Dzenskrūve (original) (raw)

Tirdzniecības kuģa labā soļa dzenskrūve, kura, kuģim ejot uz priekšu, rotē pulksteņa rādītāja kustības virzienā. Vīrieša roka ir atspiesta pret lāpstas izejošo šķautni

Bombardier Q400 turbopropelleru dzinēja Pratt & Whitney Canada PW100 propelleris

Dzenskrūve (lidaparātos saukta par propelleru) ir ierīce ar rotējošu rumbu un no tās izvirzītām lāpstām, kuras pagrieztas ap savu asi tā, lai veidotu noteiktu soli, kurš ir attālums, kuru dzenskrūve teorētiski veiktu vienā pilnā apgriezienā, ja tā kustētos cietā vidē bez slīdēšanas. Rotācijas laikā dzenskrūve paātrina tādu plūstošu vidi kā ūdens vai gaiss radot lineāro vilci.[1] Dzenskrūves tiek izmantotas, lai sūknētu plūstošu vielu pa caurulēm vai kanāliem, kā arī, lai radītu vilci, kura dzen laivu caur ūdeni vai lidaparātu caur gaisu.

Lāpstu forma izvēlēta tāda, lai to rotācijas kustība caur plūstošajai vielai radītu spiediena starpību starp abām lāpstas virsmām. Tā lāpstas virsma, kas vērsta uz kuģa pakaļgalu, spiež ūdeni atpakaļ un pie šīs virsmas veidojas paaugstināts spiediens. Otra lāpstas virsma, kura vērsta uz kuģa priekšgalu, ūdeni iesūc, tur plūsma paātrinās veidojot zemāku spiedienu. Atbilstoši Bernulli likumam, uz šķidrumu, lāpstas aizmugurējās virsmas tuvumā, iedarbojas spēks, kas paātrina ūdens plūsmu. Savukārt uz lāpstu iedarbojas pretspēks - tā saņem vilci.[2] Lielākā daļa kuģu dzenskrūvju ir aprīkotas ar spirālveida lāpstām, kas ir savērptas un veido skrūves vītnei līdzīgu formu ap savu garenasi. Lāpstas pievienotas rumbai, kura, savukārt, nostiprināta gandrīz horizontālas rotācijas ass dzenvārpstas galā.[3]

Kuģu dzenskrūves var iedalīt fiksētā soļa (fixed pitch (FPP)) un mainīgā soļa (controllable pitch (CPP)) dzenskrūvēs. Dzenskrūves atšķiras ne tikai ar lāpstu skaitu, bet arī ar materiālu no kāda tās izgatavotas. Daudzas ir izgatavotas no tādiem bronzas sakausējumiem kā mangāna bronza vai vara - niķeļa - alumīnija bronza. Pēdējo lieto īpaši bieži. Izmanto arī citus vara sakausējumus, jo tiem piemīt augsta izturība un plastiskums. Kopš 1950. gadiem izmanto augstākas izturības niķeļa - alumīnija bronzu. Pēdējā laikā dzenskrūves izgatavo no nerūsējošā tērauda, īpaši tad, ja kuģiem paredzēts strādāt arktiskos apstākļos.

Dzenskrūvēm ir vairākas lāpstas un modernajām dzenskrūvēm var būt līdz pat septiņām lāpstām. Lāpstu skaita izvēle ir saistīta ar vibrāciju ietekmi. Lielāks lāpstu skaits šķietami samazina vibrācijas ierosinošos spēkus dzenskrūves rajonā. Lāpstu minimālo biezumu nosaka klasifikācijas sabiedrību noteikumi.

Ir noticis daudz pētījumu, lai no mūsdienu piedziņas sistēmām, izmantojot optimālas formas lāpstas, iegūtu maksimāli iespējamo jaudu. Ražotāji orientējas uz dzenskrūves izturību un uzticamību, bet kuģu kapteiņi un īpašnieki uz efektivitāti un atsevišķu eksemplāru ekspluatācijas aspektiem. Tāpat par priekšrocību tiek uzskatīts tas, ka izgatavošanas materiālu var metināt. Tad, bojājuma gadījumā, dzenskrūvi ir iespējams saremontēt.

