Гребные винты из стеклопластика

Катера и Яхты, №43, 1973 год

Научно-производственным объединением «Ритм» выполнен большой объем научно-исследовательских работ по выбору материалов, разработке технологических процессов и основных принципов конструирования гребных винтов из стеклопластика. Вся необходимая документация передана предприятиям для освоения серийного выпуска, и в настоящее время общий объем их производства уже превысил тысячу единиц в год.

Гребные винты из стеклопластика рекомендованы для установки на катерах, моторных шлюпках и малых промысловых судах. Более 200 самых различных катеров и лодок с пластмассовыми гребными винтами уже находятся в эксплуатации в течение двух — четырех лет в различных бассейнах страны. Малые рыбопромысловые суда с такими винтами работают в Атлантическом и Тихом океанах, на Баренцевом, Балтийском, Черном и Каспийском морях, причем многие из них наплавали по 25— 30 тысяч ходовых часов. И почти во всех случаях эксплуатационники отмечают их преимущества перед традиционными металлическими.

Пластмассовые винты не корродируют и уже поэтому имеют более высокий к. п. д. в условиях длительной эксплуатации. Высокие демпфирующие свойства материала и примерно вдвое меньший вес самого винта улучшают условия работы двигателя и валопровода, снижают уровень крутильных колебаний и резонансных напряжений. Длительные испытания продемонстрировали высокую надежность пластмассовых винтов. Благодаря принятым конструктивным мерам, таким, как напрессовка металлической окантовки по краю лопасти, повреждения лопастей при ударах о топляки и на мелководье, как правило, не приводят к выходу винта из строя.

Гребные винты изготовляются либо цельнопластмассовой конструкции, либо с пластмассовыми лопастями, закрепляемыми на металлической ступице. Цельные винты обычно делают диаметром до 1 м; более крупные и сильно нагруженные винты для сохранения прочности приходится делать сборными. Цельные винты, которые крепятся на валу шпонкой, как правило, армируются металлической втулкой — обычно стальной (по значению коэффициента линейного расширения сталь ближе к стеклопластику, чем другие материалы).

При изготовлении гребных винтов обычно применяется стеклоткань толщиной 0,4—0,5 мм, пропитанная связующим. Получающийся стеклопластик — материал анизотропный, т. е. имеющий максимальную прочность в направлении ориентации наибольшего количества армирующих стеклянных волокон. Поэтому волокна при раскрое ткани должны располагаться вдоль лопасти, т. е. вдоль направления действующих напряжений. Процесс изготовления винта и начинается с того, что стеклоткань раскраивается по специальным шаблонам на заготовки, форма и размеры которых заданы теоретическим чертежом. При изготовлении большой серии винтов эта операция механизируется — заготовки вырубаются специальными просечками.

Существуют два основных способа формования лопастей (либо винта целиком): горячее прессование и вакуумно-компрессионное формование. Горячее прессование производится в специальных стальных пресс-формах, оформляющие поверхности которых имеют высокую твердость HRc — 50-60 и чистоту обработки (до 10 класса), отхромированы и отполированы. При этом способе обычно используется не чистая стеклоткань, а термореактивный прессовочный материал — стеклоткань, заранее пропитанная соответствующим связующим на специальной пропиточной машине. Этот материал поставляется готовым — в рулонах, упакованных в мешки из водонепроницаемой пленки, и может храниться в течение трех месяцев при температуре 0° С и ниже.

Пакет заготовок, вырубленных из прессовочного материала, укладывается в матрицу, предварительно покрытую разделительным слоем, и обрезается по контуру лопастей, затем на кромки надевается металлическая окантовка. Пресс-форму закрывают и помещают под пресс, создающий давление на поверхность винта в пределах 50—100 кг/см². Одновременно производится нагрев пресс-формы (паром или электричеством) до температуры 160° С и заготовка выдерживается под давлением до полной полимеризации материала. Затем нагрев прекращается и, во избежание коробления или появления трещин, начинается охлаждение заготовки (водяное) до 30° С. Только после этого снимается давление, заготовку вынимают из пресс-формы, зачищают от облоя и балансируют.

При вакуумно-компрессионном формовании пакет заготовок из стеклоткани помещается в герметичную форму, из которой воздух удаляется вакуум-насосом. Затем под давлением сжатого воздуха (4 кг/см²) сюда подается связующее, которое заполняет все освободившиеся от воздуха поры между стекловолокнами. Процесс идет при сравнительно низкой температуре 60° С.

Этот способ чаще применяется при изготовлении отдельных лопастей Относительно крупных винтов и обеспечивает вполне достаточную их прочность; в то же время благодаря герметизации формы удается исключить нежелательный непосредственный контакт работающих со связующим.

Необходимая для серийного производства пластмассовых винтов оснастка обходится довольно дорого и при том и при другом способе. Так, пресс-форма для горячего прессования, рассчитанная на изготовление 800—1000 катерных винтов диаметром около 500 мм, стоит 4000 руб. Однако даже при этом амортизационные расходы в расчете на один винт не так уж велики — всего 4— 5 руб., что даже несколько ниже, чем при организации производства литых металлических винтов. Важно и то, что трудоемкость изготовления цельнопластмассовых винтов оказывается в 2—3 раза меньше, чем цельнометаллических; переход на пластмассу позволяет экономить ценные цветные металлы — бронзу и латунь, разгрузить уникальное оборудование, занятое механической обработкой металлических винтов.

Даже несмотря на сравнительно высокие цены стеклоткани и связующего (доля материалов в стоимости готового винта составляет 35—40%), стоимость цельнопластмассового гребного винта уже при серии 100 единиц оказывается на одном уровне или даже ниже, чем винта, изготовленного из цветных сплавов. Таким образом, можно считать экономически целесообразным широкое внедрение пластмасс для изготовления катерных гребных винтов наиболее распространенных типоразмеров.