Винты: виды, типы, сферы применения
О винтах известно, что существуют они ещё с I века до нашей эры и широко применялись в Средиземноморье. В те времена они были деревянными. Металлические же получили широчайшее распространение в XVIII веке, вместе с развитием машиностроения. Сегодня винтовые соединения встречаются повсюду — от детских игрушек до космических ракет.
Винт — это изделие для соединения деталей с наружной резьбой. Одной из разновидностей винта является шуруп, сужающийся в форме конуса и имеющий на нём более редкую резьбу. Шурупы, которые при вкручивании сами создают резьбу в материале называются самонарезающими, или в обиходе, саморезами.
Классификация винтов
Назначение у винтов разниться. В зависимости от этого они разделяются по классификациям.
• Крепёжные служат для разъёмного соединения между собой двух элементов. Они являются наиболее распространёнными. Изготавливаются из легированных и нелегированных сталей, имеют 11 классов прочности. Производство а РФ осуществляется согласно ГОСТу. Если крепление винта происходит при помощи гайки, их называют болтами. Другой крепеж Спб вы можете сделать на заказ или выбрать из готовых.
• Установочные винты предназначены для крепления элементов между собой. Для них характерны различные выступы или углубления. Могут быть с плоским, цилиндрическим, ступенчатым, рифлёным концом и другими.
При работе с винтами могут использоваться дополнительные соединительные элементы, втулки, неметаллические винты и т.д. Всё зависит от использованных материалов и их характеристик, инженерных задач.
Виды винтов
Винт состоит из стержня, который вкручивается непосредственно в материал и головки, которая необходима для придания ему крутящего момента. Формы головок, во многом, и формируют виды винтов и дают им название.
• Плоский винт используется чаще всего. Его применяют для соединения элементов во всех местах, где выступающие части головки не мешают эффективной эксплуатации. К примеру, под корпусами станков, скрытых деталях автомобилей, бытовой технике.
• Грибовидный, круглый и выпуклый винты используют на открытых участках. Часто их можно увидеть, к примеру, на офисной мебели. Благодаря своей гладкости и округлой форме они «скользят». Поэтому, зацепившись за такой винт практически невозможно травмироваться или повредить одежду.
• Потайной винт оснащён головкой конической формы с наклонов вовнутрь. Чаще всего такими бывают шурупы. Характерен тем, что вкручивается в крепёжные соединения «заподлицо» и является практически незаметным.
• Полупотайной винт схож с потайным. Их различия в том, что шляпка в данном случае имеет скруглённую форму. На него зачастую надевают заглушки, которые являются защитным элементом от коррозии и механического воздействия.
Помимо головок винта важную роль играют и шлицы. Это углубления для ключа или отвёртке, расположенные на «шляпке». Всего их насчитывается более 20 разновидностей. Наиболее популярными являются прямой и крестообразный. Большинство же других встречаются крайне редко. Среди них можно выделить:
• Крестообразный Posidriv SupaDriv (PZ)
• Квадратную головку
• Робертсона
• Шестигранную головку
• Tri-Wing
• Torx
• Torq-set
• Под вилочный ключ
• One-way и другие
Помимо этого, существуют и так называемые винты «секретки». Для работы с ними необходим специнструмент, который выпускается компанией-производителем товара. К примеру, вся техника Apple использует винты со шлицами «Pentalobe», представляющие собой клевер. На железных дорогах дорогах применяется винт с двумя отверстиями. Любят «секретки» и автопроизводители. Они применяются, для снятия и установки двигателя, колёс, свечей зажигания и прочих элементов. Это делается для минимизации неквалифицированного вмешательства. Впрочем, если речь идёт о мелких винтах, то их зачастую можно выкрутить стандартной плоской отвёрткой. При этом, непременно произойдёт повреждение шлица, поэтому винт потребуется заменить.
Типы винтов и их маркировка
Содержание статьи:
Типы винтов
Маркировка винтов
Читайте также:
Типы болтов
Винт и болт — одно и то же?
Винтовой механизм известен людям издревле. Еще до нашей эры он решал некоторые задачи обычной жизни, например, сельского хозяйства в Древней Греции. Однако, как крепежный элемент винт стал действовать сравнительно недавно – пару веков назад. Сейчас этот метиз распространен повсеместно.
Винт — это крепежный элемент, служащий для соединения деталей или их фиксации. Работает с помощью резьбы, нанесенной на все или почти все тело стержня, из которого, собственно, и состоит. Еще один значимый конструктивный элемент – головка, может быть разной формы и размера, иметь шлиц или иной способ для передачи крутящего момента, с помощью которого изделие и «внедряется» в рабочие поверхности.
Винтом часто называют другие крепежи. Это имеет под собой основания, хотя бы из-за очень похожей формы этих объектов. Однако и винт, и болт, равно как и шуруп ГОСТ 27017-86 относит к наименованиям разных категорий крепежных изделий.
С помощью винта различные детали могут накрепко соединяться между собой, образуя своего рода монолит. Или же, наоборот, винт может стать осью вращения соединяемых элементов. От предназначения зависит конструкция и размеры крепежа. По этому параметру типы винтов разделяются на установочные и крепежные.
