RU2368534C1 - Hollow blade of marine screw propeller - Google Patents
Hollow blade of marine screw propeller Download PDFInfo
- Publication number
- RU2368534C1 RU2368534C1 RU2008111384/11A RU2008111384A RU2368534C1 RU 2368534 C1 RU2368534 C1 RU 2368534C1 RU 2008111384/11 A RU2008111384/11 A RU 2008111384/11A RU 2008111384 A RU2008111384 A RU 2008111384A RU 2368534 C1 RU2368534 C1 RU 2368534C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blade
- propeller
- hollow
- edge
- vibration
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области судостроения, а именно к конструкциям лопастей судовых гребных винтов, и может быть применено при конструировании гребных винтов, рабочих колес водометных движителей и т.д.The invention relates to the field of shipbuilding, namely to the design of the blades of ship propellers, and can be applied in the design of propellers, impellers of water-jet propulsion devices, etc.
Высокие требования к уровням вибрации и шума на судах с целью улучшения обитаемости, например на круизных судах, и повышения надежности функционирования разнообразной аппаратуры, включая гидроакустическую, например, на рыбопромысловых и исследовательских судах, а также на кораблях и подводных лодках ВМФ, привело к разработке различных приемов снижения шумоизлучения гребных винтов. Одним из приемов снижения шумоизлучения гребных винтов является снижение частоты их вращения, что влечет за собой возрастание диаметра винтов (например, на круизных лайнерах до 8 м и более). Последнее обстоятельство требует уменьшения веса винта для снижения возрастающих нагрузок на валопровод, которые усугубляются их нестационарностью. Одним из направлений уменьшения веса гребных винтов является применение конструкции полых лопастей, которые обеспечивают, наряду с уменьшением веса гребных винтов, снижение вибрации лопастей с передачей усилий через ступицу и валопровод на конструкции корпуса.High requirements for vibration and noise levels on ships in order to improve habitability, for example, on cruise ships, and to increase the reliability of various equipment, including sonar equipment, for example, on fishing and research vessels, as well as on ships and submarines of the Navy, led to the development of various techniques for reducing the noise of propellers. One of the methods for reducing the noise emission of propellers is to reduce their rotation frequency, which entails an increase in the diameter of the propellers (for example, on cruise ships up to 8 m or more). The latter circumstance requires a reduction in the weight of the screw in order to reduce the increasing loads on the shaft line, which are aggravated by their non-stationary nature. One of the ways to reduce the weight of the propellers is to use the design of the hollow blades, which, along with reducing the weight of the propellers, reduce the vibration of the blades with the transmission of forces through the hub and shaft shaft to the housing structure.
Однако выполнение полой конструкции лопастей гребных винтов не в полной мере исключает вибрации выходящей кромки лопастей под влиянием сходящих с кромки лопастей вихрей - кромочного шума (Ю.Л.Левковский «Шум гребных винтов», ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова, СПб., 2005 г.).However, the implementation of the hollow design of the propeller blades does not completely exclude the vibrations of the outgoing edge of the blades under the influence of vortices coming off the edge of the blades - edge noise (Yu.L. Levkovsky “The noise of the propellers”, Central Research Institute named after academician A.N. Krylov, St. Petersburg ., 2005).
Известна конструкция лопасти по патенту №2117603, которая содержит входящую и выходящую кромки, имеет профилированную форму поперечного сечения, в которой центр масс и ось жесткости профилей сечений смещены к оси гидродинамических фокусов профилей сечений до исключения автоколебаний, что достигнуто установкой в передней части лопасти утяжеляющих вставок или выполнением задней части лопасти с полостями. Такие лопасти не позволяют достигнуть необходимого снижения шума, а также и веса гребных винтов.Known design of the blade according to patent No. 217603, which contains the incoming and outgoing edges, has a profiled cross-sectional shape in which the center of mass and the axis of stiffness of the cross-sectional profiles are shifted to the axis of the hydrodynamic foci of the cross-sectional profiles to exclude self-oscillations, which is achieved by installing weighting inserts in the front of the blade or performing the back of the vane with cavities. Such blades do not allow to achieve the necessary noise reduction, as well as the weight of the propellers.
Известна конструкция пустотелой лопасти судового гребного винта (US 302884, 11.07.68, №9539/68, Швеция, B63h 1/14), включающая переднюю и заднюю стенки, соединенные между собой по кромкам и образующие, соответственно, нагнетающую и всасывающую винтовые поверхности, выполненная из отдельных секций со стыками по горизонтальным плоскостям, имеющая внутренний силовой набор (горизонтальные и вертикальные ребра жесткости).A known design of the hollow blade of a ship propeller (US 302884, 07/11/68, No. 9539/68, Sweden, B63h 1/14), including the front and rear walls, interconnected along the edges and forming, respectively, the discharge and suction screw surfaces, made of separate sections with joints on horizontal planes, having an internal power set (horizontal and vertical stiffeners).
