Π Ρ Ο Ω Σ Η 1.

Παρουσίαση με θέμα: "Π Ρ Ο Ω Σ Η 1."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Π Ρ Ο Ω Σ Η 1

2 ΑΝΑΦΟΡΕΣ "Basic Principles of Ship Propulsion"
MAN B&W Diesel A/S, Copenhagen Βασικές Αρχές Πρόωσης Πλοίων Ε. Μ. Π. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΝΑΥΤΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ Επιμέλεια: Ν. Π. Κυρτάτος Καθηγητής ΕΜΠ

3 ΠΛΗΜΝΗ ΠΤΕΡΥΓΙΟ Η Ε Λ Ι Κ Α 3

4 Πλήμνη Ονομαστική διάμετρος πλήμνης (d) 4

5 ΓΕΩΜΕΤΡΙΑ Πλήμνη D Διάμετρος έλικας 0,7 D Επιφάνεια δίσκου A0 5

6 Επιφάνεια ρόφησης ή κυρτή
Δεξιόστροφη Επιφάνεια ώσης Ακμή εξόδου Ακμή εισόδου Επιφάνεια ρόφησης ή κυρτή 6

7 Διάμετρος της έλικας d επίτευξη υψηλού βαθμού αποδόσεως προώσεως ηD
Ειδικές συνθήκες που πρέπει να λειφθούν υπ΄ όψη. Το πρυμναίο τμήμα της γάστρας μπορεί να ποικίλλει ευρέως ανάλογα με τον τύπο του πλοίου και την σχεδίαση του Η απαραίτητη ανοχή μεταξύ του άκρου των πτερυγίων της έλικας και της γάστρας θα εξαρτάται από τον τύπο της έλικας.

8 Χ Για πλοία φορτίου χύδην και δεξαμενόπλοια, τίθενται κάποιοι περιορισμοί στο μέγεθος της έλικας λόγω της συχνής ανάγκης πλεύσης σε κατάσταση ερματισμού, όπου συχνά ζητείται η έλικα να είναι πλήρως βυθισμένη ακόμη και σε αυτήν την κατάσταση πλοία container, σπάνια πλέουν σε κατάσταση ερματισμού. Ένας ακριβής λόγος διάμετρος έλικας/βύθισμα σχεδιάσεως D/T δεν μπορεί να δοθεί. Εμπειρικός κανόνας οι παρακάτω προσεγγίσεις και το γεγονός ότι μία μεγάλη διάμετρος D θα έχει κανονικά ως αποτέλεσμα έναν χαμηλό ρυθμό περιστροφής n. Πλοίο φορτίου χύδην και δεξαμενόπλοιο : D/T < περίπου 0.65 Πλοίο εμπορευματοκιβωτίων (container) : D/T < περίπου 0.74 Για λόγους αντοχής και παραγωγής, η διάμετρος της έλικας γενικά δεν θα ξεπερνά τα 10 m και δεν θα απορροφά ισχύ μεγαλύτερη απο kw. Η μεγαλύτερη έλικα που έχει κατασκευαστεί ως σήμερα έχει διάμετρο 11 μέτρα και έχει 4 πτερύγια.

9 Πάχος πτερυγίου στον άξονα t0
Προπέτεια θ Ακμή εισόδου Ακμή εξόδου Πλήμνη Ρίζα πτερυγίου Διάμετρος πλήμνης Πάχος πτερυγίου στον άξονα t0 9

10 Γραμμή μέγιστου πάχους διατομής
Τομές πτερυγίου Γραμμή μέγιστου πάχους διατομής Περίγραμμα αναπτυγμένης επιφάνειας ΑD Περίγραμμα επιφάνειας προβολής AP 10

11 Προπέτεια θ θ = 60 – 100 σε μονέλικα θ = 80 – 120 σε διπλέλικα
Η κλίση των πτερυγίων προς τα πίσω αποβλέπει στην καλύτερη λειτουργία της έλικας αυξάνοντας την απόσταση μεταξύ της κορυφής των πτερυγίων και του πλοίου. Κατ΄ αυτόν τον τρόπο επιτυγχάνεται μείωση των παλμικών πιέσεων στο περίβλημα του πλοίου (κραδασμοί). μείωση του συντελεστή ρόφησης w. 11

12 Ακμή εισόδου Λοξότητα Χαρακτηρίζεται η έντονη καμπυλότητα της ακμής εισόδου. Επιτυγχάνεται το μη ταυτόχρονο πέρασμα όλων των σημείων της ακμής μπροστά από το ποδόσταμο όπου εμφανίζονται οι μεγαλύτερες δυνάμεις καταπόνησης του πτερυγίου. 12

13 Επιφάνεια δίσκου της έλικας = π D2 / 4
AΕ A0 Βήμα P A0 Επιφάνεια δίσκου της έλικας = π D2 / 4 Ανεπτυγμένη επιφάνεια της έλικας άθροισμα των επιφανειών πίεσης των πτερυγίων της έλικας χωρίς την πλήμνη. AΕ Βήμα έλικας είναι η απόσταση που θα διάνυε η έλικα σε μία πλήρη περιστροφή της αν το νερό συμπεριφερόταν σαν στερεό σώμα. P 13

14 AΕ/A0 = 0.40 AΕ/A0 = 0.55 AΕ/A0 = 0.70 H επιφάνεια πτερυγίου πρέπει να διατηρείται όσο το δυνατόν μικρότερη προκειμένου να μειωθούν οι απώλειες τριβής κατά την περιστροφή μέσα στο νερό, αλλά και να περιορισθεί η επέκταση της σπηλαίωσης σε μια ορισμένη περιοχή. Ένα μέτρο του πτερυγίου είναι η λεγόμενη αναλογία επιφάνειας πτερυγίου (AΕ / Α0) (συνόλου των πτερυγίων) σε σχέση με την επιφάνεια του περιγεγραμμένου στη διάμετρο της έλικας κύκλου. 14

15 15

16 Βήμα έλικας Πάχος t Βήμα P Στην ακτίνα r 2 π r
Το βήμα της έλικας μετριέται στην επιφάνεια πίεσης (ώσης) των πτερυγίων. 16

17 Σταθερό βήμα (ακμής εξόδου)
Ακτινικά μεταβλητό βήμα έχει ένα πτερύγιο όταν το βήμα του στην ρίζα είναι μεγαλύτερο από αυτό της κορυφής του. Κατά περιφέρεια μεταβλητό βήμα έχει ένα πτερύγιο όταν το βήμα στην ακμή εισόδου είναι διαφορετικό (μικρότερο) από αυτό της ακμής εξόδου. Βήμα ακμής εισόδου Βήμα ακμής εξόδου Σταθερό βήμα (ακμής εξόδου) Οι έλικες μεταβλητού βήματος χαρακτηρίζονται από τον μέσο όρο των βημάτων και συνήθως από αυτό του 0,7 r. 17

18 Στις έλικες ρυθμιζόμενου βήματος μεταβάλουμε το βήμα τους ρυθμίζοντας την θέση των πτερυγίων μέσω υδραυλικού μηχανισμού. 18