Типы винтов
Крепежный винт служит для скрепления деталей с возможностью их последующего рассоединения. Это стандартный вид данного метиза. Самый простой пример – любое винтовое соединение в коробе компьютера. Винт закрепляется с помощью внутренней резьбы в изделии, в которое вкручивается. Созданная при этом целостность и есть механизм крепления. В другом случае винт и болт работают схоже, проходя скрепляемые поверхности насквозь. Но и в таких условиях удержание с помощью первого элемента происходит за счет резьбы.
Вернуться к началу
Для работы с обсуждаемым крепежом требуются отвертки с наконечником, подходящим под шлиц на изделии, или гаечный ключ, подобранный под форму головки (в случае, если она, к примеру, шестигранная или квадратная).
Головки винта различаются по форме (плоская, круглая, потайная, полупотайная, выпуклая или грибовидная), по наличию граней (шестигранная, квадратная), по типу шлица, по наличию подголовника.
Виды головок винта
Установочный винт – крепежный элемент, с помощью которого детали крепко удерживаются относительно друг друга. Головка в таком крепежном изделии не обязательна. Довольно часто вместо нее предусмотрен шлиц, нанесенный на другой конец стержня, либо внутренняя резьба, оформленная там же. Установочные типы винтов имеют различные модификации наконечника: плоский, конический, засверленный или иной «хвост». Это сделано для того, чтобы лучше фиксировать детали.
Вернуться к началу
Для работы с винтами прибегают к дополнительным крепежным изделиям, таким, как гайки, шайбы, шплинты. Это зачастую необходимо, дабы препятствовать самоотвинчиванию винта – основной проблемы, возникающей при его эксплуатации. Дело в том, что при движении деталей уменьшается трение в резьбовом соединении, что позволяет изделию изменять направление и «откручиваться». Чтобы избежать подобных последствий, винты дополнительно фиксируются контргайками в конце стержня или шайбами под головкой. Существует ряд иных дополнительных мер по удержанию крепежа в гнезде, например, проволочный замок.
Маркировка винтов
Маркировка винтов может наноситься как непосредственно на метиз, так и его упаковку. В обозначении разъясняется несколько характеристик.
Класс точности – А (повышенный), В (средний) и С (грубый). Последний означает, что при использовании винта (и болта) возможно несовпадение диаметров (до 2-3 мм) подготовленного отверстия и стержня изделия. Класс А означает отсутствие такой погрешности.
Вид резьбы (метрическая, трапециедальная, коническая), ее шаг.
Диаметр резьбы винтов. Этот показатель часто называют диаметром винта. Совпадает с начальным диаметром стержня изделия.
Маркировка винтов должна содержать также обозначение длины крепежа в миллиметрах, класс его прочности (11 классов для крепежных винтов и 4 для установочных).
Медицинские винты — виды и применение
21.03.2019Винт, фиксирующий абатмент к телу импланта называется протетическим, лабораторным, клиническим винтом или ретенционным винтом абатмента. (Рис. 1). Если этому малому, но критически важному элементу системы уделяется недостаточное внимание, то пациент и клиницист могут столкнуться с серьезными проблемами. Неправильное применение винта может возыметь вредоносный эффект на компоненты имплантата, кость и окончательную реставрацию.
Доступны винты различной формы, размеров и из различных материалов, в зависимости от производителя. Для верного соединения имплантата и абатмента, а также для успеха лечения, необходимо понимание свойств материала, физико-механических особенностей ретенционного винта. Несмотря на прилагаемые усилия, имеют место также неудачи в протезировании.
Помимо винтовой методики, абатмент можно фиксировать при помощи цемента, в этом случае необходимо учитывать ряд специфических особенностей.
Рисунок 3.1. Имплантат, абатмент и фиксирующий винт
Торк или момент силы
Это тенденция вращать объект вокруг оси прилагая к нему силу, измеряется в ньютонах на сантиметр (Н-см). В обыденном общении среди имплантологов это также сопрягается с «силой», при которой винт надежно фиксирован. Доступны механические или электронные измерительные приборы, которые отображают значение торка, приложенного к фиксирующему винту.
Натяжение или скрепление
Натяжение или скрепление в имплантологии – это линейная сила, которую фиксирующий винт передает на абатмент и имплант, скрепляя их вместе. Натяжение измеряется в Ньютонах (Н). При вкручивании винта, приложенный торк передается на резьбу винта и на внутреннюю резьбу имплантата (Рис. 3.2). Эта сила фиксирует абатмент к телу имплантата.
Натяжение определяется тремя факторами:
1. Торком, который воздействует на головку винта, и преодолевает силу трения в зоне р езьбы, и эластическую (обратимую) деформацию винта.
2. Геометрией головки винта.
3. Материалами, из которых изготовлен винт и абатмент, которые влияют на уровень сцепления. Торк имеет прямую зависимость к натягу и является единственным фактором, на который непосредственно влияет врач. На сегодняшний день для всех протезных винтов не определено «идеальное» значение натяжения. Поскольку оно определяется множеством различных факторов, рекомендуется следовать указаниям каждого производителя для каждого конкретного винта.
Рисунок 3.2 Лабораторный винт
Обратный торк или Деторк
Это величина крутящего момента (торка), прилагаемого против часовой стрелки к протезному винту, чтобы выкрутить его из имплантата.
Ослабление винта
Это относится к нежелательному вращению протезного винта в направлении против часовой стрелки. Ослабление винтов является одним из наиболее распространенных осложнений, возникающих при имплантации зубов (Ekfeldt et al., 1994).
