Вінтгребной
- найбільш уживаний рушій морських парових судів, являє собою тіло, що нагадує за формою крила вітряних млинів. Гвинт складається з муфти і прикріплених до неї лопатей числом від 2 до 6 і насаджується на кінець гребного валу, що приводиться в обертання паровою машиною. При обертанні гвинта кожна лопать внаслідок свого ухилу буде відкидати воду назад; реакція цієї відкидаємо води і змушує корабель рухатися вперед або назад, дивлячись у напрямку обертання гвинта. Ідея вживання гребного гвинта як рушія була висловлена ще в 1752 році Данилом Бернуллі; потім пізніше Ватт повторив її; але практичне здійснення ця ідея отримала лише в 1836 році, коли англійський фермер Френсіс Сміт скористався гребним гвинтом для пароплава в 6 тонн водотоннажності. Вдалі експерименти Сміта привели до утворення компанії, на кошти якої був побудований гвинтовий пароплав в 237 тонн. Ім'я цього першого гвинтового пароплава - "Архімед". Одночасно зі Смітом і незалежно від нього розробляв застосування гребного гвинта як рушія Еріксон. Він побудував гвинтовий пароплав в 70 сил "Стоктон", зробив на ньому перехід в Америку, де його ідея була зустрінута досить співчутливо, так що вже на початку 40-х років був спущений перший гвинтовий фрегат "Прінцтон" з машиною в 400 сил, що давала йому хід до 14 вузлів.
Початковий гвинт Сміта представляв собою частину гвинтової поверхні прямокутного освіти, відповідну одному цілому кроці. Утворення такої поверхні можна пояснити так: нехай точка А, що служить кінцем прямої АС, рухається рівномірно по інший прямій лінії, причому рухається пряма обертається рівномірно біля цієї осі, залишаючись весь час до неї перпендикулярної, і покладемо, що в той час, як точка А проходить довжину AB, пряма АС здійснює повний оборот. Поверхня, описана цією прямою при такому русі, і є гвинтова; довжина AB називається її кроком. На фіг. 1 (таблиці Гвинти гребні) AB є півтора кроку.
Гвинти гребні [Пояснення см. В тексті.]
Початковий гвинт Сміта мав форму, зображену на цій фігурі, якщо взяти тільки один повний оборот. Потім Сміт став робити гвинти двухлопастні, освіта поверхні яких показано на фіг. 2; довжина гвинта дорівнювала лише половині кроку, і площа обох лопатей становила цілий завиток гвинтової поверхні. Потім стали робити гвинти трилопатеві (ф. 8) і Чотирьохлопатевий, розрізаючи кручені поверхню на частини, зберігаючи з них деякі і зрушуючи їх на осі так, щоб довжина гребного гвинта була значно менш кроку гвинта, з якого взято відрізки. При випробуваннях в 1843 році першого англійського військового гвинтового пароплава "Ратлер" (водоізм. 800 тонн, машина 335 сил) з'ясувалося, що Наївигоднейшая довжина гвинта повинна становити таку частку кроку, щоб площа всіх лопатей дорівнювала лише 1/3 цілого завитка гвинтової поверхні, так що довжина двухлопастного гвинта повинна становити 1/6 кроку, трехлопастного - 1/9 і т. д. Гвинти з трьома і чотирма лопатями стали влаштовувати, щоб робота гвинта відбувалася плавніше, і спочатку надавали робочої поверхні лопатей, т. е. тієї, яка відкидає воду ри передньому ході, як і раніше форму відрізків звичайної гвинтової поверхні. Але виявилося, що такі В. при роботі дають в кормі струсу майже такої ж сили, як і В. двухлопастні. Бажаючи усунути ці струси, стали змінювати як форму робочої поверхні, так і лопатей. Було запропоновано безліч різних систем гребних гвинтів, з яких найбільш поширені в практиці такі: В. - з прогресивним кроком, В. - Гріффітса, В. - Гірша, В. - Манжіл. Освіта поверхні цих В. показано на кресленнях 11 і 12 (таблиця), причому виробляє позначена товстою лінією. Пристрій цих гвинтів з належною ясністю може бути пояснено тільки за допомогою креслень, які складаються в такий спосіб: задавши елементи гвинта, т. Е. Його