Подбор винта для лодочного мотора

Принцип работы

Как уже говорилось, винт оснащен лопастями, которые сдвигают поток воды в одну сторону, тем самым придавая движение плавсредству в другую. Это обусловлено законом физики «Любое действие имеет и противоположную реакцию, что перерастает в противодействие».


Это происходит из-за того, что поток воздуха входит в состояние вентиляции или кавитации. Но далеко не всем понятна разница между этими процессами.

Вентиляция образуется, когда воздушные пузыри от торца или дна плавсредства начинают окружать гребной винт. Такое же происходит, если он краями лопасти делает подбор воздуха с поверхности.

Кавитация отличается от вентиляции. Она образуется, когда механизм начинает самостоятельно вращаться и создает пузыри воздуха на тыльной стороне каждой из лопастей. С виду это напоминает процесс, когда у застрявшего автомобиля буксуют колеса.

Самым главным признаком таких процессов становится стремительное увеличение скорости вращения лопастей. Чтобы устранить это и не придавать ущерба покраске, нужно снизить обороты мотора, пока гребной винт не станет в положение соприкосновенности с водоемом.

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.

Преимущества и недостатки[ | ]

Работающий гребной винт Работает как движитель только при неизменной или возрастающей скорости вращения, в остальных случаях — как активный тормоз.

КПД винта ~30—50 % (теоретически максимально достижимый — 75 %). «Идеальный» винт невозможно сделать из-за постоянного изменения условий его работы — условий рабочей среды.

Гребной винт всё же проигрывает веслу (КПД ~60—65 %) по эффективности.

В сравнении с гребным колесом у гребного винта выше КПД и гребной винт очень компактен и лёгок. Но повреждённое гребное колесо может быть легко отремонтировано, гребные винты же чаще всего неремонтопригодны, и повреждённый гребной винт заменяют новым. Также гребной винт наиболее уязвим в сравнении со всеми другими судовыми движителями и наиболее опасен для морской фауны и упавших за борт людей. Вместе с тем, гребные колёса обеспечивают бо́льшую тягу с места (что удобно для буксиров, а также позволяло им иметь меньшую осадку). Однако при волнении они очень быстро оголяются (колесо одного борта вхолостую вертится в воздухе, тогда как колесо противоположного полностью погружается под воду, до предела нагружая ведущую тяговую машину), что делает их практически непригодными для мореходных кораблей (вплоть до 1870-х годов их использовали, по большому счёту, лишь ввиду отсутствия альтернативы, а также вспомогательной роли парового двигателя на парусно-паровых кораблях тех лет).

Особенно преимущества винтового движителя перед колёсным несомненны для военных кораблей — снималась проблема расположения артиллерии: батарея вновь могла занимать всё пространство борта. Также исчезала и очень уязвимая цель для неприятельского огня, — гребной винт находится под водой.

Отдельным классом рассматривается гребной винт водометного движителя. Главное отличие тут в том, что водомет имеет сужающееся сопло, которое увеличивает скорость струи до скоростей, которые свободный гребной винт без кавитации создать не может. Сам же винт в водомёте работает в стационарных условиях, близком к идеальном, на которые не влияет поток воды снаружи.

Зависимость сопротивления глиссирующей мотолодки и тяги гребных винтов

R — кривая сопротивления мотолодки; Pс — кривая упора «согласованного» винта;
Рτ — кривая упора «тяжелого» винта; М — максимум сопротивления мотолодки («горб»).

Радиальное изменение кромочного шага лопасти.
1 — винт с шагом 240; 2 — винт с шагом 261.

На «тяжелом» винте невозможно получить упор такой величины, который был бы больше максимального значения гидродинамического сопротивления при переходе из режима плавания в режим «глиссирования» — горба сопротивления. Ясно, что лодка с таким тяжелым винтом горба сопротивления не преодолеет и сможет достичь лишь меньшей скорости Vτ, т. е. останется на режиме плавания. «Согласованный» винт позволяет лодке с тем же мотором перевалить за горб сопротивления, после чего она еще продолжает разгоняться и достигает скорости Vc на режиме глиссирования.

Естественно, следует учитывать, что понятия «согласованный» и «тяжелый» винт относительны, так как справедливы лишь для одного определенного сочетания характеристик лодки и двигателя. Винт, «согласованный» для лодки с малой нагрузкой, может оказаться «тяжелым» для той же лодки, но с большей нагрузкой; бывает и наоборот, что «тяжелый» винт при уменьшении нагрузки становится «согласованным».

