A maioría de barcos a motor de carreira, deporte e adestramento están equipados cun eixo de hélice. O propósito do mecanismo é crear unha certa potencia debido á enerxía recibida do motor. A forza está dirixida á proxección da presión persistente, permitindo superar a resistencia da auga ao movemento do buque.

Historia da creación

A creación do elemento en cuestión atribúeselle a Arquímedes. Como hélice, o tornillo elevador propúxose usar en 1752 por Bernoulli. A pesar disto, o recoñecemento á unidade non chegou de inmediato. Só en 1836, o inventor británico F. Smith acurtou a espiral “Archimedean” a unha volta.

O deseño instalouse na nave cun desprazamento de 6 toneladas. As probas tiveron éxito, despois de que Smith abriu unha empresa que construíu unha nave cun desprazamento de 240 toneladas. A nave estaba equipada cun par de máquinas de carreira (cunha capacidade total de 90 cabalos de potencia). O único parafuso tiña dous metros de diámetro.

Características de deseño

Un eixo da hélice é esencialmente un dispositivo de propulsión a chorro que desenvolve un énfasis dirixido ás masas de auga tiradas polas láminas en sentido contrario ao movemento dos medios de natación.

O deseño do cubo inclúe un cubo con láminas tipo hélice colocadas nel. O compartimento de conexión chámase raíz da lámina. A superficie cara o barco é de succión, a parte traseira está forzando. O punto de contacto das dúas superficies indicadas é o bordo da lámina, pasa polo seu contorno. A parte que mira no sentido de movemento da lámina chámase bordo de entrada, o contrario – o saínte. As superficies da hélice son elementos de configuración complexa.

Parámetros xeométricos básicos

As seguintes son as características xeométricas básicas das hélices de barcos:

1. O diámetro do elemento (o tamaño do círculo descrito polos bordos das lamas máis afastados do eixe de rotación).
2. Paso (distancia do probable avance do dispositivo nunha porca axustada, non na auga).
3. O número e ancho das láminas.
4. O lado da rotación.
5. Zona de hélice.
6. O grosor e configuración das láminas.
7. O diámetro do cubo.

Os eixes da hélice teñen un paso diferente en distintas partes da lámina. Neste caso, considérase o indicador principal como o parámetro medio, medido na área onde o radio é aproximadamente 0,7 do tamaño total. O número de láminas é de dúas, tres ou catro pezas. É importante notar que no sentido de xiro dos parafusos divídense en esquerda e dereita.

Outros tamaños

As láminas mídense de ancho desde os bordos entrantes e saíntes no mesmo radio (a maioría das veces no punto onde o parámetro é 0,7 do valor total). A característica final e o funcionamento do eixo da hélice está determinado pola relación de discos (a área de todas as láminas helicoidales a un plano perpendicular ao eixe de rotación).

As seccións das palas poden ter unha configuración circular, a forma dunha ala de aviación ou un perfil en forma de cuña. Os últimos deseños están operados en buques de carreira especialmente de alta velocidade e con motores xiratorios. Para asegurar a resistencia requirida das palas, o maior grosor realízase na raíz, diminuíndo cara ao final ata que se afia (de 0,2 a 0,05 mm). O tamaño do eixo do diámetro está no rango de 1,8-2,0 do diámetro do parafuso.

Eficiencia do eixo da hélice

O parafuso, creando un énfasis, converte nunha dirección útil só parte da enerxía recibida do motor. Isto débese aos custos inútiles de:

• fluxo remuíño;
• forza de fricción;
• xiros creados nos bordos das palas, e similares.

Como resultado, o parámetro de potencia no eixo da hélice sempre supera o mesmo indicador dado ao movemento dos medios flotantes. A eficiencia do parafuso en relación coa potencia do motor é o coeficiente de rendemento (COP). Incluso cos mellores elementos, este parámetro non supera o 1/3 da potencia da unidade de alimentación.

