RU2540684C1

RU2540684C1 - Icebreaker propeller screw blade

Info

Publication number: RU2540684C1
Application number: RU2013132877/11A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Владимирович Багаев; Алексей Андреевич Рудниченко; Сергей Андреевич Чалов
Priority date: 2013-07-17
Filing date: 2013-07-17
Publication date: 2015-02-10
Also published as: RU2013132877A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to ship building, particularly, to icebreaker screw propeller blades incorporated with rudder propellers. Icebreaker propeller screw blade features smooth curvilinear surface and bulge in the area of leading edge. Said bulge is located within 0.35-0.85 of propeller screw radius. Blade profile depth at 0.025 of profile chord length from said leading edge makes 0.25-0.47 of the profile maximum depth. At said distance from leading edge, profile relative depth increases as spacing from propeller screw rotational axis increases. Blade profile depth at 0.05 of profile chord length from said leading edge makes 0.3-0.75 of the profile maximum depth. Blade profile depth at 0.75 of profile chord length from said leading edge makes 0.6-0.7 of the profile maximum depth.

EFFECT: higher efficiency in ice conditions.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области судостроения, в частности к лопастям гребных винтов судов ледовых классов, в том числе и гребных винтов судов ледовых классов, работающих в составе винторулевых колонок.The invention relates to the field of shipbuilding, in particular to the propeller blades of ice-class vessels, including the propellers of ice-class vessels operating as part of propeller-driven columns.

Известны лопасти винтов, имеющих профили серий NACA-66, NACA-16, а также эллиптический профиль (см. "Теория и расчет гребных винтов." Басин A.M., Миниович И.Я., Судпромгиз, 1965, Ленинград, с.461-465).Known rotor blades having profiles of the NACA-66, NACA-16 series, as well as an elliptical profile (see. "The theory and calculation of propellers." Basin AM, Miniovich I.Ya., Sudpromgiz, 1965, Leningrad, p. 461-465 )

Каждая из этих лопастей имеет криволинейный профиль, образованный засасывающей и нагнетающей поверхностями, а также входящей и выходящей кромками. При этом одна и та же лопасть для обеспечения оптимального соотношения между кавитационными, гидродинамическими и прочностными характеристиками может иметь участки с профилями различных серий (см. гребные винты Troost B series).Each of these blades has a curved profile formed by the suction and discharge surfaces, as well as the incoming and outgoing edges. At the same time, the same blade can have sections with profiles of various series to ensure the optimal ratio between cavitation, hydrodynamic, and strength characteristics (see Troost B series propellers).

Для точного описания профиля лопасти принято рассматривать лопасть в цилиндрическом сечении, образованном пересечением лопасти цилиндрической поверхностью с осью, совпадающей с осью гидравлического движителя. В дальнейшем под словами "сечение лопасти" будет пониматься именно такое сечение.To accurately describe the profile of the blade, it is customary to consider the blade in a cylindrical section formed by the intersection of the blade with a cylindrical surface with an axis coinciding with the axis of the hydraulic propulsion device. In the future, the words "section of the blade" will be understood to mean just such a section.

Достоинством этих известных лопастей является обеспечение достаточно равномерного распределения давления по засасывающей и нагнетающей поверхностям лопасти при малом профильном сопротивлении.The advantage of these known blades is to ensure a fairly uniform distribution of pressure on the suction and discharge surfaces of the blades with a small profile resistance.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является лопасть гидравлического движителя (по патенту РФ на изобретение №2385255), лопасти которого имеют первую боковую кромку и вторую боковую кромку, первый угол наклона лопасти вблизи ступицы относительно линии F, проходящей вдоль лопасти перпендикулярно оси винта, составляющий 0-4 градуса, причем первая боковая кромка постепенно становится тоньше от ступицы к дальнему концу лопасти, наклонную часть, поднимающуюся от центра на задней поверхности к дальнему концу лопасти от линии сгиба, соединяющей дальний конец первой боковой кромки с дальним концом второй боковой кромки, наклонную заднюю поверхность, поднимающуюся ко второй боковой кромке между первой боковой кромкой и второй боковой кромкой, второй угол наклона второй боковой кромки к линии F, составляющий 7-25 градусов - прототип.Closest to the proposed technical solution is the blade of the hydraulic propulsion device (according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2385255), the blades of which have a first side edge and a second side edge, the first angle of inclination of the blade near the hub relative to the line F, running along the blade perpendicular to the axis of the screw, component 0 -4 degrees, with the first side edge gradually becoming thinner from the hub to the far end of the blade, the inclined part rising from the center on the rear surface to the far end of the blade from the line c Iba connecting the far end of the first side edge with the far end of the second side edge, an inclined rear surface rising to the second side edge between the first side edge and the second side edge, the second angle of inclination of the second side edge to the line F, comprising 7-25 degrees - prototype .

