Внешние характеристики гребного винта.

 Внешней или винтовой характеристикой винта называется зависимость мощности N_в, потребляемой винтом или момента подводимого к винту M_в от его частоты вращения n_в.

Работа гребного винта однозначно определяется его поступью

,                                                                                  (6.1)

где – скорость набегания воды на лопасти винта в осевом направлении (или осевая скорость винта относительно спокойной воды);

D - наружный диаметр гребного винта.

Поскольку , где H– шаг винта, j- коэффициент скольжения, то

.                                                                                    (6.2)

винтовые характеристики строятся либо для l=const, либо для =const

Момент и упор винта можно вычислить по известным формулам

,                                                                       (6.3)

,                                                                          (6.4)

где К_н и К_р – соответственно коэффициенты момента и упора (рис. 8.7);

r- плотность воды.

Рис. 8.7. Зависимости коэффициентов момента и упора от относительной поступи винта.

 

У ВФШ шаговое отношение H/D неизменно.

Внешние условия в процессе эксплуатации меняют коэффициент скольжения и его поступь l, поэтому изменяются К_н и К_р(рис.14). Следовательно, момент и сила упора оказываются сложной функцией частоты вращения.

На (рис.8.8) изображены семейства мощностных и моментных характеристик винта. Каждая кривая построена при постоянном значении l. Вдоль каждой кривой упор винта равен сопротивлению судна (P=R, R~V²). В ряде задач анализа совместной работы турбины и винта (например, для водоизмещающих судов) можно принимать постоянными j и l. Тогда

;                                                                      (6.5)

где , , .

 

Рис. 8.8. Винтовые характеристики (l = const):

а – мощность потребляемая винтом; б –момент на ступице винта.

 

В эксплуатации судна приходится иметь дело с семейством и полем характеристик. Номинальная характеристика винта может быть только при комплексе номинальных условий: номинальная осадка судна на ровном киле или чистая и глубокая вода, отсутствие волн, ветра, течений и т.п. Любое отклонение условий от номинальных условии влияет на относительную скорость судна и, следовательно, на соотношение скорости судна и частоты вращения, утяжеляя или облегчая характеристику. Если характеристика 0-а соответствует номинальной (см. рис. 8.8), то утяжеленные характеристики будут располагаться левее, а облегченные – правее.

Каждая из характеристик, показанных на (рис. 8.8), есть геометрическое место стационарных равновесных режимов механической системы судно- винт – турбина. На каждом таком режиме мощность, подводимая к винту от турбины и мощность потребляемая винтов, равны. При этом все элементы вращающейся системы (турбина – валопровод - винт) имеют постоянную частоту вращения, сила упора винта равна силе сопротивления судна, судно идет с постоянной скоростью.