Совместная работа комплекса винт-двигатель-корпус.

От соответствия винта двигателю зависит эффективность использования мощности главного двигателя. Частота вращения винта равна (или кратна при наличии редуктора) частоте вращения вала двигателя, крутящий момент двигателя равен моменту сопротивления вращения гребного винта (моменту винта) с учетом потерь на трение в валопроводе.

Для морских транспортных судов скорость при конкретном режиме эксплуатации практически линейно зависит от частоты вращения винта, так что поступь и коэффициент момента изменяются мало, и потребляемая винтом мощность пропорциональна кубу частоты ,

где - постоянный для конкретных условий плавания (посадка, состояние поверхности корпуса, волнение, …) коэффициент, его величина фактически определяется зависимостью .

Зависимость мощности, потребляемой гребным винтом, от частоты его вращения называется винтовой характеристикой.

Рассмотрим скоростные характеристики двигателей внутреннего сгорания.

Рабочая область ДВС и соответствие гребного винта двигателю

Область устойчивой работы двигателя в осях мощность — частота:

1 - номинальная внешняя характеристика т, е. зависимость мощности от частоты вращения при максимальной подаче топлива;

2 - ограничительная характеристика по механической напряженности при и ;

3 - линия минимальных устойчивых оборотов;

4 - ограничительная регуляторная характеристика (обеспечивается работой регулятора, не допускающего разноса двигателя при внезапном снижении нагрузки);

5 - нижняя ограничительная характеристика (характеристика холостого хода)

Точка А диаграммы определяет длительную номинальную мощность двигателя при номинальной частоте вращения при его работе без перегрузок. При нормальной эксплуатации двигателя не допускается его работа выше заградительных характеристик по тепловой или механической напряженности (кривая 1 или 2).

На эту диаграмму нанесены различные винтовые характеристики — кривые . Винт фиксированного шага согласован с главным двигателем, если он потребляет номинальную мощность, развиваемую двигателем при номинальной частоте вращения для заданных условий. Расчетная винтовая характеристика такого винта (кривая ) проходит через точку А.

Если при выходе на внешнюю ограничительную характеристику двигателя винт развивает частоту вращения меньше номинальной, то такой винт называется гидродинамически тяжелым (точка В). Гидродинамически легким считается винт, который при достижении номинальной частоты вращения (точка С) не использует полной номинальной мощности двигателя.

Несоответствие гребного винта двигателю обнаруживается в процессе испытаний и эксплуатации судна.

И для тяжелого, и для легкого винта полная мощность двигателя не используется, что приводит к меньшей эксплуатационной скорости судна, чем ее расчетное значение. Чтобы тяжелый винт соответствовал двигателю, нужно уменьшить либо шаговое отношение, либо диаметр. Легкий винт можно только заменить.

Для компенсации утяжеления гребного винта из-за увеличения сопротивления корпуса судна его проектируют с «облегчением» по шагу, так чтобы в условиях сдаточных ходовых испытаний винт был гидродинамически легким. Во время эксплуатации судна винт будет постепенно утяжеляться, и приблизительно в середине междокового периода он окажется соответствующим корпусу и двигателю, при этом будет обеспечено полное использование мощности при расчетной частоте вращения. К концу междокового периода он также перегрузит двигатель, но в меньших пределах.

Установки с турбозубчатыми агрегатами имеют внешние характеристики, значительно более благоприятные для работы как с утяжеленным винтом, так и с облегченным, поскольку они допускают регулирование мощности и частоты. Гребные винты судов с турбинными установками облегчать по шагу при проектировании не требуется.