ЛОПАСТНОЙ ВИНТ С АВТОМАТИЧЕСКИМ УГЛОМ ПОВОРОТА ЛОПАСТЕЙ Российский патент 2024 года по МПК B63H3/00 B64C11/00 B63H1/14 

Изобретение относится к лопастным винтам, применяемым на водном транспорте (катера, яхты и пр.), воздушном транспорте (самолеты, дирижабли и пр.), в теплоэнегретике (например, в ветровых установках), а также в иных отраслях, где могут применяться лопастные винты, взаимодействующие со средой, для осуществления их работы.

Идея изменения угла поворота лопасти винта является известной, для достижения той или иной решаемой задачи. Так, например, из уровня техники известен из заявки RU 2004117275 А, 10.01.2006 несущий винт самолета с изменением угла рабочих лопастей, включающий установленный на приводном валу синхронизатор на двух роликоподшипниках для свободного перемещения вдоль вала, сверху установлен вращающийся блок на двух радиально упорных шарикоподшипниках с вмонтированными в блок тягами по числу лопастей несущего винта, тяги шарнирно соединены с рычагами для синхронного поворота рабочих лопастей, которые свободно проворачиваются в ступице на определенный рабочий угол, привод синхронизатора осуществляется посредством штока гидроцилиндра, шток соединяется шарнирно с проушиной, которая вмонтирована в корпус синхронизатора.

Недостатком данного решения является невозможность изменять угол поворота лопастей винта автоматически, то есть без определенной команды человека, приводящим к изменению угла поворота лопастей винта посредством сложного приводного механизма.

В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) для заявленной винта с автоматическим углом поворота лопастей можно принять винт изменяемого шага по патенту RU 2164488 С1, 27.03.2001, принадлежащему автору, включающему винт изменяемого шага, содержащий вал, ступицу и поворотную лопасть, смонтированную в ступице, где лопасть выполнена из упругого материала с жестко зафиксированным нижним краем относительно комля лопасти, через центр комля проходит стержень, жестко связанный верхней частью с верхним краем лопасти, а нижней частью - с основанием, установленным в ступице между комлем лопасти и осью вала с возможностью поворота стержня при изменении шага винта на угол, соответствующий расчетному геометрическому углу верхнего края лопасти.

Данное устройство также имеет существенные недостатки в виде невозможности автоматического изменения угла поворота лопастей винта, в соответствии с нагрузкой (в зависимости от нагрузки), кроме того, данное устройство также имеет сложную конструкцию.

Целью заявленного изобретения является устранение недостатков известных лопастных винтов.

Техническим результатом является создание лопастного винта, обеспечивающего перераспределение в автоматическом режиме нагрузки на его лопасти в зависимости от нагрузки на лопастной винт, при простоте конструкции.

Данный результат достигается тем, что лопастной винт с автоматическим углом поворота лопастей включает:

крепежную крышку, выполненную с возможностью фиксации к валу приводного устройства, содержащую вал, на конце которого выполнена резьба,

ступицу, состоящую из сопрягаемых между собой первой части и второй части, образующих внутри полость, где первая часть ступицы взаимодействует с крепежной крышкой для неподвижной фиксации вала, при этом первая часть ступицы содержит на своей поверхности полуотверстия,

вторая часть ступицы также содержит на своей поверхности полуотверстия, расположенные симметрично полуотверстиям на первой части ступицы для образования центровочных отверстий, при этом

каждая лопасть содержит лопастной вал, проходящий через центровочные отверстия в ступице для их подвижной центровки, где на краях каждого лопастного вала, расположенных внутри полости ступицы, выполнены выступы,

на валу расположена поворотная втулка, выполненная с возможностью поворота внутри полости второй части ступицы, где поворотная втулка включает с одной стороны углубления, выполненные с возможностью взаимодействия с выступами, а с другой стороны проточки с размещенными в них пружинами, служащими для их взаимодействия с поворотной втулкой в процессе работы лопастного винта,

вал в области резьбы взаимодействует с корончатой гайкой на выходе из второй части ступицы для фиксации узлов лопастного винта.

