Историческая справка о развитии колоснрго флота

ИСТОРИЧЕСКАЯ  СПРАВКА О РАЗВИТИИ КОЛЕСНОГО ФЛОТА

Малая плотность  населения нашей страны и сезонность работы речного транспорта препятствуют поднятию его рентабельности. В этих условиях для повышения эффективности  речных судов необходимо приспособить их к естественным условиям - уменьшить  осадку судов, оптимизировать их размеры, повысить их маневренные качества, дать при необходимости ледовый  или ледокольный класс, обеспечить возможность работы без причальных сооружений и при этом снизить  удельные показатели мощности энергетической установки. Для решения такой  задачи необходимы новые технические  решения. И они имеются.

Для грузового  и транспортного флота - это новый  движительно-рулевой комплекс с  применением гребных колес - Колесный ДРК или КДРК.

Реки России - транспортные артерии страны, были свидетелями зарождения и развития самоходного колесного флота, совершенствования  гребного колеса и паровой машины в течение более ста лет (начиная  с 1815 года, когда был построен первый в России пароход Берда).

Колесные суда, созданные русскими мастерами, имели  высокие эксплуатационные качества. Так буксирный пароход «Редедя  князь Косогский» (после революции  «Степан Разин»), построенный в 1889 году в Перми имел рекордную на протяжении всего своего существования  мощность 2000 (после капремонта 1800) л.с. и был способен буксировать воз  водоизмещением до 35 тыс. тонн.

Уже на рубеже IXX - XX веков строились комфортабельные пассажирские пароходы, развивавшие скорость 25-27 км/час.

Колесные пароходы составляли основной костяк речного  буксирного и пассажирского флота  страны вплоть до 50-х годов прошедшего столетия.

В 30-е - 50-е годы XX века флот, состоявший из национализированных  колёсных пароходов пополнился новыми судами, спроектированными на более  высоком уровне (буксирные пароходы пр. 733 мощностью 200 л.с., пр.732 мощностью 400 л.с., типа «Индустриализация» мощностью 1200 л.с.)

Развитие гребных  колес приостановилось в конце 50-х, начале 60-х годов, когда на речном транспорте стал внедряться метод вождения барж толканием.

Вновь строящиеся винтовые толкачи с дизельной  силовой установкой, упорами, автосцепным  устройством, поворотными насадками  гребных винтов в гораздо большей  степени отвечали поставленным задачам, чем старые колесные буксиры. Они  имели более высокую прочность  и мореходность, что было существенно  в условиях появившегося каскада  водохранилищ.

У многих речников и судостроителей в ту пору сложилось  мнение, что колесный движитель несовершенен и применялся лишь потому, что раньше не умели строить винтовые суда. Это была субъективная причина, по которой  о гребном колесе забыли на десятилетия. К объективным причинам неприменения в речном судостроении колёсного  движителя можно отнести следующие: фомоздкие размеры гребных колес  и обносов;

уязвимая конструкция  и дорогостоящий ремонт гребных  колес с поворотными плицами; недостаточная управляемость колесного  судна в качестве толкача;

низкая и почти  одинаковая в тот период стоимость  дизельного топлива и мазута, что  делало паровую машину неконкурентоспособной  в сравнении с ДВС;

отсутствие простой, надежной и экономичной передачи мощности от дизеля к гребному колесу ; увеличение предельной осадки судов  в связи с созданием водохранилищ, при которой гребной винт может  быть не менее эффективен, чем гребное  колесо.

Рис. 1. Двухопорное гребное  колесо с поворотными  плицами

Опыт эксплуатации колесных буксиров, исследования колёсного  движителя, выполненные в канун  Великой Отечественной войны  Одесским институтом водного транспорта, а также исследования 80-х лет  Новосибирского института водного  транспорта убедительно доказывают, что для осадок менее 1,5 м колесный движитель обеспечивает буксирному судну существенные преимущества.