Dzenskrūve ir cieši saistīta ar kuģa galveno piedziņas sistēmu un vairums izgatavotāju piegādā dzenskrūvi kopā ar dzenvārpstu, gultņiem un blīvslēgiem, bieži sadarbībā ar dzinēju ražotājiem. Kā daļa no integrētās piedziņas sistēmas (integrated propulsion package (IPP)) tās var tikt uzstādītas kopā ar skrūves kolonnām (azipod thruster) vai ūdensmetējiem atkarībā no kuģa izmēriem un tipa.

Dzenskrūves tiek projektētas, lai nodrošinātu maksimālu dzinēja izmantošanas efektivitāti pie paša ekonomiskākā degvielas patēriņa. Tomēr arī pati dzenskrūve rada pretestību un kā blakusefektu šķērsvirziena vilci. Uz lāpstu ieejošās šķautnes veidojas lielāka vai mazāka kavitācija. Tā pastāvīgi samazina dzenskrūvju efektivitāti un izraisa tādus blakusefektus kā palielinātu vibrāciju un troksni.

Dzenskrūves rotācija kombinācijā ar kavitāciju rada virpuli lāpstu galu tuvumā. Šis virpulis ietekmē slīdes vērtību un attiecīgi arī kuģa ātrumu. Kavitācija var radīt arī iedobumu koroziju, kura samazina dzenskrūves veiktspēju.

Lāpstiņu dzineklis

Diska laukums tiek definēts kā riņķa, kurš iet caur lāpstu galiem, laukums un to atrod ar formulu:

π D 2 4 {\displaystyle {\frac {\pi D^{2}}{4}}} {\displaystyle {\frac {\pi D^{2}}{4}}},

kur D - dzenskrūves diametrs.

Vispār, jo lielāks dzenskrūves diametrs, jo lielāka tā efektivitāte. Tādēļ, projektējot korpusa formu, cenšas paredzēt praktiski lielāko dzenskrūvi, kura tajā pašā laikā nodrošina pieņemamu attālumu no kuģa ķīļa. Parasti attālums ir starp 15 un 30 cm neatkarīgi no tā vai kuģim ir pakaļvadņa pēda vai nav. Pienācīgam attālumam jābūt arī starp dzenskrūvi un pārējām kuģa korpusa daļām, jo šādam attālumam ir tendence samazināt kuģa pakaļgala vibrāciju. Ja izmanto divas dzenskrūves ar dzenvārpstas balsteņiem, attālumi no lāpstu galiem līdz korpusam var atšķirties, bet parasti tie ir robežās no 0,2D līdz 0,4D.

Mūsdienās izmanto daudzas un dažādas dzenskrūves sistēmas. Vēl joprojām labā soļa fiksētu lāpstu dzenskrūve ir izplatīta, bet mainīgā soļa dzenskrūvju, pretēji rotējošu dzenskrūvju, daudzlāpstu dzenskrūvju sistēmu, dzenskrūvju komplektu, poda tipa piedziņas iekārtu, vadaptveru un skrūves kolonnu attīstība ir panākusi to, ka šīs dzenskrūves ieņem stabilu tirgus daļu tirdzniecības un kara kuģu būvē. Izmanto arī aktīvās stūres ar pievienotu dzenskrūvi. Lāpstiņu dzineklis (Voith Schneider Propeller (VSP)) ir attīstījies kopā ar lāpstiņu stūri (Voith Cycloidal Rudder) strādājot ar cikloidālo piedziņu.

