Лодочные моторы с двумя гребными винтами

Угловая колонка «Дуо-проп» с двумя соосными гребными винтами

В конце 1982 г. шведская фирма «Вольво-Пента» опубликовала результаты работ, начатых двумя годами раньше, которые были посвящены исследованию резервов повышения коэффициента полезного действия и экономичности фирменных установок с поворотно-откидными угловыми колонками «Акваматик». Еще через полгода новые колонки с индексом «Дуо-проп», снабженные двумя соосными и вращающимися в противоположных направлениях гребными винтами-тандем, стали самым интересным экспонатом крупнейших европейских выставок лодок и моторов в Лондоне, Париже, Дюссельдорфе и Хельсинки. При одинаковой мощности двигателя «Дуо-проп» развивал больший на 10—15% упор, чем серийный «Акваматик». Скорость 6,7-метрового пластмассового катера «Винди» водоизмещением 1,9 т, оснащенного двигателем «AQAD» мощностью 110 л. с., возросла с 45,18 до 46,11 км/ч. При этом часовой расход топлива сократился с 24,1 до 22,2 л, т. е. на 8%. Улучшились и стартовые свойства катера: с двойным винтом скорость до 37 км/ч можно развить за 12 с, тогда как с обычным это удается сделать за 20 с.

Повысить КПД гребного винта на 10% в наше время очень сложно. Даже при самом тщательном проектировании винта и его доводке редко удается достичь КПД, равного 70%. Это значит, что 30%, а на практике и гораздо больше — 40—50% мощности двигателя затрачивается не на движение судна вперед, а на закручивание отбрасываемого винтом потока в том направлении, в котором вращается винт, на трение лопастей о воду и на создание вихрей, срывающихся с концов лопастей. При большой скорости вращения винта и величине упора, развиваемого им, на лопастях возникает кавитация. Когда на лопасти образуется сплошная полость, заполненная парами воды, КПД винта и упор резко падают. Чтобы избежать этого, необходимо либо заменить гребной винт винтом большего диаметра с большой поверхностью лопастей и с меньшей частотой вращения, либо специальным суперкавитирующим винтом.

Использовать энергию, затрачиваемую на закручивание потока за винтом, конструкторы пытаются при помощи различного рода контрпропеллеров и направляющих аппаратов, устанавливаемых как перед винтом, так и за ним. Не нова и идея соосных вращающихся в разные стороны винтов. Сохранились сведения о патенте, выданном в Англии в 1836 г. Джону Эриксону на лопастной движитель, представляющий собой два гребных винта, расположенных на одной оси и вращающихся в разных направлениях. Задний винт должен был вращаться в 1,2 раза быстрее, чем передний; число лопастей было одинаковое.

Через два года идею Эриксона удалось претворить в жизнь — был построен небольшой пароходик с 30-сильной машиной. При его строительстве пришлось решать ряд довольно сложных по тем временам технических задач: изготовить полый гребной вал и надежные уплотнения для расположенного внутри него вала заднего винта. Когда пароходик начали эксплуатировать, выяснилось, что он не только не имеет преимуществ в скорости перед судами, оснащенными обычным винтом, но и отличается худшей комфортабельностью. Поскольку у обоих винтов было равное число лопастей, то за один оборот лопасти перекрывали друг друга несколько раз. В результате получался гидродинамический удар и работа винта сопровождалась сильной вибрацией гребного вала и всего корпуса. Кончилось тем, что владелец парохода приказал снять один винт.

Впоследствии винты-тандем неоднократно использовались на больших и малых судах. Они прочно утвердились на торпедах, где важно отсутствие реактивного момента, под влиянием которого цилиндрический корпус торпеды, снабженной обычным гребным винтом, получает вращение вокруг продольной оси и уходит в сторону с заданного курса. Установка второго винта на многотоннажных судах-гигантах позволила уменьшить диаметр оптимального винта и благодаря почти удвоенной поверхности лопастей избавиться от кавитации. Попутно удалось повысить КПД движителя и снизить вибрацию.

У «Дуо-проп» семь лопастей — три на переднем винте и четыре на заднем. Благодаря этому задний винт при одинаковой площади лопастей с передним имеет меньший диаметр. Задний гребной винт как бы вмонтирован в сужающийся к корме конус, описываемый вихрями, которые срываются с лопастей переднего винта. Вращаясь в противоположном направлении, задний винт раскручивает поток за передним винтом, и вода покидает движитель с меньшими радиальными скоростями — большая ее масса отбрасывается прямо по оси винта назад. Следовательно, возрастает полезный упор, движущий судно вперед, практически исчезает реактивный момент, отклоняющий судно с курса и придающий ему крен, который особенно заметен на катерах с обводами «глубокое V». Уменьшаются и концевые потери на лопастях, обусловленные перетеканием воды через кромки лопастей из зоны повышенного давления на нагнетающей поверхности на засасывающую поверхность, где действует разрежение. Это результат уменьшения диаметра винтов и удельной гидродинамической нагрузки, которая распределяется на семь лопастей.

