Гребной винт со съемными лопастями (варианты) - RU2284278C2
Код документа: RU2284278C2
Чертежи
Описание
Изобретение относится к гребному винту со съемными лопастями, то есть к гребному винту, лопасти которого прикреплены с возможностью отсоединения к корпусу ступицы. Более конкретно, изобретение относится к гребному винту со съемными лопастями, имеющему полый корпус ступицы и множество лопастей винта, распределенных вокруг корпуса ступицы и прикрепленных к нему с возможностью отсоединения в контакте с наружной несущей поверхностью на стенке корпуса ступицы.
Хотя изобретение этим не ограничено, оно в особенности применимо в гребном винте со съемными лопастями, имеющем регулируемые лопасти, то есть в конструкции гребного винта, лопасти которого могут двигаться в избранное шаговое положение на корпусе ступицы и блокироваться в этом положении.
С таким винтом шаг лопасти зафиксирован в том смысле, что он не может изменяться при вращении винта. Однако, когда винт неподвижен, можно изменять шаг в пределах определенного относительно узкого диапазона.
Необходимость в таком небольшом изменении шага гребного винта может возникать время от времени вследствие изменения рабочих условий для судна, оснащенного таким гребным винтом, например, в связи с переходом от работы летом к работе зимой или при работе при движении с измененной максимальной скоростью или с крейсерской скоростью.
Описания патентов GB 1455504 и DE 483317 и публикация компании KaMeWa ABP (Регулируемый гребной винт со съемными лопастями) (Adjustable Built-Up Propeller), опубликованная в 1974 году компанией Karlstads Mekaniska Werkstad (Швеция), показывают некоторые примеры выполнения гребных винтов со съемными лопастями известного уровня техники, в которых каждая лопасть крепится к корпусу ступицы множеством болтов. В этих гребных винтах известного уровня техники лопасти гребного винта крепятся на корпусе ступицы посредством ряда крепежных средств. Каждое крепежное средство включает натяжной стержень в форме резьбового болта, проходящего сквозь отверстия, сформированные в корпусе ступицы и фланцах лопастей, которыми лопасти посажены на несущую поверхность корпуса ступицы.
В гребных винтах, показанных в GB 1455504, болтами являются резьбовые шпильки, проходящие изнутри корпуса ступицы в резьбовые глухие отверстия во фланцах лопастей и затянутые гайками, навинченными на внутренние концы резьбовых шпилек. Для расположения лопастей в точном шаговом положении относительно корпуса ступицы используют штифты. Регулирование шага не предусмотрено.
В гребном винте, показанном в DE 483317, болты являются болтами с головкой, проходящими с наружной стороны, то есть стороны фланцев лопастей, открытой для воды, через удлиненные отверстия во фланцах лопастей и в корпус ступицы. Хотя назначением удлиненной конфигурации отверстий во фланцах лопастей не является обеспечение регулируемости шага, тем не менее она может допускать некоторое регулирование шага.
В гребном винте, показанном в указанной выше публикации компании, болты с головками проходят изнутри корпуса ступицы в резьбовые глухие отверстия во фланцах лопастей. Отверстия во фланцах лопастей и отверстия в корпусе ступицы расположены так, что могут быть избраны несколько разных заданных шаговых положений. Для точного расположения лопастей в разных шаговых положениях используют штифты. Когда лопасть необходимо регулировать, затяжку болтов сначала ослабляют так, что лопасть может поворачиваться вокруг ее продольной оси в нужное положение в пределах диапазона регулируемости. Затем болты затягивают для фиксации лопасти в избранном положении.
Как будет понятно, очень важно, чтобы лопасти были прочно закреплены в избранном положении регулирования. Таким образом, сила, с которой болты должны прижимать фланец к несущей поверхности, и, следовательно, вращающий момент, с которым болты должны затягиваться, существенны. Однако вблизи болтов пространство, доступное для применения гаечных ключей или других затягивающих инструментов, ограничено, и по этой и другим причинам трудно прилагать достаточно большой вращающий момент для обеспечения удовлетворительной фиксации, зависящей только от трения между фланцем лопасти и корпусом. Это особенно актуально, когда болты затягивают изнутри корпуса ступицы.
