Materiale pentru fabricarea elicelor. Elice, tipuri și caracteristici Principiul de funcționare al elicei unei nave

Pentru a face ca o barcă, ca orice navă, să se miște cu o viteză constantă, este necesar să i se aplice o forță constantă (împingere), care ar fi suficientă pentru a depăși rezistența apei.

Pe navele mici, cel mai utilizat pentru a crea tracțiune este elice- unitate de propulsie ușoară, compactă, foarte eficientă, ușor de fabricat și ușor de operat. Să vorbim despre asta mai detaliat, să înțelegem principiul de funcționare și designul elicei.

Elicea (Fig. 1) constă dintr-o bucșă - hub-uri si mai multe lame, turnat integral cu acesta sau fabricat separat și atașat de acesta. Elicea este de obicei situată la pupa navei și este antrenată de motor prin arborele elicei. Își datorează numele faptului că, în timpul funcționării, orice punct al lamei sale se mișcă helix- se rotește și se deplasează simultan înainte cu nava. Teoria care explică funcționarea unei elice se bazează pe principiu aripă hidrodinamică. La prima vedere, acest lucru pare ciudat - ce legătură are aripa cu asta - dar nu te grăbi să iei o concluzie?

Să ne uităm la paleta elicei din lateral (Fig. 2) și să ne imaginăm direcția în care se mișcă în apă (sau, aplicând principiul reversibilității mișcării, direcția fluxului care curge în jurul palei).

Viteza W a curgerii apei în raport cu paleta se poate obține prin adăugarea geometrică a doi vectori: viteza periferică V r =2πrn cauzată de rotația elicei (π = 3,14; r este distanța secțiunii considerate a paleta de pe axa elicei n este numărul de rotații ale elicei pe secundă) și mișcarea vitezei de translație cu vasul V a. Vectorul viteză totală W este direcționat către suprafața inferioară a palei la un unghi α, numit în teoria aripii unghiul de atac. În acest caz, pe suprafața inferioară a lamei (se numește suprafață de descărcare) a hipertensiune arterială apă, iar în partea de sus (aspirație) există un vid. Ca urmare a diferenței de presiune pe pale, ca pe o aripă, apare o forță de ridicare Y Dacă o descompunem în componente, dintre care una este îndreptată spre mișcarea vasului, iar a doua este perpendiculară pe acesta. obțineți, respectiv, forța P, care creează împingerea elicei, și forța T , creând un cuplu pe care motorul trebuie să-l depășească pentru ca elicea să se rotească și să miște nava.

Împingerea elicei creată de forța de ridicare depinde nu atât de aria palei, ci - în deplină analogie cu aripa - de parametri precum unghiul de atac, profilul secțiunii, lungimea lamei.

Să ne familiarizăm cu acestea și cu alte caracteristici principale ale elicei.

Diametrul șurubului D este determinat de cercul descris de punctul cel mai îndepărtat al palei de axa elicei.

Pas geometric elicea H este pasul suprafeței elicoidale cu care coincide partea de refulare a palei. Dacă șurubul ar fi înșurubat în apă ca o piuliță, atunci, într-o singură rotație, nava ar parcurge o distanță egală cu pasul șurubului, iar viteza sa ar fi egală cu Hn.

De ce ar trebui să aibă lama o suprafață elicoidală? Să ne uităm la fig. 2. Evident, elicea va da cea mai mare tracțiune dacă secțiunile palei de pe orice rază r sunt situate la același unghi optim de atac față de fluxul α care se apropie. Totuși, lângă butuc viteza periferică V r =2πrn va fi mai mică decât la capătul palei, în timp ce viteza axială a elicei Hn este aceeași peste tot. Ca rezultat, mărimea și direcția vitezei W se vor schimba. Pentru a menține unghiul α neschimbat, lama de la butuc ar trebui să fie rotită la un unghi mai mare față de V r decât la capăt. Acest lucru este, de asemenea, clar vizibil dintr-o altă figură (Fig. 3), care arată metoda de formare și verificare a suprafeței elicoidale a lamei folosind pătratele de pas.

Diametrul și pasul șurubului sunt cei mai importanți parametri, de care depinde posibilitatea utilizării la maximum a puterii motorului și, în consecință, atingerea celei mai mari viteze a navei.

Dacă pasul elicei este prea mare pentru viteza și rpm date, palele se vor prinde și se vor arunca prea mult înapoi. număr mare apă, tracțiunea elicei va crește, dar în același timp cuplul pe arborele elicei va crește și motorul nu va avea suficientă putere pentru a dezvolta viteza maximă. În acest caz ei spun că șurubul este greu.

Dimpotrivă, dacă pasul este mic, motorul va întoarce cu ușurință elicea la turație maximă, dar tracțiunea va fi mică și nava nu va atinge viteza maximă posibilă. Un astfel de șurub este luat în considerare uşor.

Pasul și diametrul sunt calculate luând în considerare rezistența apei la mișcarea carenei, viteza dată a navei, viteza și puterea motorului instalat. Regula generală este următoarea: bărcile ușoare, de mare viteză necesită elice cu un raport H/D cu pas sau pas mare, în timp ce bărcile grele și cu viteză mică necesită una mai mică. La motoare utilizate în mod obișnuit cu o turație de 1500-5000 rpm, raportul optim de pas H/D va fi: pe bărci cu motor și planoare de curse 0,9-1,4; ambarcațiuni ușoare de agrement 0,8-1,2; bărci cu deplasare 0,6-1,0 și bărci foarte grele cu viteză mică 0,55-0,80. Este important să rețineți că aceste valori se aplică dacă arborele elicei face aproximativ 1000 rpm la fiecare 15 km/h de viteză a bărcii. În caz contrar, este necesar să folosiți o cutie de viteze care modifică viteza elicei în consecință.

