Обзор состояния вопроса в области выбора движителей для судов лесосплавного флота Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Review the status of the issue in the selection propulsion for ships on the transport of forest

Khabarov O. (Russian Federation) Обзор состояния вопроса в области выбора движителей для судов лесосплавного

флота

Хабаров О. О. (Российская Федерация)

Хабаров Олег Олегович / Khabarov Oleg - аспирант, кафедра водных ресурсов, Поволжский государственный технологический университет, г. Йошкар-Ола

Аннотация: работа проводилась с целью обнаружения и систематизации, во -первых, информации о существующих типах гребных движителей лесосплавных судов, во-вторых, изучения литературы, отражающей лучшие технические достижения в развитии водного транспорта лесоматериалов в рамках решаемой задачи. В данной статье характеризуются условия эксплуатации движительных систем и выделены только те из них, которые наиболее часто встречаются на лесосплавных судах. Abstract: this work was carried out with the aim of detecting and managing, firstly, the information about the types of propeller propulsion for ships on the transport offorest, secondly, the study of literature that reflects the best technological advances in the development of water transport timber within the task at hand. This paper characterizes the operating conditions propulsion systems and highlighted only those that are most often found on ships on the transport of forest.

Ключевые слова: тепловой двигатель, движитель, судовые энергетические установки. Keywords: heat-engine, propeller, ship power plants.

Способность судна осуществлять буксировку того или иного объекта в определенных условиях характеризуется гарантированной доставкой его в пункт назначения в установленный срок. Для этого буксир должен иметь достаточную мощность силовой установки и соответствующий движитель для ее реализации. Проблема состоит в том, что винтовой движитель, установленный на судне, не может в полной мере реализовать всю мощность судового двигателя. Причиной этого является ограничение по осадке самого судна, а как следствие - ограничение по диаметру его гребного винта, т. е. площади его гидравлического сечения. В большинстве случаев компоновку движительно-рулевого комплекса выполняют таким образом, чтобы края лопастей гребного винта судна не выступали за габариты самого судна. В некоторых случаях буксирному судну выгодно придать дифферент на корму, включая и строительный, это обеспечит возможность установки гребного винта большего диаметра [1]. В связи со столь большой номенклатурой и спецификой работ на стесненной акватории речные и озерные буксиры должны иметь различные мощности, минимальные габариты и осадку, высокие маневренные качества, способность буксировать плоты в диапазоне скоростей 2,5...5м/с. Поэтому справедливо будет замечание, что в лесозаготовительной отрасли созрела острая необходимость поиска новых путей повышения эксплуатационных характеристик буксирных судов и их движителей.

Гребной вал по конструктивным соображениям может располагаться как в горизонтальной, так и в наклонной плоскости под некоторым углом а к продольной оси судна. Суда могут снабжаться как одним, так и несколькими (до 4-х) гребными винтами. Гребные винты могут быть выполнены соосно, т. е. располагаться на одном валу - такие винты называют соосными. Схема расположения гребных винтов, применяемая для повышения их КПД, выглядит следующим образом. На одной оси расположены два вала (цельнолитой вал вращается внутри полого). Вращаясь в противоположные стороны, они приводят во вращение (каждый свой) гребные винты.

Величина заглубления гребного винта должна обеспечивать исключение прорыва к нему воздуха, или сводить это вредное воздействие к минимуму.

На многовальных судах возможно взаимное влияние гребных винтов, которое приводит к изменению их средних гидродинамических характеристик, усилению нестационарности обтекания лопастей, росту переменных гидродинамических сил, усилению вибрации корпуса, появлению кавитации [2].

Наивыгоднейшей, с точки зрения пропульсивных качеств судна, является одновальная механическая установка. В некоторых случаях недостаточная мощность судовых двигателей, а также невозможность размещения одного винта необходимого диаметра заставляет отказаться от одновальной установки.

