FAKULTET ZA MEDITERANSKE POSLOVNE STUDIJETIVAT

USMJERENJE: SPECIJALISTIČKE POSTDIPLOMSKE STUDIJE „NAUTIČKI TURIZAM I UPRAVLJANJE MARINAMA“

SEMINARSKI RAD

TEMA: POGON I PROPULZIJA JAHTE

PREDMET: PROJEKTOVANJE,KONSRUKCIJA I ODRŽAVANJE JAHTI

Profesor: Student:Doc. dr Andrija Lompar Dulović Dušanmr Oto Iker Br.Index – a: S37/12

Tivat, mart 2012.

S A D R ŽA J

UVOD……………………………………………………………………………………..strana 3

I OTPOR BRODA1.1. Vrste

otpora .............................................................................................................................4

1.2. Otpor duboko uronjenih tijela .................................................................................................5

1.3. Otpor tijela na slobodnoj površini vode..................................................................................6

II PROPULZIJA2.1. Vrste propulzora ......................................................................................................................82.2. Djelovi propelera ...................................................................................................................122.3. Kavitacija propelera i oblici kavitacije ..................................................................................12

III VRSTE BRODSKIH POGONSKIH UREĐAJA3.1. Dizel motori ...........................................................................................................................133.2. Turbinski pogon motora .......................................................................................................153.3. Dizel električna propulzija ....................................................................................................16

ZAKLJUČAK ...............................................................................................................................16

2

Literatura i izvori ..........................................................................................................................17

UVOD

Brod-jahta1 kao složen tehnički sistem u projektovanju treba da obuhvati niz namjensko-tehničkih zahtijeva koje potražuje naručilac, propisuju međunarodna klasifikaciona društva, a realizuju projektanti i graditelji tehničkih sredstava. Da bi se postigli što bolji rezultati zahtjeva se sve veća interdisciplinarnost između stručnjaka raznih profila.

1Zakon o moru definiše: “plovni objekat” je brod, tehnički plovni objekat, ploveće postrojenje, čamac i drugi objekat koji je osposobljen za plovidbu i koji učestvuje u plovidbi: „brod”, osim ratnog broda, je plovni objekat namjenjen za plovidbu morem čija je dužina veća od 12 metara, bruto tonaža veća od 15 tona ili je sposoban da prevozi više od 12 putnika. Brod može biti putnički, teretni, ribarski, javni ili naučno istraživački brod.Zakon o jahtama RCG definiše: jahta je plovni objekat za razonodu, sport i rekreaciju, pogodan za duži boravak na moru dužine veće od 7 metara. Komercijalna jahta; jahta koja se komercijalno koristi za sport i razonodu, a koja prevozi ne više od 12 putnika.Prema: Andrija Lompar, Nastavni materijal za pripremu polaganja ispita „ Projektovanje i gradnja jahti”,FMS, Tivat, mart, 2012.

3

Skoro cijeli svoj vijek brod se nalazi u vodi. Čvrsta veza između broda i mora najčešće je obilježena dinamikom plovidbe u raznim vremenskim uslovima i situacijama na plovnom putu. Kretanje koje brod izvodi na površini mora proučava posebna grana nauke koja se naziva brodska hidrodinamika ili hidrodinamika broda.

U osnovi, brod se razlikuje od bilo koje velike konstrukcije u tome što, pored zadovoljavanja ostalih posebnih zahtjeva, mora biti projektovan tako da se omogući njegovo kretanje kroz vodu uz minimalnu spoljašnju pomoć. U prošlosti je čovjek na razne načine znao umanjiti otpor vode. Iskustva koja su prenošena s koljena na koljeno omogućila su stvaranje sve boljih trupaca, brodica i brodova. Tokom 18.vijeka razvija se teorija hidrodinamike i provode se prvi pokušaji određivanja otpora broda na osnovu ispitivanja modela. Pojavom parnog stroja u 19.vijeku brodska hidrodinamika dobija podsticaj za razvoj. Brodograditelji su zahtijevali da se već u fazi osnivanja broda odredi potrebna snaga parnog stroja. Metoda prognoze snage otpora koju je prdložio W.Froude 1870.godine, se dalje razvijala i postala je temelj današnje svakodnevne prakse.

Brod u plovidbi izaziva poremećaje u svojoj okoloni, vodi i zraku. Masa vode i zraka opiru se njegovom kretanju. Kako bi se brod doveo u stanje kretanja potrebno je proizvesti silu koja će savladati silu otpora. Ta potrebna sila se dobija napravama ili mehanizmima koji se nazivaju propulzorima. Prvi propulzori su vesla i jedra. Mehanička propulzija je ralativno mlada, a počinje najvjerovatnije brodskim kolom spojenim na parni stroj. Eksperimentalno i ranije, međutim 19. vijek obilježen je kao razdoblje parnog stapnog stroja s kolima kao propulzorima. Kola kao nespretan propulzor istiskuje brodski vijak - propeler. Prvi brod s propelerom Great Britain prelazi Atlantik 1854. god. označavajući početak doba prevlasti brodskog vijka kao najčešćeg predstavnika današnjih propulzora.2

Kako bi se brod mogao kretati kroz vodu neophodna je snaga a tu snagu obezbjeđuje pogonski uređaj koji pokreće propeler. Pogonski uređaji na brodovima mogu biti dizel motori, gasne i parne turibine.

