судовой движитель

Формула изобретения

1. Судовой движитель, содержащий ступицу с установленными на ней комлями лопастей, заподлицо с обтекаемой поверхностью которых размещены вкладыши, каждый из которых выполнен из прикрепленной механически к лопасти вставки, составляющей часть по крайней мере одной из обтекаемых поверхностей лопасти, отличающийся тем, что вставки размещены вдоль выходящей кромки лопасти, между контактными поверхностями каждой из вставок и лопасти помещена пленочная прокладка из вибродемпфирующего материала, размер вставки вдоль хорды профиля сечения лопасти составляет не менее 0,1 длины хорды профиля, ее толщина составляет 0,1 - 0,5 соответствующей местной толщины профиля сечения лопасти, а суммарная длина вставок вдоль выходящей кромки лопасти составляет не менее 1/3 ее длины, при этом в ступице образована ограниченная торцевыми фланцами кольцевая выемка, в которой размещены комли лопастей, соединенные со ступицей посредством пальцевых винтов, установленных под углом к оси движителя с возможностью прижатия каждого из комлей к поверхностям кольцевой выемки, фланцев и соседних комлей и с возможностью изменения и фиксации усилия их затяжки, а между указанными поверхностями контакта соседних комлей и комлей со ступицей размещена пленочная прокладка из вибродемпфирующего материала.

2. Судовой движитель по п.1, отличающийся тем, что вставки выполнены в виде части профилированного тела лопасти с ее выходящей кромкой и закреплены в продольной щели, образованной в каждой лопасти.

3. Судовой движитель по п.1 или 2, отличающийся тем, что вкладыши выполнены в виде пакетов, составленных по крайней мере из двух вставок.

4. Судовой движитель по п.3, отличающийся тем, что пакеты включают в себя по крайней мере одну промежуточную пленочную прокладку из вибродемпфирующего материала между смежными вставками.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области судостроения и касается разработки судовых движителей, например гребных винтов с уменьшенными уровнями вибрации и излучаемого шума.

Известны малошумные гребные винты для кораблей и ПЛ ВМФ, а также для комфортабельных судов, имеющие специальную профилировку и форму лопастей, предназначенные для исключения кавитации и "пения" винтов на основных эксплуатационных скоростях хода (см., например, Ю.Л.Левковский, А.А.Русецкий, С. П. Чекалов "Проблемы обесшумливания гребных винтов подводных лодок", сб. докладов "Проблемы гидродинамики", изд. ЦНИИ им. ак. А.Н.Крылова, 1994).

Для уменьшения вибрации и шумоизлучения винтов их лопасти изготавливают из специальных сплавов или неметаллических материалов, например из стеклопластика. Однако эффективность снижения вибрации и шума движителей из сплавов сравнительно невелика, а движители с лопастями из стеклопластика, имеющие значительную эффективность, отличаются малой прочностью и поэтому применяются сравнительно редко.

Известен также гребной винт гидроустановки, в лопастях которого размещены вкладыши, предохраняющие лопасти от кавитационного разрушения, см. авт. свид. N 213620, 20.05.68 г., B 63 H 1/26, 1/18.

Однако указанная конструкция гребного винта-прототипа предназначена лишь для предохранения лопастей от кавитационного разрушения и практически не оказывает вибродемпфирующего эффекта, а также не позволяет уменьшить шум, возникающий из-за вибраций лопастей при работе гребного винта.

Заявляемое изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в снижении уровней вибраций лопастей и шума, обусловленных работой судового движителя. Для этого в известном судовом движителе, содержащем ступицу с установленными на ней комлями лопастей, заподлицо с обтекаемой поверхностью которых размещены вкладыши, каждый из которых выполнен из прикрепленной механически к лопасти вставки, составляющей часть по крайней мере одной из обтекаемых поверхностей лопасти, вставки размещены вдоль выходящей кромки лопасти, между контактными поверхностями каждой из вставок и лопасти помещена пленочная прокладка из вибродемпфирующего материала, размер вставки вдоль хорды профиля сечения лопасти составляет не менее 0,1 от длины хорды профиля, ее толщина составляет 0,1 - 0,5 соответствующей местной толщины профиля сечения лопасти, а суммарная длина вставок вдоль выходящей кромки лопасти составляет не менее 1/3 от ее длины, при этом в ступице образована ограниченная торцевыми фланцами кольцевая выемка, в которой размещены комли лопастей, соединенные со ступицей посредством пальцевых винтов, установленных под углом к оси движителя с возможностью прижатия каждого из комлей к поверхностям кольцевой выемки, фланцев и соседних комлей и с возможностью изменения и фиксации усилия их затяжки, а между указанными поверхностями контакта соседних комлей и комлей со ступицей размещена пленочная прокладка из вибродемпфирующего материала.

При этом вставки могут быть выполнены в виде части профилированного тела лопасти с ее выходящей кромкой и закреплены в продольной щели, образованной в каждой лопасти.

Указанные вкладыши могут быть выполнены в виде пакетов, составленных по крайней мере из двух вставок. Причем указанные пакеты включают в себя по крайней мере одну промежуточную пленочную прокладку из вибродемпфирующего материала между смежными вставками.

Предлагаемое устройство судового движителя позволяет существенно снизить уровни вибрации и шума, обусловленные гидроупругими колебаниями как лопастей в целом, так и выходящих кромок лопастей винта, вращающегося в набегающем потоке воды.

Указанный технический результат достигается благодаря совместному введению в предложенное техническое решение признаков, перечисленных в отличительной части формулы изобретения.

Сущность изобретения по предложенному устройству судового движителя на пример гребного винта поясняется фиг. 1 - 4.

