ОДНОЛОПАСТНОЙ ГРЕБНОЙ ВИНТ (ВАРИАНТЫ)

Область техники, к которой относится полезная модель: предлагаемая полезная модель относится к гребным винтам.
Уровень техники:
1. Известен 5-и лопастный гребной винт, найдено в Интернет 26.09.2012: http://www.kvartet.biz/ru/equipment/propellers/europrop prop5.html Такое количество лопастей обеспечивает достаточно большое дисковое отношение, равное 1,06. По величине дискового отношения известный гребной винт является наиболее близким к заявляемой полезной модели по п.1. заявляемой формулы и поэтому выбран в качестве аналога. В аналоге «5-и лопастной гребной винт» дисковое отношение равное 1,06 достигается путем увеличения количества лопастей, в то время, как в заявляемой полезной модели дисковое отношение практически равное единице достигается путем увеличения площади одной лопасти. Дисковое отношение практически равное единице в заявляемом гребном винте обеспечивает низкую кавитацию, как и в аналоге - «5-и лопастном гребном винте», который имеет дисковое отношение равное 1,06. Наличие одной лопасти приводит к тому, что у заявляемого гребного винта имеются всего одна входящая и одна выходящая кромки, в отличие от аналога - «5-и лопастного гребного винта», который имеет пять входящих и пять выходящих кромок. Уменьшение количества входящих и выходящих кромок способствует уменьшению сопротивления вращения, уменьшению кавитации, а также исключает возможность возникновения вибрации лопасти при повышенных нагрузках вследствие более прочной пространственной конструкции лопасти из-за того, что лопасть заявляемого гребного винта является единой и неделимой.
2. Известен гребной винт (Патент на полезную модель №45126 от 30.11.2004, МПК В63Н 1/14), по п.1 формулы, содержащий ступицу, выполненные с одинаковым шагом основные лопасти, равные по высоте и равномерно установленные по окружности ступицы, и установленные на ступице между основными лопастями и в одном ряду с ними вспомогательные лопасти, высота каждой из которых не превышает 2/3 высоты основной лопасти, отличающийся тем, что каждая основная лопасть снабжена концевой пластиной, которая жестко закреплена на торце этой лопасти под углом 90° к ее поверхности, а так же по п.2 известной формулы, гребной винт по п.1, отличающийся тем, что края концевой пластины выступают за торец лопасти с обеих ее сторон. По взаиморасположению лопасти и концевой пластины известный гребной винт является наиболее близким к заявляемой полезной модели по п.2 и п.4 заявляемой формулы и поэтому выбран в качестве прототипа. В прототипе (Патент на полезную модель №45126 от 30.11.2004) концевые пластины установлены не на каждой лопасти, а лишь на основных лопастях и не предусмотрены для установки на вспомогательных лопастях, тогда как по п.2 и п.4 формулы заявляемой полезной модели гребного винта отсутствуют лопасти без Т-образного профиля на внешней (максимально удаленной от оси вращения гребного винта) кромке лопасти в поперечном сечении. Так же, в прототипе концевых пластин не может быть менее двух, тогда как в заявляемой полезной модели Т-образный профиль на внешней кромке лопасти присутствует только на одной лопасти. Существенным признаком известного прототипа является наличие основных и вспомогательных лопастей, тогда как в заявляемой полезной модели существенным признаком является наличие одной лопасти. В известном прототипе концевые пластины устанавливаются с целью изменения на 90 градусов направления движения воды перемещаемой центробежной силой, тогда как в заявляемой полезной модели Т-образный профиль внешней (максимально удаленной от оси вращения гребного винта) кромке лопасти в поперечном сечении предназначен для предотвращения перетекания воды из зоны высокого давления (на нагнетающей поверхности лопасти) в зону низкого давления (на засасывающей поверхности лопасти).
