гребное колесо

Формула изобретения

Гребное колесо, содержащее вертикальный вал и равноудаленные от вала и принудительно поворачиваемые вокруг своих осей две противостоящие прямоугольные лопасти удобообтекаемого симметричного профиля, имеющие двустороннюю опору и способные при вращении вала принудительно вращаться от одной ведущей шестерни вокруг своих осей, параллельных оси вала, причем ведущая шестерня расположена на конце вала соосно с ним с возможностью поворота вокруг своей оси и кинематически связана через промежуточные шестерни с ведомыми шестернями, установленными на полуосях лопастей, отличающееся тем, что ширина лопастей равна удвоенному расстоянию от кромки вала до оси вращения лопасти, а угол, заключенный между плоскостями лопастей, составляет 90^o, причем вертикальный вал установлен на двух опорах, а число зубьев каждой ведомой шестерни в два раза больше числа зубьев ведущей шестерни.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области судостроения, в частности к крыльчатым движителям. Известны гребные винты, предназначенные для создания упора, способного двигать судно (Судостроение, 1985 г.). Гребные винты обеспечивают движение судна только вперед, а при движении назад гребной вал должен переключаться на вращение в обратную сторону, к тому же при отсутствии руля, гребной винт не обеспечивает повороты судна в движении и тем более не обеспечивает развороты судна на месте, КПД гребного винта недостаточно высок.

Известен также крыльчатый движитель, совмещающий в одном агрегате функции гребного винта и руля (Л. Попилов. От руля до клотика всюду химия. Судостроение, 1977 г.). Такой движитель имеет низкий КПД и не может обеспечить высокую маневренность судна как в движении, так и на месте.

Целью данного изобретения является повышение КПД и надежности движителя, способного обеспечить высокую маневренность судна с односторонним вращением гребного вала.

Поставленная цель достигается использованием гребного колеса с двухсторонней опорой, состоящего из двух противостоящих прямоугольных лопастей удобообтекаемого симметричного профиля, способных при вращении вала принудительно вращаться вокруг своих осей, параллельных оси вала, с угловой скоростью в два раза меньшей угловой скорости вращения вала и в сторону, противоположную вращению вала, причем ширина лопасти, имеющей двухстороннюю опору, равна удвоенному расстоянию от кромки вала до оси вращения лопасти и угол, заключенный между плоскостями лопастей, составляет 90^o.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображено гребное колесо, вид сбоку: на фиг. 2 разрез А-А; на фиг. 3 - вид А; на фиг. 4 - вид Б; на фиг. 5 - сдвоенное гребное колесо, вид сзади судна; на фиг. 6 - разрез Б-Б; на фиг. 7 - вид В, в разрезе; на фиг. 8 - вид Г; на фиг. 9 - гребное колесо на подводной лодке, вид сбоку; на фиг. 10 - вид Д; на фиг. 11 - разрез Г-Г.

Гребное колесо (фиг. 1-11) состоит из вала 1, установленного на двух подшипниках: подшипник 2, расположенный в корме 3 и подшипник 4, расположенный на опоре 5. На валу закреплены два верхних 6 и два нижних 7 водила. Между водилами расположены две прямоугольные лопасти 8, которые своими полуосями 9 и 10 установлены подвижно на концах водил. Лопасти имеют удобообтекаемый симметричный профиль и ширину, равную удвоенному расстоянию от кромки вала до оси вращения лопасти, что обеспечивает максимальную площадь рабочей поверхности лопасти.

Для принудительного вращения лопастей вокруг своих осей, параллельных оси вала, служит приводной механизм, состоящий из прямозубых цилиндрических шестерен: двух ведомых 11, закрепленных на полуосях 9; двух промежуточных 12, сидящих на осях 13, которые закреплены на водилах 7, и одной ведущей шестерни 14, выполненной заодно с конической шестерней 15 и сидящей на валу 1 соосно. Ведомые шестерни 11 кинематически связаны с шестерней 14 через промежуточные 12, причем число зубьев шестерни 11, в два раза больше шестерни 14.

Кинематическая связь лопастей с ведущей шестерней может быть и через конические шестерни с промежуточным валом, проходящим через трубчатое водило 7. Угол, заключенный между плоскостями лопастей, должен быть 90^o. Шестерня 15 соединена с конической шестерней 16, закрепленной на валу 17, который соединен с электроприводом 18, управляемым с пульта управления судном. Гребной вал 19, опирающийся на подшипник 20, соединен с валом 1 через конические шестерни 21 и 22 (фиг. 1, 5, 11).

