brodski pogonski strojevi.pdf

Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka

Brodski pogonski strojevi 2. Predavanje Snaga za pogon broda Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2011. 1

Brodski pogonski strojevi

2. predavanje



UVOD



Brodske teretne linije

Na polovici dužine, na boku broda označene su teretne linije

(«Plimsoll Mark») sukladno IMO (International Maritime Organisation) i

lokalnoj upravi.

One označavaju gaz do kojega se brod može sigurno krcati.

Dubina gaza ovisi o godišnjem dobu i slanosti vode. Tako su

naznačene linije za plovidbu u slatkoj i morskoj vodi s daljnjom podjelom

na tropske, ljetne, zimske i polarne uvjete.

Sukladno pravilima, nazivni gaz za proračun trupa broda je gaz na

ljetnoj liniji (S).

Zimski gaz je manji zbog većeg rizika od nevremena.



Oznake za brodske teretne linije



Dimenzije broda

Istisnina (displacement) i masa tereta (deadweight, dwt)

Kada je brod nakrcan on plovi na proizvoljnoj vodnoj liniji. Istisnina

odgovara masi vode koja je istisnuta uranjanjem trupa u vodu. Istisnina prema

tome odgovara ukupnom teretu nakrcanog broda (podrazumijeva se u morskoj

vodi s gustoćom 1025 kg/m3). Istisnina (displacement) sadrži teret same strukture

broda (lightweight) i ukrcanog tereta (deadweight) zajedno s potrebnim gorivom i

drugim tvarima potrebnim za rad broda. Masa ukrcanog tereta (deadweight) prema

tome odgovara razlici istisnine i mase strukture broda.

deadweight = displacement – lightweight

Ponekad «tona» ne predstavlja masu od jedne tone. Pored metričke tone

(1000 kg), koristi se engleska tona (1016 kg), koja se često naziva «long ton».

«Short ton» odgovara masi od 907 kg.



Masa strukture broda (lightweight) ne koristi se kao pokazatelj

veličine broda, dok se masa ukrcanog ukupnog tereta (zajedno s pogonskim

gorivom itd.) vrlo često koristi.

Često se nosivost broda (max. masa ukrcanog tereta (deadweight))

odnosi na projektni gaz broda. U tablici 2 dati su orijentacijski podaci za

omjer između nosivosti i drugih masa.

Istisnina broda može se izraziti i kao volumen istisnute vode V u m3.



Opis oblika trupa broda

Oblik podvodnog dijela broda ključan je za njegov pogon. Dimenzije

broda odnose se na nazivni gaz broda i pripadnu vodnu liniju. Izbor nazivnog

gaza broda ovisi o opterećenosti broda (tj. dali će u radu brod biti lako ili teško

opterećen). Najčešće se govori o gazu pri punom opterećenju.

Dužina među okomicama je dužina među najudaljenijim okomicama na

trup broda, obično na vodnoj liniji pramca i na osi vratila kormila. Općenito je ta

dužina nešto manja od dužine na vodnoj liniji te se može približno izraziti kao:

Lpp = 0.97 LWL

Gaz broda (D ili T) definira se kao okomita razlika dna trupa od vodne

linije. Gaz broda na pramcu DF i na krmi DA su često jednaki kod nakrcanog

broda.

Širina (Breadth) na vodnoj liniji BWL predstavlja sljedeći važni faktor. Ona

se mjeri na najširem mjestu vodne linije.



Dužina među okomicama

Dužina na vodnoj liniji

Dužina preko svega

Širina na vodnoj liniji

Gaz

Površina poprečnog presjeka

Dimenzije trupa broda



Tip broda Dimenzije Nosivost

Gaz do:

Ukupna dužina broda:

Širina broda: Ukupna dužina broda (radi luka): Ukupna dužina broda (radi ustava): Dopušteni gaz:

Dopušteni gaz broda: Dopuštena širina broda: Gaz x širina do: Ukupna dužina broda do:

AFRA – American Freight Rate Assesment Širina broda:

Dužina broda:

Više od

Preko

Dimenzije različitih tipova tankera



Za prikaz oblika trupa broda koriste se različiti koeficijenti.

Koeficijent punoće (Block coefficient) CB je najvažniji od koeficijenata.

On se definira kao omjer volumena podvodnog dijela broda Ili volumena istisnine)

i volumena paralelopipeda čije su stranice jednake širini, dužini i gazu broda:

Ovaj je koeficijent punoće izračunat s dužinom na vodnoj liniji. Vrlo se

često koristi koeficijent punoće izračunat na dužini među okomicama:

Niska vrijednost koeficijenta punoće ujedno znači i manji otpor trupa

broda u plovidbi, osobito pri većim brzinama.

DBLC

W LW L

B

DBLC

WLpp

ppB ,



U tablici su prikazane vrijednosti koeficijenta punoće i

odgovarajuće brzine plovidbe. Iz tablice se vidi da brodovi s manjom

brzinom plovidbe imaju i veći koeficijent punoće.

Koeficijent površine na vodnoj liniji CWL predstavlja omjer površine

AWL na vodnoj liniji i pravokutnika sa stranicama dužine LWL i širine

BWL broda na vodnoj liniji:

WLWL

WL

WLBL

AC



Volumen istisnine

Površina poprečnog presjeka (na srednjaku)

Koeficijent punoće

Koeficijent srednjaka

Uzdužni prizmatički koeficijent

Koeficijent površine na vodnoj liniji

Površina vodne linije

Koeficijenti trupa broda



Općenito je vrijednost ovog koeficijenta za oko 0.10 veća od koeficijenta

punoće broda:

CWL = CB + 0.10

Ova je razlika nešto veća kod brzih brodova s malom vrijednosti

koeficijenta punoće.

Koeficijent srednjaka broda (Midship section coefficient) CM dodatno

opisuje oblik trupa broda. On je jednak omjeru površine AM poprečnog presjeka

uronjenog dijela broda na mjestu najveće širine i površine pravokutnika sa

stranicama jednakim širini broda i gazu:

Kod brodova za prijevoz rasutog tereta i tankera ovaj koeficijent ima

vrijednosti od 0.98 do 0.99. Za kontejnerske brodove on je jednak 0.97 do 0.98.

DB

AC

W L

M

M



Uzdužni prizmatički koeficijent (Longitudinal prismatic coefficient)

Cp je omjer istisnine (kao volumena) i produkta površine srednjaka i dužine

na vodnoj liniji:

Kao što se može vidjeti, Cp nije nezavisna veličina već ovisi o

vrijednosti koeficijenta punoće CB i koeficijenta srednjaka broda CM.

M

B

WLWLMWLM

pC

C

LDBCLAC



Nosivost, tdw

Glavne dimenzije brodova za opći i rasuti teret i tankera



Glavne dimenzije kontejnerskih brodova



Prosječni gaz i maksimalni promjer brodskog vijka

Istisnina, tdw

Promjer brodskog

vijka D, m

Prosječni gaz, m

Promjer brodskog

vijka ili gaz, m



SILA OTPORA VOŽNJE BRODA



Da bi brod mogao ploviti potrebno je svladati silu otpora broda u

plovidbi. Tu silu mora stvoriti propulzor broda. Proračun sile otpora broda R

ima značajno mjesto u projektu broda i utječe na odabir pogonskog postrojenja,

odabir glavnog pogonskog stroja i brodskog vijka.

Na otpor broda utjecaj imaju brzina plovidbe, istisnina i oblik trupa

broda. Ukupna sila otpora broda posljedica je djelovanja tri različita otpora:

• otpora viskoznog trenja,

• otpora valova,

• otpora vrtloga (iza istaknutih dijelova broda i krme),

• otpora vjetra.



Voda gustoće pri brzini v ima dinamički tlak:

Ako bi vodu potpuno zaustavili trupom broda, voda bi djelovala ovim

tlakom na uronjeni dio. Ova se funkcijska povezanost uzima kao temelj za

izračunavanje otpora viskoznog trenja na uronjenom dijelu broda. Ova sila otpora

izračunava se pomoću bezdimenzijskog koeficijenta otpora C. Sila otpora

viskoznog trenja računa se s ovim koeficijentom koji množi dinamički tlak i

ukupnu površinu uronjenog dijela broda (zajedno s kormilom):

Na temelju brojnih ispitivanja u bazenima brodarskih instituta i pomoću

koeficijenata za opis trupa, razvijene su različite metode proračuna sile viskoznog

otpora. Svaki od tih proračuna mora biti i eksperimentalno ispitan na modelu broda

prije konačnog projekta broda.

