ГРЕБНОЙ ВИНТ Российский патент 1997 года по МПК B63H1/14 B63B59/00 C23F13/00 

Изобретение относится к области судостроения, а именно к металлическим гребным винтам, и может быть использовано для защиты их поверхности от электрохимической коррозии.

Из практики эксплуатации судов с металлическими корпусами известно, что проблем с коррозионным состоянием гребных винтов не возникает в случае их надежного электрического контакта с корпусом судна. Это связано с протектирующим действием на гребной винт корпуса судна или устанавливаемой на корпусе системы электрохимической протекторной или катодной защиты.

Вместе с тем применение в судостроении все более совершенных и стойких лакокрасочных покрытий, а также возможное нарушение электрического контакта между гребным винтом и корпусом вследствие образования масляных пленок в подшипниках скольжения валовинтового комплекса или в случае электроизоляции винта может ослабить или полностью прекратить протектирующее влияние корпуса и привести к коррозионным повреждениям гребных винтов. На поверхности лопастей, особенно на кромках гребных винтов, не оборудованных средствами защиты от коррозии, протекают процессы электрохимической коррозии, следствием которых являются из коррозионно-эрозионное разрушение язвенного характера глубиной до 2-3 мм/год. Это вызывает необходимость восстановительных ремонтов или замены гребных винтов через 5-10 лет периода их эксплуатации. Кроме того, в результате коррозионно-эрозионного износа поверхностей лопастей в межремонтный период происходит увеличение шероховатости поверхностей лопастей, что приводит к ухудшению гидродинамических характеристик гребных винтов, а, следовательно, и к снижению кпд движительного комплекса.

Наиболее эффективной из известных средств, предотвращающих коррозионные разрушения гребных винтов, является их электрохимическая защита. Электрохимическая защита гребных винтов может осуществляться путем их подключения с помощью контактно-щеточных устройств, монтируемых на валопроводе, к системам катодной или протекторной защиты, устанавливаемых на подводной части корпуса для защиты его от коррозии.

Известен также принятый в качестве ближайшего аналога гребной винт, содержащий лопасти, ступицу и протекторы, которые закреплены на ступице и имеют с ней электрический контакт (см. СССР, а.с. N 918176, B 63 B 59/00, 1982 г.).

В основу изобретения была положена задача разработки конструкции судового гребного винта, которой содержал бы элементы, выполненные из материала, исключающего электрохимическую коррозию элементов винта, благодаря чему увеличивается срок его службы.

Задача решается за счет того, что гребной винт, оснащен съемным протектирующими элементами, имеющими электрический контакт со ступицей, установленными на ступице винта в межлопастном пространстве параллельно осевым линиям корневых сечений смежных лопастей и выполненными из материала, имеющего в морской воде электродный потенциал ниже потенциала материала винта не менее чем на 300 мВ.

Благодаря такому решению в морской воде происходит электрохимическое взаимодействие материала гребного винта с материалом протектирующих элементов, имеющим более отрицательный электродный потенциал. При этом из-за разности потенциалов возникает электрический ток, который вызывает изменение электродного потенциала гребного винта в отрицательную сторону, то есть происходит его катодная поляризация. В результате этого вся поверхность винта превращается в один общий катод, и на ней исключаются анодные процессы, вследствие чего винт не подвергается электрохимической коррозии. В то же время протектирующие элементы становятся анодами, и происходит процесс их электрохимического растворения.

При использовании протектирующих элементов из материалов, имеющего в морской воде электродный потенциал ниже электродного потенциала материала гребного винта менее чем на 300 мВ, не может достигаться полной электрохимической защиты, и он будет подвергаться коррозионному разрушению.

Каждый протектирующий элемент установлен на ступице винта на электроизоляционной прокладке и соединен со ступицей по меньшей мере одним винтом крепежным соединением.

Такое решение исключает процесс растворения поверхностей протектирующих элементов, обращенных к ступице гребного винта, и исключает проникновение морской воды к винтовым крепежным элементам, через которые осуществляется электрическая связь между протектирующими элементами и гребным винтом.