3. Известен гребной винт (Патент на полезную модель №91053 от 05.10.2009 МПК В63Н 1/26), который содержит ступицу с закрепленными на ней лопастями выпукло-вогнутого сечения с рабочей поверхностью в виде винтовой поверхности переменного шага, отличающийся тем, что переменный шаг увеличивается на величину скольжения от входящей кромки лопасти до выходящей. Таким образом. В известном аналоге шаг лопасти изменяется в радиальном направлении, т.е. у основания (ближе к оси вращения гребного винта) шаг (угол атаки) лопасти максимальный, а при радиальном удалении от оси вращения гребного винта шаг (угол атаки) лопасти уменьшается. Такое изменение шага лопасти в зависимости от радиального расстояния от оси вращения гребного винта является наиболее близким к заявляемой полезной модели по п.3. заявляемой формулы и поэтому гребной винт (Патент на полезную модель №91053 от 05.10.2009 МПК В63Н 1/26), выбран в качестве аналога. Вместе с тем, у известного аналога предполагается изменение шага (угла атаки) в радиальном направлении лопасти, тогда как по п.3 формулы заявляемой полезной модели изменение шага лопасти происходит вдоль оси вращения гребного винта от входящей кромки лопасти до выходящей, а в радиальном направлении шаг лопасти остается постоянным. Изменение шага (угла атаки) лопасти вдоль оси вращения заявляемого гребного винта позволяет сохранять КПД заявляемого гребного винта постоянным, на более высоком уровне в некотором диапазоне оборотов заявляемого гребного винта. Это эффект возникает вследствие того, что часть лопасти, имеющей меньший шаг вдоль оси ее вращения, более эффективно работает при одних оборотах, а часть лопасти, имеющей больший шаг вдоль оси вращения, более эффективно работает при других оборотах. Таким образом, суммарный КПД однолопастного гребного винта с увеличивающимся шагом от входящей кромки до выходящей близок к Constant в некотором диапазоне оборотов заявляемого гребного винта.
Раскрытие полезной модели
Задачей полезной модели является снижение кавитации и шума от работы заявляемого гребного винта, повышение КПД гребного винта, а также (по п.3 и п.4 заявляемой формулы) поддержания КПД однолопастного гребного винта на постоянном, более высоком уровне в некотором диапазоне оборотов заявляемого гребного винта.
Техническим результатом использования одной лопасти на гребном винте (по п.1 заявляемой формулы) является снижение кавитации и шума от работы заявляемого гребного винта, повышение КПД, а также увеличение прочности однолопастного гребного винта - фиг.1 и как следствие, уменьшение вибрации при повышенных нагрузках. Данный технический результат достигается за счет того, что в заявляемом гребном винте дисковое отношение практически равно единице, а также за счет того, что у заявляемого гребного винта всего одна входящая и одна выходящая кромка. Наличие одной лопасти, имеющей более продолжительную зону соединения со ступицей, чем у многолопастных гребных винтов, придает заявляемому однолопастному гребному винту более прочную пространственную конструкцию.
Техническим результатом придания внешней (максимально удаленной от оси вращения гребного винта) кромки лопасти в поперечном сечении Т-образного профиля (по п.2 заявляемой формулы) является уменьшение кавитации и шума от работы заявляемого гребного винта, снижение вибрации лопасти заявляемого однолопастного гребного винта, а также повышение его КПД - фиг.2. Данный технический результат достигается за счет того, что Т-образный профиль внешней (максимально удаленной от оси вращения гребного винта) кромки лопасти в поперечном сечении препятствует перетеканию воды из зоны высокого давления (на нагнетающей поверхности лопасти) в зону низкого давления (на засасывающей поверхности лопасти). Также Т-образный профиль внешней кромки лопасти приводит к увеличению прочности лопасти заявляемого гребного винта, что обеспечивает снижение вибрации лопасти заявляемого гребного винта при повышенных нагрузках.
Техническим результатом использования увеличивающегося шага лопасти гребного винта вдоль его оси вращения от входящей кромки лопасти до выходящей (по п.3. заявляемой формулы), является поддержания КПД однолопастного гребного винта на постоянном, более высоком уровне в некотором диапазоне оборотов гребного винта - фиг.3. Данный технический результат достигается за счет того, что часть лопасти, имеющей меньший шаг вдоль ее оси вращения, более эффективно работает при одних оборотах, а часть лопасти, имеющей больший шаг вдоль оси вращения, более эффективно работает при других оборотах.
Техническим результатом использования увеличивающегося шага лопасти вдоль оси ее вращения от входящей кромки до выходящей и одновременно с этим придания внешней (максимально удаленной от оси вращения гребного винта) кромки лопасти в поперечном сечении Т-образного профиля (по п.4 заявляемой формулы) является поддержания КПД заявляемого однолопастного гребного винта на постоянном, более высоком уровне в некотором диапазоне оборотов гребного винта и, одновременно с этим, уменьшение кавитации, шума от работы заявляемого гребного винта, а также снижение вибрации однолопастного гребного винта - фиг.4. Данный технический результат достигается за счет того, что часть лопасти, имеющей меньший шаг вдоль ее оси вращения, более эффективно работает при одних оборотах, а часть лопасти, имеющей больший шаг вдоль оси вращения, более эффективно работает при других оборотах. Т-образный профиль внешней (максимально удаленной от оси вращения гребного винта) кромки лопасти в поперечном сечении препятствует перетеканию воды из зоны высокого давления (на нагнетающей поверхности лопасти) в зону низкого давления (на засасывающей поверхности лопасти). Также, Т-образный профиль обеспечивает более прочную пространственную конструкцию лопасти заявляемого гребного винта и, как следствие, достигается уменьшение вибрации лопасти заявляемого гребного винта при повышенных нагрузках.
