專利名稱：開辟險(xiǎn)急流通航的水力逆行船的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于航運(yùn)技術(shù)，涉及明輪排槳機(jī)械撐篙及減速制動(dòng)等新設(shè)備的航船。
螺旋槳推進(jìn)船發(fā)明已近兩百年，大，中型航船至今仍靠它推進(jìn)，但缺陷較多特別是速度太慢，造船界奮戰(zhàn)百年終未突破，只好另辟蹊徑研制水翼船，氣墊船，騰空艇……但均難實(shí)用于大中型航船。山區(qū)小河多險(xiǎn)急流兩岸陡峭峽谷束水連續(xù)急彎礁石密布，螺槳船不僅上行困難，下水為獲舵效必須″開機(jī)″結(jié)果航速加流速船行似飛，很難避免碰船、撞岸和觸礁，故我國二十萬世界三百萬公里山區(qū)小河未能開辟通航。
本實(shí)用新型的目的——提供明輪排槳和機(jī)械撐篙推進(jìn)，險(xiǎn)流制動(dòng)和水力逆行四種新技術(shù)裝置，以便深水和超淺水域相互通航特別是保證山區(qū)險(xiǎn)急流安全通航。
達(dá)到上述目的的方案——船首尾兩側(cè)裝明輪同側(cè)兩明輪間有連桿，桿上裝垂直排槳交替劃動(dòng)航于深水；明輪曲柄外端加裝斜垂河底的管篙，交替撐推航于淺水；又可利用管篙撐底使船止退，排槳受急流沖動(dòng)反推明輪旋轉(zhuǎn)并將所截獲的巨大水沖力，借管篙交替撐推使船逆水自行；兩舷設(shè)短突軸套裝旋臂式錨桿，端有錨耙挖耙河底增阻減速和實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng)，使船安全順?biāo)杏陔U(xiǎn)急流。
本實(shí)用新型的有益效果——1.此船的兩種新式推進(jìn)皆無螺槳難以解決好的″空泡″″氣蝕″問題；2.明輪等舷外機(jī)件不必進(jìn)船塢即可檢修；3.兩種新式推進(jìn)皆比同功率螺槳推力大5-10倍；4.減小主機(jī)和油料艙與常規(guī)船相比大降航船造價(jià)大增效益載重；5.機(jī)械撐篙能驅(qū)動(dòng)吃水0.25m載重20噸的超淺水小船；6、燥音污染和震動(dòng)極小乘坐舒適且快速；7.解決了減速制動(dòng)、增強(qiáng)操縱性和緊急制動(dòng)的難題；大大減少碰船、撞岸和觸礁的危險(xiǎn)；8.水力逆航可使總油耗節(jié)省90％，航運(yùn)成本可降低一半。



圖1水力逆行船前視圖圖2明輪和排槳放大圖圖3管篙及篙頭示意圖圖4錨桿及錨耙示意圖圖5水力逆行船俯視圖圖6水力逆行船側(cè)視圖結(jié)合附圖，進(jìn)一步說明其結(jié)構(gòu)和實(shí)施明輪排槳——如
圖1，5，6，在船舷兩側(cè)各安裝前，后兩對(duì)明輪①E是主動(dòng)輪，而E和C之間有齒輪聯(lián)動(dòng)并和D皆為被動(dòng)輪，各輪均有曲柄②每對(duì)輪之間均裝連桿③桿上裝垂直排槳④槳寬為船寬的1/10-1/20，槳長(zhǎng)略大于吃水，槳距近于槳長(zhǎng)。如圖2槳底與槳頂并緊靠連桿焊牢交叉斜撐形扁鋼17以增強(qiáng)槳葉剛度，又使扁平面與水面垂直以減出，入水阻力。排槳是水平劃動(dòng)無老式明輪的橫截波阻力。
眾所周知一馬力功率不論用作升力，壓力，拉力或推力均等于75Kg米/秒；但一用于船的螺旋槳?jiǎng)t推力猛降十倍，每馬力只有6-8Kg推力。輪船螺旋槳是間接反作用力且大大小于撐篙等直接反作用力，因?yàn)榍罢哂?0％的功率浪費(fèi)于推動(dòng)大量水流向船后高速噴射。機(jī)械撐篙不存在此種沖動(dòng)，所以每馬力的推力仍為75Kg，比螺槳推力大十倍。造船及航運(yùn)專業(yè)者皆知小面積高速螺旋槳每馬力推力僅6Kg，而大面積低速螺槳同功率能提高推力1/3達(dá)8Kg；因吃水所限螺槳面積不能無限止擴(kuò)大，但排槳不受此限可以串列許多槳葉，推水總面積可大于螺槳十倍以上。