Кроме того, протектирующие элементы выполнены в виде полусфериода, поверхность которых, обращенная к ступице, имеет форму, обратную форме ступицы в месте их установки. Такая форма выполнения протектирующих элементов обладает высокими гидродинамическими характеристиками, благодаря чему не изменяются гидродинамические характеристики гребного винта, на котором они установлены. Кроме того, поверхности протектирующих элементов, обращенные к ступице, имеющие форму, обратную форме ступицы в месте их установки, упрощают процесс монтажа, так как не требуется подгонка протектирующих элементов по месту их установки. Проектирующие элементы указанной формы технологичны в изготовлении, так как могут быть изготовлены методом литья. Их целесообразно применять для небольших гребных винтов.

Новым является также то, что протектирующие элементы выполнены в виде полуэллипсоида вращения, поверхность которых, обращенная к ступице, имеет форму, обратную форме ступицы в месте их установки. Такая форма выполнения протектирующих элементов обладает высокими гидродинамическими характеристиками, благодаря чему не изменяются гидродинамические характеристики гребного винта, на котором они установлены.

Кроме того, поверхности протектирующих элементов, обращенные к ступице, имеющие форму, обратную форме ступицы в месте их установки, упрощают процесс монтажа, так как не требуется подгонка протектирующих элементов по месту их установки. Протектирующие элементы указанной формы также могут быть изготовлены методом литья. Их целесообразно применять для крупногабаритных гребных винтов.

Изобретение предусматривает выполнение в протектирующих элементах сквозных трехступенчатых цилиндрических отверстий, части которых, имеющие наименьшей диаметр, расположены в зонах примыкающих к ступице, в них находятся стержневые части резьбовых крепежных элементов. В средних ступенях отверстий находятся головки крепежных элементов, окруженные герметиком, а в верхних установлены резьбовые заглушки, выполненные из материала электрохимически однородного с материалом протектирующих элементов.

Такая система крепления протектирующих элементов на ступице гребного винта обеспечивает надежную фиксацию протектирующих элементов на ступице, гарантирует надежный электрический контакт между протектирующими элементами и ступицей, обеспечивает надежную изоляцию поверхностей отверстий и крепежных элементов от контакта с морской водой. Кроме того, данная система крепления обладает высокой ремонтопригодностью.

На фиг. 1 изображен гребной винт, вид сзади; на фиг. 2 вид А в увеличенном масштабе протектирующего элемента, выполненного в виде полусфероида, установленного на ступице гребного винта, и продольное сечение по протектирующему элементу; на фиг. 3 частичная развертка гребного винта с полусфероидными протектирующими элементами; на фиг. 4 вид А в увеличенном масштабе протектирующего элемента, выполненного в виде полуэллипсоида вращения, установленного на ступице гребного винта, частичное продольное сечение; на фиг. 5 частичная развертка гребного винта с полуэллипсоидными протектирующими элементами.

Гребной винт (фиг.1) содержит ступицу 1, на которой закреплены лопасти 2. В межлопастном пространстве винта на ступицы 1 установлены съемные протектирующие элементы 3, которые могут быть выполнены в виде полусфероида вращения (фиг. 2), либо в виде полуэллипсоида вращения (фиг.4). Они могут иметь также любую форму выполнения, которая не будет ухудшать гидродинамических характеристик винта. Поверхности 4 (фиг. 2, 4), обращенные к ступице 1, имеют форму, конгруэнтную форме ступицы 1 в месте их установки. В протектирующих элементах 3 выполнены сквозные трехступенчатые цилиндрические отверстия 5. Нижняя часть цилиндрического отверстия 5 имеет наименьший диаметр, средняя часть имеет диаметр, превышающий диаметр нижней части, а верхняя часть диаметр, превышающий диаметр средней части. Протектирующие элементы 3 установлены на ступице гребного винта 1 на электроизоляционных прокладках 6 и крепятся на ступице 1 гребного винта посредством болтов или винтов 7. Стержневые части, не имеющие резьбы, находятся в нижних частях трухступенчатых цилиндрических отверстий 5, а головки болтов или винтов 7 расположены в средних частях отверстий 5. Под головками установлены стопорные шайбы 8. Головки болтов 7 и стопорные шайбы 8 окружены герметиком 9, заполняющим всю среднюю часть отверстия 5. В верхних частях отверстий 5 установлены резьбовые заглушки 10, выполненные из материала электрохимически однородного с материалом протектирующих элементов 3. Герметик 9 и резьбовые заглушки 10 обеспечивают надежную изоляцию от морской воды внутренних поверхностей отверстий 5 и болтов или винтов 7. Болты или винты 7 обеспечивают надежную фиксацию протектирующих элементов 3 на ступице 1 гребного винта, гарантируют надежный электрический контакт между протектирующими элементами 3 и ступицей 1. Протектирующие элементы 3 (фиг. 3,5) установлены на ступице 1 винта в межлопастном пространстве параллельно осевым линиям 11 корневых сечений смежных лопастей 2. Протектирующие элементы 3 (фиг.2), выполненные в виде полусфероидов вращения, целесообразно применять для небольших гребных винтов. Проектирующие элементы 3 (фиг.4), выполненные в виде полуэллипсоидов вращения, целесообразно применять для крупногабаритных гребных винтов. Количество протектирующих элементов 3 на гребном винте выбирается из условия обеспечения его защиты от коррозии на срок не менее междокового периода эксплуатации и возможности их размещения с учетом геометрии винта.