Результаты, полученные при одинаковых нагрузке (водоизмещении) лодки, мощности двигателя и элементах винта, но на лодках, отличающихся по размерениям и килеватости днища, неизбежно будут различаться. Это необходимо помнить тем любителям, которые собираются изготовить новые винты, чтобы использовать результаты проведенных испытаний в своей практике.

Еще одно замечание. Гребные винты, использованные при испытаниях, представляли собой упрощенные модели, предназначенные лишь для проверки эффективности изменения (уменьшения) шага. Они имели три симметричные лопасти с сегментным профилем, постоянное распределение шага по радиусу и небольшой наклон лопастей к оси винта назад. Такая форма обеспечивала технологичность изготовления единичных экземпляров винтов — с одной стороны, и высокую устойчивость против кавитации — с другой, но к. п. д. их был даже несколько ниже, чем винтов, имеющих авиационный профиль лопастей. Именно поэтому авторы работы не сочли возможным рекомендовать их для изготовления. На основе результатов испытаний Общественным конструкторским бюро ЦНИИ имени А. Н. Крылова были спроектированы новые гребные винты, чертежи которых и приводятся в настоящей статье.

Построение шаговых угольников (размеры b1 и b2 даны на теоретическом чертеже винта).

Таблица величин для построения шаговых угольников

r = R h Hcp=264 Hcp=240
l L l L
0,3=36 62,5 59 75,2 65,5 82,5
0,5=60 57,4 83,5 119 92 129,5
0,7=84 52,3 105 144,5 115 154,5
0,9=108 47,2 119,5 142 131,5 165
1,0=120 44,5 124 139,5

Винты имеют саблевидные лопасти со значительным наклоном к оси винта и переменным профилем (сегментным у концов лопастей с постепенным переходом в авиационный вблизи ступицы). Для повышения к. п. д. шаг винтов принят переменным по радиусу лопасти. Кромки лопастей имеют толщину, достаточную для обеспечения их прочности. Таким образом, можно считать, что принятая форма и характеристики рекомендуемых гребных винтов обеспечивают им более высокие тяговые характеристики, устойчивость против кавитации и необходимую прочность.

Первый отзыв об эксплуатационных качествах этих самодельных винтов получен из Ялты от владельца «Прогресса» с подвесным мотором «Вихрь-М» Ю. А. Данилевского. Изготовленный в полном соответствии с приводимым чертежом новый винт был всесторонне испытан им, после чего Ю. А. Данилевский сообщил:

«Новый винт обеспечивает мягкое трогание с места при включении реверса; при увеличении числа оборотов сразу чувствуется приемистость и сила тяги; мотор работает мягче — нет нагрузочных стуков, которые мы наблюдаем при работе со штатным винтом, «Прогресс» заметно становится более послушным, маневренным; сила этого винта заставляет его взбираться на волну высотой 0,7—1,3 м легко и быстро».

Эти испытания проводились при водоизмещении лодки 600 кг, но можно ожидать, что такие же высокие результаты будут при нагрузках «Прогресса» до 700 кг.

Интересно, что в тех же условиях — на том же «Прогрессе», с тем же мотором — были испытаны обычный штатный винт и штатный винт с уменьшенным по рекомендациям статьи «Потерянные силы» (см. здесь) диаметром (Н=230 мм). Как пишет Ю. А. Данилевский, «штатный винт с подрезанными лопастями показал промежуточные результаты между штатным и новым винтами».

Л. Г. Махаринский, «КиЯ» 47/1974 г.

Поделитесь этой страницей в соц. сетях или добавьте в закладки:

Советы при выборе гребного винта

Последнее время на российский рынок стали поступать гребные винты из композитных материалов, так называемые пластиковые гребные винты.

У них есть одна особенность:

Цена. Да они действительно дешевые.

Но у них есть масса недостатков:

  • Во-первых, они абсолютно неремонтируемые, если что-то с ним случилось его нельзя приварить, прикрутить, подогнуть, можно только выкинуть.
  • Плюс ко всему, из толстого профиля при изготовлении он имеет очень большую площади поверхности, что увеличивает силу трения и приводит к перерасходу горючего, поэтому со временем сумма, затраченная на лишнее горючее, гораздо превзойдет те средства, которые вы сэкономили во время покупки винта. Покупать такой винт не рекомендуется.

