Гребний вал і його робота, механізми лінії вала катера, як влаштовано спортивне судно, ремонт

Гребний вал і його робота

Спортивні, навчальні та гоночні моторні судна мають в якості рушіїв майже виключно гребні гвинти. Призначення рушія - створення за рахунок енергії (потужності), що отримується від двигуна, наполегливої ​​тиску (упору), долає опір води руху судна.

Гребний гвинт являє собою реактивний рушій, оскільки розвивається їм упор створюється реакцією мас води, що відкидаються гребним гвинтом в напрямку, протилежному напрямку руху судна.

Конструктивно гребний гвинт (рис. 144) складається з маточини 1 і розташованих на ній лопатей 2. Та частина лопаті, яка з'єднується з маточиною, називається коренем лопаті.

Мал. 143. Валопроводи катерів: А - Валопроводи швидкохідного катера з кронштейном гребного валу: 1 -полумуфта для приєднання гребного валу до вихідного валу двигуна; 2-гребний вал; 3-кронштейн гребного валу; 4-гребний гвинт; .5-обтічник гребного гвинта; 6-дейдвудних труба; 7-дюрітових з'єднання; 8-сальник дейдвуда; 9-втулка сальника; 10-пружина сальника; 11 -кронштейн для кріплення сальника; 12-грундбукса; 13-фланець вихідного вала Б - Валопроводи тихохідного катера з опорами гребного валу в дейдвуда корпусу катера: 1 -гребной вал; 2-сальник дейдвуда; 3-дейдвудних труба; 4-гребний гвинт; 5 обтічник; 6 -гумові підшипники; 7-шпора

Мал. 144. Типи катерних гребних гвинтів і перетину їх лопатей: а-сегментна форма; б-авіаційна (каплевидная) форма

Поверхня лопаті 3 звернену вперед до носа судна, називають засмоктує. Протилежна, звернена назад, поверхня 4 лопаті називається нагнітаючої. Загострена грань сполучення цих двох поверхонь, що є контуром лопаті, носить назву кромки лопаті. Що входить кромкою називається кромка, спрямована в бік переміщення лопаті при обертанні гвинта. Протилежну кромку називають виходить.

Поверхні лопатей утворені з гвинтових поверхонь більш-менш складної конфігурації.

До основних геометричними характеристиками гребних гвинтів відносяться: діаметр гвинта, крок гвинта, число лопатей, напрямок обертання, ширина лопаті, площа лопатей, форма і товщина перерізу лопатей, діаметр маточини.

Діаметром гребного гвинта називається діаметр окружності, описуваної тими точками кромок лопатей гвинта, які найбільш віддалені від осі обертання гвинта.

Кроком гребного гвинта називається шлях, на який просунувся б гребний гвинт за один оборот, якби він обертався не в воді, а в жорсткій гайки.

Багато гребні гвинти мають крок, різний в різних ділянках лопаті. У таких гвинтів основною характеристикою прийнято вважати деякий середній крок, наприклад вимірюваний на радіусі, рівному 0,7 повного радіусу гвинта.

Число лопатей у гребних гвинтів, що застосовуються на спортивних моторних судах, зазвичай 2 або 3, іноді їх буває 4.

Гребні гвинти діляться на праві і ліві - у напрямку обертання. Правим називається гвинт, який обертається на передньому ходу за годинниковою стрілкою, якщо дивитися на гвинт з корми в ніс судна. Гребний гвинт, який в цих же умовах обертається проти годинникової стрілки, називається лівим.

Мал. 145. Проектування лопатей гвинта на площину

Ширина лопаті вимірюється від вхідної до вихідної кромки лопаті на одному і тому ж радіусі. Основною характеристикою ширини лопаті зазвичай приймають ширину, виміряну на радіусі, рівному 0,7 повного радіусу гвинта.

Для характеристики гребного гвинта і його роботи велике значення має також дисковий ставлення, т. Е. Ставлення площі проекції всіх лопатей гвинта на площину, перпендикулярну осі обертання гребного гвинта (рис. 145), до площі диска, відмітає гвинтом, т. Е. Площі окружності діаметра, рівного діаметру гребного гвинта.

