим більше швидкість та маневреність корабля і менше витрата палива при тій же потужності енергетичної установки.

Актуальність лекції полягає у вивченні теорії роботи на передньому ходу та при реверсі найпоширенішого на даний момент часу рушія кораблів - гребного гвинта.

1. Криві дії гребного гвинта

Залежність основних гідродинамічних характеристик гребного гвинта (коефіцієнта упору К₁ коефіцієнт моменту К ₂ і ККД h_р) від його режиму роботи, обумовленого відносною ходою l_р, прийнято представляти графічно у вигляді криві дії гвинта К ₁(l_р), К ₂(l_р) і h_р (l_р) (рис.1).

Кривими дії гребного гвинта називаються графічні залежності основних гідродинамічних характеристик гребного гвинта К ₁ = f (λ _р), К ₂ = f (λ _р) і η_р = f (λ _р) від його режиму роботи, обумовленого відносною ходою λ _р.

Криві дії гребного гвинта одержують або розрахунком, або шляхом буксирування моделі гвинта в опитовом басейні або при випробуваннях у кавітаційної трубі. При проведенні випробувань модель гвинта обертається із заданою частотою n. Здійснюючи буксирування з різними швидкостями V_p (у кавітаційної трубі, змінюючи швидкість потоку, що набігає) при постійній частоті обертання одержують різні значення відносної ходи λ _р. У процесі випробуванні виміряються упор моделі гвинта Р и момент М с допомогою гвинтового динамометра.

2. Режими роботи гребного гвинта на передньому ходу

При розгляді кривих дії гвинта (рис. 1) і характеру обтікання елемента лопаті гвинта (кута атаки α) (рис. 2) можна виділити окремі характерні режими роботи гребного гвинта.

Рисунок 1. Криві дії гребного гвинта.  

Рисунок 2. Характер обтікання елемента лопаті гвинта.

Швартовний режим (точка 1). Даний режим має місце при проведенні швартовних випробувань або при зрушуванні корабля з мілини своїм ходом. У цьому режимі швидкість води в диску гвинта V _p = (1 – w) ∙ V _s = 0. Відповідно відносна хода λ _р = V _p / (n ∙ D)= 0, та ККД гвинта η_р = (Р ∙ V _p) / (2π ∙ n ∙ М) = 0, тобто гвинт працює на місці та не робить корисної роботи. Внаслідок того, що V _p = 0 кут атаки α для кожного елемента лопати досягає найбільшої величини. Відповідно упор Р (коефіцієнт К ₁) і момент М (коефіцієнт К ₂) гребні гвинти мають максимальне значення.

При швартовному режимі тривала робота гвинта з повною частотою обертання неприпустима через перевантаження двигунів. Припустима частота обертання гвинта на швартовному режимі становить 0,60 ÷ 0,65 від частоти обертання в розрахунковому режимі повного ходу.

Основний (розрахунковий) режим роботи (точка 2). Зі збільшенням відносної ходи λ _р кут атаки α кожного елемента лопати зменшуються. У результаті цього падають упор Р (коефіцієнт К ₁) і момент М (коефіцієнт К ₂) гребного гвинта. ККД гвинта η_р спочатку зростає, досягаючи максимуму (точка 2) при деякому значенні η_р, а потім падає. Значення відносної ходи гвинта λ _р при яких величина ККД η_р найбільша, відповідають оптимальному режиму роботи гребного гвинта й повинні відповідати його розрахунковому режиму для заданої швидкості ходу корабля.

Режим нульового упору (точка 3). З подальшим збільшенням відносної ходи λ _р кут атаки α триває зменшуватися, відповідно продовжують знижуватися упор Р (коефіцієнт К ₁) і момент М (коефіцієнт К ₂) гребні гвинти. При певнім значенні λ _р = λ _р1 значення упору Р (коефіцієнта К ₁) гребного гвинта стає рівним нулю. Відповідно ККД гребного гвинта η_р = (Р ∙ V _p) / (2π ∙ n ∙ М) = 0, тобто гребний гвинт більше не робить корисної роботи.

Підведений при цьому від двигуна обертаючий момент М (коефіцієнт К ₂) залишається позитивним і витрачається на подолання опору обертанню гребного гвинта. Відповідна відносна хода λ _р1 позначається Н ₁ / D і називається кроковим відношенням нульового упору.

Подібний режим роботи гребного гвинта практично може мати місце, коли на двогвинтовому кораблі при роботі двох гвинтів на передній хід провадиться відключення одного з них з переходом на вільне обертання. При такому переході гребний гвинт проходить через крапку нульового упору. Аналогічний режим короткочасно спостерігається й у процесі реверса, коли до гвинтів ще підводить крутний момент, але швидкість потоку, що набігає, при русі корабля по інерції така, що створюваний гвинтами упор дорівнює нулю.

Режим нульового моменту (точка 4). Якщо після режиму нульового упору й далі збільшувати відносну ходу λ _р, те при деякому значенні λ _р = λ _р2 момент М (коефіцієнт моменту К ₂) стає рівним нулю.

