|
|
ОглавлениеГлава 1. Общие сведения о судовых движителях Глава 2. Геометрия гребного винта Глава 3. Серийные испытания моделей винтов и построение расчетных диаграмм Глава 4. Взаимодействие винта и корпуса Глава 5. Кавитация гребных винтов Глава 6. Гребные винты регулируемого шага Глава 7. Элементы вихревой теории гребного винта Глава 8. Повышение эффективности гребных винтов Глава 10. Крыльчатые движители Глава 11. Пропульсивные испытания судов Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгуГлава 5. КАВИТАЦИЯ ГРЕБНЫХ ВИНТОВ5.1. Общие понятия о кавитацииТермин кавитация латинского происхождения и означает полость, пустоту. При пониженном давлении вода, как и другие жидкости, закипает при меньшей температуре, чем в нормальных условиях, в том числе при комнатной; в ней образуются полости (каверны – это тоже латинское слово, также означающее полость), заполненные паром и растворенным воздухом. Такие каверны можно увидеть, например, в горной речке с каменистым дном. В судостроении с явлением кавитации гребных винтов впервые столкнулись в 90-х гг. XIX в. при испытании английского миноносца «Деринг» с высокооборотной турбинной установкой. Скорость полного хода корабля оказалась ниже расчетной на 3 уз, причем при больших скоростях происходило резкое увеличение частоты вращения винтов и усиление вибрации. Аналогичные явления наблюдались на опытном корабле «Турбиния» также с турбинной энергетической установкой. Как известно, подъемная сила на элементе (профиле) лопасти создается преимущественно за счет понижения давления на засасывающей поверхности и в меньшей мере – за счет повышения давления на нагнетательной поверхности. Пусть на элемент лопасти набегает поток со скоростью (в бесконечности) с0; давление далеко перед элементом p0. Рассмотрим некоторую линию тока, проходящую вдоль засасывающей поверхности (рис. 5.1), и выделим на ней точку, в которой давление равно p1, а скорость – с1. В дальнейшем нам удобно будет считать, что это давление – минимальное, а скорость – максимальная (хотя это и не обязательно). Рис. 5.1. Схема обтекания элемента лопасти Уравнение Бернулли для выбранной линии тока можно записать в виде: (5.1) Отсюда Обозначим (5.2) и назовем эту величину коэффициентом местного разрежения. Он зависит от формы профиля, угла атаки, положения точки на профиле, но не зависит от скорости набегающего потока. Как следует из формулы (5.2), минимальное давление на профиле будет равно (5.3) В нормальных условиях вода не способна воспринимать растягивающие напряжения. Более того, при некотором положительном давлении pd, которое называется давлением насыщающего пара и зависит от температуры, она закипает – начинается кавитация, на профиле образуется кавитационная каверна. Зависимость pd от температуры приведена в табл. 5.1. Таблица 5.1 Давление насыщающего пара при различной температуре
5.2. Стадии кавитации элемента лопастиДавление воды при обтекании засасывающей поверхности лопасти неравномерно распределяется по ее поверхности. Характер кривой распределения давлений вдоль винтовой линии (вдоль лопастного сечения) показан на рис. 5.2. Верхняя кривая на рисунке относится к засасывающей, нижняя – к нагнетательной поверхности. Вид кривых зависит от формы профиля лопастного сечения и от угла атаки. Верхняя кривая показывает величины коэффициента местного разрежения, в точке максимума этот коэффициент достигает максимального значения, т.е. в этой точке профиля давление воды будет минимальным. При малых скоростях обтекания минимальное давление ненамного меньше атмосферного, по мере увеличения скорости давление падает. Как только оно станет равным pd, вода закипит – наступит кавитация. Рис. 5.2. Схема распределения давлений по лопасти Введем в рассмотрение коэффициент общего разрежения: (5.4) От коэффициента местного разрежения он отличается только тем, что вместо p1 содержит pd. Но это, казалось бы, небольшое отличие радикально меняет свойства коэффициента: он не зависит ни от формы профиля, ни от угла атаки и положения точки на профиле, от которых зависит коэффициент местного разрежения, но зависит от скорости потока: чем больше скорость, тем он меньше. На диаграмме (см. рис. 5.2) он изобразится в виде горизонтальной прямой. С ростом скорости эта прямая будет опускаться, приближаясь к оси абсцисс. Пока кавитации нет, прямая располагается выше кривой разрежений. В момент наступления кавитации она коснется указанной кривой – в соответствующей точке профиля возникнет кавитационная каверна, вначале в виде небольшого пузырька. По мере увеличения скорости обтекания профиля и развития кавитации прямая будет опускаться, отрезая от диаграммы разрежения верхнюю часть, поскольку давление в воде не может быть ниже pd, а тем более отрицательным. Кавитационная каверна будет сноситься потоком к выходящей кромке профиля, в результате чего срезанный участок диаграммы переместится вдоль потока, причем площадь диаграммы останется неизменной. Внимание! Авторские права на книгу "Судовые движители. Учебное пособие" (Антоненко С.В.) охраняются законодательством! |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
