Судовой движитель

Изобретение относится к области судостроения, а именно к судовым движителям с уменьшенным уровнем вибрации и излучаемого шума. Судовой движитель содержит ступицу, лопасти и прокладку из вибродемпфирующего материала между ними. Лопасти имеют комель на продолжении наружной профилированной части лопасти, который расположен за пределами натекающего потока и используется для крепления, например болтами, лопасти к ступице длиной не менее 1/3 полной длины лопасти и толщиной не более максимальной толщины наружной части лопасти. Узел крепления лопасти к ступице содержит ограничители перемещения лопасти, например шайбы, размер которых равен толщине прокладки из вибродемпфирующего материала, размещенной между ступицей и комлем. Достигается снижение уровня вибрации лопастей и излучаемого шума при работе движителя. 9 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

Изобретение относится к области судостроения в части судовых движителей с уменьшенными уровнями вибрации и излучаемого шума, например гребных винтов (ГВ) со средствами вибродемпфирования. Изобретение может быть использовано для создания малошумного движителя, например, включающего ГВ составной конструкции, имеющий лопасти, закрепленные на ступице, а также прокладки из вибродемпфирующего материала (ВДМ) между лопастью и ступицей.

В результате многочисленных экспериментов и расчетов установлено, что лопасти движителя, например ГВ, колеблющиеся на собственных частотах под действием нагрузок со стороны натекающего потока, являются основным источником звукового давления в окружающей винт водной среде в широком диапазоне средних частот и скоростей вращения. Звукоизлучение винта снижается при снижении интенсивности резонансных колебаний лопастей, что достигается демпфированием лопастей, состоящем в интенсивном преобразовании энергии колебаний в тепловую энергию.

Известны ГВ, лопасти которых изготовлены из специальных демпфирующих сплавов или неметаллических материалов с более высоким, чем у металлов, коэффициентом механических потерь. Однако для сплавов характерна существенная зависимость коэффициента потерь при колебаниях от напряжений/деформаций. Коэффициент потерь имеет высокие значения только при значительных напряжениях/деформациях. При малых уровнях вибрации (малых напряжениях/деформациях), которые имеют место на практике, коэффициент потерь демпфирующих сплавов ненамного превышает коэффициент потерь металлов, из которых обычно изготавливаются ГВ. Сплавы имеют и другие недостатки, препятствующие их широкому распространению. Например, медно-марганцевые сплавы утрачивают полезные демпфирующие свойства со временем. ГВ из неметаллических материалов также имеют пока существенные недостатки, особенно в части прочности и ударостойкости.

Известна конструкция ГВ с ВДМ, нанесенным в канавки на наружной поверхности лопасти (патент РФ 2387572, 2010 г.). Однако такое техническое решение, предусматривающее размещение ВДМ в вырезах в профилированной части лопастей, и особенно в районе их кромок, неизбежно снижает прочность лопастей и эксплуатационную надежность ГВ.

Наиболее близким к заявляемому является техническое решение (патент РФ 2149798, 2000 г.), при котором с целью уменьшения уровней вибрации и излучаемого ГВ шума заподлицо с обтекаемой поверхностью лопасти вдоль ее выходящей кромки размещены вставки, прикрепленные механически к лопасти. Между контактными поверхностями каждой из вставок и лопасти помещена пленочная прокладка из ВДМ. Пленочная прокладка из ВДМ размещается также в кольцевой выемке с фланцами между комлем лопасти и ступицей ГВ составной конструкции. Недостатком вставок, расположенных вдоль кромки лопасти, является снижение прочности и эксплуатационной надежности лопасти. Обтекаемая профилированная часть лопасти и комель виде фланца большого размера и массы для обеспечения надежного закрепления лопасти на ступице представляют собой конструкцию, аналогичную Т-образному соединению пластин, которое обладает значительным виброизолирующим эффектом, препятствующим распространению колебательной энергии из обтекаемой, излучающей звук части лопасти в комель; в результате амплитуда колебаний комля мала. Поэтому поглощается лишь незначительное количество колебательной энергии лопасти, эффективность применения ВДМ между комлем лопасти и ступицей мала, и снижение уровней вибрации лопастей и излучаемого шума при работе движителя оказывается незначительным.

