В редакции состоялась встреча с известным специалистом в области теории и практических расчетов гребного винта, автором книги «Судовые движители», профессором Валерианом Михайловичем Лаврентьевым. Во время беседы мы попросили ученого ответить на пять вопросов, которые могут интересовать наших читателей.
Характеристики и описание
812950А02
Black Max 7,8 x 8 Alum
5 л. (2- и 4-тактные)
200
Гребной алюминиевый винт для лодочных моторов Mercury 5 л. Tohatsu 5 л. , Nissan Marine 5 л. Тпе же подходит к большенству китайских лодочных моторов мощностью 4,5,6 л. Диаметр 7,8″, шаг винта 8″. Является стандарnным винтом для большинства моделей лодочных моторов Mercury, Tohatsu, Nissan 5 Hp. Оригинальный номер 812950А02
Гребной винт MinnKota MKP-2 Power Prop — пластиковый двухлопастный винт для электромотора диаметром 3-1/4 дюйма (82,6 мм).
Винты Power Prop: MKP-2 и MKP-37 — стандарные винты для всех транцевых электромоторов MinnKota. Узкие прочные лопасти, вращаясь, придают мотору дополнительную мощь для прохождения сквозь густую подводную растительность.
Винт MinnKota MKP-2 (3-1/4») подходит для электромоторов MinnKota ENDURA, ENDURA MAX и TRAXXIS тягой от 30 до 45 фунтов.
Винт MKP-2 взаимозаменим с винтом MKP-6 Weedless Wedge.
Комплектация. Винт, комплект крепления: штифт, гайка, шайба.
Гарантия. Производитель даёт гарантию 12 месяцев на винт MinnKota MKP-2.
Диаметр электромотора, дюйм
Количество лопастей винта
Устройства, предназначенные для создания упорного давления, воспринимаемого судном и являющегося основой его движения, называются движителями. Существуют движители различных видов: лопастные колеса, крыльчатые движители, гребные винты и т.
Крыльчатый движитель представляет собой диск, снабженный тремя-четырьмя вертикальными поворотными лопастями и расположенный горизонтально под кормой судна на вертикальном валу. Диск приводится во вращение от электродвигателя через коническую зубчатую передачу. Использование крыльчатых движителей обеспечивает высокую маневренность судна при отсутствии рулевого устройства и позволяет осуществлять задний ход без реверса двигателя. Однако конструктивная сложность таких движителей и их габариты, возрастающие с увеличением мощности энергетической установки судна, не позволяют применять их для крупных
судов. В последнее время крыльчатыми движителями типа «Фойтшнейдер» снабжают самоходные грузовые краны, некоторые мелкие суда и подруливающие устройства более крупных судов.
Наибольшее распространение в качестве движителя для судов получил гребной винт. Основными частями гребного винта (рис. 81) являются: ступица 1 винта с конусным отверстием внутри и лопасти 2, число которых может быть от двух до шести. Гребные винты выполняют с цельнолитыми, со съемными и с поворотными лопастями.
Рис. Гребной винт с цельнолитыми лопастями.
Винты с цельнолитыми лопастями (рис. 81) применяют в основном на судах морского торгового флота. Такие винты отличаются небольшими весом и габаритом ступицы, а также более высокой прочностью в нормальных условиях эксплуатации.
Винты со съемными лопастями устанавливают на судах арктического флота, где по условиям эксплуатации замена поврежденной лопасти целой более удобна, чем замена всего винта. Кроме того, такие винты применяют в том случае, когда диаметр винта велик и отливка его затруднительна.
Винты с поворотными лопастями, иначе называемые винтами регулируемого шага (ВРШ), отличаются от обычных тем, что их лопасти закрепляются подвижно в ступице винта и могут поворачиваться вокруг своей оси на заданный угол при помощи особого привода. Этот привод, или механизм изменения шага (МИШ), обычно располагается внутри ступицы винта, поэтому ступица значительно больше, чем у обычных винтов. Механизм изменения шага бывает ручным, механическим, электромеханическим, гидравлическим и электрогидравлическим. В состав МИШ, за исключением ручного, входят: механизм поворота лопастей, размещаемый, как правило, в ступице винта; сервомотор, создающий усилия для поворота лопастей и располагаемый на участке между гребным валом и главным двигателем; обратная связь или устройство, показывающее величину нового шага винта.
Механизм поворота лопастей (рис. 82) бывает двух видов: зубчатый и кривошипный, причем последний более надежен и применяется во всех напряженных конструкциях винтов (больших мощностей и диаметров, высокооборотных ВРШ малых диаметров и др.
Рис. Механизм поворота лопастей: а — зубчатый; б — кривошипный.