Cálculo de potencia

A eficiencia da hélice do barco vese afectada principalmente polo cálculo correcto á hora de escoller as relacións óptimas entre a potencia do motor, a velocidade da hélice, os parámetros xeométricos do elemento e as características de velocidade do buque.

Calcular tales relacións é bastante problemático. Isto débese a que os factores subxectivos inflúen nos indicadores. Entre eles están:

• resistencia á auga ao movemento dun medio de natación;
• características do casco do buque;
• a magnitude do fluxo que discorre nas láminas.

O arranxo ou a construción de embarcacións con motores con fins deportivos e de carreira por atletas ou equipos individuais realízase segundo cálculos simplificados. Isto débese a que é case imposible calcular de xeito independente as relacións óptimas indicadas anteriormente.

Cifra de negocios

Nos barcos turísticos, cuxa velocidade non supera os 20 km / h, as hélices con velocidades de 600 a 1200 rotacións por minuto amosan bos resultados. Por conseguinte, canto maior sexa a velocidade e potencia dos medios de natación, maior será a velocidade das palas.

Os buques deportivos de tamaño medio necesitarán un fuste de hélice máis grande. Cunha potencia de barco de 30-75 CV e velocidades de ata 50 km / h, considérase que o número óptimo de hélices é de 2-3 mil revolucións por minuto. Ao mesmo tempo, o rango de números de rotacións favorables diminúe cunha diminución do modo de velocidade e un aumento dos índices de potencia. Para embarcacións acuáticas de alta velocidade con velocidades superiores a 70 km / h, serán necesarios eixes de hélice con rodamentos cunha intensidade de rotación de 4-5 mil xiracións por minuto.

Cavitación

As hélices xiratorias de carreiras e barcos ou barcos máis rápidos funcionan en condicións especiais. Caracterízanse pola presenza de auga fervendo na succión dianteira das láminas. Este fenómeno chámase cavitación. Neste caso, o líquido rompe da superficie da hélice, formando unha especie de baleiros burbullantes (cavernas). Eles agravan notablemente o funcionamento do parafuso, adoitan destruír as láminas e provocan un desgaste erosivo do selo do eixo da hélice. Para minimizar os efectos negativos da cavitación, úsanse elementos en forma de cuña.

Se asumimos que o parafuso non funciona na auga, senón como un parafuso nunha porca, sería lóxico imaxinar o seu movemento por unha volta do parafuso nunha soa revolución. Na práctica, as características do medio líquido realizan os seus axustes, proporcionando menos movemento (marcha).

Material de produción

En embarcacións motorizadas e barcos de pouca potencia deportiva, así como motores foraborda, a miúdo están montados parafusos de eixo de hélice de aluminio. Neste caso, a sección raíz da lámina faise máis grosa que a das contrapartes de latón. As modificacións do aluminio son fáciles de fundir, son fáciles de procesar.

Os tornillos de aceiro fundido en barcos a motor deste tipo non se usan debido á complexidade da súa fabricación. Ás veces úsanse versións de aceiro soldado, cuxos cubertos forxados. Os elementos da lámina están cortados de chapa de aceiro, os bordos son afiados, a parte está dobrada segundo patróns especiais. As pezas resultantes son soldadas aos cubos, logo son procesadas e verificadas.

Para establecer as características do parafuso, comprobe o paso das palas, elimine o retroceso do eixo da hélice e compatibilice outros parámetros, é necesaria a medición do elemento fabricado. Isto faise do seguinte xeito:

1. O parafuso preparado colócase sobre un plano uniforme (folla de contrachapado ou taboleiro de debuxo) estrictamente horizontal.
2. O eixo debe coincidir claramente co centro do círculo anteriormente debuxado no taboleiro, que ten un diámetro de aproximadamente 0,7 partes do mesmo índice completo da hélice.
3. Usar cadrados mide a altura dos bordos situándose estrictamente por encima do círculo deseñado.
4. Nótase alí dous puntos dos que se mediron as distancias indicadas.
   

