В винтах регулируемого шага (ВРШ), в отличие от винтов со съемными
лопастями, угол поворота лопасти, а следовательно, и средний шаг винта
можно изменять во время движения. Эта особенность придает ряд
эксплуатационных преимуществ катеру, оборудованному ВРШ. Прежде всего
такой катер обладает лучшими маневренными свойствами. В связи с тем,
что реверсирование может осуществляться на средних оборотах двигателя.
Реверсирование даже при помощи наиболее совершенных двух дисковых
реверсредукторов, работающих с автомобильными двигателями, в которых не
использованы всережимные регуляторы, может происходить только на
холостом или, в крайнем случае, самом малом ходу (в противном случае при
переходе через нейтраль частота вращения двигателя возрастет до
максимальной). При наличии ВРШ этого не происходит, поскольку в
нейтральном положении он потребляет достаточный момент, который не
позволяет работать двигателю "в разнос". Однако это же явление вызывает
потребность в установке разобщительной муфты или сцепления,
использование которых желательно при запуске и прогреве холодного
двигателя.
Другое важное преимущество ВРШ - возможность получения сколь угодно
малой скорости движения катера, что особенно существенно для дизелей,
имеющих высокие обороты холостого хода. Наконец, за счет изменения шага
винта можно регулировать нагрузку двигателя от минимальной до
максимальной при любых скоростях. Для глиссирующего катера это позволяет
снимать полную мощность двигателя независимо от нагрузки катера, для
многорежимного катера - выбирать оптимальную с точки зрения
экономичности или моторесурса частоту вращения двигателя при изменении
скорости.
К недостаткам ВРШ следует отнести увеличенный диаметр ступицы, за счет
чего КПД ВРШ на 2-3% меньше, чем у обычного винта. Нейтраль у ВРШ имеет
место при таком положении лопастей, когда упор отсутствует. Поскольку
точно отрегулировать это положение сложно, при прогреве двигателя на
повышенных оборотах, если не пользоваться разобщительной муфтой, винт
может развивать небольшой упор. Наконец, применение ВРШ не освобождает
от необходимости установки понижающего редуктора в целях повышения КПД
винта. Основу конструкции ВРШ, разработанной авторами (диаметр винта
-около 400 мм, мощность двигателя до 60- 80 л. с.) составляет
неразъемная ступица 32, которая крепится к фланцу гребного вала 4 (рис.
38). Гребной вал может иметь значительную длину, поэтому фланец может
быть приварен.
Внутри ступицы имеется треугольное отверстие, внутри которого
расположен механизм поворота лопастей. Для удобства изготовления, сборки
и регулирования подшипники заделки лопастей выполнены в Отдельных
резьбовых втулках 24, Втулку 24 после [токарной и термической обработки
ввинчивают до упора в ступицу и затягивают специальным ключом с двумя
штифтами под отверстия, просверленные в торце втулки. Ступицу вместе со
втулками протачивают по наружному диаметру, после чего втулки становятся
невзаимозаменяемыми. К лопасти пятью болтами 36 крепится кривошип 25.
Болты следует располагать так, чтобы при повороте лопасти они не
задевали за механизм перемещения. Расположение пальца кривошипа
относительно лопасти должно быть строго определенным, так как от его
положения зависит шаг каждой лопасти; поэтому при сверлении отверстий
необходимо пользоваться приспособлением. Обработка лопастей производится
так же, как для винта со сменными лопастями.
При установке лопастей сначала собирают лопасть с подшипником; болты 36
контрят проволокой, собранный узел вставляют, завинчивают в ступицу до
упора и фиксируют винтом 22. На пальцы кривошипа надеты сухари 35,
которые перемещаются в пазах ползуна 33. Перемещение ползуна происходит
за счет штанги 26, связанной с механизмом изменения шага. Внутреннюю
полость ступицы наполняют консистентной смазкой, закрывают крышкой 30 я
обтекателем 31. Все детали целесообразно выполнять из коррозионностойких
материалов. Однако при эксплуатации в пресной воде и при герметизации
стыков (на краске) и лопастей (резиновыми уплотнительными кольцами 1)
можно применять обычные стали.
Механизм изменения шага смонтирован в корпусе опорного подшипника.
Естественно, что при коротком гребном вале механизм изменения шага может
быть смонтирован между дейдвудным сальником и редуктором.
В описываемой конструкции штанга 26 с помощью пальца 17 связана с
втулкой 2, в которой зажаты два конических подшипника 6. Наружные кольца
подшипников запрессованы во втулку 7, имеющую канавку, в которую входит
цилиндрический палец 8, укрепленный на рычаге 10. От проворота втулка 7
удерживается штифтом, запрессованным параллельно оси, в который
упирается палец 8. Под действием рычага наружная втулка 7 перемещается
на величину хода ползуна 33. Поворот рычага происходит за счет тяги 12,
соединенной с рычагом ВРШ, расположенным около водителя. Положение
рычага фиксируется стопором 14, входящим в пазы сектора 15,
Таким образом, имеется определенное число фиксированных положений шага
винта, достаточное для самых различных условий эксплуатации (одно -
задний ход, одно - "нейтраль", три - пять - "передний ход"). Помимо
рычажного привода со стопором применяются самотормозящие - винтовые или
червячные приводы. В этом случае шаг винта можно зафиксировать в любом
положении. Их недостаток - малый КПД, в результате чего время
реверсирования увеличивается, достигая 10 с и более.
Управление стопором производится при помощи небольшого рычажка,
укрепленного на рычаге ВРШ, который посредством боуденовского троса
соединен е тягой 13. Сектор может перемещаться в пазах 16 .относительно
рычага 10, за счет чего происходит регулировка нейтрали. Гребной вал
опирается на опорный подшипник 20. В тех случаях, когда упорный
подшипник расположен в редукторе с обеих сторон Подшипника 20,
необходимо оставлять гарантийный :зазор на неточность монтажа.
Внутренняя полость кронштейна также заполнена густой смазкой и защищена
от попадания воды манжетами 3, 21 (см. также рекомендации 22).
- Для удобства сборки и разборки подшипник запрессован в съемную втулку
19, а рычаг 10 имеет позволяющий вынимать его вверх, не выпрессовывая
ось 9 для этого достаточно снять стопор 14. кронштейн подшипника 11
может быть литым или сварным.
При работе ВРШ на лопасть действуют центробежная и гидродинамическая
силы. Последняя раскладывается на силу сопротивления и силу упора.
Поэтому точка приложения гидродинамической силы не совпадает с осью
поворота лопасти, то появляется элемент, стремящийся повернуть лопасть
и, следовательно, изменить шаг.
Как известно, положение центра давления на лопасти зависит от нагрузки
винта и формы профиля лопасти и может изменяться в довольно значительных
пределах (до 0,4 ширины лопасти В). Кроме гидродинамических моментов на
лопасть действует еще инерциальный момент. Если элемент лопасти
расположен сбоку от осп поворота, то, учитывая, что направление
центробежной силы, действующей на него, проходит через ось вращения, и
спроектировав эту силу на плоскость, перпендикулярную оси поворота,
получим значение инерциального момента. Если форма лопасти строго
симметрична относительно оси поворота, то суммарный инерциальный момент
равен нулю.
Обычно ось поворота располагают таким образом, чтобы отношение площади
до оси поворота к площади всей лопасти составляло 0,35-0,5. При
необходимости это отношение более точно подбирают в процессе испытаний,
опиливая лопасти таким образом, чтобы усилие на рычаге ВРШ при
перекладке лопастей в сторону переднего или заднего хода в различных
условиях эксплуатации было приблизительно одинаковым. Если усилие при
увеличении шага значительно больше, чем при уменьшении, или если при
отпущенном фиксаторе рычаг ВРШ с силой стремится переместиться в сторону
меньшего шага, то необходимо подрезать лопасти по задней кромке.
При повороте лопастей помимо перечисленных выше моментов необходимо
преодолеть момент от сил трения в заделке лопасти, который может
достигать значения, равного сумме гидродинамического и инерциального
моментов. Поэтому при перекладке лопасти на штангу 26 действуют весьма
большие силы, величина которых может превышать упор винта; при
неподвижных лопастях сила, действующая на штангу, будет значительно
меньше. Эти нагрузки необходимо учитывать при проектировании механизма
поворота подшипников 6 рычага 10, при распределении соотношений тяг
рычагов и т. д.
Положение лопасти, при котором шаг во всех сечениях будет постоянным
(этот шаг называется конструктивным), определяют исходя из наиболее
вероятной скорости катера. Если это положение будет соответствовать
максимальному шагу, конструктивный шаг целесообразно уменьшить на
10-15%. В этом случае при повороте лопастей на угол, при котором среднее
значение шага соответствует заданному, шаг у ступицы будет меньше, чем в
концевых сечениях, также на 10-15%,- а это, как говорилось выше,
целесообразно с точки зрения повышения КПД. Однако такое распределение
целесообразно и при реверсировании. При повороте лопастей в сторону
меньшего шага через положение нулевого шага сначала проходят концевые
сечения. При дальнейшем повороте на концевых сечениях будет возникать
гидродинамическая сила в направлении заднего хода, на корневых - в
направлении переднего хода.
