ГРЕБНОЙ ВИНТ ПЛАВУЧЕГО СРЕДСТВА
FLOATING PROPELLER

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано в конструкциях винтовых движителей плавучих средств.
Известен гребной винт, включающий ступицу, на внешней поверхности которой установлены лопасти, выполненные за одно целое со ступицей (см., например, авторское свидетельство СССР №356198 «Гребной винт», МКИ В63Н 1/14, 1971 г.). Недостатком известного гребного винта является сложность обеспечения его надежности в движителях большой мощности. Дело в том, что движителях большой мощности используются гребные винты, диаметр которых доходит до девяти и более метров. Изготовление в таких винтах лопастей за одно целое со ступицей представляет значительные технические трудности. Это касается и гребных винтов регулируемого шага.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является гребной винт, включающий ступицу, на внешней поверхности которой установлены лопасти, например, путем винтового крепления или другим способом (см. патент РФ №1689210 «Гребной винт со съемными лопастями», МКИ В63Н 1/20, 1991 год). Недостатком большей части таких гребных винтов является невысокая надежность при повышенных нагрузках. Это объясняется тем, что расстояние между комлями (основаниями) лопастей становится недостаточной для надежной их установки за счет увеличения площади крепления (дополнительные места для крепежных элементов). Поэтому в данной зоне при работе винта создаются повышенные напряжения. При значительной нагрузке на гребной винт возникает угроза его разрушения.
Цель настоящего изобретения - повышение надежности работы гребного винта и снижение акустического загрязнения окружающей среды.
Указанная цель достигается тем, что в известном гребном винте, включающем ступицу с лопастями, в нем лопасти образованы массивом вязкой среды, например, воды, исходящей из ряда полостей, выполненных на внешней поверхности ступицы винта и расположенных по окружности этой ступицы в одной плоскости. На внешней поверхности ступицы по границе полостей могут быть установлены направляющие стенки, а сами полости выполнены, по крайней мере, в два ряда, при этом полости в каждом ряду имеют свою пространственную ориентацию. Ось лопасти может быть расположена по отношению к оси ступицы под углом, меньшим угла 90 градусов.
Образование лопастей массивом вязкой среды, например, воды, исходящих из полостей, выполненных на внешней поверхности ступицы позволяет перейти от лопастей, выполненных из твердых материалов (обычно металлов и их сплавов) к «вечным» лопастям, которые никогда не ломаются и могут выполнять свои функции в любых условиях, особенно в загрязненных водоемах, в которых плавают посторонние предметы. Следует отметить, что при лопастях, образованных массивом вязкой среды, снижается упор, создаваемый таким гребным винтом. Однако работает этот гребной винт значительно тише. В известных гребных винтах при их работе лопасти подвержены виброакустическим колебаниям, которые передаются на гребной вал и далее на корпус плавучего средства, что приводит к излишнему акустическому загрязнению окружающей среды, то есть такое плавучее средство может быть обнаружено и зафиксировано на достаточно большом расстоянии. Повышенный уровень виброакустических колебаний воздействует и на живые организмы. Для рыболовных судов это приводит к существенному снижению улова рыбы. Использование предлагаемой конструкции гребного винта в качестве судового движителя в районе вылова рыбы позволяет ликвидировать большие проблемы для рыбаков. Для прихода в зону вылова на плавучем средстве используются обычные известные гребные винта, а при работе в этой зоне используются предлагаемые гребные винты.
Повышение упора в предлагаемом гребном винте может быть достигнуто за счет того, что ось лопасти, образованная массивом вязкой жидкости располагается по отношению к оси ступицы под углом, меньшим 90 градусов. В этом случае образуется дополнительная составляющая, увеличивающая упор гребного винта.
На внешней поверхности ступицы может располагаться как один ряд полостей, так и два и даже три ряда. В каждом ряду полости имеют свою пространственную ориентацию, что позволяет менять направление вектора упора и соответственно направление движения плавучего средства.
Лопасть в предлагаемой конструкции гребного винта образована массивом вязкой среды, исходящей из полости на внешней поверхности ступицы. Повышая давление исходящей из полости вязкой среды увеличивается длина лопасти, что приводит к увеличению упора. Таким образом, увеличение скорости движения плавучего средства может быть достигнуто без увеличения скорости вращения гребного винта, а только за счет увеличения давления вязкой среды, исходящей из полостей.
Предлагаемая конструкция гребного винта в упрощенном виде приведена на фигуре 1, на фигуре 2 показана развертка ступицы, а на фигуре 3 изображен гребной винт в процессе работы со следующими обозначениями:
1 - ступица;
2 - лопасть;
3 - полость на внешней поверхности ступицы;
4 - первый ряд полостей;
5 - второй ряд полостей;
6 - направляющая стенка;
7 - ось ступицы;
8 - ось лопасти.
Гребной винт включает (фиг. 1, 2) ступицу 1, на внешней поверхности которой выполнены два ряда полостей 3 в одной плоскости: первый ряд 4 и второй ряд 5. На границе полостей установлены направляющие стенки 6. Каждый ряд полостей имеет одинаковую, но свою пространственную ориентацию.
Гребной винт работает следующим образом (см. фиг. 3). Гребной вал (на фигуре не показан) передает вращающий момент на ступицу 1. Одновременно с вращением ступицы 1 через полости 3 под давлением подается вязкая среда, например, забортная вода. Массив этой среды формирует лопасти 2, которые вращаются вместе со ступицей и создает упор, обеспечивая движение плавучему средству в прямом направлении. Для увеличения упора ось 8 лопасти 2 направлены под углом а по отношению к оси 7 ступицы 1. В этом случае возникает дополнительная сила F, которая увеличивает общую величину упора гребного винта. Для обеспечения обратного хода плавучего средства вязкая среда поступает уже не в полости 3 первого ряда 4, а в полости 3 второго ряда 5.
Введение в конструкцию предлагаемого гребного винта направляющей стенки 6 позволяет сформировать массивом вязкой среды формы лопасти 2 на ее начальном участке. Количество лопастей может быть любым: от двух до четырех и более.
Использование предлагаемой конструкции гребного винта позволяет повысить надежность его работы за счет исключения поломок лопастей и образования кавитационных дефектов на их поверхности, а также существенно снизить шумовое воздействие при работе этого гребного винта и акустическое загрязнение окружающей среды. Предлагаемый гребной винт может найти применение на судах при ловле рыбы и в подводных объектах военного назначения.