Ще в ту пору, коли в судноплавстві безроздільно панували весло і вітрило, люди намагалися винайти новий спосіб пересування по воді. На римському барельєфі 527 р. До н.е. е. зображена дивна лібурни (вузьке довге швидкохідне судно), якій три пари коліс з лопатями, що йдуть в воду. Три пари волів ходять по колу і приводять їх у рух. Як свідчать джерела, в Китаї ще в 1161 році була побудована річкова джонка довжиною 110 м з гребними колесами, які приводилися в рух вітряками.
По суті, своєю появою на світ пароплав зобов'язаний гребним колесам, їх застосування в якості рушія - механізму, перетворювати роботу двигуна (парової машини) в поступальний рух судна.
Перша вдала спроба використання па судні з механічним двигуном гвинтового рушія відноситься до 1804 р Американець Дж. Стівенс побудував двогвинтового парову човен «Літтл Юліана» довжиною 7,6 м. При двотижневих випробуваннях на р. Г удзон човен іноді розвивала швидкість до 8 уз. Гребні гвинти були Чотирьохлопатевий і оберталися за допомогою зубчастих коліс від одноциліндровою машини Уатта.
Форма лопатей гвинтів Стівенса близька до форми сучасних гребних гвинтів тому часто вважають, що ідея застосувати гвинтові рушії на парових судах належить йому. Крім цього важливого нововведення на «Літтл Юліані» було випробувано й інше не менш важливе винахід - водотрубний котел.
Заради історичної справедливості слід, однак, сказати що першим гвинтовим судном була згадувана вище одномісна підводний човен «Тертл». Правда, в обертання цей гвинт наводився мускульною силою. На цьому човні під час війни за незалежність США в 1776 р була зроблена спроба атакувати англійський фрегат «Ігл».
Незважаючи на відносний успіх перших дослідів, розвиток гвинтових рушіїв затрималося на 30 з гаком років з моменту їх появи. Причинами цього були, по-перше, низька частота обертання парових машин того часу і, по-друге вдосконалення колісних рушіїв. Гребні колеса продовжували з успіхом застосовуватися не тільки на річкових, але і на морських судах.
І тільки в 1836 р англієць Джон Сміт і швед Джон Ерікссон (переїхав в 1835 р в США) відновили спроби практичного використання гвинтового рушія. У 1838 р вони створили гребні гвинти двох типів - червячноподобний і колесоподобний. Настав перелом у боротьбі парових і вітрильних суден, «. на відміну від коліс, - як зазначав Ф. Енгельс, - гвинт дозволяв кораблю зберегти всі обриси і оснащення парусного судна і рухатися за бажанням за допомогою одного пара або одних вітрил, або ж того і іншого разом ».
«Перетягування» гвинтового ( «Раттлера») і колісного ( «Алекто») пароплавів
Незважаючи на успіх Сміта і Ерікссона, залишалося ще багато невирішених проблем в проектуванні, будівництві та експлуатації гвинтових судів. Потрібно було розробити дейдвудних ущільнення для запобігання течі без швидкого пошкодження гребного валу, створити завзятий підшипник для передачі сили упору від гвинта на корпус, підвищити частоту обертання судновий парової машини для реалізації властивою гребного гвинта ефективності і знайти способи виливки і обробки міцного металу для лопатей гвинта.
Суперництво колеса і гвинта було тривалим. Але в 1843 році цей спір було вирішено досить просто, але остаточно: два англійських судна «Раттлера» і «Алекто», гвинтове і колісне з паровими машинами однакової потужності, були зчалені кормами і дано хід. Гвинтовий «Раттлера» перетягнув колісний «Алекто» і буксирував його зі швидкістю 2,5 уз.
На океанському пароплаві гребний гвинт був встановлений вперше в 1843 р Цим пароплавом був англійський «Грейт Брітні» довжиною 98,1 м - перший гвинтовий судно з заліза, які перетнули Атлантичний океан. Тоді ж в США став до ладу і перший в світі гвинтовий бойовий корабель «Прінстон» водотоннажністю 950 т з машиною потужністю 400 л. с.