19 19

20 20

21 21

22 22

23 Βασικά μεγέθη της έλικας
P / D : σχέση βήματος προς διάμετρο δίσκου έλικας. Ένδειξη της θέσης των πτερυγίων ως προς το επίπεδο της έλικας. Για εμπορικά πλοία P/D = 0,5 – 1,4 (2,0) AD / A0 : σχέση ανεπτυγμένης επιφάνειας προς επιφάνεια δίσκου. Ορίζεται από τα όρια σπηλαίωσης και επιβάλλονται μικρές τιμές. Αυξάνεται με την αύξηση της VA.. Για εμπορικά πλοία AD/A0 = 0,30 – 1,50 d / D : σχέση διαμέτρου πλήμνης προς διάμετρο δίσκου έλικας. d/D = 0,14 – 0,18 (0,20) για έλικες ρυθμιζόμενου βήματος d/D = 0,26 – 0,30 Z : αριθμός πτερυγίων. Z = 2 – 6 (7) J = VA / n . D : αδιάστατος βαθμός προχώρησης [m sec-1 / sec-1 m] VA = V (1-w) 23

24 Αριθμός πτερυγίων (Ζ) Ο αριθμός των πτερυγίων της έλικας επιδρά ελάχιστα στο η0 Ο αριθμός των πτερυγίων επιλέγεται κυρίως με βάση τη δυναμική συμπεριφορά της έλικας (ταλαντώσεις). Σε μονέλικα πλοία : Με περιττό και αυξανόμενο Ζ : μείωση των μεταβολών (παλμικών) ώσης και ροπής Με άρτιο Ζ : μείωση δυνάμεων και ροπών που ενεργούν κάθετα στον άξονα. (δημιουργούνται λόγω της ασύμμετρης ροής προς την έλικα) Προς αποφυγή συντονισμών με αργόστροφη Κ. μηχανή πρέπει να αποφεύγεται : Ζ = 3 για 6- κύλινδρη Ζ = 4 για 4- και 8- κύλινδρη Ζ = 5 για 5- και 10- κύλινδρη 24

25 Αποκλίσεις στο βήμα σε σχέση με το προβλεπόμενο
Από σημείο σε σημείο : προκαλεί τοπική εμφάνιση φαινομένων σπηλαίωσης και δινών και ως εκ τούτου θορύβους. Από ακτίνα σε ακτίνα : επηρεάζει την ακτινική κατανομή ώσης στο πτερύγιο, προκαλεί εμφάνιση φαινομένων σπηλαίωσης σε μεγάλες περιοχές, δημιουργία δινών σε ακμές και κορυφή του πτερυγίου και αλλαγή ιδιοσυχνότητας του πτερυγίου που δρα σε συνδυασμό με την αλλαγή της κατανομής των υδροδυναμικών πιέσεων στο πτερύγιο. Από πτερύγιο σε πτερύγιο : προκαλεί ασύμμετρη κατανομή δυνάμεων στην έλικα καθώς και όλα τα παραπάνω. Στην έλικα : προκαλεί αλλαγή στην σχέση στροφών-ισχύος και ως εκ τούτου την συνεργασία έλικας – μηχανής.. 25

26 Λειτουργία της έλικας Η λειτουργία της έλικας βασίζεται στο ότι η έλικα ωθεί επιταχύνοντας συνεχώς προς τα πίσω νέες ποσότητες νερού. Μπορούμε όμως να θεωρήσουμε τα πτερύγια ως περιστρεφόμενες επιφάνειες των οποίων η δημιουργούμενη άνωση είναι η ώση της έλικας. 26

27 Κατανομή πιέσεων σε προφίλ πτερυγίου.
27

28 28

29 Η ελεύθερη έλικα Το σύστημα κινείται με ταχύτητα V
Μετριέται η ώση Τ και η ροπή Q για συγκεκριμένη ταχύτητα V και στροφές n Πρέπει να ισχύει JS = JM [ J = V / (n . D) ] 29

30 30

31 CAVITATION TUNNEL

32 KAVITATIONSTANK ISM TU BERLIN

33 VWS TU BERLIN

34 KT = T / (ρ . n2 . D4) αδιάστατος συντελεστής ώσης
KQ = Q / (ρ . n2 . D5) αδιάστατος συντελεστής ροπής η0 = (KT . J) / (KQ . 2π) βαθμός απόδοσης ελεύθερης έλικας J = V / (n . D) αδιάστατος συντελεστής προχώρησης έλικας Για σταθερές στροφές μεταβάλλεται η ταχύτητα 34

35 Τ = 0 , η0 = 0 Τ = max , η0 = 0 Q > 0 V = 0 KT = T / (ρ . n2 . D4)
KQ = Q / (ρ . n2 . D5) η0 = (KT . J) / (KQ . 2π) J = V / (n . D) n = σταθερό Τ = 0 , η0 = 0 Q > 0 Τ = max , η0 = 0 V = 0 35

36 Η έλικα στο πλοίο 36

37 37

38 Ταχύτητα στην έλικα πίσω από το πλοίο
Αφορά πλοίο με CB = 0,744 w = (VS – VA) / VS 38

39 ΩΣΗ Τ ΙΣΧΥΣ PE = RT V Η ισχύς που απαιτείται για την ώση Τ ΙΣΧΥΣ ΡΥΜΟΥΛΚΙΣΗΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ RT Η αντίσταση RT που εξασκείται στο πλοίο κατά την κίνησή του με ταχύτητα V εξισορροπείται από την ώση T που αναπτύσσει ένα κατάλληλο προωστήριο όργανο όπως η έλικα. 39

40 Συντελεστής Μετάδοσης
ηD Συντελεστής Απόδοσης πρόωσης ηS Συντελεστής Μετάδοσης κίνησης ΙΣΧΥΣ ΡΥΜΟΥΛΚΗΣΗΣ PE ΙΣΧΥΣ ΕΛΙΚΑΣ PD ΙΣΧΥΣ ΠΕΔΗΣ PB ηT = PE / PB Συντελεστής πρόωσης Τιμές 0,55 – 0,60 40

41 ΕΛΙΚΑ w ΠΛΟΙΟ ΕΛΙΚΑ t ΠΛΟΙΟ
Μεταξύ πλοίου και έλικας υπάρχουν αλληλεπιδράσεις οι οποίες πρέπει να καθορισθούν πριν την επιλογή των χαρακτηριστικών της έλικας που θα μας δώσει την απαιτούμενη ώση. Αυτές είναι ΕΛΙΚΑ w ΠΛΟΙΟ Εκφράζεται με τον συντελεστή ομόρρου w ΕΛΙΚΑ t ΠΛΟΙΟ Εκφράζεται με τον συντελεστή μείωσης ώσης ή ρόφησης t 41

42 Η μείωση αυτή οφείλεται
Ο συντελεστής ομόρρου w εκφράζει το ποσοστό μείωσης της ταχύτητας πρόσπτωσης του νερού VA πίσω από το σκάφος στην έλικα σε σχέση με την ταχύτητα του πλοίου V. Η μείωση αυτή οφείλεται Στην επιβράδυνση της ροής του νερού στην πρύμνη λόγω της συνεκτικότητας του νερού και της περιδίνησης [ομόρρους τριβής] Στην αλλαγή της ταχύτητας λόγω της παρεμβολής του σώματος [ομόρρους εκτοπίσματος] 42

43 Όταν το πλοίο κινείται, η τριβή της γάστρας θα δημιουργήσει μία λεγόμενη ζώνη τριβής ή οριακό στρώμα νερού γύρω από την γάστρα. Στην ζώνη αυτή, η ταχύτητα του νερού στην επιφάνεια της γάστρας είναι ίση με αυτή του πλοίου, αλλά μειώνεται με την απόσταση από την επιφάνεια της γάστρας. Σε μία ορισμένη απόσταση από την γάστρα και, εξ' ορισμού, ίση με την απόσταση της εξωτερικής επιφάνειας της ζώνης τριβής, η ταχύτητα του νερού, σε σχέση με την περιβάλλουσα υδάτινη μάζα είναι ίση με μηδέν.

