W tym wpisie na blogu przyjrzymy się bliżej temu, dlaczego śruby napędowe są nadal stosowane jako główne urządzenie napędowe statków, przyglądając się ich pochodzeniu, rozwojowi technologicznemu, różnym typom i przykładom zastosowań.
Obecnie żyjemy w erze globalizacji. Przy częstym handlu między krajami, kraje na całym świecie prowadzą handel w oparciu o własne interesy. Handel między krajami odbywa się na różne sposoby, jednym z najczęstszych jest transport morski. W porównaniu z innymi środkami handlu, statki mają tę zaletę, że mogą przewozić duże ilości ładunku na raz, ale są powolne i podróż zajmuje dużo czasu. Aby przezwyciężyć te niedogodności, ludzie wynaleźli różne technologie napędowe i urządzenia, takie jak wiosła i żagle, odkąd statki zostały po raz pierwszy użyte.
Rozwój technologii napędowej zmienił historię handlu morskiego. Wczesne wiosła i żagle przyniosły wielkie postępy w handlu morskim, ale miały ograniczenia, ponieważ były zależne od wiatru i prądów oceanicznych. Następnie, wraz z szybkim rozwojem technologii napędowej i zmianami w środowisku handlowym w połowie XIX wieku, wynaleziono śrubę napędową, która do dziś pozostaje najszerzej stosowanym urządzeniem napędowym. Wzrost napędu statków przyczynił się do rozwoju handlu, co doprowadziło do ożywienia światowej gospodarki.
Statki operujące na całym świecie różnią się znacznie pod względem wielkości, typu i przeznaczenia, dlatego typy śrub napędowych używanych na tych statkach są również różnorodne. W tym artykule przedstawimy konkretne tło powstania łopatek śmigieł i krótko przedstawimy kilka typów łopatek śmigieł.
Ogólne tło powstania śmigieł przedstawia się następująco. Około 1800 r. różne czynniki zmian technologicznych w społeczeństwie, kulturze i przemyśle były ściśle powiązane z rozwojem przemysłu żeglugowego w tamtym czasie, a technologia budowy statków również przeszła proces zmian. Wśród nich, następujące są ważne zmiany i okoliczności, które doprowadziły do powstania śmigieł.
Najpierw, około lat 1850. XIX wieku, w Irlandii panował głód, w Europie wybuchły rewolucje polityczne, a zachodnie Stany Zjednoczone były zasiedlane. Po amerykańskiej wojnie o niepodległość Stany Zjednoczone weszły na rynek chiński, aby sprzedawać opium i jedwab, a w tym procesie handel za pomocą żaglowców stał się powszechny. Żaglowiec to statek, który wykorzystuje żagle i siłę wiatru do nawigacji.
Przepłynięcie Oceanu Atlantyckiego żaglowcem trwało od trzech do 11 tygodni, co oznaczało, że handlarze potrzebowali co najmniej kilku miesięcy, aby zareagować na zmiany warunków rynkowych. Ponadto żaglowce pływały nieregularnie, co powodowało duże niezadowolenie wśród amerykańskich kupców. Jednym z rozwiązań tego problemu było podjęcie próby regularnego korzystania z usług żaglowców.
Jednakże żaglowce były bardzo trudne w obsłudze przy złej pogodzie, co skutkowało wieloma odwołaniami, a w celu zmniejszenia liczby odwołań poszukiwano innych typów statków. Tym statkiem był parowiec. Parowce to statki, które wykorzystują moc silników parowych do poruszania się i w porównaniu do żaglowców, na które wpływają warunki pogodowe, mogą działać swobodniej i stopniowo zastępowały żaglowce w handlu.
Tymczasem na początku istnienia statków parowych jako urządzenia napędowe stosowano koła łopatkowe. Koła łopatkowe to urządzenia, które wypychają wodę do tyłu za pomocą łopatek przymocowanych do koła w kształcie koła wodnego, a statek porusza się do przodu za pomocą odrzutu. Jednak wraz z upływem czasu i upowszechnieniem się statków parowych zaczęły pojawiać się problemy z kołami łopatkowymi. Problemy te obejmowały potrzebę dużych silników ze względu na niską prędkość obrotową i trudności w konserwacji. W rezultacie zaczęto skupiać uwagę na rozwoju nowych systemów napędowych i opracowano dwa rodzaje systemów: system napędowy strumieniem wody, który zasysał wodę przez turbinę, a następnie wyrzucał ją przez rury lub dysze, oraz śrubę napędową o kształcie spirali przypominającej skręconą muszlę morską.
Jednakże układy napędowe wykorzystujące strumień wody mają wady: niską sprawność (sprawność układu napędowego wykorzystującego strumień wody wynosi mniej niż 0.5, gdy moc generowana przez silnik wynosi 1) i konieczność budowy większych statków w porównaniu ze śrubami napędowymi. Z tego powodu na większości statków zaczęto stosować układy śrubowe.
Następnie przyjrzymy się typom i cechom powszechnie stosowanych śrub spiralnych. Po pierwsze, mamy śrubę o stałym skoku. Śruba o stałym skoku to to, co większość ludzi wyobraża sobie, gdy myśli o śrubie przymocowanej do statku. Jest to jeden z najczęstszych typów śrub stosowanych w małych łodziach wyścigowych, większości statków handlowych, dużych tankowcach i innych statkach.
Drugim rodzajem śruby napędowej jest śruba o zmiennym skoku. Jak sama nazwa wskazuje, różnica między tą śrubą a tą wymienioną powyżej polega na tym, że skok można zmienić. (Skok odnosi się do odległości w linii prostej, jaką punkt odniesienia pokonuje w kierunku ruchu statku podczas jednego obrotu śruby napędowej, biorąc pod uwagę jeden punkt na śrubie napędowej. Podczas obracania śruby śrubokrętem krzyżakowym pionowa odległość, jaką śruba wchodzi w obiekt podczas obrotu o 360 stopni, to skok.
Ostatnim typem śruby napędowej, który przedstawimy, jest śruba przeciwbieżna. Nazwa śruby przeciwbieżnej pochodzi od faktu, że dwie śruby napędowe są zamontowane tyłem do siebie (w kierunku ruchu statku) i obracają się w przeciwnych kierunkach. Śruby przeciwbieżne są używane głównie na statkach handlowych, okrętach wojennych i torpedach.
Rozwój śrub napędowych miał ogromny wpływ nie tylko na przemysł żeglugowy, ale także na badania naukowe dotyczące morza. Statki eksploracji morskiej i statki badawcze stały się również zdolne do stabilnej i wydajnej eksploracji dzięki śrubom napędowym. Doprowadziło to do tego, że śruby napędowe odgrywają ważną rolę w różnych dziedzinach, takich jak badania ekosystemów morskich, eksploracja zasobów dna morskiego i obserwacja pogody. Ponadto technologia śrub napędowych nadal ewoluuje, a różne prace badawczo-rozwojowe są prowadzone w celu przekształcenia jej w przyjazne dla środowiska i wydajne źródło energii.
W tym artykule przedstawiono krótki przegląd śrub napędowych, które są najczęstszym typem układu napędowego statków. Przyjrzeliśmy się historycznemu pochodzeniu śrub napędowych, głównym typom śrub napędowych i ich cechom. Chociaż inne urządzenia napędowe są stale rozwijane, trudno znaleźć takie, które stanowiłyby zagrożenie dla śrub napędowych, a technologia śrub napędowych nadal ewoluuje. Śruby napędowe pozostaną wiodącym urządzeniem napędowym statków w przewidywalnej przyszłości.