物體的動(dòng)靜規(guī)律是動(dòng)者恒動(dòng)靜者恒靜，由靜變動(dòng)必須有″加速度″，由動(dòng)變靜也必須有″減速度″，行駛中的此船兩舷水面實(shí)際是靜止的，排槳的工作過程是入水，后推，出水和回前的循環(huán)，兩舷排槳是交替間歇式劃水，沒有螺槳的高速慣性噴射所耗費(fèi)的90％功率。靜止的水突然被大面積排槳高壓高速推動(dòng)，水又來不及高速避讓自然變?yōu)闃O強(qiáng)的抗壓反推力使機(jī)動(dòng)排槳功率的絕大部分皆轉(zhuǎn)變?yōu)橥拼策M(jìn)的反作用力所以現(xiàn)有河海輪船均可用明輪排槳推進(jìn)，可提高速度和大大節(jié)省能耗。
老式明輪船的發(fā)明比螺槳船還要早幾十年，但海洋運(yùn)輸并未得到長(zhǎng)足進(jìn)步只促進(jìn)了內(nèi)河航運(yùn)是因?yàn)楹＠似鸱鼪坝?，浪峰?huì)沖壞明輪槳葉，浪谷又使明輪懸空使船失去推進(jìn)力。本發(fā)明用于海輪不僅不要管篙，且兩舷可改為兩個(gè)明輪使一根長(zhǎng)連桿貫通，排槳的槳葉眾多，浪峰移動(dòng)到任何一點(diǎn)槳葉均不會(huì)懸空，自然不會(huì)失去推進(jìn)力；又由于槳葉與水面垂直，起伏再大的浪峰也不會(huì)損毀槳葉。
機(jī)械撐篙——如
圖1，5，6明輪曲柄外端，加裝連桿式斜垂河底的管篙⑥直徑約為船寬1％，下部有鋁合金空心球⑦球徑是管徑的五倍其作用是1.同鋁合金管篙皆充滿空氣使浮力接近于浮起彎曲的篙頭⑧猶飛機(jī)機(jī)翼沖角的作用，急速回前運(yùn)動(dòng)時(shí)被水沖頂而略略上浮，可避免篙頭與河底磨擦磨損。2.球體有流線型作用急速回前運(yùn)動(dòng)時(shí)能減水阻力；3.管篙撐底推力極大易于插陷河底淤泥，使拔出費(fèi)力多耗機(jī)械功力，有球體擴(kuò)大壓力面即不至深陷；4.管篙末端的篙頭俯視如鏟，側(cè)視為彎曲形尖頭，便于撐推巖底河床時(shí)頂住巖層層階或插入巖石孔隙避免打滑。
如
圖1艙頂絞盤連接絞纜經(jīng)桅桿頂?shù)牟⒘卸嗷啰赜纸?jīng)艙頂邊滑輪⑤折向而下系住管篙。既操縱升降又限定管篙斜垂與河面的夾角在45度以內(nèi)。兩舷管篙作交替間歇跳躍式移動(dòng)前進(jìn)，其撐推河底是直接反作用力較排槳推進(jìn)更好此時(shí)排槳仍如劃水般旋轉(zhuǎn)，實(shí)為同步空轉(zhuǎn)并不產(chǎn)生前進(jìn)的阻力；當(dāng)行于篙不及底的深水時(shí)管篙撐力落空，機(jī)械功力又自然轉(zhuǎn)變?yōu)榕艠獎(jiǎng)澦Ｈ糁惶嵘粋?cè)管篙另側(cè)繼續(xù)撐船，猶增強(qiáng)舵效改進(jìn)操縱性，能更靈活地急轉(zhuǎn)航向?？涨蚺c管篙用螺紋 連結(jié)便于拆換。綜上所述，除攔河壩庫區(qū)和少數(shù)深水湖泊外，所有內(nèi)河都可用機(jī)械撐篙推進(jìn)。
渤海平均深度30多米，小海輪篙長(zhǎng)幾十米，所以內(nèi)海和沿海亦可試用撐篙推進(jìn)。原有輪船改用此兩種深，淺水新式推進(jìn)機(jī)械后推力猛增五至十倍，為不使動(dòng)力富余能源浪費(fèi)可兼帶頂，拖船隊(duì)，使運(yùn)輸效益增大多倍。既然人力劃槳、撐篙能驅(qū)船前進(jìn)，機(jī)械力大又不會(huì)疲憊，就沒有理由否定機(jī)械劃槳、撐篙能更快地驅(qū)船前進(jìn)。