Tornillos de paso regulables (VRS)

En embarcacións modernas cun motor VRS, raramente se usan, aínda que, sen dúbida, hai perspectivas para a súa posterior distribución. Isto débese a que a posibilidade de cambiar a posición das láminas permítelle adiantar, retroceder ou parar sen necesidade de motor inverso. Neste caso, a transformación do valor de paso proporciona condicións óptimas de funcionamento para o parafuso, tendo en conta a magnitude da carga, o modo de velocidade e outros factores.

O deseño do SRS é bastante sinxelo:

• un mecanismo para transmitir forza desde o volante de control ata a unidade de control;
• hub;
• láminas;
• barra rotativa;
• eixo oco

O deseño máis sinxelo pódese empregar en vehículos de natación de tamaño medio con motores cunha capacidade de 70-100 cabalos de potencia cun limiar de velocidade de ata 25-30 km / h.

Os SRS mellorados teñen un accionamiento hidráulico ou mecánico para xirar as palas. O mecanismo da liña do eixe da nave está controlado por un motor eléctrico ou por unha toma de enerxía do eixe. Estes modelos pódense empregar en todo tipo de embarcacións e barcos, con excepción de embarcacións de carreira. Neste último caso, isto non ten sentido, xa que o aumento do tamaño do concentrador reduce lixeiramente a eficiencia en comparación coas versións convencionais deseñadas para un modo de velocidade máxima.

Vantaxes e desvantaxes

O accionamento da hélice funciona só como se pretende con velocidade de rotación crecente ou continua, noutros casos realiza a función dun freo activo. Isto non é especialmente conveniente, especialmente nas competicións deportivas. A eficiencia do parafuso, en teoría, é aproximadamente do 75%. De feito, este parámetro non supera o 35%. Por información, no remo, un indicador similar chega ao 60%.

Se comparamos a roda de pala e o parafuso, o último elemento en utilidade gaña pola súa compactidade e lixeireza. Ao mesmo tempo, pode repararse facilmente o mecanismo da roda danada e, cando o parafuso está deformado, o eixo da hélice deberá ser substituído. Outro inconveniente é o alto perigo para a vida mariña, así como a vulnerabilidade (en comparación con outros moradores).

Ao mesmo tempo, os elementos das rodas garanten un parámetro de tracción maior desde un lugar, que é conveniente para os remolcadores. Pero con forte emoción, expoñen rapidamente as pezas de traballo, o que contribúe á inmersión desigual dos elementos (un deles está completamente na auga e o segundo é ocioso). Esta situación sobrecarga a unidade de tracción. Isto fai que a propulsión das rodas sexa inapropiada para os buques marítimos. Anteriormente, usábanse só por falta dunha alternativa. A instalación de parafusos ten unha gran vantaxe no arranxo de buques de guerra. Isto débese a que se nivela o problema de colocar armas de artillería. A batería pódese instalar en toda a zona da tarxeta. Ademais, o obxectivo está enmascarado para o inimigo, o parafuso está completamente baixo a auga.

En conclusión

Os maiores eixes de hélice con parafusos poden chegar á altura dunha casa de tres plantas; a súa produción require equipamentos especiais e habilidades relevantes. Por exemplo, durante a construción de buques a vapor do tipo Gran Bretaña, tardou máis dunha semana en facer un branco. A tecnoloxía moderna permite facelo en poucas horas (suxeita ao uso dun manipulador robótico). A configuración do parafuso ingresa no programa informático, despois do cal a ferramenta de diamantes ao final do manipulador prepara unha copia ideal de espuma. A continuación, o modelo acabado colócase nun morteiro de cemento de area para obter a impresión máis precisa. Cando o formigón se arrefría, xúntanse as metades do molde e vértese neles metal fundido.

A hélice debe ter un índice de alta resistencia para soportar unha enorme presión e carga, así como soportar procesos de corrosión na auga do mar. Os eixes de remos están feitos de bronce, latón, aliaxes de aceiro, kunial. Non hai moito, os polímeros pesados ​​para estes fins comezaron a usarse.