ВЭ/ДО/Винт гребной
ВИНТЪ ГРЕБНОЙ, единств. судовой двигатель, примѣняемый въ современ. воен. флотѣ; гл. преимущество его передъ гребными колесами въ томъ, что, погруженный подъ ватерлинію к-бля и прикрытый его кормою, В. защищенъ отъ непр. снарядовъ и друг. случайностей, а также надеженъ въ дѣйствіи и простъ по устройству. Высказанная въ 1752 г. Даніиломъ Бернулли и повторенная затѣмъ Уаттомъ идея примѣненія винт. пов-сти, какъ двигателя, б. осуществлена на практикѣ лишь въ 1836 г. англичаниномъ Френсисомъ Смитомъ въ небол. винт. катерѣ. Затѣмъ б. построенъ пароходъ Архимедъ въ 237 тн. и 70-сильный пар. Стоктонъ, сдѣлавшій даже переходъ въ Америку, гдѣ въ 40-хъ гг. б. построенъ пар. Принципъ уже въ 400 с. и съ 14 узл. ск-сти. В. представляетъ собою нѣсколько (2, 3 и 4), одинаковой формы и шага, частей винт. пов-сти, укрѣпленныхъ къ муфтѣ, насаженной на конецъ гребного вала (одна такая часть изображена на черт. 1). Чѣмъ больше пов-сть, отбрасывающая воду, и чѣмъ съ большей отбрасывается она ск-стью, тѣмъ большую ск-сть получаетъ судно. Конечно, до извѣст. предѣловъ. Если развернуть на плоскость винт. линію и принять ее за гипотенузу прямоуг. треуг-ка съ однимъ катетомъ, равнымъ окружности цилиндра, на к-ромъ нанесена винт. линія, то другой катетъ представитъ собою подъемъ или шагъ этой винт. л., такъ что всегда шагъ H=2π. r tg α, гдѣ r — рад. цилиндра, а α — уг. наклона винт. л. Если заставить какую-либо линію двигаться равномѣрно поступательно такъ, чтобы одинъ ея конецъ скользилъ по оси цилиндра, а другой по винт. л., то получится винт. пов-сть, форма к-рой зависитъ отъ вида линіи, принятой для ея образованія. Если эта линія прямая, перпенд-ная къ оси В., то получимъ такъ называемую правильную, математич. винт. пов-сть, а В., построенный въ этомъ случаѣ, называютъ "математическимъ" или "адмиралтейскимъ" "съ постояннымъ шагомъ" (черт. 4 и 5). Если вышеуказ. пов-сть пересѣчь нѣск. цилиндрич. пов-стями, концентричными съ основной, то въ сѣченіи мы получимъ также винт. линію того же шага, какъ основная, но съ угломъ α, различнымъ для всѣхъ кривыхъ (черт. 1, 4 и 5). Уг. α — уголъ, подъ к-рымъ винт. пов-сть входитъ въ воду при своемъ относительномъ движеніи, и потому разница въ углахъ а въ различныхъ сѣченіяхъ В. нарушаетъ плавность работы его и увеличиваетъ скольженіе воды по пов-сти его. Для избѣжанія этого дѣлаютъ иногда шагъ В. перемѣнный, при чемъ различаютъ слѣд. винты, кромѣ вышеуказаннаго: а) В. съ аксіально перемѣннымъ шагомъ (черт. 12), возрастающимъ отъ входящей кромки лопасти В. къ выходящей, дабы: 1) избѣжать удара лопасти при входѣ въ воду, для чего шагъ входящей кромки дѣлается равнымъ шагу судна (см. дальше), и 2) сообщить водѣ, вступающей на лопасть, ускореніе не сразу, а постепенно, т.-е. уменьшить скольженіе; b) В. съ радіально перемѣн. шагомъ, возрастающимъ отъ муфты къ краю лопасти, чтобы уменьшитъ вращат. движеніе воды около муфты, гдѣ уголъ а для В. съ постоян. шагомъ очень великъ; с) наконецъ, дѣлаются В., соединяя оба эти условія, т.