Гребной винт регулируемого шага
CONTROLLABLE PITCH PROPELLER

Изобретение относится к судостроению, а именно к судовым движителям с гребными винтами регулируемого шага (ВРШ). Как известно, ВРШ состоит из винта с поворотными лопастями (ВПЛ) и механизма изменения шага (МИШ). Самая простая схема ВПЛ показана на Рис. 6, а [1]. На корневой части лопасти укреплена коническая шестерня-цапфа 1, находящаяся в зацеплении с другой шестерней 2, сидящей на вращающейся штанге 3 МИШ. При повороте штанги 3 поворачивается и лопасть [1], [2]. При конструировании напряженных ВРШ приходится считаться с увеличением момента необходимого для поворота лопастей. В этом случае применяют усиленные приводы, например двусторонние, в которых каждая лопасть поворачивается не одним, а двумя шатунно-кривошипными механизмами [3]. При этом достигается разгрузка деталей заделки корневой части лопасти, благодаря тому что к ним прикладывается не сила, а момент, т.е. пара сил, направленных в противоположные стороны, что уменьшит износ подшипников скольжения и уплотнений в заделке лопастей и ступице винта.
МИШ гидравлического типа со статической фиксацией шага и гидроцилиндром на валопроводе показана на Рис. 10. [1]. Штанга, поворачивающая лопасти винта при помощи кривошипно-шатунного (кулисного) механизма, расположена в полом гребном валу и оканчивается поршнем гидроцилиндра. Гидравлический цилиндр является элементом гребного вала, участвующим в передаче винту крутящего момента от двигателя. Недостаток схемы - наличие длинной штанги управления, так как валопровод получает дополнительную нагрузку на участке между винтом и гидроцилиндром, а в случае прогиба валопровода, штанга может заклиниться и вывести МИШ из строя. Указанные недостатки могут быть устранены при размещении МИШ в ступице винта и устранении при этом штанги управления [3].
Недостатки аналогов [1], [2], [3].
1.Низкая несущая способность механизма ВПЛ с односторонней конической передачей, с точки зрения прочности и с точки зрения повышенных износов подшипников скольжения и уплотнений в радиальной заделке лопастей [1], [2].
2.Отсутствие механизма фиксации шага [1].
3. Конструктивно ограничено количество лопастей, поскольку крепление цапф лопастей происходит изнутри гребного вала (судя по чертежу), так можно разместить всего лишь две лопасти из-за ослабления сечения гребного вала в месте крепления, при этом невозможно завести цапфы лопастей в отверстие гребного вала, которое меньше, чем диаметр цапфы [2].
4. Нетехнологична сборка позиций 9, 10, 12,15 в узле управления шагом винта [2].
5. Поскольку данный МИШ повторяет известные приводы с кривошипно-шатунными (кулисными) механизмами есть опасность подхода к «мертвым точкам» [4], а это сужает диапазон поворота лопастей до 40-60° [1] С.51 [2].
6. Фиксация шага здесь происходит за счет заклинивания дифференциала (поз. 9, 10,12, 15) от перемещения вилки 11, а это приводит к повышенному износу деталей дифференциала [2].
7. Наличие длинной подвижной штанги управления, расположенной внутри валопровода, которая может заклиниться и вывести МИШ из строя [3].
8. Штанга управления шагом винта ограничивает диапазон поворота лопастей ~ 110° [4].
Цель изобретения.
Повышение несущей способности деталей ВПЛ, МИШ, упрощение конструкции и увеличение диапазона поворота лопастей ВРШ, уменьшение диаметра и длины ступицы винта. Цель достигается следующим: гребной винт регулируемого шага, содержащий механизм изменения шага, гребной вал, ступицу винта с поворотными лопастями на корневых частях которых укреплены конические шестерни-цапфы, при этом шестерни-цапфы находятся в зацеплении с двумя соосными с осью гребного вала коническими шестернями носовой и кормовой, при этом механизм изменения шага выполнен в виде пластинчатого поворотного гидродвигателя, представляющего собою цилиндрический корпус соосный с осью гребного вала и опирающийся своими торцами на носовую и кормовую конические шестерни, разделенный диаметрально поворотной пластиной на две равные полости, не сообщающиеся между собою, при этом равные полости разделены на две рабочие полости не сообщающиеся между собою диаметральными перегородками жестко прикрепленными к цилиндрическому корпусу и опирающиеся на поворотную пластину, при этом цилиндрический корпус жестко соединен с носовой конической шестерней, а кормовая коническая шестерня жестко соединена с поворотной пластиной, при этом гидравлическая система механизма изменения шага содержит маневровый гидроцилиндр, соединенный с рабочими полостями пластинчатого поворотного гидродвигателя и силовой цилиндр взаимодействующий со штоком маневрового гидроцилиндра.
