Elica
L'elica è il propulsore navale più diffuso
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.
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 una linea d'asse o da un'appendice in trazione.
Un'elica destrorsa ruotando in senso orario sposterà l'acqua verso chi guarda.
Il senso di rotazione dell'elica si evince osservandola sempre dal dado. In questo caso l'elica è desrorsa
ELICA SINISTRORSA
Quale elica è destrorsa e quale sinistrorsa? Per quale ragione hanno senso di rotazione opposta?
DISEGNO DELL'ELICA
1) shaft axe, 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.
Diagramma caratteristico dell'elica
Il passo teorico è legato all'angolo di calettamento tramite la formula: G =2πr tg∝
La velocità teorica "pn" funzione dl numero di giri sarà: V = n G [m/s]
Regresso dell'elica o "slip ratio"
Nel diagramma:
- asse delle ascisse una rotazione completa dell'elica (2 Pi-greco r),
- asse delle ordinate il percorso che dovrebbe effettuare una sezione della pala dell'elica presa a 0,75r,
- dall'origine si diparte una retta, avente l'angolo di calettamento della sezione di pala anzi detta,
- L'intersezione tra la verticale tracciata dall'asse delle ascisse alla completa rotazione e la retta di cui al punto 3 ci darà il passo dell'elica (G = geometric),
- di fatto l'elica si muove in un fluido cedevole, di conseguenza ad ogni rotazione completa dell'elica, la nave non procederà di una quantità pari al passo, ma minore,
- L'avanzamento dell'elica "a" (pitch progress) indica quanto quell'elica si è spostata in avanti dopo una sua rotazione completa,
- "r" regresso (s = slip) è la quantità di avanzamento non effettuato a seguito della cedevolezza dell'acqua,
- G = p + s : il passo è la somma dell'avanzamento ed il regresso,
- Regresso dell'elica% o "slip ratio" = (G - p)/G.
Esempi
- Coppia 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%.
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. L'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.
Prevenzione del fenomeno della cavitazione
Il fenomeno della cavitazione è dovuto principalmente alla forma dell'elica, ma assume grande peso il fenomeni dell'attrito dell'acqua con l'elica. L'attrito, in determinate condizioni di esercizio, ingenera le microscopiche bolle di vapor d'acqua che urtando sulla periferia della pala dell'elica, provocano cavità che la danneggiano gravemente.
A seconda delle necessità si può eliminare o contrastare efficacemente la cavitazione:
- Modificando il profilo dell'elica;
- immergendo l’elica il più possibile, per dare maggior battente idrostatico, ovvero aumentare la pressione su di essa;
- prevedendo mantelli di pressione, l'acqua è aspirata attraverso un condotto con bocca di aspirazione di diametro leggermente maggiore del condotto stesso creando un lieve incremento della pressione; inoltre si limita il fenomeno della centrifugazione di parte dei filetti fluidi, indirizzandoli addietro;
- riducendo il diametro dell'elica. Si riduce in tal modo la distanza del lembo periferico 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.
- contenendo il numero di giri dell'elica. In questo caso a parità di diametro dell'elica, diminuendo, per quanto fattibile, la velocità angolare, diminuisce anche la velocità periferica. Minore velocità. minore attrito acqua-elica.
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 tramite 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.
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".
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 modo superfluo il timone. L'elica è posta a proravia dell'assedi rotazione verticale (PPad). Tale soluzione protruderebbe un miglior rendimento di propulsione, poiché i filetti fluidi arriverebbero indisturbati all'elica. La manutenzione è complessa e necessita di maestranze altamente specializzate. Il sistema è istallato, non esclusivamente, su grandi navi ma anche su mezzi speciali per la navigazione nei ghiacci.