Наиболее распространенным в настоящее время является гидравлический МИШ (рис. 83), обычно располагаемый в линии валопровода. Для поворота лопастей винта здесь используется энергия жидкости (чаще всего масла с малой вязкостью) под давлением. Гидравлический привод МИШ отличается относительной простотой устройства и возможностью создавать значительные рабочие усилия при сравнительно небольших габаритах и весе установки.
Рис. Конструкция МИШ с гидравлическим приводом.
В ступице 4 винта находится поводок 1 штанги 5, помещенной внутри пустотелого гребного вала 6. Поводком 1, в пазу которого расположен палец 2 на комле лопасти, производится поворот последней вокруг своей оси. Для облегчения поворота комель лопасти посажен в гнездо ступицы на двухрядных конических роликоподшипниках 3. На другом конце штанги 5 располагается поршень сервомотора 7, соединенный обратной связью 8 с подвижной муфтой 12 и поршнем распределительного золотника 11. Масло в распределительный золотник 11 и сервомотор 7 подается через трубки 10 от масляного насоса. Управление изменением шага лопастей винта осуществляется рычагом 9, нижний конец которого скользит в пазу подвижной муфты. Гидравлический МИШ позволяет производить управление шагом винта с ходового мостика при помощи дистанционной пневматической системы.
Применение винтов регулируемого шага позволило значительно упростить управление судном, уменьшить габариты и вес главных двигателей за счет устранения ступеней и устройства заднего хода, давать судну обратный ход без перемены направления вращения гребного вала. Кроме того, применение ВРШ на таких судах, как буксиры, танкеры и лесовозы, позволяет привести шаг винта в соответствие с любой скоростью. Это повышает экономичность работы энергетической установки и дает возможность более полно использовать мощность главных двигателей на различных режимах работы.
Вопрос 1
В чем заключаются основные принципы работы гребного винта?
Всякий гидравлический движитель, будь то весло, гребное колесо, винт или водомет, можно рассматривать как реактивный. Например, работая веслами, мы отбрасываем некоторую массу воды назад. Силу возникающей при этом реакции можно рассматривать как реактивную силу, за счет которой лодка и получает поступательное движение. Тот же результат получается при работе гребного колеса, гребного винта или водомета, хотя способы восприятия этой реакции у них другие. Винт, например, как своеобразный насос без кожуха засасывает воду спереди и отбрасывает ее назад с несколько большей скоростью.
Гребной винт имеет большие преимущества перед веслами и их механическим аналогом — гребным колесом. Во-первых, у винта работают (и работают непрерывно) сразу все лопасти, в то время как у колеса — только погруженные плицы, не говоря уже о весле, у которого в период между гребками лопасти вообще не соприкасаются с водой. Во-вторых, винт имеет гораздо меньшие размеры и вес. Для вращения его требуется приложить меньший крутящий момент, чем для вращения колеса, при той же мощности. Следовательно, можно применять на судах более совершенные легкие и малогабаритные высокооборотные двигатели. Напомним, что даже на сравнительно быстроходных речных судах колеса делают не больше 60—150 обмин, в то время как современные катерные винты работают при 1000—4000 об/мин. Наконец, сразу ясно, что винт гораздо удобнее в эксплуатации, чем громоздкое колесо!
Вопрос 2
Какие изменения претерпел гребной винт с момента его создания по настоящее время?
Очень большие. Прообразом современного гребного винта, как известно, был винтовой водоподъемный насос, применявшийся еще во времена Архимеда. Использовать винт в качестве движителя судна впервые предложил в 1752 г. почетный член Петербургской Академии наук, выдающийся математик и физик Даниил Бернулли. Разработанная им конструкция представляла собой колесо, по окружности которого укреплены планки-лопасти, поставленные наклонно. Так что по внешнему виду этот гребной винт скорее напоминал гребное колесо, однако устанавливаться он должен был, как и полагается винту, перпендикулярно направлению движения судна. Реализован этот проект не был.
Дальнейшие работы над конструкцией судового движителя стимулировало появление паровых машин. Предпочтение вначале было отдано гребному колесу как более простому по принципу действия и более подходящему для тихоходных паровых машин. Изобретатели многих стран предлагали и новые конструкции гребных винтов. Были зарегистрированы сотни патентов! Однако винт еще долгое время оставался несовершенным движителем, так как недоставало надежных теоретических обоснований его работы. На начальных стадиях развития теории гребного винта действие его объясняли довольно примитивным образом. Движение судна уподоблялось перемещению навинчиваемой на винт гайки с той только разницей, что за счет перемещения воды она — гайка — все время немного проскальзывает.
Созданные в те времена конструкции гребных винтов имели мало общего с современными. Например, чешский изобретатель Йозеф Рессель — ему, кстати говоря, поставлен памятник как создателю винта — запатентовал винт, состоящий из полутора витков одной лопасти; это было нечто вроде водоподъемного архимедова винта.
