Гребной винт — устройство, преобразующее вращение вала двигателя в упор — силу, толкающую судно вперед. Он состоит из ступицы и нескольких (две и более) лопастей. Лопасть судового гребного винта представляет собой гидродинамический профиль, работающие под определенным углом наклона к водному потоку, отбрасывая его и создавая таким образом упор.
Лопасть име входящую и выходящую кромки и рабочую (нагнетающую) поверхность. Физическая суть работ гребного винта достаточно проста — при вращении на поверхности его лопастей, обращенный сторону движения судна образуется разрежение, а обращенных назад — повышенное давлен воды. Разность давлений создает силу, одна из составляющих которой и двигает судно вперед.
Упор в большой степени зависит от угла атаки профиля лопасти. Оптимальное значение этого угла для быстроходных катеров 4 — 8°. Основные понятия при рассмотрении темы и характеристик гребного винта :
Шаг гребного винта — геометрическое перемещение (расстояние) любой точки лопасти вдоль оси за один полный оборот гребного винта при условии, что он совершает его в условно твердой среде.
Как отличить правый от левого винта
Диаметр винта — диаметр окружности в которую вписаны спрямленные лопасти гребного винта ( рис. 124 ).
Рис. 124 . Шаг, диаметр гребного винта: 1 — один оборот; 2 — номинальный шаг; 3 — диаметр.
Шаговое отношение — отношение шага винта к диаметру.
Дисковое отношение — отношение площади спрямленных лопастей (без ступицы) к площади диска, диаметр которого равен диаметру гребного винта ( рис.126 ).
Рис. 126. Гребные винты с разным дисковым отношением q: а-Ө = 0,3; б — Ө = 0,4; в — Ө = 0,5; г-Ө = 0,6.
Шаговое и дисковое отношения являются основными параметрами гидродинамических характеристик гребного винта, от которых зависит степень использования мощности двигателя и достижение максимально возможной скорости судном. Каждому гребному винту конкретного размера и фиксированного шага присуща своя винтовая характеристика. В принципе, для каждого корпуса судна и двигателя должен подбираться свой оптимальный гребной винт. Процесс расчета гребного винте сложен и базируется на использовании существующих графиков и диаграмм определения диаметра и шага винта в зависимости от мощности на валу. Для малых нагрузок и больших скоростей обычно выбирается двухлопастной гребной винт, для нормальных нагрузок (на катерах) — трехлопастной, для больших нагрузок и малых скоростей — четырехлопастной.
Применение пятилопастного гребного винта значительно уменьшает вибрацию. Скольжение винта — явление, возникающее при работе гребного винта в водной среде под нагрузкой, представляет собой разность между расчетным шагом винта и фактически пройденным расстоянием за один оборот.
Скольжение почти никогда не бывает менее 15% шага винта, в большинстве случаев равно 30%, иногда — около 45-50% шага винта. Коэффициент полезного действия (КПД) винта — отношение полезно используемой мощности к затраченной мощности двигателя, зависит, в основном, от диаметра и частоты вращения винта.
КПД является оценкой эффективности работы гребного винта, его максимальная величина может достигать 70-80%, на малых судах 45-50%. Знать КПД винта необходимо для производства расчетов проектируемой скорости судна.
КПД гребных винтов рассчитывается также по многочисленным графикам и диаграммам, основой которых служит коэффици мощности (коэффициент нагрузки) — отношение произведения мощности двигателя, отдани винту, на частоту его вращения к поступательной скорости винта в попутном потоке. Большинство гребных винтов работает с коэффициентами нагрузки в пределах от 1 до 10. Структура коэффициента нагрузки показывает, что к высокому КПД гребного винта приводят небольшая мои ность двигателя, низкая частота вращения и высокая скорость. Направление вращения гребни винта ( рис. 125 ) в судовождении (правое — по часовой стрелке, левое — против часовой стрел» устанавливают глядя с кормы в нос при работе винта на передний ход и определяют только да переднего хода.
Рис. 125. Гребные винты правого и левого вращения
Кавитация — явление «вскипания» воды и образования пузырьков пара на заа сывающей стороне лопасти винта. При разрушении пузырьков создаются огромные местные да; ления, что является причиной выкрашивания лопасти. При длительной работе эти разрушены достигают больших величин, сказывающихся отрицательно на работе винта.
Вторая стадия га тации — возникновение на лопасти сплошной каверны, которая иногда может замыкаться даже) ее пределами. Развиваемый винтом упор падает из-за резкого увеличения лобового сопротивл ния и искажения формы лопастей. При изменении шага и диаметра винта больше или мены оптимальных значений возникают моменты, когда двигатель или не в состоянии вращать винт большей частотой оборотов (не развивает номинальной мощности), либо, наоборот, не только развивает, но и легко превышает значение номинальной частоты вращения коленвала, a поскольку упор винта мал — судно все равно не развивает большой скорости. В этом случае вступают в силу понятия легкий (тяжелый) винт, которые также относятся к числу винтовых характеристик, о которых было сказано выше.
