На что влияет угол откидки лопастей гребного винта

Официальный дилер Volvo Penta в Нижнем Новгороде и Нижегородской области

Запчасти и расходники

Услуги сервисного центра

Запчасти и расходники

Запчасти и расходники

Типы 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 о гребном винте.

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.

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.

Источник

Что надо знать о гребном винте?

Рисунок 1. Схема сил и скоростей на лопасти винта (правого вращения)

Упор в большой степени зависит от угла атаки α профиля лопасти. Оптимальное значение α, для быстроходных катерных винтов 4-8°. Если α больше оптимальной величины, то мощность двигателя непроизводительно затрачивается на преодоление большого крутящего момента; если же угол атаки мал, подъемная сила и, следовательно, упор Р будут невелики, мощность двигателя окажется недоиспользованной.

На схеме, иллюстрирующей характер взаимодействия лопасти и воды, α можно представить как угол между направлением вектора скорости набегающего на лопасть потока W и нагнетающей поверхностью. Вектор скорости потока W образован геометрическим сложением векторов скорости поступательного перемещения v_a винта вместе с судном и скорости вращения v_r, т. е. скорости перемещения лопасти в плоскости, перпендикулярной оси винта.

Так как сторона v_a в треугольнике рассматриваемых скоростей остается постоянной, то по мере удаления сечения лопасти от центра необходимо разворачивать лопасти под большим углом к оси винта, чтобы α сохранял оптимальную неличину, т. е. оставался одинаковым для всех сечений. Таким образом, получается винтовая поверхность с постоянным шагом Н. Напомним, что шагом винта называется перемещение любой точки лопасти вдоль оси за один полный оборот винта.

Рисунок 2. Винтовая поверхность лопасти (а) и шаговые угольники (б)

Гребной винт на «Вихре» имеет шаг Н=0.3 м и частоту вращения n=2800/60=46.7 об/с. Теоретическая скорость винта:

Таким образом, мы получаем разность

Эта величина, называемая скольжением, и обуславливает работу лопасти винта под углом атаки α к потоку воды, имеющему скорость W. Отношение скольжения к теоретической скорости винта в процентах называется относительным скольжением. В нашем примере оно равно

s=	H*n-va	=	2.9	=0.207=20.7%.
	H*n		14

Максимальной величины (100%) скольжение достигает при работе винта на судне, пришвартованном к берегу. Наименьшее скольжение (8-15%) имеют винты легких гоночных мотолодок на полном ходу; у винтов глиссирующих прогулочных мотолодок и катеров скольжение достигает 15-25%, у тяжелых водоизмещающих катеров 20-40%, а у парусных яхт, имеющих вспомогательный двигатель, 50-70%.

Рисунок 3. Соотношение скорости лодки и осевой скорости винта.

Коэффициент полезного действия. Эффективность работы гребного винта оценивается величиной его КПД, т. е. отношения полезно используемой мощности к затрачиваемой мощности двигателя. Полезная мощность или ежесекундное количество работы, используемой непосредственно для движения судна вперед, равно произведению сопротивления воды R движению судна на его скорость V (N_п=RV кгсм/с).

Мощность, затрачиваемую на вращение гребного винта, можно выразить в виде зависимости N_з от крутящего момента М и частоты вращения n

Следовательно, КПД можно вычислить следующим образом:

В свою очередь и корпус судна, образуя попутный поток, уменьшает скорость потока воды, натекающей на гребной винт. Это учитывает коэффициент попутного потока w:

Значения w нетрудно определить по данным, приведенным выше.

Таким образом, полезная мощность с учетом взаимовлияния корпуса и винта равна

Nп=Pe*(1-t)*	va	кгсм/с,
	1-w

а общий пропульсивный КПД комплекса судно-двигатель-гребной винт вычисляется по формуле:

η=	Nп	=	Pe*va	*	1-t	*ηM=ηp*ηk*ηM
	Na		2π*n*M		1-w

Максимальная величина КПД гребного винта может достигать 70-80%, однако на практике довольно трудно выбрать оптимальные величины основных параметров, от которых зависит КПД: диаметра и частоты вращения. Поэтому на малых судах КПД реальных винтов может оказаться много ниже, составлять всего 45%.