Однако в указанной конструкции лопасти гребного винта предусмотрено наличие симметричного контура лопасти, предназначенного только для снижения веса конструкции лопасти, при котором не предусмотрено обеспечение задачи снижения уровня вибрации и шума, где источником является работающий гребной винт в условиях работы с заданной неоднородностью поля скоростей от набегающего потока, и не обеспечивается уменьшение кромочного шума лопастей, возникающего из-за вибрации кромок лопастей при работе гребного винта. Пустотелая лопасть гребного винта по патенту Швеции №302884, (бюл. №15, опубл. 28.04.1971 г.) принята в качестве наиболее близкого аналога.However, in the specified design of the propeller blade there is a symmetrical contour of the blade intended only to reduce the weight of the blade structure, which does not provide for the task of reducing the level of vibration and noise, where the source is a working propeller in conditions of work with a given inhomogeneity of the velocity field from the incoming flow , and does not provide a reduction in the edge noise of the blades arising due to vibration of the edges of the blades during operation of the propeller. The hollow propeller blade according to the Swedish patent No. 302884, (bull. No. 15, publ. 04/28/1971) is adopted as the closest analogue.
Задачей предлагаемого изобретения является снижение вибрации и кромочного шума лопасти при работе гребного винта, минимизация излучения с дискретным спектром при сниженном весе лопасти и высоких прочностных характеристиках.The objective of the invention is to reduce vibration and edge noise of the blade during operation of the propeller, minimize radiation with a discrete spectrum with reduced blade weight and high strength characteristics.
Задача решена тем, что в пустотелой лопасти, включающей вершину, корневую часть, стенки входящей и выходящей кромок, соединенных между собой обшивкой и образующих, соответственно, нагнетающую и всасывающую винтовые поверхности и контур лопасти, а также внутренний силовой набор, согласно изобретению пустотелая лопасть выполнена литосварной, ее контур имеет саблевидную форму, а внутренний силовой набор выполнен в виде силовой продольной балки и поперечных силовых элементов. При этом силовая продольная балка установлена в полости пустотелой лопасти, радиально по ее длине, по линии контура, совпадающей с наибольшими толщинами профилей сечений лопасти, и приварена одним концом к вершине лопасти, а другим концом к корневой ее части. А поперечные силовые элементы расположены по цилиндрическим образующим, их концы приварены к стенкам входящей и выходящей кромок, соответственно, а в средней части - к силовой продольной балке. На участке лопасти, начинающемся от величины размаха лопасти, соответствующей 0,50 радиуса гребного винта до корневой части лопасти, масса входящей кромки максимально увеличена, а масса выходящей кромки минимально уменьшена.The problem is solved in that in a hollow blade comprising a vertex, a root part, walls of the inlet and outlet edges interconnected by a skin and forming, respectively, a screw and suction screw surfaces and a blade contour, as well as an internal power set, according to the invention, the hollow blade is made litho-welded, its contour has a saber shape, and the internal power set is made in the form of a power longitudinal beam and transverse power elements. In this case, the longitudinal force beam is installed in the cavity of the hollow blade radially along its length along the contour line coinciding with the largest thicknesses of the sections of the blade sections and is welded at one end to the top of the blade and the other end to its root part. And the transverse force elements are arranged along cylindrical generators, their ends are welded to the walls of the inlet and outlet edges, respectively, and in the middle part to the longitudinal force beam. In the area of the blade, starting from the magnitude of the span of the blade corresponding to 0.50 of the radius of the propeller to the root of the blade, the mass of the inlet edge is maximized and the mass of the outlet edge is minimized.
Кроме того, внутренние пустоты лопасти заполнены композитным вибродемпфирующим гранулированным материалом с малым удельным весом.In addition, the internal voids of the blade are filled with a composite vibration-damping granular material with a low specific gravity.
Кроме того, корневая часть лопасти выполнена с возможностью крепления к ступице гребного винта посредством механического крепления через вибродемпфирующие прокладки.In addition, the root part of the blade is made with the possibility of fastening to the hub of the propeller by mechanical fastening through vibration damping pads.
Кроме того, массив лопасти по всему контуру выполнен из отдельных радиальных секций, стыкуемых по линиям раздела.In addition, the massif of the blade along the entire contour is made of separate radial sections joined along the dividing lines.
