Двигатели и устройства малотоннажного моторного судна
Общие сведения о двигателях
Диаметр винта
Основной размер гребного винта - его Диаметр - связан прямой
зависимостью с мощностью двигателя и обратной с числом оборотов гребного
вала. Из теории движителей Известно, что для получения высокого к. п. д.
винта необходимо, чтобы количество отбрасываемой винтом воды было как
можно больше. Однако установка такого оптимального винта - с наибольшим
диаметром - чаще всего невозможна по конструктивным соображениям, кроме
того, при данном числе оборотов и большом диаметре можно получить
недопустимо низкое шаговое отношение. В таких случаях выбирают
компромиссную величину диаметра совместно с шаговым отношением или
меняют число оборотов винта. Упомянутый журнал Motor Boating
рекомендует при этом придерживаться нормы- -- 600 об/мин на каждые 10
км/ч скорости хода судна.
Отметим взаимосвязь диаметра винта и скольжения: при прочих равных
условиях с уменьшением диаметра снижается упор, отсюда уменьшается
скорость хода и, следовательно, скольжение.
Во всяком случае следует всегда иметь в виду, что диаметр винта
оказывает решающее влияние на мощность, потребляемую гребным винтом, и
изменение диаметра на 1% влияет значительно больше, чем изменение шага
на 1 %.
Шаговое отношение. Шаговое отношение - важнейшая
характеристика, с помощью которой согласовывают работу движителя и
двигателя. При работе движительной установки могут возникнуть два
нежелательных случая:
двигатель, развивая число оборотов меньше нормального, не добирает
мощность (т. е. мощности двигателя не хватает для того, чтобы винт мог
развить расчетную скорость вращения);
двигатель, развивая число оборотов больше нормального, не полностью
использует мощность (т. е. винт не может полностью потребить развиваемую
двигателем мощность).
В первом случае, если водоизмещение моторного судна и состояние корпуса
соответствуют рассчитанным величинам, причина заключается в
гидродинамически тяжелом гребном винте - велико шаговое отношение. При
чрезмерном шаге винта лопасти отбрасывают слишком большое количество
воды; при этом увеличивается скольжение и упор, но мощности двигателя не
хватает для преодоления сопротивления воды вращению винта и он не
развивает полных оборотов, а следовательно, не обеспечивает заданной
скорости.
Во втором случае образно говорят, что винт молотит воду, т. е.
двигатель легко вращает винт даже на повышенных оборотах, но развивается
недостаточный упор для получения расчетной скорости. Причина этого
явления - слишком малое шаговое отношение - винт легкий.
Иными словами, при одинаковом диаметре гребной винт с большим шагом
потребляет больше мощности.
Тяжелый винт нежелателен, так как он перегружает двигатель, что вредно
сказывается на моторесурсе последнего, и больше подвержен кавитации.
Такой винт можно исправить, уменьшив шаговое отношение (изготовление
нового винта или соответствующий разворот лопастей существующего),
опилив лопасти по ширине (т. е. уменьшив дисковое отношение) или обрезав
лопасти по длине, т. е. уменьшив диаметр. Последнее исправление следует
производить крайне осторожно, ибо при этом может увеличиться скольжение,
что снизит к. П. д.
Во втором случае исправление необходимо тогда, когда винт оказывается
легким при максимальном расчетном водоизмещении мотосудна. Винт
утяжеляют, увеличив шаговое отношение.
При проектировании вообще следует избегать слишком малых шаговых
отношений вследствие того, что эффективность таких винтов обычно ниже.
Если при расчете получается большой диаметр и малое шаговое отношение,
то необходимо установить редуктор, чтобы уменьшить число оборотов до
рекомендованных выше.
Значение к. п. д. гребного винта возрастает с увеличением шагового
отношения до 1,5, после чего к. п. д. практически не изменяется до HJDB
= 2,0, а затем резко уменьшается.
Дисковое отношение. Величину дискового отношения
определяют исходя из условий прочности винта и отсутствия кавитации. На
тяжелых моторных судах (баркасы, буксирные катера и т. п.) гребные винты
при большом скольжении развивают большой упор, перемещая значительный
объем воды, поэтому для уменьшения удельного давления и обеспечения
прочности площадь лопастей следует увеличить. Дисковое отношение таких
винтов обычно составляет 0,6-0,8. У средних и легких моторных судов при
скоростях не более 70 км/ч и рекомендованных оборотах кавитация обычно
не наступает, а величина упора относительно невелика, поэтому дисковое
отношение можно уменьшить до 0,3-0,5. Во всяком случае необходимо
стремиться, по возможности, к меньшим значениям 6, так как чрезмерная
площадь лопастей увеличивает сопротивление трения винта и снижает его к.
п. д. (увеличение площади лопастей, например, на 30% может привести к
снижению к. п. д. на 10%).
Гребные винты очень быстроходных моторных судов с мощными
высокооборотными двигателями отличаются относительно небольшим
диаметром, что увеличивает удельное давление на лопасти. Такие винты в
наибольшей степени подвержены кавитации, поэтому их дисковое отношение
выбирают в пределах 0,6-1,2.
Дисковое отношение суперкавитирующих винтов составляет, как правило,
0,4-0,8; на очень легких гоночных судах (скутерах) - 0,4-0,6. Для
полупогруженных винтов обычно 0 = 1,0-1,4.