Pohon a propulzné charakteristiky moderných riečnych kajutových lodí

SLOVENSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA V BRATISLAVE Strojnícka fakulta Pohon a propulzné charakteristiky moderných riečnych kajutových lodí Bakalárska práca SjF-5230-4125 Dávid Šulík Bratislava Jún 2010

SLOVENSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA V BRATISLAVE Strojnícka fakulta Ústav dopravnej techniky a konštruovania Pohon a propulzné charakteristiky moderných riečnych kajutových lodí Bakalárska práca SjF-5230-4125 Študijný odbor: 5.2.4 motorové vozidlá, koľajové vozidlá, lode a lietadlá Študijný program: automobily, lode a spaľovacie motory Vedúci diplomovej práce: doc. Ing. Peter Patek, CSc. Autor: Dávid Šulík Bratislava, Jún 2010 1

Čestné prehlásenie Vyhlasujem, že som záverečnú prácu vypracoval(a) samostatne s použitím uvedenej literatúry. Bratislava, 11. júna 2010... Vlastnoručný podpis 2

Veľmi rád by som poďakoval vedúcemu bakalárskej práce, doc. Ing. Petrovi Patekovi, CSc., a konzultantovi Ing. Jaroslavovi Borskému, CSc., za pomoc, odborné vedenie, cenné rady a pripomienky pri vypracovaní mojej bakalárskej práce. Bratislava, 11. júna 2010 Dávid Šulík 3

Názov práce: Pohon a propulzné charakteristiky moderných riečnych kajutových lodí Kľúčové slová: propulzia, loď, vrtuľa Abstrakt: Mojím zadaním bakalárskej práce je pohon a propuplzné charakteristiky moderných riečnych kajutových lodi. Snažil som sa v tejto práci popísať vývoj propulzných zariadení od minulosti, kedy kolesové pohony s parným strojom boli na vrchole, až po súčasnosť. Sú tu opísane dnes tie najmodernejšie a najpoužívanejšie propulzné zariadenia. Súčasťou tejto práce je výkonová charakteristika dnes používaných dieselových motorov, či už na hlavný pohon alebo dokormidlovacie zariadenia. Je tu aj prehľad výrobcov dokormidlovacích zariadení. Súčasťou práce je aj teoretický výkres trupu lode. Title: Propulsion and propeller characteristics of the modern river cabin boats Keywords: propulsion, ship, propeller Abstract: My work includes the propulsion methods and characteristics of river cabin boats. I tried to describe the development of thrusters from the past when the wheel drives with the steam engine were at the top to the present. The most advanced and most widely used propulsion devices are also described in this work. There are performance characteristics of diesel engines used today whether for main propulsion or as bow thruster in this study. There is a list of producers of bow thrusters. Work includes theoretic drawing of the ship body. 4

5

Obsah Úvod...8 2.Prehľad pohonných a propulzných riešení osobných kajútových lodi...9 2.1 Kolesový pohon...9 2.2 Vrtuľový pohon...10 2.2.1 Vývoj vrtúľ...11 2.2.2 Dýzové vrtule...13 2.2.3 Azimutálne propulzory...14 2.2.4. Dokormidlovacie zariadenia...20 2.2.5 Azimutálne elektro pohony...21 2.2.6 Schottel Combi Drive (SCD)...22 2.3 Voith-Schneider...23 3.Základy hydrodynamiky propulzie lodí na obmedzenej plavebnej hĺbke, limitujúce parametre, zabezpečenie manévrovateľnosti a bezpečnosti plavby...26 3.1 Základy hydrodynamiky propulzie...26 3.2 Limitujúce parametre...30 3.3 Zabezpečenie manévrovateľnosti a bezpečnosť plavby...32 4. Posúdenie možností propulzných usporiadaní, výkonové charakteristiky hlavných a pomocných motorov a dokormidlovacích zariadení...33 4.1 Posúdenie možností propulzných usporiadaní...33 4.2 Výkonové charakteristiky hlavných motorov a dokormidlovacích zariadení...34 6

5. Prehľad výberu dodávateľov prorpulzno kormidlovacích zariadení...38 6. Záver...39 7. Zoznam použitej literatúry...40 Príloha A: Teoretický výkres riešenia trupu lode 41 7

