Устройства подруливающие с гребными винтами фиксированного и регулируемого шага. Методика гидродинамического расчета

ОТРАСЛЕВОЙ СТАНДАРТ

Устройства подруливающие с гребными винтами фиксированного и регулируемого шага. Методика гидродипа мического расчета
0СТ5.2181-76
Издание официальное
Москва

Стандарт распространяется на подруливающие устройства (ПУ) с прямолинейной и криволинейной осью канала, на которых в качестве рабочего органа применены гребные винты фиксированного шага (ВФШ), регулируемого шага (B?U) и соосные ВФШ противоположного вращения, судов, кораблей и плавсредств всех типов и назначений. Метод оцен­ки тяговых характеристик ПУ на ходу судна распространяется на ПУ, расположенные в кормовой или носовой оконечностях (вне цилиндричес­кой вставки), При ‘значительном смещении ПУ от оконечностей для оп­ределения его тяги на ходу судна должны проводиться специальные мо­дельные испытания.
Стандарт устанавливает методику гидродинамического расчета тяговых хараите;)истик ПУ на швартовном реаиме, а также метод оценки
влияния на тяговые характеристики ПУ малых скоростей движения судна
передним и задним ходами.
Перепечатка воспрещена
Конструктивный тип ПУ назначается проектантом судна. Предпочти­тельным является ПУ с прянолинейной осью канала, как обладающее более высокими гидродинамическими качествами.
Приложение к стандарту содержит данные по гидродинамическим ха­рактеристикам ВФШ и ВРШ со специальной профилировкой лопастей, соот­ветствующей особенностям работы гребных винтов в составе//^черт.6-18). Геометрические элементы ВФШ и ВРШ приведены на черт.1-5 приложения к стандарту.
Стандарт не распространяется на ПУ с крыльчатыми движителями, гидродинамический расчет которых регламентируется руководящим техни­ческим материалом PC-IGC5-69.
1. Общие положения
1.1. ПУ устанавливаются на судах для улучшения их маневренных качеств при выполнении портовых и швартовных операций, а также на судах, к которым предъявляются повышенные требования по маневренным качествам на малых ходах или требования по удернанию судна в задан­ной точке акватории при определенном курсовом угле в условиях ветра, волнения и течения.
1.2. Предварительное определение требуемой тяги ПУ на стадии предэекиэного проектирования судна производится на основании данных, приведенных в ОСТ 5.2137-74.
Д, _ Р,*г . /g-s
п Dg т (I)
где £ о 0,6 для ПУ с прямолинейным каналом;
£ « 0,5 для ПУ с криволинейным каналом.
Принятые обозначения приведены в п.2.
1.3. Уточненный гидродинамический расчет ПУ производится на стадиях эскизного и технического проектирования судна. Исходными данными для этого расчета служат значения тяги ПУ, требуемой для
выполнения судном стандартного маневра или группы маневров, огово­ренных техническим заданием на проектирование судна. Требуемая тяга ПУ определяется в результате расчета гидро- и аэродинамических сил, действуьлцих на судно при выполнении им стандартного маневра. Тип стандартного маневра устанавливается ОСТ 5.2137-74.
1.4. Гидродинамический расчет ПУ проводится с целью определе­ния геометрических элементов канала и рабочего органа, обеспечиваю­щих получение требуемой тяги ПУ при минид альной мощности приводно- гдЬвигателя, либо определения создаваемой ПУ тяги при заданных ха­рактеристиках приводного двигателя.
2. Принятые обозначения
D - диаметр гребного винта, м;
Z - число лопастей гребного винта;
•fa - дисковое отношение гребного винта;
- шаговое отношение гребного винта;
м. - поступь нулевого упора гребного винта;
d - диаметр гондолы угловой колонки, м;
£ - длина гондолы угловой колонки, м;
6 - длина канала НУ, м;
Lf - расстояние от оси канала ПУ до мидель-шпангоута, м;
V - скорость судна, м/с;
• скорость потока в канале ПУ, м/с;
П - частота вращения гребного винта, об/с; Z у - относительный радиус закругления кромок канала ПУ;
• относительная длина канала НУ;
• минимальный угол между осью канала НУ и поверхностью борта судна, град.;
5- - площадь поперечного сечения канала ПУ, м2;

