Στο προηγούμενο τεύχος μας περιγράψαμε, σε γενικές γραμμές, ορισμένα χαρακτηριστικά και ιδιότητες των ελίκων που μας προσφέρουν οι κατασκευαστές των διαφόρων ναυτικών μηχανών, εξωλεμβίων, εσω-εξωλεμβίων και εσωλεμβίων. Η γνώση τους ίσως να μας βοηθήσει να διαλέξουμε ευκολότερα την πιο αποτελεσματική έλικα για το δικό μας σκάφος. Και αποτελεσματικότητα της έλικας μας σημαίνει πως η μηχανή μας θα ανταποκρίνεται με άνεση στις εντολές μας χωρίς να ταλαιπωρείται σε καμία φάση της λειτουργίας της και κυρίως να κάνει καλά τη δουλειά που της ζητάμε και χωρίς να καταναλώνει περισσότερο καύσιμο από αυτό που θα έπρεπε.
Είχαμε πει ότι τα βασικά μεγέθη τα οποία χαρακτηρίζουν όλες τις έλικες, κάθε τύπου είναι:
Η διάμετρος, το βήμα, ο αριθμός των πτερυγίων, η επιφάνεια των πτερυγίων και η έκταση της επιφάνειας τους.
Στα μεγέθη αυτά επανερχόμαστε σήμερα με περισσότερες λεπτομέρειες – περιλαμβάνοντας και μία μικρή ανακεφαλαίωση – για να δούμε πως διάφοροι συνδυασμοί τους συνδέονται με το βαθμό απόδοσης και την αποτελεσματικότητα τους.
Η Διάμετρος της έλικας, τα πτερύγια και η επιφάνεια.
Η βασική διάμετρος των ελίκων κάθε μηχανής καθορίζεται από την ιπποδύναμη της και από τις μέγιστες στροφές της έλικας, δηλαδή από τη ροπή της μηχανής στον ελικοφόρο άξονα.
Η βασική αυτή διάμετρος δεν έχει άμεση σχέση με το βήμα. Με την ίδια διάμετρο μπορούμε να έχουμε έλικες με διαφορετικό βήμα, όταν δεν μας απασχολούν ιδιαίτερα μικρές διαφορές στο βαθμό απόδοσης τους. Σε πολλές περιπτώσεις όμως έχουμε, είτε μικρές αποκλίσεις για να βελτιώσουμε το βαθμό απόδοσης της έλικας, είτε μεγάλες επειδή πρακτικοί ή τεχνικοί λόγοι το επιβάλλουν, έστω και αν χρειαστεί να χρησιμοποιήσουμε έλικα με πολύ χαμηλότερο βαθμό απόδοσης. Ας δούμε αυτές τις δύο σημαντικές περιπτώσεις:
1) Στις υψηλές ταχύτητες, που πετυχαίνουμε με μεγαλύτερο βήμα, η έλικα καταναλώνει πιο πολλή ενέργεια σε απώλειες από ότι σε χαμηλές ταχύτητες με μικρότερο βήμα. Η απώλεια είναι ανάλογη με τη διάμετρο και τις στροφές. Μία έλικα λοιπόν, με μεγάλο βήμα αλλά λίγο μικρότερη διάμετρο σε σχέση με τη βασική, θα έχει λιγότερες απώλειες, υψηλότερο βαθμό απόδοσης και θα είναι πιο αποτελεσματική.
Στις μικρές ταχύτητες όμως, πιο αποτελεσματική είναι μία έλικα με λίγο μεγαλύτερη διάμετρο.
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο στις σειρές των ελίκων των εξωλεμβίων και εσω-εξωλεμβίων μηχανών, οι έλικες με μικρότερο βήμα έχουν μεγαλύτερη διάμετρο και εκείνες με μεγαλύτερο βήμα έχουν μικρότερη διάμετρο.
Οι κανόνες αυτοί ισχύουν βέβαια και για τις εσωλέμβιες μηχανές με αξονικά συστήματα κάθε πλωτού, όπως μεγάλα γιότ, πλοία κλπ.
