Гребной винт, конструкция, виды, принцип и механизм работы

Необходимо ли заниматься подбором?

Основная проблема в том, что стандартный редуктор подвесного мотора не может переключать передачи. Но двигатель должен быть реализован по максимуму, необходимо использовать всю мощность. Гребной винт и его правильный подбор отвечают именно за эту характеристику. Поиск правильных параметров этого устройства предоставит массу преимуществ:

• Более качественные выходы на глиссирование

• Мотор сможет достигать максимальных оборотов, которые установил производитель

• Качественные гребные винты повысят показатели скорости и грузоподъёмности.

Также будет значительная экономия топлива, увеличиться ресурс мотора, снизиться его шум во время работы. Таких результатов пытается добиться каждый водномоторник.

Правила выбора

Критерии выбора

Помимо рассчитанных показателей существует еще большое количество особенностей, на которые необходимо обратить внимание при выборе гребного винта:

1. Число лопастей будет оказывать влияние в первую очередь на ходовые качества. Рекомендуется выбирать трехлопастные модели, варианты с 2 или 5 лопастями фактически не используются. Устройства, оснащенные 4 лопастями, применяются при наличии необходимости тяги. Их задействование является целесообразным при нужде в повышенной грузоподъемности, если особенности редуктора не позволяют увеличить винтовой диаметр.
2. Форма лопастей также должна быть подобрана правильно, здесь в первую очередь учитывается, что модели с увеличенной кривизной ускоряют кавитацию. К тому же передние кромки не должны быть слишком острыми, это негативно сказывается на рабочих параметрах.
3. Особое внимание необходимо уделить и материалу гребного винта. Наиболее надежными, прочными и долговечными считаются модели, изготовленные из нержавеющей стали нового поколения. Однако для лодок, оснащенных двигателями с малой мощностью, особенно при их использовании в пресных водоемах, подойдет и устройства, изготовленные из алюминиево-кремниевых или алюминиево-магниевых металлических сплавов.

Как определить подходит ли винт

Понять, подходит ли имеющийся гребной винт, можно сняв замеры оборотов при максимальных и минимальных нагрузках, показатель должен при этом находиться в рамках, определенных производителем.

Ниже приводятся конкретные примеры соответствия и несоответствия выбранных устройств:

1. При минимальных нагрузках двигатель показывает количество оборотов, заявленное производителем; при максимальных нагрузках не наблюдается серьезного сопротивления движения, имеется возможность выйти на глиссирование. Это свидетельствует об универсальность гребного винта, он был подобран правильно.
2. Ни при каких нагрузках двигатель не выдает заявленное количество оборотов, возникают проблемы при выходе на глиссирование. Подобная ситуация наглядно демонстрирует, что был выбран винт со слишком большим показателем шага.
3. Возникают перекруты: мотор совершает слишком большое количество оборотов, превышая показатели, установленные производителем; при этом скорость лодки далека от максимального предела. Это свидетельствует, что требуется винт с более высоким показателем шага.
4. Правильно подобранный грузовой винт позволит без особых проблем выходить на глиссирование даже при полной загрузке плавательного средства, небольшая потеря скорости в данной ситуации является нормальным явлением.
5. Максимальные показатели оборотов двигателя и скорости лодки достигаются только при незначительной загрузке плавательного средства и нахождении гидроподъема в верхнем положении, подобные ситуации наблюдаются при установке скоростных винтов.

Защита для гребного винта

Разновидности

На отечественном рынке гребные винты предоставляются многими компаниями. Все они отличаются мощностью, габаритами и другими параметрами. Чтобы разбить гребной винт на несколько подгрупп, нужно учитывать несколько характеристик.

• Шаг винта . Эта характеристика показывает длину, которую пройдет один винт за время оборота. H (см. рис. 2)

• Его размеры . Здесь нужно смотреть на окружность устройства, она описывается точкой каждой лопасти. D (см. рис. 2)

• Его дисковое отношение . Это суммарная площадь каждой лопасти, ее приравнивают к определенному показателю винта, а именно – диаметру.

• Сколько на нем лопастей . Самый популярный вариант – три лопасти. Но может быть две или четыре, в зависимости от модели.

• Из чего он изготовлен . Углеродистая, нержавеющая сталь, алюминиевый сплав и пластик .

• Особенности ступицы в модели . Она состоит из сменной втулки, лопастей или резинового демпфера.

• Размеры ступицы в модели .

• Особенности шлицов втулки в модели.