F .- площадь сечения канала на входе и выходе в свету,

U - коэффициент влияния неравномерности потока на выходе из канала ПУ и сужения струи ПУ на тягу и упор греб­ного винта ПУ;
Pq - тяга ПУ на швартовной режиме, Н (0,102 кгс);
р - упор гребного винта, Н (0,102 кгс);
Рег - тяга ПУ на ходу судна, Н (0,102 кгс);
• сила засасывания на корпусе судна от действия ПУ при ходе судна, Н (0,102 кгс);
А/ду - разворачивающий момент ПУ относительно мидель-
шпангоута, Н*м (0,102 кгсм);
Мя - разворачивающий момент силы дополнительного сопро­тивления корпусу от действия ПУ на ходу судна,
Н-м (0,102 кгс.и);
• безразмерный коэффициент силы засасывания на корпу­се судна от действия ПУ на ходу;
У - мощность приводного двигателя ПУ, кВт;
М - крутящий момент на валу гребного винта, Н-м;
7 - к.п.д. механической передачи;
2g - насосный к.п.д. рабочего органа ПУ;
" относительная поступь гребного винта ПУ;
J - плотность воды, кг/м3 (для морской воды
Ji = 1025 кг/м3)
V Р
“ коэффициент упора гребного винта ПУ;
- коэффициент крутящего момента на валу гребного винта ПУ;
” коэффициент нагрузки рабочего органа ПУ по упору;
- коэффициент момента скручивающего лопасть ВРШ;
- безразмерный коэффициент гидравлического трения воды
о стенки канала ПУ;
“ безразмерный коэффициент гидравлического сопротивле­
ния входа в канал ПУ;
безразмерный коэффициент гидравлического сопротивле­ния защитных решеток;
Скол - безразмерный коэффициент гидравлического сопротивле­
ния колонки;
~ сумма коэффициентов гидравлических потерь в канале
ПУ;
Ра -атмосферное давление, Н/м2 (0.102 кге/ы2);
Н - погружение оси канала ПУ, ы;
Pj - давление насыщенных паров, Н/м2 (0,102 кге/ы2);
ае^ - число кавитации для гребного винта в канале ПУ;
£ - коэффициент гидродинамического качества ПУ на
швартовном рекіые;
• число Рейнольдса для канала ПУ;
• упор переднего гребного винта в комплексе с соос­
ными винтами, Н (0,102 кге);
Ра ~ упор заднего гребного винта в комплексе с соосны- W
ми гребными винтами, Н (0,102 кгс).
3. Расчет гидродинамических характеристик ПУ на швартовном
режиме
3.1. Швартовный режим является основным рекимом работы ПУ боль­шинства судов.
3.2. Геометрические элементы гребного винта определяют исходя
из швартовного режима работы ПУ, поскольку гидродинамическая нагрузка1 винта в этом случае имеет наибольшую величину. Скорость хода судна оказывает незначительное влияние на режим течения в канале, поэтому при выборе геометрических элементов не учитывается.
3.3. Расчет достижимой тяги ПУ на швартовном режиме при заданной мощности приводного двигателя Н .
3.3.1. Задают ряд диаметров гребного винта , D3 и
ряд значений частоты вращения для каждого диаметра П4 , П2 , Л3
3.3.2. Для каждой пары значений 27 и П рассчитывают коэф­фициент крутящего момента на валу гребного винта
* tXj>n4)S
для НУ обычной конструкции принимают
3.3.3. По теоретическому чертежу корпуса судна определяют угол наклона борта в месте расположения ПУ по отношению к основной плоскос­ти и угол наклона ватерлинии к плоскости и угол наклона ватерлинии к ллоскости впангоута. Угол принимают равным меньшему из ука­
занное углов (черт.1).
3.3.4. Из конструктивных соображений назначают относительный радиус скругления кромок входного и выходного отверстий канала ПУ. Предпочтительная величина радиуса скругления, обеспечивающая ыини- мальные гидродинамические потери на входе в капал, - = 0,05.
3.3.5. В зависимости от района плавания судна, загрязненности акватории назначают размеры ячейки защитной решетки и рассчитывают коэффициент стеснения потока решеткой -fe F s
Обычно значение -j=r около 0,9.
Профиль са^ержней защитной решетки показан на черт.2.
3.3.6. Определяют -/#/ (черт.з),
(черт.4) и рассчитывают U " Оо + &&
5.5.7. Определяют -/№ (черт.5) и д (черт.6).
5.5.8. По графику (черт.7) определяют “/(Т/)
5.5.9. Рассчитывают коэффициент гидродинамических потерь на трение в канале ПУ по формуле Блазиуса:
_ / ft 37/4
4/п^“ и
(2)
5.5.10. По графику (черт.8) определяют коэффициент гидравличес­кого сопротивления угловой колонки:

