СУДНО С ЛОПАСТНЫМИ ГРЕБНЫМИ КОЛЁСАМИ Российский патент 2015 года по МПК B63H1/04 B63H5/02 B63B1/08 

Наша страна располагает самой большой и самой разветвленной сетью водных путей. В настоящее время освоено не более 10 процентов их протяженности. Но именно в неосвоенных территориях расположены основные природные богатства страны. Именно поэтому в настоящее время принято решение осваивать богатства Сибири и Дальнего Востока.

Физически и морально устаревший речной флот настоятельно требует срочного строительства мощного, современного речного флота большой грузоподъемности, способного работать как на глубокой воде, так и на мелководье. Усложняют задачу как засоренность рек и бурное течение на малых реках, так и битый лед и большое волнообразование в северных широтах, в устьях сибирских рек. В Европейской части страны требуется проведение дорогих дноуглубительных работ или создание новых мощных судов, способных работать при ограниченной осадке.

Суда смешанного плавания способны работать в морских условиях, в речных условиях не способны работать в оптимальном режиме, так как осадка этих судов лимитирована диаметром гребных винтов. Необходимо создать такой движитель, который бы смог создавать большой упор как на глубокой воде, так и в условиях ограниченной осадки. В настоящее время более 95% судов оснащены полнопогружными гребными винтами, которые не могут работать на мелководье. Водометы имеют малое гидравлическое сечение и низкий КПД и поэтому не могут быть установлены на большегрузных судах. Гребные колеса способны развивать большой упор даже на мелководье, но они работают только при 40-50 оборотах в минуту. Двигателестроение же идет по пути увеличения числа оборотов, и эти противоречивые требования непреодолимы. К тому же гребные колеса громоздки, тяжелы, сложны и ненадежны в эксплуатации. Для безударного вхождения в воду шлицы колес делали поворотными, но тогда такие колеса становились в 25 раз тяжелее и в 40 раз дороже. Кроме того, гребные колеса создают большое волнообразование за кормой, на что затрачивается энергия. Многие ученые-кораблестроители, в том числе и нижегородские профессора М.Я. Алферьев и Н.Н. Кабачинский, пытались упорядочить поток воды за кормой, но их конструкции оказывались громоздкими и не нашли применения. Практически все современные движители основаны на использовании принципа винтовой линии, дающей спиралевидный поток за кормой, размывающий берега рек. Тем не менее более 150 лет винты занимают монопольное положение на водном транспорте.

Решение проблемы может быть найдено в разработке нового движителя, отбрасывающего воду строго назад, в сторону, противоположную направлению движения судна. Такая попытка была сделана мной, изобретение №2391249 от 10.06.2010 г.

Настоящим предложением делается попытка усовершенствовать вышеупомянутое изобретение.

Создаваемый движитель должен:

- обладать большим гидравлическим сечением;

- обеспечивать безударный вход в воду;

- не поднимать волну при выходе из воды;

- создавать большой упор судну как при глубокой воде, так и при ограниченной осадке;

- использовать скоростной напор встречного потока воды.

Это можно сделать при поперечном расположении ведущего вала, на котором можно размещать не один винт, как у гребного вала, а несколько гребных колес. Необходимо упорядочить протекание ускоряемой воды от водозаборника до водоотлива в корме. Именно поэтому устройство предлагаемого судна в корме сильно отличается от существующих ныне судов.

Особенностью судна является то, что корпус судна 1 в корме по днищу выполнен из двух коротких водопроточных каналов 2 и 3. По бортам и в середине кормы расположены две бортовые водоизмещающие секции 4 и 5 и одна средняя 6. Они обеспечивают поддержание на плаву движителей 7, 8 и 9, 10, закрепленных на ведущих валах 11 и 12. См. фиг.1, 2.

Ведущие валы закрепляются на вертикальных стенках каналов, на опорах с подшипниками 13, 14 и 15, 16. Усилия от двигателей 17 и 18 передаются на ведущие валы с помощью промежуточных валов 19, 20, 21 и 22, 23, 24 и конических шестерен 25, 26, 27, 28, 29, 30 и 31, 32, 33, 34, 35, 36. Водопроточные каналы на входе имеют воронкообразные водоприемники 37, 38 с решетками ограждения 39, 40. По днищу водопроточных каналов установлены водоспрямляющие листы 41 и 42. На входе в каналы установлены водоспрямляющие пороги 43, 44, которые спрямляют закрученную колесами воду в горизонтальную плоскость. Кормовая часть водопроточных каналов открытая. На выходе из каналов по его бокам установлены перья рулевого устройства 45 и 46. Над ними установлено отделение рулевых машин 47, которое не позволяет выбрасываемому потоку подниматься выше ватерлинии и создавать волнообразование.