Вал в области резьбы содержит сквозное отверстие для установки в нем стопорного элемента.

Первая часть ступицы взаимодействует с крепежной крышкой посредством выступов на крепежной крышке и углублений в первой части ступицы.

Подвижная центровка каждого лопастного вала осуществляется за счет выступа и углубления на лопастном валу и соответствующих им проточках в центровочных отверстиях.

Вторая часть ступицы содержит съемную крышку.

Далее, принцип работы устройства будет описан с учетом прилагаемых чертежей, где

фиг. 1 - вид спереди лопастного винта с независимым углом поворота лопастей,

фиг. 2 - вид сбоку лопастного винта с независимым углом поворота лопастей,

фиг. 3 - сечение А-А лопастного винта с независимым углом поворота лопастей,

фиг. 4 - вид сбоку в разобранном состоянии лопастного винта с независимым углом поворота лопастей, где

1 - крепежная крышка;

2 - вал;

3 - ступица;

3.1 - первая часть ступицы;

3.2 - вторая часть ступицы;

4 - полу отверстие;

5 - лопасть;

6 - лопастной вал;

7 - выступ;

8 - поворотная втулка;

9 - углубление;

10 - проточка;

11 - пружина;

12 - корончатая гайка.

Лопастной винт с автоматическим углом поворота лопастей включает крепежную крышку 1, выполненную с возможностью фиксации к валу приводного устройства. В качестве приводного устройства может быть использован любой приводящий механизм, в зависимости от области применения лопастного винта, например выходной вал турбины самолета или приводной вал мотора катера и пр. Механизм крепления крепежной крышки 1 к приводному валу не является объектом защиты данной заявки и может иметь различную конструкцию, обеспечивающую фиксацию к приводному механизму.

Крепежная крышка 1 содержит вал 2, на конце которого выполнена резьба. Вал 2 выполняется, как правило, из металла. Длина резьбы должна обеспечивать фиксацию крепежной крышки 1 с валом 2 в заданном положении. Предпочтительно, вал 2 в области резьбы будет содержать сквозное отверстие для установки в нем стопорного элемента, для исключения вероятности открутиться корончатой гайки 12 в процессе эксплуатации устройства. Конструкция стопорного элемента может быть различной, например, как шпилька, продетая сквозь отверстие и щели в корончатой гайке 12 или иную конструкцию.

Лопастной винт с автоматическим углом поворота лопастей включает ступицу 3, состоящую из сопрягаемых первой части 3.1 и второй части 3.2, образующих внутри полость (на фиг. не обозначена). Первая часть 3.1 ступицы 3 взаимодействует с крепежной крышкой 1 для неподвижной фиксации вала 2. В качестве элементов взаимодействия предпочтительно выполнить выступы на крепежной крышке 1 и углубления в первой части 3.1 ступицы 3, где выступы входят в углубления для неподвижной фиксации узла и скрепления всего устройства.

Первая часть 3.1 ступицы 3 содержит на своей поверхности, а именно на торцевой поверхности (как изображено на фиг. 2, 4) полуотверстия 4. Полуотверстия 4 представляют собой половину от сквозного отверстия.

Вторая часть 3.2 ступицы 3 также содержит на своей поверхности соответствующие полу отверстия 4, расположенные симметрично полуотверстиям 4 на первой части 3.1 ступицы 3 для образования цельных центровочных отверстий, при сопряжении первой части 3.1 и второй части 3.2 ступицы 3 между собой. Количество центровочных отверстий суммарно количеству лопастей в устройстве. Количество лопастей может составлять от 2 лопастей до множества (7-9 и более).

Вторая часть 3.2 ступицы 3 предпочтительно с наружной стороны содержит съемную крышку (на фиг. не обозначена). Выполнение второй части 3.2 ступицы 3 со съемной крышкой обеспечивает доступ к внутренней полости ступицы 3, например, для обслуживания поворотной втулки 8, не разбирая все устройство.

