Przedmiotem niniejszego wynalazku jest kolo lopatkowe o osi pionowej.Na rysunku (fig. 1 — 5), wyjasniaja¬ cym zasade wynalazku, kola te przedsta¬ wione sa schematycznie.Znane sa zwlaszcza do napedu statków kola lopatkowe z wahliwymi lopatkami, których oski sa równolegle lub w przybli¬ zeniu równolegle do osi kola lopatkowe¬ go i które wprawiane sa w wahanie za po¬ moca mechanizmu drazkowego tak, iz li¬ nie, prostopadle do osi ich lopatek, prze¬ cinaja sie w punkcie sterowniczym, tj. w punkcie, lezacym wewnatrz kola, przecho¬ dzacego przez oski lopatek. Na fig. 1 przedstawione sa schematycznie polozenia lopatek w róznych punktach kola lopatko¬ wego przy znanych kolach lopatkowych.Obwód kola, na którym poruszaja sie oski lopatek, oznaczony jest litera K, a punkt sterowniczy — litera N. Poszczególne po¬ lozenia lopatek podczas ich ruchu na ob¬ wodzie kola K, obracajacego sie w kierun¬ ku strzalki P oznaczone sa Slf% S2, Ss, S4, S5, S6, S7 i S8. Przednie konce tych lopa¬ tek w kierunku ruchu oznaczone sa ostrza¬ mi strzalek.Wedlug fig. 1 lopatki, przebiegajace przez punkty koncowe srednicy D kola K, na której lezy punkt sterowniczy, sa stycz-ne do tego kola, natomiast w polozeniach posrednich — odchylaja sie od tego kie¬ runku tak, iz przy pelnym obrocie kola kazda z tych lopatek wykonywa pelne wahniecie, przy czym srodkowym poloze¬ niem jej jest styczna do kola. Dzieki te¬ mu ruchowi w osrodku, otaczajacym lo¬ patki kola o osi pionowej, zostaje w zna¬ ny sposób spowodowany przeplyw tego osrodka w kierunku strzalki V, prostopa¬ dle do srednicy D, wzglednie pewien prze¬ suw kola lopatkowego K, w kierunku strzalki T, przeciwnym do tego przeply¬ wu. Stosunek szybkosci przeplywu do szybkosci obwodowej osi lopatek jest mia¬ ra „skoku" kola lopatkowego. Przy biegu jalowym, a wiec gdy kolo lopatkowe nie jest obciazone, polozenie lopatek w kaz¬ dym punkcie obwodu kola K odpowiada kierunkowi wzglednego przeplywu osrod¬ ka wzdluz lopatki. Jesli zas kolo lopatko¬ we zostaje obciazone, to szybkosc przesu¬ wu kola, czyli równiez szybkosc jazdy statku, napedzanego tym kolem lopatko¬ wym, zmniejsza sie o poslizg tak, ze do¬ plyw do lopatek odbywa sie pod pewnym katem, a tylko jedna skladowa sily, z ja¬ ka osrodek jest odpychany, przechodzi w kierunku przesuwu kola lopatkowego.Wielkosc tej skladowej wzrasta wraz z poslizgiem.W powyzej opisanych rozwazaniach nie uwzgledniono jednak, ze szybkosc prze¬ plywu osrodka po obu stronach srednicy D jest rózna. W stosunku do przeplywu osrodka w kierunku strzalki V prawa po¬ lowe kola nalezy uwazac za przednia, a le¬ wa — za tylna. Podczas jazdy wzglednie podczas przesuwu kola lopatkowego prze¬ plyw osrodka zostaje przyspieszony przez przednia polówke kola tak, iz szybkosc przeplywu w obrebie tylnej polówki jest wieksza. Jesli wiec przy danym poslizgu kat doplywu wzgledem lopatek w przed¬ niej polówce kola lopatkowego ma byc równy katowi wyplywu w tylnej polówce, to skok w tylnej polówce kola musi byc wiekszy niz w przedniej. Skoki w przed¬ niej i tylnej polówce