RU168677U1

RU168677U1 - ADJUSTABLE STEP ROWING SCREW

Info

Publication number: RU168677U1
Application number: RU2016120135U
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Ковалев
Priority date: 2016-05-24
Filing date: 2016-05-24
Publication date: 2017-02-15

Abstract

Полезная модель относится к судостроению и может быть использована для разработки движительного комплекса судна. Гребной винт регулируемого шага содержит лопасти, имеющие возможность поворота относительно ступицы, при этом оси лопастей распложены с эксцентриситетом относительно оси вращения гребного винта. Изменение шага винта осуществляется дистанционно. Технический результат - увеличение КПД гребного винта за счет уменьшения нагрузок, действующих на опорные подшипники ступицы гребного винта, и снижения напряжений в комлевой части лопасти от действия крутящего момента.The utility model relates to shipbuilding and can be used to develop a ship's propulsion system. The adjustable pitch propeller contains blades that can be rotated relative to the hub, while the axis of the blades are arranged with eccentricity relative to the axis of rotation of the propeller. The pitch change is carried out remotely. The technical result is an increase in the efficiency of the propeller by reducing the loads acting on the thrust bearings of the propeller hub and reducing stresses in the butt portion of the blade from the action of torque.

Description

Полезная модель относится к судостроению, а именно к гребным винтам регулируемого шага и может быть использована для разработки движительного комплекса судна.The utility model relates to shipbuilding, namely to adjustable-pitch propellers and can be used to develop a ship's propulsion system.

Известны гребные винты постоянного шага и гребные винты регулируемого шага, причем регулирование шага может происходить во время вращения гребного винта при любом режиме движения судна. Гребные винты постоянного шага просты в изготовлении и надежны в эксплуатации по причине отсутствия механизма поворота лопастей, однако гребные винты регулируемого шага обладают существенными эксплуатационными преимуществами. Такие винты обеспечивают более высокий кпд на всех режимах движения судна, что позволяет иметь меньший запас мощности для преодоления горба сопротивления (для судов с динамическими принципами поддержания). Также винты регулируемого шага позволяют осуществить реверс тяги без изменения направления вращения винта, что упрощает конструкцию привода и снижает динамические нагрузки на элементы привода в процессе реверса.Constant pitch propellers and adjustable pitch propellers are known, and pitch control can occur during the rotation of the propeller in any mode of vessel movement. Constant pitch propellers are simple to manufacture and reliable in operation due to the lack of a blade rotation mechanism, however, adjustable pitch propellers have significant operational advantages. Such screws provide higher efficiency in all modes of vessel movement, which allows a smaller power reserve to overcome the hump of resistance (for vessels with dynamic principles of maintenance). Adjustable pitch screws also allow reverse thrust without changing the direction of rotation of the screw, which simplifies the design of the drive and reduces dynamic loads on the drive elements during reverse.

Известны гребные винты, в которых лопасти могут изменять углы установки под действием центробежных и гидродинамических сил, поворачиваясь в плоскости вращения гребного винта, например, патент РФ №2244657, опубл. 20.01.2005 или п. РФ №2369520, опубл. 20.06.2009. Такие винты позволяют улучшить согласование характеристик винта и двигателя и не имеют механизмов принудительной установки лопасти на нужный шаг. Однако в данных конструкциях комли лопастей имеют ограниченную длину, что вызывает увеличение нагрузок на сопряженных элементах конструкции, а реверсирование тяги возможно только за счет изменения направления вращения гребного винта.Known propellers, in which the blades can change the installation angles under the action of centrifugal and hydrodynamic forces, turning in the plane of rotation of the propeller, for example, RF patent No. 2244657, publ. 01/20/2005 or p. Of the Russian Federation No. 2369520, publ. 06/20/2009. Such screws can improve the coordination of the characteristics of the screw and the engine and do not have mechanisms for forced installation of the blades at the desired step. However, in these designs, the blades have a limited length, which causes an increase in the loads on the coupled structural members, and thrust reversal is possible only by changing the direction of rotation of the propeller.

Известны различные конструкции винтов регулируемого шага, например, гребной винт регулируемого шага, патент РФ №2095278, опубл. 10.11.1997. В известной конструкции комли лопастей снабжены упорными и опорными подшипниками, а для поворота используются зубчатые венцы. Оси вращения лопастей пересекают ось вращения гребного винта и перпендикулярны к ней.Various designs of adjustable pitch screws are known, for example, adjustable pitch propeller, RF patent No. 2095278, publ. 11/10/1997. In a known design, the blades are equipped with thrust and thrust bearings, and gear rims are used for turning. The axis of rotation of the blades intersect the axis of rotation of the propeller and are perpendicular to it.

