RU2438917C2 - Ship propulsor - Google Patents
Ship propulsor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2438917C2 RU2438917C2 RU2009105350/11A RU2009105350A RU2438917C2 RU 2438917 C2 RU2438917 C2 RU 2438917C2 RU 2009105350/11 A RU2009105350/11 A RU 2009105350/11A RU 2009105350 A RU2009105350 A RU 2009105350A RU 2438917 C2 RU2438917 C2 RU 2438917C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- screw
- ridge
- blades
- rotation
- angle
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к движителям для надводного и подводного транспорта и может быть использовано на самоходных гражданских и военных плавающих средствах, в аэраторах, потокообразователях, смесителях, вентиляторах, насосах, несущих воздушных системах.The invention relates to propellers for surface and underwater vehicles and can be used on self-propelled civil and military floating vehicles, in aerators, flow generators, mixers, fans, pumps, supporting air systems.
Современные судовые движители еще далеки от совершенства. Гребной винт только около половины мощности, получаемой от двигателя, тратит на массоперенос, вторая половина идет на бесполезную работу, например, на винтообразное закручивание частиц воды в струе. При вращении винт создает зоны низкого давления в области разрежения на засасывающей стороне лопасти, что приводит к вскипанию воды и образованию кавитации, в которых быстро растут и охлопываются кавитационные пузырьки, что приводит к возникновению шума и разрушению материала винта. Скорость отбрасываемой струи примерно вдвое больше подсасываемой, поэтому за винтом плотность воды меньше и она в этом случае является «мягкой» средой, которая амортизирует упор, увеличивает скольжение и снижает кпд винта. На гребных винтах, имеющих большую частоту вращения, вследствие больших центробежных скоростей происходит перетекание воды по лопастям в радиальном направлении, что отрицательно сказывается на кпд винта. Для уменьшения этого эффекта лопастям придают значительный наклон в корму - от 10 до 15°.Modern ship movers are still far from perfect. A propeller spends only about half of the power received from the engine for mass transfer, the other half goes for useless work, for example, for screw-like twisting of water particles in a stream. During rotation, the screw creates low pressure zones in the rarefaction region on the suction side of the blade, which leads to boiling of water and the formation of cavitation, in which cavitation bubbles quickly grow and cools, which leads to noise and destruction of the screw material. The speed of the jet being thrown back is approximately twice as high as the suction one, therefore the water density behind the screw is lower and in this case it is a “soft” medium that absorbs the stop, increases sliding and reduces the screw's efficiency. On propellers with a high rotational speed, due to high centrifugal speeds, water flows over the blades in the radial direction, which negatively affects the efficiency of the screw. To reduce this effect, the blades give a significant slope in the stern - from 10 to 15 °.
Известен гребной винт, у которого концы всех лопастей отогнуты под прямым или иным углом к рабочей поверхности лопасти (см. А.С. СССР 37506, Кл. В63Н 1/26, 28, опубл. 30.06.1934 г.), причем, угол и величина отогнутых концов не определены.Known propeller, in which the ends of all blades are bent at a right or different angle to the working surface of the blade (see AS USSR 37506, CL.
Известен гребной винт (патент 2313469, опубл. 27.12.2007, бюл. №36), решающий задачу удержания потока воды, движущегося вдоль лопастей, путем наклона последних к оси винта под углом 30-90°.Known propeller (patent 2313469, publ. 12/27/2007, bull. No. 36), solves the problem of keeping the flow of water moving along the blades by tilting the latter to the axis of the screw at an angle of 30-90 °.
Известен судовой движитель в виде винта с лопастями, имеющими волнообразные концентрические гребни (патент 2317225, МПК В63Н 1/26, опубл. 20.02.2008 г., бюл. №5).Known ship propulsion in the form of a screw with blades having a wavy concentric ridges (patent 2317225, IPC
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является «Гребной винт для надводного и подводного транспорта» (патент 2222470, опубл. 2004.01.27, МПК7 В63Н 1/26), у которого гребни всех лопастей отогнуты под прямым углом к рабочим поверхностям своих лопастей и имеют определенную высоту. Согласно патенту гребной винт содержит установленные на ступице плоскопрофильные лопасти, выполненные с торцевыми гребнями, загнутыми в сторону рабочей поверхности на угол 1-90°. Причем максимальная высота каждого загнутого гребня относительно плоскости рабочей поверхности лопасти находится в интервале 1-10% от величины диаметра винта. Максимальная высота каждого гребня относительно рабочей поверхности лопасти может составлять 6% от диаметра винта. Данные гребни исполняют роль насадки, т.е. они ограничивают движение воды в радиальном направлении вдоль лопасти. Автор считает, что изобретение позволяет повысить коэффициент полезного действия винта и обеспечить прирост тяги на 30-50%. Недостатком прототипа является то, что не компенсировано радиальное центробежное движение воды с засасывающей стороны и между лопастями, не предусмотрен вариант спрямления потока за винтом.The closest technical solution, selected as a prototype, is "Propeller for surface and underwater vehicles" (patent 2222470, publ. 2004.01.27, IPC7
Цель изобретения состоит в повышении эффективности действия движителя.The purpose of the invention is to increase the effectiveness of the propulsion.