На фиг. 1 показан общий вид лопасти движителя со ступицей и их сечения. Судовой движитель, например гребной винт, содержит ступицу 1 с установленными на ней комлями 2 лопастей 3, заподлицо с обтекаемой поверхностью которых размещены вкладыши, каждый из которых выполнен из прикрепленной механически к лопасти вставки 4, составляющей часть по крайней мере одной из обтекаемых поверхностей лопасти. Вставки размещены вдоль выходящей кромки лопасти, между контактными поверхностями вставки 4 и лопасти 3 помещена пленочная прокладка 5 из вибродемпфирующего материала. В ступице 1 имеется ограниченная торцевыми фланцами 6 кольцевая выемка, в которой размещены комли 2 лопастей 3, соединенные с фланцами посредством пальцевых винтов 7, установленных под углом к оси движителя. Между поверхностями контакта соседних комлей и комлей со ступицей размещена пленочная прокладка 8 из вибродемпфирующего материала. На сечении A-A фиг. 1 показан профиль лопасти, а на виде B - увеличенное изображение части профиля лопасти 3 с вставкой 4 и пленочной прокладкой 5 из вибродемпфирующего материала.

На фиг. 2 показано увеличенное изображение части профиля сечения лопасти 3 с вставкой 4, выполненной в виде части профилированного тела лопасти с ее выходящей кромкой и закрепленной в продольной щели, образованной в лопасти.

На фиг. 3 представлено увеличенное изображение части профиля лопасти 3 судового движителя, в котором вкладыши выполнены в виде пакетов, составленных по крайней мере из двух вставок 4 и 9.

На фиг. 4 показано изображение части профиля лопасти 3 с вкладышами, выполненными в виде пакетов, включающих промежуточную пленочную прокладку 10 из вибродемпфирующего материала между смежными вставками 4 и 9.

Механическое крепление вставок к лопастям на фиг. 1-4 условно показано в виде заклепок 11.

Показанные на фиг. 1-4 основные варианты предлагаемого устройства на примере гребного винта являются одним из примеров выполнения его конструкции и не охватывают все возможные варианты.

Вкладыши могут быть размещены как на обеих поверхностях лопасти - засасывающей и нагнетающей, так и на одной из них, в зависимости от конструкции судового движителя и условий его работы. Вставки могут изготавливаться из того же материала, что и лопасти, для исключения электрохимической коррозии, либо из другого, если это необходимо по условиям работы движителя. Пленочные прокладки могут изготавливаться из различных вибродемпфирующих материалов, например из полиизобутилена или пленок типа ВПНС. Механическое крепление вставок выполняется исходя из обеспечения прочности устройства и достижения эффекта демпфирования и может осуществляться посредством не только заклепок, но и, например, резьбовых соединений. Количество, размеры и размещение пальцевых винтов выбираются исходя из необходимости обеспечения надежного крепления комлей лопастей к ступице и достижения наибольшего вибродемпфирующего эффекта пленочной прокладки путем изменения степени ее сжатия.

Выбор размеров движителя должен производиться в каждом конкретном случае исходя из перечисленных в формуле изобретения конструктивных соотношений с учетом общих требований, обычно предъявляемых к гребным винтам и другим типам судовых движителей.

Работа судового движителя (гребного винта, рабочего колеса водомета или др.) предлагаемой конструкции, как и любого лопастного механизма, сопровождается воздействием на каждую лопасть гидродинамических усилий, возбуждающих ее интенсивные колебания. Колебания лопасти могут быть аппроксимированы как колебания консольной балки сложного сечения, закрепленной на ступице. Исследования, в том числе проведенные авторами, показали, что наибольшие амплитуды вибрации наблюдаются на конце лопасти вдоль ее выходящей кромки, т.е. на участках, имеющих минимальную толщину, а значит, и наименьшее механическое сопротивление по отношению к поперечным усилиям. Наибольшие напряжения при колебаниях лопастей возникают в их комлевых частях.

Поэтому размещение вкладышей, выполненных в виде вибродемпфирующих элементов, вдоль выходящей кромки лопасти, а также наличие вибродемпфирующих пленочных прокладок между комлями лопастей и между комлями и поверхностями ступицы, приводит к эффективному преобразованию энергии колебаний в тепловую энергию. В результате существенно снижаются уровни вибрации как выходящих кромок лопастей, так и лопастей в целом. Это приводит к эффективному уменьшению составляющих излучения гребного винта, обусловленных гидроупругими колебаниями выходящих кромок лопастей (кромочный шум) и лопастей в целом (резонансная составляющая шума).

Выбор соотношений между размерами лопастей и вставок произведен авторами исходя из известных физических закономерностей вибродемпфирования колеблющихся тел. Размеры, количество и порядок размещения вставок выбираются в каждом конкретном случае исходя из геометрии лопастей движителя.

Как показали результаты экспериментальных исследований, проведенных авторами на моделях лопастей гребных винтов, изготовленных согласно предложенному устройству, увеличение коэффициента потерь колебательной энергии в модели винта составило 5 - 7 раз, что привело к уменьшению вибраций лопастей на 14 - 16 дБ. Оценки показали, что на судах, оборудованных движителями предлагаемой конструкции, уровни вибрации и шума, обусловленных гидроупругими колебаниями лопастей и их выходящих кромок, могут быть снижены в 2 - 3 раза и более.

Предложенное устройство может быть использовано также для снижения вибрации и шума, возникающих при работе других типов лопастных механизмов как с вращающимися, так с неподвижными лопастями, обтекаемыми потоком, например, рабочих колес и статоров турбин, осевых насосов и т.д.