Типы спортивных судов Устройство спортивных судов Катерные двигатели Правила плавания Общая лоция Основы спасательного дела Клининг на водных судах Полезные ссылки Полезные статьи
 

Пособие для водителей катеров, яхт, лодок, судов, водного транспорта

01.06.2015 20:16
дата обновления страницы

Гребной вал и его работа

Спортивные, учебные и гоночные моторные суда имеют в качестве движителей почти исключительно гребные винты. Назначение движителя - создание за счет энергии (мощности), получаемой от двигателя, упорного давления (упора), преодолевающего сопротивление воды движению судна.

Гребной винт представляет собой реактивный движитель, поскольку развиваемый им упор создается реакцией масс воды, отбрасываемых гребным винтом в направлении, противоположном направлению движения судна.

Конструктивно гребной винт (рис. 144) состоит из ступицы 1 и расположенных на ней лопастей 2. Та часть лопасти, которая соединяется со ступицей, называется корнем лопасти.
 

Рис. 143. Валопроводы катеров: А - Валопровод быстроходного катера с кронштейном гребного вала: 1-полумуфта для присоединения гребного вала к выходному валу двигателя; 2-гребной вал; 3-кронштейн гребного вала; 4-гребной винт; .5-обтекатель гребного винта; 6-дейдвудная труба; 7-дюритовое соединение; 8-сальник дейдвуда; 9- втулка сальника; 10-пружина сальника; 11-кронштейн для крепления сальника; 12-грундбукса; 13-фланец выходного вала Б - Валопровод тихоходного катера с опорами гребного вала в дейдвуде корпуса катера: 1-гребной вал; 2-сальник дейдвуда; 3-дейдвудная труба; 4-гребной винт; 5- обтекатель; 6-резиновые подшипники; 7-шпора

Рис. 144. Типы катерных гребных винтов и сечения их лопастей: а-сегментная форма; б-авиационная (каплевидная) форма

Поверхность лопасти 3 обращенную вперед к носу судна, называют засасывающей. Противоположная, обращенная назад, поверхность 4 лопасти называется нагнетающей. Заостренная грань сопряжения этих двух поверхностей, являющаяся контуром лопасти, носит название кромки лопасти. Входящей кромкой называется кромка, направленная в сторону перемещения лопасти при вращении винта. Противоположную кромку называют выходящей.

Поверхности лопастей образованы из винтовых поверхностей более или менее сложной конфигурации.

К основным геометрическим характеристикам гребных винтов относятся: диаметр винта, шаг винта, число лопастей, направление вращения, ширина лопасти, площадь лопастей, форма и толщина сечения лопастей, диаметр ступицы.

Диаметром гребного винта называется диаметр окружности, описываемой теми точками кромок лопастей винта, которые наиболее удалены от оси вращения винта.

Шагом гребного винта называется путь, на который продвинулся бы гребной винт за один оборот, если бы он вращался не в воде, а в жесткой гайке.

Чтобы очистить гребной вал, гребной винт от водорослей и отложений, воспользуйтесь моющим средством Фаворит-К для мойки днищ катеров и яхт.

Многие гребные винты имеют шаг, различный в разных участках лопасти. У таких винтов основной характеристикой принято считать некоторый средний шаг, например измеряемый на радиусе, равном 0,7 полного радиуса винта.

Число лопастей у гребных винтов, применяемых на спортивных моторных судах, обычно 2 или 3, иногда их бывает 4.

Гребные винты делятся на правые и левые - по направлению вращения. Правым называется винт, который вращается на переднем ходу по часовой стрелке, если смотреть на винт с кормы в нос судна. Гребной винт, который в этих же условиях вращается против часовой стрелки, называется левым.

Рис. 145. Проектирование лопастей винта на плоскость

Ширина лопасти измеряется от входящей до выходящей кромки лопасти на одном и том же радиусе. Основной характеристикой ширины лопасти обычно принимают ширину, измеренную на радиусе, равном 0,7 полного радиуса винта.

Для характеристики гребного винта и его работы большое значение имеет также дисковое отношение, т. е. отношение площади проекции всех лопастей винта на плоскость, перпендикулярную оси вращения гребного винта (рис. 145), к площади диска, отметаемого винтом, т. е. площади окружности диаметра, равного диаметру гребного винта.

