La majoria de les embarcacions de motor, de competició esportiva i d’entrenament estan equipades amb un eix d’hèlix. L’objectiu del mecanisme és crear una potència determinada a causa de l’energia rebuda del motor. La força es dirigeix ​​a la projecció de la pressió persistent, permetent superar la resistència de l’aigua al moviment del vaixell.

Història de la creació

La creació de l’element en qüestió s’atribueix a Arquimedes. Com a hèlix, es va proposar que el cargol elevador el fes servir Bernoulli el 1752. Malgrat això, el reconeixement a la unitat no va arribar immediatament. Només el 1836, l’inventor britànic F. Smith va escurçar l’espiral “Archimedean” a un cop.

El disseny es va instal·lar a la nau amb un desplaçament de 6 tones. Les proves van tenir èxit, després de les quals Smith va obrir una empresa que va construir una nau amb un desplaçament de 240 tones. El vaixell estava equipat amb un parell de màquines de marxa (amb una capacitat total de 90 cavalls de potència). L’únic cargol feia dos metres de diàmetre.

Funcions de disseny

Un eix d’hèlix és essencialment un dispositiu de propulsió a raig que desenvolupa un èmfasi dirigit a les masses d’aigua llençades per les fulles en sentit contrari al moviment del mitjà de natació.

El disseny del nucli inclou un hub amb fulles de tipus hèlix col·locades al damunt. El compartiment de connexió es diu arrel de la fulla. La superfície orientada al vaixell és de succió, la part posterior es força. El punt de contacte de les dues superfícies indicades és la vora de la fulla, passa pel seu contorn. La part que mira cap a la direcció del moviment de la fulla s’anomena vora d’entrada, al contrari, sortint. Les superfícies de l’hèlix són elements de configuració complexa.

Paràmetres geomètrics bàsics

A continuació, es detallen les característiques geomètriques bàsiques de les hèlixs de vaixells:

1. El diàmetre de l’element (la mida del cercle descrit per les vores de les fulles més allunyades de l’eix de rotació).
2. Esglaó (distància del progrés probable del dispositiu en una femella ajustada, no en aigua).
3. El nombre i l’amplada de les fulles.
4. El costat de la rotació.
5. Zona de l’hèlix.
6. El gruix i la configuració de les fulles.
7. Diàmetre del nucli.

Els eixos d’hèlix tenen diferents pas en diferents parts de la fulla. En aquest cas, es considera l’indicador principal com a paràmetre mitjà, mesurat a l’àrea on el radi és aproximadament 0,7 de la mida total. El nombre de fulles és de dues, tres o quatre peces. És important tenir en compte que en el sentit de gir dels cargols es divideixen en esquerra i dreta.

Altres mides

Les fulles es mesuren en amplada des de les vores entrants i sortides al mateix radi (la majoria de vegades en el punt on el paràmetre és 0,7 del valor total). La característica final i el funcionament de l’eix de l’hèlix es determina mitjançant la relació de disc (l’àrea de totes les fulles helicoïdals a un pla perpendicular a l’eix de rotació).

Les seccions de les fulles poden tenir una configuració circular, la forma d’una ala d’aviació o un perfil en forma de falca. Els últims dissenys s’utilitzen en vaixells de competició, d’alta velocitat i especialment amb motors giratoris. Per tal d’assegurar la força requerida de les fulles, el gruix més gran es fa a l’arrel, disminuint cap a l’extrem fins que s’aguditza (de 0,2 a 0,05 mm). La mida del boix de diàmetre està en l’interval d’1,8-2,0 del diàmetre del cargol.

Eficiència de l’eix de l’hèlix

El cargol, creant un èmfasi, converteix en una direcció útil només una part de l’energia rebuda del motor. Això es deu als costos inútils de:

• flux de remolí;
• força de fregament;
• voltes creades a les vores de les fulles, i similars.

Com a resultat, el paràmetre de potència de l’eix de l’hèlix sempre supera el mateix indicador donat al moviment del mitjà flotant. L’eficiència del cargol en relació amb la potència del motor és el coeficient de rendiment (COP). Fins i tot amb els millors elements, aquest paràmetre no supera el 1/3 de la potència de la unitat de potència.

