RU225017U1

RU225017U1 - Propeller with functional blade coating

Info

Publication number: RU225017U1
Application number: RU2023134255U
Authority: RU
Inventors: Игорь Владимирович Родионов; Ирина Владимировна Перинская; Любовь Евгеньевна Куц
Filing date: 2023-12-20
Publication date: 2024-04-11

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к области судостроения и может быть использована в конструкциях винтовых движителей регулируемого шага. Технический результат полезной модели заключается в создании на поверхности лопастей гребного винта функционального покрытия, обладающего повышенной стойкостью к кавитационному, коррозионному и механическому разрушениям, полученного в результате лазерной наплавки порошка оксида алюминия. Гребной винт с функциональным покрытием лопастей, содержащий ступицу с закрепленными на ней лопастями с обеспечением их поворота относительно ступицы, лопасти выполнены составными и состоящими, по меньшей мере, из двух частей, при этом каждая часть лопасти имеет самостоятельную возможность поворота, на поверхности лопастей имеется функциональное покрытие, обладающее повышенной прочностью и стойкостью к кавитационному, коррозионному и механическому разрушениям, полученное в результате лазерной наплавки порошка оксида алюминия, при этом толщина покрытия составляет 0,8-1,0 мм, а микротвердость 12-14 ГПа. 1 ил. The proposed utility model relates to the field of shipbuilding and can be used in the designs of adjustable pitch screw propulsors. The technical result of the utility model is to create a functional coating on the surface of the propeller blades, which has increased resistance to cavitation, corrosion and mechanical damage, obtained as a result of laser cladding of aluminum oxide powder. A propeller with a functional coating of the blades, containing a hub with blades attached to it ensuring their rotation relative to the hub, the blades are made composite and consist of at least two parts, with each part of the blade having an independent possibility of rotation, on the surface of the blades there is a functional a coating with increased strength and resistance to cavitation, corrosion and mechanical damage, obtained as a result of laser surfacing of aluminum oxide powder, with a coating thickness of 0.8-1.0 mm and a microhardness of 12-14 GPa. 1 ill.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к области судостроения и может быть использована в конструкциях винтовых движителей регулируемого шага.The proposed utility model relates to the field of shipbuilding and can be used in the design of adjustable pitch screw propulsors.

В процессе эксплуатации рабочие элементы гребных винтов (лопасти) взаимодействуют с потоками морской и речной воды, где подвергаются кавитационной эрозии и коррозионному разрушению, а в присутствии различных твердых частиц - механическому износу.During operation, the working elements of propellers (blades) interact with flows of sea and river water, where they are subject to cavitation erosion and corrosion destruction, and in the presence of various solid particles - mechanical wear.

В процессе такой работы происходит износ рабочих элементов, что в дальнейшем требует их замены. В условиях постоянного кавитационного и коррозионного воздействия, а также механического износа наиболее подверженными разрушениям элементами гребного винта являются поверхности лопастей. Поэтому материалы лопастей должны обладать повышенными защитными свойствами и прочностными характеристиками, обеспечивающими высокую сопротивляемость различным разрушающим воздействиям.In the process of such work, the working elements wear out, which subsequently requires their replacement. Under conditions of constant cavitation and corrosion effects, as well as mechanical wear, the most susceptible elements of the propeller to destruction are the surfaces of the blades. Therefore, blade materials must have increased protective properties and strength characteristics that provide high resistance to various destructive influences.

Важной особенностью работы гребных винтов и эксплуатации судов в холодных климатических условиях при пониженных температурах является значительный износ поверхности и деформация лопастей гребных винтов в процессе их контактирования с фрагментами льда. В этих условиях происходит ускоренное разрушение конструкции винтов и повышается вероятность их выхода из строя. Поэтому данные изделия должны обладать не только высокой конструкционной прочностью, но и повышенной поверхностной прочностью.An important feature of the operation of propellers and the operation of ships in cold climates at low temperatures is significant surface wear and deformation of the propeller blades during their contact with ice fragments. Under these conditions, accelerated destruction of the screw structure occurs and the likelihood of their failure increases. Therefore, these products must have not only high structural strength, but also increased surface strength.