44 Το πάχος της ζώνης τριβής αυξάνει με την απόστασή του από το πρωραίο τμήμα της γάστρας. Η ζώνη τριβής είναι, λοιπόν, παχύτερη στο πρυμναίο άκρο της γάστρας και το πάχος της είναι σχεδόν ανάλογο με το μήκος του πλοίου. Αυτό σημαίνει ότι θα υπάρχει κάποια ταχύτητα του ομόρρου που προκαλείται από την τριβή κατά μήκος των πλευρών της γάστρας.

45 Η μείωση αυτή οφείλεται
Ο συντελεστής ομόρρου w εκφράζει το ποσοστό μείωσης της ταχύτητας πρόσπτωσης του νερού VA πίσω από το σκάφος στην έλικα σε σχέση με την ταχύτητα του πλοίου V. Η μείωση αυτή οφείλεται Στην επιβράδυνση της ροής του νερού στην πρύμνη λόγω της συνεκτικότητας του νερού και της περιδίνησης [ομόρρους τριβής] Στην αλλαγή της ταχύτητας λόγω της παρεμβολής του σώματος [ομόρρους εκτοπίσματος] Στις αλλαγές της ροής λόγω των δημιουργούμενων κυμάτων [ομόρρους κυματισμού] 45

46 Το εκτοπιζόμενο νερό από το πλοίο θα προκαλέσει επίσης κύματα τόσο προς την πρώρα όσο και την πρύμνη. Όλα αυτά σημαίνουν ότι η έλικα πίσω από την γάστρα θα λειτουργεί σε ένα πεδίο ομόρρου.

47 Το νερό στην έλικα θα έχει μία πραγματική ταχύτητα ομόρρου Vw, που έχει την ίδια κατεύθυνση όπως και η ταχύτητα του πλοίου V, κυρίως λόγω του ομόρρου τριβής. Vw VA ταχύτητα προχώρησης έλικας V ταχύτητα πλοίου Αυτό σημαίνει ότι η ταχύτητα με την οποία φθάνει το νερό στην έλικα VA (ίση με την ταχύτητα προχώρησης της έλικας), εκφραζόμενη ως μέση ταχύτητα στον δίσκο της έλικας, είναι κατά Vw χαμηλότερη από την ταχύτητα του πλοίου V.

48 Η πραγματική ταχύτητα του ομόρρου στην έλικα είναι, συνεπώς, ίση με Vw = V - VA και μπορεί να εκφρασθεί σε αδιάστατη μορφή μέσω του συντελεστή ποσοστού του ομόρρου w. Ο συνήθως χρησιμοποιούμενος συντελεστής ποσοστού ομόρρου w που δίνεται από τον Taylor ορίζεται ως w = Vw / V = (V-VA) / V

49 Η τιμή του συντελεστή ποσοστού ομόρρου εξαρτάται σημαντικά από το σχήμα της γάστρας αλλά επίσης και από την θέση της έλικας και το μέγεθος της και επηρεάζει σημαντικά την απόδοσή της. Η διάμετρος της έλικας ή, ακόμη καλύτερα, η σχέση της διαμέτρου της έλικας d και του μήκους του πλοίου LWL επηρεάζει κάπως τον συντελεστή ποσοστού ομόρρου, καθώς και το d/ LWL δίνει μία προσεγγιστική ένδειξη του βαθμού στον οποίο η έλικα λειτουργεί στον ομόρρου της γάστρας. Όσο μεγαλύτερος είναι ο λόγος d/ LWL τόσο μικρότερο είναι το w. Ο συντελεστής ποσοστού ομόρρου αυξάνει όταν η γάστρα είναι ρυπασμένη.

50 VA = V . (1-w) Πλοία με μία έλικα: w = 0.20 έως 0.45,
Πλοία με μεγάλο συντελεστή γάστρας έχουν έναν μεγάλο συντελεστή ποσοστού ομόρρου. Πλοία με δύο έλικες και συμβατικό πρυμναίο τμήμα γάστρας : Έλικες εκτός ζώνης τριβής. w κατά πολύ χαμηλότερος. Πάντως, ένας υψηλός συντελεστής ποσοστού ομόρρου αυξάνει τον κίνδυνο για σπηλαίωση της έλικας, καθώς, κάτω από τέτοιες συνθήκες, η κατανομή της ταχύτητας του νερού γύρω από την έλικα είναι γενικά ανομοιογενής.

51 VA = V . (1-w) Το w εξαρτάται από την μορφή της πρύμνης του πλοίου
Προσεγγιστικά ισχύει: Κατά Taylor w = 0,50 CB – 0,05 {μονέλικα} w = 0,55 CB – 0,20 {διπλέλικα} Κατά Schneeklouth w = 0,5 CP [2,6 / (2+(Dp/T))] . [16 / (10 +(L/B))] {μονέλικα} Dp = διάμετρος έλικας Κατά Heckser w = 0,70 CP – 0,18 {μονέλικα} w = 0,70 CP – 0,30 {διπλέλικα} w = 0,77 CP – 0,28 {αλιευτικά} 51

52 Περισσότερο ομοιογενές πεδίο ομόρρου για την έλικα
Υψηλότερη ταχύτητα προχώρησης VA της έλικας. Επιτυγχάνεται με διαφόρους τρόπους. Έλικες σε διατάξεις ακροφυσίων (δακτυλίων). Καλύτερη μέθοδος είναι να βεβαιωθεί, ήδη από το στάδιο της σχεδίασης, ότι το πρυμναίο τμήμα της γάστρας έχει τέτοιο σχήμα που επιτυγχάνεται το βέλτιστο πεδίο ομόρρου.

53 Ολίσθηση SA = 1 – (V / p . n) SR = 1 – (VA / p . n)
Καλείται η διαφορά μεταξύ του βήματος της έλικας και της προχώρησης του πλοίου ή μεταξύ της θεωρητικής και πραγματικής ταχύτητας του πλοίου. Συντελεστής φαινομενικής ολίσθησης SA = 1 – (V / p . n) V = απόλυτη ταχύτητα πλοίου Συντελεστής πραγματικής ολίσθησης SR = 1 – (VA / p . n) VA = σχετική ταχύτητα ροής στην έλικα 53

54 54

55 ΕΛΙΚΑ w ΠΛΟΙΟ ΕΛΙΚΑ t ΠΛΟΙΟ
Μεταξύ πλοίου και έλικας υπάρχουν αλληλεπιδράσεις οι οποίες πρέπει να καθορισθούν πριν την επιλογή των χαρακτηριστικών της έλικας που θα μας δώσει την απαιτούμενη ώση. Αυτές είναι ΕΛΙΚΑ w ΠΛΟΙΟ Εκφράζεται με τον συντελεστή ομόρρου w ΕΛΙΚΑ t ΠΛΟΙΟ Εκφράζεται με τον συντελεστή μείωσης ώσης ή ρόφησης t 55

56 Συντελεστής μείωσης ώσης t
Η περιστροφή της έλικας προκαλεί την αναρρόφηση του νερού που βρίσκεται μπροστά της πίσω προς την έλικα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μία επιπλέον αντίσταση στην γάστρα

57 "αύξηση αντίστασης" " " ποσοστό μείωσης ώσης" (augment of resistance)
ή " " ποσοστό μείωσης ώσης" σε σχέση με την συνολική απαιτούμενη δύναμη ώσης T στην έλικα Αυτό σημαίνει ότι η ώση T στην έλικα πρέπει να υπερνικήσει και την αντίσταση του πλοίου RT και αυτή την "απώλεια ώσης" F.

