Какие бывают винты на судах

Обновлено: 25.04.2024

Приобретение современного мощного мотора для лодки — не гарантия того, что на воде потенциал скрытых под капотом «лошадей» реализует себя в полную силу. Максимально эффективным комплект «судно + двигатель и поставленная цель (задача)» сделает грамотный подбор гребного винта. Как же выбрать оптимальную модель, которая позволит взять от мотора максимум и сохранить его моторесурс? На какие параметры ориентироваться? О чём спрашивать продавцов?

Ключевые характеристики гребного винта

Поскольку лодочные двигатели выпускают в большом разнообразии (производители, модели, мощность, типы), то и винты для них требуются не одинаковые. Гребные винты различают по шагу, диаметру, количеству лопастей, материалу, конструкции и диаметру ступицы и иным параметрам.

Конструкция и принцип работы винта

Основа работы винта — преобразование вращения гребного вала в силу, заставляющую судно перемещаться. Поэтому винт ещё называют движителем.
Прежде чем углубляться в тонкости выбора, начать следует с базовых параметров, а именно посадки на вал.
Существует два варианта соединения: шпоночное (на моторах небольшой мощности) или более распространённое шлицевое (у разных производителей количество шлицов гребного вала различаются).
Ступица должна входить по диаметру в обойму гребного вала; данный параметр у всех лодочных моторов тоже неодинаков.

Винт фиксируется на валу гайкой. Отвод отработанных газов в большинстве случаев идёт через ступицу, что повышает КПД. На «подвесниках» малой мощности при посадке гребного винта на шпонку выхлоп производится через отверстие под антикавитационной плитой.

Минимизировать для редуктора последствия ударов, наездов и вибрации помогает резиновая втулка-демпфер, находящаяся в некоторых винтах между ступицей и шлицевым валом. Через неё импульс вращения переносится от двигателя на движитель.

Cъёмная втулка — практичный способ экономно расширить диапазон рабочих режимов судна. Установив сменную втулку, достаточно просто менять лопасти разного шага и диаметра в зависимости от поставленной задачи.

Лопасти. Количество и форма

И количество лопастей, и форма влияют на эксплуатационные характеристики судна. С их увеличением растёт отношение диаметра к площади. Площадь действия сил, толкающих катер или яхту, становится больше, но усиливается также и сопротивление. Чем меньше лопастей, тем оно меньше.

Итак, обычное их количество в случае маломерного флота — 2–5; остальное встречается редко. Наиболее высоким КПД обладают двухлопастные пропеллеры. Однако их почти не используют (трудно обеспечить прочность лопастей): в основном на маломощных вспомогательных двигателях, устаревших моделях либо парусных яхтах. Словом, всюду, где нагрузка на винт минимальна.

Гребные винты с тремя лопастями — оптимальное решение в большинстве случаев, поэтому их устанавливают более чем на половине ПЛМ или двигателей с валолинией. Это обусловлено хорошими характеристиками работы пропеллера на всех оборотах, от малых до высоких.

Четырёхлопастной винт обладает лучшим балансом за счёт расстановки лопастей. Всё работает ровно, меньше проскальзывания, вибраций и больше упора на малых и средних оборотах. Такие винты облегчают и ускоряют выход в режим глиссирования при резком старте. Итак, в этих диапазонах большинство четырёхлопастных гребных винтов показывают результаты лучше, чем модели с тремя лопастями.

Винты с пятью лопастями актуальны для спортивных и гоночных катеров, оснащённых особо мощными двигателями, когда требуется реализовать избыточный потенциал последних.

Таким образом, для «обычной жизни» остаётся выбор: три или четыре, и споры между сторонниками одного и другого варианта бесконечны.

Не существует универсального ответа на вопрос «Какой гребной винт лучше?».
Эффективнее тот, что грамотно подобран для решения определённой задачи, поставленной перед конкретным комплектом.

Каковы основные отличия между данными модификациями? Трёхлопастные винты, как правило, позволяют развить большую скорость на максимальных оборотах, а расход топлива в таком режиме будет меньше.

Зато дальние переходы при крейсерском ходе (до 80% от номинальных оборотов) экономичнее с четырёхлопастным винтом. И при повышении нагрузки (буксировка лыжника или «ватрушки», лишние пассажиры на борту, внезапная волна) обороты не просядут благодаря хорошей «упираемости». Более уравновешенная работа мотора даёт возможность снижения минимальной рабочей частоты вращения, а хороший упор позволит идти в глиссирующем режиме при более низких оборотах.

Форма контура лопасти, как и их количество, также видна невооружённым глазом и тоже значительно влияет на КПД. Может быть симметричной или саблевидной (второй вариант встречается чаще, поскольку такая конструкция за счет более плавного входа в воду меньше подвержена кавитации и отличается меньшей вибрацией). Использование суженных к концам лопастей снижает трение, и это используется для винтов на скоростные суда.

Самое продуктивное соотношение тяги и скорости обеспечивают наиболее распространённые варианты контура: эллипс и «круглое ухо». Существуют многообразные различия и в профилях сечения лопастей.

Чем интенсивнее растут мощности моторов и быстроходность судов,
тем выше требования к особенностям геометрии гребных винтов.

Шаг. «Грузовой» и «скоростной»: в чём ошибка?

Шагом называют расстояние, которое винт за один оборот пройдёт в идеально твёрдой среде. Поскольку вода не даёт пропеллеру жёсткой связи, на практике он проскальзывает. Таким образом, реальный шаг винта всегда меньше теоретического. Коэффициент проскальзывания в разных ситуациях отличается. Максимальные показатели по этому параметру будут у пришвартованной лодки с работающим ПЛМ; минимальное скольжение — у глиссирующего на максимальной скорости лёгкого судна. По данному параметру определяют пригодность винта к комплекту.

Гидродинамика винта — тема замысловатая, а моделей с универсальным шагом не существует. Даже одному комплекту «лодка + мотор» понадобятся винты с разным шагом. Это позволит обеспечить оптимальную работу двигателя в разных условиях: пустое судно с одним рулевым либо группа пассажиров с грузом. Или буксировка воднолыжника.