Настання режиму нульового моменту обумовлено зміною знака кута атаки α. Відносна хода λ _р2 позначається H ₂/ D і називається кроковим відношенням нульового моменту. У цьому випадку поняття к.к.д. гребного гвинта η_р не має змісту, тому що до гвинта від двигуна не підводить обертаючий момент а він обертається під дією потоку, що набігає на нього, і виникаючий момент витрачається на подолання опору обертанню гвинта. Гвинт робить потоку, що набігає, деякий опір, що відповідає негативному значенню упору Р (коефіцієнту упору К ₁).

Турбінний режим (точка 5). При λ _р > λ _р2 негативними є й упор Р и момент М, що відповідає турбінному режиму роботи гвинта. Він може мати місце при вільному обертанні відключеного гвинта.

Залежно від величини відносної ходи розрізняють наступні області роботи гребного гвинта:

а) При 0 < λ _р < Н ₁ / D (область I на рис. 1) гребний гвинт працює як рушій, що розвиває позитивний упор (К ₁ > 0) за рахунок підведеного до нього обертаючого моменту (К ₂ > 0). У цій області розташовуються значення λ _р, що відповідають оптимальному (розрахунковому) режиму роботи гребного гвинта. Робочий діапазон значень відносної ходи гребного гвинта відповідає λ _р = 0,8 ÷ 1,1.

б) При Н ₁ / D < λ _р < Н ₂ / D (область II на рис. 1) гребний гвинт «паралізований», тобто не є не рушієм, не турбіною. Гребний гвинт не створює ні корисного упору, ні корисного обертаючого моменту.

в) При λ _р > Н ₂ / D (область III на рис. 1) гребний гвинт працює в турбінному режимі. Він гальмує рух корабля (К ₁ < 0) і може передавати гребному валу деякий обертаючий момент.

3. Робота гребного гвинта при реверсі

Реверсом називається зміна напряму руху корабля на зворотне. Він здійснюється зміною напрямку сили упору за рахунок зміни напрямку обертання ВФК.

Рисунок 3. Характер обтікання елемента лопаті гвинта

У процесі реверса гребний гвинт проходить характерні режими роботи, які були розглянуті: режим нульового упору, режим нульового моменту та турбінний режим. У початковий період (якщо двигун відключений) гвинт обертається в напрямку переднього ходу, але при частоті обертання, що знижується, п і окружної швидкості 2 ∙ π ∙ n ∙ r (рис. 3, а). При цьому осьова швидкість V _pпрактично зберігає свою величину за рахунок руху корабля по інерції. У міру зменшення швидкості 2 ∙ π ∙ n ∙ r кут атаки на лопатах змінює знак і в деякий момент часу наступає режим вільного обертання гвинта (рис. 3, б).

При підключенні двигуна, переведеного на задній хід, гвинт виявляється застопореним (n = 0) при наявності осьової швидкості V _p колишнього напрямку (рис. 3, в). Потім з початком роботи двигуна на задній хід, гвинт починає обертатися в протилежну сторону. Оскільки корабель по інерції ще рухається вперед, те якийсь час гвинт обертаючись у напрямку заднього ходу, продовжує переміщатися вперед, Далі рух корабля по інерції припиняється під дією негативного упору й він зупиняється. Цьому моменту відповідає робота гвинта у швартовному режимі заднього ходу (рис. 3, г). Надалі під дією негативного упору корабель починає рухатися назад. Зі швидкістю, що збільшується, досягаючи сталого заднього ходу (рис. 3, д).

Для аналізу навантаження двигунів при реверсі можуть бути використані реверсивні діаграми гребних гвинтів по упору та моменту, які будуються за результатами їх модельних випробувань. Такі діаграми являють собою залежності

и

де Р _п. _х, М _п. _х і n _п.х – упор, момент і частота обертання гвинта на заданому передньому ході, а Р, М и п - поточні значення цих параметрів при реверсі (рис. 4). На діаграмах характерні режими роботи гвинта при реверсі показані точками: 1 - робота гвинта на режимі переднього ходу в момент відключення гребного вала від двигуна; 2 - режим нульового упору (моменту); 3 - режим негативного упору (моменту) при обертанні гвинта на передній хід; 4 - режим найбільшого негативного упору (моменту); 5 - режим заднього ходу. Ділянка діаграми 1-2 відповідає обертанню гребного вала по інерції, якщо двигун при зупинці відключається від нього, ділянка 2-5 - режиму вільного обертання гвинта і ділянка 5-6 - розгону корабля на задньому ходу.

Рисунок 4. Реверсивна діаграма гребного гвинта по упору та моменту.

На задньому ходу частота обертання п < 0,6 п _п.х и ККД гвинта η_рна 40 ÷ 60% нижче, ніж на передньому ходу.

Параметрами, які при реверсі характеризують маневреність енергетичної установки й корабля в цілому, є:

- тривалість перемикання двигуна на задній хід;

- час вільного обертання гребного вала після відключення двигуна;

- час і шлях, прохідний кораблем до повної зупинки;

- час розвитку заданих частоти обертання та швидкості ходу корабля у зворотному напрямку.

Ці параметри, які залежать від реверсивних якостей двигуна, гідродинамічних характеристик гребного гвинта і корпуса корабля, визначаються, як правило, у натурних умовах.

Висновки:

Параметри руху на передньому ходу та при реверсі корабля залежать від реверсивних якостей двигуна, гідродинамічних характеристик гребного гвинта і корпуса корабля.

Дата добавления: 2014-11-29