Гребные винты изготавливают из бронзы, латуни, нержавеющей и углеродистой сталей, чугуна. Для гребных винтов малых судов применяют пластмассу. Металлические винты делают литыми с последующей доводкой (обработкой).
Задача учета меняющегося сопротивления корпуса судна при изменении его нагрузки и более эффективного использования двигателя в этих условиях достаточно успешно решается применением гребного винта изменяемого шага (винт «мультипитч», не путать с винтом регулируемого шага — ВРШ). Ступица винта — металлическая, взаимозаменяемые лопасти — из полиащ ных смол (последнее время из них изготовлена и ступица винта).
Лопасти имеют жестко закрепленные пальцы ( рис. 127 ), которые проходят в отверстия в торце носовой части ступицы 6 входят в пазы поводка 4, имеющего мерную шкалу. При повороте любой лопасти вокруг ее а происходит синхронный разворот всех лопастей в сторону увеличения (уменьшения) шага винт Закрепление лопастей в выбранном положении осуществляется гайкой 3. Втулка 5 имеет вну ренний диаметр, равный диаметру гребного вала мотора. От осевого перемещения во втул винт фиксируется гайкой 3 и стопорным винтом 8. Операция смены шага занимает при навыке 5 мин и не требует подхода к берегу и снятия винта.
Рис. 127. Устройство гребного винта — мультипитча: 1 — лопасть; 2 — палец; 3 — стопорная гайка; 4 — поводок; 5 — втулка; 6 — носовая часть ступицы; 7 — кормовая часть ступицы; 8 — стопорный винт; 9 — шайба пружинная; 10 — штифт; 11 — обтекатель ступицы.
Гребные винты регулируемого шага отличаются сложностью устройства, массивной ступицей и большой стоимостью, поскольку разворот лопастей для изменения шага винта у них производится дистанционно, в процессе работы (вращения). Преимущества ВРШ: возможность использования полной мощности двигателя на различных режимах движения судна и получения всего диапазона скоростей без изменения направления и частоты вращения гребного вала; экономия горючего и увеличение моторесурса двигателя.
Недостатки ВРШ: сложность конструкции, снижение КПД двигателя из-за увеличенного размера ступицы и искажения профиля лопастей при их развороте на промежуточных режимах работы, низкая эффективность на заднем ходу. Для повышения КПД гребного винта на тяжелых водоизмещающих судах достаточно часто применяется кольцевая профилированная насадка ( рис.
128 ), представляющая из себя замкнутое кольцо с плоско-выпуклым профилем.. Площадь входного сечения насадки больше площади выходного, винт устанавливается в наиболее узком месте и с минимальным (0,01 D винта) зазором между краем лопасти и внутренней поверхностью насадки. При работе винта засасываемый поток увеличивает скорость из-за уменьшения проходного сечения насадки, вследствие чего уменьшается скольжение винта. Дополнительный упор создается и на самой насадке (из-за обтекания водой подобно крылу).
Рис. 128 . Кольцевая профилированная насадка.
Источник: www.katera-lodki.ru
Направление вращения двигателя и гребного винта
Крутящий момент. Известно, что крутящий момент двигателя в конце концов передается от гребного винта на воду, реакция которой отражается на самом катере и вызывает обычно незаметный крен. Если винт правого вращения (глядя с кормы в нос), то весь катер кренится влево (на левый борт), У узких катеров с большим диаметром гребного винта может появиться заметный крен. Нередко он усиливается из-за несимметричного расположения сиденья рулевого или другого веса.
Если двигатель имеет мощность 100 л. е., а гребной вал вращается со скоростью 1000 об/мин, то на корпус катера действует кренящий момент, равный 71,6 кгс-м. Это соответствует весу в 71,6 кг, находящемуся на расстоянии 1 м от диаметральной плоскости судна, а для данного случая (с винтом правого вращения) — с левого борта.
Если при проектировании катера обнаруживаются значительные крутящие моменты на валопроводе, то при распределении весовых нагрузок заботятся о создании противоположного крена для выравнивания катера.
Вращение гребных винтов. Часто спрашивают, должны ли гребные винты двухмоторной установки вращаться наружу, т. е. должен ли винт правого борта (если смотреть с кормы) вращаться вправо, а левого борта —влево. Объяснить это поможет следующий случай.
Управление водной полиции по своим чертежам построило инспекторский катер длиной 15 м с двумя двигателями. Согласно правилу постройки больших судов двигатели установили таким образом, что гребные винты вращались внутрь, т. е. правый винт был левого вращения, а левый — правого. Это правило для крупного судостроения обосновано тем, что между обоими гребными винтами находится кормовая часть киля, проходящая глубоко вниз; гребные винты, вращающиеся внутрь, лучше используют попутный поток.
