.

Тяговые характеристики буксирных судов

Расчет тяговой характеристики буксирного судна — показатель, характеризующий эффек­тивность использования мощности при выбранных основных эле­ментах корпуса и движителей. Чем более они соответствуют на­значению буксирного судна, тем выше его тяговые показатели на заданном режиме работы.

Для количественной оценки тяговых качеств буксирного суднаМорские буксирные суда, классификация и виды на разных скоростях его работы (от швартовного режима до скорости свободного хода) выполняются соответствующие расчеты и строится паспортная диаграмма.

Результаты этих расчетов, представленные в виде сводной пас­портной диаграммы буксирного судна (рис. 1), содержат следую­щие кривые, построенные в функции от скорости судна υ:

  • а) суммарной мощности ΣN главных двигателей;
  • б) суммарной полезной тяги ΣP;
  • в) сопротивления корпуса толкача Rт или буксира Rб и сопро­тивления толкача или буксира с расчетным составом Rc соот­ветствуют нормальным условиям плавания при полных запасах топлива;
  • г) тяги на гаке Z, получаемой путем вычитания ординат кри­вой Rт или Rб из ординат кривой ΣPе при скорости движения υ;
  • д) буксировочного к. п. д. определяемого по формуле;

ηб=Zυ75N.                    (1)

Тяговых характеристик толкача
Рис. 1 Паспортная диаграмма тяговых характеристик толкача Плевна мощностью 1340 л. с.

На диаграмме (см. рис. 1) имеются три характерные точки:

  • А соответствует наибольшему упору движителей при нулевой скорости движения или тяге на швартовах;
  • Б наибольшей скорости движения судна без состава — свободному ходу;
  • В определяет ве­личину скорости движения при следовании толкача или буксира с расчетным составом.

Для буксирного судна изменение условий эксплуатации опреде­ляется неосновном изменением сопротивления буксируемого состава, т, е. изменением величины тяги на гаке. Поэтому тяговые качества буксирных судов оценивают главным образом по кривым:

Z=f (υ) и ηб=f (υ).                    (2)

Из рис. 1 следует, что получить на судне с ВФШ максимально возможные значения тяги на швартовах Z0, тяги в режиме букси­ровки Zб и свободного хода υс в.х невозможно. Задача проектиров­щика обычно сводилась к выбо­ру компромиссного варианта, где все величины в результате обла­дали бы некоторыми приемлемы­ми значениями.

Предлагается к прочтению: Выбор мощности и движительно-рулевого комплекса

С развитием буксиростроения и дифференциацией буксирных судов на узкоспециализирован­ные классы решение данной за­дачи должно соответствовать тре­бованиям, которые предъявляют­ся к буксирным судам в зависи­мости от их класса. Например, для буксиров-кантовщиков, рабо­тающих в основном на режимах, близких к швартовному, естест­венно нужно стремиться обеспе­чить наибольшую величину тяги на швартовах. Относительное снижение скорости свободного хода при этом не столь важно, так как последняя обычно

огра­ничивается условиями и прави­лами работы судов данного класса в порту. Наоборот, для линейных буксиров и толкачей необходимо в первую очередь обеспе­чить высокую тягу при значительной скорости буксировки.

Получение удовлетворительных тяговых показателей или, что то же, обеспечение проектируемому судну нужной буксировочной кривой достигается главным образом за счет выбора наиболее эф­фективного для данного случая типа движительно-рулевого комплекса и его элементов. Например, применение в качестве движите­лей ВРШВлияние гребного винта регулируемого шага (ВРШ) и руля на управляемость судна дает возможность полностью использовать мощность главного двигателя и получать тягу на гаке во всех режимах
ра­боты, отличных от расчетного, более высокую по сравнению с таковой на однотипных буксирных судах, оборудованных ВФШ.

На рис. 2 приведена диаграмма тяговых характеристик мор­ского буксира мощностью 1200 л. с. Были испытаны три винта:

  • Спроектированный на швартовный режим работы
  • На свободный ход и компромиссный, спроектированный на промежуточный ре­жим для расчетного состава судов.

Как следует из диаграммы, винт 1 не позволяет развить максимально возможную скорость хода (потеря скорости составляет около 15%) при данной мощно­сти. У винта 2 тяга на швартовах меньше на 27%, а у компромисс­ного винта 3, обеспечивающего большую тягу при скорости 4—9 уз, потери скорости и тяги по сравнению с винтами 1 и 2 имеют при­мерно средние значения.