Максимальной эффективности гребной винт достигает при относительном скольжении 10-30%. При увеличении скольжения КПД быстро падает; при работе винта в швартовном режиме он становится равным нулю. Подобным же образом КПД уменьшается до нуля, когда вследствие больших оборотов при малом шаге упор винта равен нулю.

Коэффициент влияния корпуса нередко оказывается больше единицы (1.1-1.15), а потери в валопроводе оцениваются величиной η_M=0.9÷0.95.

Диаметр и шаг винта. Элементы гребного винта для конкретного судна можно рассчитать, лишь располагая кривой сопротивления воды движению данного судна, внешней характеристикой двигателя и расчетными диаграммами, полученными по результатам модельных испытаний гребных винтов, имеющих определенные параметры и форму лопастей. Для предварительного определения диаметра винта можно воспользоваться формулой

D=	4	4 √	N	=M,
	√n		102va

Диаметр гребных винтов, полученный как по приближенной формуле, так и с помощью точных расчетов, обычно увеличивают примерно на 5% с тем, чтобы получить заведомо тяжелый винт и добиться его согласованности с двигателем при последующих испытаниях судна. Для «облегчения» винта его постепенно подрезают по диаметру до получения номинальных оборотов двигателя при расчетной скорости.

Шаг винта можно ориентировочно определить, зная величину относительного скольжения s для данного типа судна и ожидаемую скорость лодки:

Легкий или тяжелый гребной винт. Диаметр и шаг винта являются важнейшими параметрами, от которых зависит степень использования мощности двигателя, а следовательно, и возможность достижения наибольшей скорости хода судна.

Рисунок 4. Внешняя и винтовая характеристики мотора «Вихрь».

Наоборот, если шаг или диаметр винта малы (кривая 4), и упор и потребный крутящий момент будут меньше, поэтому двнгатель не только легко разовьет, но и превысит значение номинальной частоты вращения коленвала. Режим его работы будет характеризоваться точкой С. И в этом случае мощность двигателя будет использоваться не полностью, а работа на слишком высоких оборотах сопряжена с опасно большим износом деталей. При этом надо подчеркнуть, что поскольку упор винта невелик, судно не достигнет максимально возможной скорости. Такой винт называется гидродинамически легким.

Для каждого конкретного сочетания судна и двигателя существует оптимальный гребной винт. Для рассматриваемого примера такой оптимальный винт имеет характеристику 3, которая пересекается с внешней характеристикой двигателя в точке В, соответствующей его максимальной мощности.

Рисунок 5. Зависимость скорости мотолодки «Крым» от нагрузки и шага гребного винта мотора «Вихрь» мощностью 14.8 кВт (20 л.с.)

Рисунок 6. Построение шаговых угольников (а) и кривые изменения кромчатого шага лопасти (б).

Таблица 1. Величины для построения шаговых угольников (диаметр винта D=240мм)

r/R	r, мм	h, мм	Hср=0.264м		Hср=0.240м
			l	L	l	L
0.3	36	62.5	59	75.2	65.5	82.5
0.5	60	57.4	83.5	119	92	129.5
0.7	84	52.3	105	144.5	115	154.5
0.9	108	47.2	119.5	142	131.5	165
1.0	120	44.5	124	—	139.5	—

Численные рекомендации для наиболее популярных моторов мощностью 14-18 кВт (20-25 л.с.) могут быть следующие. Штатные винты, имеющие H=280÷300 мм, дают оптимальные результаты на сравнительно плоскодонных лодках с массой корпуса до 150 кг и нагрузкой 1-2 чел. На еще более легкой лодке массой до 100 кг можно получить прирост скорости за счет увеличения H на 8-12%.

На более тяжелых глиссирующих корпусах, на лодках, имеющих большую килеватость днища и при большой нагрузке (4-5 чел.), шаг винта может быть уменьшен на 10-15 % (до 240-220 мм), но использовать такой винт при поездке без пассажиров с малой нагрузкой не рекомендуется: двигатель будет «перекручивать обороты» и быстро выйдет из строя.

При установке подвесного мотора на тихоходной водоизмещающей шлюпке рекомендуется применять трех- и четырех лопастные винты с соотношением H/D не менее 0.7; при этом ширину лопасти и профиль ее поперечного сечения сохраняют такими же, как и на штатном винте мотора.