Перетину лопатей гребних гвинтів мають форму кругових сегментів або форму перерізів крила літака (авіаційні профілі) або спеціальні клиновидні профілі, що застосовуються для гвинтів особливо швидкохідних, гоночних мотосудов з вельми високими числами оборотів гребного валу.

Найбільша товщина сегментного профілю знаходиться на 1/4 ширини перерізу; у авіаційних профілів найбільша товщина розташовується на відстані близько 1/3 ширини перерізу від вхідної кромки; у клиноподібних профілів найбільша товщина зміщена до виходить кромці лопаті.

Крім форми (профілю) перетину лопаті, для характеристики істотна її відносна товщина, т. Е. Ставлення найбільшої товщини профілю лопаті до ширини. Для забезпечення міцності лопаті відносна товщина її профілю робиться найбільшою у кореня (до 0,2-0,25) і зменшується до кінця лопаті до повного загострення, т. Е. До абсолютної величини 0,02-0,05 мм.

Діаметр маточини гребного гвинта зазвичай знаходиться в межах 1,8-2,0 діаметрів гребного валу, але водночас не повинен перевищувати 0,15-0,20 діаметра гребного гвинта.

Гребний гвинт при роботі зі створення упору корисно перетворює в упор лише частина енергії, одержуваної від двигуна. Це неминуче пов'язане з марною витратою енергії на закручування потоку, тертя, утворення вихрів, що збігають з кінців лопатей, і т. Д. У зв'язку з цим потужність працює на гребний гвинт двигуна моторного судна завжди більша за ту корисної потужності, яку гребний гвинт віддає на рух судна.

Ставлення корисної потужності, яку гребний гвинт віддає у вигляді упору, що рухає судно, до потужності двигуна, що передається через гребний вал на обертання гребного гвинта, являє собою основну характеристику якості роботи (ефективності) гребного гвинта. Це відношення називається коефіцієнтом корисної дії (ККД) гребного гвинта.

У найкращих гребних гвинтів коефіцієнт корисної дії не перевищує величини 0,65-0,75, т. Е. Щонайменше 1/3 потужності двигуна судна марно втрачається. Однак у багатьох гребних гвинтів, які можуть вважатися задовільними, величина втрат близька до половини потужності, що витрачається двигуном на обертання гвинта.

Величина ККД гребного гвинта залежить головним чином від розрахункового вибору оптимальних (найвигідніших) співвідношень між потужністю двигуна, числом оборотів гребного гвинта, геометричними характеристиками гвинта (діаметром, кроком і площею лопатей) і швидкістю ходу моторного судна, максимально досяжної судном із заданим або обраним двигуном.

Розрахунок таких оптимальних співвідношень для гребного гвинта являє собою задачу досить значною труднощі. Крім того, для розв'язання якої необхідне знання таких величин, як, наприклад, опір води руху судна на різних швидкостях, вплив корпусу судна на характеристики потоку, що набігає на гребний гвинт, і т. Д.

Практично при будівництві спортивних мотосудов власними силами спортсменів або окремих колективів отримання таких даних є зазвичай неможливим. У цих випадках розрахунок гребних гвинтів для туристських і спортивних моторних судів виконується спрощеними, наближеними методами.

На туристських катерах зі швидкістю ходу до 15-20 км / год кращі результати дає установка гребних гвинтів з числом оборотів 600-1200 в хвилину. Нижня межа зазначеного числа обертів застосовують для гребних гвинтів катерів з меншими швидкостями або для відносно великих катерів з більш потужними двигунами, для яких потрібні гребні гвинти великих діаметрів.

Оптимальні числа обертів гребних гвинтів для вельми швидкохідних гоночних моторних суден зі швидкостями 70 км / год і вище досягають 4000-5000 оборотів в хвилину, а іноді виявляються навіть більш високими.

Вельми багатооборотні гребні гвинти найбільш швидкохідних, гоночних, мотосудов працюють в особливих умовах, характеризуються наявністю кавітації - скипання води на передній (зверненої до носа судна), що засмоктує поверхні лопатей. При цьому вода як би відривається від поверхні лопатей, утворюючи бульбашки, порожнечі ( "каверни"), що погіршують роботу гвинта, нерідко руйнують лопаті і приводять їх до ерозійного зносу. Саме для боротьби з кавітацією і її наслідками застосовуються лопаті з клиноподібним перетином.