Для решения поставленной задачи судовой движитель-концентратор содержит, по крайней мере, один гребной винт, оборудованный или не оборудованный бандажом, по крайней мере, одна лопасть и/или бандаж, по крайней мере, одного винта оборудованы, по крайней мере, одним гребнем, установленным в любом месте лопасти и/или бандажа - с засасывающей и/или нагнетающей стороны и/или в межлопастных пространствах, гребень установлен жестко с предустановленным углом атаки и/или качающимся - с возможностью изменения угла атаки; угол атаки гребня по его длине неодинаков, например, монотонно уменьшается и переходит в насадку; лопасти оборудованы осями, установленными перпендикулярно плоскости лопасти или параллельно оси вращения гребного винта, расположенными в верхней и/или средней части лопасти, на которые установлены гребни с возможностью изменения угла атаки (качания на осях) в зависимости от направления вращения гребного винта; гребень состоит, по крайней мере, из одной пластины - прямой или дугообразной, установленной на участке дуги спиралевидной кривой (например, спирали Архимеда, логарифмической спирали, эвольвенты, выходящей из центра вращения винта и имеющей развитие в сторону вращения), расположенной в радиальной плоскости; пластины гребня соединяются с лопастью и/или между собой под любым углом (острым, прямым или тупым) или по плавной кривой (например, по радиусу); гребни соседних лопастей перекрываются или не перекрываются; продольное и/или поперечное сечение пластины гребня выполнено в виде плоского, выпуклого, вогнутого, прямого, дугообразного, овального, прямоугольного, каплевидного, крыловидного, сабельного или сложного профиля, или в комбинации профилей; развертка пластин гребня выполнена в виде любой плоской геометрической фигуры - прямоугольника, параллелограмма, ромба, треугольника, овала, круга, капли, сложной геометрической фигуры, с закругленными, острыми и/или тупыми углами; лопасти гребного винта и/или гребней оборудованы интерцепторами и/или предкрылками; гребной винт оборудован, по крайней мере, одним бандажом, установленным по окружности, проходящим, предпочтительно, по вершинам лопастей и по ширине, равной, большей или меньшей осевой ширины лопасти, на которой установлены гребни; однонаправленные свободные концы гребней соединены, по крайней мере, одним бандажом, установленным по окружности диаметра передней, средней и/или задней кромки; гребни на бандаже установлены либо жестко (например, тангенциально к бандажу) с предустановленным с углом атаки, направленным в сторону вращения, либо на осях - с возможностью изменения угла атаки, а оси гребней, расположенные параллельно оси вращения гребного винта или под углом к оси вращения гребного винта, установлены либо по окружности бандажа, либо на концах кронштейнов, радиально установленных по наружной окружности бандажа; поперечный профиль лопасти выполнен волновым, зигзагообразным, коробчатым, ступенчатым или поперечно-пластинчатым; движитель установлен в поворотной колонке; движитель оборудован механизмом или механизмами изменения угла атаки гребня, угла наклона гребня к лопасти, либо шага винта; гребни лопастей соосных винтов установлены с засасывающей и/или нагнетающей стороны лопастей, либо разнонаправлены, либо направлены один к другому, либо направлены в одну сторону, либо перекрываются, либо в комбинации направлений; оборудован контрвинтом и/или контрпропеллером; вершины лопастей гребного винта с регулируемым шагом по их радиальной оси вращения оборудованы осями, которые входят в отверстия бандажа, установленного концентрично по вершинам лопастей; соосные гребные винты и/или контрвинты и/или контрпропеллеры вращаются в одну или разные стороны с одинаковой или разной скоростью вращения; соосные гребные винты имеют одинаковый или неодинаковый диаметр и/или площадь рабочей поверхности и/или количество лопастей и/или их форма на соосных винтах разные; движитель оборудован, по крайней мере, двумя соосными гребными винтами, ступицы которых установлены на дейдвудной трубе, выступающей за пределы корпуса, ступицы винтов с обеих сторон оборудованы коническими шестернями и взаимодействуют между собой, по крайней мере, через одну промежуточную шестерню, которая установлена на оси, установленной на дейдвудной трубе, привод первого (от концевого обтекателя) винта осуществляется гребным валом, зубчатые передачи между ступицами выполнены с разным или одинаковым передаточным отношением; лопасти контрвинта и/или контрпропеллера, а также кронштейны для установки гребней выполнены в виде монолитных, составных или гибких флюгеров.To solve the problem, the ship propulsion hub contains at least one propeller, equipped or not equipped with a retainer, at least one blade and / or retainer, at least one propeller equipped with at least one crest, installed anywhere in the blade and / or bandage - from the suction and / or discharge side and / or in the inter-blade spaces, the ridge is mounted rigidly with a predetermined angle of attack and / or swinging - with the possibility of changing the angle of attack; the angle of attack of the ridge along its length varies, for example, decreases monotonously and passes into the nozzle; the blades are equipped with axes mounted perpendicular to the plane of the blade or parallel to the axis of rotation of the propeller, located in the upper and / or middle part of the blade, on which the ridges are mounted with the possibility of changing the angle of attack (swing on the axes) depending on the direction of rotation of the propeller; the crest consists of at least one plate - straight or arched, installed on a portion of the arc of a spiral curve (for example, an Archimedes spiral, a logarithmic spiral, an involute extending from the center of rotation of the screw and having a development in the direction of rotation) located in the radial plane; the ridge plates are connected to the blade and / or to each other at any angle (sharp, straight or blunt) or along a smooth curve (for example, along the radius); ridges of adjacent blades overlap or do not overlap; the longitudinal and / or cross section of the ridge plate is made in the form of a flat, convex, concave, straight, arcuate, oval, rectangular, teardrop, pterygoid, saber or complex profile, or in combination of profiles; development of the crest plates is made in the form of any flat geometric shape - a rectangle, parallelogram, rhombus, triangle, oval, circle, drop, complex geometric shape, with rounded, sharp and / or obtuse angles; propeller blades and / or ridges are equipped with interceptors and / or slats; the propeller is equipped with at least one