kola moga byc przy tym tak obrane, by kat wyplywu w obu polówkach byl jednakowy lub przynaj¬ mniej w przyblizeniu jednakowy, przy czym oczywiscie nalezy uwzglednic wzrost sil, dzialajacych na profile lopatek wsku¬ tek niejednakowych szybkosci. Przy wpro¬ wadzeniu tej poprawki osiaga sie ujedno¬ stajnienie sil, obracajacych lopatki obu polówek kola.Na zasadzie tych rozwazan wedlug wy¬ nalazku nalezy obrac pewien punkt prze¬ ciecia prostopadlych do osi lopatek, znaj¬ dujacy sie w okreslonym miejscu dla kaz¬ dego ich polozenia. Nalezy wiec zastoso¬ wac taki mechanizm drazkowy (przedsta¬ wiony schematycznie na fig. 2), by linie, prostopadle do osi lopatek przedniej po¬ lówki kola, przecinaly sie w punkcie Nlf lezacym blizej srodka O kola niz punkt N2, w którym przecinaja sie linie, prostopa¬ dle do osi lopatek tylnej polówki kola. Jed¬ nak przy tym w punktach koncowych sre¬ dnicy D kola, prostopadlej do kierunku jazdy, musi byc zachowane styczne polo¬ zenie lopatek. Oba punkty N1 i N2 znaj¬ duja sie równiez na srednicy D kola, pro¬ stopadlej do kierunku oznaczonego strzal¬ ka V przeplywu osrodka.W szczególnosci kat miedzy poloze¬ niem stycznym lopatki i polozeniem lopa¬ tek na tylnej polówce kola musi byc wiek¬ szy o pewien kat od kata miedzy poloze¬ niem stycznym i polozeniem lopatek na przedniej polówce kola, przy czym kat ten, wyrazony w dlugosci luku powinien byc zalezny od stopnia obciazenia kola wedlug wzoru dla smigiel: 0,01. l/7+~tf* < e < 0,06 ]/T^Gs, w którym Cs oznacza wielkosc bezwymia¬ rowa. Od wielkosci tej Cs zaleza przewaz¬ nie wszystkie warunki pracy smigla, przy czym okresla sie je nastepujacym wzo- — 2 —rem C= . We wzorze tym S oznacza przesuw, wytworzony przez smi¬ glo, F — powierzchnie okreslona przez iloczyn srednicy kola lopatkowego i dlu¬ gosci lopatek, g — przyspieszenie ziem¬ skie i Ve — szybkosc cieczy, wchodzacej do kola lopatkowego.Jesli kolo lopatkowe stosuje sie jako silnik, to wielkosci te przedstawiaja sie odwrotnie, gdyz wtedy woda, która wy¬ konala juz prace na przedniej polówce ko¬ la, dochodzi do tylnej polówki kola z szyb¬ koscia zmniejszona tak, ze w tej polówce skok musi byc zmniejszony w zalozeniu, iz kat ma zostac taki sam lub prawie ta¬ ki sam. Jesli kolo lopatkowe stosuje sie jako pompe, to wielkosci te przedstawiaja sie podobnie, jak to bylo opisane powy¬ zej.W przypadku kola, przedstawionego na fig. 1, zwlaszcza, gdy przez ustawienie punktu przeciecia prostopadlych N w du¬ zej odleglosci od srodka O kola ma sie o- siagnac duzy skok, okazuje sie, ze w czes¬ ci obwodu kola K, lezacej po stronie tego punktu N w tak zwanych cwiartkach bie¬ gu wstecz, kazda lopatka musi wykonac ruch, nadzwyczaj niekorzystny zarówno ze wzgledu hydraulicznego, jak i mecha¬ nicznego. Jak widac z fig. 1 lopatka, któ¬ ra z polozenia S7 ma przejsc przez poloze¬ nie S8 do polozenia S19 musi byc obrócona na stosunkowo krótkiej drodze o kat oko¬ lo 130°.Sila, przenoszona przez lopatke, jest proporcjonalna do kata przyplywu i szyb¬ kosci przeplywu osrodka. Jesli