По данным натурных испытаний 14-ти колесных буксиров, приведенных  в книге М.Я. Алферьева «Судовые движители» (изд. «Водный транспорт» 1938 г. стр. 496), у колесных речных буксиров КПД буксировки получается на 30-35% выше, чем у винтовых при средней  осадке (0,8 - 1,47 м) и средних скоростях  буксировки около 9 км/ч. Большой интерес  представляют исследования Новосибирского института водного транспорта, давшие рекомендации по созданию колесного  движителя с неповоротными плицами, имеющего высокий пропульсивный  КПД, (почти такой же, как у гребных  колес с поворотными плицами) и высокое упорное давление (более  высокое, чем для колес с поворотными  плицами). Такой движитель с плицами, жестко установленными под й

углом к оси  колеса, осуществлен на заднеколесном  толкаче пр.81470 мощностью 150 л.с.

Новосибирского  филиала ЦТКБ (головное судно построено  в 1990 году). В 70-е годы были ч

построены и  успешно эксплуатируются колесные теплоходы-буксиры для реки Лены и реки

Иртыш.

ОПИСАНИЕ  КОНСТРУКЦИИ И  ОСОБЕННОСТЕЙ РАБОТЫ КОЛЁСНОГО

ДРК

(Российский  Патент №2225327 от 30.11.2001 г)

Конструкция колёсного ДРК.

Принципиальная  схема предлагаемого ДРК очень  проста: пара гребных колёс, имеющих  симметричную конструкцию с жёстко установленными винтовыми плицами, с раздельно управляемым приводом, установлена в оконечности судна. Поскольку в данном случае гребные  колёса являются одновременно движителем и органом управления судном, мы имеем новый тип движительно-рулевого комплекса, который предлагается назвать  «колёсным ДРК», сокращённо КДРК. Колёсный ДРК содержит устройство для регулирования  заглубления гребных колёс, выполненное  в виде рамы, шарнирно закрепленной на транце судна, с приводом её подъёма - опускания. 

Рис. 2. Гребное колесо с винтовыми плицами  на раме перед установкой на судно.

)яeлJ 

При использовании КДРК на буксирах - толкачах для повышения его пропульсивных  качеств, рама гребных колес может  быть оборудована волновыпрямителем  с устройством регулирования  угла атаки крыла и поднятия его  над уровнем воды.

Для повышения  эффективности работы в случае применения КДРК на пассажирских судах, форма гребных  колёс может быть выполнена в  виде усеченных конусов с наружным ободом меньшего диаметра, чем обод внутренний (ближний к ДП судна). При этом плица имеет аксиально-винтовую форму с оптимальным углом  входа кромки в воду у наружного  обода колеса и оптимальным углом  выхода кромки плицы из воды у внутреннего  обода колеса (для расчётной скорости хода судна).

Для использования  в особо тяжёлых условиях (например, для судов ледового класса) гребные  колёса выполняются в виде объёмной конструкции с внутренним набором  из высокопрочных материалов.

Управляемость и манёвренность судна, оборудованного колёсным ДРК.

Колесный движитель обладает замечательным  качеством: при возрастании сопротивления  движению и при падении скорости резко увеличивается удельный упор, приходящийся на единицу мощности. Характер зависимости относительного тягового усилия кг/лс от скорости движения судна (состава) V км/ч показан для  гребного колеса, винта и водомета на графике рис. 9

Рис.ЯГрафик  зависимости тягового усилия от скорости движения судна

 

• кривая, построенная  по данным натурных испытаний 14-ти колесных буксиров

(взято  из книги «Судовые движители»  М.Я. Алферьева, стр.497);

• — — — - кривая для водомётного судна;

—* • - кривая для винтового буксира. 

Как видно  из графика, в режиме маневра, возросшего сопротивления движению (встречный  ветер, мелководье), в режиме торможения, колесное судно имеет несомненные  преимущества перед винтовым.