Ослабленные винты подвергаются значительно более высокому риску поломки винта. Binon и McHugh (1996) предлагают несколько причин ослабления винтов:
• Плохое затягивание.
• Некачественный протез.
• Плохая подгонка компонентов.
• Чрезмерная нагрузка.
• Осаждение винта.
• Эластичность кости.
Осаждение или Потеря торка
Это уменьшение натяга в результате сглаживания внутренней резьбы имплантата и резьбы винта. В отличие от ослабления винта, протезный винт не «отвинчивается». Силы трения между компонентами уменьшаются в результате ползучести и релаксации напряжений, что в конечном итоге приведет к снижению натяга.
Это нормальное явление, которое следует предвидеть и исправить путем дозакручивания протезного винта на рекомендованную силу через некоторый период времени. Рекомендуется дозакрутить винт через 10 минут после первоначального закручивания и периодически после этого (Winkler et al., 2003; Cantwell and Hobkirk 2004). Потеря торка также будет происходить в течение более длительных периодов времени. Рекомендуется при каждом повторном посещении дозакручивать протезный винт. Не было выявлено, что это оказывает вредное влияние на стабильность имплантата (Delben et al., 2011).
Механика лабораторного винта
Клинические винты производятся в самых разных формах, размерах и материалах (Рис. 3.3). Важно понимать влияние этих аспектов на конечный результат протезирования. Хотя винт кажется маленькой и простой деталью, механика протезного винта довольно сложна. Буквально, эта часть держит систему имплантата вместе, и поэтому она требует сложного проектирования, чтобы обеспечить наилучшие возможные результаты.
Рисунок 3.3. Различные медицинские винты.
Форма и размер У любого винта есть три основных компонента (рис. 3.4):
1. Головка: Головка содержит место для установки отвертки (шлиц), который используется для закручивания винта. Доступны различные типы контактов для отвертки, в том числе канавка (плоский шлиц), крестообразный Phillips, шлиц Robertson (квадрат), шестиугольный и звездообразный. Самым распространенным типом в стоматологической имплантации является шустиугольный шлиц. Крайне важно использовать соответствующую отвертку для предотвращения срыва шлица.
2. Стержень: стержень представляет собой часть винта без резьбы ниже головки. Это переменная в длине (в зависимости от геометрии компонентов) часть, которые удерживаются вместе.
3.
Рисунок 3.4. Составные элементы ретенционного винта
Материалы
Motosch (1976) изучил основную механику винтов и отметил, что только 10% начального крутящего момента силы передаются на натяг, а остальные используются для преодоления силы трения резьбы. Материаловедение сосредоточилось на уменьшении трения, чтобы обеспечить более высокие значения натяга для применяемого торка.
Коммерчески чистый титан Это один из самых распространенных материалов, используемых для производства медицинских винтов (рис. 3.5). Этот материал генерирует наименьшее количество натяга для данного крутящего момента по сравнению с другими материалами. После приложения желаемого крутящего момента коммерчески чистые титановые протезные винты подвергаются только упругой (обратимой) деформации и поэтому могут использоваться несколько раз. Эти винты подходят для использования с временными реставрациями и лабораторными процедурами. Они не рекомендуются для использования с окончательными реставрациями.
Рисунок 3.5. Винт из коммерчески чистого титана.
Покрытый, либо обработанный титан Чтобы уменьшить трение и увеличить предварительную нагрузку, производители начали наносить покрытие и обрабатывать титановые винты (рис. 3.6). Покрытия и обработка могут включать золото, карбид вольфрама и нитриды. Титан, обработанный таким образом, чтобы включать различные химические вещества, называется титановым сплавом. Эти сплавы дороги в производстве, но имеют очень высокую прочность на растяжение и разрыв. В целом, винты с покрытием способны обеспечить более высокую предварительную нагрузку (натяг), чем чистые титановые протезные винты, и имеют большую способность поддерживать натяг после циклической нагрузки.
Рисунок 3.6. Титановый винт с карбоновым покрытием
Золото Золотые клинические винты выпускаются из чистого золота и из золотых сплавов, которые содержат другие элементы для укрепления металла (Рис. 3.7). Золото может действовать как сухая смазка, уменьшая трение между резьбой при затягивании винта. Это позволяет увеличить вращение и растяжение винта при заданном крутящем моменте и, следовательно, увеличить натяг. Эти винты с наименьшей вероятностью ослабятся с течением времени. Однако золотые винты, особенно высококаратные, подвержены пластической деформации и поэтому показаны только для одноразового использования.
Рисунок 3.7. Винт с позолотой.
Сейчас производители имплантатов делают компоненты, которые якобы являются взаимозаменяемыми между системами. Однако даже малейшая несовместимость по физическим характеристикам и химическому составу компонентов имплантата влияет на предварительную нагрузку и может повлиять на оседание и ослабление винтов (Kim et al., 2012).
Несмотря на кажущуюся точную подгонку, небольшие различия в шаге резьбы или несовместимости материалов могут иметь значительные долгосрочные последствия, и в конечном итоге привести к отказу. Таким образом, всегда рекомендуется использовать одну и ту же компанию для имплантата, абатмента, отвертки и протезного винта. В таблице 3.1 перечислены материалы, винты из которых в настоящее время доступны у крупных иплантологических компаний.