Кроме того, обшивка секций последовательно от корня лопасти до вершины имеет различную толщину, уменьшающуюся в направлении вершины лопасти и к входящей и выходящей кромкам.In addition, the cladding of the sections sequentially from the root of the blade to the top has a different thickness, decreasing in the direction of the top of the blade and to the incoming and outgoing edges.
Выполнение пустотелой лопасти, контур которой имеет саблевидную форму (степень саблевидности - θ), суть и эффективность которой заключается в отличии формы лопасти от симметричной, а также от распределения саблевидности вдоль радиуса винта по размаху лопасти, оказывающейся своей для каждой картины заданной неоднородности поля скоростей, обеспечивает получение повышенных пропульсивных качеств гребного винта с одновременной минимизацией уровней докавитационного низкочастотного акустического излучения гребного винта, вызванного обтеканием лопастей в неоднородном поле скоростей с дискретным спектром. Материалом лопасти может служить бронзовый сплав, сталь, титановый сплав, любые разновидности материала, используемого для изготовления гребных винтов.The implementation of a hollow blade, the contour of which has a saber shape (saber degree - θ), the essence and effectiveness of which is to distinguish the shape of the blade from the symmetrical one, as well as from the distribution of the saber shape along the radius of the screw along the blade span, which turns out to be different for each given pattern of velocity field provides increased propulsive qualities of the propeller while minimizing the levels of pre-cavitation low-frequency acoustic radiation of the propeller caused by by kicking blades in an inhomogeneous velocity field with a discrete spectrum. The material of the blade can be bronze alloy, steel, titanium alloy, any kind of material used for the manufacture of propellers.
Для сохранения прочностных характеристик геометрическая форма пустотелой лопасти судового гребного винта с саблевидным контуром обеспечена конструкцией, состоящей из обшивки и набора, имеющих лито-сварную конструкцию, где главный силовой элемент набора представлен мощной продольной балкой, проходящей радиально по всему размаху лопасти, совпадая с трассировкой контура наибольших толщин профилей сечений лопасти, соединяя ее вершину с корневой частью, и поперечными силовыми элементами конструкции сечений лопасти, располагающимися в цилиндрических поверхностях и стыкуемыми с главным силовым элементом, идущими от стенок входящей передней до выходящей задней кромок лопасти, передавая местные нагрузки на продольный главный силовой элемент конструкции набора лопасти. В результате конструкцией обеспечивается опора обшивке и геометрическая форма лопасти, а во взаимодействии обшивки и набора воспринимаются все виды нагрузок: продольные, изгибные и крутящие, действующие на лопасть при вращении гребного винта.To maintain strength characteristics, the geometric shape of the hollow blade of a ship propeller with a saber-shaped contour is provided by a structure consisting of a sheathing and a set having a cast-welded structure, where the main power element of the set is represented by a powerful longitudinal beam extending radially across the entire span of the blade, coinciding with the trace of the contour the greatest thicknesses of the profiles of the sections of the blade, connecting its top with the root part, and the transverse force elements of the design of the sections of the blade, located in cylindrical surfaces and mating with the main power element, extending from the walls of the incoming front to the leaving trailing edges of the blade, transferring local loads to the longitudinal main power element of the blade set construction. As a result, the design provides support for the casing and the geometric shape of the blade, and in the interaction of the casing and the set, all types of loads are perceived: longitudinal, bending and twisting, acting on the blade during rotation of the propeller.
Формой пустотелой лопасти судового гребного винта, закрепленной в его конструкции при саблевидном контуре лопасти, обеспечиваются все прочностные параметры с выдерживанием всех гидродинамических нагрузок (в том числе и реверсивных), в которой заложена геометрия лопастей, выбранная из условия работы гребного винта в набегающем потоке при заданной неоднородности поля скоростей, и, одновременно, с сохранением повышенных пропульсивных качеств гребного винта, при этом также обеспечивается снижение уровней докавитационного акустического излучения гребного винта, вызванного обтеканием лопастей в неоднородном поле скоростей с дискретным спектром.The shape of the hollow blade of a ship propeller, fixed in its design with a saber-shaped contour of the blade, provides all strength parameters withstanding all hydrodynamic loads (including reverse), in which the geometry of the blades is selected, selected from the operating condition of the propeller in the incoming flow for a given flow heterogeneity of the velocity field, and, at the same time, while maintaining the increased propulsive qualities of the propeller, this also reduces the levels of pre-cavitation acoustic propeller radiation caused by the flow around the blades in an inhomogeneous velocity field with a discrete spectrum.
