Лопастное колесо
Изобретение относится к судостроению, а именно к лопастным движителям. Лопастное колесо состоит из катушки, закрепленной на поперечном гребном валу, двух параллельных между собой дисков, закрепленных по бортам катушки и водоподающих и водовыбрасывающих лопастей. Все лопасти по группам закреплены между дисками и каждая из группы лопасть находится на своем разноудаленном от вала диаметре. Водоподающие лопасти закреплены по наименьшему диаметру диска и изогнуты по дуге в сторону вала, а водовыбрасывающие лопасти закреплены по наибольшему диаметру диска и его лопасти изогнуты по дуге в сторону от гребного вала и при вращении колеса они изменяют свой угол наклона к поверхности воды так, что обеспечивают безударный вход в воду, переливание воды на нижерасположенные лопасти, ускорение и выброс воды в сторону, противоположную направлению движения судна. Достигается создание большого упора судну при небольшой осадке. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наша страна располагает самой большой и самой разветвленной сетью рек. Но огромнейшая акватория рек, озер, водохранилищ, прибрежных зон морей в большинстве случаев не используется в должной мере из-за их небольшой глубины. Судоходством освоено не более 15% их территории. В связи с обмелением рек пароходства несут многомиллиардные убытки. Железнодорожные и автомобильные дороги перегружены. Тем не менее, новые речные суда не строятся. Толкачи, буксиры и баржи составляют в настоящее время основную часть флота. Они доживают последние годы своего срока службы. При замене морально и физически устаревшего флота необходимо обеспечить плавание на мелководье. Огромные природные запасы страны остались не по берегам магистральных рек, а по боковым мелководным рекам Сибири и Дальнего Востока. При глубинах менее 2-х метров сейчас практически нет транспортного флота. Ранее же суда с гребными колесами эксплуатировались на глубинах 0,3-0,5 м. Они способны были развивать большой упор даже на мелководье. Но они были громоздки, тяжелы, сложны и ненадежны в эксплуатации. Число оборотов их двигателей было 30-50 об/мин. Для безударного вхождения в воду их колеса делались с поворотными лопастями, но тогда они становились в 25 раз тяжелее и в 40 раз дороже. Колеса создавали большое волнообразование и удары плиц о воду, на что бесполезно тратилась энергия. КПД их был невысок. Кроме того, колеса были очень чувствительны к изменениям осадки судна. На волнении колеса оголялись. Они были плохо защищены как сбоку, так и снизу. При засоренном фарватере они часто выходили из строя. В настоящее время суда с гребными колесами не эксплуатируются. Требуется новый движитель, способный создавать большой упор при небольшой осадке. В настоящее время более 95% транспортного флота оснащено гребными винтами, изобретенными более 150 лет назад. Гребные винты - полнопогружные движители. Для их работы требуется запас воды как сверху, так и снизу. Ступицы для крепления лопастей также занимают большую часть гидравлического сечения движителя. Гребные винты не способны выбрасывать воду горизонтально в сторону, противоположную направлению движения судна. Часть энергии двигателей бесполезно затрачивается на размыв берегов. В некоторых странах в пределах городской черты уже запретили эксплуатировать такие суда.
Винты не способны работать на мелководье. Большегрузные морские суда при заходе в реки требуют дорогостоящих работ по перегрузке, т.к. осадка не позволяет входу. Зачастую осадка этих судов ненамного превышает необходимую для захода в устье рек. Дедвейт судна можно сохранить, если суда проектировать немного шире и длиннее, а осадку уменьшить. Двигатель можно установить мощнее, но для создания упора требуется движитель с меньшим диаметром, но с большим упором.
Создание такого движителя требуется и для мелкосидящих судов, т.к. после разгрузки на таких судах для хода порожнем требуется принимать балласт более половины дедвейта, что недопустимо из-за экономических соображений.
Водометы имеют малое гидравлическое сечение и не способны создавать большой упор, необходимый большегрузному судну.
Суда с динамическими принципами поддержания не могут быть большегрузными судами по экономическим соображениям. Эксплуатирующиеся на мелководье катера не решают проблемы большой грузоперевозки.
Изобретением №2391249 от 10.06.2010 г. была сделана попытка создания движителя, способного давать большой упор при малой осадке. На конкурсе им. Кулибина изобретение получило диплом лучшего изобретения года в сфере транспорта. Изобретением предлагалось решение вопроса получения большого упора на мелководье за счет расположения движителя на гребном валу, расположенного перпендикулярно направлению движению судна. Лопасти движителя закреплялись на цилиндре.
