Современные тенденции повышения пропульсивных качеств судна

В последнее время при проектировании транспортных судов и выборе параметров их движителей все большее значение приобретают проблемы, на которые ранее не обращали столь пристального внимания. Это в первую очередь:

  • обеспечение минимальных расходов топлива путем дальнейшего снижения сопротивления воды движению судна и увеличения пропульсивного коэффициента;
  • снижение периодических сил, передаваемых гребным винтом на вал и обшивку корпуса;
  • повышение надежности гребного винта путем предотвращения эрозии.

К первой из них тесно примыкает задача повышения эффективности судовых двигателей; предотвращение эрозии непосредственно связано с продлением долговечности гребного винта в целом, например, мерами по устранению коррозии лопастей.

Практическое решение этих вопросов в значительной степени зависит от характеристик судов, находящихся в эксплуатации, а также от предполагаемых их изменений в обозримом будущем. Наиболее многочисленной группой современных транспортных судов являются суда для перевозки массовых грузов, поэтому рассматривать следует в первую очередь именно их. Отношение B/T, например, для танкеров водоизмещением 40—60 тыс. т составляет в среднем 6,8—7,3. Для крупнотоннажных судов водоизмещением 100—300 тыс. т эта величина снижается до 5,3—5,7; при этом происходит увеличение коэффициента общей полноты с 0,75—0,77 до 0,82—0,83. Во всех случаях используется преимущественно одновальная энергетическая установка.

Проблема обеспечения ходкости связана в этом случае с большой полнотой корпуса судна при относительно малых значениях числа Фруда http://www.barque.ru/image/11119/3, когда в общем балансе сопротивления доминирует вязкостная составляющая, зависящая от формы не только кормы, но и носовой оконечности. Последняя оказывает воздействие также и на гравитационную составляющую сопротивления, обусловленную локальной деформацией свободной поверхности в районе носовой оконечности. Увеличение сопротивления формы при возрастании коэффициента общей полноты связано, по-видимому, с уменьшением радиуса закругления поверхности корпуса судна в районе скулы.

Опыт показывает, что использование носовых бульбов позволяет снизить сопротивление даже по сравнению с удачными с точки зрения ходкости цилиндрическими носовыми обводами, применяемыми для танкеров с большими значениями коэффициента общей полноты. Формы носовых бульбов крупнотоннажных судов весьма многообразны. Можно предположить, что положительный эффект от их применения особенно на супертанкерах связан, главным образом, со снижением сопротивления формы носовой оконечности. В нашей стране разработаны два типа носовых бульбов, которые и применяются при постройке судов.

Конструирование первого варианта бульбовой оконечности производится после проведения испытаний модели судна без бульба, во время которых при ходе «в полном грузу» с расчетной скоростью фиксируется положение носовой подпорной волны относительно корпуса. Далее, в месте расположения гребня волны в корпусе делается выемка таким образом, чтобы наибольшее заострение носовой оконечности приходилось несколько выше грузовой ватерлинии. Высвободившаяся часть объема судна восстанавливается в виде бульба, располагаемого ниже грузовой ватерлинии. Такой способ проектирования носовой оконечности дает хорошие результаты практически во всех случаях. Наибольший выигрыш в скорости от применения буль-бовых обводов на отечественных танкерах типа «София» составил при ходе в грузу — 0,6 уз, а в балласте — 0,7 уз.

При использовании другого типа бульба наибольшее заострение носовой оконечности принимается между грузовой и балластной ватерлиниями. Компенсация водоизмещения обеспечивается за счет бульба меньшей высоты, чем в первом случае, располагающемся в районе грузовой ватерлинии. Результаты модельных испытаний свидетельствуют о высокой эффективности этого варианта носовой оконечности. В ходе сдаточных испытаний нефтерудовоза «Борис Бутома» прибавка к расчетной скорости за счет применения бульба такого типа составила 0,5 уз. Согласно результатам систематических модельных испытаний в опытовом бассейне второй тип бульбовой оконечности предпочтительнее при больших значениях коэффициентов общей полноты судна (0,82—0,83).

Рассматривая движители крупнотоннажных транспортных судов с полными образованиями, следует сразу же отметить, что в настоящее время можно реально говорить о применении лишь гребных винтов и винтов в насадках. Не останавливаясь на вопросах методологии проектирования гребных винтов крупнотоннажных судов с относительно небольшой скоростью, рассмотрим такие средства повышения пропульсивного коэффициента, которые могут привести к заметному его увеличению.