Úvod Vývoj dopravy sa datuje už od nepamäti. Lodná doprava je jeden z najstarších spôsobov dopravy. Spočiatku sa stavali malé plte, ktoré slúžili na prepravu tovaru ako aj na prepravu obyvateľstva. Využívala sa sila vodných tokov ako aj sila ľudských či zvieracích svalov. Postupným vývojom sa prešlo k stavbe plachetníc. Plachetnice boli prvými dopravnými prostriedkami, ktoré využívali na pohyb inú silu než silu svalov. Tento spôsob pohonu však stále nevyhovoval rastúcim požiadavkám na rýchlosť prepravy, preto ľudia začali hľadať spôsoby ako tento problém vyriešiť. Vynálezom parného stroja vývoj lodnej dopravy nabral rýchly spád. Najprv to boli parníky, ktoré boli poháňané obrovskými lopatkovými kolesami nachádzajúcimi sa po bokoch lode alebo na korme. Neskôr sa prešlo na účinnejšie lodné vrtule. Parný stroj neskôr vystriedala parná turbína. Začiatkom 20 storočia sa extrémne rozšíril spaľovací motor s vnútorným spaľovaním. Dnes máme viacero typov spaľovacích motorov, napríklad benzínové alebo čoraz viac populárne naftové motory, ktoré svojou vysokou účinnosťou a dostupnosťou lacnejšieho paliva pokrývajú dnešný trh lodných motorov. Táto práca popisuje niekoľko druhov propulzorov, dokormidlovacích zariadení a lodných motorov. 8

2. Prehľad pohonných a propulzných riešení osobných kajútových riečnych lodí-cruiserov v kategórii dĺžok 80 metrov až 130 metrov 2.1 Kolesový pohon Pôvodný prvý propulzor po prechode z plachiet na parný pohon bolo lopatkové koleso. Lode boli poháňané jedným alebo viacerými kolesami. V priebehu vývoja vznikli dva základné typy kolesových parníkov : 1. Parník s bočnými kolesami. Pri tomto type sú kolesa umiestnené na bokoch, uprostred dĺžky lode. Obe kolesá spája hriadeľ, ktorý zároveň slúži ako kľukový hriadeľ parného stroja, ktorý ich poháňa. 2. Parník so zadným kolesom. Pri tomto type je jedno široké koleso umiestnené na korme lode. Koleso je poháňané pákovým prevodom od stroja, ktorý je umiestnený v ťažisku lode. Kolesá prešli rýchlym technickým vývojom. Najskôr sa uplatňovali pevné lopatky ktoré neskôr nahradili kolesá s natáčanými lopatkami z dôvodu zvýšenia účinnosti. Natáčanie sa realizovalo mechanicky pomocou excentricky uloženého kotúča, ktorý sa otáčal pomocou jarma pevne pripojeného k jednej lopatke (Obr. 2.1). Ostatné lopatky natáčali jarmá ktoré boli načapované na excenter. Cieľom bolo udržať optimálny uhol nábehu lopatky počas záberu vo vode. Obr. 2.1 Koleso osobnej lode s natačanými lopatkami, a vznik vztlakovej sily L na lopatke. 9

Ako príklad uvádzam osobnú loď Schönbrunn (Obr 2.2) Obr. 2.2 Základné údaje : Rok výroby: 1912 Výkon: 720 PS Maximálna rýchlosť: 21,5 km/h Dľžka: 76 m Šírka: 15,78 m Výška: 8 m Pracovný tlak kotlov: 10,5 bar Postranné kolesa moju priemer 4,2 metra,pričom každé je vybavené 8 zakrivenými lopatkami 10

2.2 Vrtuľový pohon 2.2.1 Vývoj vrtúľ V súčasnosti sa na lodiach ako propulzné zariadenie najčastejšie využíva vrtuľa. Myšlienka použitia skrutkovej plochy k práci nie je nová. Začalo to už pred našim letopočtom, keď v Egypte na čerpanie vody používali skrutkovicové čerpadlá. Koncom 15. storočia sa objavila skrutkovicová vrtuľa v nákrese vrtuľníka Leonarda da Vinci. K pohonu lode prispôsobil jeho vrtuľu v druhej polovici 17. storočia Toogwood Hays. Na začiatku 19. storočia dostal Josef Ressel prvý patent na modernú vrtuľu. V roku 1935 získali patent Francis Petit Smith a John Erricson, pričom Smith aj náhodne objavil výhody skrátenej Archimedovej vrtule. George Rennie patentom v roku 1840 zavŕšil prechod k prakticky súčasnej forme vrtule. Vrtuľa sa využíva v rôznych modifikáciách. Výsledný ťah sa tak získava premenou mechanickej energie (rotačného pohybu) na výsledný nápor na propulzore. Vo väčšine prípadov sa to uskutočňuje jednou alebo viacerými vrtuľami umiestnenými na korme plavidla. Používajú sa vrtule s pevnými alebo nastaviteľnými listami (Obr. 2.3). Na riečnych lodiach sa takmer výlučne uplatňujú vrtule s pevnými listami (Obr. 2.4). Vo všeobecnosti je možné vrtuľové listy považovať za časti skrutkovicovej plochy. Stúpanie listov vrtule môže byť konštantné po polomere listov, často sa však uplatňuje premenlivé stúpanie prispôsobené kýlovému toku z dôvodu optimalizácie propulznej účinnosti. K pohonu slúži v prevažnej väčšine vznetový motor v menšej miere zážihový motor, elektromotor alebo spaľovacia turbína. 11