2

2v

p

2

2v

ACRS



Sila otpora broda zbog viskoznog trenja proporcionalna je kvadratu

brzine plovidbe. Ova sila otpora predstavlja najveći dio ukupne sile otpora

broda, gotovo 70 do 90% kod brodova manje brzine plovidbe (tankeri, brodovi

za rasuti teret) ili ponekad manje od 40% kod brodova za velike brzine plovidbe

(vitki putnički brodovi). Sila otpora viskoznog trenja je:

Sila otpora valova i drugih otpora sadrži otpor zbog stvaranja

površinskih valova i podvodnih vrtloga (zbog odvajanja graničnog sloja). Sila

otpora valova pri malim brzinama plovidbe proporcionalna je kvadratu brzine.

Kod većih brzina plovidbe ona raste mnogo brže.

Kod deplasmanskih trupova broda imamo graničnu brzinu kod koje otpor

valova raste tako jako da je gotovo nemoguće prijeći tu graničnu brzinu. Što je

dužina broda veća, to je veća i ta granična brzina.

2

2v

ACRSFF



Udio sile otpora valova u ukupnoj sili otpora kod sporih brodova je 8 do

25%, dok je kod brzih brodova taj udio jednak 40 do 60%.

Plovidba u plitkoj vodi isto tako može povećati sile viskoznog otpora

vožnje zbog većeg gradijenta brzine između morskog dna i dna trupa broda.

Izračunavanje sile otpora valova vrši se na sličan način kao i kod sile

trenja, primjenom koeficijenta otpora valova Cu uz napomenu da vrijednost toga

koeficijenta ovisi o brzini plovidbe i dužini broda:

2

2v

ACRSuu



Sila otpora vjetra ovisi o brzini vjetra i izloženoj površini i obliku

nadvodnog dijela. Kod mirnog vremena otpor vjetra je približno proporcionalan

kvadratu brzine broda i površini sjene nadvodnog dijela broda u smjeru vožnje.

Otpor vjetra u takvim uvjetima predstavlja oko 2% ukupnog otpora broda.

Kod kontejnerskih brodova, pri većim brzinama vjetra, otpor vjetra može

narasti i do 10% ukupnog otpora vožnje. Otpor vjetra se može izraziti kao:

gdje je W gustoća zraka, a AW je površina poprečnog presjeka nadvodnog dijela

broda.

290.0

2v

ACRW

WAA



Ukupna sila otpora vožnje ili sila teglja broda (Towing resistance)

RT jednaka je sumi svih sila otpora:

RT = RF + RW + RA

Odgovarajuća snaga za vožnju ili tegalj broda je:

PT = v RT

Snaga za pogon broda je najvećim dijelom porporcionalna trećoj

potenciji brzine broda:

PT : : v3

Ova se ovisnost najčešće naziva karakteristika broda



Brzina broda V

Vrsta otpora % od ukupne sile otpora

RF Sila otpora viskoznog trenja

RW Sila otpora valova

RE Sila otpora vrtloga

RA Sila otpora zraka

Spori brodovi

90

5

3

2

Brzi brodovi

45

40

5

10

Brzina broda V

Sile otpora vožnje

broda i njihov udio u

ukupnoj sili poriva

broda



Brzina broda, čv

Nova radna točka

Normalna radna točka

Snaga za propulziju “Valni” zid

Ovisnost snage o brzini za kontejnerski brod kapaciteta 600 TEU



Granična (max.)

vrijednost omjera brzine

i dužine plovila

deplasmanske forme



Oblici valova duž

deplasmanske forme



Slika valova pri plovidbi velikom brzinom za plovilo

deplasmanske forme



Vrste formi brodskih trupova

Deplasmanska forma

Poludeplasmanska forma

Gliserska forma



Približno određivanje brzine gliserske forme



Primjeri brzih plovila



Povećanje otpora vožnje tijekom eksploatacije broda

Tijekom eksploatacije broda može doći do otpadanja boje s oplate. Na tim

će mjestima započeti erozija i obraštanje broda različitim živim organizmima (alge,

trava, školjke). Nevrijeme zajedno s neodgovarajuće ukrcanim teretom može

izazvati savijanje limova oplate broda, što može dodatno promijeniti silu otpora

vožnje. Isto tako i površina krila brodskog vijka može postati hrapava i obraštena.

Povećanje ukupnog otpora vožnje može narasti za 25 do 50% tijekom životnog

vijeka broda.

Otpor broda može se povećati u nevremenu na teškom moru, zbog

pojačanog vjetra ili zbog jakih morskih struja. Ukupni otpor vožnje broda može u

jakom nevremenu općenito narasti za 50 do 100% obzirom na ono koje brod ima pri

mirnom moru.



Na rutama po sjevernom Atlantiku prvi postotak odnosi se na ljetni period, a

druga vrijednost na zimski period. Analiza podataka plovidbe uobičajenog broda za

rasuti teret nosivosti 140 000 dwt pokazuje da na nekim rutama, osobito na ruti

između Japana i Kanade kod nakrcanog broda, povećanje otpora plovidbe (sea

margin) može narasti do ekstremnih povećanja od 220% sa srednjom vrijednosti od

100% povećanja.

Kod nevremena utjecaj na povećanje otpora plovidbe imaju morske struje,

jačina vjetra i visina valova. Ako je relativna visina valova velika, oni mogu imati

značajniji dio utjecaja na povećanje otpora vožnje. Vrlo često je zbog ograničene

snage pogonskog stroja brod prisiljen voziti manjom brzinom u nevremenu.



POGON BRODSKIM VIJKOM



Vrste brodskih vijaka

Brodske vijke možemo podijeliti u dvije glavne skupine (slika 7):

• brodski vijci s fiksnim krilima (Fixed pitch propeller) FPP,

• brodski vijci sa zakretnim krilima (Controllable pitch propeller) CPP

Brodski vijci s fiksnim krilima se lijevaju u jednom komadu zajedno s

glavčinom. Oni se izrađuju iz legura bakra (olovna bronza, legura bakra, nikla i

aluminija CuNiAl). Kutni položaj krila i uspon brodskog vijka ne mogu se mijenjati

tijekom rada. Oni su fiksirani zauvijek. To znači da kad brodski vijak radi u teškim

uvjetima plovidbe, npr. u nevremenu, možda će zbog promjene u krivulji otpora

vožnje doći do nepotpunog iskorištenja raspoložive snage motora. Većina brodova

od kojih se ne traže dobra manevarska svojstva opremljena je danas brodskim

vijcima s fiksnim krilima



Brodski vijak s fiksnim krilima Brodski vijak s promjenljivim usponom krila

Monoblok izvedba s

fiksnim krilima

(izrađen ljevanjem iz

bronze)

Glavčina s mehanizmom

za nagibanje krila (s

hidrauličkim pogonom)



Brodski vijak s 6 fiksnih krila (FPP)



Za uobičajene trgovačke brodove, kao što su kontejnerski brodovi,

brodovi za rasuti teret i tankeri, koji najveći dio vremena plove konstantnom

brzinom, ugrađuje se mnogo jeftiniji FPP.

Brodski vijci s promjenljivim usponom krila (CPP) imaju glavčinu koja

je relativno veća nego kod brodskih vijaka s fiksnim krilima da bi se smjestio

mehanizam za zakretanje krila. Ovaj je brodski vijak skuplji od FPP, ponekad 3

do 4 puta. Zbog povećanog promjera glavčine, stupanj djelovanja takvog

brodskog vijka je nešto manji nego kod FPP. CPP se jako koristi kod Ro-Ro

brodova, malih tankera za distribuciju (shuttle tankers) i sličnim brodovima

koji iziskuju dobra manevarska svojstva. CPP je mnogo složeniji po svojoj

konstrukciji i iziskuje daleko veće troškove na njegovo održavanje.



Brodski vijak s promjenljivim usponom krila

Controlable Pitch Propeller CPP



Mehanizma za prekret

krila na CPP

Klip u

hidrauličkom

cilindru za

pomak krila



Uvjeti strujanja oko brodskog vijka

Kada brod plovi u moru, oko njega se stvara pojas vode koju brod «vuče» za

sobom zbog viskoznog trenja. Brzina kojom ova voda nastrujava brodski vijak je

manja od brzine plovidbe broda. Na određenoj udaljenosti od trupa broda brzina

vode obzirom na brod će biti jednaka brzini plovidbe.

