AKUSTIKA VIJKA, prema [2]

Akustičke pojave povezane s radom brodskih vijaka postaju sve važnije, jer se sve više upotrebljava razna

hidroakustička oprema, jer su brodovi sve brži i jer putnici na brodovima traže uvijek sve više udobnosti. Zato je

potrebno bar ukratko razmotriti skup problema koji čine područje zanimanja brodskih vijaka.

Pored pogonskog i pomoćnih strojeva vijak je glavni izvor zvuka na brodu. Zvuk kojega emitira vijak je

nepoželjan, dakle on je buka jer izaziva sljedeće probleme:

- smeta radu i odmoru posade i putnika,

- otežava a ponekad i onemogućuje djelovanje hidroakustičkih uređaja,

- otkriva prisutnost broda (važno za ratne brodove, ali i za nezakonite radnje).

U akustičkom lancu postoje tri karike: izvor zvuka, prijenosni put (zvan zvučni kanal i prijamnik koji može biti uho

ili mikrofon, odnosno hidrofon (podvodni mikrofon).

Problem buke rješava se uklanjanjem (ili barem znatnim smanjenjem jakosti) izvora zvuka, presijecanjem puta

buke (zvučna izolacija) ili premještanjem prijamnika (na pr. strojarnica bez posade).

Postoje tri glavna i jedan manje utjecajan mehanizam odgovoran za nastajanje zvuka pri radu brodskog vijka.

Ovisno o načinu stvaranja razlikuje se rotacijski zvuk, zujanje, kavitacijski šum relativno slabi turbuletni šum.

KAVITACIJSKI ŠUM VIJKA

Kavitacijski šum je najvećim djelom posljedica implozije parno zračnih mjehurića popraćene stvaranjem vrlo

visokih tlakova, jer je tlačno polje izazvano rastom mjehurića izvor vrlo slabog, obično zanemarivog zvuka.

Kavitacijski se šum javlja kada se, uz nepromjenjene ostale uvjete strujanja, kavitacijski broj smanji do vrijednosti

zvane akustički prag kavitacije. Daljnim smanjenjem kavitacijskog broja intezivnost kavitacijskog šuma raste.

Ako je polje sustrujanja vrlo nestacionarno, posebno ako je ta nestacionarnost posljedica izraženog odvajanja

strujanja, kavitacijski šum se može opisati kao zvučna pojava koja se javlja pri udaranju, u nepravilnim

vremenskim razmacima, tvrdim predmetom po krilu vijka. Ipak, kavitacijski šum najčesće nije isprekidan, pa se

njegova zvučna sila prostire u rasponu od pucketanja do praskanja.

Dok se na površinskim ratnim brodovima nastoji da svaki, pa tako i kavitacijski šum bude što slabiji, dotle se na

podmornicama po svaku cijenu želi izbjeći i najslabiji trag šuma. Zato se na podmorničkim vijcima nastoji po

svaku cijenu odgoditi pojavljivanje izraženijeg vršnog vrtloga, jer se upravo u njegovoj jezgri javljaju prvi

kavitacijski mjehurići, pa tako taj vrtlog uvjetuje prag kavitacijskog šuma. Srpolikost, povećani broj krila i

postupno smanjivanje njihovog opterećenja prema vrhu djeluju povoljno na smanjenje intezivnosti vršnog vrtloga

i njime izazvanog šuma.

U cilju smanjenja jačine kavitacijskog šuma primjenjujue se i usporne, decelerirajuće sapnice, kojima je unutarnji

promjer najveći na sredini duljine, na mjestu gdje radi vijak. Time se povisuje tlak vode na tom mjestu, pa je zbog

većeg kavitacijskog broja razina šuma niža, a sapnica obuhvaćanjem, zaklanjanjem, vijka otežava širenje zvuka u

poprečnim smjerovima, tako da se dodatno smanjuje jakost šuma u dalekom polju. Još bolji rezultat se postiže ako

se sapnica iznutra obloži materijalom koji upija zvuk.

Zujanje vijka je posljedica vibriranja krila, koje prenoseći svoje oscilatorno gibanje na okolne čestice vode stvara

zvučne valove. Uobičajni način izbjegavanja ove pojave je primjena ruba protiv zujanja, koji se rutinski izvodi na

vijcima velikih brodova. Na izlaznom bridu krila, počevši od odnosnog polumjera r/R = 0,4, a nekada i od same

glavine vijka, pa do vrha krila izvodi se zaoštrenje, tako da novi polumjer zakrivljenog izlaznog brida bude

mnogo manji od izvornog. Time se poveća frekvencija uzbude, koja obično bude iznad svojstvene frekvencije

vibriranja krila, a ujedno se smanji i jakost uzbude pa se zujanje najčešće ne pojavljuje.

Ako su zahtjevi glede zujanja vrlo strogi, a tako je obično na ratnim brodovima, posebno podmornicama, vijci se

izrađuju od posebnih slitina (poznata je SONOSTON), koje – zahvaljujući svojoj strukturi – jako prigušuje

vibracije.

Rotacijski zvuk je posljedica promjene tlaka koja nastaje u vodi koja struji relativno prema krilu rotirajućeg vijka.

Ta promjena tlaka širi se kroz vodu na sve strane konačnom brzinom – brzinom zvuka. Mjere koje smanjuju

površinske uzbudne sile ujedno smanjuju i rotacijski zvuk, a to znači da u cilju slabljenja rotacijskog zvuka treba

učiniti slijedeće:

- oblikovanjem krme ostvariti što jednolikije polje brzine,

- izabrati, ako je moguće, onaj broj krila vijka Z za koji su harmonici polja sustrujanja dovoljno mali,

- odabrati veliki kut srpolikosti krila

- povećati zračnost između vijka i oplate, kako bi se smanjio učinak refleksije zvuka,

- izbjeći jako razvijenu nestacionarnu kavitaciju pogodnim projektom vijka i/ili povećanjem kavitacijskog broja.

Izvedba ruba krila vijka za sprečavanje zujanja [2]

NOVA TEHNOLOGIJA VIJKA S FIKSNIM KRILIMA

Firma MAN Diesel & Turbo je dizajnirala novi tip propelera s fiksnim krilima koristeći računalnu dinamiku fluida

i metodu konačnih elemenata. Parametri srpolikosti (eng. skew), nagiba krila (eng. rake), omjera površina i broja

krila su uravnoteženi i optimizirani za veću učinkovitost. Oblik glavine je optimiziran prema strujanju i smanjene

veličine što rezultira manjim otporom.

Povećana učinkovitost propelera dovodi do manje potrošnje goriva, smanjenja emisije ispušnih plinova i

razvijanja veće potisne sile. Prednosti korištenja MAN Alpha FP propelera su: povećana učinkovitost do 6%

(Kapell dizajn), niži inducirani impulsi tlaka, smanjen rizik od kavitacije – omogućeno je veće opterećenje krila za

zahtjevniju primjenu. Kapell dizajn krila se temelji na smanjenju vrtloga na vrhovima pomoću vršnog zakrilca

(engl. tip fin). Vršni vrtlozi nastaju zbog razlike u tlaku između usisne i tlačne strane krila.

Voda će se na vrhu krila pomaknuti iz područja višeg u područje nižeg tlaka, tj. dio vode se vraća s tlačne na

usisnu stranu. Tlak na obje strane blizu vrha će se stoga izjednačiti i učinkovitost vijka u tom području će se

smanjiti. Kappel propeler pomoću vršnog zakrilca smanjuje protok preko vrha krila, a vanjsko područje Kappel

propelera time zadržava visoku učinkovitost i povećava ukupnu učinkovitost Kappel propelera u odnosu na

konvencionalne propelere.