Одним из них является система «гребной винт— насадка». Как это обычно бывает, вначале было сделано изобретение (насадка Корта) и лишь потом, в результате упорного труда многих специалистов-теоретиков и экспериментаторов, разработана методика проектирования системы «гребной винт—насадка», совершенство которой не уступает методикам проектирования обычных гребных винтов. Тем не менее в 60-х годах удалось перейти к применению направляющих насадок не только на речных буксирах, но и на морских транспортных судах. Трудность состояла в том, что, проектируя систему «винт—насадка» для буксира, можно позволить себе ошибиться в оценке дополнительного эффекта насадки на 3—5%, поскольку оставшихся 15—20% вполне будет достаточно, чтобы оправдать затраты на установку насадки. Для морского транспортного судна весь выигрыш от применения насадки составляет 5—8%, поэтому в этом случае система «винт—насадка» должна быть спроектирована с высокой степенью точности.

В нашей стране первые направляющие насадки на транспортных судах были установлены в 1966—1967 гг.; это были сухогрузные суда сравнительно небольшого водоизмещения — 12000 т. Эффективность насадок была определена достаточно точно и выразилась в увеличении скорости судна примерно на 0,3 уз. Опыт эксплуатации этой большой серии сухогрузов показал, что значительную роль играют отдельные конструктивные особенности насадок. Учет этого и других обстоятельств позволил избежать каких-либо затруднений при эксплуатации танкеров типа «Крым» водоизмещением около 180 000 т, насадки которых несимметричны. Такая их форма способствует выравниванию поля скоростей в районе винта; это позволило существенно снизить силы, передаваемые на гребной вал. Из иностранных танкеров с насадками можно отметить японское судно «Голар Ниху» водоизмещением в грузу 215 000 т.

Вторым направлением, позволяющим существенно повысить пропульсивные качества судов, является понижение частоты вращения гребных винтов. Одним из первых судов, на которых эта идея нашла воплощение, является универсальное судно водоизмещением 12 800 т типа «Мультифлекс», построенное в Дании фирмой «Бурмейстер ог Вайн». Энергетическая установка судна состоит из двух дизелей мощностью по 2340 кВт, работающих на один винт, вращающийся с частотой 80 об/мин. Экономия мощности, обусловленная снижением частоты вращения гребного винта с обычных для такого типа судов 110—120 до 80 об/мин, составила до 5%.

Затем японские фирмы «Кавасаки Хэви Инда-стриз» и «Исикавадзима-Харима Хэви Индастриз» применили этот метод увеличения пропульсивного коэффициента на танкерах «Аламо» и «Бокуо» водоизмещением 66 800 и 59 900 т. Частота вращения винтов на этих судах была принята соответственно 70 и 85 об/мин, что примерно в 1,5 раза меньше, чем у других аналогичных судов; диаметр гребных винтов вследствие понижения частоты вращения возрос до 8,0 м у «Аламо» и 9,5 у «Бокуо». В отличие от судов фирмы «Бурмейстер ог Вайн» на японских танкерах винт располагается не в туннеле, предотвращающем попадание воздуха в район винта, а как на обычных судах. Тем не менее выбор формы кормы производился на основании тщательной отработки обводов в опытовом бассейне. Данные натурных испытаний показали, что экономия мощности составила около 15%, а амплитуды вибрации в корме снизились на 30%.

Следует отметить, что борьба за повышение экономической эффективности транспортных судов ведется не только путем отработки обводов корпуса, понижения частоты вращения винта, установки насадок и т. п. В последние годы разрабатываются новые виды судовых двигателей, требующих меньшего количества топлива. Примером могут служить упомянутые танкеры японской постройки.

Вопрос о повышении эффективности транспортных судов обсуждался на симпозиуме, состоявшемся в Норвегии в 1979 г. Характерно высказывание директора проектного института в области энергетики Снайта (Великобритания), который считает, что необходимые для этого мероприятия должны осуществляться в следующей последовательности:

  • применение гребных винтов http://www.barque.ru/horizon/1968/further_reading_about_propellers с большим диаметром и низкой частотой вращения.
  • использование дизелей с наддувом постоянного давления.
  • разработка и применение безредукторных низкооборотных энергетических установок с большим ходом поршня и максимальной утилизацией тепла отработавших газов.

