Важное о двигателях

Что нужно знать о судовых редукторах

09 августа 2024, 19:03

	До середины 30-х годов катерные двигатели в основном имели умеренную частоту вращения. Едва она достигла 3000 об/мин, использовали не полную мощность – до 2/3 номинальной мощности при пониженной частоте вращения. Это позволило применять на таких «тихоходных» катерах более эффективный гребной винт с увеличенным диаметром. Когда на катерах стали устанавливать первые редукторы, их нередко снимали из-за поющего шума, издаваемого при работе. В настоящее время редукторы бесшумные. Они являются самыми надежными и молчаливыми работниками на катере: дают выигрыш в скорости, не нуждаются в обслуживании, экономят топливо. Зная скорость судна и мощность двигателя, можно рассчитать оптимальную частоту вращения винта. Катер, имеющий скорость 22 км/ч и оборудованный двигателем 100 л.с., лучше всего эксплуатируется при частоте вращения гребного винта 1000 об/мин. Торговое судно вместимостью 5000 т, которое тоже должно выдерживать скорость 22 км/ч, может использовать только 1/10 частоты вращения, т.е. 100 об/мин. Мощность двигателя, частота вращения гребного винта и скорость судна тесно связаны между собой, но, к сожалению, не в прямом отношении. Прежде всего необходимо показать на примерах, на какие передаточные отношения следует рассчитывать редуктор. Во время второй мировой войны производилось большое количество малых буксиров, так называемых «Си Мьюл», на которых в качестве энергетической установки использовали быстроходный автомобильный бензиновый двигатель мощностью 140 л.с. Нормальная частота вращения этого двигателя (3200 об/мин) не позволяла развить требуемую буксировочную мощность. Тогда разработали специальный редуктор с передаточным числом 9:1, благодаря чему частота вращения была снижена до 350 об/мин, что позволило установить гребной винт большего диаметра. Таким образом катер получил отличные буксировочные качества. Частоты вращения необходимо устанавливать исходя из К.П.Д. гребного винта (об этом будет сказано ниже). Но так как не всегда можно получить частоту вращения, обеспечивающую хороший К.П.Д., следует учесть: Достаточно ли места под днищем катера для установки гребного винта с очень большим диаметром; Осуществляется ли серийный выпуск соответствующего редуктора для выбранного двигателя; Прочна ли конструкция валопровода, так как увеличенный момент вращения действует сильнее на крен катера. Необходимо проверить вес, время работы, долговечность установки и расходы, связанные с ее приобретением. В какой степени редуктор может улучшить эксплуатацию катера? В качестве примера рассмотрим таблицу, предназначенную для любого катера, который при мощности двигателя 200 л.с. и частоте вращения 3000 об/мин имеет скорость 20 км/ч. При передаточном числе 8:1 выигрыш в мощности составляет 53%, а К.П.Д. гредного винта равен 69%. Получаемая частота вращения (375 об/мин) не является оптимальной, так как при дальнейшем ее понижении можно увеличить К.П.Д. гребного винта до 73-75%. Существует немного катеров с мощностью двигателя 100 л.с., у которых достаточно места для установки гребного винта диаметром более 1 м. Поэтому приходится ограничиваться меньшим К.П.Д. Неверно выбирать низкую частоту вращения или слишком высокое передаточное число. В этом случае теряется ожидаемый выигрыш в мощности и снижается К.П.Д. Рассмотрим влияние передаточного числа на скорость катера. Для примера возьмем моторный катер длиной 10 м и шириной 3м, оборудованный двумя двигателями мощность по 185 л.с. при частоте вращения 4000 об/мин. Катер без редуктора, развивающий благодаря соответствующей форме корпуса и умеренному весу скорость 38 км/ч, при передаточном числе 3:1 достигает скорости 47 км/ч. В этом случае не увеличиваются расходы на топливо и не повышается нагрузка на двигатель. Многие владельцы не могут произвести расчеты гребного винта и просто отказываются от применения редуктора, а если и используют его, то с очень низким передаточным числом (1,5:1). Однако для получения лучшего К.П.Д. гребного винта (в данном случае с передаточным числом 3:1) можно пойти на несколько повышенные расходы, связанные с установкой большого гребного винта и валопровода с увеличенным диаметром. Это позволит на протяжении всего срока службы катера иметь высокую скорость и экономить топливо. Приведенный выше пример взят из практики. Владелец катера не принял наиболее выгодное передаточное число (3:1), так как считал, что гребной винт диаметром 0,53 м не может быть использован из-за увеличения осадки (рис. 185). Все же окончательно выбранное передаточное число 2:1 по сравнению с прямой передачей дало выигрыш в скорости 7 км/ч.
