Основные сведения, необходимые
судоводителям-любителям для получения права управления маломерным судном
при плавании на внутренних водных путях и в прибрежных районах морей
30.04.2019 14:52
- дата обновления страницы
Пособие судоводителю-любителю, справочник 1988 года
Общие сведения. Судовым движителем называется устройство,
преобразующее работу двигателя в работу по преодолению сил сопротивления
воды движению судна_
На моторных судах в качестве движителей наибольшее распространение имеют
гребные винты фиксированною (постоянного) шага. Достаточно высокий
к.п.д., относительно небольшая масса, компактность и удобство в
эксплуатации позволили им завоевать преимущество среди других видов
движителей.
Винты регулируемого шага (ВРШ) ввиду конструктивной сложности в
любительской практике почти не применяются, хотя в сравнении с обычными
гребными винтами они обладают целым рядом преимуществ. Имея поворотные
лопасти, ВРШ позволяют непосредственно в процессе эксплуатации изменять
шаг, приспосабливая тем самым винт к мощности двигателя и режиму его
работы. Кроме того, за счет поворота лопастей ВРШ дают возможность
переходить с переднего хода на задний без реверсивных устройств.
Гребной винт (рис. 72). Состоит из ступицы с отверстием для вала и
обычно двух, трех или четырех лопастей. Ступицу закрепляют на гребном
валу, вращаемом двигателем. На ступице равномерно по окружности
расположены под определенным углом лопасти, образованные одинаковыми
винтовыми поверхностями.
Наиболее распространенными материалами для изготовления гребных винтов в
любительской практике являются алюминиевые сплавы, латунь и сталь (для
сварных конструкций). Иногда применяют пластмассы, нейлон и другие
неметаллические материалы.
Различают винты правого (по часовой стрелке) и левого (против часовой
стрелки) вращения. Для определения вращения нужно смотреть на винт со
стороны кормы по направлению к носу судна. Чтобы определить, какого
вращения винт, уложите его на горизонтальную поверхность и посмотрите на
конец обращенной к вам лопасти. Если правая кромка лопасти выше, значит
винт правого вращения. Если выше левая кромка - винт левого вращения.
При этом не имеет значения, как лежит винт: передним или задним торцом
ступицы вниз.
Когда на судне устанавливают два винта (при двух двигателях), то они
должны быть разного вращения. Обычно к правому борту от диаметральной
плоскости судна устанавливают винт правого вращения, к левому - левого
вращения.
Действие гребного винта основано на принципе гидродинамического крыла
(рис. 73). Лопасти винта в поперечном сечении имеют профиль,
напоминающий профиль сечения крыла, и расположены на ступице так, что-
их задняя поверхность составляет с вектором суммарной скорости
набегающего потока угол (называемый в теории крыла углом атаки). Поэтому
при вращении винта на задней поверхности лопасти, называемой
нагнетающей, создается повышенное давление воды, а на передней
(засасывающей)-разрежение. В результате разности давления на лопасти,
как на крыле, возникает сила Y.
Если разложить эту силу на составляющие, одна из которых направлена в
сторону движения судна, а вторая - перпендикулярно ему, то получим
соответственно силу Р и силу Т.
Очевидно, что сила Р создает упор гребного винта, который и движет
судно. Сила Т создает крутящий момент, который приходится преодолевать
двигателю, чтобы вращать винт, а следовательно, и двигать судно.
Упор гребного винта зависит не столько от площади лопасти,
сколько от угла атаки, профиля сечения и длины лопасти.
Основные характеристики гребного винта - это диаметр, шаг, шаговое
отношение и дисковое отношение.
Диаметр винта D - это диаметр окружности, которую описывает наружная,
наиболее удаленная от оси кромка лопасти винта при его вращении.
Геометрический шаг Н гребного винта (рис. 74)-это шаг винтовой
поверхности, с которой совпадает нагнетающая сторона лопасти. Если бы
винт ввинчивался в воду, как в гайку, то за один его оборот судно прошло
бы расстояние, равное шагу винта. Поскольку вода не является неподвижной
средой, то за один оборот винт вместе с судном продвигается вперед не на
шаг Я, а из-за скольжения в воде на меньшее расстояние, называемое
поступью. Разность между шагом и поступью составляет скольжение винта,
которое выражается обычно в процентах. Максимального значения (100%)
скольжение достигает при работе винта на судне, пришвартованном к
берегу.
Рис. 73. Схема силы упора гребного винта
Рис. 74. Шаг, поступь и скольжение гребного
винта
От диаметра и шага винта зависит возможность наиб?>лее полного
использования мощности двигателя, а следовательно, и достижение
наибольшей скорости судна. Если шаг винта будет слишком велик для данных
скорости и частоты вращения, то лопасти будут захватывать и отбрасывать
назад слишком большое количество воды. Упор при этом возрастает, но
одновременно увеличится и крутящий момент на гребном валу. Двигателю
может не хватить мощности, чтобы развить полные обороты. В этом случае
считается, что винт тяжелый. Наоборот, если шаг мал, двигатель легко
будет вращать винт при полной частоте оборотов, но упор винта будет
невелик и судно не достигнет максимально возможной скорости. Такой винт
считается легким.
