Винт гребной

Определение "Винт гребной" в словаре Брокгауза и Ефрона

Винт гребной
Винт гребной

— наиболее употребительный движитель морских паровых судов, представляет собою тело, напоминающее по форме крылья ветряных мельниц. Винт состоит из муфты и прикрепленных к ней лопастей числом от 2 до 6 и насаживается на конец гребного вала, приводимого во вращение паровой машиной. При вращении винта каждая лопасть вследствие своего уклона будет отбрасывать воду назад; реакция этой отбрасываемой воды и заставляет корабль двигаться вперед или назад, смотря по направлению вращения винта. Идея употребления гребного винта как движителя была высказана еще в 1752 году Даниилом Бернулли; затем позднее Ватт повторил ее; но практическое осуществление эта идея получила только в 1836 году, когда английский фермер Френсис Смит воспользовался гребным винтом для пароходика в 6 тонн водоизмещения. Удачные опыты Смита привели к образованию компании, на средства которой был построен винтовой пароход в 237 тонн. Имя этого первого винтового парохода — "Архимед". Одновременно со Смитом и независимо от него разрабатывал применение гребного винта как движителя Эриксон. Он построил винтовой пароход в 70 сил "Стоктон", сделал на нем переход в Америку, где его идея была встречена весьма сочувственно, так что уже в начале 40-х годов был спущен первый винтовой фрегат "Принцтон" с машиною в 400 сил, дававшей ему ход до 14 узлов.

Первоначальный винт Смита представлял собою часть винтовой поверхности прямоугольного образования, соответствующую одному целому шагу. Образование такой поверхности можно объяснить так: пусть точка А, служащая концом прямой АС, двигается равномерно по другой прямой линии, причем движущаяся прямая вращается равномерно около этой оси, оставаясь все время к ней перпендикулярной, и положим, что в то время, как точка А проходит длину AB, прямая АС совершает полный оборот. Поверхность, описанная этою прямою при таком движении, и есть винтовая; длина AB называется ее шагом. На фиг. 1 (таблицы Винты гребные) AB есть полтора шага.

ВИНТЫ ГРЕБНЫЕ [Объяснение см. в тексте.]

Первоначальный винт Смита имел форму, изображенную на этой фигуре, если взять только один полный оборот. Затем Смит стал делать винты двухлопастные, образование поверхности которых показано на фиг. 2; длина винта равнялась только половине шага, и площадь обеих лопастей составляла целый завиток винтовой поверхности. Потом стали делать винты трехлопастные (ф. 8) и четырехлопастные, разрезая винтовую поверхность на части, сохраняя из них некоторые и сдвигая их на оси так, чтобы длина гребного винта была значительно менее шага винта, из которого взяты отрезки. При испытаниях в 1843 году первого английского военного винтового парохода "Ратлер" (водоизм. 800 тонн, машина 335 сил) выяснилось, что наивыгоднейшая длина винта должна составлять такую долю шага, чтобы площадь всех лопастей равнялась только ¹/₃ целого завитка винтовой поверхности, так что длина двухлопастного винта должна составлять ¹/₆ шага, трехлопастного — ¹/₉ и т. д. Винты с тремя и четырьмя лопастями стали устраивать, чтобы работа винта совершалась плавнее, и вначале придавали рабочей поверхности лопастей, т. е. той, которая отбрасывает воду при переднем ходе, по-прежнему форму отрезков обыкновенной винтовой поверхности. Но оказалось, что такие В. при работе дают в корме сотрясения почти такой же силы, как и В. двухлопастные. Желая устранить эти сотрясения, стали менять как форму рабочей поверхности, так и лопастей. Было предложено множество разных систем гребных винтов, из которых наиболее распространены в практике следующие: В. — с прогрессивным шагом, В. — Гриффитса, В. — Гирша, В. — Манжена. Образование поверхности этих В. показано на чертежах 11 и 12 (таблица), причем производящая обозначена толстой линией. Устройство этих винтов с надлежащею ясностью может быть объяснено только при помощи чертежей, которые составляются следующим образом: задав элементы винта, т. е. его диаметр d (так называется диаметр круга, описываемого крайнею точкою лопасти), шаг h, относительную длину kh и число лопастей, а также форму и размер муфты, изображают В. в двух видах сзади и сбоку. Так, фиг. 3 представляет первоначальную форму четырехлопастных винтов, для которых k = ¹/₁₀, т. е. длина винта составляет ¹/₁₀ шага. Чертим круг диаметра d, и так как длина винта составляет ¹/₁₀ шага, то каждая лопасть в проекции на плоскости, перпендикулярной к валу, представится в виде сектора с углом при центре в 36°, муфта и вал — кругами. На боковом виде фиг. 3 (а) вертикально стоящие лопасти изобразятся прямоугольником с основанием = ¹/₁₀ h и высотою = d. Чтобы вычертить проекцию горизонтально стоящей лопасти, пересекают поверхность винта рядом цилиндров, каждый из которых пересекает лопасть по винтовой линии; все эти винтовые линии имеют один и тот же шаг h, но разные диаметры, а следовательно, и разные углы наклонения к плоскости вращения. Чтобы построить эти углы, откладывают от О длину О А, равную h/2π, и соединяют точку А с точками а ₁, а ₂ ... углы а ₁ АО, а ₂ АО... и суть требуемые. Так как для изображения горизонтально стоящей лопасти нужны только малые доли соответственных винтовых линий вблизи точки О, где все они имеют в проекции точку перегиба, в которой касательная составляет с плоскостью вращения углы, равные углу наклонения, то эти части винтовых линий можно с достаточною точностью изобразить прямыми, параллельными Аа ₁, Аа ₂. Таким образом произошла центральная часть фиг. 3 (а), изображающая боковую проекцию горизонтально стоящей лопасти. Так как лопасть испытывает при вращении винта значительное давление, то, дабы она не изгибалась, ей надо придать надлежащую толщину; на чертеже изображают развернутые сечения лопасти вышеупомянутыми цилиндрами а ₁, а ₂,...

Пусть ab (см. фигуру) представляет собою развернутое сечение лопасти цилиндром радиуса r; хх есть ось вала. Если винт делает n оборотов в секунду, то линейная скорость вращательного движения элемента ab есть v ₁=2n πr и направлена по перпендикуляру к валу; если скорость хода корабля есть v, то абсолютная скорость элемента ab представится диагональю параллелограмма, построенного на v (отложенной по оси хх) и v₁, т. е. будет V. Если бы скорость корабля v была равна nh, то направление V совпадало бы с направлением ab и переднее ребро лопасти встречало бы воду без удара.

Но оказывается, что за каждый оборот винта корабль подвигается вперед на длину, меньшую шага h, именно только от ⁹/₁₀h до ⁸/₁₀h, поэтому, чтобы не происходило удара лопасти о воду при переднем ребре, были предложены винты с прогрессивным шагом, т. е. такие, у которых шаг при переднем ребре составляет от ¹⁹/₁₀ до ⁸/₁₀ шага при выходящем ребре, изменяясь постепенно. Нашли также выгодным изменить и форму лопастей, закруглив входящее ребро, и таким образом получился весьма употребительный четырехлопастный В., изображенный на фиг. 4 (таблицы), который делается иногда и с постоянным шагом. Две лопасти изображены сполна, а другие две (горизонтально стоящие) урезаны. Фиг. 4 (а) представляет тот же В. сбоку; в средней части чертежа изображена в проекции горизонтальная лопасть. Стрелки показывают направление вращения В. при переднем ходе и направление движения корабля.

Гриффитс после долгих опытных изысканий над гребными винтами предложил В., изображенный на фиг. 5 (таблица), с прогрессивным шагом, относительно большего диаметра муфтою и лопастями, имеющими наибольшую ширину посередине; конец лопасти отогнут вперед приблизительно на ¹/₂₅ d, так что образующая ее рабочей поверхности есть не прямая линия, как у обыкновенного В., а кривая. Работа такого В. оказалась весьма плавною и почти не сопровождается ударами и сотрясениями кормы. Винты Гриффитса весьма распространены в практике и установлены на весьма многих судах нашего флота. В прилагаемой таблице даются для примера размеры этих винтов.

Для мелкосидящих речных пароходов Торникрофт устроил турбинные винты, которые он помещает в трубу в корме корабля и снабжает трубу направляющим аппаратом. Лопасти винта суть отрезки поверхности, изображенной на фиг. 10.

Удовлетворительной теории гребного винта доселе не существует. Сперва уподобляли В. как бы штопору, который, ввинчиваясь в воду, двигает корабль вперед; ныне объясняют действие В. реакциею воды, причем одни исчисляют, какое сопротивление испытывает рабочая поверхность лопасти при ее вращении и, взяв составляющую этого сопротивления по оси вала, получают ту силу, с которою В. толкает корабль; другие же исчисляют, какое количество движения сообщает В. воде в одну секунду, и по этому количеству движения находят движущую силу В. Выше было упомянуто, что за каждый оборот В. корабль проходит путь, меньший шага; это явление называют скольжением В. Скольжение обыкновенно выражается в %, и, зная шаг винта h, число его оборотов в секунду n и скорость хода корабля v, найдем скольжение в % по формуле
s = [(nh-v)/nh]100.

Обыкновенно s равно от 10% до 20-25%. Для определения размеров В. обыкновенно руководствуются данными, полученными из опытов над судами подобного типа и размеров, или же эмпирическими формулами и таблицами, составленными на основании таких испытаний. Но можно приближенно найти эти размеры таким образом: диаметр d винта определяется углублением корабля — В. надо ставить так, чтобы при вертикальном положении лопасти верхний конец ее был погружен на 30-50 сант. при среднем углублении корабля. Выбрав диаметр, берут шаг h при выходящей кромке:
h = 1,50 d, если d не более 2 метров.
h = 1,25 d, если d от 2-4 метров.
h = 1,00 d, если d более 4 метров.

Принимая скольжение в 10% — 20%, например 15%, находят число оборотов В. при желаемой скорости корабля v из условия 0,85Nh = 60 х 0,514v, где v есть скорость корабля в узлах (0,514 метра в секунду), h шаг В. в метрах, N число оборотов в минуту.

Подробное изложение существующих теорий В., опытов над ними, а также чертежи и практические указания для устройства В. можно найти в сочинении "Die Shiffs-Machine v. С. Busley". В настоящее время издается морским техническим комитетом русский перевод этого сочинения под заглавием "Судовые механизмы".

А. Крылов.