-е. шагъ мѣняется какъ аксіально, такъ и радіально (черт. 7). Съ тою же цѣлью увеличить полез. дѣйствіе В., уменьшая удары и скольженіе, для образованія винт. пов-сти принимаютъ: 1) наклоненную подъ угломъ къ оси К прямуго линію. Шагъ постоянный, но сама винт. пов-сть получается неправильной. Лопасти въ этомъ случаѣ отклонены назадъ. Такой В. носитъ названіе новаго франц. В. (черт. 13 и 14); 2) архимедову спираль, лежащую въ пл-сти, перпенд-ной къ оси В. (системы Hirsch’а, черт. 6 и 7); 3) прямую, перпенд-ную къ оси В., конецъ к-рой отогнутъ впередъ по дугѣ круга (В. системы Griffiths’а, черт. 8 и 9); 4) кривую, выпуклостью обращенную назадъ (В. Thornicroft, черт. 2 и 3). Всѣ эти способы построенія винт. пов-сти, стремясь увеличить полез. работу В., все-таки усложняютъ изготовленіе его, а въ виду того, что весьма трудно предусмотрѣть теоретически всѣ явленія, происходящія во время работы В., въ наст. время для больш. воен. судовъ предпочитаютъ ставить В. адмиралтейскаго типа съ постоян. шагомъ, выбирая послѣдній и другіе элементы В. на основаніи опытовъ съ подобными уже исполненными В., а также дѣлая рядъ испытаній модели судна съ его В. въ испытател. бассейнѣ. Несмотря на вѣковое существованіе В., какъ двигателя, всѣ явленія, происходящія во время работы В., до сихъ поръ не поддаются точн. науч. учету. Лишь въ самое послѣд. время выводы Тейлора по теоріи В. и разработанный также англ. инж-ромъ Барнаби способъ расчета В. по даннымъ изъ опытовъ Фруда надъ моделями даютъ возм-сть бол. или мен. близко подходить къ дѣйствит-сти, хотя и теперь приходится пользоваться практич. указаніями съ предыдущихъ судовъ. Съ этой же цѣлью В., гдѣ возможно, приготовляются не цѣлыми, а съ отд. переставными лопастями, к-рыя можно укрѣплять въ нѣск. положеніяхъ, измѣняя т. обр. шагъ В., согласуя его съ работой гл. пар. машины. Если, напр., получается, что потребная ск-сть судна достигается при числѣ оборотовъ машины большемъ, чѣмъ б. допущено при расчетѣ, и получается малый коэф-тъ полез. дѣйствія всей установки, то лопасти переставляютъ на большій шагъ, чѣмъ и исправляютъ до извѣст. степени недостатокъ постройки. Такая переставная лопасть и способъ ея крѣпленія къ ступицѣ показаны на черт. 15 и 17. Несмотря на то, что такой В. болѣе сложенъ, чѣмъ цѣлый, и имѣетъ сравнит-но большаго діам. ступицы, всѣ послѣднія суда, за исключ. турбинныхъ, снабжены В. съ переставными лопастями. В. турбин. двигателей дѣлаются всегда цѣлыми въ виду того, что большое число оборотовъ турбинъ не позволяетъ дѣлать В. больш. діаметра, дабы не получить чрезмѣрной ск-сти на окружности его. Вмѣстѣ съ тѣмъ требуется значит. пов-сть лопастей для воспринятія упорнаго давленія на В., почему и приходится дѣлать ступицу В. возможно мал. діам., дабы этимъ увеличить площадь лопастей. Лопасти турбин. В. имѣютъ обык-но лепесткообразную форму, развитую въ ширину знач-но болѣе, чѣмъ лопасти В. поршнев. машинъ (черт. 20 и 21). Эл-тами, характеризующими В., будутъ: его діам. D, шагъ H, число лопастей n, площ. развернутой лопасти Δ, форма лопасти и длина винта l. Діаметромъ В. называется діам. окружности, описанной вокругъ его лопастей (черт. 4). Площ. этого круга называется площадью диска В., и отношеніе ея къ площ. миделя (самаго широкаго попереч. сѣченія к-бля) не д. переходить за допускаемые практикой предѣлы, что особенно важно для полученія надлежащаго задн. хода судна и его остановки. Съ другой стороны, діам. В. ограничивается углубленіемъ судна, и для В. большихъ судовъ считаютъ непремѣннымъ условіемъ имѣть погруженіе наивысшей точки лопасти подъ груз. в-линію не менѣе 1—1½ фт. Такое же разстояніе допускается между кромкой лопасти и корпусомъ въ многовинт. больш. судахъ. Это требованіе вызывается желаніемъ предупредить разрывъ подтекающей къ В. струи воды и увлеченіе воздуха. Въ мелкосидящихъ судахъ приходится иногда прибѣгать къ т. наз. турбиннымъ В., т.