Крильчастий рушій судна

Судновий рушій - це пристрій для перетворення будь-якої енергії в корисну роботу руху судна.

Судновий крильчатий рушій (КР), відомий також під назвою рушій Фойта - Шнайдера (англ. Voith Schneider Propeller) - рушійно-рульовий пристрій з повністю зануреним у середовище крильчастим рушієм з циклоїдальним рухом лопатей, що створює упор, напрям якого може змінюватися в межах від 0 ° до 360 ° вправо або вліво при зміні кутів установки лопатей, що дозволяє дуже добре маневрувати судам і в змозі майже миттєво змінити його упор.

Історія виникнення

Перший крильчатий рушій (КР) винайдений в 1926 році австрійцем Ернестом Шнайдером, а в 1927-1928 роках фірмою Voith GmbH було побудовано перше експериментальне судно. Першим судном, зданих в експлуатацію в 1931 році, стало судно Кемптен на Боденському озері. Цей рушій має барабан з вертикальною або майже вертикальною віссю обертання, нижня поверхня якого збігається з поверхнею днища. По окружності барабана розміщаються 3-8 лопатей. У першій конструкції КР кожна лопать здійснювала обертальний рух навколо своєї осі, паралельно осі обертання барабана, роблячи пів оберта за один оберт барабана.

У іншому варіанті КР (запропонованого Фойтом, чому такі рушії називають також рушіями Фойта-Шнайдера) лопаті не обертаються, а коливаються, так що на одній половині окружності їх носики «дивляться» назовні, а на іншій - всередину. Управління лопатями проводиться таким чином, щоб в кожному положенні на окружності лопать була перпендикулярна радіус-вектору, проведеним до неї з точки управління, розташований всередині кола, радіус якого може досягати 0,7-0,8 радіуса, на якому розташовані осі лопатей.Упор спрямований перпендикулярно відрізку прямої, що з'єднує точку управління і вісь обертання барабана, і впершому наближенні може вважатися пропорційним довжині цього відрізка. Таким чином, судну, обладнаному крильчастими рушіями, непотрібне кермо: воно може рухатися вперед і назад, розвертатися на місці,якщо має два КР, рухатися лагом (якщо два КР розташовані в різних частинах судна). ККД рушія другого типу більше, ніж першого, завдяки тому, що у лопастей є передня і задня кромка, які не змінюються місцями, як в першій конструкції, і мають форму крила, вигнутого по окружності, уздовж якої вони рухаються. Двигун може бути нереверсним, він легко узгоджується з рушієм (на відміну від звичайного гребного гвинта), управління роботою КР проводиться безпосередньо з містка.

Рисунок 1. Схема розміщення крильчатого рушія на судні: 1 - барабан;2 - днище судна; 3 - лопаті

Рисунок 2. Схема дії крильчатого рушія: О - вісь обертання ротора; О1 - точка управління; с - вектор швидкості набігаючого потоку; ω - кутовашвидкість обертання ротора; R - повна гідродинамічна сила на лопаті;Р - упор лопаті; Т - опір обертанню

Принцип дії крильчатого рушія

Крильчасті рушії складаються з барабана (ротора) з вертикальною або майже вертикальною віссю обертання, розташованою над днищем судна так, що нижній торець ротора збігається з днищем, і декількох лопатей у вигляді крил, що дійснюють обертальний рух разом з ротором і коливальний рух навколо своїх осей. Крильчатий рушій (при його використанні в якості основного рушія) на суднах розташовуєтьсяабо в кормовій, або в середній частині, а, наприклад, на плавучих кранах, корпусяких за формою близький до прямокутного понтону, може бути і в носі. Схема розміщення рушія (вид збоку) показана на рис. 1.

Лопаті крильчатого рушія розташовуються так, що в будь-якій точці окружності їх хорди перпендикулярні радіус-вектору, проведеному до них з точки О1, так званої точкою управління (рис. 2). При відсутності ходу ця точка збігається з віссю обертання барабана О. Точка управління може розташовуватись в будь-якому місці всередині кола, діаметр якого зазвичай складає 70-80% діаметра по осях лопатей. Число лопатей - від 3 до 8, частіше всього 5 або 6.

Напрямок упору крильчатого рушія перпендикулярно відрізку ОО1,а його величина в першому наближенні може вважатися пропорційноюдовжині цього відрізка (ексцентриситету). Таким чином, крильчатий рушійє також досить ефективним засобом управління судном завдяки можливості створення упору будь-якого напрямку. Спрощується проблема узгодження двигуна і рушія.

Відзначається, що з ростом ексцентриситету росте не тільки упор, але і ККД рушія. В якійсь мірі ексцентриситет крильчатого рушія аналогічний крокові гребного гвинта, а можливість його зміни в процесі роботи робить крильчатий рушій подібним до гвинтів регульованого кроку.

• 

  Рисунок 3. Схема сил при роботі судового крильчатого рушія

• 

  Рисунок 4.Шлях лопаті

Загальний вигляд крильчатого рушія судна

Класифікація крильчатих рушіїв

По конструкції крильчасті рушії поділяють на три групи:

• рушії з горизонтальними приводними валами і приводом від автономного двигуна;
• рушії з вертикальними приводними валами;
• рушіїз вбудованими двигунами.

Найбільш поширені рушії першої групи. Рушії з вертикальними приводними валами, як правило, мають малу потужність і застосовуються у допоміжних установках.

Основи розрахунку крильчатих рушіїв

Основними розмірними характеристиками крильчатого рушія, як іінших рушіїв, є упор Т і крутний момент Q на осі ротора. Вбезрозмірному вигляді ці характеристики виглядають так: [math]K_T=\frac{T}{\frac{\rho u^2}{2}F_p}[/math]