Когда на ходовых испытаниях скорость катера оказалась гораздо ниже рассчитанной, нашелся советчик, который заявил, что направление вращения гребных винтов неправильное. Оба двигателя были демонтированы и снова установлены на противоположных бортах, что из-за переделки выпускной системы вызвало значительные расходы. Гребные винты поменяли местами. В результате повторных ходовых испытаний получили ту же скорость.
Не стоит прислушиваться к мифу о правильном или неправильном направлении вращения винта. Для обычных катеров с плоским или умеренно выгнутым днищем вообще не существует никакой разницы. Рекомендуется предусматривать вращение гребного винта наружу. Однако из-за формы выпускной трубы, например, топливного насоса возможно и другое расположение двигателей.
Многие считают, что у двухмоторных установок оба гребных винта должны вращаться в противоположные стороны.
Рис. 1. Катер «Грэнд-Бэнкс» (длина 12,75 м, ширина 4,2 м, дальность плавания —2200 км). Катера типа «Грэнд-Бэнкс» благодаря высокой мореходности получили широкое распространение. Строятся серийно.
Рис. 2. Быстроходный туристский катер «Рэпиа 3500» (длина 10,7 м, ширина 3,75 м) с двумя дизелями «Перкинс» мощностью по 115 л. с. Катер имеет скорость 42 км/ч. Строится серийно в Англии.
Даже если оба двигателя и оба гребных винта имеют одинаковое направление вращения, ходовые качества катера на ухудшаются. Если по каким-либо соображениям желательно одинаковое направление вращения винтов, тогда понадобится лишь один запасной винт. При этом могут быть взаимозаменяемыми и некоторые части двигателя (топливный насос или распределитель зажигания, осветительный генератор, насос охлаждающей воды, кулачковый распределительный валик и выпускной коллектор), что невозможно при противоположном вращении винтов.
Рис. 3. Катер с роторным двигателем Ванкеля мощностью 135 л. с. В 1969 р. во Франции занял третье место в 24-часовых гонках.
Рис. 4. Небольшой катер с водометным движителем (длина 2,3 м, ширина 1,22 м). Приводится в движение при помощи двигателя и насосного агрегата весом 16 кг.
Нередко говорят, что управляемость катера с двумя гребными винтами, вращающимися в одну сторону, была бы плохой. В таком случае у катера с одним винтом она должна быть еще хуже. Поскольку одновинтовое судно может иметь отличные маневренные качества, то у двухвинтового судна сгребными винтами одинакового направления вращения они еще лучше, так как все несимметричные явления, возникающие у одновинтового двигателя, почти исчезают у двух винтов, вращающихся в одном направлении.
Многие моторные катера были оборудованы двигателями и гребными винтами с одинаковым направлением вращения. Однако даже опытные судовладельцы могли установить направление вращения винтов лишь при включении заднего хода (по кривой выбега).
Рис. 5. Корма спортивного катера с водометным движителем Гамильтона. Видны водозаборник на днище и выпускное сопло, слева и справа от которого находятся створки управления, а сверху «раковина» для заднего хода.
Рис. 6. Двухлопастные стальные гребные винты «Рекорд-Пропеллере» (слева) и «Лугано» (справа) для гоночных катеров (Швейцария).
Одностороннее вращение винтов на двухвальном судне отвергать так же необоснованно, как отказываться от одновинтового судна вообще.
На рис. 2—6 показаны катера с различными двигателями, на рис. 6 — двухлопастные гребные винты.
Источник: sea-technics.ru
Как устроен гребной вал лодочного мотора?
Подвесные лодочные моторы занимают минимум места и позволяют хранить в безопасном месте дорогостоящий товар. У каждой детали двигателя своя функция и поломка той или иной части может надолго лишить сна его владельца. О предназначении гребного вала, который является неотъемлемой составляющей сложного агрегата, будет рассказано ниже.
Гребной вал лодочного мотора Suzuki DF60-70
Функциональные особенности
В лодочном моторе гребной вал неотделим от гребного винта. Последний крепится через кронштейн к валу, который вращается с помощью движка. За счет этого действия лопасти винтов захватывают воду и отбрасывают ее назад. После этого мощность реакции откидываемой воды сообщается лопастям винта и по цепочке гребному валу.
Эффективность работы винта определяется соотношением полезной силы, отдаваемой им для движения лодки, к мощности мотора. Ее в свою очередь отдает гребной вал на вращение винта. Это КПД (коэффициент полезного действия) винта.