Недостатком известной лопасти является возникновение кавитации на ее засасывающей поверхности при увеличении скорости и мощности судна. В связи с этим резко возрастают связанные с указанной кавитацией проблемы, такие как повышенные эрозия лопасти, вибрация, шум и снижение КПД гребного винта. Засасывающая поверхность его лопастей имеет практически постоянную кривизну от входящей кромки до выходящей кромки, поскольку увеличение кривизны увеличивает опасность возникновения ранней кавитации, а также увеличивает профильное сопротивление лопасти. К настоящему времени разрабатываются гребные винты, форма лопастей которых позволяет несколько отдалить момент возникновения кавитации.A disadvantage of the known blade is the occurrence of cavitation on its suction surface with increasing speed and power of the vessel. In this regard, the problems associated with this cavitation increase sharply, such as increased blade erosion, vibration, noise, and reduced propeller efficiency. The suction surface of its blades has an almost constant curvature from the inlet edge to the outlet edge, since an increase in the curvature increases the risk of early cavitation, and also increases the profile resistance of the blade. To date, propellers are being developed, the shape of the blades of which allows you to somewhat delay the moment of occurrence of cavitation.

Необходимо заметить также, что приведенные конструктивные мероприятия предназначены для улучшения кавитационных характеристик гребного винта применительно к режимам движения с высокими скоростями хода.It should also be noted that the above structural measures are intended to improve the cavitation characteristics of the propeller in relation to driving modes with high speeds.

Работа гребных винтов судов ледовых классов весьма часто происходит на малых скоростях хода при необходимости обеспечения по возможности максимального упора. При этом вероятность возникновения кавитации также высока и для отдаления момента ее возникновения необходимы в том числе и конструктивные мероприятия. Одним из них и является предлагаемое техническое решение.The work of the propellers of ice-class vessels very often occurs at low speeds if necessary to ensure maximum emphasis. At the same time, the likelihood of cavitation is also high, and constructive measures are also necessary to remove the moment of its occurrence. One of them is the proposed technical solution.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы гребного винта в ледовых условиях за счет отдаления момента возникновения кавитации на лопастях гребного винта путем изменения профилировки засасывающей поверхности лопастей.The objective of the invention is to increase the efficiency of the propeller in ice conditions by moving away the moment of cavitation on the propeller blades by changing the profile of the suction surface of the blades.