Vršni vrtlozi na konvencionalnom (lijevo) i Kapell propeleru (desno) [7]

Raspored tlakova i strujnica na Kapell propeleru koje pokazuju smanjenje vršnih vrtloga [7]

MAN Alpha FP propeler s Kapell dizajnom krila [7]

Jedna od prvih komercijalnih primjena MAN Alpha Kappel FP propelera je bila na bulk carrieru Elsabeth C u

vlasništvu Frontmarine Co. Ltd. Probna vožnja je uspješno izvršena pred obalama Kine. Vijak je kasnije ugrađen

na Mirelu, brod blizanac od Elsabeth C. Na probnoj vožnji vijak je ponovno dao pozitivne rezultate.

PROJEKTIRANJE BRODSKIH VIJAKA

Ako je točna uzrečica da kruh pomoraca ima sedam kora, onda ih kruh projektanata vijaka ima samo malo

manje. Projektiranje vijaka je nezahvalno posebno zato što se pri ispunjavanju jednog od važnih zahtjeva, a to

je ostvarenje sklada u trojstvu (brod-stroj-vijak), nema zaleđa koeficijenta sigurnosti. Nadalje se vijak uvijek

projektira na temelju samo u određenoj mjeri sigurnih podataka dobivenih ispitivanjem modela – treba se samo

sjetiti ograničene točnosti izrade modela, pouzdanosti mjerenja kao i utjecaja mjerila. I na koncu, kada se na

pokusnoj plovidbi ustanovi da vijak nije ''pogođen'', to jest da ili preopterećuje (''guši'') motor, ili mu ne

omogućuje da razvije punu snagu pri najvećoj dopuštenoj brzini vrtnje, onda najčešće sva odgovornost za

promašaj pada na projektant vijka. Takvu situaciju slikovito je opisao jedan iskusni priojektant vijka ovim

riječima: Svi piju, a vijak plaća, i njegov drugi aforizam Vijak nije loš, samo je u lošem društvu !

Projektiranjem propulzora, a to su najčešće vijci, u fazi pretprojekta bave se projektanti ili u brodogradilištima

ili u samostalnim projektnim uredima, u okviru osnivanja broda. Daleko najveći se broj vijaka projektira u

konsrukcijskim uredima proizvođača.

FAZE PROJEKTA BRODSKOG VIJKA

U projektiranju vijaka može se razlučiti tri etape ili faze. Prva etapa je pretprojekt, unutar kojega se približno

određuje promjer vijka, broj krila, omjer uspona, omjer ploština i procjenjuje njegov stupanj korisnosti.

Projekt vijka završava teorijskim crtanjem vijka, nacrtom analognim nacrtu brodskih linija.

- promjer,

- broj krila,

- oblik središnjice krila raspored duljina presjeka,

- raspored uspona,

- podrobni podaci o obliku svakog presijeka krila.

Iz brojčanih se podataka o obliku vijka određuju sljedeće bezdimenzijske geometrijske veličine, koje približno

karakteriziraju i njegove hidrodinamičke značajke:

- srednji omjer uspona,

- omjer ploština,

- kut srpolikosti krila,

- kut nagiba krila.

CILJEVI KOJE MORA ZADOVOLJITI PROJEKT

BRODSKOG PROPULZORA

Tijekom projektiranja propulzora postoji niz ciljeva kojima se projektant nastoji što više približiti, dok neke

bezuvjetno mora ispuniti.

Prvi cilj je zadovoljavanje pouzdanosti, to jest sigurnosti protiv bilo kakvog (mehaničkog ili kemijskog)

oštećenja odnosno prestanka djelovanja propulzora, kao što je npr. otkazivanje mogućnosti upravljanja vijkom

upravljivog uspona (CPP), ozbiljna oštećenja uslijed kavitacijske erozije i tome slično.

Drugi je cilj izbjeći velike uzbudne sile (periodičke sile velike amplitude), koje bi mogle dovesti do

nedopuštenih vibracija trupa i nadgrađa, čemu bi slijedilo uskraćivanje potrebnih dozvola od strane

klasifikacijskog društva neke ustanove koja se brine za zdravsteno tehničku zaštitu ljudi na brodu.

Treći cilj – usklađenost broda, vijka i stroja. To znači da vijak, za plovidbu nekom zadanom brzinom u

predviđenim uvjetima službe (gazovi, vremenske prilike, obrašenost trupa,...) mora potrebnu snagu glavnog

stroja apsorbirati kod propisne nazivne brzine vrtnje. Kada se apsorpcija vijka u većoj mjeri razlikuje od

apsorpcije primjerene stoju, brodovlasnik može od brodograditelja tražiti plaćanje penala, pa čak i dobiti

preuzimanje broda.

Četvrti je cilj projektirat ivijak koji neće trpjeti kavitacijske erozije. Brodogradilište, a pogotovo brodovlasnik,

u pravilu ne prihvaća projekt vijka, ako pokus s modelom u kavitacijskom tunelu nagovijesti mogućnost erozije

vijka naravnoj veličini na brodu. Erozija vijka na trgovačkom brodu je najčešće praćena i vibracijama, to

uklanjanje prekomjernih, nedopustibih uzbudnih sila kavitirajućeg vijka, uglavnom dovodi i do izbjegavanja

kavitacijske erozije.

Petim se ciljem javlja nastojanje koje zaokuplja hidrodinamičare – projektante vijaka. To je težnja za čim je

moguće višim stupnjem korisnosti vijka koji redovito radi u tuškim uvjetima nehomogenog, pa i nestacionarnog

strujanja, koji vladaju na krmi broda.

Šesti je cilj smanjenje razine šuma izazvanog radom vijka, kako bi se snizila ukupna buka na brodu, a posebno

se teži da podvodni šum bude što slabiji. Posebno važan je na ratnim brodovima, naročito podmornicama (tamo

je to vrlo češto prvi uvjet).

Sedmi cilj je dobra upravljivost broda u širem smislu (tu se misli na kormilarenje – vođenje broda po nekoj

zadanoj putanji – i na ubrzavanje i kočenje broda). Na većini brodova vijak je jedino sredstvo kojim se brod

može zaustaviti. Važno je da vijak ima dobra svojstva zaustavljanja, posebice na velikim brodovima pri čemu je

bitna skladna suradnja vijka sa srojem pri zaustavljanju u nuždi.

Osmi je cilj minimiziranje zamašnog momenta vijka zajedno s njemu pridruženom masom vode. O tome

momentu neposredno ovisi svojstvena frekvencija torzijskih vibracija osovinoskog voda (što je dinamički

moment tromosti, to je u pri istim u restitucijskom momentu niža svojstvena frekvencija). Zato je, da bi se

izbjegla rezonancija, pri velikoj vrijednosti momenta tromosti nužan veći promjer osovine (torzijska kruća

osovina), što poskupljuje brod.

Deveti cilj je smanjenje cijene nabavke i troškova njegovog održavanja. Cijena ovisi o tipu vijka (monolitni

vijak, vijak s odvojivim krilima ili CPP), o veličini, o materijalu iz kojega je izrađen te o točnosti obrade.

Troškovi održavanja ovise o tipu vijka, debljini bridova, tehnološkim svojstvima materijala (zavarljivost), o

intenzivnosti kavitacijske erozije i o uvjetima u kojima brod plovi.

PROJEKTNI ZAHTJEV I PODACI ZA PROJEKT VIJKA

Projektni zahtjev za vijak mora sadržavati ove podatke:

- tip vijka: monolitni, neka od podvrsta CPP, vijak u sapnici, sa statorskim dijelom, Grimmovo kolo, privodne

lopatice ili privodna sapnica...