Якщо уявити собі, що гребний гвинт обертається не в воді, а в твердому середовищі, як болт в гайці, то очевидно, що за один оборот він пересунувся б на величину геометричного кроку гвинта Н. Але в реальних умовах гребний гвинт обертається в рідкої податливою середовищі - воді, переміщаючись за один оборот на меншу відстань Л, яке називається ходою гребного гвинта. Різниця між геометричним кроком гвинта і ходою Н-h називається шляхом ковзання.

Шлях ковзання Н-h, віднесений до геометричного кроку гвинта H. називається коефіцієнтом ковзання S = (Н-h) / H

Очевидно, що швидкість судна v = h * n, де n - число обертів гребного гвинта. Наведене вище вираз для коефіцієнта ковзання 5 може бути легко перетворено в більш зручне S = 1 V / Hh. де пов'язані легко вимірювані величини:

швидкість ходу судна, число обертів і геометричний крок гребного гвинта. Для гребних гвинтів спортивних і туристських мотосудов величина S зазвичай знаходиться в межах 0,1-0,2, причому велика величина S відноситься до більш тихохідним судам.

Маючи розрахункову (очікувану) швидкість ходу мотосудна і число обертів гребного валу і задавшись величиною S, можна, перетворивши наведене вище вираз, отримати приблизно величину геометричного кроку гвинта:

Н - крок гвинта в м,

v-швидкість ходу судна в м / сек,

п-число обертів гвинта в секунду,

S - відносне ковзання (коефіцієнт ковзання).

Зрозуміло, що таке визначення величини кроку гвинта є наближеним і не може вважатися розрахунком цієї найважливішої характеристики гребного гвинта.

Діаметр гвинта D, в загальному, збільшується зі збільшенням потужності двигуна і зменшується зі збільшенням числа обертів гребного гвинта. Величина кроку гребного гвинта повинна

лежати в межах від 0,8 до 2 D. Величина. звана кроковим ставленням, у гребних гвинтів спортивних і туристських мотосудов дорівнює 0,8-2 ^ 2. При цьому гвинти швидкохідних спортивних і гоночних мотосудов мають крокові ставлення більш високе, ніж гребні гвинти щодо тихохідних туристських або прогулянкових мотосудов.

Якогось простого співвідношення між діаметром гребного гвинта, його числом оборотів і потужністю двигуна, що працює на гвинт, не може бути встановлено, але для попередньої, вельми наближеною, оцінки діаметра гребного гвинта (трехлопастного) при відомій потужності двигуна і відомому числі оборотів в хвилину , з яким буде обертатися гребний гвинт, можна скористатися графіком, наведеним на рис. 146.

Для визначення діаметра гвинта за цим графіком слід знайти на нижній, горизонтальної, лінії число, відповідне числу оборотів гребного гвинта, і, рухаючись від цієї точки вертикально вгору, знайти точку перетину вертикальної лінії з похилою лінією, на якій вказано число, відповідне потужності двигуна. Проводячи через цю точку горизонтальну лінію до крайньої лівої чи правої вертикальної лінії, яка обмежує графік, знаходять па них число, що показує діаметр гребного гвинта. На рис. 146 дан приклад визначення діаметра гребного гвинта для моторного судна, що має двигун потужністю 30 л. е., що обертає гребний гвинт з числом оборотів, рівним 1200 на хвилину.

При цьому шуканий діаметр гребного гвинта вийде рівним 425 мм.

Виготовляються гребні гвинти з чавуну, латуні, бронзи, алюмінію, сталі і пластмас.

На спортивних мотосудах чавунні гребні гвинти застосовуються вельми рідко. Найкраще відливати гребні гвинти з міцних марок латуні, так як латунь легко відливається в форму, не кородує в морській воді, легко обробляється і полірується, добре зберігаючи полірування, що дуже важливо для гребних гвинтів швидкохідних мотосудов.