ОСОБЫЕ ФАКТОРЫ
Типы соединений имплантовПри выборе имплантата важно также учитывать, как различные типы соединений соотносятся с винтом. Было показано, что имплантаты с внутренним соединением имеют значительно лучший контроль за крутящим моментом, по сравнению с внешними шестигранными имплантатами (Park et al., 2010; Jorge еt al., 2013).
При рассмотрении различных типов внутренних соединений, было показано, что вращающий момент винта может оказать значительное влияние на вертикальную высоту окончательной реставрации в имплантатах с конусными соединениями Морзе (Yilmaz еt al., 2013). По этой причине рекомендуется, чтобы техник во время лабораторных процедур затягивал ретенционный винт в полном объеме, чтобы точно смоделировать вертикальное положение конечного протеза.
Одиночные или множественные реставрации на имплантах Jemt (1991) продемонстрировал, что раскручивание винтов происходит чаще всего при одиночных реставрациях на имплантатах. Во время повторного осмотра рекомендуется, чтобы реставрации с винтовым креплением периодически дозакручивались, особенно при однокомпонентных реставрациях.
Достижение оптимального торка Всегда следуйте рекомендациям производителя о величине крутящего момента, прилагаемого к протезному винту. Слишком малое усилие приведет к недостаточному натягу и ослаблению винтов, а слишком большое может, парадоксально, привести к ослаблению натяжения винтов.
Было продемонстрировано, что, когда достигаются значения преднагрузки более 60-75% эластичного (обратимого) предела материала протезного винта, на самом деле происходят пластические (необратимые) изменения, что в конечном итоге приводит к ослаблению натяжения винтов (Haack et al., 1995). Griffith (1987) предположил, что оптимальная предварительная нагрузка для винта составляет 75% от силы, необходимой для превышения его предельной прочности на разрыв. Чрезмерные значения натяжения могут также передавать напряжения на шейку имплантата и краевую кость, что приводит к потере костного гребня (Khraisat 2012).
Устройства, ограничивающие торк
В имплантологии используются четыре типа устройств, ограничивающих крутящий момент:
1. Электронные отвертки для закручивания (Рисунок 3.8).
2. Колено-рычажные динамометрические ключи (Рисунок 3.9).
3. Динамометрические вращающиеся ключи (рис. 3.10). 4. Пальцевое закручивание
Рисунок 3.8. Электронная отвертка с контролем торка
Рисунок 3.9. Колено-рычажный динамометрический ключ
Рисунок 3.10. Динамоментрический вращающийся ключ
Исследование Hill и коллег (2007) показало, что максимальное затягивание пальцами варьировалось между 4,0 и 21,7 Н · см, при этом очень немногие из участников исследования смогли достичь значений крутящего момента выше 20 Н · см. Было показано, что применение электронных приборов является наиболее точным, причем устройства с колено-рычажным типом имеют самую большую изменчивость, помимо затягивания пальцами (McCracken et al., 2010).
Шлиц Шлиц бывает разной формы и размеров, соответствуя головке протезного винта. К типичным типам шлицов относятся slot, Robertson (квадрат), hex (шестигранник) и torx (шестиконечная звезда) (Рис. 3.11, таблица 3.2). К шлицу подходят отвертки различной длины, которые могут быть подключены к ключам или электродрайверам (как показано на рис. 3.8), или просто закручиваться при помощи пальца (рис. 3.12).
В таблице 3.3 перечислены некоторые общие типы шлицов, используемые крупными имплантологическими компаниями.
Рисунок 3.11. Тип шлицев (a) Torx, (b) slot, и (c) hex.
Рисунок 3.12. Ключ для пальцевого закручивания
Источник публикации: Binns DB. The chemical and physical properties of dental porcelain. In: McLean JW (ed). Dental Ceramics: Proceedings of the First International Symposium on Ceramics.
Гребной винт, конструкция, виды, принцип и механизм работы
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
Принцип и механизм работы гребного винта
Характеристики. Лопасть гребного винта. Схема сил и скоростей на лопасти гребного винта
Конструкция винта. Количество лопастей. Диаметр винта. Интерцептор
Другие важные параметры и показатели работы гребного винта
Виды гребных винтов. Винты фиксированного шага. Винты регулируемого шага.
Преимущества и недостатки гребных винтов
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,
Vа – скорость поступательного перемещения,
Vr – окружная скорость винта. Vr = 2·π·r·n. Таким образом, чем больше значение r гребного винта, тем больше окружная скорость Vr, а следовательно, и суммарная скорость W,
r – радиус гребного винта,
n – число оборотов гребного винта, об/сек,
α – угол атаки,
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:
– радиально,
– 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:
– любительских;
– маломерных;
– 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:
– ручным;
– механическим;
– электромеханическим;
– гидравлическим;
– электрогидравлическим.
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.
Примечание: © Фото //www.pexels.com, //pixabay.com, //okafish.ru/300/226_268.htm
карта сайта
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
Коэффициент востребованности 1 295
Гребной винт, конструкция, виды, принцип и механизм работы
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
Принцип и механизм работы гребного винта
Схема сил и скоростей на лопасти гребного винта
Конструкция винта. Количество лопастей. Диаметр винта. Интерцептор
Другие важные параметры и показатели работы гребного винта
Виды гребных винтов. Винты фиксированного шага. Винты регулируемого шага.
Преимущества и недостатки гребных винтов
Гребной винт:
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.