При замене согласованного с корпусом и двигателем гребного винта другим, с близкими величинами D и H (расхождение должно быть не более 10%), требуется, чтобы сумма этих величин для старого и нового винтов была равна.

Кавитацию винта можно обнаружить по тому, что скорость лодки перестает расти, несмотря на дальнейшее повышение частоты вращения. Гребной винт при этом издает специфический шум, иа корпус передается вибрация, лодка движется скачками.

Упор, развиваемый гребным винтом, практически не зависит от площади лопастей. Наоборот, с увеличением этой площади возрастает трение о воду, и на преодоление этого трения дополнительно расходуется мощность двигателя. С другой стороны, надо учесть, что при том же упоре на широких лопастях разрежение па засасывающей стороне меньше, чем на узких. Следовательно, широколопастной винт нужен там, где возможна кавитация <т. е. на быстроходных катерах и при большой частоте вращения гребного вала).

В качестве характеристики винта принимается рабочая, или спрямленная, площадь лопастей. При ее вычислении принимается ширина лопасти, замеренная на нагнетающей поверхности по длине дуги окружности на данном радиусе, проведенном из центра винта. В характеристике винта указывается обычно не сама спрямленная площадь лопастей А, а ее отношение к площади A_d сплошного диска такого же, как винт, диаметра, т. е. A/A_d. На винтах заводского изготовления величина дискового отношения выбита на ступице.

Для винтов, работающих в докавитационном режиме, дисковое отношение принимают в пределах 0.3-0.6. У сильно нагруженных винтов на быстроходных катерах с мощными высокосборотнымн двигателями A/A_d увеличивается до 0.6-1.1. Большое дисковое отношение необходимо и при изготовлении винтов из материалов с низкой прочностью, например, из силумина или стеклопластика. В этом случае предпочтительнее сделать лопасти шире, чем увеличить их толщину.

Наибольшее распространение среди винтов малых судов получил сегментный плоско-выпуклый профиль. Лопасти винтов быстроходных мотолодок и катеров, рассчитанных на скорость свыше 40 км/ч, приходится выполнять возможно более тонкими с тем, чтобы предотвратить кавитацию. Для повышения эффективности в этих случаях целесообразен выпукло-вогнутый профиль («луночка»). Стрелка вогнутости профиля принимается равной около 2% хорды сечения, а относительная толщина сегментного профиля (отношение толщины t к хорде b на расчетном радиусе винта, равном 0.6R) принимается обычно в пределах t/b=0.04÷0.10. Ординаты профилей лопастей некавитирующих винтов приведены в таблице 2.

Таблица 2. Ординаты симметричных профилей, рекомендуемых для некавитирующих гребных винтов

