Сталь для гребных винтов
С учетом особенностей производства и эксплуатации гребных винтов материалы для их изготовления должны обладать следующими общими свойствами:
высокими механическими качествами, т. с. прочностью и пластичностью, обеспечивающими возможность противостоять усталостным нагрузкам, воспринимаемым лопастями;
повышенной коррозионной и эрозионной стойкостью и способностью сохранять первоначальную чистоту поверхности продолжительное время;
высокими технологическими качествами, т. е. хорошими литейными свойствами и легкостью обработки режущим инструментом;
ремонтопригодностью — способностью легко подвергаться правке, заварке, наплавке и т. д.
Материалами для изготовления гребных винтов служат цветные сплавы и нержавеющие стали. Учитывая дефицитность цветных сплавов и высокую стоимость нержавеющей стали, вопреки требованиям эксплуатации, гребные винты изготовляют пока и из углеродистой стали. В качестве опытных материалов применяют пластмассы и титан.
Углеродистая сталь марок 25Л, ЗОЛ и 35Л обладает крайне низкими коррозионными свойствами. Винты, изготовленные из нее, выходят из строя вследствие коррозионного износа через 6—18 мес. Применение этого материала целесообразно лишь на судах, эксплуатирующихся в тяжелых ледовых условиях или подлежащих списанию в ближайшие годы. В целях повышения коррозионной стойкости и усталостной прочности гребных винтов из углеродистой стали в настоящее время осуществляется внедрение электролитических покрытий из специальных сплавов, наносимых на лопасти по методу инж. М. И. Дворкина.
В соответствии с классификацией Международной ассоциации классификационных обществ (МАКО) цветные сплавы для изготовления гребных винтов разделяют на четыре категории с различным нижним уровнем механических свойств (табл. 3.3).
Из латуней в отечественной практике наиболее распространена марганцовисто-железистая латунь марки ЛМцЖ55-3-1, химический состав и механические свойства которой приведены и табл. 3.5. Эта латунь обладает хорошими литейными, но низкими коррозионно-усталостными свойствами; ее условный предел коррозионной выносливости в морской воде a σ-1=(8.5-10) кгс/мм 2 = 80- 100 на базе 10 6 . Наиболее серьезными недостатками этой латуни являются следующие:
обесцинкование, т. е. выделение цинка из сплава при отсутствии протекторной защиты. Следствием обесцинкования являются трещины и разрушения поверхности лопасти;
склонность к коррозионному растрескиванию, т. е. к разрушению, вызванному перенапряжением материала при совместном действии внутренних растягивающих напряжений и коррозионной среды (морской воды).
Внутренние растягивающие напряжения возникают в результате нагрева и последующего охлаждения металла при сварке или правке. Они достигают значительной величины и могут быть ориентировочно оценены по формуле
где / — температура нагрева.
В лопастях из материалов, склонных к коррозионному растрескиванию, возникают трещины через 10 недель и более после нагрева, даже без приложения рабочих нагрузок. Склонность к коррозионному растрескиванию приводит к разрушению лопастей, если своевременно не снять внутренние напряжения термической обработкой.
Недостаточный учет при проектировании и изготовлении гребных винтов низких коррозионно-усталостных свойств латуни ЛМцЖ55-3-1 и ее склонности к коррозионному растрескиванию послужил причиной большого числа аварий гребных винтов на отечественных судах (рис. 3.51). Латунь ЛМцЖ55-3-1 при условии учета этих факторов целесообразно применять для изготовления гребных винтов средних размеров.
Взамен недостаточно коррозионно-стойкой углеродистой стали разработана и широко применяется отечественная нержавеющая сталь марки 1Х14НДЛ (табл. 3.4). Этот сплав обладает сравнительно высокими коррозионно-усталостными свойствами при условии хорошей обработки поверхности лопастей. Учитывая технологические трудности при выполнении такой обработки, поверхность лопастей из этого сплава обычно только зачищают абразивами. Очень чувствительная к надрезам нержавеющая сталь 1Х14НДЛ в изделии фактически обладает o_i = 7,5-f-8 кгс/мм 2 [75—80 МПа] на базе 10 6 . Это ее свойство также явилось причиной разрушений лопастей гребных винтов вследствие израсходования ресурса циклической прочности на ряде отечественных судов («Ленинский комсомол», «Мелитополь» и др.).
Наиболее перспективными и качественными материалами для изготовления гребных винтов являются специальные сплавы, в том числе никель-алюминиевые, и в еще большей степени марганцовисто-алюминиевые бронзы. Промышленностью освоено производство гребных винтов из следующих отечественных сплавов:
никель-алюминиевая бронза БрАЖН9-4-4;
марганцовисто-алюминиевые бронзы «Нева-60» и «Нева-70». Состав и физические свойства этих сплавов приведены в табл. 3.5.
