ГРЕБНОЙ ВИНТ
PROPELLER SCREW

Изобретение относится к области судостроения, а именно к конструкции гребных винтов.
Известен гребной винт, содержащий ступицу, на которой размещены лопасти с нагнетающими и всасывающими поверхностями. На поверхностях лопастей гребного винта выполнены канавки с поднутрением, в которых установлены вставки из материала с высокими демпфирующими способностями (патент России №2387572, В63Н 1/26), благодаря чему достигается снижение шумовых характеристик гребного винта.
Известен гребной винт, содержащий ступицу, с плоскими лопастями, на которых с целью уменьшения сопротивления потоку жидкости выполнены поперечные открытые вырезы (патент России №2390463, В63Н 1/14). Винт имеет довольно низкий КПД и повышенные шумовые характеристики.
Известен гребной винт, содержащий ступицу, на которой размещены лопасти с нагнетающими и всасывающими поверхностями (патент России 2244657, В63Н 3/00, 2005 г.) - прототип.
Известное устройство имеет существенные потери энергии, поскольку часть энергии двигателя судна уходит на трение (взаимодействие) между жидкостью и рабочими поверхностями лопастей.
Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является снижение рассеяния энергии между взаимодействующими поверхностями, а следовательно, и потерь энергии двигателя судна.
Технический результат достигается тем, что гребной винт содержит ступицу, на которой размещены лопасти с нагнетающими и всасывающими поверхностями, на всасывающей и нагнетающей поверхностях лопастей выполнены радиально расположенные глухие отверстия в форме усеченного шара со смещением друг относительно друга в поперечном сечении, причем глубина отверстий Н имеет диапазон 0,7D<H<0,8D, где: D - диаметр отверстия, при этом диаметр отверстий плавно уменьшается в соответствии с уменьшением толщины лопасти. Внутренняя поверхность отверстий покрыта материалом с минимальным коэффициентом трения и высокой стойкостью к действию агрессивных сред, например полимерным материалом.
Технический результат достигается за счет того, что в каждом отверстии создается замкнутый водоворот, диаметр которого равен диаметру отверстия. Часть водоворота выступает за пределы лопасти и контактирует с жидкостью, которая движется по рабочей поверхности лопасти, приподнимая ее над поверхностью лопасти. Направление вращения жидкости в отверстии совпадает с направлением движения жидкости по рабочей поверхности лопасти. В результате взаимодействие скольжения жидкость - металл заменяется на взаимодействие качения жидкость-жидкость, при этом энергия двигателя, затрачиваемая на трение (рассеяние энергии), значительно снижается.
На фиг.1 представлен общий вид гребного винта; на фиг 2 - вид винта перпендикулярно продольной оси; на фиг.3 - продольный разрез лопасти; на фиг.4 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.5 - иллюстрация взаимодействия потока жидкости с отверстием лопасти.
Гребной винт содержит ступицу 1, на которой размещены лопасти 2 с нагнетающими 3 и всасывающими 4 поверхностями, на которых выполнены радиально расположенные глухие отверстия 5, со смещением друг относительно друга в поперечном сечении. Отверстия 5 выполнены в виде усеченного шара. Глубина отверстий Н выбирается в диапазоне 0,7D<H<0,8D, где: D - диаметр отверстия.
Диаметр отверстий плавно уменьшается в соответствии с уменьшением толщины лопасти. Внутренняя поверхность отверстий 5 покрыта, например, методом напыления материалом с минимальным коэффициентом трения и высокой стойкостью к действию агрессивных сред.
Устройство работает следующим образом.
В состоянии покоя отверстия 5 в лопастях заполнены жидкостью. В процессе вращения гребного винта, поток 6 жидкости, скользящий по рабочим поверхностям лопастей 2 закручивает жидкость в отверстиях 5, создавая в них замкнутый водоворот. Скорость вращения жидкости в отверстиях зависит от скорости омывающего потока 6 и диаметра отверстий 5. Водовороты выступают над поверхностями лопастей 2, в результате чего омывающие потоки жидкости контактируют не с поверхностью лопастей 2, а с выступающими частями водоворотов. Направление вращения жидкости в отверстии 5 совпадает с направлением потока 6 жидкости по рабочей поверхности лопасти 2. В результате взаимодействие скольжения жидкость - металл, заменяется на взаимодействие качения жидкость-жидкость, при этом энергия двигателя, затрачиваемая на трение (рассеяние энергии) значительно снижается. Радиальное расположение отверстий 5 позволяет создать заявляемый эффект взаимодействия по всей поверхности лопастей 2.
Поскольку скорость водоворота в отверстиях высокая, их внутренние поверхности не покрываются отложениями, моллюсками и т.д. Кроме того, внутренняя поверхность отверстий 5 покрыта (например, методом напыления) полимерным материалом с минимальным коэффициентом трения (взаимодействия с водой) и высокой стойкостью к действию агрессивных сред, например фторопластом, полипропиленом, поликарбонатом и др.
Полимерный материал обладает высокими демпфирующими способностями, он будет также снижать вибрации винта при работе, тем самым уменьшится шумность судна и снизятся потери энергии главного двигателя.
В диапазоне 0,7D<H<0,8D жидкость, находящаяся в отверстии, контактирует с омывающим потоком и, не срываясь, возвращается в отверстие, т.е. не происходит уноса жидкости из отверстия. При H<0,7D выступающий над поверхностью лопасти водоворот частично уносится омывающим потоком жидкости; при H>0,8D выступающая над поверхностью лопасти часть водоворота имеет незначительную площадь контакта с омывающим потоком и эффект взаимодействия существенно снижается.