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,
Vа — скорость поступательного перемещения,
Vr — окружная скорость винта. Vr = 2·π·r·n. Таким образом, чем больше значение r гребного винта, тем больше окружная скорость Vr, а следовательно, и суммарная скорость W,
r — радиус гребного винта,
n — число оборотов гребного винта, об/сек,
α — угол атаки,
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:
— радиально,
— 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:
— любительских;
— маломерных;
— 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:
— ручным;
— механическим;
— электромеханическим;
— гидравлическим;
— электрогидравлическим.
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.
Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com, http://okafish.ru/300/226_268.htm
карта сайта
Еще интересные технологии:
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
Коэффициент востребованности 2
comments powered by HyperComments
Источник публикации ©МИА «Россия сегодня»
Устройства, улучшающие эффективность работы гребных винтов
Судовые гребные винты изготавливают из антикоррозионных материалов, поскольку они работают в морской воде, являющейся катализатором коррозии. Материалами, используемыми для изготовления гребных винтов, являются алюминиевые сплавы и нержавеющая сталь. Другие используемые материалы — это сплавы никеля, бронзы и алюминия, которые на 10-15% легче других материалов и имеют более высокую прочность.
Процесс изготовления гребных винтов включает крепление определенного числа лопастей на ступице с помощью сварки, или же винт изготавливается из единой поковки. Кованые лопасти более надежны и обладают большей прочностью, но являются более дорогостоящими, по сравнению со сварными лопастями. При вращении в водной среде, за счет разности давлений на кромках лопастей, гребной винт создает упор, движущий судно.
Такой вид движителей, как гребные винты, постоянно развивается и усовершенствуется. Но сначала рассмотрим классификацию традиционных гребных винтов. Классификацию гребных винтов можно представить в следующем виде.
Типы гребных винтов
Гребные винты классифицируются по ряду факторов.
А) Классификация по количеству лопастей:
Количество лопастей гребного винта может варьироваться от трех до четырех и иногда даже до пяти. Однако наиболее частым случаем является наличие у винта трех или четырех лопастей.
Теоретически, наивысшей эффективностью обладал бы винт с двумя лопастями. Но из соображений прочности и необходимости выдерживать высокие нагрузки на судах не используются двухлопастные гребные винты.
Трехлопастной гребной винт
• Стоимость изготовления ниже, чем у других типов гребных винтов
• Обычно изготавливаются из алюминиевого сплава
• Обеспечивают высокую скорость хода судна
• Ускорение более высокое, чем у других типов винтов
• Эффективность на малых скоростях хода низкая
Рис.1. Внешний вид винто-рулевого комплекса судна. Источник
Четырехлопастной гребной винт
• Стоимость изготовления выше, чем у трехлопастных винтов
• Изготавливаются из сплавов нержавеющей стали
• Имеют более высокую прочность и выносливость
• Хорошо работают и при малых скоростях хода
• Обеспечивают лучшее удержание на курсе в суровую погоду
• Обеспечивают большую экономию топлива, чем винты других типов
Пятилопастной гребной винт
• Стоимость изготовления самая высокая из всех типов гребных винтов
• Уровень вибраций самый минимальный из всех типов гребных винтов
• Лучше удерживают судно на курсе в бурном море
Шестилопастной гребной винт
• Стоимость изготовления высокая
• У шестилопастных винтов область индуцированного давления над винтом меньше
У крупных контейнеровозов, как правило, пяти- и шестилопастные гребные винты
B) Классификация по шагу винта:
Шаг гребного винта можно определить как перемещение, вызванное каждым круговым поворотом винта на 360 градусов.
Винт фиксированного шага (ВФШ)
Лопасти ВФШ стационарно закреплены на ступице. Гребные винты фиксированного шага литые, и позиция лопастей, а значит и шаг винта постоянны и не могут быть изменены в процессе эксплуатации винта. Такие винты обычно изготавливают из медных сплавов.
ВФШ прочны и надежны, поскольку не содержат механических деталей и гидравлики, в отличие от винтов регулируемого шага (ВРШ). Стоимость изготовления, монтажа и эксплуатации значительно ниже, чем у ВРШ. Однако маневренность судна с ВФШ ниже, чем у судна с ВРШ. Винты данного типа устанавливают на судах, не требующих высокой маневренности.
Рис.2. Внешний вид основных конструкций гребных винтов (слева — ВФШ, справа – ВРШ). Источник
Винт регулируемого шага (ВРШ)
У ВРШ возможно менять шаг гребного винта за счет поворота лопасти вокруг вертикальной оси с использованием механических компонентов и гидравлики. Это позволяет избавиться от оборудования, необходимого для реверса. Повышается маневренность судна и эффективность работы двигателя.
Недостатком является возможность протечек гидравлики и загрязнения водной среды маслом. Кроме того, такой гребной винт сложен в изготовлении и монтаже на судне, а также требует особого внимания при эксплуатации судна.
Эффективность ВРШ несколько ниже, чем у ВФШ тех же размеров из-за большей ступицы, в которой нужно размещать механизм поворота лопастей и гидравлику. А гребные винты, как правило, более эффективны с увеличением их диаметра.
