انواع سیستم های رانش در شناورها

چهار شنبه 21 آبان 1399 10 بازدید کننده گروه مطالب مفید دریایی

انواع سیستم های رانش در شناورها

تاکنون برای شناورها، سیستم‌های رانش متعددی پیش‌بینی شده است که هر یک در دوران خاصی به کار گرفته شده و پس از مدتی کنار گذاشته شده اند. رایج ترین نوع سیستم رانش همان پروانه می‌باشد که امروزه نیز به صورت تکامل یافته ای استفاده می شود. ظهور و افول انواع سیستم های رانش بر اساس معیارهای اصلی زیر انجام شده است:
1) بازدهی بیشتر: به گونه ای که بتوان با صرف کمترین انرژی ممکن، بیشترین نیروی پیشران دست یافت. در مصرف سوخت و انرژی از اولویت بالایی برخوردار است.
2) سادگی ساخت و تعمیر و نگهداری: دارای دشواری ساخت چندان زیادی نباشد و مهمتر از آن، تعمیر و نگهداری ساده‌ای داشته باشد به گونه ای که تعمیرات آن در کارگاه های مربوطه قابل انجام باشد و نیازی به فناوری سطح بالا نداشته باشد. سیستم رانش الکترومغناطیس مثال نقض این مورد است. هرچه انجام تعمیرات دشوارتر باشد یعنی هزینه بر و غیر اقتصادی تر است.
3) امکان جانمایی ساده در داخل شناور: دانش باید بتواند به راحتی در داخل بدنه شناور قرار گیرد نه اینکه شکل هیدرودینامیکی آن تغییر یابد. در واقع باید وزن و حجم قابل قبولی را اشغال کند. مثال نقض این مورد سیستم رانش توربین بخار می باشد.
4) ایجاد حداقل ارتعاش و سر و صدا: از آنجا که سیستم رانش کشتی ها دارای ابعاد بزرگی است، لذا می تواند باعث ایجاد سر و صدا و ارتعاشات زیادی بر بدنه کشتی شود که هم راحتی خدمه را مختل می‌کند و هم مشکلات سازه ای را به دنبال دارد. دیدن به یک سیستم رانش با حداقل ارتعاشات و سروصدا مطلوب است.

 

سیستم رانش چرخ پدالی:
پس از کشف سیستم تولید قدرت بخار، اولین سیستم‌های رانشی که روی شناورها نصب شد، این بخار بود که با سیستم چرخ پدالی باعث حرکت شناورها می‌شد. نمونه‌ای از این شناور را می‌توان در شکل ۱ ملاحظه کرد که توربین بزرگی در سمت چپ شناور قرار گرفته است.

 

نمای کلی داخل آن شبیه شکل ۲ می باشد که پدال های متصل به یک چرخ دوار بزرگ قرار گرفته اند  و با چرخش آن،  پدال ها سطح آب را قطع کرده و باعث پیشرانش می‌شوند. حرکت چرخش می‌تواند توسط منابع تولید قدرت بخار، الکتریکی یا موتورهای احتراقی انجام شود.

 

 نسل اولیه پدال ها، به صورت ثابت بر روی چرخ متصل می شدند و امکان تغییر زاویه نداشتند ولی در سیستم های چرخ پدالی جدیدتر، پدال ها با توجه به موقعیت قرارگیری در سیکل چرخش، تغییر زاویه می‌دادند. (شکل ۳)

 

این مورد باعث افزایش بازدهی این سیستم می شد. امروز از این نوع سیستم رانش به دلایل زیر، کمتر استفاده می شود:
1- بازدهی کم.                    2- به هم زدن شکل هیدرودینامیکی بدنه به دلیل این که توربین و روکش آن از یک طرف بدنه بیرون می زدند.
3- تحمیل وزن زیاد بر شناور: این سیستم رانش در گذشته، اغلب روی کشتی های مسافربری نصب می‌شد و در شرایطی که از سیستم رانش کمکی دیگری استفاده می شد، این سیستم به داخل بدن جمع می‌شد، از مزایای این سیستم می توان موارد زیر را نام برد:
1- کارکرد در جریان یکنواخت و همگن در فاصله مناسب از بدنه شناور
2- همه وجود کاویتاسیون و حداقل ارتعاشات
3- امکان چرخش به صورت برعکس و حرکت رو به عقب شناور

* پروانه های محور عمودی
این سیستم رانش از سال ۱۹۲۰ در یدکش ها و فری ها نصب شد و شامل مجموعه ای از پرده های عمودی روی یک صفحه دوار افقی بود (شکل ۴)