-е. работающимъ въ особыхъ направляющихъ цилиндрахъ-проходахъ, въ каковомъ случаѣ является возм-сть часть В. сдѣлать выходящей изъ в-линіи и тѣмъ увеличить діам. В. Нижн. кромка В. обык-но берется на 4—8 дм. выше килев. линіи судна, дабы предупредить касаніе В. дна. В. одновинт. судна располагается сейчасъ же за рулемъ, между нимъ и к-сомъ судна, въ особ. отверстіи ахтерштевня; В. многовинт. судовъ располагаются т. обр., чтобы каждый изъ нихъ не мѣшалъ отбрасываемой струѣ отъ другихъ В. Обращается особ. вниманіе на обводы въ корм. части судна, дабы обезпечить хорошій плавный подтокъ воды къ В. Средній В. трехвинт. судовъ въ этомъ отношеніи находится въ болѣе неблагопріятныхъ условіяхъ чѣмъ бортовые и потому ему приходится давать нѣск. большее число оборотовъ для той же мощности. Въ четырехвальной системѣ механизмовъ средніе В. относятъ въ корму, а бортовые располагаютъ такъ, чтобы ихъ диски не проектировались хотя бы на часть дисковъ сред. В. Для мал. судовъ и мелк. крейсеровъ, стремясь уменьшить діам. В. при сохраненіи его упорной пов-сти на ед. давленія, пытались устанавливать на каждомъ валу по нѣск. В., но опыты показали, что такое рѣшеніе мало раціонально. Шагъ В. — есть шагъ винт. пов-сти, образующей В. На чертежахъ В. обык-но строится треуг-къ, у к-раго одинъ изъ катетовъ есть рад. В. — r, а другой — шагъ, дѣленный на 2π (черт. 4). Въ случаѣ перемѣн. шага и поворотныхъ лопастей за характеристику В. обык-но принимается шагъ на разстояніи 0,7 рад. В. Отношеніе шага В. къ діаметру принимается для поршн. машинъ отъ 1 до 1,4, а для турбин. установокъ отъ 0,8 до 1. При поворотѣ В. на одинъ оборотъ, въ случаѣ идеальной окружающей В. среды, и само судно подвинется на величину шага H, но въ дѣйствит-сти за одинъ оборотъ В. судно проходитъ меньшее разстояніе H1, называемое шагомъ судна. Разность H — H1, выраженная въ % отъ шага H, называется скольженіемъ В., при чемъ это есть "кажущееся" скольженіе В., т. к. судно, двигаясь въ водѣ, увлекаетъ за собой частицы послѣдней и образуетъ такъ называемую попутную струю, к-рая и передвигаетъ судно на величину нѣск. иную, чѣмъ это соотвѣтствуетъ дѣйствит. скольженію В. въ водѣ, к-рое больше чѣмъ кажущееся и связано съ послѣднимъ формулой:. s=s1+w(1—s1) гдѣ s — дѣйствит. скольженіе, s1 — кажущееся и w — факторъ попутной струи. Этимъ легко объясняется т. наз. "отрицательное скольженіе", т.-е. явленіе движенія судна, когда получается H1 больше H, т.