Гребной винт
SCREW PROPELLER

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано в судовых движителях, а именно, в конструкциях гребных винтов.
Известен гребной винт, комли лопастей гребного винта расположены на ступице в шахматном порядке и смещены относительно друг друга в направлении оси вала винта на величину (0,05-0,25) внешнего диаметра корпуса ступицы в зоне размещения комлей лопасти (см. патент РФ №2504499 «Гребной винт», МКИ В63Н 1/00, 2014 г.). Данный гребной винт позволяет при прочих равных условиях увеличить количество лопастей на ступице. Однако 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.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является гребной винт, содержащий лопасти, установленные на ступице винта с внутренней полостью (см. патент РФ №2369520 «Низкооборотный гребной винт», МКИ В63Н 1/14, 2009 год). Недостатком данного гребного винта является невысокие его пропульсивные характеристики и повышенный уровень вибраций и шума. Это объясняется тем, что при создании гребных винтов, обеспечивающих большие упоры, требуется выполнять лопасти значительной длины, а это ведет, при прочих равных условиях, к увеличению их толщины. Кроме того, невозможно установить достаточное количество лопастей по причине ограниченной внешней поверхности ступицы, что снижает пропульсивные характеристики гребного винта.
Цель настоящего изобретения - улучшение пропульсивных характеристик гребного винта и снижение акустического загрязнения окружающей среды.
Указанная цель достигается тем, что в известном гребном винте, включающем лопасти, установленные на ступице винта с внутренней полостью, в нем внутренняя полость ступица выполнена сквозной, а в ней размещено дополнительное гребное устройство. Лопасти дополнительного гребного устройства смещены по углу установки в плоскости вращения относительно лопастей, закрепленных на ступице винта. Крепление лопастей на ступице осуществляется через демпфирующие элементы. Количество лопастей дополнительного гребного устройства не совпадает с количеством лопастей, закрепленных на ступице винта. Лопасти дополнительного гребного устройства и лопасти, установленные на ступице имеют различные шаговые отношения, а образующая сквозной ступицы выполнена с геометрическим профилем, сформированным с учетом поля скоростей за корпусом судна.
Предлагаемая конструкция гребного винта позволяет за счет введения дополнительного гребного устройства увеличить жесткость всех лопастей: закрепленных на ступице - за счет снижения их длины и расположенных в дополнительном гребном устройстве - за счет их скрепления со ступицей винта. Увеличение жесткости лопастей в свою очередь дает возможность уменьшить у них толщину профилей сечений с сохранением заданной прочности и тем самым улучшить пропульсивные характеристики гребного винта. Массивность и значительная площадь ступицы позволяет разместить на ней значительное количество лопастей и выполнить лопасти съемными, монтируемыми на упругом основании в виде демпфирующих элементов. Это снижает вибрации и шум гребного винта, а также, что не маловажно, повышает его ремонтопригодность и технологичность. Количество лопастей (N1), закрепленных на ступице, и количество лопастей (N2) дополнительного гребного устройства, как правило, должны быть различными. Расчеты показывают, что наилучших пропульсивных характеристик гребной винт достигает при условии N1>N2 и смещении лопастей дополнительного гребного устройства по углу установки в плоскости вращения относительно лопастей, закрепленных на ступице. Оптимальный выбор указанных параметров, а также различные шаговые отношения лопастей на ступице и в дополнительном гребном устройстве, подбираемые с учетом фактической неравномерности потока за корпусом судна, позволяет минимизировать циклические пульсации упора гребного винта и момента на гребном валу, что приводит к снижению вибраций и шума. Для улучшения пропульсивных характеристик гребного винта образующая сквозной ступицы выполнена с геометрическим профилем, сформированным с учетом поля скоростей за корпусом судна, что также снижает гидравлическое сопротивление гребного винта.
Предлагаемая конструкция гребного винта приведена на фигурах 1, 2. На фигуре 1 показан главный вид гребного винта, а на фигуре 2 - его вид сбоку со следующими обозначениями:
1 - ступица;
2 - лопасти гребного винта;
3 - демпфирующие элементы;
4 - дополнительное гребное устройство;
5 - лопасти дополнительного гребного устройства;
6 - гребной вал винта.
Гребной винт включает (см. фиг. 1, 2) ступицу 1, на внешней поверхности которой закреплены лопасти 2 через демпфирующие элементы 3. Ступица 1 выполнена с внутренней сквозной полостью, в которой размещено дополнительное гребное устройство 4, установленное на гребном валу 6. Лопасти дополнительного гребного устройства 5 смещены относительно лопастей 2. Количество лопастей 2 на ступице для приведенной конструкции составляет двенадцать, а количество лопастей 5 дополнительного гребного устройства четыре. Конкретное количество лопастей N1 и N2 определяется мощностью гребного винта, типом судна, на котором он установлен, а также рядом параметров, которые определяют пропульсивные характеристики.
В процессе работы гребного винта в создании упора участвуют как лопасти 2, установленные на ступице 1, так и лопасти 5 дополнительного гребного устройства 4. Длина лопастей 2 может быть уменьшена за счет введения дополнительного гребного устройства 4, что повышает жесткость этих лопастей. Смещение лопастей 5 относительно лопастей 4 существенно нивелирует пульсации упора при работе гребного винта, что совместно с наличием демпфирующих элементов 3 уменьшает вибрации и шум от гребного винта. Все это позволяет снизить акустическое загрязнение окружающей среды.
Предложенная конструкция дает возможность обеспечить такую геометрию лопастей, установленных на ступице и находящихся в дополнительном гребном устройстве, которая с учетом фактического поля скоростей за корпусом судна, например, с учетом заторможенного пограничного слоя в зоне малых относительных радиусов винта, позволяет улучшить пропульсивные характеристики.