5. Расчет оптимальных размеров винта и мощности двигателя

Расчетные диаграммы выбранной в разделе 2.1. серии моделей могут быть использованы при реализации различных практических схем расчета винтов [2]. При известных, v, R, ω, t, z, θ, η расчет следует вести по схеме 1 в следующей последовательности.

Определить упор винта , кН.

Определить расчетную скорость , м/с.

Вычислить безразмерный коэффициент упора – частоты вращения

,

где ρ =1025 т/м³.

По графику на рисунке В.3 (См. приложение В) определить:

относительную поступь ;

шаговое отношение ;

КПД винта в свободной воде .

Вычислить оптимальный диаметр винта и согласовать его с предельным значением, вычисленным в разделе 2.1 (практической работы № 2).

Определить КПД винта за корпусом .

Определить мощность двигателя на гребном валу

, кВт;

Определить мощность на валу двигателя

,

где – мощность, кВт;

– КПД валопровода;

– КПД редуктора;

– при прямой передаче мощности.

6. Проверка винта на кавитацию

Проверка может осуществляться по критической частоте вращения винта

. При частоте , кавитация отсутствует, при возможно появление кавитации, а при имеет место развитая кавитация.

Критическую частоту вращения определяют по формуле Э. Пампеля:

,

где – гидростатическое давление, Па,

– давление в 1м вод. ст., Па,

– погружение оси винта, м.

– безразмерный коэффициент, характеризующей начало кавитации,

– коэффициент разряжения,

– относительный радиус винтовой линии лопасти винта,

– коэффициент подъемной силы,

– относительная толщина лопасти,

– коэффициент упора, определяемый по диаграмме на рисунке В.3от функции от и .

Если винт кавитирует, то необходимо увеличить дисковое отношение θ и уточнить значение критической частоты.

7. Выбор главного двигателя и установление поля его рабочих режимов

По определенным ранее величинам мощности и числу оборотов n подбирают по каталогу отечественного или импортного производства двигатель с запасом по мощности 10…15%.

Некоторые, наиболее распространенные марки малооборотных дизельных двигателей приведены в Приложении А настоящих методических указаний.

Внешняя характеристика двигателей (поле рабочих режимов) может быть построена по нескольким точкам, полученным из условия постоянства крутящих моментов, задаваясь различным числом оборотов в диапазоне минимально устойчивых и максимальных оборотов выбранного двигателя , где .

Поле рабочих режимов в координатах мощность – число оборотов; представляет собой площадь неправильного четырехугольника, верхней стороной которого является внешняя характеристика двигателя, а положение остальных сторон определяется условиями эксплуатации дизелей. Так, из условия устойчивой работы двигателя, минимальные обороты равны . Максимально возможные обороты равны (1,03 – 1,05) . Минимальный уровень съёма мощности возможен от (при максимальных числах оборотов).

8. Расчет и построение паспортной диаграммы

Паспортная диаграмма представляет собой совокупность взаимно-согласованных характеристик корпуса, двигателя и гребного винта, построенных в зависимости от скорости судна. В верхней части, в виде кривых, в координатах , в нижней в координатах .

Расчет ведётся в таблице для ряда постоянных значений чисел оборота и для ряда значений относительно поступи (от 0 до 8). В качестве одно из первых значений поступи следует принять расчетное и для него выполнить все вычисления во всем диапазоне принятых чисел оборотов, что позволит избежать возможных ошибочных расчетов.

Диапазон чисел оборотов должен содержать округленные до 10 значения (с интервалом в 20 или 30 об/мин), возрастающие в последней колонке до .

В таблице 2, в формулах полезной тяги и мощности величиной и представляют собой коэффициенты влияния неравномерности потока на упор ( ) на момент , а их отношение на КПД винта. Поскольку их отклонение от единицы невелико, в рамках настоящей работы можно принять .

Таблица 2 – Расчет паспортной диаграммы

Параметры расчета	Обозначение расчётных величин	Число оборотов , об/мин
	, об/сек
	, узл.
	, кН
	, кВт
	, узл
	, кН
	, кВт
	, узл
	, кН
	, кВт
	, узл
	, кН
	, кВт

По результатам расчёта строится диаграмма. Её вид приводится ниже, на рис. 1.

Рис. 1. Паспортная диаграмма судна

Последовательность построения диаграммы следующая.

1. В верхней части диаграммы строятся кривые полезной тяги .

2. В нижней части диаграммы – кривые мощности .

3. По результату расчётов в первой практической 1 на диаграмму наносят кривую буксировочного сопротивления .

4. Точки пересечения кривой с кривой сносят на нижние кривые и по полученным точкам строят кривую мощности , необходимой для преодоления сопротивления.

5. На нижней части диаграммы вычерчивается внешняя характеристика двигателя , необходимой для преодоления сопротивления.

6. Точки пересечения внешней характеристики двигателя с кривыми сносятся на верхнюю часть диаграммы до пересечения с кривыми и по полученным точкам строится кривая полезной тяги , ординаты которой дают максимальное значение тяги, достижимой при данном винте и двигателе.

На паспортной диаграмме получаются три характерные точки, свидетельствующие о правильном выборе винта и двигателя для заданного корпуса.

Точка пересечения кривой необходимой мощности с внешней характеристикой двигателя должна лежать на кривой номинального числа оборотов.

Точка пересечения кривой буксировочного сопротивления с кривой полезной тяги имеет абсциссу, соответствующая наибольшей скорости судна.

Пересечение кривой с перпендикуляром из заданной скорости даёт номинальное число оборотов.