Debljina pojasa trenja (graničnog sloja) povećava se od pramca prema krmi

broda. Ona je prema tome najveća na krmi broda. Najveća debljina je približno

proporcionalna dužini broda. To znači da će na disk brodskog vijka na mjestu

pojasa trenja brzina nastrujavanja biti manja nego na ostalim dijelovima. Položaj

sloja trenja mijenjati će se zbog utjecaja strujanja na pramcu broda, razbijanja i

stvaranja valova itd.



Srednja brzina vW kojom će voda nastrujavati brodski vijak je zbog utjecaja

pojasa trenja manja od brzine broda. Brzina broda je v. Brzina vA vode koja

nastrujava na disk brodskog vijka (jednaka brzini napredovanja brodskog vijka)

biti će jednaka prosječnoj brzini vW, manjoj od brzine broda v. Efektivna brzina vW

na brodskom vijku je jednaka:

vW = v - vA

i može se izraziti u bezdimenzionalnom obliku s koeficijentom traga (wake) w.

Uobičajeni koeficijent traga po Tayloru se definira kao:

Vrijednost koeficijenta traga ovisi najviše o obliku trupa broda, ali isto

tako i o položaju i veličini brodskog vijka. Ovaj koeficijent ima veliki utjecaj na

korisnost brodskog vijka.

v

vv

v

vw

AW

wv

vA

1



Promjer brodskog vijka ili čak i bolje omjer promjera brodskog vijka d i

dužine broda LWL ima određeni utjecaj na koeficijent traga, obzirom da omjer

d/LWL ukazuje na utjecaj koji sloj trenja ima na rad brodskog vijka. Što je omjer

d/LWL veći to je manji utjecaj sloja trenja, odnosno vrijednost koeficijenta traga

w će biti manja. Obraštanjem broda povećava vrijednost w.

Za brodove s jednim brodskim vijkom vrijednost w = 0.20 – 0.45, što

odgovara brzini strujanja vA na brodskom vijku od 80 do 55% od brzine broda.

Što je veći koeficijent punoće broda to je veća i vrijednost od w. Kod brodova s

dva brodska vijka i tradicionalnom izvedbom krmenog dijela, brodski vijci će

biti smješteni izvan sloja trenja, tako da će koeficijent traga w biti mnogo

manja.



Izvedba pogona broda pomoću dva vijka

(Rotacija oba vijka je uzajamno nasuprotna)



Velika vrijednost koeficijenta traga istovremeno znači i veći rizik od

kavitacije na brodskom vijku, obzirom da je kod velikih vrijednosti od w izuzetno

nehomogeno polje strujanja kroz koje se vrte krila brodskog vijka. Homogenije

polje strujanja ili čak i povećanje brzine nastrujavanja vA možemo postići

primjenom sapnica. Najbolji način pomoći je da već u fazi projekta osiguramo da

krma broda čim manje ometa rad brodskog vijka.

Rad brodskog vijka uzrokuje da se dio vode izbačen iza brodskog vijka

ponovno vraća na usis (prednju stranu) brodskog vijka. To se manifestira kao

povećani otpor vožnje broda ili, ako bi gledali na silu poriva T, kao smanjenje te

sile. To znači da porivna sila koju stvara brodski vijak mora pokriti silu otpora

vožnje broda i dodatno «gubitak poriva» F. Gubitak poriva F može se izraziti u

bezdimenzijskom obliku pomoću koeficijenta smanjenja poriva t:

ili

Koeficijent smanjenja poriva t može se izračunati po korelacijama

temeljenim na istraživanjima provedenim na različitim modelima trupa.

T

RT

T

Ft t

T

R1



Vrijednost koeficijenta smanjenja poriva t se povećava s povećanjem

koeficijenta traga w. Oblik trupa broda ima značajni utjecaj. Bulb na pramcu u

određenim uvjetima (pri manjim brzinama broda) smanjuje vrijednost od t.

Vrijednost koeficijenta smanjenja poriva t za brod s jednim brodskim

vijkom obično je u rasponu t = 0.12 – 0.30 Koeficijent smanjenja poriva za

brod s visokom vrijednosti koeficijenta punoće ima veću vrijednost.



Brzine

Sile

Snage

Stupnjevi djelovanja

Brzina broda

Brzina nastrujavanja br. vijka

Efektivna brzina traga

Koeficijent traga (skliz)

Sila otpora teglja

Sila poriva

Gubitak poriva

Koeficijent gubitka poriva

Efektivna snaga

Snaga koju br. vijak predaje

vodi

Snaga predana br. vijku

Snaga na spojci motora

St. djelovanja trupa

Rotacijski st. djelovanja

St. dj. vijka u slobodnoj vodi

St. dj. propulzije

St. dj. vijka iza trupa

St. djelovanja vratila

Ukupni st. djelovanja



Stupnjevi djelovanja (Korisnosti)

Korisnost brodskog trupa definira se kao omjer efektivne snage PE predane

brodu (snage za čisti tegalj broda) i snage PT koju brodski vijak predaje vodi:

Za brodove s jednim brodskim vijkom H = 1.1 – 1.4 , s višim vrijednostima

kod broda s višim koeficijentom punoće. Za brodove s dva brodska vijka i

klasičnom izvedbom krme, korisnost brodskog trupa je H = 1.0 – 1.05, opet s višim

vrijednostima za brod s većim koeficijentom punoće.

Korisnost brodskog vijka u slobodnoj vodi odnosi se na rad brodskog vijka

u homogenom polju nastrujavanja diska brodskog vijka, gdje ono nije ometano

strujanjem iza trupa broda.

w

t

vv

TR

vT

vR

P

P

AAT

E

H1

1



Korisnost brodskog vijka ovisi o brzini broda v, sili poriva T, brzini vrtnje n,

promjeru d i izvedbi brodskog vijka (broj krila, omjer površine projekcije vijka i

površine diska, te omjera uspona i promjera vijka). Korisnost brodskog vijka je

obično 0 = 0.35 – 0.75. Više vrijednosti odnose se na veće brzine napredovanja vA.

Na slici 8 prikazane su vrijednosti korisnosti u ovisnosti o brzini nepredovanja vA

koja se prikazuje u bezdimenzijskom obliku broja napredovanja J kao:

Brzina vode iza trupa nije niti konstantna niti vodoravna (ili okomita na disk

brodskog vijka). Često to strujanje ima neku vrstu rotacijskog gibanja. Zbog toga

je stupanj djelovanja brodskog vijka iza trupa broda manja od one za rad brodskog

vijka u slobodnoj vodi. Relativna rotacijska korisnost R vrši korekciju tih

vrijednosti. Kod brodova s jednim brodskim vijkom je R = 1.0 – 1.07. Vidi se da je

rotacijsko gibanje vode pogodno za rad brodskog vijka. Kod broda s dva brodska

vijka i klasičnom izvedbom krme ova je vrijednost manja i iznosi približno R =

0.98. Zajedno s w i t, vrijednost R se često koristi za usklađivanje proračuna i

rezultata mjerenja na modelima trupa broda.

dn

vJ

A



Omjer snage poriva broda PT koju brodski vijak predaje vodi i snage PD

koju pogonski stroj predaje brodskom vijku je korisnost brodskog vijka za rad iza

trupa broda:

Korisnost propulzije (ne smijemo miješati pojmovno s korisnosti brodskog

vijka u otvorenoj vodi) jednaka je omjeru efektivne snage plovidbe broda (snage za

tegalj) PE i snage PD koju moramo dovesti brodskom vijku:

Korisnost brdskog vijka u slobodnoj vodi ovisna je o brzini napredovanja vA

i smanjuje se s povećanjem od w, tako da je ukupno djelovanje utjecaja 0 i R

takav da se s povećanjem koeficijenta traga w smanjuje korisnost propulzije.

Općenito se najbolja korisnost propulzije postiže kod brodova s brodskim vijkom u

čim homogenijem i manje ometanom polju strujanja.

R

D

T

BP

P

0

RHBH

D

T

T

E

D

E

DP

P

P

P

P

P

0



Stupanj djelovanja

brodskog vijka Manji tankeri

20.000 tdw

Broj napredovanja

Brzina vrtnje, s-1

1.66

Veliki tankeri

> 150.000 tdw Priobalni i

kontejnerski brodovi

Postiziva korisnost

brodskih vijaka u

slobodnoj vodi



Korisnost osovinskog voda jednaka je omjeru snage PD predane brodskom vijku i

efektivne snage Pe pogonskog stroja:

= 0.96 – 9.995, najčešće oko 0.985

Ukupna korisnost jednaka je omjeru efektivne snage PE za plovidbu broda i efektivne

snage Pe pogonskog stroja.

e

D

sP

P

sRHsD

e

D

D

E

e

E

TP

P

P

P

P

P

0



Dimenzije brodskog vijka

Promjer brodskog vijka d ima veliki utjecaj na korisnost pogona broda. Za

veću korisnost pogona broda odabire se uvijek brodski vijak s čim većim

promjerom. Gaz broda i smještaj (oblik krme broda, izvedba kormila i potrebna

minimalne zračnosti između krila vijka i trupa broda) određuju mogući

maksimalni promjer.

Brodovi za prijevoz rasutog tereta i tankera, koji često plove pod

balastom, moraju imati brodski vijak potpuno uronjen. Kontejnerski brodove

rijetko plove pod balastom. Brodski vijci s većim promjerom redovito imaju i

manje brzine vrtnje.

• Brodovi za rasuti teret i tankeri d/D < 0.65

• Kontejnerski brodovi d/D < 0.74

Zbog ograničenja u čvrstoći materijala i proizvodnim kapacitetima,

promjer brodskih vijaka ne prelazi 10 m, a snaga za pogon jednog brodskog vijka

ne prelazi 90 MW. Najveći promjer vijka do sada proizveden je 11 m s četiri krila.



Broj krila može biti 2, 3, 4, 5 i 6. Što je manji broj krila to je veća korisnost

brodskog vijka. Zbog čvrstoće pri prijenosu sila na glavčinu, često je potrebno

koristiti veći broj krila od 2 ili 3.

Brodski vijci sa samo 2 krila se koriste na malim brodovima. Veliki brodovi

koriste brodske vijke s 4, 5 ili 6 krila. Većina trgovačkih brodova s manjom brzinom

plovidbe ima brodske vijke s 4 krila. Brzi brodovi s većim opterećenjem brodskog

vijka, npr. kontejnerski brodovi, imaju brodske vijke s 5 ili 6 krila.

Koeficijent punoće diska koristio se je u starijoj literaturi i predstavljao je

omjer razvijene površine krila i površine diska brodskog vijka. Vrijednost ovoga

koeficijenta od 0.55 smatra se povoljnom. Veće vrijednosti dovode do povećanog

otpora viskoznog trenja na krilima brodskog vijka, pa se smanjuje utjecaj na

korisnost brodskog vijka. Kod brodova s posebno opterećenim brodskim vijcima (s 5

ili 6 krila), ovaj koeficijent ima veće vrijednosti. Kod brodskih vijaka za ratne

brodove, vrijednost ovoga koeficijenta može doseći 1.2



Glavne dimenzije

brodskog vijka

Uspon p

Uspon p

Vadičep Pluteni čep Boca

Brzina vadičepa v = p x n



Omjer uspona (pitch) i promjera brodskog vijka p/d ima isto tako značajni

utjecaj na korisnost brodskog vijka.

Uspon je udaljenost koju bi prešao brodski vijak probijanjem kroz vodu

bez klizanja za jedan puni okretaj. Kako se uspon može mijenjati po visini krila,

obično se uspon uzima na 70% radiusa krila (gdje je r d/2).

Da bi postigli što višu korisnost propulzije za zadani promjer brodskog

vijka potrebno je naći najpogodniji omjer uspona i promjera obzirom na brzinu

vrtnje brodskog vijka. Kod manje brzine vrtnje potrebno je povećati omjer uspona

i promjera i obrnuto.

Ako želimo održati nisku brzinu vrtnje i ako to gaz omogućava, odabire se

čim veći promjer brodskog vijka. Istovremeno nam se povećava i korisnost

propulzije.



Površina krila

Površina krila se često prikazuje omjerom projicirane površine krila i

površine kruga s promjerom brodskog vijka A/A0

Ovaj omjer je predmet kompromisa. Manji omjer će dati brodski vijak sa

smanjenim viskoznim trenjem prilikom rotacije u vodi, dok će veći omjer dati

manju opasnost od pojave kavitacije na krilima vijka.

A/A0 = 0.40 A/A0 = 0.55 A/A0 = 0.70



Oblik krila

Oblik krila se može mijenjati da bi se izbjegla pojava kavitacije. Oblikom

krila određuje se radius mjesta najveće širine krila. Kod brodskih vijaka u

Kortovoj sapnici mjesto najveće širine premješta se na vrh samoga krila

(slika desno)



Svijanje središnje izvodnice krila (Skew)

Svijanjem središnje izvodnice krilo postaje elastičnije, tako da donekle prigušuje

vibracije prilikom prolaska kroz nehomogeno polje strujanja na krmi broda.

Krila s velikim svijanjem središnje izvodnice koriste se, zbog manjeg stvaranja

buke, na putničkim i na ratnim brodovima.



Kavitacija na brodskom

vijku

Moguće posljedice:

• Smanjenje sile poriva,

• Oštećenje krila vijka



Krilo brodskog vijka s vršnim zakrilcem

Lijevo: oblik krila, desno: naprezanja od savijanja na krilu



Sila poriva T bezdimenzijski se prikazuje koeficijentom KT kao:

Pogonski moment:

se izražava bezdimenzijski putem koeficijenta KQ kao:

Korisnost brodskog vijka u slobodnoj vodi može se izračunati pomoću

navedenih koeficijenata, obzirom da se ta korisnost definira kao:

Pomoću dijagrama brodskog vijka koji sadrže krivulje za J, KT i KQ

moguće je odrediti dimenzije brodskog vijka, njegovu korisnost, silu poriva,

pogonsku snagu itd.

42dn

TK

T

n

PQ

D

2

52dn

QK

Q

220

J

K

K

nQ

vT

P

P

Q

TA

D

T



Odabir dimenzija brodskog vijka i snage za pogon tankera

nosivosti 80.000 tdw

d - promjer brodskog vijka

p/d - omjer uspona i promjera

Krivulja snage ovisno

o brzini vrtnje za

brodski vijak d = 7.2 m

za različiti omjer p/d

Krivulja snage ovisno o

brzini vrtnje za različiti d uz

optimalni omjer p/d

Pogonska snaga

Brzina vrtnje, min-1



Radni uvjeti brodskog vijka

Kada brodski vijak ne bi imao skliz (slip), tj. ako bi se voda ponašala kao

kruto tijelo kroz koje napreduje brodski vijak (kao vadičep) brzina broda bi bila:

v = p n

Obzirom da pri radu brodskog vijka u vodi imamo prividnu razliku brzina, tj.

skliz jednak:

tada možemo koeficijent prividnog skliza prikazati kao:

Koeficijent prividnog skliza SA indicira nam opterećenja brodskog vijka u

različitim uvjetima rada. SA se povećava s opterećenjem brodskog vijka, npr. pri

plovidbi uz vjetar ili valove, što znači da je tada potrebno povećati brzinu vrtnje

brodskog vijka da bi održali jednaku brzinu broda.

vnpv

np

v

np

vnp

np

vS

A1



Koeficijent stvarnog skliza je veći od koeficijenta prividnog skliza jer je

stvarna brzina napredovanja brodskog vijka vA manja od brzine broda v.

Koeficijent stvarnog skliza daje nam točniju sliku o radu brodskog vijka. On se

definira kao:

Pri pokusu vožnje na stupu, kada je brod privezan za obalu a brodski se

vijak vrti nazivnom brzinom vrtnje, brzina broda jednaka je nuli, tj. v = 0, tako da

su oba koeficijenta skliza jednaki SA = SR = 1. Koeficijenti skliza se vrlo često

prikazuju u postotcima.

np

wv

np

vS

A

R

111



Uspon p

Skliz

ili

Koeficijent prividnog skliza

Koeficijent stvarnog skliza

Gibanje brodskog vijka i prikz skliza



Općeniti zakon brodskog vijka

Kako smo ranije vidjeli, ukupni otpor vožnje broda je pri manjim

brzinama plovidbe proporcionalan kvadratu brzine vožnje:

R = c v2

gdje je c neka konstantna vrijednost. Potrebna snaga za vožnju broda je:

P = R v = c v3

tj. proporcionalna je trećoj potenciji brzine broda. Za brod s brodskim vijkom s

fiksnim krilima, brzina vožnje približno je proporcionalna brzini vrtnje brodskog

vijka, pa možemo pisati:

P = c n3



Dobivena jednadžba predstavlja zakon brodskog vijka koji utvrđuje da je

snaga za pogon broda proporcionalna trećoj potenciji brzine vrtnje. Stvarna

mjerenja pokazuju da ova veza snage i brzine vrtnje vrijedi samo za određene

vremenske prilike. Zbog utjecaja otpora valova, pri određenim uvjetima

proporcionalnost se postiže pri većim potencijama brzine vrtnje od 3. Razumnije

veze snage i brzine vrtnje za procjene snage su:

• veliki brodovi veće brzine plovidbe (kontejnerski brodovi) eksponent = 4.5

• srednje veliki brodovi s umjerenim brzinama plovidbe (Ro-Ro) eksponent = 4.0

• spori brodovi (tankeri, brodovi za rasuti teret) eksponent = 3.5

Zakon brodskog vijka može se primijeniti samo na slične brodove ili

jednake uvjete rada. Kada trup broda obraste i postane hrapaviji, povećati će se

vrijednost konstante c pa ćemo govoriti o teškim uvjetima rada brodskog vijka

(heavy propeller conditions). Za istu snagu za pogon broda, brzina vrtnje

brodskog vijka biti će manja. Slično se događa i u plovidbi broda na teškom moru

suprotno morskoj struji, vjetru ili valovima.



Kada brod plovi pod balastom, oplakana površina podvodnog dijela

broda je manja, tako da je vrijednost konstante c manja. Za takvu karakteristiku

brodskog vijka kažemo da je «lakša» (lighter propeller curve). Pri istoj

pogonskoj snazi brzina vožnje i brzina vrtnje brodskog vijka će biti veći.

Kod brodova s brodskim vijkom s fiksnim krilima (FPP), zakon

brodskog vijka se mnogo koristi pri nižim opterećenjima.

On se jednako tako koristi i u dijagramima proizvođača motora. U tim

se dijagramima mogu ucrtati krivulje za uvjete lakoga rada i za uvjete teškoga

rada brodskog vijka.

Ono što je karakteristično za te dijagrame je da se u njima koriste

logaritamske skale, kako bi se krivulje zakona brodskog vijka pretvorile u

pravce (koje je lakše ucrtavati).



Svojstva rada brodskog vijka

Razlike između krivulja lakog i teškog rada brodskog vijka prikazane su

na primjeru na sljedećoj slici za brod koji ima nazivnu brzinu vožnje od 15 čv

uz 100 % snage motora (kada mu je trup čist i u uvjetima mirnog vremena i

mora). S 15 % dodatne snage, odgovarajuća brzina vožnje može se povećati s

15.0 na 15.6 čv.

Kako smo već ranije naveli, obzirom na rad u uvjetima mirnog mora,

normalno je da ugradimo i dodatnu granicu snage za uvjete teškog mora (tzv.

sea margin) za koju odabiremo da je to 15 %. Ova granica odgovara povećanom

otporu vožnje u uvjetima nevremena. Za vrlo teška nevremena tu je granicu

potrebno pomaknuti na mnogo više vrijednosti.



Snaga Snaga

Snaga

Brzina broda Brzina br. vijka Brzina br. vijka

A

B B’

D’ D

A

C

B A

HR

LR

HR – teški rad

LR – laki rad

Logaritamske skale Logaritamske skale Logaritamske skale

15.0 čv

100% snage

15.6 čv

115% snage

Krivulja za čisti brod i

mirno more

Sea

margin

15%

15.0 čv

100% snage

Sea

margin

15%

15.0 čv

115% snage

15.6 čv

115% snage


mirno more

12.3 čv

50% snage

15.0 čv

100% snage

12.3 čv

100% snage

15.0 čv

100% snage

10.0 čv

50% snage


mirno more

Krivulja za

obrašteni

brod i

teško more

Skliz Skliz

Brzina broda uz 15% sea margin Brzina vrtnje brodskog vijka uz

15% sea margin Brzina vrtnje brodskog vijka uz

ekstremni otpor vožnje



Na slici je prikazana snaga za pogon broda u ovisnosti o brzini vrtnje

brodskog vijka.

Kao prva pretpostavka se često uzima da se radna točka pomiče iz

točke A prema točki B' jer se pretpostavlja da je pri jednakoj brzini vožnje

broda i jednakom usponu krila i brzina vrtnje brodskog vijka ostala ista.

Međutim, zbog povećanog opterećenja na brodskom vijku povećao se

je skliz, pa se radna točka pomiče iz točke A prema točki B, koja je vrlo blizu

karakteristike brodskog vijka koja prolazi kroz točku A. Točka B će sada biti

na nešto težoj karakteristici brodskog vijka od one za nazivne vrijednosti.

Na slici desno prikazana je situacija kada brod ima jako obrašteni trup

ili kada plovi kroz jako nevrijeme, tako da je potrebna snaga za vožnju broda

pri jednakoj brzini od 15 čv gotovo 100% veća od nazivne. Kada brod koristi

nazivnu snagu motora uvećanu za sea margin u tim uvjetima vožnje, brzina

broda će biti svega 12.4 čv. Radna točka će sada biti na teškoj karakteristici u

točki D.



Podaci rada za kontejnerski brod s jednim brodskim vijkom za period od jedne godine

Snaga na vratilu, kW

Ekstremno loše vrijeme

Prosječno vrijeme

Ekstremno dobro vrijeme

Čisti trup i gaz D

Teški rad

Brzina vrtnje



Kada brod vozi na teškom moru nasuprot velikim valovima,

brodski vijak radi teže za 7 do 8% nego kod mirnog vremena. Jedan

primjer za kontejnerski brod prikazan je na ranijoj slici. Podaci rada

bilježeni su tijekom perioda od godine dana i sadrže utjecaj vremenskih

uvjeta. Izmjerene vrijednosti su usrednjene za tri prosječna vremenska

uvjeta i pokazuju prosječni dodatak za teški rad od 6%. U praksi se je

pokazalo da je situacija u stvarnim vremenskim uvjetima bila još gora.



Snaga motora, % A

Brzina vrtnje, % A Logaritamske skale

A – Nazivna radna točka (100%)

M – Točka za trajnu nazivnu snagu

O – Optimalna radna točka

Psr,e

Ubrzavanje broda

Pri ubrzavanju broda

brodski vijak je

opterećen mnogo više

nego tijekom ustaljene

plovidbe. Snaga koju

dovodimo na brodski

vijak je mnogo veća od

one za ustaljenu vožnju.

Radna točka brodskog

vijka se premješta na

različitim krivuljama

teškog rada. Na slici je

prikazan primjer za dva

različita ubrzavanja

broda.



ODABIR MOTORA I DIJAGRAM

OPTEREĆENJA MOTORA



Kako nam je poznato, snaga motora s unutarnjim izgaranjem

proporcionalna je srednjem efektivnom tlaku pe,sr i brzini vrtnje n:

Pe = c pe,sr n

ili pri konstantnom srednjem efektivnom tlaku, snaga motora

proporcionalna je brzini vrtnje. Kako smo ranije rekli, snaga za pogon

broda za brodski vijak s fiksnim krilima (FPP) proporcionalna je:

Pe = c n3



Na slici je prikazan je pravac sa svojom jednadžbom u

eksplicitnom obliku:

y = a x + b

Logaritmiranjem izraza za snagu motora P = c nN

možemo također dobiti linearnu jednadžbu:

log(P) = N log(n) + log(c)

Uspoređujući ovu jednadžbu s jednadžbom pravca

imamo:

y = log(P)

x = log(n)

a = N

b = log(c)

Prema tome, krivulje karakteristike brodskog vijka biti će

pravci s koeficijentom nagiba 3, a krivulje snage motora za

konstantnu vrijednost srednjeg efektivnog tlaka pravci s

koeficijentom nagiba 1.



Radne točke pogona broda

u dijagramu opterećenja

motora

Brzina vrtnje

Snaga

Engine margin

(10% od MP)

Sea margin

(15% od PD)

Teška karakteristika - obrašteni brod i teški vremenski uvjeti

Laka karakteristika - čisti brod i dobri vremenski uvjeti

Maksimalna trajna snaga

Radna točka pogona broda

Radna točka brodskog vijka (konstrukcijska)

Alternativna radna točka brodskog vijka

Laka karakteristika (Light running)

Teška karakteristika (Heavy running)



Radna točka brodskog vijka PD (Propeller design point) odabire se za

nazivnu brzinu vožnje broda s čistim trupom u mirnoj vodi. Pojedina

brodogradilišta tu točku smještaju na mjesto koje odgovara dodatnoj snazi za

nevrijeme (sea margin).

Kada je brod obrašten brzina broda će se smanjiti zbog povećanih

otpora viskoznog trenja, tako da ćemo se premjestiti na karakteristiku teškog

rada HR (heavy running).

Novi brodovi imaju višu korisnost propulzije i voze pri većim

brzinama. Njihov trup se često čisti i bolje štiti od obraštanja. No kada su

obrašteni, njihova karakteristika će biti još teža nego kod brodova manje

brzine vožnje.

Ako pored svega još upadnemo u nevrijeme s jakim vjetrom i

valovima u pramac karakteristika će biti još teža.



Kada se određuje potrebna snaga motora za pogon broda, uobičajena

je praksa da se odabire motor s dodatkom snage (tzv sea margin), koji je

uobičajeno 15% od nazivne snage pri PD. Kod velikih kontejnerskih

brodova može se koristiti i veći dodatak snage od 20 do 30%.

Kada određujemo potrebnu brzinu vrtnje motora preporučuje se da se

odabere teža karakteristika 2 od one za nazivnu snagu (karakteristika 6). To

će na karakteristici nazivne snage (karakteristika 6) dati za oko 3 do 7%

veću brzinu vrtnje nego na teškoj karakteristici 2. Općenito se kao pravilo

uzima okvirna vrijednost od 5% veće brzine vrtnje.

Napominje se da odabrana snaga pri sea margin nije jednaka onoj za

tešku karakteristiku brodskog vijka.



Rezultirajuća kombinacija brzine vrtnje i snage pri sea margin uključujući

tešku karakteristiku brodskog vijka u točki SP nazivamo kontinuiranom snagom

za pogon broda (continuous service rating for propulsion). Kao baza za izbor

maksimalne trajne snage motora koristi se teška krivulja rada brodskog vijka

(karakteristika 2) za obrašteni trup i uvjete nevremena. Karakteristika za čisti trup

i mirno more (karakteristika 6) koristi se kao laka karakteristika.

Kontinuirana trajna snaga (continuous service rating) S je u istoj točki kao

i SP ukoliko glavni pogonski stroj dodatno ne pokreće i osovinski generator. Ako

se koristi i pogon osovinskog generatora, tu je snagu potrebno dodati pri odabiru

trajne snage motora.

Pomak lake karakteristike od teške karakteristike brodskog vijka može se

prikazati faktorom lake karakteristike (light running factor) fLR kao:

pri jednakoj snazi motora.

%100

heavy

heavylight

LRn

nnf



Pored dodatka snage za rad u nevremenu, tzv. sea margin, često se pri

odabiru snage motora dodaje nekih 10 do 15% snage kao dodatak za sigurniji

rad motora, tzv. engine margin. Snaga koja odgovara takvome radu je

specificirana MCR (maximum continuous rating) ili maksimalna trajna snaga

za propulziju (točka MP). Snaga koja odgovara točki SP obično je 10 do 15%

niža od one koja odgovara točki MP (ili snaga u točki SP je 90 do 85% od

MCR ili snage u točki MP) na mjestu gdje je specifična potrošnja goriva

najmanja.

Maksimalna trajna snaga MCR je maksimalna snaga koju traži

brodovlasnik za trajni rad motora. Ona odgovara točki M u dijagramu

opterećenja motora. Ova točka se poklapa s točkom MP ako motor dodatno ne

pogoni osovinski generator. Ako se dodatno pogoni osovinski generator ili

neki drugi pogon tijekom propulzije, tu snagu treba dodati onoj za točku MP,

tako da će položaj točke M biti na većoj snazi od one za točku MP.



Brzina vrtnje, % A

Snaga, % A

A - Nazivna radna točka (100%)

M - Maksimalna trajna snaga MCR

O - Optimalna točka rada

Linije:

1 - Karakteristika kroz optimalnu

točku,

2 - Teška karakteristika,

3 - Granična dopuštena brzina vrtnje

4 - Granična kombinacija momenta i

brzine vrtnje

5 - Granica srednjeg efektivnog tlaka

6 - Laka karakteristika (za odabir i

konstrukciju brodskog vijka)

7 - Granična snaga za trajni rad

8 - Granica preopterećenja

9 - Granična brzina vrtnje (samo pri

ispitivanju)

10 - Linije konstantne vrijednosti

srednjeg efektivnog tlaka (mep)

Dijagram opterećenja

motora



Dijagram opterećenja motora, koji istovremeno služi i za odabir motora,

ograničen je s dvije konstantne vrijednosti srednjeg efektivnog tlaka (linije kroz

točke L1 – L3 i L2 – L4) i s dvije konstantne brzine vrtnje (linije kroz točke L1 –

L2 i L3 – L4). Točka L1 odnosi se na nazivnu maksimalnu trajnu snagu motora

(MCR). Unutar naznačenog područja možemo slobodno odabrati radnu točku M

za trajni rad motora, kao i relevantnu točku O za optimalni rad motora.

Kako smo već rekli, točka M mora biti unutar datih granica, tj. unutar

naznačenog područja. Ukoliko ona izlazi izvan područja, preporučuje se odabir

nekog drugog motora. Samo u specijalnim slučajevima točka M može se

smjestiti desno od linije kroz točke L1 – L2.



Područje opterećenja motora

Snaga

Brzina vrtnje



Optimalna točka O za rad motora u odabranom pogonskom

postrojenju je točka za koju je odabrano turbopuhalo, stupanj kompresije i

izmjena radnog medija motora. Optimalna točka se u dijagramu opterećenja

motora nalazi na liniji 1, a optimalna snaga može biti u području od 85 do

100% snage koja odgovara točki M. Kada optimalnu točku smjestimo u

području od 85 do 93.5% od snage za točku M, još uvijek možemo

povremeno opteretiti motor do 110% nazivne snage (snage za točku M) pod

uvjetom da se uzmu u obzir uvjeti rada turbopuhala i izmjene radnog

medija.

Optimalna točka rada O mora svakako biti unutar naznačenog

područja za opterećenje motora. Točke MCR i M mogu biti i izvan

naznačenog područja, ali točka O mora biti svakako unutar tog područja.



Dijagram opterećenja motora definira granice opterećenja i brzine vrtnje

motora unutar kojih treba smjestiti radnu točku za trajni rad motora.

Točka A je na mjestu nazivne snage i nazivne brzine vrtnje motora. Ona se

nalazi na karakteruistici brodskog vijka 1 i prolazi kroz točku optimalnog rada O za

zadani MCR. Uobičajeno je da se točka A poklapa s točkom M. U posebnim

slučajevima, npr. kada se dodatno pogoni i osovinski generator, točka M može biti

desno od točke A na liniji 7. Radna točka motora uzima u obzir snagu za pogon

broda i snagu za pogon osovinskog generatora (ako je ugrađen).

Za vrijeme ispitivanja motora prije primopredaje (ispitivanje na kočnici ili u

probnoj vožnji), motor radi po karakteristici 1 s točkom A na 100% MCR. Ako će

motor pokretati CPP pri konstantnoj brzini vrtnje, ispitivanja se provode za različita

opterećenja pri konstantnoj brzini vrtnje.



Brzina vrtnje, % A

Snaga, % A

A - Nazivna radna točka (100%)

M - Maksimalna trajna snaga MCR

O - Optimalna točka rada

Linije:

1 - Karakteristika kroz optimalnu

točku,

2 - Teška karakteristika,

3 - Granična dopuštena brzina vrtnje

4 - Granična kombinacija momenta i

brzine vrtnje

5 - Granica srednjeg efektivnog tlaka

6 - Laka karakteristika (za odabir i

konstrukciju brodskog vijka)

7 - Granična snaga za trajni rad

8 - Granica preopterećenja

9 - Granična brzina vrtnje (samo pri

ispitivanju)

10 - Linije konstantne vrijednosti

srednjeg efektivnog tlaka (mep)

Dijagram opterećenja

motora



Područje trajnog rada motora ograničeno je s četiri linije, označene

brojevima 4, 5, 7 i 3.

• Linija 3 predstavlja maksimalnu dopuštenu brzinu vrtnje za trajni rad, tj. 105%

nazivne brzine vrtnje. Za vrijeme probne vožnje broda ona se može iznimno

pomaknuti do 107% nazivne brzine vrtnje (linija 9). Zaštita od prevelike

brzine vrtnje namješta se na 109%.

• Linija 4 predstavlja granicu dovoljne dobave svježeg zraka za izgaranje

(granica čađe). Ona često ograničava maksimalni moment motora.

• Linija 5 predstavlja maksimalni srednji efektivni tlak za trajni rad motora.

• Linija 7 predstavlja maksimalnu snagu za trajni rad motora

• Linija 10 predstavlja liniju konstantnog srednjeg efektivnog tlaka (ili

konstantnoga momenta).