58 Το ποσοστό μείωσης ώσης F μπορεί να εκφραστεί σε αδιάστατη μορφή μέσω του συντελεστή μείωσης ώσης t, που ορίζεται ως: t = (T-RT) / T w t T= RT/ (1-t) Γενικά το μέγεθος του συντελεστή μείωσης ώσης t αυξάνει όταν ο συντελεστής ποσοστού ομόρρου w αυξάνει.

59 Το σχήμα της γάστρας μπορεί να έχει σημαντική επίδραση, για παράδειγμα, μία βολβοειδής πρώρα μπορεί, κάτω από ορισμένες συνθήκες (χαμηλές ταχύτητες πλοίου), να μειώσει το t. Το μέγεθος του συντελεστή μείωσης ώσης t για ένα πλοίο με μία έλικα κυμαίνεται, κανονικά, στην περιοχή από 0.12 έως 0.30, καθώς ένα πλοίο με ένα μεγάλο συντελεστή γάστρας έχει ένα μεγάλο συντελεστή μείωσης ώσης. Για πλοία με δύο έλικες, ο συντελεστής μείωσης ώσης t θα είναι πολύ μικρότερος καθώς οι έλικες "αναρροφούν« μακρύτερα από την γάστρα.

60 VA = V . (1-w) V VA T= RT/ (1-t) RT T PT = T . VA PE = RT . V
ηΗ = 1-t / 1-w ΙΣΧΥΣ ΩΣΗΣ ΕΛΙΚΑΣ PT = T . VA ΙΣΧΥΣ ΡΥΜΟΥΛΚΗΣΗΣ PE = RT . V

61 Βαθμοί απόδοσης

62 ηΗ ηο ηR ηΒ ηD ηS ηΤ PE Ισχύς ρυμούλκησης PT Ισχύς ώσης έλικας PD
Ισχύς που από-δίδεται στην έλικα PD (OPEN) Ισχύς που από-δίδεται στην ελεύθερη έλικα PB Ισχύς πέδης Κ μηχανής ηΗ Βαθμός απόδοσης γάστρας [PE/PT] Hull efficiency ηο Βαθμός απόδοσης έλικας σε ελεύθερη ροή [PD (open) / PT] Propeller efficiency open water ηR Βαθμός απόδοσης σχετικής περιστροφής [PD (open) / PD] Relative rotative efficiency ηΒ Βαθμός απόδοσης της έλικας που λειτουργεί πίσω από το πλοίο Propeller efficiency behind hull [PT / PD] Βαθμός απόδοσης πρόωσης [PE / PD] Propulsive efficiency ηD ηS Βαθμός απόδοσης άξονα [PD / PB] Shaft efficiency ηΤ Ολικός βαθμός απόδοσης [PE / PB] {0,55 -0,60 ] Total efficiency

63 ηΗ = PE/PT = 1-t / 1-w ηΗ PE = RT V PT = T VA
Ισχύς ρυμούλκησης PT Ισχύς ώσης έλικας ηΗ Βαθμός απόδοσης γάστρας / Hull efficiency Ο βαθμός απόδοσης γάστρας ορίζεται ως ο λόγος μεταξύ της ισχύος ρυμουλκήσεως PE και της ισχύος ώσης που η έλικα προσδίδει στο νερό PT PE = RT V Ισχύς ρυμούλκησης ηΗ = PE/PT = 1-t / 1-w PT = T VA Ισχύς ώσης έλικας T = RT / (1-t) VA = V x (1-w) Για ένα πλοίο με μία έλικα με την υψηλή τιμή για πλοία με υψηλό συντελεστή γάστρας. 1.1 έως 1.4, 0.95 έως 1.05 Για πλοία με δύο έλικες και συμβατική πρύμνη, πάλι με την υψηλή τιμή για υψηλό συντελεστή γάστρας.

64 ηο ηο = PD (open) / PT Βαθμός απόδοσης έλικας σε ελεύθερη ροή
Ισχύς ώσης έλικας PD (open) Ισχύς που αποδίδεται στην έλικα σε ελεύθερη ροή Βαθμός απόδοσης έλικας σε ελεύθερη ροή Propeller efficiency open water ηο Βαθμός απόδοσης έλικας σχετίζεται με ελεύθερη ροή, δηλαδή, όταν η έλικα λειτουργεί σε ομοιογενές πεδίο ομόρρου χωρίς γάστρα μπροστά της. ηο = PD (open) / PT

65 ηο Βαθμός απόδοσης έλικας σε ελεύθερη ροή
Propeller efficiency open water ηο Ο βαθμός απόδοσης της έλικας εξαρτάται, ιδιαίτερα, από την ταχύτητα προχωρήσεως VA , την ώση Τ, τον ρυθμό περιστροφής n, την διάμετρο d και, επιπλέον, από την σχεδίαση της έλικας, δηλαδή, τον αριθμό των πτερυγίων, τον λόγο εκτεταμένης επιφανείας, και την σχέση βήμα / διάμετρο. συντελεστής προχώρησης J = VA / n d με την υψηλή τιμή να ισχύει για έλικες με υψηλή ταχύτητα προχώρησης VA

66 συντελεστής προχώρησης J = VA / n D
ΚQ = Τ / ρ n2 D5 η0 = (J / 2π) (KT / KQ) συντελεστής προχώρησης J = VA / n D

67 ηR ηR = PD(open) / PD = ηB / η0 Βαθμός απόδοσης σχετικής περιστροφής
Ισχύς που αποδίδεται στην έλικα PD(open) Ισχύς που αποδίδεται στην έλικα σε ελεύθερη ροή ηR Βαθμός απόδοσης σχετικής περιστροφής Relative rotative efficiency Η πραγματική ροή του νερού που ρέει προς την έλικα πίσω από την γάστρα δεν είναι ούτε σταθερή ούτε σε ορθή γωνία προς τον δίσκο της έλικας, αλλά είναι ένα είδος περιστροφικής ροής. Συνεπώς, σε σχέση με την λειτουργία της έλικας σε ελεύθερη ροή, ο βαθμός απόδοσης της έλικας επηρεάζεται από τον παραπάνω συντελεστή. ηR = PD(open) / PD = ηB / η0 Σε πλοία με μία έλικα, (η περιστροφή του νερού έχει ευεργετικό αποτέλεσμα). 0.98 Σε πλοίο με συμβατικό σχήμα γάστρας και δύο έλικες Σε συνδυασμό με τα w και t, ο ηR πιθανώς χρησιμοποιείται συχνά για να προσαρμοστούν τα αποτελέσματα των δοκιμών σε πειραματικές δεξαμενές στους θεωρητικούς υπολογισμούς.

