Судовые движители. Характеристики гребных винтов

Судовые движители

Движители - специальные устройства, преобразующие механическую работу судовой силовой установки в упорное давление, преодолевающее сопротивления и создающее поступательное движение судна. Существует четыре основных вида судовых движителей: водометные движители, гребные колеса, гребные винты (в том числе с направляющей насадкой) и крыльчатый движитель.

По принципу действия движители разделяют на активные, к которым относят паруса, непосредственно преобразующие энергию ветра в поступательное движение

судна, и реактивные — все остальные, так как создаваемое ими упорное давление получается в результате реакции масс воды, отбрасываемой в сторону, противоположную движению судна.

Водометный движитель (рис.2.13)– просто поршневой или центробежный насос, который засасывает воду через отверстие в носу или днище корабля и выбрасывает через сопла в кормовой его части. Создаваемый упор (сила тяги) определяется разностью количества движения струи воды на выходе и входе в движитель.

             

Рисунок 2.13-Водометный движитель

 

 Гребное колесо (рис.2.14) – широкое колесо, у которого по периферии установлены лопасти. В более совершенных конструкциях лопасти могут поворачиваться относительно колеса так, чтобы они создавали нужную пропульсивную силу при минимальных потерях. Ось вращения колеса расположена выше уровня воды, и погружена лишь его небольшая часть, поэтому в каждый данный момент времени только несколько лопастей создают упор.

 

                                          

 

Рисунок 2.14-Гребное колесо

Крыльчатые движители (рис.2.15). Такой движитель представляет собой диск, на котором по периферии перпендикулярно плоскости диска размещены 6–8 лопатообразных лопастей.  Диск установлен заподлицо с днищем корабля, а в поток опущены только лопасти движителя. Диск с лопастями вращается относительно своей оси, и, кроме того, лопасти совершают вращательное или колебательное движение относительно своей продольной оси. В результате вращательного и колебательного движений лопастей вода ускоряется в требуемом направлении, и создается упор для движения судна (рис.2.16).

Такой тип движителя имеет преимущество перед гребным винтом и гребным колесом, поскольку может создавать упор в любом желаемом направлении: вперед, назад и даже вбок без изменения направления вращения двигателя. Поэтому для управления судами с крыльчатым движителем не требуется рулей или других механизмов.

Хотя крыльчатые движители не могут заменить гребные винты по универсальности применения, но в некоторых специальных случаях они весьма эффективны (используется на портовых буксирах и лоцманских судах, а также на судах портовой службы).

 

                      

 

Рисунок 2.15-Крыльчатый движитель:

a - движитель Фойта-Шнейдера (вид сбоку); б - движитель Фойта-Шнейдера (вид сверху);

в- буксир с движителем Фойта-Шнейдера в носовой части судна; г - буксир с движителем Фойта-Шнейдера в кормовой части судна; 7-управляющий механизм; 8 - привод; 9 - лопасти;

10 - распределительные рычаги и тяги

 

 

 

Рисунок 2.16-Принцип действия крыльчатого движителя:

I - «Стоп»; 2 - «Передний ход»; 3 - «Задний ход»; 4 - «Поворот на левый борт»; 5 - «Поворот на левый борт» (на заднем ходу); 6 - «Поворот на правый борт»

                                                                                                                           

Гребные винты стали наиболее распространенными благодаря простоте устройства и работы, компактности, надежности в эксплуатации и наибольшему коэффициенту полезного действия.

Гребные винты по своей конструкции подразделяются на два типа: цельные (в них ступицы с лопастями изготовляются совместно) и винты со съемными лопастями. Последние применяются на судах, плавающих во льдах.

Эти винты имеют еще одно название — винты фиксированного шага (ВФШ), а винт с механизмами, поворачивающими лопасти в ступице и изменяющие его шаг, называются винтом регулируемого шага (ВРШ) (рис.2.17).

 

 

Рисунок 2.17-Гребные винты:

а - гребной винт с неподвижными лопастями; b - винт регулируемого шага; с - гребной винт в насадке; d - соосные гребные винты

ВФШ бывают цельными, литыми, сварными или штампованными (рис.2.18). Состоят они из таких элементов: ступицы, представляющей собой втулку, насаживаемую на конус шейки гребного вала, и лопастей, расположенных на ступице. Та часть лопасти, которая соединяет ее со ступицей, называется корнем лопасти, а верхняя называется вершиной, или концом.  Имеют свои названия и  поверхности  лопастей. Та, что обращена в сторону судна - засасывающая поверхность. Противоположная ей - нагнетающая, в большинстве случаев представляющая собой правильную винтовую поверхность. Пересечение засасывающей и нагнетающей поверхностей образуют кромки лопастей.

 

 

 

Рисунок 2.18-Гребной винт с цельнолитыми лопастями (ВФШ) и схема создания упорного давления элементарной площадкой лопасти винта:

1- ступица с конусным отверстием, 2 – лопасти

 

Чтобы изменять направление вращения винта (для реверсирования), нужно менять направление вращения вала двигателя на противоположное. Для упрощения этих операций используют винты с поворотными лопастями — ВРШ.

 

Гребной винт регулируемого шага (ВРШ) имеет конструкцию, обеспечивающую поворот лопастей в ступице во время работы винта на ходу судна из поста управления, расположенного в рубке.

При повороте лопастей, осуществляемом механизмом по многообразным кинематическим схемам (рис.2.19а, б), изменяется шаг винта, отчего изменяется и величина создаваемого им упора, увеличивающего или уменьшающего скорость хода, и направление движения судна, при этом число оборотов, мощность главной машины и направление ее вращения остаются неизменными.

Использование винтов регулируемого шага допускает применение на судах нереверсивных главных машин с упрощенной системой обслуживания, что сокращает износ их цилиндров примерно на 30—40% (возникающий у реверсивных машин от частого изменения режима работы и направления вращения), позволяет полнее использовать мощность машин и поддерживать высокое значение КПД винта.

Суда с ВРШ обладают гораздо более высокими маневренными качествами, чем суда с ВФШ.

 

       

 

 

Рисунок 2.19-Гребной винт регулируемого шага (ВРШ):

а) зубчатый механизм поворота лопастей, б) кривошипный механизм поворота лопастей,

в) поворотно-шатунным механизмом изменения шага: 1 - лопасти винта; 2 - ступица; 3 - гребной вал; 4 - ползун со штангой; 5 - палец шатуна; 6 - подшипник лопастной заделки; 7 – обтекатель