• Linija 8 predstavlja granicu dopuštenog kratkotrajnog povremenog

preopterećenja motora. Područje ograničeno linijama 4, 5, 7 i crtkanom

linijom 8 predstavlja dopušteno područje za rad motora u preopterećenju u

ograničenom trajanju (1 sat svakih 12 sati).



Snaga

Snaga

Brzina vrtnje

Brzina vrtnje

Točka A u dijagramu opterećenja:

Linija 1 - Karakteristika kroz optimalnu točku

Linija 7 - Linija konstantne snage kroz MCR

Točka A: Presjecište linija 1 i 7

M: Zadana MCR motora

S: Točka trajnog rada motora

O: Optimalna radna točka motora

A: Nazivna radna točka motora





Linija rada motora na

teškoj karakteristici

Primjer 1: Normalni rad motora bez osovinskog generatora s

FPP brodskim vijkom



Primjer 1:

Normalni radni uvjeti za motor bez osovinskog generatora

(shaft generator SG)

Za rad pod trajnim opterećenjem normalna optimalna radna točka O i

krivulja izvedbe motora 1 biti će odabrane na krivulji rada motora 2 (za teški

rad), kako je prikazano na slici. Nakon toga nalazimo točku A na presjeku

krivulje brodskog vijka (zajednička linija 1 i 2) i linije konstantne snage kroz

točku M (linija 7), tako da će točka A biti na mjestu točke M. Jednom kada

smo našli točku A, možemo nacrtati dijagram opterećenja (vidi desnu sliku),

tako da možemo naći granične linije stvarnog opterećenja dizelskog motora.



Primjer 2: Posebni uvjeti rada motora bez osovinskog

generatora s FPP brodskim vijkom

Snaga

Snaga

Brzina vrtnje

Brzina vrtnje



















Primjer 2:

Specijalni radni uvjeti motora bez osovinskog generatora

Kada brod ubrzava, brodski vijak je opterećen jače nego za vrijeme normalne

ustaljene vožnje. Isto se odnosi i na slučaj kada je brod izložen mnogo većem

opterećenju nego u normalnoj vožnji (plovidba u nevremenu). Radna točka motora će

biti ulijevo od normalne radne krivulje za trajni rad, obzirom da će brodski vijak biti u

teškom radu. Da bi spriječili prijelaz granične linije opterećenja 4 na lijevoj strani

dijagrama, ponekad treba ograničiti ubrzavanje broda i snagu motora. Ako bi se takav

teški rad očekivao u dužem trajanju, biti će pogodno cijeli dijagram pomaknuti više u

lijevo. Ovo se može postići premještanjem točke optimalnoga rada O, a time i krivulje

1 brodskog vijka kroz optimalnu točku na lijevo. To možemo učiniti najčešće na račun

malog povećanja specifične potrošnje goriva. Ovaj primjer je prikazan na slici.

Granična krivulja 4 na lijevoj strani je pomaknuta na lijevo, tako da imamo šire

područje između linija 2 i 4, tj. u ovome slučaju je povećan faktor lakog rada.



Snaga

Snaga

Brzina vrtnje

Brzina vrtnje















Primjer 3: Normalni rad motora s osovinskim generatorom (SG)

s FPP brodskim vijkom



Linija propulzije na






Primer 3:

Normalni rad motora s osovinskim generatorom

U ovom je primjeru na motoru instaliran osovinski generator (shaft

generator SG). Motor sada pored snage za pogon broda mora još dati i snagu za

pogon generatora. Na slici je prikazana krivulja rada motora za teški rad koja

uključuje i tu dodatnu snagu. Optimalna točka O i krivulja rada motora 1

(engine service curve) prolaze kroz točku M. Točku A možemo naći na isti

način kao u primjeru 1 (u presjecištu linija 1 i 7), nakon čega možemo nacrtati

dijagram opterećenja (desni dio slike).



Primjer 4: Posebni uvjeti rada motora s osovinskim generatorom

(SG) s FPP brodskim vijkom

Snaga

Snaga

Brzina vrtnje

Brzina vrtnje

Točka A u dijagramu opterećenja: Linija 1 - Karakteristika kroz optimalnu točku

Točka A - Presjecište linije 1 i linije L1 - L3

Točka M - Smještena na liniji 7 konstantne snage kroz

točku A na mjestu brzine za MP'



















Primjer 4:

Specijalni uvjeti rada motora s osovinskim generatorom

Motor dodatno pogoni osovinski generator. Za razliku od primjera 3, sada je

naznačena točka MCR smještena u točku MP za propulziju, na vrhu dijagrama

motora (lijeva slika). To podrazumijeva da će odgovarajuća točka MCR motora

(točka M) biti izvan vrha dijagrama radnog područja motora. Jedno od rješenja

može biti da se odabere dizelski motor veće snage. Drugo, jeftinije rješenje je u

smanjenju proizvodnje električne energije iz osovinskog generatora, kada motor

radi na većim opterećenjima. Ovakva situacija je rijetka, obzirom da će motor

rijetko raditi u gornjem području snage. U ovom će primjeru optimalna točka O biti

odabrana na mjestu točke S, pa možemo naći liniju 1. U točki A imamo najveću

moguću snagu i ona se nalazi na presjeku linije L1-L3 s linijom 1 (lijeva slika), a

odgovarajući dijagram opterećenja je prikazan na desnoj slici. Točku M nalazimo

na liniji 7 na brzini vrtnje za točku MP.



Snaga

Brzina vrtnje





Primjer 5:

Rad motora s ili bez

osovinskog generatora (SG) s

CPP brodskim vijkom

Preporučeno područje

rada osovinskog

generatora s konst.

brzinom vrtnje

Kombinirana linija za opterećeni

brod zajedno sa sea margin

Min. Max. brzina vrtnje SG



Primjer 5:

Brodski vijak s promjenljivim usponom s i bez osovinskog generatora

Ako koristimo brodski vijak s promjenljivim usponom krila (CPP), za rad

motora u uvjetima teškog mora biti će odabrana optimalna krivulja karakteristike

brodskoga vijka. Za zadanu brzinu vrtnje, krivulja će za zadani uspon vijka biti jednaka

onoj kao i za FPP brodski vijak, te će on raditi u uvjetima teškoga rada. Zbog toga se

preporučuje prijelaz na manji uspon krila i lakši rad (crtkana linija na slici) da bi

rasteretili motor i povećali rezervu snage u uvjetima teškoga mora (naznačeno linijama

4 i 5).

Šrafirano područje na slici prikazuje preporučeno područje brzine vrtnje

između 100% i 96.7% nazivne brzine pri MCR za motor s osovinskim generatorom (s

konstantnom brzinom vrtnje). Radna točka S može se smjestiti bilo gdje u šrafiranom

području. Postupak opisan u primjerima 3 i 4 za motore s FPP može se primijeniti i na

CPP koji se vrte na konstantnom usponu. Optimalna točka O može se odabrati na

karakteristici brodskog vijka (linija 1) koja prolazi kroz točku A = M uz optimiranu

snagu u području od 85 do 100% naznačenog MCR u optimalnoj radnoj točki O.



Kada smo odabrali točku M za zadani MCR uključujući sea margin i snagu

za pogon osovinskog generatora, točka M se može uzeti kao točka A, te se može

nacrtati dijagram opterećenja motora (desni dio slike). Položaj karakteristike

brodskog vijka (ovisno o usponu) osigurava da ona prolazi kroz područje

maksimalnog opterećenja unutar područja dopuštenih brzina vrtnje za rad motora.

Ona još uvijek ostavlja razumnu rezervu snage do granica opterećenja (linije 4 i 5).



Utjecaj različitih tipova otpora broda na rad motora (sažetak)

Za sažetak o radu FPP brodskog vijka na brodovima različitih tipova

otpora odabran je proizvoljni primjer na dijagramu opterećenja prema slici koja

slijedi. Utjecaj različitih tipova otpora prikazan je pomoću odgovarajućih radnih

točki za propulziju pri jednakoj snazi propulzije, s time da je kao osnova uzeta

konstrukcijska radna točka brodskog vijka PD plus dodatak (sea margin) od 15%

snage.

Brodski vijak je konstruiran za zadanu brzinu broda v za nakrcani brod s

glatkim i čistim trupom na mirnom moru. Odgovarajuća brzina vrtnje motora i

snaga prikazani su točkom PD na liniji 6 brodskog vijka u dijagramu opterećenja

motora.



Ako povećamo snagu motora, npr. za 15%, te ako je brod nakrcan i ako i

dalje ima čisti trup i plovi u mirnom moru, brzina broda i brzina vrtnje motora

povećati će se po karakteristici brodskog vijka:

Točka SO će biti na istoj karakteristici brodskog vijka kao i točka PD.

vvvSO

041.115.15.3

nnnSO

048.115.10.3



Snaga, % A

Brzina vrtnje, % A


(100%)

M: Zadana trajna snaga MCR

Točke

PD: Konstrukcijska točka brodskog vijka za čisti

trup i mirno more

Točke na snazi 90% od MCR

S0: Čisti trup i mirno more, nakrcani brod

S1: Čisti trup i mirno more, balastirani brod

S2: Čisti trup i 15% sea margin, nakrcani brod

SP: Obrašteni trup i teško more, nakrcani brod

S3: Vrlo teško more i otpor valova

Linije

1 - Karakteristika kroz točku A = M, izvedbena

linija za motor

2 - Teška karakteristika za obrašteni i nakrcani

brod na teškom moru

6 - Laka karakteristika, čisti trup i mirno more,

linija za odabir brodskog vijka

6.1 - Karakteristika br. vijka, čisti trup, mirno

more, balast, ispitna vožnja

6.2 - Karakteristika br. vijka, čisti trup i 15% sea

margin, nakrcani brod

6.3 - Karakteristika br. vijka, vrlo teško more i

otpor valova

Utjecaj različitih vrsta otpora broda na trajnu radnu točku motora



Plovidba s čistim trupom i sea margin od 15%, točka S2

Ako nakrcani brod s čistim trupom plovi u nevremenu, potrebna je

recimo dodatna snaga od 15% da bi brod zadržao istu brzinu vožnje v. Kako je

brzina vS2 = v i ako brodski vijak nema klizanja (slip), brzina vrtnje će biti

jednaka, tj. konstantna. U stvarnosti brodski vijak ima veći skliz, te će brzina

vrtnje motora biti veća i radna točka će biti u točki S2 na karakteristici brodskog

vijka (linija 6.2), vrlo blizu točke S0 na karakteristici brodskog vijka (linija 6).

Karakteristika brodskog vijka 6.2 će predstavljati za oko 0.5% teži rad brodskog

vijka nego po karakteristici 6. Za otpor broda koji iziskuje oko 30% dodatne

snage za pogon, odgovarajući relativni faktor težine rada će biti oko 1%.



Plovidba s obraštenim trupom u nevremenu, točka SP

Kada trup broda nakon duže eksploatacije obraste, te postane hrapaviji,

otpor viskoznog trenja broda će se povećati. Ako se takav brod nađe u

nevremenu, ukupni otpor vožnje broda će se povećati. Karateristika brodskog

vijka za takav brod pomaknuti će se više u lijevo (linija 2). Ova krivulja, koja se

odnosi na obrašteni trup i plovidbu u nevremenu je teža za oko 5% u odnosu na

krivulju za čisti trup u mirnom moru (linija 6).

Da bi zadržali dovoljni dotok zraka za izgaranje u motoru (granična

krivulja 4 u dijagramu opterećenja), uobičajeno je da se odabere odgovarajuće

turbopuhalo za takav rad sukladno karakteristici 1 (u dijagramu opterećenja,

izjednačenoj s teškom karakteristikom 2).

Umjesto točke S2 za odabir motora će se koristiti točka SP na način da će

tada opterećenje motora biti napr. 90% od MCR, što bi odgovaralo engine margin

od 10%. Drugim riječima, u primjeru je uzeto da je karakteristika lakog rada oko

5% lakša od karakteristike po kojoj smo odabrali snagu motora.



Rad motora u nevremenu s velikim valovima, točka S3

Kada brod plovi u jakom nevremenu s vrlo velikim valovima,

karakteristika brodskog vijka može biti za oko 7 do 8% (ili više) teža od one

za mirno vrijeme. To znači da će brzina vrtnje za istu snagu biti 7 do 8% niža.

Za snagu na brodskom vijku od 90% od MCR, točka S3 u dijagramu

opterećenja pokazuje takvu radnu točku. U nekim slučajevima u praksi s jakim

vjetrom u pramac, težina rada je još veća i često može biti na lijevo od

granične linije 4 u dijagramu opterećenja. U takvim situacijama, ako želimo

spriječiti lupanje trupa i njegovo oštećenje na valovima, potrebno je smanjiti

brzinu broda.



Ubrzavanje broda i plovidba u plitkim vodama

Kada brod ubrzava i kada je brodski vijak jače opterećen nego u

normalnoj vožnji, utjecaj na brodski vijak je isti kao i u uvjetima za radnu točku

S3, ponekad i teži. U nekim slučajevima situacija može biti i teža. Slično se

dešava i kod plovidbe u plitkim vodama.



Plovidba u uvjetima probne vožnje, radna točka S1

Pri probnoj vožnji trup broda je čist, te je karakteristika brodskog vijka je

po liniji 6. No kako je brod rijetko nakrcan kod probne vožnje, te češće vozi pod

balastom, stvarna karakteristika će biti po liniji 6.1 (lakša od one po liniji 6). Za

snagu na brodskom vijku od 90% od MCR, točka S1 u dijagramu opterećenja

pokazuje radnu točku za probnu vožnju. Da bi mogli pokazati rad na 100%

snage, ako bi trebalo tijekom probne vožnje, ponekada je potrebno prijeći

granicu brzine vrtnje motora (linija 3), tako da se ona privremeno, samo kod

probne vožnje, može pomaknuti na 107% (linija 9).



POTREBNA SNAGA ZA POGON

RAZLIČITIH BRODOVA



Veliki kontejnerski brodovi

Pogon velikim 2T dizelskim motorima snage preko 20 MW



Manji višenamjenski kontejnerski brodovi

Pogon 4T motorima srednje snage 3 do 6 MW



Tankeri

Pogon velikim 2T motorima snage do 30 MW



Brodovi za rasuti teret

Pogon velikim 2T motorima, snage do 30 MW



Brodovi za generalni teret

Pogon srednjehodnim 4T motorima, snage do 6 MW



Putnički brodovi za krstarenja

Pogon s više srednjehodnih 4T motora, snage do 20 MW



Instalirana snaga za pogon brodova za opći i rasuti teret i tankera Nosivost, tdw

Instalirana

snaga, KS Brzina broda,

čv



Istisnina, tdw

Brzina broda,

čv

Instalirana

snaga, KS

Instalirana snaga na brodovima za prijevoz kontejnera



Instalirana snaga,

KS

Promjer brodskog

vijka, m

Brzina vrtnje, min-1

Snaga motora, promjer brodskog vijka i brzina vrtnje za brodske

vijke s četiri krila



Prosječna snaga za pogon tankera

Nosivost

Snaga za pogon

Prosječna

snaga

+ 0.5 čv

- 0.5 čv



Snaga za pogon brodova (1. dio)



Snaga za pogon brodova (2. dio)



Još nekoliko slika …



Tip broda Dimenzije Nosivost

Gaz do:

Ukupna dužina broda:

Širina broda: Ukupna dužina broda (radi luka): Ukupna dužina broda (radi ustava): Dopušteni gaz:

Dopušteni gaz broda: Dopuštena širina broda: Gaz x širina do: Ukupna dužina broda do:

AFRA – American Freight Rate Assesment Širina broda:

Dužina broda:

Više od

Preko

Dimenzije različitih tipova tankera



Udio broja brodova po tipovima tankera

Ukupni broj tankera 2002. godine je bio 4509 tankera

Udio u ukupnom broju tankera

Tip broda



Udio u ukupnoj nosivosti tankera

Tip broda

Udio pojedinih tipova tankera u ukupnoj nosivosti

Ukupna nosivost tankera 2002. godine je bila 312.106 tdw



Udio različitih vrsta brodova u ukupnoj nosivosti

Tankeri Rasuti teret Kontejneri Ostali



Prognoza udjela brodograđevne industrije različitih područja u

svjetskoj brodogradnji



Što sve čini brodsko pogonsko postrojenje …



Dijelovi brodskog pogonskog postrojenja

CPP Brtve statvene cijevi Ležaji Spojke Upravljanje

Pogon vodenim

mlazom

FPP Upravljivi vijak

u sapnici

Upravljivi vijak Reduktor Pogonski motor

Bočni porivni

uređaj



Brodsko pogonsko postrojenje s 2T dizelskim motorima



Parne turbine za brodski pogon



Plinske turbine za brodski pogon



Smještaj plinske turbine u

područje dimnjaka

Smještaj plinske turbine u

strojarnicu broda



Nuklearno pogonsko postrojenje

nosača zrakoplova



Zahvaljujem na pažnji

brodski pogonski strojevi.pdf

Documents