Трехслойный обтекатель ступицы гребного винта из полимерного композиционного материала Советский патент 1992 года по МПК B23K20/00 

Изобретение относится к судостроению и может быть использовано также в энергомашиностроении при изготовлении обтекателей колес гидротурбин и роторов ветроэлектростанций. Известно, что для надежного закрытия кормового торца ступицы гребного винта с гайкой, удерживающей его на гребном валу, используются различного рода обтекатели, придающие винту соответствующие гидродинамические качества. Для винтов с лопастями регулируемого шага обтекатель служит также для размещения в нем механизмов поворота лопастей.

Недостатком обтекателей, изготовленных из металлов, является их значительный вес и низкая стойкость к коррозии.

Большой вес обтекателя приводит к увеличению изгибающего момента и перерезывающей силы, действующих на гребной вал, величины контактного давления на опорный подшипник и, в итоге, к увеличению диаметра гребного вала и снижению пропульсив- ных характеристик винта.

В технике известны примеры изготовления обтекателей из более легких матер иа- лов, например из полимерных композитов, в частности из стеклопластика.

Общими признаками известных аналогов с предлагаемым решением является трехслойность конструкции и использование в ней слоистого полимерного композиционного материала, а недостатком - относительная слабость свободной кромки и обшивки обтекателя к действию эксплуатационных нагрузок, например, при работе движительного комплекса на заднем ходу в битом льду.

Целью изобретения является повышение качества и надежности конструкции, расширение области использования на более широкий диапазон размеров, снижение веса и трудоемкости изготовления конструкции.

Это достигается тем, что внутренний слой стенки обтекателя выполнен в виде воронки с горловиной и раструбом и соединен с наружным слоем по торцам со стороСП

с

VI ел о

00

о

Сл)

ны горловины под углом друг к другом, а со стороны раструба - по касательной,

Кроме того, в зоне соединения слоев стенки по касательной в качестве наполнителя использован пакет из нескольких слоев металлической ленты, склеенных между собой и слоями стенки.

Кроме того, обтекатель снабжен металлическими стержнями, размещенными одними своими концами в предусмотренных для них отверстиях наружных слоев пакета, а другими - в слоях стенки обтекателя по нормали к поверхности.

Кроме того, обтекатель снабжен закрепленной на горловине внутреннего слоя с наружной стороны обтекателя заглушкой и жестко соединенной с ней например, шпилькой, закрепленной на горловине со стороны раструба - рышкой.

На фиг.1 изображен обтекатель, продольный разрез; на фиг.2 - продольный разрез свободной кромки обтекателя; на фиг.З - элементы технологической оснастки для изготовления обтекателя; на фиг.4 - схема извлечения технологической оснастки из готового обтекателя.

Обтекатель предлагаемой конструкции (см.фиг,1) состоит из наружного слоя 1, среднего слоя из легковесного заполнителя 2 и внутреннего слоя 3, имеющего форму воронки с раструбом А и горловиной 5, закрытой со стороны раструба крышкой 6 с помощью гайки 7, навернутой на шпильку 8, другой конец которой ввернут в заглушку 9. Внутренняя стенка раструба 4 воронкообразной части внутреннего слоя сопряжена с наружным слоем со стороны свободной кромки 10 по касательной, а со стороны заглушки 9 стенка горловины сопряжена со стенкой наружной обечайки под углом 11.

Свободная кромка наружного и внутреннего слоев может быть усилена средним поясом 12, который состоит из нескольких слоев металлической (или из другого материала) ленты 13. Через часть слоев этой ленты проходят стержни 14, внедренные в наружный слой 1 и внутренний - в его воронкообразную часть 4.

Соединение обтекателя со ступицей винта осуществляется одним из известных способов, например, с помощью штифто- болтового соединения (на чертеже не показано).

Обтекатель изготавливают следующим образом.

