Wał śmigła: opis, charakterystyka, funkcja. Wał śmigła

Wał napędowy jest montowany w większości łodzi wyścigowych, sportowych i treningowych. Zadaniem mechanizmu jest wytworzenie określonej mocy z energii dostarczonej przez silnik. Siła skierowana jest na rzut ciśnienia oporowego w celu pokonania oporu wody na ruch statku.

Historia tworzenia

Stworzenie omawianego pierwiastka przypisuje się Archimedesowi. Bernoulli zaproponował użycie śmigła jako urządzenia napędowego w 1752 r. Pomimo tego, musiało upłynąć trochę czasu, aby maszyna zdobyła uznanie. Dopiero w 1836 roku brytyjski wynalazca F. P. Morgan, który wynalazł pierwszą turbinę wiatrową, opracował pomysł nowego mechanizmu. Smith skrócił spiralę Archimedesa do jednego obrotu.

Konstrukcja została zamontowana na parowcu o wyporności 6 ton. Po pomyślnym zakończeniu pierwszych prób Smith założył firmę, która zbudowała 240-tonową łódź. Parowiec wyposażony w parę maszyn roboczych (o łącznej mocy 90 KM). Jedyne śmigło miało średnicę dwóch metrów.

Cechy konstrukcyjne

Wał śrubowy jest zasadniczo pędnikiem reaktywnym, rozwijającym siłę ciągu w stosunku do mas wodnych wyrzucanych przez łopaty w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu statku wodnego.

Konstrukcja zespołu zawiera piastę z umieszczonymi na niej łopatami śmigła. Część łącząca jest określana jako korzeń ostrza. Część skierowana do łodzi to strona ssąca, a odwrotna to strona wydmuchująca. Punkt, w którym spotykają się dwie określone powierzchnie, stanowi krawędź ostrza, biegnącą wzdłuż jego konturu. Część skierowana do śruby napędowej w kierunku łodzi nazywana jest wargą wlotową, a przeciwległa strona nazywana jest wargą wylotową. Powierzchnie śmigła są złożonymi komponentami.

Główne parametry geometryczne

Poniżej przedstawiono podstawowe cechy geometryczne śrub napędowych do łodzi:

1. Średnica elementu (wielkość obwodu opisana przez najbardziej oddalone od osi obrotu krawędzie ostrzy).
2. Skok (odległość, jaką może przebyć element mocujący w sztywnej nakrętce, nie w wodzie).
3. Liczba i szerokość ostrzy.
4. Strona obrotu.
5. Obszar śmigła.
6. grubość i konfiguracja łopatek.
7. Rozmiar piasty według średnicy.

Wały śmigieł mają różne skoki w różnych częściach łopaty. W tym przypadku za główny wskaźnik uznaje się średni parametr mierzony w punkcie, w którym promień stanowi około 0,7 całkowitej wielkości. Liczba ostrzy - dwa, trzy lub cztery. Należy pamiętać, że śruby dzielą się na lewe i prawe kierunki obrotów.

Inne wymiary

Szerokość łopatki mierzona jest od krawędzi wlotu i wylotu przy tym samym promieniu (najczęściej w miejscu, gdzie parametr ten wynosi 0,7 całości). O całkowitej charakterystyce i osiągach wału śmigła decyduje przełożenie tarczy (powierzchnia wszystkich łopat śmigła do płaszczyzny prostopadłej do osi obrotu).

Przekrój poprzeczny łopatek może być kołowy, skrzydłowy lub klinowy. Te ostatnie stosowane są w statkach szybkobieżnych i regatowych z silnikami szybkoobrotowymi. Aby uzyskać niezbędną wytrzymałość ostrzy, największą grubość uzyskuje się u nasady, zmniejszając ją do pełnego punktu na końcu (0,2 do 0,05 mm). średnica piasty wynosi od 1,8 do 2,0 razy średnica śmigła.

sprawność wału śmigła

Śmigło, tworząc ciąg, przekształca tylko część energii otrzymanej od silnika w użyteczny kierunek. Wynika to z bezużytecznych kosztów:

• turbulencja przepływu;
• siła tarcia;
• skręty powstałe na krawędziach ostrzy itp.