Эти сплавы обладают значительно более высокой, по сравнению с латунью, стойкостью против коррозионных и эрозионных разрушений и существенно большей коррозионно-усталост-ной выносливостью.
Никель-алюминиевые бронзы не склонны к коррозионному растрескиванию, т. е. после нагрева не требуют термообработки; однако они становятся хрупкими при нагреве от 200 до 500°. Если лопасть гребного винта из такой бронзы нагреть в пределах этого диапазона температур, то она теряет свои пластические свойства (рис.3.52) и при приложении нагрузки (например, при правке) может сломаться. После увеличения температуры нагрева до 700° С и выше пластические свойства этого материала повышаются.
Марганцовисто-алюминие-вые бронзы не склонны к ох-рупчиванию при нагреве (см. рис. 3.52), но значительно в меньшей степени, чем латуни, они подвержены коррозионному растрескиванию.
Высокие требования, предъявляемые к материалам и к точности изготовления гребных винтов, явились причиной
покупки лицензии на материалы и технологию изготовления гребных винтов английской специализированной фирмы «Стоун».
Лицензионные сплавы аналогичны по свойствам соответствующим отечественным материалам. Они носят названия: никель-алюминиевая бронза — «Никалиум»; марганцовисто-алюмипиевые бронзы — «Новостон» и «Суперстон-70».
На отечественных морских судах зарубежной постройки установлены гребные винты, изготовленные на специализированных заводах фирм ЛИПС (Голландия), «Теодор Цайзе» (ФРГ), «Стоун» (Англия), «Ансальдо» (Италия), «Мицубиси» (Япония), «Сосьсте Нантез де Фонтье» (Франция) и др.
Наиболее распространенные сплавы, применяемые этими фирмами, имеют следующие названия или обозначения:
никель-алюминиевые бронзы «Куниал» (фирма ЛИПС), «Алькуник» (фирма «Теодор Цайзе»), «Мицуби» (компания «Мицубиси»), «Ниальма» («Ансальдо»), «Нантиал» («Сосьсте Нантез де Фонтье»);
марганцовисто-алюминиевые бронзы «Линдрунел» (ЛИПС); AI—MnBzl3 («Теодор Цайзе»); «Мангал-99» («Сосьете Нантез») .
Изготовленные из зарубежных нержавеющих сталей греб ные винты установлены в основном только на судах, построен ных в Финляндии. Эти винты из стали «Кархула 15С130» обладающей более низкими, чем стали 1Х14НДЛ, коррозионно усталостными свойствами, и из еще менее качественной мало углеродистой легированной стали, содержащей 3% Ni.
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГРЕБНЫХ ВИНТОВ
Сталь для гребных винтов
ВИНТЫ ГРЕБНЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ
Общие технические условия
Propellers metal. General specifications
Дата введения 1981-07-01
1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством судостроительной промышленности
Г.Г.Мартиросов, канд. техн. наук; А.Д.Домарев, Е.И.Макарова
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 02.04.81 N 1766
3. Стандарт полностью соответствует МС ИСО 484-1-81 и МС ИСО 484-2-81
5 ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
Обозначение НТД, на который дана ссылка
Номер пункта, подпункта
* Документ в информационных продуктах не содержится. За информацией о документе Вы можете обратиться в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.
6. ПЕРЕИЗДАНИЕ (октябрь 1998 г.) с Изменениями N 1, 2, 3, утвержденными в мае 1984 г., июне 1989 г., июне 1990 г. (ИУС 9-84, 9-89, 10-90)
Настоящий стандарт распространяется на судовые металлические гребные винты: цельнолитые, сварные и со съемными лопастями, а также на металлические лопасти гребных винтов регулируемого шага.
Стандарт не распространяется на гребные винты спортивных и прогулочных судов и ступицы гребных винтов регулируемого шага.
(Измененная редакция, Изм. N 1, 2).
1. КЛАССИФИКАЦИЯ
1.1. В зависимости от точности обработки, гребные винты должны изготовляться четырех классов: - особый, I - высший, II - средний, III - обычный.
Класс и материал гребного винта устанавливаются разработчиком судна по согласованию с заказчиком судна в зависимости от назначения судна, в соответствии с табл.1.