В связи с этим задача разработки конструкции гребного винта с повышенной сопротивляемостью поверхности лопастей кавитационному, коррозионному и механическому видам разрушений является актуальной и экономически востребованной для изготовления гребных винтов морских и речных судов.In this regard, the task of developing a propeller design with increased resistance of the blade surface to cavitation, corrosion and mechanical types of damage is relevant and economically in demand for the manufacture of propellers for sea and river vessels.

Современные технологии располагают достаточным количеством способов защиты от кавитационного и коррозионного разрушения, а также механического износа: наплавка износостойким материалом, газоплазменное напыление твердосплавных порошков, поверхностное пластическое деформирование, химико-термическая обработка и др.Modern technologies have a sufficient number of methods of protection against cavitation and corrosion destruction, as well as mechanical wear: surfacing with wear-resistant material, gas plasma spraying of carbide powders, surface plastic deformation, chemical-thermal treatment, etc.

Известна конструкция гребного винта фиксированного шага (ГВФШ) [Русецкий А.А., Судовые движители / А.А. Русецкий, М.М. Жученко, О.В. Дубровин. Л.: Судостроение, 1971. С. 6-9], включающая гребной вал, ступицу и лопасти, закрепленные на ступице.The design of a fixed pitch propeller (FPG) is known [Rusetskiy A.A., Ship propulsors / A.A. Rusetsky, M.M. Zhuchenko, O.V. Dubrovin. L.: Shipbuilding, 1971. P. 6-9], including a propeller shaft, a hub and blades mounted on the hub.

Недостатком данной конструкции является недостаточно высокая стойкость поверхности лопастей гребного винта к кавитационному, коррозионному и механическому разрушениям.The disadvantage of this design is the insufficiently high resistance of the surface of the propeller blades to cavitation, corrosion and mechanical damage.

Известна конструкция гребного винта регулируемого шага (ГВРШ) [Орехов П.В. Гребные винты регулируемого шага / П.В. Орехов, В.С. Муругов. Москва: Изд. ВИНИТИ, 1961. С. 67], установленного на гребном валу и включающая ступицу с закрепленными на ней лопастями с обеспечением их поворота относительно ступицы.The design of a controlled pitch propeller (GVR) is known [Orekhov P.V. Adjustable pitch propellers / P.V. Orekhov, V.S. Murugov. Moscow: Publishing house. VINITI, 1961. P. 67], installed on the propeller shaft and including a hub with blades attached to it, ensuring their rotation relative to the hub.

Наиболее близким к предлагаемому решению является конструкция гребного винта регулируемого шага [Патент RU №2658199, МПК В63Н 3/04, опубл. 19.06.2018], содержащий ступицу с закрепленными на ней лопастями с обеспечением их поворота относительно ступицы. Лопасти выполнены составными и состоят по меньшей мере из двух частей. Каждая часть лопасти имеет самостоятельную возможность поворота.The closest to the proposed solution is the design of a variable pitch propeller [Patent RU No. 2658199, IPC V63N 3/04, publ. 06/19/2018], containing a hub with blades attached to it, ensuring their rotation relative to the hub. The blades are made composite and consist of at least two parts. Each part of the blade has its own ability to rotate.

Задачей полезной модели является создание конструкции гребного винта с повышенной стойкостью поверхности лопастей к кавитационному, коррозионному и механическому видам разрушений.The purpose of the utility model is to create a propeller design with increased resistance of the blade surface to cavitation, corrosion and mechanical types of damage.

Технический результат полезной модели заключается в создании на поверхности лопастей гребного винта функционального покрытия, обладающего повышенной стойкостью к кавитационному, коррозионному и механическому разрушениям, полученного в результате лазерной наплавки порошка оксида алюминия.The technical result of the utility model is to create a functional coating on the surface of the propeller blades, which has increased resistance to cavitation, corrosion and mechanical damage, obtained as a result of laser cladding of aluminum oxide powder.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемой конструкции гребного винта с функциональным покрытием лопастей, содержащей ступицу с закрепленными на ней лопастями с обеспечением их поворота относительно ступицы, лопасти выполнены составными и состоящими, по меньшей мере, из двух частей, при этом каждая часть лопасти имеет самостоятельную возможность поворота, согласно новому техническому решению, на поверхности лопастей имеется функциональное покрытие, обладающее повышенной прочностью и стойкостью к кавитационному, коррозионному и механическому разрушениям, полученное в результате лазерной наплавки порошка оксида алюминия, при этом толщина покрытия составляет 0,8-1,0 мм, а микротвердость 12-14 ГПа.The problem is solved due to the fact that in the proposed design of a propeller with a functional coating of the blades, containing a hub with blades attached to it to ensure their rotation relative to the hub, the blades are made composite and consist of at least two parts, with each part the blades have an independent ability to rotate, according to a new technical solution, on the surface of the blades there is a functional coating with increased strength and resistance to cavitation, corrosion and mechanical damage, obtained as a result of laser surfacing of aluminum oxide powder, while the thickness of the coating is 0.8-1 .0 mm, and the microhardness is 12-14 GPa.

