ГРЕБНОЙ ВИНТ С НАПРАВЛЯЮЩЕЙ НАСАДКОЙ КОНСТРУКЦИИ ЗЕМЛЯКОВА Российский патент 2007 года по МПК B63H1/14 

Изобретение относится к технике движителей для надводного и подводного транспорта и может быть использовано на пассажирских и военных кораблях, катерах, яхтах, подводных лодках, водолазных подводных аппаратах, боевых торпедах, спортивных катерах и катамаранах.

Известно техническое решение, подводный водолазный аппарат «Дип Дайвер» [1], снабженный в качестве движетеля гребным винтом, размещенным осесимметрично внутри кольца с зазором между концами лопастей и внутренней поверхностью кольцевой насадки. Такое размещение винта позволяет суммировать поток воды, перемещаемый центробежной силой с основным осевым потоком, а также уменьшить контакт вращающегося винта с посторонними предметами, например водорослями.

Недостатком такого винта в кольцевой насадке является то, что поток воды, перемещаемый центробежной силой на большой скорости, безпрепятственно ударяется во внутреннюю стенку кольцевой насадки и создает торможение вращающему моменту винта.

Известно техническое решение, разборный катамаран конструкции В. Поповича [2], у которого гребной винт также размещен осесимметрично в полости кольцевой насадки (гидродинамическом кольце).

Недостатком этого винта в кольцевой насадке, также как и в [1] является то, что поток воды, перемещаемый центробежной силой на большой скорости безпрепятственно ударяется во внутреннюю стенку кольцевой насадки и создает торможение вращающему моменту винта.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является гребной винт в поворотной направляющей насадке [3], размещенный осесимметрично в полости направляющей насадки, выполненной в виде кольца. Гребной винт в такой насадке размещен с возможно малым - не более 0,5% от диаметра гребного винта зазором между концами лопастей и телом насадки. Такое устройство разработано для обеспечения высоких ходовых и тяговых качеств современных судов.

Недостатком гребного винта в направляющей насадке - прототипе является то, что вращающийся с большой частотой в полости направляющей насадки гребной винт обеспечивает вращение и всей массы воды, проходящей через винт, вследствие чего, в потоке вращающейся воды возникает центробежная сила, которая стремится переместить воду радиально, вдоль гребных лопаток. В результате этого поток массы воды, перемещаемый вдоль каждой из гребных лопаток с определенным давлением, ударяется во внутреннюю стенку направляющей насадки, обеспечивая плотный адгезионный контакт. Такой контакт обеспечивает большое местное гидравлическое сопротивление и таким образом обеспечивает торможение вращающемуся винту, создавая повышенное энергопотребление.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в том, чтобы при тех же оборотах винта уменьшить его энергопотребление.

Это достигается тем, что гребной винт с направляющей насадкой, содержащий установленные на ступице осесимметричной формы гребные плоскопрофильные лопасти, одна из двух поверхностей которых рабочая, которые осесимметрично размещены в трубовидной кольцевой полости с зазором между концами лопастей и внутренней стенкой насадки, при этом концы каждой лопасти загнуты под углом α, обеспечивающим параллельность внутренней поверхности насадки с поверхностями загнутых концов, и созданием между этими поверхностями зазора δ в пределах от 1% до 22%, от величины диаметра D винта, при этом высота h загнутого конца каждой лопасти относительно рабочей поверхности каждой лопасти составляет от 0,1% до 11% от величины диаметра винта, а радиус R загиба каждого конца лопасти по рабочей поверхности находится в пределах от 25% до 100% от высоты загнутого конца лопасти.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено устройство размещения винта в полости направляющей насадки, показаны половина вида и половина сечения насадки; на фиг.2 - вид устройства по стрелке А.

В статическом исполнении устройство гребного винта с направляющей насадкой состоит непосредственно из гребного винта 1 с рабочим диаметром D, размещенного осесимметрично внутри трубовидной полости направляющей насадки 2. Гребной винт 1 выполнен из ступицы 3, на поверхности которой жестко прикреплены плоскопрофильные гребные лопасти 4, одна из двух поверхностей 5 которых является рабочей. В направляющей насадке 2 лопасти 4 размещены так, что между их концами 6 и внутренней поверхностью 7 насадки 2 имеется зазор δ. Концы 6 лопастей 4 загнуты в сторону их рабочих поверхностей 5 и выступают над ней на высоту h. Co стороны каждой рабочей поверхности 5 концы 6 лопастей 4 загнуты под углом α с радиусом R.

Устройство работает следующим образом.