Для снижения вибрации и кромочного шума лопастей, а также и их веса образовавшиеся между обшивкой и внутренним набором внутренние свободные полости лопастей заполнены композитным вибродемпфирующим гранулированным материалом с малым удельным весом (0,5-0,8 т/м3), который после заполнения внутреннего пустотелого объема лопасти саморасширяется и способствует снижению веса гребного винта в целом. Применительно к современным гребным малошумным винтам сборной конструкции с саблевидными лопастями пустотелая часть объема лопасти может составить ориентировочно около 30% объема тела лопасти (если принять условно-среднюю толщину обшивки, формирующей засасывающую и нагнетающую стороны профиля лопасти, около 25 мм).To reduce the vibration and edge noise of the blades, as well as their weight, the inner free cavities of the blades formed between the casing and the internal set are filled with composite vibration-damping granular material with a low specific gravity (0.5-0.8 t / m 3 ), which, after filling the internal the hollow volume of the blade is self-expanding and helps to reduce the weight of the propeller as a whole. In relation to modern low-noise propellers of a prefabricated design with saber-shaped blades, the hollow part of the volume of the blade can make up approximately 30% of the body volume of the blade (if we take the conditionally average thickness of the skin forming the suction and discharge sides of the blade profile, about 25 mm).
Заявленная конструкция пустотелой лопасти судового гребного винта позволяет существенно снизить уровни вибрации и шума, обусловленного гидроупругими колебаниями лопастей, вращающихся в набегающем потоке при их малом весе и высоких прочностных характеристиках.The claimed design of the hollow blade of a ship propeller can significantly reduce the levels of vibration and noise caused by hydroelastic vibrations of the blades rotating in a free stream with their low weight and high strength characteristics.
Изобретение пояснено чертежами на которых:The invention is illustrated by drawings in which:
на фиг.1 - общий вид лопасти со стороны нагнетающей части при снятом фрагменте обшивки;figure 1 is a General view of the blade from the discharge side with the removed fragment of the casing;
на фиг.2 - разрез по А-А с фиг.1 вдоль размаха лопасти;figure 2 is a section along aa from figure 1 along the span of the blade;
на фиг.3 - сечение лопасти по Б-Б с фиг.1.figure 3 is a section of the blade along BB from figure 1.
Лопасть включает корневую часть 1, выполненную литой, предназначенную для крепления к ступице, с приваренными к ней литыми передней стенкой 2 входящей кромки и задней стенкой 3 выходящей кромки, которые, в свою очередь, приварены к цельнолитой части вершины - концевой части (законцовки) 4 лопасти, образуя контур лопасти. Стенка 2 входящей кромки и стенка 3 выходящей кромки соединены между собой по кромкам обшивкой 5, образуя всасывающую и нагнетающую винтовые поверхности лопасти (фиг.1, 2) и контур саблевидной формы (степень саблевидности - θ).The blade includes a cast root part 1, intended for attachment to the hub, with cast front wall 2 of the input edge welded to it and a rear wall 3 of the output edge, which, in turn, are welded to the solid part of the top - end part (end) 4 blades, forming the contour of the blade. The wall 2 of the input edge and the wall 3 of the output edge are interconnected along the edges of the casing 5, forming a suction and forcing screw surface of the blade (Fig.1, 2) and a saber-shaped contour (degree of saber-shaped - θ).
Форма пустотелой лопасти с выбранной саблевидностью закреплена снаружи обшивкой 5 и изнутри силовым набором, образующими литосварную конструкцию, где главным силовым элементом набора является мощная продольная балка 6, которая, проходя радиально по всему размаху лопасти (по длине), лежит на линии трассировки контура наибольших толщин профилей сечений лопасти и соединяет вершину 4 лопасти с ее корневой частью 1 (фиг.1) при помощи сварки. Дополнительными элементами силового набора лопасти являются поперечные силовые элементы 7 сечений лопасти (фиг.1, 2), располагающиеся в цилиндрических поверхностях между стенкой 2 и стенкой 3 лопасти. Концы поперечных силовых элементов 7 приварены к стенкам 2 и 3, соответственно, входящей и выходящей кромок, а средние части силовых элементов 7 соединены с помощью сварки с главным силовым элементом - с продольной балкой 6, передавая ей местные нагрузки, работая вместе с главным силовым элементом конструкции набора, продольной балкой 6, заодно с обшивкой 5, определяющей собой внешнюю поверхность всасывающей и нагнетающей оболочек лопасти, работающей в среде набегающего потока. Металлической конструкцией лопасти образованы внутренние полости: полость 8, расположенная относительно продольной балки 6 в сторону стенки 2 входящей кромки, и полость 9, расположенная относительно продольной балки 6 в сторону стенки 3 выходящей кромки (фиг.1, 3).The shape of the hollow blade with the selected saber is fixed externally by the sheathing 5 and from the inside by a power set, forming a litho-welded structure, where the main power element of the set is a powerful longitudinal beam 6, which, passing radially along the entire span of the blade (in length), lies on the trace line of the largest thickness contour profiles of sections of the blade and connects the
Предлагаемой конструкцией силового набора обеспечивается опора обшивке и совокупно определяется геометрическая форма лопасти, при которой в едином взаимодействии обшивки и набора воспринимаются все виды нагрузок: продольные, изгибные и крутящие, действующие на лопасть при вращении гребного винта.The proposed design of the power set provides support to the casing and together determines the geometric shape of the blade, in which in a single interaction of the casing and the set all kinds of loads are perceived: longitudinal, bending and twisting, acting on the blade during rotation of the propeller.