Такая же проблема существует с гребными винтами со съемными лопастями, имеющими нерегулируемые лопасти. Даже с такими гребными винтами крепежные средства должны затягиваться со значительным вращающим моментом.
В известных гребных винтах штифты, используемые для точного расположения лопастей относительно корпуса ступицы и для предотвращения нежелательных изменений шага после регулирования, также занимают некоторое пространство, и по этой причине доступно лишь небольшое количество фиксированных шаговых положений в пределах диапазона регулирования.
Желательно иметь возможность регулировать лопасти по существу непрерывно между пределами диапазона регулирования, то есть в бесконечном количестве положений регулирования, которые могут быть избраны по необходимости, и надежно фиксировать лопасти в каждом избранном положении регулирования без необходимости использования штифтов. Независимо от того, является ли гребной винт винтом типа, имеющего регулируемые лопасти, также желательно иметь возможность применять крепежные средства изнутри корпуса ступицы с адекватным усилием с использованием достаточно небольших инструментов для их использования внутри корпуса ступицы.
Соответственно, задачей изобретения является получение гребного винта типа, обозначенного в начале описания и имеющего эти необходимые свойства.
Согласно изобретению, эта задача решена благодаря созданию гребного винта, содержащего полый корпус ступицы, лопасти гребного винта, распределенные вокруг корпуса ступицы и закрепленные на его наружной несущей поверхности с возможностью отсоединения, крепежные средства для каждой лопасти гребного винта, причем каждое крепежное средство включает натяжной стержень, который проходит от полости корпуса ступицы сквозь отверстия в ее стенке к фланцу лопасти и закреплен во фланце лопасти, и фланцевый элемент, установленный на натяжном стержне с возможностью упора в стенку корпуса ступицы со стороны полости корпуса ступицы, и характеризующегося тем, что лопасть закрепляют в необходимом положении посредством фланцевых элементов, каждый из которых имеет множество прорезей, расположенных вокруг натяжного стержня, определяющего положение лопасти, и натяжные элементы, помещенные в прорези, причем натяжные элементы установлены с возможностью выдвижения из фланцевого элемента к стенке корпуса ступицы для приложения усилия натяжения к натяжному стержню.
Более того, эта задача так же может быть решена благодаря созданию гребного винта, содержащего полый корпус ступицы, лопасти гребного винта, распределенные вокруг корпуса ступицы и закрепленные на его наружной несущей поверхности с возможностью отсоединения, крепежные средства для каждой лопасти гребного винта, причем каждое крепежное средство включает натяжной стержень, который проходит от полости корпуса ступицы сквозь отверстия в ее стенке к фланцу лопасти и закреплен во фланце лопасти, и фланцевый элемент, установленный на натяжном стержне с возможностью упора в стенку корпуса ступицы со стороны полости корпуса ступицы, при этом отверстия в стенке корпуса ступицы имеют удлиненную конфигурацию, а лопасти гребного винта выполнены с возможностью поворота на несущей поверхности для регулирования угла наклона лопасти в угловом диапазоне, заданном удлиненными отверстиями, для фиксирования в избранном положении регулирования в пределах этого диапазона при помощи крепежных средств, и характеризующегося тем, что лопасть закрепляют в необходимом положении регулирования посредством фланцевых элементов, каждый из которых имеет множество прорезей, расположенных вокруг натяжного стержня, и натяжные элементы, помещенные в прорези, причем натяжные элементы установлены с возможностью выдвижения из фланцевого элемента к стенке корпуса ступицы для приложения усилия натяжения к натяжному стержню.
Предпочтительно, натяжной стержень соединен с лопастью гребного винта посредством резьбового соединения.
Фланцевый элемент и натяжной стержень могут образовывать единую деталь.
Преимущественно, натяжной стержень является резьбовой шпилькой, один конец которой ввинчен в лопасть гребного винта, а фланцевый элемент является гайкой, навинченной на другую оконечную часть резьбовой шпильки. При этом фланцевый элемент может упираться в стенку корпуса ступицы при посредничестве, по меньшей мере, одной шайбы из твердого материала. Предпочтительно, толщина шайбы или комбинированная толщина шайб составляет, по меньшей мере, 0,3 ширины отверстия.
