Контроль винтовой поверхности гребного винта. Правый или левый винт

Контроль винтовой поверхности.

Погнутые при ударе, например о дно, лопасти гребного винта нужно обязательно сразу же выправить, иначе работа винта будет сопровождаться сильной вибрацией, передающейся на корпус лодки, да и скорость ее может существенно снизиться.

Для проверки лопасти изготовьте шаговые угольники, подобные изображенному на рис. 222 (шаг должен быть известен или предварительно измерен на исправной лопасти).

Шаговые угольники вырезают (сначала в виде шаблонов из жести или картона) для четырех-шести радиусов винта r , равных, например, 20, 40, 60 и 80% наибольшего радиуса R .

Основание каждого шаблона должно быть равно 2 л r , т. е. 6,28 данного радиуса, а высота - шагу Н.

На ровной доске прочерчивают дуги с соответствующими радиусами и в центре устанавливают гребной винт нагнетающей поверхностью вниз. Изогнув вырезанный угольник по дуге соответствующего радиуса r , подводят его под лопасть.

Отметив на шаблоне ширину лопасти и положение ее оси, отрезают ненужные части по концам шаблона и переносят разметку на лист металла толщиной 1-1,5 мм. Это и будет проверочный шаговый угольник, который, естественно, также следует изогнуть точно по дуге контролируемого радиуса r .

Винт следует установить на доске таким образом, чтобы его можно было вращать (рис. 223) . Плотное прилегание нагнетающей поверхности по всей ширине лопасти к шаговому угольнику будет свидетельствовать о правильной ее форме.

Шагомерный угольник.

Быстро и точно определить шаг винта можно с помощью шагомерного угольника (рис. 224), сделанного из прозрачного плексигласа. Каждая наклонная линия на линейке соответствует шагу винта на определенном радиусе (например, 90 мм) лопасти. Шаг винта в сантиметрах (рис. 224, а) указан в конце наклонных линий. Наклонные линии должны быть хорошо заметны. Их прочерчивают острым инструментом и наводят черной краской.

Пользуются угольником так: от центра оси винта на плоской - нагнетающей поверхности лопасти откладывают радиус, равный основанию угольника (в нашем случае 90 мм), и проводят черту, перпендикулярную радиусу. Угольник ставят на проведенную черту и смотрят сквозь него на срез ступицы. Шаг винта определится той наклонной линией, которая будет параллельна срезу ступицы (в нашем примере Н ≈ 400 мм).

Принцип построения угольника ясен из рис. 224, б. По горизонтали откладывается радиус 90 мм, а по вертикали - различные значения шага винта, деленные на 2л. Можно выбрать и другой радиус, соответственно размерам винта.

Правый или левый?

В зависимости от направления вращения гребного вала, если смотреть с кормы, применяют винты правого (по часовой стрелке) и левого вращения. Различить их вам помогут два простых правила.

1. Положите винт на стол и посмотрите на конец обращенной к вам лопасти. Если правая кромка лопасти выше - винт правого вращения (рис. 225, б), если выше левая - левого (рис. 225, а) . При этом вы убедитесь, что не имеет значения, как лежит винт: передним (носовым) или задним торцом ступицы на столе.

2, Положите винт на землю и попробуйте поставить на его лопасть ногу, не отрывая каблука от земли. Если при этом подошва правой ноги плотно ложится на поверхность лопасти, ваш винт правого вращения, если левой - то левого.

С одним и тем же винтом можно достичь максимальной скорости и наибольшей грузоподъемности?
Нет. Для достижения высокой скорости используются шаг или диаметр, неподходящие для грузоподъемности - где совершенно другие рабочие условия. Если хотите обойтись одним винтом, то решите, что является самым важным, исходя из этого и выбирайте винт.

3 или 4 лопасти?
Для большинства катеров рекомендуются винты с 3 лопастями. Эти винты обеспечивают хороший разгон и работу на основной скорости.
Tрехлопастной винтимеет меньшее сопротивление и позволяет (теоретически) развить большую скорость. Четырехлопастной имеет больший упор, скорость с данным винтом на режимах от малого хода до 2/3, должна быть выше.
Винты с 4 лопастями рекомендуюися для более тяжелых лодок и катеров с корпусами высокой эффективности, оснащенными более мощными двигателями. По сравнению с 3 лопастями, они лучше "работают" при разгоне и обладают меньшим количеством вибраций на высоких скоростях.

