Механические характеристики гребного винта

Механической характеристикой гребного винта (ВФШ) называется зависимость вращающего момента от частоты вращения при неизменной скорости судна.

Подобные характеристики снимают опытным путем либо рассчитывают по данным гребного винта.

Полученные зависимости близки к квадратичным параболам. Каждой скорости судна соответствует своя кривая (рис. 1): 1 - зависимость вращающего момента (или момента сопротивления) от частоты вращения на полном ходу судна в свободной воде Мсв = f1(n), т.е. на гладкой поверхности воды без встречного ветра; 2 - одна из промежуточных характеристик Мпр = f2(n) при пониженной скорости судна вследствие ледовой обстановки или по другим причинам; 3 - швартовная характеристика гребного винта Мшв = f3(n) при неподвижном судне, т. е. если судно при работающем двигателе стоит во льду или пришвартовано; 4 — механическая характеристика при работе в шуге («ледяная каша») Мш = f4(n).

С увеличением скорости судна растет скорость встречного потока воды относительно корпуса. Встречный поток воды подкручивает винт, поэтому при номинальном вращающем моменте Л/н с увеличением скорости хода растет частота вращения винта, что ясно из сравнения характеристик на рис. 6. При работе гребного винта в шуге момент сопротивления может оказаться больше, чем при швартовном режиме, так как возрастает вязкость среды, в которой работает винт, и, следовательно, сила лобового сопротивления (см. рис. 3).

Что такое винт регулируемого шага или ВРШ?

ВИНТ РЕГУЛИРУЕМОГО ШАГА

Для перекладки лопасти современных ВРШ используются гидравлические, электромеханические, механические и ручные приводы. Наибольшее распространение на современных морских судах получили гидравлические приводы.

Поворот лопасти и, соответственно, изменение шага винта производятся перемещением штанги, которая расположена в полом гребном валу. Гидравлические приводы отличаются местом расположения цилиндра с поршнем, который перемещает штангу. Для ВРШ гидравлического типа наиболее характерно расположение силового органа в линии валопровода внутри судна. В ВРШ некоторых зарубежных фирм силовой орган расположен в ступице, а внутри гребного вала проходит штанга золотника и подается масло под давлением. Иногда силовой цилиндр с поршнем находится вне гребного вала.

По характеру работы ВРШ могут быть двухпозиционными и всережимными. Двухпозиционный винт имеет только два положения лопастей для экономического и полного хода. В настоящее время двухпозиционные винты используются только на судах старой постройки. Всережимные  ВРШ обеспечивают получение всех ходов — от полных вперед до полны: назад, включая положение «Стоп» с работающим винтом.

Элементы теории судна и гребных электрических установок

Движение судна и движители. Для движения судна необходимо иметь двигатель и движитель. Двигатель преобразует тепловую или электрическую энергию в энергию вращения вала. 

Движитель, используя вращение двигателя, создает силу, способную передвигать судно. Для передвижения по воде применяются движители различных типов: шест, весло, парус, гребное колесо, гребной винт, крыльчатый движитель, водомет и др. Наибольшее распространение: в настоящее время имеет гребной винт.

Сопротивление движению судна. Для приведения судна в движение к нему должна быть приложена в диаметральной плоскости движущая сила измеряемая в ньютонах (Н). При горизонтальном равномерном и прямо линейном движении со скоростью v (м/с) движущая сила будет равна сумме сил сопротивления движению R (Н). Мощность, необходимая для преодоления силы полного сопротивления, называется буксировочной мощностью. Буксировочная мощность измеряется в киловаттах (кВт) и определяется выражением: Р = Rv/1000.

Полное сопротивление движению судна состоит из сопротивления трения, вихревого и волнового сопротивлений и сопротивления воздуха.

Принципиальные схемы силовых цепей ГЭУ

Схема электрического соединения якорей главных генераторов и гребных электродвигателей называется схемой силовых цепей. Выбор принципиальной схемы силовых цепей зависит от количества генераторов и гребных электрических двигателей, работающих на один гребной вал.

В гребных электрических установках постоянного тока генераторы и двигатели могут независимо работать друг на друга, соединяться последовательно и параллельно, при этом последовательное соединение генераторов предпочтительнее, так так не требует тщательного согласования внешних характеристик. Кроме того, снижение частоты вращения одного из дизелей и вызванное этим уменьшение напряжения его генератора приводит к уменьшению тока, протекающего через генераторы, т. е. второй генератор разгружается, а не перегружается, как это наблюдается при параллельном соединении.