Известен гребной винт регулируемого шага, патент РФ №2386568, опубл. 20.04.2011. В известной конструкции комлевая часть лопасти имеет геометрические элементы, играющие роль упорных и опорных подшипников, воспринимающих нагрузки от центробежной силы, крутящего момента и упора, развиваемого лопастью, а также конструктивные элементы, обеспечивающие изменение угла установки лопасти относительно ступицы. При этом ось вращения лопасти перпендикулярна оси вращения гребного винта и пересекает ее. Данная конструкция принята за прототип. Следует отметить, что при проектировании гребных винтов регулируемого шага всегда стремятся уменьшить диаметр ступицы, так как это ведет к увеличению КПД гребного винта. Однако, принятая в прототипе схема расположения лопастей, когда противостоящие лопасти расположены на одной оси, пересекающей ось вращения гребного винта, вынуждает из-за недостатка места применить короткую комлевую часть, из-за чего в опорных подшипниках возникают высокие нагрузки от крутящего момента и упора лопасти, что вынуждает увеличивать их размер с целью обеспечения приемлемого срока службы, что, в свою очередь ведет к увеличению размера ступицы, сопровождающееся снижением КПД гребного винта, увеличением массы и стоимости всего устройства.Known propeller adjustable pitch, RF patent No. 2386568, publ. 04/20/2011. In the known design, the butt part of the blade has geometric elements that play the role of thrust and thrust bearings, which take up loads from centrifugal force, torque and emphasis developed by the blade, as well as structural elements that provide a change in the angle of installation of the blade relative to the hub. In this case, the axis of rotation of the blade is perpendicular to the axis of rotation of the propeller and intersects it. This design is taken as a prototype. It should be noted that when designing adjustable pitch propellers, they always strive to reduce the diameter of the hub, since this leads to an increase in the efficiency of the propeller. However, the layout of the blades adopted in the prototype, when the opposing blades are located on the same axis that intersects the axis of rotation of the propeller, due to lack of space, makes it necessary to use a short butt portion, due to which high loads from torque and blade stop arise in the thrust bearings , which forces them to increase in size in order to ensure an acceptable service life, which in turn leads to an increase in the size of the hub, accompanied by a decrease in the efficiency of the propeller, an increase in the mass and cost of everything devices.

Задачей заявляемой полезной модели является расширение ассортимента гребных винтов регулируемого шага.The objective of the claimed utility model is to expand the range of propellers with adjustable pitch.

Технический результат заявляемого устройства - увеличение КПД гребного винта за счет уменьшения нагрузок, действующих на опорные подшипники ступицы гребного винта и снижения напряжений в комлевой части лопасти от действия крутящего момента.The technical result of the claimed device is an increase in the efficiency of the propeller by reducing the loads acting on the thrust bearings of the hub of the propeller and reducing the stresses in the butt portion of the blade from the action of torque.

Поставленная задача решается заявляемой конструкцией гребного винта регулируемого шага с поворотными лопастями, при которой существенным отличительным признаком является установка лопастей гребного винта в ступицу с эксцентриситетом.The problem is solved by the claimed design of a variable pitch propeller with rotary blades, in which an essential distinguishing feature is the installation of the propeller blades in a hub with eccentricity.

Устройство включает ступицу гребного винта с лопастями, комлевые части которых имеют валы, установленные в подшипниках ступицы с возможностью поворота лопастей для регулирования шага гребного винта, при этом лопасти гребного винта установлены в ступицу с эксцентриситетом относительно оси вращения гребного винта.The device includes a propeller hub with blades, the root parts of which have shafts mounted in the bearings of the hub with the possibility of rotation of the blades to control the pitch of the propeller, while the propeller blades are installed in the hub with an eccentricity relative to the axis of rotation of the propeller.

Предлагаемая конструкция, приводящая к уменьшению нагрузок на опорные подшипники ступицы и снижению напряжений в комлевой части лопасти, позволяет уменьшить размеры подшипников и, соответственно, способствует уменьшению размеров ступицы и выполнению лопасти более тонкой, что в конечном итоге приводит к увеличению КПД гребного винта в целом.The proposed design, which leads to a decrease in the loads on the bearings of the hub and stresses in the butt part of the blade, allows to reduce the size of the bearings and, accordingly, helps to reduce the size of the hub and make the blade thinner, which ultimately leads to an increase in the efficiency of the propeller as a whole.

