Винт изменяемого шага

 

Изобретение относится к водному транспорту и касается создания гребных винтов регулируемого шага. Винт изменяемого шага имеет вал, ступицу и поворотную лопасть. Лопасть смонтирована в ступице. Поворотная лопасть выполнена из упругого материала с жестко зафиксированным нижним краем относительно комля лопасти. Через центр комля проходит стержень. Стержень жестко связан верхней частью с верхним краем лопасти. Нижней частью стержень связан с основанием. Основание установлено в ступице между комлем лопасти и осью вала с возможностью поворота стержня при изменении шага винта на угол, соответствующий расчетному геометрическому углу верхнего края лопасти. Технический результат реализации изобретения заключается в улучшении гидродинамических характеристик винта и увеличении его КПД путем обеспечения возможности изменения угла поворота лопасти относительно ее комля при изменении шага винта. 2 ил.

Изобретение относится к водному транспорту, в частности к гребным винтам изменяемого шага.

Известен винт изменяемого шага типа "мультипитч", содержащий ступицу винта, взаимозаменяемые поворотные лопасти, имеющие на комле жестко закрепленные пальцы, которые проходят в отверстия в торце носовой части ступицы и входят в пазы поводка. На поводке нанесена шкала с указанием шага винта. Закрепление лопастей в выбранном режиме осуществляется гайкой (см. а.с. 454146; Справочник по катерам, лодкам и моторам.- Л.: Судостроение, 1979, с. 34).

Для изменения шага винта ослабляется гайка, по шкале устанавливаются лопасти в нужное положение и снова закрепляются гайкой. Такой винт как бы совмещает в себе несколько сменных гребных винтов, причем для изменения шага достаточно 3-5 мин, при этом не требуется снимать винт, как и подходить к берегу. Изменение шага винта позволяет согласовывать элементы гребного винта с сопротивлением катера при изменении нагрузки.

Однако КПД винта-аналога при всех значениях шага, кроме конструктивного, оказывается меньше КПД винтов фиксированного шага, раcсчитанных специально на эти промежуточные режимы.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является винт изменяемого шага, содержащий вал, ступицу, в которой смонтированы поворотные лопасти, фиксируемые гайкой и контргайкой, и обтекатель. Комель лопастей имеет жестко зафиксированный радиальный палец. Ступица состоит из трех разъемных - заднего, прижимного и регулировочного - колец. Заднее и прижимное кольца имеют пазы, по одному на каждую лопасть, для установки комля лопасти с возможностью перемещения пальцев в пределах соответствующих им сквозных пазов на прижимном кольце. Регулировочное кольцо имеет по одному на каждую лопасть радиальному пазу для воздействия на пальцы комля лопасти при вращении регулировочного кольца (см. Винт гребной изменяемого шага "Енисей-М". Паспорт. Изготовитель НПО прикладной механики, г. Красноярск, 1990).

Изменение шага винта, установленного на валу мотора, осуществляется следующим образом. Снимается обтекатель, отворачивается на 2-3 оборота контргайка, затем гайка. Вращая регулировочное кольцо или разворачивая в нужную сторону лопасти, устанавливаем риску на регулирующем кольце против выбранной риски на шкале прижимного кольца, после чего фиксируем шаг гайкой и контргайкой и надеваем обтекатель.

В наиболее близком техническом решении КПД винта также при всех значениях шага, кроме конструктивного, оказывается меньше КПД винтов фиксированного шага, рассчитанных специально на эти промежуточные режимы. Это объясняется тем, что при изменения шага винта вся лопасть поворачивается на какой-то постоянный угол, тогда как значение геометрического шага на различных радиусах лопасти изменяется не на одинаковую величину, и распределение шага по радиусу лопасти искажается. При достаточно большом повороте лопасти концевые сечения даже могут получить отрицательный угол атаки - создавать упор заднего хода при неизменном направлении вращения гребного вала.