Поставленная задача решается за счет того, что утолщение в районе входящей кромки лопасти гребного винта судна ледового класса, имеющей плавную криволинейную поверхность, расположено в пределах 0,35-0,85 относительного радиуса гребного винта r^- (относительный радиус r^- определяется делением текущего радиуса r на радиус гребного винта R, то есть r^-=r/R), причем толщина профиля лопасти на удалении от ее входящей кромки, равном 0,025 длины хорды ее профиля, составляет 0,25-0,47 максимальной толщины профиля, при этом на указанном удалении от входящей кромки ее толщина возрастает по мере удаления от оси вращения гребного винта, а на удалении от входящей кромки лопасти, равном 0,05 длины хорды ее профиля, она составляет 0,3-0,65 максимальной толщины профиля. А на удалении от входящей кромки, равном 0,75 длины хорды ее профиля, толщина лопасти составляет 0,6-0,7 максимальной толщины профиля.The problem is solved due to the fact that the thickening in the region of the incoming edge of the propeller blades of an ice class vessel with a smooth curved surface is located within 0.35-0.85 of the relative radius of the propeller r ^- (the relative radius r ^{- is} determined by dividing the current radius r by the radius of the propeller R, that is, r ^- = r / R), and the thickness of the profile of the blade at a distance from its incoming edge, equal to 0.025 of the length of the chord of its profile, is 0.25-0.47 of the maximum thickness of the profile, while specified distance from the incoming edge and its thickness increases with distance from the axis of rotation of the propeller, and at a distance from the incoming edge of the blade equal to 0.05 of the length of the chord of its profile, it is 0.3-0.65 of the maximum thickness of the profile. And at a distance from the incoming edge, equal to 0.75 of the chord length of its profile, the blade thickness is 0.6-0.7 of the maximum thickness of the profile.

Выполнение утолщений на засасывающей поверхности лопастей гребного винта судна ледового класса указанным образом обеспечивает равномерное распределение давления по ее засасывающей поверхности, благодаря чему происходит отдаление момента начала кавитации на лопасти.Performing thickenings on the suction surface of the propeller blades of the ice-class vessel in this way ensures uniform distribution of pressure over its suction surface, due to which the moment of the beginning of cavitation on the blades is removed.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг.1 изображено расположение цилиндрической поверхности сечения гребного винта судна ледового класса с предлагаемой лопастью на относительном радиусе r^- равном 0,7, а на Фиг.2 показано само сечение лопасти. Для сравнения на Фиг.2 также приведено сечение лопасти прототипа - традиционного гребного винта судна ледового класса (обозначено пунктирной линией).BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 shows the arrangement of the cylindrical surface section of the propeller ice class vessel with the proposed blade relative to a radius of r ^- equal to 0.7, and Figure 2 shows the cross section of the blade itself. For comparison, FIG. 2 also shows a cross section of a prototype blade — a traditional propeller of an ice class vessel (indicated by a dashed line).

Лопасть гребного винта судна ледового класса имеет плавную криволинейную поверхность, а в районе входящей кромки 1 она имеет утолщение 2 профиля, по сравнению с профилем 3 традиционного гребного винта (Фиг.2), расположенное в пределах 0,35-0,85 относительного радиуса гребного винта r^-. При этом толщина профиля лопасти на удалении от ее входящей кромки 1 на расстояние, равное 0,025 длины хорды 4 профиля, составляет 0,25-0,47 максимальной толщины 5 профиля. Причем на указанном удалении от входящей кромки 1 относительная толщина лопасти, т.е. отношение толщины лопасти к максимальной толщине лопасти, возрастает по мере удаления от оси вращения гребного винта. На отдалении же от входящей кромки 1 лопасти, равном 0,05 длины хорды 4 ее профиля, относительная толщина лопасти составляет 0,3-0,75 и возрастает по мере удаления от оси вращения гребного винта. А на сечении, отдаленном от входящей кромки 1 на расстояние, равное 0,75 длины хорды 4 ее профиля, толщина лопасти составляет 0,6-0,7 максимальной толщины 5 профиля гребного винта.The blade of the propeller of the ice class vessel has a smooth curved surface, and in the region of the incoming edge 1 it has a thickening of 2 profiles, compared with the profile 3 of a traditional propeller (Figure 2), located within 0.35-0.85 relative radius of the propeller screw r ^- . The thickness of the profile of the blade at a distance from its incoming edge 1 at a distance equal to 0.025 of the length of the chord 4 of the profile is 0.25-0.47 of the maximum thickness of 5 profile. Moreover, at a specified distance from the incoming edge 1, the relative thickness of the blade, i.e. the ratio of the thickness of the blade to the maximum thickness of the blade increases with distance from the axis of rotation of the propeller. At a distance from the incoming edge 1 of the blade equal to 0.05 of the chord 4 of its profile, the relative thickness of the blade is 0.3-0.75 and increases with distance from the axis of rotation of the propeller. And at a section remote from the incoming edge 1 by a distance equal to 0.75 of the length of the chord 4 of its profile, the thickness of the blade is 0.6-0.7 maximum thickness 5 of the profile of the propeller.