Конструкция гребного винта с функциональным покрытием лопастей может быть изготовлена из конструкционных сталей путем обработки давлением, отделочных механических операций и посредством процессов сварки. Формирование функционального покрытия осуществляется способом наплавки путем расплавления частиц оксида алюминия под воздействием непрерывного лазерного излучения и созданием функционального поверхностного слоя.The propeller structure with functional blade coating can be manufactured from structural steels through forming, finishing mechanical operations and through welding processes. The formation of a functional coating is carried out by surfacing by melting aluminum oxide particles under the influence of continuous laser radiation and creating a functional surface layer.

Описание конструкции.Description of the design.

На фиг. 1 приведена конструкция гребного винта с функциональным покрытием лопастей: 1 - передняя часть лопасти, 2 - задняя часть лопасти, 3 - ступица, 4 - узлы поворота, 5 - функциональное покрытие.In fig. Figure 1 shows the design of a propeller with a functional coating of the blades: 1 - front part of the blade, 2 - rear part of the blade, 3 - hub, 4 - turning units, 5 - functional coating.

Гребной винт с функциональным покрытием лопастей (фиг. 1) размещен на гребном валу (на фиг. не показан) и содержит ступицу 3 с закрепленными в ней лопастями, каждая из которых состоит из передней части 1 и задней части 2, то есть все лопасти выполнены составными из двух частей. При этом каждая часть имеет самостоятельную возможность поворота при помощи узла поворота 4. При повороте частей 1 и 2 лопастей при помощи узлов поворота 4 каждая лопасть может работать как две самостоятельные лопасти или при совмещении они могут образовывать единую лопасть. На всей поверхности передней 1 и задней 2 частей лопастей гребного винта имеется функциональное покрытие 5, которое имеет толщину 0,8-1,0 мм и суммарную пористость 5-10%. Функциональное покрытие 5 передней 1 и задней 2 частей лопастей гребного винта получено в результате лазерной наплавки порошка оксида алюминия дисперсностью 0,8- 1,5 мкм и имеет микротвердость в диапазоне значений 12-14 ГПа. Данное покрытие обеспечивает повышенную прочность и стойкость поверхности лопастей к кавитационному, коррозионному и механическому видам разрушений, что, в свою очередь, повышает эксплуатационную надежность конструкции.A propeller with a functional coating of the blades (Fig. 1) is placed on the propeller shaft (not shown in Fig.) and contains a hub 3 with blades fixed in it, each of which consists of a front part 1 and a rear part 2, that is, all blades are made composed of two parts. In this case, each part has the independent ability to rotate using the rotation unit 4. When turning parts 1 and 2 of the blades using the rotation units 4, each blade can work as two independent blades or, when combined, they can form a single blade. On the entire surface of the front 1 and rear 2 parts of the propeller blades there is a functional coating 5, which has a thickness of 0.8-1.0 mm and a total porosity of 5-10%. The functional coating 5 of the front 1 and rear 2 parts of the propeller blades was obtained as a result of laser surfacing of aluminum oxide powder with a dispersion of 0.8-1.5 microns and has a microhardness in the range of 12-14 GPa. This coating provides increased strength and resistance of the blade surface to cavitation, corrosion and mechanical types of damage, which, in turn, increases the operational reliability of the structure.