Класс гребного винта
Материал гребного винта
Специальные сплавы, специальные бронзы, нержавеющие стали
Быстроходные суда морские, суда внутреннего плавания
Специальные сплавы, специальные бронзы, специальные латуни, нержавеющие стали
Суда морские, суда внутреннего плавания, суда рыбопромыслового флота неограниченного района плавания
Специальные сплавы, специальные бронзы, специальные латуни, нержавеющие стали, углеродистые стали
Суда морские, суда внутреннего плавания, шлюпки со скоростью хода менее 15 узлов
Суда и плавучие средства морские, для которых скорость хода не является определяющим параметром, суда внутреннего плавания
2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
2.1. Гребные винты и лопасти должны изготовляться в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технической документации, утвержденной в установленном порядке.
(Измененная редакция, Изм. N 2).
2.2. Требования к конструкции
2.2.1. Конструкция гребных винтов должна предусматривать обеспечение монтажа и демонтажа гребного винта.
При предъявлении требований к обеспечению герметичности соединений гребного винта с валом и обтекателем - возможность проверки герметичности соединений.
2.2.2. Конструкция сварных гребных винтов не должна допускать возможности попадания воды во внутренние полости лопастей и ступиц.
2.2.3. При коническом соединении гребного винта с валом конструкция ступицы должна обеспечивать выполнение требований ГОСТ 8838.
2.2.4. Требования к обработке посадочных поверхностей лопастей и ступиц - в соответствии с действующей нормативно-технической документацией.
2.2.5. Окончательно обработанные гребные винты должны быть статически отбалансированы.
2.2.6. Съемные лопасти гребных винтов должны быть взаимозаменяемыми в пределах одного комплекта (по условиям статической балансировки и конструктивно).
По требованию заказчика взаимозаменяемость съемных лопастей гребных винтов должна быть обеспечена в пределах серии проекта судна.
Примечание. На гребные винты, изготовленные по чертежам, выпущенным до 1 января 1973 г., а также по чертежам со штампом "Годен для ремонта", указанные требования по согласованию с заказчиком не распространяются.
2.2.7. Наибольшая толщина сечения лопасти гребного винта и толщины ее кромок после вычитания отрицательного допуска должны быть не менее требуемых правилами Регистра СССР и Речного Регистра РСФСР.
(Введен дополнительно, Изм. N 3).
2.3. Требования к устойчивости при климатических воздействиях
2.3.1. Климатическое исполнение гребных винтов должно соответствовать исполнению для судна в целом и быть не ниже исполнения ОМ (для морских судов) и исполнения У (для судов внутреннего плавания) по ГОСТ 15150.
2.3.2. Гребные винты, предназначенные для судов, эксплуатируемых в районах с тропическим климатом, должны соответствовать требованиям ГОСТ 15151.
2.4. Марки материалов гребных винтов и лопастей установлены действующей нормативно-технической документацией.
Механические свойства материалов, применяемых для изготовления гребных винтов и лопастей, должны быть не ниже указанных в табл.2.
Гребной винт и правила его выбора
Приобретение современного мощного мотора для лодки — не гарантия того, что на воде потенциал скрытых под капотом «лошадей» реализует себя в полную силу. Максимально эффективным комплект «судно + двигатель и поставленная цель (задача)» сделает грамотный подбор гребного винта. Как же выбрать оптимальную модель, которая позволит взять от мотора максимум и сохранить его моторесурс? На какие параметры ориентироваться? О чём спрашивать продавцов?
Ключевые характеристики гребного винта
Поскольку лодочные двигатели выпускают в большом разнообразии (производители, модели, мощность, типы), то и винты для них требуются не одинаковые. Гребные винты различают по шагу, диаметру, количеству лопастей, материалу, конструкции и диаметру ступицы и иным параметрам.
Конструкция и принцип работы винта
Основа работы винта — преобразование вращения гребного вала в силу, заставляющую судно перемещаться. Поэтому винт ещё называют движителем.
Прежде чем углубляться в тонкости выбора, начать следует с базовых параметров, а именно посадки на вал.
Существует два варианта соединения: шпоночное (на моторах небольшой мощности) или более распространённое шлицевое (у разных производителей количество шлицов гребного вала различаются).
Ступица должна входить по диаметру в обойму гребного вала; данный параметр у всех лодочных моторов тоже неодинаков.
Винт фиксируется на валу гайкой. Отвод отработанных газов в большинстве случаев идёт через ступицу, что повышает КПД. На «подвесниках» малой мощности при посадке гребного винта на шпонку выхлоп производится через отверстие под антикавитационной плитой.
Минимизировать для редуктора последствия ударов, наездов и вибрации помогает резиновая втулка-демпфер, находящаяся в некоторых винтах между ступицей и шлицевым валом. Через неё импульс вращения переносится от двигателя на движитель.