Лопастной винт с автоматическим углом поворота лопастей также включает лопастной узел, состоящий из лопасти 5 и лопастного вала 6. Конструкция лопасти 5 может быть различной, однако обеспечивать взаимодействие с рабочей средой (воздух, вода и пр.) в процессе работы устройства. Каждая лопасть 5 содержит лопастной вал 6, проходящий через центровочные отверстия в ступице 3 для их подвижной центровки, то есть установки таким образом, чтобы лопастной вал 6 мог проворачиваться по оси в соответствии с предложенным механизмом.

Предпочтительно, подвижную центровку каждого лопастного вала 6 выполнить за счет выступа и углубления на лопастном валу 6 и соответствующих проточках в центровочных отверстиях, которые сопрягаются друг с другом, оставляя возможность лишь для осевого вращения (поворота) лопастных валов 6 в данном узле.

Лопастной вал 6 должен обладать достаточной жесткостью для принятия нагрузок от воздействия лопастей 5 о рабочую среду.

На краях каждого лопастного вала 6 выполнены выступы 7. Данные выступы 7 в собранном состоянии устройства расположены внутри полости ступицы 3. Как вариант, скругленные выступы 7 возможно расположить на жестко установленных на лопастных валах 6 втулках, либо на расширяющейся части лопастного вала 6, как это показано на фиг. 4. Форма выступов 7 подбирается в соответствии с возможностью их воздействия на углубления 9 поворотной втулки 8, взаимодействующих с выступами 7.

На валу 2 расположена поворотная втулка 8, выполненная с возможностью поворота внутри полости второй части 3.2 ступицы 3. Необходимо отметить, что поворотная втулка 8 не свободно вращается на валу 2, а проворачивается на определенный угол, не более длины проточки 10. Поворотная втулка 8, как правило, фиксируется внутри полости второй части 3.2 ступицы 3 каким-либо ограничителем, например посредством штырей, входящих в проточки 10, обеспечивающих поворот указанной поворотной втулки 8 на определенный угол в процессе работы устройства.

Поворотная втулка 8 включает с одной стороны углубления 9, выполненные с возможностью взаимодействия с выступами 7, то есть выступы 7 воздействуют на углубления 9 в процессе поворота лопастных валов 6 под нагрузкой на определенный угол. Поворотная втулка 8 включает с другой стороны проточки 10 с размещенными в них пружинами 11, служащими для их взаимодействия с поворотной втулкой 8 в процессе работы лопастного винта. Принцип взаимодействия данных узлов будет подробно рассмотрен ниже.

Вал 2 в области резьбы взаимодействует с корончатой гайкой 12 на выходе из второй части 3.2 ступицы 3 для фиксации узлов лопастного винта в единый механизм. Предпочтительно также перед корончатой гайкой разместить шайбу (показана, но не обозначена на фиг. 4).

Устройство работает следующим образом.

Лопастной винт с автоматическим углом поворота лопастей устанавливается посредством крепежной крышки 1 к валу приводного устройства.

Приводное устройство запускается в работу, передавая вращение на предложенный лопастной винт, заставляя его вращаться.

В процессе увеличения скорости вращения приводного устройства на лопасти 5 воздействует больше нагрузки от рабочей среды (воздух, вода и пр.).

Лопасти 5 начинают давить выступами 7 на углубления 9 поворотной втулки 8.

Поскольку выступы 7 связаны с лопастным валом 6, то последний начинает поворачиваться (отклоняться на определенный угол) относительно оси лопастного вала 6 в центровочных отверстиях в ступице 3.

Поворотная втулка 8, установленная с возможностью проворачивания в полости ступицы 3, преодолевает усилие от пружин 11, установленных в проточках 10.

При повороте поворотной втулки 8 все лопасти 5 через лопастной вал 6 одновременно и синхронно поворачиваются на определенный угол по оси лопастного вала 6, причем чем больше скорость вращения лопастей 5, тем больше выступы 7 давят на углубления 9 поворотной втулки 8, преодолевая сопротивление пружины 11 и поворачиваются по оси лопастного вала 6, меняя угол постановки лопасти 5.