Сверху на палубе колеса могут быть закрыты прочной стеклянной крышкой, что позволит туристам наблюдать игру брызг с лопастей колес, подсвеченную цветными прожекторами. Колесо изготавливается из плоскостных деталей. По своему устройству оно предельно простое. У колеса нет ступицы. См. фиг.3, 4. Диски колес 48 крепятся болтами к мощной силовой катушке 49 по ее бортам. Сама катушка насаживается на шлицевой ведущий вал. При необходимости ведущий вал можно изготовить в виде шестигранника. Тогда и отверстия в катушке должны иметь такую же форму. Лопасти 50 закрепляются между двух параллельных друг другу дисков. Это позволяет расположить их на нескольких разноудаленных от вала диаметрах. Все лопасти на дисках расположены так, что им обеспечивается вход в воду под углом 45 градусов. Это позволяет обеспечить как безударный вход в воду, так и выброс ускоренной воды ниже ватерлинии. Лопасти из разноудаленных диаметров объединены в несколько групп, где они при вращении следуют друг за другом на небольшом расстоянии, передавая поток воды на лопасти из более удаленных орбит. Вода с лопастей самого большого диаметра спрямляется днищевыми листами и выбрасывается за корму. На фиг.2 и 3 показаны два спаренных колеса, лопасти которых расположены по двум разноудаленным диаметрам. По окружности лопасти объединены в шесть групп. Колеса можно изготавливать с лопастями, расположенными на 3, 4, 5 и более диаметрах. Соответственно будет меняться как количество лопастей в одной группе, так и количество самих групп на дисках. На фиг.2 показано расположение двух двигательно-движительных комплексов, расположенных по разным бортам судна. Это позволяет иметь судну хорошую управляемость и маневренность. Закрепление лопастей на дисках позволяет разместить лопасти по нескольким разноудаленным от центра вращения диаметрам, что обеспечивает эффективную работу судна при различных осадках. Поперечное расположение ведущих валов позволяет получить большую площадь лопастей, одновременно работающих в водопроточных каналах, что обеспечивает большой упор, недостижимый другими движителями.

Большой упор на судне создается за счет направления все ускоряемой воды строго назад, в сторону, противоположную направлению движения судна. Это достигается как за счет упорядочивания воды и направления ее в водопроточные каналы, так и за счет гребных колес, лопасти которых направляют ускоренную воду только назад. Расположение лопастей на дисках позволяет их расположить так, чтобы перетекающая вода, ускоренная на малых орбитах, сохраняла импульс энергии и передавала его на лопасти с более удаленных от центра вращения орбит. Этим достигается передача энергии центробежных сил для ускорения воды в горизонтальной плоскости, т.е. для движения судна. При вращении колес лопасти входят в воду в безударном режиме под углом наклона 45 градусов. Последующий поворот колес на миг поворачивает лопасти в горизонтальную плоскость, позволяя встречному потоку войти в водопроточный канал. Это не создает сопротивление встречному потоку. При дальнейшем повороте колес лопасти в этой группе становятся под углом к набегающему потоку воды. Большая часть воды ускоряется по направлению к открытому в корме водопроточному каналу. Часть воды, увлекаемая центробежной силой, переливается на более удаленные от центра вращения лопасти. Средняя лопасть передает в воду на лопасть самую удаленную, которая не только ускоряет, но и увлекает за собой накопившуюся воду на днищевых водоотбойных листах. Дальнейший поворот колеса делает лопасти этой группы вертикальными. Вся воды выталкивается через открытый канал. Скопившаяся по днищу вода создает подпор, необходимый лопастям для увеличения плотности воды. Созданию подпора способствует воронкообразная форма водоприемников, которые ускоряют поступления воды за счет энергии движущегося судна. При движении против течения воронка ускоряет поток за счет энергии скоростного напора реки. Плотность воды на лопастях, ускоряющих и выбрасывающих воду за корму, значительно повышает КПД гребных колес. При выходе из воды лопасти уже вертикальные, вода с них скатилась вниз. Днище рулевого устройства, нависающее за каналом, не позволяет образовываться волнообразованию. Вся ускоренная вода направляется в сторону, противоположную движению судна.