Ці перемоги справили велике враження на суднобудівників, і незабаром пароплави з гребними гвинтами почали енергійно і рішуче витісняти колісні. Адже основними недоліками гребних коліс на морських судах була повна незахищеність їх від поломок при сильному хвилюванні і від пошкоджень при бойових діях, чутливість до зміни опади, громіздкість, велика вартість і труднощі утримання на курсі при хвилюванні і хитавиці, так як в цьому випадку упор гребних коліс різних бортів був неоднаковий.
Гребне колесо діаметром 17,1 м залізного пароплава «Грейт істерії»
Незважаючи на перемогу гребного гвинта, колісні пароплави ще довго, аж до 1875 р плавали на трансатлантичних лініях. Останнім колісним рекордсменом в швидкісному переході через Атлантику був лайнер «Корів», який утримував цей титул з 1862 по 1867 г. Його найкращий час становило 8 діб і 3 години, що відповідає середній швидкості 13,5 уз.
При роботі з гребним колесом був нагромаджено неоціненний досвід роботи з судновими паровою машиною і допоміжними механізмами, що згодом полегшило перехід від вітрила до механічного двигуна.
Уже говорилося, що на залізному гіганті «Грейт Істерн» стояли величезні гребні колеса діаметром 17,1 м, перевершити розміри яких так і не вдалося. На згадуваному вище судні «Нио Уорлд», ходив в 1850-х рр. по Гудзону, діаметр коліс сягав 14 м. Такі колеса були предметом гордості як власників судна, так і його пасажирів. Розміри найбільшого колеса
наземного споруди - водяного млина - досягали 21 м. Відомо, що в першій половині XVIII ст. (Початок промислової революції) на о. Мен в Англії працювало таке колесо. Воно служило для приводу різних механізмів.
Кормова край углерудовоза «Хоей мару» дедвейтом 209 тис. Т з гвинтом регульованого кроку діаметром 11м (1983р.)
В даний час діаметр гребних гвинтів фіксованого кроку досягає 11,0 м. Чотирьохлопатевий гвинти такого діаметру і масою 69 т встановлені на п'яти танкерах типу «Вінд екскорт» водотоннажністю 370 тис. Т з енергетичною установкою потужністю 18,4 тис. КВт.
Гребні гвинти регульованого кроку, що з'явилися трохи пізніше, ніж звичайні, в своєму розвитку досягли таких же розмірів. Один з подібних гвинтів діаметром Їм встановлено иа японському углерудовозе «Хоей мару» дедвейтом 209 тис. Т. Цей трилопатевий гвинт масою 76 т (маса лопатей по 11 т) приводиться в обертання з частотою 45 об / хв через редуктор від. малосборотного дизеля потужністю 11,4 тис. кВт.
Слід зазначити, що машинобудівники створили гідротурбіни величезної потужності, але з діаметром найбільшого робочого колеса (поворотно-лопатева турбіна) 9,75 м (американська ГЕС «Гранд Кулі»). Правда, 11-метровий гребний гвинт переробляє потужність близько 20 МВт, а менші за діаметром робочого колеса турбіни розвивають потужність в 640 МВт (радянська Саяно-Шушенська ГЕС).
Авіабудівники ж перевершили і машинобудівників і суднобудівників - вони створили пятілопастний несучий гвинт діаметром 35 м! Таких рекордних розмірів досягає повітряний гвинт змінного кроку, встановлений на радянському важкому вертольоті Мі-6. Є ще більший гвинт - ротор вітроелектростанції в Брюнсбюттеле (ФГГ), довжина лопатей якого - 500 м.
В даний час широко поширені гребні гвинти як рушії судів усіх типів і призначень, що обумовлено притаманними їм високими якостями. Перш за все, гвинт виключно простий по пристрої, не вимагає до того ж в експлуатації складного догляду. Передача крутного моменту від головного суднового двигуна до гребного гвинта не супроводжується жодними особливими труднощами. Відносно мала маса гребного гвинта, низька вартість його виготовлення, надійність в роботі і, головне, високий ККД - ось його основні переваги перед усіма судновими рушіями інших типів.