SU1750893A1

SU1750893A1 - Three-layer screw propeller hub fairing from polymeric composite material

Info

Publication number: SU1750893A1
Application number: SU904790706A
Authority: SU
Inventors: Николай Алексеевич Панфилов
Original assignee: Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей"
Priority date: 1990-02-13
Filing date: 1990-02-13
Publication date: 1992-07-30

Abstract

Изобретение относитс к судостроению , может быть использовано также в гидротурбостроении и создании ветровых электростанций . Сущность изобретени состоит в том, что внутренний слой обтекател имеет форму воронки с горловиной и раструбом , так что сопр жение ее с наружным слоем выполнено в районе свободной кромки по касательной, а в районе горловины - под углом друг к другу. Пространство между обечайками заполнено легковесным материалом , а центральное отверстие закрыто пробкой и крышкой. 3 з,п.ф-лы, 4 ил.The invention relates to shipbuilding, can also be used in hydro turbine construction and the creation of wind power plants. The essence of the invention is that the inner layer of the flap has the shape of a funnel with a neck and a bell, so that its mating with the outer layer is made in the area of the free edge tangentially, and in the area of the neck at an angle to each other. The space between the shells is filled with lightweight material, and the central hole is closed with a stopper and a lid. 3 з, п.ф-л, 4 Il.

Description

Изобретение относитс к судостроению и может быть использовано также в энергомашиностроении при изготовлении обтекателей колес гидротурбин и роторов ветроэлектростанций. Известно, что дл надежного закрыти кормового торца ступицы гребного винта с гайкой, удерживающей его на гребном валу, используютс различного рода обтекатели, придающие винту соответствующие гидродинамические качества. Дл винтов с лопаст ми регулируемого шага обтекатель служит также дл размещени в нем механизмов поворота лопастей.The invention relates to shipbuilding and can also be used in power engineering in the manufacture of fairings for hydro turbine wheels and wind turbine rotors. It is known that for reliable closing of the aft end of the hub of the propeller with the nut holding it on the propeller shaft, various types of fairings are used, giving the screw the corresponding hydrodynamic qualities. For screws with blades of adjustable pitch, the fairing also serves to place the mechanisms for rotating the blades.

Недостатком обтекателей, изготовленных из металлов, вл етс их значительный вес и низка стойкость к коррозии.The disadvantage of fairings made of metals is their considerable weight and low resistance to corrosion.

Большой вес обтекател приводит к увеличению изгибающего момента и перерезывающей силы, действующих на гребной вал, величины контактного давлени на опорный подшипник и, в итоге, к увеличению диаметра гребного вала и снижению пропульсив- ных характеристик винта.The large weight of the skirt leads to an increase in the bending moment and shear force acting on the propeller shaft, the magnitude of the contact pressure on the thrust bearing and, as a result, an increase in the diameter of the propeller shaft and a decrease in the propulsion characteristics of the propeller.

В технике известны примеры изготовлени обтекателей из более легких матер иа- лов, например из полимерных композитов, в частности из стеклопластика.Examples of making fairings from lighter materials, for example, from polymer composites, in particular from fiberglass, are known in the art.

Общими признаками известных аналогов с предлагаемым решением вл етс трехслойность конструкции и использование в ней слоистого полимерного композиционного материала, а недостатком - относительна слабость свободной кромки и обшивки обтекател к действию эксплуатационных нагрузок, например, при работе движительного комплекса на заднем ходу в битом льду.Common features of the known analogs with the proposed solution are the three-layer structure and the use of a layered polymer composite material in it, and the disadvantage is the relative weakness of the free edge and skin of the fairing to the action of operational loads, for example, when the propulsion complex is working in reverse gear in bit ice.

Целью изобретени вл етс повышение качества и надежности конструкции, расширение области использовани на более широкий диапазон размеров, снижение веса и трудоемкости изготовлени конструкции .The aim of the invention is to improve the quality and reliability of the structure, expanding the field of use to a wider range of sizes, reducing the weight and labor intensity of manufacturing the structure.

Это достигаетс тем, что внутренний слой стенки обтекател выполнен в виде воронки с горловиной и раструбом и соединен с наружным слоем по торцам со стороСПThis is achieved by the fact that the inner layer of the wall of the fairing is made in the form of a funnel with a neck and a bell and is connected to the outer layer along the ends of the spar

сwith

VI ел оVi ate about

0000

оabout

Сл)Sl)

ны горловины под углом друг к другом, а со стороны раструба - по касательной,necks are at an angle to each other, and from the side of the socket - on a tangent,

Кроме того, в зоне соединени слоев стенки по касательной в качестве наполнител использован пакет из нескольких слоев металлической ленты, склеенных между собой и сло ми стенки.In addition, in the joint zone of the wall layers tangentially, a pack of several layers of metal tape glued to each other and the wall layers was used as a filler.

