Гребний гвинт маломірних суден

Гребний гвинт - пристрій, що перетворює обертання вала двигуна в упор - силу, що штовхає судно вперед. Він складається з маточини і кількох (дві і більше) лопатей. Лопать суднового гребного гвинта являє собою гідродинамічний профіль, що працюють під певним кутом нахилу до водного потоку, відкидаючи його і створюючи таким чином упор. Лопать име вхідну і вихідну кромки і робочу (нагнітаючу) поверхню. Фізична суть робіт гребного гвинта досить проста - при обертанні на поверхні його лопатей, звернений убік руху судна утворюється розрідження, а звернених назад - підвищений давлен води. Різниця тисків створює силу, одна зі складових якої і рухає судно вперед.

Упор в великій мірі залежить від кута атаки профілю лопаті. Оптимальне значення цього кута для швидкохідних катерів 4 - 8 °. Основні поняття при розгляді теми і характеристик гребного гвинта:

Крок гребного гвинта - геометричне переміщення (відстань) будь-якої точки лопаті вздовж осі за один повний оберт гребного гвинта за умови, що він робить його в умовно твердому середовищі.

Діаметр гвинта - діаметр окружності в яку вписані випрямлені лопаті гребного гвинта (рис. 124).

Мал. 124. Крок, діаметр гребного гвинта: 1 - один оборот; 2 - номінальний крок; 3 - діаметр.

Крокові відношення - відношення кроку гвинта до діаметру.

Дисковий ставлення - ставлення площі спрямлених лопатей (без маточини) до площі диска, діаметр якого дорівнює діаметру гребного гвинта (ріс.126).

Мал. 126. Гребні гвинти з різним дисковим ставленням q: а- # +1256; = 0,3; б - # +1256; = 0,4; в - # +1256; = 0,5; г-# тисячу двісті п'ятьдесят шість; = 0,6.

Крокові і дисковий відносини є основними параметрами гідродинамічних характеристик гребного гвинта, від яких залежить ступінь використання потужності двигуна і досягнення максимально можливої ​​швидкості судном. Кожному гребного гвинта конкретного розміру і фіксованого кроку властива своя гвинтова характеристика. В принципі, для кожного корпусу судна і двигуна повинен підбиратися свій оптимальний гребний гвинт. Процес розрахунку гребного гвинті складний і базується на використанні існуючих графіків і діаграм визначення діаметра і кроку гвинта в залежності від потужності на валу. Для малих навантажень і великих швидкостей зазвичай вибирається дволопатеве гребний гвинт, для нормальних навантажень (на катерах) - трилопатевої, для великих навантажень і малих швидкостей - чотирилопатевий.

Застосування пятилопастного гребного гвинта значно зменшує вібрацію. Ковзання гвинта - явище, що виникає при роботі гребного гвинта у водному середовищі під навантаженням, являє собою різницю між розрахунковим кроком гвинта і фактично пройденою відстанню за один оборот. Ковзання майже ніколи не буває менше 15% кроку гвинта, в більшості випадків дорівнює 30%, іноді - близько 45-50% кроку гвинта. Коефіцієнт корисної дії (ККД) гвинта - відношення корисно використовуваної потужності до витраченої потужності двигуна, залежить, в основному, від діаметра і частоти обертання гвинта. ККД є оцінкою ефективності роботи гребного гвинта, його максимальна величина може досягати 70-80%, на малих судах 45-50%. Знати ККД гвинта необхідно для виробництва розрахунків проектованої швидкості судна. ККД гребних гвинтів розраховується також за численними графіками і діаграмами, основою яких служить коеффіці потужності (коефіцієнт навантаження) - відношення твори потужності двигуна, відданих гвинта, на частоту його обертання до поступальної швидкості гвинта в попутному потоці. Більшість гребних гвинтів працює з коефіцієнтами навантаження в межах від 1 до 10. Структура коефіцієнта навантаження показує, що до високого ККД гребного гвинта приводять невелика мої ність двигуна, низька частота обертання і висока швидкість. Напрямок обертання гребені гвинта (рис. 125) в судноводінні (праве - за годинниковою стрілкою, ліве - проти годинникової стріл »встановлюють дивлячись з корми в ніс при роботі гвинта на передній хід і визначають тільки так переднього ходу.