68 PE Ισχύς ρυμούλκησης PT Ισχύς ώσης έλικας PD Ισχύς που αποδίδεται στην έλικα Βαθμός απόδοσης της έλικας που λειτουργεί πίσω από το πλοίο Propeller efficiency behind hull ηΒ Ο λόγος της ισχύος ώσης PT , που η έλικα προσδίδει στο νερό και της ισχύος PD, που προσδίδεται στην έλικα ηΒ = PT / PD

69 ηD ηD = PE / PD ηD = (PE / PT) x (PT / PD) ηB ηD = ηH x η0 x ηR
PE [RT x V] Ισχύς ρυμούλκησης PT [T x VA] Ισχύς ώσης έλικας PD Ισχύς που αποδίδεται στην έλικα ηD Βαθμός απόδοσης πρόωσης / Propulsive efficiency Βαθμός απόδοσης πρόωσης δεν πρέπει να συγχέεται με τον βαθμό απόδοσης της έλικας σε ελεύθερη ροή ηO, και είναι ίσος με τον λόγο ισχύος ρυμουλκήσεως PE προς την απαιτούμενη ισχύ που προσδίδεται στην έλικα PD. ηD = PE / PD ηD = (PE / PT) x (PT / PD) ηB ηD = ηH x η0 x ηR

70 PE [RT x V] Ισχύς ρυμούλκησης PT [T x VA] Ισχύς ώσης έλικας PD Ισχύς που αποδίδεται στην έλικα ηD = ηH x η0 x ηR ηΗ = 1-t / 1-w Η παραπάνω σχέση μπορεί να οδηγήσει στο λανθασμένο συμπέρασμα ότι μία μορφή γάστρας που δίδει υψηλό συντελεστή ποσοστού ομόρρου w και, άρα, υψηλό βαθμό απόδοσης γάστρας ηΗ, θα δώσει επίσης και τον καλύτερο βαθμό απόδοσης πρόωσης ηD. Όμως καθώς ο βαθμός απόδοσης έλικας σε ελεύθερη ροή ηΟ εξαρτάται σημαντικά από την ταχύτητα προχώρησης VA που μειώνεται καθώς αυξάνεται το w, ο βαθμός απόδοσης ηD, γενικά, δεν θα βελτιώνεται καθώς αυξάνεται το w. Πολύ συχνά συμβαίνει το αντίθετο. VA = V . (1-w) Γενικά ο καλύτερος βαθμός απόδοσης πρόωσης επιτυγχάνεται, όταν η έλικα λειτουργεί σε ένα ομοιογενές πεδίο ομόρρου.

71 ηS ηS = PD / PB Βαθμός απόδοσης άξονα / Shaft efficiency PD
Ισχύς που αποδίδεται στην έλικα PB Ισχύς πέδης Κ μηχανής ηS Βαθμός απόδοσης άξονα / Shaft efficiency Εξαρτάται μεταξύ άλλων από την ευθυγράμμιση και την λίπανση των εδράνων του άξονα και του μειωτήρα εάν υπάρχει. Είναι ίσος με τον λόγο της ισχύος PD που προσδίδεται στην έλικα και της ισχύος πέδης PB , που παράγει η Κύρια Μηχανή ηS = PD / PB μεταβάλλεται συνήθως 0.985

72 ηΤ ηT = PE / PB ηT = (PE / PD) x (PD / PB)
PE [RT x V] Ισχύς ρυμούλκησης PT [T x VA] Ισχύς ώσης έλικας PD Ισχύς που αποδίδεται στην έλικα PB Ισχύς πέδης Κ μηχανής ηΤ Ολικός βαθμός απόδοσης / Total efficiency είναι ίσος με τον λόγο της ισχύος ρυμουλκήσεως PE προς την απαιτούμενη ισχύ πέδης PB, που παράγεται από τη Κύρια Μηχανή, Τιμές 0,55 – 0,60 ηT = PE / PB ηT = (PE / PD) x (PD / PB) ηT = ηD x ηS = ηH x η0 x ηR x ηS

73 Χωρίς αλληλεπίδραση γάστρας - έλικας
ΧΑΡΤΗΣ ΒΑΘΜΩΝ ΑΠΟΔΟΣΗΣ η ηH ηS ηΤ PB PT PE PD ηB ηD ηR Χωρίς αλληλεπίδραση γάστρας - έλικας ηD = η0 PD (open) PT η0

74 Κατασκευαστική ακρίβεια έλικας.
Πριν την κατασκευή της έλικας, επιλέγεται από τον πελάτη η επιθυμητή πρότυπη κλάση ακρίβειας της έλικας. Κάθε μια από αυτές τις κλάσεις, ανάμεσα σε άλλες λεπτομέρειες, καθορίζουν την μέγιστη επιτρεπτή ανοχή στο μέσο σχεδιαστικό βήμα της κατασκευασμένης έλικας, και έτσι την ανοχή της αντίστοιχης περιστροφικής ταχύτητας της έλικας. Το κόστος της έλικας εξαρτάται από την επιλεγμένη κλάση ακρίβειας, με τις χαμηλότερες τιμές για την κλάση ΙΙΙ. Δεν προτείνεται η κλάση ΙΙΙ, επειδή αυτή έχει πολύ μεγάλες ανοχές. Η μέση ανοχή βήματος θα πρέπει να είναι κανονικά μικρότερη απο +/- 1.0 %. Η κατασκευαστική ακρίβεια ανοχής αντιστοιχεί σε μια ανοχή ταχύτητας έλικας το πολύ +/- 1.0 %. Όταν επίσης συμπεριληφθεί η επίδραση της ανοχής του πεδίου ομόρρου της γάστρας, η συνολική ανοχή της ταχύτητας της έλικας μπορεί να φτάσει ως +/- 2.0% που έχει ληφθεί υπόψη όταν εκτιμούνται οι συνθήκες λειτουργίας της έλικας σε κακό καιρό.

75 Επίδραση της διαμέτρου και του λόγου βήματος/διάμετρο
της έλικας στον βαθμό απόδοσης πρόωσης. Ο υψηλότερος δυνατός βαθμός απόδοσης πρόωσης, που απαιτείται για την επίτευξη μιας δεδομένης ταχύτητας πλοίου, επιτυγχάνεται με την μεγαλύτερη δυνατή διάμετρο έλικας, σε συνδυασμό με τον αντίστοιχο βέλτιστο λόγο βήμα/διάμετρο P/D.

76 Σύμφωνα με την μπλέ καμπύλη, η μέγιστη δυνατή διάμετρος έλικας των 7
Σύμφωνα με την μπλέ καμπύλη, η μέγιστη δυνατή διάμετρος έλικας των 7.2 μέτρων, έχει το βέλτιστο λόγο βήμα/διάμετρο ίσο με περίπου 0.70, και την ελάχιστη δυνατή ισχύ άξονα των 8,820 kW στις 100 σ.α.λ.

77 Εάν το βήμα για αυτή την διάμετρο αλλάξει, ο βαθμός απόδοσης πρόωσης θα ελαττωθεί, δηλαδή η απαιτούμενη ισχύς άξονα θα αυξηθεί.

78 Η μπλέ καμπύλη δείχνει ότι εάν μια μεγαλύτερη έλικα με διάμετρο 7
Η μπλέ καμπύλη δείχνει ότι εάν μια μεγαλύτερη έλικα με διάμετρο 7.4 μέτρα είναι δυνατή, η απαιτούμενη ισχύς άξονα θα ελαττωθεί σε 8,690 kW στις 94 σ.α.λ. Δηλαδή όσο μεγαλύτερη είναι η έλικα, τόσο μικρότερη είναι η βέλτιστη περιστροφική της ταχύτητα.

79 Η κόκκινη καμπύλη επίσης δείχνει ότι για καλύτερη πρόωση θα ήταν πάντα
πλεονέκτημα να διαλέξουμε την μέγιστη δυνατή διάμετρο έλικας, ακόμα και αν ο βέλτιστος λόγος βήμα/διάμετρο θα απαιτούσε μια πολύ χαμηλή περιστροφική ταχύτητα έλικας (σε σχέση με την απαιτούμενη περιστροφική ταχύτητα της μηχανής). Έτσι, όταν χρησιμοποιείται ένας λίγο χαμηλότερος λόγος βήμα/διάμετρο απο τον βέλτιστο, η ταχύτητα μηχανής – έλικας θα αυξηθεί και θα προκληθεί μια μικρή επιπλέον αύξηση της ισχύος.