Сущность полезной модели, как технического решения заключается в следующем.
В первом варианте рассматриваемой полезной модели гребного винта кавитация и вибрация лопасти уменьшается, а КПД однолопастного гребного винта возрастает за счет использования одной лопасти постоянного шага на гребном винте - фиг.1. Использование одной лопасти на гребном винте позволяет сократить до одной количество передних (входящих) кромок, а также сократить до одной количество задних (выходящих) кромок. Так, например, на 5-и лопастном гребном винте существует пять передних (входящих) и пять задних (выходящих) кромок. Таким образом, предлагается уменьшать кавитацию и вибрацию лопасти и увеличить КПД однолопастного гребного винта за счет уменьшения в гребном винте количества передних (входящих) кромок до одной и за счет уменьшения количества задних (выходящих) кромок до одной. Кроме того, предлагаемая конструкция однолопастного гребного винта предполагает более продолжительную зону соединения лопасти со ступицей (по сравнению, например, с 5-и лопастным гребным винтом), данное конструктивное решение придает лопасти большую прочность, что исключает возможность появления вибрации лопасти при повышенных нагрузках, а также, позволяет уменьшить толщину лопасти и тем самым уменьшить кавитацию и увеличить КПД однолопастного гребного винта. Повышенная прочности лопасти определяется также тем, что она является единой и не делимой. Образующая входящей и выходящей кромок может представлять собой, например, часть эллиптической спирали либо Г-образный профиль. Предлагаемый вариант однолопастного гребного винта имеет совпадающие в плане формы образующей входящей и выходящей кромок, что обеспечивает дисковое отношение заявляемого гребного винта практически равное единице.
Во втором варианте рассматриваемой полезной модели гребного винта кавитация уменьшается, а КПД однолопастного гребного винта возрастает за счет придания внешней (максимально удаленной от оси вращения винта) кромке лопасти в поперечном сечении Т-образного профиля - фиг.2. Наличие на внешней кромке лопасти в поперечном сечении Т-образного профиля препятствует перетеканию воды из зоны высокого давления (на нагнетающей поверхности лопасти) в зону низкого давления (на засасывающей поверхности лопасти). Наличие Т-образного профиля на внешней кромке лопасти придает лопасти дополнительную прочность, что в свою очередь исключает возможность возникновения вибрации лопасти при повышенных нагрузках, а также, позволяет уменьшить толщину лопасти, и тем самым, уменьшить кавитацию и увеличить КПД однолопастного гребного винта. Образующая входящей и выходящей кромок может представлять собой, например, часть эллиптической спирали либо Г-образный профиль. Предлагаемый вариант однолопастного гребного винта имеет совпадающие в плане формы образующей входящей и выходящей кромок, что обеспечивает дисковое отношение заявляемого гребного винта практически равное единице.
В третьем варианте рассматриваемой полезной модели гребного винта КПД однолопастного гребного винта поддерживается на постоянным, более высоком уровне в некотором диапазоне оборотов за счет использования увеличивающегося шага лопасти гребного винта - фиг.3. Часть лопасти, имеющей меньший шаг, более эффективно работает при одних оборотах, а часть лопасти, имеющей больший шаг, более эффективно работает при других оборотах. Таким образом, суммарный КПД однолопастного гребного винта с увеличивающимся шагом близок к Constant в некотором диапазоне оборотов заявляемого гребного винта. Динамическая балансировка (т.е. во время вращения в водной среде) однолопастного гребного винта с увеличивающимся шагом является отдельной математической задачей и не рассматривается в настоящей полезной модели. Образующая входящей и выходящей кромок может представлять собой, например, часть эллиптической спирали либо Г-образный профиль. Возможно, для целей динамической балансировки (т.е. во время вращения в водной среде) однолопастного гребного винта с увеличивающимся шагом:
1. Его дисковое отношение следует выбрать в диапазоне более единицы, т.е. образующие входящей и выходящей кромок лопасти могут не совпадать в плане.
2. Вместе с увеличением шага, пропорционально, следует уменьшать диаметр лопасти.
3. Не следует стремиться к совпадению по форме в плане образующих входящей и выходящей кромок лопасти.
4. На подводном либо надводном судне следует использовать 2-а синхронно вращающихся однолопастных гребных винта с увеличивающимся шагом, которые вращаются в противоположных направлениях, соответственно с правым и левым шагом.
