Zvyšování účinnosti lodního šroubu

4. srpna 1829 se v terstském přístavu sešlo několik tisíc diváků, aby zhlédlo pokus Josefa Ressla. Jeho osmnáct metrů dlouhá loď Civetta byla namísto obvyklých koles poháněna jedenapůl metru dlouhým lodním šroubem, pomocí kterého dosáhla rychlosti 10 km/h.

Když se o několik let později začaly stavět větší parníky pro zámořskou plavbu, mohli si stavitelé vybrat z několika typů lodních šroubů. Největší úspěchy měl šroub anglického farmáře F.P.Smitha, umístěný na stejném místě, jako Resslův šroub - mezi kormidlo a zadní vaz lodi. Původně měl dva plné závity, takže se podobal spíše "šneku" z mlýnku na maso. Při pokusné plavbě se většina dřevěného lodního šroubu ulomila, a hle, loď plula rychleji. Zkrácený šroub, téměř totožný s Resslovým, obdržel v Anglii patent a brzy poté s ním vyplul na moře úspěšný parník Archimedes. Ve Francii si nechal patentovat svůj lodní šroub P.F.Sauvage, i když francouzské lodě byly poháněny spíše lodním šroubem se dvěma protiběžně se otáčejícími lopatkami, poprvé sestrojeným švédským kapitánem J.Ericssonem.

Zatímco patentový spor o prvenství vlastně nikdy nebyl rozhodnut, musel nejprve lodní šroub přesvědčivě zvítězit nad kolesy. Angličané za tímto účelem nechali na moři přetahovat lanem dva parníky vybavené stejně silnými parními stroji. Rattler poháněný lodním šroubem hladce přetáhl loď Alecto, jejíž kolesa marně hrnula vodu nazpátek. A tak první velkou zaoceánskou loď s kovovým trupem Great Britain poháněl místo koles čtyřkřídlý lodní šroub o průměru 4,7 metru.

Slabiny dnešního lodního šroubu

Více než čtvrt milionu lodních šroubů dnes "krájí" vody světových oceánů. Nákladní lodi jsou většinou vybaveny jedním lodním šroubem o průměru 5-8 m z chromniklové oceli nebo z legovaného bronzu. Tvar lopatek i lodních trupů byl postupně upravován, aby bylo dosaženo co nejnižšího odporu proti pohybu lodi, protože odpor znamená vyšší spotřebu pohonných hmot. Obvykle používané lodní diesely s výkonem 10 až 30 tisíc kW spotřebují denně přibližně 100 tun paliva, jehož cena průběžně stoupá.

Vodní "matice", v níž se lodní šrouby otáčejí, není pevná. Lopatky urychlují směrem za záď mohutný proud vody a reakce na opěrné ložisko hřídele lodního šroubu tlačí loď směrem dopředu. Rychlost je dána stoupáním šroubu a jeho otáčkami. Lodní šroub pracuje optimálně, jen když jsou jeho parametry a otáčky "sladěny" s režimem plavby - většinou při ekonomické rychlosti a plně naložené lodi. Z výkonu motoru se však pro vlastní pohyb lodi využije jen přibližně 30 procent. Mnoho energie je zmařeno třením lopatek šroubu o vodu a čeřením vody. Vířivý pohyb vodních mas za šroubem má sací účinek a zvyšuje odpor lodi proti pohybu.

Aby mohli použít jednodušších a levnějších dieselů, pracujících se stálými otáčkami, zavedli konstruktéři u lodí, které musí režim plavby často měnit, lodní šrouby s natáčivými křídly. Mnohakřídlé šrouby s hydraulicky natáčivými lopatkami připomínají kaplanovu turbínu. Plynulou změnou nastavení lopatek lze ekonomicky sladit výkon motoru s rychlostí plavby v různých režimech. Přetočením lopatek umožňuje také lodní šroub při nezměněných otáčkách motoru zpětný chod.

Nová konstrukční řešení pro zlepšení účinnosti lodního šroubu

Japonské loděnice, známé výrobou obřích tankerů, kontejnerových lodí i lodí pro přepravu hromadných nákladů, začaly jako první používat pomaloběžné šrouby o průměru až 11 metrů. Již první plavby obří lodi pro přepravu rudy Hoei Maru o nosnosti 208 740 dwt* prokázaly, že pomaloběžný lodní šroub a s ním spojené snížení průměrné plavební rychlosti uspoří třetinu pohonných hmot.

Hamburský lodní inženýr prof. Otto Grim vyzkoušel svůj vynález na velké nákladní lodi Pharos. Za čtyřlistý lodní šroub umístil o něco větší, avšak volnoběžně se otáčející lopatkové kolo. Spirálovitě zvýšený proud vody za lodním šroubem toto přídavné kolo roztáčí jako vodní turbínu. Na přečnívajícím obvodu jsou však lopatky jako u lodního šroubu. Tím se vodě odčerpaný výkon změní v přídavný tlak. Pharos s přídavným Grimovým kolem o průměru 7,5 m uspoří přibližně 10 % energie. Úsporami na palivu se Grimův přídavný šroub zaplatí během pěti měsíců služby.

Další možností je využití nesymetricky tvarované zádi lodi ke zlepšenému náběhu vody do lodního šroubu. Tím je možno snížit plavební odpor přibližně o 8 % - o hodnotu, která se ztrácí tím, že posun těžiště tlaku otáčejícího se lodního šroubu se musí neustále vyrovnávat nepatrným natočením kormidla.

Účinnost lodního šroubu je tedy do budoucna možné ještě dále zvyšovat.

* dwt - deadweight - je maximální tonáž nákladu, kterou tanker může bezpečně převážet (v tunách).

ZDROJ: www.oko.yin.cz