 

تعداد پره ها ۶ الی ۱۰ پره می تواند باشد و این پره های عمودی می توانند حول محور خود دوران کنند. تغییر زاویه این پره ها به گونه‌ای است که در هر لحظه از چرخش، بیشترین تراست( پیشرانه) را به جلو اعمال کند. (شکل ۵)
مطابق شکل ملاحظه می‌شود که تراست ایجاد شده در هر پره در راستای حرکت شناور است. چرخش صفحه دوار حول محور میانی آن انجام می‌شود ولی تغییر زاویه پره ها حول یک محور دیگر انجام می‌شود که دو حالت ممکن آن در شکل ۵ نشان داده شده است.
1) کریستین - بوئینگ
2) ویس - اشنایدر
تغییر زاویه پره نسبت به محیط دایره در هر دور گردش، ۱۸۰ درجه می باشد و برآیند کلیه نیروها در جهت حرکت است و در این بین ممکن است یک پره، در بخشی از گردش خود، تراست ایجاد نکند. سرعت سیال روی پره عبارت است از جمع سرعت پیشروی و سرعت دورانی.

سیستم رانش الکترومغناطیس
قانون فیزیکی معروف به دست راست بیان می کند که: اگر انگشت اشاره در جهت حرکت جریان و دست راست در راستای میدان مغناطیسی باشد، انگشت شست، نشان دهنده راستای نیروی وارد شده می باشد که عمود بر دو راستای قبلی است از همین مفهوم برای انجام پیشرانش در کشتی ها استفاده شد که شمای کلی سیستم آن را می توان در شکل ۶ ملاحظه کرد.

کشتی ژاپنی یاماتو در سال ۱۹۹۲، اولین کشتی بود که به این سیستم رانش مجهز شد. (شکل ۷)

 

 

سیستم رانش الکترومغناطیس بدون ارتعاش و سر و صدا و بدون کاویتاسیون می‌باشد.  این سیستم نیاز به یک میدان مغناطیسی شدید و سیم پیچ ابررسانا دارد که مقاومت صفر را تامین نماید هلیوم مایع در دمای۲\۴ کلوین استفاده می شد. برای محافظت از این کاهش دما از عایق بندی شدید استفاده میشود. مجموعه این عوامل باعث می‌شود سیستم رانش الکترومغناطیس یک سیستم با فناوری بالا و پرهزینه محسوب شود لذا امروزه کمتر از آن استفاده می شود.

رانش بادبانی
این سیستم رانش، اولین نوع سیستم رانشی بوده که بشر از آن استفاده کرده است و البته امروزه هم کاربردهای وسیعی دارد. شناورهای مجهز به این سیستم، دارای بادبان های بلندی هستند که با توجه به تغییر زاویه بادبانها، کشتی می تواند حتی در خلاف جهت باد نیز حرکت کند. امروز علت اصلی استفاده از بادبان، صرفه جویی در مصرف سوخت و انرژی است چرا که در هنگام وزش باد، از انرژی باد استفاده می‌شود و در مواقعی که باد نباشد، بادبان ها برای پرهیز از ایجاد مقاومت جمع میشوند. بنابراین امروزه بادبان ها یک سیستم رانش کمکی محسوب می‌شوند. به طور مثال کشتی ۱۶۰۰ تنی ژاپنی که در سال ۱۹۲۵ ساخته شده، با مساحت بادبان ۱۹۴ مترمربع و در سرعت باد ۱۰ گره توانست به سرعت ۵ گره برسد. به طور متوسط این بادبان ها باعث ۱۲ درصد صرفه جویی اقتصادی در مصرف سوخت این شناور شده اند. قایقهای بادبانی تفریحی و ورزشی نیز امروز بسیار رایج هستند.

 

 