Propulzor s nastaviteľnými listami na korme lode pohon s prevodovkou Obr. 2.3 a Propulzor s nastaviteľnými listami na korme lode priamy Obr. 2.3 b Propulzor s pevnými listami a dvojicou kormidiel Obr. 2.4 12

2.2.2 Dýzové vrtule So snahou o dosiahnutie čo najvyššej účinnosti vznikli viaceré modifikácie vrtuľového pohonu. Dýzové vrtule (Obr. 2.5) sú najbežnejším prostriedkom zvýšenia propulznej účinnosti. Majú uplatnenie pri vysoko zaťažených propulzných systémoch riečnych lodí, remorkéroch ako aj námorných tankeroch, servisných plavidlách a vrtných plošinách. S výhodou sa navrhujú tam, kde ide o dosahovanie vysokých ťahov pri malých rýchlostiach prípadne aj v štartovom režime (v režime nulovej rýchlosti plavidla). Na druhej strane si však použitie dýzy vyžaduje pri jednovrtuľovom riešení pohonu náročnejšie zabezpečenie ovládateľnosti pri spätnom chode. Tiež je potrebné brať do úvahy prevádzkové faktory, pretože v ťažkých podmienkach malých hĺbok a hrubých štrkov dýza zvyšuje riziko poškodenia vrtúľ a znižuje spoľahlivosť celého systému. Obr. 2.5 (Propulzia s dvomi vrtuľami v dýzach a dvojitými kormidlami) 13

2.2.3 Azimutálne propulzory Doteraz všetky klasické vrtuľové pohony na zabezpečenie ovládateľnosti lode vyžadovali použitie kormidiel. Požiadavku zabezpečenia ovládateľnosti spoločne s požadovaným ťahom zabezpečujú azimutálne propulzory. Pri týchto konštrukciách sa kormidlovací účinok dosahuje vektorizáciou náporu otáčaním propulzorovej časti v rozsahu až 360 (Obr. 2.6). Obr.2.6 Azimutálny L a Z propulzor s dýzou Rozdelenie azimutalných pohonov : SCHOTTEL Rudderpropellers (SRP) a Schottel Twin Propller (STP). Obr. 2.7. a STP Obr. 2.7. b SRP 14

Schottel ponúka optimálne riešenie aj pre špeciálne aplikácie, v ktorých sa vyžaduje extrémne nízka hlučnosť. Schottel Twin-Propeller (STP) (Obr. 2.7. a/c) je úspešná optimalizácia celého systému Rudderpropeller (SRP) (Obr. 2.7. b) s vyššou účinnosťou až o 20 percent. Je to ideálny spôsob pohonu pre všetky plavidlá. Dve skrutky upevnené na spoločnom hriadeli rotujúce v rovnakom smere s integrovanou plutvou. Tento systém má celý rad výhod, vrátane vysokej spoľahlivosti vďaka jednoduchej konštrukcii s malým počtom pohyblivých častí, zníženie priemeru vrtule bez zníženia účinnosti, nižšie náklady na palivo a nízke nároky na údržbu. Azimutálny dvojvrtuľový pohon STP (Schottel Twin Propeller), vľavo schéma zabudovania, vpravo konštrukcia, 1-horný prevod, 2-prívod výkonu, 3-kormidlovací prevod, 4 -studňa, 5-dolná skriňa s prevodom, 6-zvislý hriadeľ, 7- vrtuľový hriadeľ, 8-predná vrtuľa, 9-zadná vrtuľa Obr. 2.7. c (Schottel twin propeler) 15