Положение поверхностей одной из сторон внутренних ребер жесткости - поперечных силовых элементов 7 - совпадает с поверхностями концентрических цилиндров, ось которых является осью гребного винта. Радиусы поверхностей концентрических цилиндров отличаются между собой на величину, равную примерно 0,10 части радиуса гребного винта R (около 200-300 мм) таким образом, что полученные для определения положения сечений лопасти теоретические линии концентрических поверхностей совпадают с окружностями, соответствующими положению относительных радиусов гребного винта, начиная от 0,30R; 0,40R; 0,50R; и т.д. до предельно допустимого рационального положения теоретических линий конструкции сечений лопасти (металлической матрицы), при которой полностью обеспечиваются все прочностные требования по лопасти. С целью достижения наибольшего приближения положения главного силового элемента продольной балки 6 к центру кручения (к оси гидродинамических фокусов профилей сечений) для обеспечения снижения значений гидродинамических скручивающих и изгибающих моментов матрица конструкции сформирована таким образом, чтобы масса стенки 2 входящей кромки была максимально увеличена, сопровождаясь соответствующим уменьшением объема прилегающей внутренней полости 8, а масса стенки 3 выходящей кромки по возможности уменьшена, сопровождаясь соответствующим увеличением объема прилегающей внутренней полости 9. Подобное перераспределение материала входящей и выходящей кромок, начиная с района размаха лопасти, близкого к положению относительных радиусов гребного винта 0,50…0,60R, обеспечивается вплоть до начала области формирования верхней литой концевой части 4 (законцовки) лопасти.The position of the surfaces of one of the sides of the internal stiffening ribs - transverse force elements 7 - coincides with the surfaces of concentric cylinders, the axis of which is the axis of the propeller. The radii of the surfaces of the concentric cylinders differ from each other by an amount equal to about 0.10 of the radius of the propeller R (about 200-300 mm) so that the theoretical lines of the concentric surfaces obtained to determine the position of the blade sections coincide with the circles corresponding to the position of the relative radii of the propeller screw starting from 0.30R; 0.40R; 0.50 R; etc. to the maximum permissible rational position of the theoretical lines of the design of the sections of the blade (metal matrix), at which all strength requirements for the blade are fully provided. In order to achieve the closest approximation of the position of the main power element of the longitudinal beam 6 to the torsion center (to the axis of the hydrodynamic foci of the cross-sectional profiles) in order to reduce the values of the hydrodynamic twisting and bending moments, the design matrix is formed so that the mass of the wall 2 of the incoming edge is maximized, accompanied by the corresponding a decrease in the volume of the adjacent
Внутренние полости 8 и 9, располагающиеся относительно продольной балки 6 в стороны стенок 2 и 3, заполнены ячеистой сердцевиной, состоящей из композитного вибродемпфирующего материала с удельным весом 0,5-0,8 т/м3 (фиг.3).The
По аналогии с гребными винтами сборной конструкции, имеющими цельнолитые лопасти в корневой части 1 пустотелой лопасти, предусмотрена возможность крепления ее к ступице гребного винта посредством механического крепления через вибродемпфирующие прокладки 10.By analogy with the prefabricated propellers having solid cast vanes in the root part 1 of the hollow blade, it is possible to fasten it to the propeller hub by mechanical fastening through vibration damping pads 10.
