You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Propeller og propellsystemer<br />
Propellen:<br />
Selve prinsippet om å skufle vann ved hjelp av en roterende<br />
«propell» går tilbake til Arkimedes. Han lagde en skrupropell,<br />
veldig liknende et bor, for å lense skip. Men en skrupropell ble ikke<br />
installert som del av fremdriften i båter før sent 1820-‐tallet, tidlig<br />
1830-‐tallet. På grunn av mange kokker og stor geografisk variasjon på<br />
opprinnelsene il de forskjellige propellene, er det vanskelig å<br />
definere «Propellens far». En av de tidligere var Tsjekkisk-‐Østeriske<br />
Josef Ressel, som i 1829 installerte sin skrupropell i en båt. Denne Josef Ressels propell<br />
båten hadde en bruttovekt på 48 tonn og nådde en fart på 6 knop.<br />
Propellen var lik vannskruen til Arkimedes, men hadde bare en halv virvel(se bildet.) Tre år senere<br />
kom kanadiske John Patch med en egen to-‐blads propell. Han søkte patent i 1832, men fikk ikke<br />
innvilget dette før i 1849 fordi han ikke var amerikansk statsborger. I 1835 oppdaget Francis Pettit<br />
Smith en ny type propell da skrupropellen på båten hans, som da lignet mer på Arkimedes’<br />
vannskrue, knakk. Biten som satt igjen ligner mer på propellen vi har i dag, og fikk båten til å gå<br />
raskere.<br />
Til forskjell fra en bil, der veien tilbyr (som oftest) mye friksjon, har vannet mye mindre friksjon, og<br />
propellen vil derfor «spinne» eller mer riktig «glippe» vannet. Utformingen av propellen har svært<br />
mye å si for egenskapene båten vil få. «Angle of attack» er en av de viktigste begrepene om en<br />
propells utforming. Dette er inngangsvinkelen til bladet i forhold til turtall og fartøyets fart. Blir<br />
inngangsvinkelen for liten vil propellen spinne uten å faktisk dytte vann. Blir den for stor vil mer vann<br />
dyttes utover. Det er derfor viktig å ha en propell som er tilpasset båtens fart og propellens turtall.<br />
Om en ser på en hurtiggående fritidsbåt sammenlignet med et stort skip ser man selvfølgelig<br />
vesentlige forskjeller i utformingen. Propellen på hurtiggående har liten motstand for å oppnå høyt<br />
turtall. På større skip går motoren på lavere turtall, men ha høyere dreiemoment, og propellen vil<br />
derfor være dimensjonert for å dytte mye vann per omdreining.
En av utfordringene med å lage en propell er kavitasjon. Dette er et fenomen som oppstår når vann<br />
blir satt under et høyt trykk, og vanndamp oppstår. Dette i seg selv er ikke nødvendigvis en negativ<br />
ting, men når trykket reduseres vil dampen kondensere på en sjokkartet måte. Det er under denne<br />
fasen at det kan føre til korrosjon. Samtidig kan denne effekten utnyttes. Superkaviterende propeller<br />
bruker kavitasjonen som «smøremiddel» under roteringen. Den minskede friksjonen vanndampen<br />
gir, gjør at propellen kan holde et høyere turtall. Grunnen til at disse propellene ikke tar så mye<br />
skade av det, er at på grunn av den høye hastigheten til båten vil propellen ikke være tilstede der<br />
sjokk-‐kondenseringen foregår. Derfor vil ikke dette prinsippet fungere på større saktegående skip.<br />
Den vanligste propellen på småbåter har tre blader. Den nest mest vanlige for småbåter er 4-‐<br />
bladspropellen. Hovedforskjellen mellom disse vil ligge i fart og akselerasjon. Tilføringen av et ekstra<br />
blad vil medføre større motstand, som igjen vil kreve større motorkraft for å oppnå samme turtall.<br />
Dette gjør at en 3-‐bladspropell vil gi en litt høyere toppfart (1-‐3 knop) enn en 4-‐bladspropell. Men<br />
ved lavere turtall vil 4-‐bladspropellen kunne dytte mer vann per omdreining, og kan dermed plane<br />
ved lavere turtall, som vil gi bedre drivstofføkonomi.<br />
Bladets bredde og vinkling vil selvfølgelig ha mye å si for<br />
hvor mye vann som dyttes i ønsket retning. Men fart,<br />
akselerasjon og kraft er ikke de eneste egenskapene en<br />
ønsker av en propell. Ubåter har behov for å være<br />
stillegående. Ubåtens propell har derfor fordelt kraften på<br />
mange tynne blader. Bladene er tynne og svært buede,<br />