Cъёмная втулка — практичный способ экономно расширить диапазон рабочих режимов судна. Установив сменную втулку, достаточно просто менять лопасти разного шага и диаметра в зависимости от поставленной задачи.
Лопасти. Количество и форма
И количество лопастей, и форма влияют на эксплуатационные характеристики судна. С их увеличением растёт отношение диаметра к площади. Площадь действия сил, толкающих катер или яхту, становится больше, но усиливается также и сопротивление. Чем меньше лопастей, тем оно меньше.
Итак, обычное их количество в случае маломерного флота — 2–5; остальное встречается редко. Наиболее высоким КПД обладают двухлопастные пропеллеры. Однако их почти не используют (трудно обеспечить прочность лопастей): в основном на маломощных вспомогательных двигателях, устаревших моделях либо парусных яхтах. Словом, всюду, где нагрузка на винт минимальна.
Гребные винты с тремя лопастями — оптимальное решение в большинстве случаев, поэтому их устанавливают более чем на половине ПЛМ или двигателей с валолинией. Это обусловлено хорошими характеристиками работы пропеллера на всех оборотах, от малых до высоких.
Четырёхлопастной винт обладает лучшим балансом за счёт расстановки лопастей. Всё работает ровно, меньше проскальзывания, вибраций и больше упора на малых и средних оборотах. Такие винты облегчают и ускоряют выход в режим глиссирования при резком старте. Итак, в этих диапазонах большинство четырёхлопастных гребных винтов показывают результаты лучше, чем модели с тремя лопастями.
Винты с пятью лопастями актуальны для спортивных и гоночных катеров, оснащённых особо мощными двигателями, когда требуется реализовать избыточный потенциал последних.
Таким образом, для «обычной жизни» остаётся выбор: три или четыре, и споры между сторонниками одного и другого варианта бесконечны.
Не существует универсального ответа на вопрос «Какой гребной винт лучше?».
Эффективнее тот, что грамотно подобран для решения определённой задачи, поставленной перед конкретным комплектом.
Каковы основные отличия между данными модификациями? Трёхлопастные винты, как правило, позволяют развить большую скорость на максимальных оборотах, а расход топлива в таком режиме будет меньше.
Зато дальние переходы при крейсерском ходе (до 80% от номинальных оборотов) экономичнее с четырёхлопастным винтом. И при повышении нагрузки (буксировка лыжника или «ватрушки», лишние пассажиры на борту, внезапная волна) обороты не просядут благодаря хорошей «упираемости». Более уравновешенная работа мотора даёт возможность снижения минимальной рабочей частоты вращения, а хороший упор позволит идти в глиссирующем режиме при более низких оборотах.
Форма контура лопасти, как и их количество, также видна невооружённым глазом и тоже значительно влияет на КПД. Может быть симметричной или саблевидной (второй вариант встречается чаще, поскольку такая конструкция за счет более плавного входа в воду меньше подвержена кавитации и отличается меньшей вибрацией). Использование суженных к концам лопастей снижает трение, и это используется для винтов на скоростные суда.
Самое продуктивное соотношение тяги и скорости обеспечивают наиболее распространённые варианты контура: эллипс и «круглое ухо». Существуют многообразные различия и в профилях сечения лопастей.
Чем интенсивнее растут мощности моторов и быстроходность судов,
тем выше требования к особенностям геометрии гребных винтов.
Шаг. «Грузовой» и «скоростной»: в чём ошибка?
Шагом называют расстояние, которое винт за один оборот пройдёт в идеально твёрдой среде. Поскольку вода не даёт пропеллеру жёсткой связи, на практике он проскальзывает. Таким образом, реальный шаг винта всегда меньше теоретического. Коэффициент проскальзывания в разных ситуациях отличается. Максимальные показатели по этому параметру будут у пришвартованной лодки с работающим ПЛМ; минимальное скольжение — у глиссирующего на максимальной скорости лёгкого судна. По данному параметру определяют пригодность винта к комплекту.
Гидродинамика винта — тема замысловатая, а моделей с универсальным шагом не существует. Даже одному комплекту «лодка + мотор» понадобятся винты с разным шагом. Это позволит обеспечить оптимальную работу двигателя в разных условиях: пустое судно с одним рулевым либо группа пассажиров с грузом. Или буксировка воднолыжника.
Как правило, шаг подбирают таким образом, чтобы мотор при полностью открытой заслонке дросселя попал в рабочий диапазон оборотов (данные прописаны производителем в паспорте и индивидуальны для каждого мотора).
Часто владелец лодки выбирает винт с большим шагом, чтобы получить более высокую скорость. Но реальность эту теорию периодически опровергает. По разным причинам.
