Гребни́й гвинт — судновий рушій, який складається з двох або більше лопатей, розміщених радіально на маточині.
Конструкції
Лопаті закріплюють на маточині або нерухомо (гвинт фіксованого кроку), або забезпечують їх поворот на різні кути (гвинт регульованого кроку).
Гребний гвинт фіксованого кроку — гребний гвинт, лопаті якого нерухомо закріплені на маточині. Гвинти фіксованого кроку виготовляють у вигляді цілісних виливків, а іноді — зі знімними лопатями. Гвинти фіксованого кроку широко використовуються на різних типах морських суден.
Гребний гвинт регульованого кроку — гребний гвинт а плавним або ступінчастим регулюванням кроку за рахунок повороту лопатей. Гвинт регульованого кроку має порожнисту маточину, в гніздах якої закріплюються лопаті, керовані від механізму зміни кроку. Гвинти регульованого кроку використовуються на буксирах, траулерах та інших суднах, що плавають в змінних зовнішніх умовах (буксирування, вільний хід тощо).
Застосовують гребні гвинти правого і лівого обертання, їх розрізняють за загальними правилами: якщо гвинт загвинчується обертанням за годинниковою стрілкою, то він називається гвинтом правого обертання, а якщо проти годинникової стрілки — гвинтом лівого обертання. Для передачі великої потужності використовують багатовальні установки і співвісні гребні гвинти протилежного обертання.
Гребний гвинт у насадці (кільцеве крило) — судновий рушій з пристроєм у вигляді порожнистого циліндра, який концентрично охоплює гребний гвинт з мінімальним зазором між його робочою поверхнею і зовнішніми кромками лопатей і призначений для підвищення ефективності роботи гвинта.
Закріплюється гвинт на кінці (гребного вала). Якщо судно має один чи три гвинти, втулка вала (у тригвинтових суден — центрального) проходить через старнпост — передню гілку ахтерштевня.
Геометричні характеристики гребних гвинтів
Основними геометричними характеристиками гребного гвинта є діаметр, крок гвинта і крокове відношення, площа лопатей, площа диска і дискове відношення.
Діаметр гвинта D відповідає діаметру кола, що проведеного через найвіддаленіші від осі обертання точки лопаті гвинта. Діаметр гвинта великих суден сягає до 6,0 м і більше.
Крок гвинта H — це крок гвинтової поверхні, що описується лопаттю гвинта. Якби гребний гвинт переміщувався як гвинт у твердій гайці, то крок можна було виміряти як відстань, пройдену за один повний оберт.
Крокове відношення H/D обчислюють як відношення кроку гвинта до його діаметра.
Площа лопатей A включає площу спрямленої (розгорнутої на площину) поверхні всіх лопатей гвинта.
Площа диска гвинта Ad характеризується площею, що утворюється при обертанні гвинта і обчислюють як площу круга Ad = πD²/4.
Дискове відношення θ це відношення площі лопатей до площі диска гвинта θ = A/Ad.
Конструктивні особливості
Розміри маточини у гвинтів фіксованого кроку порівняно невеликі, так що відношення діаметра маточини до діаметра гвинта становить 0,2. У гвинтів регульованого кроку маточина є більшою, оскільки в ній розташований механізм зміни кроку.
Число лопатей гребного гвинта у звичайних морських суден становить 3 — 4. У швидкохідних суден може бути 5 — 6 лопатей і більше. Перетин лопаті циліндром, що співвісний з гребним гвинтом дає профіль лопаті. Для гребних гвинтів застосовують сегментні і авіаційні профілі перерізу лопатей. Сторону лопаті, звернену до напрямку руху (у носову частину судна), називають засмоктувальною, а протилежну, по якій утворюється гвинтова поверхня — нагнітальною. Нижня частина лопаті, що сполучає її із маточиною, називається коренем лопаті; верхня частина — вершиною або кінцем. Боковий край лопаті, що обернений у бік обертання гвинта, називають вхідним, а протилежний — вихідним.
Крокове відношення гребних гвинтів змінюється в межах 0,6 — 2,0, а дискове відношення — від 0,3 до 1,2 (у транспортних суден 0,35…0,85).