простая схема работы гребного винта (рис.2)

Правила эксплуатации

Даже самые прочные и надежные гребные винты отличаются повышенной уязвимостью, это наиболее хрупкая часть лодки. Ниже приведен список правил, соблюдение которые повышает безопасность и положительно сказывается на эксплуатационном сроке устройства:

1. Реверс разрешено включать только при полной уверенности, что гребному винту хватает глубины. Лучше не рисковать лишний раз и несколько раз оттолкнуться от мелководья при помощи весел.
2. Необходимо следить за состоянием лопастей, поскольку любые деформации, неровности и выбоины мешают полноценному функционированию винта и способны вывести его из строя.
3. При прохождении судна возле наиболее проблемных участков водоема, которыми являются мелководья и разнообразные подводные препятствия, нужно не забывать пользоваться гидроподъемом.
4. Постоянно нужно следить, чтобы гребной винт даже кратковременно не соприкасался с поверхностью дна – это является основным условием для обеспечения длительной службы.

Виды маркировки винтов

Зачастую маркировочный знак можно найти на лопасти или ступице, используются дюймовые замеры. Его наносят в виде формулы:

11 ¼ х 15 – G – перед вами пример маркировки, которую наносит компания Ямаха, где первая цифра говорит покупателю о диаметре каждой лопасти, а вторая о шаге винта.

Иногда производитель может добавить в формулу и другие характеристики. Число лопастей, а также сторону вращения винта. Подобная формула выглядит следующим образом:

13 х 19 3RH, или 3 х 10-3/8 х 11 R, число 3 показывает нам, что у модели 3 лопасти, RH или R – характеристика вращения. Иногда на винте находится только его номерной знак. В таком случае всю информацию вы найдете на упаковке.

Схема сил и скоростей на лопасти гребного винта:

На указанном рисунке показаны схема сил и скоростей на лопасти гребного винта правого вращения, где:

Р — сила, создающая упор гребного винта,

Т — сила,

образующая крутящий момент,

Y — подъемная сила,

W — скорость потока воды,

Vа — скорость поступательного перемещения,

Vr — окружная скорость винта. Vr = 2·π·r·n. Таким образом, чем больше значение r гребного винта, тем больше окружная скорость Vr,

а следовательно, и суммарная скорость W,

r — радиус гребного винта,

n —

число оборотов гребного винта, об/сек,

α — угол атаки,

Н — шаг винта. Шагом винта называется перемещение любой точки лопасти вдоль оси за один полный оборот винта,

H·n — теоретическая скорость перемещения винта вдоль оси. Она представляет собой произведение шага винта на число оборотов.

Рассчитываем параметры

В современных условиях предостаточно утилит для получения каждого параметра гребных винтов глиссирующих суден. Одни программы справляются быстро и предоставляют точную информацию, другие нет. Лучше считается диаграмма Папмеля, которая основана на высчитывании характеристик с помощью эмпирического метода. Простыми словами – используются тестовые заезды.

Чтобы получить точный расчет, необходимо обладать определенными знаниями:

1. Какие габариты имеет судно.

2. Показатель килеватности.

3. Показатель водоизмещения.

4. Какие размерения на уровне ватерлинии.

5. Присутствуют ли реданы и где они находятся.

6. Характеристики двигатели, а именно – его максимальную мощность и количество оборотов.

7. Показатель редукции.

Гребные винты имеют множество параметров и каждый нужно учитывать. Но если вам нужно узнать характеристики простого винта из алюминия для глиссирующей моторной лодки, можно обойтись минимумом параметров.

Нужны следующие данные:

• Максимальная скорость. Информацию можно найти в паспорте на лодку. Учитывайте, что не стоит выдумывать свои значения, они должны быть точными.

• Обороты двигателя. Данную характеристику вы найдете на табличке. Ее всегда помещают на струбцину мотора или в его отсек. Также информацию можно посмотреть на официальном сайте изготовителя.

• Данные о передаточном отношении редуктора. На помощь придет инструкция или поиск в интернете.

Теперь нам нужно провести строгий расчет по формуле:

H = 750V/n

V обозначает скорость в километрах, а n количество оборотов вала. Мы приводим пример для лучшего понимания. За основу взят расчет по подвесному мотору Suzuki DF90ATL, где мы получили:

1. Максимальную частоту вращений вала в диапазоне от 5000 до 6300 тысяч за 60 секунд.

2. Передаточное отношение 2.59.

3. Максимальная скорость на уровне 68 кмчас.

4. Теперь нужно взять показатели максимального вращения вала и разделить на передаточное отношение. Получаем — 6300:2,59 = 2432 оборотов за 60 секунд.

5. Далее считаем шаг. Получается — 750 х 68 : 2432 = 20,97. Значение можно округлить до 21.

Штатные винты имеют размерности 3 х 13 ¾ х 19, что практически аналогичны к тем цифрам, что у нас получились. Устройство нужно оставить для полной загрузки и процесса буксирования. Далее приобретаем гребной винт на 21 шаг, он будет отвечать за скорость.

