RU2149798C1

RU2149798C1 - Marine propulsor

Info

Publication number: RU2149798C1
Application number: RU99103454/28A
Authority: RU
Inventors: В.О. Борусевич; С.В. Будрин; В.А. Бушковский; В.А. Вангесов; В.И. Ванюхин; зьменский Б.Э. В; Б.Э. Вязьменский; А.С. Горшков; Р.И. Кильдеев; В.Ю. Кирпичников; Г.Д. Морозкин; В.П. Морозов; Э.Л. Мышинский; Н.А. Панфилов; В.М. Пашин; В.В. Савенко
Original assignee: Центральный научно-исследовательский институт им. акад. А.Н. Крылова
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 1999-02-19
Publication date: 2000-05-27

Abstract

FIELD: shipbuilding; manufacture of low- noise propulsors, for example propellers. SUBSTANCE: propulsor has boss with blade roots and inserts which are flush with their streamlined surface; each insert is mechanically secured forming at least one streamlined surface of blades. Inserts are located along trailing edge of blade; film gasket made from vibrodampening material is laid between surfaces of each insert and blade. Size of insert along chord of blade section profile is no less than 0.1 of length of profile chord and its thickness is equal to 0.1 to 0.5 of respective local thickness of blade section profile. Total length of inserts along trailing edge of blade is no less than 1/3 of its length. Boss has circular recess formed by end flanges where blade roots are located. Blade roots are connected with boss by means of pin screws fitted at angle relative to axis of propulsor for pressing each root to surface of circular recess, flanges and adjacent roots for change and fixation of force of their tightening-up. Film gasket made from vibrodampening material is laid between surfaces of adjacent roots and roots with boss. EFFECT: reduced level of blade vibration and noise caused by operation of propulsor. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области судостроения и касается разработки судовых движителей, например гребных винтов с уменьшенными уровнями вибрации и излучаемого шума. The invention relates to the field of shipbuilding and for the development of ship propulsion, for example propellers with reduced levels of vibration and radiated noise.

Известны малошумные гребные винты для кораблей и ПЛ ВМФ, а также для комфортабельных судов, имеющие специальную профилировку и форму лопастей, предназначенные для исключения кавитации и "пения" винтов на основных эксплуатационных скоростях хода (см., например, Ю.Л.Левковский, А.А.Русецкий, С. П. Чекалов "Проблемы обесшумливания гребных винтов подводных лодок", сб. докладов "Проблемы гидродинамики", изд. ЦНИИ им. ак. А.Н.Крылова, 1994). Low-noise propellers are known for ships and submarines of the Navy, as well as for comfortable ships, with special profiling and the shape of the blades designed to prevent cavitation and “singing” of propellers at basic operating speeds (see, for example, Yu.L. Levkovsky, A .A.Rusetskiy, S.P. Chekalov "Problems of noiselessness of the propellers of submarines", collection of reports "Problems of hydrodynamics", published by the Central Research Institute named after Academician A.N. Krylov, 1994).

Для уменьшения вибрации и шумоизлучения винтов их лопасти изготавливают из специальных сплавов или неметаллических материалов, например из стеклопластика. Однако эффективность снижения вибрации и шума движителей из сплавов сравнительно невелика, а движители с лопастями из стеклопластика, имеющие значительную эффективность, отличаются малой прочностью и поэтому применяются сравнительно редко. To reduce the vibration and noise emission of the screws, their blades are made of special alloys or non-metallic materials, for example, fiberglass. However, the efficiency of reducing vibration and noise of propulsors from alloys is relatively small, and propellers with blades made of fiberglass, which have significant efficiency, are characterized by low strength and are therefore rarely used.

Известен также гребной винт гидроустановки, в лопастях которого размещены вкладыши, предохраняющие лопасти от кавитационного разрушения, см. авт. свид. N 213620, 20.05.68 г., B 63 H 1/26, 1/18. A hydraulic propeller is also known, in the blades of which there are liners protecting the blades from cavitation destruction, see author. testimonial. N 213620, 05.20.68, B 63 H 1/26, 1/18.