Diametrul elicei afectează semnificativ sarcina motorului. De exemplu, cu o creștere a D cu doar 5%, este necesară creșterea puterii motorului cu aproape 30% pentru a obține același număr n de rotații ale elicei. Acest lucru trebuie luat în considerare dacă trebuie să „ușuriți” o elice grea: uneori este suficient să tăiați ușor capetele palelor la un diametru mai mic.

În timpul unei revoluții, elicea împreună cu nava se deplasează înainte (Fig. 4) nu cu pasul H, ci datorită alunecării în apă - cu o distanță mai mică, numită pas hp. Pierderea de viteză în acest caz va fi Hn=h p n. Cantitatea de alunecare este caracterizată de raportul:

Slip s este de obicei exprimat ca procent.

Benzile de rulare și alunecarea elicei sunt ușor de determinat, cunoscând viteza ambarcațiunii, pasul elicei și numărul de rotații ale acesteia, deoarece:

Alunecarea atinge valoarea maximă (100%) atunci când elicea funcționează pe o navă ancorată la țărm. Elicele bărcilor cu motor și scuterelor de curse ușoare au cea mai mică alunecare (8-15%); pentru elicele ambarcațiunilor de planare, alunecarea este de 15-25%, pentru ambarcațiunile cu deplasare mare de 20-40%, iar pentru iahturile cu vele cu motor auxiliar, 50-70%. Alunecarea excesivă indică faptul că elicea este prea grea sau că barca este supraîncărcată, deoarece alunecarea crește odată cu creșterea sarcinii (de exemplu, atunci când tractați un schior nautic cu o barcă cu motor).

Pentru elicele pentru bărci, se folosesc profile cu secțiune transversală a palelor segmentare, de aviație plat-convexe și convex-concave. Ultimele două tipuri sunt mai eficiente, dar mai dificil de fabricat și oferă mai puțin accent la inversare, adică în sens invers.

Zona lamei, după cum sa menționat deja, nu are un efect semnificativ asupra opritorului șurubului. Cu toate acestea, suprafața excesivă duce la frecarea crescută a elicei pe apă și la un consum inutil de putere a motorului.

Pe ambarcațiunile de mare viteză trebuie să te confrunți adesea cu fenomenul cavitației elicei. Se știe că la presiune scăzută (de exemplu, la mare în munți) apa fierbe la o temperatură sub 100 ° C. Pentru elicele de mare viteză, vidul de pe partea de aspirație a lamei atinge o valoare atât de mare încât apa fierbe deja la temperatura naturala. Se formează bule și cavități umplute cu abur - acest fenomen se numește cavitația. Există două etape de cavitație (Fig. 5). În prima etapă, cavitățile sunt mici și practic nu afectează funcționarea șurubului. Cu toate acestea, atunci când bulele izbucnesc, se creează presiuni locale enorme, determinând ca materialul lamei să se ciobească la suprafață. O astfel de deteriorare a eroziunii în timpul funcționării pe termen lung a unei elice cu cavitație poate fi destul de semnificativă.

Cu o creștere suplimentară a vitezei de rotație a elicei, începe a doua etapă a cavitației. Se formează o cavitate continuă (cavitate), care se poate închide în afara lamei. Eroziunea se oprește, dar împingerea dezvoltată de șurub scade brusc.

Momentul debutului cavitației depinde nu numai de numărul de rotații, ci și de suprafața totală a palelor, de grosimea și curbura profilului secțiunii lamei, de adâncimea de scufundare a elicei sub linia de plutire etc. Cu cât aria palelor este mai mică, cu atât grosimea profilului lor este mai mare și cu atât elicea este mai aproape de linia de plutire. În plus, la viteze mai mici, adică „mai devreme”, apare cavitația. Rețineți că dezvoltarea cavitației este facilitată de bulele de aer și turbulențele de la suporturi, arbore, chilă falsă situată în fața elicei, pas crescut al elicei etc.

O caracteristică a zonei palelor elicei este ea raportul de disc A/A d, adică raportul dintre suprafața totală a tuturor palelor desfășurate și îndreptate A și aria cercului A d descris de elice (Fig. 6). Pentru elicele de dimensiuni mici ale navelor cu viteză mică, raportul discului este de obicei 0,35-0,60, pentru elicele cavitatoare ale ambarcațiunilor de mare viteză 0,80-1,20.

Elicele cu trei pale sunt cele mai comune pe bărci, deși elicele cu două pale sunt adesea folosite pe bărci de curse. În general, elicele cu două pale sunt mai eficiente. Cu o elice cu trei pale, distanța dintre marginile palelor adiacente este mai mică, astfel încât se introduce o distorsiune mai mare în fluxul din jurul palelor. În plus, cuplul unei elice cu trei pale este puțin mai mare; În consecință, puterea necesară pentru a-l roti este mai mare. Patru și cinci pale sunt utilizate în principal în cazurile în care este necesar să se reducă vibrațiile și zgomotul de la funcționarea elicelor.

În funcție de sensul de rotație al arborelui elicei (privind dinspre pupă), se folosesc șuruburi corect(în sensul acelor de ceasornic) și stânga rotaţie.

