Предлагаемая пловучая гидросиловая установка предназначается для работы нормальным течением рек при удовлетворительной глубине.
На фиг. 1 схематического чертежа изображен водяной двигатель, на фиг. 2 - предлагаемая пловучая гидросиловая установка и на фиг. 3 - двигатель в плане.
Водяной двигатель (фиг. 1) устанавливается на судне (фиг. 2); необходимо, чтобы он был подвижным в вертикальной плоскости; для этого применяется подъемный кран О с подвижной балкой (фиг. 2), которая во время работы двигателя служит для закрепления верхнего конца его оси, тогда как закрепление нижнего конца достигается путем пропускания через полость цилиндрической оси винта 2, конец которого ввинчивается в грунт (фиг. 2). Сам винт является составной частью оси, введенной лишь из соображения создать нижнюю опору для нее. Закрепление производится при помощи носового якоря 3 (фиг. 2), который удерживает судно на одном месте; одновременно создается опора для рабочего механизма. В результате, одной опорой двигателя служит дно потока или реки, что достигается при помощи винта 2, а другой - опять дно, но только в более верхней части потока, что достигается при помощи связи: ось - балка - судно - цепь - якорь - грунт.
Вращение двигателя происходит на вертикальной оси в горизонтальной плоскости, приблизительно параллельной проектному уровню дна реки (параллельной поверхности движущейся воды потока). Двигатель потеряет в воде часть своего веса; поэтому нижняя опора (шариковая) рассчитывается лишь на напряжение, обусловленное весом цилиндрического вала, лопастей и шестерни за вычетом потери в весе, тогда как ось двигателя должна рассчитываться на фактическое напряжение рабочих лопастей. Трубчатая ось L (фиг. 1) соединена внизу с поддоном а для шарикового подпятника.
Нижний подшипник 3 (фиг. 1), служащий для вертикальной опоры, состоит из гайки в виде поддона а, навернутой предварительно на конец цилиндрической оси, имеющей нарезку b; через ее отверстие меньшего радиуса с нарезкой пропускается наконечник (винт) 2; гайка несет на своем широком блюдце все элементы шарикового подшипника. Ось L служит для направления составного, вертикального трубчатого вала 4, 5, 6, головки 8 и ножки 4 двигателя и пропускает через себя стояк 1 (фиг. 1), служащий, в свою очередь, для направления оси L. Ножка из широкого блюдца с резко переходит в цилиндрическую часть d, которая заканчивается приливами: узким е для скрепления со следующей частью вала и массивным в пределах второй полуокружности f с ложем для лопастного вала и также узким окончанием g для скрепления с продолжением. Радиус полости ножки несколько больший радиуса оси, что необходимо для пропуска вкладыша h. Каждая средняя часть 5, 6, 7 несет три главных элемента и приливы для скрепления: покрышку для ложа лопастного вала в нижнем конце i; самостоятельное ложе-прилив с покрышкой - в середине k, при чем покрышка закрепляется двумя болтами только к оконечности прилива-ложа, будучи сама отъемной (частью она рассчитана на то, что большая часть напряжения будет передаваться на скрепляющие ее с приливом болты); прилив-ложе такой же, как и у ножки, в верхнем конце L. Головка цилиндрического вала 8 заканчивается цилиндрической частью О, на которую насажена шестерня 14. Лопастные валы А, В, С, D и Е, F, G, Н вкладываются в свои подшипники и части соединяются болтами. Плоскости расположения лопастных валов нормальны друг другу; на случай нежелательного сдвига, они укреплены в гнездах установочными кольцами (на чертеже они не указаны). В пределах выставленных концов на них закрепляются лопасти (А1, B1, C1, D1, Е1 F1,… и H1…K1) длиною во всю величину свободного конца и шириной, равной расстоянию от одного лопастного вала до другого, смежного с ним, плюс запас на зацепление. Плоскости закрепленных лопастей друг к другу нормальны; лопасти укреплены нижними концами и обращены вверх; они состоят из металлической рамки (скелета), забранной или просмоленной парусиной или фанерой.
Цилиндрический вал заканчивается там, где он принимает на себя коническую шестерню 14, которая во время работы двигателя будет находиться в воздухе. Гайка 9 навернута на нарезку верхнего конца оси и плотно охвачена двумя колодками, концы которых связаны болтами p, r, при чем один из них служит шарниром для тормозной пластинки 10. На конце оси навернута массивная гайка 11 с двумя пальцами S вместо одной пары граней. Пальцы приходятся на гнезда вилки балки 16 и закрепляются наложением подшипниковообразных накладок t. Оба конца вилки заканчиваются серьгами u. На отстоящей грани гайки закреплена ферма для блоков 12.
Ось L, снабженная внизу винтовым наконечником 2, имеет наверху рукоятки или маховичок 13, для ввинчивания наконечника в грунт дна русла реки, и упор 19 для кольца 18; последнее соединено гибкою связью, обхватывающей присоединенные к балке 16 блоки 12.