Задача изобретения заключается в снижении уровней вибрации лопастей и излучаемого шума при работе движителя при условии сохранения прочности и эксплуатационной надежности наружной части лопасти и ГВ в целом.

Поставленная задача решается следующим образом. Судовой движитель содержит ступицу, лопасти и прокладку из вибродемпфирующего материала между ними. Лопасти имеют комель на продолжении наружной профилированной части лопасти, расположенный за пределами натекающего потока и используемый для крепления, например болтами, лопасти к ступице длиной не менее 1/3 полной длины лопасти и толщиной не более максимальной толщины наружной части лопасти, и узел крепления лопасти к ступице содержит ограничители перемещения лопасти, например шайбы, размер которых равен толщине прокладки из ВДМ, размещенной между ступицей и комлем.

Ступица может состоять из двух частей, одна из которых выполняет функцию прижима для комлей лопастей.

Каждая лопасть может быть прикреплена комлем к ступице отдельным прижимом.

Поверхности комля лопасти, ступицы и прижима, соприкасающиеся с ВДМ, могут иметь проточки для повышения эффективности ВДМ за счет дополнительных деформаций.

Комель лопасти может быть помещен во вкладыш, заполненный ВДМ, а вкладыш с лопастью может быть закреплен на ступице, например, болтами.

Лопасть может удерживаться во вкладыше только адгезией к ВДМ, размещенному между комлем лопасти и стенками вкладыша, и на ступице может быть закреплен, например, болтами только вкладыш.

Перемещения комля лопасти и деформации прокладки из ВДМ могут быть ограничены конструктивно при больших статических нагрузках, например, выступами и соответствующими им выемками на комле лопасти или вкладыше.

Стенки вкладыша могут иметь щели, отверстия или проточки для повышения эффективности ВДМ, размещенного во вкладыше, за счет дополнительных деформаций.

В комле лопасти может быть установлено не менее одного настроенного демпфера для повышенного вибропоглощения на собственных частотах колебаний наружной части лопасти, например, комель может быть разделен на сегменты, собственные частоты которых совпадают с собственными частотами колебаний наружной части лопасти.

Лопасть может быть составлена из двух частей: наружной металлической или композитной и комля из материала с повышенным коэффициентом потерь.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является снижение звукоизлучения движителя на частотах собственных (резонансных) колебаний его лопастей. Изобретение может быть использовано также для снижения вибрации и шума, возникающих при работе других типов лопастных механизмов как с вращающимися, так и с неподвижными лопастями, обтекаемыми потоком, например, рабочих колес турбин, осевых насосов, направляющих аппаратов и рабочих колес водометных движителей и т.д.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан ГВ, содержащий ступицу 1 и лопасти 2 с комлями 2а на продолжении наружной части лопасти, которые крепятся к ступице хотя бы одним болтом 3а с гайкой 3б или без гайки через отверстия в комлях лопастей. Прокладка из ВДМ 4 располагается в зазоре между ступицей и комлем. Ширина зазора, равного толщине прокладки из ВДМ, при котором эффективность ВДМ максимальна, обеспечивается хотя бы одним ограничителем перемещения лопасти 5, например шайбой.

На фиг. 2 в меньшем масштабе показано поперечное сечение ГВ с двумя лопастями из нескольких.

На фиг. 3 показано крепление лопасти к ступице с помощью прижима 6, что дает возможность применить прокладку из ВДМ на большей площади и увеличить потери энергии при колебаниях лопасти. Прижим может быть прикреплен непосредственно к ступице дополнительными болтами 7.

На фиг. 4 показано крепление лопасти во вкладыше (в «стакане») 8. Лопасть, вкладыш и прокладка из ВДМ между лопастью и внутренними стенками вкладыша представляют собой единую конструкцию, готовую к установке на ступицу, что упрощает технологию сборки ГВ.

На фиг. 5 показана лопасть во вкладыше 8, удерживаемая в нем только адгезией к ВДМ, размещенному между лопастью и стенками вкладыша. Выступы 9 и соответствующие им выемки на фиг.6 ограничивают перемещения комля лопасти и деформации прокладки из ВДМ при больших статических нагрузках в пределах значений, при которых ВДМ эффективно поглощает колебательную энергию. Таким образом, при небольших статических нагрузках на лопасть упор ГВ передается на ступицу через прокладку из ВДМ. При этом колебания лопасти максимально свободны от ограничений и созданы наиболее благоприятные условия для распространения колебательной энергии из наружной части лопасти в комель, где энергия интенсивно поглощается. При больших статических нагрузках упор ГВ передается через выступы 9. На фиг. 7 в меньшем масштабе показано крепление лопасти во вкладыше к ступице только через вкладыш болтами 10.