Evaluarea finală a eficienței elicei selectate este aceasta eficienţăη p este raportul dintre puterea utilă cheltuită direct la crearea opririi P și deplasarea navei la o viteză υ (adică Po, 75 CP), la puterea motorului furnizată elicei.

Pierderile de putere la elice sunt destul de semnificative și ajung la 35-50%. Acestea sunt cauzate de costurile de accelerare a curgerii apei în spatele elicei, răsucirea și îngustarea acestui debit, frecarea palelor cu apa etc. Este foarte dificil să obțineți o eficiență ridicată a elicei pe bărci din cauza pescajului mic, care limitează diametrul elicei și selecția complexității vitezei optime.

Elicea situată în pupă este întotdeauna în raza de acțiune curgere trecătoare, dusă de carena navei, astfel încât viteza întâlnirii acesteia cu apa este mai mică decât viteza navei. La ambarcațiunile ușoare planante, pe care elicea este instalată sub un fund plat, această reducere este mică (2-5%), dar la ambarcațiunile cu deplasare grea, mai ales dacă elicea este situată în spatele lemnului de pupa, crește la 15-20% . Evident, trebuie luat în considerare debitul asociat, altfel elicea va fi grea.

Elicea, aspirand apa ca o pompa, mareste viteza apei care curge in jurul capatului pupa al navei. Ca rezultat, aici se formează o zonă tensiune arterială scăzută, care încetinește mișcarea vasului. Pentru a depăși această forță aspiraţieșurubul trebuie să dezvolte un accent suplimentar. Evident, cu cât contururile sunt mai pline și cu cât pescajul vasului în zona elicei este mai mare, cu atât este mai mare diametrul elicei și cu cât viteza este mai mică, cu atât forța de aspirație este mai mare. De exemplu, pe o barcă de planare, nu reprezintă mai mult de 4% din forța principală, sau împingerea, necesară pentru a muta nava, iar pe o barcă de salvare ajunge la 15-30%.

Când elicea funcționează în spatele carenei navei, puterea utilă de ieșire nu va mai fi caracterizată de eficiența elicei, ci de așa-numita coeficient de propulsie:

Valorile medii ale coeficientului de propulsie pe ambarcațiunile moderne sunt 0,45-0,55.

Pe măsură ce încheiem această primă cunoaștere a elicei, vă sfătuim să: examinați elicea bărcii dvs., măsurați diametrul și pasul acesteia, estimați viteza ambarcațiunii, alunecarea elicei, viteza arborelui și sarcina motorului. Se poate dovedi că veți găsi o oportunitate de a face barca mai rapidă.

Vă vom spune cum să alegeți șurubul optim în următoarele numere ale colecției.

Note

2. Pentru palele cu profil asimetric, utilizate de obicei pentru elice, tracțiunea devine zero la unghiuri negative de atac, adică atunci când banda de rulare depășește ușor pasul geometric al elicei. Mersul la care se oprește șurubul egal cu zero, numit etapă hidrodinamică surub sau pas de oprire zero.

3. În unele cazuri, η k poate fi mai mare decât unitatea.

Este importantă viteza maximă, acces încrezător și rapid la planorul cu cea mai mare sarcină? Sau vrei doar viteza potrivită pentru trolling?

Adesea, proprietarul unei ambarcațiuni sau a unei bărci cu motor are întrebarea de a alege cea mai potrivită elice. Elicea este elicea bărcii și a bărcii dvs. cu motor. Prin transformarea rotației arborelui motorului în forță (forța care împinge vasul), elicea pune în mișcare barca sau barca cu motor. Și modul în care va naviga nava depinde de ce tip este, din ce material este făcută și de ce caracteristici are. Să luăm în considerare opțiunile și caracteristicile posibile.

3 sau 4 lame

O elice cu 3 pale are o rezistență mai mică și o eficiență mai mare, dar cavitația se produce mai devreme la elicele cu 3 pale - acesta este momentul în care, la viteze mari, se produce formarea aburului în apropierea palelor și condensarea ulterioară a bulelor de abur în fluxul de lichid. Astfel de pungi de gaz de abur și aer reduc forța axială și cuplul și, de asemenea, distrug suprafața elicei. O elice cu 4 pale cu același diametru vă permite să procesați mai multă putere și să reduceți vibrațiile.

Elicea cu 4 pale reduce timpul necesar avionului și poate economisi combustibil în timpul călătoriei. Dar viteza maximă atinsă a unei nave cu o elice cu 4 pale este mai mică în comparație cu o elice cu 3 pale de același diametru și pas.

Pasul și diametrul

Diametrul elicei este diametrul cercului care cuprinde toate paletele elicei. De regulă, cu cât viteza arborelui elicei este mai mică, cu atât diametrul ar trebui să fie mai mare. Pentru navele cu mișcare relativ lentă se recomandă o elice cu un diametru mai mare, iar pentru navele de mare viteză - cu una mai mică.