Однако указанная конструкция гребного винта-прототипа предназначена лишь для предохранения лопастей от кавитационного разрушения и практически не оказывает вибродемпфирующего эффекта, а также не позволяет уменьшить шум, возникающий из-за вибраций лопастей при работе гребного винта. However, the specified design of the propeller of the prototype is intended only to protect the blades from cavitation destruction and practically does not have a vibration damping effect, and also does not allow to reduce the noise arising from the vibrations of the blades during operation of the propeller.

Заявляемое изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в снижении уровней вибраций лопастей и шума, обусловленных работой судового движителя. Для этого в известном судовом движителе, содержащем ступицу с установленными на ней комлями лопастей, заподлицо с обтекаемой поверхностью которых размещены вкладыши, каждый из которых выполнен из прикрепленной механически к лопасти вставки, составляющей часть по крайней мере одной из обтекаемых поверхностей лопасти, вставки размещены вдоль выходящей кромки лопасти, между контактными поверхностями каждой из вставок и лопасти помещена пленочная прокладка из вибродемпфирующего материала, размер вставки вдоль хорды профиля сечения лопасти составляет не менее 0,1 от длины хорды профиля, ее толщина составляет 0,1 - 0,5 соответствующей местной толщины профиля сечения лопасти, а суммарная длина вставок вдоль выходящей кромки лопасти составляет не менее 1/3 от ее длины, при этом в ступице образована ограниченная торцевыми фланцами кольцевая выемка, в которой размещены комли лопастей, соединенные со ступицей посредством пальцевых винтов, установленных под углом к оси движителя с возможностью прижатия каждого из комлей к поверхностям кольцевой выемки, фланцев и соседних комлей и с возможностью изменения и фиксации усилия их затяжки, а между указанными поверхностями контакта соседних комлей и комлей со ступицей размещена пленочная прокладка из вибродемпфирующего материала. The claimed invention is aimed at achieving a technical result, which consists in reducing the vibration levels of the blades and noise due to the operation of the ship propulsion. To do this, in a known ship propulsion device containing a hub with blades mounted on it, flush with the streamlined surface of which there are liners, each of which is made mechanically attached to the blade of the insert, which is part of at least one of the streamlined surfaces of the blade, the inserts are placed along the outgoing blade edges, between the contact surfaces of each of the inserts and the blade there is a film pad made of vibration damping material, the size of the insert along the chord of the profile of the blade section the length is not less than 0.1 of the length of the chord of the profile, its thickness is 0.1 - 0.5 of the corresponding local thickness of the profile of the section of the blade, and the total length of the inserts along the outgoing edge of the blade is not less than 1/3 of its length, while an annular recess defined by end flanges is formed in the hub, in which there are blades that are connected to the hub by means of finger screws mounted at an angle to the axis of the mover with the possibility of pressing each of the comms to the surfaces of the annular recess, flanges, and adjacent butt and the possibility of changing and fixing the efforts of their tightening, and between the indicated contact surfaces of the adjacent butt and butt with a hub there is a film gasket made of vibration damping material.

При этом вставки могут быть выполнены в виде части профилированного тела лопасти с ее выходящей кромкой и закреплены в продольной щели, образованной в каждой лопасти. In this case, the inserts can be made in the form of a part of the profiled body of the blade with its outgoing edge and fixed in the longitudinal slit formed in each blade.

Указанные вкладыши могут быть выполнены в виде пакетов, составленных по крайней мере из двух вставок. Причем указанные пакеты включают в себя по крайней мере одну промежуточную пленочную прокладку из вибродемпфирующего материала между смежными вставками. These inserts can be made in the form of packages composed of at least two inserts. Moreover, these packages include at least one intermediate film pad of vibration damping material between adjacent inserts.

Предлагаемое устройство судового движителя позволяет существенно снизить уровни вибрации и шума, обусловленные гидроупругими колебаниями как лопастей в целом, так и выходящих кромок лопастей винта, вращающегося в набегающем потоке воды. The proposed device of the ship's propulsion device can significantly reduce the levels of vibration and noise caused by hydroelastic vibrations of both the blades as a whole and the outgoing edges of the rotor blades rotating in an oncoming flow of water.

