Ķēdes velkonis

Ķēdes velkonis un baržas Sēnas upē Francijā 20. gadsimta sākumā

Ķēdes velkonis bija upju kuģu veids, kuru izmantoja 19. gadsimta otrajā pusē un 20. gadsimta pirmajā pusē daudzās Eiropas upēs un kura pārvietošanai izmantoja upes gultnē novietotu tērauda ķēdi. Šo ķēdi vilka uz kuģa borta novietots tvaika dzinējs. Tas, savukārt, ļāva kuģim aiz sevis vilkt virkni baržu. Vācijā šos kuģus dēvēja par Kettenschleppschiff, Kettenschlepper, Kettendampfer vai Kettenschiff, Francijā par toueur, bet angļu valodā par chain boat, chain tug vai chain-ship.

Ķēdi izcēla ārā no ūdens tai slīdot pa bomi kuģa priekšgalā, pēc tam to vilka pa klāju kuģa diametrālajā plaknē līdz kuģa vidusdaļā izvietototajam ķēdes dzinējam. Jaudas pārnese no tvaika dzinēja uz ķēdi parasti tika realizēta izmantojot spoles vinču. No šejienes ķēdi aizvadīja pa klāju līdz citam bomim pakaļgalā, kur to atkal ielaida upē. Pārvietojot pakaļgala bomi un grozot divas stūres, priekšgalā un pakaļgalā, no borta uz bortu, bija iespējams ieguldīt ķēdi atpakaļ upes centrā pat tad, kad velkonis gāja upes līkumos.

Vēsture

Franču ķēdes velkoņa La Ville de Sens rasējums (1850. gads)

Ķēdes velkoņu navigācija izraisīja revolūciju Eiropas iekšējo ūdeņu kuģniecībā rūpnieciskās revolūcijas laikā 19. gadsimta otrajā pusē un aizstāja līdz tam ierasto baržu vilkšanu ar darba dzīvniekiem vai cilvēkiem. Šo upju kuģu ķēdes piedziņa optimāli izmantoja šajā periodā vēl salīdzinoši mazjaudīgos tvaika dzinējus. Papildus tam, velkoņi bija īpaši labi piemēroti šī laikmeta upju navigācijas smagajiem apstākļiem: daudzas upes bija seklas vai ar spēcīgu straumi un tādējādi ierobežoja dzenrata tvaikoņu izmantošanu. Rezultātā drīz ķēdes velkoņus izmantoja daudzās upēs visā Eiropā. Tomēr 20. gadsimta pirmajā pusē to pozīcijas aizvien biežāk apdraudēja jaudīgāko dzenrata tvaikoņu konkurence. Šos procesus paātrināja upju pārveide kanālos.

Pirmo ķēdes velkoņu projektēšana un to būves tehniskie posmi norisinājās 19. gadsimta vidū, īpaši Francijā. Visu vēlāko ķēdes velkoņu prototips Elbas, Nekāras un Mainas upēs bija franču tvaika upju kuģis La Ville de Sens, kuru uzbūvēja vācu inženieris M. Dietzs (M. Dietz) ap 1850. gadu Bordo. Kuģi ekspluatēja Sēnas augštecē starp Parīzi un Montro — Fot — Jonnu (Montereau-Fault-Yonne). Tā, tehniskajā ziņā, progresīvais darbības princips un uzbūves īpatnības tika pārņemtas visos vēlākajos Eiropas ķēdes tvaikoņos.

Uzbūve

Bavārijas ķēdes velkoņa K.B.K.S. No. V modelis

Šo simetriski projektēto kuģu korpuss priekšgalā un pakaļgalā gandrīz sakrita ar ūdens līmeni. Šāda uzbūve samazināja jaudu, kāda nepieciešama, lai paceltu velkamo ķēdi uz kuģa priekšgala un arī samazināja pašu priekšgala iegrimi. Lielāks kuģa augstums tā vidusdaļā padarīja vieglāku tvaika dzinēja ievietošanu. Šāda klāja forma, zema priekšgalā un pakaļgalā, bet augstāka centrā, ir tipiska visiem vēlāk būvētajiem ķēdes velkoņiem.