Как правило, шаг подбирают таким образом, чтобы мотор при полностью открытой заслонке дросселя попал в рабочий диапазон оборотов (данные прописаны производителем в паспорте и индивидуальны для каждого мотора).

Часто владелец лодки выбирает винт с большим шагом, чтобы получить более высокую скорость. Но реальность эту теорию периодически опровергает. По разным причинам.

Различающаяся конфигурация лопастей двух современных винтов с заявленным шагом в 13” от разных производителей может сделать один экземпляр значительно «тяжелее» в работе, чем другой. Даже незначительное изменение диаметра винта также способно ощутимо повлиять на прирост оборотов. Поэтому любые расчёты и идеи относительно подбора винта требуют методичной проверки на воде.

Некорректно называть винт тяговым или скоростным. Они могут быть более скоростными или грузовыми лишь при сравнении одного с другим и оценке влияния на комбинацию «лодка + ПЛМ». Последних вариантов множество. И конкретный экземпляр винта на одном комплекте покажет себя более грузовым, а на другом — более скоростным.

Диаметр

В маркировке, нанесенной на винт, — это вторая единица параметров, требующая особого внимания и определяющая размеры гребного винта. Измеряется по окружности, описанной кончиками лопастей.

Диаметр зависит от размеров судна; он «в ответе» за упор, приёмистость мотора и коэффициент проскальзывания в воде. При сравнении винтов одинакового шага образец большего диаметра предотвращает проскальзывание под нагрузкой, даёт лучший упор и сильнее грузит двигатель.

Если говорить о соотношении шага и диаметра: на винтах «средней линии» чаще всего зависимость обратная — выше шаг, меньше диаметр. Но это обычно не касается пропеллеров «крайних размеров»: совсем миниатюрных или очень больших.

Современные модели для моторов большой мощности отличаются заметным отгибом выходящей кромки (интерцептором). Это работает так же, как закрылок самолётного крыла, только в воде: препятствует потере упора, позволяют уменьшить проскальзывание и в итоге увеличивает КПД. Кромка усиливает способность гребного винта захватывать жидкость. Особенно актуальна такая конструкция движителя для судов с большим углом ходового дифферента.

Для сравнения: аналогичные алюминиевые лопасти со слабо выраженным интерцептором или без такового будут просто резать воду без упора, а мотор с рёвом уйдет в «перекрут». Они имеют меньший отклик на действия судоводителя. К примеру, он немного прибавит газа, тахометр покажет рост оборотов, а скорость останется прежней. Или вырастет, но с задержкой: винт сначала будет буксовать.

Сталь или алюминий: что выбирать?

…Он постоянно упирается, толкая судно вперёд. Его подтачивают коррозия из-за непрерывного воздействия воды и кавитационная эрозия. Песок и камешки на мелководье работают как абразив. И это ещё если повезёт не столкнуться с препятствием!

Гребной винт с учётом требований производства и ремонтопригодности должен быть прочным, пластичным и стойко переносить вышеописанные трудности.

Этим требованиям вполне соответствуют алюминиевые сплавы разных составов, поэтому винты из них наиболее распространены.

Нержавеющая сталь также хороша для изготовления гребных винтов. На третьем месте — изделия из сплавов цветных металлов (многокомпонентная бронза и комбинации с алюминием).

Благодаря развитию химии для изготовления современных моделей применяют и композитные материалы. Их существенные характеристики таковы: невысокая стоимость, низкий КПД «благодаря» толстому профилю лопастей, ремонтонепригодность. Зато они абсолютно устойчивы к коррозии.

Некоторым компромиссом станет выбор очень твёрдого сплава алюминия. В литье и обработке он сложнее, но качества материала позволяют уменьшить толщину лопастей. Рабочие обороты вырастут, так как двигателю проще и легче «крутить» такой винт. Но твёрдость вкупе с хрупкостью тонких лопастей делает его расходным узлом. Последствия наезда на камень или вылета на мель суровы: лопасти выкрашиваются крупными кусками или просто выламываются…

Модели из нержавейки превосходят алюминиевые по всем статьям. Конечно, такой винт «быстрым» делает не сталь, а особенности конструкции, основанные на характеристиках материала.

Они лучше держат геометрию, в целом более сбалансированы; металл крепче и твёрже, за счет чего лопасти можно делать тоньше, а угол их наклона — больше. Потери на трение уменьшаются благодаря высокой чистоте обработки поверхности и точности профилировки. В целом это даёт наилучшие гидродинамические характеристики.

Правда, иногда «излишняя» прочность невыгодна. В момент встречи мотора с подводным препятствием винт, несмотря на демпфер, выстоит и передаст импульс удара на более слабые узлы: корпус, вал, редуктор, шестерни.

А ключевой сдерживающий фактор при выборе материала — стоимость.

Методика подбора лодочного винта

Вопрос краеугольный: зачем его менять? Обычно производитель мотора устанавливает на него некий винт. Задача судовладельца — понять: требуется ли замена в принципе? Что конкретно не устраивает в работе имеющегося? Позволит ли новый винт улучшить показатели?

Без тахометра на эти вопросы не ответить, оптимальный гребной винт не подобрать.

Измеряем количество оборотов, делаем расчёты и выводы

Первый шаг к новому винту — измерить характеристики его предшественника, поставляемого с завода. После того, как сняты показания тахометра на данном комплекте «судно + мотор», следуют предварительные выводы: какие шаг, диаметр, форма лопастей подойдут для конкретных катера или лодки. Не помешают и промежуточные измерения (скорость, количество оборотов) с момента выхода в глиссирующий режим и далее, до момента, когда двигатель раскрутится до максимума. С интервалом каждую тысячу оборотов.

Как анализировать полученные данные? «Недокрут», когда ПЛМ не развивает рекомендуемые максимальные обороты, характерен для тяжёлых лодок с небольшим движком или использовании винта с излишне большим шагом. Его называют гидродинамически тяжелым (к его физической массе это не относится). «Недокрут» чреват повышенными нагрузками на все узлы и невозможностью реализовать потенциал двигателя.