Указанный технический результат достигается благодаря совместному введению в предложенное техническое решение признаков, перечисленных в отличительной части формулы изобретения. The specified technical result is achieved due to the joint introduction into the proposed technical solution of the features listed in the distinctive part of the claims.

Сущность изобретения по предложенному устройству судового движителя на пример гребного винта поясняется фиг. 1 - 4. The invention according to the proposed device of the ship's propulsion system for the example of a propeller is illustrated in FIG. fourteen.

На фиг. 1 показан общий вид лопасти движителя со ступицей и их сечения. Судовой движитель, например гребной винт, содержит ступицу 1 с установленными на ней комлями 2 лопастей 3, заподлицо с обтекаемой поверхностью которых размещены вкладыши, каждый из которых выполнен из прикрепленной механически к лопасти вставки 4, составляющей часть по крайней мере одной из обтекаемых поверхностей лопасти. Вставки размещены вдоль выходящей кромки лопасти, между контактными поверхностями вставки 4 и лопасти 3 помещена пленочная прокладка 5 из вибродемпфирующего материала. В ступице 1 имеется ограниченная торцевыми фланцами 6 кольцевая выемка, в которой размещены комли 2 лопастей 3, соединенные с фланцами посредством пальцевых винтов 7, установленных под углом к оси движителя. Между поверхностями контакта соседних комлей и комлей со ступицей размещена пленочная прокладка 8 из вибродемпфирующего материала. На сечении A-A фиг. 1 показан профиль лопасти, а на виде B - увеличенное изображение части профиля лопасти 3 с вставкой 4 и пленочной прокладкой 5 из вибродемпфирующего материала. In FIG. 1 shows a general view of the propeller blade with a hub and their cross-section. A ship propulsion device, for example a propeller, contains a hub 1 with knives 2 of blades 3 mounted on it, flush with the streamlined surface of which there are liners, each of which is made of an insert 4 mechanically attached to the blade, which is part of at least one of the streamlined surfaces of the blade. The inserts are placed along the outgoing edge of the blade, between the contact surfaces of the insert 4 and the blade 3 there is a film strip 5 made of vibration damping material. In the hub 1 there is an annular recess bounded by the end flanges 6, in which there are placed the blades 2 of the blades 3, connected to the flanges by means of finger screws 7 mounted at an angle to the axis of the mover. Between the contact surfaces of the adjacent knots and knots with the hub there is a film pad 8 made of vibration damping material. In section A-A of FIG. 1 shows the profile of the blade, and in view B is an enlarged image of a part of the profile of the blade 3 with an insert 4 and a film strip 5 made of vibration damping material.

На фиг. 2 показано увеличенное изображение части профиля сечения лопасти 3 с вставкой 4, выполненной в виде части профилированного тела лопасти с ее выходящей кромкой и закрепленной в продольной щели, образованной в лопасти. In FIG. 2 shows an enlarged image of the sectional profile of the blade 3 with the insert 4, made in the form of a portion of the profiled body of the blade with its outgoing edge and fixed in a longitudinal slit formed in the blade.

На фиг. 3 представлено увеличенное изображение части профиля лопасти 3 судового движителя, в котором вкладыши выполнены в виде пакетов, составленных по крайней мере из двух вставок 4 и 9. In FIG. 3 is an enlarged image of a portion of the profile of the blade 3 of a ship propulsion device, in which the inserts are made in the form of packets composed of at least two inserts 4 and 9.

На фиг. 4 показано изображение части профиля лопасти 3 с вкладышами, выполненными в виде пакетов, включающих промежуточную пленочную прокладку 10 из вибродемпфирующего материала между смежными вставками 4 и 9. In FIG. 4 shows an image of a part of the profile of the blade 3 with inserts made in the form of packets comprising an intermediate film pad 10 made of vibration damping material between adjacent inserts 4 and 9.

Механическое крепление вставок к лопастям на фиг. 1-4 условно показано в виде заклепок 11. The mechanical attachment of the inserts to the blades of FIG. 1-4 are conventionally shown as rivets 11.

