Гребной винт Гермова
GERMOV PROPELLER SCREW

Область техники
Изобретение Гребной винт Гермова относится к судостроению, где используется в качестве движителя судна, а также может быть использовано для лопастей ветрогенераторов, гидротурбин, бытовых вентиляторов и других устройств.
Уровень техники
Известны гребные винты с фиксированным шагом различных производителей: винты с прогрессивным шагом, винты аксиально-радиально-переменного шага, например, VEEMSPORTFISH SERIES, MAP Mark-W и другие (Фиг. 9, 10).
Известно техническое решение гребной винт патента Российской Федерации под номером RU 2108265 С1 (Фиг. 11). За счет ступицы, содержащей лопасти выпукло-вогнутого сечения с винтовой поверхностью, чашеобразной формы, у которых угол наклона к оси винта монотонно уменьшается по мере удаления от оси, при этом винтовая поверхность лопастей имеет форму параболы. Вращение этого винта позволяет повысить тягу за счет принудительного направления захваченной лопастями воды вдоль оси винта. Недостатками этого гребного винта являются расширяющие рассеянные струи во внешнее пространство, не в полной мере вовлечена дополнительная масса воды и присоединения потоков созданного центробежной силой, что снижает эффективность тяги.
Наиболее близким к заявленному изобретению является гребной винт конструкции Землякова (РФ №2279992). Гребной винт содержит установленные на ступице осесимметричной формы гребные плоскопрофильные лопасти, каждая из которых выполнена с торцевым гребнем (Фиг. 12). Каждый из этих торцевых гребней соединен с соответствующей лопастью с возможностью изменения фиксируемого угла между его рабочей поверхностью и рабочей поверхностью этой лопасти от 180° до 0°.
Существенными недостатками винта является сложность конструкции и малый КПД. Не решает проблемы концевых вихрей.
Раскрытие изобретения
Изобретение Гребной винт Гермова предназначено для решения технической задачи повышения тяги винта.
При работе винта вода не разбрасывается по сторонам, а направляется только по спирали назад.
Совокупность существенных признаков Характерными особенностями заявляемого винта являются:
- геометрическая форма лопастей, преобразующих окружные скорости в упор, отсутствие перелива через края лопастей, отсутствие концевых вихрей (Фиг. 13, 15);
- увеличенная прочность лопастей из-за спиралевидной формы.
В первом «варианте» упор определяется размерами лопасти. Рабочей является внутренняя поверхность кольца. Кольцевые лопасти расположены вокруг ступицы в виде тонкостенных фрагментов труб. Входные и выходные кромки параллельны друг другу.
Во втором «варианте» упор определяется размерами сильновогнутой рабочей поверхности лопасти, направленной в сторону вращения, и спирально закрученной вокруг ступицы, а также верхним краем лопасти, направленным навстречу потоку воды. Верхний край лопасти разделяет набегающий поток воды и направляет часть его на внутреннюю нагнетающую поверхность лопасти одновременно по всей длине лопасти. Входные и выходные кромки перпендикулярны оси винта.
В третьем «варианте» упор определяется размерами лопасти и расположением краев полукольца. Рабочей является внутренняя поверхность края лопасти. Края полукольца лопасти параллельны и расположены под углом к оси винта.
Сущность изобретения поясняется фигурами 1-16:
Фиг. 1(а, б) - 3D модель винта с кольцевыми лопастями;
Фиг. 2 - 3D модель винта с полукольцевыми лопастями (вариант 2);
Фиг. 3 - 3D модель винта с полукольцевыми лопастями (вариант 3);
Фиг. 4 - чертеж винта с кольцевыми лопастями (вариант 1);
Фиг. 5 - чертеж винта с полукольцевыми лопастями (вариант 2);
Фиг. 6 - чертеж винта с полукольцевыми лопастями (вариант 3);
Фиг. 7 - реальный винт с полукольцевыми лопастями (вариант 2);
Фиг. 8 - реальный винт с кольцевыми лопастями (вариант 1);
Фиг. 9 Гребной винт VEEMSPORTFISH SERIES;
Фиг. 10 Гребной винт MAP Mark-W;
Фиг. 11 Гребной винт патент RU 2108265 С1;
Фиг. 12 Гребной винт конструкции Землякова (РФ №2279992);
Фиг. 13 Концевые вихри обычного винта;
Фиг. 14 Трубка тока обычного винта;
Фиг. 15 Образование вихрей на гребном винте;
Фиг. 16 Стандартные гребные винты Tohatsu.
Осуществление изобретения
Поставленная задача решается особой конструкцией формы лопастей.
В первом «варианте» поперечный разрез лопасти имеет вид кольца. Отсутствие перелива через край лопасти внутри кольца создает увеличенный упор. За счет вращения вокруг своей оси «работает» также и боковая поверхность кольцевой лопасти, обращенная в сторону вращения. Получаются две нагнетающие и две засасывающие поверхности у одной лопасти (фиг. 1).
Во втором «варианте» поперечный разрез лопасти имеет форму полукольца, вогнутой стороной в направлении вращения. Лопасти имеют сильновогнутую нагнетающую поверхность постоянной ширины от корня до верхнего края на всем протяжении. Входящие и выходящие кромки одинаковы. Расстояние между краем и корнем равно диаметру полукольца. Край лопасти незначительно удлинен и лежит на поверхности воображаемого цилиндра с радиусом как у винта. Вода, сдвигаемая корнем и концом лопасти внутрь нагнетающей стороны, концентрируется в середине лопасти и, за счет вращения винтовой поверхности лопасти, направляется вдоль оси без перелива через край лопасти, как если бы она двигалась в трубе по спирали (фиг. 2).
В третьем «варианте» полукольцевая лопасть расположена на ступице так, что ее края наклонены под углом атаки и лежат на ступице вдоль оси винта, верху края лопасти соединяется полукольцом. Плоскости входной и выходной кромок проходят через ось винта (фиг. 3).
Гребной винт работает следующим образом.
При вращении винта вокруг своей оси с продвижением по ходу судна происходит смещение потока воды по спирали назад. Фиг. 14, 15 поясняет образование свободных вихрей на обычных винтах.
В первом «варианте» поток воды захватывается внутренней частью кольца лопасти, создавая трубку тока. Кольцо не дает воде образовать концевые вихри. Кольцевые лопасти расположены под углом атаки вокруг ступицы в виде тонкостенных фрагментов труб, закрученных по спирали вокруг ступицы (фиг. 1).
Во втором «варианте» при вращении винта верхний край лопасти одновременно по всей ее длине смещает весь захваченный объем воды к середине лопасти и назад вдоль оси вращения для создания упора. Такая форма препятствует переливу потока воды через край лопасти и образованию свободных вихрей (фиг. 2).
В третьем «варианте» трубка тока создается полукольцом лопасти. Конструкция лопасти позволяет увеличивать диаметр винта без увеличения ширины полукольца (фиг. 3).
Изготовлены опытные образцы (фиг. 5, 6). Были проведены сравнительные ходовые испытания стандартных винтов (фиг. 16) и заявляемых. У заявляемых винтов увеличение скорости составило от 20 до 40% при равном количестве оборотов.
«Варианты» 1 и 3 имеют одинаковую тягу вперед-назад. Форма лопастей способствует удержанию винтом своего направления под водой (вертикальная устойчивость).
Технико-экономическим преимуществом заявляемого гребного винта является увеличение упора и повышение скорости судов при одинаковых значениях мощности двигателя, уменьшение расхода топлива.
Может быть изготовлено литьевым способом, на прессовом и сварочном оборудовании, на многокоординатном станочном оборудовании.