Ķēdes velkoņiem deva priekšroku seklās upēs ar spēcīgu straumi. Tādēļ tiem bija plakans ķīlis un maza iegrime. Ķēdes velkoņu, kuri bija īpaši piemēroti seklam ūdenim, iegrime nepiekrautā stāvoklī bija 40 līdz 50 centimetri. Pat pilnībā piekrautiem ar oglēm, to iegrime bija 70 līdz 75 centimetri. Šī nelielā iegrime ļāva veikt pārvadājumus pa upēm pat sausos vasaras mēnešos, kad ūdens līmenis tajās varēja būt ļoti mazs.

Īsāki ķēdes velkoņi, ar garumu no 30 līdz 40 metriem un platumu no 5 līdz 6 metriem, bija ar augstāku manevrētspēju un labi piemēroti šaurām upēm ar daudziem līkumiem, piemēram Zālei. Lielāki kuģi, ar garumu no 45 līdz 55 metriem un platumu no 7 līdz 10 metriem, bija vairāk piemēroti salīdzinoši dziļām upēm kā Elba. Jo dziļāks bija ūdensceļš, jo bija nepieciešama lielāka jauda, lai izceltu smago ķēdi. Tāpat kuģa priekšgals tika vairāk nosvērts uz leju. Lielākiem kuģiem šis efekts nebija tik izteikts.

Pats korpuss bija būvēts no dzelzs vai koka un varēja izturēt vieglas sadursmes ar upes gultni. Ja tomēr kuģī tiktu izsists caurums, korpuss tika sadalīts nodalījumos ar vairākām ūdensdrošām starpsienām, kuras novērsa kuģa nogrimšanu. Zem klāja tika izvietots tvaika dzinējs, ogļu bunkuri un komandas dzīvojamās telpas.

Bavārijas ķēdes velkoņa ķēdes sistēmas shematisks attēlojums: bomis (zaļš), stūre (rozā), vadveltņi (zils), ķēdes piedziņa (oranžs)

Manevrēšana un navigācija

Ķēdes velkoņa priekšgals ar tā bomi

Ķēžu velkoņu ķēde bija "brīvi" ieguldīta upes gultnē lielās distancēs, līdz pat vairāku simtu kilometru garumā. Tikai masīvās ķēdes svars, kurš bija ap 15 kilogramiem metrā vai 15 tonnām kilometrā, un tās dabīgā berze gar upes gultnes smiltīm un akmeņiem, nodrošināja nepieciešamo pretestību, lai ķēdes velkonis un ar to saistītās baržas varētu vilkt sevi gar ķēdi. Ūdens līdzsvaroja velkoņu un baržu svaru, kamēr ķēdei bija jāiztur tikai velkoņa dzinēja jauda. Ķēde bija noenkurota tikai tās galos, lai velkoņi varētu turpināt vilkt sevi līdz ķēžu ceļa galam.

Problēma bija ķēdes pārvietošanās sāņus. Upes līkumos ķēdei, kura bija ieguldīta ar izliekumu, bija tendence pastiprināti izvilkt sevi taisni un tādējādi pārvietoties tuvāk līkuma iekšējai malai. Lai to novērstu, ķēdes velkoņi bija aprīkoti ar lielām, spēcīgām stūrēm priekšgalā un pakaļgalā. Šo stūru garums dažreiz pārsniedza četrus metrus un tās vadīja ar kontroles ratu palīdzību uz klāja.

Velkoņa priekšgalā un pakaļgalā ķēdi vadīja pa bomjiem, kuri bija izbīdīti tālu aiz klāja malas. Tas novērsa ķēdes saskaršanos ar garajām stūrēm. Bomji bija pārvietojami un tos varēja pārbīdīt uz sāniem izmantojot rokas kloķi. Tādējādi velkonis varēja tikt orientēts leņķī attiecībā pret ķēdes virzienu. Tāpat tas uzlaboja izredzes pārvietot ķēdi atpakaļ upes centrā.

Bomis bija aprīkots arī ar ķēdes pārtveršanas aprīkojumu, lai, gadījumā, ja ķēde pārtrūktu, tā nevarētu ieslīdēt atpakaļ ūdenī. Ja ķēdes ķērājs nebija pietiekoši ātrs, lai aizāķētos aiz ķēdes posma, ķēde vienkārši ieslīdēja atpakaļ un pazuda upē. Pēc tam būtu bijis grūti un darbietilpīgi velkot pa upes gultni kaķi, ķēdi atrast un izcelt.

