КОЛЕСНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬНО-РУЛЕВОЙ КОМПЛЕКС (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к водному транспорту и может быть использована для установки на мелкосидящих речных судах, используемых на малых реках, к которым не предъявляются требования высокой скорости. Это могут быть паромные суда, буксиры-толкачи, а также различные прогулочные суда, в том числе суда типа плавучей дачи.
Известен колесный судовой привод (авторское свидетельство СССР №1000348 от 08.09.80 г.), состоящий из гребного колеса с поворотными плицами, установленного на круговой поворотной платформе с приводом вертикального перемещения. Механизм поворота плиц выполнен таким образом, что при входе в воду плицы имеют минимальное гидродинамическое сопротивление - вход осуществляется кромкой, а при движении в воде эквивалентная плоскость плицы перпендикулярна оси движения, т.е. максимальное усилие направлено вдоль оси движения судна. Но это устройство имеет сложную и уязвимую конструкцию.
Известен также колесный движитель (патент РФ на изобретение №2225327 от 10 марта 2004 г.), представляющий комплекс, состоящий из двух гребных колеса с жестко закрепленными плицами, объединенных на единой раме и размещенный в оконечности судна. Суть этого изобретения заключается в том, что оси плиц расположены под углом по отношению к оси колеса, чем достигается подгребание воды от бортов к центру и обжатие отбрасываемой струи. Однако в данном изобретении не определена оптимальная геометрия плиц и не учтены некоторые особенности эксплуатации судов на мелководье.
Технический результат от предлагаемой полезной модели обеспечивается за счет применения следующих технических решений.
Колесный движительно-рулевой комплекс, установленный в кормовой части судна, имеющий два гребных колеса, располагающихся симметрично относительно диаметральной плоскости судна, которые снабжены жестко установленными плицами, расположенными под углом к оси колеса. Торцы плиц гребных колес изогнуты с радиусом изгиба, который рассчитывается по следующему выражению:
3
Где R - радиус закругления торцевой поверхности плицы;
к
B - ширина гребного колеса;
α - угол наклона упорной (средней) части плицы к оси гребного колеса.
Комплекс может быть оснащен конструкцией, представляющей собой плиту, размещаемую под гребным колесами и обеспечивающую имитацию фиксированной глубины фарватера. Наружные ступицы гребных колес могут быть выполненными сплошными. Каждое гребное колесо можно монтировать на независимой раме.
Применение этих решений приведет к уменьшению потерь мощности привода колесного движителя и, как следствие, к увеличению КПД на 5-7%.
Вариантом исполнения данного колесного движительно-рулевого комплекса является применение плиц, имеющих в поперечном сечении радиальную форму, причем радиус цилиндрической образующей плицы определяется исходя из следующего соотношения:
Где - радиус цилиндрической образующей плицы;
- высота плицы;
- внешний радиус гребного колеса;
- величина заглубления колеса.
При использовании такой конструкции плиц, возможно также использование конструктивных разработок, описанных для первого исполнения.
Применение данного варианта исполнения комплекса также позволит увеличить КПД привода на 5-7%.
Сущность полезной модели «Колесный движительно-рулевой комплекс» поясняется схемами, где
На фиг.1 изображена развертка поверхности гребного колеса с указанием продольного сечения плицы.
На фиг.2 - схема поперечного сечения гребного колеса с указанием образующей поперечного сечения плицы.
Важным фактором снижения нагрузок и динамических ударов в момент входа плицы в воду является выбор формы торцевой части плицы. Основным техническим приемом здесь является изгиб торцевой части плицы относительно оси колеса, выполненный таким образом, чтобы плоскость торца плицы совпадала с направлением движения судна поверхности воды и далее плавно изгибалась до направления, совпадающего с осью плицы в ее средней части. Это обеспечит плавный вход плицы в воду на внешней боковой поверхности колеса. Такой же прием, использованный на противоположной боковой стороне колеса, обеспечит плавный выход плицы из воды. Кроме того, такая конструкция плицы позволит в значительной степени избежать кавитационных явлений на плоскости плицы.
Для того чтобы при входе в воду дополнительно уменьшить динамические нагрузки, связанные с касанием поверхности воды плоскостью плиц, применен подход, сводящийся к тому, что цилиндрическая поверхность плицы выполнена с таким радиусом закругления, что в месте соприкосновения с водой касательная, проведенная к кромке плицы, была перпендикулярна к поверхности воды. Это обеспечивает вход в воду кромкой плицы и минимальное сопротивление при входе в воду на всей длине плицы.
Выражение, описывающее радиус изгиба плицы, позволяет оптимизировать работу колеса при входе в воду и выходе из воды.
Данное выражение получено в предположении, что сечение плицы радиальной плоскостью представляет сегмент дуги, опирающийся на отрезок радиуса колеса. При этом эффективная плоскость плицы при ее максимальном заглублении движется в направлении, параллельном оси движения судна, чем достигается максимальная эффективность гидродинамического сопротивления плицы при ее движении в воде.
Из практики известно, что на малых глубинах КПД гребного колеса повышается. Однако эффективность колесного движителя во многом снижается вследствие того, что в процессе работы колеса затрагиваются придонные слои, что создает дополнительное сопротивление движению судна. Для устранения этого недостатка, предлагается разместить под колесами движителя плиту, которая, помимо создания имитации постоянной малой глубины, будет дополнительно выполнять двоякую роль:
- во-первых, создавая имитацию постоянной глубины судового хода, препятствовать подсасыванию к КДРК придонных слоев;
- во-вторых, явится защитой колесной пары от повреждения.
Дополнительным ограничителем канала, создаваемого зазором между движущимися в воде плицами и ограничительной плитой под колесом может стать сплошная часть внешнего обода гребного колеса. При этом канал будет работать подобно водометному движителю, обеспечивающему проталкивание с ускорением потока воды в зазоре между плицами и нижней плитой.
Повышение эксплуатационных характеристик движительно-рулевого комплекса, улучшение его ремонтопригодности и обслуживания предлагается достичь за счет размещения каждого колеса на отдельной раме. Это позволит применить менее мощные подъемные механизмы по сравнению с целостной рамой.
Применение последних трех предложений возможно с каждым из двух предыдущих предложений, независимо от совместного или раздельного их использования.