Pasul elicei- al doilea ca important specificatii tehnice. Pasul unei elice corespunde distanței pe care elicea se va deplasa într-o rotație completă într-un mediu dens (nu apă) fără alunecare. Pasul este definit ca unghiul de înclinare al paletei față de axa orizontală a rotorului și se măsoară în inci. Cu cât unghiul de înclinare al lamei este mai mare, cu atât elicea creează mai mult accent în timpul rotației. Prin urmare, pasul elicei afectează direct turația maximă a motorului. Cu cât pasul este mai mic, cu atât viteza motorului poate fi mai mare. Un pas mic al elicei are cea mai slabă performanță în ceea ce privește viteza, dar cea mai bună din punct de vedere al greutății portante. Este important să selectați pasul elicei astfel încât, cu supapa de accelerație deschisă la maxim, turația motorului să se încadreze în domeniul de funcționare recomandat de producătorul motorului. Atunci vom obține o performanță bună de rindeluire, un decent viteza maxima iar principalul lucru este funcționarea corectă a motorului, fără uzură inutilă.

Material de fabricatie

Are o eficiență mai bună în comparație cu omologul său din aluminiu, datorită grosimii mai subțiri a lamei, modelului complex de rotor și specularității bune a suprafeței. Această elice este mai puțin susceptibilă la cavitație, ca urmare are caracteristici de viteză mare. Rezistența ridicată a șurubului de oțel îi permite să nu se uzeze pe fundul nisipos și previne formarea așchiilor pe acesta și nu se corodează în apă sărată. O astfel de elice poate face față unui impact ușor asupra lemnului în derivă sau a fundului fără a modifica geometria palelor.

Costul unui șurub din oțel este mai mare decât al unuia din aluminiu. În cazul unui impact cu o piatră, șurubul de oțel va rezista, iar o parte semnificativă din energia distructivă a impactului va fi transferată către cutia de viteze și arborele. Ca urmare, poate exista o deformare a pieselor cutiei de viteze, care este mult mai gravă decât deteriorarea elicei în sine.

În primul rând, acesta este un preț relativ ieftin. Capacitate ridicată de întreținere, iar în cazul unei coliziuni dure cu o piatră sau un lemn de plutire - daune minime la părțile scumpe ale cutiei de viteze a motorului, elicea va absorbi o parte din energia de impact.

Elicea moale din aluminiu se freacă de fundul nisipos, creează turbulențe suplimentare și reduc eficiența. Geometria lamelor se poate schimba atunci când întâmpinați obstacole minore, cum ar fi zăvoare sau sticle scufundate.

Alegerea unei elice este o chestiune individuală; principalul lucru este să determinați cu exactitate sarcinile pentru barca și barca dvs. cu motor. Dacă barca dumneavoastră are două motoare, atunci nu uitați să setați elicele la contrarotație (de obicei din partea tribord - dreapta, babord - stânga). Nu uitați de astfel de soluții tehnice precum injecție înclinată(unghiul de înclinare a palei elicei în raport cu axa butucului). O pantă pozitivă crește ușor eficiența și permite utilizarea unei elice cu diametru mai mare, o pantă negativă, la rândul său, oferă o rezistență suplimentară lamei atunci când funcționează la viteze foarte mari. Pentru elicele puternic încărcate, palele nu au de obicei o înclinare, ele sunt perpendiculare pe butuc.

Pentru a selecta o elice care se potrivește cel mai bine sarcinilor dvs., designului bărcii și performanței motorului, puteți obține sfaturi profesionale mai detaliate în magazinele noastre.

Ținând cont de particularitățile producției și funcționării elicelor, materialele pentru fabricarea acestora trebuie să aibă următoarele proprietăți generale:

calități mecanice ridicate, de ex. rezistență și ductilitate, oferind capacitatea de a rezista la sarcinile de oboseală percepute de lame;

rezistență crescută la coroziune și eroziune și capacitatea de a menține curățenia originală a suprafeței pentru o lungă perioadă de timp;

calități tehnologice înalte, adică proprietăți bune de turnare și ușurință în prelucrare cu scule de tăiere;

întreținere - capacitatea de a fi ușor îndreptat, sudat, suprafațat etc.

Materialele pentru fabricarea elicelor sunt aliaje neferoase și oțeluri inoxidabile. Având în vedere raritatea aliajelor neferoase și costul ridicat al oțelului inoxidabil, în ciuda cerințelor de funcționare, elicele sunt încă fabricate din oțel carbon. Materialele plastice și titanul sunt folosite ca materiale experimentale.

Calitățile de oțel carbon 25L, ZOL și 35L au proprietăți de coroziune extrem de scăzute. Șuruburile fabricate din acesta se defectează din cauza uzurii corozive după 6-18 luni. Utilizarea acestui material este recomandabilă numai pe navele care operează în condiții severe de gheață sau care vor fi dezafectate în următorii ani. Pentru a crește rezistența la coroziune și rezistența la oboseală a elicelor din oțel carbon, în prezent sunt introduse acoperiri electrolitice din aliaje speciale aplicate palelor prin metoda ingineriei. M.I. Dvorkina.

În conformitate cu clasificarea Asociației Internaționale a Societăților de Clasificare (IACS), aliajele neferoase pentru fabricarea elicelor sunt împărțite în patru categorii cu diferite niveluri inferioare de proprietăți mecanice (Tabelul 3.3).

Dintre alamele din practica casnică, cea mai comună este alama de fier mangan de marca LMtsZh55-3-1, compozitia chimicași ale căror proprietăți mecanice sunt date în tabel. 3.5. Această alamă are proprietăți bune de turnare, dar proprietăți scăzute la coroziune-oboseală; limita sa condiționată de rezistență la coroziune în apa de mare este σ -1 = (8,5-10) kgf/mm 2 = 80-100 pe baza 10 6. Cele mai grave dezavantaje ale acestei alame sunt următoarele:

dezincificarea, adică eliberarea zincului din aliaj în absența protecției protectoare. Consecința dezincificării este crăpăturile și distrugerea suprafeței lamei;

tendința la fisurare prin coroziune, adică la distrugere cauzată de suprasolicitarea materialului sub acțiunea combinată a tensiunilor interne de tracțiune și a unui mediu corosiv (apa de mare).