Диаграммы гидродинамических характеристик ВФШ (черт.5-13 прило­жения к стандарту) получены не для изолированного гребного винта, а для комплекса гребной винт - колонка. Коэффициент сопротивления ко­лонки, применявшейся для модельных испытании, составляет 0,4. Указан­ную величину при яспильзоьании диаграмм (черт.6-13) необходимо вы­честь из 5 кол., поскольку она уае учтена коэффициентом упора, В этим случае = ^квл (по черт.8) - 0,4.
Если колонка имеет обтекаемую форму, при определении необходимо принимать не максимальную, а среднюю величину d (пра­вая схема на чсрт.8).
5.5.11. В этом случае, когда ось канала криволинейна, определя­ют коэффициенты дополнительных гидравлических потерь при повороте потока <черт.9): ^.-/М
5.5.12. Рассчитывают сумму коэффициентов гидравлических пите-рь (пп.3.5.7-3.3.II) и коэффициент нагрузки гребного винта ПУ по упору:

5.5.13. Задаются рядом значений Ag и рассчитывают соот­ветствующие значения при (5> - Я1 + £ £ - const :
Kl = ле* Л/ л' в
Полученные значения Kj наносят на диаграмму для выбранного типа рабочего органа ПУ Iсоосные ВФШ,, ВФШ, ВРШ). Сое­динив нанесенные точки, получают кривую при постоян­ной величине нагрузки по упору » соответствующей данной геометрии канала ПУ.
5.5.14. С диаграммы снимают значения 3* и Л/
на линии const , величина которого определена в п.3.3.2. Зна­чения Л/ наносят на соответствующие им линии диаграммы
к, -/ал . Соединив нанесенные точки, получают кривую при постоянной мощности приводного двигателя М.
1.1.15. В точке пересечения кривых при Kt-const
и w const снимают значения $ ' л3, к,.
1.1.16. Рассчитывают эффективную тягу ПУ на швартовном режиме:
Ре “ а Н (5)
1.1.17. Строят кривые Ре~ f(n) , >
на основании которых выбирают оптимальную частоту вращения Порі. и соответствующие ей ~д~ и Л/ для каждого из заданных диамет­ров гребного винта Д , D* , D3 .
1.1.18. Строят кривые- Pe-f(D), Л,(О).
на основании которых выбирают оптимальную величину Dqpt. и соот
-

Стр. 12 ост 5.2181-76

ветствующие величины ~УГ ТА Л j
1.1.19. Рассчитывают упор гребного винта ПУ
Р - (а**£г;)$у A‘fn‘D*, н
При использовании диаграмм гидродинамических характеристик ВФЕ при р