A construção da hélice, tipos, princípio e operação
A construção da hélice, tipos, princípio e mecanismo de operação.
A hélice é um dispositivo cuja finalidade é criar a pressão de empuxo necessária para a propulsão do navio.
O princípio e o mecanismo de operação da hélice
Características. A lâmina da hélice. Diagrama de forças e velocidades na pá da hélice
Design de parafuso. O número de lâminas. O diâmetro do parafuso. Spoiler
Outros parâmetros importantes e o desempenho da hélice
Tipos de hélices. As hélices de passo fixo. As hélices de passo controlável.
As vantagens e desvantagens das hélices
A hélice do navio:
A hélice é um dispositivo cuja finalidade é criar pressão de empuxo necessária para a propulsão do navio. Este resultado é alcançado devido aos processos físicos simples: um eixo giratório do motor é convertido em uma força que empurra o transporte de água no qual é colocado, que garante o movimento do navio.
Se considerarmos isso em detalhes, naquela durante a rotação da hélice cada lâmina captura muita água e a joga de volta, dizendo a ela um determinado momento angular, a força de reação desta gota de água transfere impulso para as pás do rotor, as laminaspor sua vez, - o eixo da hélice através do cubo, e o eixo da hélice, além disso, - o casco do navio através do mancal de empuxo principal.
A solução deste problema (garantindo o movimento do navio) deu outro nome à hélice - motor, mas o que ele tipo, feito de qual material e qual construção é, depende da velocidade e do tipo de transporte da curva.
O princípio e mecanismo de operação da hélice:
A base do mecanismo de operação da hélice - transformar eixo rotacional do motor da embarcação na força, forçando-o a se mover, ou seja. criação da ênfase peculiar da coluna d'água, que é como um barco normal, e o cruzador de várias toneladas pode empurrar e iniciar (e depois continua) o processo.
O principal componente do parafuso - lâminas, do local correto que depende do curso da máquina. Quando a construção começa a rotação, em a superfície das lâminas são criadas por certas forças:
- no lado voltado na direção do movimento (sucção), há um vácuo;
- no lado localizado contra o curso (forçando) - aumento da pressão da massa de água.
A diferença no resultado de diferentes partes e pressão forma a força necessária (Y), chamou o elevador. Ela, por sua vez, consiste em forças dirigidas na direção de movimento da máquina (P) e perpendicular ao embarcação (T), de modo a:
- atingiu o foco desejado para a operação do parafuso;
- forma um torque cuja superação é imposta ao o motor.
De grande importância é o ângulo de ataque do perfil da lâmina (uma), que está na faixa de 4-8 graus. O ângulo de ataque é o ângulo formado entre o vetor de velocidade do fluxo de água que se aproxima da lâmina e a superfície de pressurização da lâmina. Uma configuração mais alta aumentará o torque e, portanto, o desempenho do motor será gasto para nada. Reduzindo encontrar a situação oposta: diminua a força de levantamento e a ênfase, o que levará à subutilização da potência do motor.
Características. A lâmina da hélice. Diagrama de forças e velocidades na pá da hélice:
No desenho especificado mostra um diagrama de forças e velocidades nas pás da rotação direita da hélice, Onde:
R - a força que cria a ênfase da hélice,
T - potência, o torque do gerador,
Y - força de elevação
W - fluxo de água,
VA - velocidade do movimento translacional,
Vr é a velocidade periférica do parafuso. Vr = 2·Pi·r·n. portanto, quanto maior o valor r da hélice, quanto mais a velocidade circunferencial Vr, e, portanto, a velocidade total W,
r é o raio da hélice,
n – o número de revoluções da hélice, R / h,
α - ângulo de ataque
Parafuso N - passo. Passo é o movimento de qualquer ponto da lâmina ao longo do eixo para uma volta completa do parafuso,
H·n - a velocidade teórica do parafuso ao longo do eixo. Representa o produto do parafuso escalonado no rpm.
Design de parafuso:
Uma parte obrigatória do design da hélice - a presença das lâminas e o cubo no qual estão localizadas. Para obter o ângulo de ataque desejado e a instalação do parafuso das pás no cubo é:
- radialmente,
- com igual distância entre eles,
- com o mesmo ângulo de rotação em relação ao plano de rotação.
A própria lâmina pode ter um alongamento pequeno ou médio, dependendo do tamanho e design da máquina, qual será o motor estabelecido. Para que o parafuso fosse colocado em movimento, é colocado no eixo da hélice, rotação que fornece o motor da máquina através do hub. Ao girar as lâminas agarre a água e atire, resultando na formação das forças físicas desejadas e impulsos, a ênfase da água e, como um resultado, o corpo de água do veículo inicia a curva com rolamento de impulso.