Càlcul de potència

L’eficiència de l’hèlix de l’embarcació afecta principalment el càlcul correcte a l’hora d’escollir les relacions òptimes entre la potència del motor, la velocitat de l’hèlix, els paràmetres geomètrics de l’element i les característiques de velocitat del vaixell.

Calcular aquestes relacions és força problemàtic. Això es deu al fet que els factors subjectius influeixen en els indicadors. Entre ells es troben:

• resistència a l’aigua al moviment d’un bany de natació;
• característiques del casc del vaixell;
• la magnitud del flux que circula per les fulles.

L’ordenació o la construcció d’embarcacions amb motors d’esport i competició per part d’esportistes o equips individuals es realitza segons càlculs simplificats. Això es deu al fet que és gairebé impossible calcular de forma independent les relacions òptimes anteriorment indicades.

Cifra de negocis

Als vaixells turístics, la velocitat dels quals no supera els 20 km / h, les hélices amb velocitats de 600 a 1200 rotacions per minut mostren bons resultats. Per tant, com més gran sigui la velocitat i la potència de la natació, més gran serà la velocitat de les fulles.

Els vaixells esportius de grandària mitjana necessitaran un eix més gran. Amb una potència de vaixell de 30-75 CV i amb velocitats de fins a 50 km / h, el nombre òptim d’hèlixs es considera que és de 2-3 mil revolucions per minut. Al mateix temps, el rang de nombres favorables de rotacions disminueix amb una disminució del mode de velocitat i un augment dels índexs de potència. Per a embarcacions d’automòbils de velocitat superiors a 70 km / h, es necessitaran eixos d’hèlix amb rodaments amb una intensitat de rotació de 4-5 mil revolucions per minut.

Cavitació

Les hélices giratòries de les embarcacions de carreres i els vaixells de velocitat o de velocitat funcionen en condicions especials. Es caracteritzen per la presència d’aigua bullent a la succió frontal de les fulles. Aquest fenomen s’anomena cavitació. En aquest cas, el líquid es separa de la superfície de l’hèlix, formant una espècie de buits bufons (cavernes). Sensiblement empitjoren el funcionament del cargol, sovint destrueixen les fulles i provoquen un desgast erosiu del segell de l’eix de l’hèlix. Per minimitzar els efectes negatius de la cavitació, s’utilitzen elements en forma de falca.

Si suposem que el cargol no funciona a l’aigua, sinó com un forrellat en una femella, seria lògic imaginar el seu moviment per un gir del cargol en una sola revolució. A la pràctica, les característiques del medi líquid realitzen els seus ajustaments, proporcionant menys moviment (marxa).

Material de producció

En embarcacions esportives motoritzades i vaixells de baixa potència, i també en motors forabordes, sovint es munten les hèlixs de l’eix d’alumini. En aquest cas, la secció d’arrel de la fulla es fa més gruixuda que la de les contrapartides de llautó. Les modificacions d’alumini són fàcils de colar, són fàcils de processar.

Els cargols d’acer fos en embarcacions de motor d’aquest tipus no s’utilitzen per la complexitat de la seva fabricació. De vegades s’utilitzen versions d’acer soldat, amb els forjats. Els elements de la fulla estan tallats en xapa d’acer, les vores són afilades, la part es doblega segons patrons especials. Les peces que en resulten són soldades als hubs, després processades i verificades.

Per establir les característiques del cargol, comproveu el pas de les pales, elimineu el retrocés de l’eix de l’hèlix i compatibilitzeu altres paràmetres, és necessària la mesura de l’element fabricat. Això es fa de la següent manera:

1. El cargol preparat es col·loca sobre un pla (placa de fusta contraplacada o taulell de dibuix) estrictament horitzontal.
2. El nucli ha de coincidir clarament amb el centre del cercle anteriorment dibuixat a la pissarra, que té un diàmetre d’unes 0,7 parts del mateix índex complet de l’hèlix.
3. Utilitzant quadrats mesura l’alçada de les vores que es troba estrictament per sobre del cercle dibuixat.
4. S’hi noten dos punts, a partir dels quals es van mesurar les distàncies indicades.
   