I OTPOR BRODA

1.1. Vrste otpora

Otpor broda je sila kojom se sredina suprostavlja pravocrtnom tegljenju broda jednolikom brzinom. Drugim riječima, otpor broda je sila tegljenja, odnosno sila potrebna za održavanje jednolike brzine plovidbe bez korišćenja propulzora. Naime, propulzori povećavaju ukupni otpor broda tako da je otpor broda kojeg pokreće propulzor veći od otpora broda koji je tegljen. Ako na podvodnom dijelu trupa nema nikakvih dodataka, onda se govori o otporu golog trupa. Snaga potrebna za savladavanje ovog otpora naziva se efektivnom snagom ili snagom tegljenja i izražava se sledećom formulom3:

PE = Rт x V

2Prva se praktična primjena pripisuje Amerikancu Stivensu 1804. god. Koji ispituje brodicu dulžine 7,5 m. Josef Ressel sproveo je 1828. god. ispitivanje u Trstu na brodu dužine 18 m. Probna vožnja je trajala oko 10 minuta nakon čega je eksplodirala cijev za paru. Taj propeler imao je oblik Arhimedovog puža kao i niz kasnije patentiranih. Međutim, Smithov propeler je jedan od značajnijih rješenja. Demonstrirajući plovidbu s propelerom oblika dugačke spirale 2 x 2 π doživljava malu havariju u kojoj se otkida dio spirale. Nakon havarije brod ide brže, a Smith radi drugu, bolju varijantu. Oko 1845. god. propeler je već imao oblik vrlo blizak današnjem. prema: Damir Radan, Uvod u hidrodinamiku broda, Sveučilište u Dubrovniku, Dubrovnik, siječanj, 2004, str.373 Andrija Lompar, Nauka o brodu, Univerzitet Crne Gore, Kotor, 2002., str 121

4

PE - efektivna snaga, kW;RT - ukupni otpor, kN;V - brzina broda4, m/s.

Ukupni otpor sastoji se od nekoliko komponenti čiji su uzroci vrlo različiti, međutim uzajamno djelovanje pojedinih komponenti ukupnog otpora predstavlja vrlo kompleksan problem. Zbog toga je potrebno najprije rasčlaniti ukupni otpor broda u mirnoj vodi na sledeći način5:

a) Otpor trenja (eng. frictional resistance) - nastaje zbog kretanja trupa broda kroz viskozan fluid;

b) Otpor talasa (eng. wave-making resistance) - nastaje zbog formiranja sastava talasa na površini mirne vode koji su posledica promjena hidrodinamičkog pritiska uzduž brodskog trupa;

c) Otpor vrtloženja (eng. Eddy resistance) - nastaje stvaranjem vrtloga na trupu broda i njegovim privjescima. Lokalno vrtloženje javlja se iza privjesaka kao što su nogavice, osovine i skrokovi. Lokalno vrtloženje takođe se može pojaviti na krmenom dijelu trupa ili kormilu ako na tim mjestima nije postignuto dobro opstrujavanje trupa tj. dobro poravnanje sa strujanjem. Takođe, ako je krmeno zaoštrenje premalo, voda neće moći pratiti zakrivljenje na krmenom dijelu broda što će imati za rezultat stvaranje vrtloga te povećavanjem otpora usled separacije graničnoga sloja.

d) Otpor zraka - nastaje kretanjem nadvodnog dijela broda zrakom. Ovaj otpor može predstavljati vrlo značajan dio ukupnog otpora pogotovo ako se radi o brodovima koji se kreću većom brzinom i koji imaju veće nadgrađe. Zbog toga je kod brodova za kontejnere o tome potrebno posebno voditi računa budući da je otpor zraka veći što je veći broj redova kontejnera složenih na palubi. Naravno, isto važi i za ro-ro brodove. Kod tankera i brodova za rasute terete otpor zraka svakako znatno manje pridonosi ukupnom otporu. Kada brod uzme premalo balasta, zbog povećanja površine trupa iznad vode, otpor zraka obično postaje prevelik što ima za posledicu smanjenje upravljačkih svojstava broda.Otpori pod talasa i otpor vrtloženja obično se nazivaju zajedničkim imenom preostali

otpor (eng. Residuary resistance).6 Turbulentni pojas - granični sloj, koji se nalazi oko broda, sastoji se od vrtloga tako da se

može jedino zaključiti da je otpor trenja direktna posledica vrtloga u graničnom sloju. Međutim, izraz za otpor vrtloženja obično se upotrebljava za pojedine otpore koji nastaju zbog nastanka vrloga, a koji su opet posledica naglih promjena u obliku trupa na bilo kojem mjestu. Nagle promjene u obliku trupa uključuju dodatke i ramena, a isključuju tangencijalni otpor trenja stijenke trupa.