Для повышения эффективности работы гребные винты снабжают специальными насадками. Такие винты включают помимо самого винта кольцевую насадку, внутри которой размещается гребной винт. Винты с насадками успешно используются при необходимости создания дополнительного упора на малых скоростях хода. Обычно винты этого типа используются на буксирах-якорезаводчиках, на рыболовных траулерах, где за счет насадок обеспечивается от 40 до 50% упора винта при малых и близких к нулю скоростях хода. Иногда насадки делают поворотными. Но все это устройства, повышающие эффективность работы традиционных гребных винтов.
Усовершенствования в конструкциях винто-рулевого комплекса
Эффективность работы винто-рулевого комплекса может повышаться за счет добавления деталей как перед винтом, так и позади гребного винта. Добавление таких деталей в виде плавников или ребер является одним из способов снижения потерь мощности и экономии топлива. Большинство подобных устройств проходят предварительные испытания на моделях с тщательным замером всех характеристик и параметров перед установкой их на гребные винты коммерческих судов. Потери мощности винта, как правило, связаны с образованием спутных вихрей, устранить которые, и пытаются с помощью добавления таких деталей. Целью подобных инноваций является создание наиболее благоприятных условий для работы гребного винта. Насадки, плавники, сопла, бульбы и другие устройства используются для снижения требуемой мощности и повышения скорости судна.
Рис.3. Внешний вид кольцевой насадки на винт (Kort Nozzle). Источник
Кольцевые насадки являются наиболее старым видом устройств, повышающих эффективность работы гребного винта. Такие насадки были изобретены немецким инженером Людвигом Кортом в 1930-е гг. и называются насадками Корта или кольцевыми насадками. В наши дни подобные насадки также продолжают использоваться на судах, где при малых скоростях хода требуется повышенный упор гребного винта.
Насадка Мьюиса (Mewis Duct) и полупреднасадка проф. Шнееклюта (Wake Equalizing Duct — WED)
Рис.4. Внешний вид насадки Мьюиса (слева) и полупреднасадка профессора Шнееклюта. Источник
Рис.5. Полупреднасадка профессора Шнееклюта. Источник
Насадка Мьюиса и полупреднасадка проф. Шнееклюта являются двумя примерами устройств, устанавливаемых перед гребным винтом, использование которых основано на опыте, полученном при исследованиях и эксплуатации насадок Корта. Эти устройства используются на крупных коммерческих судах. Со времени ввода на рынок в 2010 г. насадка Мьюиса привлекла внимание как судовладельцев, так и судостроителей. Насадкой на настоящий момент оснащены 62 судна, и еще для 250 судов заказана установка данного устройства. Устройство используется на танкерах, балкерах и фидерных контейнеровозах.
Полупреднасадка проф. Шнееклюта была изобретена в 1980-х гг. С тех пор устройство применялось на 1500 судах океанского плавания. Это устройство идеально подходит для судов с полными обводами, таких как танкеры и контейнеровозы, эксплуатируемые при средней скорости хода 19 узлов. Проф. Шнееклют анонсировал экономию топлива в размере 12%, но на практике результаты были более скромными, хотя и значительными. Годовая экономия топлива в размере всего 3,5% на деле для контейнеровоза грузовместимостью 2500 ДФЭ означает ежегодную экономию 550 т топлива, а это представляет весьма существенную экономию для транспортной компании.
Инновации в конструкции винто-рулевого комплекса
Статор с лопатками на ступице гребного винта
Рис.6. Внешний вид статора с лопатками на ступице гребного винта (Pre-swirl Stator). Источник
Для повышения эффективности насадки могут монтироваться впереди гребного винта. Корпорация DSME разработала статор с лопатками на ступице гребного винта, который является альтернативой установке кольцевых насадок и тоннелей.
Разработка устройства, представляющего из себя ряд лопаток статор,а закрепленных в кормовой части корпуса перед гребным винтом, велась в течение десяти лет, и его установка создает дополнительное сопротивление движению судна. Однако создаваемый лопастями несимметричный поток создает более благоприятные условия для вращения винта и, таким образом, повышает его эффективность.
Так же, как и в случае насадок, данное устройство наиболее эффективно при установке на крупных судах, таких как танкеры и контейнеровозы. Установка первого устройства на крупнотоннажный танкер 3 класса дедвейтом 320000 т, принадлежавший компании Kristen Tankers, позднее переименованной в Maran, показала снижение потребления топлива на 4% и небольшое увеличение скорости. Крупная европейская судоходная компания заказала установку этих систем на 10 принадлежащих ей судов класса «Post-panamax» и сообщила об уменьшении потребления топлива и сокращении выбросов в результате этого.
Настолько же эффективны и доступны в установке и эксплуатации, устройства размещаемые за гребным винтом. Два из этих устройств — крыльчатая наделка с прямыми лопастями на ступице гребного винта (Propeller Boss Cap Fin — PBCF) и крыльчатая наделка с изогнутыми лопастями на ступице гребного винта (Propeller Cap Turbine — PCT) могут заменять обычный обтекатель гребного винта. Оба устройства используют вихревые потоки, образующиеся при вращении винта, для повышения его эффективности.
Рис.7. Внешний вид крыльчатой наделки с прямыми лопастями на ступице гребного винта (Boss Cap Fins). Источник
Крыльчатая наделка с прямыми лопастями на ступице гребного винта представляет собой закрепленные на обтекателе винта прямые лопасти, а в крыльчатой наделке с изогнутыми лопастями на обтекателе устанавливаются искривленные лопасти.
