Гребной винт с подвижными лопастями

 

Изобретение относится к судостроению, к гребным винтам с подвижными относительно ступицы лопастями. Сущность изобретения: в гребном винте, содержащем ступицу и механически связанные между собой лопасти, последние установлены с возможностью свободного без ограничений вращения в ступице. Каждая лопасть выполнена со смещенным центром давления относительно оси ее поворота. При этом механическая связь лопастей может быть выполнена с возможностью регулировки угла между лопастями. Использование изобретения позволяет улучшить гидродинамические, акустические, вибрационные характеристики и КПД гребного винта. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к судостроению.

Известны винты с подвижными относительно ступицы лопастями, что позволяет улучшать гидродинамические параметры и увеличивать КПД гребного винта.

Например, гребной винт изменяемого шага (СССР, 146201 A, 1962 г., В 63/00) [1] состоит из ступицы, выполненной за одно с осями поворота лопастей, и лопастей, закрепленных на осях. Причем лопасть кроме рабочего имеет вспомогательный профильный участок со смещенным центром давления относительно оси поворота. Вспомогательный профильный участок служит для изменения шага винта, работая по принципу флюгера. Наличие у лопастей вспомогательного участка приводит к уменьшению площади рабочего участка и, следовательно, ухудшает гидродинамические и эксплуатационные показатели.

Известный судовой гребной винт (СССР, 1306809 A1, 30.04.87, В 63 H 3/00) [2] содержит лопасти, ступицу с консолями, в которых установлена ось лопастей с возможностью поворота вокруг своей оси, перпендикулярной оси вращения вала гребного винта. Причем ось лопастей связана с регулятором упора, позволяющим изменять угол атаки лопастей, но при этом не меняется угол между лопастями, что ограничивает возможность оптимально регулировать их положение. Недостатком винта является также сложность конструкции. Указанный гребной винт принят в качестве ближайшего аналога.

Основная задача изобретения - улучшение гидродинамических и эксплуатационных характеристик гребного винта.

Ожидаемым техническим результатом является уменьшение вибрации гребного вала и шума от работы вала, увеличение срока службы упорных подшипников благодаря равномерному распределению сил упора на лопасти, повышение КПД, в частности, на заднем ходу, увеличение срока службы гребного винта за счет уменьшения ударных нагрузок при ударах лопастей о плавающие предметы.

Технический результат достигается тем, что в гребном винте с подвижными лопастями, содержащем ступицу и механически связанные между собой лопасти, последние установлены с возможностью свободного без ограничений вращение в ступице, при этом каждая лопасть выполнена со смещенным центром давления относительно оси ее поворота.

Механическая связь лопастей может быть выполнена с возможностью регулировки угла между лопастями.

На фиг. 1 изображен гребной винт с подвижными лопастями и с гибкой связью. На фиг. 2 показаны положения подвижных лопастей при изменении направления вращения гребного вала.

Предлагаемый гребной винт содержит ступицу 1, лопасти 2, механически связанные между собой жесткой или гибкой связью. Жесткая связь может быть выполнена в виде вала, который соединяет лопасти и имеет возможность свободно вращаться в ступице, приичем угол между лопастями в этом случае не меняется.

Показанная на фиг. 1 гибкая связь образована цапфами лопастей 3, в полости которых входит втулка 4. На втулке 4 имеется шпонка 5. На цапфах лопастей 3 находятся пружины 6.

Гребной винт с жесткой связью работает следующим образом. При движении судна вперед ступица винта вращается в заданном направлении, при этом положение лопастей показано на фиг. 2а. Прямые стрелки показывают направление поступательного движения слоев воды. Углы атаки лопастей задаются жесткой связью между лопастями и силами давления на каждую лопасть. Равновесное положение определяется равенством моментов сил давления относительно оси вращения лопастей в ступице.

В реальных условиях скорость слоев воды изменяется с увеличением расстояния от днища судна. При фиксированных углах атаки это приводит к различию сил давления на каждую лопасть, причем это различие появляется в виде переменной нагрузки, действующей с частотой вращения гребного вала, вызывая вибрацию и шум, уменьшая срок службы винта, вала, подшипников. В предлагаемой конструкции винта различие сил давления на каждую лопасть приводит к повороту узла "лопасти - вал" таким образом, что это различие уменьшается, и распределение сил становиться более равномерным. Помимо уменьшения вибрации и шума такая конструкция позволяет уменьшить ударные нагрузки при ударе одной из лопастей о плавающий предмет, поскольку при встрече препятствия лопасти имеют возможность свободно провернуться в ступице.

После удара или после смены направления вращения ступицы положение узла "лопасти - вал" становится неустойчивым (фиг.2б). После переходного периода устанавливается устойчивое положение лопастей (например, фиг.2в - для заднего хода). Важно отметить, что передняя кромка лопастей при движении назад разворачивается в сторону набегающего потока воды, что уменьшает профильные потери и увеличивает КПД гребного винта.

Гребной винт с гибкой связью позволяет оптимизировать угол между лопастями с учетом гидродинамических условий. Например, при использовании взаимодействия центробежных сил и упругих сил пружин 6 (фиг.1) угол между лопастями 2 (как и расстояние между ними по диаметру) меняется. Угол между лопастями задается шпонкой 5 и пазами в плоскостях цапф 3, что приводит к изменению углов атаки с учетом скорости вращения гребного вала и, следовательно, улучшает гидродинамические характеристики винта.

Формула изобретения

1. Гребной винт с подвижными лопастями, содержащий ступицу и механически связанные между собой лопасти, отличающийся тем, что механически связанные между собой лопасти установлены с возможностью свободного без ограничений вращения в ступице, при этом каждая лопасть выполнена со смещенным центром давления относительно оси ее поворота.

2. Гребной винт по п.1, отличающийся тем, что механическая связь лопастей выполнена с возможностью регулировки угла между лопастями.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2