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Elica

Architettura > Dinamica
Elica
L'elica è il propulsore navale più comunemente usato.
Altri propulsori,meno comuni sono ad esempio il "Voith Schneider", che è utlizzato su alcuni rimorchiatori o mezzi speciali che necessitano della massima manovrabilità. Un traghetto è stato dotato di una coppia di questi particolari propulsori.
Propeller
Senso di rotazione dell'elica
La rotazione di un'elica, si determina osservando l'elica dalla £parte posteriore", più precisamente, guardando dalla parte del dado dell'elica, indipendentemente che essa operi da linea d'asse o da pod in trzione.
Un'elica destrorsa ruotando in senso orario sposterà l'acqua verso chi guarda.
Propeller
Elica sinistrorsa
1) shaft axis, 2) back, 3) face, 4) leading edge, 5) trailing edge, 6) rake, 7) boss; propeller hub, 8) cone, 9) skew, 10) developed outline, 11) projected outline, 12) tip, 13) root.
Disegno
Il passo teorico è legto all’angolo si calettamento tramite la formula: G =2πr tg∝
La velocità teorica pn funzione dl numero di giri sarà: V = m G [metri/sec]
 
Regresso dell'elica o "slip ratio"
Nel diagramma si è posto:
  1. asse delle ascisse una rotazione completa dell'elica (2 Pi-greco r),
  2. asse delle ordinate il percorso che dovrebbe effettuare una sezione della pala dell'elica presa a 0,75r.
  3. dall'origine si diparte una retta, avente l'angolo di calettamento della sezione di pala anzi detta.
  4. L'intersezine tra la verticale tracciata dallasse delle ascisse alla completa rotazione e la retta di cui al punto 3 ci darà il passo dell'elica (G = geometric),
  5. di fatto l'elica si muove in un fluido cedevole, per cui ad ogni rotazione non si  procederà di una quantità pari al passo, ma minore.
  6. L'avanzamento dell'elicea "a"  (pitch progress) indica quanto quell'elica si è spostata in avanti dopo una sua rotazione completa.
  7. "r" regresso (s = slip) è la quantità di avanzamento non effettuato a seguito della cedevolezza dell'acqua.
  8. G = p + s : il passo è la somma dell'avanzamento ed il regresso.
  9. Regresso dell'elica% o "slip ratio" = (G - p)/G
Esempi
  • Dado e bullone: ad ogni rotazione completa, l'avanzamento è di un passo. p= G per cui il numeratore è 0,quindi il regresso% o slip ratio è 0 L'elica si muove in un mezzo non cedevole.
  • Prove agli ormeggi (di tiro) di un rimorchiatore. L'avanzamento (p) è 0:per cui G/G =1, ovvero il regresso dell'elica è del 100%.
Regresso dell'elica
Cavitazione dell'elica
Il fenomeno della cavitazione è quello fra i più indesiderati che possano accadere alla nave. Le microbolle di vapore generate dall'attrito acqua-superficie dell'elica, urtando sulla periferia dell'elica generano un rumore simile ad un intenso martellamento. Il danno più sgrdito si manifesta in una diffusa vaiolatura della periferia dell'elica. Questa anomalia potrebbe portare al distacco di una porzione periferica della pala dell'elica. Quando il fenomeno si manifesta, è urgente ripristinare la superficie della pala danneggiata e rivedere i parametri di lavoro.
Cavitation
Come si previene il fenomeno della cavitazione
Il fenomeno della cavitazione è dovuto all'attrito acqua-elica, che in determinate occasioni genera microbolle adi vapor d'acqua che urtando contro lan pala dell'elica, che come detto,  la danneggiano gravemente.
  • mmergere l’elica il più possibile, per dare maggior battente, ovvero aumentare la pressione su di essa;
  • prevedere mantelli di pressione: l'acqua è aspirata attraverso un condotto con bocca di aspirazione più larga del condotto stesso, l'effetto è un lieve incremento della pressione;
  • ridurre il diametro dell'elica: si riduce in tal modo la distanza del lembo estrmo dell'elica dal suo asse di rotazione; Diminuendo la distanza dall'asse di rotazione, a parità di velocità angolare, diminuisce la velocità periferica, ergo l'attrito acqua-elica.
  • contenere il numero di giri dell'elica: In questo caso a prità di diametro dell'elica, diminuendo, per quanto fattibile,l a veloctà angolare, diminuisce anche la velocità periferica. Minore velocità. minore attrito acqua-elica.
Cavitazione
Diagramma del punto triplo dell'acqua
  • All'abbassarsi della pressione, l'acqua bolle a temperature inferiori. Questa opportunità è utilizzata nei sistemi di produzione dell'acqua demineralizzata.
  • Con l'aumentare della pressione l'ebollizione avviene a temperatura più elevata. Si sfrutta il fenomeno nella produzione di vapore trmite le caldaie pressurizzate.
    Considerando un'elica, con l'aumento del battente d'acqua, si aumenta la pressione idrostatica sull'elica, si riduce la possibilità del fenomeno della cavitazione.
Mantello Kort
Il mantello avendo forma idrodinamica con invito conico, convoglia lìacqua all'elica in modo non turbolento ed in leggera sovrapressione.
Mantello su scialuppa
Il mantello può essere utilizzato anche come convogliatore direzionale del flusso dell'acqua, fornendo prestazioni simili ad un timone, senza l'effetto di resistenza.
Grouches spoiler
E' un convogliatore dei filetti fluidi all'elica; attenua l'effetto della depressione idraulica che si genera nella patre sottostante al giardunetto, della nave.
Thruster 01
Thruster di nave con forme prodiere piene.
Thruster 02
Eliche trasversali di nave con forme prodiere stellate.
Simulazione computerizzata
Simulazione computerizzata del flusso dovuto ad elica trasversale correttamente posizionata.
Thruster 03
Schema del tunnel trasversale
POD 01
Sistema "Shottel". Il motore primo, tramite giunti e rinvii, trasmette la sua rotazione all'elica. E' spesso associato ad un mantello "Kort". Può ruotare sul suo asse verticale di 360°; in tal caso non è necessario il timone.. Questa peculiarità offre una assoluta manovrabilità del mezzo.
E' un sistema esclusivamente meccanico, abbastanza facile da manutenere ed in taluni casi estraibile e sostituibile a nave galleggiante. E' impiegato perlopiù su sistemi "hard duty" come rimorchiatori, supply vessel, rompighiaccio e piattaforme "dynamic positioning".
POD 02
Sistema "Azipod". La rotazione dell'elica è prodotta dal motore elettrico posto all'interno del piede. Ha ampie possibilità di rotazione sul suo asse verticale, rendendo,in tal modosuperfluo il timone.L'elica è posta a proravia dell'assedi rotazione verticale (PPad). Tale soluzione darebbe un miglior rendimento, poiché i filetti fluidi arriverebbero indisturbati all'elica. La manutenzione è complessa e necessita di maestranze specializzate del Fornitore. Il sistema è impiegato su grandi navi, ma esistono anche utilizzo su rompighiaccio di medie dimensioni.
Pod
Propulsione azimutale elettrica di grande nave. Il sisyema spingendo l'acqua nella direzione voluta, non necessita del timone. Consente elevate capcità evolutive.
Pod 02
Sistema propulsivo e direzionale elettrico posto su nave rompighiaccio.
POD 03
Sistema azimutale "Shottel" con mantello "Kort", posto su supply vessel.
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