O número de pás da hélice:
A principal diferença no design da hélice é o número de pás, fornecendo coeficiente de desempenho (POLICIAL) do dispositivo. então, a maior eficiência tem uma hélice com apenas duas pás, mas é eficaz apenas no relacionamento de disco pequeno (sobre 0.5). No disco de etapa superior da relação com 1-1. 5 (a proporção das lâminas endireitadas para a área do disco) garantir a durabilidade das lâminas é muito difícil, então use apenas vasos de água, onde a carga no parafuso mais perto do mínimo (um iate de corrida) ou um parafuso é usado como meio auxiliar de propulsão (embarcações à vela e a motor).
Em pequenas embarcações, o mais amplamente hélices com 3 lâminas. Quatro e cinco hélices de pás são geralmente usadas em grandes embarcações, transatlânticos, onde suas principais tarefas não são o transporte rápido, e o fornecimento de silêncio e redução de vibração.
O diâmetro da hélice:
O diâmetro da hélice é determinado pelo diâmetro do círculo, que descrevem as extremidades das lâminas, localizado no motor. Dependendo do tamanho da embarcação a que se destinam, o tamanho do diâmetro pode variar de várias dezenas de centímetros até 5 metros.
“Gigantes” do último tipo são geralmente equipados com transatlânticos, cuja propulsão requer um tamanho considerável de parafusos e custo de resistência física adequada.
Hélice spoiler:
O nome desta parte da estrutura se traduz em “invasor” e completamente justifica isso. O spoiler é uma borda curva localizada no caminho de saída das pás da hélice, e seu principal objetivo é aumentar a capacidade do motor de capturar o líquido. A presença do spoiler é muito importante em aplicações onde o motor é montado muito alto e o trim de funcionamento tem grandes ângulos.
Instale também o “invasor” permite que você:
- para elevar ainda mais o nariz da embarcação se estiver instalado nas linhas do ângulo de inclinação das lâminas;
- para aumentar o passo da lâmina ao instalá-la nas bordas externas e de saída.
Uma advertência importante: a instalação de um spoiler reduz o número de revoluções do parafuso em uma média de 200-400 por minuto, que requer uma etapa de redução correspondente em uma média de 1-2 polegadas.
Outros parâmetros importantes e o desempenho da hélice:
A velocidade de rotação da hélice depende da intensidade da velocidade da embarcação em que está instalada, mas este parâmetro tem um desempenho ideal. A média é de até 300 rpm, para navios grandes, o desempenho ideal não está acima 200. Isso ocorre porque as altas velocidades aumentam o desgaste das peças do motor que sentem mais estresse, e isso leva a colapsos, reparos não planejados ou final em mau estado e mecanismo caro.
Para definir o eixo de rotação da hélice é recomendado em um plano horizontal, melhora os parâmetros de desempenho. Na presença da inclinação do eixo da hélice, há um “foice” o fluxo de água em torno das lâminas, fazendo com que o desempenho da hélice seja reduzido, e quanto maior o ângulo, quanto maior a perda de eficiência. Primeira derrota poder é tangível quando você vê a diferença em 10 graus.
Atenção especial requer equipamentos de embarcações grandes e pesadas, usado na indústria ou defesa. então, para petroleiros, nuclear – quebra-gelos movidos a energia, porta-aviões e outras embarcações com presença real de grande deslocamento e capacidade de transmitir alta potência. Para fazer isso, eles equipam duas ou três instalações de eixo, bem como a instalação de alguns parafusos. Na maioria das vezes é 4 hélice, arranjado simetricamente. Um dos parâmetros importantes dos parafusos para quebra-gelos árticos considera a resistência, porque eles devem ser capazes de esmagar o gelo espesso ao se moverem não apenas para frente, mas também para trás.
Os tipos de hélices:
Tipos de hélices muito. Eles podem ser fabricados com diferentes materiais (aço, bronze, latão, ferro fundido, plástico), tem um diferente Projeto (- moldado, lâminas removíveis ou rotativas) e outras diferenças fundamentais que afetam seu trabalho e, diretamente, o movimento do navio em que estão instalados.
Outra diferença de parâmetro da hélice - a capacidade de controlar o ângulo de ataque das pás da hélice. Com base neste princípio, eles são divididos em hélices de passo fixo e hélices de passo controlável.
Hélices de passo fixo:
Hélices de passo fixo (VFS) é a propulsão, quais são o único e constante ângulo das lâminas, devido ao seu método de produção. Essas hélices são fundidas em uma única peça, então eles têm pequenas dimensões e peso. Coloque-os principalmente em carros de pequeno deslocamento:
Amador;
- tamanho pequeno;
– naviosprojetado para o comércio;
- navios que requerem maior resistência do parafuso e outros.
O movimento de tais navios é um movimento de longo prazo em uma direção, e, portanto, a capacidade de manobra das hélices de passo fixo, como principal característica, é deixada de lado.