bandage installed around the circumference, preferably extending along the tops of the blades and in a width equal to greater or less than the axial width of the blade on which the ridges are mounted; unidirectional free ends of the ridges are connected by at least one bandage installed around the circumference of the diameter of the front, middle and / or trailing edge; the ridges on the bandage are installed either rigidly (for example, tangentially to the bandage) with a predefined angle of attack directed to the rotation direction, or on the axes with the possibility of changing the angle of attack, and the axis of the ridges parallel to the axis of rotation of the propeller or at an angle to the axis of rotation the propeller is mounted either around the circumference of the brace or at the ends of the brackets radially mounted around the outer circumference of the brace; the transverse profile of the blade is made of a wave, zigzag, box, step or transverse lamellar; the mover is mounted in a rotary column; the propeller is equipped with a mechanism or mechanisms for changing the angle of attack of the ridge, the angle of inclination of the ridge to the blade, or the pitch of the screw; the flanges of the blades of the coaxial screws are installed on the suction and / or discharge side of the blades, or are multidirectional, or directed to each other, or directed in the same direction, or overlap, or in a combination of directions; equipped with a counter-screw and / or counter-propeller; the tops of the propeller blades with an adjustable pitch along their radial axis of rotation are equipped with axes that enter the holes of the bandage installed concentrically along the tops of the blades; coaxial propellers and / or counter-screws and / or counter-propellers rotate in the same or different directions with the same or different rotation speed; coaxial propellers have the same or different diameter and / or working surface area and / or the number of blades and / or their shape on the coaxial screws are different; the propeller is equipped with at least two coaxial propellers, the hubs of which are mounted on a stern tube protruding outside the housing, the hubs of the screws on both sides are equipped with bevel gears and interact with each other through at least one intermediate gear that is mounted on the axis mounted on a stern tube, the first screw (from the end fairing) is driven by a propeller shaft, the gears between the hubs are made with different or identical gear ratios; the blades of the counter-screw and / or counter-propeller, as well as the brackets for installing the ridges are made in the form of monolithic, composite or flexible weathervanes.
Сущность изобретения поясняется чертежами:The invention is illustrated by drawings:
Фиг.1. Виды гребных винтов, оборудованных гребнями, радиальный вид. Профили гребней: а - крыловидный, б - гнутая пластина, в - прямая пластина на прямой лопасти, г - тангенциальные гребни на бандаже, д - прямая пластина на сегментной лопасти, е - перекрывающиеся гребни, ж - качающийся гребень с предкрылками, з - гребни, переходящие в насадку.Figure 1. Types of propellers equipped with combs, radial view. Crest profiles: a - pterygoid, b - bent plate, c - straight plate on a straight blade, d - tangential ridges on a bandage, e - straight plate on a segmented blade, e - overlapping ridges, g - swinging comb with slats, h - ridges passing into the nozzle.
Фиг.2. Виды соосных гребных винтов, оборудованных гребнями (а, б, в, г, д, е, ж, з). Продольный разрез.Figure 2. Types of coaxial propellers equipped with combs (a, b, c, d, d, e, f, h). Lengthwise cut.
Фиг.3. Продольный разрез многовинтового судового движителя.Figure 3. Longitudinal section of a multi-screw ship propulsion.
Фиг.4. Продольный профиль лопасти, оборудованной ступенчатым гребнем: а - волновой, б - зигзагообразный, в - коробчатый, г - поперечно-пластинчатый.Figure 4. The longitudinal profile of the blade equipped with a stepped ridge: a - wave, b - zigzag, c - box, d - transverse plate.
Фиг.5. Варианты установки гребней на лопастях и бандаже: н - на оси лопасти, о - на кронштейне бандажа, п - на оси бандажа.Figure 5. Options for installing ridges on the blades and the brace: n - on the axis of the blade, o - on the bracket of the brace, p - on the axis of the brace.
Цифрами на чертежах обозначено: 1 - лопасти первого винта, 2 - гребни лопастей первого винта, 3 - ступица первого винта, 4 - концевой обтекатель, 5 - насадка, 6 - качающийся гребень, 7 - приводной вал первого винта, 8 - шарнир гребня, 9 - бандаж, 10 - кронштейн шарнира, 11 - флюгер, 12 - лопасть с изменяемым шагом, 13 - ось лопасти, 14 - приводной вал второго винта, 15 - предкрылки (интерцепторы), 16 - контрвинт, 17 - контрпропеллер, 18 - гребни лопастей второго винта, 19 - лопасти второго винта, 20 - ступица второго винта, 21 - лопасти третьего винта, 22 - ступица третьего винта, 23 - лопасть четвертого винта, 24 - ступица четвертого винта, 25 - лопасть пятого винта, 26 - ступица пятого винта, 27 - гребни пятого винта, 28 - подшипник, 29 - концевик дейдвудной трубы, 30 - кожух межступичного редуктора, 31 - коническая шестерня, 32 - передаточная коническая шестерня, 33 - ось передаточной конической шестерни, 34 - приводная коническая шестерня. Стрелками и, к показано направление вращения винтов, л, м - направление потоков воды. R1, R2 - радиальное расстояние до кромок гребня.The numbers in the drawings indicate: 1 - the blades of the first screw, 2 - the ridges of the blades of the first screw, 3 - the hub of the first screw, 4 - end fairing, 5 - nozzle, 6 - swinging comb, 7 - drive shaft of the first screw, 8 - hinge of the ridge, 9 - bandage, 10 - hinge bracket, 11 - weather vane, 12 - blade with variable pitch, 13 - blade axis, 14 - second screw drive shaft, 15 - slats (spoilers), 16 - counter-screw, 17 - counter-propeller, 18 - ridges the blades of the second screw, 19 - the blades of the second screw, 20 - the hub of the second screw, 21 - the blades of the third screw, 22 - the hub of the third screw, 23 - lo the mouth of the fourth screw, 24 - the hub of the fourth screw, 25 - the blade of the fifth screw, 26 - the hub of the fifth screw, 27 - the ridges of the fifth screw, 28 - the bearing, 29 - the end of the stern tube, 30 - the casing of the interstring reducer, 31 - the bevel gear, 32 - bevel pinion gear, 33 - bevel pinion gear axis, 34 - bevel pinion gear. The arrows and, k show the direction of rotation of the screws, l, m - the direction of water flows. R 1 , R 2 - the radial distance to the edges of the ridge.