Ордината	x/b, %
	0; 100	5; 95	10; 90	20; 80	30; 70	40; 60	50
t/b, % Для суперкавитнрующих винтов гоночных судов применяют клиновидный профиль с тупой выходящей кромкой. Двухлопастной гребной винт обладает более высоким КПД, чем трехлопастной, однако при большом дисковом отношении весьма трудно обеспечить необходимую прочность лопасти такого винта. Поэтому наибольшее распространение на малых судах получили трехлопастные винты. Винты с двумя лопастями применяют на гоночных судах, где винт оказывается слабо нагруженным, и на парусно-моторных яхтах, где двигатель играет вспомогательную роль. В последнем случае имеет значение возможность устанавливать винт в вертикальном положении в гидродинамическом следе ахтерштевня для уменьшения его сопротивления при плавании под парусами. Четырех- и пятилопастные винты применяют очень редко, в основном на крупных моторных яхтах для уменьшения шума и вибрации корпуса. Гребной винт лучше всего работает, когда его ось расположена горизонтально. У винта, установленного с наклоном и в связи с этим обтекаемого «косым» потоком, коэффициент полезного действия всегда будет ниже; это падение КПД сказывается при угле наклона гребного вала к горизонту больше 10°. Гребной винт-мультипитч Задачу согласования элементов гребного винта с сопротивлением мотолодки при изменении ее нагрузки помогает решить винт изменяемого шага типа «мультипитч». Закрепление лопастей в выбранном положении осуществляется гайкой 3. Втулка 5 имеет внутренний диаметр, равный диаметру гребного вала мотора «Вихрь». От осевого перемещения по втулке винт фиксируется гайкой 3 и стопорным винтом 8. Тем не менее, возможность плавного изменения шага в зависимости от нагрузки лодки позволяет получить наиболее оптимальный и экономичный режим работы подвесного мотора. При установке шага важно иметь возможность проконтролировать частоту вращения коленчатого вала двигателя во избежание его перегрузки при чрезмерном уменьшении шага. Кольцевая профилированная насадка На тяжелом водеизмещающем катере трудно получить высокий КПД гребного винта, если он приводится от высокооборотного автомобильного двигателя или подвесного мотора. Винт в этих случаях работает с большим скольжением н не развивает необходимый упор. Особенно велики потери мощности на винте, если он имеет недостаточный диаметр и шаговое отношение менее H/d=0.5. Кроме снижения частоты вращения гребного винта, заметный эффект в таких случаях дает применение кольцевой направляющей насадки (рисунок 7), представляющей собой замкнутое кольцо с плоско-выпуклым профилем. Площадь входного отверстия насадки больше, чем выходного; винт устанавливается в наиболее узком сечении и с минимальным зазором между краем лопасти и внутренней поверхностью насадки; обычно зазор не превышает 0.01 D винта. При работе винта засасываемый им поток вследствие уменьшения проходного сечения насадки увеличивает скорость, которая в диске винта получает максимальное значение. Благодаря этому уменьшается скольжение винта, повышается его поступь. Вследствие малого зазора между краем лопасти и насадкой уменьшается перетекание воды через край, что также повышает КПД винта. Небольшой дополнительный упор создается и на самой насадке, которая обтекается потоком воды подобно крылу. На каждом элементе насадки возникает подъемная сила, которая дает горизонтальную составляющую, направленную вперед. Сумма этих составляющих и образует дополнительный упор. Применение насадки становится выгодным при К’n Рисунок 8. Увеличение КПД и изменение элементов гребного винта при установке насадки в зависимости от величины коэффициента K’n Подсчитав значение К’n, можно по графику, представленному на рисунке 8, найти относительную поступь λ. и шаговое отношение винта H/D, а затем определить диаметр винта D= va λ*n и шаг для винта без насадки и с насадкой. Если речь идет об уже эксплуатируемом катере, то с помощью этого графика можно сравнить существующий винт с элементами винта, имеющего оптимальный диаметр. Благодаря применению насадки удается повысить скорость катера на 5-8% (и даже до 25% на тихоходной лодке с двигателем, имеющим большую частоту вращения). При скоростях около 20 км/ч установка насадки нецелесообразна. На быстроходных лодках с увеличением скорости винт становится менее нагруженным, а сопротивление насадки возрастает. Насадка является хорошей защитой гребного винта от повреждений, благодаря постоянному заполнению водой не позволяет ему обнажаться при килевой качке. Иногда направляющие насадки выполняют поворачивающимися относительно вертикальной оси, в результате отпадает необходимость устанавливать руль. Применение насадок целесообразно и на подвесных моторах, устанавливаемых на тихоходных судах водоизмещающего типа. На 25-30-сильном подвесном моторе целесообразно использовать насадку на судне водоизмещением более 700 кг (например, на катерах, переделанных из военно-морских ялов, и парусно-моторных яхтах). На моторах мощностью 8-12 л.