діаметр d (так називається діаметр кола, описуваного крайнею точкою лопаті), крок h, відносну довжину kh і число лопатей, а також форму і розмір муфти, зображують В. в двох видах ззаду і збоку. Так, фіг. 3 представляє первинну форму чотирилопатевий гвинтів, для яких k = 1/10. т. е. довжина гвинта становить 1/10 кроку. Креслимо коло діаметра d, і так як довжина гвинта становить 1/10 кроку, то кожна лопать в проекції на площині, перпендикулярній до валу, представиться у вигляді сектора з кутом при центрі в 36 °, муфта і вал - колами. На бічному вигляді фіг. 3 (а) вертикально стоять лопати изобразятся прямокутником з основою = 1/10 h і висотою = d. Щоб викреслити проекцію горизонтально стоїть лопаті, перетинають поверхню гвинта поруч циліндрів, кожен з яких перетинає лопать по гвинтовій лінії; всі ці гвинтові лінії мають один і той же крок h, але різні діаметри, а отже, і різні кути нахилу до площини обертання. Щоб побудувати ці кути, відкладають від Про довжину Про А, рівну h / 2π, і з'єднують точку А з точками а 1. а 2. кути а 1 АТ, а 2 АТ. і суть необхідні. Так як для зображення горизонтально стоїть лопаті потрібні тільки малі частки відповідних гвинтових ліній поблизу точки О, де всі вони мають в проекції точку перегину, в якій дотична складає з площиною обертання кути, рівні кутку способу, то ці частини гвинтових ліній можна з достатньою точністю зобразити прямими, паралельними Аа 1. Аа 2. Таким чином сталася центральна частина фіг. 3 (а), що зображає бічну проекцію горизонтально стоїть лопаті. Так як лопата відчуває при обертанні гвинта значний тиск, то, щоб вона не згиналася, їй треба надати належну товщину; на кресленні зображують розгорнуті перетину лопаті вищезгаданими циліндрами а 1. а 2.
Нехай ab (див. Фігуру) являє собою розгорнуте перетин лопаті циліндром радіусу r; хх є вісь вала. Якщо гвинт робить n оборотів в секунду, то лінійна швидкість обертального руху елемента ab є v 1 = 2n πr і спрямована по перпендикуляру до валу; якщо швидкість ходу корабля є v, то абсолютна швидкість елемента ab випаде діагоналлю паралелограма, побудованого на v (відкладеної по осі хх) і v1, т. е. буде V. Якби швидкість корабля v дорівнювала nh, то напрямок V збігалося б з напрямком ab і переднє ребро лопаті зустрічало б воду без удару.
Але виявляється, що за кожен оборот гвинта корабель посувається вперед на довжину, меншу кроку h, саме тільки від 9 / 10h до 8/10 h, тому, щоб не відбувалося удару лопаті про воду при передньому ребрі, були запропоновані гвинти з прогресивним кроком, т. е. такі, у яких крок при передньому ребрі становить від 19/10 до 8/10 кроку при вихідному ребрі, змінюючись поступово. Знайшли також вигідним змінити і форму лопатей, закруглив входить ребро, і таким чином вийшов досить уживаний чотирилопатевий В. зображений на фіг. 4 (таблиці), який робиться іноді і з постійним кроком. Дві лопаті зображені сповна, а інші дві (горизонтально розташовані) урізані. Фіг. 4 (а) представляє той же В. збоку; в середній частині креслення зображена в проекції горизонтальна лопать. Стрілки показують напрямок обертання В. при передньому ході і напрямок руху корабля.
Гріффітс після довгих досвідчених досліджень над гребними гвинтами запропонував В. зображений на фіг. 5 (таблиця), з прогресивним кроком, щодо більшого діаметра муфти і лопатями, що мають найбільшу ширину посередині; кінець лопаті відігнуть вперед приблизно на 1/25 d, так що утворює її робочої поверхні є не пряма лінія, як у звичайного В. а крива. Робота такого В. виявилася вельми плавно і майже не супроводжується ударами і струсами корми. Гвинти Гриффитса вельми поширені в практиці і встановлені на досить багатьох судах нашого флоту. У поданій таблиці даються для прикладу розміри цих гвинтів.