Принцип роботи
При обертанні гвинта його лопаті відкидають маси води в одну зі сторін. Реакція цієї води сприймається нагнітаючою поверхнею лопаті, що створює упор гвинта, який через маточину і гребний вал передається на упорний підшипник, перетворюючись в силу, котра рухає судно
Потужність, що розвивається гвинтом, може становити від частки кіловата до десятків мегават, відповідно частота обертання лежить в діапазоні від 2000 об/хв. для малих гвинтів до 60 об/хв. для великих. ККД хороших гвинтів може досягати 80 %, однак на практиці досить важко оптимізувати всі основні параметри, тому на малих суднах ККД зазвичай становить близько 45 %. Максимальний ККД досягається при відносному ковзанні (відношення швидкості руху судна до швидкості переміщення рушія) 10…30 % і швидко зменшується до нуля при роботі гвинта як в режимі швартування, так і при великих обертах.
Боротьба з кавітацією
Одне з негативних явищ, що пов'язане з роботою гребних гвинтів, полягає у виникненні кавітації, тобто порушенні суцільності потоку води через закипання її та газовиділення при нормальній температурі. Вперше з явищем кавітації суднобудівники зіткнулися при створенні швидкісних суден. Внаслідок швидкої конденсації газових бульбашок спостерігається руйнування поверхонь лопатей. Це явище називають кавітаційною ерозією (корозією) або кавітаційним зношуванням.
При подальшому збільшенні частоти обертання гребного гвинта зона кавітації розширюється і тиск у ній падає. Конденсація пари відбувається за межами лопаті, кавітаційна ерозія припиняється, але робота гвинта різко погіршується: гвинт як би прослизає в «газовому мішку». При цьому втрачається упор, зменшуються ККД і значення гідродинамічних характеристик.
Для боротьби з кавітацією елементи гребних гвинтів вибирають таким чином, щоб уникнути кавітації. Якщо це не вдається, то застосовують двовальні і багатовальні конструкції. Іноді, навпаки, прагнуть не уникати кавітації, а боротися з нею шляхом інтенсифікації процесу, використовуючи режим суперкавітації.
Оскільки перша стадія кавітації руйнує метал гвинта, а друга погіршує ККД, для швидкохідних суден використовують гвинти, пристосовані до роботи в режимі суперкавітації. Такі гвинти мають гостру передню (засмоктувальну) крайку та увігнуту нагнітальну і мають на 15-20 % більший ККД. Суперкавітаційні гребні гвинти розвивають до 3000 об/хв. Це дозволяє використовувати у приводі пряму передачу, що спрощує енергетичну установку та зменшує її масу.
Підвищення ефективності гребних гвинтів
Для підвищення ефективності гребних гвинтів використовують різні пристрої, що дозволяють зменшити втрати потужності за рахунок спеціального напрямного апарата (обтічне кермо, виконане у вигляді контргвинта, напрямна насадка, грушоподібне потовщення на пері керма, тунельна корма на судах з малою посадкою тощо).
Примітки
- ДСТУ 2822-94 Валоприводи надводних кораблів та суден. Терміни та визначення.
Джерела
- Донцов C. B. Основы теории судна: учебное пособие / С. В. Донцов. — Одесса: Феникс, 2007. — 142 с.
- Сизов В. Г. Теория корабля: Учебник / В. Г. Сизов. — Одесса: Феникс, М.:ТрансЛит. 2008. — 464 с. —
- Смирнов Н. Г. Теория и устройство судна: Учебник для речных училищ и техникумов. — М.: Транспорт, 1992. — 248 с. —
- Фрид Е. Г. Устройство судна: Учебник. — 5-е изд., стереотип: — Л.: Судостроение, 1989. — 344 с. —