przy du¬ zej wartosci tej sily podcisnienie przekro¬ czy pewna dopuszczalna wartosc, to na¬ stepuja zjawiska oddzielania sie plynu i tworzenie sie pustych przestrzeni. Zatem równiez i kat przyplywu i szybkosc prze¬ plywu musza byc utrzymywane w pew¬ nych granicach.Jednak, jak to opisano w zwiazku z fig. 1, wskutek ruchu lopatek warunki pracy lopatek w róznych miejscach obwo¬ du kola K sa rózne, a zwlaszcza istnieje znaczna róznica w obrebie cwiartki E—F (fig. 3) w porównaniu do obu lezacych z przodu i z tylu cwiartek F — G i H — E.Cwiartki te sa ograniczone prostopadlymi do siebie srednicami Dlf D2 kola, przesta¬ wionymi w obie strony o 45° wzgledem srednicy D, na której znajduje sie punkt N przeciecia prostopadlych do osi lopatek.Trzeba jednak zaznaczyc, ze tych granic cwiartek nie nalezy uwazac za scisle ogra¬ niczenia, a raczej za zakresy o wielkosci cwiartek. Stosunki w zakresie cwiartki G—H biegu w przód równiez róznia sie znacznie od stosunków w zakresie cwiart¬ ki E—F; dla prawidlowej pracy kola lo¬ patkowego w zakresie tej cwiartki wy¬ starczy bowiem, by lopatki w zakresie cwiartki G—H schodzily sie z kierunkiem przeplywu wzglednego.Rózne polozenia lopatek na fig. 1 uwi¬ daczniaja przyczyne róznic we wspomnia¬ nych zakresach.Jesli przy uwidocznionym na fig. 1 ru¬ chu lopatek, przy którym dla okreslone¬ go stanu pracy miarodajny jest jeden punkt N przeciecia prostopadlych, umiesz¬ czony w okreslonym miejscu, lopatki pra¬ cuja w cwiartkach F—G i H—E z dopusz¬ czalnymi jeszcze wartosciami katowymi i duzym poslizgiem, to w cwiartce E — F, w której, jak juz wspomniano, lopatki wykonuja wahania o duzej amplitudzie, przekroczone zostana dopuszczalne warto¬ sci katów. Jesli chce sie otrzymac w cwiart¬ ce E — F biegu wstecz dopuszczalne war¬ tosci katów, to trzeba zmniejszyc skok w tej cwiartce. Zatem punkt, który wedlug fig. 3 dla danego stanu pracy znajduje sie w N, dla lopatek przebiegajacych cwiart¬ ke E — F musi sie zblizyc do srodka O kola, a wiec np. musi byc przeniesiony do punktu Ns. Moze to byc uskutecznione wtym stopniu, ze nawet przy duzym skoku lopatek, w cwiartkach tylnej F—G i przed¬ niej H — E, katy przyplywu dla lopatek, przebiegajacych cwiartke E — F biegu wstecz, pozostaja w obrebie dopuszczal¬ nych granic. Zatem przy szybkiej jezdzie w celu zmniejszenia szybkosci obwodowej lopatek mozna zwiekszyc skok w przed¬ niej i tylnej cwiartce. Mozna to uskutecz¬ niac w takim stopniu, by punkt N dla lo¬ patek, przebiegajacych przednie i tylne cwiartki, tak daleko odsunal sie na sred¬ nicy D od srodka O kola, by znalazl sie al¬ bo na obwodzie kola K albo tez na zew¬ natrz niego.Im wiecej zblizy sie punkt Ns do srod¬ ka O kola, tym mniejszy bedzie skok lo¬ patek, przebiegajacych cwiartke E — F; jesli wiec przekroczy sie pewna granice zblizania punktu 2V3 do srodka kola, to lopatki, przebiegajace cwiartki E — F, dzialaja jako lopatki turbiny, gdyz sa na¬ pedzane przez prad wody, wytworzony przez lopatki, przebiegajace przez przed¬ nia i tylna cwiartke. W niektórych przy¬ padkach