Показатели обычного шага и диаметров винта всегда имеют общую связь. Не стоит приобретать слишком много разных винтов. Рамки одного шага позволяют иметь два-три разных показателей. Другими словами, для мотора с максимальной мощностью нужно выбирать аналогичный диаметр и наоборот.

Специалисты советуют подбирать гребные винты следующим образом – купить несколько агрегатов в магазине, обязательно с таким шагом, который близок к расчетному. Далее производятся измерения скоростных показателей лодки, также нужно наблюдать за оборотами двигателя. В каждом крупном регионе России вы сможете найти фестивали винтов, они проходят раз в год. На таких мероприятиях каждый сможет опробовать одну из моделей и получить бесплатные консультации.

Блиц-советы

Подводя итоги, можно привести следующие советы, касающиеся гребных винтов и их использования:

1. Не рекомендуется дополнительно покрывать подобные устройства краской, поскольку при отсутствии у нее водоотталкивающих свойств, поверхность в скором времени начнет сильно шелушиться, что ухудшит функционирование винта. В результате скорость будет падать даже при увеличении количества совершаемых оборотов.
2. Лучше всего приобретать гребные винты у крупных производителей, которые успели зарекомендовать себя с хорошей стороны и имеют достаточное количество положительных отзывов. Такие компании дают продолжительную гарантию на свое оборудование и зачастую дают предварительно протестировать выбранные модели.
3. Для обеспечения прямолинейности движения судна можно установить два винта с разным направлением вращения. Необходимо помнить, что монтаж нескольких устройств, имеющих одинаковое вращение, будет способствовать наклону плавательного средства в одну из сторон.

Интерцептор гребного винта:

Название этой части конструкции переводится как «захватчик» и полностью его оправдывает. Интерцептор – это загнутая кромка, расположенная по исходящей траектории лопасти на гребном винте, а ее основное предназначение состоит в повышении способности движителя к захвату жидкости. Наличие интерцептора весьма актуально на судах, где мотор установлен очень высоко и ходовой дифферент имеет большие углы.

Также установка «захватчика» позволяет:

— дополнительно поднять нос судна, если он установлен на линиях угла наклона лопастей;

— повысить шаг лопасти при установке его на внешней и исходящей кромках.

Важный нюанс: установка интерцептора уменьшает количество оборотов винта в среднем на 200-400 в минуту, что требует соответствующего снижения шага в среднем на 1-2 дюйма.

Винты фиксированного шага:

Винты фиксированного шага (ВФШ) – это движители, которые имеют единственный и постоянный угол установки лопастей, что обусловлено способом их производства. Такие движители отливают цельными, поэтому они имеют небольшие габариты и вес. Устанавливают их преимущественно на машинах малого водоизмещения:

— любительских;

— маломерных;

— морских судах, предназначенных для торговли;

— кораблях, требующих увеличенной прочности винта и прочих.

Движение таких судов предполагает длительный ход в одном направлении, поэтому маневренность винтов фиксированного шага как основная характеристика отходит на второй план.

Разновидность данного механизма – винты со съемными лопастями. Их шаг остается фиксированным, но конструкция предполагает не литое изготовление, а крепление лопастей к диску движителя в одной позиции. Это дает возможность замены при поломке отдельных деталей (лопастей), а не всего устройства, и позволяет изготавливать прочные движители с большим диаметром, цельное литье которых достаточно затруднительно.

Преимущества и недостатки гребных винтов:

Несмотря на технические достижения, гребной винт не является идеальным механизмом. Так, его работа в качестве движителя возможна лишь при условии, что скорость его вращения будет постоянной или увеличивающейся, в противном случае лопасти, сталкиваясь с толщей воды, будут выполнять роль тормоза, причем достаточно активного.

Хотя теоретические расчеты коэффициента полезного действия движителя достигают показателей 75 %, он не способен достичь этих параметров, и они обычно находятся в пределах 30-50 %. Создать же идеальный винт с КПД в 100% невозможно, т.к. его работа зависит от условий окружающей среды, которые постоянно изменяются.

Интересный факт: хотя гребной винт значительно облегчил человеку управление водными судами и позволил двигаться на машинах значительных габаритов, его КПД все же уступает обыкновенным веслам, параметры которых достигают 60-65%. Если же сравнивать движитель с гребным колесом, то преимущество все же за механическим устройством (гребным колесом): его производительность выше, а габариты и вес – меньше. Однако в случае повреждения ремонт гребного колеса провести не только возможно, но и проще. Ремонт же цельнолитых гребных винтов невозможен, а сборных требует наличия соответствующего оборудования, навыков и проводится исключительно в условиях дока.

К преимуществам механического движителя (гребного колеса) стоит отнести его меньшую уязвимость, которую обеспечивают размеры и материал, их которого он изготовлен, т.е. ломаются они в несколько раз реже. При этом он более безопасен для жителей водного мира и оказавшихся за бортом людей. Что касается оборонной и военной промышленности, то здесь несомненное лидерство именно за гребными винтами. Так, помещение движителя под воду позволило использовать в военных целях всю поверхность имеющихся палуб, а также практически исключило возможность попадания по движителю снарядов неприятеля.