Суть изобретения состоит в увеличении площади гидравлического сечения (сметаемой площади) движителя, переработки им большей массы воды, концентрации воды из окружающего движитель пространства в пространстве движителя и выталкивании потока в одном направлении. Принципиально цель достигается тем, что гребни, установленные на концах лопастей гребного винта, имеют положительные углы атаки и при вращении образуют своеобразную вращающуюся насадку, которая позволяет доставлять к винту дополнительную массу воды из окружающего пространства не только с фронтальной стороны винта, но и из пространства вокруг движителя. При вращении насадки вокруг нее образуется зона с пониженным давлением, что уменьшает сопротивление вращению и движению, а внутри насадки давление повышается. Выталкивают эту воду из пространства насадки один, два, три или более соосных винта.The essence of the invention is to increase the area of the hydraulic section (swept area) of the propulsion device, processing it of a larger mass of water, the concentration of water from the space surrounding the propulsion device in the space of the propulsion device and pushing the flow in one direction. Fundamentally, the goal is achieved in that the ridges mounted on the ends of the propeller blades have positive angles of attack and, when rotated, form a kind of rotating nozzle, which allows you to deliver additional mass of water to the screw from the surrounding space not only from the front of the screw, but also from the space around mover. When the nozzle rotates around it, a zone with a reduced pressure is formed, which reduces the resistance to rotation and movement, and the pressure inside the nozzle increases. This water is pushed out of the nozzle space by one, two, three or more coaxial screws.
Движитель принципиально состоит (фиг.1) из одного, двух или более соосных гребных винтов, каждый винт содержит ступицу 3, по крайней мере, две лопасти 1, каждая из которых оборудована, по крайней мере, одним гребнем 2 или 6 на засасывающей и/или нагнетающей (напорной) стороне лопасти. Принципиально гребень представляет собой, по крайней мере, одну пластину 2 (фиг.1) любой формы и профиля (например, прямую - фиг.1в, г, д, каплевидную, - а, дугообразную - е, гнутую пластину - б, крыловидную - ж, з, узкую сабельного типа и др.), имеющую переднюю и заднюю кромки (относительно направления вращения), установленную к лопасти перпендикулярно или под углом таким образом, чтобы радиальное расстояние от центра вращения винта до передней кромки гребня было больше, чем до задней - R1>R2 (фиг.1а), поэтому передняя кромка гребня образует острый угол с поверхностью вращения (положительный угол атаки), направленный на забор воды из окружающего винт пространства и перемещения ее к центру оси вращения винта, что формирует более плотный столб воды перед винтом и/или за винтом, который получается более твердым упором для винта. Гребень может располагаться по дуге (например, по дуге спирали Архимеда, логарифмической спирали, эвольвенты, улитки, выходящей из центра вращения винта, причем, развитие спирали направлено в сторону вращения - (фиг.1е) или по другой кривой или прямой, и устанавливается на концах или в средней части лопастей, с нагнетающей и/или засасывающей стороны, либо на бандаже 9 (фиг.1г, з). Примыкание гребня к лопасти может быть под любым углом или скруглено по радиусу или плавной кривой. Сам гребень может быть сложным и состоять из отдельных пластин, которые также могут соединяться в профиль сложной конструкции - форма профиля гребня может быть прямой, U-, V-, L-, Т-образной, или сложного профиля, или составлять комбинацию видов, со скруглениями в местах сопряжении гребня и лопасти или без скругления, с углом наклона к лопасти в пределах 0-180°. Винт движителя может быть оборудован, по крайней мере, одним бандажом 9, проходящим по вершинам лопастей, на бандаже 9 тангенциально устанавливаются пластины гребня 2 с положительным углом атаки в сторону вращения (фиг.1г).The mover basically consists (Fig. 1) of one, two or more coaxial propellers, each screw contains a
Возможна свободная посадка гребней на осях с возможностью качания (фиг.1в), установленных на концах и/или средней части лопастей и/или на осях 8 - кронштейнов 11 (положение о), осях лопастей 13 (положение н) или на осях (положение п), установленных на бандаже 9 (фиг.5), при этом угол атаки гребней в зависимости от направления вращения винта будет автоматически отклоняться в положение положительного угла атаки под действием гидродинамических сил, т.к. на плечо качающегося гребня, наиболее удаленное от оси вращения винта, будет воздействовать большее отклоняющее усилие, что в результате отклонит его навстречу вращению так, что образуется положительный угол атаки. Для более быстрого отклонения кромки гребней оборудуются предкрылками 15 (фиг.1ж) с положительным углом атаки и/или интерцепторами. При оборудовании винта поворотными лопастями 12 для изменения шага (фиг.5), бандаж 9 оборудуется отверстиями для осей 13 и устанавливается вокруг лопастей 12. Оси 13 имеют радиальное направление, могут быть оборудованы в любой части торца лопасти и позволяют обеспечить вращение лопастей 12 в бандаже 9. Для уменьшения гидродинамического сопротивления на кронштейн 10 устанавливается флюгер 11, имеющий крылообразный профиль, который обеспечивает обтекание кронштейна 10.Possible free landing of the ridges on the axles with the possibility of swinging (Fig.1c), mounted on the ends and / or the middle part of the blades and / or on the axles 8 - brackets 11 (position o), the axes of the blades 13 (position n) or on the axes (position o) installed on the bandage 9 (Fig. 5), while the angle of attack of the ridges, depending on the direction of rotation of the screw, will automatically deviate to the position of the positive angle of attack under the action of hydrodynamic forces, since a greater deflecting force will act on the arm of the swinging ridge farthest from the axis of rotation of the screw, which will deflect it towards rotation so that a positive angle of attack is formed. For faster deflection, the edges of the ridges are equipped with slats 15 (FIG. 1g) with a positive angle of attack and / or interceptors. When equipping the screw with
Длина, ширина, форма, угол крепления к лопасти и угол атаки (или коэффициент пропорциональности спиральной кривой) гребня и лопасти выбираются исходя из предполагаемых условий работы гребного винта, зависящих от многих факторов, поэтому в общем можно сказать, что в радиальной плоскости длина гребня может быть и меньше лопасти, может быть равна ее ширине (фиг.1д) или быть больше (фиг.1а, б), или гребни соседних лопастей могут перекрываться (фиг.1е, з). В осевом направлении гребни могут образовать своего рода вращающуюся насадку винта (фиг.1з), возможно, эта насадка будет иметь на всей протяженности неравномерный угол атаки, например, который плавно уменьшается и сходит на нет от начала к концу гребня, превращаясь в обычную направляющую насадку 5. Остальные характеристики гребня также зависят от многих условий.The length, width, shape, angle of attachment to the blade and the angle of attack (or the coefficient of proportionality of the spiral curve) of the ridge and the blade are selected based on the expected operating conditions of the propeller, depending on many factors, therefore, in general, we can say that in the radial plane the length of the ridge be smaller than the blade, can be equal to its width (fig.1d) or be larger (figa, b), or the crests of adjacent blades can overlap (fig.1e, h). In the axial direction, the ridges can form a kind of rotating screw nozzle (fig.1z), perhaps this nozzle will have a non-uniform angle of attack over the entire length, for example, which gradually decreases and disappears from the beginning to the end of the ridge, turning into a
В зависимости от формы лопасти, ее наклона к ступице, выбирается способ установки гребня, его угол наклона к лопасти и угол атаки. В случае тандемного расположения лопастей гребного винта увеличивается количество точек крепления гребней к лопастям, что позволяет увеличить длину гребня и обеспечить жесткость конструкции. В этом случае гребни могут устанавливаться параллельно оси вращения, под углом к оси вращения или V-образно. Лопасть по длине может быть оборудована несколькими пластинчатыми гребнями, установленными на засасывающей и/или нагнетающей стороне, или иметь профиль, содержащий, по крайней мере, один волновой (фиг.3а), зигзагообразный (фиг.3б), ступенчатый (коробчатый) гребень (фиг.3в), который может располагаться под прямым углом - (Г- или П-образно), или поперечно-пластинчатый (фиг.3г), угол атаки направлен в сторону вращения. Гребень может устанавливаться и в промежутке между соседними лопастями, в этом случае увеличивается жесткость конструкции винта.Depending on the shape of the blade, its inclination to the hub, the method of installing the ridge, its angle of inclination to the blade and the angle of attack are selected. In the case of a tandem arrangement of the propeller blades, the number of attachment points of the ridges to the blades increases, which allows to increase the length of the ridge and ensure structural rigidity. In this case, the ridges can be installed parallel to the axis of rotation, at an angle to the axis of rotation, or V-shaped. The blade along the length can be equipped with several plate ridges mounted on the suction and / or discharge side, or have a profile containing at least one wave (Fig.3A), zigzag (Fig.3b), step (box) comb ( figv), which can be located at a right angle - (G- or U-shaped), or transverse-lamellar (figg), the angle of attack is directed in the direction of rotation. The comb can be installed in the gap between adjacent blades, in which case the rigidity of the screw structure increases.
Движитель, при необходимости, может быть оборудован механизмами изменения угла атаки, наклона гребня, шага винта. Привод может осуществляться механически или гидравлически. Для этого во внутреннем приводном вале оборудуется канал, в котором прокладываются тяги, или канал заполняется жидкостью для привода гидроцилиндров. Механизмы привода известны.The mover, if necessary, can be equipped with mechanisms for changing the angle of attack, the inclination of the crest, the pitch of the screw. The drive can be carried out mechanically or hydraulically. For this, a channel is installed in the internal drive shaft, in which rods are laid, or the channel is filled with liquid to drive hydraulic cylinders. Drive mechanisms are known.