Читайте также:  Не заводится турбо мотор

«Дуо-проп» вращается медленнее обычного винта — передаточное число колонки увеличено так, что частота вращения составляет всего 70% для одиночного гребного винта. Благодаря меньшей окружной скорости потери на трение лопастей о воду уменьшаются примерно на половину.

Конструктивное исполнение колонки для соосных винтов не представляло большой сложности. Реверсивная передача с коническими шестернями и патентованной муфтой «Вольво-Пента» расположена в верхней части колонки. Вертикальный вал снабжен на нижнем конце конической шестерней, находящейся в постоянном зацеплении с шестернями наружного и внутреннего гребных валов. Поскольку упор распределяется между двумя валами, конструктивные размеры гребных валов и нижних шестерен могут быть уменьшены по сравнению с одновинтовой колонкой. Диаметр корпуса нижнего редуктора колонки с «Дуо-проп» получился на 15 мм меньше, что также способствует повышению КПД винтов. Другое изменение конструкции по сравнению с одновинтовой колонкой — смещение плавника вперед относительно вертикальной оси поворота колонки, чтобы обеспечить требуемое пространство для размещения двух винтов. Масса колонки увеличилась всего на 2 кг.

Элементы гребных винтов — диаметр, шаг, площадь лопастей, толщина профиля тщательно подбираются при испытаниях большого числа катеров. Заметим, что фирма не продает винты или колонки отдельно от двигателя.

«Вольво-Пента» снабжает новыми колонками два дизеля с турбонаддувом — четырехцилиндровый «AQAD ЗО/DP» мощностью 81 кВт (110 л. с.) при 3800 об/мин и шестицилиндровый «AQAD40/DP» мощностью 121 кВт (165 л. с.) при 3600 об/мин. Масса первой установки с колонкой — 422 кг, второй — 520 кг; передаточное отношение трансмиссии соответственно 1 : 2,30 и 1:1,95.

Благодаря повышенному КПД соосных гребных винтов дизельные установки с «Дуо-проп» позволяют снять с дизеля почти такую же удельную мощность (лошадиных сил на кг массы двигателя), как и с легких бензиновых двигателей. Общий экономический эффект от применения дизеля с соосным винтом с лихвой превышает затраты на приобретение установки, которые на 15—20% выше, чем стоимость серийного «Аква-матика».

Источник

Петлевой гребной винт эффективнее классики на 9-15%

Водномоторники раньше никогда не видели такой гребной винт — он может полностью изменить наше представление о лодочных винтах. Так или иначе за последние десятилетия геометрия и формы гребных винтов остались практически неизменными наряду с потерей эффективности, связанной с кавитацией на кромках лопастей. Кавитация не только снижает эффективность лодочного винта, но также вызывает турбулентность, которая приводит к шуму и вибрациям. Компания Sharrow Marine разработала совершенно другой тип винта, который, скорее всего, лучше всего назвать «петлевым» винтом. По сути, вместо того, чтобы иметь лопасти, которые захватывают и толкают воду для обеспечения тяги лодочного мотора, новинка снабжена своеобразными петлями на своей ступице.

Соответственно, петли практически полностью устраняют влияние кромок классического гребного винта. Вихри и кавитация на них не образуются (поскольку у них нет места для этого) и, как следствие, эффективность возрастает на 9-15%. Просто представьте, что ваш лодочный мотор будет сжигать на 9-15% меньше топлива, а лодка или катер будут ехать быстрее. Дополнительный бонус: улучшается управляемость, а судно сможет выходить на глиссирование на более низких оборотах двигателя. В то время как каждая лопасть классического винта обеспечивает одну площадь поверхности, каждая петля винта Sharrow фактически обеспечивает две. Вообще говоря, чем больше лопастей у винта, тем лучше он сбалансирован и тем меньше вибраций он создает. Поскольку этот трехконтурный гребной винт действительно имеет шесть областей поверхности лопастей, его вибрации заметно приглушены по сравнению с вибрациями, создаваемыми обычным винтом с тремя лопастями. Таким образом, петлевой гребной винт от компании Sharrow Marine, без сомнения, является одним из самых инновационных решений, которых мы когда-либо видели.