Трубчатая ось L подвешена качательно верхним концом к балке 16, поворотно закрепленной в устое крана О (фиг. 2 и 3). Последний служит для надлежащей установки балки 16 вместе с двигателем и для подъема или опускания якорной цепи 3.
Подъем будет происходить по кривой, а перемещение механизма - в двух направлениях: вверх и к судну. При подъеме двигатель будет стремиться принять положение равновесия и, следовательно, будет повертываться на своих пальцах в гнездах балки до того момента, пока весь он не будет поднят над водой.
Пластинка 10, поворотно закрепленная посредством колодки 9 на оси L, служит для застопоривания передаточного конического зубчатого колеса 14 вместе с составным валом 4, 5, 6… при опускании последнего в воду или поднятии его из воды. Нарезка на гайке и на оси пригнана так, чтобы при предельном ввинчивании ее колодки с закрепленной вниз тормозной пластинкой располагались параллельно судну и балке, а шестерня 14 так, чтобы плоскости осей спиц были расположены соответственно плоскостям лопастных валов. Когда одна плоскость лопастных валов будет перпендикулярна течению, а другая параллельна, то при этом все правые лопасти (G1, H1, K1) силой течения будут одновременно пригнаны каждая к своему верхнему соседнему концу и примут вертикальное положение; все левые будут повернуты течением в крайнее горизонтальное положение, после чего они не будут представлять для течения сопротивления (L1 М1, N1). Все лопасти А1, В1, C1 и D1, Е1, F1, уравновешивая друг друга, подставят течению свои ребра, они станут под углами в 45° по обе стороны к плоскостям валов: передняя по левую, а задняя по правую сторону ее. Вода давит на правые лопасти и протекает свободно по левую сторону оси двигателя. Одновременно пары других лопастей индиферентны к действию потока в силу своей параллельности с направлением его струй. При поворачивании на оси справа на лево, градус за градусом, передние лопасти А1, В1, С1 и задние лопасти D1, Е1, F1 относительно течения выходят из своего положения параллельности струям; бывшие с углом в 45° к плоскости валов начинают представлять течению уже не ребра, а всю свою поверхность, вначале под незначительным углом, который начинает по мере общего поворота двигателя приближаться к прямому; в это время течение будет действовать перпендикулярно к плоскости лопастей А1, В1, C1. Лопасти валов первой плоскости (G1, H1, K1 и L1, М1, N1) встанут при обороте на четверть окружности в положение лопастей A1, В1, C1 и D1, Е1, F1 валов второй плоскости и, уравновешивая друг друга, подставят течению свои ребра. Тогда эти последние встанут на их место: передние А1, В1, C1 - на место правых рабочих G1 Н1 K1, а задние D1, E1, F1 - на место левых горизонтальных L1, М1, N1. Таким образом, все лопасти будут проделывать „мерцательные" движения в пределах угла в 90°, а вместе с ними и валы, на которых они закреплены.
Передача работы будет осуществляться при помощи конических шестерен 14 и 15 (фиг. 1 и 2) и шкива. Первая укреплена на цилиндрическом валу двигателя, вторая и третья на валу с подшипниками на выдвижных зубчатых рейках 4 (фиг. 2). Рейки выдвигаются одновременно через отверстие в корме судна вместе с подшипниками и валом, с насаженными на него шестерней и шкивом, еще до того момента, когда ляжет балка 16 (фиг. 2). Когда ложится балка, то шестерня 9 двигателя (фиг. 2) приходит в зацепление с шестерней 5 реек.
Течение действует со стороны судна слева направо (фиг. 1). Момент действия потока, например, застает рабочее колесо в таком положении, когда лопастные валы одной плоскости направлены параллельно направлению движения его струй, а лопастные валы другой плоскости будут нормальны к направлению движения струй потока. Такими валами первой плоскости, параллельной течению, будут валы А, В, С, D (фиг. 1), а второй плоскости, перпендикулярной течению, будут валы Е, F, G и H. Так как на обоих концах каждого вала (за исключением верхних холостых валов D и Н) закреплены лопасти, плоскости закрепления которых нормальны друг другу, то, в соответствии с положением своих валов и с действием на них течения, они должны принять то или иное положение. Каждая пара лопастей одного вала будет вести себя соответственно одинаково с парами лопастей всех других валов одной с ним плоскости. Лопасти валов первой плоскости А, В, С, в силу параллельности валов течению, таким образом, поставлены также в положение параллельности валов течению; тогда поставлены также в положение параллельности ему лопасти А1, В1, С1, D1, Е1 и F1; течение действует только на их узкие ребра. Эти параллельные течению лопасти целиком предоставлены действию силы тяжести; каждая пара их представляет весьма неустойчивую систему и будет стремиться занять свое положение равновесия, а таким положением равновесия для них будет то положение, при котором они обратятся к поверхности потока под углом в 45°. Лопасти плоскости валов нормальной течению, начиная с первого момента действия его на них, будут отступать с течением времени: правая K1 (фиг. 3) до полной вертикальности при встрече с концом верхнего смежного вала (так, как расположились лопасти, G1, Н1 и K1 фиг. 1), а левая (фиг. 3) до полной горизонтальности, т.-е. параллельности течению и уровню потока (так, как расположились лопасти L1, М1 и N1). Так располагается каждая пара, повернув в гнездах цилиндрического вала свои валы. Все лопасти, вставшие под действием течения вертикально, образуют, таким образом, одну плоскость, перпендикулярную течению и равную сумме площадей отдельных составляющих ее лопастей. В силу крепкой связи между каждой парой лопастей и приблизительно одинакового течения, действующего на них, один ряд их одновременно принимает вертикальное положение с другим, одновременно принимающим горизонтальное положение.