Технологическую оснастку состоящую из двух оправок 15, соединенных через про- ставное кольцо 16с помощью стяжных болтов 17, устанавливают в центрах намоточного станка, после чего на поверхность оправок 15 наматывают полимерный композиционный материал, образующий стенки внутренних воронкообразных слоев 3 двух обтекателей сразу, 5 Предварительно изготовленные блоки 18 легковесного наполнителя устанавливают на неотвержденный материал намотанных внутренних слоев и на них, как на новую оправку, наматывают наружные слои двух 10 обтекателей сразу. Этот наружный слой соединяется с внутренним слоем по касательной в районе проставного кольца 16 - будущих свободных кромок 10 обтекателя, и под углом 11 к стенке внутреннего слоя в 15 районе горловины 5 - в месте последующей установки заглушки 9.

Усиление свободных кромок обтекателя поясом 12 выполняют следующим образом. После намотки внутреннего слоя 4 не- 20 посредственно в районе установки поясов 12 к неотвержденному материалу слоя 4 прикрепляют стержнями (например, гвоздями, скобами, шурупами) один или несколько слоев 13 металлической (или из другого ма- 25 териала) ленты, намотанных на клею слой за слоем. Последний слой пояса также выполняют перфорированным, через отверстия перфорации вставляют стержни 14 остриями наружу и по ним непосредственно и по

0 блокам 18 наматывают наружный слой 1 При этом стержни 14 располагаются по нормалям к стенкам внутреннего и наружного слоев и надежно усиливают их соединение в радиальном направлении после одновре5 менной полимеризации связующего в составе материала слоев 1 и 4 и клея между слоями 13 пояса 12.

После отверждения связующего в материале оба обтекателя при необходимости

0 подвергают механической обработке и отделяют друг от друга. Снятие обтекателя с технологической оправки производят, как показано на фиг 4. с торца обтекателя на его свободную кромку устанавливают упорное

5 кольцо и, завинчивая болты в тело оправки 15, выдвигают ее в осевом направлении из обтекателя. Технологическое отверстие горловины 5 закрывают с помощью крышки 6, гайки 7, шпильки 8 и заглушки 9.

0Сопоставление параметров обтекателя

предлагаемой конструкции и равноценного ему по свойствам материала обтекателя того же размера (диаметр 1,5-2м), изготовленного прессованием в ви, о однослойной

5 оболочки показывает, что в предложенном варианте трудоемкость изготовления может быть снижена на 25-30% (с учетом изготовления прессформ и оснастки), а вес - на 10-15%.

Формула изобретения

1.Трехслойный обтекатель ступицы гребного винта из полимерного композиционного материала, выполненный в виде наружного и внутреннего слоев, полость между которыми заполнена наполнителем, отличающийся. тем, что с целью повышения качества и надежности, снижения веса и трудоемкости изготовления, а также расширения технологических возможностей, внутренний слой стенки обтекателя выполнен в виде воронки с горловиной и раструбом и соединен с наружным слоем по торцам со стороны горловины под углом друг к другу, а со стороны раструба - по касательной.

2.Обтекатель по п.1, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что в зоне соединения слоев по

0

5

касательной в качестве наполнителя использован пакет из нескольких слоев металлической ленты, склеенных между собой и слоями стенки.

3.Обтекатель по пп.1 и 2. о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что он снабжен металлическими стержнями, размещенными одними своими концами в предусмотренных под них отверстиях стенок по нормали к ним. а другими - в наполнителе.

4.Обтекатель по пп.1-3, отличающийся тем, что он снабжен закрепленной на горловине внутреннего слоя с наружной стороны заглушкой и жестко закрепленной с ней, например, шпилькой, крышкой, закрепленной на горловине со стороны раструба.

Изобретение относится к судостроению, может быть использовано также в гидротурбостроении и создании ветровых электростанций . Сущность изобретения состоит в том, что внутренний слой обтекателя имеет форму воронки с горловиной и раструбом, так что сопряжение ее с наружным слоем выполнено в районе свободной кромки по касательной, а в районе горловины - под углом друг к другу. Пространство между обечайками заполнено легковесным материалом, а центральное отверстие закрыто пробкой и крышкой. 3 з,п.ф-лы, 4 ил.

12. /2fpfTT-

13

У

Фиг.1

Фиг. 2

14

15

18

17 fff

Фиг Л