УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ КОМПОЗИТНОЙ ЛОПАСТИ С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ СТУПИЦЕЙ ГРЕБНОГО ВИНТА
ASSEMBLY FOR CONNECTING A COMPOSITE BLADE TO A METAL PROPELLER HUB

Изобретение относится к области судостроения, а именно морских движителей и может быть использовано в качестве движителя на судах различного назначения.
Известен гребной винт для корабля (патент KR 20150081160 (А)) опубликован 2015-07-13), который включает металлическую ступицу, имеющую прорези для размещения основания композитной лопасти в форме «ласточкин хвост» и композитные лопасти, имеющие гребную поверхность и основание, выполненное в форме «ласточкин хвост».
Недостатками данного технического решения являются сложности замены поврежденной композитной лопасти, так как такой вид соединения лопасти и ступицы винта предполагает либо использование клея, либо основание лопасти должно помещаться в прорезь ступицы в натяг, чтобы обеспечить необходимую жесткость крепления лопасти.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является гребной винт для корабля (патент KR 20150100021 (А) опубликован 2015-09-02 - прототип), который включает металлическую ступицу, композитные лопасти, прижимной диск и фиксирующие винты. Композитная лопасть имеет гребную поверхность и основание, выполненное в форме сегмента цилиндрической поверхности постоянной толщины. Такое основание позволяет просто собирать и при этом достаточно точно позиционировать лопасти путем последовательного размещения их оснований на ступице. Фиксация лопастей осуществляется с помощью фиксирующих винтов, которые помещаются в сквозные отверстия, проходящие через основания лопасти, ступицы и прижимного диска.
Недостатками данного технического решения являются наличие сквозных отверстий в основании композитных лопастей. Это предполагает необходимость сверления основания композитной лопасти, что нарушает целостность армирующего материала, а это ведет к снижению прочности основания композитной лопасти.
Задачей, предлагаемого изобретение является повышение целостности и прочности конструкции за счет создания такого крепления композитной лопасти к металлической ступице, которое позволило бы сохранить целостность основания лопасти и одновременно сокращало время замены поврежденной композитной лопасти.
Поставленная задача решается следующим образом: узел соединения композитной лопасти с металлической ступицей гребного винта, включает металлическую ступицу, прижимной диск, композитную лопасть и фиксирующие винты. Основание композитной лопасти имеет сечение прямоугольной формы изогнутого в плоскости параллельной срединной плоскости лопасти, в плоскости ортогональной плоскости лопасти и перпендикулярной к оси вдоль лопасти, основание имеет прямоугольную форму, при этом края основания композитной лопасти со стороны передней и задней кромки имеют наклонную ступеньку, металлическая ступица имеет выемку прямоугольного сечения и наклонную ступеньку, соответствующих основанию композитной лопасти, прижимной диск содержит ответную наклонную ступеньку, соответствующую металлической ступице и основанию композитной лопасти.
Угол наклона - θ, образующий ступеньку основания композитной лопасти, ступицы и прижимного диска на 3-8 градусов отличен от прямого угла.
Глубина - t наклонной ступеньки основания композитной лопасти, металлической ступицы и прижимного диска составляет 0,4-0,8 толщины прижимного диска
Сущность изобретения поясняется рисунками, на которых показана конструкция соединения композитных лопастей с металлической ступицей гребного винта:
На фиг. 1 - гребной винт с композитными лопастями в сборе;
На фиг. 2 - композитная лопасть гребного винта;
На фиг. 3 - прижимной диск гребного винта и его сечение, где t - глубина ступеньки, θ - угол наклона ступеньки.
На фиг. 4 - металлическая ступица гребного винта и ее сечение в центральной плоскости.
Узел соединения композитной лопасти с металлической ступицей гребного винта состоит из: композитной лопасти (1), металлической ступицы (2), прижимного диска (3) и фиксирующих винтов (на рисунке не представлено). Основание композитной лопасти (5) имеет сечение прямоугольной формы изогнутого в плоскости параллельной срединной плоскости лопасти (на рисунке не представлено). В плоскости ортогональной плоскости лопасти и перпендикулярной к оси вдоль лопасти, основание имеет прямоугольную форму, при этом края основания композитной лопасти (5) со стороны передней и задней кромки имеют наклонную ступеньку (6). Металлическая ступица (2) имеет выемку прямоугольного сечения (4) и наклонную ступеньку (6), соответствующих основанию композитной лопасти (5). Наклонную ступеньку (6) имеет прижимной диск (3), соответствующую металлической ступице (2) и основанию композитной лопасти (5). Угол наклона (θ), образующий наклонную ступеньку (6) основания композитной лопасти (1), металлической ступицы (2) и прижимного диска (3) на 3-8 градусов отличен от прямого угла. Глубина (t) наклонной ступеньки (6) основания композитной лопасти (5), металлической ступицы (2) и прижимного диска (3) составляет 0,4-0,8 толщины прижимного диска. Наличие наклонной ступеньки (6) на металлической ступице, основании композитной лопасти (5) и прижимного диска (3) обеспечивает фиксацию композитной лопасти (1) в металлической ступице (2) по мере закручивания фиксирующих винтов (на рисунке не приведено).
Фиксация композитных лопастей (1) на металлической ступице (2) осуществляется с помощью прижимного диска (3), а он в свою очередь крепится к металлической ступице (2) посредством фиксирующих винтов (на рисунке не приведены). Фиксирующие винты (на рисунке не приведены) помещаются в отверстия (7), расположенных по торцам металлической ступицы (2) и прижимного диска (3), но не затрагивают основание композитных лопастей (5). Со стороны передней и задней кромки основание композитной лопасти (5) и металлическая ступица (2) имеют наклонную ступеньку (6). Прижимные диски (3) также имеют наклонную ступеньку (6), при их совмещении с металлической ступицей (2) и закрепление на фиксирующие винты (на рисунке не приведены) образуется монолитная конструкция.
Узел соединения композитной лопасти с металлической ступицей гребного винта работает следующим образом. При вращении гребного винта, композитные лопасти (1) за счет надежной фиксации основания лопасти (5) в металлической ступице (2), обеспечивают воздействие на воду заставляющий изменять направление движения воды, которая воздействует на композитные лопасти (1) с гидродинамической силой. Осевая составляющая этой силы создает упор обеспечивающий движение судна. Окружная составляющая гидродинамической силы создает момент, направленный против вращения гребного винта. Для его преодоления к винту прикладывается соответствующий крутящий момент через вал соединяющий двигатель и гребной винт. Надежная фиксация композитных лопастей (1) с металлической ступицей (2) обеспечивает минимизацию потерь при создании упора.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является целостное основание композитной лопасти (не имеет отверстий), и простая установка/удаление основания композитной лопасти в прямоугольную выемку в ступице винта и надежная фиксация композитной лопасти в металлической ступице за счет прижимного диска, край которого выполнен в виде наклонной ступеньки, которая не дает извлечь композитную лопасть после сборки. Соответственно, прочность основания композитной лопасти сохраняется максимальной.