Гребное колесо работает следующим образом. При вращении гребного колеса по часовой стрелке, смотря сверху (фиг. 1-4), будут вращаться вокруг своих осей и лопасти 8 с угловой скоростью в два раза меньшей, чем вал 1, и в сторону, противоположную валу. За один полный оборот гребного колеса, начиная от точки K (фиг. 2), в которой плоскость лопасти совпадает с осью вала, каждая лопасть создает силу упора во всех точках окружности с радиусом R, кроме точки h, когда гребное колесо повернется на 180^o. В точке h сила упора лопасти равна 0, т. к. она принимает положение, перпендикулярное первоначальному.

Дальнейшее вращение гребного колеса выводит из точки h лопасть, которая опять будет создавать силу упора с нарастанием до конца оборота, т.е. до точки K. В этой точке сила упора лопастей будет наибольшей, которая и является упором P гребного колеса и по силе, и по направлению (фиг. 2, 6).

В целом упор гребного колеса создается одновременным суммарным упором обеих лопастей и постоянно равен упору P, который является также силой, образующей крутящий момент M, преодолеваемый двигателем. Отсюда крутящий момент здесь будет равен M=Pr. Чтобы создать упор для движения судна вперед, шестерня 14 должна стоять в таком положении, чтобы с правой стороны вала 1 плоскость лопасти совпадала с перпендикулярной оси судна плоскостью, проходящей через ось вала (фиг. 4а).

При повороте шестерни 14 против часовой стрелки от прежнего положения на 90^o с помощью электропривода 18, управляемого с мостика управления судном, судно будет поворачиваться вправо на месте (фиг. 1 и 4б). При повороте шестерни 14 еще на 90^o судно будет двигаться назад (фиг. 4в). Поворачивая шестерню 14 от 0 до +180^o, тем самым меняя направление упора, создаваемого гребным колесом, можно оперативно управлять судном, совершая следующие операции: двигаться вперед, двигаться назад, управлять судном в движении, разворачиваться на месте, не меняя направление вращения гребного вала 19.

На вращение лопастей вокруг своих осей здесь затрачивается незначительная часть мощности, т.к. при вращении гребного колеса лопасти сами могут вращаться против вала под воздействием окружающей их водной среды.

КПД такого гребного колеса будет достигать 0,6, а при использовании в нем трех подобных лопастей его КПД может возрасти более 0,7. Для высокотоннажных судов можно использовать по два гребных колеса, спаренных вместе на одном общем валу 1, расположенном горизонтально перпендикулярно продольной оси судна (фиг. 5-8). При вращении вала по часовой стрелке (если смотреть справа) судно будет двигаться вперед, если плоскости лопастей, проходящих под валом, будут совпадать с вертикальной плоскостью, проходящей через ось вала (фиг. 6). Поворачивая шестерню 14 на обоих гребных колесах от 0 до +180^o как вместе, так и раздельно (с пульта управления судном) можно совершать над судном следующие операции: движение вперед, движение назад, управлять судном в движении, развороты на месте, поднятие или опускание кормы, создание любого крена.

Все это происходит при однонаправленном вращении гребного вала. При установке спаренных гребных колес на подводных лодках, сравнительно небольших размеров, так, чтобы общий вал 1 проходил несколько ниже центра тяжести подлодки (фиг. 9-11) то, кроме вышеуказанных операций, возможно погружение подлодки под воду без использования устройств для погружения и всплытия, т.е. такая подлодка с постоянной плавучестью способна быстро погружаться под воду с помощью гребного колеса, двигаться в разных направлениях над водой и под водой и быстро всплывать на поверхность без изменения направления вращения гребного вала.

Существенным отличительным признаком предлагаемого изобретения является то, что гребное колесо имеет две лопасти шириной, равной удвоенному расстоянию от кромки вала до оси вращения лопасти, способные вращаться с угловой скоростью в два раза меньшей, чем вал, и в противоположную валу сторону, к тому же вал и лопасти имеют двухстороннюю опору. Преимуществом предлагаемой конструкции является более простое устройство, повышенная эффективность и КПД, и более широкий диапазон функций, выполняемых гребным колесом без изменения направления вращения гребного вала судна.