Различающаяся конфигурация лопастей двух современных винтов с заявленным шагом в 13” от разных производителей может сделать один экземпляр значительно «тяжелее» в работе, чем другой. Даже незначительное изменение диаметра винта также способно ощутимо повлиять на прирост оборотов. Поэтому любые расчёты и идеи относительно подбора винта требуют методичной проверки на воде.
Некорректно называть винт тяговым или скоростным. Они могут быть более скоростными или грузовыми лишь при сравнении одного с другим и оценке влияния на комбинацию «лодка + ПЛМ». Последних вариантов множество. И конкретный экземпляр винта на одном комплекте покажет себя более грузовым, а на другом — более скоростным.
Диаметр
В маркировке, нанесенной на винт, — это вторая единица параметров, требующая особого внимания и определяющая размеры гребного винта. Измеряется по окружности, описанной кончиками лопастей.
Диаметр зависит от размеров судна; он «в ответе» за упор, приёмистость мотора и коэффициент проскальзывания в воде. При сравнении винтов одинакового шага образец большего диаметра предотвращает проскальзывание под нагрузкой, даёт лучший упор и сильнее грузит двигатель.
Если говорить о соотношении шага и диаметра: на винтах «средней линии» чаще всего зависимость обратная — выше шаг, меньше диаметр. Но это обычно не касается пропеллеров «крайних размеров»: совсем миниатюрных или очень больших.
Современные модели для моторов большой мощности отличаются заметным отгибом выходящей кромки (интерцептором). Это работает так же, как закрылок самолётного крыла, только в воде: препятствует потере упора, позволяют уменьшить проскальзывание и в итоге увеличивает КПД. Кромка усиливает способность гребного винта захватывать жидкость. Особенно актуальна такая конструкция движителя для судов с большим углом ходового дифферента.
Для сравнения: аналогичные алюминиевые лопасти со слабо выраженным интерцептором или без такового будут просто резать воду без упора, а мотор с рёвом уйдет в «перекрут». Они имеют меньший отклик на действия судоводителя. К примеру, он немного прибавит газа, тахометр покажет рост оборотов, а скорость останется прежней. Или вырастет, но с задержкой: винт сначала будет буксовать.
Сталь или алюминий: что выбирать?
…Он постоянно упирается, толкая судно вперёд. Его подтачивают коррозия из-за непрерывного воздействия воды и кавитационная эрозия. Песок и камешки на мелководье работают как абразив. И это ещё если повезёт не столкнуться с препятствием!
Гребной винт с учётом требований производства и ремонтопригодности должен быть прочным, пластичным и стойко переносить вышеописанные трудности.
Этим требованиям вполне соответствуют алюминиевые сплавы разных составов, поэтому винты из них наиболее распространены.
Нержавеющая сталь также хороша для изготовления гребных винтов. На третьем месте — изделия из сплавов цветных металлов (многокомпонентная бронза и комбинации с алюминием).
Благодаря развитию химии для изготовления современных моделей применяют и композитные материалы. Их существенные характеристики таковы: невысокая стоимость, низкий КПД «благодаря» толстому профилю лопастей, ремонтонепригодность. Зато они абсолютно устойчивы к коррозии.
Некоторым компромиссом станет выбор очень твёрдого сплава алюминия. В литье и обработке он сложнее, но качества материала позволяют уменьшить толщину лопастей. Рабочие обороты вырастут, так как двигателю проще и легче «крутить» такой винт. Но твёрдость вкупе с хрупкостью тонких лопастей делает его расходным узлом. Последствия наезда на камень или вылета на мель суровы: лопасти выкрашиваются крупными кусками или просто выламываются…
Модели из нержавейки превосходят алюминиевые по всем статьям. Конечно, такой винт «быстрым» делает не сталь, а особенности конструкции, основанные на характеристиках материала.
Они лучше держат геометрию, в целом более сбалансированы; металл крепче и твёрже, за счет чего лопасти можно делать тоньше, а угол их наклона — больше. Потери на трение уменьшаются благодаря высокой чистоте обработки поверхности и точности профилировки. В целом это даёт наилучшие гидродинамические характеристики.
Правда, иногда «излишняя» прочность невыгодна. В момент встречи мотора с подводным препятствием винт, несмотря на демпфер, выстоит и передаст импульс удара на более слабые узлы: корпус, вал, редуктор, шестерни.
А ключевой сдерживающий фактор при выборе материала — стоимость.
