Расчёты ходкости и проектирование гребного винта (стр. 4 из 5)

Выполним профилировку лопасти гребного винта и вычертим проекции гребного винта на миллиметровке формата А2.

q = 0,5(1,083 -

)*z Þb_max= 0,54Dq;

d₀ = (0,17 ¸ 0,22)D;

q=0,4;

b_max = 1,262 м.

Контур спрямлённой поверхности и распределение толщины лопасти для z=4.

Таблица 5.1

r/R	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	0,95	1
x2/bm	0,377	0,430	0,482	0,526	0,567	0,602	0,627	0,607	0,551	0,260
x1/bm	0,606	0,680	0,727	0,744	0,723	0,664	0,538	0,327	0,152	-
b/bm	0,982	1,110	1,209	1,270	1,291	1,266	1,162	0,934	0,703	-
y	0,209	0,185	0,161	0,137	0,113	0,089	0,065	0,041	0,029	0,017
c	0,452	0,452	0,452	0,458	0,502	0,572	0,618	0,646	0,646	-

6. Проверка гребного винта на кавитацию

Выполним проверку гребного винта на кавитацию

Кавитация – явление, связанное с вскипанием воды на лопасти гребного винта и образование в связи с этим полостей, заполненных парами воды и газами, растворёнными в воде. Известно, что кавитация возникает в тех случаях, когда давление достигает давления насыщенных паров при соответствующей окружающей температуре.

Кавитация причиняет большой вред движителям, так как при появлении кавитации, либо снижается КПД движителя, либо разрушается лопасть.

Существует много схем проверки гребного винта на кавитацию. Наиболее простой является схема Папмеля. В соответствии с этой схемой рассчитывается критическое число оборотов n_кр, которое затем сравнивается с расчётным числом оборотов.

n_кр =

где

g = 1025

h_s – глубина погружения оси винта;

h_s=10,65 м.

r = 1,025 кг*/м³

D- диаметр гребного винта;

z_k– коэффициент разряжения, определяется по формуле:

z_k = 0,5C_y(1+C_y)+2d, где

C_y – коэффициент подъёмной силы

C_y =

;

K₁ =

= = 0,173

C_y=

= 0,305

z_k = 0,5*0,305(1+0,305)+2*0,005 = 0,208

= = 0,7 м.;

d =

;

d = 0,005*

;

- удельная нагрузка гребного винта;

= = = 33 кН.

d = 0,005*

= 0,005

n_кр =

= 33,556 об/с.

n = 2,1 об/с ; 0,9n_кр = 30,2 об/с.

Так как n<n_кр , то кавитации нет.

7. Проверочный расчёт прочности лопасти гребного винта

Произведём проверочные расчёты прочности лопасти гребного винта.

Это объясняется сложной геометрической формой лопастей. В процессе работы гребного винта в потоке с неравномерным распределением скоростей внешние силы, действующие на лопасть не остаются постоянными в течение одного оборота, а напряжения определяются положением рассмотренной точки лопасти. Усилие приобретает пульсирующий характер, при котором амплитудные значения могут значительно превосходить средние. Перечисленными особенностями объясняется сложность задачи. Однако, применяемые методы позволяют оценивать напряжения приближённо, а недостаток применяемых методов компенсируется введением больших запасов прочности.

В практике наиболее часто применяется метод Ромсома. Этот метод отличается от других большей точностью полученных результатов.

В этом методе предполагается, что связь между упором и тангенсальной силой на данном радиусе определяется КПД винта, что справедливо только для оптимальных гребных винтов. С учётом этого допущения и в результате внесения уточнений в расчёте моментов сопротивления были получены формулы.

Наибольшие напряжения от изгиба лопасти:

s_р’ =

×x

s_с’ =

×x

s_р¢¢ =

s_c¢¢ =

N_p – мощность подведённая к гребному винту ( л.с. )

N_p = h_в.N_е ;

h_в = 0,97¸0,98

b – хорда расчётного сечения (м)

e – толщина лопасти (см)

a_р = 0,096

a_с = 0,086

n_m – число оборотов в минуту = 126 об/мин.

h_p = 0,49

l_p = 0,33

D = 5,7 м – диаметр винта

z – число лопастей, z =4

C_A = 5,8;

C_B = 70;

x = 1,012;

e_op. = 0,58

e_{o с.} = -0,58 ;

C, A – расчётные коэффициенты характеризующие расположение точки приложения равнодействующей центробежных сил

С = 0,48;

A = 0,55 ;

N_p = 0,98×11000 = 10780 кВт.

b = 0,982 м ;

e = 0,2 м ;

z = 4;

s_р’ =

×1,012 = 686,07 кгс/см²

s_с’ =

×1,012 = 765,84 кгс/см²

s_р¢¢ =

= 171,77 кгс/см²

s_c¢¢ =

= 128,43 кгс/см²

Работая, в неравномерном поле скоростей, лопасти гребного винта используют воздействие знакопеременных нагрузок и важную роль в этом случае начинают играть усталостные напряжения, которые представляют опасность для прочности гребного винта.

При работе в неравномерном поле скоростей судна силы имеют периодический характер, а напряжения можно рассматривать как сумму среднего напряжения цикла s_m и симметрично пульсирующего переменного цикла s_a.

Поскольку для усталостной прочности используется синусоидальная кривая изменения напряжения, устанавливается связь между пределом усталости материала и предельными напряжениями при реальном ассиметричном цикле. Эта связь определяется соотношением:

,

или

n₁ – коэффициент запаса прочности, n = 4

s_-1 – предел усталости материала,

s_-1 = 700 кгс/см²

s_max – наибольшее расчётное напряжение

s_min – наименьшее расчётное напряжение

= 127,64

175 >127,64, то есть условие выполняется.

8. Расчёт паспортной диаграммы гребного винта