1.2. Otpor duboko uronjenih tijela

4 Brzina broda u brodograditeljsko-pomorskoj terminologiji izražava se u čvorovima i stoga se redovno treba pretvarati u m/s prema sledećim jednakostima:

1 čvor = 1 Nm = 1852.3 m 0.5144 m ? h 3600 s s

prema: Damir Radan, navedeni djelo, str.25 Damir Radan, navdeno djelo, str.26 Preostali otpor se definiše kao razlika ukupnog otpora i otpora trenja: Pr = Rt-Rfprema: Andrija Lompar, navedeno djelo, str.130

5

Duboko uronjena tijela koja se kreću konstantnom brzinom po pravcu predstavljaju najjednostavniji slučaj otpora. Kako nema slobodne površine nema ni talasa pa ni otpora talasa, a ako tome još dodamo da je fluid bez viskoziteta tzv. idealan fluid neće postojati ni otpor trenja niti otpor vrtloženja.

Raspodjela pritisaka uzduž tijela može se odrediti teorijski koristeći teoriju potencijalnog strujanja čiji su rezultati prikazani na slici 1a i 1b. Na prednjoj strani tijela pritisak će biti viši od hidrostatskog dok će na srednjem dijelu pritisak biti niži. Na stražnjoj strani tijela pritisak će opet biti viši od hidrostatskog. To znači da će brzina na prednjem i stražnjem dijelu tijela biti niža, a na sredini viša od brzine napredovanja tijela.

Budući da se fluid smatra bezviskoznim, sile koje nastaju djelovanjem pritiska fluida biti će vertikalne na površinu tijela u svim tačkama 1b. Uzduž prednjeg dijela tijela te se sile opiru kretanju tijela dok ga na stražnjem dijelu potpomažu. Te su sile jednake na prednjem i stražnjem dijelu tijela, pa se dakle poništavaju, rezultirajući nepostojanjem otpora tijela. Ta pojava je poznata kao D.Alambertov paradoks, nazvana po francuskom matematičaru koji je prvi prepoznao.7 U stvarnom fluidu, usled postojanja graničnog sloja, dolazi do izmjene virtualnog oblika i dužine krmenog dijela broda. Preraspodjela pritisaka uzduž prednjeg dijela broda u stvarnosti će biti nešto drugačija nego što je to kod idealnog fluida. Rezultanta sila koja usled toga nastaje obično se naziva otporom vučenja.

U stvarnom fluidu, tijelo je takođe izloženo otporu trenja i otporu vrtloženja. Fluid koji senalazi u neposrednom dodiru s površinom tijela biti će nošen u smjeru kretanja tog tijela. Zbog toga nastaje sloj vode koji postaje deblji prema krmi i u kojem se brzina mijenja od brzine fluida koji dodiruje tijelo - jednaka brzini tijela do brzine okolnog fluida. Ovaj sloj vode naziva se graničnim slojem. Sila koja se s trupa u njega prenese mjera je otpora trenja. Iza tijela ostaje hidrodinamički trag koji se kreće u smjeru kretanja tijela i kontinuirano ulazi u mirnu vodu ubrzavajući je stvarajući granični sloj. Zbog toga, granični sloj predstavlja kontinuirano odvođenje energije. Slika 1. Primjeri strujanja oko uronjenog tijela8

7 Damir Radan, navdeno djelo, str.38 Damir Radan, navedeno djelo, str.4

6

Ako je stražnji dio tijela više zaoštren, strujanje uzduž površine tijela prestati će na jednom mjestu koje se naziva točka separacije ili odvajanja. Na tom mjestu granični sloj napušta trup i slijeva se u područje koje se naziva hidrodinamički trag. Rezultanta sile tlaka na stražnjem dijelu tijela dodatno se smanjuje što ima za posledicu dodatno povećanje ukupnog otpora. Zbog toga se ova vrsta otpora naziva otporom separacije, ili odvajanja. Uz turbuleciju iz graničnog sloja, hidrodinamički trag sadržavat će i krupne vrtloge. Stvaranje krupnih vrtloga naziva se odvajanjem graničnog sloja. Krupni vrtlozi koji se stvaraju na krajnjem dijelu krme broda uzrok su ovome otporu što je prikazano na slici 1d.

1.3. Otpor tijela na slobodnoj površini vode

Brod koji plovi na površini vode izložen je istim djelovanjima otpora kao i tijelo koje plovi duboko ispod te površine: otpor trenja, otpor vrtloženja, otpor separacije i otpor vučenja. Usljed postojanja slobodne površine javljaju se dodatne komponente otpora. Osnovna razlika je u raspodjeli pritisaka uzduž oplakane površine broda. Dakle, usled postojanja slobodne površine na pramcu nastaje pramčani talas što dodatno podiže pritisak u poređenju s uronjenim tijelom. To je i vidljivo kod plovidbe broda. Nasuprot tome, pritisak na krmenom dijelu broda uvijek je niži nego što je to kod uronjenog tijela. Ovaj dio otpora naziva se otporom talasa. Usled međusobnog djelovanja talasa koji se stvaraju na pramcu i krmi broda nastaju razizlazni -divergentni talasi koji se šire iza broda stvarajući pritom oštri ugao sa simetralom broda.

Pored pramca broda najuočljiviji su razilazni talasi, koji se šire tako da na pramcu nastaju veći valovi iza kojih se formiraju ostali valovi zakrivljeni unazad, dok između pojednih razilaznih talasa nastaju trasfenzalni talasi. Njihove konture brijegova okomite su na pravac plovidbe broda.