同理可設(shè)計(jì)一種“機(jī)械撐篙推進(jìn)水力挖河船”，比現(xiàn)用多艘螺槳船合力強(qiáng)拖“水力鋼耙船(《山區(qū)航道整治》下冊(cè)136頁)的疏浚淘灘效果好得多。此船一艘相當(dāng)同功率十艘螺槳船的推力，用機(jī)械撐篙“強(qiáng)推船行，拖犁挖河”(請(qǐng)參閱筆者另一項(xiàng)已批準(zhǔn)專利91207561.9《疏浚航道與整治害河的水力挖河船》)的方法，于水流極緩的入海河口河段，挖出主槽使水流挾帶泥沙排入深海，可望解決長(zhǎng)江，海河等入海河口攔門沙嚴(yán)重礙航問題。黃河干支流如三門峽等好幾十座大中型水庫，即將被泥沙完全淤死，用此方法可望”死庫救活”(可另寫專題說明書)。
水力逆航——棘輪的作用是止退，而逆行船停車用管篙抵撐河底也能止退，但水流不息，兩側(cè)排槳受水流沖動(dòng)而交替后移，通過連桿曲柄反推明輪旋轉(zhuǎn)，在同一曲柄的管篙被排槳所截獲的巨大水沖力的驅(qū)動(dòng)，同樣向后強(qiáng)撐河底推船逆水上行是完全可能的。眾所周知水中運(yùn)動(dòng)的流線型物體(如此船)比同等水下斷面積且與水流迎面垂直的物體(如排槳)其水阻力至少減小十多倍；而排槳總面積大于船體水下斷面積幾倍，所截獲的水沖力大于該船阻力好幾十倍，必能推船逆水自航。
我國自古重視農(nóng)田水利，灌溉渠道還將越修越多，灌渠斷面規(guī)順整齊水面平穩(wěn)渠道流速較緩是理想的微型通航水道，但因不成網(wǎng)絡(luò)渠面水位錯(cuò)落更不能溝通江河，至今多未利用通航甚為可惜；只要對(duì)總，干，支三級(jí)渠道稍加改造，添置小船簡(jiǎn)易升降設(shè)備及簡(jiǎn)易河渠轉(zhuǎn)航過船設(shè)備，再研擬保證最低通航尺度和控水方法(另詳)。
另設(shè)計(jì)制造長(zhǎng)9米寬，1米舷深0.7米，渠道水淺載一噸水深載兩噸，進(jìn)入江河可載三噸的微型水力逆行船；將來可使幾十萬公里渠道既灌溉又通航，亦可過船入溪河航行前景美好。螺槳推進(jìn)船的航速是水面速度，相對(duì)于地面速度則順?biāo)潞揭恿魉?，逆水上航要減流速。水力逆行船是以篙頭抵撐的河底為基點(diǎn)，假設(shè)流速為4/米/秒，故其逆行地速亦近于4米/秒。一般來說貨船進(jìn)入流速2米/秒，客船進(jìn)入3米/秒的河段就可停車而改用水力逆航。
增阻制動(dòng)——大小航船至今未解決增阻減速尤其是緊急制動(dòng)的久懸難題；雖發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情即使立即停車并開倒車，大船還有好幾百米沖程只好目睹可怕事故的發(fā)生；因船的質(zhì)量比極大慣性力也極大，拋錨必然拽斷錨鏈僅只能微微減輕事故的損害程度?，F(xiàn)有螺旋槳汽輪在險(xiǎn)急流逆水上航雖有困難，但最難最險(xiǎn)還是在順?biāo)潞揭蚱刑齑譄o舵效難于避免碰船撞岸和觸礁，前述之險(xiǎn)流惡水將使船毀人亡。
除險(xiǎn)之法兩舷設(shè)短突軸⑩套裝旋臂式錨桿桿端有雙齒錨耙險(xiǎn)急流下漂航行時(shí)，電控絞盤反轉(zhuǎn)放絞纜和錨桿沉落，使錨耙淺挖河底產(chǎn)生阻力自然能降低漂行速度，河水變?yōu)榈沽饕蚪?jīng)過舵面而恢復(fù)舵效。錨耙的第二作用是增強(qiáng)操縱性，若只用一側(cè)錨耙耙挖河底船身必向該側(cè)急轉(zhuǎn)航向，能可靠地避免碰船，撞岸或觸礁。若完全放落錨桿重力使齒耙深挖河底阻力陡增，幾秒鐘內(nèi)可實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng)。