На фиг. 8 условно показан демпфер 11 в комле лопасти, эффективно демпфирующий колебания на отдельных частотах, например на частотах собственных колебаний наружной части лопасти. На фиг. 9 комель разделен на сегменты 12, имеющие разную толщину и соответственно разные частоты собственных колебаний, на которых сегменты эффективно демпфируют колебания, например, на частотах собственных колебаний наружной части лопасти. На фиг. 10 комель разделен с той же целью на сегменты 12, имеющие разную длину.

Показанные на фиг. 1-10 основные варианты предлагаемого устройства являются примерами выполнения его конструкции и не охватывают все возможные варианты.

Работа судового движителя (гребного винта, рабочего колеса водомета или др.) предлагаемой конструкции, как и любого лопастного механизма, сопровождается воздействием на каждую лопасть гидродинамических усилий, возбуждающих в ней интенсивные колебания. Снижение колебаний лопасти достигается в том числе поглощением энергии колебаний. При использовании заявляемого технического решения повышенное поглощение энергии при колебаниях лопасти достигается за счет трех факторов:

1. За счет более интенсивных колебаний удлиненного комля длиной не менее 1/3 полной длины лопасти, на продолжении наружной профилированной части лопасти, по сравнению с колебаниями комля в виде фланца в существующих конструкциях составных ГВ.

2. За счет применения к удлиненному комлю большого объема средств вибродемпфирования в виде прокладок из ВДМ и настроенных демпферов, которые могут быть размещены в ГВ предлагаемой конструкции.

3. За счет ограничения статических перемещений лопасти в месте ее крепления к ступице и деформаций прокладки из ВДМ значениями, при которых ВДМ наиболее эффективно поглощает колебательную энергию.

Средства вибродемпфирования применяются к комлю лопасти без ущерба для прочности и эксплуатационной надежности наружной части лопасти и ГВ в целом.

Выбор соотношений между размерами комля и наружной профилированной части лопасти произведен авторами исходя из известных физических закономерностей распространения колебаний и вибродемпфирования колеблющихся тел. Расчетные оценки на конечно-элементных моделях показали, что при одинаковом количестве ВДМ коэффициент потерь лопастей ГВ заявленной конструкции примерно вдвое выше коэффициента потерь лопастей ГВ с комлем в виде фланца, а звукоизлучение на резонансных частотах лопастей ниже. Повышенное поглощение на частотах собственных колебаний наружной части лопасти достигается за счет размещения в комле настроенных на эти частоты демпферов, например, за счет разделения комля на сегменты, имеющие частоты собственных колебаний, равные частотам собственных колебаний наружной части лопасти. Состав средств вибродемпфирования, их геометрические характеристики и материалы выбираются в каждом конкретном случае исходя из назначения, условий работы и геометрии движителя.

1. Судовой движитель, содержащий ступицу, лопасти и прокладку из вибродемпфирующего материала между ними, отличающийся тем, что лопасти имеют комель на продолжении наружной профилированной части лопасти, расположенный за пределами натекающего потока и используемый для крепления, например болтами, лопасти к ступице длиной не менее 1/3 полной длины лопасти и толщиной не более максимальной толщины наружной части лопасти, и узел крепления лопасти к ступице содержит ограничители перемещения лопасти, например шайбы, размер которых равен толщине прокладки из вибродемпфирующего материала, размещенной между ступицей и комлем.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ступица состоит из двух частей, одна из которых выполняет функцию прижима для комлей лопастей.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждая лопасть прикреплена комлем к ступице отдельным прижимом.