Повышение несущей способности деталей ВПЛ, МИШ достигается за счет зацепления шестерен-цапф с двумя соосными с осью гребного вала коническими шестернями носовой и кормовой, при этом достигается разгрузка деталей заделки корневой части лопасти, благодаря тому, что к ним прикладывается не сила, а момент, что устранит перекосы, уменьшит износ подшипников скольжения и уплотнений в заделке лопастей и ступице винта, а так же тем, что цилиндрический корпус пластинчатого поворотного гидродвигателя жестко соединен с носовой конической шестерней, а кормовая коническая шестерня жестко соединена с поворотной пластиной, что позволяет получить диапазон поворота лопастей ≥120°, независимо от количества лопастей винта. В этом случае появляется возможность применять нереверсивные главные двигатели для судовой силовой установки, а сам ВРШ переходит в разряд всережимных, обеспечивающих получение всех ходов - от полных вперед до полных назад, включая режим «стоп» с работающим винтом [5], С 88.
Упрощение конструкции достигается за счет отсутствия штанги управления и гидроцилиндра расположенных в полом гребном валу.
c
c
Уменьшение диаметра и длины ступицы винта достигается размещением МИШ в ступице винта, при этом: диаметр ступицы D≈750; длина ступицы до обреза дейдвудной трубы l≈900; количество лопастей - 4; возможный объект применения - силовая установка траулеров типа «Белинский» [1] С.51.
Предлагаемое устройство поясняется чертежом. Изображение состоит из одной фигуры - Фигура 1 «Гребной винт регулируемого шага». Фигура 1 изображает схему устройства и его управление.
Гребной винт регулируемого шага содержит гребной вал 1, ступицу винта 2, поворотные лопасти 3, шестерни-цапфы 4, носовую коническую шестерню 5, кормовую коническую шестерню 6, цилиндрический корпус 7, поворотную пластину 8, диаметральные перегородки 9, маневровый гидроцилиндр 10, силовой гидроцилиндр 11, рабочие полости 12, указатель шага 13.
Предлагаемый ВРШ относится к устройствам гидравлического типа со статической фиксацией шага винта золотниковым распределителем 6 Рис. 10 [1] «запирающим» рабочие объемы (полости) гидропривода. В нашем случае эту роль выполняет маневровый гидроцилиндр 10, положение поршня которого определяет и положение шага винта.
Устройство работает следующим образом.
В положении «Стоп» все рабочие полости 12 пластинчатого поворотного гидродвигателя (ППГ) и маневрового гидроцилиндра 10 залиты маслом, поршень маневрового гидроцилиндра 10 находится в среднем по длине цилиндра 10 положении, что соответствует положению указателя шага 13 - «О». Воздействуя силовым цилиндром 11 на шток маневрового цилиндра 10 мы перемещаем поршень цилиндра 10, что приведет к изменению рабочих полостей 12 и относительному повороту цилиндрического корпуса 7, поворотной пластины 8 и связанных с ними носовой 5 и кормовой 6 конических шестерен находящихся в зацеплении с шестернями-цапфами 4, что и приведет к повороту лопастей 3. Примером ППГ служит [6].
Литература.
1. Карпович В.А. «Дизельные установки с винтами регулируемого шага». Л. «Судостроение», 1964 г., С. 21-25.
2. RU 2095278, Якубов Г.И., 08.02.1994 г.
3. Каменский Е.В., Терентьев Г.Б. «Рыболовные траулеры», «Судостроение», 1968 г. С. 151, 152.
4. Бакшт Ю.В. «Гребные винты регулируемого шага». Л. «Судпромгиз», 1961 г., С. 166-167.
5. Лучанский И.А. «ВРШ на вашем судне», М. «Транспорт», 1970 г.
6. Холин К.М., Никитин О.Ф. «Основы гидравлики и объемные гидроприводы». М. «Машиностроение», 1989 г. С. 85, 90-92.