Что касается мероприятий по снижению периодических сил, передаваемых гребным винтом на вал и обшивку корпуса, то они могут быть подразделены на две основные группы: совершенствование конструкции гребного винта и создание благоприятных условий для его работы за кормой судна. Решением задачи о снижении периодических сил, индуцируемых гребным винтом, в последние годы особенно интенсивно занимались специалисты США, которыми была предложена конструкция гребного винта с большей откидкой лопастей. Винты такой конструкции были установлены на нескольких транспортных судах водоизмещением от 25 000 до 100 000 т. Опыт эксплуатации показал, что применение таких винтов приводит к снижению амплитуд вибрации в 1,5—2,0 раза, однако стоимость их изготовления, естественно, выше.

Выравниванию поля скоростей, в котором работает гребной винт, могут способствовать применение несимметричных направляющих насадок и соответственно спроектированные обводы кормовой оконечности судна. Ранее уже отмечалось, что несимметричные направляющие насадки были применены на танкерах типа «Крым», и периодические силы, передаваемые на гребной вал, уменьшились в 1,5—2,0 раза. Попытки выровнять поле скоростей в месте расположения гребного винта предпринимались уже давно. Хорошо известна бульбовая корма, улучшающая характеристики потока в районе винта по сравнению с наиболее распространенной умеренно U-образной кормой. В настоящее время для одновальных транспортных судов в гидродинамическом центре в Гётеборге (Швеция) разработан новый тип кормы с так называемым «открытым» винтом.

Приведенные данные, касающиеся в основном одновальных тихоходных транспортных судов, свидетельствуют о предпринимаемых во всех странах усилиях по повышению их экономичности. Уделяется большое внимание дальнейшей отработке формы обводов; при этом возникают новые решения в казалось бы достаточно изученной области (несимметричная насадка, корма с «открытым» винтом, скеговая корма). Уделяется большое внимание вопросам снижения частоты вращения гребного вала, что вызывает необходимость увеличения диаметра гребного винта. Применение винтов большого диаметра, а также винтов с большой откидкой лопастей приводит к усложнению технологии http://www.arhplan.ru/technology их изготовления. Значительно большее значение придается форме кормы с точки зрения образования ею поля скоростей, в котором работает гребной винт. Это играет большую роль с точки зрения долговечности винта и уровня его шума.

Повышенное внимание к перечисленным проблемам требует от проектировщиков еще в большей степени использовать результаты исследований гидродинамических лабораторий, которые, в свою очередь, должны быть готовы к выполнению постоянно расширяющейся номенклатуры исследований, базирующихся на современной экспериментальной технике и накопленном опыте.


Отправить комментарий

Содержимое этого поля является приватным и не будет отображаться публично.
CAPTCHA
Этот вопрос задается для того, чтобы выяснить, являетесь ли Вы человеком или представляете из себя автоматическую спам-рассылку.
9 + 10 =
Решите эту простую математическую задачу и введите результат. Например, для 1+3, введите 4.

Записи на схожие темы

Нива лучший автомобиль в СССР

... которые в АвтоВАЗе отреагировали внедрением современных технологий безопасности, таких как ABS ... » с улучшенным внешним видом и повышенным комфортом. Среди последних инноваций стоит ...

Специалистам Россети-Урал представили современные решения по определению места повреждения ЛЭП

... «МРСК Урала» прошел практический семинар «Современные решения по определению и локализации ... . А. Горожанкин представил участникам семинара современное оборудование по определению и локализации ...

ООО «БК-АЛПРОФ»: Инновационные решения в мире алюминиевых профилей

... Эти профили позволяют создавать современные фасады с повышенными требованиями к тепло- и ... идей. Технологии и качество Основываясь на современных технологиях экструзии и строгом ... контроле качества на всех этапах ...

Stroimaterial-Moskva.ru: Надежный фундамент ваших строительных проектов

... высоким стандартам качества. Преимущества работы с магазином Качество: Мы гарантируем ... , что весь наш металл и металлопрокат произведен по современным ... , до инновационных решений для современных проектов. Интернет-магазин Stroimaterial ...

Эффективная проверка системы подвески: ключ к безопасной езде

... могут привести к ухудшению управляемости, повышению расхода горючего и быстрому износу ... о наличии неисправностей в подвеске. Современное диагностическое оборудование Для детальной диагностики ...

Бизнес на вендинговых аппаратах: стартап с потенциалом

... . Простота в управлении и масштабировании: современные аппараты часто снабжены системами удал ... возможные проблемы и стремиться к повышению эффективности работы. Вендинговые аппараты это ...