Гребной винт

Авторы патента:

B63H1/18 - Судовые движители и управление судами (движители для подводных лодок, приводимые в действие иначе, чем атомной энергией B63G; для торпед F42B 19/00)

Полезная модель относится к области гидродинамики и может быть применена для современных скоростных аппаратов, движущихся в воде целиком или частично скоростных лопастных устройств, которые используются в различных отраслях народного хозяйства, преимущественно в судостроении, а именно для гребных винтов. Гребной винт выполнен с возможностью целенаправленного изменения параметров рабочей среды как на засасывающей, так и нагнетающей поверхностях лопастей, для чего ступица выполнена в виде стакана, на внешней поверхности которого закреплены лопасти, при этом в стенках ступицы выполнены ряды сквозных отверстий, равномерно размещенных по периметру ступицы как со стороны всасывающих, так и нагнетающих поверхностей лопастей, при этом ряды сквозных отверстий изолированы друг от друга и сообщены с отдельными источниками сжатого газа, для чего вал привода выполнен полым, пропущен с возможностью вращения в неподвижной втулке, со стороны которой, обращенной к донной части ступицы, выполнен кольцевой паз, дно которого сообщено отверстием с противоположной стороной неподвижной втулки, кроме того на валу привода жестко закреплена вторая втулка, внешняя поверхность которой совпадает с ближайшей к оси вращения вала привода поверхностью кольцевого паза, и составляет цилиндрический кольцевой зазор с обращенной к ней боковой поверхностью полости ступицы, при этом участок цилиндрического кольцевого зазора, удаленный от неподвижной втулки, сообщен с полостью зазора между торцом второй втулки и донной частью ступицы, кроме того цилиндрический кольцевой зазор герметично перекрыт перегородкой, которая жестко и герметично скреплена и со второй втулкой и со ступицей, при этом отверстие в неподвижной втулке сообщено с первым источником сжатого газа и перекрыто первым обратным клапаном, кроме того полость вала привода сообщена со вторым источником сжатого газа, его торец перекрыт вторым обратным клапаном. Техническим результатом является уменьшение гидродинамического сопротивления, улучшение эксплуатационных характеристик, снижение трудоемкости изготовления, расширение области применения и повышение надежности работы лопастей винта при длительной эксплуатации. 4 ил.

Известна конструкция пустотелой лопасти судового гребного винта включающая переднюю и заднюю стенки, соединенные между собой и образующие соответственно нагнетательную и засасывающую поверхности, снабженные внутренними ребрами жесткости (см. пат. Швеции 302884, МПК B63H 1/14, дата публикации 1971).

Недостатком технического решения является низкие эксплуатационные характеристики и ограниченная область применения из-за наличия значительного гидравлического сопротивления, низкого КПД, а также подверженности кавитации.

Известен кавитирующий гребной винт для быстроходных судов, включающий ступицу с литыми лопастями, имеющими радиальные прорези с профилированными кромками (см. а.с. СССР 353866, МПК B63H 1/14, дата публикации 1972).

Недостатком данной конструкции являются низкие эксплуатационные характеристики и ограниченная область применения, так как во время эксплуатации при перепаде статического давления между нагнетательной и засасывающей сторонами происходит перетек части внешней среды через прорезь в лопасти в область последней, на что затрачивается значительная часть энергии и, как следствие, потеря упора. Следовательно, кавитационная защита напрямую связана с уменьшением КПД винта. При этом данное решение не устраняет кавитационное разрушение материала винта, а лишь снижает его интенсивность. Гидравлическое сопротивление винта остается достаточно большим, а КПД минимильным.

В качестве ближайшего аналога принят гребной винт, содержащий ступицу, выполненную с возможностью передачи ей вращения от вала привода, снабженную лопастями с нагнетающими и всасывающими поверхностями, выполненный с возможностью изменения параметров рабочей среды у поверхности лопасти (см. RU 2200113, B63H 1/24, B64C 11/24, 2003).

К недостаткам ближайшего аналога можно отнести повышенную трудоемкость изготовления и снижение прочностных характеристик лопастей, ослабляемых каналами для подвода-отвода среды. Кроме того при движении на реверсивных ходах данная конструкция работоспособна только при движении вперед. Все это снижает эксплуатационные характеристики винта.