Конструкция колёсного  ДРК обеспечивает изменение величины и направления вектора тяги путём  изменения соотношения числа  оборотов и направления вращения гребных колёс. Как видно на схеме  управляемости (рис. 4), максимальный момент, разворачивающий судно, может быть достигнут при вращении гребных  колёс на максимальных оборотах в  противоположном направлении. Управляемость  судна на переднем и заднем ходу будет идентична.

Величина  разворачивающего судно момента  зависит от угла а разворота плиц относительно оси колеса и расстояния оси гребных колёс от центра массы  судна или толкаемого состава. При  установке плиц под углом к  оси колёс а = 17° (угол, соответствующий  максимальному КПД КДРК) момент, разворачивающий судно в сравнении  со случаем а = 0° возрастает для  судна - толкача в 2,5-3 раза, для толкаемого состава толкач + баржа в 5-6 раз, для  состава толкач + две баржи в  кильватер в 10-12 раз.

Винтовая форма  плиц при вращении колёс в разные стороны обеспечивает рулевую силу, соизмеримую с упором ДРК. Если плицы  не имеют разворота (а = 0°), то боковая  составляющая упора отсутствует, и  управляемость судна, в отличие  от предлагаемой конструкции КДРК, не может быть обеспечена без традиционного  рулевого устройства.

L/2

И

Рис. 4 Схема управляемости  судна.

Разворачивающий момент при вращении колес в разные стороны:

Л/ = 2Р • (—sin а + —cos а) = P(L sin а + b cos а)

2 2 '

где Р - величина упора на одном гребном  колесе;

L/2 - расстояние от центр массы судна (состава) до оси гребных колес;

b - расстояние между центрами плиц;

а - угол разворота плиц.

для а = 0 МО = РЬ;

для а = 17°, оптимального с точки зрения КПД движителя)

М17 = Р  (L- 0,32 + Ь- 0,94) 

Данная схема  ДРК испытывалась на модели, самоходном снаряде для добычи сапропеля, паромах  и дала хорошие результаты.

При маневрировании на малых скоростях данный ДРК  особенно эффективен, так как удельная тяга на каждом колесе может быть очень  высокой.

 Тяговые и  скоростные характеристики, обеспечиваемые колёсным ДРК.

Из практики известно, что удельные тяговые характеристики гребных колёс при возрастании  сопротивления движению увеличиваются  в 1,5-2 раза. При одинаковой мощности судно с колёсным ДРК будет  быстрее набирать и гасить скорость в сравнении с судном, имеющим  винтовой или водомётный ДРК.

Разворот плиц относительно оси колёс, кроме обеспечения  управляемости, способствует повышению  пропульсивного КПД ДРК и получению  высоких тяговых характеристик  за счёт подгребания воды с бортов и обжатия струи. Для уменьшения потерь и повышения скорости отбрасываемой  струи (а значит и скорости судна) колёса ДРК выполняются в виде усечённого конуса.

Частицы воды, захваченные  плицей, в момент гребка перемещаются вдоль её поверхности от борта  к ДП судна и получают ускорение  т.к. диаметр гребного колеса, а значит и окружная скорость плиц возрастает от борта к ДП. Возросшая скорость отбрасываемой струи снижает  образование водяного вала за колесом, подъём воды плицами. Этому также  способствует аксиально-винтовая форма  плиц. На всех режимах движения судна  обеспечивается максимальный КПД ДРК  за счет оптимальной величины заглубления  гребных колес, регулируемой приводом подъёма-опускания рамы. При создании заднеколесного буксира-толкача может  быть использован волновыпрямитель, который обеспечит повышение  буксировочного коэффициента до 25% («Судовые движители», М.Я. Алферьев, стр.526).

Работа колёсного  ДРК в условиях мелководья, засоренной акватории и в ледовых условиях. Отсутствие уязвимых элементов - поворотных плиц, перьев рулей - обеспечивают колёсному  ДРК повышенную надежность на предельном мелководье, вплоть до использования  его в качестве грунтозацепов  путем опускания на дно, например, при посадке на мель.