Uma variação deste mecanismo - parafusos com lâminas destacáveis. A etapa permanece fixa, mas o projeto não implica na fabricação de fundição e montagem das pás no disco da hélice em uma posição. Isso dá a possibilidade de substituição em caso de quebra de partes (lâminas), não todo o dispositivo, e permite produzir propulsão sólida com grande diâmetro, fundição de uma peça que é bastante difícil.
As hélices de passo controlável:
As hélices de passo controlável (CPP) sugerem a possibilidade de mudança de rotação das pás no cubo. Os componentes do parafuso de fixação são feitos de tal forma que devido ao acionamento especial da lâmina pode girar em torno de seu eixo e, se necessário, mude o ângulo de ataque. Isso é conseguido pela possibilidade do atuador, conhecido como um mecanismo para alterar a etapa (MISH).
O mecanismo da etapa de mudança pode ser:
- manual;
- mecânico;
- Eletromecânico;
- hidráulico;
- eletro-hidráulico.
Parte da etapa do mecanismo de mudança (MISH), com exceção do manual inclui: o mecanismo de rotação das lâminas, colocado geralmente no cubo do parafuso; servomotor criando o esforço para girar as pás e colocado na área entre o eixo da hélice e o motor principal; feedback ou um dispositivo que mostra a quantidade do novo tom.
Por sua vez, o mecanismo de rotação das lâminas que fazem parte do mecanismo da etapa de mudança pode ser:
- engrenagem - usada nos parafusos de pequenos diâmetros e tribunais, não envolvem o desenvolvimento de alta capacidade;
- manivela é um alto grau de confiabilidade e durabilidade, é aplicado nos designs intensos, parafusos de alta velocidade, etc.
É o mecanismo de rotação das pás dentro do cubo da hélice, que se reflete em seu tamanho e no tamanho do parafuso.
O acionamento usado com mais frequência é considerado o atuador hidráulico com hélices de passo controlável. Nele a rotação das lâminas é produzida pela influência de fluidos com pequena viscosidade, e o mecanismo do dispositivo é relativamente mais fácil. Outra vantagem da hidráulica é a capacidade de criar grande capacidade de trabalho, mesmo em propulsão pequena e leve.
Controlando o parafuso remotamente, diretamente da ponte, aliviado e coordenação do movimento do navio. O uso de um pequeno, mas a propulsão potente e forte, mesmo no geral, as quadras melhoraram suas características de manuseio e manobrabilidade, o que tornou possível coordenar o campo com qualquer máquina de velocidade. Como resultado de tal ação, o desempenho da hélice é aumentado várias vezes, e isso reduz os custos operacionais gerais do navio.
As vantagens e desvantagens das hélices:
Apesar dos avanços tecnológicos, a hélice não é o mecanismo ideal. então, seu trabalho como propulsão só é possível sob a condição de que a velocidade de rotação seja constante ou crescente, caso contrário, a face da lâmina da camada de água, vai funcionar como um freio, e bastante ativo.
Embora cálculos teóricos da eficiência da hélice atinjam os indicadores de 75 %, ele não é capaz de atingir esses parâmetros, e eles geralmente estão na faixa de 30-50 %. Para criar um parafuso perfeito com uma eficiência de 100% é impossível, porque seu trabalho depende das condições ambientais que mudam constantemente.
Fato interessante: Apesar a hélice é embarcações de controle humano muito facilitadas e permitidas a se mover nas máquinas de dimensões consideráveis, sua eficiência ainda é inferior aos remos comuns, os parâmetros dos quais alcançam 60-65%. Se compararmos o motor de uma roda de pás, a vantagem ainda é para o dispositivo mecânico (roda de pás): sua produtividade é maior e as dimensões e peso - menos. Contudo, em caso de danos para reparar as rodas de pás para segurar não só possível, mas mais fácil. Consertar hélices sólidas é impossível, e as equipes requerem equipamentos adequados, habilidades e mantida em uma doca.
As vantagens da propulsão mecânica (rodas de pás) é atribuído à sua menor vulnerabilidade, que fornecem as dimensões e o material de que é feito, ou seja,, eles quebram muito, muito menos. Embora seja mais seguro para os habitantes do mundo da água e as pessoas do mar. No que diz respeito à defesa e indústria militar, há liderança indubitável para hélices. então, área da hélice sob a água com permissão para uso para fins militares em toda a superfície dos conveses existentes, além de eliminar virtualmente a possibilidade de acertar o driver de projéteis inimigos.
A história da invenção e modernização da hélice está enraizada na antiguidade, mas somente com o desenvolvimento do progresso técnico a humanidade tem sido capaz de mecanismos, protótipos dos quais ainda são usados hoje. Contudo, esta indústria continua a evoluir: cientistas e inventores em busca de ligas e materiais para propulsão de desempenho aprimorado e desenvolver projetos que possam eliminar ou reduzir seus pontos fracos.
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