RU2176969C2

RU2176969C2 - Paddle wheel

Info

Publication number: RU2176969C2
Application number: RU99122911/28A
Authority: RU
Inventors: Н.Н. Чудиков; Е.Н. Вергейчик; Л.Б. Губанова
Original assignee: Пятигорская государственная фармацевтическая академия
Priority date: 1999-11-01
Filing date: 1999-11-01
Publication date: 2001-12-20

Abstract

FIELD: shipbuilding; marine propulsors. SUBSTANCE: paddle wheel includes vertical shaft and two opposite rectangular blades which are equidistant from shaft; they are positively turned around their axes; streamlined blades have symmetrical profile. Blades are rotated by one drive gear around their axes which are parallel to shaft axis. Drive gear is kinematically linked with driven gear through intermediate hears; driven gears are fitted on half-axles of blades. Width of blades is equal to doubled distance between edge of shaft and axis of rotation of blade. Angle between planes of blades is 90 deg. Vertical shaft is fitted on two supports. Number of teeth in each driven gear is twice as much as compared with driven gear. EFFECT: enhanced efficiency and reliability of propulsor; enhanced maneuverability of ship at one-sided rotation of shaft. 11 dwg

Description

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. The invention relates to the field of shipbuilding, in particular to wing propellers. Known propellers designed to create a stop capable of moving the ship (Shipbuilding, 1985). The propellers provide the vessel only forward movement, and when moving backward, the propeller shaft must switch to rotate in the opposite direction, in addition, if there is no rudder, the propeller does not provide the vessel turns in movement and, moreover, does not provide the vessel turns in place, the propeller efficiency not high enough.

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. A wing propeller is also known, combining the functions of a propeller and a rudder in one unit (L. Popilov. Chemistry is everywhere from the rudder to the hood. Shipbuilding, 1977). Such a mover has a low efficiency and cannot provide high maneuverability of the vessel both in movement and on the spot.

Целью данного изобретения является повышение КПД и надежности движителя, способного обеспечить высокую маневренность судна с односторонним вращением гребного вала. The aim of this invention is to increase the efficiency and reliability of the propulsion device, capable of providing high maneuverability of the vessel with one-sided rotation of the propeller shaft.

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.This goal is achieved by using a paddle wheel with a double-sided support, consisting of two opposing rectangular blades of a streamlined symmetrical profile, capable of forcibly rotating around its axis parallel to the shaft axis when the shaft rotates, with an angular speed half the angular velocity of the shaft and in the direction opposite rotation of the shaft, the width of the blade having a two-sided support equal to twice the distance from the edge of the shaft to the axis of rotation of the blade and the angle between the plane with the blades, is 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. The invention is illustrated in the drawing, where in FIG. 1 shows a propeller wheel, side view: in FIG. 2 section aa; in FIG. 3 - view A; in FIG. 4 - view B; in FIG. 5 - dual propeller wheel, rear view of the vessel; in FIG. 6 - section BB; in FIG. 7 - a view In, in a section; in FIG. 8 - view of G; in FIG. 9 - paddle wheel in a submarine, side view; in FIG. 10 - view D; in FIG. 11 - section GG.

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. The rowing wheel (Fig. 1-11) consists of a shaft 1 mounted on two bearings: a bearing 2 located in the stern 3 and a bearing 4 located on the support 5. Two upper 6 and two lower 7 carriers are fixed on the shaft. Between the carriers there are two rectangular blades 8, which, with their half shafts 9 and 10, are mounted movably at the ends of the carriers. The blades have a streamlined symmetrical profile and a width equal to twice the distance from the shaft edge to the axis of rotation of the blade, which ensures the maximum area of the working surface of the blade.

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. For the forced rotation of the blades around their axes parallel to the axis of the shaft, there is a drive mechanism consisting of spur gears: two driven 11 mounted on the axles 9; two intermediate 12, sitting on the axles 13, which are mounted on the carriers 7, and one drive gear 14, made integral with the bevel gear 15 and sitting on the shaft 1 coaxially. Driven gears 11 are kinematically connected with gear 14 through intermediate 12, and the number of teeth of gear 11 is twice as large as gear 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).The kinematic connection of the blades with the drive gear can be through bevel gears with an intermediate shaft passing through the tubular carrier 7. The angle between the planes of the blades should be 90 ^o . The gear 15 is connected to a bevel gear 16, mounted on a shaft 17, which is connected to the electric drive 18, controlled from the control panel of the vessel. A propeller shaft 19, supported by a bearing 20, is connected to the shaft 1 through bevel gears 21 and 22 (Figs. 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.Rowing wheel works as follows. When the propeller wheel rotates clockwise, looking from above (Fig. 1-4), they will rotate around their axles and blades 8 with an angular speed half that of shaft 1 and in the direction opposite to the shaft. For one full revolution of the paddle wheel, starting from point K (Fig. 2), in which the plane of the blade coincides with the axis of the shaft, each blade creates a stop force at all points of the circle with radius R, except for point h, when the paddle wheel rotates 180 ^o . At point h, the stop force of the blade is 0, because it assumes a position perpendicular to the original.

