ГРЕБНОЙ ВИНТ Российский патент 2007 года по МПК B63H1/26 

Изобретение относится к движителям для надводного и подводного транспорта и может быть использовано на кораблях и судах гражданского и военного назначения в качестве движителя.

Известные гребные винты для надводного и подводного транспорта, выполненные в виде осесимметричного тела вращения, имеющие вдоль оси вращения цилиндрический вал со ступицей, на поверхности которого перпендикулярно установлены плоскопрофильные гребные лопасти, поверхности которых относительно плоскости вращения повернуты на определенный угол, что при вращении винта позволяет каждой лопасти, как наклонной поверхности, внедряться передней кромкой в массу воды и передвигать ее, обеспечивая этим реактивную силу кораблю вдоль оси вращения винта (см. журнал "Моделист-конструктор" №6, 1989 г., стр.28-29 или №11, 1988 г., стр.20 или №6, 1986 г.).

Недостатком известных гребных винтов является то, что при вращении винта омывающая его вода не только смещается рабочими наклонными поверхностями лопастей вдоль оси вращения винта, но за счет создаваемой центробежной силы часть массы воды устремляется в радиальном направлении вдоль лопастей и в конце лопастей срывается с них, вдавливаясь в окружающую винт неподвижную массу воды, передавая ей кинетическую энергию, полученную при радиальном движении большой массы воды вдоль лопастей, снижая тем самым КПД работы винта.

Известен гребной винт, у которого концы всех лопастей отогнуты под прямым или иным углом к рабочей поверхности лопасти (см. А.С. СССР 37506, кл. В 63 Н 1/26, 1/28, опубл. 30.06.1934 г.).

Недостатком этого технического решения является то, что величина отогнутых концов лопастей, то есть их высота относительно плоскостей рабочих поверхностей, не определена. А эта высота, при определенных ее значениях, может не только увеличивать тягу гребного винта, но и уменьшать ее за счет увеличения гидравлического сопротивления таких лопастей винта.

Известен также гребной винт, содержащий гребные плоскопрофильные лопасти, имеющие передние и задние кромки, и торцовые оконечности, установленные на ступице цилиндрической или эллипсоидной формы под шаговым углом (см. пат. РФ №2222470, кл. В 63 Н 1/26, В 63 Н 1/28, 2004 г.).

Недостаток этого технического решения - недостаточная эффективность действия гребного винта из-за сравнительно невысокого значения его тяги, существенно зависящей от его диаметра, и относительная сложность изготовления лопастей.

Решаемая техническая задача - повышение эффективности действия гребного винта и упрощение процесса его изготовления.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении тяги винта, снижении его лобового сопротивления, исключении разрушения винта при резком реверсе тяги. Кроме того, полностью исключено явление, при котором часть массы воды, устремляющаяся в радиальном направлении вдоль лопастей и в конце лопастей срывается с них, вдавливаясь в окружающую винт неподвижную массу воды, передавая ей кинетическую энергию, полученную при своем радиальном движении вдоль лопастей, снижая тем самым КПД работы винта.

Для решения поставленной задачи гребной винт, содержащий гребные плоскопрофильные лопасти, имеющие передние и задние кромки, и торцовые оконечности, установленные на ступице цилиндрической или эллипсоидной формы, под шаговым углом, отличающийся тем, что плоскости гребных лопастей наклонены к продольной оси ступицы под углом меньшим 90 и большим 30 градусов. Кроме того, гребные лопасти выполнены в виде прямоугольных пластин. Кроме того, торцовые оконечности гребных лопастей выполнены прямолинейными. Кроме того, шаговый угол гребного винта составляет от 0 до 60 градусов. Кроме того, гребные лопасти выполнены в виде пластин несимметричной, например саблевидной формы.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение следующих функциональных задач:

Признак «...плоскости гребных лопастей наклонены к продольной оси ступицы под углом меньшим 90 и больше 30 градусов...» обеспечивает засасывание и выталкивание набегающего потока под углом к оси гребного винта. Это препятствует разбрасыванию потока в радиальном направлении и за выходящими кромками лопасти формирует зону повышенной плотности, которая отсутствует у аналогов, таким образом, признак позволяет повысить эффективность действия гребного винта.

Признаки второго и третьего пунктов формулы изобретения способствуют упрощению процесса изготовления лопасти.