«Перекрут» (переход за предельно допустимое количество оборотов — мотор идёт «вразнос») не менее вреден для двигателя, эксплуатация в режимах работы выше расчётных противопоказана. «Лёгкий» гребной винт нехорош даже на средних оборотах. Повышенный расход топлива и низкая скорость увеличивают время пути и снижают моторесурс.

Изменение шага винта в большую сторону на один уменьшает количество оборотов в минуту на 200-300. И наоборот.

· «перекрут» и «недокрут» на максимальном газе снижают моторесурс и КПД двигателя
· шаг больше — обороты ниже; шаг меньше — обороты выше (изменение на 1 дюйм — изменение примерно на 200–300 об/мин).

Кроме шага, меняется и диаметр, причём его влияние на количество оборотов очень заметно: полдюйма туда или сюда «дадут» 400-500 об/мин. Увеличение убавляет количество оборотов, уменьшение повышает.

Если же судно развивает оптимальную скорость, при этом мотор нормально развивает максимальные обороты и не перекручивает на открытой дроссельной заслонке, — можно делать вывод: винт подобран верно. КПД достаточно высок, потенциал комплекта реализован полностью. Следовательно, данный винт в замене не нуждается.

Испытания. Ожидания и реальность

Подбирая винт, каждый судовладелец преследует конкретную цель. Это может быть высокая крейсерская скорость либо уверенное движение катера при буксировке лыжника и т.п. Скоростные модели имеют более узкое поле применения, а винт меньшего шага может использоваться как запасной или в качестве тягового, когда на борту много груза или пассажиров.

Сравнение гребных винтов Baeksan для лодочного мотора Yamaha 9.9–15

Конечно, всегда будет хотеться чего-то лучшего, к тому же на практике всегда существуют какие-то досадные «мелочи». То медленно разгоняется; то на глисс с лишним пассажиром выходит мучительно… Предела совершенству нет. Однако на поведение судна оказывают влияние не только очевидные параметры винта (шаг, диаметр, форма/площадь/количество лопастей), но и более тонкие его нюансы: толщина входящей кромки, наличие интерцептора и т.п. Таких «мелочей» очень много, и далеко не все очевидны.

Не стоить верить в миф «оригинальные винты лучше». Производитель моторов не всегда разрабатывает винты и участвует в их конструировании, расчётах, испытаниях. Чаще всего фирмы просто заказывают винты с собственным логотипом у завода-изготовителя. А уж там выпускают продукцию под разнообразными торговыми марками.

Движителями называются специальные устройства, преобразующие механическую работу судовой силовой установки в упорное давление, преодолевающее сопротивления и создающее поступательное движение судна.

На судах в качестве движителей применяются: гребные винты, крыльчатые движители и водометные движители. Находят применение также паруса, гребные колеса и другие движители.

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.

Наиболее распространенными благодаря простоте устройства и работы, компактности, надежности в эксплуатации и наибольшему коэффициенту полезного действия являются гребные винты. В зависимости от конструкции их подразделяют на два типа: цельные винты (ступица с лопастями изготовляется совместно) и винты со съемными лопастями , применяемые на судах, плавающих во льдах. Такие винты называются винтами фиксированного шага, а винты, имеющие механизмы, поворачивающие лопасти в ступице и изменяющие шаг винта, называются винтами регулируемого шага.

Шагом винта называется путь в направлении оси, который проходит любая точка поверхности винта за один его оборот.

Гребные винты фиксированного шага — ВФШ (рис. 27) изготовляют цельными (одной деталью), литыми, сварными или штампованными, и они состоят из следующих основных элементов: ступицы, представляющей собой втулку, наеаживаемую на конус шейки гребного вала, и лопастей (от 3 до 6), радиально расположенных на ступице. Нижняя часть лопасти, соединяющая ее со ступицей, называется корнем лопасти; верхняя часть — вершиной или концом; поверхность лопасти, обращенная в сторону корпуса судна, носит название засасывающей поверхности, обратная поверхность — нагнетающей, которая в большинстве случаев представляет собой правильную винтовую поверхность. Пересечение этих двух поверхностей образует кромки лопастей.

Рис. 27. Гребной винт фиксированного шага (ВФШ) и схема создания упорного давления элементарной площадкой лопасти винта.

Диаметром гребного винта D называется диаметр окружности, описанной вершиной лопасти. Диаметр винта крупных судов доходит до 6,0 м и более.

Применяют гребные винты правого и левого вращения, их различают по общим правилам: если винт завинчивается вращением по часовой стрелке, то он называется винтом правого вращения, а если против часовой стрелки — винтом левого вращения.

При вращении винта его лопасти отбрасывают массы воды в одну из сторон. Реакция этой воды воспринимается нагнетающей поверхностью лопасти, создающей упор винта, который через ступицу и гребной вал передается на упорный подшипник, преобразуясь в силу, движущую судно.

Чтобы понять, как возникает упорное движение при вращении винта (рис. 27), рассмотрим те силы, которые действуют при этом на элементарной площадке его лопасти, двигающейся по окружности со скоростью v 0 И одновременно перемещающейся вместе с судном со скоростью v 1 . Угол а, образовавшийся между результирующей этих сил v и хордой рассматриваемой элементарной площади лопасти, будет углом атаки, создающим на ней подъемную силу R. Если разложить эту силу на составляющие, то одна составляющая —сила Р, действующая по направлению движения судна, и будет силой-упора, а вторая—сила T, действующая по окружности в сторону, обратную вращению винта, создает момент относительно его оси, который преодолевается судовым двигателем.

Рис. 28. Гребной винт регулируемого шага (ВРШ) с поворотношатунным механизмом изменения шага. 1 — лопасти винта; 2— ступица; 3— гребной вал; 4 — ползун со штангой; 5 — палец шатуна; 6 —подшипник лопастной заделки; 7 — обтекатель винта.

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 (одна из которых—поворотно-шатунная—приведена на рис. 28), 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 к. п. д. винта.