На фиг. 1 показано лопастное гребное колесо. Устройство его предельно простое. Колесо состоит из прочной катушки - 1, по бортам которой закреплены два параллельных между собой диска - 2 и 3. Между дисками закреплены слегка изогнутые прямоугольные вращающиеся по трем орбитам лопасти. Ближе к центру вращения на двух орбитах закреплены водоподающие лопасти - 4. По самой удаленной от центра вращения орбите закреплены водовыбрасывающие лопасти - 5. Водоподающие лопасти при небольшой глубине закрепляются на одной орбите. На судах типа река-море, имеющих большой диаметр колеса, водоподающие лопасти устанавливаются не менее чем на двух орбитах. Это необходимо для того, чтобы при всплытии судна после разгрузки в воде оставались лопасти водовыбрасывающей орбиты, необходимые для хода судна порожнем фиг. 2. Водоподающие лопасти в поперечном сечении представляют из себя дуги, изогнутые в сторону гребного вала. Водовыбрасывающие лопасти представляют из себя в сечении удлиненную фигуру: в середине - прямую линию, переднюю, по ходу вращения, кромку - дугу, изогнутую в сторону вала, заднюю кромку - дугу, изогнутую от вала. Это сделано для лучшего сопряжения с впереди идущими водоподающими лопастями, а также для более эффективного выброса воды за корму судна. Лопастное колесо - движитель, не имеющий гребные винты ступицы. Это позволяет закреплять лопасти к дискам в любом месте и под любым углом к поверхности воды. Вышесказанное говорит о том, что лопастному колесу не требуется сложный и ненадежный механизм поворота лопастей. Из фиг. 1 видно, что лопасти объединены в шесть групп. Каждая из этой группы лопасть закреплена на своей орбите. Группа лопастей представляет собой функционально единое целое. Лопасти расположены между собой на таком расстоянии, которое обеспечивает максимально эффективные переливы воды на самую удаленную от центра вращения водовыбрасывающую лопасть, имеющую самую большую окружную скорость. Закрепление лопастей на дисках обеспечивает безударный вход в воду, перелив воды на ниже расположенную лопасть, ускорение и выброс воды в сторону, противоположную движению судна. Размещение лопастей на нескольких орбитах позволяет создавать суда, способные плавать как по мелководью, так и на глубокой воде. На поперечных гребных валах можно разместить много лопастных колес от борта до борта, многократно увеличивая упор судна. Это позволяет создавать большегрузные плоскодонные суда с лопастными колесами. Определяющим при выборе диаметра колеса для судов смешанного плавания будут условия плавания судов в реках. Изобретение лопастного колеса шнекового типа открывает дорогу для создания высокоэффективных судов нового поколения, которые расширят акваторию, обслуживаемую водным транспортом, используя для этого новое конструктивное решение.
1. Лопастное колесо, состоящее из катушки, закрепленной на поперечном гребном валу; двух параллельных между собой дисков, закрепленных по бортам катушки; водоподающих и водовыбрасывающих лопастей, отличающееся тем, что все лопасти по группам закреплены между дисками, и каждая из группы лопасть находится на своем разноудаленном от вала диаметре, причем водоподающие лопасти закреплены по наименьшему диаметру диска и изогнуты по дуге в сторону вала, а водовыбрасывающие лопасти закреплены по наибольшему диаметру диска и его лопасти изогнуты по дуге в сторону от гребного вала и при вращении колеса они изменяют свой угол наклона к поверхности воды так, что обеспечивают безударный вход в воду, переливание воды на нижерасположенные лопасти, ускорение и выброс воды в сторону, противоположную направлению движения судна.
2. Лопастное колесо по п.1, отличающееся тем, что водоподающие и водовыбрасывающие лопасти закреплены относительно друг друга так, что при вращении колес обеспечивается максимально возможная передача массы ускоренной воды на водовыбрасывающие лопасти.
3. Лопастное колесо по п.1, отличающееся тем, что лопасти совместно с дисками образуют расширяющиеся к низу сосуды, куда поступает встречный скоростной поток воды, уплотняющий турбулентный поток и увеличивающий тем самым создаваемый колесом упор.
4. Лопастное колесо по п.1, отличающееся тем, что размещение лопастей на разноотстоящих от гребного вала диаметрах обеспечивает эффективную работу колеса при различных осадках судна.
5. Лопастное колесо по п.1, отличающееся тем, что размещение лопастей между двух параллельных дисков обеспечивает созданию большого упора судну при установке нескольких колес на поперечном гребном валу.