Признаки четвертого пункта формулы изобретения дают оптимальный диапазон изменения величины шагового угла наклона лопасти.

Признаки пятого пункта формулы изобретения описывают возможный диапазон изменения формы гребных лопастей.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид гребного винта, вид спереди; на фиг.2 изображен вид сбоку гребного винта.

На чертеже показаны ступица 1, гребные лопасти 2 с входящей 3 и выходящей 4 кромками, торцовые оконечности 5 гребных лопастей, продольная ось 6 ступицы 1. Кроме того, стрелками показана схема движения воды при ее взаимодействии с гребным винтом (движение засасывания 7 и движение выталкивания 8), зона 9 повышенной плотности, формируемая за выходящими кромками 4 лопастей 2.

При вращении гребного винта гребные лопасти 2 захватывают набегающий поток и нагнетают его на ось гребного винта за выходящую кромку 4. Этим действием за выходящей кромкой 4 создается зона повышенной плотности 9, в которую и упирается гребной винт.

Входящая 3 и выходящая 4 кромки гребных лопастей 2 выполнены обтекаемыми.

Диапазон изменения угла наклона лопастей к оси ступицы принят меньшим 90 и больше 30 градусов. Фактически оптимальный диапазон угла наклона, выявленный в процессе серии модельных испытаний, строго определился в пределах 60>>45, т.е. всего 15 градусов. Теоретически это объясняется следующим образом. При большем, чем 60 градусов, угол наклона не компенсирует центробежное ускорение и поэтому набегающий поток разгоняется в радиальном направлении и, кроме того зона повышенной плотности отодвигается от гребного винта, что значительно ослабляет положительный эффект от нее. При меньшем, чем 45 градусов, эта зона наоборот «надвигается» на плоскость диска гребного винта и лопасти начинают просто буровить уплотненную («тяжелую») воду, что резко увеличивает гидродинамическое сопротивление гребного винта и потому снижает его КПД, однако снижение КПД в пределах заявленного диапазона не является скачкообразным (до углов наклона меньших 30 градусов), что позволяет использовать винт и за пределами заявленного диапазона, хотя и со снижением его эффективности. В связи с этим для исключения возможности «обхода» признаков заявленного изобретения заявляется диапазон наклона плоскости гребных лопастей к продольной оси ступицы под углом меньшим 90 и больше 30 градусов.

Шаговый угол винта определяется конкретными условиями эксплуатации судна и его характеристиками (например, скоростью (хода) и частотой вращения винта и т.п.) и может лежать в пределах от 0 до 60 градусов.

В режиме реверсирования и маневрирования в практически значимом диапазоне скоростей гребной винт работает без существенных отклонений.

Изобретение относится к судостроению и касается создания гребных винтов для кораблей и судов гражданского и военного назначения. Гребной винт имеет гребные плоскопрофильные лопасти с передними и задними кромками и торцовыми оконечностями. Лопасти установлены на ступице цилиндрической или эллипсидной формы под шаговым углом. Плоскости гребных лопастей наклонены к продольной оси ступицы под углом, меньшим 90 и большим 30 градусам. Гребные лопасти могут быть выполнены в виде прямоугольных пластин. Торцовые оконечности гребных лопастей могут быть выполнены прямолинейными. Шаговый угол гребного винта целесообразно выбирать в пределах от 0 до 60 градусов. Гребные лопасти могут быть выполнены в виде пластин несимметричной, например саблевидной формы. Изобретение позволяет повысить эффективность действия гребного винта и упростить процесс его изготовления. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Гребной винт, содержащий гребные плоскопрофильные лопасти, имеющие передние и задние кромки и торцовые оконечности и установленные на ступице цилиндрической или эллипсоидной формы под шаговым углом, отличающийся тем, что плоскости гребных лопастей наклонены к продольной оси ступицы под углом, меньшим 90 и большим 30°.2. Гребной винт по п.1, отличающийся тем, что гребные лопасти выполнены в виде прямоугольных пластин.3. Гребной винт по п.1, отличающийся тем, что торцовые оконечности гребных лопастей выполнены прямолинейными.4. Гребной винт по п.1, отличающийся тем, что шаговый угол гребного винта составляет 0 - 60°.5. Гребной винт по п.1, отличающийся тем, что гребные лопасти выполнены в виде пластин несимметричной, например саблевидной, формы.