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

Рис. 29. Крыльчатый движитель: а — конструктивная схема; б — размещение движителя на судне. 1 — несущий диск; 2 — поворотные лопасти; 3 — ведомая шестерня, приводящая во вращение диск; 4 — гидравлическое устройство управления маятниковым рычагом; 5 — маятниковый рычаг, изменяющий положение лопастей вокруг своей оси; 6 — гребной вал с ведущей конической шестерней.

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

Крыльчатый движитель (рис. 29) представляет собою конструктивное устройство, состоящее из горизонтально вращающегося цилиндра с вертикально расположенными на нем 6—8 лопастями мечевидной, обтекаемой формы, поворачивающимися вокруг своих осей маятниковым рычагом, управляемым из рулевой рубки.

При вращении диска на лопастях, как на крыле, возникает подъемная сила, составляющая которой создает упорное давление. При повороте лопастей изменяется величина упора и его направление, что дает возможность варьировать направление движения судна без помощи руля (на судне с этим движителем руль не устанавливается), а также величину упора движителя от «Полного вперед» до «Полного назад» или останавливать судно, не изменяя скорости и направления вращения (без реверса) главной силовой установки.

К. п. д. крыльчатого движителя почти равен к. п. д. гребного винта, но крыльчатый движитель значительно сложнее по конструкции. Выступающие лопасти часто ломаются. Однако в последнее время этот движитель находит все более широкое применение, обеспечивая судам хорошую маневренность, позволяющую им свободно работать в узкостях.

Водометный движитель относится к серии водопроточных движителей. Современные водометные движители делают трех типов: с выбросом водяной струи в воду, в атмосферу и с полуподводным выбросом.

Гребной винт работает как насос, засасывающий воду в канал через трубу, проходящую в днище корпуса впереди винта. Для защиты от попадания на винт посторонних предметов в начале канала укрепляется защитная решетка.

Для уменьшения потерь от закручивания гребным винтом водного потока и повышения к. п. д. движителя за винтом устанавливается контрпропеллер. Направление хода судна изменяется перекладкой реверс-руля.

Коэффициент полезного действия такого движителя составляет только 35—45%, а отсутствие всяких выступающих частей в подводной части судна обеспечивает ему большую проходимость на мелководье, в узкостях и на засоренных фарватерах. Для судна с таким движителем не являются препятствием даже плавающие предметы, через которые оно свободно переходит.

Перечисленные преимущества водометного движителя сделали его применение особенно удобным на речных судах, в первую очередь на лесосплаве.

В последние годы водометные движители стали применяться и на быстроходных судах, таких, как суда на подводных крыльях, развивающие скорость хода до 95 км/час.

Использование современных паровых и газовых турбин позволяет успешно применить водометные движители на крупных морских судах, где по расчетам пропульсивный к. п. д. может достичь около 83%, что на 11% выше пропульсивного коэффициента гребного винта, запроектированного для того же судна.

К недостаткам судов с этим движителем следует отнести потери судном грузоподъемности на величину веса прокачиваемой воды и потери объема внутренних помещений, занимаемого каналом.

Важное

Ходовые испытания подлодки "Алроса" продолжились

Важное

На "Севмаше" внедряют еще один метод для ускорения производства подлодок

Важное

Источник рассказал о возможном увеличении количества атомных подлодок нового поколения

Гребной винт, конструкция, виды, принцип и механизм работы.

Гребной винт – это устройство, чье прямое предназначение состоит в создании упорного давления, необходимого для приведения в движение судна.

Гребной винт судна:

Гребной винт – это устройство, чье прямое предназначение состоит в создании упорного давления, необходимого для приведения в движение судна . Достигается этот результат за счет простых физических процессов: вращающийся вал двигателя преобразуется в силу, толкающую водный транспорт, на котором он размещен, что и обеспечивает движение судна.

Если рассмотреть это подробно, то при вращении гребного винта каждая лопасть захватывает массу воды и отбрасывает её назад, сообщая ей заданный момент импульса, – сила реакции этой отбрасываемой воды передаёт импульс лопастям винта, лопасти , в свою очередь, – гребному валу посредством ступицы, и гребной вал, далее, – корпусу судна посредством главного упорного подшипника.

Решение такой задачи (обеспечение движения судна) дало гребному винту еще одно название – движитель, а от того, какого он вида, из какого материала сделан и какую конструкцию имеет, зависит скорость и тип хода транспорта.

Принцип и механизм работы гребного винта:

Основа механизма работы гребного винта – преобразование вращения вала двигателя судна в силу, заставляющую его двигаться, т.е. создание из толщи воды своеобразного упора, от которого как обычная лодка, так и многотонный крейсер могут оттолкнуться и начать (а в дальнейшем – продолжать) ход.

Главная составляющая винта – лопасти, от правильного расположения которых зависит ход машины. Когда конструкция начинает вращение, на поверхности лопастей создаются определенные силы:

– на стороне, обращенной по ходу движения (засасывающая), возникает разрежение;

– на стороне, расположенной против хода (нагнетающая) – увеличенное давление водной массы.

Разница в получаемом с разных сторон давлении и образует искомую силу (Y), имеющую название подъемной. Она, в свою очередь, состоит из сил, направленных в сторону движения машины (Р) и перпендикулярно к самому судну (Т), благодаря чему:

– достигается нужный упор для работы винта ;

– образуется крутящий момент, чье преодоление возложено на двигатель .

Большое значение имеет и угол атаки профиля лопасти (α), который должен находится в пределах 4-8 градусов. Угол атаки – это угол, образующийся между вектором скорости потока воды, надвигающейся на лопасть, и самой поверхностью нагнетающей лопасти. Повышение этого значения приведет к увеличению крутящего момента, а значит, производительность двигателя будет затрачиваться впустую. При снижении возникнет обратная ситуация: уменьшатся подъемная сила и упор, что приведет к недоиспользованию мощности двигателя.