Cargols ajustables (VRS)

En embarcacions modernes amb motor VRS, rarament s’utilitzen, tot i que, sens dubte, hi ha perspectives de distribució posterior. Això es deu al fet que la possibilitat de canviar la posició de les pales permet avançar, retrocedir o aturar-se sense necessitat de motor invers. En aquest cas, la transformació del valor de pas proporciona unes condicions òptimes de funcionament del cargol, tenint en compte la magnitud de la càrrega, el mode de velocitat i altres factors.

El disseny del SRS és bastant senzill:

• un mecanisme per transmetre la força des del volant de control a la unitat de control;
• hub;
• fulles;
• barra rotativa;
• eix buit

El disseny més senzill es pot utilitzar en vehicles de natació de mida mitjana amb motors amb una capacitat de 70-100 cavalls de potència amb un llindar de velocitat de fins a 25-30 km / h.

Els SRS millorats tenen un accionament hidràulic o mecànic per girar les fulles. El mecanisme de la línia de l’eix de la nau està controlat per un motor elèctric o per la presa d’energia des de l’eix. Aquests models es poden utilitzar en tot tipus d’embarcacions, excepte els vaixells de competició. En aquest darrer cas, això no té sentit, ja que la grandària del concentrador augmenta lleugerament l’eficiència en comparació amb les versions convencionals dissenyades per a un mode de velocitat màxima.

Avantatges i desavantatges

L’accionament de l’hèlix només funciona amb la velocitat de rotació creixent o contínua, i en altres casos fa la funció d’un fre actiu. Això no és especialment convenient, sobretot en competicions esportives. L’eficiència del cargol, en teoria, només és del 75%. De fet, aquest paràmetre no supera el 35%. Per a informació, en el rem, un indicador similar arriba al 60%.

Si compareu la roda de paleta i el cargol, l’últim element de la utilitat guanya per la seva compactitat i lleugeresa. Al mateix temps, es pot reparar fàcilment el mecanisme de la roda malmesa i, quan es deformi el cargol, caldrà substituir l’eix de l’hèlix. Un altre inconvenient és l’elevat perill per a la vida marina, així com la vulnerabilitat (en comparació amb altres mòbils).

Al mateix temps, els elements de les rodes garanteixen un paràmetre de tracció més gran des d’un lloc, convenient per als remolcadors. Però amb forta emoció, exposen ràpidament les peces de treball, cosa que contribueix a la immersió desigual dels elements (un d’ells està completament a l’aigua i el segon és inactiu). Aquesta situació sobrecarrega la unitat de tracció. Això fa que la propulsió de les rodes no sigui apta per a embarcacions marítimes. Anteriorment, s’utilitzaven només per manca d’alternativa. La instal·lació de cargols té un gran avantatge en l’arranjament de vaixells de guerra. Això es deu al fet que s’alça el problema de col·locar canons d’artilleria. La bateria es pot instal·lar a tota la zona de la placa. A més, l’objectiu està emmascarat per l’enemic, el cargol queda completament sota l’aigua.

En conclusió

Els grans eixos d’hèlix amb cargols poden arribar a l’alçada d’una casa de tres plantes; la seva producció requereix equipament especial i habilitats rellevants. Per exemple, durant la construcció de vaixells de vapor del tipus Gran Bretanya, es va trigar més d’una setmana a fer un buit. La tecnologia moderna permet fer-ho en poques hores (subjecte a l’ús d’un manipulador robotitzat). La configuració del cargol s’introdueix al programa d’ordinador, després de la qual cosa l’eina de diamants al final del manipulador prepara una còpia d’escuma ideal. A continuació, el model acabat es col·loca en un morter de ciment de sorra per obtenir la impressió més precisa. Quan el formigó es refreda, les meitats del motlle s’uneixen i s’hi aboca metall fos.

L’elica ha de tenir un índex de resistència elevat per suportar enormes pressions i càrregues, així com suportar processos de corrosió a l’aigua del mar. Els eixos de rem són de bronze, llautó, aliatges d’acer, kunial. No fa gaire temps, es van començar a utilitzar polímers de gran resistència per a aquests propòsits.