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Grebni j gvint sudnovij rushij yakij skladayetsya z dvoh abo bilshe lopatej rozmishenih radialno na matochini Grebnij gvint suchasnogo sudna P yatilopatevij grebnij gvint fiksovanogo kroku pravogo obertannya Grebnij gvint regulovanogo kroku Grebnij gvint u nasadci Grebnij gvint motornogo chovna U Vikipediyi ye statti pro inshi znachennya cogo termina Gvint znachennya KonstrukciyiLopati zakriplyuyut na matochini abo neruhomo gvint fiksovanogo kroku abo zabezpechuyut yih povorot na rizni kuti gvint regulovanogo kroku Grebnij gvint fiksovanogo kroku grebnij gvint lopati yakogo neruhomo zakripleni na matochini Gvinti fiksovanogo kroku vigotovlyayut u viglyadi cilisnih vilivkiv a inodi zi znimnimi lopatyami Gvinti fiksovanogo kroku shiroko vikoristovuyutsya na riznih tipah morskih suden Grebnij gvint regulovanogo kroku grebnij gvint a plavnim abo stupinchastim regulyuvannyam kroku za rahunok povorotu lopatej Gvint regulovanogo kroku maye porozhnistu matochinu v gnizdah yakoyi zakriplyuyutsya lopati kerovani vid mehanizmu zmini kroku Gvinti regulovanogo kroku vikoristovuyutsya na buksirah traulerah ta inshih sudnah sho plavayut v zminnih zovnishnih umovah buksiruvannya vilnij hid tosho Zastosovuyut grebni gvinti pravogo i livogo obertannya yih rozriznyayut za zagalnimi pravilami yaksho gvint zagvinchuyetsya obertannyam za godinnikovoyu strilkoyu to vin nazivayetsya gvintom pravogo obertannya a yaksho proti godinnikovoyi strilki gvintom livogo obertannya Dlya peredachi velikoyi potuzhnosti vikoristovuyut bagatovalni ustanovki i spivvisni grebni gvinti protilezhnogo obertannya Grebnij gvint u nasadci kilceve krilo sudnovij rushij z pristroyem u viglyadi porozhnistogo cilindra yakij koncentrichno ohoplyuye grebnij gvint z minimalnim zazorom mizh jogo robochoyu poverhneyu i zovnishnimi kromkami lopatej i priznachenij dlya pidvishennya efektivnosti roboti gvinta Zakriplyuyetsya gvint na kinci grebnogo vala Yaksho sudno maye odin chi tri gvinti vtulka vala u trigvintovih suden centralnogo prohodit cherez starnpost perednyu gilku ahtershtevnya Geometrichni harakteristiki grebnih gvintivOsnovnimi geometrichnimi harakteristikami grebnogo gvinta ye diametr krok gvinta i krokove vidnoshennya plosha lopatej plosha diska i diskove vidnoshennya Diametr gvinta D vidpovidaye diametru kola sho provedenogo cherez najviddalenishi vid osi obertannya tochki lopati gvinta Diametr gvinta velikih suden syagaye do 6 0 m i bilshe Krok gvinta H ce krok gvintovoyi poverhni sho opisuyetsya lopattyu gvinta Yakbi grebnij gvint peremishuvavsya yak gvint u tverdij gajci to krok mozhna bulo vimiryati yak vidstan projdenu za odin povnij obert Krokove vidnoshennya H D obchislyuyut yak vidnoshennya kroku gvinta do jogo diametra Plosha lopatej A vklyuchaye ploshu spryamlenoyi rozgornutoyi na ploshinu poverhni vsih lopatej gvinta Plosha diska gvinta Ad harakterizuyetsya plosheyu sho utvoryuyetsya pri obertanni gvinta i obchislyuyut yak ploshu kruga Ad pD 4 Diskove vidnoshennya 8 ce vidnoshennya ploshi lopatej do ploshi diska gvinta 8 A Ad Konstruktivni osoblivostiRozmiri matochini u gvintiv fiksovanogo kroku porivnyano neveliki tak sho vidnoshennya diametra matochini do diametra gvinta stanovit 0 2 U gvintiv regulovanogo kroku matochina ye bilshoyu oskilki v nij roztashovanij mehanizm zmini kroku Chislo lopatej grebnogo gvinta u zvichajnih morskih suden stanovit 3 4 U shvidkohidnih suden mozhe buti 5 6 lopatej i bilshe Peretin lopati cilindrom sho spivvisnij z grebnim gvintom daye profil lopati Dlya grebnih gvintiv zastosovuyut segmentni i aviacijni profili pererizu lopatej Storonu lopati zvernenu do napryamku ruhu u nosovu chastinu sudna nazivayut zasmoktuvalnoyu a protilezhnu po yakij utvoryuyetsya gvintova poverhnya nagnitalnoyu Nizhnya chastina lopati sho spoluchaye yiyi iz matochinoyu nazivayetsya korenem lopati verhnya chastina vershinoyu abo kincem Bokovij kraj lopati sho obernenij