Dzenskrūves slīpums ir attālums pie lāpstas gala starp ģenerējošo līniju un perpendikulu pret dzenskrūves asi, kas krustojas ar ģenerējošo līniju pie dzenskrūves ass. Ģenerējošā līnija ir līnija, kas raksturo lāpstas virsmas formu un novietojumu telpā, tai kustoties vai rotējot šajā telpā. Dzenskrūves slīpuma leņķis ir leņķis, kurš izmērīts starp plakni, kura perpendikulāra dzenvārpstas rotācijas asij, un ģenerējošās līnijas tangenti noteiktā attālumā pa dzenskrūves rādiusu.[4]

Fiksētā soļa dzenskrūve, kuģim pārvietojoties caur ūdeni, ir pakļauta pretestībai un slīdei. Parasti, būdama izgatavota no atšķirīga materiāla nekā kuģa korpusa tērauds, tā ir pakļauta parastajai un iedobumu korozijai, kas, vairumā gadījumu, liek uzstādīt upurējamos anodus dzenskrūves un stūres kompleksa tuvumā. Arī šie anodi var radīt papildus pretestību kustībai.

Ja tiek bojāta viena no dzenskrūves lāpstām, var būt nepieciešams nomainīt visu dzenskrūvi (ja vien dzenskrūves izgatavošanas materiāls nav metināms). Dzenskrūves nomaiņa ir dārga un parasti ir nepieciešama kuģa ievietošana sausajā dokā.[5]

Pagriežama skrūves kolonna sausajā dokā. Šāda dzenskrūve var nodrošināt ne tikai kustību uz priekšu un atpakaļ, bet arī tikt izmantota kā daudzpusīga piestūrēšanas ierīce, jo to var grozīt ap vertikālo asi 360° leņķī

Dzenskrūves ar vadaptverēm pie lieliem ātrumiem strādā ar samazinātu slīdi, bet pie maziem ātrumiem, paaugstinātas slodzes apstākļos, var strādāt ar palielinātu slīdi. Tāpat vadaptveres iekšpusē un lāpstu galos, kavitācijas un tās radītā virpuļa dēļ, veidojas erozija. Vadaptvere pati par sevi aizsargā dzenskrūvi no peldošiem atkritumiem, kuri varētu skart dzenskrūves lāpstas.

Šādas dzenskrūves plaši izmanto priekšgala piestūrēšanas ierīcēs, pakaļgala piestūrēšanas ierīcēs, kuras ievietotas skegā,[6] un skrūves kolonnās. Laika gaitā vadaptveres tiek pakļautas bojājumiem un korozijai.[7]

Mainīgā soļa dzenskrūve

Mainīgā soļa dzenskrūvju uzstādīšana ir dārgāka nekā fiksētā soļa dzenskrūvju uzstādīšana, īpaši, ja to dara pēc kuģa uzbūvēšanas. Tām ir nepieciešama biežāka un apjomīgāka apkope, tomēr mainīgā soļa dzenskrūvēm piemīt izteiktas priekšrocības salīdzinot ar fiksētā soļa dzenskrūvēm.

Ja lāpsta tiek bojāta, to var salīdzinoši ātri noņemt un nomainīt ar rezerves lāpstu (parasti esošu uz kuģa). Nav nepieciešams nomainīt visu dzenskrūvi. Mainīgā soļa dzenskrūve samazina kopējās izmaksas, jo ar pastāvīgu ātrumu rotējošu dzenvārpstu var izmantot dzenvārpstas ģeneratoru piedziņai, tādējādi padarot liekus palīgdzinēju darbinātos ģeneratorus. Atsevišķiem palīgdzinējiem nepieciešama dārgāka, augstākas kvalitātes degviela, kāda nepieciešama kuģiem, kuri apgādāti ar fiksētā soļa dzenskrūvi.

Mainīgā soļa dzenskrūvju priekšrocība salīdzinot ar fiksētā soļa dzenskrūvēm, raugoties no kuģu vadītāju redzespunkta, ir momentāla manevrēšanas iespēja no tiltiņa bez vajadzības ziņot mašīntelpai, lai iegūtu iespēju manevrēt ar gaitu.

Tomēr mainīgā soļa dzenskrūves tāpat rada pretestību, īpaši pie nulles soļa vērtības un tās tāpat ir pakļautas līdzīgai korozijai kā fiksētā soļa dzenskrūves, to pašu iemeslu dēļ. Parasti tām piemīt samazināta slīde.