История изобретения и модернизации гребных винтов уходит корнями в глубокую древность, но лишь с развитием технического прогресса человечество смогло получить механизмы, прототипы которых используются по сей день. Однако эта отрасль промышленности продолжает совершенствоваться: ученые и изобретатели ищут сплавы и материалы для повышения производительности движителей и разрабатывают конструкции, способные устранить или уменьшить их недостатки.

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com, https://okafish.ru/300/226_268.htm

карта сайта

Количество лопастей гребного винта:

Основной разницей в конструкции гребных винтов является количество лопастей, обеспечивающих коэффициент полезного действия (КПД) устройства. Так, наиболее высоким КПД обладает движитель, имеющий всего две лопасти, но он эффективен лишь при малых дисковых отношениях (около 0,5). При повышении шага дисковых отношений до 1-1,5 (отношение площади спрямленных лопастей к площади самого диска) обеспечить прочность лопастей очень сложно, поэтому используют их лишь на водных судах, где нагрузка на винт приближена к минимальной (гоночные яхты) или винт используется как вспомогательное средство движения (парусно-моторные суда).

На малых судах наибольшее распространение получили гребные винты, имеющие 3 лопасти. Четырех и пяти лопастные движители применяются обычно на крупных водных судах, океанских лайнерах, где их основными задачами считаются не скорость хода транспорта, а обеспечение тишины и уменьшение вибрации.

Другие важные параметры и показатели работы гребного винта:

От скорости вращения движителя зависит интенсивность хода судна, на котором он установлен, но и этот параметр имеет оптимальные показатели. В среднем это до 300 оборотов в минуту, для крупных лайнеров оптимальны показатели не выше 200. Обусловлено это тем, что высокие скорости увеличивают износ деталей двигателя, ощущающих наибольшую нагрузку, а это приводит к поломкам, незапланированным ремонтам или окончательному прихода в негодность дорогостоящего механизма.

Устанавливать ось вращения гребного винта рекомендуется в горизонтальной плоскости, это улучшает параметры его работы. При наличии наклона гребного вала возникает «косой» поток воды, обтекающий лопасти, в результате чего производительность движителя снижается, и чем выше этот угол, тем больше снижение КПД. Первые потери мощности ощутимы уже при появлении разницы в 10 градусов.

Особого внимания требует оснащение крупных и тяжелых водных судов, используемых в промышленности или обороне. Так, для танкеров, атомных ледоколов, авианосцев и прочих судов большого водоизмещения актуально наличие и возможность передачи высокой мощности. Для этого их оборудуют двух или трех вальными установками, а также устанавливают по несколько винтов. Чаще всего это 4 движителя, расположенные симметрично. Одним же из важных параметров винтов для арктических ледоколов считает прочность, т.к. они должны иметь возможность дробить толщи льда при движении не только вперед, но и назад.

Винты регулируемого шага:

Винты регулируемого шага (ВРШ) предполагают возможность изменения поворота лопастей в ступице. Крепление составляющих винта производится таким образом, что благодаря особому приводу лопасти могут вращаться вокруг своей оси и, при необходимости, менять угол атаки. Достигается эта возможность приводом, известным как механизм изменения шага (МИШ).

Механизм изменения шага может быть:

— ручным;

— механическим;

— электромеханическим;

— гидравлическим;

— электрогидравлическим.

В состав механизма изменения шага (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.

В свою очередь, механизм поворота лопастей, являющийся составной частью механизма изменения шага, может быть:

— зубчатым – используется на винтах малых диаметров и на судах, не предполагающих развитие высоких мощностей;

— кривошипным – отличается высокой степенью надежности и прочности, применяется на напряженных конструкциях, высокооборотных винтах и пр.

Размещается механизм поворота лопастей внутри ступицы гребного винта, что отражается как на ее размерах, так и на габаритах самого винта.

Самым часто используемым приводом считается гидравлический привод управления винтами регулируемого шага. В нем поворот лопастей производится за счет воздействия жидкостей с малой вязкостью, а само устройство механизма отличается сравнительной простотой. Еще одно преимущество гидравлики – возможность создавать большие рабочие мощности даже на маленьких и легких движителях.

За счет управления винтом дистанционно, непосредственно с ходового мостика, облегчилась и координация движения самого судна. Применение же небольших, но мощных и крепких, движителей даже на габаритных судах улучшило их ходовые качества и маневренность, позволили скоординировать шаг винта с любой скоростью машины. В результате таких действий производительность гребного винта увеличивается в несколько раз, а это снижает общие затраты на эксплуатацию судна.