Читайте также:  Защита мотора для гольф 2

Подразделение Sharrow Engineering реализовало программу испытаний своего петлевого гребного винта на воде с использованием различных типов судов на озерах, реках и заливах. Согласно полученным результатам, новинка на 9-15% более эффективна, чем винты промышленного стандарта серии Wageningen B, который используется по всему миру не только для больших судов, но и для винтов катеров и лодок. Model MX-1 стала лауреатом престижной премии Innovation Award на выставке Miami International Boat Show 2020. Хотя компания изготовила несколько своих петлевых винтов для лодочных моторов небольшой мощности, в настоящее время основной акцент направлен на создание серийных моделей для мощных подвесных моторов и кормовых приводов от 100 л.с. до 450 л.с., так как на них эффект от экономии топлива будет наиболее заметен.

Компания Sharrow Engineering занимается разработкой своей новинки около 7 лет. До тестов на воде модели этих лодочных винтов прошли динамометрические испытания в лаборатории гидродинамики Мичиганского университета. В ходе процесса разработки инженеры компании смогли оформить 46 американских и международных патентов. «Получение награды за инновации стало для нас невероятным моментом», — рассказал президент компании Грег Шарроу (Greg Sharrow). «Мы уже работаем с несколькими известными производителями лодок и двигателей, которые хотят, чтобы наш Propeller MX-1 был установлен на модели их судов и мотров. Судостроители признают значительный рост производительности и эффективности использования топлива, которые способен обеспечить новый гребной винт Sharrow».

На момент этой публикации петлевые гребные винты Sharrow еще не выпускаются серийно, и, соответственно компания еще не объявила цены. Но Грег Шарроу уже сказал, что они будут «лишь немного дороже» по сравнению с классическими аналогами. На видео ниже показаны кадры лабораторных испытаний петлевого винта (вверху) и обычного (внизу), на которых видна разница в кавитации на кромках лопастей и петель.

Источник

Как подобрать винт на лодочный мотор?

25 Фев 2019 | 18:04

Неправильный выбор винта повышает риск поломки двигателя лодки. Когда мотор не способен развить заявленную в сопроводительной документации скорость на высоких оборотах, он практически тонет в топливе. Становится высока вероятность деформации подшипников, поршней и других расходников. Все это чревато разрывом в глушителе, заеданием поршня и выводом мотора из строя.
В обратной ситуации, когда обороты вала превышают допустимые, лепестковые клапаны разрушаются, при трении деталей образуется стружка, все элементы быстрее изнашиваются.
Но всего этого можно избежать, если подойти ответственно к выбору винта для лодки. Конечно, при покупке придется опираться на мнение производителя и данные из каталога, но оптимальный вариант подбирается экспериментальным путем. Винты различаются между собой по следующим параметрам: на каждые 2,54 см (1 дюйм) приходится 150-200 оборотов в минуту. Бывает так, что вы установили новый винт, но он замедляет ход. Решением проблемы станет установка устройства с шагом поменьше, чтобы увеличить скорость.

Расчет винтового шага

Что бы рассчитать шаг винта, необходимо знать несколько параметров:

  • Посмотрите в документах на мотор предельное число оборотов для режима «полный газ». Стандартно это число не больше 5500 об/мин.
  • Теперь разгоните лодку до предельного значения на «полном газу».
  • Если показатели тахометра меньше, чем те, что прописаны в паспорте, зафиксируйте их как предельное число оборотов.
показатель значение (об/мин)
обороты двигателя по паспорту 5100 — 5300
максимальный показатель 5300
результаты опытного заезда 4300
несоответствие 100

Исходя из данных, что на 1 дюйм приходится примерно 200 оборотов в минуту, можно подсчитать, на сколько дюймов нужно уменьшить шаг:
1000 : 200 = 5.
Таким образом, уменьшение шага на 5 дюймов должно решить проблемы со скоростью.

Практика показывает, что обойтись одним каким-либо винтом нельзя. Для каждой задачи необходима своя модель. Поэтому настоятельно рекомендуется брать с собой в путешествие запасной винт в полном комплекте.

На начальном этапе новоиспеченный владелец судна полностью полагается на винт, установленный производителем. И только с опытом приходит понимание, что, изменяя параметры веса и мощности, можно добиться оптимальной скорости хода при экономном расходе топлива. Поэтому рано или поздно перед владельцем встает дилемма: как выбрать винт, чтобы улучшить характеристики и не обновлять мотор полностью.

Параметры винта

Сегодня винты различаются по нескольким характеристикам. Самый очевидный элемент — количество лопастей. Обычно их бывает от двух до четырех.