Корневая часть 1 с литыми стенками 2 и 3 входящей и выходящей кромок, приваренными к цельнолитой части вершины 4, и обшивка 5, а также элементы 6 и 7 силового набора (фиг.1, 2, 3) формируют весь комплекс целостной геометрической формы конструкции пустотелой лито-сварной лопасти, образуют своего рода металлическую матрицу. Металлическая матрица конструкции лопасти обеспечивает все подкрепленные расчетами прочностные параметры в области упругих деформаций, необходимые для выдерживания всех действующих эксплуатационных гидродинамических нагрузок, включая скручивающие и изгибающие моменты, которые могут возникнуть при работе гребного винта (в том числе при реверсе) в водной среде.The root part 1 with molded walls 2 and 3 of the incoming and outgoing edges welded to the solid part of the
На основе выполненных ранее исследований применительно к прототипам (аналогам) настоящего изобретения следует, что при рационально выбранных конструктивных элементах набора и обшивки пустотелой лопасти, имеющей саблевидный контур, с обеспечением максимальной возможности приближения центра изгиба и кручения сечений лопасти к центру приложения гидродинамических сил, созданы условия для достижения уменьшения возникающих от гидродинамических нагрузок изгибно-крутильных колебаний динамически деформируемой лопасти, даже при наличии большой степени саблевидности лопастей (high skew), когда за счет формирования геометрии пустотелой лопасти металлической конструкцией, не отличающейся внешне от цельнолитой лопасти с выполнением всех требований, предъявляемых к гребным винтам по механической прочности, в том числе по эрозийной стойкости и ударопрочностным характеристикам, обеспечивается надежность и эксплуатационная долговечность пустотелых лопастей заявленной конструкции.Based on the previously performed studies in relation to the prototypes (analogues) of the present invention, it follows that with rationally selected structural elements for the set and sheathing of a hollow blade having a saber-like contour, with the maximum possible approach of the center of bending and torsion of the blade sections to the center of application of hydrodynamic forces, conditions are created to achieve a reduction in the bending-torsional vibrations of a dynamically deformable blade arising from hydrodynamic loads, even in the presence of the highest degree of saber-like blades (high skew), when due to the formation of the geometry of the hollow blade with a metal structure that does not differ externally from the whole-cast blade with the fulfillment of all the requirements for propellers in terms of mechanical strength, including erosion resistance and impact resistance, reliability is ensured and operational durability of hollow blades of the claimed design.
Для реализации лито-сварной конструкции лопасти с учетом величины реальных диаметров гребных винтов массив лопасти для удобства ее изготовления может разделяться на ряд отдельных секций -частей металлической матрицы лопасти, которые могут изготавливаться в виде отдельных отливок, а затем стыковаться в местах стыковочных граней - разделения секций, контур которых лежит на соответствующих поверхностях концентрических цилиндров сечений лопасти, определяющих места разделения лопасти на секции. В общем случае таких частей-секций лопасти, из которых при большом диаметре изготавливают целую лопасть, может быть от 3-х до 5, что находится в зависимости от диаметра гребного винта и размаха лопасти.For the implementation of a cast-welded blade design, taking into account the real diameters of the propellers, the blade array for the convenience of its manufacture can be divided into a number of separate sections - parts of the metal matrix of the blade, which can be made in the form of separate castings, and then docked in the places of the connecting faces - separation sections , the contour of which lies on the corresponding surfaces of the concentric cylinders of the sections of the blade, defining the location of the separation of the blade into sections. In the general case, such parts-sections of the blade, from which a large blade is made with a large diameter, can be from 3 to 5, which depends on the diameter of the propeller and the size of the blade.
Для изготовления литых частей конструкции лопастей используют все современные технологии литья (точное литье под давлением, прессование полотен обшивки 5 оболочек и т.д.). Сборка секций лопасти производится на постелях, близких по конструкции судосборочному корпусному производству. После черновой сборки лопасти с заполнением внутренних полостей композитным материалом, в соответствии с принятой технологией винтового производства лопасти поступают сначала на первичную станочную обработку, а затем на сборку и окончательную чистовую доводку гребных винтов сборной конструкции. При этом эксплуатационные качества пустотелой лопасти гребного винта обеспечиваются (например, по эрозийным и ударопрочностным характеристикам) на уровне обычных судовых гребных винтов.For the manufacture of cast parts for the design of the blades, all modern casting technologies are used (precision injection molding, pressing of sheathing of 5 shells, etc.). Blade sections are assembled on beds that are close in design to ship assembly hull production. After rough assembly of the blades with filling the internal cavities with composite material, in accordance with the adopted technology of screw production, the blades go first to the primary machining, and then to the assembly and final finishing of the prefabricated propellers. At the same time, the performance of a hollow propeller blade is ensured (for example, by erosion and impact resistance characteristics) at the level of conventional ship propellers.