Предложен винт изменяемого шага, содержащий вал, ступицу и поворотную лопасть, смонтированную в ступице, в котором, согласно изобретению, лопасть выполнена из упругого материала с жестко зафиксированным нижним краем относительно комля лопасти, через центр комля лопасти проходит стержень, жестко связанный верхней частью с верхним краем лопасти, а нижней частью - с основанием, установленным в ступице между комлем лопасти и осью вала с возможностью поворота стержня при изменении шага винта на угол, соответствующий расчетному геометрическому углу верхнего края лопасти.

Изобретение позволяет улучшить гидродинамические характеристики и КПД винта с изменяемым шагом за счет возможности изменения угла поворота лопасти относительно ее комля при изменении шага винта.

На фиг. 1 показан винт изменяемого шага, вид сбоку, сечение по оси вала.

На фиг. 2 - сечение А-А.

Примером конкретного выполнения заявляемого изобретения является винт изменяемого шага, который содержит вал 1, ступицу 2, в которой смонтированы поворотные лопасти 3, обтекатель 4, гайку с контргайкой 5. Лопасть 3 выполнена из упругого материала с жестко зафиксированным нижним краем лопасти 3 относительно комля 6, на котором жестко зафиксирован радиальный палец 7. Через центр комля 6 вдоль оси вращения лопасти 3 проходит стержень 8 с ребром поперечной жесткости 9, благодаря которому стержень 8 жестко связан верхней частью с верхним краем лопасти 3. Нижней частью стержень 8 жестко связан с основанием 10, снабженным жестко зафиксированным радиальным пальцем 11. Ступица 2 винта состоит из трех - заднего 12, прижимного 13 и регулирующего 14 - разъемных колец. Заднее 12 и прижимное 13 кольца имеют пазы, по два на каждую лопасть, первый - для установки комля 6, второй, расположенный между первым пазом и осью гребного вала - для установки основания 10 на заднем кольце 12 с возможностью перемещения пальцев 7,11 в пределах соответствующих им сквозных пазов на прижимном кольце 13. Регулировочное кольцо 14 имеет по одному радиальному пазу на каждую лопасть с возможностью поворота пальцев 7,11 при вращении кольца 14 на угол, соответствующий расчетным геометрическим углам комля и верхнего края лопасти соответственно. В качестве упругого материала для изготовления лопасти может быть использована, например, стальная лента из пружинной стали по ГОСТ 21996-76. При этом нижний край лопасти жестко зафиксирован относительно комля, например, ребром поперечной жесткости 15.

Работает заявляемый винт следующим образом. Изменение шага винта осуществляется аналогично прототипу - снимают обтекатель 4, ослабляют контргайку с гайкой 5, поворачивают регулировочное кольцо 15 до совмещения его риски с соответствующей риской на прижимном кольце 14, после чего фиксируют шаг гайкой с контргайкой 5 и надевают обтекатель 4.

Рассмотрим изменение шага винта от наибольшего до наименьшего, а именно от 300 до 90 мм для винта диаметром 220 мм и ступицы 80 мм. Регулировочное кольцо 14 поворачивает одновременно пальцы комля 7 и стержня 11 относительно гребного вала 1 на одинаковый угол. Так как палец 7 расположен ближе к оси гребного вала 1 по радиусу ступицы, чем палец 7, и выполнен выше него, то "пятно контакта" пальца 7 с пазом регулировочного кольца 14 проходит расстояние почти в два раза больше, чем пальца 11, в результате чего, когда комель повернется на 30^o, стержень 8, а следовательно, и верхний край лопасти 3, повернется на расчетный геометрический угол 15,9^o. Таким образом, сохраняется правильная геометрия лопасти при изменении шага винта.

Формула изобретения

Винт изменяемого шага, содержащий вал, ступицу и поворотную лопасть, смонтированную в ступице, отличающийся тем, что в нем лопасть выполнена из упругого материала с жестко зафиксированным нижним краем относительно комля лопасти, через центр комля проходит стержень, жестко связанный верхней частью с верхним краем лопасти, а нижней частью - с основанием, установленным в ступице между комлем лопасти и осью вала с возможностью поворота стержня при изменении шага винта на угол, соответствующий расчетному геометрическому углу верхнего края лопасти.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2