Ako príklad uvádzam tieto riečne kajútové lode (Obr.2.8. a.b.c.d). Obr. 2.8. a Avalon Poetry Passenger vessel Hlavný pohon: 2 x STP 440 (800 kw each) Pomocný pohon: 2x SPJ 82 RD (300 kw each) Lodenica: HDW-Nobiskrug, Germany Vlastník Premicon AG, Munich, Germany Obr. 2.8. b Viking Legend Hotel Vessel Hlavný pohon: 4x STP 200 (300 kw each) Pomocný pohon: 2x SPJ 82 RD (300 kw each) Lodenica: SET Tangermünde, Germany Vlastník: Viking River Cruises AG, Switzerland Obr. 2.8. c River cruising vessel Hlavný pohon: 2 x STP 550 (800 kw each), Pomocný pohon: 1 x SPJ 57 (220 kw) Lodenica: Neptun Reparaturwerft, Germany Vlastník: ARKONA AG, Germany 16

Obr. 2.8. d Flamenco Twin River Cruiser Hlavný pohun: 2 x STP 440 (800 kw each) Pomocný pohon: Lodenica: Neptun Stahlbau, Germany Vlastník: Premicon AG, Munich, Germany Obr. 2.8. Podrobnejšie údaje o hlavných pohonoch sú uvedené v tabuľke Tab.1. V tabuľke Tab.2 sú uvedené podrobnejšie údaje o dokormidlovacich zariadeniach. Typy Rating Príkon max. [kw] Pracovné otáčky [rpm/upm] Vrtuľa ø [mm] Hmotnosť [kg]** STP 110 * 195 2100 800 1100 230 STP 220 * 310 1800/2100 1100 2600 370 STP 330 * 470 1800 1300 4300 550 STP 440 * 650 1600/1800 1400 7500 780 STP 550 * 750 1000/1600/1800 1600 9600 920 STP 1012 * 1040 750/1000/1200/1600/1800 2000 17000 1250 STP 1212 * 1380 750/1000/1200/1600/1800 2200 18500 1650 STP 1215 * 1500 1000/1600 2300 19500 1800 STP 1515 * 1750 1000/1600 2500 27500 2100 STP 2020*** * 2200 750/1000/1200 2600 40000 2600 * Zaťaženie v nepretržitej prevádzke ** Hmotnosť len STP s vrtuľou a olejom. *** Typy vo vývoji Tab.1 17

Type Rating* Príkon max. [kw] SPJ 15 *** A 49 B 64 C 75 SPJ 22 SPJ 57 SPJ 82 SPJ 132 SPJ 220 SPJ 320 SPJ 520 A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C * A: nepretržitá prevádzka B: prerušovaná prevádzka C: pomocné zariadenia ** Hmotnosť len SPJ s olejom 72 94 110 168 223 257 272 357 420 422 555 650 650 850 1000 1430 1880 2200 2270 2990 3500 *** Len s vertikálnym príkonom Pracovné otáčky [rpm/upm] 1470 1600 1690 1950 2130 2250 1390 1520 1600 1060 1160 1230 1010 1110 1170 1020 1110 1170 850 930 980 870 950 1000 Tab.2 Vrtuľa ø [mm] Hmotnosť [kg]** 660 360 900 380 1300 1570 1680 3000 2160 5250 2700 8900 3400 28000 4300 40500 18

2.2.4. Dokormidlovacie zariadenia Dokormidlovacie zariadenie slúži na zlepšenie manévrovateľnosti. Je umiestnené na prove lode. Moderné kajutové lode používajú prevažne tzv. systém Schottel Pump-Jet (SPJ), ktorý pracuje na princípe odstredivého čerpadla. Obežné koleso nasáva vodu spod trupu, cez ochranné mriežky. Výstupné trysky sú umiestnené v spodnej doske, takže je možné inštalovať ho na dno trupu (Obr. 2.9. a.b) Obr. 2.9. a Obr. 2.9. b 19

Druhá alternatíva je použitie tzv. systému Schottel Transver Thruster (STT)(Obr.2.10. a.b), ktorý je postavený na základe podvodnej prevodovky Rudderpropellers. Je poháňaný dieselovým motorom alebo elektromotorom. Inštalujú sa štandardné priečne rakety s FP alebo CP vrtuľami s výkonom až 1400 kw. Obr. 2.10. a Obr. 2.10. b 20

