СУДОВОЙ ВИНТ

Полезная модель относится к движителям для надводного и подводного транспорта и может быть использована на кораблях и судах гражданского и военного назначения.
Известны судовые винты, выполненные в виде осесимметричного тела вращения, имеющие вдоль оси вращения цилиндрический вал со ступицей, на поверхности которого перпендикулярно установлены плоскопрофильные гребные лопасти, поверхности которых относительно плоскости вращения повернуты на определенный угол, что при вращении винта позволяет каждой лопасти, как наклонной поверхности, внедряться передней кромкой в массу воды и передвигать ее, обеспечивая этим реактивную силу кораблю вдоль оси вращения винта (см. журнал "Моделист-конструктор" №6, 1989 г., стр.28-29 или №11, 1988 г., стр.20 или №6, 1986 г.).
Недостатком известных судовых винтов является то, что при вращении винта, омывающая его вода не только смещается рабочими наклонными поверхностями лопастей вдоль оси вращения винта, но за счет создаваемой центробежной силы часть массы воды устремляется в радиальном направлении вдоль лопастей и в конце лопастей срывается с них, вдавливаясь в окружающую винт неподвижную массу воды, передавая ей кинетическую энергию, полученную при радиальном движении большой массы воды вдоль лопастей, снижая тем самым КПД работы винта.
Известен судовой винт, у которого концы всех лопастей отогнуты под прямым или иным углом к рабочей поверхности лопасти (см. А.С. СССР 37506, кл. В 63 Н 1/26, 1/28, опубл. 30.06.1934 г.).
Недостатком этого технического решения является то, что величина отогнутых концов лопастей, то есть их высота относительно плоскостей рабочих поверхностей не определена. А эта высота, при определенных ее значениях, может не только увеличивать тягу винта, но и уменьшать ее за счет увеличения гидравлического сопротивления таких лопастей винта.
Известен также судовой винт, содержащий установленные на ступице цилиндрической, эллипсоидной или другой осесимметричной формы гребные плоскопрофильные лопасти, имеющие передние и задние кромки, и торцовые оконечности (см. пат. РФ №2222470, кл. В63Н 1/26, В63Н 1/28, 2004 г.).
Недостаток этого технического решения - недостаточная эффективность действия судового винта из-за сравнительно невысокого значения его тяги, существенно зависящей от его диаметра и относительная сложность изготовления лопастей.
Решаемая техническая задача - повышение эффективности действия судового винта и упрощение процесса его изготовления.
Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи выражается в повышении тяги винта, снижении его лобового сопротивления, исключении разрушения винта при резком реверсе тяги. Кроме того, полностью исключено явление, при котором, часть массы воды устремляющаяся в радиальном направлении вдоль лопастей и в конце лопастей срывается с них, вдавливаясь в окружающую винт неподвижную массу воды, передавая ей кинетическую энергию, полученную при своем радиальном движении вдоль лопастей, снижая тем самым КПД работы винта.
Для решения поставленной задачи судовой винт, содержащий гребные плоскопрофильные лопасти, имеющие передние и задние кромки, и торцовые оконечности, установленные на ступице цилиндрической, эллипсоидной или другой осесимметричной формы, под углом, составляющим шаг винта, отличающийся тем, что плоскости гребных лопастей наклонены к продольной оси ступицы под углом меньшим 90 и больше 30 градусов, причем входящая кромка лопасти касается поверхности ступицы, при этом, торцовые оконечности гребных лопастей выполнены прямолинейными. Кроме того, шаговый угол, гребного винта составляет от 0 до 60 градусов, причем Кроме того, гребные лопасти выполнены в виде пластин симметричной формы, предпочтительно прямоугольных. Кроме того, гребные лопасти
выполнены в виде пластин несимметричной, например, саблевидной формы.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Признаки полезной модели обеспечивают решение поставленной технической задачи - повышение эффективности действия судового винта и упрощение процесса его изготовления.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид судового винта, вид спереди; на фиг 2. изображен его вид сбоку.
На чертежах показаны ступица 1, гребные лопасти 2, с входящей 3 и выходящей 4 кромками, торцовые оконечности 5 гребных лопастей, продольная ось 6 ступицы 1. Кроме того, стрелками показана схема движения воды, при ее взаимодействии с судовым винтом (движение засасывания 7 и движение выталкивания 8), зона 9 повышенной плотности, формируемая за выходящими кромками 4 лопастей 2.
При вращении судового винта гребные лопасти 2 захватывают набегающий поток и нагнетают его на ось судового винта за выходящую кромку 4. Этим действием за выходящей кромкой 4 создается зона повышенной плотности 9, в которую и упирается судовой винт.
Входящая 3 и выходящая 4 кромки гребных лопастей 2 выполнены обтекаемыми.
Диапазон изменения угла наклона лопастей к оси ступицы () принят меньшим 90 и больше 30 градусов. Фактически оптимальный диапазон угла наклона, выявленный в процессе серии модельных испытаний, строго определился в пределах , т.е. всего 15 градусов. Теоретически это объясняется следующим образом. При «» большем, чем 60 градусов угол наклона не компенсирует центробежное ускорение и поэтому набегающий поток разгоняется в радиальном направлении и, кроме того зона повышенной плотности отодвигается от судового винта, что значительно ослабляет положительный
эффект от нее. При «» меньшем, чем 45 градусов, эта зона наоборот «надвигается» на плоскость диска судового винта и лопасти начинают просто буровить уплотненную («тяжелую») воду, что резко увеличивает гидродинамическое сопротивление гребного винта и потому снижает его КПД, однако снижение КПД в пределах заявленного диапазона не является скачкообразным (до углов наклона меньших 30 градусов), что позволяет использовать винт и за пределами заявленного диапазона, хотя и со снижением его эффективности. В связи с этим, для исключения возможности «обхода» признаков заявленного изобретения, заявляется диапазон наклона плоскости гребных лопастей к продольной оси ступицы под углом меньшим 90 и больше 30 градусов.
Результаты модельных испытаний отражены в таблице 1. Здесь показатели оценены относительно, показателей конструкции винта в которой угол наклона лопастей к оси ступицы () равен 90 градусов. Шаговый угол составляет 10 градусов по всему диапазону угла наклона лопастей.
Таблица 1
Диапазон изменения угла наклона лопастей
Наименование показателя
Тяга винта
Лобовое сопротивление винта
Изгибающий момент при реверсе тяги
90
1,00
1,00
1,00
80
1,02
0,97
0,985
70
1,12
0,95
0,94
60
1,25
0,85
0,87
55
1,40
0,80
0,82
50
1,38
0,75
0,77
45
1,23
0,69
0,71
40
1,08
0,62
0,64
30
1,01
0,57
0,5
20
0,97
0,45
0,34
Шаговый угол винта определяется конкретными условиями эксплуатации судна и его характеристиками (например, скоростью (хода) и частотой вращения винта и т.п.) и может лежать в пределах от 0 до 60 градусов. Диапазон изменения этого параметра соответствует известным, полученным из опыта эксплуатации гребных винтов известных конструкций.
В режиме реверсирования и маневрирования в практически значимом диапазоне скоростей судовой винт работает без существенных отклонений. При этом, изгибающий момент действующий на лопасти, имеет тенденцию к снижению с уменьшением угла наклона лопастей. В связи с этим исключается возможность разрушения винта при резком реверсе тяги.