Всего на сайте:
236 тыс. 713 статей

Главная | Механика

Гребной винт.  Просмотрен 1048

Водоподъемный винт, изобретение которого приписывается Архимеду, вполне подходил и для обратной работы — отталкивания самого винта от водяной массы. Идея применения гребного винта как движителя была высказана ещё в 1752 году Даниилом Бернулли и, позднее, Джеймсом Уаттом. Тем не менее, всеобщее признание гребной винт снискал не сразу. Хотя сам принцип действия гребного винта никогда не был секретом, но только в 1836 году английский изобретатель Френсис Смит (англ. Francis Pettit Smith) сделал решающий шаг, оставив от длинной спирали Архимедова винта только один виток. (Бытует история о том, что «модернизация» произошла случайно: на паровом катере Смита у деревянного винта отломилась часть, оставив единственный виток, после чего катер заметно прибавил в скорости хода.) Смит установил гребной винт на небольшой пароход водоизмещением 6 тонн. Удачные опыты Смита привели к образованию компании, на средства которой был построен винтовой пароход «Архимед». При водоизмещении всего в 240 т «Архимед» был оснащен двумя ходовыми паровыми машинами мощностью по 45 л. с. каждая и единственным винтом диаметром чуть более 2 метров. (Первоначальный винт Смита представлял собой часть винтовой поверхности прямоугольного образования, соответствующую одному целому шагу.)

Одновременно со Смитом и независимо от него разрабатывал применение гребного винта как движителя известный изобретатель и кораблестроитель швед Джон Эрикссон. В том же 1836 году он предложил другую форму гребного винта, представлявшую собой гребное колесо с лопастями, поставленными под углом.

Он построил винтовой пароход «Стоктон» (мощности ходовых паровых машин — 70 л. с), сделал на нём переход в Америку, где его идея была встречена настолько заинтересованно, что уже в начале 40-х годов был спущен первый винтовой фрегат США USS Princeton (водоизмещение 900 т, мощность машин 400 л. с., дававших ему ход до 14 узлов) с винтом конструкции Эриксона. На испытаниях корабль развил ранее невиданную 14-узловую скорость. А при попытке «стравить» его с колесным «Грейт Уэстерн» теперь уже винтовой фрегат потащил своего соперника. Кстати, «Принстон» отметился в истории кораблестроения тем, что нес самые крупнокалиберные орудия для своего времени, — на поворотных платформах на нём впервые установили 12-дюймовые орудия.

Изготовленный из различных материалов, меняя количество и угол наклона лопастей. Гребной винт совершенствовался и занял лидирующую позицию среди прочих движителей.

Гребной винт состоит из ступицы и расположенными на ней лопастями.

В основе работы гребного винта лежит гидродинамическая сила создаваемая разностью давлений на сторонах лопастей. Любое концентрическое сечение лопастей представляет собой элемент несущего крыла самолета. Поэтому при вращении винта на каждом элементе возникают такие же силы, как и на крыле.

Принцип действия гребного винта. Поток, обтекающий выпуклую сторону лопасти (засасывающая сторона), слегка поджимается, и вследствие этого движение ускоряется. Поток, обтекающий вогнутую сторону лопасти (нагнетающая сторона), встречая на своем пути препятствие, несколько замедляет скорость. В соответствии с законом Бернулли, на засасывающей стороне лопасти давление потока падает и возникает зона разряжения.

В то же время на нагнетающей стороне лопасти, напротив, возникает зона увеличенного давления. В результате разности давлений на стороны лопасти образуется гидродинамическая сила.

В результате длительных исследований было установлено, что основная часть гидродинамической силы около 70% создается за счет разрежения на засасывающей стороне лопасти винта и только 30% за счет давления на нагнетающей стороне лопастей.

 

Проекция гидродинамикой силы на ось гребного винта представляет собой упор винта. Эта сила воспринимается лопастями, которые через ступицу и гребной вал передают ее судну.

Поскольку лопасти имеют винтообразную поверхность, при вращении винта вода не только отбрасывается назад. Но и закручивается в сторону вращения лопастей. Задача движителя – только отбрасывать воду, не вращая ее, создавая реактивный импульс – силу тяги. На закручивание потока и на преодоление сопротивления вращения винта в воде затрачивается значительная доля мощности, подводимой ему от двигателя. Поэтому КПД гребного винта, равный отношению мощности, затрачиваемой на создание тяги винта (полезная мощность), ко всей мощности, затраченной на вращение винта, всегда будет меньше единицы.

КПД гребных винтов колеблется в диапазоне 50 – 70%. Верхний предел считается очень высоким и достижимым на малооборотных гребных винтах большого диаметра. Для высоко оборотистых винтов небольшого диаметра КПД редко превышает 50%.

Повышать обороты винта до бесконечности невозможно. На определенном моменте повышения оборотов винта из – за повышенной зоны разряжения образуются воздушные пузырьки. В результате резко падает мощность работы винта, и пузырьки производят гидроудары по лопастям винта. Разрушая их – это явление называется – кавитацией.

 

Гребной винт регулируемого шага. В ступице винта располагается механизм, поворачивающий лопасти на заданный угол и удерживает их в таком положении. Поворот лопастей позволяет изменять тяговое усилие при постоянной частоте вращения гребного вала, и наоборот, сохранять постоянно тяговое усилие при разных частотах вращения вала, а также вообще изменять направление упора (реверс) при неизменном направлении вращения гребного вала.

 

Предыдущая статья:Судовые движители. Следующая статья:Соосные гребные винты противоположного вращения
page speed (0.0361 sec, direct)