Лише останнім часом на комерційних судах гвинти Гриффитса поступаються місцем гвинтів Гірша, зображеним на фіг. 6. Цей гвинт теж з прогресивним кроком, і крім того, крок у переднього ребра при підставі лопаті менше, ніж при її кінці, середня лінія лопаті і утворює (лінія) її робочої поверхні суть дуги Архімедова спіралі. Фіг. 6 зображує гвинт Гірша ззаду, фіг. 6 (а) - збоку. Стрілка при першому показує напрямок обертання при передньому ході, стрілка при другому - напрямок руху корабля. Звичайний В. особливо чотирилопатевий, вельми сильно затримує хід корабля під вітрилами, тому на рангоутних військових судах робили підйомні В. Щоб зменшити ширину гвинтового колодязя (див. Це слово), Манжен запропонував В. з чотирма лопатями, зображений на фіг. 7 (таблиця). На кресленні В. зображений ззаду (а), збоку (b) і зверху (з). Робота такого В. виявилася не менш вигідною, як і звичайного двухлопастного, ширина ж його майже вдвічі менше, так що на дерев'яних судах гвинт Манжіл, якщо його поставити вертикально, майже переховувався за переднім ахтерштевнем. Замість пристрою підйомних гвинтів Модсли, а потім Бевіс запропонували В. з поворотними лопатями, так що, коли корабель вступає під вітрила, В. ставиться вертикально і лопаті повертаються паралельно діаметральній площині і, будучи навіть на залізних судах приховані переднім ахтерштевнем, не затримують ходу. На нових французьких броненосцях типу "Tonnerre" поставлені В. нагадують за формою лопатей, якщо на них дивитися ззаду, гвинти Гірша; відміну же їх полягає в тому, що поверхня цих В. утворюється прямий, похилій до осі під кутом близько 120 °. Таким чином, і лопата В. складова відрізок поверхні, зображеної на фіг. 9 (таблиця), ухил під цим кутом назад. Звичайно ці В. робляться з постійним кроком.
Для мелкосидящих річкових пароплавів Торнікрофт влаштував турбінні гвинти, які він поміщає в трубу в кормі корабля і постачає трубу напрямних апаратом. Лопаті гвинта суть відрізки поверхні, зображеної на фіг. 10.
Задовільною теорії гребного гвинта досі не існує. Спершу уподібнювала В. як би штопору, який, вгвинчуючись в воду, рухає корабель вперед; нині пояснюють дію В. Реакція води, причому одні обчислюють, який опір відчуває робоча поверхня лопаті при її обертанні і, взявши складову цього опору по осі вала, отримують ту силу, з якою В. штовхає корабель; інші ж обчислюють, скільки руху повідомляє В. воді в одну секунду, і з цього кількості руху знаходять рушійну силу В. Вище було згадано, що за кожен оборот В. корабель проходить шлях, менший кроку; це явище називають ковзанням В. Ковзання зазвичай виражається в%, і, знаючи крок гвинта h, число його оборотів в секунду n і швидкість ходу корабля v, знайдемо ковзання в% за формулою
Звичайно s одно від 10% до 20-25%. Для визначення розмірів В. зазвичай керуються даними, отриманими з дослідів над судами подібного типу і розмірів, або ж емпіричними формулами і таблицями, складеними на підставі таких випробувань. Але можна наближено знайти ці розміри таким чином: діаметр d гвинта визначається поглибленням корабля - В. треба ставити так, щоб при вертикальному положенні лопаті верхній кінець її був занурений на 30-50 сант. при середньому поглибленні корабля. Вибравши діаметр, беруть крок h при виходить кромці:
h = 1,50 d, якщо d не більше 2 метрів.
h = 1,25 d, якщо d від 2-4 метрів.
h = 1,00 d, якщо d більше 4 метрів.
Беручи ковзання в 10% - 20%, наприклад 15%, знаходять число обертів В. при бажаної швидкості корабля v з умови 0,85Nh = 60 х 0,514v, де v є швидкість корабля в вузлах (0,514 метра в секунду), h крок В. в метрах, N число оборотів в хвилину.
Детальний виклад існуючих теорій В. дослідів над ними, а також креслення і практичні вказівки для пристрою В. можна знайти в творі "Die Shiffs-Machine v. С. Busley". В даний час видається морським технічним комітетом російський переклад цього твору під назвою "Суднові механізми".