Гребной винт в таком виде, как мы его привыкли видеть, создан немногим более ста лет назад. Не будем разбираться в запутанной истории о том, кто именно «изобрел» винт, только отметим, что в 1842 г. на французском почтовом судне «Наполеон» был установлен четырехлопастной винт, уже очень похожий на современные.
К этому же времени относится разработка так называемой дисковой теории, или теории идеального движителя, позволившей в главных чертах установить закономерности между упором гребного винта, его диаметром, скоростью движения. В основу ее было положено допущение о существовании однородного потока без трения за диском гребного винта. В расчетах принималось, что винт за счет подводимой от двигателя мощности создает в протекающем через него потоке прирост давления. Реактивная сила (упор) винта вычислялась при этом как произведение прироста давления на площадь диска винта.
Вопрос 3
Какие теории лежат в основе современного расчета гребного вннта?
Лопасть винта сейчас рассматривают как крыло, на котором при движении возникают, как и на любом крыле, подъемная сила и сила сопротивления. Впервые этот взгляд получил известность в виде лопастной теории гребного винта, предложенной в начале текущего столетия Джевецким. Ее непосредственное применение для расчетов винта, однако, оказалось невозможным в связи с тем, что она не позволяла учитывать целый ряд важных факторов. В частности, не учитывались потери на завихрения у ступицы и на концах лопастей.
Николай Егорович Жуковский, рассматривая фотографии потока За гребным винтом, установил, что светлые винтовые линии, отходящие от концов лопастей, и прямая линия, идущая от ступицы, представляют собой заполненные воздухом вихри. Так было положено начало созданию новой вихревой теории гребного винта.
Лопасть винта рассматривается как крыло, имеющее вполне определенное соотношение размеров, как говорят конструкторы, — крыло конечного размаха. Подъемная сила на лопасти образуется благодаря циркуляции вокруг нее потока воды — несущего вихря. Этот несущий вихрь возникает вследствие разности давлений на нагнетающей и засасывающей сторонах лопасти. Учитывается и перетекание воды с нагнетающей стороны на засасывающую, которое неизбежно происходит у концов лопастей и у ступицы. Это и есть те вихревые следы, которые рассматривал Жуковский.
Вихревая, или, иначе, циркуляционная, теория крыла в настоящее время разработана детально, но построенные ка ее основе расчеты представляют очень большую сложность. Практически такие расчеты стали возможными только после появления электронных вычислительных машин. В современном судостроении винты главным образом рассчитывают по диаграммам, которые строятся на основе испытаний моделей винтов.
Вопрос 4
Наибольшая скорость, показанная с гребным винтом, 322 км час. Что же ограничивает возможности дальнейшего повышения скорости винтового катера?
Первое ограничение, с которым давно уже столкнулись конструкторы, проектирующие гребные винты для быстроходных судов, — кавитация. Создание специальных супер-кавитирующих винтов позволяет, правда, преодолеть это препятствие.
Однако это еще не все. Существуют и другие ограничения, например пределы окружной скорости вращения винта (на конце лопасти). В общем вывод напрашивается довольно пессимистический: возможности винта практически исчерпаны. Дело, пожалуй, за тем, чтобы во всех случаях использовать эти возможности полностью.
Вопрос 5
Каково ваше мнение о возможности повышения эффективности работы гребного винта за счет применения насадок, установки парных винтов (винтов тандем), водометов?
Здесь в каждом отдельном случае должно быть свое решение. Практически, на быстроходных катерах, винты которых работают с большим числом оборотов, получить таким образом прирост к. невозможно. Однако в определенных случаях, например, на судах на подводных крыльях, использование водометного движителя позволяет избежать оголения лопастей винта и, таким образом, дает положительный эффект. Возможность поджимать выбрасываемую струю за счет сужения выходного отверстия водомета позволяет задерживать начало кавитации, что делает целесообразным применение водометов и на ряде быстроходных глиссирующих катеров, разумеется, если сопротивление водомета не слишком велико.
Винты тандем применяются, чтобы уменьшить удельное давление на лопасти и повысить к. движителя, однако искажение потока первым винтом увеличивает опасность начала кавитации второго.
Что касается кольцевых диффузорных насадок, то их имеет смысл применять только на тихоходных судах, имеющих тяжелонагруженные винты. Благодаря тему, что винт устанавливается в самом узком месте такой насадки, скорость натекания потока на него существенно возрастает. В результате масса обработанной воды увеличивается, а следовательно, повышается и к.
Конечно, сказанное не исключает целесообразности заключения винта в насадку или принятия других конструктивных мер для защиты его от повреждения.