80 ΝΟΜΟΣ ΤΗΣ ΕΛΙΚΑΣ Αντίσταση πλοίου ανάλογη του V2
R = c V2 c = μία σταθερά P = R V P = c V3 c = μία σταθερά Απαιτούμενη ισχύς ανάλογη του V3 P = c n3 c = μία σταθερά, n = ρυθμός περιστροφής έλικας σταθερού βήματος Η αναγκαία ισχύς που απορροφάται από την έλικα είναι ανάλογη με την τρίτη δύναμη του ρυθμού περιστροφής της

81 Μεσαίου μεγέθους και ταχύτητας P = c V4 [RO/RO]
P = c n3 Η αναγκαία ισχύς που απορροφάται από την έλικα είναι ανάλογη με την τρίτη δύναμη του ρυθμού περιστροφής της Για Πλοία Υψηλών ταχυτήτων P = c V4,5 [Container] Μεσαίου μεγέθους και ταχύτητας P = c V4 [RO/RO] Χαμηλής ταχύτητας P = c V3,5 [Tankers Bulk carriers]

82 Νόμος της έλικας σε βαριές συνθήκες λειτουργίας
Η γάστρα του πλοίου με τον χρόνο λειτουργίας ρυπαίνεται Το Πεδίο ομόρρου διαφοροποιείται Η Αντίσταση αυξάνεται Το πλοίο ταξιδεύει με άσχημο καιρό, αντίθετα στο ρεύμα, σε δυνατό άνεμο, μεγάλα κύματα ΥΨΗΛΗ ΦΟΡΤΙΣΗ ΕΛΙΚΑΣ Για την ίδια ισχύ χαμηλότερες στροφές Ο νόμος της έλικας ισχύει για μια ψηλότερη καμπύλη έλικας

83 Επιλογή έλικας 83

84 n = nmax , P = Pmax , V δοκιμαστικού πλου.
Σημαντικότατο ρόλο στην επιλογή της έλικας αλλά και της λειτουργίας του πλοίου παίζει η επιλογή του σημείου (συνθηκών) λειτουργίας της έλικας. n = nmax , P = Pmax , V δοκιμαστικού πλου. Αποτέλεσμα : σε συνθήκες κανονικής λειτουργίας λόγω αύξησης της αντίστασης μείωση στροφών και ταχύτητας. n = nmax , P < Pmax , V δοκιμαστικού πλου. Αποτέλεσμα : σε συνθήκες κανονικής λειτουργίας λόγω αύξησης της αντίστασης δυνατότητα διατήρησης στροφών και ταχύτητας. 84

85 Χαρακτηριστικές διαφόρων μηχανών πρόωσης
a : σταθερή ισχύς ατμοστρόβιλος b : σταθερή ροπή ανάλογη n Diesel ιδανικός c : ροπή ανάλογη n2 Diesel αργόστροφος d : ροπή ανάλογη n3 Diesel ταχύστροφος σε ψηλές στροφές 85

86 Καμπύλες αντίστασης a : μέση υπηρεσιακή
b : κατάσταση ερματισμού με καλές καιρικές συνθήκες c : έμφορτο με κακές καιρικές συνθήκες d : σε ρηχά νερά 86

87 n = 100% , P > 100% n < 100% , P = 100% n > 100% , P = 100%
T U N 87

88 Μία έλικα έχει ένα σημείο ιδανικής λειτουργίας και για το σημείο αυτό έχουν καθοριστεί τα βασικά χαρακτηριστικά της (καμπύλη λειτουργίας, διάμετρος, βήμα). Όλες οι υπόλοιπες πιθανές συνθήκες λειτουργίας της είναι, όσον αφορά τη σχέση στροφών-ταχύτητας-ισχύος, απόλυτα καθορισμένες και πρέπει να βρίσκονται μέσα στα επιτρεπτά όρια της προωστήριας μηχανής. Τυχόν αλλαγές στα υπόλοιπα κατασκευαστικά στοιχεία της έλικας (αριθμός πτερυγίων, σχέση επιφανειών, πλήμνη, κλπ) επηρεάζουν ελάχιστα την μορφή της καμπύλης λειτουργίας της έλικας και επιδρούν μόνο στη δημιουργία κραδασμών, σπηλαίωσης και θορύβων. Η επιλογή της έλικας γίνεται με βάση τον τύπο και τις συνθήκες λειτουργίας του πλοίου (επιθυμίες πλοιοκτήτη) και επηρεάζει τον καθορισμό του μεγέθους της προωστήριας εγκατάστασης και ως εκ τούτου την συνολική οικονομική εκμετάλλευση του πλοίου. 88

89 Διάγραμμα ισχύος-στροφών μεσόστροφες τετράχρονες / αργόστροφες δίχρονες
P1 : καινούργιο πλοίο ήρεμα βαθιά νερά Όριο ροπής P2 : μέσες συνθήκες P3 : βαριές συνθήκες λειτουργίας Β : περιοχή λειτουργίας μικρής διάρκειας Η υπέρβαση του ορίου στροφών (103%) επιτρέπεται μόνο για λίγο (max 106% , 1ώρα) D Όριο στροφών D : περιοχή συνεχούς λειτουργίας 89

90 Διάγραμμα ισχύος-στροφών μεσόστροφες τετράχρονες / αργόστροφες δίχρονες
P1 : καινούργιο πλοίο ήρεμα βαθιά νερά P2 : μέσες συνθήκες P3 : βαριές συνθήκες λειτουργίας Σε συνθήκες δοκιμαστικού πλου και στο 100% των στροφών, η έλικα πρέπει να απορροφά το 85 –90% της μέγιστης ισχύος της μηχανής 90

91 η0 = βαθμός απόδοσης ελεύθερης έλικας
J = V / (n . D) αδιάστατος συντελεστής προχώρησης έλικας 91

92

93 ΑΠΟΔΟΣΗ ΕΛΙΚΑΣ ΣΕ ΑΥΞΗΜΕΝΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ΠΛΟΙΟΥ
Εξήγηση διαφοράς μεταξύ των καμπυλών έλικας βαριάς και ελαφριάς λειτουργίας παράδειγμα Ένα πλοίο χρησιμοποιεί το 100% της ισχύος πρόωσης και ταξιδεύει με 15 κόμβους σε συνθήκες καθαρής γάστρας και ήρεμου καιρού. Με 15% επιπλέον ισχύ, η αντίστοιχη ταχύτητα πλοίου μπορεί να αυξηθεί απο 15 σε 15.6 κόμβους. Στην πράξη είναι λογικό να προσθέτουμε ένα 15%. επιπλέον περιθώριο ισχύος, [ περιθώριο θάλασσας], Αυτό το περιθώριο ισχύος αφορά την επιπλέον αντίσταση που έχει το πλοίο λόγω συνθηκών καιρού. Ωστόσο, σε συνθήκες πολύ άσχημου καιρού, η επίδραση στην αντίσταση μπορεί να είναι πολύ μεγαλύτερη.