Протектирующие элементы могут быть выполнены из любого материала, имеющего в морской воде электродный потенциал ниже потенциала материала винта не менее, чем на 300 мВ.

Например, в качестве материала протектирующих элементов 3, предназначенных для гребных винтов из цветных сплавов и нержавеющих сталей может быть использован сплав на основе алюминия, легированного цинком, имеющий в морской воде электродный потенциал равный 700 мВ по хлорсеребряному электроду сравнения. Для гребных винтов из нержавеющих сталей допускается применение протектирующих элементов из углеродистой стали, имеющих электродный потенциал в морской воде 650 мВ по хлорсеребряному электроду сравнения.

При работе гребного винта в морской воде происходит электрохимическое взаимодействие материала гребного винта с материалом протектирующих элементов. При этом, из-за разности потенциалов возникает электрический ток, который вызывает изменение электродного потенциала гребного винта с отрицательную сторону, то есть происходит его катодная поляризация. В результате этого вся поверхность винта превращается в один общий катод, и на ней исключаются анодные процессы, вследствие чего винт не подвергается электрохимической коррозии. В то же время протектирующие элементы 3 становятся анодами и происходит процесс их электрохимического растворения.

Предложенный гребной винт не подвергается электрохимической коррозии, в результате чего срок службы таких гребных винтов может быть доведен до срока службы судов, на которых они установлены, при условии периодической замены протектирующих элементов. По сравнению с гребными винтами, не оснащенными протектирующими элементами, срок службы заявляемого гребного винта будет в 4-5 раз больше.

Использование: судостроение, движители судов со средствами их защиты от коррозии. Сущность изобретения: на гребном винте в виде ступицы с лопастями в межлопастном пространстве установлены съемные протектирующие элементы, имеющие электрический контакт со ступицей. Протекторы расположены параллельно осевым линиям корневых сечений смежных лопастей и выполнены из материала, имеющего в морской воде электродный потенциал ниже потенциала материала винта не менее чем на 300 мВ. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Гребной винт, содержащий лопасти и ступицу, на которой закреплены протекторы, имеющие с ней электрический контакт, отличающийся тем, что протекторы выполнены съемными из материала, имеющего электродный потенциал в морской воде, ниже потенциала материала винта не менее чем на 300 мВ, и установлены в межлопастном пространстве параллельно осевым линиям корневых сечений смежных лопастей. 2. Винт по п. 1, отличающийся тем, что каждый протектор установлен на ступице на электроизоляционной прокладке и закреплен на ней по меньшей мере одним винтовым крепежным соединением. 3. Винт по пп.1 и 2, отличающийся тем, что протекторы выполнены в виде полусфероидов вращения, поверхность которых, обращенная к ступице, конгруэнтна поверхности ступицы в месте их установки. 4. Винт по пп.1 и 2, отличающийся тем, что протекторы выполнены в виде полуэллипсоидов вращения, поверхность которых, обращенная к ступице, конгруэнтна поверхности ступицы в месте их установки. 5. Винт по пп.1 3 или 1 и 4, отличающийся тем, что в каждом протекторе выполнено сквозное трехступенчатое цилиндрическое отверстие, при этом часть отверстия с минимальным диаметром примыкает к ступице и в нем размещена стержневая часть резьбового крепежного элемента, головка которого окружена герметиком и находится в средней ступени отверстия, а в верхней ступени отверстия установлена резьбовая заглушка, выполненная из материала, электрохимически однородного с материалом протектора.