Методика подбора лодочного винта
Вопрос краеугольный: зачем его менять? Обычно производитель мотора устанавливает на него некий винт. Задача судовладельца — понять: требуется ли замена в принципе? Что конкретно не устраивает в работе имеющегося? Позволит ли новый винт улучшить показатели?
Без тахометра на эти вопросы не ответить, оптимальный гребной винт не подобрать.
Измеряем количество оборотов, делаем расчёты и выводы
Первый шаг к новому винту — измерить характеристики его предшественника, поставляемого с завода. После того, как сняты показания тахометра на данном комплекте «судно + мотор», следуют предварительные выводы: какие шаг, диаметр, форма лопастей подойдут для конкретных катера или лодки. Не помешают и промежуточные измерения (скорость, количество оборотов) с момента выхода в глиссирующий режим и далее, до момента, когда двигатель раскрутится до максимума. С интервалом каждую тысячу оборотов.
Как анализировать полученные данные? «Недокрут», когда ПЛМ не развивает рекомендуемые максимальные обороты, характерен для тяжёлых лодок с небольшим движком или использовании винта с излишне большим шагом. Его называют гидродинамически тяжелым (к его физической массе это не относится). «Недокрут» чреват повышенными нагрузками на все узлы и невозможностью реализовать потенциал двигателя.
«Перекрут» (переход за предельно допустимое количество оборотов — мотор идёт «вразнос») не менее вреден для двигателя, эксплуатация в режимах работы выше расчётных противопоказана. «Лёгкий» гребной винт нехорош даже на средних оборотах. Повышенный расход топлива и низкая скорость увеличивают время пути и снижают моторесурс.
Изменение шага винта в большую сторону на один уменьшает количество оборотов в минуту на 200-300. И наоборот.
· «перекрут» и «недокрут» на максимальном газе снижают моторесурс и КПД двигателя
· шаг больше — обороты ниже; шаг меньше — обороты выше (изменение на 1 дюйм — изменение примерно на 200–300 об/мин).
Кроме шага, меняется и диаметр, причём его влияние на количество оборотов очень заметно: полдюйма туда или сюда «дадут» 400-500 об/мин. Увеличение убавляет количество оборотов, уменьшение повышает.
Если же судно развивает оптимальную скорость, при этом мотор нормально развивает максимальные обороты и не перекручивает на открытой дроссельной заслонке, — можно делать вывод: винт подобран верно. КПД достаточно высок, потенциал комплекта реализован полностью. Следовательно, данный винт в замене не нуждается.
Испытания. Ожидания и реальность
Подбирая винт, каждый судовладелец преследует конкретную цель. Это может быть высокая крейсерская скорость либо уверенное движение катера при буксировке лыжника и т.п. Скоростные модели имеют более узкое поле применения, а винт меньшего шага может использоваться как запасной или в качестве тягового, когда на борту много груза или пассажиров.
Сравнение гребных винтов Baeksan для лодочного мотора Yamaha 9.9–15
Конечно, всегда будет хотеться чего-то лучшего, к тому же на практике всегда существуют какие-то досадные «мелочи». То медленно разгоняется; то на глисс с лишним пассажиром выходит мучительно… Предела совершенству нет. Однако на поведение судна оказывают влияние не только очевидные параметры винта (шаг, диаметр, форма/площадь/количество лопастей), но и более тонкие его нюансы: толщина входящей кромки, наличие интерцептора и т.п. Таких «мелочей» очень много, и далеко не все очевидны.
Не стоить верить в миф «оригинальные винты лучше». Производитель моторов не всегда разрабатывает винты и участвует в их конструировании, расчётах, испытаниях. Чаще всего фирмы просто заказывают винты с собственным логотипом у завода-изготовителя. А уж там выпускают продукцию под разнообразными торговыми марками.
21.07.2017 21:24 - дата обновления страницы
поддержка проекта:
разместите на своей странице нашу кнопку! И мы разместим на нашей странице Вашу кнопку или ссылку. Заявку прислать на e-mail
Производим обмен текстовыми ссылками
Читать о том как отмыть лодку, яхту, катер, его днище, борта от водорослей и тины, мойка днища ниже ватерлинии.
Условия размещения статей смотрите здесь
Двигатели и устройства малотоннажного моторного судна
Общие сведения о двигателях
Материалы и способы изготовления гребных винтов
Конечный этап создания гребного винта - его изготовление, причем это наиболее сложный и ответственный этап, так как вся предыдущая работа по проектированию и конструированию может дать хорошие результаты только при достаточно точном и тщательном изготовлении винта.
Гребной винт в условиях любительского судостроения можно изготовить отливкой, сваркой и формованием. Соответственно принятому способу выбирают и материал гребного винта. При отливке используют различные металлы и сплавы, при сварке углеродистую сталь, а формование производят из стеклоткани на эпоксидной смоле.
