PĘDNIKI OKRĘTOWE

Do najbardziej znanych pędników okrętowych należą: śruby okrętowe, koła łopatkowe, pędniki cykloidalne (Voith - Schneidera) oraz pędniki strugowodne.

Mogą nimi również być śmigła lotnicze i silniki turboodrzutowe

Śruby obejmują: śruby o skoku stałym, śruby o skoku nastawnym, zespoły dysza-śruba, śruby superkawitacyjne (h_max=0,65), śruby tandem współbieżne i przeciwbieżne. Śruba jest pędnikiem hydraulicznym o osi poziomej, wzdłużnej, składającym się z 2÷7 skrzydeł usytuowanych promieniowo w piaście, w jednakowych odstępach kątowych od siebie.

Najbardziej rozpowszechnionym pędnikiem jest śruba o skoku ustalonym. Stosunko­wo prosta, łatwa w montażu, charakteryzuje się stosunkowo wysoką sprawnością, małym ciężarem niskim kosztem. Wadą jest niemożność wykorzystania pełnej mocy silnika napę­dowego w warunkach innych niż projektowe (zmiana warunków na skutek zmiany pogody, stanu załadowania, stanu powierzchni kadłuba) oraz mała elastyczność przy manewrach. Rodzaje: śruby B - Wageningen, Gawna.

Średnica śruby napędowej dla masowców i zbiornikowców około 0.65 zanurzenia konstrukcyjnego (T_konstr), dla kontenerowców około 0.74 T_konstr

W celu wyeliminowania wad śrub stałych skonstruowano śrubę nastawną: skrzydła śruby są przestawiane przez ich obrót w piaście. Przydatna dla jednostek pływających przy mocno zmieniających się obciążeniach pędnika (holowanie, trałowanie, manewry, stała prędkość obrotowa - przy prądnicy wałowej). Śruby te, ze względu na rozwiązanie mecha­nizmu przesterowania, budowane są z liczbą skrzydeł 2÷5. Największa moc doprowadzana do jednej śruby wynosi obecnie 43 tys. kW, a maksymalna średnica 11 m.

Śruby nastawne charakteryzują się następującymi cechami:

• w każdych warunkach pływania umożliwiają wykorzystanie pełnej mocy silnika główne­go lub pracę z ograniczoną mocą przy stałej marszowej prędkości obrotowej silnika,

• pływanie wstecz statku uzyskuje się przez zmianę skoku śruby bez konieczności zmiany liczby i kierunku obrotów silnika. Silnik pracuje bez zmiany kierunku obrotów w związku z tym zwiększa się jego żywotność i niezawodność,

• zmniejszenie prędkości statku - hamowanie ruchu - odbywa się w czasie o 20 ÷ 30% krótszym niż dla statków ze śrubami stałymi,

• możliwe jest uzyskanie bardzo małych prędkości statku, co jest ograniczone w układach napędowych ze śrubą stałą ze względu na konieczność utrzymania minimalnej statecznej prędkości obrotowej silnika głównego.

Wady:

• wyższy koszt inwestycyjny w stosunku do śrub o stałym skoku,

• mniejsza o 2 ÷ 3% sprawność dla warunków projektowych, która wyraźnie pogarsza się dla zmienionych skoków śruby przy obciążeniach częściowych,

• skomplikowana konstrukcja mechanizmu przesterowania skrzydeł wymagająca zwiększonej uwagi przez obsługę i zwiększająca koszty przeglądów i napraw.

Pędniki azymutalne

Pędniki azymutalne stosowane są tam, gdzie od jednostki pływającej wymaga się bardzo dobrych własności manewrowych. Do takich jednostek należą holowniki portowe, redowe, promy, pogłębiarki, barki i pontony. Nadają się również do jednostek wymagających dynamicznego pozycjonowania. Mogą być mocowane do kadłuba na stałe lub być wciągane. Największe pędniki azymutalne zastosowano na fińskich lodołamaczach (5 000 kW, 5 m średnica śruby).