Lai arī pastāv daudzi mainīgā soļa dzenskrūvju ražotāji, vairums no tiem pieturas pie vienas, pamata konstrukcijas, kur viena vārpsta ir ievietota otrā. Pie ārējās, galvenās, rotējošās vārpstas pievienotas lāpstas. Bet iekšējā vārpsta, kuru var pārvietot virzienā uz priekšu un atpakaļ pa kopējo dzenvārpstas rotācijas asi, maina soļa vērtību izmainot lāpstu leņķi.

Iekšējā vārpsta tiek pārvietota virzienā uz priekšu un atpakaļ ar hidraulikas palīdzību, bet tās aizmugurējais gals ir pievienots zirneklim. Atsevišķo lāpstu saites vienā galā ir pievienotas zirneklim, bet otrā galā pie katras lāpstas apaļās pamatnes malas. Tiklīdz iekšējā vārpsta tiek pārvietota uz priekšu vai atpakaļ, lāpstas tiek pagrieztas par noteiktu soļa leņķi.

Uz iekšējās vārpstas priekšgalu iedarbojas līdzīgi kā uz virzuli, izraisot vārpstas taisnvirziena kustību. Attālums, par kādu iekšējā vārpsta tiek pārbīdīta, ir tieši saistīts ar iegūstamo soļa vērtību (jeb kuģa vadītājam nepieciešamo ātrumu). Tipiskai tiltiņa vadības konsolei divām mainīgā soļa dzenskrūvēm, būs divi vadības rokturi. Kad rokturi tiek pabīdīti uz priekšu, arī virzulis tiek pabīdīts un lāpstas pagriežas, lai izveidotos pozitīvs solis. Kad vadības rokturi tiek pavilkti atpakaļ, spiediens uz virzuli tiek uzlikts pretējā virzienā izveidojot negatīvu soli. Kuģis sāks iet atpakaļgaitā.

Kad vadības rokturi ir neitrālā stāvoklī uz nulles soļa vērtības, vārpsta turpina rotēt, bet lāpstām solis nav ne uz priekšu, ne aizmuguri. Tādējādi kuģis paliek uz vietas bez vajadzības apturēt un atkal palaist dzinējus. Sistēmu darbā jāizmanto uzmanīgi, jo tā var radīt lienošu efektu, stāvokli, kurā kuģa vadītājs domā, ka solis ir nulle, bet īstenībā ir palikusi nepamanīta un atstāta neliela soļa vērtība. Īpaši bīstami tas ir kuģim atrodoties pie piestātnes pietauvotam ar automātiskajām pietauvošanās vinčām, jo tad kuģis netīšām pats sevi var pārvilkt uz priekšu vai aizmuguri. Lai novērstu šādus gadījumus, vadības rokturi bieži apgādāti ar fiksējošo uzmavu soļa vērtības nulles punktā, kas garantē, ka lāpstas tiešām atrodas nulles soļa pozīcijā.

Mainīgā soļa dzenskrūves priekšrocības jau tika minētas: pie nemainīga dzenvārpstas rotācijas ātruma ir iespējams izmantot dzenvārpstas ģeneratorus ietaupot uz palīgdzinēju degvielas rēķina, daudz efektīvāka nepastarpinātā manevrēšanas iespēja ar gaitu un bojātās lāpstas var viegli nomainīt. Kā papildus priekšrocību var minēt to, ka kuģi var apturēt neapstādinot dzinēju. Lai palaistu dzinēju, nepieciešams mazāks gaisa daudzums. Tas nozīmē, ka nepieciešams mazāks saspiesta gaisa apjoms, samazinot svaru un aizņemto vietu, kuru var izmantot lietderīgās kravas pārvadāšanai.

Kopumā mainīgā soļa dzenskrūvēm ir ievērojamas priekšrocības salīdzinot ar fiksētā soļa dzenskrūvēm, ļaujot dažiem kuģiem iztikt bez dārgu velkoņu izmantošanas ienākot un izejot no ostas. Galvenais trūkums ir sākotnējās šādas sistēmas uzstādīšanas izmaksas un tās apkopes nepieciešamība.