Советы:

  • Если ваш мотор развивает обороты меньше чем указанно в паспорте, то необходимо уменьшить шаг винт. Уменьшение шага винта на 2,5 см или 1 дюйм приведет увеличению оборотов приблизительно на 200. Ну, соответственно если ваш мотор развивает большие обороты, то поступите наоборот – увеличьте шаг.
  • Чтобы уменьшить скорость выхода на глессирование, необходимо выбирать винты с большим шаговым отношением или увеличить диаметр винта. Правда, не нужно переусердствовать. Если будет слишком большой диаметр, то это приведет к поломке редуктора. Например: четырех лопастный винт Solas.
  • Чтобы увеличить скорость, возьмите винт из нержавеющей стали, а в идеале это должен быть вентилируемый полированный винт.
  • Старайтесь выбирать винт того же производителя, что и производитель вашего мотора. Так как фирмы зачастую разрабатывают винты с наиболее подходящими параметрами для своих двигателей.

Гребные винты для моторов Suzuki

Для моторов марки Сузуки необходимо выбирать гребные винты, что бы при их установке обороты двигателя на полном ходу были от 5200 до 5700 об/мин. Для легких лодок подойдут винты с параметрами диаметр ход 11 дюймов к 17 дюймам, для средних 11,5 дюймов к 13 дюймам или 11,5 к 11 дюймам. Для тяжелых лодок перевозящих грузы возьмите винт с параметрами диаметр ход 11,5 дюймов к 9 дюймам.

Гребные винты для моторов Yamaha

При выборе винта для моторов Ямаха, винт необходимо подбирать так, чтобы максимальные обороты не превышали 5500-6000 об/мин. Для Ямахи производят 3-х лопастные гребные винты. Диаметром от 7 до 13 дюймов и ходом от 4 до 16 дюймов. Чем быстрее лодка, тем больший ход винта вам необходимо выбрать.

Гребные винты для моторов Tohatsu

Для моторов марки Тохатсу необходимо выбирать гребные винты таким образом, чтобы обороты двигателя на полном газу были в пределах 4500-5500 об/мин. Для разных типов лодок необходимо разные по величине отношения диаметр ход винты. Для легких лодок оптимальными являются винты с отношением 7,9 дюймов к 9,0 дюймов. Для средних лодок подходят винты с отношением 7,9 дюймов к 7,9 дюймов. А на тяжелые лодки лучше устанавливать гребные винты с отношением диметр ход 7,9 дюймов к 7,0 дюймов.

Гребные винты для моторов Mercury

При подборе гребного винта для мотора меркурий необходимо учитывать, что максимальные обороты двигателя должны быть в пределах 4500-5500 об/мин. Диаметр винта для двигателя меркурий варьируется от 12 до 14 дюймов. Чем легче ваша лодка, тем меньший диаметр целесообразней выбирать. Шаг винта для моторов Меркурий варьируется 10 до 23 дюймов при выборе винта необходимо соблюдать правило, чем тяжелее лодка, тем меньший шаг необходимо выбрать.

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.

Делаем расчеты

На сегодняшний день существует большое количество различного программного обеспечения, которое позволяет рассчитывать оптимальные параметры гребного винта с учетом задаваемых показателей.

Считается, что наиболее точным расчеты формируются программами, которые для этих целей задействуют диаграммы Пампеля. Однако даже в таком случае допускаются погрешности, поэтому окончательный подбор показателей осуществляется только путем тестовых заводов.

Для получения наиболее точных расчетов необходимо учитывать следующие значимые факторы:

  1. Размеры и вес плавательного средства.
  2. Особенности формы днища моторной лодки.
  3. Объем воды, который вытесняется лодкой.
  4. Наличие продольных или поперечных реданов, снижающих сопротивление.
  5. Рабочие показатели двигателя.
  6. Показатели редукции.

Основная задача заключается в получении навыка осуществлять максимально точные расчеты при наличии минимального объема информации. Для этого потребуется располагать следующими сведениями:

  1. Передаточное отношение редуктора, которое можно посмотреть в документации, прилагаемой к двигателю.
  2. Обороты максимальной мощности мотора. Эти сведения наносятся непосредственно на двигатель или в моторном отсеке, при их отсутствии данную информацию можно уточнить у производителя или посмотреть на его официальном сайте.
  3. Максимальная скорость, которую предполагается достичь. Необходимо приводить реальные показатели, которые можно получить при сопоставлении мощности двигателя и особенностей лодки.