4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что поверхности комля лопасти, ступицы и прижима, соприкасающиеся с вибродемпфирующим материалом, имеют проточки для повышения эффективности вибродемпфирующего материала за счет дополнительных деформаций.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что комель лопасти помещен во вкладыш, заполненный вибродемпфирующим материалом, а вкладыш с лопастью закреплен на ступице, например, болтами.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что лопасть удерживается во вкладыше только адгезией к вибродемпфирующему материалу, размещенному между комлем лопасти и стенками вкладыша, и на ступице закреплен, например, болтами только вкладыш.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что перемещения комля лопасти и деформации слоя вибродемпфирующего материала ограничены при больших статических нагрузках, например, выступами и соответствующими им выемками на комле лопасти или вкладыше.

8. Устройство по любому из пп.5-7, отличающееся тем, что стенки вкладыша имеют щели, отверстия или проточки для повышения эффективности вибродемпфирующего материала, размещенного во вкладыше, за счет дополнительных деформаций.

9. Устройство по любому из пп.1-3 и 5-7, отличающееся тем, что в комле лопасти установлено не менее одного настроенного демпфера для повышенного вибропоглощения на собственных частотах колебаний наружной части лопасти, например комель разделен на сегменты, собственные частоты которых совпадают с собственными частотами колебаний наружной части лопасти.

10. Устройство по любому из пп.1-3 и 5-7, отличающееся тем, что лопасть составлена из двух частей: наружной металлической или композитной и комля из материала с повышенным коэффициентом потерь.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к движительным системам, в частности к устройствам, которые приводят в движение текучие среды и суда, совершая колебательные движения. Криволинейное тело для приведения в движение текучих сред, судов и использования энергии текучей среды характеризуется наличием выпуклой наружной передней поверхности, прочно прикрепленной к вогнутой внутренней задней поверхности для задания открытого сосуда.

Изобретение относится к области приводов и может быть использовано для приведения в движение небольших подводных объектов. Пьезоэлектрический подводный движитель содержит пьезоэлектрические элементы с обратным пьезоэффектом плоской формы в виде мембран, который обеспечивает изгиб мембран в две стороны при подаче на них разнополярного электрического импульса.

Изобретение относится к судостроению, а именно к движителю с колебательным движением. Колебательный движитель содержит рабочий орган по принципу биения хлыста, который представляет из себя модификацию жгутикового движителя.

Изобретение относится к судостроению, а именно к кольцевому гребному винту и подруливающему устройству. Кольцевой гребной винт (12) для подруливающего устройства (10) содержит кольцевую насадку (15), центральный элемент (16) и по меньшей мере одну лопасть (18) гребного винта.

Изобретение относится к судостроению, а именно к конструкции винтового привода судов. Кольцевая насадка для гребного винта плавучего средства имеет цилиндрическую форму с увеличенной шириной.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к судам с лопастными гребными колесами. Предложено мелкосидящее судно с лопастными колесами, состоящее из корпуса, двигателей, силовых трансмиссий, лопастных колес, закрепленных на гребных валах, установленных перпендикулярно направлению движения судна, водопроточных каналов и рулевого устройства, причем корма судна выполнена в виде двух сквозных водопроточных каналов, разделяющих днище на три водоизмещающие секции, на которых установлены опоры двух гребных валов с закрепленными на них лопастными колесами, состоящими из двух параллельных друг другу прочных дисков с установленными между ними изогнутыми лопастями, расположенными по нескольким разноудаленным от вала диаметрам так, что при вращении колес они следуют друг за другом, переливая воду на более отдаленные от вала лопасти, и входят в воду под прямым углом в безударном режиме.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к спортивно-развлекательным плавсредствам. Предложено судно с качельным приводом, которое имеет веретенообразный корпус с двумя боковыми наклоненными вниз на 30÷45° крылообразными гидродинамическими плоскостями.

Настоящее изобретение относится к движителям, применяемым в жидкостях или газах. Ленточно-лопастное устройство для получения потока содержит лопасти, которые движутся по траектории движущейся замкнутой ленты, надетой на вращающиеся колеса, положение лопастей относительно направления их движения устанавливается системой управления лопастями, а каждая лопасть содержит вал лопасти, неподвижно закрепленный на торцах лопасти, замкнутые ленты, на внешнею поверхность которых крепятся подшипники, в которых вращаются валы лопастей, ведущие и ведомые колеса, на которые надеваются замкнутые ленты, систему управления, устанавливающую положение лопастей относительно направления их движения, кинематически связанную с валами лопастей, защитный внешний корпус, раму для крепления узлов, составляющих ленточно-лопастное устройство для получения потока.