Mainīgā soļa dzenskrūvē, visas lāpstas ir atsevišķas un neatkarīgi nostiprinātas pie dzenskrūves rumbas, kura, savukārt, nostiprināta uz dzenvārpstas. Šīs lāpstas ir pieskrūvētas pie rumbas pieguļošajām virsmām (pieguļošo virsmu skaits vienāds ar lāpstu skaitu). Kad katra lāpsta ir pieskrūvēta savā vietā, bultskrūvju galvas savās vietās tiek nostiprinātas uzmetinot metāla stīpu. Tādējādi tiek novērsta to patvaļīga atskrūvēšanās.

Viena no daudzām mainīgā soļa dzenskrūvju priekšrocībām ir tāda, ka lāpstas bojājuma gadījumā, to var viegli noņemt ar kuģa mehāniķu spēkiem un aizvietot ar rezerves lāpstu (kāda parasti atrodas uz kuģa).[8]

Tās ir divas tandēmā izvietotas dzenskrūves uz koaksiālām dzenvārpstām, kuras rotē pretējos virzienos. Šāds dzenskrūvju izvietojums nodrošina augstāku to izmantošanas efektivitāti.[9]

Dzenskrūves soļa iespaids. Labā soļa dzenskrūve strādājot atpakaļgaitā vai kreisā soļa dzenskrūve strādājot uz priekšu.

Kuģus var apgādāt ar labā soļa vai kreisā soļa dzenskrūvēm, bet parasti kuģus apgādā ar fiksēta labā soļa dzenskrūvēm. Soli nosaka skatoties uz dzenskrūvi no kuģa aizmugures. Ja, kuģim ejot uz priekšu, dzenskrūve rotē pulksteņa rādītāja kustības virzienā, saka, ka kuģis apgādāts ar labā soļa dzenskrūvi. Un otrādi, ja kuģim ejot uz priekšu, dzenskrūve rotē pretēji pulksteņa rādītāja kustības virzienam, saka, ka kuģis apgādāts ar kreisā soļa dzenskrūvi.

Ar vienu dzenskrūvi apgādāti kuģi, tās rotācijas rezultātā, novirzās no kursa. Šī efekta iespaids uz kuģa kursu pastiprinās samazinoties kuģa ātrumam un īpaši spēcīgs tas ir kuģim pārvietojoties atpakaļgaitā. Dzenskrūves soļa iespaids var tikt skaidrots dažādi. Dažkārt to sauc par dzenrata iespaidu un kuģa pakaļgala novirzes virziens sakrīt ar tāda kuģa kustības virzienu, kurš apgādāts ar dzenratu novietotu apskatāmās dzenskrūves plaknē un griežas tajā pašā virzienā. Cits skaidrojums saistīts ar to, ka, dzenskrūvei rotējot, tā iesūc ūdeni no viena borta puses, pazeminot ūdens līmeni tajā, un izmet ūdeni pret korpusa zemūdens daļu otra borta pusē. Korpusa zemūdens daļa novirza dzenskrūves izmesto ūdeni uz augšpusi, paaugstinot ūdens līmeni otrā borta pusē. Tā kā rodas starpība ūdens līmeņos abās borta pusēs kuģa pakaļgalā, tas pārvietojas virzienā no paaugstinātā ūdens līmeņa puses uz pazeminātā ūdens līmeņa pusi.

Labā soļa dzenskrūve strādājot atpakaļgaitā griežas pretēji pulksteņa rādītāja kustības virzienam skatoties no kuģa pakaļgala. Kuģa pakaļgals pārvietojas uz kreisā borta pusi un attiecīgi kuģa priekšgals uz labā borta pusi.