При этом в процессе отклонения лопастей 5 их угол воздействия на рабочую среду уменьшается, тем самым уменьшая нагрузку на лопасти 5 и весь лопастной винт в целом, обеспечивая достижение заявленного результата.

Угол отклонения лопастей 5, как правило, конструктивно не превышает 45 градусов, однако в отдельных случаях в подходящих областях, может достигать 90 градусов. При этом на угол отклонения лопастей 5 влияет сила сопротивления пружин 11, длина проточек 10, скорость вращения лопастного винта, форма лопастей и прочие факторы.

При снижении скорости вращения лопастного винта воздействие выступов 7 на пружины 11 ослабевает и угол отклонения лопастей 5 изменяется в обратную сторону, увеличивая угол воздействия на рабочую среду.

Пример 1

Лопастной винт с автоматическим углом поворота лопастей включает:

крепежную крышку 1, содержащую вал 2, на конце которого выполнена резьба,

ступицу 3, состоящую из сопрягаемых между собой первой части 3.1 и второй части 3.2, образующих внутри полость,

первая часть 3.1 ступицы взаимодействует с крепежной крышкой для неподвижной фиксации вала 2, при этом первая часть 3.1 ступицы содержит на своей поверхности полуотверстия 4,

вторая часть 3.2 ступицы 3 также содержит на своей поверхности полуотверстия 4, расположенные симметрично полуотверстиям 4 на первой части 3.1 ступицы 3 для образования центровочных отверстий,

каждая из двух лопастей 5 содержит лопастной вал 6, проходящий через центровочные отверстия в ступице 3 для их подвижной центровки,

на краях каждого лопастного вала 6 выполнены выступы 7,

на валу 2 расположена поворотная втулка 8, выполненная с возможностью поворота внутри полости второй части 3.2 ступицы 3,

поворотная втулка 8 включает с одной стороны углубления 9, выполненные с возможностью взаимодействия с выступами 7, а с другой стороны проточки 10 с размещенными в них пружинами 11, служащими для их взаимодействия с поворотной втулкой 8 в процессе работы лопастного винта,

вал в области резьбы взаимодействует с корончатой гайкой 12 на выход

Пример 2

Лопастной винт с автоматическим углом поворота лопастей включает:

крепежную крышку 1, содержащую вал 2, на конце которого выполнена резьба,

ступицу 3, состоящую из сопрягаемых между собой первой части 3.1 и второй части 3.2, образующих внутри полость,

первая часть 3.1 ступицы взаимодействует с крепежной крышкой посредством выступов на крепежной крышке и углублений в первой части ступицы для неподвижной фиксации вала 2, при этом первая часть 3.1 ступицы содержит на своей поверхности полуотверстия 4,

вторая часть 3.2 ступицы 3 содержит съемную крышку, а также содержит на своей поверхности полу-отверстия 4, расположенные симметрично полуотверстиям 4 на первой части 3.1 ступицы 3 для образования центровочных отверстий,

подвижная центровка каждого лопастного вала осуществляется за счет выступа и углубления на лопастном валу 6 и соответствующих им проточках в центровочных отверстиях,

каждая из пяти лопастей 5 содержит лопастной вал 6, проходящий через центровочные отверстия в ступице 3 для их подвижной центровки,

на краях каждого лопастного вала 6 выполнены выступы 7,

на валу 2 расположена поворотная втулка 8, выполненная с возможностью поворота внутри полости второй части 3.2 ступицы 3,

поворотная втулка 8 включает с одной стороны углубления 9, выполненные с возможностью взаимодействия с выступами 7, а с другой стороны проточки 10 с размещенными в них пружинами 11, служащими для их взаимодействия с поворотной втулкой 8 в процессе работы лопастного винта,

вал 2 в области резьбы содержит сквозное отверстие для установки в нем стопорного элемента и взаимодействует с корончатой гайкой 12 на выходе из второй части 3.2 ступицы 3 для фиксации узлов лопастного винта.