Схемы главного тока гребных электрических установок

На рис. 1 представлена наиболее типичная схема прохождения главного тока ГЭУ китобойного судна. ГЭУ работает на постоянном токе с применением четырех дизель-генераторов и двухъякорного гребного электродвигателя. Схема предусматривает переменно-последовательное включение якорей генераторов Г1—Г4 и якорей электродвигателя M1, М2. С помощью селекторных переключателей (на схеме их контакты П1—П12), установленных на щите ГЭУ, можно набрать 34 возможных варианта работы.

На рис. 1 схема собрана для работы генераторов Г1, Г2, Г3 на оба якоря электродвигателя. Переключателями можно набрать в схему любое число генераторов (от 1 до 4), причем в любом сочетании. При выходе из строя одного из якорей электродвигателя его можно выключить из схемы и вместо него включить перемычку (на схеме не показана). В таком состоянии можно работать с одним или максимум двумя генераторами в схеме. Набор схемы переключателями производится заранее; при отсутствии тока и на ходу дальнейшее переключение невозможно.

Электродвижение судов: целесообразность применения гребных электрических установок

Установка, в которой движитель приводится в движение электрическим двигателем, называется гребной электрической установкой (ГЭУ). Приводные двигатели ПМ1, ПМ2 (рис. 1) и генераторы установлены в машинном отделении. Напряжение, вырабатываемое генераторами, по кабелям подается к гребному электродвигателю М, который установлен в кормовой части судна.

Электрически генераторы могут быть соединены параллельно (см. рис. 1, а), но в большинстве случаев их соединяют последовательно (см. рис. 1,б). Часто используют двухъякорные электродвигатели Ml, М2, когда два электродвигателя (см. рис. 1, в) насажены на общий вал.

Схемы защиты и блокировки гребных электрических установок

В ГЭУ применяют виды защит, функции которых те же, что у защит, применяемых в схемах судовых электроприводов, а также некоторые виды специальных защит, рекомендуемых Правилами Регистра (рис. 1).

Для вращения винта гребного электродвигателя ГМ необходимо, чтобы работал приводной двигатель ПМ и на обмотке возбуждения генератора ОВГ и двигателя ОВМ было подано напряжение. Только в этом случае генератор Г возбудится и подаст напряжение на двигатель ГМ.

Обмотки ОВГ и ОВМ коммутируются контакторами возбуждения КВГ и КВМ, которые при наличии питания на выводах В4, В5 срабатывают, если замкнут контакт реле PH. В свою очередь реле PH сработает (при наличии питания на выводах Bl, ВЗ), если замкнуты все контакты защитных устройств, включенные в цепь катушки реле PH, и контакт рукоятки пульта управления ПУ. Рассмотрим функции этих защитных устройств.

Предварительный расчет элементов гребного винта при выборе главной силовой установки судна

Дисциплина: "Управление мореходными качествами судна" (УМКС)
Материал для выполнения расчетно-графической работы: "Предварительный расчет элементов гребного винта при выборе главной силовой установки судна"

Содержание:

• Исходные данные для выполнения работы
• Предварительный расчет элементов гребного винта, обеспечивающих заданную скорость судну минимальной необходимой мощностью
• Рис.1. Кривые сопротивления и буксировочной мощности
• Расчет элементов гребного винта на заданную скорость
• Выбор мощности для подбора главного двигателя. Подбор главного двигателя
• Рис.2. Графики зависимости Dopt, Ne, np от частоты вращения винта
• Литература

Дополнительный материал

• Диаграммы для расчета гребного винта (Z=4 Q=0.40, 0.55, 0.70)
• График для определения влияния мелководья на потерю скорости судна
• Кавитационные характеристики Шенхерра для Z=4
• Данные по судам

Гребные электрические установки. Особенности электропривода гребных винтов

Кроме механической передачи энергии от главного двигателя к гребному винту, на судах применяется электрическая передача. В этом случае главный двигатель вращает установленный на одном валу с ним электрический генератор. Вырабатываемая им электрическая энергия передается по кабельным сетям к гребному электродвигателю, который соединен непосредственно с гребным винтом. Основной особенностью электропривода гребных винтов является отсутствие жесткой связи между главным двигателем, вращающим генератор, и движителем (винтом), приводимым в движение гребным электродвигателем.

Механическая независимость главного двигателя и движителя создает ряд преимуществ строительного и эксплуатационного характера гребных электрических установок (ГЭУ) по сравнению с механической передачей.