Тяговые характеристики морского буксира
Рис. 2 Диаграмма тяговых характеристик морского буксира с винтами фиксированного шага (буксирным 1, скоростным 2, компромиссным 3) и регулируемого шага 4

Кривая 4 является огибающей к первым трем и характеризует значения максимальной тяги, которую можно получить на любой скорости буксировки — от нуля до наибольшей, т. е. на всех режи­мах полностью используется мощность главных двигателей. Для обеспечения наибольшей тяги на гаке винтовых буксиров следует рассмотреть возможность установки направляющих насадок, по­лучивших широкое распространение в буксирном флоте морского и особенно внутреннего плавания.

Ориентировочное значение вероятной тяги буксира заданной мощности может быть определено по статистическим данным удельной тяги построенных судов, графикам и эмпирическим фор­мулам.

Значение удельной тяги Z0/N принимается при нулевой скоро­сти — на швартовах (Z0 — тяга на швартовах, кгс; N — эффектив­ная мощность энергетической установки, л. с.).

По удельной тяге на швартовах, характерной для данного класса буксирных судов, можно установить ее промежуточные зна­чения при интересующих скоростях буксировки (в зависимости от расчетного состава). Однако учитывая, что сопротивление буксир­ных судов обычно в несколько раз меньше буксируемого состава, допустимо считать мало существенным и различие в тяге при бук­сировочных режимах судов одного типа, имеющих одинаковую тягу на швартовном режиме. В таких случаях для предваритель­ной оценки можно ограничиться рассмотрением только швартов­ного режима.

На рис. 3 приведены кривые значений удельной тяги для наи­более распространенных типов морских буксирных судов, а на рис. 4 — кривая зависимости тяги от мощности.

Удельная тяга швартовых
Рис. 3 Зависимость удельной тяги швартовых от мощности: а — рейдовых и морских буксиров (1), портовых двухвальных буксиров-кантовщиков (2), портовые рейдовых одновальных буксиров-кантовщиков (3), б — портовых буксиров-кантовщиков с крыльчатыми движителями; в — морских многоцелевых и океанских буксиров

Из графиков следует, что величина удельной тяги имеет зна­чительный разброс точек. Оценить среднее значение можно лишь весьма приближенно: 14,5—13,5 кгс/л. с. во всем диапазоне мощ­ности с тенденцией к снижению при возрастании мощности. Толкачи и буксиры (см. рис. 4) оборудованы насадками гребных вин­тов, в основном поворотными.

Зависимость тяги буксирных судов
Рис. 4 Зависимость тяги буксирных судов внутреннего плавания от мощности. 0 — толкачи; х — буксиры

С целью сравнительной оценки полученной величины удельной тяги в ходовых режимах с достигнутыми у плавающих судов в табл. 1 приведены расчетные скорости хода и соответствующие им значения удельной тяги для толкачей и буксиров мощностью 35—4000 л. с. Там же даны величины буксировочного к. п. д., сни­жающегося по мере уменьшения мощности судов. Значительная разница в величинах удельной тяги объясняется различными усло­виями плавания и разными осадками даже у судов одинаковой мощности. Например, толкачи-буксиры мощностью 600 л. с. имеют осадку от 1,3 до 1,9 м. От осадки зависит диаметр винта и нагрузка по мощности на единицу площади его гидравлического сечения, а следовательно, и величина буксировочного к. п. д. Достижения высоких значений последнего упрощается, когда можно выбрать оптимальную для заданной осадки частоту вращения винта (имеется достаточный для этого ряд двигателей или редукторных передач).

Табл. 1 Значение удельной тяги и буксировочного к. п. д. судов внутреннего плавания в зависимости от мощности и скорости движения с составом
Мощность номинальная л. с.Удельная тяга (кгс/л. с.) при скорости движения, км/чБуксировочный к. п. д.
141210980
4 000 — 2 0008,9 — 7,613,9 — 11,00,40 — 0,46
1 340 — 8009,6 — 12,09,5 — 12,216,0 — 15,60,35 — 0,45
600 — 3609,0 — 12,015,8 — 16,70,32 — 0,44
300 — 2808,8 — 11,813,3 — 17,00,30 — 0,39
220 — 1408,2 — 10,011,0 — 16,00,25 — 0,38
90 — 357,7 — 8,312,9 — 11,30,21 — 0,25

 
Характер изменения величины удельной тяги буксирных судов в зависимости от нагрузки по мощности на гидравлическое сечение гребного винта приведен на рис. 5. Из графика следует, что с ростом нагрузки величина удельной тяги по мощности снижается.

