Avtor: Matej Štrubelj
Mentor: prof. Valter Suban
KAZALO
| I. | LADIJSKA POGONSKA SREDSTVA 1.1. Razvoj pogonskih sredstev |
| II. | RAZVOJ LADIJSKEGA VIJAKA 2.1. Lopatasta kolesa 2.2. Ladijski vijak 2.1. Strel z orožjem |
| III. | LADIJSKI VIJAK 3.1. Delovanje 3.2. Potrebna moč motorja 3.3. Zgradba 3.4. Vrste propelerjev |
| IV. | ZAKLJUČEK |
| V. | VIRI |
I. LADIJSKA POGONSKA SREDSTVA
Da lahko ladja pluje z določeno hitrostjo mora premagovati odpor z katerim se mu zoperstavlja voda, skratka sila pogona ladje mora biti enaka sili upora vode iz nasprotne smeri. Za to je potrebna energija. To energijo daje zunanja sila (veter, vleka...) ali notranji izvor (stroj).Kadar gre za notranji izvor (stroj) je potreben pretvornik mehanske energije stroja v pogonsko silo ladje (propulzor).
Najstarejši tip propulzorja je lopatasto kolo (1534). Nato so se pojavile različne izvedbe teh koles, kasneje pa različne verzije vijakov, ki so v uporabi danes.
Propulzorje lahko delimo v tri skupine:
- brizgajoči (centrifugalna črpalka črpa vodo na premcu ter jo meče na krmo)
- za ustvarjanje potiska s pomočjo sil odpora katere nastajajo na njihovih premikajočih delih (lopatasta kolisa)
- za ustvarjanje potiska s pomočjo sil vzgona katere nastajajo na njihovih premikajočih delih (vijačni propelerji)
1.1. Razvoj pogonskih sredstev
Prvo pogonsko sredstvo je bil drog z katerim se je človek poganjal od dna reke, jezer
, predvidevajo da je bilo v uporabi že leta 2700 pr.n.š.
Za drogom se je pojavila "vleka" (ljudje in živali so vlekli čoln ob obali), kasneje vesla, ki so bila v uporabi nekje do konca devetega st.
Nekje v začetku 10 st. so se začela uporabljati jadra (razvoj večjih ladij), a njihova energija je bila odvisna od vetra, zaradi česar je bila plovba nestalna in nezanesljiva. To je povzročilo, da so ljudje začeli razmišljati o notranjem izvoru energije (stalen, siguren). To je omogočil James Watt z iznajdbo parnega stroja. Po tem izumu so se kot nove vrste pogonskih sredstev začele uporabljati različne izvedbe lopatastih koles ter ladijskih vijakov.
II. RAZVOJ LADIJSKEGA VIJAKA
2.1. Lopatasta kolesa
Iznajdba parnega stroja je korenito spremenila transportno dejavnost. Na morju so se pojavile prve ladje na parni pogon z lopatastimi kolesi, ki naj bi zamenjal jadrnice. Toda zaradi mnogih pomanjkljivosti:
- slab izkoristek stroja (pri bočnem gibanju se je eno kolo vrtelo v prazno)
- velike obremenitve prenosnega mehanizma - več okvar, dražje vzdrževanje
- velika hrupnost
- sunkovite spremembe hitrosti
so parniki še nekaj desetletij opravljali večinoma poštni in potniški promet (tovornega jadrnice), prav tako pa niso bili primerni za vojaške namene:
- izpostavljenost lopatastih koles sovražnikovemu topništvu
- parni stroj z zalogo premoga in lesa je zavzel preveč prostora v podpalubju
- namestitev koles na mesto, kjer je bil predviden prostor za topov
Konstruktorji so poskušali omiliti nekatere slabosti z uvedbo kolesa s spremenljivim kotom lopatic. Leta 1829 je Anglež Galloway izdelal preprost mehanizem za lopatasta kolesa s spremenljivim kotom, ki je omogočal manj izgub energije, hitrost pa je bila za vozel večja. Rešitev ostalih problemov, vsaj za vojaško rabo, pa je ponujal drugačen pogon.
Lopatasto kolo
2.2. Razvoj ladijskega vijaka
Ladijski vijak je del pogonskega sistema ladje.
Princip delovanja Arhimedove vijačnice za črpanje vode in vetrnic je bil splošno in že dolgo poznan, saj so ga uporabljali že v starem Egiptu. V 18. stoletju je bilo prijavljenih nekaj patentov plovil ki jih je poganjala naprava v obliki vetrnice ali vijačnice (Paucton 1768, Bramah 1785) ter opravljene uspešne vožnje (Lytteleton 1794, Fulton 1798). Kljub temu pa so se vijačni parniki v Veliki Britaniji (pomorski velesili) pojavili razmeroma pozno.
V Ameriki pa je Stevens že leta 1837 konstruiral vojno ladjo z več vijaki
Prijavo patenta in izdelavo uporabnega vijaka navadno pripisujejo Ericssonu in Smithu.