u bik obertannya gvinta nazivayut vhidnim a protilezhnij vihidnim Krokove vidnoshennya grebnih gvintiv zminyuyetsya v mezhah 0 6 2 0 a diskove vidnoshennya vid 0 3 do 1 2 u transportnih suden 0 35 0 85 Princip robotiPri obertanni gvinta jogo lopati vidkidayut masi vodi v odnu zi storin Reakciya ciyeyi vodi sprijmayetsya nagnitayuchoyu poverhneyu lopati sho stvoryuye upor gvinta yakij cherez matochinu i grebnij val peredayetsya na upornij pidshipnik peretvoryuyuchis v silu kotra ruhaye sudno Potuzhnist sho rozvivayetsya gvintom mozhe stanoviti vid chastki kilovata do desyatkiv megavat vidpovidno chastota obertannya lezhit v diapazoni vid 2000 ob hv dlya malih gvintiv do 60 ob hv dlya velikih KKD horoshih gvintiv mozhe dosyagati 80 odnak na praktici dosit vazhko optimizuvati vsi osnovni parametri tomu na malih sudnah KKD zazvichaj stanovit blizko 45 Maksimalnij KKD dosyagayetsya pri vidnosnomu kovzanni vidnoshennya shvidkosti ruhu sudna do shvidkosti peremishennya rushiya 10 30 i shvidko zmenshuyetsya do nulya pri roboti gvinta yak v rezhimi shvartuvannya tak i pri velikih obertah Borotba z kavitaciyeyuKavitacijni yavisha pri roboti grebnogo gvinta Odne z negativnih yavish sho pov yazane z robotoyu grebnih gvintiv polyagaye u viniknenni kavitaciyi tobto porushenni sucilnosti potoku vodi cherez zakipannya yiyi ta gazovidilennya pri normalnij temperaturi Vpershe z yavishem kavitaciyi sudnobudivniki zitknulisya pri stvorenni shvidkisnih suden Vnaslidok shvidkoyi kondensaciyi gazovih bulbashok sposterigayetsya rujnuvannya poverhon lopatej Ce yavishe nazivayut kavitacijnoyu eroziyeyu koroziyeyu abo kavitacijnim znoshuvannyam Pri podalshomu zbilshenni chastoti obertannya grebnogo gvinta zona kavitaciyi rozshiryuyetsya i tisk u nij padaye Kondensaciya pari vidbuvayetsya za mezhami lopati kavitacijna eroziya pripinyayetsya ale robota gvinta rizko pogirshuyetsya gvint yak bi proslizaye v gazovomu mishku Pri comu vtrachayetsya upor zmenshuyutsya KKD i znachennya gidrodinamichnih harakteristik Dlya borotbi z kavitaciyeyu elementi grebnih gvintiv vibirayut takim chinom shob uniknuti kavitaciyi Yaksho ce ne vdayetsya to zastosovuyut dvovalni i bagatovalni konstrukciyi Inodi navpaki pragnut ne unikati kavitaciyi a borotisya z neyu shlyahom intensifikaciyi procesu vikoristovuyuchi rezhim superkavitaciyi Oskilki persha stadiya kavitaciyi rujnuye metal gvinta a druga pogirshuye KKD dlya shvidkohidnih suden vikoristovuyut gvinti pristosovani do roboti v rezhimi superkavitaciyi Taki gvinti mayut gostru perednyu zasmoktuvalnu krajku ta uvignutu nagnitalnu i mayut na 15 20 bilshij KKD Superkavitacijni grebni gvinti rozvivayut do 3000 ob hv Ce dozvolyaye vikoristovuvati u privodi pryamu peredachu sho sproshuye energetichnu ustanovku ta zmenshuye yiyi masu Pidvishennya efektivnosti grebnih gvintivDlya pidvishennya efektivnosti grebnih gvintiv vikoristovuyut rizni pristroyi sho dozvolyayut zmenshiti vtrati potuzhnosti za rahunok specialnogo napryamnogo aparata obtichne kermo vikonane u viglyadi kontrgvinta napryamna nasadka grushopodibne potovshennya na peri kerma tunelna korma na sudah z maloyu posadkoyu tosho PrimitkiDSTU 2822 94 Valoprivodi nadvodnih korabliv ta suden Termini ta viznachennya DzherelaDoncov C B Osnovy teorii sudna uchebnoe posobie S V Doncov Odessa Feniks 2007 142 s Sizov V G Teoriya korablya Uchebnik V G Sizov Odessa Feniks M TransLit 2008 464 s ISBN 978 5 94976 690 3 Smirnov N G Teoriya i ustrojstvo sudna Uchebnik dlya rechnyh uchilish i tehnikumov M Transport 1992 248 s ISBN 5 277 01205 2 Frid E G Ustrojstvo sudna Uchebnik 5 e izd stereotip L Sudostroenie 1989 344 s ISBN 5 7355 0125 9