Pędnik Voith - Schneidera

Siła napędzająca wytwarzana przez pędnik jest osiągana przez ruch po kole płatów płaskich o zmiennym kącie natarcia. Obrót płatów odbywa się w płaszczyźnie wodnicowej pod dnem statku. Siła naporu może przybierać dowolny kierunek w płaszczyźnie poziomej (360^o). Statek nie wymaga steru. Napęd skomplikowany konstrukcyjnie, kosztowny.

Pędnik strugowodny

W pędniku następuje - zasysanie wody spod dna za pomocą pompy i wyrzucanie jej z pewną prędkością w kierunku przeciwnym do zamierzonego kierunku ruchu. Woda zasysana przez pompę przechodzi przez stopniowo zwężający się kanał wlotowy, kręgi robocze impelerów oraz prowadnice, których celem jest zlikwidowanie prędkości obwodowych strumienia, Sprawność do 50 %.

Pędniki okrętowe

• Charakterystyki oporowe

a – współczynnik kształtu paraboli

m – wykładnik potęgowy (m = 2-3)

v – prędkość jednostki

WZ – warunki zewnętrzne

TJ – typ jednostki (np. kształt kadłuba, ilość wystających części, liczba śrub, załadowanie itp.)

Pędniki

• Pędniki śrubowe:

- Klasyczne;

- Inne;

• Wodnostrumieniowe;

• Cykloidalne;

• Śmigło lotnicze;

Śruby – współczynnik posuwu

Charakterystyka obrotowa

Śruba w dyszy

Dysza przyspieszająca – podnosi efektywność śruby pracującej przy dużych obciążeniach – małe prędkości, duży napór.

Śruby nastawne

Są to śruby , w których położenie skrzydeł względem osi obrotu , określające skok śruby. Może być zmieniane za pomocą mechanizmu zmiany skoku.

- umożliwiają wykorzystanie pełnej mocy zainstalowanych silników napędowych w różnych warunkach eksploatacyjnych

- umożliwiają zmianę prędkości lub uciągu jednostki pływającej przy zachowaniu stałej prędkości obrotowej silnika

- możliwość realizacji biegu wstecz bez konieczności zmiany kierunków obrotu wału napędowego.

Śruby – kawitacja

Kawitacja - zjawisko wrzenia cieczy opływającej profil ciała, występujące przy jego powierzchni wskutek zmniejszenia się ciśnienia pod wpływem wzrostu prędkości. Gdy ciśnienie statyczne zmaleje poniżej ciśnienia nasycenia odpowiadającego temperaturze w jakiej znajduje się ciecz, następuje wrzenie. Zjawisko to występuje w tych miejscach śruby okrętowej których prędkości opływu są największe.

Kawitacja:

• Spadek sprawności

• Erozja kawitacyjna

• Szumy.

Zapobieganie:

• stosowanie odpowiednich profili np. mała względna grubość profilu;

• zwiększenie powierzchni skrzydła;

• zmniejszenie liczby skrzydeł;

• zwiększenie zanurzenia osi śruby.

Przekładnie azymutalne (śrubo stery)

Realizacja przez pędnik dwóch funkcji : napędu i sterowania.

Istotą rozwiązań tych pędników jest to , że śruba , odmiennie niż w klasycznym rozwiązaniu linii wałów , napędzana jest przez przekładnię typu “Z” z równoczesną możliwością obrotu wokół pionowej osi przekładni

Pędnik cykloidalny

Cechy charakterystyczne pędników cykloidalnych:

• bezstopniowe sterowanie naporem zarówno pod względem wielkości jak i kierunku w pełnym zakresie 360o

• sprawność pędnika jest taka sama w całym zakresie 360o i dlatego moc silnika głównego może być wykorzystana maksymalnie natychmiast w dowolnym kierunku

• silnik napędowy może pracować ze stałą lub zmienną prędkością obrotową optymalnie przystosowaną do warunków pracy i stałym kierunkiem obrotów w czasie wszystkich manewrów

• prędkość obrotowa pędnika jest względnie mała, co sprawia, że konstrukcja jest niezwykle solidna i wytrzymała - układ napędowy działa niezawodnie i pewnie nawet w ekstremalnie trudnych warunkach

• układ napędowy i układ sterowania stanowią jeden wspólny, zwarty, a tym samym prosty w obsłudze system.