Показанные на фиг. 1-4 основные варианты предлагаемого устройства на примере гребного винта являются одним из примеров выполнения его конструкции и не охватывают все возможные варианты. Shown in FIG. 1-4, the main options of the proposed device on the example of a propeller are one example of its design and do not cover all possible options.

Вкладыши могут быть размещены как на обеих поверхностях лопасти - засасывающей и нагнетающей, так и на одной из них, в зависимости от конструкции судового движителя и условий его работы. Вставки могут изготавливаться из того же материала, что и лопасти, для исключения электрохимической коррозии, либо из другого, если это необходимо по условиям работы движителя. Пленочные прокладки могут изготавливаться из различных вибродемпфирующих материалов, например из полиизобутилена или пленок типа ВПНС. Механическое крепление вставок выполняется исходя из обеспечения прочности устройства и достижения эффекта демпфирования и может осуществляться посредством не только заклепок, но и, например, резьбовых соединений. Количество, размеры и размещение пальцевых винтов выбираются исходя из необходимости обеспечения надежного крепления комлей лопастей к ступице и достижения наибольшего вибродемпфирующего эффекта пленочной прокладки путем изменения степени ее сжатия. The liners can be placed on both surfaces of the blade - suction and discharge, and on one of them, depending on the design of the ship's propulsion and its working conditions. The inserts can be made of the same material as the blades, to exclude electrochemical corrosion, or from another, if necessary according to the operating conditions of the mover. Film pads can be made from various vibration damping materials, for example, from polyisobutylene or films of the type of VPN. The mechanical fastening of the inserts is based on ensuring the strength of the device and achieving the damping effect and can be carried out not only through rivets, but also, for example, threaded joints. The number, size and placement of finger screws are selected based on the need to ensure reliable fastening of the butt of the blades to the hub and to achieve the greatest vibration-damping effect of the film strip by changing the degree of compression.

Выбор размеров движителя должен производиться в каждом конкретном случае исходя из перечисленных в формуле изобретения конструктивных соотношений с учетом общих требований, обычно предъявляемых к гребным винтам и другим типам судовых движителей. The choice of dimensions of the propulsion device should be made in each case on the basis of the structural relationships listed in the claims taking into account the general requirements usually imposed on propellers and other types of ship propulsion devices.

Работа судового движителя (гребного винта, рабочего колеса водомета или др.) предлагаемой конструкции, как и любого лопастного механизма, сопровождается воздействием на каждую лопасть гидродинамических усилий, возбуждающих ее интенсивные колебания. Колебания лопасти могут быть аппроксимированы как колебания консольной балки сложного сечения, закрепленной на ступице. Исследования, в том числе проведенные авторами, показали, что наибольшие амплитуды вибрации наблюдаются на конце лопасти вдоль ее выходящей кромки, т.е. на участках, имеющих минимальную толщину, а значит, и наименьшее механическое сопротивление по отношению к поперечным усилиям. Наибольшие напряжения при колебаниях лопастей возникают в их комлевых частях. The operation of the ship propulsion (propeller, impeller of a water cannon or other) of the proposed design, like any blade mechanism, is accompanied by the impact on each blade of hydrodynamic forces that excite its intense vibrations. Oscillations of the blade can be approximated as oscillations of a cantilever beam of a complex section fixed to the hub. Studies, including those carried out by the authors, showed that the largest vibration amplitudes are observed at the end of the blade along its outgoing edge, i.e. in areas with a minimum thickness, and hence the least mechanical resistance with respect to transverse forces. The greatest stresses during vibrations of the blades occur in their butt parts.