سیستم رانش واترجت
سیستم رانش واترجت در گذشته در قایق های تفریحی استفاده می‌شد ولی امروزه در کشتی های تندرو نیز استفاده می شود. سیستم رانش واترجت از سه قسمت اصلی زیر مطابق شکل ۸ تشکیل شده است:
1) مدخل ورودی آب: این محل به صورت حفره ای در زیر بدنه شناور می باشد که وظیفه مکش آب از زیر بدنه را بر عهده دارد. قطر این ورودی بزرگتر از قطر خروجی( نازل) است.
2) پمپ و محرک آن: در داخل مدخل عبور آب یک پمپ یا سیستم توربین شکل قرار دارد که به وسیله یک محرک به حرکت در می آید. توربین می تواند یک روتور و استاتور ۳ الی ۷ پره ای باشد.
3) خروجی( نازل): خروجی آب از سیستم واترجت که دارای قطر کمتری از ورودی آب است را نازل می گویند. محل خروجی آب، در نزدیکی سطح آب است که البته محل ایده آل آن، بیرون از سطح آب می باشد که در واقعیت ممکن است امکان پذیر نباشد. تفاوت قطر ورودی و خروجی آب مطابق شکل ۹ باعث افزایش دبی آب وارد شده به پمپ می شود. همچنین اختلاف ارتفاع ورودی آب در زیر شناور و خروجی آب در سطح یا نزدیکی سطح آب باعث ایجاد اختلاف فشار مناسب در جهت افزایش سرعت خروجی آب می شود. در واقع اساس ایجاد پیشرانش( تراست) اختلاف مومنتوم یا همان ایجاد اختلاف سرعت است.

 

نمای دقیق تری از سیستم رانش واترجت را می توان در شکل ۱۰ ملاحظه کرد.

 

سیستم های رانش پروانه‌ای
در واقع با در نظر گیری شرایط مختلف کاری انواع شناورها و همچنین شرایط آب و هوایی، سیستم رانش پروانه‌ای بهترین گزینه برای شناور ها می باشد. البته جهت رسیدن به بازدهی و همچنین کارایی مناسب پروانه باید به موارد زیادی از جمله تعداد پره ها، اندازه پره ها، کاویتاسیون و ... توجه نمود، اما به طور کلی نظر گرفتن هزینه های ساخت و تعمیر، ارتعاش و سر و صدا و همچنین جانمایی در کشتی این سیستم از سایر سیستم های رانش مناسب تر می باشد.
سیستم رانش پروانه‌ای به دسته های مختلفی تقسیم می شود که در این مقاله فقط به بردن نام آنها بسنده خواهد شد در مقاله ای دیگر به طور مفصل بررسی می‌شوند.
1) پروانه های گام ثابت
2) پروانه های گام متغیر
3) پروانه های عکس چرخنده
4) پروانه های متداخل
5) پروانه گام آزاد
6) پروانه های هم محور
7) سیستم رانش آزیموت
8) پروانه های دارای غلاف
9) پروانه های سوپر کاویتاسیون

 


