И. Пирсол - Кавитация (1163263), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

39). Для винтов число кавитации определяется как Риа, 89. Клектания иавинтах, где Р~ — давление перед винтом, йт — скорость жидкости относительно лопасти в рассматриваемой точке'. За величину Р, принимается давление либо на оси винта, либд в точке наименьшего погружения. Динамиче- ское давление связывается либо с поступательной скоро- стью и скоростью вращения в точке, находящейся иа растояиии 0,7 радиуса от осн винта, либо с относитель- ной скоростью, как сказано выше. Основными характеристиками винтов являются сле- дующие: коэффициент упора Кт = Твари'0', коэффициент момента на валу Кч = То/рпЧ)', относительная поступь винта 1 = 1' /л0, к.

и, д. и = Таама!2ппТд, м~ — у„р~ ),~ — «, „,,~ — ~ ~юр~ 'Об *, 5 У.. 7.2. Характеристики и особенности течения Поверхность давления лопасти будем называть перед. ней, а поверхность разрежения — задней поверхностью винта. Как мы уже говорили, кавитацня приводит к умень.

шению подъемной силы и увеличению сопротивления подводного крыла (см. рис. 18 — 20). Аналогичная карХаегопаг~ия на еаонеи поеедияосфиФ 02 йге й р,! „01О ь" 01У ду ду 47 06 педеонеа поеерп. Носпш Отпосптпелепяп поспгепь апппкс (г! Рис. тО. Влииииа кавитации иа характеристики винта. тина наблюдается и для винтов (рис. 40). С уменьшением числа кавитации о упор, момент и к. п. д. падаюг, что напоминает до известной степени поведение характеристик осевых насосов.

При малых значениях относительной поступи винта У (что соответствует большим углам атаки лопасти) влияние кавитации более существенно. Размеры каверн показаны иа сопровождающих рис. 40 зарисовках, которые получены при модельных испытаниях в гидродинамической трубе, доб лу йг ау ао ау лт лу гк ОНРАО аамниачии О УАОЧХО На РаООМОДНИН ЮУРарияса ОМ ООН Онгида,айу Рлс. 4Л Кавитационные характеристики винта.

Селожнымн линиями иокэзэпо, хэкэя часть ~в ггроценгхх) еэдией поверлности лопэсти винта охввченэ кэвигвцией. Пунктирные линни Лхыт пре дельные эиеченхя кэвитвцнониых хэрхкгернстик: А-дл» тяжело негру женных винтов военных корвблеВ; Б-дхя торговых судоьг В-няжиий предел лли буксяроэ, траулеров и т. д, Нв ээрисоэкэх !элизу, слрлэс) покэзэиы облестя, охваченные кввнтецией нв эелней поэерхностн лопхстк винта (в процентах). При проектировании корабельных винтов необходимо учитывать, что они работают .в существенно нестацнонарном потоке; это связано с наличием пограничного слоя вблизи судна и наклоном вала винта.

Для торговых судов угол натекаиия потока на расстоянии 0,7 радиуса от оси винта в течение каждого оборота варьируется от — 8' до +2; Для военных судов, этот угол изменяется от — 2,5 до +1,5'. В этих интервалах углов винт не должен кавитнровать. Подобные проблемы возникают также в связи с тем обстоятельством, что винты многих судов (буксиров, траулеров, глиссеров и' т. д.) работают при сильно меняющихся коэффициентах нагрузки. В результате больщой серяи модельных испытаний ~37 — 39] удалось исследовать характер влияния геомет.

рии винта иа его кавитационные характеристики. Полученные данные полезны при предварительных расчетах, поскольку позволяют установить верхний предел коэффициента нагрузки по упору в зависимости от числа кавитации "(рис. 41). Коэффициент нагрузки по упору определяется следующим образом: з 2 РАРЧГаот где Ар — плошадь проекции лопасти винта, Урвкт — относительная скорость на расстоянии 0,7 радиуса от оси винта. Число кавитации мы находим из равенства Р,— Р о= 2 2 Р где Р1 †давлен на оси винта. Вполне допустимо, чтобы около 5% площади лопасти винта для торговых судов и до 1Π— 20зв (в зависимости от водоизмещения) плошади лопасти для военных судов было охвачено кавитацией.

