Проверочный расчёт прочности лопасти гребного винта

Произведём проверочные расчёты прочности лопасти гребного винта.

Это объясняется сложной геометрической формой лопастей. В процессе работы гребного винта в потоке с неравномерным распределением скоростей внешние силы, действующие на лопасть не остаются постоянными в течение одного оборота, а напряжения определяются положением рассмотренной точки лопасти. Усилие приобретает пульсирующий характер, при котором амплитудные значения могут значительно превосходить средние. Перечисленными особенностями объясняется сложность задачи. Однако, применяемые методы позволяют оценивать напряжения приближённо, а недостаток применяемых методов компенсируется введением больших запасов прочности.

В практике наиболее часто применяется метод Ромсома. Этот метод отличается от других большей точностью полученных результатов.

В этом методе предполагается, что связь между упором и тангенсальной силой на данном радиусе определяется КПД винта, что справедливо только для оптимальных гребных винтов. С учётом этого допущения и в результате внесения уточнений в расчёте моментов сопротивления были получены формулы.

Наибольшие напряжения от изгиба лопасти:

s_р’ = ×x

s_с’ = ×x

s_р¢¢ =

s_c¢¢ =

N_p – мощность подведённая к гребному винту ( л.с. )

N_p = h_в.N_е ;

h_в = 0,97¸0,98

b – хорда расчётного сечения (м)

e – толщина лопасти (см)

a_р = 0,096  

a_с = 0,086

n_m – число оборотов в минуту = 126 об/мин.

h_p = 0,49

l_p = 0,33

D = 5,7 м – диаметр винта

z – число лопастей, z =4

C_A = 5,8;

C_B = 70;

x = 1,012;

e_{o p.} = 0,58

e_{o с.} = -0,58 ;

C, A – расчётные коэффициенты характеризующие расположение точки приложения равнодействующей центробежных сил

С = 0,48;

A = 0,55 ;

N_p = 0,98×11000 = 10780 кВт.

b = 0,982 м ;

e = 0,2 м ;

z = 4;

s_р’ = ×1,012 = 686,07 кгс/см²

s_с’ = ×1,012 = 765,84 кгс/см²

s_р¢¢ =  = 171,77  кгс/см²

s_c¢¢ =  = 128,43 кгс/см²

Работая, в неравномерном поле скоростей, лопасти гребного винта используют воздействие знакопеременных нагрузок и важную роль в этом случае начинают играть усталостные напряжения, которые представляют опасность для прочности гребного винта.

При работе в неравномерном поле скоростей судна силы имеют периодический характер, а напряжения можно рассматривать как сумму среднего напряжения цикла s_m и симметрично пульсирующего переменного цикла s_a.

Поскольку для усталостной прочности используется синусоидальная кривая изменения напряжения, устанавливается связь между пределом усталости материала и предельными напряжениями при реальном ассиметричном цикле. Эта связь определяется соотношением:

,

или

n₁ – коэффициент запаса прочности, n = 4

s_-1 – предел усталости материала,

s_-1 = 700 кгс/см²

s_max – наибольшее расчётное напряжение

s_min – наименьшее расчётное напряжение

 = 127,64

175 > 127,64, то есть условие выполняется.