Methods to improve the operational efficiency of icebreaking propellers

Abstract

В настоящее время ведется интенсивное освоение нефтегазоконденсатных месторождений на арктическом шельфе России, сопровождающееся вводом в эксплуатацию большого количества современных ледокольных судов, включая арктические суда двойного действия. Указанные обстоятельства актуализируют узловые задачи проектирования и обеспечения прочности гребных винтов, а также обеспечения работоспособности главного двигателя в ледовых условиях. Снижение уровня ледовых нагрузок, а также улучшение гидродинамических и кавитационных характеристик ледокольных гребных винтов являются узловыми задачами в вопросе улучшения их эксплуатационных характеристик. Сформулированные задачи могут быть решены с помощью применения «острой» профилировки. В свою очередь, это конструктивное решение требует применения уточненных методов определения ледовых нагрузок для расчетов напряженно-деформированного состояния лопасти, а также методов назначения прочных размеров из условия совместного обеспечения статической и усталостной прочности. В работе рассмотрено влияние новой «острой» профилировки на величину локальных ледовых нагрузок. По результатам исследований, помимо снижения уровня ледовых нагрузок на 25-30%, отмечено, что применение новой «острой» профилировки позволит улучшить гидродинамическую эффективность ледокольного гребного винта на 3-4%. Последнее позволит снизить величину дискового отношения из условия предотвращения начала второй стадии кавитации. Таким образом, связанное решение поставленных задач является преимущественным методом повышения эксплуатационной эффективности ледокольных гребных винтов при работе в ледовых условиях. Nowadays there is intensive development of oil-and-gas-condensate fields on the Russian Arctic shelf, which is accompanied by modern icebreaking vessels commission, including Arctic double-acting vessels. These circumstances bring into focus the main tasks of propeller design and strength assurance, as well as main engine operability maintenance in ice conditions. Ice loads reduction with hydrodynamic and cavitation improvement are the key tasks of modern icebreaking propeller design. They can be effectively solved by blade ‘sharp’ profiling application. However, this technique requires refined methodology to determine blade loading conditions in order to assign propeller scantlings proceeding from both static and fatigue strength assurance. The effect of blade ‘sharp’ profiling results in 25-30% ice loads reduction and 3-4% hydrodynamic efficiency increase. The latter also results in preventing the onset of propeller second stage cavitation.