Гребной винт

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. В гребном винте, содержащем ступицу, на которой размещены лопасти, причем каждая лопасть выполнена в виде пакета контактирующих друг с другом фрагментов фигурных, предпочтительно звездообразных пластин, число лучей которых соответствует числу лопастей винта и составляет от двух до четырех, размеры лучей плавно убывают от нагнетательной к всасывающей стороне, причем кромки лучей скошены к всасывающей стороне и все они лежат в одной плоскости или составляют плавную поверхность, лопастям придана форма, при которой по длине лопасти, во всех ее сечениях, изгибные напряжения равны допускаемому, для чего должно выполняться условие: , где f - величина упругой деформации лопасти, определяемая по формуле: , где M_x - изгибающий момент в произвольном сечении, кН·м, определяемый по формуле: M_x=-P·x, где P - величина нагрузки, кН, x - расстояние от произвольного сечения до комля лопасти, м; L - длина лопасти от комля до кромки, м, E - модуль упругости, кН/м², J_x - момент инерции в произвольном сечении, м⁴, определяемый по формуле: , где b - суммарная ширина лопасти у комля, м, h - толщина фигурных звездообразных пластин, м; f - величина упругой деформации призматической балки, поперечное сечение которой равно поперечному сечению лопасти, определяемая по формуле: , где J - момент инерции в сечении комля, м⁴ ; кроме того фигурные звездообразные пластины зафиксированы в ступице с исключением возможности их проворачивания относительно друг друга, а сечению лопасти придан вогнутый или волнистый профиль. Кроме того в прикомлевой зоне выполнен ступенчатый изгиб каждой лопасти одинаковой высоты. Техническим результатом является уменьшение гидродинамического сопротивления и увеличение КПД вблизи комля лопастей, снижение трудоемкости изготовления. 4 ил.

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.

Одним из недостатков лопастных двигателей является необходимость увеличения размеров и массы винта для повышения передачи судну количества движения.

Известен гребной винт Савицкого В.А., содержащий ступицу, на которой размещены лопасти с нагнетающими и всасывающими поверхностями, причем лопасти выполнены с возможностью поворота вокруг своих продольных осей (см. патент RU 2031048, МПК B63H 3/00, дата публикации 20.03.1995).

Известен также гребной винт, содержащий ступицу, на которой размещены лопасти с нагнетающими и всасывающими поверхностями, причем лопасти установлены с возможностью поворота каждой лопасти вокруг оси, геометрическая ось которой не совпадает с осью вращения гребного винта и радиально смещена от последней (RU 244657, МПК B63H 3/00, дата публикации 20.01.2005).

Недостатком указанных аналогов являются существенные потери энергии, поскольку часть энергии двигателя судна уходит на трение (взаимодействие) между жидкостью и рабочими поверхностями лопастей, при этом при работе гребного винта имеется сильное гидродинамическое сопротивление вблизи комля, создаваемое утолщением лопасти. Кроме того, винты имеют сложный профиль нагнетающей и всасывающей поверхностей, что усложняет технологию их изготовления и требует использования дорогостоящего металлорежущего оборудования.

В качестве ближайшего аналога принят гребной винт, содержащий ступицу, на которой размещены лопасти, причем каждая лопасть выполнена в виде пакета контактирующих друг с другом фрагментов фигурных, предпочтительно звездообразных пластин, число лучей которых соответствует числу лопастей винта и составляет от двух до четырех (см. патент RU 126678, МПК B63H 1/14, дата публикации 10.04.2013).

К недостаткам ближайшего аналога можно отнести высокую сложность и материалоемкость конструкции, а также повышенную трудоемкость изготовления и ремонта.

Задачей данной полезной модели является разработка простого в изготовлении гребного винта с пониженным гидродинамическим сопротивлением вблизи комля лопастей.

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

- снижение трудоемкости изготовления конструкции и отсутствие необходимости использования дорогостоящего металлорежущего оборудования;

- снижение гидродинамического сопротивления и увеличение КПД вблизи комля лопастей благодаря беспрепятственному протеканию жидкости в результате уменьшения ширины сечения в комле винта за счет увеличения его высоты;

- толщина лопасти гребного винта, изготовленная набором из тонких профилированных листов материала, меняется незначительно и работает на прочность аналогично рессоре в автомобиле, однако ее упругая деформация значительно увеличивается по сравнению с цельной призматической балкой (f); ожидаемые упругие деформации должны повысить динамическую прочность винта.