samt spisse i enden. Dette fører til at det betraktelig<br />
mindre kavitasjon og turbulens enn i en vanlig skipspropell.<br />
Controlable Pitch propeller (CPP)<br />
Dette er propeller hvor bladets vinkling kan justeres mens<br />
båten er i drift. Altså kan man forandre inngangsvinkelen til<br />
bladene slik at man for den optimale inngangsvinkelen i forhold til fart og turtall. En av ulempene her<br />
blir vedlikehold. En propell med bevegelige deler vil trenge mer vedlikehold enn en som er<br />
fastmontert. Samtidig vil den store huben(senterbasen som bladene er festet til) føre til mer<br />
kavitasjon som gir vibrasjoner og fører til korrosjon. Denne videoen viser hvordan bladene sakte,<br />
men sikkert justeres i en tørrdokk.<br />
Gori propell<br />
I likhet med CPP kan bladene justeres. Men Gori propellen er designet for seilbåter, så bladene<br />
endrer ikke vinkel for å gi bedre fremdrift, men legger seg sammen for gi mindre vannmotstand<br />
under seiling. Samtidig kan man snu bladene når man skal bakke, for å gi bedre respons i revers. I<br />
videoen viser animasjonen hvordan den fungerer.<br />
Kontraroterende propeller:<br />
Kontraroterende propeller, populært kalt «duo prop», er ingen ny oppfinnelse. Allerede før andre<br />
verdenskrig ble flere flymodeller laget med kontraroterende propeller. I tidlig fase bidro<br />
kontraroterende propeller til at man kunne ha én stor motor med stort dreiemoment, uten å miste<br />
stabilitet. Når en propell spinner med stor for stor kraft, vil fartøyet den er montert i krenge i<br />
propellretningen. I maritim virksomhet kalles dette for krengende dreiemoment. Siden propellene<br />
spinner med lik hastighet i motsatt retning, vil ikke en kontraroterende propell medføre krengning.<br />
En annen fordel med dette propellsystemet er at den bakerste propellen vil ta utnytte av den
tangentielle vannstrømmen fra den fremre propellen. Denne tangentielle strømmen er ikke med å<br />
skape fremdrift, men er vannstrøm som går til spille. En vanlig propell vil sende mest vann rett<br />
bakover, men vil også sende mye vann på skrå ut til sidene. Det er disse vannstrømmene en<br />
kontraroterende propell tar utnytte av, og dersom den har et solid design, vil den ha en rett og<br />
fokusert vannstrøm etter propellen.<br />
I 1982 lanserte Volvo Penta en<br />
kontraroterende propell til maritim bruk, kalt<br />
Duoprop. Produsenten hevder at den vil gi<br />
rundt 30% bedre akselerasjon, 5% høyere<br />
toppfart og mellom 10-‐12% lavere<br />
drivstofforbruk.<br />
Siden kraften er fordelt på flere blader, vil båten kunne holde samme fart som en vanlig propell ved<br />
lavere turtall. Dette kombinert med økt akselerasjon medfører at man kommer raskere opp i plan, og<br />
kan holde båten i plan med lavere turtall.<br />
Azipod/thruster/IPS<br />
De siste årene har Thrustere eller poder blitt mer og mer vanlig. Store produsenter i denne<br />
kategorien er ABB og Volvo Penta. En Thruster eller pod som fremdriftssystem er et propelldrev som<br />
kan roteres 360 grader og som ved vanlig kjøring har propellen mot kjøreretningen. Blant annet<br />
kjøres Queen Mary 2 med et slikt system. Båten drives av 4 elektriske motorer som er montert inne i<br />
poden. To av podene er fastmontert i kjøreretningen, mens de to andre kan roteres 360 grader for<br />
bedre manøvrering. De to nevnte produsentene fokuserer på forskjellige klienter. Mens ABBs Azipod<br />
er designet for store skip, er Volvo Pentas IPS (Inboard Pod System) beregnet for mindre båter fra 30<br />
til 100 fot. Største forskjellen er at Volvos system er dieseldrevet med en aksling ned til drevet, mens<br />
Azipoden har en elektrisk motor installert inne i motstanden. Selv om Azipoden da vil få større<br />
motstand under vannoverflaten, vil den bli redusert på grunn av propellens plassering. Siden<br />
propellbladet er det første som møter vannet, vil vannet være brutt og derfor gi mindre motstand.<br />
Det samme gjelder selvsagt for IPSen også. En annen fordel med at propellen er forovervendt er at<br />
det blir mindre kavitasjon, fordi vannet som møter propellen er uforstyrret.
Volvo penta hevder blant annet disse fordelene ved IPS fremfor en akslingmontert propell:<br />
• 30% redusert drivstofforbruk<br />
• 30% mindre CO2 utslipp<br />
• 50% lavere oppfattet støynivå<br />
• 40% lengre cruising rekkevidde<br />
• 20% høyere toppfart<br />
• Trygg og forutsigbar manøvrering<br />
• Joystick dokking<br />
En av de største ulempene med dette<br />
propellsystemet er at propellen og dermed<br />
hele fremdriftssystemet er veldig utsatt.<br />
Møter man på et skjær e.l. vil propellen være<br />
det første den møter. En av løsningene på<br />
denne utfordringen er å plassere to poder på<br />
hver side av kjølen slik at kjølen stikker<br />
dypere enn propellen.<br />
Manøvrering med slikt system blir betraktelig<br />
bedre. For mindre båter vil IPSen kunne<br />
erstatte egenskapene til baugpropellen, og for større skip vil Azipoden sørge for at skipet holder en<br />
stø kurs selv i sterk strøm.<br />
I denne videoen forklarer kapteinen hvordan Azipodene lar Queen Mary 2 holde stø kurs inn i New<br />
York-‐kanalen, der selv mindre båter trenger hjelp fra slepebåter til å kompensere for strømmen.<br />
Videre<br />
Det er vanskelig å spå fremtiden for propeller og propellsystemer. Med materialutviklingen som<br />
pågår, er det naturlig å tro at delene som trengs vil bli mindre, og at man derfor kan få slankere og<br />
mindre systemer som kan levere vel så mye som de vi har i dag. Det blir i dag lagt mye fokus på bruk<br />
av komposittmaterialer i propellproduksjon. Andre fordeler enn lavere vekt, er også mer<br />
motstandsdyktighet i forhold til korrosjon. På denne måten kan man lage superkaviterende propeller<br />
uten at det vil ha en korroderende effekt.<br />
Kilder<br />
• Wikipedia: «Propeller(marine)»: https://en.wikipedia.org/wiki/Propeller_%28marine%29<br />
• Karel Smrcka: «A new start for marine propellers»:<br />
http://www.engineeringnews.co.za/article/a-‐new-‐start-‐for-‐marine-‐propellers-‐2005-‐03-‐18<br />
• Store Norske Leksikon: «Kavitasjon»: http://snl.no/kavitasjon<br />
• Marcus Clements: «Which is better: 4 blades or 3 blades?»<br />
http://www.boattest.com/resources/view_News.aspx?NewsID=3276<br />
• Store Norske Leksikon: «Propell»: http://snl.no/propell<br />
• Volvo Penta: «IPS»: http://www.volvopenta.com/volvopenta/na/en-‐<br />
us/marine_leisure_engines/volvo_penta_ips/Pages/VolvoPentaIPS.aspx<br />
• Volvo Penta: «Benefits of Duoprop»: http://www.volvopenta.com/VOLVOPENTA/NA/EN-‐<br />
US/MARINE_LEISURE_ENGINES/AQUAMATIC/Pages/BenefitsofDuoprop.aspx
• ABB: «Azipod Propulsion»:<br />
http://www.abb.no/industries/db0003db002805/c12571f4002ab83dc1256fdf003b2929.aspx<br />
• Marine Insight: «What is Azipod Propulsion System on ship»:<br />
http://www.marineinsight.com/tech/marine-‐electrical/what-‐is-‐azipod-‐propulsion-‐system-‐<br />
on-‐ship
Change language