Ограничение диаметра винта, вызванное осадкой судна, уменьшает КПД винта и не способно компенсировать выигрыш в коэффициенте влияния корпуса. В случае, когда не возникает трудностей с размещением нескольких двигателей в машинном отделении судна, они работают на один вал через объединенный редуктор.

Основанием для увеличения числа гребных винтов может являться условие живучести судна, при этом наиболее удобна трехвальная система, когда средний винт или боковые винты обеспечивают наиболее экономичный ход [3].

Рассмотрим основные типы винтовых движителей, применяемых на лесосплаве.

Гребные винты фиксированного шага (ВФШ)

Цельнолитые гребные винты и винты со съемными лопастями относятся к гребным винтам фиксированного шага. Управление судном с винтом фиксированного шага осуществляется с помощью руля, перо которого устанавливается в следе винта.

Преимущества гребных винтов фиксированного шага:

- наивысший КПД среди всех движителей, применяемых на лесосплаве;

- относительно низкая стоимость изготовления;

- простота эксплуатации и обслуживания;

- надежность и долговечность конструкции. Недостатки гребных винтов фиксированного шага:

- ухудшение работы винта в режиме разгона и реверса судна, вследствие постоянства номинального шага;

- низкая живучесть судна (необходима замена винта целиком, при повреждении одной лопасти).

Гребные винты регулируемого шага (ВРШ)

Винты регулируемого шага (ВРШ), несмотря на их высокие тяговые характеристики при работе буксирного судна с разными по сопротивлению составами, получили не очень большое распространение вследствие высокой, по сравнению с винтами фиксированного шага (ВФШ), стоимости, сложности и меньшей живучести, повышенного износа механизма поворота лопастей при работе в речных условиях и, наконец, ввиду несколько меньшего значения КПД на основном режиме работы. Преимущества гребных винтов регулируемого шага:

- высокие тяговые характеристики движителя с изменением сопротивления движению судна;

- удобство в эксплуатации.

Недостатки гребных винтов регулируемого шага:

- меньшее значение КПД на основном режиме работы;

- высокая стоимость;

- сложность в эксплуатации;

- быстрый износ механизма поворота лопастей.

Гребные винты в направляющей насадке

Направляющая насадка представляет собой кольцевое крыло авиационного профиля, соосного с гребным винтом [4]. У гребного винта, работающего в насадке, вызванные осевые скорости возрастают в самой насадке, в силу чего скорость обтекания гребного винта с насадкой значительно выше, чем без нее. Так как часть упора, требуемого от движительной установки, создается в насадке, а скорость натекания воды на винт повышается, то насадка оказывает на него разгружающее действие. Это приводит к повышению КПД винта, благодаря чему при той же мощности судовой силовой установки создается больший упор движителя. Направляющая насадка выравнивает подход воды к гребному винту, улучшает его работу на волнении, так как она выпрямляет поток воды и выравнивает косое обтекание винта водой. Все это, при правильно сконструированной насадке, дает возможность у буксирных судов повысить тягу на гаке на 25-30%, а на швартовном режиме на 35.. .50%.

Преимущества гребных винтов в направляющей насадке:

- повышение КПД винта, работающего в насадке;

- улучшение управляемости судна с применением поворотных насадок. Недостатки гребных винтов в направляющей насадке:

- снижение эффективности насадки при увеличении скорости движения и уменьшении коэффициента нагрузки на винт.

Исходя из вышесказанного можно утверждать, что при выборе числа движителей необходимо исходить из условий размещения главных механизмов, обеспечения высокой управляемости судна, а также первоначальной стоимости установки и эксплуатации.

Литература

1. Щербаков В. А. Справочник по водному транспорту леса. - М.: Лесн. пром-ть, 1986. - 382 с.

2. Гладких П. А. Борьба с шумом и вибрацией в судостроении. - Л.: Судостр-е, 1971. - 123 с.

3. Чижов А. М. Справочник по серийным речным судам. - М.: Тр-т, 1977. - 164 с.

4. Дмитриев Ю. Я. Гидравлические ускорители на лесосплаве. - М.: Лесн. пром-ть, 1971. - 200 с.