Поставленная задача решается тем, что в гребном винте, содержащем ступицу, на которой размещены лопасти, причем каждая лопасть выполнена в виде пакета контактирующих друг с другом фрагментов фигурных, предпочтительно звездообразных пластин, число лучей которых соответствует числу лопастей винта и составляет от двух до четырех, размеры лучей плавно убывают от нагнетательной к всасывающей стороне, причем кромки лучей скошены к всасывающей стороне и все они лежат в одной плоскости или составляют плавную поверхность, кроме того лопастям придана форма, при которой по длине лопасти, во всех ее сечениях, изгибные напряжения равны допускаемому, для чего должно выполняться условие:

, где

f - величина упругой деформации лопасти, определяемая по формуле:

, где

M_x - изгибающий момент в произвольном сечении, кН·м, определяемый по формуле:

M_x=-P·x, где

P - величина нагрузки, кН,

x - расстояние от произвольного сечения до комля лопасти, м;

L - длина лопасти от комля до кромки, м,

E - модуль упругости, кН/м ²,

J_x - момент инерции в произвольном сечении, м⁴, определяемый по формуле:

, где

b - суммарная ширина лопасти у комля, м,

h - толщина фигурных звездообразных пластин, м;

f - величина упругой деформации призматической балки, поперечное сечение которой равно поперечному сечению лопасти, определяемая по формуле:

, где

J - момент инерции в сечении комля, м⁴;

кроме того фигурные звездообразные пластины зафиксированы в ступице с исключением возможности их проворачивания относительно друг друга, а сечению лопасти придан вогнутый или волнистый профиль.

Кроме того в прикомлевой зоне выполнен ступенчатый изгиб каждой лопасти одинаковой высоты.

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

На фиг. 1 изображен вид сверху гребного винта.

На фиг. 2 изображен вид сбоку луча фигурной звездообразной пластины от комля до кромки.

На фиг. 3 условно изображена расчетная схема луча фигурной звездообразной пластины.

На чертежах показана ступица 1, лопасти в виде пакета контактирующих друг с другом фрагментов фигурных звездообразных пластин 2 с нагнетательными 3 и всасывающими 4 сторонами, лучи 5 фигурных звездообразных пластин 2.

Число лучей 5 фигурных звездообразных пластин 2 соответствует числу лопастей винта и составляет от двух до четырех.

Размеры лучей 5 плавно убывают от нагнетательной 3 к всасывающей 4 стороне лопасти, причем кромки лучей 5 скошены к всасывающей стороне 4 и все они лежат в одной плоскости или составляют плавную поверхность.

Фигурные звездообразные пластины 2 зафиксированы в ступице 1 с исключением возможности их проворачивания относительно друг друга, а сечению лопасти придан вогнутый или волнистый профиль.

Также в прикомлевой зоне фигурных звездообразных пластин 2 выполнен ступенчатый изгиб каждой лопасти одинаковой высоты.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

При движении судна вращается ступица 1, одетая на вал привода (на чертежах не показан), и возникает разница давлений на нагнетательных 3 и всасывающих 4 сторонах лопастей.

Причем лучи 5 фигурных звездообразных пластин 2 обладают высокой упругой деформацией и работают по принципу рессоры.

Форма и конструктивное решение лопастей позволяет повысить эффективность гребного винта, а именно повысить КПД вблизи комля лопастей и упругую деформацию.

1. Гребной винт, содержащий ступицу, на которой размещены лопасти, причем каждая лопасть выполнена в виде пакета контактирующих друг с другом фрагментов фигурных, предпочтительно звездообразных пластин, число лучей которых соответствует числу лопастей винта и составляет от двух до четырех, отличающийся тем, что размеры лучей плавно убывают от нагнетательной к всасывающей стороне, причем кромки лучей скошены к всасывающей стороне и все они лежат в одной плоскости или составляют плавную поверхность, лопастям придана форма, при которой по длине лопасти во всех ее сечениях изгибные напряжения равны допускаемому, для чего должно выполняться условие:

где f ^* - величина упругой деформации лопасти, определяемая по формуле:

где M_x - изгибающий момент в произвольном сечении, кН·м, определяемый по формуле:

М_х =-С·x,

где С - величина нагрузки, кН,

x - расстояние от произвольного сечения до комля лопасти, м;

L - длина лопасти от комля до кромки, м,

Е - модуль упругости, кН/м ²,

J_x - момент инерции в произвольном сечении, м⁴, определяемый по формуле:

где b - суммарная ширина лопасти у комля, м,

h - толщина фигурных звездообразных пластин, м;

f - величина упругой деформации призматической балки, поперечное сечение которой равно поперечному сечению лопасти, определяемая по формуле:

где J - момент инерции в сечении комля, м⁴ ;

кроме того, фигурные звездообразные пластины зафиксированы в ступице с исключением возможности их проворачивания относительно друг друга, а сечению лопасти придан вогнутый или волнистый профиль.

2. Гребной винт по п.1, в котором в прикомлевой зоне выполнен ступенчатый изгиб каждой лопасти одинаковой высоты.