EA023077B1 - Гребной винт - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано в качестве движителя для надводных, подводных и воздушных судов, аэроглиссеров, судов на воздушной подушке. Для уменьшения воздействия кавитации на гребной винт при работе за счет создания защиты лопасти из ламинарного потока жидкости в гребном винте каждая из лопастей выполнена с дополнительными водорезами, расположенными на передней поверхности лопасти по направлению ее движения от рабочей кромки винта.

Description

Изобретение может быть использовано в качестве движителя для надводных, подводных и воздушных судов, аэроглиссеров, судов на воздушной подушке.

Известны гребные винты, являющиеся судовым движителем - специальные механизмы судна, создающие движущую силу, или полезную тягу, которая необходима для преодоления сопротивления окружающей среды движению судна и для обеспечения его поступательного движения. Они преобразуют энергию вращения гребного вала, связанного с главными двигателями и судовыми движителями, в энергию поступательного движения судна (А.М.Басин Ходкость и управляемость судов. Часть 2. Судовые движители. М., Транспорт, 1964 г.). Основными характеристиками гребных винтов являются количество лопастей, их форма, угол разворота лопасти в сторону от плоскости винта, габариты, материалы, из которых они изготавливаются, и т.п.

Недостатком всех известных гребных винтов до сих пор является получение эффекта кавитации при их работе и, как следствие, - шумный ход, увеличивающийся при увеличении скорости судна, потеря мощности, быстрый износ лопастей. Когда жидкость подвергается давлению ниже порогового (напряжению растяжения), тогда целостность ее потока нарушается и образуются парообразные полости. Это явление называется кавитацией. Местное давление жидкости в некоторой точке падает ниже величины, соответствующей давлению насыщения при данной окружающей температуре, жидкость переходит в другое состояние, образуя, в основном, фазовые пустоты, которые называются кавитационными пузырями. Физический процесс кавитации близок процессу закипания жидкости. При кавитации среднее давление жидкости выше давления насыщенного пара, а падение давления носит локальный характер. Ведущую роль в образовании пузырьков при кавитации играют газы, выделяющиеся внутрь образовывающихся пузырьков. Эти газы всегда содержатся в жидкости и при местном снижении давления начинают интенсивно выделяться внутрь указанных пузырьков. Поскольку под воздействием переменного местного давления жидкости пузырьки могут резко сжиматься и расширяться, то температура газа внутри пузырьков колеблется в широких пределах и может достигать нескольких сот градусов по Цельсию. Имеются расчётные данные, что температура внутри пузырьков может достигать 1500°С. В растворенных в жидкости газах содержится больше кислорода в процентном отношении, чем в воздухе, и поэтому газы в пузырьках при кавитации химически более агрессивны, чем атмосферный воздух.

Возникновение кавитационных каверн на лопастях гребного винта приводит к изменению его гидродинамических характеристик и к эрозионному разрушению лопастей, сопровождается звуковым излучением в широком спектре частот. Возникая в свободных вихрях, сходящих с концов лопастей и ступицы гребного винта, при увеличении скорости судна кавитация распространяется по засасывающей стороне лопастей от их концов к корню. Первоначально кавитация охватывает только часть ширины лопасти вблизи входящей кромки или в районе ее наибольшей толщины. По мере дальнейшего роста скорости (снижения числа кавитации) кавитационной каверны распространяются вдоль хорды лопасти и при некотором значении скорости захватывают лопасть полностью. При больших скоростях каверны выходят за пределы лопасти. Если винт работает в неравномерном потоке, возможны вспышки кавитации и на нагнетающей стороне. Режимы, при которых каверны охватывают только часть поверхности лопасти и замыкаются на ней, не сопровождаются изменением кривых действия винта и называются 1-й стадией кавитации. На этой стадии наиболее вероятно возникновение эрозии. При более интенсивном развитии кавитации за счет ухудшения гидродинамического качества профилей и стеснения потока кавернами снижаются упор, момент и КПД винта. Этим режимам соответствует 2-я стадия кавитации. Когда каверны простираются за пределы лопасти, иногда называют суперкавитацией. Чтобы избежать кавитации лопастей, при проектировании гребных винтов увеличивают дисковое отношение винта.

Техническим результатом изобретения является уменьшение воздействия кавитации на гребной винт при работе за счет создания защиты лопасти из ламинарного потока жидкости.

Технический результат достигается за счет того, что в гребном винте, содержащем муфту, прикрепленными к ней лопастями (от одного и более) с рабочей кромкой, каждая из лопастей выполнена с дополнительными водорезами, расположенными на передней поверхности лопасти по направлению ее движения от рабочей кромки винта.

На фиг. 1 представлен общий вид четырехлопастного гребного винта, причем, отмечаем, что здесь мог быть представлен гребной винт с любым количеством лопастей; фиг. 2 - рабочая кромка винта, фронтальный вид.

Гребной винт (фиг. 1), состоящий из лопастей 1 (от одного и более), жестко прикрепленных к муфте, насаженной на конец гребного вала 2. Данное техническое решение может быть использовано для гребных винтов с любым количеством лопастей. На передней плоскости лопастей 1 от ее передней рабочей кромки расположены водорезы 3 по направлению движения лопасти таким образом, что они создают направляющие для прохождения беспрепятственно по ним обтекающей жидкости. Кромка водореза 3 заострена (фиг. 2), она также является рабочей и предназначена для отсечения от близлежащего к рабочей кромке лопасти 1 пласта водной среды части жидкости и придачи ей направления беспрепятственного движения по направляющим лопасти. На фиг. 1 и 2 схематично изображены только по четыре водореза 3 на каждой лопасти. Оптимальное количество водорезов их форма и расположение на поверхности лопасти для каждого грибного винта зависит от вида лопасти, от его габаритов и задаваемых скоростных

- 1 023077 характеристик судну.

Гребной винт работает следующим образом. Винт, состоящий из муфты и прикрепленных к ней лопастей числом от 1 и более, насаживается на конец гребного вала 2, приводимого во вращение судовым двигателем. При вращении винта каждая лопасть вследствие своего уклона будет отбрасывать воду назад; реакция этой отбрасываемой воды и заставляет корабль двигаться. Одновременно кромка водореза отсекает от близлежащего к рабочей кромке лопасти 1 пласта водной среды части жидкости и придает ей направление беспрепятственного движения по направляющим лопасти, образованным водорезами 3. Поверхность лопасти обтекается равномерным слоем жидкости, которая становится защитой от кавитации и уменьшает ее воздействие на поверхность лопасти.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   Гребной винт, содержащий муфту (2) с прикрепленной к ней по меньшей мере одной лопастью (1), рабочая поверхность которой содержит по меньшей мере три водореза (3) по направлению движения рабочей кромки лопасти (1), отличающийся тем, что гребень (3) водореза образуется от пересечения с двух сторон пологих дуг сопряжения с поверхностью лопасти, а высота гребня увеличивается в направлении от края лопасти (1) к муфте (2).