Характеристики. Лопасть гребного винта. Схема сил и скоростей на лопасти гребного винта:

На указанном рисунке показаны схема сил и скоростей на лопасти гребного винта правого вращения, где:

Р – сила, создающая упор гребного винта,

Т – сила, образующая крутящий момент,

Y – подъемная сила,

W – скорость потока воды,

V_а – скорость поступательного перемещения,

V_r – окружная скорость винта. V_r = 2·π· r·n. Таким образом, чем больше значение r гребного винта, тем больше окружная скорость V_r, а следовательно, и суммарная скорость W,

r – радиус гребного винта,

n – число оборотов гребного винта, об/сек,

Н – шаг винта. Шагом винта называется перемещение любой точки лопасти вдоль оси за один полный оборот винта,

H·n – теоретическая скорость перемещения винта вдоль оси. Она представляет собой произведение шага винта на число оборотов.

Конструкция винта:

Обязательная часть конструкции гребного винта – наличие лопастей и ступицы, на которых они расположены. Для получения нужного угла атаки и работы винта установка лопастей на ступицы проводится:

– с равным расстоянием между ними,

– с одинаковым углом поворота относительно плоскости вращения.

Сами же лопасти могут иметь малое или среднее удлинение, в зависимости от размера и конструкции машины, на которую будут устанавливаться движитель. Для того, чтобы винт пришел в движение, его насаживают на гребной вал, вращение которого обеспечивает двигатель машины посредством ступицы. При вращении лопасти захватывают воду и отбрасывают ее, в результате чего образуются нужные физические силы и импульсы , упор воды и, как следствие, корпус водного транспортного средства начинает ход при помощи упорного подшипника.

Количество лопастей гребного винта:

Основной разницей в конструкции гребных винтов является количество лопастей, обеспечивающих коэффициент полезного действия (КПД) устройства . Так, наиболее высоким КПД обладает движитель, имеющий всего две лопасти, но он эффективен лишь при малых дисковых отношениях (около 0,5). При повышении шага дисковых отношений до 1-1,5 (отношение площади спрямленных лопастей к площади самого диска) обеспечить прочность лопастей очень сложно, поэтому используют их лишь на водных судах, где нагрузка на винт приближена к минимальной (гоночные яхты) или винт используется как вспомогательное средство движения (парусно-моторные суда).

На малых судах наибольшее распространение получили гребные винты, имеющие 3 лопасти. Четырех и пяти лопастные движители применяются обычно на крупных водных судах, океанских лайнерах, где их основными задачами считаются не скорость хода транспорта, а обеспечение тишины и уменьшение вибрации.

Диаметр гребного винта:

Диаметр гребного винта определяется по диаметру окружности, которую описывают концы лопастей, расположенных на движителе. В зависимости от размеров судна, для которых они предназначены, размер диаметра может колебаться от нескольких десятков сантиметров до 5 метров.

«Гигантами» последнего типа обычно оборудуют океанские лайнеры, для приведения в движение которых требуются значительные размеры винтов и затраты соответствующих физических сил.

Интерцептор гребного винта:

Название этой части конструкции переводится как «захватчик» и полностью его оправдывает. Интерцептор – это загнутая кромка, расположенная по исходящей траектории лопасти на гребном винте, а ее основное предназначение состоит в повышении способности движителя к захвату жидкости . Наличие интерцептора весьма актуально на судах, где мотор установлен очень высоко и ходовой дифферент имеет большие углы.

Также установка «захватчика» позволяет:

– дополнительно поднять нос судна, если он установлен на линиях угла наклона лопастей;

– повысить шаг лопасти при установке его на внешней и исходящей кромках.

Важный нюанс: установка интерцептора уменьшает количество оборотов винта в среднем на 200-400 в минуту, что требует соответствующего снижения шага в среднем на 1-2 дюйма.

Другие важные параметры и показатели работы гребного винта:

От скорости вращения движителя зависит интенсивность хода судна, на котором он установлен, но и этот параметр имеет оптимальные показатели. В среднем это до 300 оборотов в минуту, для крупных лайнеров оптимальны показатели не выше 200. Обусловлено это тем, что высокие скорости увеличивают износ деталей двигателя, ощущающих наибольшую нагрузку, а это приводит к поломкам, незапланированным ремонтам или окончательному прихода в негодность дорогостоящего механизма.

Устанавливать ось вращения гребного винта рекомендуется в горизонтальной плоскости, это улучшает параметры его работы. При наличии наклона гребного вала возникает «косой» поток воды, обтекающий лопасти, в результате чего производительность движителя снижается, и чем выше этот угол, тем больше снижение КПД. Первые потери мощности ощутимы уже при появлении разницы в 10 градусов.

Особого внимания требует оснащение крупных и тяжелых водных судов, используемых в промышленности или обороне. Так, для танкеров, атомных ледоколов , авианосцев и прочих судов большого водоизмещения актуально наличие и возможность передачи высокой мощности. Для этого их оборудуют двух или трех вальными установками, а также устанавливают по несколько винтов. Чаще всего это 4 движителя, расположенные симметрично. Одним же из важных параметров винтов для арктических ледоколов считает прочность, т.к. они должны иметь возможность дробить толщи льда при движении не только вперед, но и назад.

Виды гребных винтов:

Видов гребных винтов очень много. Они могут изготовляться из разных материалов ( сталь , бронза, латунь, чугун, пластмасса ), иметь разную конструкцию (цельнолитую, со съемными или поворотными лопастями), а также другие принципиальные отличия, влияющие на их работу и, непосредственно, движение судна, на котором они установлены.

Еще один параметр различия гребных винтов – возможность управления углом атаки лопастей движителя. По этому принципу они разделяются на винты фиксированного шага и винты регулируемого шага.

Винты фиксированного шага:

Винты фиксированного шага (ВФШ) – это движители, которые имеют единственный и постоянный угол установки лопастей, что обусловлено способом их производства. Такие движители отливают цельными, поэтому они имеют небольшие габариты и вес. Устанавливают их преимущественно на машинах малого водоизмещения:

– морских судах , предназначенных для торговли;

– кораблях, требующих увеличенной прочности винта и прочих.

Движение таких судов предполагает длительный ход в одном направлении, поэтому маневренность винтов фиксированного шага как основная характеристика отходит на второй план.

Разновидность данного механизма – винты со съемными лопастями. Их шаг остается фиксированным, но конструкция предполагает не литое изготовление, а крепление лопастей к диску движителя в одной позиции. Это дает возможность замены при поломке отдельных деталей (лопастей), а не всего устройства, и позволяет изготавливать прочные движители с большим диаметром, цельное литье которых достаточно затруднительно.