Устройство работает следующим образомThe device works as follows

Переднюю 1 и заднюю 2 части лопасти гребного винта монтируют в узлах поворота 4 ступицы 3, которую фиксируют на гребном валу (на фиг. не показан). Вращение гребного винта создает тягу за счет создания разности давлений между лопастями винта и окружающей средой. При вращении гребного винта вода засасывается в пространство между лопастями, затем выходит из него с большей скоростью и создает реактивную тягу, толкающую судно вперед.The front 1 and rear 2 parts of the propeller blade are mounted in the rotation units 4 of the hub 3, which is fixed on the propeller shaft (not shown in the figure). The rotation of the propeller produces thrust by creating a pressure difference between the propeller blades and the environment. When the propeller rotates, water is drawn into the space between the blades, then comes out at a higher speed and creates jet thrust, pushing the ship forward.

Наличие функционального покрытия 5 на поверхности передней 1 и задней 2 частей лопастей гребного винта обеспечивает повышенную прочность и стойкость к кавитационному, коррозионному и механическому разрушениям, что способствует повышению эксплуатационной надежности конструкции гребного винта в целом.The presence of a functional coating 5 on the surface of the front 1 and rear 2 parts of the propeller blades provides increased strength and resistance to cavitation, corrosion and mechanical damage, which helps to increase the operational reliability of the propeller design as a whole.

Исследования показали, что оптимальными значениями параметров процесса лазерной наплавки функционального покрытия из порошка оксида алюминия дисперсностью 0,8-1,5 мкм на поверхность лопастей гребного винта являются следующие: мощность лазерного излучения в непрерывном режиме воздействия 10-12 Вт, диаметр лазерного пятна 0,7-1,0 мм, скорость обработки 120-150 мм/с. При уменьшении значений указанных параметров эффект упрочнения не наблюдается, а при их увеличении функциональное покрытие, полученное в результате лазерной наплавки порошка оксида алюминия, характеризуется грубой, неоднородной структурой, обусловленной образованием множества дефектных участков в виде пережогов и наплывов. В указанном диапазоне параметров происходит расплавление частиц порошка оксида алюминия под воздействием непрерывного лазерного излучения и формирование функционального покрытия толщиной 0,8-1,0 мм с величиной микротвердости 12-14 ГПа, что обеспечивает повышение стойкости поверхности лопастей гребного винта к кавитационному, коррозионному и механическому разрушениям не менее чем на 30%.Research has shown that the optimal values for the process parameters of laser cladding of a functional coating from aluminum oxide powder with a dispersion of 0.8-1.5 microns on the surface of the propeller blades are the following: laser radiation power in a continuous mode of exposure 10-12 W, laser spot diameter 0. 7-1.0 mm, processing speed 120-150 mm/s. When the values of these parameters decrease, the hardening effect is not observed, and when they increase, the functional coating obtained as a result of laser cladding of aluminum oxide powder is characterized by a rough, heterogeneous structure due to the formation of many defective areas in the form of burns and sagging. In the specified range of parameters, aluminum oxide powder particles are melted under the influence of continuous laser radiation and a functional coating with a thickness of 0.8-1.0 mm with a microhardness value of 12-14 GPa is formed, which increases the resistance of the surface of the propeller blades to cavitation, corrosion and mechanical damage. destruction by at least 30%.

Таким образом, предложенная конструкция гребного винта имеет на поверхности лопастей функциональное покрытие из порошка оксида алюминия, обеспечивающее повышенную стойкость к кавитационному, коррозионному и механическому разрушениям, а также способствующее повышению эксплуатационной надежности всей конструкции винта, что позволяет значительно увеличить срок ее эксплуатации.Thus, the proposed propeller design has a functional coating of aluminum oxide powder on the surface of the blades, which provides increased resistance to cavitation, corrosion and mechanical damage, and also helps to increase the operational reliability of the entire propeller structure, which can significantly increase its service life.

Claims

A propeller with a functional coating of the blades, containing a hub with blades attached to it, ensuring their rotation relative to the hub; the blades are made composite and consisting of at least two parts, and each part of the blade has an independent possibility of rotation, characterized in that The surface of the blades has a functional coating with increased strength and resistance to cavitation, corrosion and mechanical damage, obtained as a result of laser surfacing of aluminum oxide powder, while the thickness of the coating is 0.8-1.0 mm, and the microhardness is 12-14 GPa.