	На четырех диаграммах (рис. 186-189) показана зависимость диаметра гребного винта, его частоты вращения(при использовании редуктора с различными передаточными числами) и К.П.Д. гребного винта. Диаграмма на рис. 186 относится к тяжелому рыболовному боту. Однако кривые А-Д действительны для любого катера, который при мощности двигателя 100 л.с. и частоте вращения 3000 об/мин развивает скорость 25 км/ч. При небольших скоростях выигрыш будет тем больше, чем ниже частота вращения и больше диаметр гребного винта. Установка двигателя с частотой вращения 3000 об/мин и прямой передачей привела бы к непростительной расточительности в расходе топлива и мощности двигателя. Кроме того, пострадали бы маневренные качества катера, так как небольшой гребной винт не может обеспечить малый выбег катера, увеличенную скорость и управляемость на заднем ходу. Передаточное отношение 3:1 для тяжелого катера при данный условиях, очевидно, является минимальным. При выборе слишком высокого передаточного числа гребной винт соответствующей величины может не поместится под днищем катера. Диаграмма на рис. 187 относится к обычным моторным туристическим катерам и охватывает диапазон скоростей от 10 до 50 км/ч. При скорости ниже 25 км/ч эти данные совпадают с данными диаграммы на рис. 186. Повышенные передаточные числа не приведены, так как им соответствуют гребные винты больших диаметров, которые не устанавливают на быстроходных катерах. В среднем диапазоне (при скорости 30 км/ч) уже при передаточном числе 3:1 К.П.Д. становится почти оптимальным и равным 70%. Если продолжить кривую А вправо, то К.П.Д. гребного винта при скорости 50 км/ч уменьшится, а при передаточном числе 2:1 (кривая Б) увеличивается.
	На диаграмме для быстроходных спортивных катеров (рис. 188) приведена прямая передача (кривая Б) и редукция с передаточным числом 2:1 (кривая А) . Частота вращения двигателя, равная 3000 об/мин при скорости 56 км/ч (прямая передача), так же благоприятна, как и при передаточном числе 2:1. Использование редуктора при большей скорости уже не целесообразно. Диаграмма действительна для любого типа катера, который при мощности 100 л.с. может развивать скорость от 25 до 75 км/ч. На диаграмме рис. 189 показана зависимость К.П.Д. гребного винта гоночного катера в случае прямой передачи (кривая А) и при использовании редуктора (кривая Б). Диапазон скоростей – от 50 до 100 км/ч. В этом случае К.П.Д. гребного винта составляет 70%. При повышенных скоростях, чтобы сохранить хороший К.П.Д. требуется даже увеличить частоты вращения гребного винта. Если скорость превышает 75 км/ч, то рекомендуется принять ускорительную передачу (мультипликатор). Для использования ускорительных передач на гоночных катерах есть еще и другая причина. Чем выше частота вращения гребного вала, тем меньше становится передаваемый крутящий момент при одинаковой мощности энергетической установки. Следовательно, можно выбрать небольшой диаметр гребного вала, образующий меньшее сопротивление в воде и дающий экономию в весе. Большие гоночные катера неограниченного класса с устаревшими форсированными авиационными двигателями не смогли бы при невысокой частоте вращения гребного винта, несколько превышающей 3000 об/мин, достигнуть рекордных скоростей – более 250 км/ч. Поэтому для таких двигателей применяют ускорительные передачи с передаточным числом 1:3, в результате при 10000 об/мин достигается лучший К.П.Д. гребного винта. Одновременно можно значительно уменьшить размер гребного винта. Любая передача, естественно, использует часть мощности двигателя (1-2%). Но поскольку увеличенный гребной винт дает не только расчетный выигрыш К.П.Д., но и небольшой выигрыш, вызываемый масштабным эффектом (уменьшение влияния трения на лопасти гребного винта), то потерями от передачи можно пренебречь.