Впервые устройство PBCF было изготовлено в конце 80-х гг. и с тех пор было установлено более 2000 устройств, которые, по заявлениям экспертов, обеспечивают экономию в 3-5%. Однако на малых скоростях эффективность данных устройств снижается.
Так же как и системы, размещаемые перед гребным винтом, PBCF и PCT являются относительно недорогими и несложными системами, которые могут монтироваться в дополнение к уже установленной пропульсивной системе. А, по утверждениям экспертов, окупаемость инвестиций в PBCF составляет один год, при том, что установка устройства на винт может быть произведена в течение двух дней без захода судна в сухой док.
Таким образом, за счет установки этих простых легко монтируемых устройств может достигаться экономия топлива. А поскольку стоимость топлива растет, то эти системы обеспечивают быструю окупаемость, заняв за счет этого свою долю рынка.
Автор: Олег Губарев
Источники
Воздушный винт — Википедия
У этого термина существуют и другие значения, см. Винт. Пропеллер немецкого дирижабля SL1 (1911) диаметром 4,4 м
Винт английского дирижабля R29 (1918) в шотландском музее
Современный воздушный винт транспортного самолёта A400M
Винты АВ-60К самолёта Ту-142Возду́шный винт (пропе́ллер) — лопастной агрегат работающий в воздушной среде, приводимый во вращение двигателем и являющийся движителем, преобразующим мощность (крутящий момент) двигателя в действующую движущую силу тяги.
Воздушные винты, выполняющие (помимо функций движителя), дополнительные, либо иные функции, имеют специальные названия: ротор, маршевый винт, несущий винт (винтокрылых летательных аппаратов), рулевой винт, фенестрон, импеллер, вентилятор, ветряк, винтовентилятор.
Воздушный винт применяется в качестве движителя для
летательных аппаратов (самолётов, автожиров, цикложиров (циклокоптеров) и вертолётов с поршневыми и турбовинтовыми двигателями), а также в том же качестве — для экранопланов, аэросаней, аэроглиссеров и судов на воздушной подушке.
У автожиров и вертолётов воздушный винт применяется также в качестве несущего винта, а у вертолётов ещё и в качестве рулевого винта.
Воздушный винт, работающий в качестве движителя, в сочетании с двигателем образуют винтомоторную установку (ВМУ) — входящую в состав силовой установки.
Лопасти винта, вращаясь, захватывают воздух и отбрасывают его в направлении, противоположном движению. Перед винтом создаётся зона пониженного давления, за винтом — повышенного.
- В зависимости от способа использования воздушные винты делятся на тянущие и толкающие.
- В зависимости от наличия возможности изменения шага лопастей воздушный винт подразделяются на винты фиксированного и изменяемого шага.
Определяющими являются диаметр и шаг винта. Шаг винта соответствует воображаемому расстоянию, на которое передвинется винт, ввинчиваясь в несжимаемую среду за один оборот. Существуют винты с возможностью изменения шага как на земле, так и в полёте. Последние получили распространение в конце 1930-х годов и применяются практически на всех самолётах (кроме некоторых сверхлёгких) и вертолётах. В первом случае изменение шага используют, чтобы создать большую тягу в широком диапазоне скоростей при мало изменяющихся (или неизменных) оборотах двигателя, соответствующих его максимальной мощности, во втором — из-за невозможности быстрого изменения оборотов несущего винта.
Вращение лопастей воздушного винта приводит к разворачивающему эффекту, воздействующему на летательный аппарат, причины которого в следующем:
- Реактивный момент винта. Любой воздушный винт, вращаясь в одну сторону, стремится накренить самолет или развернуть вертолёт в противоположную сторону. Именно из-за этого возникает асимметрия при поперечном управлении самолётом. Например, самолет с винтом левого вращения совершает развороты, перевороты и бочки вправо гораздо легче и быстрее, чем влево. Этот же реактивный момент является одной из причин неуправляемого разворота самолета вбок в начале разбега.
- Закручивание струи винта. Воздушный винт закручивает воздушный поток, что также вызывает несимметричную обдувку плоскостей и хвостового оперения справа и слева, различную подъёмную силу крыла справа и слева и разницу в обдуве управляющих поверхностей. Несимметричность потока хорошо видна на авиационных хим.работах при наблюдении за движением распыляемого вещества.
- Гироскопический момент винта. Любое быстро вращающееся тело имеет гироскопический момент (эффект волчка), заключающийся в стремлении к сохранению своего положения в пространстве. Если принудительно наклонить ось вращения гироскопа в какую-либо сторону, например, вверх или вниз, то она не просто будет противодействовать этому отклонению, а будет уходить в направлении, перпендикулярном произведённому воздействию, то есть в данном случае вправо или влево. Так, при изменении в установившемся полёте угла тангажа самолёт будет стремиться самостоятельно поменять курс, а при начале разворота возникает стремление самолёта к самостоятельному изменению угла тангажа.
- Момент, вызванный несимметричным обтеканием винта. В полёте ось винта отклонена от направления набегающего потока на угол атаки. Это приводит к тому, что опускающаяся лопасть обтекается под большим углом атаки, чем поднимающаяся. Правая часть воздушного винта будет создавать большую тягу, чем левая. Таким образом, будет создаваться момент рыскания влево. Наибольшую величину этот момент будет иметь на максимальном режиме работы двигателя и максимальном угле атаки.