Винты регулируемого шага:

Винты регулируемого шага (ВРШ) предполагают возможность изменения поворота лопастей в ступице. Крепление составляющих винта производится таким образом, что благодаря особому приводу лопасти могут вращаться вокруг своей оси и, при необходимости, менять угол атаки. Достигается эта возможность приводом, известным как механизм изменения шага (МИШ).

Механизм изменения шага может быть:

В состав механизма изменения шага (МИШ), за исключением ручного, входят: механизм поворота лопастей, размещаемый, как правило, в ступице винта; сервомотор, создающий усилия для поворота лопастей и располагаемый на участке между гребным валом и главным двигателем; обратная связь или устройство, показывающее величину нового шага винта.

В свою очередь, механизм поворота лопастей, являющийся составной частью механизма изменения шага, может быть:

– зубчатым – используется на винтах малых диаметров и на судах , не предполагающих развитие высоких мощностей;

– кривошипным – отличается высокой степенью надежности и прочности, применяется на напряженных конструкциях, высокооборотных винтах и пр.

Размещается механизм поворота лопастей внутри ступицы гребного винта, что отражается как на ее размерах, так и на габаритах самого винта.

Самым часто используемым приводом считается гидравлический привод управления винтами регулируемого шага. В нем поворот лопастей производится за счет воздействия жидкостей с малой вязкостью, а само устройство механизма отличается сравнительной простотой. Еще одно преимущество гидравлики – возможность создавать большие рабочие мощности даже на маленьких и легких движителях.

За счет управления винтом дистанционно, непосредственно с ходового мостика, облегчилась и координация движения самого судна. Применение же небольших, но мощных и крепких, движителей даже на габаритных судах улучшило их ходовые качества и маневренность, позволили скоординировать шаг винта с любой скоростью машины. В результате таких действий производительность гребного винта увеличивается в несколько раз, а это снижает общие затраты на эксплуатацию судна.

Преимущества и недостатки гребных винтов:

Несмотря на технические достижения, гребной винт не является идеальным механизмом. Так, его работа в качестве движителя возможна лишь при условии, что скорость его вращения будет постоянной или увеличивающейся, в противном случае лопасти, сталкиваясь с толщей воды, будут выполнять роль тормоза, причем достаточно активного.

Хотя теоретические расчеты коэффициента полезного действия движителя достигают показателей 75 %, он не способен достичь этих параметров, и они обычно находятся в пределах 30-50 %. Создать же идеальный винт с КПД в 100% невозможно, т.к. его работа зависит от условий окружающей среды, которые постоянно изменяются.

Интересный факт: хотя гребной винт значительно облегчил человеку управление водными судами и позволил двигаться на машинах значительных габаритов, его КПД все же уступает обыкновенным веслам, параметры которых достигают 60-65%. Если же сравнивать движитель с гребным колесом, то преимущество все же за механическим устройством (гребным колесом): его производительность выше, а габариты и вес – меньше. Однако в случае повреждения ремонт гребного колеса провести не только возможно, но и проще. Ремонт же цельнолитых гребных винтов невозможен, а сборных требует наличия соответствующего оборудования, навыков и проводится исключительно в условиях дока.

К преимуществам механического движителя (гребного колеса) стоит отнести его меньшую уязвимость, которую обеспечивают размеры и материал, их которого он изготовлен, т.е. ломаются они в несколько раз реже. При этом он более безопасен для жителей водного мира и оказавшихся за бортом людей. Что касается оборонной и военной промышленности, то здесь несомненное лидерство именно за гребными винтами. Так, помещение движителя под воду позволило использовать в военных целях всю поверхность имеющихся палуб, а также практически исключило возможность попадания по движителю снарядов неприятеля.

История изобретения и модернизации гребных винтов уходит корнями в глубокую древность, но лишь с развитием технического прогресса человечество смогло получить механизмы, прототипы которых используются по сей день. Однако эта отрасль промышленности продолжает совершенствоваться: ученые и изобретатели ищут сплавы и материалы для повышения производительности движителей и разрабатывают конструкции, способные устранить или уменьшить их недостатки.

гребной винт для лодочного мотора судов судна solas suzuki катера хонда спб меркурий чертеж меркури цена ветерок
лодочный купить гребной вращение винт ямаха сузуки тохатсу 9 11 4 5 6 7 8 9 9.8 9.9 10 11 15 30
расчет диаметр лопасть защита изготовление производство размеры характеристики вал гребного винта
ремонт гребных винтов

Мы не можем представить современную лодку без хорошего дизельного или бензинового мотора и мощной судовой колонки-редуктора. Однако катер не сделает ни шагу вперед без одного маленького, но очень важного фрагмента. Конечно же речь пойдет про судовые движители и типы гребных винтов.

Пропеллеры — вещь индивидуальная. Они различаются сразу по нескольким критериям, обладают своей собственной маркировкой. Давайте разберемся в теме подробнее. Быть может, кому-то действительно поможет эта небольшая статья, и грамотных судовладельцев станет больше.

Баланс, баланс, баланс. Всё заключается в этом правиле золотой середины. Современные производители судовой техники настоятельно предписывают комбинировать несколько ключевых факторов: тип лодки, вид двигателя, особенности редуктора и гребные винты.

В прошлых статьях мы говорили, что сотрудничество верфей и компаний, создающих силовые установки, не случайно. Благодаря такой тесной коммуникации при производстве получается действительно превосходный по качеству продукт.

Как с моторами, так и с движителями условия одинаковые: мощный двигатель подходит под резвый редуктор с особыми винтами. Подберешь сверхсильную технику, и яхта взлетит в небо.

Никто удовольствия от управления не получит. Опасно ли это? Да, перевернуться на воде, мы полагаем, точно никто не хочет. Особенно если это происходит вдали от берега. От правильно подобранного оборудования зависит многое, если не всё. С гребными винтами ситуация ровным счетом та же.