Поэтому размещение вкладышей, выполненных в виде вибродемпфирующих элементов, вдоль выходящей кромки лопасти, а также наличие вибродемпфирующих пленочных прокладок между комлями лопастей и между комлями и поверхностями ступицы, приводит к эффективному преобразованию энергии колебаний в тепловую энергию. В результате существенно снижаются уровни вибрации как выходящих кромок лопастей, так и лопастей в целом. Это приводит к эффективному уменьшению составляющих излучения гребного винта, обусловленных гидроупругими колебаниями выходящих кромок лопастей (кромочный шум) и лопастей в целом (резонансная составляющая шума). Therefore, the placement of liners, made in the form of vibration damping elements, along the outgoing edge of the blade, as well as the presence of vibration damping film gaskets between the knots of the blades and between the knots and the surfaces of the hub, leads to the efficient conversion of vibrational energy into thermal energy. As a result, vibration levels of both the outgoing edges of the blades and the blades as a whole are significantly reduced. This leads to an effective decrease in the propeller radiation components due to hydroelastic vibrations of the outgoing edges of the blades (edge noise) and the blades as a whole (resonant component of noise).

Выбор соотношений между размерами лопастей и вставок произведен авторами исходя из известных физических закономерностей вибродемпфирования колеблющихся тел. Размеры, количество и порядок размещения вставок выбираются в каждом конкретном случае исходя из геометрии лопастей движителя. The correlation between the sizes of the blades and inserts was made by the authors based on the known physical laws of vibration damping of oscillating bodies. The sizes, quantity and placement order of the inserts are selected in each case based on the geometry of the propeller blades.

Как показали результаты экспериментальных исследований, проведенных авторами на моделях лопастей гребных винтов, изготовленных согласно предложенному устройству, увеличение коэффициента потерь колебательной энергии в модели винта составило 5 - 7 раз, что привело к уменьшению вибраций лопастей на 14 - 16 дБ. Оценки показали, что на судах, оборудованных движителями предлагаемой конструкции, уровни вибрации и шума, обусловленных гидроупругими колебаниями лопастей и их выходящих кромок, могут быть снижены в 2 - 3 раза и более. As shown by the results of experimental studies conducted by the authors on the models of propeller blades made according to the proposed device, the increase in the vibrational energy loss coefficient in the screw model was 5 - 7 times, which led to a decrease in the vibration of the blades by 14 - 16 dB. Estimates showed that on ships equipped with propellers of the proposed design, vibration and noise levels caused by hydroelastic vibrations of the blades and their outgoing edges can be reduced by 2–3 times or more.

Предложенное устройство может быть использовано также для снижения вибрации и шума, возникающих при работе других типов лопастных механизмов как с вращающимися, так с неподвижными лопастями, обтекаемыми потоком, например, рабочих колес и статоров турбин, осевых насосов и т.д. The proposed device can also be used to reduce vibration and noise arising from the operation of other types of blade mechanisms with both rotating and fixed blades, streamlined by the flow, for example, impellers and stators of turbines, axial pumps, etc.

Claims

1. A ship mover comprising a hub with blades mounted on it, flush with the streamlined surface of which there are liners, each of which is made mechanically attached to the blade of the insert, which is part of at least one of the streamlined surfaces of the blade, characterized in that the inserts are placed along the outgoing edge of the blade, between the contact surfaces of each of the inserts and the blade there is a film pad made of vibration damping material, the size of the insert along the chord of the sectional profile part is at least 0.1 of the length of the chord of the profile, its thickness is 0.1 - 0.5 of the corresponding local thickness of the profile of the section of the blade, and the total length of the inserts along the outgoing edge of the blade is at least 1/3 of its length, while in the hub formed an annular recess bounded by end flanges, in which there are blades that are connected to the hub by means of finger screws mounted at an angle to the axis of the mover with the possibility of pressing each of the lumps to the surfaces of the annular recess, flanges and adjacent knots and with the possibility of changing and fixing the efforts of their tightening, and between the indicated contact surfaces of the adjacent butt and butt with the hub there is a film gasket made of vibration damping material.

2. A ship propulsion device according to claim 1, characterized in that the inserts are made in the form of a part of the profiled body of the blade with its outgoing edge and fixed in a longitudinal slit formed in each blade.

3. Ship propulsion device according to claim 1 or 2, characterized in that the liners are made in the form of packages composed of at least two inserts.

4. Ship propulsion device according to claim 3, characterized in that the packages include at least one intermediate film pad of vibration damping material between adjacent inserts.