Эффективность судов с лопастными гребными колесами складывается из следующих достоинств:

1. Поперечное расположение ведущих валов позволяет получить большую площадь лопастей, одновременно работающих в водопроточных каналах, что обеспечивает большой упор, недостижимый другими движителями.

2. Закрепление лопастей на дисках позволяет разместить лопасти по нескольким разноудаленным от центра вращения диаметрам, что обеспечивает эффективную работу колес при различных осадках судна.

3. Ускоряемый поток воды упорядочивается в водопроточных каналах и направляется за корму только в сторону, противоположную направлению движения судна, затрачивая больше энергии на его движение.

4. Хорошая защищенность колес как снизу, так и по бортам позволяет создавать суда для работы в засоренных фарватерах, битом льду и на волнении. Нет опасности закручивания тросов за движитель, как у траулеров, тральщиков, буксиров, судов технического флота и т. д. Боковая волна не оголяет гребные колеса.

5. Водопроточные каналы, размещенные непосредственно по днищу судна, не требуют затрат энергии на преодоление сопротивления воды в трубах при их подъеме к насосному устройству, как у водометов.

6. Размещение валовой линии выше ватерлинии не создает сопротивления движению судна. Ремонт трансмиссии не требует докования судна и позволяет производить ремонт вне заводских условий.

7. Возможность работы лопастных гребных колес в безударном и безымпульсном режимах позволяет использовать современные двигатели.

Создание судов с лопастными гребными колесами позволит расширить акваторию, обслуживаемую водным транспортом, исключить перегрузочные работы при входе в речные порты, разгрузить железнодорожные и автомобильные дороги, уменьшить затраты на дорогостоящие дноуглубительные работы, используя только новое конструктивное решение. Это даст стране огромный экономический эффект.

Изобретение относится к области судостроения, а именно к судам с лопастными гребными колёсами. Корма судна с лопастными гребными колёсами выполнена в виде двух сквозных водопроточных каналов, разделяющих днище на три водоизмещающих секции. На вертикальных стенках водопроточных каналов установлены опоры двух ведущих валов с гребными колёсами, состоящими из двух параллельных друг другу прочных дисков с установленными между ними лопастями, расположенными по нескольким разноудалённым диаметрам. При вращении колёс лопасти двигаются друг за другом группами, переливая воду на более удалённые от вала лопасти, обеспечивая им безударный вход в воду под углом в 45 градусов. При выходе из воды угол наклона лопастей к горизонту обеспечивает им выброс ускоренной воды ниже ватерлинии. Достигается создание судна с движителем, обладающим большим гидравлическим сечением, обеспечивающим безударный вход в воду, отсутствие волны при выходе из воды, создание большого упора судну как при глубокой воде, так и при ограниченной осадке, возможность использования скоростного напора встречного потока воды. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Судно с лопастными гребными колесами, состоящее из корпуса, двигателей, трансмиссий с ведущими валами, располагающимися перпендикулярно направлению движения судна, гребных колес, водопроточных каналов, рулевого устройства, отличающееся тем, что корма судна выполнена в виде двух сквозных водопроточных каналов, разделяющих днище на три водоизмещающие секции, на вертикальных стенках которых установлены опоры двух ведущих валов с гребными колесами, состоящими из двух параллельных друг другу прочных дисков с установленными между ними лопастями, расположенными по нескольким разноудаленным от вала диаметрам так, что при вращении колес они следуют друг за другом группами, переливая воду на более удаленные от вала лопасти, обеспечивая при этом им безударный вход в воду под углом в 45 градусов, а при выходе из воды угол их наклона к горизонту обеспечивает им выброс ускоренной воды ниже ватерлинии.

2. Судно с лопастными гребными колесами по п.1, отличающееся тем, что силовые усилия на лопасти передаются через прочные диски, закрепленные к бортам мощной силовой катушки, насаженной на ведущий вал.

3. Судно с лопастными гребными колесами по п.1, отличающееся тем, что водопроточные каналы на входе имеют воронкообразные водоприемники.

4. Судно с лопастными гребными колесами по п.1, отличающееся тем, что по днищу водопроточных каналов установлены водоспрямляющие листы.

5. Судно с лопастными гребными колесами по п.1, отличающееся тем, что на входе в водопроточные каналы под колесами установлены водоспрямляющие пороги.