2.2.5 Azimutálne elektro pohony Medzi azimutálne propulzory patria aj gondolové pohony tzv. pod (podded) pohony(obr.2.11). Elektrický pohon je relatívne nový spôsob pohonu lodí. O výrobu elektrickej energie potrebnej na palube ako aj o pohon sa stará generátor poháňaný dieselovým motorom. Zdroj mechanickej energie je elektromotor, ktorý poháňa hlavné vrtule. Systém poskytuje plynulú reguláciu výkonu a ovládanie rýchlosti vrtule. Gondolový pohon má elektromotor umiestnený priamo v gondole. Mechanické prevodové sústavy sú tak nahradené elektro vodičmi, čím sa znižuje hluk ako aj vibrácie na palube. Obr. 2.11 21

2.2.6 Schottel Combi Drive (SCD) Firma Schottel vyvinula nový koncept, ktorý spája hlavné technické a ekonomické kritéria. Na rozdiel od gondolového pohonu s elektrickým motorom vnútri bude motor v novom pohonnom systéme integrovaný vertikálne do podpornej rúrky Rudderpropeller. Toto usporiadanie elektromotora znamená, že koncept je podobný Rudderpropeller s vertikálne príkonom ("L systém"). Systém je extrémne kompaktný, čo umožňuje veľmi jednoduchú inštaláciu v lodenici. Nová jednotka bude k dispozícii ako samostatná vrtuľa v dýze(obr.2.12.b) alebo dvojitými vrtuľami(obr.2.12.a). Systém bude pokrývať výkonovú škálu od 1100kw do 3600kw. Obr. 2.12.a STP Obr.2.12.b SRP 22

2.3 Voith-Schneider Špeciálnym typom azimutálneho propulzora je cykloidálny propulzor(obr. 13). Tento pohon je jediný svojho druhu na svete. Vyvinula ho firma Voith, na základe myšlienky rakúskeho inžiniera Ernesta Schneidera. Rotor, ktorý končí v jednej rovine s dnom lode, je vybavený niekoľkými osovo uloženými listami. Každý z listov vykonáva kmitavý pohyb okolo vlastnej osi. Vektorizácia ťahu sa dosahuje polohovaním excentricity pre nastavenie lopatiek propulzora. To kombinuje pohon a riadenie v jeden celok. Tento systém umožňuje ťah akejkoľvek veľkosti v ľubovoľnom smere a v ľubovoľnej rýchlosti. Vysoké percento vodných traktorov pracujúcich na otvorených vodách využíva práve tento systém z dôvodu vysokej účinnosti. Cykloidálny propulzor sa nachádza aj v niektorých riečnych kajutových lodiach, i keď minimálne vzhľadom na náchylnosť poškodenia. Rotujúce časti Stacionárne časti Časti riadenia Obr.2. 13 23

Ako príklad uvádzam riečnu kajutovú loď Theodor Körner (Obr. 2.14) Obr. 2.14.a Obr.2. 14.b Obr. 2.14.c Obr. 2.14.d Obr. 2.14. d 24

Loď je vybavená dvomi postranne uloženými propulzormi. Každý ma šesť listov(obr.2.14.b). Tie sú poháňané 12 valcovými preplňovanými motormi značky Mitshubisi s objemom 49litrov(Obr2.14.e). Na zlepšenie manévrovania má loď štvoricu kormidiel(obr.2.14.d). Rok výroby: 1956 Výkon: 2x 763 kw Maximálna rýchlosť: 22,3 km/h Dľžka: 87 m Šírka: 17 m Výška: 8,7 m Pas: 135 Obr.2.14.e 25

3. Základy hydrodynamiky propulzie lodí na obmedzenej plavebnej hĺbke, limitujúce parametre, zabezpečenie manévrovateľnosti a bezpečnosti plavby. 3.1 Základy hydrodynamiky propulzie lodí a obmedzenej plavebnej hĺbke Pri známej potrebe náporu T bude hriadeľový výkon PS daný vzťahom PS = T. VA kde VA je prítoková rýchlosť k vrtuli, je odlišná od rýchlosti lode - obvykle nižšia v dôsledku prúdového spomalenia spôsobeného trupom lode pred vrtuľou, T je nápor vyvíjaný vrtuľou, musí byť väčší ako samotný odor lode RT o silu sania na korme trupu v dôsledku práce vrtule (o náporové zvýšenie). Skutočný výkon PB (označuje sa aj ako PD) dodávaný pohonným agregátom(i) však musí byť ešte vyšší o mechanické straty v prenose energie na propulzor. Moment na vrtuli je Q=PS/w=PS/2pn. Obr. 3.1. Ideálny propulzor s tlakovým skokom v rovine propulzora. 26