Ķēdes piedziņa

Pirmās paaudzes ķēdes velkoņos ķēde gāja pāri ķēdes spolēm pie kuģa borta. Spēcīgās straumēs vai, kad parādījās grūtības izcelt ķēdi sanesumu vai upes gultnē esošu šķēršļu dēļ, piemēram, lielākas klintis, kuģis varēja ievērojami novirzīties no kursa un sasvērties uz vienu pusi. Rezultātā vēlāk būvētiem ķēdes velkoņiem ķēdes piedziņa vienmēr bija izvietota kuģa diametrālajā plaknē.

Spoļu vinča

Spoļu vinča (1866)

Francijas Senkantēnas kanāla (Saint-Quentin) Rikuvelas tuneļa (Riqueval) ķēžu velkoņa spoļu vinča (Velkoņa muzejs)

Vecākie ķēdes velkoņi Elbā, ķēdes tvaikoņi Nekārā un trīs kuģi Mainā, kuri piederēja Hesenes uzņēmumam Mainkette, jaudas pārnešanai izmantoja spoļu vinču. Lai nodrošinātu ķēdes ievilkšanu nepieciešamajā apjomā ar rotējošajām spolēm, ķēde bija aptīta vairākas reizes ap divām vienai aiz otras izvietotām vilcējspolēm kuģa vidusdaļā. Ķēde gāja pa četrām vai piecām gropēm un tā bija pārmaiņus uztīta uz priekšējās un aizmugurējās spoles.

Šīs metodes trūkums bija biežā ķēdes trūkšana. Tas nenotika vienkāršas ķēdes pārslogošanas rezultātā ar garu velkamo baržu sastāvu. Bija aprēķināts, ka pat tad, ja ķēdes posmi izdiltu par pusi no to sākotnējā šķērsgriezuma, baržu vilkšanai nepieciešamais spēks nebūtu pietiekošs, lai pārrautu ķēdi. Problēmas būtība bija apstāklī, ka berzes radītais nodilums priekšējai vilcējspolei bija daudz lielāks nekā aizmugurējai. Un, tiklīdz abu spoļu diametri sāka atšķirties, ap aizmugurējo spoli tika aptīts lielāks ķēdes garums nekā to spēja apstrādāt priekšējā. Tas spolēs un starp tām varēja radīt mehānisko spriegumu. Dažreiz tas bija tik liels, ka ķēdes posmi nespēja izturēt stiepes slodzi un to izturības robeža tika pārsniegta.

Efekts kļuva izteiktāks, ja ķēde bija savērpta, tas ir sagriezusies uz vienu pusi vai pat izveidojusi mezglus. Tas palielināja rādiusu, kādā ķēdi iespējams aplocīt ap spoli līdz pat 25%. Bet ķēdes elastības robeža bija 5%, kura dažkārt tika pārsniegta.

Vilcējspēka pārnese no spolēm uz ķēdi tika realizēta tikai ar berzi. Ja veidojās sarma vai ledus, ķēde varēja izslīdēt. Tādos gadījumos uz spolēm uzlēja karstu ūdeni.

Cits spoļu vinču trūkums bija salīdzinoši lielais ķēdes garums, 30 līdz 40 metri, kuru vajadzēja vairākas reizes aptīt ap abām spolēm. Ja ķēdes velkoni izmantoja tikai, lai vilktu baržas pret straumi, nebija daudz iespēju vienkāršiem līdzekļiem samazināt spolēm nepieciešamo ķēdes garumu atpakaļceļam. Ejot pa straumi nebija vajadzības pēc tik daudziem ķēdes tinumiem ap spolēm kā ejot pret straumi ar piekrautām baržām, bet, noņemot daļu tinumu atpakaļceļā, pēc noteikta laika, ķēžu velkoņu izmantotās upes sekcijas augštecē sakrātos kaudze ar pāri palikušo ķēdi. Savukārt sākumā ķēdei nebūtu nekāda vaļīguma. Lai mēģinātu izvairīties no šī trūkuma, ķēdes velkonis vienmēr veda sev līdzi atbilstošo ķēdes posmu pa straumei un pievienoja ķēžu maršruta sākumā. Rezultātā notika nepārtraukta ķēdes kustība, kas apgrūtināja drošu bīstamāko upes sekciju, piemēram krāču, šķērsošanu. Ar nolūku šādās vietās izmantotie pastiprinātie ķēžu posmi pastāvīgi pārvietojās augšup pret straumi. Līdzīgi, ķēdes īslaicīga nomešana diviem ķēžu velkoņiem satiekoties, bija salīdzinoši grūta daudzkārtīgo ķēdes tinumu ap abām spolēm dēļ.