Tensiunile de tracțiune interioare apar ca urmare a încălzirii și răcirii ulterioare a metalului în timpul sudării sau îndreptării. Ele ating valori semnificative și pot fi estimate aproximativ folosind formula

unde / este temperatura de încălzire.

Lamele fabricate din materiale susceptibile la fisurarea prin coroziune sub presiune vor dezvolta fisuri la 10 săptămâni sau mai mult după încălzire, chiar și fără aplicarea sarcinilor de funcționare. Tendința la fisurare prin coroziune duce la distrugerea palelor dacă tensiunile interne nu sunt îndepărtate prompt prin tratament termic.

Luarea în considerare insuficientă în timpul proiectării și fabricării elicelor pentru proprietățile scăzute de coroziune-oboseală ale alamei LMtsZh55-3-1 și susceptibilitatea acesteia la fisurarea coroziunii a provocat un număr mare de accidente cu elice pe navele interne (Fig. 3.51). Dacă acești factori sunt luați în considerare, este recomandabil să folosiți alamă LMtsZh55-3-1 pentru fabricarea elicelor de dimensiuni medii.

Pentru a înlocui oțelul carbon insuficient rezistent la coroziune, a fost dezvoltat oțel inoxidabil de calitate domestică 1X14NDL și este utilizat pe scară largă (Tabelul 3.4). Acest aliaj are proprietăți la coroziune-oboseală relativ ridicate (limită de rezistență la coroziune 0_i~ - 15 kgf/mm 2 bazată pe 10 6 cicluri) supus unui bun tratament de suprafață a lamelor. Având în vedere dificultățile tehnologice în efectuarea unei astfel de prelucrări, suprafața lamelor din acest aliaj este de obicei curățată doar cu abrazivi. Oțelul inoxidabil 1X14NDL, care este foarte sensibil la tăieturi, din produs are de fapt o_i = 7,5-f-8 kgf/mm 2 pe o bază de 10 6. Această proprietate a fost și motivul distrugerii palelor elicei din cauza epuizării resursei de rezistență ciclică pe o serie de nave interne (Leninsky Komsomol, Melitopol etc.).

Cele mai promițătoare și de înaltă calitate materiale pentru fabricarea elicelor sunt aliajele speciale, inclusiv nichel-aluminiu și, într-o măsură și mai mare, bronzul mangan-aluminiu. Industria a stăpânit producția de elice din următoarele aliaje autohtone:

bronz nichel-aluminiu BrAZHN9-4-4;

bronzuri mangan-aluminiu „Neva-60” și „Neva-70”. Compoziția și proprietățile fizice ale acestor aliaje sunt date în tabel. 3.5.

Aceste aliaje au o rezistență semnificativ mai mare la coroziune și deteriorarea eroziunii și o rezistență semnificativ mai mare la oboseală la coroziune în comparație cu alama.

Bronzurile nichel-aluminiu nu sunt predispuse la fisurarea coroziunii, adică după încălzire nu necesită tratament termic; cu toate acestea, devin fragile când sunt încălzite de la 200 la 500°. Dacă o paletă a elicei realizată dintr-un astfel de bronz este încălzită în acest interval de temperatură, atunci își pierde proprietățile plastice (Fig. 3.52) și se poate rupe atunci când se aplică o sarcină (de exemplu, la îndreptare). După creșterea temperaturii de încălzire la 700 ° C și peste, proprietățile plastice ale acestui material cresc.

Bronzurile mangan-aluminiu nu sunt predispuse la fragilizare atunci când sunt încălzite (vezi Fig. 3.52), dar într-o măsură mult mai mică decât alama, sunt susceptibile la fisurarea coroziunii.

Cerințele mari impuse materialelor și fabricarea de precizie a elicelor au fost motivul

achiziționarea unei licențe pentru materiale și tehnologie de fabricație pentru elice de la compania engleză specializată Stone.

Aliajele licențiate sunt similare ca proprietăți cu materialele domestice corespunzătoare. Se numesc: bronz nichel-aluminiu - „Nikalium”; bronzuri mangan-aluminiu - „Novoston” și „Superston-70”.

Navele maritime interne construite în străinătate sunt echipate cu elice fabricate la fabricile specializate din LIPS (Olanda), Theodor Zeise (Germania), Stone (Anglia), Ansaldo (Italia), Mitsubishi (Japonia), „Sosste Nantez de Fontiers” (Franța), etc.

Cele mai frecvente aliaje utilizate de aceste companii au următoarele denumiri sau denumiri:

bronzuri nichel-aluminiu „Kunial” (compania LIPS), „Alkunik” (compania Theodor Zeise), „Mitsubi” (compania Mitsubishi), „Nialma” („Ansaldo”), „Nantial” („Sosste Nantes de Fontier”);

bronzuri mangan-aluminiu "Linrunel" (LIPS); AI-MnBzl3 („Theodor Zeise”); „Mangal-99” (Societe Nantes).

Elicele fabricate din oțel inoxidabil străin sunt instalate în principal numai pe navele construite în Finlanda. Aceste șuruburi sunt fabricate din oțel Karhula 15C130, care are proprietăți de coroziune și oboseală mai mici decât oțelul 1X14NDL și din oțel aliat cu conținut scăzut de carbon și de calitate inferioară, care conține 3% Ni.

Elicele marine sunt fabricate din materiale anticorozive deoarece funcționează în apă de mare, care este un catalizator pentru coroziune. Materialele utilizate pentru fabricarea elicelor sunt aliajele de aluminiu și oțelul inoxidabil. Alte materiale folosite sunt aliajele de nichel, bronz și aluminiu, care sunt cu 10-15% mai ușoare decât alte materiale și au o rezistență mai mare.

Procesul de fabricare a elicelor presupune atașarea unui anumit număr de pale la un butuc prin sudare, sau elicea este realizată dintr-o singură forjare. Lamele forjate sunt mai fiabile și au o rezistență mai mare, dar sunt mai scumpe în comparație cu lamele sudate. Când se rotește într-un mediu acvatic, datorită diferenței de presiune de la marginile palelor, elicea creează o forță care mișcă vasul.

Acest tip de propulsie, cum ar fi elicele, este în mod constant dezvoltat și îmbunătățit. Dar mai întâi, să ne uităm la clasificarea elicelor tradiționale. Clasificarea elicelor poate fi prezentată după cum urmează.

Tipuri de elice

Elicele sunt clasificate în funcție de o serie de factori.

A) Clasificare după numărul de lame:

Numărul palelor elicei poate varia de la trei la patru și uneori chiar până la cinci. Cu toate acestea, cel mai frecvent caz este că elicea are trei sau patru pale.

Teoretic, o elice cu două pale ar avea cea mai mare eficiență. Dar din motive de rezistență și de necesitatea de a rezista la sarcini mari, navele nu folosesc elice cu două pale.

Elice cu trei pale

Costul de fabricație este mai mic decât alte tipuri de elice

Fabricat de obicei din aliaj de aluminiu

Furnizați de mare viteză progresul navei

Accelerația este mai mare decât alte tipuri de elice

Eficiența la viteze mici este scăzută

Elice cu patru pale

Costul de fabricație este mai mare decât elicele cu trei pale

Și sunt fabricate din aliaje de oțel inoxidabil

Și să aibă forță și rezistență mai mare

Funcționează bine chiar și la viteze mici

Oferă o economie de combustibil mai mare decât alte tipuri de elice

Elice cu cinci pale

Costul de producție este cel mai mare dintre toate tipurile de elice

Cel mai scăzut nivel de vibrație al oricărui tip de elice

Elice cu șase pale

Costul de fabricație este ridicat

Pentru elicele cu șase pale, aria de presiune indusă deasupra elicei este mai mică

Navele mari de containere au de obicei elice cu cinci și șase pale

B) Clasificare după pasul elicei:

Pasul elicei poate fi definit ca mișcarea cauzată de fiecare rotație de 360 ​​de grade a elicei.

Elice cu pas fix (FPP)

Paletele elicei sunt fixate permanent pe butuc. Elicele cu pas fix sunt turnate, iar poziția palelor și, prin urmare, pasul elicei, este constantă și nu poate fi modificată în timpul funcționării elicei. Astfel de șuruburi sunt de obicei realizate din aliaje de cupru.

Elicele FPV sunt durabile și fiabile, deoarece nu conțin piese mecanice și hidraulice, spre deosebire de elicele cu pas controlabil (CPC). Costul de fabricație, instalare și exploatare este semnificativ mai mic decât cel al unei elice rotative. Cu toate acestea, manevrabilitatea unei nave cu elice fixă ​​este mai mică decât cea a unei nave cu elice rotative. Elicele de acest tip sunt instalate pe nave care nu necesită o manevrabilitate ridicată.

Elice cu pas controlabil (CPP)

Cu o elice rotativă este posibilă modificarea pasului elicei prin rotirea lamei în jurul unei axe verticale folosind componente mecanice și hidraulice. Acest lucru vă permite să scăpați de echipamentul necesar pentru marșarier. Se măresc manevrabilitatea navei și eficiența motorului.

Dezavantajul este posibilitatea de scurgeri hidraulice și contaminare mediu acvatic ulei În plus, o astfel de elice este dificil de fabricat și instalat pe o navă și, de asemenea, necesită o atenție deosebită la operarea navei.

Eficiența unei elice rotative este puțin mai mică decât cea a unei elice fixe de aceeași dimensiune datorită butucului mai mare în care trebuie amplasate mecanismul de rotație a palelor și hidraulica. Iar elicele tind să fie mai eficiente pe măsură ce diametrul lor crește.

Pentru a crește eficiența de funcționare, elicele sunt echipate cu atașamente speciale. Astfel de elice includ, pe lângă elicea însăși, un accesoriu inelar în care este plasată elicea. Șuruburile cu atașamente sunt utilizate cu succes atunci când este necesar să se creeze un suport suplimentar la viteze mici. În mod obișnuit, elicele de acest tip sunt folosite la remorcherele care manipulează ancore și la traulele de pescuit, unde atașamentele asigură 40 până la 50% din forța elicei la viteze mici și aproape de zero. Uneori, duzele sunt făcute rotative. Dar toate acestea sunt dispozitive care măresc eficiența elicelor tradiționale.

Îmbunătățiri în proiectarea complexului elice-cârmă

Eficiența complexului direcție-elice poate fi mărită prin adăugarea de piese atât în ​​fața elicei, cât și în spatele elicei. Adăugarea unor astfel de piese sub formă de aripioare sau aripioare este o modalitate de a reduce pierderea de putere și de a economisi combustibil. Majoritatea acestor dispozitive sunt supuse unor teste preliminare pe modele cu măsurători atente ale tuturor caracteristicilor și parametrilor înainte de a le instala pe elicele navelor comerciale. Pierderea puterii elicei, de regulă, este asociată cu formarea de vortexuri de trezire, pe care încearcă să le elimine prin adăugarea unor astfel de părți. Scopul unor astfel de inovații este de a crea cele mai favorabile condiții pentru funcționarea elicei. Duzele, aripioarele, duzele, becurile și alte dispozitive sunt folosite pentru a reduce puterea necesară și a crește viteza navei.

Duzele inelare sunt cel mai vechi tip de dispozitiv care mărește eficiența unei elice. Astfel de duze au fost inventate de inginerul german Ludwig Kort în anii 1930. și se numesc duze Kort sau duze inelare. În zilele noastre, astfel de atașamente continuă să fie utilizate și pe navele unde, la viteze mici, este necesară o forță sporită a elicei.

Conductă Mewis și semi-preduză prof. Conducta de egalizare Wake - WED

Duza Mewis si semi-prenoza prof. Schneeklute sunt două exemple de dispozitive instalate în fața elicei, a căror utilizare se bazează pe experiența dobândită din cercetarea și funcționarea duzelor Kort. Aceste dispozitive sunt utilizate pe nave comerciale mari. De la introducerea sa pe piață în 2010, duza Mewis a atras atenția proprietarilor și constructorilor de nave deopotrivă. În prezent, 62 de vase sunt echipate cu duză, iar instalarea acestui dispozitiv a fost comandată pentru alte 250 de vase. Dispozitivul este utilizat pe cisterne, vrachiere și nave containere alimentatoare.

Semi-preatasament prof. Schneeklute a fost inventat în anii 1980. De atunci, dispozitivul a fost folosit pe 1.500 de nave oceanice. Acest dispozitiv este ideal pentru navele cu cocă completă, cum ar fi cisternele și navele container care operează la o viteză medie de 19 noduri. Prof. Schneeklute a anunțat economii de combustibil de 12%, dar în practică rezultatele au fost mai modeste, deși încă semnificative. O economie anuală de combustibil de doar 3,5% pentru o navă container de 2.500 TEU se traduce de fapt într-o economie anuală de combustibil de 550 de tone, ceea ce reprezintă o economie semnificativă pentru compania de transport maritim.

Inovații în proiectarea complexului elice-cârmă

Stator cu palete pe butucul elicei

Pentru a crește eficiența, duzele pot fi montate înaintea elicei. DSME Corporation a dezvoltat un stator cu lame pe butucul elicei care este o alternativă la instalarea duzelor inelare și a tunelurilor.

Dezvoltarea dispozitivului, care este o serie de palete de stator fixate în partea din spate a carenei în fața elicei, a fost realizată de zece ani, iar instalarea acestuia creează rezistență suplimentară la mișcarea navei. Cu toate acestea, fluxul asimetric creat de pale creează condiții mai favorabile pentru rotația elicei și, astfel, crește eficiența acesteia.

La fel ca în cazul atașamentelor, acest dispozitiv Cel mai eficient atunci când este instalat pe nave mari, cum ar fi cisterne și nave portacontainere. Instalarea primului dispozitiv pe o cisternă mare de 320.000 dwt Clasa 3 deținută de Kristen Tankers, redenumită mai târziu Maran, a arătat o reducere cu 4% a consumului de combustibil și o ușoară creștere a vitezei. O mare companie de transport maritim european a comandat sistemele instalate pe 10 dintre navele sale post-panamax și a raportat ca urmare a reducerii consumului de combustibil și a emisiilor.

Dispozitivele plasate în spatele elicei sunt la fel de eficiente și accesibile pentru instalare și operare. Două dintre aceste dispozitive, Propeller Boss Cap Fin (PBCF) și Propeller Cap Turbine (PCT), pot înlocui un caren de elice convențional. Ambele dispozitive folosesc fluxurile vortex generate de rotația elicei pentru a crește eficiența acesteia.

Fig.7. Aspect montarea aripii cu palete drepte pe butucul elicei (Boss Cap Fins).

Ansamblul aripii cu palete drepte pe butucul elicei este format din palete drepte montate pe carenul elicei, iar ansamblul aripii cu palete curbate are palete curbate montate pe caren.

Dispozitivul PBCF a fost fabricat pentru prima dată la sfârșitul anilor 80. iar de atunci au fost instalate peste 2.000 de dispozitive, despre care experții susțin că oferă economii de 3-5%. Cu toate acestea, la viteze mici, eficiența acestor dispozitive scade.

Ca și sistemele cu elice înainte, PBCF și PCT sunt sisteme relativ ieftine și necomplicate care pot fi instalate în plus față de un sistem de propulsie existent. Și, potrivit experților, rentabilitatea investiției în PBCF este de un an, în ciuda faptului că instalarea dispozitivului pe elice se poate face în două zile fără ca nava să intre într-un doc uscat.

Astfel, se pot realiza economii de combustibil prin instalarea acestor dispozitive simple, ușor de instalat. Și pe măsură ce costurile cu combustibilul cresc, aceste sisteme oferă o rambursare rapidă, luându-și astfel cota de piață.