-е. судно за одинъ оборотъ В. проходитъ разстояніе большее, чѣмъ шагъ В. Не слѣдуетъ, однако, выводить отсюда заключеніе, что отрицат. скольженіе выгодно, ибо на образованіе попутной струи расходуется также энергія двигателя судна и расходуется менѣе экономично, чѣмъ на В. Величина скольженія б. или м. экономич. В. колеблется отъ 6 до 22%. Скольженіе происходитъ вслѣдствіе того, что частицы воды увлекаются вращат. движеніемъ В. и не всѣ отбрасываются вдоль оси его, отчего, конечно, теряется упоръ, а слѣд-но и величина перемѣщенія судна въ водѣ. Скольженіе зависитъ, какъ отъ правильно сконструированной и исполненной формы В., такъ и отъ состоянія пов-сти его, почему пов-сть В. обрабатываютъ точно по шаблонамъ и хорошо отполировываютъ. Кромѣ того, если круговая ск-сть В. перейдетъ нѣк-рый предѣлъ, то частицы воды не только увлекаются В. въ круговое вращеніе, но даже не успѣваютъ слѣдовать за лопастями В., вслѣдствіе чего получаются внутри воды разрывы струи — пустоты, к-рыя еще болѣе понижаютъ полез. дѣйствіе В. Это явленіе носитъ названіе кавитаціи В. Длиной лопасти В. называется часть шага, соотвѣтствующая части винт. пов-сти, взятой для образованія лопасти В., длиной же В. называется соотвѣтствующая часть той же пов-сти, потребная для образованія всѣхъ лопастей В. Длина винта обык-но отъ 0,25 до 0,33 шага. Двухлопастной В., при соврем. большихъ мощностяхъ машинъ, не примѣняется, при снабженіи же въ свое время парус. судовъ паров. двигателемъ и гребн. В., онъ имѣлъ широкое примѣненіе. Желая уменьшить сопр-леніе застопореннаго винта во время хода судна подъ парусами и избѣжать устройства винтов. колодца (см. это слово) Mangin предложилъ для уменьшенія длины лопасти дѣлать двойной двухлопастной В., к-рый и извѣстенъ въ наст. время подъ его именемъ (черт. 10, 11 и 12). Съ той же цѣлью б. осуществленъ двухлопаст. В. системы Bévis’а съ поворотными лопастями (черт. 18 и 19). Наиб. распространены въ наст. время трехлопаст. В. и лишь для больш. судовъ, снабженныхъ поршнев. машинами съ сравнит. небол. числомъ оборотовъ, примѣняются четырехлопаст. В. Для турбин. судовъ, гдѣ уменьшеніе діам. В. имѣетъ больш. значеніе, предпочитается трехлопастной передъ всѣми другими. Слѣдуетъ, однако, замѣтить, что чѣмъ больше имѣетъ лопастей В., тѣмъ меньше сотрясеніе кормы во время его работы. Очертаніе лопастей различное (см. таблицу системъ В.), но предпочитаютъ эллиптическую или яйцевидную форму для больш. винтовъ поршнев. машинъ съ небол. числомъ оборотовъ и большимъ діаметромъ В. и лепестковидную — для паров. турбин. установокъ (черт. 20 и 21). Въ практикѣ конструированія В. приняты двѣ характерныя для лопасти величины: проекція лопасти на пл-сть, перпенд-ную къ оси винта (черт. 16 — кривая АГД). Площадь этой проекціи представляетъ собой упорную пов-сть лопасти. Если же лопасть В. развернуть на пл-сть (приблизительно), то получится т. наз. развернутая пов-сть лопасти (черт. 16, кривая АБВ). Величину площади проекціи лопастей берутъ съ такимъ расчетомъ, чтобы упорное давленіе на кв. дм. не превышало 11,25 англ. фн., при чемъ для установокъ больш. мощности предпочитаютъ не доводить ее даже до 10,5 англ. фн. на кв. дм. Отношеніе площади развернутыхъ лопастей къ площади диска В. берется обык-но 0,3—0,4 для практики съ паров. машинами и отъ 0,4 до 0,8 — съ паров. турбинами; впрочемъ, къ послѣднему предѣлу прибѣгаютъ лишь въ крайн. случаяхъ, обык-но же для больш. судовъ — 0,5—0,6. Характерной линіей для В. слѣдуетъ также считать "медіану" — линію, дѣлящую