Daudziem ķēžu tvaikoņiem, kuri nebija apgādāti ar palīgdzinējiem, bija atšķirīgi pārnesumi ejot pret straumi un pa straumi. Ejot pret straumi, kuģi bija projektēti lielākam vilcējspēkam, bet, ejot pa straumi, tie bija projektēti lielākam ātrumam.

Ķēdes satvērējrats

1. diagramma: Ķēdes trajektorija pāri tās satvērējratam

Lai atrisinātu pastāvīgo ķēdes trūkšanas problēmu, 1892. gada maijā Ībigavā Vācijas Elbas kuģniecības Kette ģenerāldirektors Ēvalds Bellingrāts (Ewald Bellingrath) izgatavoja ķēdes satvērējratu. Šo iekārtu lietoja dažādi ķēdes velkoņi Elbā, kā arī astoņi Karaliskā Bavārijas ķēdes velkoņu uzņēmuma (Royal Bavarian Chain Boat Company) ķēdes velkoņi Mainas upē. Mehānisma galvenā doma bija izmantot tikai vienu spoli vai ratu tiešajai piedziņai un nevis aptīt ķēdi ap to vairākas reizes, bet laist to pāri ratam tikai daļēji (skatīt 1. diagrammu). Konstrukcija paredzēja drošu ķēdes fiksāciju neļaujot tai izslīdēt. Tāpat tā bija paredzēta darbam ar dažāda šķērsgriezuma un garuma ķēdes posmiem, turklāt neatkarīgi no to orientācijas (zem leņķa vai horizontāli). Pat tad, ja bija izveidojies ķēdes mezgls, konstrukcijai vajadzēja tikt galā ar uzdevumu.

Ķēdi spēka pārneses rajonā nostiprināja daudzi kustīgi sānu pirksti, kuri ieķērās ķēdē no labās un kreisās puses (skatīt 2. diagrammu). Sākotnēji kritiķi bija norūpējušies, ka "satvērēja" daudzās kustīgās detaļas ātri izdils. Tomēr šīs bailes tika kliedētas pēc trīs gadu izmēģinājumiem, kuri sākās 1892. gada maijā. Izmantojot satvērēju, jaudas pārnese uzlabojās tik ievērojami, ka tas atļāva vienā tauvā vilkt vairāk baržu. Rezultātā visi jaunie Kette ķēdes velkoņi Ībigavā tika aprīkoti ar satvērējiem.

Tomēr Mainas upē ķēdes satvērējratus 1924. gadā atkal nomainīja pret spoļu vinčām, jo pirmie izrādījās pārāk neizturīgi pret mehāniskiem bojājumiem.

2. diagramma. Ķēdes nostiprināšana satvērējā

Elektromagnētiskā spole

Cits mēģinājums samazināt ķēdes trūkšanas biežumu un tās pārvietošanos upē, nāca no Francijas un to ieviesa 1892. gada novembrī Sēnas lejtecē netālu no Parīzes. Tā ieviesējs de Bovets (de Bovet) izmantoja spēka pārneses spoles berzes palielināšanas paņēmienu ar magnētismu. Arī šeit ķēde ap vilcējspoli bija aptīta tikai trīs ceturtdaļu garumā no spoles pamata riņķa līnijas garuma. Ķēdes noturēšanu uz vilcējspoles nodrošināja ar magnētisko spēku, kuru radīja spolē iebūvētie elektromagnēti. Tiem nepieciešamo elektrisko strāvu ražoja atsevišķs dzinējs un apmēram trīs zirgspēku dinamomašīna.