94 Το σημείο Α μετακινείται στο σημείο Β
ισχύς πρόωσης ως συνάρτηση της ταχύτητας του πλοίου. Όταν η αντίσταση του πλοίου αυξάνει σε ένα επίπεδο στο οποίο απαιτείται 15% επιπλέον ισχύ για να διατηρηθεί η ταχύτητα των 15 κόμβων, το σημείο λειτουργίας Α θα μετακινηθεί προς το Β. 115% B Περιθώριο θάλασσας 15% P ισχύς Το πλοίο σε συνθήκες αυξημένης αντίστασης ταξιδεύει με 15 kn στο 115% της ισχύος πρόωσης Το σημείο Α μετακινείται στο σημείο Β 15,6 kn Το πλοίο σε συνθήκες καθαρής γάστρας και ήρεμου καιρού θα ταξίδευε με 15,6 kn στο 115% της ισχύος πρόωσης Καμπύλη έλικας για καθαρό πλοίο 100% Α Το πλοίο σε συνθήκες καθαρής γάστρας και ήρεμου καιρού ταξιδεύει με 15 kn στο 100% της ισχύος πρόωσης 15 kn V ταχύτητα πλοίου Logarithmic scales

95 Το σημείο Α μετακινείται στο σημείο Β
ΟΛΙΣΘΗΣΗ Περιθώριο θάλασσας 15% B 115% B1 15 kn 15 kn 15,6 kn Το πλοίο σε συνθήκες αυξημένης αντίστασης ταξιδεύει με 15 kn στο 115% της ισχύος πρόωσης (σημείο Β1 αν η έλικα λειτουργούσε χωρίς ολίσθηση) P ισχύς Το σημείο Α μετακινείται στο σημείο Β Το πλοίο σε συνθήκες καθαρής γάστρας και ήρεμου καιρού θα ταξίδευε με 15,6 kn στο 115% της ισχύος πρόωσης Καμπύλη έλικας για καθαρό πλοίο 100% Α 15 kn Το πλοίο σε συνθήκες καθαρής γάστρας και ήρεμου καιρού ταξιδεύει με 15 kn στο 100% της ισχύος πρόωσης n στροφές έλικας Logarithmic scales

96 Το σημείο A μετακινείται στο σημείο D
ΟΛΙΣΘΗΣΗ Το πλοίο σε συνθήκες καθαρής γάστρας και ήρεμου καιρού θα ταξίδευει με 15,0 kn στο 100% της ισχύος πρόωσης D 100% D1 A 12,3 kn 15,0 kn P ισχύς Το πλοίο σε συνθήκες αυξημένης αντίστασης ταξιδεύει με 12,3 kn στο 100% της ισχύος πρόωσης (σημείο D1 αν η έλικα λειτουργούσε χωρίς ολίσθηση) Το σημείο A μετακινείται στο σημείο D Καμπύλη έλικας για MH καθαρό πλοίο και βαριά πλεύση 50% Καμπύλη έλικας για καθαρό πλοίο 50% 12,3 kn C 10 kn HR Το πλοίο σε συνθήκες καθαρής γάστρας και ήρεμου καιρού ταξιδεύει με 12.3 kn στο 50% της ισχύος πρόωσης LR n στροφές έλικας Logarithmic scales

97 Σπηλαίωση 97

98 Όταν η πίεση σε ένα σημείο του πτερυγίου, λόγω της αυξημένης ταχύτητας της ροής, γίνει μικρότερη από την πίεση ατμοποίησης του νερού, δημιουργούνται φυσαλίδες αέρα και ατμού. Οι φυσαλίδες αυτές προχωρούν κατά μήκος του πτερυγίου και εισέρχονται σε πεδίο υψηλότερης πίεσης όπου συμπιέζονται και συμπυκνώνονται απότομα με αποτέλεσμα να εξασκούνται στην επιφάνεια του πτερυγίου μηχανικές πιέσεις που φτάνουν έως και bar. 98

99 σπηλαίωση Κίνδυνος διάβρωσης
Η σπηλαίωση εμφανίζεται κυρίως στην επιφάνεια ρόφησης και λίγο μετά την ακμή εισόδου. Το σημείο καθώς και το μέγεθος της κορυφής υποπίεσης δεν εξαρτώνται μόνο από την ταχύτητα ροής αλλά και από την μορφή και την θέση των πτερυγίων. 99

100

101 101

102 102

103 103

104 σ = (p0 – pe) / (½ ρ . V2) σχ < σ σχ = (pχ – p0) / (½ ρ . V2)
Η εμφάνιση του φαινομένου της σπηλαίωσης εξαρτάται από τον «αριθμό σπηλαίωσης» του υγρού σ. σ = (p0 – pe) / (½ ρ . V2) σχ < σ σχ = (pχ – p0) / (½ ρ . V2) p0 = ατμοσφαιρική πίεση Pe = πίεση «ατμοποίησης» του νερού (εξαρτώμενη από θερμοκρασία, περιεκτικότητα άλατος και αέρα) pχ = πίεση στο σημείο χ του πτερυγίου. (συνήθως στο 0,7r) 104

105 Εμφάνιση σπηλαίωσης σε ολόκληρη την επιφάνεια ρόφησης του πτερυγίου.
Αδύνατη η αποφυγή εμφάνισης σπηλαίωσης Περιοχή χωρίς εμφάνιση σπηλαίωσης (ομαλή ροή) Σε περίπτωση μη ομοιόμορφης ροής κατεβαίνει η οριακή γραμμή. J = V / (n . D) αδιάστατος συντελεστής προχώρησης έλικας 105

106 Το φαινόμενο της σπηλαίωσης εμφανίζεται κυρίως όταν :
Η έλικα έχει μεγάλη περιφερειακή ταχύτητα, Η έλικα είναι υπερφορτωμένη, (μεγάλη γωνία ως προς την ροή) Το προφίλ του πτερυγίου δεν είναι το πρέπον. Η έλικα επιλέγεται έτσι ώστε να μην εμφανίζεται σπηλαίωση Η επαλήθευση αυτού πρέπει να γίνει άμεσα γιατί σε αντίθετη περίπτωση αρκεί ένας μικρός χρόνος λειτουργίας για να προκαλέσει ανεπανόρθωτες βλάβες. 106

107 Η έλικα μπορεί παρόλα αυτά να εμφανίσει σπηλαίωση όταν :
1 / Λειτουργήσει για μεγάλο διάστημα υπερφορτωμένη (αυξημένη αντίσταση λόγω ρύπανσης της γάστρας, αντίθετο άνεμο, κυματισμό) 2 / Δεν λειτουργεί εξολοκλήρου βυθισμένη. 3 / Έχει διαβρωθεί η επιφάνεια των πτερυγίων κυρίως λόγω μακράς παραμονής στο λιμάνι. 4 / Λειτουργεί σε ζεστά νερά Η εμφάνιση του φαινομένου της σπηλαίωσης, εκτός της διάβρωσης της επιφάνειας των πτερυγίων, προκαλεί θορύβους , κραδασμούς καθώς και σπάσιμο πτερυγίου. Εμφάνιση φυσαλίδων έχουμε και σε απότομη αναπόδιση ή αύξηση στροφών χωρίς όμως να εμφανίζονται φαινόμενα σπηλαίωσης στα πτερύγια. Έχουμε όμως μεγάλη πτώση του βαθμού απόδοσης. 107

108 Η έλικα σε λειτουργία Κραδασμοί και θόρυβοι οφείλονται
Στην ανομοιόμορφη ροή προς την έλικα που προκαλεί : [έλικα – άξονας – πλοίο] 108

109 Περιοδικές μεταβολές ώσης
Που μεταφέρονται μέσω του άξονα στον ωστικό τριβέα και σε όλο το πλοίο. 109

