Судовой движитель преобразует подводимую к нему энергию в движение судна. К судовым движителям относятся гребное весло, парус, гребное колесо, гребной винт, крыльчатый движитель, водометный движитель и т. п. На подавляющем большинстве морских судов движителями являются гребные винты.
При вращении гребного винта на его лопастях возникают силы реакции воды Р, которые образуют упор винта Р, движущий судно. Создание упора гребного винта можно пояснить на примере (рис. 111): болт при вращении в гайке воспринимает давление поверхностей ее резьбы или упорную реакцию гайки и создает осевую силу Р.
Гребные винты могут быть с фиксированным шагом (ВФШ) и регулируемым шагом (ВРШ). Для изготовления гребных винтов применяют латунь, бронзу, углеродистую или легированную сталь. Конструкция гребных винтов фиксированного шага цельнолитого (а) и со съемными лопастями (б) показана на рис. 112. Цельнолитые гребные винты применяются только у небольших судов. Число лопастей винта может быть от трех до семи. Гребной винт имеет коническую посадочную поверхность, по которой пригоняется конус гребного вала. Со стороны дейдвуда на ступице винта предусматривается уплотнение, защищающее вал от проникновения воды. Винт с валом соединяют гидропрессовым способом или с предварительным подогревом ступицы. Гребной винт закрепляют на валу гайкой, которую надежно стопорят. Для уменьшения сопротивления гайку закрывают обтекателем и все монтажные вырезы на винте заделывают цементом.
Основные элементы гребного винта — диаметр D и шаг Н. Диаметр винта равен его удвоенному радиусу. Шаг винта — это расстояние, проходимое винтом за один оборот в плотной среде. Если бы винт вращался в твердой гайке, то путь, проходимый им в осевом направлении за один оборот, равнялся бы шагу. В действительности при работе в воде за счет скольжения путь винта за один оборот меньше шага.
Элементы гребного винта должны одновременно соответствовать силовой установке и преодолеваемому судном сопротивлению. Только в этом случае двигатель будет развивать наибольшую эксплуатационную мощность при номинальной частоте вращения, что обеспечит наивысшую скорость судна.
Если, например, шаг винта меньше необходимого, то двигатель легко разовьет номинальную частоту вращения. Но при этом среднее индикаторное давление Pi будет ниже установленного, и мощность не будет использована полностью. Такой винт называют гидромеханически «легким» (не путать с массой винта).
При увеличенном шаге винта допустимое значение Pi устанавливается при частоте вращения ниже номинальной. В этом случае дизель будет работать на предельном тепловом режиме, но его мощность также не будет полностью использована. Такой винт называют гидродинамически «тяжелым». В обоих случаях скорость судна будет занижена.
При следовании судна против ветра, на мелководье, во льдах, при обрастании подводной части корпуса, при буксировке и т. п. его сопротивление движению увеличивается, и гребной винт становится гидродинамически «тяжелым». Во всех этих случаях необходимо уменьшать подачу топлива, иначе двигатель будет работать с перегрузкой, что приведет к повышенным взносам и поломкам.
Винты регулируемого шага (рис. 113) лишены этого недостатка. Разворотом лопастей на нужный шаг достигают полного использования мощности дизеля при номинальной частоте вращения независимо от изменения сопротивления движению судна. Кроме этого, применение ВРШ позволяет использовать нереверсивные двигатели, что также является их достоинством.
Для изменения шага чаще всего применяют механизм гидравлического типа (рис. 114). Штанга 1, осуществляющая поворот лопастей, проходит внутри полого гребного вала и оканчивается поршнем 7. Поршень может перемещаться в гидравлическом цилиндре 8 под действием масла, поступающего в одну из его полостей. Гидравлический цилиндр вращается вместе с гребным валом и передает крутящий момент от двигателя к винту. Для уменьшения шага винта перемещают распределительный золотник 4, и масло, непрерывно подаваемое масляным насосом 3, поступает по сверлению в штанге или кольцевому зазору между штангой и валом в одну из полостей гидравлического цилиндра. Из другой полости масло через золотник сливается в бак 2. Под давлением масла поршень и связанная с ним штанга перемещаются в осевом направлении и осуществляют поворот лопастей. С поршнем связаны тяги 9, которые перемещают по валу скользящий подшипник 6 и зубчатую рейку 5. Рейка поворачивает зубчатое колесо и присоединенную к нему стрелку указателя шага.
К недостаткам ВРШ можно отнести их сложность и высокую стоимость, а также меньший к.п.д. и большую вероятность поломки при плавании во льдах.
На судах, требующих высокой маневренности (портовые буксиры, плавучие краны и т. п.), иногда применяют крыльчатые движители. Крыльчатый движитель (рис. 115) представляет собой вращающийся диск 1, который установлен в плоской части днища так, что в воде остаются только крылообразные поворотные лопасти 2. Вращаясь вместе с диском, лопасти одновременно могут поворачиваться вокруг своих осей специальным механизмом, соединенным с валом главного двигателя. У крыльчатых движителей можно изменять силу упора в любом направлении при всех скоростях хода (вплоть до нуля), благодаря чему отпадает необходимость в применении обычных судовых рулей и реверсивных главных двигателей. Однако к.п.д. крыльчатых движителей низок, они примерно в 10 раз тяжелее гребных винтов, сложнее и дороже.