W związku z tym moc pobierana na wał śmigła jest zawsze większa niż moc pobierana do napędu maszyny pływającej. Wydajność stosunek mocy śmigła do mocy silnika i jest współczynnikiem sprawności (EF). Nawet w najlepszych elementach parametr ten nie przekracza 1/3 mocy jednostki napędowej.

Obliczanie mocy

Sprawność pędnika łodziowego zależy głównie od prawidłowego obliczenia optymalnej relacji pomiędzy mocą silnika, prędkością obrotową pędnika, geometrią elementu i charakterystyką prędkości łodzi.

Obliczanie takich współczynników jest dość problematyczne. Dzieje się tak dlatego, że na dane liczbowe wpływają przyczyny subiektywne. Wśród nich:

• Wodoodporność układu napędowego;
• charakterystyka kadłuba;
• wielkość przepływu w stosunku do łopatek.

Montaż lub budowa łodzi sportowych i regatowych przez zawodników lub zespoły opiera się na uproszczonych obliczeniach. Jest tak dlatego, że samodzielne obliczenie optymalnych proporcji opisanych powyżej jest prawie niemożliwe.

Prędkość obrotowa

W łodziach turystycznych, których prędkość nie przekracza 20 km / h, dobre wyniki wykazują śruby o prędkości 600 do 1200 obrotów na minutę. Odpowiednio, im większa prędkość i moc łodzi, tym większe wymagane obroty śruby napędowej.

Średnie łodzie sportowe będą potrzebowały większego wału śrubowego. Z mocą łodzi 30-75 litrów.с. do 50 km/h, za optymalną prędkość śmigła uważa się 2-3 tys. obr. Zakres korzystnych prędkości obrotowych zmniejsza się wraz ze zmniejszeniem prędkości i wzrostem wydajności. Szybkie łodzie wyścigowe powyżej 70 km/h wymagają wałów śrubowych na łożyskach o prędkości obrotowej 4-5 tysięcy obrotów na minutę.

Kawitacja

Rewolucyjne śruby napędowe wyścigowych i najszybszych łodzi lub motorówek pracują w specjalnych warunkach. Charakteryzują się one zbieraniem wody na przedniej części łopatek. Zjawisko to nazywane jest kawitacją. Płyn jest odrywany od powierzchni śmigła, tworząc rodzaj bulgoczących pustek (kawern). Znacznie degradują one śmigło, często niszczą łopaty, prowadzą do erozyjnego zużycia dławnicy wału śmigła. Aby zminimalizować negatywne skutki kawitacji, stosuje się elementy klinowe.

Zakładając, że śmigło nie pracuje w wodzie, a raczej jako śruba w nakrętce, logiczne jest wyobrażenie sobie, że porusza się o jeden obrót śmigła. W praktyce osobliwości płynnego medium dokonują własnych regulacji, zapewniając mniejszy ruch (skok).

Materiał produkcyjny

W małych sportowych łodziach motorowych oraz łodziach i silnikach zaburtowych często montowane są aluminiowe wały napędowe. W tym przypadku przekrój poprzeczny u nasady ostrza jest grubszy niż w przypadku ich mosiężnych odpowiedników. Wersje aluminiowe są łatwe do odlania i łatwe do obróbki.

Ze względu na złożoność produkcji, na tego typu łodziach nie stosuje się pędników ze stali odlewanej. Czasami używają spawanych wersji stalowych, z kutymi piastami. Elementy ostrza są wycinane z blachy stalowej, krawędzie są ostrzone, a część jest gięta przy użyciu specjalnych szablonów. Gotowe półfabrykaty są spawane do piast, a następnie obrabiane i wyrównywane.

W celu określenia charakterystyki śmigła, skoku łopaty, eliminacji luzu śmigła i innych szczegółów, obrobiony element śmigła powinien zostać zmierzony. Odbywa się to w następujący sposób:

1. Umieść przygotowane śmigło na płaskiej powierzchni (arkusz sklejki lub tablica) ściśle poziomo.
2. Piasta musi idealnie pokrywać się ze środkiem obwodu zaznaczonego wcześniej na tablicy, którego średnica wynosi ok. 0,7 proporcji całkowitego śmigła.
3. Zmierz wysokości krawędzi nad narysowanym konturem za pomocą nawiasów kwadratowych.
4. Zaznaczono tam również dwa punkty, z których zmierzono określone odległości.