انواع سیستم های رانش در شناورهامرجع کامل آگهی های دریایی ، مارین مارکت11/11/2020تاکنون برای شناورها، سیستم‌های رانش متعددی پیش‌بینی شده است که هر یک در دوران خاصی به کار ... تاکنون برای شناورها، سیستم‌های رانش متعددی پیش‌بینی شده است که هر یک در دوران خاصی به کار گرفته شده و پس از مدتی کنار گذاشته شده اند. رایج ترین نوع سیستم رانش همان پروانه می‌باشد که امروزه نیز به صورت تکامل یافته ای استفاده می شود. ظهور و افول انواع سیستم های رانش بر اساس معیارهای اصلی زیر انجام شده است:1) بازدهی بیشتر: به گونه ای که بتوان با صرف کمترین انرژی ممکن، بیشترین نیروی پیشران دست یافت. در مصرف سوخت و انرژی از اولویت بالایی برخوردار است.2) سادگی ساخت و تعمیر و نگهداری: دارای دشواری ساخت چندان زیادی نباشد و مهمتر از آن، تعمیر و نگهداری ساده‌ای داشته باشد به گونه ای که تعمیرات آن در کارگاه های مربوطه قابل انجام باشد و نیازی به فناوری سطح بالا نداشته باشد. سیستم رانش الکترومغناطیس مثال نقض این مورد است. هرچه انجام تعمیرات دشوارتر باشد یعنی هزینه بر و غیر اقتصادی تر است.3) امکان جانمایی ساده در داخل شناور: دانش باید بتواند به راحتی در داخل بدنه شناور قرار گیرد نه اینکه شکل هیدرودینامیکی آن تغییر یابد. در واقع باید وزن و حجم قابل قبولی را اشغال کند. مثال نقض این مورد سیستم رانش توربین بخار می باشد.4) ایجاد حداقل ارتعاش و سر و صدا: از آنجا که سیستم رانش کشتی ها دارای ابعاد بزرگی است، لذا می تواند باعث ایجاد سر و صدا و ارتعاشات زیادی بر بدنه کشتی شود که هم راحتی خدمه را مختل می‌کند و هم مشکلات سازه ای را به دنبال دارد. دیدن به یک سیستم رانش با حداقل ارتعاشات و سروصدا مطلوب است. سیستم رانش چرخ پدالی: پس از کشف سیستم تولید قدرت بخار، اولین سیستم‌های رانشی که روی شناورها نصب شد، این بخار بود که با سیستم چرخ پدالی باعث حرکت شناورها می‌شد. نمونه‌ای از این شناور را می‌توان در شکل ۱ ملاحظه کرد که توربین بزرگی در سمت چپ شناور قرار گرفته است. نمای کلی داخل آن شبیه شکل ۲ می باشد که پدال های متصل به یک چرخ دوار بزرگ قرار گرفته اند  و با چرخش آن،  پدال ها سطح آب را قطع کرده و باعث پیشرانش می‌شوند. حرکت چرخش می‌تواند توسط منابع تولید قدرت بخار، الکتریکی یا موتورهای احتراقی انجام شود.  نسل اولیه پدال ها، به صورت ثابت بر روی چرخ متصل می شدند و امکان تغییر زاویه نداشتند ولی در سیستم های چرخ پدالی جدیدتر، پدال ها با توجه به موقعیت قرارگیری در سیکل چرخش، تغییر زاویه می‌دادند. (شکل ۳) این مورد باعث افزایش بازدهی این سیستم می شد. امروز از این نوع سیستم رانش به دلایل زیر، کمتر استفاده می شود:1- بازدهی کم.                    2- به هم زدن شکل هیدرودینامیکی بدنه به دلیل این که توربین و روکش آن از یک طرف بدنه بیرون می زدند.3- تحمیل وزن زیاد بر شناور: این سیستم رانش در گذشته، اغلب روی کشتی های مسافربری نصب می‌شد و در شرایطی که از سیستم رانش کمکی دیگری استفاده می شد، این سیستم به داخل بدن جمع می‌شد، از مزایای این سیستم می توان موارد زیر را نام برد:1- کارکرد در جریان یکنواخت و همگن در فاصله مناسب از بدنه شناور2- همه وجود کاویتاسیون و حداقل ارتعاشات3- امکان چرخش به صورت برعکس و حرکت رو به عقب شناور* پروانه های محور عمودی این سیستم رانش از سال ۱۹۲۰ در یدکش ها و فری ها نصب شد و شامل مجموعه ای از پرده های عمودی روی یک صفحه دوار افقی بود (شکل ۴) تعداد پره ها ۶ الی ۱۰ پره می تواند باشد و این پره های عمودی می توانند حول محور خود دوران کنند. تغییر زاویه این پره ها به گونه‌ای است که در هر لحظه از چرخش، بیشترین تراست( پیشرانه) را به جلو اعمال کند. (شکل ۵) مطابق شکل ملاحظه می‌شود که تراست ایجاد شده در هر پره در راستای حرکت شناور است. چرخش صفحه دوار حول محور میانی آن انجام می‌شود ولی تغییر زاویه پره ها حول یک محور دیگر انجام می‌شود که دو حالت ممکن آن در شکل ۵ نشان داده شده است.1) کریستین - بوئینگ2) ویس - اشنایدر تغییر زاویه پره نسبت به محیط دایره در هر دور گردش، ۱۸۰ درجه می باشد و برآیند کلیه نیروها در جهت حرکت است و در این بین ممکن است یک پره، در بخشی از گردش خود، تراست ایجاد نکند. سرعت سیال روی پره عبارت است از جمع سرعت پیشروی و سرعت دورانی.