На фиг приведена одна из возможных схем заявляемого устройства, где: 1 - направление вращения, 2 - упорно-опорный подшипник, 3 - гайка, фиксирующая вал лопасти, 4 - лопасть гребного винта, 5 - опорный подшипник, 6 - ступица, 7 - поводок вала лопасти, 8 - шток механизма поворота лопасти, 9 - палец штока, 10 - вал лопасти, D - величина разноса подшипников, X - величина эксцентриситета.In Fig shows one of the possible schemes of the claimed device, where: 1 - direction of rotation, 2 - thrust bearing, 3 - nut, fixing the blade shaft, 4 - propeller blade, 5 - pillow block bearing, 6 - hub, 7 - lead the shaft of the blade, 8 - the rod of the mechanism of rotation of the blade, 9 - the finger of the rod, 10 - the shaft of the blade, D - the spacing of the bearings, X - the magnitude of the eccentricity.

Принцип работы устройства основан на том, что лопасти гребного винта установлены в ступицу с эксцентриситетом X, как показано на схеме фиг, что дает возможность разнести опорные подшипники вала лопасти на величину D, которая при заданном диаметре ступицы получается значительно большей по сравнению со случаем, когда оси вращения лопастей пересекают ось вращения гребного винта. При этом величина эксцентриситета X зависит от размера гребного винта и используемых конструктивных элементов и определяется удобством размещения этих элементов. Увеличение расстояния D между подшипниками вызывает снижение нагрузок на подшипники, что ведет к возможности снижения их размера, веса и стоимости. Кроме того, при заданном направлении вращения гребного винта за счет наличия эксцентриситета X в комлевой части лопасти возникает дополнительный изгибающий момент от центробежной силы, действующей на лопасть, который компенсирует изгибающий момент, возникающий под действием сил сопротивления на лопасти. Компенсация изгибающего момента снижает действующие напряжения, что позволяет снизить толщину сечений лопасти, повышая КПД гребного винта и дополнительно снижает нагрузки на подшипники.The principle of operation of the device is based on the fact that the propeller blades are mounted in a hub with an eccentricity X, as shown in the diagram of FIG. 2, which makes it possible to separate the thrust bearings of the blade shaft by a value D, which for a given hub diameter is much larger compared to the case when the axis of rotation of the blades intersect the axis of rotation of the propeller. The magnitude of the eccentricity X depends on the size of the propeller and the structural elements used and is determined by the convenience of placing these elements. Increasing the distance D between the bearings causes a decrease in the load on the bearings, which leads to the possibility of reducing their size, weight and cost. In addition, for a given direction of rotation of the propeller due to the presence of eccentricity X in the butt portion of the blade, an additional bending moment arises from the centrifugal force acting on the blade, which compensates for the bending moment arising under the action of resistance forces on the blade. Compensation of bending moment reduces the acting stresses, which allows to reduce the thickness of the sections of the blade, increasing the efficiency of the propeller and further reduces the load on the bearings.

Представленное устройство работает следующим образом. Лопасти гребного винта (4) снабжены валами (10), на которых имеются поводки (7). Валы (10) установлены в подшипниках (2) и (5), размещенных в ступице гребного винта (6), при этом подшипник (5) является опорным и несет только радиальную нагрузку, а подшипник (2) является опорно-упорным и помимо радиальной несет также осевую нагрузку от центробежной силы лопасти, осевая нагрузка передается на подшипник с помощью гайки (3), затягивающей подшипник (2) на валу (10). Регулирование шага лопастей достигается за счет линейного перемещения штока (8) вдоль оси, перпендикулярной плоскости чертежа. Шток может перемещаться с помощью любого, подходящего для этой цели привода, например, гидравлического или электрического. Шток (8) снабжен пальцами (9), заведенными в прорези поводков валов лопастей (7). Таким образом, при линейных перемещениях штока (8) валы лопастей (10) получают угловые перемещения в подшипниках (2) и (5), что ведет к изменению шага лопастей (4).The presented device operates as follows. The propeller blades (4) are provided with shafts (10), on which there are leashes (7). The shafts (10) are installed in bearings (2) and (5) located in the hub of the propeller (6), while the bearing (5) is supporting and carries only a radial load, and the bearing (2) is supporting and in addition to the radial also carries axial load from the centrifugal force of the blade, the axial load is transmitted to the bearing using a nut (3), tightening the bearing (2) on the shaft (10). The control of the pitch of the blades is achieved due to the linear movement of the rod (8) along an axis perpendicular to the plane of the drawing. The rod can be moved using any drive suitable for this purpose, for example, hydraulic or electric. The rod (8) is equipped with fingers (9), wound in the slot of the leads of the shafts of the blades (7). Thus, with linear displacements of the rod (8), the shafts of the blades (10) receive angular displacements in the bearings (2) and (5), which leads to a change in the pitch of the blades (4).

Claims

An adjustable pitch propeller comprising a propeller hub with blades, knot parts of which have shafts mounted in the bearings of the hub to rotate the blades to adjust the pitch of the propeller, characterized in that the propeller blades are mounted in the hub with an eccentricity relative to the axis of rotation of the propeller.