Обшивка 5 каждой секции лопасти последовательно в направлении от корня до вершины выполнена из материала различной толщины. Передняя и задняя стенки секции выполнены из нескольких листов различной толщины, соединенных сваркой, меняющейся от корня лопасти до ее вершины, начиная с большей толщины до меньшей, и с разной толщиной листов, симметрично уменьшающихся к кромкам входящей и выходящей (задней) стенки - выходящей кромки лопасти по обеим сторонам от главного силового элемента 6 набора лопасти.The sheathing 5 of each section of the blade sequentially in the direction from the root to the apex is made of material of various thicknesses. The front and rear walls of the section are made of several sheets of different thicknesses connected by welding, varying from the root of the blade to its apex, starting from a larger thickness to a smaller one, and with different thicknesses of sheets symmetrically decreasing to the edges of the incoming and outgoing (back) walls - outgoing edges blades on both sides of the main power element 6 of the set of blades.
При работе пустотелой лопасти как элемента движителя с оптимально выбранной саблевидностью в заданном неоднородном поле скоростей, обеспечивается постепенный вход лопасти в зону подторможенности или ускоренности потока, за счет чего элементарные нестационарные силы, возникающие на различных участках лопасти, достигают своего максимума в различные моменты времени, и поэтому амплитуда результирующей нестационарной силы на каждой лопасти, а значит и гребном винте в целом, уменьшается, а время действия силы увеличивается, что приводит к уменьшению спектральных уровней сил и минимизации излучения гребного винта с дискретным спектром.When the hollow blade is used as an element of the propeller with an optimally selected saber in a given inhomogeneous velocity field, the blade gradually enters the zone of inhibition or acceleration of the flow, due to which the elementary unsteady forces arising in different parts of the blade reach their maximum at various points in time, and therefore, the amplitude of the resulting unsteady force on each blade, and hence the propeller as a whole, decreases, and the duration of the force increases, which leads to reducing spectral levels of forces and minimizing the radiation of a propeller with a discrete spectrum.
Наибольшие амплитуды вибрации наблюдаются вдоль выходящих кромок лопасти, т.е. на участках, где имеется минимальная толщина, а значит и минимальное механическое сопротивление по отношению к поперечным усилиям. Поэтому заполнение внутренних полостей пустотелого гребного винта композитным материалом приводит к преобразованию энергии изгибных колебаний участков лопастей в тепловую энергию, связанную со сдвигом внутри массива вибродемпфирующего материала. Размещение композитного вибродемпфирующего материала в зоне максимальных вибраций позволяет уменьшить вибрации не только концевых кромок лопасти, но и всех лопастей гребного винта в целом. В итоге уменьшается составляющая звукового излучения, обычно называемая кромочным шумом, усиленная гидроупругими колебаниями выходящей кромки лопасти.The largest vibration amplitudes are observed along the outgoing edges of the blade, i.e. in areas where there is a minimum thickness, and therefore a minimum mechanical resistance with respect to transverse forces. Therefore, filling the internal cavities of a hollow propeller with a composite material converts the energy of the bending vibrations of the sections of the blades into thermal energy associated with a shift within the array of vibration damping material. Placing a composite vibration damping material in the zone of maximum vibrations reduces vibration not only of the end edges of the blade, but of all propeller blades as a whole. As a result, the component of sound radiation, usually called edge noise, is reduced, reinforced by hydroelastic vibrations of the outgoing edge of the blade.
По сравнению с известными конструкциями лопастей гребного винта, предлагавшимися для уменьшения кромочного шума и снижения вибрации лопастей, данная конструкция с использованием наполнения внутренних пустотелых объемов лопасти композиционным материалом приведет к большему увеличению потерь колебательной энергии и вибрации лопасти, а следовательно, и обусловленного этим звукоизлучения, нежели на гребных винтах сборной конструкции, имеющих цельнолитые лопасти, за счет увеличения площади поверхности, на которой происходит диссипация колебательной энергии. Экспериментальные оценки показали, что уровни вибрации и шума гребных винтов на судах, где основные источники шума гребного винта, рабочего колеса водомета и т.д. обусловлены кромочным шумом и гидроупругими колебаниями их лопастей, могут быть снижены более чем на 8-10 дБ.Compared with the known designs of the propeller blades, proposed to reduce edge noise and reduce the vibration of the blades, this design using the filling of the internal hollow volumes of the blades with composite material will lead to a greater increase in the losses of vibrational energy and vibration of the blades, and consequently, the sound emission caused by this, rather than on prefabricated propellers with solid cast vanes by increasing the surface area on which dissipation takes place vibrational energy. Experimental estimates showed that the vibration and noise levels of propellers on ships, where the main sources of noise are propeller, impeller, etc. due to edge noise and hydroelastic vibrations of their blades, they can be reduced by more than 8-10 dB.