Сечения лопастей гребных винтов имеют форму круговых сегментов или форму сечений самолетного крыла (авиационные профили) или специальные клиновидные профили, применяемые для винтов особо быстроходных, гоночных мотосудов с весьма высокими числами оборотов гребного вала.

Наибольшая толщина сегментного профиля находится на 1/4 ширины сечения; у авиационных профилей наибольшая толщина располагается на расстоянии около 1/3 ширины сечения от входящей кромки; у клиновидных профилей наибольшая толщина смещена к выходящей кромке лопасти.

Кроме формы (профиля) сечения лопасти, для характеристики существенна ее относительная толщина, т. е. отношение наибольшей толщины профиля лопасти к ширине. Для обеспечения прочности лопасти относительная толщина ее профиля делается наибольшей у корня (до 0,2-0,25) и уменьшается к концу лопасти до полного заострения, т. е. до абсолютной величины 0,02-0,05 мм.

Диаметр ступицы гребного винта обычно находится в пределах 1,8-2,0 диаметров гребного вала, но одновременно не должен превышать 0,15-0,20 диаметра гребного винта.

Гребной винт при работе по созданию упора полезно преобразует в упор лишь часть энергии, получаемой от двигателя. Это неизбежно связано с бесполезной затратой энергии на закручивание потока, трение, образование вихрей, сбегающих с концов лопастей, и т. д. В связи с этим мощность работающего на гребной винт двигателя моторного судна всегда больше той полезной мощности, которую гребной винт отдает на движение судна.

Отношение полезной мощности, которую гребной винт отдает в виде упора, двигающего судно, к мощности двигателя, передаваемой через гребной вал на вращение гребного винта, представляет собой основную характеристику качества работы (эффективности) гребного винта. Это отношение называется коэффициентом полезного действия (КПД) гребного винта.

У самых лучших гребных винтов коэффициент полезного действия не превосходит величины 0,65-0,75, т. е. по меньшей мере 1/3 мощности двигателя судна бесполезно утрачивается. Однако у многих гребных винтов, которые могут считаться удовлетворительными, величина потерь близка к половине мощности, затрачиваемой двигателем на вращение винта.

Величина КПД гребного винта зависит главным образом от расчетного выбора оптимальных (наивыгоднейших) соотношений между мощностью двигателя, числом оборотов гребного винта, геометрическими характеристиками винта (диаметром, шагом и площадью лопастей) и скоростью хода моторного судна, максимально достижимой судном с заданным или выбранным двигателем.

Расчет таких оптимальных соотношений для гребного винта представляет собой задачу довольно значительной трудности. Кроме того, для ее решения необходимо знание таких величин, как, например, сопротивление воды движению судна на различных скоростях, влияние корпуса судна на характеристики потока, набегающего на гребной винт, и т. д.

Практически при постройке спортивных мотосудов собственными силами спортсменов или отдельных коллективов получение таких данных является обычно невозможным. В этих случаях расчет гребных винтов для туристских и спортивных моторных судов выполняется упрощенными, приближенными методами.

На туристских катерах со скоростью хода до 15-20 км/час лучшие результаты дает установка гребных винтов с числом оборотов 600-1200 в минуту. Нижний предел указанного числа оборотов применяют для гребных винтов катеров с меньшими скоростями или для относительно больших катеров с более мощными двигателями, для которых нужны гребные винты больших диаметров.

На спортивных катерах средней мощности (25-70 л. с.) со скоростью хода 30-50 км/час целесообразно иметь число оборотов гребного вала в пределах 2000-3000 в минуту. При этом пределы выгоднейших чисел оборотов при прочих равных условиях уменьшаются с уменьшением скорости и увеличением мощности.

Чтобы отмыть гребной винт от водорослей и отложений, воспользуйтесь химическим моющим средством Фаворит-К для мойки днищ катеров и яхт ниже ватерлинии.

Оптимальные числа оборотов гребных винтов для весьма быстроходных гоночных моторных судов со скоростями 70 км/час и выше достигают 4000-5000 оборотов в минуту, а иногда оказываются даже более высокими.