Гребной винт 1 диаметром D с лопастями 4, имеющими загнутые в сторону рабочих поверхностей 5 концы 6, приводится во вращение относительно втулки 8, к которой на стойках 9 прикреплена трубовидная направляющая насадка 2. При вращении гребного винта в пресной или соленой воде охватывающая все его лопасти 4 вода начинает перемещаться рабочими поверхностями 5 вдоль оси вращения винта, обеспечивая перемещение плавательного средства в противоположную сторону. При этом рабочая поверхность 5 каждой лопасти выполняет роль наклонной поверхности, сдвигающей слои воды. По такой наклонной поверхности 5 вода перемещается от передней кромки лопасти к задней кромке каждой лопасти и создает основной реактивный поток воды, направленный вдоль оси вращения, перемещая плавательной средство в противоположную сторону. При быстром вращении винта омывающая его вода получает также и большую величину центробежной силы, которая направлена радиально, вдоль рабочих поверхностей 5 лопастей 4. При этом перемещаемая центробежной силой масса воды вдоль рабочих поверхностей 5 лопастей 4 несет в себе и большую величину кинетической энергии. Но наличие на каждой лопасти 4 загнутых концов 6 обеспечивает изменение направления потока воды от действия центробежной силы и суммирование его с потоком воды перемещаемого наклонными рабочими поверхностями 5. Таким образом, вся масса воды, перемещенная центробежной силой вдоль рабочих поверхностей 5 лопастей 4, изменяет свое направление на угол α и суммируется с потоком, созданным рабочими поверхностями 5 лопастей 4, передавая ему дополнительную кинетическую энергию и увеличивая этим самым суммарную тягу винта. Одновременно с этим, наличие на лопастях 4 загнутых концов 6 исключает силовой контакт энергоемкого потока от центробежной силы с внутренней стенкой насадки 2, способствуя этим самым снижению гидродинамического сопротивления и, как следствие, снижению энергозатрат, идущих на вращение винта.

Минимальная величина зазора δ принята равной 1% от диаметра D винта 1 в виду того, что при меньшем его значении величина гидравлического сопротивления возрастает и ведет к увеличению энергозатрат. Максимальная величина зазора δ принята равной 22% от диаметра D винта 1 в виду того, что при большем его значении величина гидравлического сопротивления возрастает и также ведет к увеличению энергозатрат.

Минимальная величина высоты h загнутого конца 6 лопасти 4 принята равной 0,1% от диаметра D винта 1 в виду того, что при меньшем ее значении возрастает величина гидравлического сопротивления от безпрепятственного удара во внутреннюю стенку 7 насадки 2 радиального потока воды, созданного центробежной силой, что ведет к увеличению энергозатрат. Максимальная величина высоты h загнутого конца 6 лопасти 4 принята равной 11% от диаметра D винта 1 в виду того, что при большем ее значении возрастает величина гидравлического сопротивления от увеличения трения в зазоре δ, что также ведет к увеличению энергозатрат.

Минимальная величина радиуса R загиба каждого конца 6 лопасти 4 принята равной 25% от высоты h загнутого конца 6, в виду того, что меньшее его значение ведет к увеличению гидравлического сопротивления и, следовательно, к увеличению энергозатрат. Максимальное значение радиуса R принято равным 100% от высоты h загнутого конца 6, в виду того, что большее его значение ведет к нарушению плоскопрофильности лопасти 4. Все это позволяет реализовать поставленную техническую задачу.

Полезность данного изобретения заключается в том, что создано новое техническое решение изготовления гребного винта в направляющей насадке, позволяющее снижать энергопотребление винта на перемещение плавательного средства.

Источники информации

1. Журнал «Техника Молодежи» №10 за 2005 г., с.8.

2. Журнал «Моделист конструктор» №4 за 1989 г., с.4.

3. Гурович А.Н., Родионов А.А., Асиновский В.И., Гринберг Д.А. Судовые устройства (Справочник для конструкторов и проектировщиков). Ленинград, «Судостроение», 1967, с.65-67.

Изобретение относится к движителям для надводного и подводного транспорта. Гребной винт с направляющей насадкой содержит установленные на ступице осесимметричной формы гребные плоскопрофильные лопасти, одна из двух поверхностей которых рабочая, которые осесимметрично размещены в трубовидной кольцевой полости с зазором между концами лопастей и внутренней стенкой насадки. Концы каждой лопасти загнуты под углом α, обеспечивающим параллельность внутренней поверхности насадки с поверхностями загнутых концов, и созданием между этими поверхностями зазора δ в пределах от 1% до 22% от величины диаметра D винта. Высота h загнутого конца каждой лопасти относительно рабочей поверхности каждой лопасти составляет от 0,1% до 11% от величины диаметра винта, а радиус R загиба каждого конца лопасти по рабочей поверхности находится в пределах от 25% до 100% от высоты загнутого конца лопасти. Достигается снижение энергопотребления винта на перемещение плавательного средства. 2 ил.

Гребной винт с направляющей насадкой, содержащий установленные на ступице осесимметричной формы гребные плоскопрофильные лопасти, одна из двух поверхностей которых рабочая, которые осесимметрично размещены в трубовидной кольцевой полости с зазором между концами лопастей и внутренней стенкой насадки, отличающийся тем, что концы каждой лопасти загнуты под углом α, обеспечивающим параллельность внутренней поверхности насадки с поверхностями загнутых концов, и созданием между этими поверхностями зазора δ в пределах от 1 до 22% от величины диаметра D винта, при этом высота h загнутого конца каждой лопасти относительно рабочей поверхности каждой лопасти составляет от 0,1 до 11% от величины диаметра винта, а радиус R загиба каждого конца лопасти по рабочей поверхности находится в пределах от 25 до 100% от высоты загнутого конца лопасти.