- uvjeti plovidbe za koje se projektira vijak: gaz, uvjeti službe, uvjeti pokusne plovidbe, područje plovidbe,

vučna sila...

- uvjeti radnih područja motora: od proizvođača preporučene radne točke i radna područja u službi i na pokusnoj

plovidbi.

- uvjeti za proračun čvrstoće: klasifikacijsko društvo, uvjeti plovidbe u ledu.

Još su potrebni i sljedeći podaci:

- ovisnost potrebnog poriva vijka o brzini,

- proračunski koeficijent sustrujanja,

- polje brzine nominalnog sustrujanja,

- nacrt krmenog dijela trupa,

- podaci o prijenosu snage,

- dijagram radnih područja motora.

POSTUPCI PROJEKTIRANJA

Brodski vijak spada među izuzetno važne dijelove broda te stoga projekt i izrada brodskog vijka predstavlja

vrlo odgovoran i zahtjevan zadatak. Projektant koji rješava problem brodskog vijka odlučuje o obliku brodskog

vijka na način da vijak pri zadanom broju okretaja apsorbira određenu snagu i proizvodi poriv potreban da se

brod kreće zahtijevanom brzinom. Brodski vijci moraju biti što učinkovitiji što znači da se snaga koju porivni

stroj predaje vijku mora pretvoriti u snagu poriva uz što manje gubitaka. Uz to, vijak ne bi smio stvarati

neželjene vibracije i buku. Naposljetku, potrebno je izbjegavati mogućnost oštećenja vijka zbog pojave

kavitacije na krilima. Glavni zadatak projektanta jest pronaći ravnotežu između svih tih zahtjeva, te postići

optimum oblika i dimenzija brodskog vijka.

SMJEŠTAJ BRODSKOG VIJKA

Brodski vijak ima zadaću proizvoditi porivnu silu koja će gurati brod. Brodski vijak na osovini može biti

direktno, preko međuosovine, spojen na glavni motor (sporohodni dvotaktni motori) ili može biti spojen preko

zupčastih prijenosa na glavni motor (srednjehodni i brzohodni motori). Brodski vijak je sačinjen od krila

brodskog vijka koja su zakrenuta u odnosu na os broda, te ona proizvode porivnu silu koja pokreće brod.

Brodski vijak može imati krila koja su fiksna (kratica FPP), tj. ne mogu mogu se okretati oko svoje osi, a može

imati i prekretljiva krila koja se mogu okretati oko svoje osi (kratica CPP), te se takvi brodski vijci koriste kod

brodova koji imaju česte izmjene manevra.

SPECIFIČNOSTI PROJEKTIRANJA PROPULZORA

Za brodove posebnih tipova se često primjenjuju i posebni tipovi propulzora, ali je i onda, kada se primjenjuje

uobičajeni propulzor – kao što je to brodski vijak, na posebnim brodovima, gotovo uvijek postupak projektiranja

propulzora, a često i njegov oblik, specifičan. Brodovi kojima su svojstvene posebnosti glede projektiranja

propulzora mogu se podjeliti u više skupina. Pri tome se neki brod (npr. riječni tegljač) može naći i u nekoliko

od sljedećih skupina:

- Brzi brodovi, posebno oni s dinamičkim uzgonom, (kao što su gliseri, hidrokrilni brodovi, brodovi na zračnom

jastuku...);

- Brodovi za vuču, (i guranje), koji za savladavanje vlastitog otpora troše samo dio razvijenog poriva, a ostali se

dio troši da bi se potrebnom silom djelovalo na neke objekte;

- Brodovi plitkih akvatorija, bilo rijeka, jezera, priobalnih mora pa i močvara, te

- Raznovrsni posebni brodovi, kao što su podmornice, plovne dizalice, brodovi polagači kabela ili cjevovoda,

jaružala, vatrogasni brodovi...

BRZI BRODOVI

Velike se brzine na vodi najčešće postižu brodovima kod kojih se uzgon – bar većim djelom – stvara dinamički,

premda ima i vrlo brzih deplasmanskih brodova; posljednji su vrlo vitki brodovi s velikim omjerom L/B, kao

primjerice vitki razarači i katamaranski SWATH (akronim za Small Waterplane Area Twin Hull) brodovi,

regatni čamci, te brodovi još nekih tipova, koji su nekada plovili.

VRSTE BRZIH BRODOVA I PROBLEMI KOJE STVARAJU

Brodove s dinamičkim uzgonom drži iznad površine vode, jasno samo dok plove dovoljno velikom brzinom,

uglavnom hidrodinamički uzgon, dok je hidrostatički uzgon pri brzinama u služi skoro zanemariv. Skupinu

brodova s dinamičkim uzgonom čine plovila, koja se mogu svrstati u sljedeće podskupine, premda se svakim

danom pojavljuju i novi, često hibridni tipovi brodova za koje je teško odlučiti kako ih uklopiti u postavljenu

shemu:

- Gliseri, kod kojih se uzgon stvara na dnu prikladno oblikovanog trupa,

- Hidrokrilni brodovi, opremljeni podvodnim krilima raznog tipa i konstrukcije, kolokvijalno zvani i

hidrokrilci,

- Dvotrupni brodovi sa zračnim jastukom (eng. Air Cushion Catamaran – ACC); no uglavnom se za te

brodove primjenjuje neprimjereni naziv: „brod s efektom površine “ (eng. Surface Effect Ship – SES),

- Brodovi (vozila) na zračnom jastuku (eng. Air Cushion Vehicle – ACV), hrvatski kratko nazvani lebdjelice,

oslanjaju se na zračni jastuk kojega održava posebni ventilator (puhalo), koji utisne zrak ispod dna broda, dok

po obodu izlaz zraku spriječava gumena suknja (eng. Skirt) izrađena u obliku cijevi i ispunjena zrakom.

Ekranoplani su zapravo modificirani zrakoplovi koji zahvaljujući povećanju uzgona u blizini granične stjenke,

nazivane ekran (koji je površina vode ili relativno ravna, površina kopna) mogu s krilima jednake ploštine

letjeti mnogo manjim brzinama pri čemu im je otpor bitno manji, pa je i snaga – a to se upravo želi postići –

mnogo manja.

Dok su tri prvospomenuta tipa pravi brodovi u neprekidnom dodiru s vodom, dotle su brodovi na zračnom

jastuku i ekranoplani amfibijska plovila/vozila koja se mogu gibati i nad vodom i nad umjereno ravnim

kopnom, a dok miruju mogu se nalaziti ili na kopnu ili plutati na površini vode. No ceste su za njih preuske, jer

zahtjevaju dovoljno prostranu ravnu površinu.

Vožnja nad kopnom diže mnogo prašine, koja osim okolini smeta i samom vozilu, pa je površina vode njihovo

pravo mjesto. Zato se uspješno primjenjuju nad rijekama, bez obzira na plićake, ali isto tako i na moru i

jezerima, gdje lako dolaze do kopna preko priobalnih plićina. Glede primjenjenih tvoriva i tehnologije, ta

vozila pripadaju više zrakoplovstvu nego brodogradnji, ali su to, obzirom na mjesto i način primjene ipak

plovila. Tim posebnim nazovibrodovima kao propulzori služe zračni vijci, pa se o njima ovdje više neće

govoriti.

Gliseri, hidrokrilci i brodovi s efektom površine imaju propulzore kojim rade u vodi. Za njihov pogon služe ili

vijci, ponekad posebna oblika (superkavitirajući vijci) i smještaja (djelomično uronjeni vijci), ili mlazni

propulzor.