Весьма многооборотные гребные винты наиболее быстроходных, гоночных, мотосудов работают в особых условиях, характеризуемых наличием кавитации - вскипания воды на передней (обращенной к носу судна), засасывающей поверхности лопастей. При этом вода как бы отрывается от поверхности лопастей, образуя пузыри, пустоты ("каверны"), ухудшающие работу винта, нередко разрушающие лопасти и приводящие их к эрозионному износу. Именно для борьбы с кавитацией и ее последствиями применяются лопасти с клиновидным сечением.

Если представить себе, что гребной винт вращается не в воде, а в твердой среде, как болт в гайке, то очевидно, что за один оборот он передвинулся бы на величину геометрического шага винта Н. Но в реальных условиях гребной винт вращается в жидкой податливой среде - воде, перемещаясь за один оборот на меньшее расстояние Л, которое называется поступью гребного винта. Разность между геометрическим шагом винта и поступью Н-h называется путем скольжения.

Путь скольжения Н-h, отнесенный к геометрическому шагу винта H, называется коэффициентом скольжения S = (Н-h)/H

Очевидно, что скорость судна v = h*n, где n - число оборотов гребного винта. Приведенное выше выражение для коэффициента скольжения 5 может быть легко преобразовано в более удобное S=1-V/Hh, где связаны легко измеряемые величины:

скорость хода судна, число оборотов и геометрический шаг гребного винта. Для гребных винтов спортивных и туристских мотосудов величина S обычно находится в пределах 0,1-0,2, причем большая величина S относится к более тихоходным судам.

Имея расчетную (ожидаемую) скорость хода мотосудна и число оборотов гребного вала и задавшись величиной S, можно, преобразовав приведенное выше выражение, получить приближенно величину геометрического шага винта:

H=v/n/(1-S), где

Н - шаг винта в м,

v -скорость хода судна в м/сек,

п -число оборотов винта в секунду,

S - относительное скольжение (коэффициент скольжения).

Понятно, что такое определение величины шага винта является приближенным и не может считаться расчетом этой важнейшей характеристики гребного винта.

Диаметр винта D, в общем, увеличивается с увеличением мощности двигателя и уменьшается с увеличением числа оборотов гребного винта. Величина шага гребного винта должна

лежать в пределах от 0,8 до 2 D. Величина , называемая шаговым отношением, у гребных винтов спортивных и туристских мотосудов равна 0,8-2^2. При этом винты быстроходных спортивных и гоночных мотосудов имеют шаговое отношение более высокое, чем гребные винты относительно тихоходных туристских или прогулочных мотосудов.

Какого-либо простого соотношения между диаметром гребного винта, его числом оборотов и мощностью двигателя, работающего на винт, не может быть установлено, но для предварительной, весьма приближенной, оценки диаметра гребного винта (трехлопастного) при известной мощности двигателя и известном числе оборотов в минуту, с которым будет вращаться гребной винт, можно воспользоваться графиком, приведенным на рис. 146.

Для определения диаметра винта по этому графику следует найти на нижней, горизонтальной, линии число, соответствующее числу оборотов гребного винта, и, двигаясь от этой точки вертикально вверх, найти точку пересечения вертикальной линии с наклонной линией, на которой указано число, соответствующее мощности двигателя. Проводя через эту точку горизонтальную линию до крайней левой или правой вертикальной линии, ограничивающей график, находят па них число, показывающее диаметр гребного винта. На рис. 146 дан пример определения диаметра гребного винта для моторного судна, имеющего двигатель мощностью 30 л. е., вращающий гребной винт с числом оборотов, равным 1200 в минуту.

При этом искомый диаметр гребного винта получится равным 425 мм.

Изготовляются гребные винты из чугуна, латуни, бронзы, алюминия, стали и пластмасс.

На спортивных мотосудах чугунные гребные винты применяются весьма редко. Лучше всего отливать гребные винты из прочных марок латуни, так как латунь легко отливается в форму, не корродирует в морской воде, легко обрабатывается и полируется, хорошо сохраняя полировку, что очень важно для гребных винтов быстроходных мотосудов.