Для моего катера есть винт 13" и 14" диаметра. Меньший диаметр с большим шагом - это же самое?
Шагом нельзя заменить диаметр. Диаметр непосредственно связан с мощностью двигателя, количеством оборотом в минуту, и скоростью, на которые указывают ваши требования. Если эксплуатационные режимы предполагают 13" диаметр, то при установке 12" будет уменьшина его эффективность.

Необходимо ли использовать высокую температуру, чтобы установить или снять винт?
Нагрев никогда не должен использоваться при установке винта, и поэтому, должен редко требоваться для снятия. Если невозможно снять винт используя мягкий молоток, может помочь аккуратный нагрев паяльной лампой. Не используйте сварочную горелку, поскольку быстрая, резкая высокая температура изменит структуру бронзы, создав внутренние напряжения, могущие привести к расколу ступицы.

Каково преимущество использования второго винта - левого вращения?
Два винта, работающих в одном направление на лодках (судах), создадут реактивный момент. Другими словами, два правых винта будут наклонять катер налево.
Два винта противоположного вращения на одинаковых двигателях устранят этот реактивный момент, потому что левый винт уравновесит правый. Это приведет к лучшему прямолинейному движению и управлению при высокой скорости.

Алюминий или нержавеющая сталь?
Большинство катеров, укомплектованы алюминиевыми винтами. Алюминиевые винты относительно недороги, легки при восстанолении, и при нормальных условиях могут прослужить много лет.
Нержавеющая сталь более дорога, но намного более прочна и долговечна чем алюминий.

Почему с моторами одинаковой мощности используются разные винты?
Это происходит из-за различий в понижающих передаточных отношениях двигателя. Мотор устроен так, что вал винта поворачивается медленней, коленвала. Это обычно выражается как отношение, типа 12:21 или 14:28. В первом примере, передаточноеотношение коленчатого вала будет 12, а передача вала пропеллера 21. Это означает, что вал винта повернется только на 57% от оборотов в минуту в коленвала. Чем ниже передаточное отношение, тем больший шаг винта, может использоваться и наоборот.

Компенсация реактивного момента винта.
Руль (штурвал) должен быть расположен относительно вращения винта. Если двигатель имеет правое вращение винта, руль(штурвал) должен находиться справа или на правом борту. Этот борт обычно имеет тенденцию приподниматься в результате действия реактивного момента, а вес водителя это компенсирует.

Какова роль резинового амортизатора в ступице винта?
Он не предназначен, чтобы защитить лопасть от удара, как иногда это считается. Это устройство защищает шестерни редуктора, смягчая удар воздействия на винт. Его главная цель состоит в том, чтобы предотвратить чрезмерный износ или поломку шестерен редуктора двигателя, которые могут произойти из-за удара, который происходит в процессе включения передачи.

Резиновый амортизатор в моем винте, кажется проскальзывает. Возможно ли это?
Такая возможность в принципе существует, но это не происходит слишком часто. Осмотрите винт, если лопасти явно согнуты или искажены, то вы вероятно испытываете кавитацию — кавитация часто воспринимается как скольжение втулки. Втулка может быть заменена, если это необходимо, или лопасти могут быть восстановлены с надлежащей точностью, чтобы устранить кавитацию.

Кавитация - это явление образования в жидкости небольших и практически пустых полостей (каверн), которые расширяются до больших размеров, а затем быстро разрушаются, производя резкий шум. Кавитация происходит в насосах, винтах, рабочих колесах (гидротурбинах) и в сосудистых тканях растений. При разрушении каверн освобождается много энергии, что может вызвать основные повреждения. Кавитация может разрушить практически любое вещество. Последствия, вызванные разрушением каверн, ведут к большому износу составных частей и могут значительно сократить срок службы винта.
Кавитация, (не путать с вентиляцией), является водным "кипением" из-за чрезвычайного сокращения давления в конце лопасти винта. Много винтов частично кавитируют в течение нормальной работы, но чрезмерная кавитация может привести к физическому повреждению к поверхности лопасти винта из-за разрывов микроскопических пузырей на лопасти. Могут быть многочисленные причины кавитации, типа неправильного соответствия формы винта, неправильной установки, из за физических повреждений режущей кромки, и т.д...