Чтобы точно определить, какой пропеллер вам нужен, необходимо не только отталкиваться от теоретической базы, но и пробовать, проверять, как катер ведет себя на воде. Если вы не уверены в собственных силах, то лучше, оставить это дело профессионалам, которые обладают опытом и компетентностью. Но если вы всё-таки решились действовать в отрыве, то мы постараемся немного помочь.

Количество лопастей

Когда мы смотрим на винт, сначала обращаем внимание на внешний вид, цвет, форму. Самое очевидное, что может заметить любой человек, даже не причастный к водному спорту, — это количество лопастей. Они могут выглядеть по-разному: здесь и изгибы, и желобки, и направление от центральной оси.

Лопасть — основная часть, которая выполняет практически всю работу. Количество лопастей на гребных винтах , встречающееся в современном прогулочном транспорте, как правило, варьируется в диапазоне от 2 до 4 единиц, реже можно увидеть 5 и более. В коммерческом флоте бывают 6- и 7-лопастные, но это уже экзотика.

2-лопастной гребной винт изготавливается для днищевых яхтенных колонок (например для SailDrive Volvo Penta ). Он состоит из сплавов бронзы и алюминия и применяется в соленой воде. На легких «моторках» с парусом и небольших катерах в Средиземном море — это самый распространенный пропеллер. Простой, удобный и доступный по цене.

3-лопастные движители имеют не менее хорошие показатели полезного действия (КПД), но больше подвержены воздействию кавитации. Поэтому используются в комбинации с антикавитационными плитами на яхтах всех типов.

При одинаковых диаметрах 4-лопастной гребной винт ощутимо снижает вибрацию и может переработать большую мощность, снимаемую с мотора и редуктора.

Судовая техника с 5 лопастями позволяет увеличить полезное действие колонки без изменения (увеличения) диаметра самих гребных винтов. Отличный вариант для борьбы с раздражающей вибрацией. Существенно снижается шум, а работа оптимизируется, уменьшая топливные потери.

Откидка и диаметр

Угол откидки измеряется отношением между лопастью и ступицей. Ступица — это центральная часть винта, его ось вращения. Опять же тут всё не так просто. Положительный наклон увеличивает КПД, отрицательный — прочность. На повышенных оборотах гребные винты испытывают серьезные нагрузки, поэтому необходимо устанавливать пропеллеры с отрицательным углом.

Существуют модификации без угла наклона лопасти. При высокой нагрузке сохраняется прямой угол между ступицей и лопастью. Перпендикулярное положение при небольших нагрузках обеспечивает продолжительный срок службы и минимизирует кавитационную эрозию.

Из курса школьной геометрии вспомним, что такое диаметр. Сейчас важно понять, как он влияет на выбор движителя для нашей лодки. При подборе следует руководствоваться правилом: чем больше обороты гребного вала , тем меньше диаметр, и наоборот. Для быстроходных глиссирующих судов подойдут скромные по габаритам пропеллеры, а для крупных тихоходных — большие.

Одна из наиболее актуальных тем в кругу водномоторников – это подбор гребного винта. Какие преимущества даёт оптимальный винт? Подбор - насколько это дорого? Что обозначают числа на ступице винта?

Мы постараемся получить сегодня исчерпывающие ответы на эти и другие вопросы:

Для чего нужно подбирать гребной винт?
Разновидности гребных винтов.
Маркировка винтов.
Расчет гребного винта.
Выбор оптимального винта.
Рубрика «вопрос – ответ»

Для чего нужно подбирать гребной винт?

лучший выход на глиссирование;
максимальные обороты двигателя в пределах, установленных заводом - изготовителем;
максимальная скорость либо грузоподъёмность (в зависимости от требуемого результата).

экономии топлива;
увеличению ресурса мотора;
снижению шумности двигателя.

Разновидности гребных винтов

шагу (расстоянию, которое проходит винт за один оборот без учёта скольжения);
диаметру (окружности, описываемой наиболее удалёнными от центра точками лопастей);
дисковому отношению (отношению суммарной площади лопастей к площади круга с диаметром, равным диаметру винта);
количеству лопастей (обычно 3, реже 4 или 2);
материалу (сталь углеродистая и нержавеющая, алюминиевый сплав, пластик);
конструкции ступицы (резиновый демпфер, сменная втулка, сменные лопасти);
конструкции ступицы (выхлоп через ступицу или под антикавитационной плитой);
диаметру ступицы;
количеству шлицов втулки.

Маркировка винтов

Наносится на ступицу или лопасти, используются дюймовые размеры.

Обычно выглядит следующим образом:

11 ¼ х 15 – G – такую маркировку наносит на свой винт Ямаха.

Первое число обозначает диаметр лопастей, второе число – шаг винта.

Некоторые производители добавляют в маркировку количество лопастей и направление вращение винта, например:

13 х 19 3RH, или 3 х 10-3/8 х 11 R, где цифра «3» - количество лопастей, RH или R – правое вращение.

Если на винт нанесен только номер по каталогу, например, 3231-100-15, то расшифровка пишется на упаковке:

Material: Stainless Steel
Pitch (шаг): 15
Blade (лопасти):
Diameter: 10
Engine (мотор): Yamaha

Расчет гребного винта

Для точного расчета необходимо знать:

Размерения судна
Килеватость
Водоизмещение
Размерения в зоне ватерлинии
Наличие и расположение реданов
Мощность и максимальные обороты двигателя
Редукцию и многие другие параметры.

Наша задача – научиться рассчитывать с приемлемой точностью требуемые параметры алюминиевого винта под имеющуюся глиссирующую моторную лодку, располагая минимумом информации.

Для этого нам понадобятся следующие данные:

Желаемая максимальная скорость. Указывается в паспорте на лодку или берется от аналогичных комплектов. Естественно, не стоит указывать скорость 70 км/ч, имея мотор 30 л/с на прогулочной лодке, нужно рассматривать реальные значения.
Обороты максимальной мощности двигателя. Указаны в табличке, размещенной на струбцине мотора либо в моторном отсеке. Также данные присутствуют на сайтах продавцов лодочных моторов.
Передаточное отношение редуктора (узнаём из инструкции к мотору или из Интернета).