Все четыре причины разворота — реактивный момент, действие струи, гироскопический момент и несимметричное обтекание винта, всегда действуют в одну сторону: при винте левого вращения разворачивают самолет вправо, а при винте правого вращения — влево. Этот эффект проявляется особенно сильно на мощных одномоторных самолётах при взлёте, когда самолёт движется с небольшой поступательной скоростью и эффективность работы воздушных рулей низкая. С ростом скорости разворачивающий момент ослабевает ввиду резкого увеличения эффективности действия рулей.
Для компенсации разворачивающего момента все самолёты делают несимметричными – как минимум, отклоняют руль направления от центральной строительной оси самолёта.
Кроме гироскопического эффекта двух из этих трёх недостатков лишены соосные воздушные винты.
Реактивный и гироскопический момент также присущ всем турбореактивным двигателям и учитывается в конструкции самолёта. Для компенсации реактивного момента винта вертолёта приходится применять рулевой винт, предотвращающий вращение фюзеляжа, либо использовать несколько несущих винтов (обычно два).
КПД[править | править код]
Коэффициентом полезного действия (КПД) воздушного винта называют отношение полезной мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивления движению летательного аппарата, к мощности двигателя. Чем ближе КПД к 1, тем эффективнее расходуется мощность двигателя, и тем большую скорость или грузоподъёмность может развить при той же энерговооружённости.
Положительные и отрицательные стороны[править | править код]
КПД современных воздушных винтов достигает 82—86%, что делает их очень привлекательными для авиаконструкторов. Самолёты с турбовинтовыми силовыми установками значительно экономичнее, чем самолёты с реактивными двигателями. Однако воздушный винт имеет и некоторые ограничения, как конструктивного, так и эксплуатационного характера. Часть этих ограничений описана ниже.
- «Эффект запирания». Этот эффект возникает либо при увеличении диаметра воздушного винта, либо при увеличении скорости вращения, и выражается в отсутствии роста тяги с увеличением мощности, передаваемой на винт. Эффект связан с появлением на лопастях винта участков с околозвуковым и сверхзвуковым течением воздуха (т. н. волновой кризис).
Это явление накладывает существенные ограничения на технические характеристики самолётов с винтомоторной силовой установкой. В частности, современные самолёты с воздушными винтами, как правило, не могут развить скорость более 650—700 км/ч. Самый быстрый винтовой самолёт — бомбардировщик Ту-95 — имеет максимальную скорость 920 км/ч, где проблема эффекта запирания была решена применением двух соосных винтов с допустимыми размерами лопастей, вращающихся в противоположных направлениях.
- Повышенная шумность. Шумность современных самолётов в настоящее время регламентируется нормами ICAO. Воздушный винт классической конструкции в эти нормы не вписывается. Новые типы воздушных винтов с саблевидными лопастями создают меньший шум, но такие лопасти очень сложны и дороги в производстве.
Чертёж вертолёта Да Винчи. 1480-е годы.Идея воздушного винта происходит от архимедова винта.
Известен чертёж Леонардо Да Винчи с изображением прообраза вертолёта с несущим винтом. Винт всё ещё выглядит как архимедов.
Аэродромическая машина М. В. Ломоносова. Модель.В июле 1754 года Михаил Ломоносов провёл демонстрацию аэродромической модели. На ней лопасти уже уплощены, что приближает их к современному виду. Предполагается, что Ломоносов использовал образ китайской детской игрушки — бамбукового вертолётика.
Современная японская игрушка такетомбо — бамбуковый вертолёт, происходящая от китайского варианта. Слева — бамбук, справа — пластик.Авиаконструкторы идут на определённые технические ухищрения, чтобы такой эффективный движитель, как воздушный винт, нашёл место на самолётах будущего.
- Преодоление эффекта запирания. На самом мощном в мире турбовинтовом двигателе НК-12 крутящий момент силовой установки делится между двумя соосными воздушными винтами, вращающимися в разные стороны.
- Применение саблевидных лопастей. Многолопастный воздушный винт с тонкими саблевидными лопастями позволяет затянуть волновой кризис, и тем самым увеличить максимальную скорость полёта. Такое техническое решение реализовано, например, на самолёте АН-70.
- Разработка сверхзвуковых воздушных винтов. Эти разработки ведутся уже много лет, но никак не приведут к реальным техническим воплощениям. Лопасть сверхзвукового воздушного винта имеет крайне сложную форму, что затрудняет её прочностной расчёт. Кроме того, экспериментальные сверхзвуковые винты оказались очень шумными.
- Импеллер. Заключение воздушного винта в аэродинамическое кольцо. Весьма перспективное направление, поскольку позволяет снизить концевое обтекание лопастей, снизить шумность, и повысить безопасность (защищая людей от увечий). Однако вес самого кольца служит ограничивающим фактором для широкого распространения такого конструкторского решения в авиации. Зато на аэросанях, аэроглиссерах, судах на воздушной подушке и дирижаблях импеллер можно увидеть достаточно часто.
- Вентилятор. Так же, как импеллер, заключён в кольцо, но кроме того, имеет входной и иногда выходной направляющий аппарат. Направляющий аппарат представляет собой систему неподвижных лопастей (статор), позволяющих регулировать поток воздуха, попадающий на ротор вентилятора, и тем самым поднять его эффективность. Очень широко применяется в современных авиационных двигателях.