Śruby z regulowanym skokiem (ATP)

Na nowoczesnych łodziach z silnikiem piasty są stosowane raczej rzadko, choć niewątpliwie istnieją perspektywy ich dalszego rozpowszechnienia. Dzieje się tak dlatego, że możliwość zmiany położenia łopatek pozwala na jazdę do przodu, do tyłu lub zatrzymanie się bez konieczności cofania silnika. Przestawianie skoku zapewnia optymalne warunki pracy śmigła w odniesieniu do obciążenia, prędkości i innych czynników.

Konstrukcja agregatu hydraulicznego jest dość prosta:

• mechanizm przenoszenia siły z koła ręcznego sterującego do jednostki sterującej;
• piasta;
• ostrza;
• Obrotowy wysięgnik;
• wał drążony.

Najprostsza konstrukcja może być stosowana na średnich jednostkach wodnych z silnikami o mocy 70-100 KM i progiem prędkości do 25-30 km/h.

Ulepszone RTG mają hydrauliczny lub mechaniczny napęd do obracania łopatek. Napęd statku jest napędzany przez silnik elektryczny lub przez przystawkę odbioru mocy z wału. Modele te mogą być stosowane na wszystkich typach łodzi i pontonów, z wyjątkiem łodzi wyścigowych. W ostatnim przypadku nie ma to sensu, ponieważ zwiększony rozmiar piasty zmniejsza nieco wydajność w porównaniu z konwencjonalnymi wersjami, zaprojektowanymi dla jednej granicy prędkości.

Zalety i wady

Śmigło działa zgodnie z przeznaczeniem tylko wtedy, gdy obraca się z rosnącą lub ciągłą prędkością; w przeciwnym razie działa jako aktywny hamulec. Nie jest to szczególnie wygodne, zwłaszcza na imprezy sportowe. Sprawność śmigła tylko w teorii wynosi około 75%. Właściwie to nie przekracza 35%. Z drugiej strony, łopatka ma podobną sprawność do 60%.

Jeśli porównać śmigło i śmigło, to ten drugi wygrywa w użyteczności ze względu na swoją kompaktowość i lekkość. Uszkodzone koło jest łatwe do naprawy, ale jeśli śmigło jest zdeformowane, należy wymienić wał napędowy. Kolejną wadą jest duże zagrożenie dla życia morskiego, a także podatność (w porównaniu do innych pędników).

Jednocześnie elementy kołowe gwarantują większą zdolność holowania, co jest przydatne w przypadku holowników. Ale na wzburzonym morzu, szybko odsłaniają części robocze, co pomaga Nierównomierne zanurzenie elementów (jeden jest całkowicie w wodzie, podczas gdy drugi jest bezczynny). Taka sytuacja powoduje przeciążenie jednostki napędowej. To sprawia, że śruba napędowa nie nadaje się do statków nadających się do żeglugi. Wcześniej były one stosowane tylko dlatego, że nie było alternatywy. Układ śrubowy ma dużą przewagę w okrętach wojennych. Eliminuje to bowiem problem umieszczania dział artyleryjskich. Bateria może być zainstalowana na całej powierzchni bocznej. Dodatkowo kamufluje cel dla wroga, śmigło jest całkowicie jest zanurzony.

Aby to zakończyć

Największe wały napędowe mogą osiągnąć wysokość trzypiętrowego domu, a ich produkcja wymaga specjalnego sprzętu i umiejętności. Na przykład, gdy budowano parowce takie jak Great Britannia, wykonanie form zajmowało ponad tydzień. Nowoczesna technologia umożliwia wykonanie tego w ciągu zaledwie kilku godzin (przy użyciu robotycznego ramienia). Konfiguracja śmigła jest wprowadzana do programu komputerowego, po czym narzędzie diamentowe na końcówce manipulatora przygotowuje idealną kopię piankową. Gotowy model jest następnie osadzany w zaprawie piaskowo-cementowej, aby uzyskać jak najdokładniejszy wycisk. Gdy beton ostygnie, połówki są łączone i wlewany jest do nich roztopiony metal.

Śruba musi mieć wysoką wytrzymałość, aby wytrzymać ogromne ciśnienie i obciążenia, a także oprzeć się procesom korozyjnym w wodzie morskiej woda morska. Wały śmigieł wykonywane są z brązu, mosiądzu, stopów stali, kunyalu. Jeszcze niedawno stosowano do tego celu polimery nadstopowe.