Валът на витлото: описание, характеристики, предназначение. Вал на витлото

На повечето състезателни, спортни и учебни моторни лодки се монтира вал на витлото. Целта на механизма е да генерира определено количество енергия чрез енергията, получена от двигателя. Мощността се насочва към проекцията на налягането на тягата, за да се преодолее съпротивлението на водата при движението на лодката.

История на сътворението

Създаването на въпросния елемент се приписва на Архимед. Бернули предлага използването на витлото като двигател през 1752 г. Въпреки това на машината ѝ отнема много време, за да получи признание. Едва през 1836 г. британският изобретател Ф. Смит съкращава Архимедовата спирала до едно завъртане.

Конструкцията е монтирана на 6-тонен параход. Пробните изпитания са успешни и след това Смит намира компания, която построява кораб с водоизместимост 240 тона. Параходът е оборудван с двойка машини за движение (общо 90 к.с.). Единственото витло беше с диаметър два метра.

Конструктивни характеристики

Валът на витлото по същество е реактивен двигател, който развива тяга срещу водната маса, изхвърляна от лопатките в посока, обратна на движението на плавателния съд.

Устройството се състои от главина, върху която са поставени лопатки тип витло. Свързващото отделение се нарича корен на острието. Повърхността, обърната към лодката, е засмукваща, а противоположната страна е изпускаща. Точката, в която двете повърхности се срещат, е ръбът на острието; той се простира по контура на острието. Частта, обърната към посоката на въртене на вентилатора, се нарича входящ ръб; противоположната част се нарича изходящ ръб. Повърхностите на витлата са елементи на сложна конфигурация.

Основни геометрични параметри

Следват основните геометрични характеристики на витлата за лодки:

1. Диаметър на елемента (размерът на окръжността, описана от краищата на остриетата, които са най-отдалечени от оста на въртене).
2. Разстоянието (разстоянието, което приспособлението може да измине в твърда гайка, а не във вода).
3. Брой и ширина на лопатките.
4. страна на въртене.
5. Площ на витлото.
6. Дебелина и конфигурация на лопатките.
7. Диаметър на главината.

Валовете на витлата имат различна стъпка в различните части на лопатката. В този случай осредненият параметър, измерен в зоната, където радиусът е приблизително 0,7 от общия размер, се счита за основен параметър. Брой на остриетата - две, три или четири. Важно е да се отбележи, че според посоката на въртене витлата се делят на леворъки и десноръки.

Други размери

Лопатките се измерват от входящия и изходящия ръб при един и същ радиус (най-често в точка, където параметърът е 0,7 от общия). Окончателните характеристики на вала на витлото и неговата работа се определят от съотношението на диска (площта на всички лопатки на витлото спрямо равнината, перпендикулярна на оста на въртене).

Профилите на остриетата могат да бъдат кръгли, с форма на авиационно крило или клиновидни. Последните конструкции се използват в бързоходни и състезателни кораби с бързоходни двигатели. За да се осигури необходимата здравина на остриетата, най-голямата дебелина се взема в корена, като се намалява към края до пълното им заостряне (0,2 до 0,05 mm). Диаметърът на главината варира от 1,8 до 2,0 пъти диаметъра на витлото.

ефективност на вала на витлото

Витлото, като създава тяга, преобразува в полезна посока само част от енергията, получена от двигателя. Това се дължи на ненужните разходи:

• турбулентност на потока;
• сила на триене;
• завои по ръбовете на остриетата и т.н.

В резултат на това изходната мощност на вала на витлото винаги е по-голяма от входящата мощност на задвижването на плавателния съд. Ефективност на работата мощността на витлото по отношение на мощността на двигателя е ефективността на витлото. Дори при най-добрите компоненти този параметър не надвишава 1/3 от мощността на задвижването.

Изчисляване на мощността

Ефективността на гребния винт на лодката се влияе главно от правилните изчисления при избора на оптимално съотношение между мощността на двигателя, скоростта на въртене на винта, геометрията на елемента и характеристиките на скоростта на лодката.

Изчисляването на такива съотношения е доста проблематично. Това е така, защото цифрите се влияят от субективни причини. Сред тях са:

• устойчивост на водата към движението на плавателния съд;
• характеристики на корпуса;
• стойността на потока срещу лопатките.

Конструирането или изграждането на спортни и състезателни лодки от спортисти или отделни отбори се основава на опростени изчисления. Това е така, защото е почти невъзможно сами да изчислите оптималните съотношения, описани по-горе.

RPM

При туристически лодки със скорост под 20 км/ч добри резултати се постигат с витла с честота на въртене между 600 и 1200 оборота в минута. Съответно, колкото по-голяма е скоростта и мощността на плавателния съд, толкова по-голяма е скоростта на лопатките.

Средните спортни лодки изискват по-голям вал на витлото. За лодка с 30-75 литра конски сили.с. при скорости до 50 км/ч се предлага оптимална скорост на витлото от 2-3 хиляди оборота в минута. Обхватът на благоприятните скорости на въртене намалява с намаляване на скоростта и увеличаване на мощността. Високоскоростните лодки със скорост над 70 км/ч изискват витла с честота на въртене на лагерите от 4-5 хил. об/мин.