Задача движителя - отбрасывать воду (осуществлять массоперенос), создавая реактивный импульс - силу тяги, но при этом значительная доля мощности, подводимой квинту от двигателя, затрачивается на закручивание потока. Для устранения этой проблемы возможно применение соосных гребных винтов противоположного вращения (фиг.2, 3), которые имеют более высокий кпд, в основном за счет того, что при их работе часть мощности, теряемой на закручивание потока, как бы восстанавливается при его раскручивании вторым винтом, в результате чего возникает дополнительный упор. Принципиально эти схемы движителей выполняются в следующем виде:The task of the propulsion device is to discard water (carry out mass transfer), creating a jet impulse - the traction force, but at the same time, a significant proportion of the power supplied to the fifth of the engine is spent on swirling the flow. To eliminate this problem, it is possible to use counter-rotating coaxial propellers (Figs. 2, 3), which have a higher efficiency, mainly due to the fact that during their operation, part of the power lost on swirling the flow is restored as it were untwisted by the second screw, resulting in additional emphasis. Fundamentally, these propulsion schemes are performed as follows:
1. Схема из трех винтов. Движитель оборудуется спереди контрвинтом 16, а сзади контрпропеллером 17 (фиг.2а, б), лопасти которых соединены между собой гребнями 18 в виде продольных пластин и вращаются в противоположную сторону вращения относительно винта 12 и расположенных относительно оси вращения винта параллельно (фиг.1б), либо под углом к ней (фиг.1а), образуя тело вращения в виде вращающейся цилиндрической или конической насадки, гребни при этом имеют углы атаки, внутри этой насадки вращается винт 12 без гребней (или с гребнями), крутящий момент на контрпропеллер 17, обтекатель 4 которого вращается на оси ступицы 3, передается через вал 14, лопасти 16, 17 и гребни 18.1. Scheme of three screws. The mover is equipped in front with a counter-screw 16, and behind with a counter-propeller 17 (figa, b), the blades of which are interconnected by
2. Схемы из двух винтов. Внешний вал 14 (фиг.2) соединен с первым винтом 3, лопасти 1 которого оборудованы, по большей части с напорной стороны и меньшей части с засасывающей стороны, дугообразным гребнем 2, образуя при вращении тело вращения в виде цилиндра или конуса, т.е. своего рода вращающуюся насадку винта со щелями для захвата воды, внутри которой в противоположную сторону вращается второй винт 10, посаженный на внутренний вал 7. Лопасти 9 второго винта 10 могут быть также оборудованы гребнями.2. Schemes of two screws. The external shaft 14 (Fig. 2) is connected to the
3. Внешний вал 8 (фиг.2ж) соединен со вторым винтом 20, гребни 18 лопастей 19 которого направлены сторону носа судна, внутренний вал 7 соединен с первым винтом 3, гребни 2 лопастей 1 которого направлены в противоположную сторону. Валы вращаются в разные стороны. Гребни 2 и 19 лопастей винтов разнонаправлены (но могут быть направлены один к другому, либо направлены в одну сторону фиг.1д), и при вращении образуют тело вращения в виде цилиндра (фиг.2б) или конуса (фиг.2г).3. The outer shaft 8 (Fig.2g) is connected to the
Т.к. конец лопасти испытывает значительное гидродинамическое воздействие из-за высокой окружной скорости, то гребень, установленный на конце лопасти, при своем движении будет отнимать на себя значительную мощность из-за сил трения, поэтому целесообразно в сложных конструкциях соосных винтов применять разные скорости вращения для винтов, оборудованных гребнями (фиг.2б, г), а также для контрвинта и/или контрпропеллера, скорость их вращения может быть уменьшена, а вращение основного гребного винта 12 (фиг.2а, б), 1 (фиг.2в, г), не оборудованного гребнями, увеличено. При этом диаметры соосных винтов могут быть одинаковыми или разными. Количество и форма лопастей на соосных винтах могут быть разными (фиг.3). Для выравнивания параметров работы соосных винтов с разными диаметрами площади рабочих поверхностей винтов могут быть разными. При этом углы наклона лопастей и гребней в осевом направлении могут быть любыми. Винты могут устанавливаться вплотную один к другому или на расстоянии один от другого. Во втором случае гребень 18 второго винта может иметь продолжение с нагнетающей стороны, а меньший диаметр первого винта 3 позволит ему телескопически войти во второй винт 20 (фиг.2в, г, д, е), с целью устранения прорыва воды после второго винта в окружающее пространство. С целью стабилизации геометрии винтов во время вращения, концевые участки гребней, испытывающие значительные усилия, могут быть прикреплены, по крайней мере, к одному бандажу 5 (фиг.2в, г, фиг.3), например, проходящему по передней и/или задней кромке гребня 18. Возможна установка лопастей соосных винтов тандемно.Because the end of the blade experiences a significant hydrodynamic effect due to the high peripheral speed, then the ridge mounted on the end of the blade will take up considerable power during its movement due to friction forces, therefore it is advisable to use different rotational speeds for the screws in complex designs of coaxial screws, equipped with ridges (fig.2b, d), as well as for the counter-screw and / or counter-propeller, the speed of their rotation can be reduced, and the rotation of the main propeller 12 (figa, b), 1 (figv, d), not equipped comb and increased. The diameters of the coaxial screws may be the same or different. The number and shape of the blades on the coaxial screws can be different (figure 3). To align the operation parameters of coaxial screws with different diameters, the areas of the working surfaces of the screws can be different. In this case, the angles of inclination of the blades and ridges in the axial direction can be any. Screws can be installed close to each other or at a distance from one another. In the second case, the
Имеется принципиальная возможность установить на концевике дейдвудной трубы 29 (фиг.3), выходящей из корпуса судна, два, три, четыре и более соосных винтов разного диаметра и формы с вращением в противоположные стороны с разными скоростями. При этом лопасти всех или некоторых винтов можно оборудовать гребнями или насадками. Достигается это тем, что на дейдвудной трубе 29, выступающей за пределы корпуса, установлены ступицы винтов 20, 22, 24, 26, оборудованные коническими шестернями 31 с обеих сторон и взаимодействующие через промежуточные шестерни 32, оси 33 которых установлены на дейдвудной трубе 29, через которую проходит приводной вал 7 первого винта (от концевого обтекателя 4), лопасти 1 первого винта установлены на ступице 3, с одной стороны оборудованной концевым обтекателем 4, с другой - приводной конической шестерней 34, посредством передачи крутящего момента через промежуточные шестерни 32 последующие ступицы 20, 22, 24, 26 соседних винтов могут вращаться в разные стороны по направлению, обозначенному стрелками и, к. Промежуточные шестерни 32 могут иметь различное количество зубьев для изменения передаточного отношения между приводами ступиц винтов с целью придать вращение винтам с разной скоростью. При соединении двух соседних ступиц винтов между собой вращение этих винтов будет осуществлено в одну сторону (тандемно). Т.