До того момента, пока лопасти G1, H1 и K1 не придут в положение, перпендикулярное течению, и не найдут своей второй верхней опоры, цилиндрический вал рабочего колеса остается в покое. Как только лопасти G1 и Н1 примкнут к концам своих верхних смежных валов, а лопасть K1 к концу холостого вала Н, действие течения приложится к полной площади их и, следовательно, дойдет до максимума; но так как лопасти, найдя свою вторую опору, не могут уже больше отступать под его действием, повертывая только свой вал в гнезде цилиндрического вала, то они принуждены в дальнейшем отступать под действием течения, повертываясь уже вокруг оси рабочего колеса и повертывая цилиндрический вал, в котором они закреплены. С этим моментом совпадает начало работы пловучей гидросиловой установки.
По мере общего поворота цилиндрического вала лопастные валы плоскости параллельной течению должны будут выйти из своего положения параллельности, а в силу этого лопасти, закрепленные на них, выходят из своего положения равновесия, так как, подставив себя течению вначале под незначительным углом, они принуждены отступать под его действием, поворачивая в гнездах свои валы: один ряд A1, В1, C1 (фиг. 1) до полной вертикальности, а другой ряд D1, Е1 и F1 до полной горизонтальности. Поскольку лопасти А1, B1 и С1 примкнут к своим верхним опорам, к концам валов D, С и В, они принуждены будут отдавать силу действующего на них течения на поворот цилиндрического вала вокруг оси. Это промежуточный момент работы колеса; заканчивается он тогда, когда начавшие работу лопасти G1, Н1 и K1 повернутся на угол 
, где валы их встанут в положение, параллельное течению, и где сами они, выйдя из зависимости от течения, подставят ему лишь свои ребра, тогда как лопасти A1, В1 и С1 валов другой плоскости в это время займут положение полной перпендикулярности течению. Дальнейшая работа двигателя будет протекать в намеченном порядке обмена, ролями между лопастями двух взаимно перпендикулярных рядов лопастных валов. По мере поворота в пределах второй четверти окружности, считая от начала, лопасти G1, Н1 и K1 переходят свое положение равновесия и становятся в горизонтальное положение, а сопряженные с ними на одних валах - в вертикальное. Таким образом, лопасти, поворачивая вал двигателя в горизонтальной плоскости и в одном направлении, т.-е. по часовой стрелке, сами, кроме того, совершают вместе с валами, на которых они закреплены, колебательные движения в вертикальной плоскости в пределах угла в 90°. Этим обусловливается вращение рабочего колеса в состоянии полного погружения в воду и одновременном действии течения на все элементы его механизма.
Пловучая гидросиловая установка с водяным двигателем, снабженным поворотными на горизонтальных осях лопастями, располагаемыми в двух взаимноперпендикулярных плоскостях, характеризующаяся применением трубчатой оси L (фиг. 1), соединенной внизу с поддоном а для шарикового подшипника и качательно подвешенной верхним концом к балке 16, поворотно закрепленной в устое крана О (фиг. 2 и 3), служащего для надлежащей установки указанной балки вместе с двигателем и подъема или опускания якорной цепи 3, каковая ось L служит для направления составного, вертикального, трубчатого вала 4, 5, 6… двигателя и пропускает через себя стояк 1 (фиг. 1), служащий, в свою очередь, для направления оси L и снабженной внизу винтовым наконечником 2, а вверху - рукоятками или маховичком 13, для ввинчивания наконечника в грунт дна русла реки, и упором 19 для кольца 18, соединенного гибкою связью, обхватывающею присоединенные к балке 16 блоки 12 (фиг. 1), с пластинкою 10, поворотно закрепленного посредством колодки 9 на оси L и служащею для застопоривания передаточного конического зубчатого колеса 14 вместе с составным валом 4, 5, 6… при опускании последнего в воду или поднятии его из воды.