Кавитация

Революционните витла на състезателните и най-бързите лодки или моторни лодки работят при специални условия. За тях е характерно, че водата изкипява в предната част на лопатките. Това явление се нарича кавитация. флуидът се откъсва от повърхността на витлото, създавайки своеобразни бълбукащи кухини (каверни). Те значително влошават състоянието на витлото, като често разрушават лопатките и водят до ерозивно износване на жлезата на вала на витлото. За да се минимизират отрицателните ефекти от кавитацията, се използват клиновидни елементи.

Ако приемем, че витлото не работи във вода, а по-скоро като болт в гайка, логично е да си представим, че то се движи с едно завъртане на витлото. На практика особеностите на флуидната среда правят корекции, като осигуряват по-малко движение (походка).

Материал на производство

Алуминиевите витла често се монтират на малки моторни спортни лодки и лодки и извънбордови двигатели. В този случай напречното сечение на лопатката в корена е по-дебело от това на месинговите аналози. Алуминиевите версии се отливат лесно и могат да се обработват лесно.

За този тип лодки не се използват витла от лят метал поради тяхната сложност. Понякога се използва заварена стоманена версия с ковани главини. Елементите на острието се изрязват от стоманена ламарина, ръбовете се заточват и частта се огъва с помощта на специални шаблони. Получените заготовки се заваряват към главините, след което се обработват и подравняват.

За да се установят характеристиките на витлото, да се провери стъпката на лопатките, да се коригира хлабината на вала на витлото и да се проверят други данни, компонентът, който трябва да се изработи, се измерва. Това става по следния начин:

1. Подготвеното витло се поставя върху хоризонтална плоскост (шперплат или чертожна дъска) строго хоризонтално.
2. Главината трябва да е идеално подравнена с центъра на окръжността, предварително начертана на дъската, която има диаметър около 0,7 пъти диаметъра на цялото витло.
3. Измерете височините на ръбовете точно над очертаната окръжност с помощта на ъглови пръти.
4. Обърнете внимание на двете точки, от които са измерени горните разстояния.

Витла с регулируема стъпка (ATP)

При съвременните моторни лодки гребните винтове се използват доста рядко, въпреки че несъмнено има перспективи за тяхното по-нататъшно разпространение. Това е така, защото възможността за промяна на позицията на лопатките позволява движение напред, назад или на застой, без да е необходимо да се обръща двигателят. Тази промяна осигурява оптимални условия на работа на витлото, като се отчитат натоварването, скоростта и други фактори.

Конструкцията на витлото с управляема стъпка (SRP) е съвсем проста:

• механизъм за предаване на силата от управляващия маховик към блока за управление;
• концентратор;
• остриета;
• люлеещо се рамо;
• кухия вал.

Най-простият дизайн може да се използва при средни плувни модели с двигатели с мощност 70-100 конски сили и праг на скоростта до 25-30 км/ч.

Подобрените RTG имат хидравличен или механичен задвижващ механизъм за въртене на лопатките. Механизмът на вала на витлото се задвижва с помощта на електрически двигател или с извеждане на мощност от вала. Тези модели могат да се използват за всички видове лодки, с изключение на състезателни лодки. В последния случай това е безсмислено, тъй като увеличеният размер на главината леко намалява ефективността в сравнение с конвенционалните версии, предназначени за един праг на скоростта.

Предимства и недостатъци

Витлото функционира по предназначение само когато се върти с нарастваща или непрекъсната скорост, в противен случай то функционира като активна спирачка. Това не е особено удобно, особено при спортни събития. Ефективността на витлото теоретично е само около 75%. Всъщност той не надвишава 35%. За сведение, греблото има подобна стойност от 60%.

В сравнение с витлото, витлото печели по отношение на ефективността поради компактността и лекотата си. Повредената предавка е лесна за поправяне, но ако витлото е деформирано, трябва да се смени валът на витлото. Друг недостатък е високият риск за морските обитатели и уязвимостта им (в сравнение с други задвижващи устройства).

По този начин елементите на колелата гарантират по-голямо сцепление със земята, което е полезно при теглене. Но при бурно море те бързо отстраняват работните части, което допринася за неравномерност на потапянето на задвижващите елементи (единият е напълно потопен, а другият е на празен ход). Такава ситуация претоварва прекомерно тяговия агрегат. Това прави витлото с колело неподходящо за плавателни съдове. Преди се използваше само защото нямаше алтернатива. Системата на витлата има голямо предимство при конструирането на военни кораби. Това е така, защото се изравнява проблемът с разположението на артилерийските оръдия. Батерията може да се инсталира върху цялата площ на платката. Освен това целта е маскирана за врага, а витлото е напълно е потопена.

За да го завършите

Най-големите витла могат да достигнат височината на триетажна къща, а производството им изисква специално оборудване и умения. Например по време на строителството на параходите "Great Britannia" изработването на заготовките е отнемало повече от седмица. Съвременните технологии позволяват това да се направи само за няколко часа (с помощта на роботизирана ръка). Конфигурацията на винта се въвежда в компютърната програма, след което диамантеният инструмент в края на манипулатора подготвя перфектно копие от пяна. След това готовият модел се поставя в пясъчно-циментов разтвор, за да се получи възможно най-точен отпечатък. Когато бетонът изстине, половините се съединяват и в тях се излива разтопеният метал.

Едно витло трябва да има висока якост, за да издържи на огромно налягане и натоварване, както и да устои на корозионните процеси в морска вода. Валовете на витлата се изработват от бронз, месинг, стоманени сплави, куниал. Неотдавна за тази цел се използваха полимери със свръхвисока якост.