2) Σε σκάφη και πλοία με πολύ μεγάλες ιπποδυνάμεις, πολύ συχνά είναι εντελώς ανέφικτο να χρησιμοποιηθούν έλικες με κανονική διάμετρο. Δηλαδή, αυτή που έχει υπολογιστεί με βάση την ιπποδύναμη και τη σχέση μετάδοσης της μηχανής που αξιοποιεί καλύτερα τη διαθέσιμη ισχύ της μηχανής. Και αυτό γιατί δεν μπορούμε να αυξήσουμε όσο θέλουμε τις διαστάσεις και τον όγκο της ρεβέρσας, όταν πρόκειται για μία μεγάλη εξωλέμβια ή εσω-εξωλέμβια μηχανή, ή να υπερβούμε τη μέγιστη επιτρεπτή κλίση των ελικοφόρων αξόνων μίας μηχανής ενός μεγάλου γιότ ή πλοίου, μόνο και μόνο για να χωρέσει η έλικα. Επίσης, δεν είναι τεχνικά σωστό μία έλικα να βρίσκεται υπερβολικά εκτεθειμένη κάτω από τα ύφαλα ενός πλοίου λόγω των πολύ μεγάλων διαστάσεων της.
Περιορίζουμε λοιπόν τη διάμετρο στο ελάχιστο δυνατόν, αυξάνοντας ανάλογα το πλάτος ή/και τον αριθμό των πτερυγίων έτσι ώστε ή συνολική επιφάνεια της έλικας να αντιστοιχεί περίπου στην επιφάνεια που θα είχε μία τρίφτερη έλικα με την κανονική διάμετρο.
Η συνολική επιφάνεια των πτερυγίων μίας τέτοιας έλικας μπορεί να καλύπτει ακόμη και το 100% της επιφάνειας του κύκλου που διαγράφει η έλικα κατά την περιστροφή της. Μία τέτοια έλικα μπορεί να έχει τρία μόνο πτερύγια, ή περισσότερα και μέχρι επτά.
Έλικες με τρία πτερύγια και επιφάνεια 100% χρησιμοποιούνται συχνά σε ταχύπλοα σκάφη με μεγάλες ιπποδυνάμεις και ταχύτητες πάνω από 30 κόμβους, όπως είναι τα περιπολικά, τα υδροπτέρυγα, τα ταχύπλοα γιότ κλπ. Έλικες επτά πτερυγίων χρησιμοποιούνται πιο συχνά στα πλοία.
Σε ότι αφορά στον αριθμό των πτερυγίων πρέπει να πούμε και πάλι πως, όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός τους, τόσο χαμηλότερος είναι ο βαθμός απόδοσης μίας έλικας. Το ίδιο όμως συμβαίνει και με τη μεγάλη αύξηση της επιφάνειας σε σχέση με τη διάμετρο. Η χρήση αυτού του είδους των ελίκων αποτελεί συνήθως αναγκαίο κακό επειδή δεν υπάρχουν άλλες λύσεις.
Το βήμα της έλικας:
Το βήμα της έλικας είναι η απόσταση που μπορεί αυτή να διανύσει σε μία πλήρη περιστροφή της όταν “βιδώνει” στο νερό. Καθορίζεται από τη μέγιστη ταχύτητα που μπορεί να πετύχει ένα σκάφος με το συνολικό του βάρος (βάρος σκάφους και φορτία) με μία συγκεκριμένη μηχανή, όταν αυτή δουλεύει στο μέγιστο των στροφών της.
Μεγάλο βάρος σημαίνει μικρή ταχύτητα και απαιτεί μικρότερο βήμα ενώ, μικρότερο βάρος σημαίνει μεγαλύτερη ταχύτητα και απαιτεί μεγαλύτερο βήμα.
Με άλλα λόγια, το βήμα της έλικας αντικαθιστά κατά κάποιον τρόπο μία σχέση μετάδοσης της ρεβέρσας μας που δεν μπορούμε να έχουμε κάθε φορά που τα φορτία και οι ταχύτητες μας αλλάζουν σημαντικά. Στη θέση μίας αναγκαίας διαφορετικής μετάδοσης χρησιμοποιούμε απλώς μία έλικα με διαφορετικό βήμα. Βέβαια, θα είχαμε πολύ καλύτερα αποτελέσματα αν είχαμε ανάλογη μεταβολή στη σχέση μετάδοσης της ρεβέρσας μας αντί να χρησιμοποιούμε κάθε φορά έλικα με διαφορετικό βήμα. Και αυτό γιατί για μεγάλα φορτία και μέτριες ταχύτητες χρειαζόμαστε πιο αργή μετάδοση με την οποία θα έχουμε μεγαλύτερη ροπή στρέψεως, ενώ για μικρά φορτία και μεγάλες ταχύτητες χρειαζόμαστε ταχύτερη μετάδοση για να έχουμε πολλές στροφές, χωρίς να είναι απαραίτητη η μεγάλη ροπή. Αυτές τις αλλαγές ροπής δεν προσφέρει η έλικα με την αλλαγή βήματος. Με την αλλαγή βήματος, για τις ίδιες στροφές της μηχανής, αλλάζει απλώς η ταχύτητα. Ας δούμε πόσο, κάτι που είναι χρήσιμο να γνωρίζουμε γιατί μας βοηθάει στην επιλογή της έλικας μας.
