ГРЕБНОЙ ВИНТ Российский патент 2004 года по МПК B63H1/14 B63H1/26 

Сущностью изобретения является создание лопасти винта и на ее основе гребного винта, обладающего улучшенными силовыми характеристиками с меньшим шумовым эффектом и уменьшенной кавитацией.

Предложен гребной винт, профиль лопастей которого представляет пересечение двух парабол: Y₁=K₁X^1/2 и Y₂=K₂X^1/2+2R, формы лопастей вписаны в параболу Y₁=K₁X^1/2 в прямоугольных декартовых координатах.

Две параболы Y₁ и Y₂ соприкасаются на оси Y с полуокружностью радиусом R - задняя кромка. Передняя кромка имеет закругление на расстоянии R от точки пересечения парабол радиусом R_q ≤ R для улучшения обтекаемости.

Лопасть гребного винта имеет стабилизирующую плоскость, являющуюся касательной к верхней плоскости винта и служит для уменьшения шума и кавитации.

Изобретение относится к области судостроения, к построению гребных винтов, используемых в качестве корабельных движителей.

В гребном винте, принятом за прототип (1), содержащем ступицу, лопасти выпукло-вогнутого сечения с винтовой поверхностью чашеообразной формы следует отметить следующие недостатки:

- форма лопастей чашеобразная, что не обеспечивает нужную фокусировку потока;

- лопасти выходят за пределы ступицы на 1/3 длины, вследствие чего мало участвуют в увеличении мощности потока;

- сечение лопастей линейное (плоскость определенной толщины), что ведет к утяжелению конструкции при обеспечении необходимой прочности;

Изобретение предназначено для увеличения тяги гребного винта при уменьшении шума и кавитации.

Технический результат достигается за счет того, что профиль лопасти гребного вала образуется пересечением двух парабол: Y₁=K₁X^1/2 и Y₂=K₂X^1/2+2R, фиг.1, а форма лопастей вписывается в параболу Y₁=K₁X^1/2, фиг.2 (3).

Две параболы соприкасаются на оси Y с полуокружностью радиусом R - задняя кромка, которая вписывается в тело ступицы, создавая необходимую прочность, фиг.1 (2).

Передняя кромка имеет закругление радиусом R_q<R_i на расстоянии R_i от точки пересечения парабол для улучшения обтекаемости, фиг.1 (1).

Текущая координата точки пересечения парабол на оси X L_i и текущий радиус R_i находятся из формул

где R_0i - текущая длина лопасти гребного винта в метрах на ступице. Отсчет ведется от начала координат.

Коэффициенты выбираются из следующих величин:

K=>1; K₁=>0,5; К₂=(0,1÷0,6)·К₁; К₃<=0,1;

Во (2) отмечается, что к задней кромке профиля может крепиться элемент в виде пластины или клина сравнительно малых размеров, но не более 0,15 хорды.

Задняя плоскость винта имеет стабилизирующую плоскость, которая является касательной к верхней (можно к нижней) плоскости лопасти гребного винта и служит для уменьшения шума и кавитации, фиг 2 (1).

Стабилизирующая плоскость образуется сектором плоскости с максимальной величиной в конце задней лопасти винта, равной L₀<=R_тах, и плавно уменьшающаяся до нуля примерно на 1/3 длины задней плоскости лопасти винта. На малых радиусах винта огибание водной среды происходит равномерно, без кавитации.

Размеры стабилизирующей плоскости следует выбирать наименьшими, так как при увеличении ее площади резко падает КПД винта.

РАБОТА ГРЕБНОГО ВИНТА

При вращении гребного винта лопасти отбрасывают воду в направлении вдоль оси ступицы, фиг.2 (2), что способствует формированию направленного потока. Выполнение лопастей гребного винта, фиг.2 (3), в виде пересекающихся плоскостей парабол, вписанных в параболу, фиг.2 (3), способствует формированию равномерно направленного потока воды, сходящего с лопастей с фокусировкой его в противоположном движению судна направлении. Наличие стабилизирующей плоскости позволяет снизить шум и кавитацию.