Для отливки гребных винтов относительно мощных и быстроходных моторных судов широко применяют латуни марок ЛМцЖ55-3-1, ЛАМцЖ67-5-2-2 и ЛМцЖ5-3-2, отличающиеся хорошими литейными свойствами, относительно высокой прочностью и стойкостью против коррозии и кавитационно-эрозионного разрушения, легкостью обработки и полировки.
Гребные винты гоночных мотосудов изготовляют из литой нержавеющей стали таких марок, как Х18Н9ТЛ, ОХ17Г4НЗД2ТЛ и 1Х14НДЛ. Эти стали обладают большой прочностью (предел прочности при растяжении 72-62 кГ1мм2) и антикавитационной стойкостью, что позволяет делать лопасти минимальной толщины. Литейные свойства и обрабатываемость нержавеющих сталей ниже, чем у латуни.
Бронзу используют сравнительно редко, так как при одинаковых литейных свойствах с латунью она стоит дороже, отличается более низкими механическими свойствами. Однако разработанные в последнее время, например, никельалюминиевые бронзы по механическим свойствам превосходят латунь; их можно применять для изготовления тяжелонагруженных винтов.
Алюминиевые сплавы широко используют при изготовлении гребных винтов моторных судов с двигателями относительно небольшой мощности, работающих в пресной воде. К этим сплавам относятся: алюминиево-кремниевый АЛ2 (силумин), алюминиево-магниевый АЛ8, алюминиево-магниево-кремниевый АЛ9, алюминиево-магниево-кремниево-марганцовый АЛ13, алюминиево-магниево-марганцово-титановый 45 Мг2 и др. Преимущества алюминиевых сплавов - хорошие литейные свойства и обрабатываемость. Однако они отличаются невысокой прочностью (предел прочности при растяжении 15-20 кГ1мм2), что вынуждает делать лопасти винта более толстыми, и недостаточной коррозионной стойкостью в морской воде (особенно сплавы типа АЛ2 и АЛ9). Этот недостаток можно устранить, применив анодное оксидирование и соответствующую грунтовку и окраску. Сварные гребные винты изготовляют из углеродистой стали марок Ст.2, Ст.З, 20. Ступицу вытачивают из круглой заготовки, а лопасти делают из листовой стали.
Для изготовления гребного винта из стеклопластика используют гидрофобизированную (обладает водоотталкивающими свойствами) стеклоткань сатинового переплетения АСТТ (б) - С2 - О или гарни-турового переплетения АСТТ (б)-8 и эпоксидную смолу ЭД-5 или ЭД-6 с полиэтиленполиамином в качестве инициатора и ускорителя (15 вес. ч. на 100 вес. ч. смолы). Подробно с технологией изготовления таких винтов можно ознакомиться в сб. (Л., ), 1966, № 6, стр. 76.
Рис. 192. Изготовление модели гребного винта. 1 - формовочная плита; 2 - шаговый угольник; 3 - формовочный шаблон; 4 - центральный стержень; 5 - заготовка.
Прежде чем приступить к изготовлению литого гребного винта, необходимо сделать модель винта, форму для отливки. После этого отливают винт, обрабатывают и балансируют. Модель гребного винта чаще всего делают из дерева мягких пород (липа, ольха, тополь), однако опыт авторов позволяет рекомендовать в качестве лучшего материала для модели пенопласт плиточный ПХВ-1 (СТУ 9-90-61), широко используемый для изготовления поплавков рыболовных сетей. Этот материал обладает вполне удовлетворительной прочностью и настолько легко обрабатывается, что единственным инструментом может служить тонкий, остро отточенный нож, а время на изготовление модели вместе с формовочной плитой составляет не более 4 ч.
Формовочную плиту (рис. 192) делают из ровной столярной плиты или толстой фанеры с размерами, превышающими на 30-40 мм размеры лопасти со ступицей. У одного из краев плиты намечают центр, из которого проводят несколько дуг радиусами, указанными на чертеже винта, и одну радиусом, на 10-15 мм больше радиуса винта.
Для изготовления модели винта постоянного и аксиально-переменного шага достаточно одной последней дуги.
Поскольку лопасть занимает часть окружности длиной I, откладываем эту величину и отрезаем ненужную часть. По полученной трапеции изготовляют металлический шаговый угольник (см. рис. 192). Угольник изгибают по радиусу R и закрепляют на плите по прочерченной дуге, причем для винта левого вращения его высота должна уменьшаться справа налево, если смотреть на плиту сверху.