Задачей данной полезной модели является разработка гребного винта с улучшенными эксплуатационными характеристиками, более простого в изготовлении.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в следующем:

- уменьшение гидродинамического сопротивления за счет заданного изменения соотношения плотностей среды на нагнетающей и засасывающей поверхностях винта;

- улучшение эксплуатационных характеристик;

- снижение трудоемкости изготовления;

- расширение области применения за счет возможности эксплуатации как на прямом, так и реверсивном ходу судна;

- повышение надежности работы лопастей винта при длительной эксплуатации вследствие отсутствия в них ослабляющих полостей и каналов.

Поставленная задача решается тем, что гребной винт, содержащий ступицу, выполненную с возможностью передачи ей вращения от вала привода, снабженную лопастями с засасывающими и нагнетающими поверхностями, выполненными с возможностью изменения параметров рабочей среды у поверхности лопасти, отличающийся тем, что гребной винт выполнен с возможностью целенаправленного изменения параметров рабочей среды как на засасывающей, так и нагнетающей поверхностях лопастей, для чего ступица выполнена в виде стакана, на внешней поверхности которого закреплены лопасти, при этом в стенках ступицы выполнены ряды сквозных отверстий, равномерно размещенных по периметру ступицы как со стороны всасывающих, так и нагнетающих поверхностей лопастей, при этом ряды сквозных отверстий, размещенные со стороны всасывающих и нагнетающих поверхностей лопастей, изолированы друг от друга и сообщены с отдельными источниками сжатого газа, для чего вал привода выполнен полым, пропущен с возможностью вращения в неподвижной втулке, со стороны которой, обращенной к донной части ступицы, выполнен кольцевой паз, дно которого сообщено отверстием с противоположной стороной неподвижной втулки, кроме того на валу привода жестко закреплена вторая втулка, внешняя поверхность которой совпадает с ближайшей к оси вращения вала привода поверхностью кольцевого паза, и составляет цилиндрический кольцевой зазор с обращенной к ней боковой поверхностью полости ступицы, при этом участок цилиндрического кольцевого зазора, удаленный от неподвижной втулки, сообщен с полостью зазора между торцом второй втулки и донной частью ступицы, кроме того цилиндрический кольцевой зазор герметично перекрыт перегородкой, включающей основные участки, размещенные непосредственно под корневыми участками лопастей, и участки, соединяющие ближайшие друг к другу концы основных участков, причем перегородка жестко и герметично скреплена и со второй втулкой и со ступицей, которая жестко и герметично скреплена и со второй втулкой и со ступицей, при этом отверстие в неподвижной втулке сообщено с первым источником сжатого газа и перекрыто первым обратным клапаном, кроме того полость вала привода сообщена со вторым источником сжатого газа, его торец перекрыт вторым обратным клапаном. Кроме того ступица гребного винта выполнена разборной и содержит донную и боковую части.

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

На фиг. 1 изображен продольный разрез гребного винта.

На фиг. 2 и 3 изображены поперечные разрезы гребного винта.

На фиг. 4 изображен общий вид перегородки.

На чертежах показана ступица 1, вал привода 2, лопасти 3, ряды сквозных отверстий 4 со стороны засасывающих 5 и сквозных отверстий 6 со стороны нагнетающих 7 поверхностей лопастей 3, неподвижная втулка 8, донная часть 9 ступицы 1, кольцевой паз 10 и отверстие 11 неподвижной втулки 8, вторая втулка 12, цилиндрический кольцевой зазор 13, зазор 14 между торцом второй втулки 12 и донной частью 9 ступицы 1, перегородка 15, первый 16 и второй 17 источники сжатого газа, первый 18 и второй 19 обратные клапаны, эластичный шланг 20, основные 21 и соединяющие 22 участки перегородки 15.

Ступица 1 выполнена в виде стакана, на внешней поверхности которого закреплены лопасти 3.

Ряды сквозных отверстий 4 выполнены в стенках ступицы 1 со стороны засасывающих 5 поверхностей лопастей 3.

Ряды сквозных отверстий 6 выполнены в стенках ступицы 1 со стороны нагнетающих 7 поверхностей лопастей 3.

Вал привода 2 выполнен полым и пропущен с возможностью вращения в неподвижной втулке 8, которая снабжена кольцевым пазом 10, расположенным со стороны, обращенной к донной части 9 ступицы 1, причем дно кольцевого паза 10 сообщено отверстием 11 с противоположной стороной неподвижной втулки 8.

Вторая втулка 12 жестко закреплена на валу привода 2, ее внешняя поверхность совпадает с ближайшей к оси вращения вала привода 2 поверхностью кольцевого паза 10, и составляет цилиндрический кольцевой зазор 13 с обращенной к ней боковой поверхностью полости ступицы 1, причем цилиндрический кольцевой зазор 13 герметично перекрыт перегородкой 15.