Pri plavbe lode v obmedzených podmienkach dochádza k zmene javov okolo trupu lode a tým aj k zmenám odporu. Obmedzená hĺbka ovplyvňuje všetky zložky odporu ale stupeň jej vplyvu je rôzny. V dôsledku stiesnených pomerov v obmedzenej plavebnej dráhe dochádza k vytláčaniu vody okolo trupu a tým i k zvýšeniu rýchlostí okolo trupu a vzniku protiprúdu. Toto zvýšenie rýchlosti si je možné predstaviť prírastkom rýchlosti Dv, resp. určitým spätným prúdom. Tak dôjde aj k prerozdeleniu napätí v medznej vrstve a dokonca aj k vzniku medznej vrstvy na dne plavebnej dráhy. S výsledkov skúšok platí, že oblasťou nárastu vplyvu na trecí odpor je pomerná hĺbka h/t = 2/3. Pre väčšie pomerné hĺbky je vplyv slabý. Najvýraznejší vplyv majú obmedzené plavebné podmienky na vlnový odpor(obr.2.15). Kritérium dynamickej podobnosti je v tomto prípade Froudeho hĺbkové číslo Frh = v / gh, kde h je hĺbka plavby. Významný vplyv na vlnový odpor začína pri rýchlosti zodpovedajúcej Frh = 0,4. Čelný divergujúci systém vĺn sa začína so vzrastom rýchlosti plavidla roztvárať a maximum dosahuje pri rýchlostiach zodpovedajúcich číslu Frh = 1. Čelné vlny sa prakticky rozšíria do jednej priečnej vlny pred plavidlom. Loď potom hrnie pred sebou veľkú vlnu, cez ktorú sa za normálnych okolností nedostane. Obr.2.15. Vlnové systémy pri Frh = 0,7, 1,0 a 1,2 (Zigič) 27

Vplyv obmedzenej hĺbky plavby a vplyv podmienok plavby v kanále na priebeh odporov plavidla Obr2.16. Dôsledkom všetkých vplyvov pri plavbe v obmedzených plavebných podmienkach je potom zmena priebehov odporov v závislosti od rýchlosti. Na obrázku 2.16. je prehľadné porovnanie priebehov odporov pre samotnú obmedzenú hĺbku ako aj pre plavbu v kanále. Vidieť, že v oblasti pred kritickou rýchlosťou odpor výrazne narastá a za kritickou rýchlosťou klesá oproti priebehu odporu na neobmedzenej hĺbke. Pre oblasť výtlačnej plavby je významná jedine podkritická oblasť rýchlostí, pretože bez vzniku dynamických síl na dne sa plavidlo do nadkritických oblastí nedostane. Pri plavbe v kanále sú javy podobné plavbe na samotnej obmedzenej hĺbke, len oblasť protiprúdu sa z dna lode rozšíri aj na boky kanála. Rýchlosť protiprúdu závisí od stupňa stiesnenosti, pomeru plochy hlavného rebra k ploche prierezu kanála. Pri plavbe lode na obmedzenej hĺbke a v kanále v dôsledku platnosti Bernoulliho rovnice dochádza k poklesu okolitého povrchu hladiny vody, a tým i k poklesu plavidla prisávaniu lode k dnu. 28

Najviac, v dôsledku zmien priebehov tlakov pozdĺž lode a sacieho efektu vrtúľ dochádza k zmene trimu plavidla obvykle na kormu. Rýchlosť plavby v kanáloch sa obyčajne obmedzuje vlnami a prúdom vrtúľ od lodí. z dôvodu narušovania brehových spevnení 29

3.2 Limitujúce parametre Hlavné rozmery plavidiel sú definované medzinárodnými konvenciami a pravidlami klasifikačných spoločností. Z týchto rozmerov patria medzi najdôležitejšie nasledujúce: - nosnosť: hmotnosť resp. tiaž nákladu, ktorý je schopná loď uniesť - kapacita pasažierov : udáva maximálny možný počet pasažierov -výkon hlavných motorov a výkon dokormidlovacích zariadení : výkon musí byť prispôsobený rozmerom lode. - rýchlosť lode: dosiahnuteľná rýchlosť plavidla v definovaných podmienkach, obvykle na neobmedzenej hĺbke, pri námorných lodiach sa udáva v uzloch 1 uzol (námorná míľa/h), 1 nm = 1852 m, na riečnych lodiach v km/h. - ponor lode T: vzdialenosť medzi základnou rovinou a vodoryskou meraná v strede medzi zvislicami. Ponor nesmie byť väčší ani rovnaký ako je minimálna hĺbka vody na danej plavebnej ceste. Mohlo by sa poškodiť propulzné zariadenie alebo trup lode. - maximálna šírka : vzdialenosť medzi najkrajnejšími bodmi lode v priečnom smere meraná kolmo na osovú rovinu z vonkajšej strany obšívky resp. pevnej výstroje. Šírka lode musí byť prispôsobená limitujúcim rozmerom vodných ciest (plavebné komory). 30