Таким образом, предложенный лопастной винт в автоматическом режиме обеспечивает перераспределение нагрузки на его лопасти в зависимости от нагрузки на лопастной винт, при простоте конструкции.

Изобретение относится к лопастным винтам, применяемым на водном транспорте, воздушном транспорте, в теплоэнегретике, а также в отраслях, где могут применяться лопастные винты, взаимодействующие со средой для осуществления их работы. Лопастной винт с автоматическим углом поворота лопастей включает крепежную крышку, выполненную с возможностью фиксации к валу приводного устройства, содержащую вал, на конце которого выполнена резьба, ступицу, состоящую из сопрягаемых между собой первой части и второй части, образующих внутри полость. Первая часть ступицы взаимодействует с крепежной крышкой для неподвижной фиксации вала, при этом первая часть ступицы содержит на своей поверхности полуотверстия. Вторая часть ступицы также содержит на своей поверхности полуотверстия, расположенные симметрично полуотверстиям на первой части ступицы для образования центровочных отверстий. Каждая лопасть содержит лопастной вал, проходящий через центровочные отверстия в ступице для их подвижной центровки, где на краях каждого лопастного вала, расположенных внутри полости ступицы, выполнены выступы. На валу расположена поворотная втулка, выполненная с возможностью поворота внутри полости второй части ступицы, где поворотная втулка включает с одной стороны углубления, выполненные с возможностью взаимодействия с выступами, а с другой стороны проточки с размещенными в них пружинами, служащими для их взаимодействия с поворотной втулкой в процессе работы лопастного винта. Вал в области резьбы взаимодействует с корончатой гайкой на выходе из второй части ступицы для фиксации узлов лопастного винта. Достигается обеспечение перераспределения в автоматическом режиме нагрузки лопастей, в зависимости от нагрузки на лопастной винт, при простоте конструкции. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Лопастной винт с автоматическим углом поворота лопастей, характеризующийся тем, что включает крепежную крышку, выполненную с возможностью фиксации к валу приводного устройства, содержащую вал, на конце которого выполнена резьба,

ступицу, состоящую из сопрягаемых между собой первой части и второй части, образующих внутри полость, где первая часть ступицы взаимодействует с крепежной крышкой для неподвижной фиксации вала, при этом первая часть ступицы содержит на своей поверхности полуотверстия,

вторая часть ступицы также содержит на своей поверхности полуотверстия, расположенные симметрично полуотверстиям на первой части ступицы для образования центровочных отверстий, при этом

каждая лопасть содержит лопастной вал, проходящий через центровочные отверстия в ступице для их подвижной центровки, где на краях каждого лопастного вала, расположенных внутри полости ступицы, выполнены выступы,

на валу расположена поворотная втулка, выполненная с возможностью поворота внутри полости второй части ступицы, где поворотная втулка включает с одной стороны углубления, выполненные с возможностью взаимодействия с выступами, а с другой стороны проточки с размещенными в них пружинами, служащими для их взаимодействия с поворотной втулкой в процессе работы лопастного винта,

вал в области резьбы взаимодействует с корончатой гайкой на выходе из второй части ступицы для фиксации узлов лопастного винта.

2. Лопастной винт по п. 1, отличающийся тем, что вал в области резьбы содержит сквозное отверстие для установки в нем стопорного элемента.

3. Лопастной винт по п.1, отличающийся тем, что первая часть ступицы взаимодействует с крепежной крышкой посредством выступов на крепежной крышке и углублений в первой части ступицы.

4. Лопастной винт по п.1, отличающийся тем, что подвижная центровка каждого лопастного вала осуществляется за счет выступа и углубления на лопастном валу и соответствующих им проточках в центровочных отверстиях.

5. Лопастной винт по п.1, отличающийся тем, что вторая часть ступицы содержит съемную крышку.