Problem zajednički svim brzim brodovima s propulzorima koji rade u vodi, dakle i deplasmanskim brodovima,

kao što su neki katamarani i SWATH-ovi, je snažan razvoj kavitacije na propulzoru. Ta jako razvijena kavitacija

ne samo što prijeti erozijom, već je i uzrokom mijenjanja hidrodinamičkih značajki propulzora, to jest utječe na

apsorbiranu snagu, razvijeni poriv i u određenoj mjeri na stupanj korisnosti propulzora .

Nadalje pri projektiranju i radu propulzora brzih brodova s dinamičkim uzgonom, probleme pričinja i

takozvana grba otpora. Pod grbom otpora podrazumjeva se naglo povećanje otpora broda u području manjih

brzina – obično od 40% do 50% maksimalne brzine u službi – nakon kojega slijedi njegov vrlo spori porast pa

čak i pad, a iza toga opet nastupa, isprva polagano pa opet sve brže, povećanje otpora s porastom brzine. Kod

brzih je brodova ponekad problem i veliki otpor zraka (vjetra) pa je i zbog toga potrebno ugraditi CPP, što onda

ujedno rješava i problem prijelaza grbe otpora.

Treći neugodni problem, što se javlja na onim brzim brodovima koji imaju kose osovine, a takvih je među

brzim brodovima veliki broj, je izrazito nestacionarna kavitacija u blizini korijena krila vijka, koja je

posljedica kosog dostrujavanja na vijke koji se nalaze na kraju kose osovine .

Velika brzina plovidbe i time uvjetovana velika brzina vrtnje vijka rezultiraju velikim brzinama strujanja uz

krila vijka.Budući da su gazovi brodova s dinamičkim uzgonom uglavnom mali,to je i uronjaj njihovih vijaka

malen pa je apsolutni tlak na vijku, koji je jednak sumi atmosferskog tlaka i hidrostatskog tlaka na osovini vijka

malen. Posljedica velike brzine i malog uronjaja su vrlo mali kavitacijski brojevi. Kako se kavitacija ne bi

razvila toliko da postane opasna, izabire se za vijke brzih brodova veliki omjer raširene ploštine AE/A0, to jest

primjenjuju se vijci s vrlo širokim krilima, što često dovodi do poteškoća kada treba obraditi dio krila kojega

preklapa susjedno krilo.

• Ima mnogo brodova kod kojih se ,ako je omjer raširene ploštine vijaka ograničen na AE/AO < 1.2, ne može

izbjeći niti jedna od štetnih posljedica kavitacije, pa tako niti utjecan na hidrodinamičke značajke vijaka. Kako

se obično pri radu vijaka brzih brodova javlja jako razvijena kavitacija, to na tim vijcima nastaje i pad poriva,

ovisan o razvijenosti kavitacije.Takvi vijci, koji su predviđeni za rad u uvijetima kavitacije, a nazivaju se

djelomice kavitirajući vijci, projektiraju se s usponom nešto većim od potrebnog u nekavitirajućem strujanju,

kako bi se kompezirao utjecaj kavitacije na njihove hidrodinamičke značajke.

Za pogon razmjerno brzih brodova, na kojima se ne može izbjeći jako razvijena kavitacija propulzora, često se

primjenjuju trokrilni vijci serije GAWN-BURRILL. Modeli tih vijaka s po tri krila, velikog omjera AE/A0 ispitani

su kavitaciskom tunelu pri smanjenim vrijednostima kavitaciskog broja σA, te su nacrtani i objavljeni diagrami i

hidrodinamičkih značajki tih vijaka pri raznim kavitaciskim brojevima σ.

IZBOR TIPA PROPULZORA ZA BRZE BRODOVE

Područja brzina u kojem se primjenjuju vijci pojedinih tipova su ovako podijeljena :

- male brzine do 20 čvorova,

- umjereno velike brzine 20 do 40 čvorova,

- velike brzine 40 do 60 čvorova,

- vrlo velike brzine 60 do 80 čvorova,

- supervelike brzine više od 80 čvorova.

Usporedbom otpora za deplasmanski i brod s dinamičkim uzgonom, uočava se , da je pri manjim brzinama otpor

broda s dinamičkim uzgonom relativno velik , a to se održava i u (brzinskom) dijagramu motora, u kojem je

snaga predana vijku narisana kao funkcija brzine vrtnje. Grba otpora nastaje kada u deplasmanskom režimu

brzina naraste toliko da se Froudeov broj izražen istisninom približava vrijednosti 3. Dakle to se zbiva

neposredno prije no što gliser dođe u režim gotovog čistog glisiranja. Kod hidrokrilnog broda grba se javlja pri

brzinama kod kojih se brod izdiže na krila.

Vijci na brzim brodovima rade u razmjerno jednolikom polju brzina, kojeg donekle kvari sustrujanje ruku

(nosača potpora ) skroka, pa treba paziti da one budu dobro strujno oblikovane i položene u smjeru strujanja.

Za vijke s velikim kutom nagiba osovine, kakvi se ugrađuju ispod - u poprečnom presjeku klinastog – dna

brzih brodova, tipična je vrlo nestacionirana kavitacija uz korijen , koja često izaziva erozijska oštećenja na

naličju krila.Tamo se erodirana zona ponekad prostire duž najvećeg dijela cilindričnog presjeka na korijenu

krila. I na licu , ali rjeđe može se pojaviti erozijsko oštećenje , po prilici na istom mjestu gdje i na naličju,

samo što je lice redovito manje oštećeno.

Nepovoljne posljedice nagiba osovine najprirodnije je ukloniti smanjenjem kuta nagiba vijčane osovine, no to

obično nije lako učiniti. Naime pomicanje motora prema naprijed, pa ako je i izvedivo u okviru koncepcije

broda, doduše smanjuje kut dostrujavanja, ali traži dulji osovinski vod. Osim toga dulji dio osovine prolazi

kroz vodu, što povećava otpor privjesaka, a eventualno može zahtijevati i neki dodatni skrok. Podizanje

završetka osovine prema trupu, kako bi se smanjio kut nagiba, može se ostvariti bilo da se smanji zračnost

vijaka prema trupu, što je nepovoljno zbog vibracijske uzbude, bilo da se smanji promjer vijaka što je

dvostruko loše jer se smanjuje stupanj korisnosti i podstiče razvoj kavitacije zbog povećanog opterećenja vijaka

izraženog u kW/m². Danas se problem kosog dostrujavanja sve češće rješava ugradnjom V prijenosa

(reduktora), odnosno Z prijenosa, ali je izvedba stožastih zupčanih prijenosa za velike snage unutar

ograničenih dimenzija kućišta jako težak strojarski zadatak.

Kako bi se izbjegla kavitacijska erozija blizu korijena, može se primjeniti jednostavno i vrlo djelotvorno

sredstvo, koje međutim ostavlja dojam riskantnog zahvata.To su ponekad jedna, ali često dvije rupe provrtane

kroz krilo na mjestu gdje se pojavila ili gdje se očekuje erozija.Voda što struji s lica, gdje vlada predtlak,

prema naličju razbija i udaljuje od površine krila kavernu koja bi se razvila na potlačnoj strani krila, tako da se

u blizini krila ne pojavljuje pjenasta kavitacija, pa stoga ni erozija. Ovo prestrujavanje s lica prema naličju

krila zanemarivo utječe na hidrodinamičke značajke vijaka, ali treba uzesti u obzir smanjenje ploštine

mehaničko naprezanje materijala. Zato je dobro – a to se može ako se rupe primjenjuju na novom vijku, a ne

kao način popravljanja već gotovog vijaka – nešto povećati debljine presjeka blizu korijena krila vijka.