Участок цилиндрического кольцевого зазора 13, удаленный от неподвижной втулки 8, сообщен с полостью зазора 14 между торцом второй втулки 12 и донной частью 9 ступицы 1.

Перегородка 15 включает основные участки 21, размещенные непосредственно под корневыми участками лопастей 3, и участки 22, соединяющие ближайшие друг к другу концы основных участков 21, причем перегородка 15 жестко и герметично скреплена и со второй втулкой 12 и со ступицей 1.

Первый источник сжатого газа 16 сообщен с отверстием 11 в неподвижной втулке 8 эластичным шлангом 20 и перекрыт первым обратным клапаном 18.

Второй источник сжатого газа 17 сообщен с полостью вала привода 2, а его торец перекрыт вторым обратным клапаном 19.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

При движении судна вращается вал привода 2 и возникает разница давлений на засасывающих 5 и нагнетающих 7 поверхностях лопастей 3, вследствие чего образуется подъемная сила, одна из составляющих которой направлена противоположно направлению движения судна и создает упор - силу, толкающую судно вперед.

Причем при прямом ходу судна от первого источника 16 по эластичному шлангу 20 подают сжатый газ, который через цилиндрический кольцевой зазор 13 попадает в ряды сквозных отверстий 4, в результате чего на засасывающих поверхностях 5 лопастей 3 происходит изменение соотношения плотностей среды и как следствие снижается гидродинамическое сопротивление. Первый обратный клапан 18 препятствует попаданию воды в эластичный шланг 20.

При реверсивном ходу судна от второго источника 19 подают сжатый газ в полость вала привода 2, который через полость зазора 14 между торцом второй втулки 12 и донной частью 9 ступицы 1 попадает в ряды сквозных отверстий 6, в результате чего на нагнетающих поверхностях 7 лопастей 3 также происходит изменение соотношения плотностей среды и как следствие снижается гидродинамическое сопротивление. Второй обратный клапан 19 препятствует попаданию воды в полость вала привода 2.

Устройство рядов сквозных отверстий 4 со стороны засасывающих 5 и сквозных отверстий 6 со стороны нагнетающих 7 поверхностей лопастей 3, а также раздельная подача сжатого газа в них позволяет снизить гидродинамическое сопротивление, улучшить эксплуатационные характеристики, а также повысить надежность работы лопастей винта при длительной эксплуатации.

1. Гребной винт, содержащий ступицу, выполненную с возможностью передачи ей вращения от вала привода, снабженную лопастями с засасывающими и нагнетающими поверхностями, выполненными с возможностью изменения параметров рабочей среды у поверхности лопасти, отличающийся тем, что гребной винт выполнен с возможностью целенаправленного изменения параметров рабочей среды как на засасывающей, так и нагнетающей поверхностях лопастей, для чего ступица выполнена в виде стакана, на внешней поверхности которого закреплены лопасти, при этом в стенках ступицы выполнены ряды сквозных отверстий, равномерно размещенных по периметру ступицы как со стороны всасывающих, так и нагнетающих поверхностей лопастей, при этом ряды сквозных отверстий, размещенные со стороны всасывающих и нагнетающих поверхностей лопастей, изолированы друг от друга и сообщены с отдельными источниками сжатого газа, для чего вал привода выполнен полым, пропущен с возможностью вращения в неподвижной втулке, со стороны которой, обращенной к донной части ступицы, выполнен кольцевой паз, дно которого сообщено отверстием с противоположной стороной неподвижной втулки, кроме того, на валу привода жестко закреплена вторая втулка, внешняя поверхность которой совпадает с ближайшей к оси вращения вала привода поверхностью кольцевого паза, и составляет цилиндрический кольцевой зазор с обращенной к ней боковой поверхностью полости ступицы, при этом участок цилиндрического кольцевого зазора, удаленный от неподвижной втулки, сообщен с полостью зазора между торцом второй втулки и донной частью ступицы, кроме того, цилиндрический кольцевой зазор герметично перекрыт перегородкой, включающей основные участки, размещенные непосредственно под корневыми участками лопастей, и участки, соединяющие ближайшие друг к другу концы основных участков, причем перегородка жестко и герметично скреплена и со второй втулкой, и со ступицей, при этом полость вала привода сообщена с первым источником сжатого газа, а его торец перекрыт первым обратным клапаном, кроме того отверстие в неподвижной втулке сообщено со вторым источником сжатого газа и перекрыто вторым обратным клапаном.

2. Гребной винт по п. 1, в котором ступица выполнена разборной и содержит донную и боковую части.