Судовой движитель (винт)

Изобретение относится судостроению и касается создания судовых винтовых движителей с минимальным уровнем шума. Судовой движитель (винт) имеет ступицу и лопасти с входными и выходными участками. Выходные участки лопастей по всей высоте выполнены с периодическими отклонениями фактического выходного угла лопасти относительно расчетного угла. Начиная от 1/2-1/3b, где b - хорда профиля лопасти в каждом сечении, периодические отклонения фактического выходного угла относительно расчетного угла составляют величину ±Δα, доходящую до 15°, причем шаг t периодичности может составлять (0,1-1,0)l, где l - длина лопасти, и выходные участки лопастей выполнены волнообразными. Поверхность выходного участка лопастей может быть образована соединенными между собой плоскостями. Изобретение позволяет существенно снизить интенсивность генерируемого винтом уровня гидродинамического шума на всех режимах, включая переменные. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Судовой движитель (винт) предназначен для привода судов, кораблей, других плавучих средств с минимальным уровнем шума, излучаемого вращающимися лопастями движителя, особенно при обтекании их не осесимметричным потоком, формируемым кормовой оконечностью судна.

Изобретение может быть использовано также для снижения шума аэродинамических винтов, вентиляторов и других устройств с вращающимися рабочими колесами, обтекаемыми жидкостью или газом.

Известно, что лопастные системы, вращающиеся в открытом или замкнутом пространствах жидкости или газа, являются источниками гидродинамического (аэродинамического) шума, особенно если поле скоростей набегаемого на лопастную систему потока не осесимметрично относительно оси вращения лопастной системы. Интенсивность излучаемого лопастной системой шума зависит от шестой степени скорости набегающего потока жидкости или газа.

Известны способы борьбы с излучаемым винтом шумом за счет конструктивного исполнения лопастей винта. Например, лопасти судового винта выполняются так называемыми серповидными, когда, начиная от ступицы, каждая последующая часть лопасти смещается по окружности по направлению вращения. В результате лопасть получается серповидной.

Прототипом изобретения является конструктивное решение по патенту 48-20813, класс 63(5)В05 (F04d), Япония, 1973 г. В прототипе эффект достигается выполнением на лопастях вентилятора прорезей на выходной кромке лопасти.

Недостатком этого конструктивного решения является недостаточная эффективность снижения шума во всем спектре звуковых частот (20-20000 Гц). Прорези являются источниками шума на высоких частотах и малоэффективны на переменных по скорости обтекания режимах. Поэтому известное решение применяется в основном в вентиляторах, где максимально обеспечен осесимметричный набегающий поток, и не применяется в многорежимных машинах.

Применение винта с серповидными лопастями снижает излучение шума на лопастной частоте, однако в случае обтекания не осесимметричным потоком эффект снижения гидродинамического шума недостаточен.

Задачей настоящего изобретения является существенное снижение интенсивности генерируемого винтом уровня гидродинамического шума на всех режимах, включая переменные. Генерирование шума винтом на лопастной частоте и ее гармониках связано с двумя основными факторами: сходом вихрей с выходной кромки лопасти винта, интенсивность которых зависит от режима обтекания по нагрузке, и периодическим изменением набегающего потока, связанным с его неосесимметричностью относительно оси вращения винта. Сложение обоих факторов приводит к усилению интенсивности излучаемого шума.

Поставленная задача достигается специальным конструктивным исполнением винта. Особенностью конструкции винта является форма выходного участка и выходной кромки лопастей независимо от общей формы лопасти: серповидной, элипсообразной, с перпендикулярной оси вращения винта входной кромкой лопастей и т.д.

На фиг.1 показан вид на выходную кромку лопасти винта, на фиг.2 - вид на лопасть винта в плане. На фиг.3 - вариант исполнения выходного участка лопасти, а на фиг.4 - судовой винт с периодичностью, смещенной на каждой лопасти.

Поставленная задача решается тем, что выходные участки лопастей по высоте выполнены таким образом, что, начиная от 1/2-1/3b, где b - хорда в каждом сечении, периодические отклонения фактического выходного угла относительно расчетного составляют величину ±Δα, доходящую до 15°, причем шаг t периодичности может составлять (0,1-1,0)l, l - длина лопасти, и выходные участки лопастей выполнены волнообразными.

Поверхность выходного участка лопастей может быть также образована соединенными между собой плоскостями.

Специально выполненное профилирование лопасти винта обеспечивает слабую чувствительность к обтеканию ее потоком, имеющим периодическую неоднородность скорости, и за счет этого достигается снижение уровня шума на частоте вращения и лопаточных частотах при сохранении силовых характеристик и экономичности винта. Эффект достигается за счет выполнения периодически изменяемого по высоте относительно расчетного на оптимальном режиме лопасти угла выходной кромки лопасти и смещения этой периодичности, начиная от ступицы, на каждой последующей лопасти на величину , где t - шаг периодичности, z - число лопастей винта. Такое исполнение винта позволяет «размазать» в пространстве и во времени сход вихревых структур с выходных кромок лопастей винта и тем самым снизить уровень излучаемых винтом гидродинамических пульсаций на оборотной и лопастных частотах. Излучаемый шум по частотным характеристикам приближается к белому шуму и не имеет ярко выраженных периодических пиков.

Винт работает следующим образом.

Если у обычного винта при прохождении лопастями неравномерности потока циркуляция изменяется примерно на одинаковую величину на каждой поверхности тока, что приводит к практически одновременному сходу вихревой пелены с каждой лопатки вдоль всей выходной кромки лопасти, то в предлагаемой конструкции винта картина образования вихрей и схода вихрей другая. На каждой цилиндрической поверхности тока за счет изменения выходного угла вихри будут образовываться с опережением или запаздыванием относительно линий тока, где отклонение угла от расчетного значения равно нулю. Следовательно, с каждой лопасти будет сходить не сплошной вихревой жгут, а разорванный по времени и смещенный в пространстве. За счет того, что на каждой лопасти имеется дополнительное смещение периодичности изменения выходного угла по высоте лопасти, за винтом в жидкости будет не сплошной вихревой жгут, а раздробленная структура вихрей, которая не будет складываться в пространстве и времени, что является причиной пониженных уровней гидродинамического шума. Поскольку изменение углов выхода вдоль лопасти незначительное, то интегральная энергетическая характеристика винта будет мало отличаться от характеристик винта с обычным профилем лопасти. Винт предлагаемой конструкции будет иметь расширенный диапазон работы с более высоким КПД при отклоненных параметрах по скорости и нагрузке за счет снижения уровня вихревых потерь, так как суммарно возрастает количество участков лопасти с оптимальными углами обтекания и, следовательно, с меньшими потерями и меньшими уровнями гидродинамического шума.

1. Судовой движитель (винт), содержащий ступицу и лопасти с входными и выходными участками, причем выходные участки лопастей по всей высоте выполнены с периодическими отклонениями фактического выходного угла лопасти относительно расчетного угла, отличающийся тем, что выходные участки лопастей по всей высоте выполнены таким образом, что, начиная от 1/2-1/3b, где b - хорда профиля лопасти в каждом сечении, периодические отклонения фактического выходного угла относительно расчетного угла составляют величину ±Δα, доходящую до 15°, причем шаг t периодичности может составлять (0,1-1,0)l, где l - длина лопасти, и выходные участки лопастей выполнены волнообразными.

2. Судовой движитель (винт) по п.1, отличающийся тем, что поверхность выходного участка лопастей образована соединенными между собой плоскостями.