Изобретение относится к судостроению, а именно к плавсредствам. Плавниковый лопастной движитель для плавсредств надводного и подводного плавания включает в себя вариант конструкции надводного судна, которое содержит по обе стороны от осевой линии судна протяженные кормовые плавники с окнами, перекрывающимися при их движении в сторону осевой линии судна лопастями.

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям воздушных винтов. Ротор включает пару лопастей, одна из которых принадлежит одному несущему винту, а другая принадлежит второму несущему винту.

Изобретение относится к судостроению, а именно к винтовым движителям с предохранительной муфтой для использования в подвесных лодочных моторах. Гребной винт с предохранительной муфтой содержит корпус-ступицу гребного винта, штифт-шпонку и ведущую и ведомую полумуфты. Ведущая полумуфта надета на гребной вал, входит в зацепление и воспринимает крутящий момент гребного вала. Ведомая полумуфта соединена с корпусом-ступицей гребного винта и передает крутящий момент на гребной винт. Ведущая и ведомая полумуфты обращены друг к другу своими торцами. Совместное отверстие в полумуфтах под штифт-шпонку проходит через торцевые поверхности полумуфт. Ось отверстия расположена параллельно или под углом до 15-20° к оси гребного винта. Штифт-шпонка расположен в отверстии одновременно в ведомой и ведущей полумуфтах для передачи крутящего момента между полумуфтами. Достигается простота замены штифта-шпонки и установки гребного винта на гребной вал. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области судостроения и касается скоростных судов. Предложен способ создания упора между водой и судном с использованием двух транспортеров, в которых нижняя часть ленты неподвижна относительно воды, при этом используются транспортеры с независимым изменением их положения относительно судна и кинематики движения. Техническим результатом, достигаемым в процессе реализации предложенного способа, является повышение маневренности судна. 3 ил.

Изобретение относится к области судостроения и может быть применено при создании новых движительно-рулевых колонок (ДРК). Движительно-рулевая колонка со встроенной системой комплексного мониторинга содержит неподвижное основание, поворотный баллер с обтекаемой гондолой и угловой редуктор, а также дополнительно встроена система комплексного мониторинга, которая содержит подсистему формирования и передачи данных и сигналов с соответствующими датчиками, подсистему прикладной оценки текущего режима и технического состояния ключевых элементов движительно-рулевой колонки и центр обработки информации и коммуникации с внешними системами. В подсистему формирования и передачи данных и сигналов входят подсистема измерений крутящего момента в валопроводе, подсистема измерений усилий от гребного вала на корпус ДРК, подсистема измерений параметров вибрации элементов валопровода ДРК, подсистема измерений электрических и магнитных полей ДРК, подсистема измерений количества твердых примесей в масле, подсистема измерений количества воды в масле. Подсистема прикладной оценки текущего режима и технического состояния ключевых элементов движительно-рулевой колонки включает специализированные прикладные блоки оценки гребного винта и его отдельных лопастей, несущих элементов валопровода, изнашивающихся элементов валопровода, электрокоррозионных процессов в валопроводе. Центр обработки информации и коммуникации с внешними системами обеспечивает трансляцию данных, необходимых для принятия решений по оперативному изменению текущего режима работы ДРК и планированию мероприятий по техническому обслуживанию ДРК. Достигается обеспечение бортовых информационно-управляющих систем объективной информацией и использование для безопасного управления судном и планирования технического обслуживания ДРК. 1 ил.

Изобретение относится к области судостроения, а именно к судовым движителям с уменьшенным уровнем вибрации и излучаемого шума. Судовой движитель содержит ступицу, лопасти и прокладку из вибродемпфирующего материала между ними. Лопасти имеют комель на продолжении наружной профилированной части лопасти, который расположен за пределами натекающего потока и используется для крепления, например болтами, лопасти к ступице длиной не менее 13 полной длины лопасти и толщиной не более максимальной толщины наружной части лопасти. Узел крепления лопасти к ступице содержит ограничители перемещения лопасти, например шайбы, размер которых равен толщине прокладки из вибродемпфирующего материала, размещенной между ступицей и комлем. Достигается снижение уровня вибрации лопастей и излучаемого шума при работе движителя. 9 з.п. ф-лы, 10 ил.

Наверх