Предложенная конструкция пустотелой лопасти судового гребного винта позволяет снизить вибрацию и шум, возникающие при работе гребного винта и других лопастных механизмов с вращающимися или с неподвижными лопастями, обтекаемых потоком (рабочих колес, статоров осевых насосов, турбин и т.д.) при высоких прочностных характеристиках и сниженном весе.The proposed design of the hollow blade of a ship propeller allows to reduce vibration and noise arising during the operation of the propeller and other blade mechanisms with rotating or fixed blades, streamlined (impellers, stators of axial pumps, turbines, etc.) with high strength characteristics and reduced weight.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008111384/11A RU2368534C1 (en) | 2008-03-24 | 2008-03-24 | Hollow blade of marine screw propeller |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008111384/11A RU2368534C1 (en) | 2008-03-24 | 2008-03-24 | Hollow blade of marine screw propeller |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2368534C1 true RU2368534C1 (en) | 2009-09-27 |
Family
ID=41169502
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008111384/11A RU2368534C1 (en) | 2008-03-24 | 2008-03-24 | Hollow blade of marine screw propeller |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2368534C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110901827A (en) * | 2019-12-05 | 2020-03-24 | 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 | Ship and accessory structure thereof |
| RU2748815C1 (en) * | 2020-10-08 | 2021-05-31 | Акционерное общество "Пермский завод "Машиностроитель" | Marine propeller |
| RU2763086C1 (en) * | 2020-10-22 | 2021-12-27 | Акционерное общество "Центр судоремонта "Звездочка" (АО "ЦС "Звездочка") | Method for manufacturing a screw propeller |
| RU2788651C1 (en) * | 2022-08-24 | 2023-01-24 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Propeller screw |
-
2008
- 2008-03-24 RU RU2008111384/11A patent/RU2368534C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110901827A (en) * | 2019-12-05 | 2020-03-24 | 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 | Ship and accessory structure thereof |
| RU2748815C1 (en) * | 2020-10-08 | 2021-05-31 | Акционерное общество "Пермский завод "Машиностроитель" | Marine propeller |
| RU2763086C1 (en) * | 2020-10-22 | 2021-12-27 | Акционерное общество "Центр судоремонта "Звездочка" (АО "ЦС "Звездочка") | Method for manufacturing a screw propeller |
| RU2788651C1 (en) * | 2022-08-24 | 2023-01-24 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Propeller screw |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104112040B (en) | Efficient and high power density water jet propulsion pump hydraulic model peculiar to vessel design method | |
| CN106951623B (en) | Pump jet propeller hydraulic model with Helmholtz resonant cavity and design method thereof | |
| RU2368534C1 (en) | Hollow blade of marine screw propeller | |
| CN104462652A (en) | Design method of hydraulic model of shaftless drive type integrated motor pump jet | |
| CN105818951A (en) | Novel front laterally-inclined guide vane type pump spraying propeller and design method thereof | |
| WO2009154496A1 (en) | Hollow blade of a ship propeller | |
| KR20180089554A (en) | Propeller with small duct, and ship | |
| CN112115562A (en) | Pump-jet propeller with blade tip circular ring embedded in guide pipe groove and design method thereof | |
| AU2008255279B2 (en) | A submersible propulsor unit | |
| CN107117279B (en) | Mix the detachable guide-tube structure of interlayer composite material | |
| CN108733958A (en) | A kind of 7 vane propeller hydraulic model of low noise and design method of delay cavitation inception | |
| CN104773279B (en) | Curved culvert type marine propeller | |
| JP6466061B2 (en) | Marine propeller and marine propeller repair method | |
| RU2130403C1 (en) | Shipboard propeller | |
| RU2710142C1 (en) | Low noise screw propeller | |
| Muller et al. | On the benefits of metallic additive manufacturing for propellers | |
| RU2149798C1 (en) | Marine propulsor | |
| US6267634B1 (en) | Propeller flare | |
| RU2709865C1 (en) | Propeller composite blade | |
| AU2020335399A1 (en) | A marine propeller | |
| Shi et al. | Unsteady hydrodynamics and vibro-acoustic responses for a pump-jet propelled suboff under distributed pulsation force | |
| CN108750060A (en) | A kind of aluminum mixed-flow hydraulic jet propulsion system impeller housing | |
| RU2791969C1 (en) | Ship's propeller | |
| CN205524904U (en) | Novel leading skew stator formula pump spouts propeller | |
| Collier | Ship and platform noise, propeller noise |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150325 |