лопасть по ширинѣ на двѣ равныя части. Видъ медіаны зависитъ отъ формы лопасти В. и винт. пов-сти, к-рая примѣнена къ В. Для достиженія, съ одной стороны, крѣпости В., а съ другой — для уменьшенія ударовъ, толщину дѣлаютъ у корня больше, у краевъ меньше. Крѣпость лопасти расчитывается такъ, чтобы при ударѣ ею о какой-либо предметъ она согнулась по своему краю, прежде чѣмъ могла бы наступить опасность поломки лопасти въ основаніи. На всѣхъ прилагаемыхъ чертежахъ показано сѣченіе лопасти пл-стью, проходящей черезъ ось В., а такъ же разл. цилиндр. пов-стями, при чемъ въ послѣднемъ случаѣ форма сѣченія лопасти получается "получечевицевидная". Рабочая пов-сть лопасти дѣлается прямой, а обратная сторона выпуклой, хотя полез. дѣйствіе выпуклой стороны меньше, чѣмъ прямой, но это допустимо, ибо она обслуживаетъ задн. ходъ, обык-но кратковременный. В. для воен. флота приготовляются исключ-но изъ бронзы высокаго сопр-ленія (марганцовистой, Стона, Парсона, Рюббеля и т. п. См. Бронза въ судостроеніи). Они въ наст. время обрабатываются или на спеціал. станкахъ или по шаблонамъ въ ручную и затѣмъ тщательно уравновѣшиваются, дабы при работѣ не вызывать неравномѣрности моментовъ вращенія и избѣжать тряски кормы. Лопасти составляютъ или одно цѣлое со ступицей или же прикрѣпляются къ ней при помощи болтовъ (шпилекъ, черт. 15 и 17), при чемъ во фланцѣ лопасти отверстія дѣлаются овальными, для установки лопасти на различный шагъ, и пространство между шпильками и фланцемъ забирается бакаутомъ. Ступицы дѣлаются, гдѣ возможно, пустотѣлыми, дабы облегчить вѣсъ В. Онѣ имѣютъ конусное отверстіе, точно пригоняемое къ концу вала. На конусѣ вала укрѣплена шпонка, входящая въ соотв-щее гнѣздо въ ступицѣ В. Насаженный на конусъ гребн. вала В. укрѣпляется гайкой, к-рая покрывается спеціал. конусообразнымъ кожухомъ, внутри заполняемымъ саломъ. Коэф-тъ полез. дѣйствія В. отъ 0,75—0,85 при поршнев. машинахъ, и отъ 0,6 до 0,7 — при турбинныхъ. Направленіе вращенія В. вліяетъ на ходъ судна и на полез. работу самого В. Въ одновинт. судахъ сторона вращенія В. на перед. и зад. ходъ безразлична, но необходимо замѣтить, что вращат. движеніе В. создаетъ пару силъ, стремящуюся все время вращать судно вокругъ его вертик. оси и потому всегда приходится на прямомъ курсѣ держать руль, положенный на нѣск. градусовъ въ ту или другую сторону. То же самое, но въ меньшей степени относится и къ трехвинт. судну. Для двухвинт. и четырехвинт. судовъ такого явленія не существуетъ, такъ какъ В. одного борта вращаются въ сторону, обратную вращенію В. другого борта, при чемъ опыты показали, что, если смотрѣть на В. со стороны кормы въ носъ судна, то В. должны вращаться "внаружу", т.-е. В. пр. борта по час. стрѣлкѣ, а В. лѣв. борта противъ час. стрѣлки. Въ этомъ случаѣ получается болѣе совершенный притокъ воды къ В. и повышается ихъ полез. работа. (К. Буслей, Судов. механизмы, ч. IV. Судов. движители; А. Погодинъ, Судовые движители; В. Мадисовъ, Мор. пар. машины и Атласъ черт.; S. W. Sothern, Steam turbines; Sydney W. Barnaby, Marine proplellers; Achenbach, Die Schiffsschraube; Transactions of The Institution of Naval Architects, 1908, Results of further model Screw propeller experiments. By R. E. Froude).