Вторая величина — диаметр. Он легко поддается вычислению. Когда у винта четное количество лопастей, нужно найти расстояние между двумя самыми удаленными от оси точками, расположенными на противоположных плоскостях.
Если у винта три лопасти, то следует замерить расстояние от центра втулки до кончика любой лопасти и умножить это число на два.

Читайте также:  Как упакован лодочный мотор

Величина шага.

Это число обозначает, на какое расстояние переместится винт вперед, пройдя полный виток. Как правило, винты сопровождают маркировкой. К примеру, «10х15», что значит, что диаметр изделия составляет 10 дюймов, а его шаг равен 15 дюймам.

Центральная ось называется «втулка». При помощи втулки винт отцентровывается по отношению к валу. Существуют модели моторов с выхлопными газами. Винт, рассчитанный на эти модели, имеет обойму, удерживающую лопасти.
Лопасти отвечают за создание тяги, выталкивая воду. Таким образом лодка движется вперед.

Геометрия лопасти

По форме лопасти отличаются большим разнообразием. Перечислим варианты, которые больше всего полюбились опытным владельцам судов.
«Круглое ухо» или эллиптические — самый популярный тип. Сочетание тяги и скорости здесь подобрано оптимально.
Если лопасть отходит прямо от втулки или даже перпендикулярно к ней, то такой гребной винт имеет нулевой гребок. Такая модель приподнимает нос над водой, который никак не хочет подниматься при глиссировании. Если плоскость лопасти наклонена от хвостовой кромки винта, то это, так называемый, сильный гребок. Высота подъема носа прямо пропорционально зависит от градуса наклона лопасти.
Серповидные или полусерповидные лопасти имеют прямую выходную кромку. Эта особенность позволяет при небольших оборотах сильно увеличить скорость.
Косые винты закручены в сторону вращения. Это оптимальный вариант для рыбалки на заросшем пруду, потому что водоросли не наматываются на винт.

Алюминий или сталь?

Алюминиевые изделия — самый экономичный вариант. Винт отлично подойдет тем, кому не важна высокая скорость, а предпочтительнее плавный ход на глиссере. Алюминий, который используется для лопастей не подвержен коррозии, но при механическом повреждении может выгнуться. Поэтому лопасти делают более толстыми по сравнению со стальными аналогами, что влияет на скорость судна.
Нержавеющая сталь в несколько раз прочнее алюминия, поэтому винты изготавливают меньшей толщины без потери прочности. Но если гоночный винт с несъемной втулкой ударится о неровность дна или подводную скалу, инцидент скорее всего приведет к разрыву редуктора. Поэтому все чаще выпускают модели с пластиковой втулкой, которая в случае механического повреждения провернется либо слетит с резьбы.

Число лопастей винта.

Возрастание количества и размера лопастей также увеличивает силу, которая толкает лодку вперед. Но также возрастает и сила сопротивления воды. Поэтому изначально обходились наименьшим числом лопастей — двумя.
С приходом новых технологий, материалов изготовления и возможностей создавать многоступенчатое дно лодки, стало допустимым использовать до четырех лопастей.
Четырехлопастной винт наделен рядом достоинств: в силу того, что лопасти противопоставлены друг другу, то винт функционирует более ровно, сокращает время разгона, снижает скорость, при которой лодка переходит на глиссирование и позволяет лучше контролировать расход горючего. При этом, скорее всего, максимальная скорость будет снижена.
Оптимальный вариант для собственного пользования — три лопасти. Такой винт будет служить долго, при этом вы сэкономите значительную сумму при покупке.

Выбор оптимальной модели.

При выборе винта необходимо точно знать, для какой задачи вы его будете использовать. Модель, которая быстро и эффективно выведет лодку на глиссирование, не сможет создать максимальную тягу.
И снова — параметр, который имеет наибольшее значение — количество оборотов мотора. Если ваш мотор набирает максимальные обороты согласно паспортным данным, значит винт подобран идеально. Если фактические показатели тахометра далеки до паспортных значений, необходимо заменить винт, регулируя шаг и диаметр последнего.

Ремонт винта лодочного мотора

Алюминиевые модели нельзя ремонтировать, даже если это простое срезание зазубрин. Дело в том, что для того, чтобы починить что-то, необходимо сперва нагреть материал, но при этом меняется его взаимосвязь молекул и все характеристики.
Винты из нержавейки и композита, наоборот, поддаются ремонту. Разработаны также модели со съемными лопастями, которые легко можно заменить на новые.
Гребной винт — один из ключевых элементов в работе вашей моторной лодки. На нем нельзя экономить деньги, а покупать стоит модель, подходящую под характеристики мотора, и заточенную на выполнение определенных задач.

Источник

Поделиться с друзьями