НИЗКООБОРОТНЫЙ ГРЕБНОЙ ВИНТ
LOW-RPM PROPELLER SCREW

Изобретение относится к области судостроения, касается вопросов разработки и создания нетрадиционных гребных винтов и может быть использовано на всех судах и кораблях морского и речного флотов.
Известен винт регулируемого шага (ВРШ) с поворотными лопастями (см. Русецкий А.А. «Гидродинамика винтов регулируемого шага». - Л.: Судостроение, 1968 г.). Конструкция этого гребного винта позволяет устанавливать лопасти в разное положение на ступице в зависимости от режима работы и на выбранном режиме ВРШ работает как оптимальный винт фиксированного шага, обеспечивающий эффективное использование мощности двигателя.
К недостаткам ВРШ следует отнести несколько меньший КПД, чем у винта фиксированного шага из-за относительно большего диаметра ступицы (0,35 D, где D - диаметр винта) вследствие необходимости размещать в ней механизм поворота лопастей, сравнительно высокую его стоимость изготовления, большие затраты, связанные с установкой ВРШ на судне. Кроме того, из-за возможности утечки масла из поворотного механизма возникает опасность экологического загрязнения окружающей среды.
Известен гребной винт (ГВ), в котором предусмотрена возможность свободного перемещения лопастей относительно ступицы. Его лопасти крепятся на ступице подвижно и на заданном режиме работы могут свободно перемещаться независимо друг от друга, например, в плоскости диска движителя, и в зависимости от режима работы устанавливаться сами в некоторое положение на ступице вследствие взаимно противоположного действия гидродинамических и инерционных моментов относительно шарниров, крепящих лопасти на ступице. Использование такого крепления лопастей позволяет несколько снизить диаметр ступицы (до 0,29 D) по сравнению со ступицей ВРШ и благодаря этому повысить КПД движителя. Причем за счет возможного изменения положения лопастей на ступице обеспечивается некоторое расширение диапазона режимов работы движителя, в котором допустима эффективная переработка мощности.
Известен также гребной винт (см. патент РФ 2244657), позволяющий добиться использования полной мощности двигателя в потребном на практике диапазоне скоростей. Указанный ГВ имеет ступицу в виде гильзы, в которую помещены комли лопастей, установленных шарнирно с возможностью изменения шага гребного винта путем поворота каждой лопасти вокруг оси, не совпадающей с осью ГВ и радиально отстоящей от нее. Лопасти имеют угол поворота вокруг оси, отстоящей от оси гребного винта, равный 0-30°, плоскость поворота каждой лопасти наклонена к плоскости диска ГВ на угол 0-20° - прототип.
Однако существенным недостатком такого ГВ является неэффективная его работа на малых оборотах движителя. Причина этого заключается в том, что при указанных оборотах и свободном креплении лопастей к ступице появляется дисбаланс ГВ из-за значительного перемещения лопастей относительно ступицы под действием их веса. Вследствие этого не представляется возможным добиться оптимальных параметров тяговых характеристик ГВ, а следовательно, и использования полной мощности двигателя.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение тяговых характеристик ГВ в широком диапазоне режимов движения судна, оборудованного двигательной установкой с низкой частотой вращения гребного вала (n<80 об/мин), а следовательно, повышение КПД ГВ.
Это достигается тем, что ступица оснащена подвижно установленным замкнутым по кругу вкладышем, а в комле каждой лопасти имеются штоки, установленные со смещением от оси ГВ. Во вкладыше ступицы под указанные штоки образованы ответные гнезда, имеющие продолговатую форму в плане ГВ. При этом геометрическая ось штоков комлей лопастей ориентирована по направлению геометрической оси, вокруг которой происходит поворот лопастей в процессе работы.
Выполнение гнезд под штоки продолговатой формы в поперечном сечении в плане ГВ обеспечивает совместное перемещение лопастей на ступице при изменении режима работы ГВ и благодаря этому компенсацию усилий со стороны веса лопастей и гидродинамической нагрузки. Это позволяет исключить нежелательную дисбалансировку и достичь наиболее благоприятного использования мощности двигателя на малых оборотах.
Помещение в ступицу ГВ вкладыша подвижно позволяет связать лопасти и при перемещении самого вкладыша вокруг оси ступицы обеспечить изменение положения лопастей на одинаковое угловое смещение.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено поперечное сечение ГВ, на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1 и на фиг.3 - поперечное сечение ГВ в противоположном крайнем положении лопасти по отношению, показанному на фиг.1.
Лопасти 1 ГВ, имеющего ступицу 2 в виде гильзы, в которой размещены комли 3 лопастей 1, установлены шарнирно с возможностью изменения шага ГВ путем поворота вокруг оси 4, которая радиально смещена от оси 5 гребного винта и геометрическая ось которой не совпадает с последней.
В ступицу 2 ГВ (фиг.1-3) подвижно помещен вкладыш 6, охватывающий по кругу внутреннюю часть ступицы. В комлях 3 лопастей 1, допускающих поворот относительно осей 4, имеются штоки 7, непосредственно входящие в зацепление с вкладышем 6 и стопорящие лопасти 1 в крайних положениях перемещений, и установленные со смещением от оси ГВ 5. Во вкладышах 6 ступицы 2 под упомянутые штоки 7 образованы ответные гнезда 8, имеющие продолговатую форму в поперечном сечении (в виде канала), через которые штоки 7 комлей 3 лопастей 1 входят в зацепление с вкладышами 6.
Работа ГВ происходит следующим образом. В процессе работы ГВ на него действуют два вида переменных сил: гидродинамические и силы веса лопастей 1. Из-за наличия вкладыша 6 и штоков 7 комли 3 лопастей 1 (фиг.1) связываются в единую систему так, что суммарное переменное усилие от веса лопастей ГВ, действующее на указанную (связывающую) систему, взаимно компенсируется. В результате при вращении ГВ нет перемещений каждой лопасти относительно ступицы за оборот вследствие ее веса.
При изменении же режима работы ГВ, в процессе его вращения изменяется действующая на лопасти нагрузка и они самоустанавливаются в новое положение на ступице путем поворота вокруг своих осей 4 на одинаковый угол (фиг.3). При этом взаимная компенсация веса лопастей не нарушается и дисбалансировки ГВ, обусловленной весом лопастей, не происходит, вследствие чего повышается его КПД и сохраняется высокая эффективность его работы.