Μία έλικα με 18 ίντσες βήμα που θα γύριζε στις 2800 στροφές το λεπτό – στροφές μηχανής 5600 και σχέση μετάδοσης 2:1, χαρακτηριστικά συνηθισμένα σε εξωλέμβιες – μας δίνει μία θεωρητική ταχύτητα (2800 Χ 18) / 1215 = 41,48 κόμβους. Αν μειώσουμε το βήμα κατά μία ίντσα και το κάνουμε 17, τότε θα έχουμε (2800 Χ 17) / 1215 = 39,18 κόμβους. Η διαφορά μας είναι 2,3 κόμβοι ανά ίντσα διαφοράς βήματος. Μπορούμε βέβαια να κάνουμε και απευθείας τον υπολογισμό με τη διαφορά του βήματος και θα έχουμε: (2800 Χ 1) / 1215 = 2,3 κόμβοι, ότι υπολογίσαμε και προηγουμένως. Η πραγματική διαφορά ταχύτητας μας θα είναι βέβαια κατά κάποιο ποσοστό μικρότερη, περίπου 15%, γιατί πρέπει να αφαιρέσουμε την ολίσθηση και θα έχουμε: 2,3-15% = 1,95 κόμβοι.
Πόσο όμως αλλάζουν οι στροφές της μηχανής μας προς τα πάνω ή προς τα κάτω, σε σχέση με την αυξομείωση του βήματος; Καλό είναι να το γνωρίζουμε και αυτό για να μπορούμε να επιλέξουμε μία έλικα με μικρότερο ή μεγαλύτερο βήμα ώστε να φέρουμε τις στροφές της μηχανής μας μέσα στα κανονικά όρια που απαιτούν οι προδιαγραφές.
Για κάθε 1 ίντσα μεταβολής βήματος, οι στροφές της μηχανής αυξάνονται ή μειώνονται από 150 μέχρι 200, ανάλογα και με τη σχέση μετάδοσης.
Η σχέση βήματος, διαμέτρου και στροφών:
Όπως είδαμε μέχρι τώρα, η διάμετρος μίας έλικας εξαρτάται κυρίως από την ιπποδύναμη και τις στροφές της μηχανής, ενώ το βήμα εξαρτάται από το φορτίο και την ταχύτητα με την οποία μπορούμε να το μεταφέρουμε.
Θεωρητικά, δεν υπάρχει άμεση σχέση διαμέτρου και βήματος. Αλλάζοντας το φορτίο πρέπει να αλλάξουμε βήμα χωρίς αυτό να σημαίνει πως πρέπει να υπάρχει οπωσδήποτε και αλλαγή της διαμέτρου, ή έστω μεγάλη αλλαγή.
Πρακτικά όμως έχει αποδειχθεί ότι ορισμένες αναλογίες στη σχέση αυτών των δύο μεγεθών προσφέρει υψηλότερο βαθμό απόδοσης από κάποιες άλλες.
Πρόκειται για το λόγο P/D, του βήματος προς τη διάμετρο. Όταν ο λόγος αυτός σε μία έλικα έχει τιμή μεταξύ 1,1 και 1,6 έχουμε την καλύτερη δυνατή απόδοση, με υψηλότερη αυτή της σχέσης Ρ/ D = 1,6. Κάτω και πάνω από τα όρια αυτά, και κυρίως όταν η τιμή είναι κάτω από τη μονάδα, η απόδοση είναι χαμηλότερη.
Ας δούμε τώρα ποιά είναι για εμάς η πρακτική σημασία αυτών των σχέσεων.
Στους πίνακες ελίκων κάποιας εξωλέμβιας μηχανής 150 ίππων στις 5600 στροφές, αυτή η μηχανή προσφέρεται με σχέσεις μετάδοσης 1,87:1 ή 2:1. Ποιά από τις δύο αυτές σχέσεις θα είναι προτιμότερη;
— Εάν το σκάφος μας είναι π.χ. 800 κιλά, έχει τη δυνατότητα αρκετά μεγάλης ταχύτητας και η σχέση 1,87:1 είναι προτιμότερη αφού χρειαζόμαστε πολλές στροφές στην έλικα. Μία έλικα με διάμετρο περίπου 15″ και βήμα 19″ θα ήταν η πιο κατάλληλη, γιατί θα είχε αρκετά υψηλό βαθμό απόδοσης αφού η σχέση βήματος/διαμέτρου θα είναι 19″/15″ = 1,27 και θα απέδιδε μία ταχύτητα γύρω στους 43 κόμβους.
— Εάν το σκάφος ζύγιζε 2000 κιλά και επιλέγαμε τη σχέση μετάδοσης 1,87:1, θα έπρεπε να χρησιμοποιήσουμε μία έλικα με διάμετρο 15,75″ ( 15 3/4″) και βήμα 15″ που έχει πιο χαμηλό βαθμό απόδοσης αφού ο λόγος βήματος/διαμέτρου είναι 15″/15,75″ = 0,95. Η ταχύτητα μας στην περίπτωση αυτή θα ήταν 26 κόμβοι.
Αντίθετα, αν επιλέγαμε τη σχέση μετάδοσης 2:1, η κατάλληλη έλικα θα είχε διάμετρο 15,5″ (15 1/2″) και βήμα 17″ που έχει υψηλότερο βαθμό απόδοσης από την προηγούμενη αφού θα είχαμε τη σχέση 17″/15,5″= 1,1. Η ταχύτητα μας εδώ θα ήταν 28 κόμβοι και η επίδοση μας θα ήταν καλύτερη κατά 2 κόμβους η 7,7%, διαφορά αρκετά σημαντική και οφείλεται σε δύο λόγους:
1) Με την πιο αργή σχέση μετάδοσης έχουμε μεγαλύτερη ροπή στην έλικα, που μας είναι απαραίτητη όταν τα φορτία που πρέπει να κινήσει η μηχανή μας είναι μεγάλα.
2) Η πιο αργή μετάδοση με μεγαλύτερη ροπή μας επιτρέπει να χρησιμοποιήσουμε έλικα με μεγαλύτερο βήμα και να περάσουμε σε μία σχέση βήματος/διαμέτρου με υψηλότερο βαθμό απόδοσης.
Τα παραπάνω παραδείγματα βέβαια αναφέρονται σε εξωλέμβιες αφορούν όμως και στις εσω-εξωλέμβιες και τις εσωλέμβιες μηχανές με την ανάλογη προσαρμογή σε σχέση με τις ιπποδυνάμεις, τη σχέση μετάδοσης, τις στροφές, τα βάρη κλπ.
Το θέμα των ελίκων αποτελεί ένα τεράστιο και πολύ σημαντικό κεφάλαιο στον ναυτικό τομέα που δεν εξαντλείται σε ένα ή δύο άρθρα, χωρίς να διακινδυνεύσει κανείς να δημιουργήσει επιπλέον σύγχυση, πέρα από αυτή που ήδη υπάρχει σε πολλούς που προβληματίζονται για το ποιά είναι η πιο αποτελεσματική έλικα που πρέπει να επιλέξουν για το σκάφος τους ή εάν αυτή που ήδη χρησιμοποιούν είναι η πιο κατάλληλη.
Για αυτό θα επανέλθουμε και στο επόμενο τεύχος μας με πολύ περισσότερες λεπτομέρειες και κυρίως με πρακτικές προτάσεις που θα διαλύσουν κάθε πιθανή σύγχυση και θα βοηθήσουν στην επιλογή αυτή.
Προς το παρόν αρκούμαστε να δώσουμε μία πρώτη αλλά ουσιαστικής σημασίας συμβουλή:
— Όποια και αν είναι η έλικα μας, σωστή ή λάθος ως προς τον τύπο της και ανεξάρτητα από τον τρόπο εγκατάστασης της μηχανής, πρέπει με την έλικα αυτή η μηχανή μας να φτάνει στο ανώτατο όριο των στροφών της, όταν τις ζητήσουμε, με το συνηθισμένο μας φορτίο.
Η χρήση μίας έλικας με την οποία η μηχανή στο φουλ της λειτουργεί στο κατώτερο όριο των στροφών των προδιαγραφών της – που είναι επιτρεπτό και καμιά φορά συνιστάται για ένα μικρό κέρδος σε ταχύτητα με μεγαλύτερο βήμα έλικας – ελάχιστα προσφέρει στη γενικότερη χρήση του σκάφους μας και πολύ πιο συχνά δημιουργεί σοβαρά προβλήματα.
Απόλλων Αρτέμης