Для уменьшения кавитации лопасти гребного винта, т.е. уменьшения образования воздушных пузырьков, возникающих при кипении вследствие резкого падения давления, необходимо предусмотреть малые дополнительные и подкачивающие лопасти R_доп с максимальным растром

Эти дополнительные лопасти создают повышение давления воды на “уходящих” основных рабочих лопастях, тем самым в определенной степени снижают резкое падение давления на основных лопастях, в результате чего уменьшается кавитация.

Для повышения производительности и фокусировки потока сами лопасти на ступице необходимо формировать по параболе Y₀=К₀Х^1/2, где коэффициент К₀ ≥ 0,7.

Все это позволяет повысить КПД и качественные и эксплуатационные характеристики гребного винта.

Проведенные на изготовленных макетах сравнительные оценочные испытания показали КПД предлагаемого гребного винта примерно на 10% выше по сравнению с известным (1) при уменьшении габаритов примерно на 30%.

Предлагаемый гребной винт может эффективно использоваться в ледоколах, где гребной винт устанавливается впереди и служит ледорубом.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Кл. В 63 Н 1/26 1/14, 1995, патент 2108265.

2. Кл. В 63 H 1/26 1999, патент 2127208.

Изобретение относится к области судостроения, а более конкретно - к корабельным винтовым движителям. Предлагаемый винт имеет ступицу с присоединенными к ней лопастями, вписанными в поверхность, имеющую в качестве своей образующей параболу. Профиль сечения лопастей образован двумя параболами, сопрягаемыми в районе задней кромки лопасти полуокружностью, вписанной в тело ступицы. Передняя кромка лопасти имеет закругление с радиусом, не превышающим радиуса данной полуокружности. Задняя плоскость гребного винта имеет стабилизирующую поверхность, касательную к верхней поверхности лопасти винта и выступающую над этой задней плоскостью. Коэффициенты парабол выбираются из определенных соотношений. Для компенсации снижения давления воды на основных лопастях на ступице могут быть предусмотрены дополнительные (“подкачивающие”) лопасти меньших размеров. Технический результат изобретения состоит в увеличении тяги винта при снижении уровня шума и подавлении кавитации. 1 з.п.ф-лы., 3 ил.

1. Гребной винт, содержащий ступицу с присоединенными к ней лопастями, вписанными в поверхность, имеющую в качестве своей образующей параболу, отличающийся тем, что профиль сечения лопастей образован пересечением двух парабол, задаваемых в прямоугольных декартовых координатах (ХY) графиками

Y₁=K₁X^1/2 и Y₂=К₂Х^1/2+2R,

где Х и Y - соответственно оси абсцисс и ординат,

причем параболы сопрягаются на оси Y с полуокружностью радиуса R, которая образует заднюю кромку и вписана в тело ступицы, а передняя кромка имеет закругление радиуса R_q, не превышающего R, на расстоянии текущего радиуса R_i от точки пересечения парабол, при этом задняя плоскость гребного винта имеет стабилизирующую поверхность, касательную к верхней поверхности лопасти винта и выступающую над задней плоскостью на величину L₀, не превышающую максимальный радиус винта R_max, вблизи задней кромки, плавно уменьшаясь до нуля на 1/3 ширины лопасти по задней плоскости, при этом указанная парабола, образующая поверхность, в которую вписаны лопасти, задается графиком

Y=KX^1/2,

где ось абсцисс Х направлена вдоль ступицы,

а указанный текущий радиус R_i и абсцисса L_i точки пересечения указанных парабол удовлетворяют соотношениям

L_i ≈ R_0i/2π К₃, R_i=L_i/K₄,

где R_0i - текущая длина лопасти гребного винта на ступице в метрах, отсчитываемая от начала декартовых координат,

причем коэффициенты выбираются из соотношений

K≥1, K₁ ≥ 0,5, К₂=(0,1-0,8)К₁, К₃ ≤ 0,1, K₄ ≥ 13/K₁.

Y₀=K₀X^1/2,

где коэффициент К₀ ≥ 0,7.