Кроме того, обтекатель снабжен металлическими стержн ми, размещенными одними своими концами в предусмотренных дл них отверсти х наружных слоев пакета, а другими - в сло х стенки обтекател по нормали к поверхности.In addition, the fairing is provided with metal rods placed at one end in the outer layers of the bag provided for them, and at the ends of the wall of the fairing other normal to the surface.

Кроме того, обтекатель снабжен закрепленной на горловине внутреннего сло с наружной стороны обтекател заглушкой и жестко соединенной с ней например, шпилькой, закрепленной на горловине со стороны раструба - рышкой.In addition, the fairing is provided with a plug attached to the neck of the inner layer on the outside of the fairing and rigidly connected to it, for example, with a pin fixed to the neck from the side of the socket - a rivet.

На фиг.1 изображен обтекатель, продольный разрез; на фиг.2 - продольный разрез свободной кромки обтекател ; на фиг.З - элементы технологической оснастки дл изготовлени обтекател ; на фиг.4 - схема извлечени технологической оснастки из готового обтекател .Figure 1 shows the fairing, a longitudinal section; figure 2 is a longitudinal section of the free edge of the fairing; Fig. 3 shows the elements of the tooling for making a fairing; Fig. 4 is a schematic of the extraction of the tooling from the finished fairing.

Обтекатель предлагаемой конструкции (см.фиг,1) состоит из наружного сло 1, среднего сло из легковесного заполнител 2 и внутреннего сло 3, имеющего форму воронки с раструбом А и горловиной 5, закрытой со стороны раструба крышкой 6 с помощью гайки 7, навернутой на шпильку 8, другой конец которой ввернут в заглушку 9. Внутренн стенка раструба 4 воронкообразной части внутреннего сло сопр жена с наружным слоем со стороны свободной кромки 10 по касательной, а со стороны заглушки 9 стенка горловины сопр жена со стенкой наружной обечайки под углом 11.The fairing of the proposed design (see Fig. 1) consists of an outer layer 1, a middle layer of lightweight filler 2 and an inner layer 3, having the shape of a funnel with a socket A and a neck 5, closed by a socket 6 on the side of the socket with a nut 7, screwed on a pin 8, the other end of which is screwed into the plug 9. The inner wall of the socket 4 of the funnel-shaped part of the inner layer is matched with the outer layer from the free edge 10 on a tangent, and from the side of the plug 9, the wall of the neck is aligned with the wall of the outer shell at an angle 11.

Свободна кромка наружного и внутреннего слоев может быть усилена средним по сом 12, который состоит из нескольких слоев металлической (или из другого материала ) ленты 13. Через часть слоев этой ленты проход т стержни 14, внедренные в наружный слой 1 и внутренний - в его воронкообразную часть 4.The free edge of the outer and inner layers can be reinforced by an average cat 12, which consists of several layers of metal (or other material) tape 13. Rods 14, embedded in the outer layer 1 and the inner layer, in its funnel-shaped form, pass through part of the layers of this tape. part 4.

Соединение обтекател со ступицей винта осуществл етс одним из известных способов, например, с помощью штифто- болтового соединени (на чертеже не показано ).The connection of the fairing with the screw hub is carried out by one of the known methods, for example, using a pin-bolt joint (not shown).

Обтекатель изготавливают следующим образом.The fairing is made as follows.

Технологическую оснастку состо щую из двух оправок 15, соединенных через про- ставное кольцо 16с помощью ст жных болтов 17, устанавливают в центрах намоточного станка, после чего на поверхность оправок 15 наматывают полимерный композиционный материал, образующий стенки внутренних воронкообразных слоев 3 двух обтекателей сразу, 5 Предварительно изготовленные блоки 18 легковесного наполнител устанавливают на неотвержденный материал намотанных внутренних слоев и на них, как на новую оправку, наматывают наружные слои двух 10 обтекателей сразу. Этот наружный слой соедин етс с внутренним слоем по касательной в районе проставного кольца 16 - будущих свободных кромок 10 обтекател , и под углом 11 к стенке внутреннего сло в 15 районе горловины 5 - в месте последующей установки заглушки 9.A tooling consisting of two mandrels 15 connected through a clamping ring 16 using clamping bolts 17 is installed in the centers of a winding machine, after which a polymer composite material is wound onto the surface of the mandrels 15, forming the walls of the inner funnel-shaped layers 3 of the two fairings at once, 5 The prefabricated lightweight filler blocks 18 are mounted on the uncured material of the wound inner layers and on them, like on a new mandrel, the outer layers of two 10 fairings are wound shit. This outer layer is connected with the inner layer tangentially in the area of the spacer ring 16 — the future free edges 10 of the flap, and at an angle of 11 to the wall of the inner layer in the 15 region of the neck 5 — at the place where the plug 9 is installed.