Njune vožnje datirajo v leto 1936 oz. 1937.
Toda, že leta 1832 je francoz Frederic Sauvage prijavil patent vijaka, a zaradi finančne stiske pomembnejših poizkusov ni mogel opraviti.
Še pred njim pa je bil Josef Ressel.
Josef Ressel - Chrudim 1793 - Ljubljana 1857
Ressel je že leta 1825 na reki Krki preizkušal čoln na ročno gnan vijak. Leta 1827 mu je
bil dodeljen privilegij za redno linijo z parnikom na vijak med Trstom in Benetkami.
Prvi načrt vijaka naj bi Ressel narisal že leta 1812. Na risbi je dvostopenjski vijak s polovico zavoja ter tri možnosti namestitve:
- krma (med krmilom in trupom)
- med dvema čolnoma zadaj
- med čolnoma spredaj
Resslov načrt vijaka iz leta 1954
V prošnji za podelitev patenta leta 1826 je predvidel namestitev na premcu; toda "Civetta", kakor tudi vse kasnejše različice je imela vijak na krmi. Štiri leta kasneje je izdelal načrt izboljšanega vijaka, ki bi imel večji izkoristek ter bi ladjo bolje vodil. Vijak je bil ob jedru votel, v vijačnico zvita trakova pa sta bila prožna.
O Resslovih zaslugah pri uvajanju plovbe z vijačnimi parniki si zgodovinarji tehnike in prometa niso enotni. Pripisujejo mu prvenstvo pri namestitvi vijaka na krmi pred krmilom. Nekateri so mnenja, da je iznašel ugodno kombinacijo vetrnice in Arhimedove vijačnice. Toda dejstvo je, da je s plovbo "Civette" s potniki na krovu za več let prehitel enciklopedijsko priznana izumitelja vijačnega pogona Ericsona in Smitha.
III. LADIJSKI VIJAK
3.1. DelovanjePrenosna gred prenaša vrtilni moment vijaku, ki ga pretvarja v potisno - aksialno silo. Z to premaguje odpor ladje kateri je odvisen od (hitrosti, iztisnine, obraščenja podvodnega dela trupa, valovanja, tokov in vetra. Največji vpliv na hitrost ladje ima hitrost.
Prve teorije o delovanju so se pojavile ob samem izumu. Predpostavilo se je, da ladijski vijak deluje kot navaden vijak, ki se privije na matico. Iz tega bi sledilo, da je opravljena pot ladje enaka :
V = n*H*60 / 1852 [voz /h]
V - hitrost
n - število vrtljajev
H - korak
Toda, ker se ladja ne giblje skozi trdno snov (kohezija vode je slaba) pride do slipa (zdrsa, izmika vode), zaradi česar je dejansko opravljena pot manjša.
Slip delimo na:
1. navidezni
2. pravi
1. Navidezni slip je razlika med teoretično (izračun preko navedenih formul) in praktično (opravljena pot / čas) hitrostjo, ki se izračuna:
Sp = V - v / V
Sp - navidezni slip
V - teoretična hitrost
v - praktična hitrost
Toda tako določena stopnja delovanja ni bila dovolj natančna, zato se je prešlo na cirkulacijsko teorijo katera deluje na principu: kadar se nek profil (podoben vijačnemu krilu) vstavi v vodo pod vpadnim kotom, se pojavlja razlika v tlaku, med tlačno in pod-tlačno stranjo profila. Zaradi tega nastane vzgon.
Kavitacija
Je razdrečenost tekočine katera nastaja, kadar tekočina z veliko hitrostjo kroži okrog potopljenega dela. V primeru ladje kavitacijo opažamo v področju delovanja ladijskega vijaka. Zaradi obračanja vijaka pritisk vode na njegovih krilih pade na določeno stopnjo. Pri tej stopnji, in pri odgovarjajoči temperaturi okoliške vode, le ta začne izparevati. Zaradi tega v vodi nastajajo parni mehurčki, kateri povzročajo razredčenje vode, ta pa posledično povzroča padanje potisne sile.
Pri obračanju vijaka je na eni strani krila višji tlak kot na drugi. V teritoriju nižjega tlaka nastajajo parni mehurčki, katerih posledica je prekinjanje kontiunitete kroženja vode, zaradi česar je prekinjena potisna sila.
Zaradi padca potisne sile na površini vijaka pride do erozije materiala. Vzrok temu je, da v področju nižjega tlaka delci vode udarjajo v površino vijaka. Ker gre za dokaj majhno površino so ti udarci relativno močni, ter razkrajajo material.
Z ozirom na to opažamo, da ima kavitacija škodljiv vpliv na:
- hitrost (povzroča padanje potisne sile)
- material vijaka (erozija)
- vibracijo vijaka
Da se izognejo številnim škodljivim vplivom se pri konstrukciji vijaka težki, da se kavitacija izniči, oz. izvede na najmanjšo mero.
Vibracije, katere povzroča, so močnejše pri več-vijačnih ladjah. Nastanejo, kadar je razmik med vrhom krila vijaka ter ladje manjši od šestine premera ladijskega vijaka. Pri večjih ladjah mora biti ta razmak še večji (cca. četrtina premera vijaka).
3.2. Potrebna moč motorja
Določimo jo z pomočjo amiralitetne formule:
-
PB = Do,64*V3 / C
PB [KS] potrebna moč stroja za pogon ladje
D [t] iztisnina ladja
V [vozli] hitrost ladje
C - admiralitetna konstanta
3.3. Zgradba
Ladijski vijak, najpogostejša oblika ladijskega pogona ma 2 do 6 kril, katera so ponavadi s pestom zlita v celoto. Izdelan je iz manganskega fosfornega ali aluminijevega brona ali iz posebnega jekla..
Krila ladijskega vijaka predstavljajo dele vijačne ploskve s korakom H.
Na vijačno gred je vijak pritrjen s konusom in matico pri čemer je navoj matice obrnjen v nasprotno smer od vrtenja vijaka (to preprečuje da bi se matica odvila). Vijačno gred imenujemo zadnjo prenosno gred. Da bi jo morska voda ne razjedala, je na vijačno gred navlečena puša.
Matica vijaka je pokrita z strojno kapo zaradi usmerjanja vode.
Ladijski propeler na osovini
1- osovina; 2- glava propelerja; 3- klin; 4- matica; 5- strojna kapa; 6- tesnina;
7- tesnilni prstan; 8- tesnilo; 9- sornik; 10- čep
Vijačni propeler mora biti čim globlje potopljen v vodo, pri čemer pa je pomemben njegov premer. Pri plovbi mora biti potopljen toliko, da ne povzroča vsesavanja zraka. Njegov maksimalni premer lahko znaša 0,7 ugreza na KVL.
3.4. Vrste propelerjev
Propelerji so lahko levo ali desno - smerni
Pri vožnji v desno poganja ladja desno-smerni propeler.
Število propelerjev je odvisno od:
- moči stroja
- velikosti ter tipa stroja
- ugreza ladje
3.4.1. Kortova sapnica
Vijak se v sapnico montira na ladjah, katere morajo imeti čim manjši ugrez, zaradi česar je vijak manjši od optimalnega. Z sapnico delovanje vijaka izboljšamo. Če je sapnica pregibna, lahko vijak v njej deluje kot krmilo.
Pomembno je, da je razmak med vrhom krila ter sapnico čim manjši; s tem s poveča efekt stroja.
3.4.2. Voith-Schneiderjev vijak
Posebnost predstavlja Voith-Schneiderjev vijak, ki služi istočasno tudi kot krmilo. Izveden je kot horizontalno položen, okoli vertikalne osi vrtljiv disk, ki ima na spodnji strani na obhodu vertikalna sabljasta krila. Naklon teh kril je možno s posebnim mehanizmom spreminjati, s čimer se tudi spreminjata jakost in smer curka.
Aksialna sila je odvisna od oddaljenosti pola P od središča O
Položaji pola od središča
Velikost in smer aksialne sile je mogoče menjati z zamenjavo položaja točke P, brez spremembe smeri in vrtljajev motorja.
Z opisano izvedbo postane ladja zelo okretna, ter primerna za luške vlačilce in trajekte. Njene slabosti pa so: komplicirana konstrukcija, cena.
3.4.3. Premčni propeler
Kot že ime pove se montira v premčni del ladje. Njegova os je navpična na vzdolžno simetralno ravnino. S tem je smer sile premčnega propelerja navpična na smer aksialne sile (potisne) vijaka. Ta propeler se vgrajuje na ladje zaradi izboljšanja manevrirnih sposobnosti ladje.
IV. ZAKLJUČEK
Ladijski vijak je danes najbolj uporabljano pogonsko sredstvo ladij.Razvoj ladijskega vijaka se je začel v 18. st., pri njem pa je sodelovalo mnogo ljudi:
- Bernoulli (1752)
- Stevent (1804)
- Ressel (1812)
- Smith (1836)
V seminarski sem poizkušal ponazoriti razvoj ladijskega vijaka od začetkov do danes, njegove lastnosti, delovanje, zgradbo, pojme v povezavi z njim, ter različne vrste vijakov.
Upam da bo seminarska v pomoč laikom pri spoznavanju področja "ladijskega pogona".
V. Viri
ˇ Osnove brodogradnje ; Furlan , Lučin , Pavelič (Zagreb 1982)ˇ Pomorstvo 2 ; M. i Š. Miloševič (Zagreb 1968)
ˇ Zanimivosti iz pomorstva ; Vladimir Naglič (Ljubljana 1951)
ˇ Basic Ship Theory ; K J Rawson & E C Tupper (Malaysia 1994)
ˇ Josef Ressel ; Pomorski muzej "Sergej Mašera" Piran (1991)