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). Further rotation of the paddle wheel leads out of the point h the blade, which again will create a thrust force with an increase to the end of the revolution, i.e. to point K. At this point, the stop force of the blades will be the greatest, which is the stop P of the paddle wheel both in strength and direction (Fig. 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=P•r. 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). In general, the paddle wheel stop is created by the simultaneous total stop of both blades and is constantly equal to the stop P, which is also the force generating the torque M overcome by the engine. Hence, the torque here will be equal to M = P • r. To create an emphasis for the vessel to move forward, the gear 14 should be in such a position that on the right side of the shaft 1 the plane of the blade coincides with the plane perpendicular to the axis of the vessel passing through the axis of the shaft (Fig. 4a).

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.When the gear 14 is rotated counterclockwise from its previous position by 90 ^o using an electric drive 18, controlled from the control bridge of the vessel, the vessel will turn to the right in place (Fig. 1 and 4b). When the gear 14 is rotated another 90 ^{°, the} ship will move backward (Fig. 4c). By turning the gear 14 from 0 to +180 ^o , thereby changing the direction of the stop created by the paddle wheel, you can quickly control the vessel, performing the following operations: move forward, move backward, steer the vessel in motion, turn around in place without changing the direction of rotation of the propeller shaft 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. An insignificant part of the power is expended on the rotation of the blades around their axes, because when the propeller wheel rotates, the blades themselves can rotate against the shaft under the influence of the surrounding aqueous medium.

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.The efficiency of such a paddle wheel will reach 0.6, and when using three similar blades in it, its efficiency can increase more than 0.7. For high-tonnage vessels, two propeller wheels can be used, paired together on one common shaft 1, located horizontally perpendicular to the longitudinal axis of the vessel (Fig. 5-8). When the shaft rotates clockwise (when viewed from the right), the vessel will move forward if the planes of the blades passing under the shaft coincide with the vertical plane passing through the axis of the shaft (Fig. 6). By turning gear 14 on both propeller wheels from 0 to +180 ^o, both together and separately (from the ship’s control panel), you can perform the following operations on the ship: move forward, move backward, steer the ship in motion, turn in place, raise or lower feed, the creation of any roll.

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. All this happens during unidirectional rotation of the propeller shaft. When installing twin propeller wheels on submarines, of relatively small sizes, so that the common shaft 1 passes slightly below the center of gravity of the submarine (Fig. 9-11) then, in addition to the above operations, it is possible to submerge the submarine under water without using devices for immersion and ascent , i.e. such a submarine with constant buoyancy is able to quickly submerge under water with the help of a paddle wheel, move in different directions above and under water and quickly float to the surface without changing the direction of rotation of the propeller shaft.

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. An essential distinguishing feature of the invention is that the propeller wheel has two blades with a width equal to twice the distance from the edge of the shaft to the axis of rotation of the blade, capable of rotating at an angular speed two times smaller than the shaft, and in the direction opposite to the shaft, besides the shaft and the blades have double-sided support. The advantage of the proposed design is a simpler device, increased efficiency and efficiency, and a wider range of functions performed by the propeller wheel without changing the direction of rotation of the propeller shaft of the vessel.

Claims

A rowing wheel containing a vertical shaft and equidistant from the shaft and forcibly rotated around its axes, two opposing rectangular blades of a streamlined symmetrical profile, having two-sided support and capable of forcibly rotating from one driving gear around its axes parallel to the shaft axis, the drive gear being located at the shaft end coaxially with it with the possibility of rotation around its axis and kinematically connected through intermediate gears with driven gears, set on the axes of the blades, characterized in that the width of the blades is equal to twice the distance from the edge of the shaft to the axis of rotation of the blades, and the angle between the planes of the blades is 90 ^o , and the vertical shaft is mounted on two supports, and the number of teeth of each driven gear is two times the number of teeth of the pinion gear.