Ваше сообщение отправлено. Мы Вам перезвоним!
Вторая индустриализация России

Перезвоните мне!

Закрыть
Главная » Все статьи на сайте » Статьи на общие темы » Гребной винт, конструкция, виды, принцип и механизм работы

Гребной винт, конструкция, виды, принцип и механизм работы

  • Array

Гребной винт, конструкция, виды, принцип и механизм работы.

 



 

Гребной винт – это устройство, чье прямое предназначение состоит в создании упорного давления, необходимого для приведения в движение судна.

 

Гребной винт судна

Принцип и механизм работы гребного винта

Характеристики. Лопасть гребного винта. Схема сил и скоростей на лопасти гребного винта

Конструкция винта. Количество лопастей. Диаметр винта. Интерцептор

Другие важные параметры и показатели работы гребного винта

Виды гребных винтов. Винты фиксированного шага. Винты регулируемого шага.

Преимущества и недостатки гребных винтов

 


Гребной винт судна:

Гребной винт – это устройство, чье прямое предназначение состоит в создании упорного давления, необходимого для приведения в движение судна. Достигается этот результат за счет простых физических процессов: вращающийся вал двигателя преобразуется в силу, толкающую водный транспорт, на котором он размещен, что и обеспечивает движение судна.

Если рассмотреть это подробно, то при вращении гребного винта каждая лопасть захватывает массу воды и отбрасывает её назад, сообщая ей заданный момент импульса, – сила реакции этой отбрасываемой воды передаёт импульс лопастям винта, лопасти, в свою очередь, – гребному валу посредством ступицы, и гребной вал, далее, – корпусу судна посредством главного упорного подшипника.

Решение такой задачи (обеспечение движения судна) дало гребному винту еще одно название – движитель, а от того, какого он вида, из какого материала сделан и какую конструкцию имеет, зависит скорость и тип хода транспорта.

 

Принцип и механизм работы гребного винта:

Основа механизма работы гребного винта – преобразование вращения вала двигателя судна в силу, заставляющую его двигаться, т.е. создание из толщи воды своеобразного упора, от которого как обычная лодка, так и многотонный крейсер могут оттолкнуться и начать (а в дальнейшем – продолжать) ход.

Главная составляющая винта – лопасти, от правильного расположения которых зависит ход машины. Когда конструкция начинает вращение, на поверхности лопастей создаются определенные силы:

– на стороне, обращенной по ходу движения (засасывающая), возникает разрежение;

– на стороне, расположенной против хода (нагнетающая) – увеличенное давление водной массы.

Разница в получаемом с разных сторон давлении и образует искомую силу (Y), имеющую название подъемной. Она, в свою очередь, состоит из сил, направленных в сторону движения машины (Р) и перпендикулярно к самому судну (Т), благодаря чему:

– достигается нужный упор для работы винта;

– образуется крутящий момент, чье преодоление возложено на двигатель.

Большое значение имеет и угол атаки профиля лопасти (α), который должен находится в пределах 4-8 градусов. Угол атаки – это угол, образующийся между вектором скорости потока воды, надвигающейся на лопасть, и самой поверхностью нагнетающей лопасти. Повышение этого значения приведет к увеличению крутящего момента, а значит, производительность двигателя будет затрачиваться впустую. При снижении возникнет обратная ситуация: уменьшатся подъемная сила и упор, что приведет к недоиспользованию мощности двигателя.

 

Характеристики. Лопасть гребного винта. Схема сил и скоростей на лопасти гребного винта:

Гребной винт

На указанном рисунке показаны схема сил и скоростей на лопасти гребного винта правого вращения, где:

Р – сила, создающая упор гребного винта,

Т – силаобразующая крутящий момент,

Y – подъемная сила,

W – скорость потока воды,

Vа – скорость поступательного перемещения,

Vr – окружная скорость винта. Vr = 2·π·r·n. Таким образом, чем больше значение r гребного винта, тем больше окружная скорость Vrа следовательно, и суммарная скорость W,

r – радиус гребного винта,

n – число оборотов гребного винта, об/сек,

α – угол атаки,

Н – шаг винта. Шагом винта называется перемещение любой точки лопасти вдоль оси за один полный оборот винта,

H·n – теоретическая скорость перемещения винта вдоль оси. Она представляет собой произведение шага винта на число оборотов.

 

Конструкция винта:

Обязательная часть конструкции гребного винта – наличие лопастей и ступицы, на которых они расположены. Для получения нужного угла атаки и работы винта установка лопастей на ступицы проводится:

– радиально,

– с равным расстоянием между ними,

– с одинаковым углом поворота относительно плоскости вращения.

Сами же лопасти могут иметь малое или среднее удлинение, в зависимости от размера и конструкции машины, на которую будут устанавливаться движитель. Для того, чтобы винт пришел в движение, его насаживают на гребной вал, вращение которого обеспечивает двигатель машины посредством ступицы. При вращении лопасти захватывают воду и отбрасывают ее, в результате чего образуются нужные физические силы и импульсы, упор воды и, как следствие, корпус водного транспортного средства начинает ход при помощи упорного подшипника.