Dzenskrūves parasti nostiprina uz konusa veida dzenvārpstas gala. Gan uz dzenskrūves, gan dzenvārpstas izveidotas ierievja rievas, kurās ievieto ierievi, lai nepieļautu, ka dzenskrūve slīd apkārt dzenvārpstai. Pēc tam dzenskrūvi pievelk pie dzenvārpstas gala ar uzgriezni. Ar bloķējošo plāksni novērš uzgriežņa atskrūvēšanos. Ja dzenskrūve ir labā soļa, tad uzgrieznim ir kreisā vītne, lai novērstu tā tendenci atskrūvēties dzenvārpstai rotējot. Kreisā soļa dzenskrūvju uzgrieznim ir labā vītne.[10]

Alternatīva nostiprināšanas metode ir izmantojot Pilgrim uzgriezni. Šādā gadījumā dzenvārpstai aiz konusa veida posma, uz kura nostiprina dzenskrūvi, ir vītne. Uz vītnes uzskrūvē Pilgrim uzgriezni, kura, pret dzenskrūvi pavērstajā virsmā, ir grope. Gropē ievietots dobs nitrila gumijas gredzens, kurš nosegts ar slodzes gredzenu. Nitrila gredzenā iesūknē eļlu zem spiediena, tas izplešas un spiež slodzes gredzenu pret dzenskrūvi to uzstumjot uz dzenvārpstas tik cieši, ka ierievis vairs nav nepieciešams. Dzenskrūves uzpresēšanas spēks novērš tās slīdēšanu ap dzenvārpstu.[11]

Dzenskrūves noņemšanu veic diezgan regulāri un katru reizi kuģim atrodoties sausajā dokā. Vispirms dzenskrūves svaru pārnes uz ķēžu blokiem. Pēc tam noņem dzenskrūves rumbas vāku un lielo uzgriezni ar visām bloķējošajām plāksnēm.

Dzenskrūvi lēnām bīda atpakaļ nost no dzenvārpstas gala. Operācijas pabeigšanai var būt nepieciešams pie korpusa uz laiku piemetināt piekares ausis uz pakaļgalu un uz augšu no pašas dzenskrūves, lai būtu, kur nostiprināt ķēžu blokus, kuri pārņemtu dzenskrūves svaru tai slīdot nost no dzenvārpstas.[11]

  1. ↑ Propeller Britannica. Skatīts: 2026. gada 1. aprīlī
  2. ↑ Propeller propulsion NASA. Skatīts: 2026. gada 2. aprīlī
  3. ↑ Daudziem kuģiem dzenvārpsta nav horizontāla, bet gan ar nelielu slīpumu uz pakaļgalu. Lai arī bieži jūras arhitektu šādu slīpumu veidot spiež kuģa korpusa forma, slīpums nedaudz pretdarbojas piesūkšanās parādībai.
  4. ↑ House D.J. Elements of modern ship construction Brown, Son and Ferguson, Ltd., 2010. 59, 60. lpp. ISBN 9780851748146
  5. ↑ House D.J. Elements of modern ship construction Brown, Son and Ferguson, Ltd., 2010. 60. lpp. ISBN 9780851748146
  6. ↑ Skegs ir šaura, vertikāla kuģa korpusa daļa tā pakaļgalā. Tas ir vairāk izteikts divu skrūvju kuģiem un domāts, lai uzlabotu turēšanos kursā palielinot vertikālo sānu laukumu. Parasti tas ir pirmais rajons, kurš saskarās ar ķīļblokiem, kuģi paceļot sausajā dokā. Divu skrūvju kuģi var tikt būvēti arī ar diviem skegiem.
  7. ↑ House D.J. Elements of modern ship construction Brown, Son and Ferguson, Ltd., 2010. 61. lpp. ISBN 9780851748146
  8. ↑ House D.J. Elements of modern ship construction Brown, Son and Ferguson, Ltd., 2010. 61. - 63. lpp. ISBN 9780851748146
  9. ↑ House D.J. Elements of modern ship construction Brown, Son and Ferguson, Ltd., 2010. 66. lpp. ISBN 9780851748146
  10. ↑ House D.J. Elements of modern ship construction Brown, Son and Ferguson, Ltd., 2010. 64. lpp. ISBN 9780851748146
  11. 1 2 House D.J. Elements of modern ship construction Brown, Son and Ferguson, Ltd., 2010. 65. lpp. ISBN 9780851748146