- maximálna dĺžka : vzdialenosť medzi najkrajnejšími bodmi plavidla po dĺžke, vrátane pevnej výstroje. - výška plavidla : výška lode musí byť prispôsobená limitujúcim rozmerom vodných ciest (mosty, plavebné komory). -voľný bok f: zvislá vzdialenosť medzi rovinou vodorysky najväčšieho ponoru a rovnobežnou rovinou vedenou najnižším bodom okrajnice. - bezpečnostná vzdialenosť BV: zvislá vzdialenosť medzi rovinou vodorysky najväčšieho ponoru a rovnobežnou rovinou vedenou najnižším miestom lode, ktoré nie je možné považovať za vodotesné. Veľkosti voľného boku a bezpečnostnej vzdialenosti sú základným kritériami pre udelenie triedy plavidlu pre nasadenie do navigačnej oblasti. Hodnoty podľa plavebných oblastí a typov plavidiel sú limitované pravidlami klasifikačných organizácií alebo medzinárodných konvencií. 3.3 Zabezpečenie manévrovateľnosti a bezpečnosť plavby K zaisteniu bezpečnosti a plynulej plavebnej prevádzke na vodných cestách vydáva plavebná správa predpisy podľa ktorých by sa malo každé plavidlo riadiť. Kôli zvýšeniu bezpečnosti sa na vodných cestách používajú plaváky ktoré určujú plavebnú dráhu, signalné zariadenia, atď. Každá loď je vybavená vysielačkou, vďaka ktorej je možné hlásiť svoju polohu, určiť si stranu stretávania a predísť tak možným komplikáciam. K bezpečnosti vo veľkej miere prispieva aj radarové 31

vybavenie, ktoré umožnilo prevádzku aj pri zhoršených poveternostných podmienkach (tma, hmla, dážď), ako aj čoraz viac používané GPS. Na manévrovanie slúžia kormidlá, azimutálne propulzory a dokormidlovacie zariadenia. Dokormidlovacie zariadenia sa však môžu používať len pri obmedzenej rýchlosti. Kormidelné zariadenie umiestnene v kormovej častí lode, je ovládané hydraulicky, no v prípade poruchy je možne prejsť na núdzový režim, kedy je ovládanie mechanické. Každá loď je vybavená kotevným zariadením, ktoré môže pri spustení kotiev pomôcť predísť zrážke s prekážkou v prípade úplnej či čiastočnej neovládateľnosti lode. 4. Posúdenie možností propulzných usporiadaní, výkonové charakteristiký hlavných a pomocných motorov a dokormidlovacích zariadení. 4.1. Posúdenie možností propulzných usporiadaní Základom výberu a riešenia koncepcie riečnej kojutovej lode je účel a plavebné nasadenie. Trendy zväčšovania kapacity riečnych plavidiel majú svoje medze ale aj tak sú pre prepravcov atraktívnejšie a zaujímavejšie. Celkový trend vývoja je v súčasnosti podmienený návratnosťou investícií a maximálnou využiteľnosťou plavidla. Práve preto je najoptimálnejšie riešenie použiť azimutálne propulzorý, ktoré majú veľa výhod v porovnaní s inými propulzormi. V neposlednom rade je to flexibilita umiestnenia strojovne, optimalizácia priestorov. Tieto priestory môžu byť využité na inštaláciu pasažierských kabín, čo by dopomohlo návratnosti. 32