moze to byc nawet pozadane, gdyz proponowano juz zmniejszac np. skok smig srubowych w poblizu piasty tak, aby w obrebie piasty one pracowaly, jak lo¬ patki silnika.Okazuje sie zatem, ze z dwóch wzgle¬ dów korzystniejszym jest odstapienie od zasady ruchu lopatek, polegajacej na tym, ze wszystkie linie, prostopadle do osi lo¬ patek, przecinaja sie przy kazdym stanie pracy w okreslonym punkcie srednicy ko¬ la (fig. 1).A mianowicie wedlug niniejszego wy¬ nalazku punkt ten powinien przyjmowac rózne polozenia dla róznych czesci drogi, przebieganej przez lopatki. Dla kazdego wiec stanu pracy ten punkt przeciecia be¬ dzie sie poruszal tam i z powrotem w pew¬ nych granicach dla kazdej lopatki, a mia¬ nowicie wedlug fig. 2 miedzy miejscami Nx i N2, a wedlug fig. 3 miedzy miejsca¬ mi N i Af8. W przypadku, kiedy kolo lo¬ patkowe, uzyte jest jako smiglo, punkt A^ (fig. 2) jest punktem przeciecia linii pro¬ stopadlych do osi lopatek, przebiegaja¬ cych przez przednia polówke kola, a N2 — przez tylna polówke kola. Wedlug fig, 3 punkt N jest punktem przeciecia takich linii, przebiegajacych przednia i tylna cwiartke, aAf3 — punktem przeciecia tych linii dla lopatek, lezacych w cwiartkach po stronie punktów przeciecia. Nie jest przy tym wcale konieczne, by punkty N, N19 N2 i 2V3 pozostawaly nieruchome; wskaza¬ ne punkty przeciecia moga bowiem takze zmieniac swe polozenie odpowiednio do ru¬ chu lopatek, jednakze stale przy zachowa¬ niu podanych wyzej zasad. Zatem wedlug fig. 2 i 3 punkty przeciecia normalnych beda zmienialy swe polozenie w pewnych granicach podczas kazdego obiegu lopa¬ tek, przy czym, oczywiscie, dla kazdej lo¬ patki kola zmiany te beda jednakowego rodzaju i wielkosci.Korzystnym jest, by obie zasady ru¬ chu, uwidocznione na fig. 2 i 3, byly za¬ stosowane równoczesnie na jednym i tym samym kole lopatkowym, uzupelniajac sie wzajemnie. Zatem w przypadku kola, ja¬ ko smigla, skok w przedniej polówce ko¬ la ma byc mniejszy niz w tylnej (fig. 2), zas równoczesnie skok w cwiartce biegu wstecz, polozonej po stronie punktu prze¬ ciecia prostopadlych do osi lopatek powi¬ nien byc mniejszy, niz skoki w pozosta¬ lych cwiartkach, zwlaszcza przedniej i tyl¬ nej cwiartce H — E \F — G (fig. 3).Polaczenie obu zasad ruchu uwidocz¬ nione jest na fig. 4. Na srednicy D uwi¬ docznione sa przy tym, cztery punkty prze¬ ciecia, przy czym punkty przeciecia pro¬ stopadlych, przynalezne do przedniej po¬ lówki kola, sa oznaczone litera Nt, a pun¬ kty, przynalezne do tylnej polówki — li¬ tera N2. Oba punkty przeciecia, przyna¬ lezne do górnej cwiartki E — F (czyli cwiartki polozonej po stronie wszystkichpunktów przeciecia), oznaczone sa jeszcze ponadto N^ i 2V23. W ten sposób calkowi¬ cie uwzglednione sa wszystkie warunki, wynikajace z wyzej wspomnianych roz¬ wazan.Zamiast jednego punktu przeciecia prostopadlych dla danego stanu pracy istnieja zakresy takich punktów, w obre¬ bie których punkty te poruszaja sie pod¬ czas obiegu lopatek przy danym stanie pracy, przy czym ruch ten odbywa sie al¬ bo skokami albo