Для точного подбора устройства полученный показатель шага необходимо использовать следующим образом:

  1. Диаметр устройства и ее шаг являются взаимосвязанными показателями, но даже при известном шаге будет присутствовать около 2-3 моделей с различными диаметрами. Здесь необходимо учитывать максимально разрешенную мощность двигателя: чем она выше, тем больше должен быть диаметр винта.
  2. При наличии возможности рекомендуется попросить продавца провести тестовые испытания или взять под залог винт с шагом, который соответствует не только рассчитанному показателю, но и близкими к нему значениями. Это позволит на практике проверить правильность расчетов путем замеров скорости и выбрать наиболее подходящий вариант.

Как увеличить улов рыбы?

За 7 лет активного увлечения рыбалкой мною найдены десятки способов улучшить клев. Приведу самые эффективные:

  1. Активатор клева. Эта феромоновая добавка сильнее всех приманивает рыбу в холодной и теплой воде. Обсуждение активатора клева «Голодная рыба».
  2. Повышение чувствительности снасти. Читайте соответствующие руководства по конкретному типу снасти.
  3. Приманки на основе феромонов.

Блиц-советы

Подводя итоги, можно привести следующие советы, касающиеся гребных винтов и их использования:

  1. Не рекомендуется дополнительно покрывать подобные устройства краской, поскольку при отсутствии у нее водоотталкивающих свойств, поверхность в скором времени начнет сильно шелушиться, что ухудшит функционирование винта. В результате скорость будет падать даже при увеличении количества совершаемых оборотов.
  2. Лучше всего приобретать гребные винты у крупных производителей, которые успели зарекомендовать себя с хорошей стороны и имеют достаточное количество положительных отзывов. Такие компании дают продолжительную гарантию на свое оборудование и зачастую дают предварительно протестировать выбранные модели.
  3. Для обеспечения прямолинейности движения судна можно установить два винта с разным направлением вращения. Необходимо помнить, что монтаж нескольких устройств, имеющих одинаковое вращение, будет способствовать наклону плавательного средства в одну из сторон.

Делаем своими руками

Данный девайс можно приобрести в магазине или изготовить своими руками. Для того чтобы сделать изделие самостоятельно необходимо обладать элементарными слесарскими навыками.

Существует большое количество способов изготовления изделия. Рассмотрим самый популярный способ — изготовление из снеговой (совковой) лопаты.

Желательно чтобы лопата была изготовлена из стали, но можно использовать пластмассовую. Преимущества совковой лопаты:

  • легко режется;
  • обладает подходящей формой;
  • имеет отличную прочность.

Подробная инструкция:

  1. Разобрать лопату. Нам потребуется только металлическая часть совковой лопаты.
  2. При помощи специального инструмента необходимо измерить так называемую ногу силового агрегата.
  3. Используя дрель нужно сделать несколько отверстий. Такое отверстие необходимо для того, чтобы прикрепить металлическое полотно к антикавитационной плите силового агрегата. Потом нужно сделать большое отверстие для бороздки и места крепления к рукоятке.
  4. Далее нужно закруглить острые углы. Для этого нужно использовать болгарку (специальная насадка для резьбы).
  5. Далее нужно удалить углы с одной стороны полотна. Также можно эти углы размять при помощи обычного молотка.
  6. После этого при помощи болгарки нужно другую сторону полотна (там, где стальное полотно будет крепиться к так называемой винтовой части) обрезать под углом 30 градусов.

Схема гидрокрыла для самостоятельного изготовления

Демонтаж старой детали

Проводится поэтапно:

  1. Необходимо сделать переключение ПЛМ на нейтральное положение.
  2. Отгибаются контровочные выступы со стороны гайки винта.
  3. Вытаскивается сам шплинт.
  4. Чтобы зафиксировать и убрать гайку гребного винта нужно установить брус из дерева между самим винтов и плитой главного редуктора.
  5. Снимается деталь с вала только в осевом положении. Винт может заклинить на валу, в этом случае придется вызывать специалиста из фирмы.
  6. Гребной вал очищается от старых смазывающих составов. Его необходимо тщательно осмотреть на наличие каких-либо повреждений и радиальных боев.
  7. Чтобы упростить демонтаж вала, необходимо промазать специальными составами гребной винт.