Относительно пластмассовых винтов.
Ни какие винты до настоящего времени не имеют лучших свойств, чем винты, сделанные из металлов. Хороший винт должен иметь длительный срок службы, поддаваться ремонту. Пока доступные пластмассы проигрывают по всем этим параметрам.

Возможно ли обойтись одним стандартным винтом, которым укомплектован мотор (катер)?
Специально подобранный винт будет работать с большей эффективностью, чем стандартный универсальный, которым укомплектован катер. Оптимально иметь минимум два винта, а еще лучше три, из которых всегда можно подобрать необходимый для различных загрузок катера.

Маневренные возможности вин­тового судна во многом зависят от числа винтов и их конструкции. Как правило, чем больше винтов име­ет, судно, тем лучше его маневренные качества. По конструкции гребные винты могут быть различными. На судах речного флота устанавливают преимущественно четырехлопастные винты фиксированного шага, которые в зависимости от направления вра­щения разделяются на винты правого {рис. 25) и левого вращения (шага). Винт правого вращения судна, идущего передним ходом, вращается по часовой стрелке, винт левого вращения- против часовой стрелки, если смотреть с кормы в носовую часть судна.

Рис. 25. Гребной винт правого вращения

Эффективность гребного винта во многом зависит от условий, в которых он работает, и прежде всего от степени его погруженности в воду. Оголенность винта или чрезмерная близость движительно-рулевого ком­плекса к поверхности воды значи­тельно ухудшают ходкость и управ­ляемость судна, а инерционные характеристики при этом суще­ственно отклоняются от номинальных (увеличиваются длина пути и время разгона, ухудшается процесс тормо­жения). Поэтому для обеспечения хороших маневренных качеств винто­вых судов нельзя допускать их плава­ние с большим дифферентом на носо­вую часть или порожнем (без необхо­димой балластировки).

Работающий гребной винт совер­шает одновременно два движения:

перемещается поступательно по оси гребного вала, придавая судну поступательное движение вперед или назад, и вращается вокруг той же оси, смещая корму в боковом направлении.

Рассмотрим характер потока во­ды от работающего гребного винта. Если он работает на передний ход, то образует за кормой судна струю воды, закрученную в сторону его вращения и направленную на перо руля (рис. 26, а). Давление воды на перо руля в этом случае зависит от скорости судна и частоты вращения винта: чем больше частота вращения винта, тем сильнее его влияние на руль и, следовательно, на управляе­мость судна. При движении судна передним ходом за его кормой образуется попутный поток, направ­ленный в сторону движения судна и под некоторым углом к кормовой части корпуса, который также влияет определенным образом на управляе­мость.

При работе гребного винта на задний ход закрученная струя воды направлена от винта в сторону носа (рис. 26, б) и оказывает давление не на перо руля, а на корпус кормовой части судна, вызывая отклонение кормы в сторону вращения винта. При этом чем больше частота

вращения винта, тем сильнее его влияние на боковое смещение кормы судна.

При работе гребного винта на передний или задний ход образуется несколько сил, основными из которых являются: движущая сила, боковые силы на лопастях винта, сила струи, набрасываемой на перо руля или корпус, сила попутного или встречно­го потока от винта, а также силы сопротивления воды движению суд­на.

Управляемость одновинтовых су­дов. Рассмотрим влияние винта на управляемость судна на переднем хо­ду (рис. 27). Предположим, что одно­винтовое судно с винтом правого вращения находится в дрейфе, не имея ни поступательного, ни враща­тельного движения, и винт включен в работу на передний ход при положении руля прямо. В момент включения винта на передний ход его лопасти начинают испытывать сопро­тивление воды (силы реакции вин­та - гидростатические), направлен­ное в сторону, противоположную вращению лопастей.

Вследствие разности давлений воды по глубине погружения винта гидростатическая сила Da (рис. 27, а), действующая на лопасть III, больше, чем сила d], действующая на лопасть I, которая находится ближе к поверхности воды. Разность сил Da и di вызывает смещение кормы в сторону действия силы Da, т. е. вправо. Гидростатические силы Da и D4 направлены по вертикали в противоположные стороны и не оказывают воздействия на судно в горизонтальной плоскости. Несмот­ря на то, что первоначальный период, т. е. момент включения винта по времени очень короткий, судоводите­лю необходимо учитывать явление отрыскивания кормы в" сторону вращения винта.

После того как винт разовьет

Рис. 27. Схемы сил, возникающих при работе винта на передний ход

заданную частоту вращения, помимо гидростатических сил, образуются гидродинамические силы струи, на­брасываемой на перо руля (рис. 27, б). Установившийся режим работы винта на передний ход характеризу­ется тем, что лопасти I и III отбрасывают струи в сторону от пера руля, не оказывая на него давления, а лопасти II и IV набрасывают поток воды на руль. При этом гидродинами­ческая сила Рч значительно больше, чем P , вследствие разности давлений воды по глубине расположения лопастей II и IV, а также вследствие подсоса воздуха при верхнем положе­нии лопасти винта.

При установившемся вращении винта действия сил реакции воды, действующей на лопасти винта, и струи, набрасываемой на перо руля, стабилизируются, а за кормой судна образуется попутный поток с силой В, которая раскладывается на составля­ющие Ь\ и Ьч (рис. 27, в). Скорость попутного потока возрастает с увели­чением скорости судна и достигает максимального значения при устано­вившейся скорости полного хода судна. При этом наибольшая боковая составляющая Ь\ силы попутного

потока действует на кормовую часть корпуса судна в сторону, противо­положную вращению винта (т. е. при винте правого вращения - в левую сторону).

Таким образом, при установив­шемся движении на передний ход судно с винтом правого вращения подвержено воздействию суммы трех боковых сил: гидростатической силы D (силы реакции воды, действующей на лопасти винта), гидродинамиче­ской силы Р (силы струи, набрасыва­емой на перо руля) и боковой составляющей силы попутного пото­ка bi, причем (2P+Sbi)>SD.

Вследствие этого корма судна отклоняется в сторону направления суммы сил Р и Ь\, т. е. при винте правого вращения - влево, а при винте левого вращения-вправо. Отклонение кормы вызывает отклоне­ние носа судна в противоположную сторону, т. е. судно стремится произвольно изменить курс при винте правого вращения - вправо, а при винте левого вращения - влево.

Эти явления необходимо учиты­вать в практике управления одно­винтовым судном и помнить, что поворотливость таких судов на переднем ходу в сторону вращения винта значительно лучше, чем в про­тивоположную. Диаметр циркуляции одновинтовых судов с правым враще­нием винта вправо по ходу значитель­но меньше, чем влево, а у судов с левым вращением винта наоборот.

Рассмотрим влияние винта право­го вращения при его работе на задний ход. При включении в работу винта на задний ход его лопасти испытывают действие гидростатиче­ских сил, сумма которых направлена в левую сторону, так как Оз>0[ (рис. 28, а). Развив обороты, винт создает спиралеобразный поток во­ды, направленный под корпус и на кормовую часть корпуса, и не воздействует на руль. При этом гидродинамическая сила Р, действу-. ющая на корпус судна от струи, набрасываемой лопастью IV, больше, чем гидродинамическая сила Рг от струи, набрасываемой лопастью II

(рис. 28, б), вследствие того, что сила P4 действует на корпус почти перпендикулярно, а сила Р-г - под небольшим углом к корпусу. В ре­зультате этого корма судна отклоня­ется в сторону вращения винта.

При движении, задним ходом попутный поток не возникает и судно подвержено воздействию только сум­мы двух групп боковых сил: сил реакции воды и сил набрасывания струи на корпус, направленных в одну сторону, а также сил встречного потока. В связи с этим работа винта на задний ход оказыва­ет сильное влияние на управляе­мость, из-за чего отдельные суда на заднем ходу становятся неуправляе­мыми.

В практике судовождения необхо­димо учитывать, что при работе на задний ход одновинтовые суда с винтом первого вращения отбрасы­вают корму в сторону левого борта, а с винтом левого вращения - в сторону правого борта, причем поворачивающий момент гребного винта, как правило, больше повора­чивающего момента руля.

Во избежание потери управляемо­сти судна рекомендуется не задавать большую частоту вращения винта на задний ход и при необходимости переключать его на передний ход с кратковременным увеличением ча­стоты вращения.

О том, что при двухмоторной установке желательно иметь гребные винты противоположного направления вращения, хорошо знают все водномоторники (вопрос о влиянии направления вращения гребных винтов на скорость и управляемость не раз рассматривался на страницах «КиЯ»). Известно, что спортсмены в гонках иногда включают один из двух моторов, имеющих одинаковое направление вращения винта, на задний ход и благодаря этому получают прирост скорости в несколько километров в час, а главное - добиваются лучшей устойчивости на курсе (естественно, что на этом моторе необходимо заменить гребной винт, чтобы на заднем ходу он создавал тягу вперед).

Длительная работа, например «Вихря», на заднем ходу нежелательна, так как конструкция опор гребного вала не рассчитана на постоянное восприятие упора винта на заднем ходу. Поэтому иногда на мотолодки устанавливают разнотипные моторы: в дополнение к «Вихрю» или «Нептуну» (с правым вращением винта) ставят «Привет-22» - единственный отечественный мотор, имеющий левый гребной винт.

Изготовив несколько несложных деталей, можно приспособить редуктор «Вихря» для работы с винтом левого вращения: это даст возможность при двухмоторной установке применить однотипные подвесные моторы, что целесообразно с точки зрения удобства эксплуатации и ремонта.

В сделанной мной конструкции редуктора левого вращения пришлось отказаться от заднего хода: для обеспечения маневренности вполне достаточно иметь задний ход на одном из двух моторов, а холостой ход есть у каждого двигателя.

Для установки подшипников необходимо изготовить новый стакан 3 (лучше всего сделать его из нержавеющей стали). С помощью круглого напильника или наждачного камня на боковой поверхности стакана выпиливается лунка для прохода тяги реверса.

Втулка 4 вытачивается из бронзы. На всю ее длину по внутреннему отверстию ножовкой пропиливаются четыре канавки шириной 1,5 и глубиной 1 мм для смазки подшипников и шестерни 5. Уплотнение корпуса редуктора со стороны винта обеспечивается установкой двух сальников 1. Шестерню заднего хода 5 нужно проточить на оправке диаметром 30 ±0,02 мм с чистотой поверхности по 7-8 классу.

Шестерню переднего хода 7 нужно доработать по размерам, указанным на эскизе. Рекомендую подобрать для этой цели уже бывшую в работе шестерню с изношенными с одной стороны зубьями и выступами муфты. В проточку шестерни диаметром 38 мм запрессовывается кольцо 6, служащее для уменьшения хода муфты 10.

При сборке узла гребного вала в стакан 3 сначала запрессовываются манжеты 1, затем ставятся смазанные солидолом шарикоподшипники 7000103 и (с плотным натягом) бронзовая втулка 4. При установке стакана вместе с валом 10 в корпус редуктора необходимо найти такое его положение, чтобы тяга реверса легко двигалась, а кулачки муфты 11 входили в зацепление с кулачками шестерни 5. Зазор в зацеплении шестерен регулируется при помощи колец, устанавливаемых между шестерней и торцом стакана 3.

«Вихрь-М» с переделанным редуктором я эксплуатирую уже четвертый год на «Казаике-2М» и использую на нем гребной винт от мотора «Привет-22» (диаметр 235 и шаг 285 мм). Скорость лодки специально не замерял, но скажу, что у нас на Волге в г. Чебоксарах моя «Казанка» - самая быстроходная среди лодок с двумя подвесными моторами.

После двух сезонов эксплуатации мне пришлось сменить шарикоподшипники 7000103, которые, постоянно воспринимая упор гребного винта, получили большую выработку. Возможно, имеет смысл применить радиально-упорные подшипники.

§ 46. Факторы, влияющие на управляемость.

1. Влияние гребного винта.

Управление судном во многом зависит не только от руля, но и от конструкции винта, скорости его вращения и обводов кормовой части судна.

Гребные винты изготовляются из чугуна, стали и бронзы. Наилучшими винтами для катеров следует считать винты из бронзы, так как они легки, хорошо шлифуются и стойки против коррозии в воде. Винты характеризуются диаметром, шагом и коэффициентом полезного действия.

Диаметром винта называют диаметр окружности, описываемой крайними точками лопастей.

Шагом винта называют расстояние вдоль оси винта, на которое перемещается за один полный оборот любая точка винта.