Для расчета шага скоростного винта используем соотношение:

H = 750V/n, где V – скорость в км/ч, n – число оборотов гребного вала.

В качестве примера приведём расчеты для килеватого глиссирующего корпуса длиной 17 футов с подвесным мотором Suzuki DF90ATL.

Максимальная частота вращения коленчатого вала: 5300 – 6300 оборотов в минуту;
Передаточное отношение: 2,59
Максимальную скорость обозначим 68 км/ч.

Находим максимальные обороты гребного вала: 6300 : 2,59 = 2432 оборотов в минуту.
Считаем шаг: 750 х 68 : 2432 = 20,97". Округляем до 21".

Штатный винт имеет размерность 3 х 13 ¾ х 19, то есть достаточно близко к вычисленному. Его оставляем для движения с полной загрузкой и буксировки лыжника. В качестве скоростного приобретаем 21 шаг.

Поскольку обычно шаг и диаметр винта взаимосвязаны, в рамках одного шага предлагается не более двух – трёх различных диаметров винтов. Поэтому будем руководствоваться следующим правилом: если у нас мотор максимально разрешенной мощности, выбираем больший диаметр, если средней или минимальной – то меньший.

Для точного подбора винта следует взять под залог в магазине несколько винтов с шагом, близким к расчетному. После этого необходимо произвести замеры скорости лодки и оборотов двигателя. Следует заметить, что в некоторых регионах крупные продавцы водно-моторной техники периодически проводят фестивали винтов, где любой желающий может попробовать приглянувшийся винт, а также получить консультацию специалистов.

Выбор оптимального винта

Говоря про соответствие винта мотору и корпусу, можно провести определённую градацию.

Тяжёлый винт. Двигатель не развивает полных оборотов, выход на глиссирование затруднен. Необходимо уменьшать шаг.
Скоростной винт. Максимальные обороты и скорость достигаются только с малой загрузкой и верхнем положении гидроподъёма («трима»).
Универсальный. С минимальной загрузкой мотор развивает максимальные обороты, с полной загрузкой позволяет выйти на глиссирование.
Грузовой винт. Позволяет легко выходить на глиссирование с полной загрузкой путём некоторой потери скорости, максимальные обороты достигаются уже со средней нагрузкой.
Слишком лёгкий винт. Лодка сильно недобирает в скорости, мотор превышает максимально допустимые обороты (т.н. «перекрут»), срабатывает ограничитель оборотов. В этом случае нужен винт с большим шагом.

Количество лопастей также влияет на ходовые качества комплекта. Наибольшее распространение получили трехлопастные винты, реже встречаются с четырьмя лопастями. Двухлопастные и пятилопастные в повседневной эксплуатации практически не применяются.

В общем случае можно сказать, что четырехлопастной винт будет более грузовым, чем трехлопастной за счёт большего дискового отношения. Обычно его выбирают, когда нужна большая тяга, а поставить винт увеличенного диаметра не позволяет конструкция редуктора.

Вопрос - ответ

Сегодня мы пригласили эксперта, который ответит на наиболее частые вопросы читателей, касающиеся гребных винтов.

-Как проще проверить, насколько подходит к катеру имеющийся винт?

-Нужно замерить обороты в «полный газ» с максимальной и минимальной загрузкой. Обороты должны находиться в пределах, рекомендованных изготовителем. Если мотор «недобирает» оборотов – поставьте винт с меньшим шагом, если происходит «перекрут», то есть превышение оборотов – то шаг требуется увеличить.

-Сколько лопастей лучше – 3 или 4?

-Смотря что требуется от лодки. Если нужна устойчивая минимальная скорость глиссирования, грузоподъемность, больший упор – то 4 лопасти имеют определенные преимущества. Если важнее скорость налегке – то выбираем винт с тремя лопастями.

Следует иметь в виду, что за счет большего упора обороты четырехлопастного винта будут приблизительно на 100 меньше, чем трехлопастного аналогичного диаметра и шага.

-Какой винт лучше – алюминиевый или стальной?

-Опять же, что важнее для пользователя. Если нужна максимальная скорость, возможность максимального увеличения ходового дифферента тримом без возникновения подхвата воздуха, то стальной винт предпочтительнее. Но он сильнее нагружает редуктор за счет большей массы и стоит гораздо дороже.

Для повседневной эксплуатации вполне подходит алюминиевый винт. Относительно недорогой, он обладает весьма достойными гидродинамическими характеристиками, к тому же при ударе о подводное препятствие меньше вероятность повреждения вертикального и гребного валов, а также деталей редуктора за счет более хрупких лопастей.

Если же вы решите провести эксперимент со стальным винтом, следует иметь в виду, что стальной винт нужно брать с шагом на 1" меньше, чем алюминиевый.

-При выходе на глисс такое ощущение, что «буксует сцепление» Как с этим бороться? Винт с виду целый.

-Возможно, провернулся демпфер, находящийся между втулкой и ступицей. Попробуйте установить другой винт – ситуация должна измениться.

-Как продлить срок службы винта?

-Основная рекомендация - избегать касания дна: внимательно следить за изменением глубины и пользоваться гидроподъёмом при прохождении проблемных мест: отмелей, подводных препятствий.

-Обязательно ли использовать оригинальный винт?

-Нужно понимать, что многие оригинальные винты сделаны на тех же предприятиях, что и «неоригинал». Существует ряд проверенных производителей, выпускающих качественную замену оригиналу при более низкой цене. Поэтому говорить о необходимости использования именно оригинальных винтов некорректно.

К сожалению, формат статьи не позволяет максимально подробно рассмотреть все нюансы подбора винта, но основные вопросы мы рассмотрели, и теперь при необходимости можем подобрать наиболее подходящий винт для моторной лодки или катера. Тем, кто заинтересовался темой и хочет изучить теорию гребных винтов, можно порекомендовать труды Х. Баадера, Л.Л. Хейфеца, В.В. Вейнберга, а также книгу «Гребные винты. Современные методы расчета» В. Бавина и др.

Автор статьи

Куприянов Денис Юрьевич

Юрист частного права

Страница автора

Читайте также: