dinsdag 20 januari 2015

SCHEEPVAART DOOR DE EEUWEN HEEN. (DEEL 12)

DE VOORTSTUWING NA HET ZEIL.

EEN NIEUWE TIJD BREEKT AAN !

FLUITEN GILLEN, ZUIGERS STAMPEN, RADEREN EN SCHROEVEN DRAAIEN MET MECHANISCHE REGELMAAT. STOOM, EEN DOOR MENSEN BEHEERSTE KRACHT, MAAKT DE SCHEPEN NA EEUWEN ONAFHANKELIJK VAN DE DOOR GOD GEZONDEN WIND.

De eerste stoomschepen moesten zich nog rammelend, puffend en uitgejouwd door vele negatievelingen, bepalen tot de vaart op beschermde rivieren en baaien, net als de eerste zeilboten hadden moeten doen.
Maar de stoomvaart werd spoedig volwassen. Landen wedijverden om de snelste transatlantische verbindingen tot stand te brengen, met luxe lijnschepen als vorstelijke transportmiddelen voor de rijken der aarde. Tankers werden gebouwd voor het vervoer van vloeibare ladingen. Bepantsering maakte een einde aan de rol van het zeilschip in oorlogstijd.
'Wie heeft ooit gehoord van drijvend ijzer?' vroeg men in 1830. Maar houten rompen verloren de strijd tegen ijzeren en stalen; raderen tegen schroeven; zuigerstoommachines tegen turbines; brandhout, kolen tegen olie en kenrenergie.


( Na op stoom de haven te zijn uitgevaren, in 1819, ontrolt de Savannah haar zeilen. Spoedig zal de bemanning de opvouwbare raderen opbergen en zal de, om vonken in de zeilen te voorkomen, gebogen schoorsteen geen rook meer uitbraken.)

Wat gaapt er niet een kloof tussen de eerste door wind en stoom voortgestuwde Savannah, het eerste stoomschip dat de Atlantische Oceaan overstak, en tussen de tweede Savannah voortgestuwd door atoomkracht.


DE VOORTSTUWING VAN HET SCHIP.

DE RADERBOOT.

Het principe van de raderboot is een uitvinding van Leonardo da Vinci.
Op dek van het schip zouden een soort krukas zijn geplaatst met een vliegwiel met daaraan verbonden via een tandwiel reductie de schepraderen. Met ,mankracht werd de krukas rond gedraaid, het vliegwiel haalde de dode momenten weg en de raderen gingen draaien.
Of dit principe tijdens het leven van da Vinci ooit is toegepast in onbekend.

Een raderboot is een schip dat door middel van schepraderen wordt voortgestuwd. Men onderscheid schepen met zijraderen en met één of twee hekraderen. Men spreekt ook wel van wielen in plaats van raderen. In de 19e eeuw werden ook zeeschepen met behulp van zijraderen aangedreven, soms in combinatie met een schroef en zeilen.
Een bekend voorbeeld hiervan is de 'Great Eastern'.

De 'Great Eastern' werd in 1857 gebouwd door Scott Russel & Co. Millwall Londen. Het is een ijzeren rader- en schroefstoomschip met behulp van zeilvermogen. Het schip had een bruto inhoud van 18914 ton en een waterverplaatsing van 27384 ton, dus vier- tot vijfmaal groter dan de grootste schepen uit die tijd.
( Langsdoorsnde van de 'Great Eastern.)






1 en 2. - Passagierssalons.
3. - Stoomketels voor aandrijving van de stoommachines van de raderen.
4. - Stoomketels voor aandrijving van de stoommachines voor de scheepsschroef.
5. - Machinekamer raderaandrijving.
6. - Machines voor de schroef aandrijving.
7. - Scheepsschroef.
8. - Kapiteisverblijf.
9. - Dwarsschotten.
10. - Bemanningsverblijven.
11. - Laadruimen.

Het schip had een lengte van 692 voet, over alles, een breedte van 83 voet en over de raderkasten 120 voet. De schroef werd aangedreven door een stoommachine van 4500 indicateur paardenkrachten, met vier liggende cilinders, waarvan de drijfstangen ieder afzonderlijk konden worden ontkoppeld.
De raderen werden in beweging gebracht door een stuur- en bakboordmachine met elk twee ocillerende zuigers. Deze machines van 1500 ipk ieder konden eveneens zowel afzonderlijk als met aaneengekoppelde assen worden gebruikt. Het kolen verbruik voor de stoomketel bedroeg 300 ton per etmaal. het schip had zes masten en vijf schoorstenen en kon 6000 ton lading vervoeren.
Aan boord was een accommodatie voor 800 passagiers in de eerste klas, 2000 in de tweede klas en 1200 in de derde klas. In jui 1860 maakte het schip haat eerste Atlantische oversteek. 

SCHEPRAD EN RADERMACHINES.

( Een voorbeeld van Symington's direct aangedreven scheepsstoommachine uit 1802.)

1. - Stoomketel.
2. - Cilinder van stoommachine.
3. - Zuigerstang.
4. - Drijfstang. 
5. - Scheprad.
6. - Stoompijp.
7. - Veiligheidsklep.
8. - Condensor.
9. - Voedingwaterpomp.
10. - Rookkast.
11. - Schoorsteen.                                


( Stoommachine met tandrad overbrenging van Clermont van Fulton, 1807.)

1. - Cilinder. 
2. - Zuigerstang.
3. - Condensor.
4. - Balans. 
5. - Draagvlak voor balans, voetplaat.
6. - Drijfstang.
7. - Vliegwiel.
8. - Tandwielen.
9. - Scheprad.


Het was duidelijk dat men een steeds betere overbrenging van de stoommachine op de schepraderen trachtte te realiseren, maar ook de ruimte voor de machine installatie zo klein mogelijk te houden, daar deze ruimte van het laadvermogen van het schip afging en dus minder geld opbracht.

DE SCHEPRADEREN.

Oorspronkelijk werden de raderen met vaste vlakke schoepen toegepast, de zg. 'radial floats'.
Later werden de raderen voorzien van beweegbare gebogen bladen, de 'feathering floats'. Deze komen nog voor bij rivierschepen met geringe diepgang.

( Scheprad met 'feathering flaots'.)

1. - Raderas, schepradas.
2. - Naaf.
3. - Spaak, straalijzer.
4. - Binnenste radkrans, binnenring.
5. - Buitenste radkrans, buitenring.
6. - Schoep.
7. - Schoepscharnier.
8. - Geledingen.
9. - Trekstang, excentriekstang.
10. - Excentriekstang.
11. - Middenstang, hoofdexcentriekstang.

Al naar gelang vaan de plaats aan het schip kent men zijraderen of zijwielen, die enkel of dubbel kunnen worden uitgevoerd en hekraderen of hekwielen.


Bij deze laatste kent men drie systemen:
1. - één hekrad met aandrijving aan beide zijden.
2. - twee hekraderen met aandrijving in het midden. (hart van het schip) De zg. 'quarterwheeler', meestal met met een spaderoer op hart van het schip.
3. - twee hekraderen met aandrijving op het hart van het schip. doch met een uitgebouwde scheg waarachter een Oertzroer. Dit is de 'tongue type sternwheeler'. 
Hiervan bestaan de uitvoeringen met doorlopend dek rondom de raderen en met uithouders voor de zijlagers der raderen.



( Op de afbeelding links is een dubbel rad afgebeeld. Rad diameter 4200 mm.)

Er is een hoofdgestel met draaipunten en een excentriekring met hefboomsarmen, waarvan één, de koningsarm, de excentriekring meeneemt. De execntriciteit van dit rad is 300 mm en wordt bepaald door het snelheidvectordiagram. Dit is zodanig dat de bladen het wateroppervlak zoveel mogelijk glad insteken. De excentriciteit wordt bepaald door de radmiddellijn, de hoogte van het draaipunt boven het water, de lengte van de bladhefboom, de snelheid van het schip en de omtreksnelheid van het rad. 
Nadelen van de raderen zijn de brede raderkasten, de kwetsbare constructie van de raderen, de grote afmetingen, het lage toerental en de daardoor grote gewichten van de installatie.
Eeen voordeel is dat de raderen gemakkelijk zijn schoon te maken en te repareren.


DE SCHEEPSSCHROEF.

Al in de 15e eeuw opperde Leonardo da Vinci de mogelijkheid van schroefvoortstuwing.
De schroef, één enkele of twee tot vier stuks zitten onder het achterschip en zijn via een as die door een afdichting en schroefaskoker loopt, door de schroefastunnel, waar ze wordt ondersteund door tunnelasblokken  naar de voortstuwingsmachine.
Vaak is tussen het voortstuwingsmechanisme ook nog een tandwielreductie geplaatst om er voor te zorgen dat de schroef het juiste aantal omwentelingen maakt bij vollekracht draaien van de machine installatie. 
De opkomst van de schroef deed op de zeevaart de raderen volledig verdringen.

SCHROEFKARAKTERISTIEKEN.

DIAMETER. 
In het algemeen wordt het rendement van een schroef groter bij grotere diameter en lager toerental. De maximum diameter is afhankelijk van de vorm en de afmetingen van het onderwatergedeelte van het achterschip en de maximaal toelaatbare diepgang.

OMWENTELING PER MINUUT. 
De keuze van het aantal omwentelingen per minuut is een compromis tussen schroefrendement, schroefgewicht, fabrikagekosten en type van de hoofdmachine.
Hiervoor kan men gebruik maken van standaard-schroefseries waarmede men voor verschillende schroefdiameters grafieken heeft samengesteld die het verband leggen tussen schroefrendement en aantal omw/min.

AANTAL BLADEN.
Het aantal bladen kan variëren van twee tot zeven of meer. De voornaamste factor bij het bepalen van het aantal bladen is de trilligsconditie van het schip.

SPOED VAN DE SCHROEFBLADEN.
De spoed is de afstand door een punt van het bladoppervlak afgelegd in axiale zin, na één volledige omwenteling van de schroef, indien we ons voorstellen dat deze zich al draaiende zou kunnen verplaatsen in een vaste substantie, in de zelfde geest als een bout en een moer.
Met het oog op een gunstiger werking is de spoed in radiale richting van het blad meestal niet overal gelijk, maar neemt iets af naar de bladnaaf.

SCHROEFWERKING.
Een schroef die het schip voortstuwt bij een draairichting, van achteren gezien, met de wijzers van de klok mee, noemt men een rechtse schroef. Een schroef die daarbij tegen de wijzers van de klok indraait heet een linkse schroef.

Doordat de bladen van de schroef onder een hoek staan ten opzichte van de aanstroomhoek wordt een liftkracht opgewekt. Deze heeft een voorwaartse component, de stuwkracht, die het schip voortstuwt.


SCHROEFTYPEN.

SCHROEF MET VASTE SPOED.
Dit is het meest voorkomende type van de scheepsschroef, goedkoopte en eenvoudigste in vorm.
Deze schroef wordt als één geheel gegoten van brons of gietijzer. Een scheepsschroef van een mammoettanker kon een diameter hebben van negen meter en maakte 120 omwentelingen per minuut bij vollekracht varen.


SCHROEF MET DEMONTEERBARE BLADEN.
De bladen zijn met tapeinden en moeren bevestigd aan het deel dat om de schroefas zit. Het voordeel is het gemakkelijk en goedkoop vervangen van een schroefblad dat beschadigd is. Ook is er de mogelijkheid als in de voet van de bladen de tapeindgaten een ovale vorm hebben een kleine spoed correctie aan te passen.


SCHROEF MET VERSTELBARE BLADEN.
Hiermee is het mogelijk gedurende de vaart de bladstand te verstellen, zodat men de vereiste spoed kan aanpassen aan de vaaromstandigheden en de snelheid van het schip.
Hierbij  blijft de hoofdmotor een constant toerental draaien bij iedere vaarsnelheid of voor- of achteruitvaren van het schip.
Men behoeft zo het aantal omwentelingen van de scheepsmotor niet steeds aan te passen zoals bij het manoeuvreren bij het binnenlopen van een haven. Het is tegenwoordig een van de meest gebruikte schroef type. Ook hierbij is het mogelijk de schroefbladen los te nemen. 

MODERNE VOORTSTUWING.

Ook in de voortstuwing van de schepen ontstond een ware revolutie. Men zocht naar steeds nieuwe machinerieën. Zo maakte de stoommachine en de in die tijd gebruikte vlampijpketel voor de stoomproductie met een werkdruk van 15- tot 18 bar plaats voor de scheepsturbine installatie met de moderne waterpijpketel of lamellenketel voor de stoomproductie van 30 tot 60 bar.
Daar deze stoominstallaties veel brandstof verbruikten, soms tot een 120 ton brandstof per dag, werd al snel naar andere voortstuwing mogelijkheden gezocht.
Intussen was de scheepsmotor, draaiende op dieselolie in gebruik geraakt voor kleine schepen.
Ook hier werd gezocht naar mogelijkheden tot een groter vermogen en het stoken van zware brandstofolie in deze motoren. Motoren met 7 tot 13 cilinders werden ontworpen, de zogenaamde langzaam draaiende motoren en later kwamen de snellere motoren met aangekoppelde asgenerator in gebruik, de zogenaamde medium speed motoren waarvan er dan twee synchroon met elkaar draaiden.

KERNENERGIE.

N.S. SAVANNAH.

Het N.S. Savannah vernoemd naar de eerste Savannah, het Rader-schroef-zeilschip uit 1819, was het eerste nucleair aangedreven koopvaardijschip.
Het schip werd eind 1950 voor een bedrag van $ 46.900.000 US dollar, waaronder $ 28.300.000 voor de kernreactor en de brandstof kern, gefinancierd door Amerikaanse overheidsinstellingen. Men wilde hiermee aantonen dat kernenergie ook geschikt was voor de koopvaardij.
Het schip werd op 21 juli 1959 in de vaart genomen en deed dienst tussen 1962 en 1972.
Het nucleair voortgestuwde schip was in feite een een gewoon stoomturbineschip. De kernreactor werd gebruikt voor het opwekken van warmte voor de productie van stoom voor de stoomturbines voor de voortstuwing van het schip.


Note: De plaatsing van de machinekamer verschild bij diverse soorten schepen. Bij de vrachtschepen en de passagiersschepen zijn deze in de regel in het midden van het schip geplaatst. Bij tankers, bulkcarriers en containerschepen zijn deze in het achterschip geplaatst.)
[ zie vervolg; Scheepvaart door de eeuwen heen. (deel 13) Groot - groter  - grootst. ]

Geen opmerkingen:

Een reactie plaatsen