Рис. 103. Образование потоков винтов

Коэффициент полезного действия (к. п. д) винта определяется отношением мощности, развиваемой гребным винтом, к мощности, затрачиваемой на его вращение.

В основе работы гребного винта лежит гидродинамическая сила, создаваемая разрежением на одной и давлением на другой поверхности лопасти.

Современные судовые движители еще очень несовершенны. Так, гребные винты в среднем около половины мощности, отдаваемой им двигателем, тратят бесполезно, например, на винто образное закручивание частиц воды в струе.

На катерах применяются двух-, трех- и реже четырехлопастные винты. На промысловых катерах иногда ставятся винты с поворотными лопастями или так называемые винты с регулируемым шагом, которые позволяют плавно изменять скорость или направление хода судна при постоянном одностороннем вращении гребного вала. При этом отпадает необходимость в реверсировании двигателя.

Винты различаются по направлению их вращения. Винт, вращающийся по часовой стрелке (если смотреть на него с кормы в нос), называется винтом правого вращения, против часовой стрелки - левого вращения. При движении вперед под кормовым подзором корпуса суд-па впереди и позади руля образуется попутный (рис. 103) поток воды и возникают силы, которые действуют па руль и влияют на поворотливость судна. Скорость попутного потока тем больше, чем полнее и тупее обводы кормы.

Разрежение на выпуклой стороне лопасти, называемой стороной засасывания, подсасывает воду к винту, а давление на плоской стороне, называемой нагнетающей, отбрасывает воду от винта. Скорость отбрасываемой струи примерно вдвое больше подсасываемой. Реакция отбрасываемой воды воспринимается лопастями, которые через ступицу и гребной вал передают ее судну. Эта сила, приводящая судно в движение, называется упором.

В потоке воды, отбрасываемой винтом, частицы движутся не прямолинейно, а винтообразно. Попутный поток как бы тянется за судном и величина его зависит от формы кормовой части судка. Поток несколько изменяет давление на руль, отведенный из диаметральной плоскости судна.

Совокупное действие всех потоков оказывает заметное влияние на управляемость судна; оно зависит от положения руля, величины и изменения скорости хода, формы корпуса, конструкции и режима работы винта. Поэтому каждое судно имеет свои индивидуальные особенности действия винта на руль, которые судоводитель должен внимательно изучать на практике (таблица 4).

Таблица 4

Влияние взаимодействия винта правого вращения руля на поведение судна.

Положение судна относительно воды	Положение руля	Режим работы винта	Направление работы винта	Результат
1.Неподвижно	Прямо	Только включен	Вперед	Нос покатится влево (корма отбрасывается вправо)
2.Движется вперед	Право	Установившийся	Вперед	Нос отклоняется вправо (корма отбрасывается влево)
3.Движется вперед	Прямо или лево	Установившийся	Вперед	Нос судна покатится в сторону отклонения руля
4.Неподвижно	Прямо	Только включен	Назад	Корма отбрасывается влево. Нос покатится вправо
5.Движется назад	Лево или право	Установившийся	Назад	Для каждого судна индивидуально. Обычно корма идет в сторону переложенного руля
6.Движется вперед	Прямо	Только включен	Назад	Нос судна покатится вправо, корма влево

Винт левого вращения при равных прочих условиях даст противоположные приведенным в таблице результаты.

Если на судне установлен винт правого вращения, то судно будет лучше поворачиваться вправо, диаметр циркуляции вправо будет меньше, чем влево.

На заднем ходу поворотливость судна обычно хуже. Судно с винтом правого вращения на заднем ходу лучше поворачивается кормой влево, чем вправо. Поэтому на переднем ходу на судне с винтом правого шага к причалу стремятся подойти левым бортом, так как при этом с переменой хода на задний корма будет поджиматься к стенке.

На некоторых моторных яхтах и катерах устанавливаются по два мотора, имеющих каждый свои вал и винт. В этом случае винты обычно вращаются в разные стороны. Они могут быть установлены или с вращением наружу, т. е. в верхней ч. ста лопасти идут от середины к борту, или с вращением внутрь, когда лопасти в верхней части идут от борта к середине. То или другое направление вращения винтов, а также наклон осей винтов и валов к горизонтальной и диаметральной плоскостям имеют большое значение в отношении поворотливости.