Sistemele complementare pentru tipurile de elice vechi și noi pot reduce costurile pentru proprietarii și operatorii de nave fără a fi nevoie să dezmețer nave vechi și să investească în noi proiecte ecologice.

Dispozitivele concepute pentru a crea presiune persistentă percepută de navă și care stă la baza mișcării acesteia se numesc propulsoare. Există mutatori diverse tipuri: roți cu palete, elice cu aripi, elice etc.

Dispozitivul de propulsie al aripii este un disc echipat cu trei până la patru pale rotative verticale și situat orizontal sub pupa navei pe un arbore vertical. Discul este antrenat în rotație de un motor electric printr-un angrenaj conic. Utilizarea propulsoarelor cu aripi asigură o manevrabilitate ridicată a navei în absența unui dispozitiv de direcție și permite mersul înapoi fără a inversa motorul. Cu toate acestea, complexitatea structurală a unor astfel de propulsoare și dimensiunile lor, care cresc odată cu creșterea puterii centralei navei, nu permit utilizarea lor pentru mari dimensiuni.
navelor. Recent, macarale de marfă autopropulsate, unele nave mici și propulsoare ale navelor mai mari au fost echipate cu propulsoare cu aripi de tip Voitschneider.

Elicea cea mai utilizată pentru nave este elicea. Principalele părți ale elicei (Fig. 81) sunt: ​​1 butuc de elice cu o gaură conică în interior și 2 pale, al căror număr poate fi de la două la șase. Elicele sunt realizate cu lame turnate solide, detașabile și rotative.

Orez. 81. Elice cu pale solide.

Elicele cu pale din turnare solidă (Fig. 81) sunt utilizate în principal pe navele marinei comerciale. Astfel de șuruburi se disting prin greutatea redusă și dimensiunea butucului, precum și prin rezistența mai mare în condiții normale de funcționare.

Elicele cu pale detașabile sunt instalate pe navele flotei arctice, unde, din cauza condițiilor de funcționare, înlocuirea unei lame deteriorate în ansamblu este mai convenabilă decât înlocuirea întregii elice. În plus, astfel de șuruburi sunt folosite în cazurile în care diametrul șurubului este mare și turnarea acestuia este dificilă.

Elicele cu pale rotative, denumite altfel elice cu pas controlabil (CPP), diferă de cele convenționale prin faptul că palele lor sunt fixate mobil în butucul elicei și pot fi rotite în jurul axei lor la un unghi dat folosind o unitate specială. Acest mecanism de antrenare, sau mecanism de pas variabil (PVM), este de obicei situat în interiorul butucului elicei, astfel încât butucul este semnificativ mai mare decât cel al elicelor convenționale. Mecanismul de schimbare a pasului poate fi manual, mecanic, electromecanic, hidraulic și electrohidraulic. MIS, cu excepția celui manual, include: un mecanism de rotire a palelor, situat de obicei în butucul elicei; un servomotor care creează forțe pentru rotirea palelor și este situat în zona dintre arborele elicei și motorul principal; feedback sau dispozitiv care indică cantitatea de pas nou al elicei.

Mecanismul de rotație a palelor (Fig. 82) vine în două tipuri: angrenaj și manivelă, acesta din urmă fiind mai fiabil și utilizat în toate modelele de elice solicitate (putere și diametru mare, elice cu elice rotative de mare viteză de diametru mic etc.).

Orez. 82. Mecanism de rotație a lamei: a - roată dințată; b - manivelă.

Cel mai comun în prezent este MIS hidraulic (Fig. 83), situat de obicei în linia arborelui. Pentru a roti palele elicei, se folosește energia unui lichid (cel mai adesea ulei cu vâscozitate scăzută) sub presiune. Acționarea hidraulică a MISH se distinge prin simplitatea relativă a dispozitivului și capacitatea de a crea forțe de lucru semnificative cu dimensiuni și greutate relativ mici a instalației.

Orez. 83. Proiectarea unui antrenament hidraulic.

În butucul 4 al elicei se află un antrenor 1 al tijei 5, plasat în interiorul arborelui tubular al elicei 6. Driverul 1, în canalul căruia se află degetul 2 pe capul lamei, îl rotește pe acesta din urmă în jurul axa acestuia. Pentru a facilita rotirea, capătul lamei este așezat în mufa butucului pe rulmenți cu role conice cu două rânduri 3. La celălalt capăt al tijei 5 se află un piston servomotor 7, conectat. feedback 8 cu un cuplaj mobil 12 și un piston al bobinei de distribuție 11. Uleiul este furnizat către bobina de distribuție 11 și servomotorul 7 prin tuburile 10 de la pompa de ulei. Schimbarea pasului palelor elicei este controlată de pârghia 9, capătul inferior al căruia glisează în canelura cuplajului mobil. Sistemul MIS hidraulic vă permite să controlați pasul elicei de pe puntea de navigație folosind un sistem pneumatic de la distanță.

Utilizarea elicelor cu pas reglabil a făcut posibilă simplificarea semnificativă a controlului navei, reducerea dimensiunii și greutății motoarelor principale prin eliminarea treptelor și a unei trepte de marșarier și a permis navei să inverseze fără a schimba direcția de rotație a elicei. arborele. În plus, utilizarea elicelor cu elice pe nave precum remorchere, cisterne și transportoare de lemn permite reglarea pasului elicei la orice viteză. Acest lucru crește eficiența centralei și face posibilă utilizarea mai completă a puterii motoarelor principale în diferite moduri de funcționare.