Прорези во фланцевом элементе могут представлять собой резьбовые осевые отверстия, проходящие сквозь фланцевый элемент, а натяжные элементы могут представлять собой натяжные винты, помещенные в прорези.
Предпочтительно, по меньшей мере, на несущую поверхность корпуса ступицы или поверхность лопасти гребного винта, лежащую на несущей поверхности, нанесен повышающий трение материал, такой как слой окиси хрома или карбида вольфрама.
Как будет более понятно из следующего далее описания, каждый натяжной стержень, которым может быть корпус болта, может снабжаться фланцевым элементом, таким как гайка или головка болта, имеющим множество прорезей, распределенных вокруг натяжного стержня, и такое же множество натяжных элементов, которые входят в эти прорези и могут проходить от фланцевого элемента к стенке корпуса ступицы для оттягивания фланцевого элемента от стенки корпуса ступицы и, таким образом, подвергать натяжной стержень натяжению.
Естественно, каждый натяжной элемент будет прилагать только часть суммарной стягивающей силы, которую следует прилагать к натяжному стержню для обеспечения надежного закрепления трением лопасти гребного винта на корпусе ступицы. Однако комбинированная стягивающая сила, прилагаемая натяжными элементами, может обеспечивать прочную фиксацию трением без необходимости подвергать отдельные натяжные элементы воздействию более чем малой части силы, требуемой для прочной фиксации лопастей известных гребных винтов, где для каждого крепежного средства прилагают вращающий момент к одной головке крепежного болта или к гайке крепежного болта.
Поскольку каждый натяжной элемент должен подвергаться воздействию лишь малой силы, затяжка натяжного стержня может осуществляться при помощи небольшого инструмента, такого как гайковерт с силовым приводом, если натяжными элементами являются винты. Таким образом, во многих случаях можно осуществлять операцию затяжки изнутри полости корпуса ступицы; гребные винты типа, к которому относится изобретение, обычно достаточно велики, чтобы допускать работу механика с ручным инструментом с силовым приводом внутри корпуса ступицы, когда регулируют положение лопасти гребного винта.
Натяжные стержни в таких случаях могут входить в лопасть гребного винта с той стороны фланца лопасти, которая входит в контакт с несущей поверхностью корпуса ступицы. Соответственно, они могут не проходить сквозь всю толщину фланца лопасти, которая, таким образом, может иметь гладкую наружную поверхность. Это также означает, что вся поверхность фланца, входящая в контакт с несущей поверхностью корпуса ступицы, доступна для размещения натяжных стержней. С другой стороны, если натяжные стержни входят во фланец лопасти с противоположной стороны, то есть стороны, открытой для воды, комель лопасти гребного винта ограничивает пространство, доступное для размещения натяжных стержней.
Изобретение будет полнее понято из следующего описания варианта его осуществления, показанного в качестве примера на прилагаемых чертежах, а именно гребного винта с регулируемыми съемными лопастями. На чертежах:
Фиг.1 - вид сбоку гребного винта и части соединенного с ним вала гребного винта;
фиг.2 - вид, подобный показанному на фиг.1, но показывающий корпус ступицы гребного винта, разрезанный в плоскости, содержащей ось вала гребного винта,
фиг.3 - увеличенный вид сечения верхнего левого угла корпуса ступицы, показанного на фиг.2, и примыкающей части фланца лопасти гребного винта;
фиг.4 - часть корпуса ступицы, видимой по линии IV-IV с фиг.3.
Гребной винт 10 со съемными лопастями, показанный на чертежах, прикреплен болтами к фланцу R на валу S гребного винта, только часть которого показана и ось которого обозначена буквой С. Гребной винт 10 содержит в целом кубический полый корпус 11 ступицы, включающий переднюю стенку 12, которой корпус ступицы прикреплен болтами к фланцу R вала гребного винта, заднюю стенку 13 и четыре боковые стенки 14, расположенные вокруг оси С. Три или четыре боковые стенки показаны на фиг.2, тогда как четвертая стенка показана на фиг.1.
В передней стенке 12 и задней стенке 13 сформированы круглые отверстия 12А и 13А, отцентрированные по оси С вала гребного винта. Круглые отверстия 14А, сформированные в боковых стенках 14, отцентрированы по ортогональным осям L (только одна из них показана на чертежах), которые пересекаются друг с другом и с осью С вала гребного винта в точке К.
Заднее отверстие 13А, через которое доступна полость 11А корпуса 11 ступицы, обычно плотно закрыто съемной крышкой 15.
Наружная поверхность каждой боковой стенки 14 формирует плоскую несущую поверхность 14С для лопасти 16 гребного винта, прикрепленной к корпусу 11 ступицы круглым фланцем 17 лопасти, отцентрированным по оси L. На стороне фланца 17 лопасти, обращенной к корпусу 11 ступицы, сформирован круглый плоский выступ 17А, проходящий в отверстие 14А боковой стенки 14 для центрирования фланца 17 и, таким образом, всей лопасти 16 гребного винта относительно корпуса 11 ступицы. На этой же стороне фланец лопасти имеет кольцевую канавку, в которую помещено уплотнительное кольцо 18, благодаря которому фланец лопасти входит в непроницаемый контакт с несущей поверхностью 14С. Каждая из четырех лопастей 16 гребного винта, которые расположены в крестообразной конфигурации, удерживается на корпусе 11 ступицы множеством (шестнадцатью в показанном варианте) натяжных стержней 19 в форме резьбовых шпилек, которые равномерно разнесены друг от друга вдоль воображаемой круглой цилиндрической поверхности D, отцентрированной по оси L, причем их оси Т лежат в этой цилиндрической поверхности D и проходят параллельно оси L.
Каждый такой натяжной стержень или резьбовая шпилька 19 проходит с небольшим зазором сквозь отверстие 20 в боковой стенке 14, и одна ее оконечная часть ввинчена в резьбовое глухое отверстие 17В во фланце 17 лопасти. Вдоль указанной выше воображаемой цилиндрической поверхности D, содержащей оси резьбовых шпилек 19, равномерно распределены отверстия 20.
Как показано на фиг.4, отверстия 20 удлинены в направлении по окружности для обеспечения небольшого вращательного движения лопасти 16 гребного винта вокруг оси L и, таким образом, обеспечения плавного (непрерывного) изменения угла α наклона лопасти гребного винта в пределах углового диапазона регулирования, составляющего несколько градусов.
Другая оконечная часть резьбовой шпильки 19 проходит внутрь за внутреннюю сторону боковой стенки 14 и ввинчена в компонент 21, который назван здесь натяжной гайкой. Натяжная гайка 21 служит для притягивания фланца 17 лопасти гребного винта к несущей поверхности 14С с большой силой. Эта гайка относится к типу ("torquenut") и производится американской компанией Superbolt, Carnegie, Pennsylvania под торговой маркой SUPERBOLT®.
Натяжная гайка 21 содержит фланцевый элемент 22 в конфигурации в целом круглой цилиндрической гайки с внутренней резьбой, соответствующей наружной резьбе резьбовой шпильки 19. Фланцевый элемент 22 снабжен в показанном здесь варианте шестнадцатью прорезями в форме резьбовых отверстий 23, проходящих сквозь фланцевый элемент и равномерно распределенных по окружности. В каждую прорезь с наружной стороны, то есть со стороны фланцевого элемента 22, которая обращена в противоположную сторону от внутренней стороны стенки 14 корпуса ступицы, ввинчен натяжной элемент в форме натяжного винта 24, имеющего головку 25. Натяжной винт 24 имеет такую длину, что когда он полностью ввинчен в прорезь, его конец выступает от внутренней стороны фланцевого элемента 22, то есть стороны, обращенной к стенке 14 корпуса ступицы.
С натяжной гайкой 22 соединена металлическая шайба 26. Эта шайба, которая со скольжением насажена на резьбовую шпильку 19, имеет высокую твердость, по меньшей мере, на стороне, обращенной к фланцевому элементу 22, и, таким образом, она может выдерживать высокое поверхностное давление, создаваемое натяжными винтами 24.
Для того чтобы шайба 26 не могла избыточно деформироваться в ее частях, которые перекрывают открытые районы отверстия 20, то есть районы, которые не заняты резьбовой шпилькой 19 (см.фиг.4), она должна иметь некоторую минимальную толщину. Если необходимо, показанная шайба 26 может дополняться дополнительной шайбой (не показана), предпочтительно очень твердой, но относительно тонкой шайбой, формирующей стандартный комплект натяжной гайки SUPERBOLT® и располагаемой смежно с фланцевым элементом 22. В этом случае шайба 26 может быть несколько тоньше и менее твердой, чем в случае, когда она применяется одна. Предпочтительно, толщина шайбы 26 или, когда используют дополнительную шайбу, комбинированная толщина двух шайб составляет, по меньшей мере, 0,3 радиальной ширины отверстия 20.
Когда необходимо устанавливать лопасть 16 гребного винта, ее помещают внутренней или нижней стороной 17С фланца 17 лопасти так, что она лежит на несущей поверхности 14С, и отверстия 17В во фланце лопасти совпадают с удлиненными отверстиями 20 в стенке 14 корпуса ступицы. В таком случае резьбовые шпильки 19 ввинчивают в отверстия 17В фланца лопасти изнутри полости НА корпуса 11 ступицы, на резьбовые шпильки 19 со скольжением надевают шайбы 26, и на выступающие концы резьбовых шпилек навинчивают натяжные гайки 21. После того как лопасть гребного винта повернута в необходимое положение, натяжные гайки 21 затягивают, пока не будет устранен зазор между фланцем 17 лопасти и стенкой 14 корпуса ступицы или между последней и комплектом из шайбы и натяжной гайки. Эта затяжка может осуществляться без необходимости прилагать очень большой вращающий момент к натяжным гайкам 21. Если натяжные винты 24 уже ввинчены во фланцевый элемент 22, их не следует ввинчивать настолько, чтобы их концы выступали от внутренней стороны фланцевого элемента.
Затем натяжные винты 24 каждой натяжной гайки 21 затягивают так, чтобы создать упор в стенку 14 корпуса ступицы с посредничеством шайбы 26 и поднять фланцевый элемент 22 от шайбы таким образом, чтобы связанная с нею резьбовая шпилька 19 была натянутой. Благодаря большому количеству натяжных винтов 24 каждой натяжной гайки 21 растягивающая нагрузка на резьбовые шпильки 19 может прилагаться с умеренным усилием, и все же достаточным для адекватной фиксации лопасти гребного винта в избранном положении только за счет трения между фланцем 17 лопасти и несущей поверхностью 14С. Соответственно, затяжка может осуществляться при помощи небольшого гайковерта с силовым приводом изнутри полости 11А корпуса 11 ступицы. В качестве завершающей операции прикрепляют крышку 15.
Если установку лопастей 16 гребного винта необходимо изменить, крышку 15 удаляют и, таким образом, натяжные винты 24 и, следовательно, натяжные гайки 21 могут ослабляться и допускать поворот лопастей гребного винта в новое необходимое положение, в котором натяжные гайки и натяжные винты снова затягивают.
Если гребной винт 10 возможно должен работать в очень тяжелых условиях, таких как условия работы во льдах, когда лопасти гребного винта подвергаются сильным нагрузкам, может быть достигнута дополнительная фиксация, противостоящая нежелательному повороту лопастей гребного винта, посредством применения материала, усиливающего трение, на несущей поверхности 14С корпуса ступицы и/или на связанной с нею внутренней стороной 17С фланца 17 лопасти, например напылением слоя окиси хрома или карбида вольфрама на одну из поверхностей или на обе поверхности.
Реферат
Изобретение относится к судостроению, в частности, к конструкции гребных винтов. Гребной винт содержит полый корпус ступицы, множество лопастей гребного винта и множество крепежных элементов для каждой лопасти. Каждое крепежное средство включает натяжной стержень и фланцевый элемент, установленный на натяжном стержне. Лопасти гребного винта могут быть поворотными для регулирования угла наклона лопасти и могут фиксироваться в избранном положении при помощи крепежных средств. Фланцевый элемент имеет множество прорезей и натяжных элементов, помещенных в прорези. Эти натяжные элементы способны выдвигаться из фланцевого элемента к стенке корпуса ступицы и прилагать натяжение к натяжному стержню. Технический результат заключается в обеспечении прочного крепления лопастей гребного винта в избранном положении. 2 с. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.