к. бандаж и/или гребни имеют профиль крыла, то небольшой дополнительный упор создается на бандаже с гребнями, который обтекается потоком воды подобно крылу. На каждом элементе крылоподобного бандажа и/или гребня возникает подъемная сила, которая дает горизонтальную составляющую, направленную вперед. К тому же при вращении всех соосных винтов последовательно увеличивается давление на напорных сторонах винтов, что в конечном итоге увеличивает скорость истекания струи с винта и создает более мощный реактивный момент. Сумма этих составляющих образует дополнительный упор. Наличие высокого давления во внутреннем пространстве движителя уменьшает кавитацию, что увеличивает пропульсивные характеристики и снижает шум.It is possible in principle to install on the trailer end of the stern tube 29 (Fig. 3) exiting the ship’s hull two, three, four or more coaxial screws of different diameters and shapes with rotation in opposite directions at different speeds. In this case, the blades of all or some of the screws can be equipped with ridges or nozzles. This is achieved by the fact that on the
Движитель работает следующим образом (фиг.1а). Рассмотрим гребной винт с лопастями 1, оборудованными гребнями 2 с нагнетающей стороны, лопасти 1 установлены под прямым углом к ступице винта 3, а гребни 2 установлены под прямым углом к лопастям (Г-образная установка). При вращении гребного винта, лопасти описывают вокруг оси гребного винта круг, а гребни 2 - вокруг ступицы винта 3 образуют тело вращения в виде цилиндра. Гребни 2 на лопастях 1, имеющие положительный угол атаки, захватывают воду из окружающего винт пространства и направляют ее к оси винта, при этом винт также посредством своих лопастей 1 засасывает и перемещает слои воды из пространства перед винтом, проталкивая ее по рабочей поверхности лопасти вдоль оси вращения винта от передней к задней кромке. Под действием центробежной силы, увлекаемая лопастью вода, получившая при радиальном движении воды вдоль лопастей 1 большой импульс кинетической энергии, будет стремиться переместиться к краю лопасти, также центробежные силы будут перемещать воду и между лопастями, но гребень 2, с одной стороны, создаст препятствие - своего рода экран для такого перемещения (поэтому гребни соседних лопастей должны перекрываться (фиг.1е) и направит поток вдоль оси вращения винта, с другой стороны, будет движение засасывающей гребнем 2 воды в направлении к оси вращения винта. Потоки от лопастей и от гребня соединятся, а лопасти винта вытолкнут эти потоки, их результирующая сила будет действовать вдоль оси винта, тем самым произойдет «уплотнение» столба воды на напорной стороне винта, от чего увеличится масса, плотность и протяженность столба воды, это не позволит ему быстро раствориться в объеме окружающей воды на большем расстоянии, сдвинуть этот массивный и плотный столб воды труднее, что уменьшит амортизацию давления воды от винта и увеличит упор на винт.The mover operates as follows (figa). Consider a propeller with
Чтобы увеличить плотность воды в сердцевине столба воды за винтом, т.к. он имеет низкую плотность воды оттого, что поток закручен и центробежные силы уменьшают плотность сердцевины, лопасть может быть оборудована дополнительными гребнями, устанавливаемыми ближе к ступице винта.To increase the density of water in the core of a column of water for a screw, tk. it has a low density of water because the flow is swirling and centrifugal forces reduce the density of the core, the blade can be equipped with additional ridges installed closer to the hub of the screw.
Установка гребней на засасывающей стороне лопастей позволит увеличить плотность воды перед винтом, что уменьшит условия для появления кавитации, а установка гребней на нагнетающей стороне лопасти увеличит поступление воды из внешнего пространства и тем самым количество перемещаемой лопастью воды, что увеличит плотность отбрасываемого потока и упорное воздействие на винт, снизит скольжение винта. Для спрямления потока и повышения кпд возможна установка контрвинта и/или контрпропеллера, или спрямляющего аппарата. Чтобы лопасти контрвинта и/или контрпропеллера не оказывали сопротивления вращению, их можно выполнить в виде флюгеров, через которые потоки воды будут проходить с минимальным сопротивлением. Флюгеры можно сделать составными или гибкими, чтобы на каждом радиусе иметь нулевой угол атаки.The installation of ridges on the suction side of the blades will increase the density of water in front of the screw, which will reduce the conditions for cavitation, and the installation of ridges on the discharge side of the blade will increase the flow of water from the outer space and thereby the amount of water moved by the blade, which will increase the density of the rejected flow and persistent impact on screw, will reduce the slip of the screw. To straighten the flow and increase efficiency, it is possible to install a counter-screw and / or counter-propeller, or a straightening device. So that the counter-screw and / or counter-propeller blades do not show resistance to rotation, they can be made in the form of weathercocks through which water flows will pass with minimal resistance. Weathercocks can be made compound or flexible, so that at each radius they have a zero angle of attack.
Увеличение гидравлического сечения (ометаемой площади) движителя, а также конструкция и способ установки гребней, позволит сконцентрировать большее количество воды и направить ее по одному направлению. Предлагаемый движитель будет работать в области повышенного давления воды до и после винта, значит, предлагаемая конструкция предоставляет значительно большие резервы по преодолению кавитации, что позволит сделать представляемый движитель перспективным для быстроходных кораблей и судов, позволит избежать влияния развитой кавитации на пропульсивные характеристики винта, уменьшит средний диаметр и шумность винта и позволит увеличить скорость вращения. Такой винт может обеспечить получение дополнительной тяги.The increase in the hydraulic section (swept area) of the propulsion device, as well as the design and installation method of the ridges, will allow you to concentrate more water and direct it in one direction. The proposed propulsion will work in the field of increased water pressure before and after the propeller, which means that the proposed design provides significantly greater reserves for overcoming cavitation, which will make the proposed propulsion promising for high-speed ships and vessels, will avoid the influence of developed cavitation on the propulsion characteristics of the propeller, and reduce the average diameter and noise of the screw and will increase the speed of rotation. Such a screw can provide additional traction.
Изложенная выше конструкция судового движителя не исчерпывает всех вариантов, а является лишь его иллюстрацией. На практике могут быть использованы и другие варианты без нарушения основной идеи технического решения.The above design of the ship's propulsion does not exhaust all the options, but is only an illustration of it. In practice, other options can be used without violating the basic idea of a technical solution.
Claims (18)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009105350/11A RU2438917C2 (en) | 2009-02-16 | 2009-02-16 | Ship propulsor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009105350/11A RU2438917C2 (en) | 2009-02-16 | 2009-02-16 | Ship propulsor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009105350A RU2009105350A (en) | 2010-09-10 |
RU2438917C2 true RU2438917C2 (en) | 2012-01-10 |
Family
ID=42799921
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009105350/11A RU2438917C2 (en) | 2009-02-16 | 2009-02-16 | Ship propulsor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2438917C2 (en) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2544284C1 (en) * | 2014-02-25 | 2015-03-20 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Propeller screw |
RU2556817C1 (en) * | 2014-08-12 | 2015-07-20 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Propulsion steering column |
RU2614444C2 (en) * | 2015-09-03 | 2017-03-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Method of irrotational propeller screw operation and mechanism of propeller for liquid media on its basis |
RU2617889C1 (en) * | 2015-12-22 | 2017-04-28 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Water vessel undercarriage reliability increasing device |
RU202199U1 (en) * | 2020-09-14 | 2021-02-05 | Игорь Сергеевич Ковалев | Propeller head |
RU2765312C1 (en) * | 2021-07-06 | 2022-01-28 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Flow optimization device |
RU210769U1 (en) * | 2021-09-13 | 2022-04-29 | Игорь Сергеевич Ковалев | Propulsion device |
RU212247U1 (en) * | 2022-03-22 | 2022-07-12 | Игорь Сергеевич Ковалев | Mover Kovaleva I.S. for a boat |
WO2023113651A1 (en) * | 2021-12-14 | 2023-06-22 | Акционерное общество "ЗЕНТОРН" | Flow propeller |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2469906C1 (en) * | 2011-06-16 | 2012-12-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Гидравлические аппараты" (ЗАО "НПО Гидроаппарат") | Propeller (screw) |
CN116573128B (en) * | 2023-07-14 | 2023-09-19 | 山东省水利科学研究院 | Ship propeller propulsion mechanism with foreign matter winding prevention function |
-
2009
- 2009-02-16 RU RU2009105350/11A patent/RU2438917C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2544284C1 (en) * | 2014-02-25 | 2015-03-20 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Propeller screw |
RU2556817C1 (en) * | 2014-08-12 | 2015-07-20 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Propulsion steering column |
RU2614444C2 (en) * | 2015-09-03 | 2017-03-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Method of irrotational propeller screw operation and mechanism of propeller for liquid media on its basis |
RU2617889C1 (en) * | 2015-12-22 | 2017-04-28 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Water vessel undercarriage reliability increasing device |
RU202199U1 (en) * | 2020-09-14 | 2021-02-05 | Игорь Сергеевич Ковалев | Propeller head |
RU2765312C1 (en) * | 2021-07-06 | 2022-01-28 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Flow optimization device |
RU210769U1 (en) * | 2021-09-13 | 2022-04-29 | Игорь Сергеевич Ковалев | Propulsion device |
RU2778584C1 (en) * | 2021-12-14 | 2022-08-22 | Владимир Александрович Вьюрков | Threaded screw |
WO2023113651A1 (en) * | 2021-12-14 | 2023-06-22 | Акционерное общество "ЗЕНТОРН" | Flow propeller |
RU212247U1 (en) * | 2022-03-22 | 2022-07-12 | Игорь Сергеевич Ковалев | Mover Kovaleva I.S. for a boat |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009105350A (en) | 2010-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2438917C2 (en) | Ship propulsor | |
US11448232B2 (en) | Propeller blade | |
US7824237B2 (en) | Impeller drive for a water jet propulsion unit | |
US4074652A (en) | Steering and propulsion device for watercraft | |
US20220073177A1 (en) | Marine ducted propeller mass flux propulsion system | |
US20200017181A1 (en) | Apparatus for propelling fluid, especially for propulsion of a floating vehicle | |
JP2023053982A (en) | Marine ducted propeller jet propulsion system | |
RU2391249C2 (en) | Propulsor | |
CN103287560B (en) | A kind of whirlpool oar reversion supercharging waterjet propulsor | |
US3283829A (en) | Propeller | |
EA027052B1 (en) | Water-jet propeller | |
US5810288A (en) | High velocity propeller | |
KR20160094656A (en) | Propulsion apparatus for ship | |
RU2765683C1 (en) | Centrifugal propulsion | |
CN211281428U (en) | Ship propulsion system and ship | |
KR20240011954A (en) | the ship propulsion device using the seawater path | |
CN110758703A (en) | Ship propulsion system and ship | |
EP0414627A1 (en) | Jet propulsion system for ships | |
WO2005042343A1 (en) | Thruster system | |
KR20120001305A (en) | Variable pitch propeller with rake angle | |
NL8200255A (en) | Ships propeller with streamlined hub - and blades with geometry specified to maximise propulsion efficiency | |
DE2231753B2 (en) | DRIVING ELEMENT, IN PARTICULAR FOR SHIPS |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FA92 | Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted) |
Effective date: 20100928 |
|
FZ9A | Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal) |
Effective date: 20110207 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120217 |