Шаговым отношением называется величина, полученная от деления шага на
диаметр винта H/D. Общее правило при подборе винтов таково: для легких
быстроходных лодок требуются винты с большим шагом, или шаговым
отношением, для тяжелых и тихоходных- с меньшим. При двигателях, имеющих
1500-500 об/мин, оптимальное шаговое отношение обычно составляет: на
легких прогулочных лодках 0,8-1,2; водоизмещающих катерах 0,6-1,0; очень
тяжелых тихоходных катерах 0,55-0,80. Эти значения рассчитаны для тех
случаев, когда гребной вал делает примерно 1000 об/мин на каждые 15 км/ч
скорости судна. В других случаях необходимо применять редуктор,
соответственно изменяющий частоту вращения гребного винта.
Дисковое отношение винта - это отношение суммарной площади всех
развернутых и спрямленных лопастей к площади круга с диаметром, равным
диаметру винта. Для любительских судов значение дискового отношения
обычно не превышает 0,60 у винтов стационарных двигателей и 0,30-0,45 у
винтов подвесных моторов. Для кавитирующих винтов быстроходных катеров
это значение лежит в пределах 0,80-1,20.
На быстроходных судах довольно часто приходится сталкиваться с явлением
так называемой кавитации гребного винта. Развитию кавитации
способствуют: пузырьки воздуха и завихрения от находящихся перед винтом
кронштейнов, вала, фальшкиля; увеличенный шаг винта и т. п.
Коэффициент полезного действия г)р является конечной оценкой
эффективности гребного винта. К.п.д.- это отношение полезной мощности,
затрачиваемой непосредственно на создание упора Р и движение судна, к
мощности двигателя, подводимой к винту. Потери мощности на гребном винте
порою достигают 50%. Трудностями для получения высокого к.п.д. винта на
маломерных судах являются небольшая осадка, ограничивающая диаметр
винта, и сложность подбора оптимальной частоты вращения.
При движении судна за его кормой образуется попутный поток, уменьшающий
скорость встречи винта с водой. К тому же винт, засасывая воду, как
насос, увеличивает скорость обтекания водой кормовой оконечности судна и
создает зону пониженного давления, которая тормозит движение судна. На
преодоление силы попутного потока и силы засасывания тратится часть
упора. На тяжелых водоизмещающих катерах эти потери в общей сложности
составляют 30-50%.
Поскольку влияние попутного потока и засасывания сказывается в той или
иной мере на работе любого винта, установленного за кормой судна, то
полезная отдача его будет уже характеризоваться не к.п.д. винта, а так
называемым пропульсивным коэффициентом, среднее значение которого на
современных любительских судах составляет 0,45-0,55.
При выборе количества лопастей следует знать, что более эффективны
двухлопастные винты. Многолопастные винты применяют в тех случаях, когда
нужно понизить вибрацию и шум от работы винтов.
Большое влияние на равномерность вращения винта оказывает балансировка.
У хорошо отбалансированного винта все лопасти должны быть одинаковыми по
массе и центр тяжести его должен находиться на оси вращения.
Балансировку делают после того, как втулка винта полностью расточена и
подогнана к гребному валу. В отверстие для вала вставляют точеный валик
с двумя центровыми отверстиями, после чего устанавливают винт в стойку
на конусах и начинают стачивать плоскости более тяжелых лопастей. Когда
все лопасти станут одинаковыми по массе, винт перестанет поворачиваться
более тяжелой лопастью вниз и будет находиться в состоянии покоя в любом
произвольном положении.
При обработке лопастей следует помнить, что шероховатость значительно
увеличивает потери на трение и снижает к.п.д. винта. Поэтому4 для
моторных судов важное значение имеет тщательная обработка поверхности
лопастей винта.
При работе плохо отбалансированных винтов возникает вибрация, которая
может деформировать конец вала или даже привести к его поломке.
Водометные движители. Этот тип движителей основан на реактивном действии
выбрасываемой под большим напором струи воды. Суда, оборудованные таким
движителем, удобны в эксплуатации на мелководных водоемах, так как
отсутствие гребного винта исключает его повреждение о грунт или
подводные препятствия.
Водометный движитель является, по существу, пропеллерным насосом,
расположенным в короткой трубе. Вода, засасываемая в трубу с носового ее
конца, выбрасывается в кормовой части судна, чем создается реакция
струи, движущая судно.
Для заднего хода выбрасываемую водометом струю приходится реверсировать,
направляя ее в обратную сторону (к носу) с помощью специальных кожухов
(являющихся отражателями
Рулевое управление осуществляется с помощью поворотных дефлекторов,
которыми струя может направляться под тем или иным углом к корпусу и в
зависимости от этого угла будет сильно или слабо отклонять корму в
необходимую сторону.
В последние годы осуществлено несколько промышленных разработок и
любительских конструкций водометных движителей, скомпонованных с
обычными подвесными моторами. Однако широкого распространения они пока
не получили.
Наиболее существенным недостатком водометных движителей является то, что
при плавании в водоемах, заросших водорослями, очень часто сетка
приемной трубы водомета забивается, в результате чего реактивная сила
выбрасываемой струи резко падает и судно теряет ход. Аналогичное явление
происходит в осеннее время, когда сетка может забиться набухшей в воде
снежницей.