Усиление свободных кромок обтекател по сом 12 выполн ют следующим образом. После намотки внутреннего сло 4 не- 20 посредственно в районе установки по сов 12 к неотвержденному материалу сло 4 прикрепл ют стержн ми (например, гвозд ми , скобами, шурупами) один или несколько слоев 13 металлической (или из другого ма- 25 териала) ленты, намотанных на клею слой за слоем. Последний слой по са также выполн ют перфорированным, через отверсти перфорации вставл ют стержни 14 остри ми наружу и по ним непосредственно и поThe reinforcement of the free edges of the spinner on catfish 12 is performed as follows. After winding the inner layer 4, directly in the area of installation, through the 12, the uncured material of the layer 4 is attached with rods (for example, nails, brackets, screws) to one or more layers 13 of metal (or from another material) tape wound on glue layer by layer. The last layer of the belt is also made perforated, the rods 14 are inserted through the holes of the perforation with the tips outwards and over them directly and along

0 блокам 18 наматывают наружный слой 1 При этом стержни 14 располагаютс по нормал м к стенкам внутреннего и наружного слоев и надежно усиливают их соединение в радиальном направлении после одновре5 менной полимеризации св зующего в составе материала слоев 1 и 4 и кле между сло ми 13 по са 12.0 blocks 18 wind the outer layer 1 In this case, the rods 14 are arranged along the normal to the walls of the inner and outer layers and reliably reinforce their connection in the radial direction after simultaneously polymerizing the binder in the material composition of layers 1 and 4 and glue between the layers 13 12.

После отверждени св зующего в материале оба обтекател при необходимостиAfter curing of the binder in the material, both skins, if necessary

0 подвергают механической обработке и отдел ют друг от друга. Сн тие обтекател с технологической оправки производ т, как показано на фиг 4. с торца обтекател на его свободную кромку устанавливают упорное0 is machined and separated from each other. Removing the spinner from the technological mandrel is carried out as shown in Fig. 4. From the butt end of the spinner, a stop is placed on its free edge.

5 кольцо и, завинчива болты в тело оправки 15, выдвигают ее в осевом направлении из обтекател . Технологическое отверстие горловины 5 закрывают с помощью крышки 6, гайки 7, шпильки 8 и заглушки 9.5 ring and screwing the bolts into the body of the mandrel 15, push it in the axial direction of the fairing. The technological opening of the neck 5 is closed with a cover 6, a nut 7, a stud 8 and a plug 9.

0Сопоставление параметров обтекател 0 Comparison of the parameters of the fairing

предлагаемой конструкции и равноценного ему по свойствам материала обтекател того же размера (диаметр 1,5-2м), изготовленного прессованием в ви, о однослойнойthe proposed design and equivalent to it in the material properties of the fairing of the same size (diameter 1.5-2m), made by pressing in a single layer

5 оболочки показывает, что в предложенном варианте трудоемкость изготовлени может быть снижена на 25-30% (с учетом изготовлени прессформ и оснастки), а вес - на 10-15%.5 of the casing shows that, in the proposed embodiment, the labor intensity of manufacture can be reduced by 25-30% (taking into account the manufacture of molds and tooling), and the weight - by 10-15%.

Claims

1. A three-layer fairing of the propeller hub of a polymer composite material, made in the form of the outer and inner layers, the cavity between which is filled with filler, which is different. In order to improve quality and reliability, reduce the weight and laboriousness of manufacturing, as well as expand technological capabilities, the inner layer of the wall of the fairing is made in the form of a funnel with a neck and a socket and is connected to the outer layer along the ends from the side of the neck at an angle to each other, and from the side of the socket, tangentially

2. The spinner according to claim 1, about tl and h a and y and d so that in the zone of the connection of the layers

0

five

tangent as a filler used a package of several layers of metal tape, glued together among themselves and the layers of the wall.

3. The spinner is in accordance with claims 1 and 2. This means that it is provided with metal rods placed alone with their ends in the holes provided for under them along the normal to them. and others - in the filler.

4. The spinner according to claims 1-3, characterized in that it is provided with a plug attached to the neck of the inner layer on the outside and rigidly attached to it, for example, a pin, a cover attached to the neck from the side of the socket.

12. / 2fpfTT-

13

Have

1

FIG. 2

14

15

18

17 fff

FIG L