В отмеченном центре на плите перпендикулярно к ней закрепляют металлический стержень диаметром 5-6 мм и высотой не менее трех длин ступицы. На стержень надевают скользящую втулку, к которой прикреплен формовочный шаблон, изготовленный из тонкой фанеры, пластика или жести. Наклон нижней кромки формовочного шаблона к оси стержня определяется наклоном лопастей к оси винта, указанным на чертеже.
Толщина заготовки пенопласта должна несколько превышать длину боковой проекции винта. Обе поверхности заготовки обрабатывают рубанком до получения ровных, параллельных друг другу плоскостей. На одной стороне по чертежу винта в натуральную величину вычерчивают контур проектированной поверхности всех лопастей и ступицы. В середине просверливают отверстие диаметром на 0,5-1,0 мм меньше диаметра стержня и заготовку обрезают по размеченному контуру лопастей (контролируя перпендикулярность по отношению к плите угольником). Обработанную таким образом заготовку надевают на стержень так, чтобы одна из лопастей находилась против шагового угольника, и закрепляют заготовку винта в этом положении на плите (например, предварительно забитым снизу гвоздем).
Материал заготовки постепенно срезают -ножом, постоянно контролируя обработку формовочным шаблоном, поворачивая его вокруг стержня так, чтобы нижняя кромка шаблона скользила по гипотенузе шагового угольника и по всей длине соприкасалась с обрабатываемой поверхностью. В результате получим винтовую нагнетающую поверхность поочередно всех лопастей.
Поверхности зачищают мелкой наждачной шкуркой и наносят дуги, радиусы которых указаны в чертеже. Для этой операции можно использовать формовочный шаблон, закрепляя к нему на нужном расстоянии от центра карандаш.
С обратной стороны лопасти сначала грубо обрабатывают, затем по нанесенным дугам тонким шилом прокалывают сквозные вертикальные отверстия с шагом примерно 10 мм. Производя окончательную обработку засасывающих поверхностей, сечения контролируют заранее изготовленными и согнутыми по соответствующим радиусам контршаблонами; их прикладывают по линиям, образованным проколотыми отверстиями.
После окончательной обработки модель шлифуют мелкой наждачной шкуркой, шпаклюют и окрашивают.
По дугам различных радиусов, нанесенным на формовочной плите, устанавливают соответствующие этим радиусам шаговые угольники. Для винтов с постоянным и аксиально-переменным шагом эти угольники устанавливают после изготовления модели, и формовочную плиту с угольниками применяют для дополнительного контроля модели и проверки готового винта. При положении лопастей нагнетающей поверхностью вниз они должны плотно, без просветов, прилегать к каждому шаговому угольнику. Модель винтов с радиально-переменным шагом изготавливают по формовочной плите со всеми установленными шаговыми угольниками. В этом случае контроль нагнетающей поверхности в процессе обработки производят, укладывая нагнетающую поверхность на верхние кромки шаговых угольников.
Отливка гребного винта по модели - обычная литейная операция, не представляющая трудностей для тех, кто знаком с основами литейного производства. Разъем верхней и нижней половин опоки лучше всего предусматривать в плоскости лопастей, точно фиксируя их относительное положение. Перед заливкой металла половины опоки следует прочно соединить.
Для набивки опок при отливке винтов из алюминиевых сплавов используют песчаную смесь: любой песок с величиной зерна 0,5--1,0 мм и в качестве связующего 3-5% жидкого стекла (силикатного конторского клея). При отливке винтов из латуни, стали и т. п. пользуются глиной или песчано-цементной смесью: песок кварцевый К50/100 - 88% и цемент марки 400 или 500 - 12%.
Гребной винт формуют нагнетающей поверхностью вниз, литник выполняют в центре ступицы. Диаметр литника обычно равен или немного меньше диаметра ступицы винта, причем литник одновременно является прибылью.
Механическая обработка отлитого гребного винта заключается в разметке центра и обработке на токарном станке торцов и конусного отверстия ступицы. Обработку лопастей и ступицы снаружи можно выполнять только вручную, поэтому отливку рекомендуется производить как можно точнее, с минимальными припусками. После обработки винт необходимо отбалансировать, для чего его надевают на специально изготовленный короткий вал и укладывают на установленные строго горизонтально и параллельно две металлические пластины с тонкими ребрами. Если какая-то лопасть винта перевешивает, то с засасывающей стороны ее осторожно снимают тонкий равномерный слой металла до получения безразличного равновесия.
Заключительная операция - полировка гребного винта до получения зеркальной поверхности; эта операция совершенно необходима для гребных винтов быстроходных моторных судов.
Читайте также: