La mayoría de las lanchas de carreras, deportivas y de entrenamiento están equipadas con un eje de hélice. El propósito del mecanismo es crear una cierta potencia debido a la energía recibida del motor. La fuerza se dirige a la proyección de presión persistente, lo que permite superar la resistencia del agua al movimiento del recipiente.

Historia de la creacion

La creación del elemento en cuestión se atribuye a Arquímedes. Como hélice, Bernoulli propuso utilizar un tornillo de elevación en 1752. A pesar de esto, el reconocimiento a la unidad no llegó de inmediato. Solo en 1836, el inventor británico F. Smith acortó la espiral «Archimedean» a un giro.

El diseño se instaló en el barco con un desplazamiento de 6 toneladas. Las pruebas fueron exitosas, después de lo cual Smith abrió una compañía que construyó un barco con un desplazamiento de 240 toneladas. El barco estaba equipado con un par de máquinas en funcionamiento (con una capacidad total de 90 caballos de fuerza). El único tornillo tenía dos metros de diámetro.

Características de diseño

Un eje de hélice es esencialmente un dispositivo de propulsión a chorro que desarrolla un énfasis dirigido a las masas de agua arrojadas por las palas en la dirección opuesta al movimiento de los medios de natación.

El diseño del cubo incluye un cubo con palas tipo hélice colocadas sobre él. El compartimento de conexión se llama la raíz de la cuchilla. La superficie que mira hacia el bote es de succión, la parte posterior es forzada. El punto de contacto de las dos superficies indicadas es el borde de la cuchilla, pasa a lo largo de su contorno. La parte que mira en la dirección del movimiento de la cuchilla se llama borde entrante, lo opuesto, el saliente. Las superficies de las hélices son elementos de configuración compleja.

Parámetros geométricos básicos.

Las siguientes son las características geométricas básicas de las hélices de barcos:

1. El diámetro del elemento (el tamaño del círculo descrito por los bordes de las cuchillas más alejados del eje de rotación).
2. Paso (distancia del probable avance del dispositivo en una tuerca apretada, no en agua).
3. El número y el ancho de las cuchillas.
4. El lado de la rotación.
5. Área de hélice.
6. El grosor y la configuración de las cuchillas.
7. Tamaño del cubo en diámetro.

Los ejes de la hélice tienen un paso diferente en diferentes partes de la pala. En este caso, el indicador principal se considera el parámetro promedio, medido en el área donde el radio es aproximadamente 0.7 del tamaño total. El número de cuchillas es de dos, tres o cuatro piezas. Es importante tener en cuenta que en la dirección de rotación de los tornillos se dividen en izquierda y derecha.

Otros tamaños

Las palas se miden en ancho desde los bordes entrantes y salientes en el mismo radio (con mayor frecuencia en el punto donde el parámetro es 0.7 del valor total). La característica final y el funcionamiento del eje de la hélice están determinados por la relación del disco (el área de todas las palas helicoidales a un plano perpendicular al eje de rotación).

Las secciones de las palas pueden tener una configuración circular, la forma de un ala de aviación o un perfil en forma de cuña. Los últimos diseños funcionan en embarcaciones especialmente de alta velocidad y de carreras con motores giratorios. Para asegurar la resistencia requerida de las cuchillas, el grosor más grande se hace en la raíz, disminuyendo hacia el final hasta que se afila (de 0.2 a 0.05 mm). El tamaño del diámetro del cubo está en el rango de 1.8-2.0 del diámetro del tornillo.

Eficiencia del eje de la hélice

El tornillo, creando un énfasis, convierte en una dirección útil solo parte de la energía recibida del motor. Esto se debe a los costos inútiles de:

• remolino de flujo;
• fuerza de fricción;
• giros creados en los bordes de las cuchillas, y similares.

Como resultado, el parámetro de potencia en el eje de la hélice siempre excede el mismo indicador dado al movimiento de los medios flotantes. La eficiencia del tornillo en relación con la potencia del motor es el coeficiente de rendimiento (COP). Incluso con los mejores elementos, este parámetro no excede 1/3 de la potencia de la unidad de potencia.

Cálculo de potencia

La eficiencia de la hélice del barco está influenciada principalmente por el cálculo correcto al elegir las relaciones óptimas entre la potencia del motor, la velocidad de la hélice, los parámetros geométricos del elemento y las características de velocidad del barco.

Calcular tales proporciones es bastante problemático. Esto se debe al hecho de que los factores subjetivos influyen en los indicadores. Entre ellos están:

• resistencia al agua al movimiento de un medio de natación;
• características del casco del barco;
• La magnitud del flujo que corre sobre las cuchillas.

La disposición o construcción de embarcaciones con motores para fines deportivos y de carreras por parte de atletas o equipos individuales se lleva a cabo de acuerdo con cálculos simplificados. Esto se debe al hecho de que es casi imposible calcular independientemente las proporciones óptimas indicadas anteriormente.

Volumen de negocios

En embarcaciones turísticas, cuya velocidad no supera los 20 km / h, las hélices con velocidades de 600 a 1200 rotaciones por minuto muestran buenos resultados. En consecuencia, cuanto mayor sea la velocidad y la potencia de los medios de natación, mayor será la velocidad de las cuchillas.

Las embarcaciones deportivas medianas necesitarán un eje de hélice más grande. Con una embarcación de 30-75 CV. y velocidades de hasta 50 km / h, se considera que el número óptimo de hélices es de 2-3 mil revoluciones por minuto. Al mismo tiempo, el rango de números favorables de rotaciones disminuye con una disminución en el modo de velocidad y un aumento en los índices de potencia. Para las motos acuáticas de alta velocidad con velocidades superiores a 70 km / h, se requerirán ejes de hélice con cojinetes con una intensidad de rotación de 4-5 mil revoluciones por minuto.

Cavitación

Las hélices giratorias de regatas y botes o botes más rápidos operan bajo condiciones especiales. Se caracterizan por la presencia de agua hirviendo en la succión frontal de las cuchillas. Este fenómeno se llama cavitación. En este caso, el líquido se desprende de la superficie de la hélice, formando una especie de huecos burbujeantes (cavernas). Empeoran notablemente el funcionamiento del tornillo, a menudo destruyen las palas y provocan un desgaste erosivo del sello del eje de la hélice. Para minimizar los efectos negativos de la cavitación, se utilizan elementos en forma de cuña.

Si suponemos que el tornillo no funciona en el agua, pero como un tornillo en una tuerca, sería lógico imaginar su movimiento con una vuelta del tornillo en una revolución. En la práctica, las características del medio líquido hacen sus ajustes, proporcionando menos movimiento (marcha).

Material de producción

En embarcaciones deportivas motorizadas y embarcaciones de baja potencia, así como en motores fueraborda, a menudo se montan tornillos de eje de hélice de aluminio. En este caso, la sección de la raíz de la cuchilla se hace más gruesa que la de las contrapartes de latón. Las modificaciones del aluminio son fáciles de fundir, fáciles de procesar.

Los tornillos de acero fundido en embarcaciones a motor de este tipo no se utilizan debido a la complejidad de su fabricación. Algunas veces se usan versiones de acero soldado, cuyos cubos están forjados. Los elementos de la cuchilla están cortados de chapa de acero, los bordes están afilados, la pieza se dobla de acuerdo con patrones especiales. Las piezas de trabajo resultantes se sueldan a los cubos, luego se procesan y verifican.

Para establecer las características del tornillo, verifique el paso de las palas, elimine la holgura del eje de la hélice y concilie otros parámetros, se requiere la medición del elemento fabricado. Esto se hace de la siguiente manera:

1. El tornillo preparado se coloca en un plano uniforme (hoja de madera contrachapada o tablero de dibujo) estrictamente horizontal.
2. El cubo debe coincidir claramente con el centro del círculo previamente dibujado en el tablero, que tiene un diámetro de aproximadamente 0.7 partes del mismo índice completo de la hélice.
3. Usando cuadrados mida la altura de los bordes que se encuentran estrictamente por encima del círculo dibujado.
4. Allí se observan dos puntos, a partir de los cuales se midieron las distancias indicadas.
   

Tornillos de paso ajustables (VRS)

En los barcos modernos con un motor VRS, rara vez se usan, aunque indudablemente hay perspectivas para su distribución posterior. Esto se debe al hecho de que la posibilidad de cambiar la posición de las cuchillas le permite avanzar, retroceder o detenerse sin la necesidad de invertir el motor. En este caso, la transformación del valor de paso proporciona condiciones de funcionamiento óptimas para el tornillo, teniendo en cuenta la magnitud de la carga, el modo de velocidad y otros factores.

El diseño del SRS es bastante simple:

• un mecanismo para transmitir fuerza desde el volante de control a la unidad de control;
• hub;
• cuchillas
• barra giratoria;
• eje hueco

El diseño más simple se puede usar en vehículos de natación de tamaño mediano con motores con una capacidad de 70-100 caballos de fuerza con un umbral de velocidad de hasta 25-30 km / h.

Los SRS mejorados tienen un accionamiento hidráulico o mecánico para girar las cuchillas. El mecanismo de la línea del eje del barco está controlado por un motor eléctrico o por una toma de fuerza del eje. Dichos modelos se pueden usar en todo tipo de embarcaciones y botes, con la excepción de los barcos de carreras. En el último caso, esto no tiene sentido, ya que el mayor tamaño del cubo reduce ligeramente la eficiencia en comparación con las versiones convencionales diseñadas para un modo de velocidad máxima.

Ventajas y desventajas.

El propulsor de la hélice funciona según lo previsto solo con una velocidad de rotación creciente o continua, en otros casos realiza la función de un freno activo. Esto no es particularmente conveniente, especialmente en competiciones deportivas. La eficiencia del tornillo solo en teoría es aproximadamente del 75%. De hecho, este parámetro no supera el 35%. Para información, en el remo, un indicador similar alcanza el 60%.

Si compara la rueda de paletas y el tornillo, el último elemento en la utilidad gana debido a su compacidad y ligereza. Al mismo tiempo, el mecanismo de la rueda dañada puede repararse fácilmente, y cuando se deforma el tornillo, será necesario reemplazar el eje de la hélice. Otro inconveniente es el alto peligro para la vida marina, así como la vulnerabilidad (en comparación con otros motores).

Al mismo tiempo, los elementos de las ruedas garantizan un mayor parámetro de tracción desde un lugar, lo cual es conveniente para los remolcadores. Pero con una fuerte emoción, exponen rápidamente las partes de trabajo, lo que contribuye a la inmersión desigual de los elementos (uno de ellos está completamente en el agua y el segundo está inactivo). Esta situación sobrecarga la unidad de tracción. Esto hace que la propulsión de la rueda no sea adecuada para embarcaciones marítimas. Anteriormente, solo se usaban debido a la falta de una alternativa. La instalación de tornillos tiene una gran ventaja en la disposición de los buques de guerra. Esto se debe al hecho de que el problema de colocar armas de artillería está nivelado. La batería se puede instalar en toda el área de la placa. Además, el objetivo está enmascarado para el enemigo, el tornillo está completamente bajo el agua.

En conclusión

Los ejes de hélice más grandes con tornillos pueden alcanzar la altura de una casa de tres pisos; su producción requiere equipos especiales y habilidades relevantes. Por ejemplo, durante la construcción de barcos de vapor del tipo de Gran Bretaña, tomó más de una semana dejarlo en blanco. La tecnología moderna le permite hacer esto en unas pocas horas (sujeto al uso de un manipulador robótico). La configuración del tornillo se ingresa en el programa de computadora, después de lo cual la herramienta de diamante al final del manipulador prepara una copia de espuma ideal. Luego, el modelo terminado se coloca en un mortero de cemento de arena para obtener la impresión más precisa. Cuando el concreto se enfría, las mitades del molde se unen y se vierte metal fundido en ellas.

La hélice debe tener un índice de alta resistencia para soportar enormes presiones y cargas, así como también para resistir procesos de corrosión en agua de mar. Los ejes de remo están hechos de bronce, latón, aleaciones de acero, kunial. No hace mucho tiempo, los polímeros de alta resistencia comenzaron a usarse para estos fines.