В четвертом варианте рассматриваемой полезной модели гребного винта поддержание КПД однолопастного гребного винта на постоянном, более высоком уровне в некотором диапазоне оборотов гребного винта, уменьшение кавитации, а также придание большей прочности заявляемому гребному винту и, как следствие, уменьшение вибрации при повышенных нагрузках достигается за счет использования увеличивающегося шага лопасти и одновременно с этим придания внешней (максимально удаленной от оси вращения гребного винта) кромки лопасти в поперечном сечении Т-образного профиля - фиг.4. Наличие изменяющегося шага вдоль оси вращения заявляемого гребного винта приводит к тому, что часть лопасти, имеющей меньший шаг вдоль оси вращения, более эффективно работает при одних оборотах, а часть лопасти, имеющей больший шаг вдоль оси вращения, более эффективно работает при других оборотах. Т-образный профиль внешней (максимально удаленной от оси вращения гребного винта) кромки лопасти в поперечном сечении препятствует перетеканию воды из зоны высокого давления (на нагнетающей поверхности лопасти) в зону низкого давления (на засасывающей поверхности лопасти), также Т-образный профиль обеспечивает более прочную пространственную конструкцию заявляемого гребного винта и, как следствие, приводит к уменьшению вибрации при повышенных нагрузках.
Во всех четырех предлагаемых вариантах однолопастный гребной винт имеет дисковое отношение практически равное единице, что обеспечивает снижение кавитации, вибрации и увеличение КПД по сравнению с многолопастными гребными винтами с дисковым отношением меньше либо близким к единице.
Краткое описание чертежей.
Фиг.1 представляет однолопастной гребной винт с дисковым отношением практически равным 1 и постоянным шагом вдоль оси вращения гребного винта от входящей кромки лопасти до выходящей. 1 - лопасть, 2 - ступица, 3 - входящая кромка, 4 - выходящая кромка.
Фиг.2 представляет однолопастной гребной винт с постоянным шагом вдоль оси вращения гребного винта от входящей кромки лопасти до выходящей, который имеет на внешней (максимально удаленной от оси вращения гребного винта) кромке лопасти гребного винта Т-образный профиль в поперечном сечении. 1 - лопасть, 2 - ступица, 3 - входящая кромка, 4 - выходящая кромка, 5 - Т-образный профиль.
Фиг.3 представляет однолопастной гребной винт с увеличивающимся шагом вдоль оси вращения гребного винта от входящей кромки лопасти до выходящей. 1 - лопасть, 2 - ступица, 3 - входящая кромка, 4 - выходящая кромка.
Фиг.4 представляет однолопастной гребной винт с увеличивающимся шагом вдоль оси вращения гребного винта от входящей кромки лопасти до выходящей, который также имеет на внешней (максимально удаленной от оси вращения гребного винта) кромке лопасти гребного винта Т-образный профиль в поперечном сечении. 1 - лопасть, 2 - ступица, 3 - входящая кромка, 4 - выходящая кромка, 5 - Т-образный профиль.
Осуществление полезной модели.
Вариант использования заявляемой полезной модели приведен на фигуре 1. Лопасть (1) гребного винта закреплена на ступице (2). Образующая входящей кромки лопасти (3) совпадает в плане с образующей выходящей кромки лопасти (4). Шаг лопасти является постоянным вдоль оси вращения гребного винта от входящей кромки до выходящей.
Вариант использования заявляемой полезной модели приведен на фигуре 2. Лопасть (1) гребного винта закреплена на ступице (2). Образующая входящей кромки лопасти (3) совпадает в плане с образующей выходящей кромки лопасти (4). Шаг лопасти является постоянным вдоль оси вращения гребного винта от входящей кромки до выходящей. Внешняя кромка лопасти (максимально удаленная от оси вращения гребного винта) в поперечном сечении имеет Т-образный профиль (5).
Вариант использования заявляемой полезной модели приведен на фигуре 3. Лопасть (1) гребного винта закреплена на ступице (2). Образующая входящей кромки лопасти (3). Образующая выходящей кромки лопасти (4). Шаг лопасти увеличивается вдоль оси вращения гребного винта от входящей кромки до выходящей.
Вариант использования заявляемой полезной модели приведен на фигуре 4. Лопасть (1) гребного винта закреплена на ступице (2). Образующая входящей кромки лопасти (3). Образующая выходящей кромки лопасти (4). Шаг лопасти увеличивается вдоль оси вращения гребного винта от входящей кромки до выходящей. Внешняя кромка лопасти (максимально удаленная от оси вращения гребного винта) в поперечном сечении имеет Т-образный профиль (5).