 

Количество лопастей гребного винта:

Основной разницей в конструкции гребных винтов является количество лопастей, обеспечивающих коэффициент полезного действия (КПД) устройства. Так, наиболее высоким КПД обладает движитель, имеющий всего две лопасти, но он эффективен лишь при малых дисковых отношениях (около 0,5). При повышении шага дисковых отношений до 1-1,5 (отношение площади спрямленных лопастей к площади самого диска) обеспечить прочность лопастей очень сложно, поэтому используют их лишь на водных судах, где нагрузка на винт приближена к минимальной (гоночные яхты) или винт используется как вспомогательное средство движения (парусно-моторные суда).

На малых судах наибольшее распространение получили гребные винты, имеющие 3 лопасти. Четырех и пяти лопастные движители применяются обычно на крупных водных судах, океанских лайнерах, где их основными задачами считаются не скорость хода транспорта, а обеспечение тишины и уменьшение вибрации.

 

Диаметр гребного винта:

Диаметр гребного винта определяется по диаметру окружности, которую описывают концы лопастей, расположенных на движителе. В зависимости от размеров судна, для которых они предназначены, размер диаметра может колебаться от нескольких десятков сантиметров до 5 метров.

«Гигантами» последнего типа обычно оборудуют океанские лайнеры, для приведения в движение которых требуются значительные размеры винтов и затраты соответствующих физических сил.

 

Интерцептор гребного винта:

Название этой части конструкции переводится как «захватчик» и полностью его оправдывает. Интерцептор – это загнутая кромка, расположенная по исходящей траектории лопасти на гребном винте, а ее основное предназначение состоит в повышении способности движителя к захвату жидкости. Наличие интерцептора весьма актуально на судах, где мотор установлен очень высоко и ходовой дифферент имеет большие углы.

Также установка «захватчика» позволяет:

– дополнительно поднять нос судна, если он установлен на линиях угла наклона лопастей;

– повысить шаг лопасти при установке его на внешней и исходящей кромках.

Важный нюанс: установка интерцептора уменьшает количество оборотов винта в среднем на 200-400 в минуту, что требует соответствующего снижения шага в среднем на 1-2 дюйма.

 

Другие важные параметры и показатели работы гребного винта:

От скорости вращения движителя зависит интенсивность хода судна, на котором он установлен, но и этот параметр имеет оптимальные показатели. В среднем это до 300 оборотов в минуту, для крупных лайнеров оптимальны показатели не выше 200. Обусловлено это тем, что высокие скорости увеличивают износ деталей двигателя, ощущающих наибольшую нагрузку, а это приводит к поломкам, незапланированным ремонтам или окончательному прихода в негодность дорогостоящего механизма.

Устанавливать ось вращения гребного винта рекомендуется в горизонтальной плоскости, это улучшает параметры его работы. При наличии наклона гребного вала возникает «косой» поток воды, обтекающий лопасти, в результате чего производительность движителя снижается, и чем выше этот угол, тем больше снижение КПД. Первые потери мощности ощутимы уже при появлении разницы в 10 градусов.

Особого внимания требует оснащение крупных и тяжелых водных судов, используемых в промышленности или обороне. Так, для танкеров, атомных ледоколов, авианосцев и прочих судов большого водоизмещения актуально наличие и возможность передачи высокой мощности. Для этого их оборудуют двух или трех вальными установками, а также устанавливают по несколько винтов. Чаще всего это 4 движителя, расположенные симметрично. Одним же из важных параметров винтов для арктических ледоколов считает прочность, т.к. они должны иметь возможность дробить толщи льда при движении не только вперед, но и назад.

 

Виды гребных винтов:

Видов гребных винтов очень много. Они могут изготовляться из разных материалов (сталь, бронза, латунь, чугун, пластмасса), иметь разную конструкцию (цельнолитую, со съемными или поворотными лопастями), а также другие принципиальные отличия, влияющие на их работу и, непосредственно, движение судна, на котором они установлены.

Еще один параметр различия гребных винтов – возможность управления углом атаки лопастей движителя. По этому принципу они разделяются на винты фиксированного шага и винты регулируемого шага.

 

Винты фиксированного шага:

Винты фиксированного шага (ВФШ) – это движители, которые имеют единственный и постоянный угол установки лопастей, что обусловлено способом их производства. Такие движители отливают цельными, поэтому они имеют небольшие габариты и вес. Устанавливают их преимущественно на машинах малого водоизмещения:

– любительских;

– маломерных;

морских судах, предназначенных для торговли;

– кораблях, требующих увеличенной прочности винта и прочих.

Движение таких судов предполагает длительный ход в одном направлении, поэтому маневренность винтов фиксированного шага как основная характеристика отходит на второй план.