Максимальная толщина 5 предлагаемой лопасти гребного винта судна ледового класса расположена на удалении от 0,20 до 0,30 длины хорды 5 лопасти от входящей кромки в рассматриваемом сечении лопасти цилиндрической поверхностью.The maximum thickness 5 of the proposed propeller blades of the ice class vessel is located at a distance from 0.20 to 0.30 of the length of the chord 5 of the blade from the incoming edge in the considered section of the blade with a cylindrical surface.

Работа предлагаемой лопасти гребного винта судна ледового класса осуществляется следующим образом.The work of the proposed propeller blades of the ice class vessel is as follows.

При вращении гребного винта в ледовых условиях набегающий на гребной винт поток взаимодействует с лопастью, профилировка которой имеет утолщение вблизи входящей кромки 1. На указанном утолщении происходит рост минимального гидродинамического давления, в результате чего не создаются предпосылки для образования кавитационных каверн на засасывающей поверхности лопасти. Благодаря этому отдаляется момент возникновения кавитации, что позволяет повысить упор гребного винта при его работе в ледовых условиях и, как следствие, повысить его эффективность.When the propeller rotates in ice conditions, the flow incident on the propeller interacts with the blade, the profiling of which has a thickening near the inlet edge 1. At this thickening, the minimum hydrodynamic pressure increases, as a result of which no conditions are created for the formation of cavitation cavities on the suction surface of the blade. Due to this, the moment of occurrence of cavitation moves away, which makes it possible to increase the propeller thrust during its operation in ice conditions and, as a result, increase its efficiency.

Предлагаемая лопасть гребного винта судна обеспечивает повышение эффективности работы гребного винта в ледовых условиях за счет отдаления момента возникновения кавитации на лопастях гребного винта путем изменения профилировки засасывающей поверхности лопастей, что выгодно ее отличает от прототипа.The proposed propeller blade of the ship provides an increase in the efficiency of the propeller in ice conditions by moving away the moment of cavitation on the propeller blades by changing the profiling of the suction surface of the blades, which distinguishes it from the prototype.

Claims

Лопасть гребного винта судна ледового класса, имеющая плавную криволинейную поверхность, а в районе входящей кромки - утолщение, отличающаяся тем, что указанное утолщение лопасти расположено в пределах 0,35-0,85 относительного радиуса гребного винта, причем толщина профиля лопасти на удалении от ее входящей кромки, равном 0,025 длины хорды ее профиля, составляет 0,25-0,47 максимальной толщины профиля, при этом на указанном удалении от входящей кромки относительная толщина профиля возрастает по мере удаления от оси вращения гребного винта, а на удалении от входящей кромки лопасти, равном 0,05 длины хорды ее профиля, она составляет 0,3-0,75 максимальной толщины профиля, и на удалении от входящей кромки, равном 0,75 длины хорды ее профиля, толщина профиля лопасти составляет 0,6-0,7 максимальной толщины профиля. The blade of the propeller of an ice-class vessel having a smooth curved surface, and in the region of the incoming edge there is a thickening, characterized in that the thickening of the blade is located within 0.35-0.85 of the relative radius of the propeller, and the thickness of the profile of the blade at a distance from it the input edge, equal to 0.025 of the chord length of its profile, is 0.25-0.47 of the maximum thickness of the profile, while at a specified distance from the incoming edge, the relative thickness of the profile increases with distance from the axis of rotation of the propeller, and by the distance from the incoming edge of the blade equal to 0.05 of the length of the chord of its profile, it is 0.3-0.75 of the maximum thickness of the profile, and at a distance from the incoming edge equal to 0.75 of the length of the chord of its profile, the thickness of the profile of the blade is 0, 6-0.7 maximum profile thickness.