ГРЕБНОЙ ВИНТ РЕГУЛИРУЕМОГО ШАГА

Полезная модель относится к судостроению, а именно к гребным винтам регулируемого шага и может быть использована для разработки движительного комплекса судна.
Известны гребные винты постоянного шага и гребные винты регулируемого шага, причем регулирование шага может происходить во время вращения гребного винта при любом режиме движения судна. Гребные винты постоянного шага просты в изготовлении и надежны в эксплуатации по причине отсутствия механизма поворота лопастей, однако гребные винты регулируемого шага обладают существенными эксплуатационными преимуществами. Такие винты обеспечивают более высокий кпд на всех режимах движения судна, что позволяет иметь меньший запас мощности для преодоления горба сопротивления (для судов с динамическими принципами поддержания). Также винты регулируемого шага позволяют осуществить реверс тяги без изменения направления вращения винта, что упрощает конструкцию привода и снижает динамические нагрузки на элементы привода в процессе реверса.
Известны гребные винты, в которых лопасти могут изменять углы установки под действием центробежных и гидродинамических сил, поворачиваясь в плоскости вращения гребного винта, например, патент РФ №2244657, опубл. 20.01.2005 или п. РФ №2369520, опубл. 20.06.2009. Такие винты позволяют улучшить согласование характеристик винта и двигателя и не имеют механизмов принудительной установки лопасти на нужный шаг. Однако в данных конструкциях комли лопастей имеют ограниченную длину, что вызывает увеличение нагрузок на сопряженных элементах конструкции, а реверсирование тяги возможно только за счет изменения направления вращения гребного винта.
Известны различные конструкции винтов регулируемого шага, например, гребной винт регулируемого шага, патент РФ №2095278, опубл. 10.11.1997. В известной конструкции комли лопастей снабжены упорными и опорными подшипниками, а для поворота используются зубчатые венцы. Оси вращения лопастей пересекают ось вращения гребного винта и перпендикулярны к ней.
Известен гребной винт регулируемого шага, патент РФ №2386568, опубл. 20.04.2011. В известной конструкции комлевая часть лопасти имеет геометрические элементы, играющие роль упорных и опорных подшипников, воспринимающих нагрузки от центробежной силы, крутящего момента и упора, развиваемого лопастью, а также конструктивные элементы, обеспечивающие изменение угла установки лопасти относительно ступицы. При этом ось вращения лопасти перпендикулярна оси вращения гребного винта и пересекает ее. Данная конструкция принята за прототип. Следует отметить, что при проектировании гребных винтов регулируемого шага всегда стремятся уменьшить диаметр ступицы, так как это ведет к увеличению КПД гребного винта. Однако, принятая в прототипе схема расположения лопастей, когда противостоящие лопасти расположены на одной оси, пересекающей ось вращения гребного винта, вынуждает из-за недостатка места применить короткую комлевую часть, из-за чего в опорных подшипниках возникают высокие нагрузки от крутящего момента и упора лопасти, что вынуждает увеличивать их размер с целью обеспечения приемлемого срока службы, что, в свою очередь ведет к увеличению размера ступицы, сопровождающееся снижением КПД гребного винта, увеличением массы и стоимости всего устройства.
Задачей заявляемой полезной модели является расширение ассортимента гребных винтов регулируемого шага.
Технический результат заявляемого устройства - увеличение КПД гребного винта за счет уменьшения нагрузок, действующих на опорные подшипники ступицы гребного винта и снижения напряжений в комлевой части лопасти от действия крутящего момента.
Поставленная задача решается заявляемой конструкцией гребного винта регулируемого шага с поворотными лопастями, при которой существенным отличительным признаком является установка лопастей гребного винта в ступицу с эксцентриситетом.
Устройство включает ступицу гребного винта с лопастями, комлевые части которых имеют валы, установленные в подшипниках ступицы с возможностью поворота лопастей для регулирования шага гребного винта, при этом лопасти гребного винта установлены в ступицу с эксцентриситетом относительно оси вращения гребного винта.
Предлагаемая конструкция, приводящая к уменьшению нагрузок на опорные подшипники ступицы и снижению напряжений в комлевой части лопасти, позволяет уменьшить размеры подшипников и, соответственно, способствует уменьшению размеров ступицы и выполнению лопасти более тонкой, что в конечном итоге приводит к увеличению КПД гребного винта в целом.
На фиг приведена одна из возможных схем заявляемого устройства, где: 1 - направление вращения, 2 - упорно-опорный подшипник, 3 - гайка, фиксирующая вал лопасти, 4 - лопасть гребного винта, 5 - опорный подшипник, 6 - ступица, 7 - поводок вала лопасти, 8 - шток механизма поворота лопасти, 9 - палец штока, 10 - вал лопасти, D - величина разноса подшипников, X - величина эксцентриситета.
Принцип работы устройства основан на том, что лопасти гребного винта установлены в ступицу с эксцентриситетом X, как показано на схеме фиг, что дает возможность разнести опорные подшипники вала лопасти на величину D, которая при заданном диаметре ступицы получается значительно большей по сравнению со случаем, когда оси вращения лопастей пересекают ось вращения гребного винта. При этом величина эксцентриситета X зависит от размера гребного винта и используемых конструктивных элементов и определяется удобством размещения этих элементов. Увеличение расстояния D между подшипниками вызывает снижение нагрузок на подшипники, что ведет к возможности снижения их размера, веса и стоимости. Кроме того, при заданном направлении вращения гребного винта за счет наличия эксцентриситета X в комлевой части лопасти возникает дополнительный изгибающий момент от центробежной силы, действующей на лопасть, который компенсирует изгибающий момент, возникающий под действием сил сопротивления на лопасти. Компенсация изгибающего момента снижает действующие напряжения, что позволяет снизить толщину сечений лопасти, повышая КПД гребного винта и дополнительно снижает нагрузки на подшипники.
Представленное устройство работает следующим образом. Лопасти гребного винта (4) снабжены валами (10), на которых имеются поводки (7). Валы (10) установлены в подшипниках (2) и (5), размещенных в ступице гребного винта (6), при этом подшипник (5) является опорным и несет только радиальную нагрузку, а подшипник (2) является опорно-упорным и помимо радиальной несет также осевую нагрузку от центробежной силы лопасти, осевая нагрузка передается на подшипник с помощью гайки (3), затягивающей подшипник (2) на валу (10). Регулирование шага лопастей достигается за счет линейного перемещения штока (8) вдоль оси, перпендикулярной плоскости чертежа. Шток может перемещаться с помощью любого, подходящего для этой цели привода, например, гидравлического или электрического. Шток (8) снабжен пальцами (9), заведенными в прорези поводков валов лопастей (7). Таким образом, при линейных перемещениях штока (8) валы лопастей (10) получают угловые перемещения в подшипниках (2) и (5), что ведет к изменению шага лопастей (4).