SVOJSTVA SUPERKAVITIRAJUĆIH VIJAKA

Ispitivanja su pokazala, da se KT i KQ krivulje , pri malim kavitacijskim brojevima odvajaju od krivulje koja

propada nekavitirajućem vijku kod to viših vrijednosti koeficijenata napredovanja J, što je manji kavitacijski

broj. Oba koeficijenta i KT i KQ, uz konstantni smanjeni kavitacijski broj poprimaju vrijednosti koje odgovaraju

vrijednostima istih koeficijenata za neki vijak s manjim omjerom uspona u nekavitirajućem strujanju. Pri tome

stupanj korisnosti vijaka σo uopće nije malen, a posebno je važno što se kavitacijska šupljina prostire sve do iza

izlaznog brida, pa se pjenasta kavitacija pojavljuje tek iza krila pa ne uzrokuje eroziju.Tako razvijena kavitacija

naziva se kao što je to objašnjeno u poglavlju o kavitaciji superkavitacija, a vijci koji rade u tim uvjetima su

superkavitirajući vijci.

Mnogi brzi brodovi pretežni dio vremena u službi plove brzinom krstarenja, koja je dosta manja od maksimalne

brzine; iznimka su trkači čamci i suvremeni vrlo brzi putnički brodovi koji prevoze i automobile.Oni plove

gotovo uvijek najvećom brzinom.Kada brzi brod plovi brzinom krstarenja, kavitacija na vijku nije toliko

razvijena da bi njezin pjenasti oblik nastajao tek iza krila , pa nastaje kavitacijska erozija vijka. Da bi se to

izbjeglo, primjenjuje se posebni superkavitirajući vijci s klinastim profilima, koji imaju oštar ulazni i tupi

izlazni brid.

Kod njih je kavitacija potpuno razvijena već pri razmjerno visokim kavitacijskim brojevima tj. već pri malim

brzinama. Pri tome je debljina kavitacijske kaverne kao što se vidi na spomenutoj slici, na klinastim profilima

dosta manja nego na strujnim profilima koji kavitiraju, a to je važno jer debele kaverne smanjuju slobodni

presjek za strujanje vode, tako da protok kroz vijak smanjuje (efekt prigušenja) , (eng. chocking effect ). Rana

pojava stabilne superkavitacije poželjna je, osim radi izbjegavanja kavitacijske erozije, i zato da ne bi postalo

još težim prelaženjem grbe otpora, o čemu se govori na drugom mjestu.

Na profilima u neaktivirajućim strujanju veći se dio uzgona – oko dvije trećine – stvara usljed podtlaka, dok je na

superkavitrajućim profilima djelovanje podtlaka praktički zanemarivo.Zato se tlačna strana krila

superkavitirajućih vijaka izvodi izrazito konkavna kako bi se povećao predtlak nastao djelovanjem centrifugalne

sile, zbog koje u zakrivljenom strujanju postoji gradijent tlaka okomit na strujnice i usmjeren od središta

zakrivljenosti. Sličan učinak na podtlačnoj strani na izlaznom bridu klinastih profila imaju pragovi (na engleskom

zvani interceptori - a znači ono što skreće, onemogućuje gibanje u namjeravanom smjeru).

Pri primjeni klinastih profila susreću se određene poteškoće. Prva je poteškoća povezana sa zadovoljavanjem

potrebe čvrstoće, naime krilo vijka da bi bilo dovoljno čvrsto mora biti primjerene debljine, a istodobno mu

naličje mora biti tako oblikovano da ga ne zahvati struja vode, jer se tako povećava otpor krila. Nadalje su vijci

s klinastim profilima iznimno nedjelotvorni u plovidbi krmom, što je njihova druga mana . Zato se za ne

pretjerano velike brzine primjenjuju superkavitirajući vici serije Newton – Rader, profili vijka ove serije imaju

oba brida oštra i malo povinuta prema licu. Ipak kod vijaka za velike i vrlo velike brzine primjenjuju se klinasti

profili. Takvi brodovi onda mogu imati pomoćni propulzor za plovidbu malim brzinama – posebno krmom i

manevriranje, to može biti npr. mali uvlačivi azimutni propulzorsko upravljački uređaj.

SVOJSTVA DJELOMIČNO URONJENIH VIJAKA

Brzi brodovi opremljeni vijcima, da bi se izbjegao nedopušteni progib i poprečne vibracije osovine, moraju imati

skrokove. Ukupni otpor osovina , skrokova i ostalih privjesaka kod velike brzine može iznositi čak nekih 10% do

15% otpora golog trupa. Zato se na vrlo brzim brodovima sve češće primjenjuju djelomice uronjeni vijci (eng.

partialy submerged propellers) u engleskom je češći termin surface piercing propeller (to znači vijak koji prodire

kroz vodenu površinu), za kojeg je uveden akronim SPP.

Kod tih vijaka u vodu ulaze samo krila, dok je glavnina najčešće izvan vode ili samo dijelom uronjena. Krilo

ulazeći u vodu povlači sa sobom atmosferski zrak tako da se javlja ventilirana superkavitacija, zato ti vijci

imaju profile kao što su oni superkavitirajućih vijaka. Takvi vijci su montirani na posebnim prigonima, koji

imaju osovine s kardanima, koje se mogu pomicatiu horizontalnoj ravnini radi kormilarenja, a u vertikalnoj

ravnini da se prilagode promjeni gaza i da se tako izbjegne preopterećenje motora.

Drugi način izbjegavanja preopterećenja motora koji pogone DUV je dovođenje ispušnih plinova prema vijku

koji je zaštićen limom savijenim u obliku obrnutoga slova U. Ispušni plinovi promješani s vodom daju smjesi

manje gustoće no što je to gustoća vode, a i sam vijak je potaknut na kavitaciju, pa je zato opterećenje motora

manje. Taj lim je učvršćen na vertikalnoj osovini i ujedno služi kao kormilo. Kada brod postigne dovoljnu

brzinu, pa se zrcalo očisti, čitava glavnina ostaje izvan vode pa ne stvara otpor, a ispušni plinove izlaze u

atmosferu i ne stavaraju dodatno opterečenje motora u protutlakom u ispuhu.

Za pogon brzih brodova na početku 21. stoljeća mahom se primjenjuje mlazni propulzori, njegove prednosti

nepostojanje privjesaka zaštićenost propuzora, izbjegavanje kavitacije i šuma sposobnost savladavanja grbe

otpora bez velikog preopterećenja motora.

Brzi brodovi ponekad imaju posebne propulzore, odnosno točnije pomoćne propulzisko upravljačke uređaje, za

male brzine to su najčešće azimutni propulzori s vertikalnom osovinom i Z prijenosom. Razlog njihove

primjene je nemogućnost rada glavnih strojeva s malim snagama potrebnim za male brzine i izvanredno

poboljšane upravljivosti pri malim brzinama, odnosno kad vijak ne radipa kormilo nije u mlazu vijka i stoga je

slabo učinkovito.

Brod koji nema CPP malom brzinom može ploviti samo uz intermitetni pogon tj. tako da motor radi kratko

vrijeme, nakon čega se ga zaustavi, odnosno isključi se vijak pomoću izvrstive spojke – ta spojka je sastavni

dio reduktora – pa se motor ponovo uputi, odnosno spojka se uključi i tako se to ponavlja, a dok se vijci ne vrte

brod plovi zahvaljujući inerciji, ali sa sve manjom brzinom. I nekim sporijim brodovima je vrlo važna plovidba

malom brzinama ili održavanje željenog mjesta i položaja na moru, pa se zato i na njih ponekad ugrađuju

takvi posebni propulzori, koji kao što je rečeno omogućuju i vrlo dobru upravljivost.

BRODOVI ZA VUČU

Među brodove za vuču ubrajaju se brodovi koji obično koriste dio poriva, a ponekad i ukupni razvijeni poriv,

propulzora za stvaranje sile vučenja ili guranja. Ponekad i brodovi koji nisu namjenjeni vuči tegle druge

brodove, to je slučaj spašavanja oštečenog broda koji ne može ploviti vlastitim pogonom, što se češće događa u

ratu. Brodovima za vuču pripadaju brodovi koji se mogu razvrstati u slijedeće skupine :

- tegljači (remorkeri) raznih namjena, kao što su lučki tegljač, tegljač za spašavanje (tegljači za otvoreno more),

riječni tegljač, sila poriva kod njih osim o brzini ovisi o tome da li plove sami ili tegle i što tegle,

- gurači koji se primjenjuju za guranje sastava na rijekama te bokseri,gurači koji manevriraju s velikim

brodovima u lukama, također rade s promjenjivim opteećenjima propulzora,

- ribarski brodovi koji love ribu vukući mreže za sobom kroz more, su kočari i brodovi za lov plivaricama, pri

plovidbi do mjesta gdje će ribariti, a i pri povratku u luku opterećenje njihovih propulzora je manji nego u

slučaju kad vuku mreže,

- ledolomci za more kao i oni za rijeke rade u raznim režimima ovisno o debljini leda u kojem rade,

- brodovi za posluživanje platformi najčešće plove prevozeći opremu na platforme, a posebno im je važna

zadaća čupanja sidra, kojima je platforma bila usidrena, kada se seli na drugo mjesto,

- minolovci također rade u dva režima ili plove do mjesta gdje trebaju izvršiti zadaću ili vuku minolovku.

REŽIM RADA VIJKA BRODOVA ZA VUČU

Režimi rada ovih brodova mijenjaju se u širokim granicama. Najlakši režim, uz najmanje opterećenje motora i

vijaka, nazočan je kada brod plovi sam, to je slobodna plovidba ili separatna vožnja. Najteži režim rada

prestavlja rad na mjestu, tako zvana vuča na stupu. Praktički na mjestu rade remorkeri za spašavanje pro

odsukavanju unesrećenog broda, i brodovi za posluživanje platformi kada čupaju sidra.

No vrlo su blizu tome režimu i uvjeti rada kod teške vuče, npr. teglenje platformi ili dokova malom brzinom.

Tegljači i gurači na rijekama rade u uvijetima srednje teške vuče, dok su otpori koča i minolovki obično

relativno umjereni u odnosu na otpor broda, pa je to režim lake vuče.

Ovisno o namjeni broda, može se procijeniti kako veliku vučnu silu, u postotku otpora trupa, treba očekivati.

Kada je sila vuče manja od 20% otpora broda uobičajeno je primjetiti tako zvani brzinski vijak, koji je

projektiran za uvijete slobode plovidbe. Ako vučna sila iznosi između 20% i 50% otpora broda primjenjuju se

vijci projektirani za radnu točku negdje između uvijeta slobodne plovidbe i vuče. Za vučne sile koje su veće od

50% otpora broda vijak se projektira za uvijete rada na stupu.

Ugrađuju li se na tegljač vijci s fiksnim krilima, snagu motora nije moguće potpuno iskoristiti u svim uvijetima

plovidbe. Brzinski vijak postiže punu snagu uz normalnu brzinu vrtnje u separatnoj vožnji, dok kod vuče ne

može postići normalnu brzinu vrtnje pa niti normalnu snagu, budući da se nominalni moment vrtnje ni u kojem

slučaju ne smije prekoračiti. Ovakav brzinski vijak opasan je za motor jer ga preopterećuje u širokom radnom

području.

Obrnuto vijak za rad na mjestu iskorištava punu snagu jedino u režimu za koji je projektiran to jest na stupu,

dok je motor kod ostalih radnih uvijeta rasterećen – postiže nominalnu brzinu vrtnje ali ne daje punu snagu, jer

je vijak ne može preuzeti.

Pravo rješenje problema propulzije na brodovima koji plove promjenjivim režimima je primjena vijka s

upravljivim usponom CPP. Takav vijak omogućuje iskorištenje pune snage pogonskog stroja pri svim

uvijetima plovidbe i rada broda, a uz to štedi gorivo, čuva motor i poboljšava upravljivost.

PROCJENA DJELOTVORNOSTI VIJKA PRI VUČI NA STUPU

Stupanj korisnosti izoliranog propulzora:

koji se općenito primjenjuje da bi se procijenila kakvoća propulzora, za bilo koji vijak koji radi u uvijetima

vuče na stupu jednak je nuli, jer je brzina broda V=0. No budući da svi vijci nisu jednako dobri pri radu na

stupu, iako im je ηo=0, to je bilo potrebno pronaći neki prikladni parametar za uspoređivanje kakvoće

propulzora pri radu na mjesto, da bi ih se moglo nekako usporediti. Vrlo često se primjenjuju dimenziski omjer

T/PD, omjer razvijenog poriva propulzora T i utrošene snage pogonskog stroja PD, koji iznosi od 15 do 18,

rijetko 20 kN/kW.

Kakvoću vijka koji radi na mjestu bolje procjenjuje faktor dobrote vijka ζT, koji je jednak omjeru stvarno

razvijenog poriva T i najvećeg mogućeg poriva Tid kojeg bi, apsorbiravši istu snagu, razvio idealni propulzorski

disk promjera jednakog promjeru stvarnog vijka.

Konačno je koeficijent dobrote vijka kod vuče na stupu jednak:

Q

VT

Q

wVT

P

P A

D

T

o

)1(

3 2

02 Did

T

PA

T

T

T

Ovaj koeficijent ima za prosječno dobre vijke vrijednost od 0.85 do 0.95.

KORTOVA SAPNICA

Za vijke brodova koji tegle karakteristično je, osim promjenjivog režima rada i visoko opterećenje izraženo

keoficijentom CTh, tako da je njegov idealni stupanj korisnosti ηI dosta malen. Jasno je da će i stvarni

koeficijent korisnosti izoliranog vijka η0 biti još manji, pa treba nastojati smanjiti CTh povećavanjem mase vode

koja protječe kroz vijak. I pri radu na stupu bit će razvijen veći poriv ako se, na što ukazuje jednadžba, poveća

protok tako da se poveća ploština diska A0.

Njemačkom inženjeru L.Kortu uspjelo je povećati protok mase diska kroz vijka tako što je vijak opkolio

profiliranim plaštem, koji je po njemu prozvan Kortova sapnica. Može se pojednostavljeno uzeti da je sapnica

lijevak koji hvata, više vode i tako vijku dobavlja veću sekundnu masu.

Kortova sapnica, ili kratko sapnica, kao geometrisko tijelo nastaje ako se hidrodinamički profil, nagnut pod

napadnim kutem prema osi vijka, pusti da rotira oko te osi . Pri tome taj profil opiše rotacijski simetrično tijelo

– sapnicu.

Th

IC

11

2 3 2

02 Did PAT

Za projektiranje vijaka u sapnicama obično se primjenjuje diagrami sustavnih ispitivanja provedenih u

bazenima – najčešće se rabe oni iz Wageningena. U tom je bazenu podrobno ispitivan utjecaj oblika sapnice na

hidrodinamičke značajke kombinacije vijak + sapnica. Tu se kombinaciju obično smatra jednim jedinstvenim

propulzorom, premda su poznati i odvojeno prikazani podaci o porivu sapnice i o porivu vijka koji u njoj radi.

Praksa istodobnog definiranja oba dijela složenog propulzora, to jest i vijka i sapnice ima prednost što se to

može učiniti vrlo jednostavno primjenjujući diagrame sustavnih ispitivanja.

Problemi nastaju ako sapnica nije čitavom obodu slobodna, već urasta u trup, što je česta praksa pogotovo kod

riječnih brodova. Uobičajeno je da se u tom primjeru pretpostavi da je poriv uraštene sapnice jednak onom

dijelu pokusima na modelima određenog poriva cijele sapnice koji otpada na slobodni dio sapnice.

Isprva su se upotrebljavali vijci B serije u sapnicama, a kasnije je razvijena posebna serija vijaka u sapnici

označena kao Ka serija.Ta serija je dobila tu oznaku jer njeni vijci imaju na vrhu široka krila, kojih obris sličan

obrisu lopatica Kaplanovih vodnih turbina. Podaci o obliku sapnica i vijaka Ka serije, jednako kao i podaci o

njihovim hidrodinamičkim značajkama mogu se naći u publikacijama wageningenskog bazena.

Glavni fizički učinak sapnice koji djeluje na povećanje stupnja korisnosti vijka jeste povećanje mase ubrzavane

vode, te stvaranje sile uzgona na profiliranoj sapnici koja ima komponentu u smjeru poriva.

Za procjenu gubitka i određivanje idealnog stupnja korisnosti mjerodavna je brzina u mlazu daleko iza

propulzora. Pri tome se čitava kombinacija vijak + sapnica promatra kao cjelovit propulzor. Zato u takvom

razmatranju nije bitno koji dio poriva ostvaruje vijak, a koji sapnica, pa nije ni važno poznavati podronost

strujanja oko samog vijka (ako se odustaje od proučavanja viskoznih učinaka) da bi se procijenila svojstva

cjelokupnog propulzora. Stupanj korisnosti vijka u sapnici povećava se i usljed smanjenja ukupnog otpora

vijčanih krila, što je posljedica otežanog preusmjeravanja s predtlačne na potlačnu stranu, zbog čega se smanjuje

inducirani otpor.

Sapnica također omogućuje povećanje opterećenja (povećanje cirkulacije) vrha krila, što je povoljno za

povećanje stupnja korisnosti. Nadalje sapnica homogenizira strujanje i usmjerava ga okomito prema vijku, čime

se izbjegava nestacionarna kavitacija, što je posebno važno na valovima, pa mu i tim svojim djelovanjem

povisuje stupanj korisnosti. Viskoznošću uvjetovani otpor sapnice približno je razmjeran kvadratu brzine na

mjestu sapnice i pribraja se otporu broda.

Budući da sapnica prvenstveno smanjuje gubitak koji je posljedica postojanja kinetičke energije translacije

mlaza, to je njena primjena svrhovita ako je ta energija velika u odnosu na vijku predanu snagu. Naime jedino

tada je ušteda energije ostvarena sapnicom veća od gubitka prouzročenih otporom sapnice. Taj zaključak

potvrđuje i pokusi koji ukazuju da je ugradnja sapnice probitačna samo ako je koeficijent opterećenja porivom

CT >1.5 -2.0, dok je pri manjem opterećenju beskorisna ili čak štetna. Otpor sapnice znatno ovisi o njenoj

duljini. Uz jako opterećene vijke tegljača primjenjuju se sapnice s omjerom duljine sapnice prema promjeru

vijka l/D oko 0.8, a za vrlo jako opterećenje vijke sapnice s omjerom l/D = 1.0 pa i većim. Ponekad se na velike

tankere i brodove za prijevoz rudače, kojih su vijci srednje teško opterećeni, ugrađuju kratke sapnice omjerom

l/D = 0.5.

No pored svojih dobrih strana sapnice imaju i nekoliko nedostataka:

- mali stupanj korisnosti propulzora pri niskim opterećenjima. Posebno nepovoljnima se pokazuju vijci tegljača s

relativno dugim sapnicama (predviđenima za tešku vuču) u separatnoj plovidbi,

- loš rad krmom ;vijak u sapnici razvija mali poriv pri utjecanju vode kroz izlazni otvor sapnice, tako da se brod

teško zaustavlja,

- povećanje polumjera kružnice okretanja broda jer sapnica slično skegu povećava stabilnost kursa,

- loše kormilarenje u plovidbi krmom. Zato je potrebno na riječnim i ostalim brodovima kojima je nužna dobra

upravljivost, ugraditi ispred sapnice flaking kormila. Ta kormila povećavaju otpor i bitno usložnjuju

kormilarski sustav.

Ponekad se primjenjuje okretljive sapnice, koje osiguravaju vrlo dobru upravljivost. Brodovima opremljenim

takvim sapnicama nije potrebno kormilo, pa im se samnjuje otpor privjesaka. Nedostatak ovog rješenja, među

ostalim je relativno velika zračnost između vijka i sapnice.

Povećana zračnost je kod propulzora ovog tipa nužna da ne nastupi struganje vijka o sapnicu zbog njihovog

međusobnog pomicanja koje nastaje usljed zračnosti u ležajevima i deformaciji osovine sapnice. No zračnost

mora biti nešto veća nego kod nepomične sapnice i radi toga da bi se sapnica mogla zakretati. Zračnost vijka u

nepokretnim sapnicama iznosi obično 1% promjera vijka. Da bi stupanj korisnosti vijka bio što bolji nastoji se

da zračnost bude što manja . Ali vrlo mala zračnost ne samo što se iz praktičkih tehnoloških razloga i zbog

teškog postizanja dovoljne krutosti strukture (velike težine) teško ostavruje, već joj je posljedica i znatno

pojačana kavitacijska erozija.

Sapnica je najčešće šuplja sa strukturom presvučenom limom. Vršni vrtlozi koji se odvajaju sa vrha krila i

ulaze u sapnicu redovito kavitiraju, pa zato kod jako razvijene kavitacije dolazi do erozije unutrašnjeg dijela

oplate sapnice i to upravo na najužem dijelu, tamo gdje radi vijak. Zato se na tom mjestu ugrađuje deblji limeni

pretsen od materijala povećane čvrstoće i veće otpornosti prema kavitaciji, koji se obradi tokarenjem.

Osim svoje osnovne odlike – povišenja stupnja korisnosti, sapnica ima još neke praktične prednosti. Vijak u

sapnicama je daleko manje izvrgnut oštećivanju plutajućim predmetima, balvanima i panjevima, a isto tako je

manja opasnost omatanja čieličnog užeta oko takvog vijka. Nadalje je smanjena erozija dna plitkih kanala i

rijeka, kao i abrazija vijka koja je posljedica struganja šljunka i pijeska po krilima vijka.

BRODOVI ZA PLITKE VODE

I sustavi propulzije brodova predviđenih za plovidbu plitkim vodama imaju neke osobnosti u prvom redu je kod

tih brodova omjer širine i gaza B/T velik, tako da je skoro nemoguće prenijeti svu potrebnu snagu na samo

jedan vijak razmjerno malog promjera, a da se ne jave problemi, poglavito poteškoće s kavitacijom. Zatose na

brodove predviđene za plovidbu plitkim vodama redovito ugrađuje više vijaka.