Magnētiskais spēks bija pietiekams neskatoties uz nelielo ķēdes garumu, kurš bija aptīts ap spoli. Izmēģinājumā ar vecu ķēdi, kuras svars bija 9 kilogrami metrā, tika sasniegts 6 000 spēka kilogramu (58,84 kN) vilcējspēks.

Palīgdzinēji

Papildus galvenajam dzinējam ķēdes vilkšanai, uz vēlākajiem ķēdes velkoņiem bija arī palīgdzinējs. Tas ļāva velkoņiem pārvietoties neizmantojot ķēdi un to pārsvarā izmantoja ejot pa straumi. Tādējādi pārgājiena laiks ejot pa straumi samazinājās, jo bija iespējams attīstīt lielāku ātrumu un vairs nebija vajadzības izpildīt ilgo un sarežģīto garām paiešanas procedūru, kad gaitā esoši un vienu un to pašu ķēdi izmantojoši velkoņi satikās. Papildus tam, samazinājās kopējais ķēdes dilšanas ātrums.

Ūdens turbīnas

Zeuner ūdens turbīna (skats no augšas)

Zeuner ūdens turbīna (skats no sāniem). Sarkanā zona atrodas zem ūdens. Ūdens plūsma ir parādīta gan ejot uz priekšu (augšējais attēls), gan strādājot atpakaļgaitā (apakšējais attēls)

Ūdens plūsmas dzinekļa izplūdes atvere ķēdes tvaikoņa Gustav Zeuner bortā

1892. gadā Elbas upē tika ieviesti ķēdes velkoņi ar Zeuner ūdens turbīnām. Tās bija mūsdienu ūdensmetēju priekšteces. Papildus īsākam pārgājiena laikam pa straumi, palīgdzinējs ļāva veikt korekcijas pagriežoties darba laikā ar ķēdēm, kā arī vienkāršoja apgriešanās manevrus. Ūdens turbīnas izmantoja vairākos ķēdes velkoņos Elbā un Bavārijas ķēdes velkoņos Mainas upē.

Ūdens tika iesūkts caur divām taisnstūra formas ieplūdes atverēm ķēdes tvaikoņa korpusa sānā. Pēc tam tas plūda caur korpusa iekšpusē izvietoto turbīnu. Turbīna paātrināja ūdens plūsmu un izgrūda to caur izplūdes atverēm, kuras bija izvietotas korpusa sānos un vērstas uz kuģa pakaļgalu. Izplūstošā ūdens strūklas virzīja velkoni uz priekšu (augšējais attēls). Lai ietu atpakaļgaitā, virziena maiņas cauruli pagrieza tā, lai ūdens plūšanas virziens izmainītos uz pretējo pusi (otrais un trešais attēls no augšas). Neskatoties uz to, turbīnas ūdens pārsūknēšanas virziens palika nemainīgs.

Šie otrās paaudzes ķēdes tvaikoņi bija aprīkoti ar divām ūdens turbīnām — katru savā bortā. Apgriešanās manevra laikā, vienā bortā ūdens plūda uz priekšu, bet otrā bortā uz aizmuguri, piešķirot kuģim rotācijas kustību.

Dzenrati un dzenskrūves

Donavas upē, spēcīgās straumes dēļ, ķēdes velkoņi nebija spējīgi iet lejā pa upi izmantojot ķēdi. Ja ķēdes velkonis būtu spiests pēkšņi apstāties, piemēram, ķēdes pārtrūkšanas rezultātā, pastāvēja reāla iespēja, ka aizmugurē esošās baržas varētu ietriekties priekšā esošajās izraisot sadursmi. Tādēļ Donavas kuģiem bija lieli, sānos montēti dzenrati, kuri kalpoja kā papildus dzinekļi ejot pa straumi. Tos piedzina 300 līdz 400 zs dzinēji.

Trešais papildus dzinekļa tips bija dzenskrūves. Šī tipa dzinekļus izmantoja daži Donavas velkoņi ejot pa straumi un tās ļāva vilkt baržas arī lejup pa upi.

Ārējās saites

• Video ar elektrisku ķēdes velkoni Rikuvelas tunelī (Riqueval). (franciski)
• Francijas interneta forums ar vecām daudzu ķēdes velkoņu fotogrāfijām. (franciski)