4.2. Výkonové charakteristiký hlavných motorov a dokormidlovacích zariadení. Najčastejším zdrojom pohonu vrtule na lodiach je spaľovací motor a takmer vo všetkých prípadoch je to vznetový motor. K riešeniu spolupráce vrtule s motorom je potrebné poznať výkonovú charakteristiku použitého motora. Grafické znázornenie otáčkovej charakteristiky motora je vo vzorovej zidealizovanej podobe na (Obr4.1). Tu je znázornená v pomerovom tvare otáčok a výkonu motora vzhľadom k nominálnym hodnotám. Motory do lodí sa vyberajú v tzv. ratingoch podľa prevádzkových podmienok. Ide o to, že pre ťažké podmienky budú musieť byť hraničné otáčky a výkon nižšie ako v prípade ľahkých režimov. V ľahkých režimoch, napríklad ak sa predpokladá beh motora v nominálnom výkone maximálne 2 hodiny denne, može sa v týchto prípadoch použiť vyšší výkon. Rozdelenie ratingov a ich charakteristiky udáva výrobca a podľa nich aj dodáva motory. 33

Obr. 4.1 Otáčková charakteristika prepĺňovaného motora Operačná oblasť motora je obmedzená maximálnymi otáčkami (limitované sú vo všeobecnosti mechanickou pevnosťou pohyblivých prvkov, opotrebením častí a ich životnosťou) a voľnobežnými otáčkami (limitované ešte stabilným behom motora). V niektorých prípadoch je možné nominálne otáčky 100% krátkodobo prekročiť približne do 120%. 34

Odoberaným výstupom motora je moment, ktorého hodnota je úmerna strednému efektívnemu tlaku (MEP Mean Effective Pressure) vo valcoch. Výkonová krivka má potom v závislosti od otáčok lineárny priebeh pre konštantnú hodnotu stredného tlaku. Konečné obmedzenie výkonu je dané v rozsahu prevádzkových otáčok v podstate štyrmi oblasťami : výkonnosťou turbodúchadla a dymivosťou, teplotou výfukových plynov, limitom tlakov vo valcoch a limitom otáčiek turba (Obr. 4.1) Reálnu otáčkovú charakteristiku lodného vznetového motora MTU 16V2000 M93 je vidieť na (Obr. 4.2). Motor má elektronický riadené vstrekovanie (Common rail) a trojstupňové preplňovanie. Výkonové obmedzenie je na hodnote 1790kW v rozsahu otáčok 2300 až 2400 min -1. Obr. 4.2 Otáčková charakteristika motora MTU16V2000 35

V grafe 4.1 je závislosť výkonu dokormidlovacieho zariadenia od dĺžky osobných kajutových riečnych lodí. Graf. 4.1 V grafe 4.2 je závislosť výkonu od dĺžky osobných kajutových riečnych lodí. Graf 4.2 36

5. Prehľad výberu dodávateľov propulzných a kormidlovacích zariadení. Mainzer Straße 99 D-56322 Spay/Rhine, Germany Tel.: (0 26 28) 61-0 Fax: (0 26 28) 61-3 00 E-Mail: info@schottel.de HRP Thruster Systems b.v., The Netherlands Zaag 27 P.O Box 2020 2930 AA Krimpen aan de Lek Holland 37

Van Voorden Foundry Visiting address: Bossekamp 6 5301 LZ Zaltbommel The Netherlands http://www.vanvoorden.nl ABB Oy Marine and Turbocharging P.O.Box 185 FIN-00381 Helsinki Finland Phone: +358 (0)10 2211 Fax: +358 (0)10 222 2350 Verhaar Omega PO Box 119 2340 AC Oegstgeest The Netherlands 38

6. Záver V súčasnosti sa ekologická prevádzka stáva stále pálčivejšou témou, čo možno vidieť v akomkoľvek odvetí. A nie len z toho to dôvodu je potrebná neustála inovácia strojných zariadení. Požiadavky spotrebiteľov na účinnosť, kompaktnosť, atď. stále narastajú. Vývoj propulzných zariadení ako aj vývoj lodných spaľovacích motorov ma určite perspektívu nakoľko lodná doprava je ešte stále najekonomickejšia. Narastajúci záujem o riečnu osobnú dopravu je evidentný, veď za posledné desaťročie došlo k exponenciálnemu nárastu počtu riečnych kajutových lodí. 39

7. Zoznam použitej literatúry: 1. P. Patek J. Tichý : Teória lode, STU Bratislava, 2006 2. [Online] http://www.side-power.com 3. [Online] http://www.vanvoorden.nl 4. [Online] http:// http://www.oegeg.at/index.php 5. [Online] http://www.voithturbo.com 6. [Online] http://www.rivercruiseadvisor.com/cruise-companies/ 7. [Online] http://www.stanmarine.com/hrp.html 8. [Online] http://www.weima.com 40