سیستم رانش الکترومغناطیس قانون فیزیکی معروف به دست راست بیان می کند که: اگر انگشت اشاره در جهت حرکت جریان و دست راست در راستای میدان مغناطیسی باشد، انگشت شست، نشان دهنده راستای نیروی وارد شده می باشد که عمود بر دو راستای قبلی است از همین مفهوم برای انجام پیشرانش در کشتی ها استفاده شد که شمای کلی سیستم آن را می توان در شکل ۶ ملاحظه کرد.کشتی ژاپنی یاماتو در سال ۱۹۹۲، اولین کشتی بود که به این سیستم رانش مجهز شد. (شکل ۷)  سیستم رانش الکترومغناطیس بدون ارتعاش و سر و صدا و بدون کاویتاسیون می‌باشد.  این سیستم نیاز به یک میدان مغناطیسی شدید و سیم پیچ ابررسانا دارد که مقاومت صفر را تامین نماید هلیوم مایع در دمای۲\۴ کلوین استفاده می شد. برای محافظت از این کاهش دما از عایق بندی شدید استفاده میشود. مجموعه این عوامل باعث می‌شود سیستم رانش الکترومغناطیس یک سیستم با فناوری بالا و پرهزینه محسوب شود لذا امروزه کمتر از آن استفاده می شود.رانش بادبانی این سیستم رانش، اولین نوع سیستم رانشی بوده که بشر از آن استفاده کرده است و البته امروزه هم کاربردهای وسیعی دارد. شناورهای مجهز به این سیستم، دارای بادبان های بلندی هستند که با توجه به تغییر زاویه بادبانها، کشتی می تواند حتی در خلاف جهت باد نیز حرکت کند. امروز علت اصلی استفاده از بادبان، صرفه جویی در مصرف سوخت و انرژی است چرا که در هنگام وزش باد، از انرژی باد استفاده می‌شود و در مواقعی که باد نباشد، بادبان ها برای پرهیز از ایجاد مقاومت جمع میشوند. بنابراین امروزه بادبان ها یک سیستم رانش کمکی محسوب می‌شوند. به طور مثال کشتی ۱۶۰۰ تنی ژاپنی که در سال ۱۹۲۵ ساخته شده، با مساحت بادبان ۱۹۴ مترمربع و در سرعت باد ۱۰ گره توانست به سرعت ۵ گره برسد. به طور متوسط این بادبان ها باعث ۱۲ درصد صرفه جویی اقتصادی در مصرف سوخت این شناور شده اند. قایقهای بادبانی تفریحی و ورزشی نیز امروز بسیار رایج هستند.  سیستم رانش واترجت سیستم رانش واترجت در گذشته در قایق های تفریحی استفاده می‌شد ولی امروزه در کشتی های تندرو نیز استفاده می شود. سیستم رانش واترجت از سه قسمت اصلی زیر مطابق شکل ۸ تشکیل شده است:1) مدخل ورودی آب: این محل به صورت حفره ای در زیر بدنه شناور می باشد که وظیفه مکش آب از زیر بدنه را بر عهده دارد. قطر این ورودی بزرگتر از قطر خروجی( نازل) است.2) پمپ و محرک آن: در داخل مدخل عبور آب یک پمپ یا سیستم توربین شکل قرار دارد که به وسیله یک محرک به حرکت در می آید. توربین می تواند یک روتور و استاتور ۳ الی ۷ پره ای باشد.3) خروجی( نازل): خروجی آب از سیستم واترجت که دارای قطر کمتری از ورودی آب است را نازل می گویند. محل خروجی آب، در نزدیکی سطح آب است که البته محل ایده آل آن، بیرون از سطح آب می باشد که در واقعیت ممکن است امکان پذیر نباشد. تفاوت قطر ورودی و خروجی آب مطابق شکل ۹ باعث افزایش دبی آب وارد شده به پمپ می شود. همچنین اختلاف ارتفاع ورودی آب در زیر شناور و خروجی آب در سطح یا نزدیکی سطح آب باعث ایجاد اختلاف فشار مناسب در جهت افزایش سرعت خروجی آب می شود. در واقع اساس ایجاد پیشرانش( تراست) اختلاف مومنتوم یا همان ایجاد اختلاف سرعت است. نمای دقیق تری از سیستم رانش واترجت را می توان در شکل ۱۰ ملاحظه کرد. سیستم های رانش پروانه‌ای در واقع با در نظر گیری شرایط مختلف کاری انواع شناورها و همچنین شرایط آب و هوایی، سیستم رانش پروانه‌ای بهترین گزینه برای شناور ها می باشد. البته جهت رسیدن به بازدهی و همچنین کارایی مناسب پروانه باید به موارد زیادی از جمله تعداد پره ها، اندازه پره ها، کاویتاسیون و ... توجه نمود، اما به طور کلی نظر گرفتن هزینه های ساخت و تعمیر، ارتعاش و سر و صدا و همچنین جانمایی در کشتی این سیستم از سایر سیستم های رانش مناسب تر می باشد. سیستم رانش پروانه‌ای به دسته های مختلفی تقسیم می شود که در این مقاله فقط به بردن نام آنها بسنده خواهد شد در مقاله ای دیگر به طور مفصل بررسی می‌شوند.1) پروانه های گام ثابت2) پروانه های گام متغیر3) پروانه های عکس چرخنده4) پروانه های متداخل5) پروانه گام آزاد6) پروانه های هم محور7) سیستم رانش آزیموت8) پروانه های دارای غلاف9) پروانه های سوپر کاویتاسیون 5.0

دسته بندی خبرها

محصول مورد نظر با موفقیت به سبد خرید شما اضافه گردید