Pędnik wodnostrumieniowy

Zasadę działania napędu strugowodnego opisuje III zasada dynamiki Newtona: Jeśli ciało A działa na ciało B siłą F (akcja), to ciało B działa na ciało A siłą (reakcja) o takiej samej wartości i kierunku, lecz o przeciwnym zwrocie. W wyniku odrzucania masy wody powstaje reakcja będąca w tym przypadku naporem, który wykorzystywany jest do napędzania oraz manewrowania jednostką.

Pędnik wodno strumieniowy – sprawność napędowa

Pompy:

• osiowe

• odśrodkowe

• diagonalne

• śmigłowe

Pędniki wodnostrumieniowe – zalety:

• wysoka sprawność dla dużych prędkości

• zwarta konstrukcja – niewielkie rozmiary

• małe zanurzenie jednostki pływającej

• wysoka trwałość

• brak oporów pędnika niepracującego.

Instalacje rurociągów okrętowych:

• Siłownie:

• Paliwowe

• Oleju smarowego

• Chłodzenia

• Spalin wylotowych.

• Ogólnookrętowe

• Przeciwpożarowe

• Sanitarne

• Wentylacyjne.

• Specjalne.

Klasyfikacja instalacji rurociągowej okrętowej

• Siłownie - przeznaczone do obsługi układu napędowego oraz mechanizmów pomocniczych siłowni; zlokalizowane przede wszystkim w obrębie przedziału maszynowego.

• Ogólnookrętowe - przeznaczone do obsługi jednostki pływającej w zakresie:

• Bezpieczeństwa ppoż.

• Zachowania stateczności i niezatapialności jednostki pływającej

• Potrzeb socjalno – bytowych załogi.

• Specjalne - występują w zależności od przeznaczenia jednostki pływającej (jej specyfiki) np.:

• Instalacje transportowe ładunku płynnego na zbiornikowcach,

• Instalacje technologiczne na jednostkach rybołówstwa,

• Instalacje obsługi uzbrojenia na okrętach itp.

Maszyny i urządzenia stosowane w instalacji rurociągów okrętowych.

• Pompy

• Wyporowe np.:

- tłokowe

- śrubowe

- zębate

• Wirowe

• Strumieniowe

• Sprężarki:

• Wyporowe

• Tłokowe.

• Wentylatory, dmuchawy

• Wymienniki ciepła:

• Kotły parowe

• Podgrzewacze (wodne, parowe, elektryczne) – wody, powietrza, oleju smarowego, paliwa

• Chłodnice – wody chłodzącej, oleju smarowego, powietrza doładowującego

• Wyparowniki.

Rodzaje układów przenoszenia napędu

• spalinowo – mechaniczny

• spalinowo – elektryczny

• spalinowo – hydrauliczny.

Napęd bezpośredni silnikiem tłokowym

1 –wał pośredni; 2 – łożysko montażowe; 3 – uziemienie; 4 – łożysko nośne; 5 – wał śrubowy;

6 –uszczelnienie przednie pochwy wału śrubowego; 7 – łożysko pochwy;

8 – uszczelnienie tylne pochwy; 9 – śruba napędowa; 10 – kołpak; 11 – koło zamachowe;

12 – silnik główny; 13 – gródź skrajnika rufowego; 14 – połączenie kołnierzowe

str. 6/6