Мал. 125. Гребні гвинти правого і лівого обертання

Кавітація - явище "закипання" води і утворення бульбашок пари на заа Сива стороні лопаті гвинта. При руйнуванні бульбашок створюються величезні місцеві так; лення, що є причиною викришування лопаті. При тривалій роботі ці зруйновані досягають великих величин, позначаються негативно на роботі гвинта. Друга стадія га тації - виникнення на лопаті суцільний каверни, яка іноді може замикатися навіть) її межами. Створюваний гвинтом упор падає через різке збільшення лобового сопротивл ня і спотворення форми лопатей. При зміні кроку і діаметра гвинта більше або міни оптимальних значень виникають моменти, коли двигун або не в змозі обертати гвинт більшою частотою оборотів (не розвиває номінальної потужності), або, навпаки, не тільки розвиває, але й легко перевищує значення номінальної частоти обертання коленвала, a оскільки упор гвинта малий - судно все одно не розвиває великій швидкості. У цьому випадку вступають в силу поняття легкий (важкий) гвинт, які також відносяться до числа гвинтових характеристик, про які було сказано вище.

Гребні гвинти виготовляють з бронзи, латуні, нержавіючої та вуглецевої сталі, чавуну. Для гребних гвинтів малих суден застосовують пластмасу. Металеві гвинти роблять литими з наступним доведенням (обробкою). Завдання обліку мінливого опору корпусу судна при зміні його навантаження і більш ефективного використання двигуна в цих умовах досить успішно вирішується застосуванням гребного гвинта змінного кроку (гвинт "мультіпітчі", не плутати з гвинтом регульованого кроку - ГРК). Маточина гвинта - металева, взаємозамінні лопаті - з поліащ них смол (останнім часом з них виготовлена ​​і маточина гвинта). Лопаті мають жорстко закріплені пальці (рис. 127), які проходять в отвори в торці носової частини маточини 6 входять в пази повідця 4, що має мірну шкалу. При повороті будь лопаті навколо її а відбувається синхронний розворот всіх лопатей в бік збільшення (зменшення) кроку гвинт Закріплення лопатей в обраному положенні здійснюється гайкою 3. Втулка 5 має вну ренній діаметр, рівний діаметру гребного валу двигуна. Від осьового переміщення в втілити гвинт фіксується гайкою 3 і стопорним гвинтом 8. Операція зміни кроку займає при навику 5 хв і не вимагає підходу до берега і зняття гвинта.

Мал. 127. Пристрій гребного гвинта - мультіпітчі: 1 - лопать; 2 - палець; 3 - стопорная гайка; 4 - поводок; 5 - втулка; 6 - носова частина маточини; 7 - кормова частина маточини; 8 - гвинт; 9 - шайба пружинна; 10 - штифт; 11 - обтічник маточини.

Гребні гвинти регульованого кроку відрізняються складністю пристрою, масивної маточиною і великою вартістю, оскільки розворот лопатей для зміни кроку гвинта у них виробляється дистанційно, в процесі роботи (обертання). Переваги ГРК: можливість використання повної потужності двигуна на різних режимах руху судна і отримання всього діапазону швидкостей без зміни напрямку і частоти обертання гребного валу; економія пального і збільшення моторесурсу двигуна. Недоліки ГРК: складність конструкції, зниження ККД двигуна через збільшеного розміру маточини і спотворення профілю лопатей при їх розвороті на проміжних режимах роботи, низька ефективність на задньому ходу. Для підвищення ККД гребного гвинта на важких водоизмещающих судах досить часто застосовується кільцева профилированная насадка (рис. 128), що являє собою замкнуте кільце з плоско-опуклим профілем. Площа вхідного перетину насадки більше площі вихідного, гвинт встановлюється в найбільш вузькому місці і з мінімальним (0,01 D гвинта) зазором між краєм лопаті і внутрішньою поверхнею насадки. При роботі гвинта засмоктуваний потік збільшує швидкість через зменшення прохідного перетину насадки, внаслідок чого зменшується ковзання гвинта. Додатковий упор створюється і на самій насадці (через обтікання водою подібно крилу).

Мал. 128. Кільцева профилированная насадка.