Рис. 146. График для определения диаметра гребного винта

На спортивных мотосудах с двигателями относительно малой мощности и на подвесных лодочных моторах часто устанавливают гребные винты из алюминия. При этом сечении лопасти у корня делают относительно более толстыми, чем у таких же латунных винтов. Алюминиевые гребные винты просты в отливке и легко обрабатываются. Литые стальные гребные винты на спортивных мотосудах не используются из-за трудности их изготовления. Некоторое применение на таких судах находят сварные стальные гребные винты, ступицы которых вытачиваются из стальной поковки. Лопасти вырезают из листовой стали, кромки лопастей заостряют. Затем лопасти изгибают по шаблонам. Заготовки лопастей приваривают к ступице, после чего опиливают и выверяют.

Часто возникает необходимость в обмере изготовленного гребного винта, например, для установления его характеристик, проверки равенства шага каждой из лопастей и т. д. Делается это следующим образом (рис. 147).

Подлежащий обмеру гребной винт помещают строго горизонтально на чертежную доску или ровный лист фанеры, так, чтобы ось ступицы винта точно совпала с центром предварительно начерченной на доске окружности, имеющей диаметр около 0,7 диаметра обмеряемого гребного винта. Затем измеряют угольниками, как показано .на рисунке, высоты а и b кромок лопасти в точках, лежащих точно над начерченной на доске окружностью. При этом на упомянутой окружности отмечают точки А и В, от которых измеряли высоты а и Ь.

Рис. 147. Измерение шага готового гребного винта.

Далее винт снимают с доски, прочерчивают на ней центральный угол а и измеряют транспортиром величину этого угла в градусах. По полученным величинам а, а и в вычисляют шаг гребного винта (для обмеряемой лопасти) по формуле:

и H=360*(a-b)/a, где  а

Н-шаг винта (лопасти),

а - высота кромки лопасти от поверхности доски (большая),

в - высота кромки лопасти от поверхности доски (меньшая),

а - величина угла АОВ в градусах.

Следует отметить, что величина шага отдельных лопастей гребного винта не должна отличаться более чем на 0,01 величины шага Н.

Кроме описанных выше обычных гребных винтов с неизменяемым (фиксированным) шагом, в судостроении получают все более и более широкое распространение винты регулируемого шага (ВРШ).

На катерах в настоящее время ВРШ применяются относительно редко, но в дальнейшем можно ожидать большое их распространение, так как, изменяя положение лопастей, можно получать передний и задний ход судна, а также останавливать судно, не реверсируя двигателя. Кроме того, изменяя величину шага, можно обеспечить выгоднейшие условия работы гребного винта для различных случаев нагрузки, скорости хода и т. д. Несложная конструкция винта регулируемого шага для катера показана на рис. 148. Она состоит из устройства, непосредственно передающего усилие от вращения маховика управления 1 механизму 2, в ступице винта, которым осуществляется поворот лопастей 3 при продольном перемещении штанги 4, проходящей внутри сверления полого гребного вала. Слева внизу показано положение "верхней" лопасти при переднем ходе (п. х.), заднем ходе (з. х.) и правом вращении гребного вала. Такая конструкция может применяться на небольших и средних катерах с двигателями мощностью до 70-100 л. с. и с относительно небольшой скоростью (до 20-25 км/час).

Рис. 148. Гребной винт регулируемого шага (ВРШ) для катера

Более совершенные ВРШ, у которых поворот лопастей осуществляется гидравлическим или механическим приводом с управлением электродвигателем или за счет отбора мощности от гребного вала, могут применяться на катерах всех типов и скоростей Хода, кроме особо быстроходных (гоночных), где использовать BPLL1 нет необходимости, так как из-за увеличенного диаметра ступицы КПД таких винтов все же несколько ниже КПД обычного винта, специально рассчитанного на один режим максимальной скорости.

Читать про правила плавания по судоходным путям России...

На главную страницу

Развитие водного транспорта в России   Тайны морских катастроф   Управление судном и его техническая эксплуатация от А до Я
 

Смотрите также интересные ссылки:
Ультразвуковая очистка  Чистка днищ катеров   Краски необрастайки  Водный транспорт  Химия для подвижного железнодорожного состава  Интернет магазин автокосметики Управление судном