На плавучих средствах с моторами разной мощности величина КПД будет разной:
- скорость хода лодки до пятнадцати километров в час предполагает размещение винтов с числом оборотов до тысячи двухсот в минуту. Это максимальное значение и оно вдвое меньше при скорости до десяти километров в час, к примеру;
- скорость хода лодки до пятидесяти километров обязывает работать гребной вал лодочного мотора в пределах трех тысяч оборотов в минуту.
Сегодня в сфере водного транспорта все чаще можно встретить винты регулируемого шага, помимо привычных с закрепленным. Шаг – это длина продвижения винта за оборот, если бы он не находился в воде, а был в жесткой гайке. В разных частях лопасти шаг незначительно отличается, поэтому после замеров берется средняя величина:
Рекомендуем прочитать: Какое масло подходит для лодочного мотора Ямаха?
- правый винт вращается на переднем ходу по часовой стрелке, когда наблюдаешь с задней части лодки;
- левый винт вращается в противоположную правому сторону.
Удобство винтов регулируемого шага заключается в том, что они дают передний и задний ход лодки. Они позволяют тормозить плавсредство в удобный момент, не реверсируя мотор.
Очевидно, что мотор эксплуатируется в зависимости от загрузки лодки, ее скорости, течения и прочих факторов. Для этого и создана разная величина шага, чтобы максимально экономично и грамотно работал движок.
В большинстве случаев гребные винты изготавливают из алюминия, поскольку легко обрабатываются. А вот стальные винты сделать гораздо сложнее.
Следует отметить, что в документах к российским моторам вписывалась мощность на валу двигателя, а к иностранным – на самом винте или гребному валу. В связи с этим у наших движков мощность на гребному валу, собственно и ведущая плавсредство вперед, на деле оказывается меньше в сравнении с подобными «иностранцами».
Ремонт гребного вала двигателя
Столкновения с подводными препятствиями зачастую приводят к тому, что гребные валы гнутся. Это ведет к сбою работы механизмов и необходимости ремонта. Чаще всего поломка происходит, если на двигатель в целом налагалась неравномерная нагрузка.
Когда вал ломается, приходится покупать новый. В данном случае отреставрировать его нельзя. Но владельцу лодки желательно понять причину столь серьезной поломки, чтобы ситуация по возможности не повторилась.
Евгений Бронов
Главным признаком искривления гребного вала лодочного мотора будет присутствующая посторонняя вибрация. Прогиб устранить вполне возможно, а вот разлом – нет.
Если же вал треснул или оказался скручен, скорее всего не была установлена предохранительная муфта (либо была поставлена неправильно) или на него возложена дополнительная нагрузка помимо основного вращения. Как определить его погнутость:
Рекомендуем прочитать: Как выполнить регистрацию лодочного мотора?
- гребной вал нужно вертеть и смотреть за стрелкой индикатора для измерения биений. При отклонении стрелки на 0,24 миллиметра и больше можно говорить о погнутости механизма;
- на конце вала не должно быть люфта. При его возникновении говорят об изнашивании изделия;
- на поверхности вала могут появиться канавки, которые предупреждают о скорой покупке нового. Они также находятся с помощью индикатора.
Гребной вал Tohatsu/Mercury 369-64211-1
Править вал легче всего на токарном станке. Можно также изготовить специальное незамысловатое устройство, но на это также уйдет время:
- вал с винтом ставят в центр станка. Сюда же нужно установить индикатор, чтобы следить за происходящими изменениями;
- при обнаружении прогиба в области шеек заднего опорного подшипника поддерживающим узлом (суппортом) перемещают в его сторону;
- после каждого шажка прослеживается биение с дальнейшим увеличением движения суппорта;
- завершение процедуры происходит с достижением биения до двух десятых миллиметра.
При значительных прогибах вала сначала проводится исправление общего искривления. А потом уже реставрируют его резьбовые концы и полный ремонт.
Многие компании сегодня специализируются на методике холодной правки гребного вала. Процесс происходит с помощью гидравлического пресса, оборудованного датчиками управления для учета размеров механизмов. По мнению специалистов, такой способ не причиняет вред металлу и является более дешевым по сравнению с горячей и другими методами.
Однако простые пользователи небольших лодок редко прибегают к холодной правке из-за дороговизны по сравнению с работой токаря.
Незначительно погнутый гребной вал подлежит реставрации даже в домашних условиях при наличии опыта. Ремонт выльется в меньшие затраты, нежели покупка новой детали. Главное, вовремя заметить погрешность, чтобы не давать при этом двигателю работать долго на больших оборотах и не дать выйти из строя редуктору. Это будут уже совсем другие расходы.
Рекомендуем прочитать: Главные преимущества 4-тактных лодочных моторов
Надо ли изобретать колесо? В данном случае — гребной винт. 5 л/с, 48 вольт. #инновации #подвесник
Источник: portovoy.ru