Мал. 146. Графік для визначення діаметра гребного гвинта

На спортивних мотосудах з двигунами відносно малій потужності і на підвісних човнових моторах часто встановлюють гребні гвинти з алюмінію. При цьому перетині лопаті біля кореня роблять відносно більш товстими, ніж у таких же латунних гвинтів. Алюмінієві гребні гвинти прості в литві і легко обробляються. Литі сталеві гребні гвинти на спортивних мотосудах не використовуються через труднощі їх виготовлення. Деякий застосування на таких судах знаходять зварні сталеві гребні гвинти, маточини яких виточуються зі сталевої поковки. Лопаті вирізують з листової сталі, кромки лопатей загострюють. Потім лопаті згинають по шаблонах. Заготовки лопатей приварюють до маточини, після чого обпилюють і вивіряють.

Часто виникає необхідність в обмір виготовленого гребного гвинта, наприклад, для встановлення його характеристик, перевірки рівності кроки кожною з лопатей і т. Д. Робиться це в такий спосіб (рис. 147).

Підлягає обміру гребний гвинт поміщають строго горизонтально на креслярську дошку або рівний лист фанери, так, щоб вісь маточини гвинта точно збіглася з центром попередньо накресленої на дошці окружності, що має діаметр близько 0,7 діаметра обміряли гребного гвинта. Потім вимірюють косинцями, як показано .на малюнку, висоти а й b кромок лопаті в точках, що лежать точно над накресленої на дошці окружністю. При цьому на згаданій окружності відзначають точки А і В, від яких вимірювали висоти а й Ь.

Мал. 147. Вимірювання кроку готового гребного гвинта.

Далі гвинт знімають з дошки, прокреслюють на ній центральний кут а й вимірюють транспортиром величину цього кута в градусах. За отриманими величинам а, а й в обчислюють крок гребного гвинта (для обміряли лопаті) за формулою:

і H = 360 * (a-b) / a. де а

Н-крок гвинта (лопаті),

а - висота кромки лопаті від поверхні дошки (велика),

в - висота кромки лопаті від поверхні дошки (менша),

а - величина кута АОВ в градусах.

Слід зазначити, що величина кроку окремих лопатей гребного гвинта не повинна відрізнятися більш ніж на 0,01 величини кроку Н.

Крім описаних вище звичайних гребних гвинтів з незмінним (фіксованим) кроком, в суднобудуванні отримують все більше і більше широке поширення гвинти регульованого кроку (ГРК).

На катерах в даний час ГРК застосовуються відносно рідко, але в подальшому можна очікувати велику їх поширення, так як, змінюючи положення лопатей, можна отримувати передній і задній хід судна, а також зупиняти судно, що не реверсіруя двигуна. Крім того, змінюючи величину кроку, можна забезпечити найвигідніші умови роботи гребного гвинта для різних випадків навантаження, швидкості ходу і т. Д. Нескладна конструкція гвинта регульованого кроку для катера показана на рис. 148. Вона складається з пристрою, безпосередньо передає зусилля від обертання маховика управління 1 механізму 2, в ступиці гвинта, яким здійснюється поворот лопатей 3 при поздовжньому переміщенні штанги 4, що проходить всередині свердління полого гребного валу. Зліва внизу показано положення "верхньої" лопаті при передньому ході (п. Х.), Задньому ході (з. Х.) І правом обертанні гребного валу. Така конструкція може застосовуватися на невеликих і середніх катерах з двигунами потужністю до 70-100 л. с. і з відносно невеликою швидкістю (до 20-25 км / год).

Мал. 148. Гребний гвинт регульованого кроку (ГРК) для катера

Більш досконалі ГРК, у яких поворот лопатей здійснюється гідравлічним або механічним приводом з керуванням електродвигуном або за рахунок відбору потужності від гребного валу, можуть застосовуватися на катерах всіх типів і швидкостей Хода, крім особливо швидкохідних (гоночних), де використовувати BPLL1 немає необхідності, так як через збільшеного діаметру маточини ККД таких гвинтів все-таки трохи нижче ККД звичайного гвинта, спеціально розрахованого на один режим максимальної швидкості.

Засоби для чищення катерів