錨桿長(zhǎng)度可近于船長(zhǎng)，大海輪可長(zhǎng)達(dá)兩百米，多數(shù)海域皆可以耙挖到海底，而產(chǎn)生減速或制動(dòng)效果。水底常有暗礁沉木或死錨等，為避免挖耙受阻掙斷錨桿或耙齒，可如圖4在錨桿與耙齒間設(shè)強(qiáng)力拉簧 齒根有樞軸 當(dāng)錨耙遇障受阻，耙齒由A被絆移到B成前傾狀，就易于滑跳過礁石 等障礙物，拉簧立即拉齒耙回歸原位，又繼續(xù)耙挖減速。(另有防撞輪⑨停靠時(shí)防撞壞囤船和槳葉。)其它問題——如圖5，伴流 是摩擦阻力引起，故排槳槳葉應(yīng)向內(nèi)傾斜，使劃水時(shí)水向外流 可避免破壞伴流增大磨擦阻力；利用水力逆行時(shí)水流由前沖來又向內(nèi)流 可使船周水面被壅高，利于快速流入船底，增強(qiáng)船底壓力可避免淺水航行的船身″下坐″現(xiàn)象。山區(qū)流急必須大馬力船，一般是一噸一馬力，若水力逆行成功僅靜水或下水航行才需用動(dòng)力機(jī)械推進(jìn)，故10-20噸一馬力即可。
機(jī)械撐篙只能推進(jìn)不能后退，而船在靠碼頭或掉頭時(shí)總需要能后退，可開動(dòng)絞盤提篙出水，再開倒車排槳倒劃船自然后退。航船停泊時(shí)久為防船身隨流回轉(zhuǎn)，除拋船首主錨外還需再拋船尾小錨；錨耙的第三作用是代替船尾小錨，且拋、啟錨極為方便。第四個(gè)作用是山區(qū)航道狹窄遇緊急情況需立即掉頭時(shí)，只沉落一側(cè)錨耙船即可繞耙作小半徑掉頭。第五個(gè)作用是利用一側(cè)耙挖既能減速又能靈活轉(zhuǎn)向，可幫助航船迅速離、靠碼頭。完全在深水湖泊或深海航行的船舶可不設(shè)管篙。舷邊有兩個(gè)吊艙門船靠岸時(shí)只放連桿處于低位的艙門，兼作乘客上，下船的跳板 。
權(quán)利要求1.一種開辟險(xiǎn)急流通航的水力逆行船，其特征在于船舷兩側(cè)明輪①有曲柄②同側(cè)兩明輪的曲柄之間裝連桿③桿上裝有垂直排槳④；又在曲柄外端再套裝斜垂河底的管篙6。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的開辟險(xiǎn)急流通航的水力逆行船，其特征又有明輪排槳的每片槳葉下部有交叉斜撐形扁鋼⑦，扁鋼的扁平面與水面垂直，管篙的篙端裝能拆換的鐵搞頭⑧。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開辟險(xiǎn)急流通航的水力逆行船，其特征還有管篙的下部有硬質(zhì)空心球⑦船艙頂有絞盤絞動(dòng)絞纜經(jīng)桅桿頂?shù)牟⒘卸嗷啰睾团擁斶吇啟莶鹣蚨孪低芨荨?br> 專利摘要開辟險(xiǎn)急流通航的水力逆行船，是在船舷兩側(cè)各裝兩對(duì)明輪。前后兩輪間有曲柄連桿，桿上裝垂直排槳?jiǎng)澦七M(jìn)航于深水；另在每個(gè)曲柄外端再套裝斜垂河底的管篙。機(jī)械撐篙推進(jìn)航于超淺水。利用管篙抵撐河底使船止退的作用，任流水沖動(dòng)排槳而截獲巨大水沖力，反推明輪旋轉(zhuǎn)使管篙撐船逆水自航；另在兩舷設(shè)能升降的錨耙以耙挖河底。產(chǎn)生阻力使船減速并增強(qiáng)漂行舵效和實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng)，以確保山區(qū)險(xiǎn)急流能安全通航。
文檔編號(hào)B63B35/00GK2245033SQ9424318
公開日1997年1月15日 申請(qǐng)日期1994年10月21日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月21日
發(fā)明者李浩昌 申請(qǐng)人:李浩昌