Если же кавнтация захватывает свыше 207з плошади лопасти винта, то такой режим работы недопустим, поскольку в этой области характеристики винта резко падают. С помощью рис. 41 можно установить момент образования кавитации и оцепить падение характеристик винта без детальных расчетов, Для высокоскоростных судов, где невозможно удовлетворить всем требованиям, предпочтительнее использовать суперкавнтирующие винты.

Разработка некавитирующих винтов основана на теории несущей линии (каждая лопасть представляется вихревой линией), позволяющей получить распределение нагрузки по лопасти, и теории несущей поверхности (каждая лопасть заменяется системой вихрей и источников), которая дает возможность установить распределение нагрузки по хорде, а также распределение толщины лопатки по хорде и размаху. При этом необходимо сделать поправки на изменение углов атаки лопастей в связи со скосом потока вблизи корпуса корабля. После завершения гидродинамических расчетов цроизводятся оценки кавитацнонных характеристик винтов путем рассмотрения сечения лопасти, обтекаемого жидкостью с относительной скоростью (полученной на основании проведенных расчетов) цри соответствующем угле установки.

На рис. 18 — 20 мы могли видеть примеры кавитацноиных .характеристик для различных сечений. Необходимо также в каждом конкретном сечении исследовать прочность, поскольку ею определяется как толщина профиля, так и его форма. В свою очередь хорда и толшина также влияют на режим обтекания профиля. Расчет, таким образом, представляет собой процесс последовательных приближений, в котором учитываются подчас противоположные требования к подъемной силе, прочности и кавитации.

Этот процесс продолжается до получения компромиссного решения. 7.3. Суперкавитирующие винты Винты высокоскоростных судов должны обладать значительным упором при умеренных размерах. Однако в условиях отсутствия кавитации такие винты создать невозможно, поэтому для скоростных судов используются суперкавитирующие винты, в которых каверна специально создается на задней стороне лопасти и смыкается в следе. На рнс.

42 показаны области применения обычных н суперкавитирующих винтов. Л,О У,О 48 йб ф ОО ф О,В ьс 42 О1 ООВ О,бб 44 аб О,б 1О 22 И 18 Отнасшпельнал ивстуиь винта Рис. е2, Область пркиеаення суперкавнтнруюптнх винтов, б2 Как уже отмечалось, суперкавитирующие профили имеют клиновидную форму с острой передней кромкой, задняя же кромка нз соображений прочности должна быть толстой.

Однако, как правило, все суда движутся и на малых скоростях, в частности, при входе (или выходе) в порт, поэтому по возможности заднюю кромку лопасти также стараются делать тонкой. Проектирование суперкавитирующих винтов является более сложной задачей по сравнению с созданием обычных винтов, поскольку в первом случае необходимо учитыиать взаимосвязь толщины и формы каверны с подъемной силой лопасти. Существует несколько методов [41, 421 проектирования таких винтов, однако ни один из них нельзя считать полностью пригодным 14Оз 441. 7.4.

Эрозия В условиях работы в морской воде, помимо кавитацнонной эрозии, необходимо учитывать возможность Рие. И. Повреждения лопасти винта в результате кавитацнон- ной врозин. 63 химической и электрохимнческой эрозии. Предотвратить такого рода повреждения обычно пытаются соответствующим выбором материалов. На кораблях часто используется катодная защита и в ряде случаев она несколько уменьшает эрозию [45[. В гл.

3 мы уже говорили о том, что совместное дейстиие коррозии и эрозии ускоряет процессы разрушения металла, поскольку эрозия уничтожает защитную окисную пленку и тем самым способствует развитию коррозии (рис. 43). По этим причинам морские винты изготавливаются из материалов, не подверженных воздействию эрозир и.

коррозии, таких, как алюминиевая или марганцовистая бронза. Как указывалось выше, в настоящее время невозможно предсказать, будет ли в том илн ином случае кавитацня сопровождаться эрозией. Поэтому при проектировании винтов делается все возможное, включая и модельные испытания, для того, чтобы избежать кавитации и тем самым в принципе устранить возможность эрозии и ее разрушительного действия.

Мы уже отмечали, что сопротивление материалов эрозии определяется весьма неточно. Прн значительных повреждениях винтов необходим их своевременный ремонт, это в первую очередь относится к военным кораблям н скоростным судам. 7.5. Другие устройства Воздействию кавитации подвергаются многие другие корабельные устройства: подводные крылья, стойки, торпеды, гондолы винтов, обтекатели гидролокаторов, стабилизаторы и т. п.

Характеристики

Список файлов книги