110 Περιοδικές μεταβολές ροπής στρέψης
που αποσβένονται σχετικά γρήγορα από τον άξονα. Πρέπει να υπολογισθεί αν η ιδιοσυχνότητα του συστήματος «κύρια μηχανή – άξονας – έλικα» βρίσκεται στην περιοχή της συχνότητας που προκαλεί η έλικα (n x Z) [συντονισμός ] Το εύρος των μεταβολών είναι μεγαλύτερο σε έλικες με ζυγό αριθμό πτερυγίων. 110

111 Περιοδικές μεταβολές ροπής κάμψης
Αποτέλεσμα του ότι η δύναμη της ώσης δεν ενεργεί στο κέντρο της έλικας. Προκαλεί περιοδικές καταπονήσεις στον τριβέα στορέα που προκαλεί κραδασμούς στο πρυμναίο τμήμα του πλοίου. Το εύρος των μεταβολών είναι μεγαλύτερο σε έλικες με μονό αριθμό πτερυγίων. 111

112 [έλικα – πλοίο] Το πέρασμα κάθε πτερυγίου από το ποδόστημα προκαλεί περιοδικές μεταβολές της πίεσης στο εξωτερικό περίβλημα με συχνότητα n x Z. 112

113 Ιδιαίτερα έντονοι κραδασμοί εμφανίζονται κατά την αναπόδιση όταν το πλοίο κινείται ακόμα πρόσω ενώ η έλικα γυρίζει στο ανάποδα. 113

114 Θόρυβοι Κτύποι με συχνότητα n x Z (ακούγονται μόνο κοντά στην έλικα) και οφείλονται στην επί μέρους δημιουργία στροβιλισμών λόγω των μεταβολών πίεσης και ταχύτητας ροής στην έλικα. Συριγμοί, σε υψηλές στροφές, που οφείλονται σε συντονισμό των πτερυγίων λόγω αρχόμενης σπηλαίωσης στην ακμή εισόδου ή στροβιλισμών στην ακμή εξόδου καθώς και στον συντονισμό εξαρτημάτων του άξονα. Έντονοι κτύποι που οφείλονται στην εμφάνιση σπηλαίωσης. (εμφανίζεται για πολύ λίγο όταν το πτερύγιο περνάει από το ποδόστημα και δεν προκαλεί διάβρωση) 114

115 (απόσταση έλικας από περίβλημα, καλή ροή προς την έλικα)
Η εμφάνιση η όχι όλων αυτών εξαρτάται από την διαμόρφωση του πρυμναίου τμήματος. (απόσταση έλικας από περίβλημα, καλή ροή προς την έλικα) Πρύμνη AG WESER 115

116 Διάβρωση και προστασία
Η έλικα, όπως και το πλοίο, πρέπει να προστατεύεται από την διάβρωση. Στην έλικα ακόμα και η ελάχιστη διάβρωση προκαλεί φαινόμενα σπηλαίωσης και περαιτέρω διάβρωση λόγω αυτής. Η προστασία της έλικας επιτυγχάνεται με τοποθέτηση ανόδων ψευδαργύρου σε κατάλληλα μέρη του πλοίου. Τέτοια είναι σημεία κοντά στην έλικα που εμφανίζουν όμως μικρή αντίσταση διέλευσης του ρεύματος. Παράδειγμα τοποθέτησης στην πρύμνη. Η τοποθέτηση σε αυτές τις περιοχές δημιουργεί προ-βλήματα στη ροή προς την έλικα. 116

117 Βλάβες στην έλικα Καινούργια έλικα Απομάκρυνση επικαλύψεων προστασίας.
Καθαρισμός από τυχών στίγματα χρωμάτων βαφής το πλοίου. Μπορούν να προκαλέσουν αρχή τοπικών διαβρώσεων. 117

118 Έλικα κατά την επιθεώρηση
Μη καθαρές επιφάνειες πτερυγίων (διαβρωμένες ή με επικαθίσεις) πρέπει οπωσδήποτε να καθαρίζονται. Φαγώματα μέχρι 1 χιλιοστό διορθώνονται με επί τόπου τρόχισμα και γυάλισμα. Επιφάνειες που εμφανίζουν διάβρωση λόγω σπηλαίωσης πρέπει να αφαιρούνται και να γεμίζονται (συνιστάται αυτό να γίνεται από τον κατασκευαστή λόγω καλύτερης γνώσης των κραμάτων αλλά και πιθανής απαίτησης επεξεργασιών χαλάρωσης του υλικού). Μικρές ρωγμές ή παραμορφώσεις των ακμών των πτερυγίων οδηγούν πάντα σε εμφάνιση σπηλαίωσης και πρέπει να επιδιορθώνονται. 118

119 Αντιμετώπιση βλαβών Και οι μικρότερες ρωγμές μπορούν, λόγω της εμφάνισης κορυφών τάσης, να προκαλέσουν στο πτερύγιο σπασίματα. Οι επιδιορθώσεις στην περιοχή μέχρι 0,6R συνιστάται να γίνονται από τον κατασκευαστή. Μία πρόσκαιρη αντιμετώπιση είναι το άνοιγμα οπών διαμέτρου mm στις αρχές των ρωγμών. Οι οπές πρέπει να κλίνονται με ξύλο ώστε να αποφευχθεί η εξίσωση της πίεσης μεταξύ των επιφανειών πίεσης και ρόφησης κάτι που οδηγεί στην εμφάνιση φαινομένων σπηλαίωσης. 119

120 Χυτές έλικες (ειδικός ορείχαλκος) εμφανίζουν (ανεξαρτήτως χρήσης) γήρανση μετά από 10 – 12 χρόνια και παρουσιάζουν ρωγμές που αν συγκολληθούν προκαλούν νέες. Η εμφάνιση παραμορφώσεων στις άκρες των πτερυγίων (συνήθως αποτέλεσμα κτυπημάτων) προκαλεί μείωση του βαθμού απόδοσης της έλικας αλλά και εμφάνιση σπηλαίωσης και ως εκ τούτου πρέπει να αντιμετωπίζονται αμέσως. Επειδή αυτές οι παραμορφώσεις συνδέονται συχνά με μεταβολή του βήματος του πτερυγίου ενδείκνυται η αφαίρεση και ο λεπτομερής έλεγχος της έλικας. Κατά την επιδιόρθωση απαγορεύεται η χρήση σφυριών και επιβάλλεται η αργή και ομοιόμορφη θέρμανση του υλικού καθώς και αργή ψύξη του μετά την επεξεργασία. 120

121 Σε περίπτωση αποκοπής τμήματος του πτερυγίου (συνήθως αποτέλεσμα ρωγμών που δεν έχουν γίνει αντιληπτές) ενδείκνυται η αφαίρεση (με βοήθεια ενός πατρόν) ίδιου τμήματος από το απέναντι πτερύγιο. Κατά την εξάρμωση ή συναρμολόγηση της έλικας επιβάλλεται η προστασία των ακμών των πτερυγίων. Τυχόν συγκολλήσεις (μη επιτρεπτές) κοντά στη ρίζα οδηγούν σε εμφάνιση, μη επιδεχομένων διόρθωση, ρωγμών και ουσιαστικά στην απώλεια της έλικας. Μεγάλη και οικονομική βοήθεια σε επιδιόρθωση έλικας (κυρίως φαγώματα λόγω σπηλαίωσης) δίνουν οι συνθετικές ρητίνες. 121

122 122