Разновидность данного механизма – винты со съемными лопастями. Их шаг остается фиксированным, но конструкция предполагает не литое изготовление, а крепление лопастей к диску движителя в одной позиции. Это дает возможность замены при поломке отдельных деталей (лопастей), а не всего устройства, и позволяет изготавливать прочные движители с большим диаметром, цельное литье которых достаточно затруднительно.

 

Винты регулируемого шага:

Винты регулируемого шага (ВРШ) предполагают возможность изменения поворота лопастей в ступице. Крепление составляющих винта производится таким образом, что благодаря особому приводу лопасти могут вращаться вокруг своей оси и, при необходимости, менять угол атаки. Достигается эта возможность приводом, известным как механизм изменения шага (МИШ).

Механизм изменения шага может быть:

– ручным;

– механическим;

– электромеханическим;

– гидравлическим;

– электрогидравлическим.

В состав механизма изменения шага (МИШ), за исключением ручного, входят: механизм поворота лопастей, размещаемый, как правило, в ступице винта; сервомотор, создающий усилия для поворота лопастей и располагаемый на участке между гребным валом и главным двигателем; обратная связь или устройство, показывающее величину нового шага винта.

В свою очередь, механизм поворота лопастей, являющийся составной частью механизма изменения шага, может быть:

– зубчатым – используется на винтах малых диаметров и на судах, не предполагающих развитие высоких мощностей;

– кривошипным – отличается высокой степенью надежности и прочности, применяется на напряженных конструкциях, высокооборотных винтах и пр.

Размещается механизм поворота лопастей внутри ступицы гребного винта, что отражается как на ее размерах, так и на габаритах самого винта.

Самым часто используемым приводом считается гидравлический привод управления винтами регулируемого шага. В нем поворот лопастей производится за счет воздействия жидкостей с малой вязкостью, а само устройство механизма отличается сравнительной простотой. Еще одно преимущество гидравлики – возможность создавать большие рабочие мощности даже на маленьких и легких движителях.

За счет управления винтом дистанционно, непосредственно с ходового мостика, облегчилась и координация движения самого судна. Применение же небольших, но мощных и крепких, движителей даже на габаритных судах улучшило их ходовые качества и маневренность, позволили скоординировать шаг винта с любой скоростью машины. В результате таких действий производительность гребного винта увеличивается в несколько раз, а это снижает общие затраты на эксплуатацию судна.

 

Преимущества и недостатки гребных винтов:

Несмотря на технические достижения, гребной винт не является идеальным механизмом. Так, его работа в качестве движителя возможна лишь при условии, что скорость его вращения будет постоянной или увеличивающейся, в противном случае лопасти, сталкиваясь с толщей воды, будут выполнять роль тормоза, причем достаточно активного.

Хотя теоретические расчеты коэффициента полезного действия движителя достигают показателей 75 %, он не способен достичь этих параметров, и они обычно находятся в пределах 30-50 %. Создать же идеальный винт с КПД в 100% невозможно, т.к. его работа зависит от условий окружающей среды, которые постоянно изменяются.

Интересный факт: хотя гребной винт значительно облегчил человеку управление водными судами и позволил двигаться на машинах значительных габаритов, его КПД все же уступает обыкновенным веслам, параметры которых достигают 60-65%. Если же сравнивать движитель с гребным колесом, то преимущество все же за механическим устройством (гребным колесом): его производительность выше, а габариты и вес – меньше. Однако в случае повреждения ремонт гребного колеса провести не только возможно, но и проще. Ремонт же цельнолитых гребных винтов невозможен, а сборных требует наличия соответствующего оборудования, навыков и проводится исключительно в условиях дока.

К преимуществам механического движителя (гребного колеса) стоит отнести его меньшую уязвимость, которую обеспечивают размеры и материал, их которого он изготовлен, т.е. ломаются они в несколько раз реже. При этом он более безопасен для жителей водного мира и оказавшихся за бортом людей. Что касается оборонной и военной промышленности, то здесь несомненное лидерство именно за гребными винтами. Так, помещение движителя под воду позволило использовать в военных целях всю поверхность имеющихся палуб, а также практически исключило возможность попадания по движителю снарядов неприятеля.

История изобретения и модернизации гребных винтов уходит корнями в глубокую древность, но лишь с развитием технического прогресса человечество смогло получить механизмы, прототипы которых используются по сей день. Однако эта отрасль промышленности продолжает совершенствоваться: ученые и изобретатели ищут сплавы и материалы для повышения производительности движителей и разрабатывают конструкции, способные устранить или уменьшить их недостатки.

 

Примечание: © Фото //www.pexels.com, //pixabay.com, //okafish.ru/300/226_268.htm

 







карта сайта

гребной винт для лодочного мотора судов судна solas suzuki катера хонда спб меркурий чертеж меркури цена ветерок
лодочный купить гребной вращение винт ямаха сузуки тохатсу 9 11 4 5 6 7 8 9 9.8 9.9 10 11 15 30
расчет диаметр лопасть защита изготовление производство размеры характеристики вал гребного винта
ремонт гребных винтов

 

comments powered by HyperComments