Prilagođeni plovidbi plitkim vodama naravno da su riječni brodovi i mornarički desanti brodovi, no postaju sve

zanimljiviji i prekomorski trgovački brodovi maloga gaza, koji mogu uploviti u plitke luke. Naime, teži se

gradnji velikih brodova , ekonomičnijih u gradnji i iskorištavanju, a malog gaza, kako ne bi trebalo prekrcavati

teret na brodove obalne plovidbe. Oni plitkogazeći morski brodovi imaju oblik krme koja podsjeća na tipične

tunelske krme riječnih brodova. Na brod s klasičnim oblikom krme može se ugraditi vijak kojega promjer iznosi

između 65% i 70%, a tek iznimno do 75%od gaza broda na krmi.

Na riječnim se brodovima primjenom tunela ,čije se tjeme diže iznad razine okolne vode i koji je pri mirovanju

broda djelomice prazan, može se ugraditi vijak promjera D = (1.0-1.25)T. Kontura tunela mora biti blago

zakrivljena s malim kutom prema osnovki, a izlaz tunela mora biti ispod razine vode. U plovidbi tunel se

potpuno ispuni vodom, pa se rad vijka u tunelu ne razlikuje bitno od rada iza normalne krme. Tuneli

usložnjavaju izvedbu strukture, povećavaju težinu trupa i stvaraju dodatni otpor, osobito pri velikim brzinama, a

osjetljivi su i na promjenu gaza. Zato se oni primjenjuju uglavnom na remorkerima i riječnim putničkim

brodovima gdje su onda redovito kombinirani sa sapnicom.

Sapnica riječkih brodova je jednim svojim dijelom uraštena u trup broda, dok je slobodni dio izveden s

promjenljivim presjecima, što znači da nije rotacijski simetrična. Dno sapnice je plosnato da se ne bo oštetila pri

nasukavanju, i da ne bi zahvaćala šljunak koji habanjem oštećuje vijak, što se na neregularnim rijekama često

događa.

Vijci riječnih brodova izvrgnuti su čestim oštećenjima bilo usljed plutajućih predmeta naročito klada i panjeva ,

bilo kontaktom s dnom. Ako je dno kamenito dolazi do savijanja ili odlamanja krila, dok se na šljunkovitom dnu

vijci troše abrazijom uslijed učestalog struganja. Zato je obris tih vijaka više zaobljen nego izdužen, presjeci na

vrhu krila su podebljani, a polumjeri ulaznih i izlaznih bridova povećani kako bi se osigurala dovoljna lokalna

čvrstoća i spriječilo veliko smanjenje ploštine krila, posebno po obodu, usljed abrazije.

Ponekad se vijci riječnih brodova, budući da je riječna voda daleko manja korozivna od slane morske vode,

izrađuju iz lijevanog čelika. Takvi su vijci jefiniji, otporniji na oštećenje i istrošenje, a često se mehanički niti ne

obrađuju, jer je korist od toga kratkotrajna, budući da vrlo brzo bivaju oštećeni bilo na jedan ili drugi način.

Oštećenje propulzora na brodovima plitkog gaza može se gotovo potpuno izbjeći, ako se primjeni mlazni

propulzor. On je posebno prikladan za desantne broodove i brodove na rijekama kojima se splavi drvo.

Linije krma riječnih brodova dosta su raznolike, pa je potrebno ispitivanjem modela odrediti sustrujanje i

upijanje. Kao srednja vrijednost u pretprojektu može se uzeti da je koeficijent susutrujanja w = 0.16 do 0.18,

koeficijent upijanja t = 0.10 do 0.12, a stupanj utjecaja prijelaza ηR≈1.

POSEBNI BRODOVI

Ledolomci lome led primjenjujući dvije različite tehnike. Ako led nije, odnosno na veličinu broda, jako debeo,

ledolomac ga lomi ploveći nekom manjom, stalnom brzinom. Ako je led led debeo i tvrd, ledolomac se

udaljuje, vozeći krmom, od nedirnutog leda, zalijeće se i nakon što se popne na led prednjim dijelom prikladno

oblikovanog trupa, lomi ga svojom težinom. Ako je predviđena pretežna primjena prve spomenute tehnike,

vijci kojima se ne može mijenjati uspon u plovidbi (dakle ne CPP) projektiraju se za uvijete vuče na stupu.

Na ledolomcima koji se zalijeću na led ugrađeni su „brzinski“ vijci, da bi se postigla nejveća moguća brzina pri

nailaženju leda. Danas se ugrađuju pretežno vijci upravljivog uspona, CPP, s posebno robustnim mehanizmom,

koji su se pokazali vrlo prikladnim. Vijci ledolomca redovito su četverokrilni, jer kod takvih vijaka gubitak

jednog krila , a s time u ledu treba uvijek računati, ne izaziva teške posljedice kao kod trokrilnih vijaka. Osim

toga su krila ledolamačkih vijaka pa i onih koji nisu CPP odvojiva naime prirubnica na korijenu krila

pričvršćena je na glavninu brodskog vijka, većim brojem pričvrsnih vijaka.

Zato se u slučaju oštečenja ne mijenja čitav vijak, već samo jedno krilo. Taj posao obavlja posada dok brod pluta

među ledom, pri čemu je napunjen balasni tank na pramcu i vijak je djelomice izronjen. Čvrstoća krila vijka

ledolomca odmjerena je tako da pri prevelikom opterećenju savijanjem oko uzdužne osi profila (opterećenje

hidrodinamičkim silama) prvo puca krilo, a vijci prirubnice i osovina ostaju sačuvani. Ako sila djeluje u smjeru

profila (to se dešava pri udaru u led) krilo izdržava veliku silu, zbog velikog momenta otpora oko osi okomite na

krilni presjek. Zato su vijci prirubnice tako dimenzionirani, da puknu prije nego vijčana osovina.

Plovne dizalice moraju pri obavljanju svojih zadaća imati posebno dobra manevarska svojstva, pa se zato

najčešće opremaju CPP, krilastim (cikloidnim) pogonsko upravljačkim jedinicama SPU, i to s barem po jednom

na pramcu i na krmi. Prilikom putovanja na veće udaljenosti plovne dizalice tegle remorkeri.

Za pomorska bušenja na većim dubinama, kada se ne mogu primjeniti ni platforme koje se oslanjaju svojim

nogama o dno, niti usidrene poluuronjene platforme, treba primjeniti dinamički pozicionirane brodove za

bušenja. Ti brodovi nejčešće imaju dva vijka upravljivog uspona, a osim njih imaju veći broj, obično po dva na

pramcu i krmi, poprečnih porivnika za menevriranje. To su najsloženiji propulzijski uređaji, potpuno automatski

upravljaju pomoću računala. Oni omogućuju brodu za bušenje da se zadrži na željenom mjestu i u potrebnom

položaju, opirući se istodobno djelovanju vjetra, valova i morskih struja.

Osnovni zahtjevi postavljeni na vijke ratnih brodova su bešumnost pri malim brzinama plovidbe i smanjene

težine broda kao i postizanje što veće brzine, bez obzira na povećanu opasnost oštećenja kavitacijskom

erozijom. Naime ratni brodovi i onako ne plove mnogo, a u bazama obično postoji mogućnost da se brod vrlo

brzo digne sinkroliftom i da se vijci po potrebi poprave ili promijene. Pri proračunu čvrstoće vijaka ratnih

brodova obično se izabire nešto niži koeficijent sigurnosti nego kod trgovačkih brodova, a i na kavitacijsku se

eroziju ne gleda tako strogo.

Zahtjevi za bešumnošću ratnih brodova kulminiraju kod podmornica. Polje sustrujanja suvremenih vretenastih

podmornica je vrlo jednoliko , jedino ga donekle kvare most i kormila. Da bi vijak smješten, kao i kod torpeda

na kraju trupa radio što tiše izvodi se s velikim brojem (do osam) jako srpolikih krila. Time je rotacijski šum

djelotvorno postignut.