с. насадка полезна уже при водоизмещении более 400 кг. Рекомендуемые размеры насадки и ее профили показаны на рисунке 7. Длина насадки принимается обычно в пределах Lн (0.50÷0.70) D диаметра винта. Минимальный диаметр насадки (место, где устанавливается гребной винт) располагается на расстоянии А=(0.35÷0.40) D от входящей кромки насадки. Наибольшая толщина профиля δ=(0.10÷0.15) Lн. Насадку можно выточить из предварительно согнутой в обечайку толстой алюминиевой полосы или выклеить ее из стеклопластика на болване. Все поверхности насадки следует тщательно отполировать для снижения потерь на трение. На подвесном моторе насадку прикрепляют к антикавитационной плите, для чего снаружи насадки делают «лыску», образующую плоскость. Внизу кольцо крепят к шпоре мотора. Справочник по катерам, лодкам и моторам. под редакцией Г.М.Новака Источник На что влияет угол откидки лопастей гребного винта Не существует универсального лодочного винта, подходящего под все типы корпусов лодок, но есть способ, нахождения что вам нужно. Как правило, правильно подобранный винт позволяет достичь вашему лодочному мотору максимальное количество оборотов при полностью открытой заслонке дросселя, без недобора и превышения их. Например, если ваш подвесной двигатель имеет максимальные обороты 5000-6000 об./мин., вам нужен винт, который попадет в диапазон между 5700 и 6000 об/мин. при средней нагрузки в судне. Обязательно учитывайте такие переменные, как запас топлива, число пассажиров и вес всего оборудования с учетом якоря, цепи, аккумулятора и так далее. Как изменяются обороты от шага винта Правильный подобранный винт позволить вашему двигателю достичь максимальных оборотов заданных производителем мотора. Каждый дюйм шага равен приблизительно 150 +/- 50 об/мин. Диаметр Диаметр лодочного винта Количество лопастей Кол-во лопастей лодочного винта Трех-лопастные винты наиболее распространенные и популярные, так как имеют наивысшую скорость и слаженную работу. Четырех-лопастные имеют более быстрое ускорение, лучшую тягу, плавную работу, но меньшую максимальную скорость, по сравнению с 3-х лопастным, также на 4-х лопастном можно достичь экономии топлива в крейсерском режиме. Площадь межлопастной поверхности Межлопастная поверхность в гребно лодочном винте Площадь межлопастной поверхности относится к общей поверхности лопасти винта. Чем больше данной площади, тем лучше упор, ускорение. Но также может создать избыточное сопротивление на двигатель и ограничить его обороты. Недостаточная межлопастная поверхность грозит кавитацией и недостаточной тягой. Геометрия лопастей Геометрия лопастей в лодочном винте Загиб кромки лопасти Загиб кромки в лодочном винте Угол увода лопастей Угол увода лопасти гребного винта Угол увода лопасти – это угол поворота кромки лопасти относительно основания. Угол увода позволяет изменять ход и подъем вашего катера, а также обеспечивать отличную устойчивость при волнении и при высокой установке мотора. Угол увода выражается в градусах. Высокий угол лучше подходит для скоростного применения, особенно при высокой установке двигателя, где есть риск проскальзывания и кавитации. Помогает поднять нос судна и уменьшить смачиваемую поверхность. Однако, для некоторых легких и быстрых катеров слишком большой увод лопасти может способствовать их меньшей стабильности на воде, в этом случае лучше выбрать гребной винт с меньшим уводом лопасти. Низкий угол вызывает меньшую нагрузку на двигатель. Помогает удержать нос лодки в низу. Является более распространенном и универсальным. Передаточное число Передаточное число в лодочно моторе Вентиляция Увод воздуха или выхлопных газов в гребном винте Кавитация Кавитация в гребном винте Кавитацию гребного винта обычно рассматривают как явление вскипания воды в потоке, вызванном винтом, при снижении местных давлений до давления насыщенных паров. Давление понижается настолько, что вода, обтекающая лопасть, вскипает, выделяя пузырьки пара. Пузырьки, лопаясь, создают огромное местное давление, отчего поверхность лопастей выкрашивается и повреждается. Кавитацию винта можно обнаружить по тому, что скорость лодки перестает расти, несмотря на дальнейшее повышение числа оборотов; гребной винт при этом издает специфический шум, на корпус передается вибрация, лодка движется скачками. Кавитацию часто путают с вентиляцией. Проскальзывание «Проскальзывания» в гребно лодочном винте Быстрый старт Быстрое старт, когда лодка из «состояния покоя» (стоит на месте или медленно передвигаться) за короткое время резко ускоряется и достигает режима глиссирования с максимальной рассчитанной для лодки скорости. Это достигается когда винт подобран правильно по отношению к лодке и к мотору и они оба работают вместе. Источник ← На что влияет угол опережения зажигания На что влияет угол резания → Вам также понравится Как грамотно настроить эквалайзер в машине 20.07.202204.08.2022 admin 0 направления в музыке какие бывают современные 24.07.202212.08.2022 admin 0 Натирают ботинки пятку сзади что делать 24.07.202213.08.2022 admin 0 Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сохранить моё имя, email и адрес сайта в этом браузере для последующих моих комментариев.