w sposób ciagly; zakresy te, tak jak i poprzednio rozwazany jeden punkt, moga byc jednak przestawiane za¬ równo wzdluz srednicy kola, jak tez opi¬ sywac kolo.Wszystkie te rozwazania dotycza rów¬ niez kazdego innego zastosowania kola lo¬ patkowego, a wiec takze i w tym przypad¬ ku gdy kolo lopatkowe pracowac ma jako pompa lub silnik.Mechanizm drazkowy, poruszajacy lo¬ patki kola, wedlug opisanych powyzej za¬ sad ruchu, moze byc wykonany w najro¬ zmaitszy sposób (np. tak jak to opisano w patencie nr 25845). Jesli wyznaczy sie zadane polozenie lopatki w kazdym punk¬ cie jej obiegu w sposób najkorzystniejszy z punktu widzenia hydraulicznego z u- wzglednieniem wyzej wspomnianych zasad, to latwo jest znalezc urzadzenie kinema¬ tyczne, które by przymusowo zapewnialo to polozenie lopatek. Mozna to uskutecz¬ nic za pomoca odpowiednio uksztaltowa¬ nych prowadnic lub ukladów wodzików; mozna tez jednak przymusowo uskutecz¬ niac te ruchy lopatek za pomoca odpowie¬ dnich urzadzen rozrzadczych na drodze hydraulicznej lub elektrycznej.Fig. 5 przedstawia przyklad wykona¬ nia mechanizmu wodzikowego do urze¬ czywistnienia polaczonych zasad ruchu.Na osce 1 kazdej lopatki 2 osadzone jest ramie 3, polaczone wodzikiem U z ra¬ mieniem 5 dzwigni katowej 5, 7, której punkt obrotu 6 umieszczony jest na ka¬ dlubie kola i którego drugie ramie 7 pro¬ wadzone jest w prowadnicy szczelinowej 8. Prowadnica ta umieszczona jest na ob¬ wodzie pierscienia sterujacego 9 i moze sie obracac okolo osi 11, równoleglej do osi 10 kola lopatkowego. Pierscien steru¬ jacy 9 moze byc przesuwany po promie¬ niu kola, a ponadto jego os 11 moze byc obracana okolo srodka 10 tego kola. Przez rózne nastawienia osi 11 pierscienia ste- lujacego 9 w stosunku do osi 10 kola mo¬ zna zmieniac stan pracy kola lopatkowe¬ go.Przy obrocie kola lopatkowego powi¬ nien z taka sama iloscia obrotów i w tym samym kierunku obracac sie tez i pier¬ scien sterujacy 9. Przy takim równocze¬ snym obrocie kola i pierscienia 9 mecha¬ nizm wodzikowy kazdej lopatki powoduje (fig. 5) ruchy lopatek, uwidocznione na fig. 4, a mianowicie linie prostopadle do osi lopatek, zaznaczone kreskami i kropka¬ mi na fig. 5, przecinaja srednice D kola w róznych punktach.Ramie 5 dzwigni katowej 5, 7 jest dluzsze niz ramie 3, a dlugosc wodzika U jest tak obrana, iz ramiona te w wiekszo¬ sci polozen wykazuja zbieznosc w kierun¬ ku ku punktom przegubowym 1 i 6. Nie¬ jednakowa dlugosc ramion 3 i 5 powodu¬ je, ze skok lopatek zostaje zwiekszony w porównaniu z podobnym mechanizmem wodzikowym, w którym by ramiona 3 i 5 posiadaly te sama dlugosc, przy czym wspomniana zbieznosc tych obu ramion powoduje rózne skoki, co jest uwidocznio¬ ne na fig. 4. W przypadku, przedstawio¬ nym na fig. 5, ruch ramienia 3, a wraz z tym i lopatki 2 jest zwiekszony w stosun¬ ku do ruchu ramienia 5 przy utrzyma¬ niu koniecznej niejednostajnosci przeno¬ szenia tego ruchu.Przyklad ten wykazuje, ze za pomoca stosunkowo prostych mechanizmów mo: zna urzeczywistnic poprzednio opisane za¬ sady ruchu lopatek. PL