Enkele problemen bij het ontwerpen en vervaardigen van scheepsschroeven

(1)

Onderdirecteur van het Ned. Scheepsbouwkundig Proefstation te Wageningen Hoofd van de afdeling Wetenschappelijk Onderzoek.

Enkele problemen bij het ontwerpen en

vervaardigen van scheepsschroeven

1)

SUMMARY: Design problems of screw-propellers.

This paper deals with the requirements to be made with respect to design-ing, making and finishing of ships' propellers. The value of the application of standard propeller charts for the design of propellers is underlined. An

extens-ion is given of the systematic propeller series diagrams of the Wageningen Ship Model Basin for blade-thickness ratios which differ from the standard

thickness ratio of the 4-bladed B-series propellers. The effect of accuracy of

make and finish of full-scale propellers upon their efficiency and cavitation properties is briefly discussed. Finally a standardization sheet for allowable

deviations from measurements of screw propellers is given and elucidated in detail.

Samenvatting

In deze voordracht wordt een overzicht gegeven van de eisen die aan het ontwerp, de vervaardiging en de afwerking van de schroef worden gesteld. Gewezen wordt op het belang van de systematische schroefserie diagrammen bij het ontwerpen van de schroef. Een aanvulling van de systematische schroef-serie-diagrammen van het N.S.P. wordt gegeven in de vorm van enkele dia-grammen, waarmede het mogelijk is een correctie te maken voor het verschil in bladdikte t.o.v. de dikte van de 4-bladige standaardseries B.4.40, B.4.55 en B.4.70. De invloed van de nauwkeurigheid van de vervaardiging en bewerking van de schroef op cavitatie-eigenschappen en rendement wordt in het kort sproken. Besloten wordt met een uitvoerige toelichting van het normblad be-treffende de normalisatie van maatafwijkingen bij scheepsschroeven.

1. Inleiding

In deze voordracht wil ik de resultaten bespreken van enkele recente onder-zoekingen die doór het Scheepsbouwkundig Proefstation zijn uitgevoerd.

Het eerste onderzoek betreft het vaststellen van de invloed van de bladdikte op het rendement, het aantal omwentelingen en de cavitatie-eigenschappen van de schroef.

Het tweede onderzoek omvat het analyseren van waargenomen maat-afwijkingen van scheepsschroeven en het bepalen van de invloed ervan op haar

1) _{Voordracht, gehouden voor de afdeling Werktuig- en Scheepsbouwkunde, te Arnhem}

op 22 Mei 1951.

Koninklijk Instituut van Ingenieurs

(2)

L

DR IR W. P. A. VAN LAMMEREN

cavitatie-eigenschappen en haar rendement. Dit laatste onderzoek geschiedde als bijdrage in de werkzaamheden van een door de Hoofdcommissie voor Nor-malisatie in Nederland (HCNN) onder voorzitterschap van spreker ingestelde

Studiecommissie, die tot taak had de toelaatbare maatafwijkingen bij scheeps-schroeven te normaliseren. Het werk van deze Commissie leidde tot de op-stelling van een normblad, dat in deze voordracht zal worden toegelicht.

Aangezien beide onderwerpen verband houden met de eisen, die aan het ont-werp en de vervaardiging van de schroef moeten worden gesteld, zal ik deze eerst in het kort bespreken.

2. Eisen, die aan het ontwerp en de vervaardiging van de schroef moeten worden gesteld.

Aan het ontwerp van de schroef zal men in het algemeen de volgende eisen stellen:

a. Het rendement moet w gunstig mogelijk zijn

Men kan bij het ontwerpen van schroeven met een optimum rendement twee goede wegen bewandelen. Bij de meest gevolgde weg gaat men uit van de resultaten van proefnemingen met systematische schroefseries, die in een aantal diagrammen van bepaalde constructie zijn samengevat. Indien men diagrammen gebruikt, die gebaseerd zijn op schroeven van moderne constructie [1] 1), kan men zeer goede resultaten bereiken, die uit een oogpunt van ren-dement nauwelijks kunnen worden overtroffen door die van schroeven ontwor-pen volgens de tweede methode.

De tweede methode berust op de toepassing van de moderne werveitheorie [2]. Aangezien deze methode geen aanwijzing geeft omtrent de meest gunstige diameter van de schroef moet men, bij toepassing ervan, de optimale diameter ook berekenen met behulp van d bovengenoemde systematische seriediagram-men. Indien deze is bepaald, kan men, uitgaande van de gegeven schroefbe-lasting, de belastingsverdeling over het schroefblad zodanig bepalen, dat aan de door BETZ opgestelde en door andere onderzoekers gewijzigde en aan het variabele snetheidsveld achter het schip aangepaste voorwaarde voor minimum energieverlies wordt voldaan.

Een groot voordeel van deze methode is dat men de belastingsverdeling en daarmede, bij toepassing van profielen met bekende lift en drukverdelings-karakteristieken, de cavitatie-eigenschappen van alle bladdoorsneden kent en zodoende het blad zodanig kan construeren, dat alle doorsneden cavitatie-vrij zijn.

Beide methoden zijn door het Ned. Scheepsbouwkundig Proefstation in de loop der j aren vervolmaakt. De eerste door het beproeven van een aantal schroefseries van moderne constructie, waarvan de resultaten thans over de

1) _{Zie literatuuroverzicht aan het einde van dit artikel.}

(3)

935

gehele wereld worden gebruikt. De tweede door het verbeteren van de voor-waarde voor minimum energieverlies enerzijds en de toepassing van zgn. Kármán-Trefftz profielen met vrijwel constante drukerdeIing (stootvrije in-trede) anderzijds. De laafste ontwikkeling vormt de toepassing van Kármán-Trefftz profielen, die een kleine invalshoek met de stroming maken en 'waarvan de lift, drift en drukverdelingskarakteristieken bij verschillende onderdrukken en invaishoeken in de cavitatietunnel van het N.S.P. werden bepaald.

De resultaten van deze proefnemingen zijn neergelegd in de dissertatie van één van onze medewerkers, die inmiddels is verschenen (pubi. no. 99).

Bij toepassing van beide methoden zal men het bladopperviak en de blad-dikte zo klein kiezen als met het oog op het cavitatiegevaar en de optredende materiaalspanningen toelaatbaar is.

De schroef moet het juiste aantal omzeentelingen maken

Indien men de schroef voor de betrokken belasting berekent met behuip van betrouwbare systematische seriediagrammen, daarbij rekening houdend met de verschillen, die in het aantal omwentelingen kunnen ontstaan als gevolg van het schaaleffect in de volgstroom en verschillen in de schroefbelasting tussen modelen schip [3], kan men er vrijwel zeker van zijn, dat de schroef het gewenste aantal omwentelingen zal maken. Voorwaarde is echter dat men de

vorm van de bladdoorsneden, de bladdikte, de biadcontour en het spoed-verloop van de betrokken serieschroeven aanhoudt.

Wenst men orn de één of andere reden deze afmetingen te wijzigen, dan dient men de met behuip van de seriediagrammen bepaalde spoed van de schroef eventueel zodanig te wijzigen, dat de gemiddelde virtuele spoed (gemid-delde van de geometrische spoedwaarden van de verschillende schroefblad-elementen, overeenkomend met de nulliftlijnen van die elementen) [4], van de gewijzigde schroef hetzelfde blijft als van de betrokken serieschroJ.

Indien men de schroef berekent volgens de werveitheorie en daarbij gebruik maakt van de tot heden bekende profielkarakteristieken, is men nimmer geheel zeker van de spoed. Ze is meestal te klein. Men dient een dergelijke schroef steeds te controleren en te corrigeren door middel van een berekening aan de hand van de systematische seriediagrammen en wel door vergelij king van de virtuele spoedwaarden van beide schroeven.

De oorzaak van dit feit is gelegen in de onvolledigheid en gedeeltelijke on-betrouwba'arheid van de bekende karakteristieken, die voor het grootste

ge-deelte in lucht bij een te klein getal van REYNOLDS werden bepaald. Grote ver-bLtering is hierin echter gekomen door onze eigen metingen aan profielen in de cavitatietunnel, die bij een veci groter getal van REYNOLDS in water werden uitgevoerd.

De schroef moet cavitatievrij en in gevallen, waarin dit niet niogelijk is, v'ij

van stuwkrachtbeïnv!ocding zijn.

(4)

de werveitheorie, dat men het in normale gevallen vrij goed in de hand heeft de schroef cavitatievrij te maken. Vooral indien men K-T-profielen met stoot-vrije intrede toepast is vrijwel nimmer een spoor van bellencavitatie - de cavitatie die tot erosie aanleiding kan geven aanwezig. Het is echter niet altijd te vermij den dat enige viiescavitatie optreedt. Dit kan men gemakkelijk inzien wanneer mei bedenkt, dat de stootvrije intrede theoretisch slechts voor een bepaald belastingsgeval geldt. Hoewel de schroef ten gevolge van de al-ronding van de bladprofielen aan de intredende kant in de meeste gevallen in staat is Ideine afwijkingen van de stootvrije intrede op te vangen zonder dat zich de bekende aflossingswervel aan de intredende kant vormt, lukt dit niet altijd. De aflossingswervel manifesteert zich dan als viiescavitatie. Volgens de huidige opvattingen kan deze vorm van cavitatie niet tot erosie leiden. Experimenteel is dit echter nog niet aangetoond en wij zijn dan ook van mening dat het veiliger is in het geheel geen cavitatie toe te laten.

Men zal daarom steeds goed doen de gemaakte berekening door een proef in de cavitatietunnel te controleren. Een complicatie daarbij is echter, dat men de schroeven in het algemeen ontwerpt voor het variabele snelheidsveld, waarin zij achter het schip moeten werken, doch dat men ze in de cavitatie-tunnel in de regel slechts kan onderzoeken in het daar heersende homogene veld. Ten gevolge van het verschil in de belastingsverdeling kunnen verschillen in de cavitatie-karakteristieken optreden. Wij komen tegenwoordig aan dit bezwaar tegemoet door elke schroef in de cavitatietunnel te voorzien van niinstens één blad dat werd ontworpen voor het betrokken variabele snelheids-veld en één blad, ontworpen voor het homogene snelheids-veld doch overigens gelijke omstandigheden.

Indien nu het blad voor het homogene veld inderdaad cavitatievrij blijkt te zijn, is daarmede bewezen dat de methode van ontwerpen, de toegepaste profiel-karakteristieken en de gebruikte veiligheidsmarges juist zijn. Wij passen in dat geval voor de werkelijke schroef de constructie voor het variabele snel-heidsveld toe, ook al blijkt het voor deze toestand ontworpen schroefblad in het homogene veld van de cavitatietunnel bijvoorbeeld een weinigvliescavitatie te vertonen op de plaats waar het relatief te zwaar belast wordt, dus aan de

schroeftop.

In gevallen waarin men volstaat met een schroefontwerp volgens de stan-daard seriediagrammen en de benodigde tijd voor de vervaardiging en de be-proeving van een schroef model in de cavitatietunnel en de daaraanverbonden kosten een bezwaar vormen, moet men volstaan met het gebruik van min of meer empirische cavitatiediagrammen. Hoewel het door ons ontwikkelde cavi-tatiediagram [5J berust op de resultaten van een groot aantal in de tank onder-zochte en in de practijk gecontroleerde schroeven, biedt het gebruik van dit diagram geen volledige zekerheid met betrekking tot de cavitatievrijheid. Dit is een gevolg van het feit dat de daarin gebruikte bladoppervlakverhouding geen juist criterium voor de cavitatievrijheidis. Behalve de bladoppervlakver-houding, die mede de gemiddelde onderdruk bepaalt, vormen de profielvorm

(5)

en bladdikte belangrijke, doch niet in het diagram verwerkte factoren. Het diagram kan daarom ook slechts tot een ruwe benadering van de cavitatievrije schroef leiden.

De practijk heeft uitgewezen, dat de volgens deze methode berekende schroeven in de cavitatietank vrijwel alle een sterke viiescavitatie vertonen. Dit is een gevoig van het feit dat de bladdoorsneden van de standaard serie-schroeven, ontworpen met de gebruikelijke reductie van 3 à 5% van de dia-meter [6] geen stootvrije intrede hebben. 0m dit te bereiken zou men grotere schroefdiameters moeten toepassen, hetgeen echter nadelig is voor het rende-ment. Wij hebben dit een tijd lang gedaan doch de achteruitgang van het ren-dement vormde in de meeste gevallen een dusdanig bezwaar, dat we weer tot de oorspronkelijke reductie van de schroefdiameter zijn teruggekeerd. Wij accepteren de daarbij eventueel optredende viiescavitatie.

Een recent onderzoek van één van onze medewerkers heeft geleid tot de ontwikkeling van een ontwerpmethode waarbij men, uitgaande van de volgens de standaarddiagrammen bepaalde, met 4% gereduceerde diameter aan de hand van enkele diagrammen een op de werveitheorie gebaseerde schroef kan ontwerpen, voorzien van K-T-profielen met stootvrije intrede. Tegenover het bezwaar dat deze methode kan worden toegepast voor de aldus gedefinieerde diameter van de schroef staat het grote voordeel dat de tijd, benodigd voor het ontwerpen, slechts een fractie is van die, nodig voor het ontwerpen van een werveltheorieschroef volgens de gebruikelijke methode, terwiji de nauw-keurigheid met het oog op rendement en cavitatie-eigenschappen vrijwel de-zelfde is.

Deze methode is behandeld in de dissertatie van deze medewerker, die in-middels is verschenen (pubi. no. 100).

Bij zeer zwaar belaste schroeven van oorlogsschepen is het in de meeste ge-vallen niet mogelijk cavitatie te vermij den, zonder te verge-vallen in de toepassing van extreme oppervlakverhoudingen, waardoor het rendement in een niet te verantwoorden mate daalt. In deze gevallen laat men steeds cavitatie toe, doch stelt dan in het algemeen de eis dat geen stuwkracht-beïnvloeding ten gevolge van cavitatie mag optreden [6].

Men berekent deze schroeven met behuip van diagrammen, die werden al-geleid uit de resultaten van systematische proefnemingen met series schroeven met grote bladoppervlakverhoudingen.

In een recente publicatie [7] werd door n van onze medewerkers een be-trouwbare grenskromme voor stuwkrachtbeïnvloeding gegeven. Ook toonde hij daarin aan dat het soms voordelen kan bieden enige stuwkrachtbeïnvloeding toe te laten. In sommige gevallen wordt namelijk de daling van het rendement als gevoig van stuwkrachtbeïnvloeding ruimschoots gecompenseerd door de verhoging van het rendement als gevolg van de verkleining van het blad-opperviak.

(6)

drukverdeiing, lift en drift van caviterende profielen, maakt het thans moge-lijk schroeven met stuwkrachtbeinvloeding geheel langs theoretische weg te berekenen. Dit opent geheel nieuwe gezichtspunten bij bet berekenen van schroeven voor oorlogsschepen.

d. De schroe/ moet sterk genoeg zi/n

De voor de verschillende schroeftypen toelaatbare spannungen [3, pag. 250] bepalen de. dikten van de bladdoorsneden. Indien men uitgaat van de eis dat

de spanningen in alle doorsneden ongeveer gelijk moeten zijn, vindt meneen

niet lineair verloop van de dikten. De meeste schroeven worden dan ook met een hoi dikteverloop uitgevoerd.

Indien men de schroef ontwerpt met behuip van de systematische seriedia-grammen zal men in het algemeen niet de daarvoor geldende bladdikteverhou-ding kunnen gebruiken. Men zal dus een correctie voor het verschil in dikte moeten aanbrengen. Op dit gebied staan ons niet veel betrouwbare gegevens ter beschikking. Een aanvulling op dit gebied vormen de resultaten van proef-nemingen die onlangs in ons proefstation werden uitgevoerd en die in par. 4 zullen worden besproken.

Indien men bij de berekening van de werveitheorie uitgaat, maakt bet geen verschil welke bladdikte men toepast. Bij de contrôle van de schroef met be-huip van de seriediagrammen stuit men echter weer op hetzelfde bezwaar.

De eisen, die aan de vervaardiging van de schroef moeten worden gesteld, dienen nu in ieder geval zodanig te zijn dat de boyen beschreven eigenschappen, die het resultaat zijn van een goed ontwerp, in de practijk worden gerealiseerd, dus een goed rendement, het juiste aantal omwenteiingen, cavitatievrij en de juiste spannungen.

Bovendien zal men eisen moeten stellen met betrekking tot het statisch en dynamisch in balans zijn van de schroef.

Al deze eisen en de daarmede verband houdende toelaatbare maatafwijkingen van schroeven zullen in par. 6 nader worden besproken.

De eisen op metallurgisch gebied vallen buiten het kader van deze bespreking.

3. Het belang van systematische schroefseriediagrammen bij het ontwerpen van de schroef.

Uit het voorgaande blijkt wel het uitermate groot belang bij het ontwerpen van de schroef te beschikken over betrouwbare schroefseriediagrammen, ge-baseerd op schroeven van moderne constructie.

Dit is de reden dat het N.S.P. in de ioop der j aren een aantal systematische schroefseries heeft onderzocht. Wel zijn er ook andere series bekend o.a. van

TAYLORenSCHAFFRAN,doch eerstgenoemde hebben het bezwaar dat zij werden uitgevoerd met de, uit een oogpunt van rendement ongunstige, cirkelsegment-vormige bladdoorsneden en laatstgenoemde dat de afmetingen van de schroef-modellen zo klein waren (150 mm), dat de meeste schroeven in het overgangs-gebied tussen de laminaire en turbulente stromingstoestand werden onderzocht,

(7)

939 TABEL I

Overzicht van de voiledige 2-, 3-, 4- en 5-bladige schroefseries van hei B-type, ontwihheld door

hei N.S.F.

ten gevolge waarvan de resultaten sterk aan schaaleffect onderhevig zijn. Tabel I geeft een overzicht van de volledige 2-, 3-, 4- en 5-bladige schroef-series van het B-type, ontwikkeld door het N.S.P.

De resultaten van de 2-, 3-, 4- en 5-bladige schroefseries werden in de ioop der jaren op verschillende plaatsen gepubliceerd [o.a. 1], behalve die van de dikkere 4-bladige series, die hierna zullen worden besproken.

Wat de overige series betreft moge ik hier volstaan met een korte toelichting van de tabel.

De 2-bladige series zijn niet zo belangrijk. Zij worden toegepast bij zeilschepen met hulpmotor vanwege de geringe weerstand van de in vaanstand vastgezette schroef. In Noorwegen past men dikwijls 2-bladige, verstelbare schroeven toe bij trawlers. Dit vindt zijn oorzaak in het eenvoudige verstelmechanisme bij toepassing van slechts twee bladen. Het rendement is belangrijker beter dan dat van de overeenkomstige 3-blad schroeven, de optimale diameter is echter ook belangrijk groter. Wij voistonden met het onderzoek van één

bladopper-vlakverhouding.

De 5-bladige series worden toegepast in gevallen waarin de diameter beperkt is en in gevallen waarbij 4-bladige schroeven door toevallige synchronisatie scheepstrillingen veroorzaken. Ook bij het optreden van torsietrillingen in de as kan vervanging van een 4-bladige schroef door een 5-bladige succes hebben, daar laatstgenoemde in de regel een kleinere optimale diameter heeft en een overeenkomstig kleiner massatraagheidsmoment.

Het verband tussen aantal bladen en bladdikteverhouding werd logisch ge-kozen in verband met de sterkte. Bij toenemende bladoppervlakverhouding

2 3 0.30

-

-0.35 0.50 0.65 4 0.40 0.55 0.70 5 0.45 0.60

-Bladdikte Naafdiam. Spoedred. Trekker

verhouding verhouding a d naaf hock Spoedverhouding

2 0.055 0.18 0 15° 0.5-0.6-0.8- 1.0- 1.2- 1.4 3 0.050 0.18 0 15° 0.5-0.6-0.8- 1.0-1.2- 1.4 4 0.045 0.167 20% 15° 0.5 -0.6- 0.8- 1.0- 1.2- 1.4 4 0.063 0.167 20% 15° 0.5 0.8 1.2 5 0.040 0.167 0 15° 0.5-0.6-0.8- 1.0- 1.2- 1.4 Aantal

(8)

940

zou de dikte uit sterkte-oogpunt moeten afnemen. Dit is echter niet het geval, omdat een dergelijke aanpassing van de dikte toch slechts onvolledig zou kun-nen zijn en bovendien verwarring zou kunkun-nen stichten.

Beter is het na het

berekenen van de schroef de bladdikte te corrigeren en eventueel een correctie in de spoed aan te brengen.

De dikkere 4-bladige schroef series werden onderzocht orn de invloed van het verschil in dikte tussen bronzen en gietijzeren schroeven te bepalen (dit verschil bedraagt in de regel ca 40%). Ook bij gietstalen of bronzen schroeven voor ijsbrekers heeft men met hetzelfde probleem te maken.

De naaf-diameterverhouding neemt in het algemeen af met toenernend aantal bladen, hetgeen in de tabel tot uitdrukking komt.

Afgezien van de 4-bladige series hebben alle schroeven een constante spoed. Het verschil in rendement tussen de schroeven met constante en schroeven met naar de naaf toe afnemende spoed is vrijwel te verwaarlozen. Slechts bij langzaam draaiende, weinig belaste schroeven passen wij bij het ontwerp vol-gens de diagrammen nog enige spoedreductie naar de naaf toe.

Uit proefnemingen en berekening van de virtuele spoedwaarden van boyen-genoemde schroeven met en zonder reductie van de spoed aan de naaf is ge-bleken dat de spoedwaarde van de schroef met constante spoed ca 1,5% kleiner moet zijn dan die van de schroef met 20% spoedreductie aan de naaf orn bij. gelijk aantal omwentelingen een gelijke stuwkracht te leyeren [8].

4. Invloed van de bladdikte op rendement, aantal omwentelingen en cavitatie-eigenschappen

De resultaten van de proeven met de standaard schroefseries zijn in de ver-schillende publicaties o.a. gegeven in de vorm van de bekende BDS diagrammen. Als voorbeeld geef ik hier het BD - 6 diagram voor de 4-bladige schroefserie B.4.70. Dit diagram geeft het verband aan tussen de belastingsfactor BD en de spoedverhouding HO/D, waarbij als parameters zijn gebruikt de sneiheids-coëfficiënt 6 en het rendement , (voor verkiaring zie fig. 1).

De berekening van de schroef met een bladcontour, bladdikte, bladopper-viakverhouding en vorm van de bladdoorsneden overeenkomende met die van de schroeven waarop het diagram is gebaseerd, geschiedt nu in principe als voigt.

Met het gegeven vermogen P, het aantal omwentelingen N/mm en de intree-sneiheid Va berekent men BD. In het diagram vindt men dan met behuip van de iijn van optimum rendement, de bijbehorende spoedverhouding HQ/D en de snelheidscoifficiënt 6, waaruit de diameter volgt.

Indien de cavitatieberekening uitwijst dat men een bladoppervlakverhou-ding moet toepassen die afwijkt van de gegeven verhoubladoppervlakverhou-dingen 0.40, 0.55 en 0.70 moet men tussen de diagrammen interpoleren.

Indien de sterkteberekening uitwijst, dat de bladdikte op hart as een andere is dan die welke aan de diagrammen ten grondsiag ugt, (s/D = 0,045) kan men gebruik maken van de fig. 2, 3 en 4, die het resultaat vormen van het

(9)

onder-u lIw.v .

P

ik

Vr

( i( Jd

tijF

'P' àZi

á

_{rA'I *II thl&lt"Ø '!}

4I'M& II i

I'I'aIIV&&

VAIS ' -!D Vi'%VP I 'aI4WI

.r,

1# d

P4'«

's!"iw !iv'ii

L ¡L

N2IP4 . S W4i,a

4lW&'

..:

.S 1.0 o,9 0.

---

-

---

u

---IlIHIlIHhlI

Sere8440--

8455--

B470

70 80 90 100 110 130 130 1O 0 W17?) WW

Fig. 1. B,S diagram van de serie B4-70.

zoek van de dikkere 4-bladige schroeven (sJD 0,063). Men gaat dan als

voigt te werk.

Met de reeds gevonden spoedverhouding bij de standaarddikteverhouding

s/D = 0,045 kan men in fig. 2 de correctie op het vermogen yinden voor de optimale schroefdiameter. Men moet daarbij als volgt redeneren. De dikke schroef heel t een slechter rendement dan de overeenkomstige standaardschroef. Indien met een standaardschroef bij een bepaald vermogen een bepaalde scheepssnelheid ontwikkeld kan worden, zal met de dikkere schroef bij hetzelfde vermogen een kleinere sneiheid worden behaald. Indien wij dus voor een ge-geven toestand de dikke schroef zouden vervangen door een standaardschroef, zou men het vermogen met een zeker percentage kunnen reduceren. Dit per-centage is nu in fig. 2 aangegeven.

Wij kunnen verder, bijvoorbeeid aan de hand van een proeftocht- of bedrijfs-prognose-diagram, de sneiheid bepalen die bij dit gereduceerde vermogen voor een standaardschroef behoort. Dit is dus ook de sneiheid die bij het oorspron-kelijke vermogen met de dikkere schroef kan worden behaald. De volgende

Fig. 2. Correctie van het vermogen voor de schroeven met SuD = 0,063 kg de series

B 4.40, B 4.55 en B 4.70.

(10)

sp 0.8

uwju.

_rriu

...

....,...

..u....

...

riuu___

...., a...

_{...p u}

...:i.

..

vauu ..

....,...

..r4a...

uuupia

rícuuu

AUUUU

...,...

....,....

.urha...a

rç.u

...,..._________________

...,...

-..,...

.r...

u.rmu

.ruu.

5 5

-

ì=0.045 08 0.9 10 1 1.2 3 4

Fig. 3. Verband tussen de spoeth erhouding van de schroeven met verschillende dikte.

berekeningen moeten met de aldus gecorrigeerde sneiheid en B3 worden uit-gevoerd.

De volgende correctie die moet worden gemaakt, is de correctie in spoed. Dit kan gemakkelijk geschieden met behuip van fig. 3, die het verband aan-geef t tussen de spoedverhoudingen van de schroeven met verschillende dikte. Het verband is zodanig dat de virtuele spoed van de schroeven gelijk is.

5 10

2030

50 60 70

1.4

W iV Z.V 140 150 160 171) ) 5tV

Fig. 4. Daling in voor B serie schroeven met SuD = 0,063.

%, s,,.0

'bZ-vuuuuuiiuuu

_NRUUIIU

uiituiiuuuuiiuuuuuuuuu i un

muuuuuuuuuuuuuii;i

-

"

455 -

6470---

u.

UUUUUUuIiUIiÍIi!!!

Sene 8440

-

8.455--1.3

8470-1.2 1.1 1.0 0.9 1.4 1.3 1.2 1.1 10 .8 .5

(11)

ENKELE PROBLEMEN BIJ SCHEEPSSCHROEVEN

Fig. 4 geeft ten slotte de daling in rendement voor de dikkere schroeven bij alle mogelijke belastingen en spoedverhoudingen.

Indien de bij de betrokken B,en van de standaardschroef behorende

daling in , niet correspondeert met de aanvankelijk aangenomen daling (fig. 2), moet men de snelheid en daarmede B nogmaals corrigeren. In de gevallen waarbij de diameter weinig van de optimale diameter afwijkt, zal dit echter niet nodig zijn, omdat fig. 2 voor de optimale diameter werd opgeiet.

Op deze wijze vindt men dus voor 4-bladige schroeven met een dikteverhouding s/D = 0,063 de correctie in spoed en rendement. Voor tussengelegen waarden van de dikte kan men interpoleren. Gemakshalve kan men dit lineair doen.

Uit de diagrammen blijkt wel dat de correcties in rendement niet onbelang-rijk zijn, vooral niet bij kleine oppervlakverhoudingen. Men passeert kennehjk een kritiek punt in de bladoppervlakverhouding, waarbeneden het rendement sterk daalt.

Ook de correctie in spoed is zodanig dat zu in vele gevallen de optredende verschillen tussen berekening en meting zal kunnen verkiaren.

Gezien de bereikte resultaten komt het mii gewenst voor t.z.t. de 3-bladige schroefseries met een serie dikkere schroeven uit te breiden. Weliswaar kan men de spoed corrigeren volgens de methode van gelijke virtuele spoed, doch omtrent de daling in rendement valt weinig te zeggen. Voorlopig zal men de gemiddelde dikte-lengte-verhouding van de bladelementen als het criterium moeten beschouwen en de daling van het rendement bij 3- en 5- bladige schroe-ven hiernaar moeten afmeten.

5. Invloed van de nauwkeurigheid van de vervaardiging en bewerking van de

schroef

0m cen inzicht te verkrijgen omtrent de invloed van de nauwkeurigheid van de fabricage en de afwerking van scheepsschroeven op haar cavitatie-eigenschappen en haar rendement werden in 1948 door het N.S.P. proeven in de cavitatietunnel uitgevoerd waarbij twee modellen werden gemaakt van de schroeven van het dubbelschroef artillerie-instructieschip Hr Ms Van Kins-bergen van de Kon. Marine. De ene schroef was een getrouwe copie van één van de schroeven die door de gieterij met grote zorg was afgewerkt. De andere schroef werd met de gebruikelijke nauwkeurigheid van 0,1 mm volgens de schroeftekening vervaardigd op een schaal 1 : 6.

De resultaten van deze vergelijkende proeven werden gepubliceerd in een voordracht voor de Vereeniging van Technici op Scheepvaartgebied [9]. Onder verwijzing naar deze publicatie zou ik, in verband met bet hierna volgende, op deze plaats een kort overzicht van de resultaten en de daaruit getrokken conclusies willen geven.

0m U een indruk te geven van de nauwkeurigheid waarmede de schroef werd vervaardigd geef ik U in de tabellen II en III de gemeten afwijkingen in spoed en bladdikte in de vorm waarin zij thans op bet nader te bespreken normaalblad worden aangeduid.

(12)

Gemiddelde afwijking voor alle bladen 0.0281.

TABEL III

Maximale dikteafwijkingen van de bladen in % van de maximale dikie van de

bladdoorsneden + 2 ot 3 mm

(overeenkomstig de voorschrif ten voor de maata/wijkingen bij scheessckroeven).

Uit de tabellen blijkt dat de afwijking in spoed bijzonder klein is, de afwij-kingen in de bladdikte zijn groter en volgens de nieuwe voorschriften deels

ontoelaatbaar.

De fig. 5 en 6 tonen de invloed van de afwijkingen in dikte op het rende-ment en de cavitatie-eigenschappen. Het blijkt dat de betrekkelijk kleine afwijkingen tot een merkbare beïnvloeding van het rendement en de cavitatie-verschijnselen leiden. Men kan hieruit de conclusie trekken dat dergelijke

Door-snede op rf R Max. bladdikte in mm

Maximale dikteafwij king

Blad T Blad Il Blad ilL

0.3 108.0 - (2.04% + 2 mm) -(3.61% + 2mm) - (7.13% + 2 mm) 0.4 94.0 -(0.95% + 2mm) - (0.96% + 2 mm) - (3.08% + 2 mm) 0.5 80.0 + (1.88% + 3mm) - (2.00% + 2 mm) -(0.87% + 2mm) 0.6 66.0 + (5.77% + 3mm) <(+ 3 mm) - (3.33% + 2 mm) 0.7 52.0 -(2.11% + 2mm) <(+ 3mm) - (2.69% + 2 mm) 0.8 38.0 -(2.11% + 2mm) <(+ 3mm) - (3.95% + 2 mm) 0.9 24.0 <(+ 3mm) <(- 2 mm)

<(+3mm)

0.95 17,5 <(- 2 mm) -(1.14% + 2mm) <(- 2 mm) Doorsnede op rf R

Gemiddelde spoedafwij king

Blad I Blad II Blad III

0.3 0.4 - 0.0070 + 0.0281 - 0.0035 + 0.0245 + 0.0386+ 0.0381 0.5 + 0.0689 + 0.0402 + 0.0421 0.9 + 0.0042 + 0.0497 + 0.0421 0.7 + 0.0433 + 0.0309 + 0.0632 0.8 + 0.0435 + 0.0224 + 0.0446 0.9 + 0.0130 - 0.0048 + 0.0324 0.95 + 0.0134 - 0.0077 + 0.0153 Gemiddelde afwij king per

blad

+ 0.0259 + 0.0190 + 0.0395

944

TABEL II

Gemiddelde spoeda/wijkingen per straal per blad, per blad en voor cille bladen in % van

(13)

4

61,7 15% 335

-for both -- exact screwactual propeller ean cunes 3 blades) model for for -propellers

'ii

K?4_

IL

I

__

__rl_I

_il

0.55 0,60 0.65 070 0,75 0$) 0.85 0.90

A.-Fig. 5. Karakteristiek van de beide in de cavitatietank onerzochte schroefmodellen.

hoogbelaste schroeven in de gieterij met de uiterste iiauwkeurigheid dienen te worden afgewerkt, orn goede overeenstemming van de resultaten te ver-krijgen. Absolute overeenstemming zal men echter we! nimmer bereiken. Deze conclusiemoet men trekken, indien men bedenkt dat bij de exacte schroef-modellen afgewerkt met een nauwkeurigheid van 0,1 mm (in dit geva'l is dit dus 0,6 mm voor de schepsschroef) tussen de bladen van het schroefmodel in de cavitatietank dikwijls nog kleine verschillen optreden.

Buiten de besproken resultaten beschikken wij nog over een aantal practijk-gegevens en resultaten van andere proefnemingen, die weliswaar niet met het zelfde doel genomen zijn, doch waaruit eveneens bet belang van een nauwkeuri-ge afwerking van de schroeven blijkt.

Speciale zorg bij het afwerken van de bladen vereisen de moderne schroef-vormen met de besproken Kármán-Trefftz profielen. Met het oog op de gewenste stootvrije intrede moet men speciaal aan de vorm van de intredende kant van de bladen grote aandacht besteden. Deze bijzondere vormen vergroten de moeilijkheden bij de fabricage en het is daarom zeer gewenst voorschriften voor de nauwkeurigheid bij de fabricage te geven, die aan de hand van de resultaten van de besproken proefnemingen en de ervaring in de practijk verantwoord kunnen worden.

6. Normalisatie van de toelaatbare maatafwijkingen bij schroeven

a.

Tijdens de discussie, die op bovengenoemde lezing volgde, werd door Prof. TR00sT de suggestie gedaan de in de lezing vervatte voorstellen met betrekking tot de toelaatbare maatafwijkingen ter kennis te brengen van de Hoofdcorn-missie voor de Norrnalisatie in Nederland (HCNN).

0.30 25 0.2 0.1 0.10 10Km 0.05 0,50 50 71p

r

£20 0.10

(14)

-V-946 DR IR W. P. A. VAN LAMMEREN

Tankschroef. Gieterijschroef blad 2.

Gieterijschroef blad 1. Gieterijschroef blad 3.

6. Vergelijking van de beide schroeven voor de proeftochttoestand; V = 25,5 kn;

Apk = 2 X 8000; N = 409/mm; o = 1,57.

Dit geschiedde met het gevoig dat de HCNN een sub-commissie instelde, bestaande uit vertegenwoordigers van de Kon. Marine, rederijen, werven, machinefabrieken en schroevengieterijen met de opdracht onder voorzitter-schap van de spreker te komen tot de normalisatie van de bij de fabricage van scheepsschroeven toe te laten maatafwijkingen.

Tijdens de eerste vergadering op 21 September 1949 werd de sub-commissie geinstalleerd door de voorzitter van de groepscommissie H (onderdelen voor de Scheepsbouw en Scheepsmachinebouw), ir G. 'T HOOFT en ving zij met haar werkzaamheden aan. Zij hield zich gedurende ongeveer 11/2 jaar intensief met het vraagstuk bezig en kon haar werkzaamheden tijdens de 7e vergadering op 14 Januari 1951 besluiten met het opstellen van een ontwerp normblad. Dit werd op 7 Maart 1951 ter beoordeling aangeboden aan de Commissie H2 en na wijziging en goedkeuring aan de groepscommissie H voorgelegd, die ze in-tussen, evenals de Technische Raad, heeft geaccepteerd.

(15)

b. Doel van de normalisatie

Het doel van de normalisatie enerzijds is aan de fabrikant een leidraad te geven bij het vervaardigen en afwerken van zijn product. Hieraan ugt de ge-dachte ten grondsiag dat de voorschriften een stimulans voor de schroeven-fabrikant moeten zijn, te trachten de kwaliteit van zijn product steeds meer te vervolmaken.

Bij het beoordelen van de voorgestelde toelaatbare maatafwijkingen dient men dan ook in het oog te houden dat de voorstellen slechts voorlopig zijn en dat het in de bedoeling van de Commissie ugt de toegestane afwijkingen in de

toekomst allengs te verkleinen.

Anderzijds is het doel van de normalisatie aan de opdrachtgever een leidraad te verschaffen bij het vaststellen van zijn eisen bij het bestellen van een schroef en hun bovendien een wapen in handen te geven bij het keuren van schroeven, die kennelijk niet met de nodige zorg werden vervaardigd.

Het spreekt echter vanzeif dat de voorschriften steeds met verstand en de nodige bedachtzaamheid moeten worden toegepast door ter zake kundige per-sonen, die in staat zijn de consequenties van eventuele afwijkingen te over-zien en te beoordelen.

Hierbij dient men steeds voor ogen te houden dat de onderscheidene voor-schriften worden gegeven orn de volgende beperkingen te verkrijgen:

Een beperking van de afwijking in het aantal omwentelingen van de schroef (orn dit te bereiken worden voorschriften gegeven ten aanzien van de toe-laatbare afwijkingen in spoed en diameter van de schroef en de profielvorm van de bladdoorsneden).

Een beperking van de afwijking van de toelaatbare materiaalspanningen (voorschriften omtrent bladdikte).

Een beperking van de afwij king in het rendement van de schroef (voor-schriften omtrent bladprofielvorm en bladdikte).

Len beperking van de afwij king in cavitatie-eigenschappen van de schroef (voorschriften omtrent bladprofielvorm, bladdikte, lengte van de blad-doorsneden en welving van het drukvlak bij hohe bladen).

Len beperking van de afwijking bij het statisch balanceren van de schroef (voorschriften omtrent bladhoek).

Een beperking van de afwij king ten aanzien van het dynamisch gebalan-ceerd zijn van de schroef (voorschriften omtrent spoormaat en trekkerhoek).

c. Werkwijze van de Commissie

Als basis voor haar werkzaamheden koos de Commissie de voorstellen voor toelaatbare maatafwijkingen die in bovenstaande lezing waren gedaan, aan-gevuld met voorstellen van de zijde van de schroevenfabrikanten. Aan de hand van de resultaten van een zorgvuldige analyse van een groot aantal in

Nederland en het buitenland vervaardigde en opgemeten kwaliteitsschroeven, welke analyse door het N.S.P. te Wageningen werd verricht, kwam de Commis-sie ten slotte tot de opstelhing van de thans voorgestelde toelaatbare

(16)

maataf-wijkingen. Met het oog op de inVloed van de toelaatbare maatafwijkingen op de kosten van de fabricage werd een doelmatige kiasse-indeling van de schepen ontworpen.

Besloten werd de normalisatie te beperken tot bronzen en gietijzeren schroe-ven. De gietstalen schroeven worden dus buiten beschouwing gelaten, enerzijds omdat hiervan slechts een beperkt aantal wordt gemaakt en anderzijds omdat een afwerking volgens nauwkeurige toleranties dermate hoge kosten met zich meebrengt dat men hiervan in de meeste gevallen moet afzien.

ci. Toelichting bij hei normblad

Het werd nuttig geoordeeld het normblad te verduidelijken met een aantal schetsen ten dele voorzien van een verklaring.

Voor zover nodig volgt hier nog een extra toelichting. Wij houden ons hierbij aan de aanduiding van de paragrafen van het normblad.

2. Methode voor het meten van de spoed 2.1. Bij viakke, al 0/ niet getilde doorsneden

Under methoden met graadverdeling verstaan wij methoden waarbij de af-stand van twee op een schroeflijn op het drukvlak gelegen punten wordt

be-paald met behuip van een op de as geklemde schijf (fig. 1) of een aan de omtrek opgestelde ring met graadverdeling (fig. 2). De laatste methode is nauwkeuriger dan de eerste en verdient daarom de voorkeur.

Bij toepassing van de speermatenmethode (fig. 3) kan een bepaalde afstand PQ langs de schroeflijn worden gefixeerd. De hiermede corresponderende hoek op bovengenoemde schijf of ring kan men gemakkelijk berekenen, doch dit is overbodig. Uit het hoogteverschil h tussen de punten P en Q en de gegeven

(17)

Fig. 3.

hhco9teverSChi/ tussen Cen D

Fig. 4.

koorde i/an hat ro/7e1

afstand PQ kan men de spoedhoek a bepalen, (a bg sin h/P Q) en daaruit de plaatselijke spoed H (in B, gelegen op het midden van de lijn PQ op straal r) met behuip van de formule:

2 rr

H =

.h=27rrtgc

PQ.cosa

De rekenkundige gemiddelde van de plaatselijke spoedwaarden per straal (schroeflijn) geeft ons de gemiddelde spoed per straal per blad (H straal/blad zie tabel sub. 5). Deze waarde is gelijk aan die van de spoed gemeten tussen de twee uiterste punten van het viakke gedeelte van een betrokken bladdoor-snede. De rekenkundige gemiddelde van de gemiddelde spoed per straal per blad over alle stralen geeft ons de gemiddelde spoed per blad (H blad). De ge-middelde voor alle bladen levert ten slotte de gege-middelde spoed van de schroef (H totaal).

2.2 Bij hohe doorsneden

Bij hohe doorsneden kan de speermaten methode bezwaarlijk worden toe-gepast. Ook met het oog op de diktemeting bevelen wij daarom aan zorgvuldige metingen volgens de graadmethode, bij voorkeur volgens de 2e methode, uit te voeren.

Het bepalen van de gemiddelde spoed is duidelijk (zie fig. 4). Het bepalen van de plaatselijke spoedwaarden, die de som zijn van de spoedwaarden van het theoretische schroefvlak en de afstand van dit viak tot het drukvlak van de schroef, gemeten in de richting van de hartlijn van de schroefas (zie fig. 6), geschiedt eenvoudig door het meten van de hoogteverschillen tussen de op het drukvlak van de schroef gelegen punten. Indien men de gemeten hoogten dus vermindert met de bijbehorende waarden van de spoed van het theoretische schroefvlak (bepaald door interpolatie tussen de punten C en D van de profiel-koorde) vindt men de afstanden van drukvlak tot profielkoorde, gemeten in het betrokken co-axiale cylinderviak.

(18)

cilinder doorsn ode

Fig. 5.

cos'/-2zz

PS PO

Gos

Een cventuele afwijking van de gemiddelde spoed (meting van het hoogte-verschil tussen C en D).

Eén eventuele afwijking van de plaatselijke spoed. Deze wordt echter be-schouwd als een afwij king van de afstand van drukvlak tot koorde, waar-voor afzonderlijke waar-voorschriften worden gegeven (zie sub. 8).

Methoden voor het meten van de dikte 3.1 Bij viakke al of niet getilde doorsneden

Het is in de practijk gebruikelijk de dikte van de schroefbladdoorsneden te

meten loodrecht op het drukvlak. Ook de meetapparatuur van het Ned.

Scheepsbouwkundig Proefstation werkt volgens deze methode.

Uit meettechnisch oogpunt is tegen deze methode geen enkel bezwaar, indien zij wordt toegepast bij schroeven met viakke doorsneden. Indien de doorsneden aan de in- en uittredende kant getild zijn is het echter gewenst de dikten daar ter plaatse te controleren met contramallen.

Aangezien het gebruikelijk is bij het vervaardigen van de schroeftekening de cylinderdoorsneden te tekenen, is het bij toepassing van bovenstaande meet-methode bij schroeven met schuine trekker noodzakelijk de diktematen van de tekening orn te rekenen met de in fig. 5 gegeven formule.

Deze formule is slechts bij benadering juist aangezien de hoek van het zuig-viak met het verticale zuig-viak, loodrecht op de schroefas, t.g.v. de verandering van de bladdikte over de profielkoorde varieert. Door berekening van een aan-tal schroeven werd echter vastgesteld, dat de afwijking van geen betekenis is. 3.2 Bif hohe doorsneden

Bij schroeven met holle doorsneden stuit het meten van bladdikten lood-w

(19)

Fig. 6.

koorcie van hetprofie/ (theoretisch schroefv/ak)

dikte in het schroef v/ak // hart/ijn vanoeschroefas

afstand van het drukv/ak van de schrcef tot het

theoretisch schroefv/ak

(pro fie/koorde) in het

ci/inder v/ak //de har(_

/ijn van de schroe fas.

recht op de profielkoorde op zeer grote bezwaren, hetgeen zünder meer uit fig. G duidelijk wordt. De meting in het cylinderviak evenwijdig aan de hartlijn

van de schroefas is in dit geval eenvoudiger.

Daar bovendien de afwijking t.o.v. deprofie1koorde in het genoemde cylinder-viak wordt genieten, besloten wij ook de dikte in dit cylinder-viak te meten.

Een complicatie is hierbij tot dusverre dat de schroevenfabrikant de dikte-maten, die hij nodig heeft, uit de tekening moet opmeten, aangezien de schroe-venconstructeurs de diktematen bij hülle bladprofielen meestal loodrecht op de spoedlijn (profielkoorde) aangeven. Het zou daarom aanbeveling verdienen de benodigde diktematen in het cylinderviak evenwijdig aan de hartlijn van de schroefas bij schroeven met hohe bladdoorsneden ook op de tekening te vermelden, zodat misverstanden kunnen worden vermeden.

Klasse-indeling

Bij het vaststellen van de kiasse-indeling gingen wij enerzijds uit van het standpunt dat de eisen met betrekking tot de afwerking van de schroeven niet voor elk scheepstype hetzelfde behoefden te zijn en anderzijds van het feit dat de fabricagekosten met het verzwaren van de eisen aanmerkelijk stijgen. Uiteraard kan elke nauwkeurigheid worden bereikt zij het met opoffering van grote kosten. De met de grootste nauwkeurigheid vervaardigde schroeven zullen dan in het algemeen ook slechts bij de grootste en kostbaarste schepen worden toegepast in gevallen waarbij aan rendement en cavitatie-eigenschap-pen de hoogste eisen worden gesteld (kruisers, jagers c.d.).

De indeling werd logisch opgezet zonder alte grote differentiatie. De

op-drachtgever is volkomen vrij orn de klasse te kiezen, omdat uiteindelij k hij alleen de te stellen eisen kan beoordelen.

De klassen M, I, II en III gelden voor bronzen schroeven, de klassen III en IV voor gietijzeren schroeven. De verschihlen tussen de klassen III en IV zijn in het algemeen groter dan die tussen de overige klassen.

Toelaatbare maatafwijkingen in de spoed

(20)

straal per blad mag voor de doorsneden op 0,2, 0,3 en 0,4 R 50% groter zijn, omdat de spoed daar ter plaatse weinig invloed uitoefent op het aantal omwen-telingen van de schroef.

De toelaatbare maatafwijkingen voor de som van gemiddelde spoed en dia-meter (H + D) laat eventueel een correctie toe van een niet toelaatbare maat-afwijking in spoed. Het is immers een bekend feit dat twee schroeven hetzelfde aantal omwentelingen zullen maken, indien binnen bepaalde grenzen, de som van spoed en diameter hetzelfde is. Is dus de gerniddelde spoed te groot, dan kan men dit eventueel corrigeren door de diameter een gelijk bedrag kleiner te maken en zo mogelijk omgekeerd. Omtrent deze correctie zal echter steeds met de opdrachtgever overleg dienen te worden gepleegd, omdat men in dit geval van de voorschriften van spoed en diameter afzonderlijk afwijkt.

Toelaatbare rnaatafwij kingen van de schroefrniddellij n

Aan de tabel behoeft weinig te worden toegevoegd. Het constante bedrag van 3 mm werd opgenomen orn te voorkomen dat de absolute maat van de toelaatbare afwijking bij kleine schroeven te klein zou worden. Dit geldt ook voor de overige maatafwijkingen.

Toelaatbare maatafwijkingen van de bladdikte

Hierbij maken we onderscheid tussen positieve (te dikke schroef) en negatieve afwijkingen (te dunne schroef). Eerstgenoemde zijn ongeveer 50% groter. Dit geschiedde met het oog op de sterkte van de schroef. Bij negatieve afwijkingen stellen de spanningen de grens, bij positieve afwijkingen zijn bet de cavitatie-eigenschappen en bet rendement.

Toelaatbare afwijkingen van de afstand van het theoretisch schroefvlak tot bet drukvlak van de schroef bij hohe profielen, gerneten in het cylinder-viak // de hartlijn van de schroef as (fig. 6)

Deze voorschriften bepalen mede de vorm van de bladprofielen. Vandaar dat dezelfde toleranties als bij de diktematen werden voorgeschreven. Hierbij werden de kleinste (negatieve) waarden gekozen om te voorkomen dat bij pro-fielen met de maximaal toelaatbare (positieve) dikteafwij king de welving te groot zou worden, met als gevoig een behoorlijke toename van de virtuele spoed. In par. 2.2 werd uiteengezet dat de afstand van de koorde tot bet drukvlak van de profielen kan worden gevonden, door de gemeten hoogte te verminderen met de bijbehorende waarde van het theoretisch schroefvlak. Hierbij mag men dan de toelaatbare afwij king van de gemiddelde spoed per straal per blad in aanmerking nemen.

Toelaatbare maatafwijkingen in de lengte van de bladdoorsneden

Hoewel de doorsneden vrij gemakkelijk op de juiste lengte kunnen worden gemaakt, werd deze tolerantie vrij ruim gekozen orn aan de fabrikant meer

(21)

O.9R

05R

afwijking van de

bladhoek

Fig. S.

vrijheid te geven bij het afwerken van de intredende kant van de bladprofielen

Fig. 7. met behuip van de voorgeschreven con-tramallen.

Hieraan lag de gedachte ten grondsiag dat het met het oog op het cavitatie-gevaar beter is de profielen aan de intredende kant zuiver te bewerken dan de

meestal ruim gekozen lengte van de bladdoorsneden aan te houden. Ook bij het aanbrengen van een anti-zingrand kan het noodzakelijk zijn de lengte van de doorsneden jets te verkleinen, hetgeen zonder risico kan worden gedaan.

Toelaatbare maatafwijkingen in de bladhoek (fig. 7)

Deze maatafwijking hangt samen met het balanceren van de schroef. De af-wijkingen mogen zowel positief als negatief zijn, hetgeen dus wil zeggen, dat de onderlinge afwijking van twee bladen 2 X zo groot mag zijn als de gegeven tolerantie.

Toelaatbare maatafwijkingen in de spoormaat en de trekkerhoek

De spoormaat (d.i. de maat voor het sporen van de uittredende kant van de bladen in een viak loodrecht op het hart van de schroefas) en de trekker-hoek kunnen wij gelijktijdig vastleggen, indien wij ten minste twee punten op de hartlijn van elk schroefblad fixeren. Dit kan gemakkelijk geschieden door de afstand van deze punten tot een vlak loodrecht op het hart van de schroefas te meten (fig. 8). Hiermede zijn zowel de hoek en de langsscheepse stand van de trekker als het sporen van de uittredende kanten van de bladen bepaald. Er kan hoogstens bij het sporen nog een klein extra verschil optreden als ge-volg van de tOegestane maatafwijkingen in de bladlengte.

Deze voorschrïften voor maatafwijkingen zijn verbonden met het dynamisch balanceren van de schroef, omdat zij het ontstaan van vrije koppels in de rich-ting van de schroefas beperken.

(22)

Wij maakten verschil tussen de afwijkingen met betrekking tot de schroef-tekening en de onderlinge toelaatbare afwijkingen. Eerstgenoemde zijn groter dan laatstgenoemde, omdat een betrekkelijk grote afwij king van de tekening, mits deze voor alle bladen gelijk is, geen invloed op het dynamisch balanceren behoeft uit te oefenen, zulks in tegenstelling tot de onderlinge afwijking van

de bladen in dit opzicht.

12. Toelaatbare maatafwijkingen t.a.v. het statisch balanceren

De boyen besproken beperkingen voor de maatafwijkingen zijn er reeds op gericht het niet in balans zijn van de schroef te beperken. Speciale voorschriften voor het balanceren hebben wij echter gemeend niet te moeten geven. De Corn-missie is van oordeel dat de bestaande formules geen rekening houden met de werkelijkheid. Het al of niet toelaatbaar zijn van een bepaald balanceergewicht hangt immers van zovele factoren af, waarover men zonder gedetailleerde gegevens van het schip, de asleiding en de machine niet kan oordelen, dat het geen zin heeft een of andere formule op te stellen. Bovendien zinken de krach-ten, die ontstaan ten gevolge van het niet geheel gebalanceerd zijn van de schroef, geheel in het niet bij de vrije krachten, die in de meeste machine-instal-laties optreden.

De Commissie heeft daarom volstaan met het voorschrift dat de schroef zo goed mogelijk moet worden gebalanceerd met een daarvoor geschikt geachte apparatuur. Dit laatste is natuurlijk wel belangrijk. Het zal een groot verschil maken of men balanceert met een as die over een of twee banen loopt of dat men b.v. op kogeiblokken balanceert. Vandaar het voorschrift dat de appa-ratuur zodanig moet zijn dat men de schroef met een bepaald koppel (g.R) in beweging kan brengen.

Slot beschouwing

Het gepubliceerde normblad moet als een eerste schrede op het pad van de normalisatie van scheepsschroeven worden beschouwd. UIt het blad zeif en de toelichting blijkt wel dat de Commissie er zich van bewust is dat de voor-schriften in de toekomst ongetwijfeld orn verandering en aanvulling zullen vragen. Niettemin publiceert de Commissie de voorschriften met een zeker optimisme ten gebruike en ter algemene critiek, die zu gaarne inwacht.

Het voorstel zal nu aan de betrokken instanties worden aangeboden voor internationale normalisatie.

Persoonlijk zou ik gaarne deze uiteenzetting willen besluiten met een harte-lijk woord van dank aan alle leden van de Studie Commissie en de Staf van het N.S.P. die aan het tot stand komen van het normblad hebben bijgedragen.

Normualbiad

Scheepsonderdelen V 974

(23)

Algerneen

Deze norm heeft betrekking op bronzen en gietijzeren scheepsschroeven. Methoden voor het meten van de spoed

2.1 Bij viakke, al of niet getilde doorsneden

Aanbevolen wordt voor het bepalen van de spoed geen methoden met graad-verdeling doch de speermatenmethode toe te passen, tenzij een apparatuur aanwezig is die nauwkeuriger resultaten geef t.

le methode met graadverdeling.

Graadverdeling op kleine schijf. Fouten kunnen ontstaan bij A en B. Bij A ten gevolge van de onnauwkeurigheid van de hoekinstelling, bij B ten gevolge van een afwijkende stand van de verticale pen AB.

2e methode met graadverdeling.

Graadverdeling aan de omtrek. Een fout kan onstaan bij B (zie boyen). 3e methode: Methode van de speermaten.

De afstand PQ, corresponderend met de gewenste hoek, wordt op de betrok-ken bladcirkel uitgezet.

Het hoogteverschil h wordt in gefixeerde punten gemeten. Fouten in de apparatuur komen grotendeels te vervallen.

2.2 Bij holte doorsneden

Hierbij de graadmethode gebruiken, indien dit zuiver kan geschieden. De gemiddelde spoed kan worden bepaald door het hoogteverschil tussen 2 punten, liggende op de profielkoorde, d.w.z. de raaklijn aan de drukzijde

van de in

het vlak van tekening neergeslagen cylindersnede van het schroefblad. Methoden voor het meten van de dikte

3.1 Bif viakke, al of niet getilde doorsneden

De dikte van de doorsneden meten loodrecht op het drukvlak _{en daarbij} gebruik maken van de formule voor het omrekenen van de dikte in de cylinder-doorsneden tot de dikte loodrecht op het drukvlak.

De in- en uittredende kanten controleren met contramallen in het cylinder-viak in het gedeelte over de tilling, maar voor elke mal ten minste over een lengte van 15% van de plaatselijke bladelementlengte met een minimum lengte van 100 mm. Het gebruik van contramallen is verplicht voor de klassen M en I en indien door de opdrachtgever gewenst, voor de overige klassen.

3.2 Bil holte doorsneden

De dikte en afwijkingen van het drukvlak t.o.v. de profielkoorde meten in het cylindervlak evenwijdig aan de hartlijn van de schroefas. De resultaten eventueel graphisch uitzetten.

(24)

Klasse

M

I II III en IV

5. Toelaatbare maatafwijkingen in de spoed H

Opm.: 1. De spoed van elk blad ten minste meten over 4 stralen (0,3 0,5 - 0,7 en

0,9 R) en in ten minste 5 punten per straal.

3. De toelaatbare afwijkingen worden uitgedrukt in de (peripheriaal gemiddelde spoed op 0,7 R.

De maatafwijking van de plaatselijke spoed en van de gemiddelde spoed per straal per blad mag voor de doorsneden op 0,2, 0,3, en 0,4 R 50% groter zijn. Voor het corrigeren van een al of niet toelaatbare afwijking in de spoed door een overeenkomstige verandering van de middellijn moet met de

opdracht-gever overleg worden gepleegd.

6. Toelaatbare maatafwijkingen van de schroefmiddellijn D Specificatie

Marine (jagers. kruisers ed.)

Passagiersschepen en grotere lijnvaart vrachtschepen Middeigrote vrachtschepen, kustboten en grote sleepboten

Overige schepen

Opm.: De afwijking wordt uitgedrukt in de schroefmiddellijn.

H totaal ,0'

_4%

_2%

H blad 50/ 10_I

l%

_2%

2%

H straal/blad . _lj% 2%

2%

3%

H plaatselijk . 1% 2% 3% 4% 5%

H+D

1%

Schroeven van Brous Brons engietij zer Gietijzer

Specificatie

Marine Koopvaardij

Klasse M Klasse I Klasse II Klasse III Klasse IV

Toelaatbare

maataf-afwijking

0,1% +

3 mm 0,2% +3 mm 0,3% +3 mm 0,4%+3 mm 0,6%+3 mm Schroeven van Brous Brons en_gietijzer Gietijzer

Specificatie

Marine Koopvaardij

4. Klasse-indeling

De opdrachtgever moet desgewenst zeif de klasse aangeven; zonder zijn aan-duiding geldt voor de kiasse-indeling:

(25)

7. Toelaatbare maatafwijkingen in de bladdikte')

Opm.: 1. De dikte van elk blad ten minste meten over 4 stralen (0,3 - 0,5 - 0,7 en 0,9 R) en in ten injuste 3 punten per straal.

2. De toelaatbare afwijking wordt uitgedrukt in de maximale dikte van de

plaat-selijke bladdoorsnede.

8. Toelaatbare afwijkingen van de afstand van het theoretische schroefvlak tot het drukvlak bi] hohe profielen, gemeten in het cylinderviak / / de hart-lijn van de schroefas

Voor de afstanden drukvlak-koorde gelden dezelfde toleranties als bij de diktematen (negatieve waarden) (zie punt 7 en fig. 6) onder 3.2, vermeerderd met de in tabel 5 gegeven toelaatbare maatafwijkingen voor de spoed per straal per blad.

') Zie opmerking op pag. 959.

ENKELE PROBLEMEN BIJ SCHEEPSSCHROEVEN

Opm.: 1. De lengte van de doorsneden van elk blad ten minste meten over 5 stralen

(0,3-0,5-0,7-0,8RenO,9R).

De toelaatbare afwijking wordt uitgedrukt in de plaatselijke lengte van de

bladdoorsnede.

De afwijking mag op 0,2, 0,3, en 0,4 R 50% groter zijn.

Sciiroeven van Brous Brous en_{gietij zer} Gietij zer

Specificatie

Marine Koopvaardij

Klasse M Klasse J Klasse II Klasse III Klasse IV

Negatieve afwijking

1%+

_{2 mm}

1%+

_{2 mm}

2%±

_{3 mm}

2%+

4 mm

3%±

5 mm

Positieve afwij king

l%±

_{3 mm}

2%+

_{4 mm}

3%±

₄ _min

4%+

6 mm

5%+

7 mm

9. Toelaatbare maatafwijkingen in de lengte van de bladdoorsnede

Schroeven van Brons Brons en_{gietij zer} Gietijzer

Specificatie

Marine Koopvaardij

Negatieve en positieve

(26)

958

Toelaatbare maatafwijkingen in de bladhoek

Opm.: De toelaatbare afwijking wordt uitgedrukt in de schroefmiddellijn. Het is de afwijking van de hartlijn van het blad aan de omtrek van de schroef.

Toelaatbare maatafwijkingen in de spoormaat en de trekkerhoek

Opm. 1. De toelaatbare afwijking wordt uitgedrukt in de schroefmiddelhjn.

2. Zij wordt bepaald yoUr ten minste 2 op de trekker gelegen punten, waaronder 0,5 en 0,9 R en wel door het verschil in afstand te bepalen tot een vlak lood-recht op hart schroefas.

Toelaatbare maatafwijkingen t.a.v. het statisch uitbalanceren

Daar het practisch niet uitvoerbaar is orn toelaatbare rnaatafwijkingen be-treffende het statisch uitbalanceren te geven acht de commissie het wenselijk dat de schroeven zo goed mogelijk statisch worden uitgebalanceerd met de daarvoor geschikt geachte apparatuur.

Deze moet zodanig zijn dat de schroef moet gaan bewegen indien aan de top van het blad in de horizontale stand een gewicht g, volgens onderstaande for-mule, wordt bevestigd.

G (7

= C

-o A t.o.v. de teke-fling neg. en Pos. afw. 0,2% -1-3 mm 0,4% +3 mm 0,6% +3 mm 0,8% +3 mm 1,2% ±3 mm ouderling gemeten op 0,5 R absolute maat 0,1% +2 mm 0,2% + 2 mm 0,3% +2 mm 0.4% +2 mm 0,6% +2 mm Negatieve en positieve 0,2% ± 0,4% + 0,6% + 0,8% + 1,2% + maatafwijking. 3 mm 3 mm 3 mm 3 mm 3 mm

Schroeven van Brons Brons en_gietijzer Gietijzer

Specificatie

Marine Koopvaardij

Schroeven van Brons Brons en_gietijzer Gietijzer

Specificatie

Marine Koopvaardij

(27)

Hierin is g = balanceergewicht aan de schroeftop in kg, G = gewicht van de schroef in tonnen van 1000 kg, R = halve schroefmiddellijn in m,

c = constante volgens onderstaande tabel.

Opm. Betreffende de toelaatbare maatafwijkingen in de bladdikte dient echter te worden gestreefd naar de onderstaande verschuiving van klasse-in-deling.

Opm.: 1. De dikte van elk blad ten minste meten over 4 stralen (o,3 - 0.5 - 0.7 en 0.9 R) en ïn ten minste 3 punten per straal.

2. De toelaatbare afwijking wordt uitgedrukt in de maximale dikte van de

plaat-selijke bladdoorsnede.

Dit blad werd ontworpen voor commissie H 2 voor de normalisatie van Onderdelen voor de Schee5smachinebouw en aanvaard door groescommissie H voor de normalisatie

van Onderdelen voor de Scheepsbouw en de Scheepsnsachinebouw.

Het blad werd voorbereid door de studiecommissie H 2a onder voorzitterschap van dr ir W. P. A. VAN LAMMEREN.

LITERATUUR:

L. TRoosT:Open water test series with modern propeller forms; part 3, two-bladed

and five-bladed propellers - Extension of the three-bladed and four-bladed series;

Transactions of the North East Coast Institution of Engineers and Shipbuilders 1950/1951.

J.BALHAN en J. D.VANMANEN: Het ontwerpen van cavitatievrije scheepsschroeven;

Schit' en Wert, 1950, p. 22, 44, 66.

W. P. A.VAN LAMMEREN, L. TROOST_{en J. G.} KONING:_{Weerstand en Voortstuwing}

van schepen; pag. 269; De technische boekhandel H. Stam, Haarlem.

J. A.VAN AKEN: Methodes voor het bepalen van de virtuele spoed als hulpmiddel bij het corrigeren van de spoed van scheepsschroeven, die afwijken van de stan-daardseries; Polyechnisch Tijdschrift 1949/17IS, p. 303a.

Schroeven van Brons Brons en_gietijzer Gietij zer

Specificatie

Marine Koopvaardij

Negatieve afwijking

1%±

_{1 mm}

l%

_{2 mm} _{2 mm}

2%+

_{3 mm}

2%±

_{4 mm}

Positieve afwijking

l%+

_lmm

lj%±

_3mm

2%+

_{4 mm}

3%+

_4mm

4%+

_6mm

Klasse

MI

_III

Iv

(28)

W. P. A. VAN LAMMEREN:Enige beschouwingen over het cavitatie- en

erosie-vraag-stuk bij scheepsschroeven; Moderne cavitatie-criteria; Schip en Werl 1948, nos. 10

en 11.

W. P. A. VAN LAMMEREN: Enige gezichtspunten bij bet ontwerpen van

scheeps-schroeven; Schip en Wert 1940, p. 151.

D. DE GR00T: Onderzoek naar de mogelijkheid van rendementsverbetering door

toelating van stuwkracht-beinvloeding ten gevolge van cavitatie bij schroeven van

oorlogsschepen; Schi en Wert 1950, pag. 251, 288.

W. P. A. VAN LAMMEREN: Stand van het Wetenschappelijk onderzoek door het

N.S.P. te Wageningen; Sc/tip en Wert 1950, nos. 16 en17.

W. P. A. VAN LAMMEREN: Resultaten van enkele proefnemingen ter bepaling van

de invloed van de nauwkeurigheid van de fabricage van scheepsschroeven op de cavitatieeigenschappen en het rendement; Schip en Werf 1949 no. 3, p. 41.

Beraadslaging

Hr. N. J. Visser: Het maakt op rnij steeds weer een fascinerende indruk als ik zic welk een invloed een wetenschappelijke behandeling van dergelijke vraag-stukken op de constructie heeft. Vroeger construeerde men ook schroefbladen doch met weinig gegevens en met ved fantasie. Wij mogen ons gelukkig prijzen, dat op dit gebied zoveel arbeid verricht is geworden. 1k was in staat die gehele ontwikkeling op de voet te volgen en heb er de grootste bewondering voor.

Een speciaal probleem vormen de trillingen van een schip. Voor zover deze opgewekt worden door de machine-installatie, kunnen wij van te voren de mogelijke storingen beoordelen, doordat de werkende krachten en momenten in grootte en phase te berekenen zijn. Anders is bet voor de fluctuerende krach-ten, die tussen schroef en schip zich afspelen, veroorzaakt door de peripheriale volgstroomvariaties. ledere poging orn van deze krachten, die maar al te veel onrust veroorzaken, wat meer te weten te komen is met vreugde te begroeten. 1k zou nog graag twee vragen willen stellen: U zegt, dat voor de standaard schroeven-serie, nu zoveel jaren in gebruik, gebleken is dat de geometrische spoed jets kleiner is dan de virtuele. 1k heb inderdaad de ervaring opgedaan, vooral achter kleinere schepen, dat deze schroeven te stijf zijn, als men ze op de normale manier uitrekent. Door een grotere volgstroom toe te passen, werd dit beter. Heeft dit met het door U genoemde verschijnsel jets te maken?

De tweede vraag betreft het stootvrije intreden aan de nieuwere profielen. 1k kan rnij denken, dat men daar naar streeft, maar men zou zo willen denken, dat een stootvrije intrede ook een minder verkwisten van arbeid betekent. Waarom is het rendement hier dan toch kleiner?

Dr ir W. P. A. van Lammeren: Wat de eerste vraag betreft moet ik de heer VISSER antwoorden dat uit een recente analyse van een aantal proeftocht-resultaten gebleken is dat de toeslag op het aantal omwentelingen als gevolg van het schaaleffect bij overgang van model naar schip, bij gelijkblijvende schroefbelasting, tot op heden te klein werd gekozen. In een binnenkort te houden voordracht over de constructie van het proeftocht en bedrijfsprognose-diagram zal worden uiteengezet dat deze factor voor E.S.schepen moet worden

(29)

verhoogd van 1 à 2% tot 2,2% en voor D.S.schepen van 0,5% tot 1,5%. Dit zou er op wijzen dat de spoed van de ontwerpschroef jets groter zou moeten worden, hetgeen dus in tegenspraak is met de ervaring van de heer VIssER. 1k moet er echter aan toevoegen dat wij bij de schroefberekening met het aantal omwentelingen steeds aan de veilige (hoge) kant blijven orn te voorko-men dat de voorgeschreven gemiddelde druk van de machine wordt overschre-den.

Met betrekking tot de tweede vraag zou ik willen zeggen dat de stootvrije intrede geen criterium vormt voor het bereiken van de minimum lift-drift-waarde van de profielen. In de regel bereikt men deze bij een kleine invaishoek. Met de op deze wijze geconstrueerde schroeven verkrijgt men het beste rende-ment. Er zal wel enige viiescavitatie optreden, doch wij nemen aan dat dit met het oog op eventuele erosie geen hinderlijke gevolgen zal hebben. In mijn lezing heb ik reeds gezegd dat voor het verkrijgen van een stootvrije intrede van de profielen van de standaardseries een grote schroefdiameter wordt ver-eist, die in het algneen tot een lager rendement van de schroef leidt dan de gebruikelijke diameter, die 3 à 5% kleiner is dan de optimale diameter volgens de vrijvarende schroefdiagrammen. Bij toepassing van Kármán-Trefftz pro-fielen heeft men het in de hand bij elke diameter de bladpropro-fielen stootvrij te laten aanstromen door toepassing van de geschikte welving van de profielen. Ook daarbij zal het echter voordelen bieden een kleine invalshoek toe te laten. Een en ander blijkt duidelijk uit de genoemde onderzoekingen, die het onder-werp vormen van een tweetal dissertaties van onze medewerkers BALHAN en VAN MANEN.

Hr. H. y. Dijk: Waarom gebruikt men zo weinig gietstalen schroeven tegen-over gietijzeren?

Dr ir van Lammeren: Gietstaal is moeilijk aan de maat te gieten en practisch niet te bewerken. Er wordt steeds meer brons gebruikt in de gevallen dat men vroeger gietstaal zou nemen. Typische voorbeelden vormen de Noorse walvis-moederschepen en ook jagers die de gietstalen schroeven met succes door bronzen vervangen hebben. Tegenwoordig gebruikt men gietijzer feitelijk slechts in gevallen dat men brons te duur acht. Uiteraard valt te verwachten, dat de ontwikkeling van nodulair gietijzer nieuwe aspecten zal openen voor dit materiaal.

Hr. P. Perdijk: 1k heb veel over het rendement van de schroef horen spreken, maar welk percentage wordt nu goed geacht?

Dr ir van Lammeren: Dit hangt samen met de belasting. Bij een dubbel-schroefschip kan men tot ca 70% komen, bij een enkeldubbel-schroefschip is 76% een goede waarde. Langzaam draaiende schroeven leiden bij enkelschroefsche-pen soms tot een rendement van 80%. Sinds de oprichting van het Ned. Scheeps-bouwkundig Proefstation is de qualiteit van de scheepsvorm en de voortstuwing belangrijk verbeterd. Men kan wel aannemen dat de verbetering gemiddeld ca 1% per jaar heeft bedragen. De qualiteit is nu 10 à 15% hoger dan in de

(30)

BERAADSLAGING

beginperiode. Dit kan echter niet doorgaan en verdere verbeteringen volgen een asymptoot.

Hr. J. J. C. y. Lier: U sprak van 4 verschillende bladen van één sch roel in de cavitatietank; beïnvloeden die elkaar dan niet?

Dr ir van Lammeren: Hoewel er enige beïnvloeding is valt dit erg mee. Cavitatie zal, indien het optreedt, meestal plaats vinden ter plaatse van de buitenste bladdoorsneden, waar het tralie-effect en daardoor de onderlinge be-invloeding van de bladen zeer gering is. U zult dit vanmiddag in de cavitatie-tunnel kunnen zien. Bij schroeven met overlappende bladen, zoals bij oorlogs-schepen voorkomen, is deze methode van beproeving niet meer toelaatbaar. Prof. ir L. Troost: 1k mag hier wel aan toevoegen dat de 4 bewuste bladen alle hydrodynamisch gelijkwaardig zijn, dus de stuwkrachten op alle 4 bladen zijn gelijk. Het lukt ook alleen bij kleine cavitatievliesjes en niet bij grote stuwkrachten en zwaardere cavitatieverschijnselen, zoals bij schroeven van de Marine veel voorkomen.

Hr. A. C. H. Kuyck: Hoe is het rendement bij achtenit slaan?

Dr ir van Lammeren: Bij een normale schroefconstructie is het rendement achteruit slaande 10 à 15% slechter dan vooruitvarend. Indien men veel moet manoeuvreren kan men beter schroeven met lensvormige doorsneden nemen. Deze zijn weliswaar enkele procenten slechter dan een schroef van normale constructie, doch zu hebben het voordeel dat het rendement vooruit- en achter-uitslaande hetzelfde is.