Slika br. 2:Razilazni – divergentni talasi9

9 Damir Radan, navedeno djelo, str.9

7

Ispitivanjima je ustanovljeno da kod novih brodova manje brzine, poprilično glatke površine otpor trenja iznosi 80 do 85 % ukupnog otpora, dok kod brodova veće brzine otpor trenja može iznositi do oko 50 % ukupnog otpora. Svaka neravnina na podvodnom dijelu oplate trupa povećat će otpor trenja značajno iznad otpora trenja zaglađene površine. Zbog toga, na otpor trenja najviše djeluje napredovanje korozije i obrastanje trupa.

Eksperimentalno utvrdivši da specifični otpor po jedinici opada sa povećanjem dužine ravne ploče Froude je zaključio da prema stražnjem kraju ravne ploče voda poprima kretanje slično onom na prednjem djelu ploče, pa tako ima relativnu brzinu, i u skladu sa tim je postavio empirijsku jednačinu:

R= f x S x Vn*(na n-ti)R=otpor, kNS=površina u dodiru sa vodom (oplakana površina), m²V-brzina broda m/s;Koeficijenti f i n zavise o dužini i prirodi površine. Zavisno od vrste površine vrijednost

koeficijenta f opada sa porastom dužine ploče, dok pri zadatoj dužini raste sa povećanjem hrapavosti, iz čega proizilazi da otpor trenja zavisi od veličine, oblika i hrapavosti uronjenog djela trupa.

Međunarodna konferencija bazena za ispitivanje brodskih modela ITTC usvojila je 1957. sledeću formulu za određivanje otpora trenja10:

CF = 0,075 (log10Rn – 2)²

Izračunavanje otpora talasa Froude je oslonio na eksperimentalno određivanje ukupnog otpora modela i oduzimanje otpora trenja od ukupnog otpora modela11:

Rw=RT - RF

Pri manjim brzinama, talasi koje formira brod su vrlo mali tako da je udio otpora broda naspram viskoznom otporu zanemarljiv. Otpor trenja raste s vrijednošću koja je nešto manja od kvadrata brzine broda. Apcisa krivulje ukupnog otpora je Froudeov broj Fn12:

10 Damir Radan, navdeno djelo, str.5-611 Andrija Lompar, navdeno djelo, str.12612 Damir Radan, navdeno djelo, str.10

8

Fn = V √L x g

L- dužina broda,mV-brzina broda, m/sg-gravitacijsko ubrazanje, m/s²;

Vrijednosti koeficijenta ukupnog otpora se određuju sledećom formulom:

CT = R T

½ x p x S x V²RT-je ukupan otpor, kNS- oplakan površina broad., m²p-gustoća vode, t/m³.Za najmanje vrijendosti Froudeovog broja, CT opada sa povećanjem brzine. Sa porastom

Froudovog broja dužine talasa se povećavaju tako da talasni brijegovi i dolovi mijenjaju položaj uzduž trupa i iza njega, tako da se mijenja položaj talasa pramčanog sitema u odnosu na talase krmenog sistema. Posledica sastajanja brijegova ili dolova dvaju talasnih sistema je povećanje visine talasa odnosno otpora talasa. Za razliku od sastajanja brijega jednog talasnog sistema s dolom drugog dolazi do njihovog međusobnog poništavanja i manjenja otpora talasa. Što je manja energija koja se kontinuirano predaje vodi u obliku talasa to je manji otpor talasa.

II PROPULZIJA

2.1. Vrste propulzora

Propulzor je neophodan na brodu jer se preko njega energija proizvedena u pogonskom uređaju transformiše u porivnu silu. Prema tome, propulzor je jedna vrsta pretvarača energije jer se moment i rotacijsko kretanje pomoću propulzora pretvara u poriv i translacijsko kretanje, što daje za posledicu ubrzavanje vode u struji iza propelera i predstavlja gubitak kinetičke energije. Sve ovo utiče na iskoristivost propelera:

ŋD = P out = P E =Rt x Vs Pin PD Q x 2π x n

ND- kvazi propulzivni koeficijent;PE - efektivna snaga (eng. effective power), snaga potrebna za savladavanje ukupnog otpora odnosno održavanje brzine broda, kW;PD - snaga dovedena propulzoru (eng. delivered power), kW;RT - ukupni otpor broda, kN;VS - brzina broda, m/s;Q - moment koji se dovodi propulzoru, kNm; n - brzina vrtnje 1/s.

Definicija koeficijenta iskoristivosti propulzije ili propulzivnog koeficijenta iskazuje se sledećom formulom:

ŋ=P out = P e Pin Ps

Ps-osovinska snaga (eng. effective power), snaga na osovini iza reduktora, kW. Treba razlikovati snagu poriva od efektivne snage. Efektivna snaga je snaga koja je potrebna za tegljenje broda bez propulzora. Snaga poriva je uvijek veća od efektivne snage. Zbog postojanja propulzora otpor

9

broda se povećava pa snaga poriva mora savladati i taj otpor. Porivna snaga koju propeler da za kretanje broda predstavlja se kao:

Pт =T xVePт-porivna snaga;T- porivna sila koju stvara porpeler:Ve-brzina vode u okruženju propelera, odnosno brzina napredovanja propelera.13

Neophodno je da porivna sila T koja je uzrok kretanju broda bude veća od otpora broda za gubitke koji nastaju usled interakcije trupa i propelera, odnosno za efekat te interakcije.

Među najvažnije vrste propulzora koji se ugrađuju na brodove i koriste u pomorskoj industriji su:- propeleri s fiksnim korakom ili usponom (eng. fixed pitch propeler-FPP) - to su najrasprostranjeniji propulzori, a zovu se još i propeleri sa nepromjenljivim korakom. Oni proizvode poriv stvarajući silu dizanja na svojim krilima. Krila propelera su vrlo pogodna za nastajanje kavitacije. Zavisno od poriva i brzine broda određuje se broj okretaja vijka;- propeleri s promjenjivim korakom (eng. controllable pitch propeler-CPP) - kod ovih propelera porivom se upravlja mjenjajući ugao zakreta krila, odnosno uspon propelera. Osovina propelera se okreće konstantnim brojem okretaja. Najviše se koriste pri slobodnoj vožnji i tegljenju. Njihova ugradnja je isplativa za brodove koji moraju imati dobru upravljivost, kao i za pogone sa ugrađenim osovinskim generatorom. Promjena smjera poriva ostvaruje se zakretanjem krila što je prilično spor proces. Propeleri sa promjenljivim korakom imaju samo jedan projektni korak pri kojem imaju najveću iskorišćenost;- propleri u sapnici (eng. ducted propellers) - oni se ugrađuju na brodovima kojima su potrebni visoko opterećeni porivni propeleri. Sapnica podiže iskorišćenje propelera stvarajući dodatni poriv. Prema krmi sapnica se sve više sužava i tako ubrzava vodu koja struji prema propeleru. Sapnice se mogu ugrađivati i prije propelera, a mogu biti i nesimetrične.- pod-propulzori (eng. thrusters-pod drives) - propeleri koji se nalaze ispod broda, ne na krmi, nazivaju se pod-propulzori. Oni se mogu okretati oko svoje ose pa tako i mjenjati smjer poriva. Zbog dobre upravljivosti ugrađuju se na brodove koji moraju imati izvrsne sposobnosti upravljanja kao što su luksuzni putnički brodovi, tankeri koji plove kroz led i sl. Nova generacija pod-propulzora ima elekro motore sa hlađenim namotajima. Propeleri se takođe mogu nalaziti u sapnicama, a mogu imati i kontrarotirajuće propelere . Glavni nedostatak im je što su skuplji od ostalih propulzora i podložniji su kvarovima.- cikloidni ili Voiht-Schneiderovi propeleri - ovo je jedinstvena vrsta kod koje su krila vertikalno profilisana i rotiraju pod uglom čijom promjenom se mijenja i smjer poriva. Prednost ovog propulzora je sposobnost upravljanja - mjenajnje smjera poriva, što je jako važna osobina tegljača i brodova za snadbjevanje.- vodomlazni propulzori (eng. water jet) - vodomlazni propulzor ubrzava vodu koristeći pumpu koja se nalazi unutar broda, umjesto da koristi propeler koji se nalazi van broda. Na dnu broda se usisava voda, koja se ubrzava u pumpi i izbacuje na krmi, stvarajući potisak ili poriv. Osnovna prednost mlazne propulzije je u zaštiti propulzora. Kod brzih brodova koji plove kroz plitka područja propeler van broda se može lako oštetiti. Kod plovnih objekata za rekreaciju kao što su skuteri vodomlazni propulzor se ugrađuje iz razloga sigurnosti. Dodatna prednost je upravljivost vodomlaznih propulzora. Nedostatak je preveliki gubici zbog unutrašnje površine pumpe i brzine koja je velika. Ugradnjom vodomlaznog propulzora na brzim brodovima čija je brzina veća od 30 čvorova, a istisnina veća od 100 tona ukupna iskoristivost propulzije veća je nego kod

13 Damir Radan, navdeno djelo, str.37-38

10

konvencionalnih otvorenih propelera. U tom slučaju jedina mana je što se stvaraju visoki talasi za oko 15-20% viši od talasa koje stvara brod sa ugrađenim otvorenim konvencionalnim propelerom.14

Slika br.3:Različite vrste propelera15

14 Damir Radan, navdeno djelo, str.3915 Andrija Lompar, Nastavni materijal za pripremu polaganja ispita „ Projektovanje i gradnja jahti”, Tivat, mart, 2011.

11

12

2.2. Djelovi propelera

Propeler je sastavljen od krila koja su pričvršćena za glavčinu propelera, a glavčina je pričvršćena za propelersku osovinu. Propeler koji se pri normalnom radu, dakle potisku broda prema naprijed, okreće u smjeru kretanja kazaljke na satu naziva se desnokretni propeler. Glavčina mora biti simetrična s obzirom na okretanje propelera. Mjesta gdje se krila propelera spajaju sa glavčinom moraju biti izvedena sa postupnim zadebljanjem tako da se opterećenje što bolje raspodjeli na cijeli zadebljani dio. Poklopac koji zatvara glavčinu, mora biti dobro prilagođen strujanju. Dio kojim krilo sječe vodu naziva se ulazni brid, dok se brid na zadnjoj strani naziva izlazni brid. Na vrhu krila ulazni i izlazni brid se sastavljaju.

Korak propelera se naziva i ugao nagiba krila propelera, jer zavisi od nagiba krila u odnosu na osu okretanja broda16. Ovaj ugao najčešće nije konstantan i varira sa rastojanjem od ose okretanja. Kod propelera sa fiksnim krilima prečnik glavčine je manji dok je kod propelera sa pokretnim krilima veći jer se mora obezbjediti prostor za sistem prekreta krila.

2.3. Kavitacija propelera i oblici kavitacije

Kod rada svakog propelera, a pogotovo kod onih koji imaju veću brzinu okretanja javlja se rizik koji se naziva kavitacija. Do kavitacije propelera dolazi zbog toga što pritisak koji je povezan sa velikim povećanjem brzine postaje niži od pritiska isparavanja vode. Kao rezultat toga dolazi do isparavanja vode i stvaranja mjehurića pare. Kada mjehurići pare dođu na mjesta višeg pritiska oni naglo implodiraju-skupljaju se, stvarajući udarne talase u vodi. Na djelovima površine vijka koji se nalaze u blizini talasnih udara dolazi do erozije. Ako su ti mjehurići pare veći, može doći do vibracije koja se prenosi na brodski trup.

Kavitacije prema fizikalnoj prirodi njihovog pojavljivanja mogu biti:17

- slojasta kavitacija (eng.sheet cavitation) – može se razviti toliko da sloj mjehurića prekrije cijelu usisnu stranu krila, počevši s vrha prema glavnčini. Ova kavatacija ne izaziva eroziju krila.

16 Andrija Lompar, navdeno djelo, str.14717 Damir Radan, navedeno djelo, str. 64

13

- mjehuričasta kavitacija ( eng.bublle cavitation) – javlja se pri sredini krila ili na mjestu najveće debljine odsječka uz umjerene upadne uglove. Kad je gradijent pritiska relativno mali nastali mjehurići ostaju uz površinu krila, a implodiranjem mogu izazvati njegovu eroziju.- magličasta kavitacija ( eng.cloud cavitation) – često se javlja iza mjesta gdje se pojavi sloj ili mjehurić, pri čemu fluid ne nastavlja homogeno strujanje, već se stvori vrtložno strujanje u kojem veliki broj malih vrtloga stvara jezgre ispunjene mjehurićima pare. Ima izgled magle ili oblaka i ovaj tip kavitacije je najopsaniji.- vrtložna kavitacija na vrhu krila ili na glavčini ( eng.tip vortex, hub vortex) – najniži pritisak je u sredinu vrtloga pa se kavitacija javlja unutar jezgre vrtloga. Jačanjem vrtloga ili snižavanjem pritiska fluida kavitacija na vrhu krila dolazi u dodir s površinom krila. Vrtložna kavitacija na glavčini nastaje od vrtloga krila koji su nedovoljno jaki da bi sami kavitirali. Približavajući se glavčini ti vrtlozi postaju sve jači i lako kavitiraju.

III VRSTE BRODSKIH POGONSKIH UREĐAJA

3.1. Dizel motori

Motori su toplotne mašine u kojima se energija iz tečnog goriva u prostoru za sagrojevanje pretvara u toplotnu energiju koja se zatim kroz širenje radnog medija pretvara u kinetičku energiju. Kinetička energija se zatim preko klipnog mehanizma pretvara u obrtni moment koljenastog vratila motora. Osnovu rada motora predstavljaju jedan termodinamički ciklus i klipni mehanizam.18Prednost motora je u tome što imaju najveći stepen korisnosti, a nedostatak je što zauzimaju veliki prostor, imaju veliku težinu po proizvedenom kW, a moraju imati i veliki broj pomoćnih sistema i uređaja.

Najekonomičniji dizel motori su dvotaktni motori. Međutim na manjim brodovima mogu se sresti i četvorotaktni motori. Ova podjela motora vezana je sa procesom sagorijevanja odnosno pretvaranjem hemijske energije goriva u obrtni moment koljenastog vratila motora. Taj proces se može obaviti u jednom ili u dva obrta, odnosno u dva takta ili četiri takta.

Slika br.4: Princip rada dvotaktnih dizel motora19

18 Andrija Lompar, navedeno djelo, str 15919 Andrija Lompar, navedeno djelo, str.160

14

Slika br.5: Princip rada četvorotaktnog dizel motora20

Jedna od važnih karakteristika brodskih dizel motora je brzohodnost - broj okretaja motora ili preciznije srednja brzina kretanja klipa u motoru. Prema ovom parametru motori se djele:

Tabela br. 1: Podjela dizel motora prema broju okretaja motora21

Ultra sporohodni Sporohodni Srednjehodni Brzohodni Superhodni

Broj okretaja0/min

Manje od 95’ 90-200 240-960 960-700 Više od 7000

Cm=2s/n m/sSrednja brzina klipa

Ispod 6 5-7 8.5-11 14.5 Više od 14.5

Najveću primjenu na brodovima imaju sporohodni dizel motori zbog male potrošnje goriva i najvećeg stepena korisnosti, kao i zbog toga, što se zbog malog broja obrtaja mogu direktno spajati sa propelerskom osovinom. Mane su im velike dimenzije, velika težina kao i to što stvaraju velike vibracije na brodu.

Srednjehodni motori22 imaju veću potoršnju goriva od sporohodnih motora ali zauzimaju manje dimenzije i manju jedinicu po jedinici proizvedene snage. Zbog većeg broja okretaja između njih i propelerske osovine postoji reduktor. Pogodni su za brododve gdje zapremina i težina imaju veliki značaj, a to su brododvi manjih dimenzija, ro-ro brodovi, putnički brodovi itd.

20 Andrija Lompar, navedeno djelo, str.16121 Sporohodni motori pokreću oko 60% svjetske pomorske flote, a nalaze se na svim tipovima brodova. Dva najveća proizvođača su MAN & B&W i SULZER i oni pokrivaju skoro 95% proizvodnje ovih motora. Sledeći sa znatno manjim procentom je Mitsubishi i td. prema.:Andrija Lompar, navedeno djelo, str. 16222 Postoji veliki broj proizvođača a najpoznataiji su Pielstick, Wartsila, Sulzer, MAN&B&W, MAK itd.Prema: Andrija Lompar, navedeno djelo, str. 164

15

Brzohodni motori se pojavljuju kao pomoćni motori za pogon generatora kod većih brodova, a takođe se koriste na brodovima manjih veličina. Na trgovačkim brodovima isključivo se koriste više-cilindrični motori. Zahtjevana snaga određuje broj cilindara i skoro svi proizvođači motora proizvode iste motore sa različitim brojem cilindara. U pogledu postavljanja cilindara kod sporohodnih motora se sreću linijski motori dok se kod srednjehodnih i brzohodnih susreću ili linijski ili “v” motori.

Brodski dizel motori se hlade slatkom vodom pri čemu se slatka voda hladi morskom, a uređaji koji to obavljaju su rashladnici.

Motori se po načinu dovođenja svježeg zraka i odvođenja proizvoda sagorijevanja djele na motore sa ventilskim, kanalskim i zasunskim dovodom.

Kod sporohodnih dizel motora najčešće se koristi ventilski i kanalski dovod vazduha, dok se kod srednjohodnih i brzohodnih motora primjenjuje ventilski odvod proizvoda sagorijevanja i ventilski dovod vazduha.

Snaga koju razvija dizel motor zavisi od broja cilindara motora, prečnika cilindara, hoda klipa, broja okretaja motora, i srednjeg pritiska u cilindru.

Jedna od glavnih mana brodskih motora kao pogonskih mašina je što imaju veliki broj pomoćnih sistema i uređaja koji ih opslužuju. Da bi dizel motor mogao da radi potrebno je pripremiti i dovesti gorivo, hladiti ga da se u njemu nebi akumulirala toplotna energija, podmazivati djelove, dovesti mu vazduh i odvesti produkte sagorijevanja, obezbjediti energiju za njegovo startovanje i td. Zbog svega navedenog na brodu postoji veliki broj sistema koji opslužuju motor a to su:

- Sistem goriva- Sistem podmazivanja cilindra- Sistem cirkulacionog podmazivanja- Sistem hlađenja cilindra slatkom vodom- Sistem hlađenja klipova slatkom vodom- Sistem za halađenje morskom vodom- Sistem za startovanje motora- Sistem regulacije broja okretaja- Sistem za prekret i sl.23

U ovim sistemima se nalazi veliki broj uređaja kao što su visokopritisne pumpe, lančani prenosnici, lubrikatori itd. Brodski dizel motori koriste uglavnom dvije vrste goriva i to “laku naftu” i “tešku naftu”. Gorivo je neophodno i zagrijavati kako bi mu se povećala viskoznost. Jedan od velikih nedostataka dizel motora je što se ne mogu startovati u hladnom stanju već se moraju zagrijati, a to se postiže tako što topla voda cirkuliše sistemom za hlađenje motora. Zog toga imamo i kotlovski sistem koji proizvodi toplu vodu i paru koja služi za zagrijavanje motora odnosno goriva.

3.2. Turbinski pogon motora

Pored motora kao pogon na brodovima srećemo gasne i parne turbine. Gasne turbine24

imaju najmanji stepen korisnosti ali proizvode najveće snage po jedinici mase i zapremine pa su

23 Andrija Lompar, navedeno djelo, str. 17024 Gasne turbine pokreću oko 5-15% svjetske trgovačke flote.prema: Andrija Lompar, navedeno djelo, str.174

16

zbog toga primjenu našle kod brzih plovila, kao sto su super brzi ferry brodovi. Na trgovačkim brodovima nema gasnih turbina, a kao glavni pogonski uređaj uglavnom srećemo dizel motore.

Glavni elementi gasne turbine su osovina, ležajevi na koje je postavljen centrifugalni kompresor koji sabija zrak i turbinsko kolo. Svi uređaji su smješteni u kućište koja se preko postolja veže za trup broda. Imamo još i opremu za dovod i pripremu goriva, sigurnosna i kontrolna armatura. Gasna turbinska postrojenja mogu biti sa jednom i sa dvije osovine.

Parne turbine se uglavnom primjenjuju na većim brodovima, najčešće na tankerima kojima je potrebna velika snaga za postizanje odgovarajućih brzina, a tu snagu ne mogu da obezbjede dizel motori. Osnovne prednosti parnih turbina su: mogućnost postizanja velikih snaga, relativno velika proizvedena snaga po jedinici težine postrojenja i mogućnost korišćenja raznih vrsta goriva kako tečnih tako i čvrstih. Mane su mali stepen korisnosti i komplikovano postrojenje. Glavni djelovi parne turbine su: temeljna ploča na kojoj se turbina postavlja, ležajevi, kućište u kome se nalazi lopatično kolo, mlaznice koje usmjeravaju paru na lopatično kolo pretvrajući pritisak u brzinu, odnosno toplotnu energiju u kinetičku energiju.

Glavni nedostaci cu relativno mali stepen korisnosti u odnosu na dizel motore, velika osjetljivost na kvalitete održavanje i bučnost u radu.

Princip rada parne turbine je sličan principu rada gasne turbine, a sastoji se u tome da vodena para koja se proizvodi u kotlovima prolazi kroz turbinu i svoju kinetičku energiju predaje lopaticama parne turbine. Parne turbine se radi boljeg iskorišćenja energije pare grade u nekoliko stepeni. Na taj način se stvara obrtni moment na osovini turbine koji se preko reduktora prenosi na propelersku osovinu.

3.3. Dizel električna propulzija

Prednost ove propulzije u odnosu na klasičnu je velika: dizel motori se mogu smještati u posebnim prostorijama i kombinovati više manjih pogona tako da proizvode velike snage, nema osovonskog voda ka propeleru jer se snaga prenosi kablovima, a elektromotori se smještaju u neposrednoj blizini propelera. Kod ove propulzije dizel motori se koriste za pokretanje generatora koji proizvodi električnu energiju, ona se zatim prenosi ka elektromotorima koji pokreću propeler. Prednost je i u tome, što je moguće vršiti nezavisno optimalizaciju rada motora i optimalizaciju rada propelera, odnosno regulistai snagu, obrtni moment i broj okretaja. Ovi motori su našli svoju primjenu prvenstveno na brodovima za krstarenje jer brod sa ovakvom propulzijom dobija izuzetne manevarske osobine.

Nedostaci dizel električne propulzije su u tome da se ukupni stepen korisnosti smanjuje zbog dvostruke transformacije mehaničke energije, jednom u električnu, a zatim opet u mehaničku. Ti gubici se djelimično kompezuju nepostojanjem gubitaka u osovinskom vodu, jednostavnim prenosom energije, kao i smanjenjem troškova održavanja u odnosu na klasičnu propulziju.25

ZAKLJUČAK

Trendovi u nautičkoj industriji se mjenjaju velikom brzinom, a tim izazovima poznata brodogradilišta odgovaraju istom mjerom. Ispred brodogradilišta je postavljen veliki izazov da izgrađuju pogonske motore koji ispuštaju što manje štetnih materija počev od propulzijskih sistema, pogonskih motora koji ispuštaju značajno manje onečišćenja, do korita u brodskoj utrobi

25 Andrija Lompar, navedeno djelo, str. 178

17

kojima ne treba veliki broj konjskih snaga da bi plovila pristojnim brzinama. Kompanije Kingship Marine iz Hong Konga, i švedski koncern IPS Volvo Penta se s pravom smatraju vodiljama novog trenda.

Prihvatanje „zelene strategije“ u nautičkoj brodogradnji rezultiralo je jahtama elegantnim i lijepo dizajniranim i u svakom slučaju bolje usklađenim s parametrima sve više ugroženog životnog prostora.

Divovski katamarin, izgrađen u brodogradilištu u Njemačkoj koji je dizajnirao međunarodni tim inžinjera, Turanor PlanetSolar, pogonsku energiju dobija isključivo od solarnih foto ćelija. Čitava mu je površina pokrivena PVC panelima koji akumuliraju sunčevu energiju u baterije. Potpuno napunjene baterije daju dovoljno energije za tri dana neprekidnog putovanja.

Bez obzira i na ovakve veoma optimističke poduhvate koji za pogon koriste solarnu energiju, sasvim je izvjesno da će još dugo brodski pogoni i propulzori ostati osnovni elementi svakog broda, te poznavanje i proučavanje njihovog rada može olakšati kako samu plovidbu i manervisanje plovećim objektima, tako i upotpuniti znanja za neke ozbiljnije poduhvate u čovjekovom bitisanju.

18

LIETERATURA:

1. Lompar, A., Nauka o brodu, Univerzitet Crne Gore, Kotor, 2002.2. Lompar, A., Nastavni materijal za polaganje ispita „Projektovanje i

gradnja jahti“, FMS, Tivat, 2012.3. Radan, D., Uvod u hidrodinamiku broda, Sveučilište u Dubrovniku,

Dubrovnik, 2004.4. Internet izvori: - www.agroekonomija.wordpress.com

19