Зависимость удельной тяги на швартовых
Рис. 5 Зависимость удельной тяги на швартовых от нагрузки гребного винта. Толкачи и буксиры с гребными винтами в насадках: а — большие и средние; б — средние и малые; в — мелкосидящие. Буксиры с открытыми винтами (г). х — отечественные суда; 0 — зарубежные суда

Чем больше диаметр выбираемого гребного винта отличается от оптимального при одинаковой мощности, тем ниже к. п. д. и тяга движителя. Нередко диаметр винта принимается больше средней осадки. У морских буксиров это достигается за счет строительного дифферента, а у речных — в результате устройства в корпусе полутуннелей. На рис. 6 приведен график значений осадки и диаметра винтов буксирных судов внутреннего плавания, подтверждающий, что диаметр винта часто выбирается значительно больше осадки. Это в первую очередь касается мелкосидящих судов.

Зависимость диаметра гребных винтов
Рис. 6 Зависимость диаметра гребных винтов Dв буксирных судов внутреннего плавания от средней осадки Тср. х — отечественные суда: 0 — зарубежные суда

Зависимость диаметра винта от мощности двигателя и частоты вращения n гребного вала буксиров и толкачей можно ориентиро­вочно оценить по формуле:

Dв=k Nη24,                    (3)

  • где k — коэффициент, равный 0,72—0,85.

Для сопоставления получаемых значений тяги проектируемого судна и предварительной оценки ее при заданной мощности на рис. 7 и 8 приведены кривые тяги на швартовах современных су­дов. Там же показана зависимость тяги на швартовах от мощно­сти энергетической установки судов, имеющих в качестве движи­телей ВРШ, часто применяемые на морских портовых буксирных судах.

Зависимость тяги на швартовых от мощности
Рис. 7 Зависимость тяги на швартовых от мощности буксирных судов: с винтами фиксированного шага в насадках (1); по Мунро-Смиту (2); по Пер Григу (3); для судов с открытыми винтами регулируемого шага (4)

На рис. 7 даны кривые тяги для буксиров-кантовщиков, у ко­торых открытые ВРШ или ВФШ заключены в направляющие насадки. Зависимость тяги от мощности для указанных типов дви­жителей может быть выражена соответственно следующими фор­мулами:

Z0=1,3N1001,6                    (4)

и

Z0=1,3N100+4,4.                    (5)

На рис. 8 приведены данные тяги в зависимости от мощности для портовых буксиров с крыльчатыми движителями. Как видно из рисунка, формула Пер Грига Zо = N/86 достаточно точно со­гласуется со статистическими данными.

Зависимость тяги на швартовых
Рис. 8 Зависимость тяги на швартовых от мощности буксирных судов с крыльчатыми движителями

Кроме упомянутой формулы Пер Григом предложена и другая:

Z0=N93+2,                    (6)

служащая для определения тяги на швартовах одновальных пор­товых буксиров с открытыми винтами и нормальными обводами корпуса при мощности 300 л. с. и более.

Читайте также: Архитектура буксирного судна, морского и речного плавания

С той же целью Мунро-Смитом предложена формула:

Z0=1,3N100.                    (7)

Для сравнения буксирных судов используется коэффициент утилизации тяги на швартовах по кубическому модулю:

ηм=Z0LBH,                    (8)

  • где Zо — тяга на швартовах, кгс;
  • LBH — кубический модуль суд­на, м3.
Зависимость коэффициента утилизации тяги
Рис. 9 Зависимость коэффициента утилизации тяги на швартовых от кубического модуля буксиров. 1 — портовые буксиры и буксиры-кантовщики; 2 — рейдовые буксиры-кантовщики; 3 — рейдовые и морские линейные буксиры; 4 — портовые буксиры-кантовщики с крыльчатыми движителями; 5 — речные буксиры и толкачи класса <<Р>>; 6 — то же класса <<О>>; 7 — морские многоцелевые и океанские буксиры

На рис. 9 показаны кривые зависимости коэффициента утили­зации тяги на швартовах от кубического модуля морских буксир­ных судов и судов внутреннего плавания.

Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Май, 09, 2019 1876 0
Читайте также