Снятие и анализ лепесткового клапана

Откручиваем шесть болтов: четыре, крепящих корпус клапана и опору стартера. И два, крепящих стартер к опоре. Клапан в сборе (вид со стороны карбюратора). Вид со стороны лепестка. Вот и первая серьёзная неприятность: края лепестка обкололись и отлетели. Но лепесток ещё продолжает перекрывать отверстие клапана. Поэтому ухудшения в работе мотора не было. По отпечатку на корпусе видно какого размера лепесток был до разрушения.

Судя по оставленному следу, лепесток разрушался постепенно. Сначала появлялись трещины, потом отлетали куски лепестка. Дело в том что, на мой взгляд, неудачно реализован упор лепестка. При всасывании топливной смеси, лепесток изгибается и ударяется об упор (отогнутый лепесток, показан красной дугой). При этом часть лепестка остаётся на весу, где возникают дополнительные резонансные колебания, разрушающие его. При частоте вращения коленчатого вала — 4000 об/мин., столько же колебаний в минуту, делает и лепестковый клапан. Край у упора, довольно острый. Это плохо. Поэтому, в месте прикосновения, он выбил значительное углубление на лепестке. (Увеличенный фрагмент лепестка). Ещё немного эксплуатации мотора, и эта часть лепестка, могла отломиться целиком, попасть в картер и наделать много бед. Также, при разрушении клапана, произойдёт существенная потеря мощности мотора. Так как, часть топливной смеси, будет выплёвываться обратно, в карбюратор. Мотор будет плохо заводиться, возможно, его вообще не удастся запустить.

Конечно, буду переделывать и сам лепестковый клапан и упор клапана. Есть некоторые идеи на этот счёт. Если с клапаном всё хорошо, то сборку производим в обратном порядке.

В заключение, осматриваем анодную пластину. Если на ней много окислений и грязи — снимаем и чистим её. Анодная пластина, делается из магниевого, или цинкового сплава. Она всю коррозию металла берёт на себя. При отсутствии пластины, коррозии будет подвергаться дейдвуд. И, как я уже писал ранее — анод нельзя красить. Некоторые думают, что это забыли сделать и красят!

На этом думаю и закончим. Хотел ещё описать разборку стартера, но этот механизм настолько прост, что нет смысла его описывать. Там могут сломаться всего две вещи: порваться шнур (шморгалка), и лопнуть пружина. У меня ни того, ни другого пока не было.

Преимущества и недостатки

Работает как движитель только при непрерывной или возрастающей скорости вращения, в остальных случаях — как активный тормоз.

Работающий гребной винт

КПД винта ~30-50 % (теоретически максимально достижимый — 75 %). «Идеальный» винт невозможно сделать из-за постоянного изменения условий его работы — условий рабочей среды.

Гребной винт все же проигрывает веслу (КПД ~60-65 %) по КПД.

В сравнении с гребным колесом у гребного винта выше КПД и гребной винт очень компактен и легок. Но поврежденное гребное колесо может быть легко отремонтировано, гребные винты же чаще всего неремонтопригодны, и повреждённый гребной винт заменяют новым. Также, гребной винт наиболее уязвимый в сравнению с другими судовыми движителями и наиболее опасный для морской фауны и упавших за борт людей. Вместе с тем, гребные колеса обеспечивают бо́льшую тягу с места (что удобно для буксиров, а также позволяло им иметь меньшую осадку). Однако при волнении они очень быстро оголяются (колесо одного борта вхолостую вертится в воздухе, тогда как колесо противоположного полностью погружается под воду, до предела нагружая ведущую тяговую машину), что делает их практически непригодными для мореходных кораблей (вплоть до конца третьей четверти XIX веке их использовали по большому счёту лишь ввиду отсутствия альтернативы, а также вспомогательной роли парового двигателя на парусно-паровых кораблях тех лет).

Особенно преимущества винтового движителя перед колесным несомненны для военных кораблей — снималась проблема расположения артиллерии: батарея вновь могла занимать все пространство борта. Также исчезала и очень уязвимая цель для неприятельского огня, — гребной винт находится под водой.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий