Kandidaat voortstuwingssytemen
voor corvetten
(van 800 - 1200 ton waterverplaatsing)
Samenvatting en keuze
September 1991 G.K. Kamerman
Faculteit der Werktuigbouwkunde en Maritieme Techniek Vakgroep 0.E.M.O.
Voorwoord
Dit rapport (Kandidaat voortstuwingssystemen voor corvetten met als subtitel
Samenvatting en Keuze) is de schriftelijke verslaggeving van het door de NEVESBU geinitieerde haalbaarheidsonderzoek naar de verplaatsing van de machinekamer van het middenschip naar het achterschip op hoge
snelheidsdeplacementsschepen.
Tevens vormt dit rapport de 4de jaars opdracht van de schrijver dezes aan de TU Delft (Faculteit der Werktuigbouwkunde en Maritieme Techniek, Vakgroep OEMO, sectie Maritieme Werktuigkunde)
Summary
In the following text a summary of the study on alternative propulsion systems on high speed displacement ships is given, which is performed under auspices of the NEVESBU in The Hague (The Netherlands).
To achieve a complete understanding, the reader is advised to read the main and fourth report (which is written in Dutch).
1 A inventory of the present propulsion systems on corvettes in the range of 800 -1200 metric tons displacement shows that without exception the machinery room is placed in the midship section of the ship.
Fulfilment of the operating profile (which merely constists of two speeds, cruising speed and a maximum speed) is achieved by a combined plant. The most common arrangements of engines in this range is CODOG (COmbined Diesel Or
Gasturbine), CODAG (COmbined Diesel And Gasturbine), CODOD (COmbined Diesel Or Diesel) and CODAD (COmbined Diesel And Diesel).
The ships are propulsed by two, three or in some rare cases (fast ships) four propellers. The propellers are driven by long shafts.
2 Propulsors for these types of ships are subjected to high standards regarding to vibrations and underwater-noise. Therefore a good flow towards the propulser is
needed.
Two propeller-units are recognized to be good options for implementation of the machinery room in the aftship. The Lips U-drive with the propeller behind the strut and a separate rudder and the Ulstein Z-drive with tractor propeller and an integrated rudder.
Both propulsors are making use of right-angled gearboxes.
The feasibility of this solution is more or less depending on the powerrange of the propeller units.
Furthermore the waterjet can be seen as a possible option for propelling these types of ships.
3 The location of the engineroom in the midship section is considered to be the best place in the ship regarding to ship motions. Therefore this location should be available for accomodation and/or operating rooms by removing the engineroom to the aftship.
A choice has been made for the Z-drive above the Lips U-drive.
Configurations with propulsors providing less than 20% of the total power are considered not apropiate for the operating profiles of these ships mainly because of the loss in efficiency due to the propeller loading.
Waterjet units are asking a considerable adjustment in the aftbody of the present hull forms, therefore a deep-V hull form (in the aftbody of the ship) is proposed. A comparative study based on various criteria like speed range, fuel consumption, maintainability, costs, etc. gives scope to the candidate configurations.
Finally three candidate propulsion configurations are proposed for these range of
ships.
Only for the smaller range of ships a two Z-drive confguration is proposed. For the whole range two configurations consisting of three units (of the same capacity) are propose; a three Z-drive configuration and a configuration consisting of two wing Z-drives and a center-waterjet.
Inhoudsopgave
Voorwoord
Summary
Inleiding 1
1 Doel van de studie 2
2 Achtergrond 3
2.1 Voortstuwing op huidige vaartuigen 3
2.2 Inzetbaarheid 3 2.3 Risiko's 4 3 Uitgangspunten 6 3.1 Vaartuigen 6 3.2 Voortstuwers 8 3.2.1 Schroefvoortstuwing 9 3.2.2 Waterjet voortstuwing 12 3.3 Aandrijvende machines 13
4 In aanmerking komende configuraties 14
5 Beoordelingscriteria 17
5.1 Afwijzingscriteria 17
5.2 Wegingscriteria 20
6 Beoordeling 27
6.1 Beoordeling van de con figuraties 27
6.2 Weging van de configuraties 32
7 Conclusies en aanbevelingen 41
Bijlagen
Bijlage 1 4e jaars opdracht
Bijlage 2 Beschikbare diesel motoren Bijlage 3 Berekening snelheidsbereik Bijlage 4 Plaatsing van de voortstuwers Bijlage 5 Berekening brandstofverbruik
Bijlage 6 Gewichtsberekening voortstuwingsinstallatie Bijlage 7 Berekening transomweerstand
Inleiding
Dit rapport is het vierde en laatste rapport uit een voorstudie naar de haalbanrheid om de machinekamer van het middenschip naar het achterschip te verplaatsen op hoge snelheids deplacementsvaartuigen.
Het eerste rapport (Voortstuwingsinstallaties van corvetten/fregatten) is e,en inventarisatiestudie die de huidige voortstuwingsinstallaties beschouwt. Het tweede rapport (Alternatieve voortstuwers voor corvetten) behandelt de mogelijke voortstuwers voor corvetten die een plaatsing van de machinelcamer in
het achterschip mogelijk maken.
In het derde rapport (Kandidaat voortstuwingssystemen voor corvetten)worden verschillende voortstuwingssystemen samengesteld en onderzocht op hun
toepasbaarheid op 800 - 1200 tons hoge-snelheids deplacement vaartuigen. Het voorliggende rapport Kandidaat Voortstuwingssystemen met als subtitel
Samenvatting en keuze vormt het laatste deel van de voorstudie.
Dit rapport behandelt de configuraties van het derde rapport. Een aantal uitgangspunten betreffende vaartuigen, voortstuwers en aandrijvende machines zijn beschreven. Op basis van beoordelingscriteria worden de configuraties
beoordeeld en wordt een keuze gemaakt welke configuraties in aanmerlcing komen voor verder gedetaileerder onderzoek.
Kandidaat voortstuwingssystemen
1
Doe van de studie
Het doel van dit project is de ti nlbanrheid te onderzoeken van alternatieve voortstuwingsconfiguraties met toepassing van alternatieve voortstuwers die het
mogelijk maken de machinekamer in het achterschip te plaatsen, op snelle deplacementsvaartuigen met een waterverplaatsing van 800 tot 1200 ton.
Kandidaat voortstuwingssystemen 2
0 6
0.3
0.1
Co.
COmOITIOMS: SEA-STATE 4.$ (HEAD.sEA)
VALUES Of VERTICAL ACCUERAIlor
UNIT VALUE (SIANAS. 4154-4194)
2 Achtergrond
2.1 Voortstuwing op huidige vaartuigen
Op de traditionele snelle korvetten en patrouillevaartuigen van het deplacementstype met circa 1000 ton waterverplaatsing is de
voortstuwingsinstallatie midscheeps geplaatst. De thans gebruikelijke
voortstuwingsinstallaties met vermogens van ca. 15 MW en meer bestaan uit middelsnel- en snellopende dieselmotoren of gasturbines die met toerenreduktie
door tandwieloverbrenging 2 of 3 schroefassen met vaste of verstelbare schroef aandrijven.
Deze, vanwege cavitatie en onderwatergeluid, relatief grote schroeven dicteren in feite de plaats van de machinelcamer.
Vanwege de hoge eisen met betrekking tot snelheid, cavitatie, trillingen, enz., moeten de schroeven in een homogeen aanstromingsveld werken. De assen mogen niet onder een grote hoek (t.o.v. de vertilcaal) staan i.v.m. het genereren van
turbulentie in het aanstromingsveld van de schroef.
2.2 Verbeterde inzetbaarheid en grotere indelingsvrijheid
Met name vaartuigen van circa 1000 ton waterverplaatsing, zoals patrouille vaartuigen die ingezet worden bij de bewaking van de economische zone van e,en kuststaat (bijvoorbeeld visserij bewaking), gaat de interesse uit naar een verhoging van de inzetbaarheid van het schip.
De inzetbaarheid van het schip wordt niet langer bepaald door de technische mogelijkheden (brandstofvoorraad, zeegang) man door de factor mens. Niet het platform, man de optreclende vermoeidheid van de bemanning als gevolg van de
scheepsbewegingen vormt dan de beperking van het schip op langdurige missies in zeegang.
De leef- en werkbaarheid van een ruimte in het schip is sterk afhankelijk van de plaats in het schip. Voornamelijk de ligging van een ruimte in de lengte-richting is hierbij van belang (vertilcale versnellingen). In figuur 2.1 zijn karakteristieke lijnen van vertilcale versnellingen uitgezet over de lengte van het schip.
In deze figuur is te zien dat juist op de plaats waar de machinekamer zich bevindt, het niveau van de vertilca1e versnellingen het laagst is.
Dit betekent dat met de toenemende eisen ten aanzien van bewegingen (met name ten behoeve van de prestatie en het comfort van de bemanning) overwogen wordt om het middengede,elte van het schip beschikbaar te stellen voor accommodatie en operationele ruimten. Daarbij komt dat het middengedeelte van het schip
uitermate geschikt is voor een efficiente indeling van deze ruimten.
Kandielaat voortstuwingssystemen 3
Niet alleen is deie indeling beter met betrelcidng tot de scheepsbewegingen ook uit het oogpunt van brandgevaar en geluid is de voorgestelde indeling
aantrekkelijker. Bij de huidige indeling bevinden zich aan de voon en achterzijde van de machinelcamer accommodatie, zodat er de nodige (voorzorgs-) maatregelen genomen moeten worden om een aanvaardbaar geluids- en veiligheidsniveau te
bereiken. De schotten en wanden zullen aan bepaalde eisen moeten voldoen. de voorgestelde indeling zullen dew maatregelen ook in acht genomen moeten
worden maar nu grenst er nn de machinekamer slechts aan de voorzijde accommodatie. Bovendien bestaat er de mogelijkheid deze accommodatie af te schermen door bijvoorbeeld plaatsing van opslagruimten tussen de accommodatie
en ma.chinekamer.
Tevens zijn bij dew indeling de in- en uitlaatschachten uit het middenschip verdwenen hetgeen een gunstige invloed heeft op het ,geluidsniveau in de accomodatie en op de indeling van het schip.
Wanneer de machinelcamer zich in het achterschip bevindt kunnen de demontage routes van o.a. de hoofdmotoren eenvoudiger worden.
Andere voordelen zijn dat bij de voorgestelde alternatieve (lengte-) indeling men de mogelijkheid lcrijgt om ook in de breecite van het schip een andere indeling te overwegen. Hierbiji dient dan de plaatsing van de Icritieke ruimten onderzocht te worden. Deze kunnen nu waarschijnlijk midden in het schip geplaatst worden met daaromheen ruimten die uit het oogpunt van kwetsbaarheid een lagere prioriteit -hebben.
Verder zullen, doordat de acccomodatie niet meer in tweeen gedeeld wordt door de machinelcamer, waarschijnlijk kortere leidingsystemen (o.a. sanitair en
elektrisch), worden verkregen.
2.3
lisikci's,
Het antwoord op de vraag waarom de machinelcamer in het achterschip vanidit type schepen nooit is toegepast moet worden gezocht in de itechnische realisatie hiervan.
Met de huidige conventionele aandrijving, waarbij de voortstuwingsinstailatie bestaat uit 2 of meer schroeven aangedreven door lange assen, is het onmogelijk
h
de machinekamer in Jet achterschip te venvezenlijken, tenzij zeer korte assen
worden toegepast/. ,de huidige scheepsvorm betekent dit grote ashoeken, wat
hydrodynamisch gezien onacceptabel is, en een hoge locatie van de motoren, hetgeen qua ruimte-indeling onmogelijk is omdat de motoren dan door het
sterktedek (vaak helicopterdek) heen .zouden, steken,
L,
waif-!Candidacy voormnovingssystemen 4
(Samenvatting en keuze)
Verwervingsrisiko's
Oplossingen moeten daarom worden gezocht in toepassing van alternatieve voortstuwers en in andere transmissie-systemen (zoals Z-drives en waterjets). Deze voortstuwers zijn in de handel verkrijgbaar in een bepaalde vermogensreeks waarbij het maximale vermogen uit die reeks vaak onvoldoende is voor de nu beschouwde schepen.
Er zal met de fabrikanten overlegd moeten worden of een opschaling van de units mogelijk en economisch haalbaar is.
Ontwerprisiko's
Door de verplaatsing van de machinelcamer naar het achterschip kunnen erook
een aantal risiko's genoemd worden die betrekking hebben op het scheepsontwerp
zelf:
Gewichtsverdeling.
Door de gehele machinekamer in het achterschip te plaatsen wordt de gewichtsverdeling over het schip anders. Het genneenschappelijk
zwaartepunt van het lege schip zou verder mar achteren kunnen liggen met gevolg dat het schip achterover trimt. Tevens zal, wanneer er een waterjet als voortstuwer wordt toegepast, het achterschip deplacement verliezen ten gevolge van de waterjetinlaten. Deze veranderingen zullen tot aanpassingen in het scheepsvorm leiden (verplaatsen van het druklcingspunt) en/of
verplaatsingen van gewichten (verplaatsen van het zwaartepunt). De invloed hiervan op weerstands-, zeegangs- en manoeuvreereigenschappen dient onderzocht te worden.
Tevens zal door de veranderde gewichtsverdeling in het schip het langsscheeps buigend moment onderzocht moeten worden.
Ruimtelijke indeling.
Het is mogelijk een groot vrij dek te creeren maar dan moeten de
schoorstenen wel weg te werken zijn. De mogelijkheid bestaat om deze in de spiegel of in de zijde van het vaartuig op te nemen. Vanwege infra-rood detectie zullen wellicht dan aanvullende maatregelen nodig zijn,
bijvoorbeeld toepassen van uitlaatgassenkoeling. - Constructie van het achterschip.
\ Het achterschip zal versterkt moeten worden uitgevoerd bij implementatie van de alternatieve voortstuwers. Bij deze voortstuwers wordt geen
.gebruik gemaakt van een stuwblok YoaTs-in de huidig-era-, "--artuilen, de
-Stuwicrachlmoet door de 6onstnicTe van het achterschip worden opgenomen.
Realisatie helicopterdek.
Er wordt waarschijnlijk een groter dekoppervlak verlcregen ten gevolge van het verplaatsen van de schoorstenen van het middenschip naar het achterschip. Dit grotere dekoppervlak biedt een grotere vrijheid in de dekindeling (m.b.t. bewapeningssystemen).
Ben deel van dit dekoppervlalc doet nu dienst als helicopterdek. Echter door verplaatsen van de schoorstenen naar achterschip zal het aanvliegen van de helicopters bemoeilijkt worden.
Kandiclaat voortstuwingssystemen 5
(Samenvatting en keuze)
Figuur 3.1 Deep-V rompvorm.
3 Uitgangspunten
3.1 Vaartuigen
De kandidaat voortstuwingssystemen zullen worden ontwikkeld voor twee karakteristieke ontwerpen van NEVESBU in deze klasse van schepen, een
patrouille-vaartuig met een waterverplaatsing van 800 ton en korvet met een waterverplaatsing van 1200 ton.
Bij het ontwikkelen van de voortstuwingssystemen is zijdelings onderzocht in welke mate het voortstuwings-systeem mogelijk toepasban is bij een rompvorm van het deep-V concept (Zie figuur 3.1 [Ref. 1]). De deep-V rompvorm biedt voor deze grootte van schepen aanzienlijke voordelen met betrekking tot het
zeegangsgedrag.
Rompvorm
De slanke rompvorm, kenmerkend voor hoge snelheid deplacement schepen, kan
als volgt worden omschreven: in het voorschip V-vormige spantvorm overgaand
in een spantvorm met grote vlalctilling met grote Icimstraal en een vlak V-vormig achterschip waarbij de grote kimstra21 doorloopt tot achter in het schip. De huidige rompvorm is gegeven in figuur 3.2.
De rompvormen zijn vastgelegd op basis van bovengenoemde ontwerpen hoewel
kleine aanpassingen van de vorm mogelijk nodig zullen zijn. Bij dew studie zal die verandering van rompvorm vooral in het achterschip plaatsvinden.
De deep-V romp heeft een driehoekige dwarsdoorsnecle midscheeps metknikken
op de waterlijn. De midscheepse dwarsdoorsnede blijft constant over de achterste 60% van de scheepslengte tussen de loodlijnen (lpp). De boegvorm is opgebouwd uit oppervlalcken met enkelvoudige krommingen en met knilcken in het
bovenwatergedeelte. De romp boven de waterlijn bestaat voor meer dan 80% uit vlakke of licht gebogen plaatoppervlakIcen.
Functiebeschrijving
De rompvorm samen met het deplacement bepalen in hoge mate de
zeegangseigenschappen van het schip. Dit heeft dus invloed op de functionele mogelijkheclen. Het 800 tons vaartuig is een kust-patrouille vaartuig dat vooral geschikt is voor operaties betrekkelijk dicht bij de kust (vanwege haar
deplacement). Het 1200 tons vaartuig is wel geschikt voor langdurige missies op de oceaan en kan als patrouille vaartuig worden ontwikkeld man kan ook militaire taken vervullen.
Kandidaat voortstuwingssystemen 6
Figuur 3.3 Operationele profielen,
Operationae profielen (Vmax=28 kn) 1
I Snelheid Langzaam Medium Snel
(91) L fqc9 H (%) '(%) - 3 I 0 0 o 3 - 5 I !1
PI
0 5 - 7 I 5 3 0 10 1 6 i '1 9-11 14 9 2 11 - 13 H 15.5 I 12 3.5 13 - 15 14:5 13.5 5:5 15 - 17 13 14 H 8.5 17 - 19 10.5 i 13.5 P1.5 19 - 21 1 7.5 11 15 21 - 23 4.5 1 6 17 1 23 - 25 2.5 5.5 16 25 - 27 1.5 3.5 13 27 - 28 - - 0.5 2 7Operationele profielen (Vmax=22 kn)
Snelheid j Langzaam Medium
_ Snel (kn) ii 0 - 3 o o r o 3 - 5 3 3 o 5 - 7 11
5
I 7 - 9 18 air 23 9-11 193 15 5 11 - 13 18 18 9 13 - 15 14 17.5 14 15 - 17 1 9 13 19 17 - 19' 4.5 8.5 22 19 - 21 2 5 173 21 - 22 1 2.5 10 7 - 9 (%) (%)De voortstuwingssystemen op beide schepen zullen worden ontwikkeld voor 2 maximale snelheden t.w. 22 lcnopen en 28 knopen.
De functiebeschrijving komt grotendeels tot uiting in het operationeer profiel. Dit is de procentuele verdeling in tijd, gevaren in een bepaalde snelheid. Er zijn bij dew studie drie operationele profielen (geldend voor beide vaartuigen)
aangenomen. Zoals in figuur 3.3 is te zien betreft het hier continue profielen zonder gaten in het snelheidsbereik, dat wil zeggen dat het voortstuwingssysteem,
het gehele snelheidsgebied moet kunnen beschrijven.
Er is bij dew profielen sprake van een profiel met de nadruk vooral op het lage snelheidsgebied, een profiel met de nadruk vooral op. de hoge snelheden en een tussenliggend profiel.
Men mag vervvachten dat het lage snelheids profiel vooral voor patrouille vaartuigen zal worden toegepast en het hoge snelheids profiel vooral voor. militaire versies van de schepen.
Om een indruk te lcrijgen wellce vermogens verwacht mogen worden bij dew klasse van schepen zijn in onderstaande tabel de benodigde effectieve vermogens (scheepweerstand * snelheid) afhankelijk van de maximale snelheid,gegeven.
Kandidaat voortstuwings.systemen
CSamenvatting len Ice ice/
Effectief
vermogen =- 22 icn I
V. = 28 kn
1
800 tons vaartuig 1 3150 kW 6500 kW
3.2 Voortstuwers
De beid'e huidige vaartuigen worden voortgdstuwd door schroeven die .worden aangedreven door lange assen waarbij de machine-installatiein het middenschip "IS geplaatst.
Om een plaatsing van de machinekamer in het achterschip mogelijk te maken zijn in het tweede rapport (Altematieve Voortstuwers voor corvetten) verschillende
voortstuwers onderzocht. Uit dit rapport komen twee typen voortstuwers als geschilct naar voren: de schroefvoortstuwer '(de U-drive en de Z-drive met trelcschroef) en de waterjet.
Voortstuwersaantal,
Het aantal voortstuwers is afhankelijk van de gevraagde stuw1cracht en de ruimte onder het vaartuig. (en in geval van waterjets ook van de ruimte in het vaartuig) Enkel schroefvoortstuwing of voortstuwing door Ea waterjet is niet,beschouwd vanwege de vereiste redundantie voor de voortstuwingsinstallatie.
De 2 unit- en 3 unit-voortstuwing zijn gebruikelijk bij deze Masse van schepen, hoewel 4 unit-voortstuwing ook voorkomt.
De 4 unit-voortstuwing wordt bij de snelle versies overwogen wanneer er
bijvoorbeeld een breed snelheidsbereik wordt gevraagd.. Voor de langzame verSies
wordt geen voortstuwing door 4 units beschouwd vanwege het lage benodigd vermogen.
Kandifiaat voortstuwingssystemen (Samenvatting en keuze)
Wing Propeller
I
Figuur 3.4 Lips U-drive.
iL-D.253.2.1 Schroefvoortstuwers
In deze paragraaf worden de beide schroefvoortstuwers beschreven en worden de voor- en nadelen tegen elkaar afgewogen.
U-drive
Bij dit alternatief wordt gebruik gemaakt van een st,andaard haakse overbrenging van een Lips azimutale voortstuwer waarbij er tussen de schroef en de onderste tandwiellcast een schroefas is toegepast. Hierdoor is het mogelijk de motoren achterin het schip te plaatsen. (Zie figuur 3.4)
Voor een goede aanstroming van de schroef is de positie van de haakse
tandwielkast van belang. Komt het huis in de vrije stroming te liggen dan zal dit nadelige invloeden hebben voor het volgstroomveld.
Ben redelijk optimale positie van de tandwielkast is tegen de huid of beter
gedeeltelijk in de romp van het schip, zodat een gestroomlijnde vorm om de tand-wielkast gemaakt 'can worden. De beste aanstroming van de schroef wordt
verlcregen wanneer de tandwielkast in zijn geheel in de romp geplaatstkan
worden.
Deze situatie kan op twee manieren worden bereikt:
door de schroefas horizont2al te laten lopen totdat de tandwiellcast de
scheepshuid raakt. Ben nadeel hierbij is echter dat de tandwiellcast ver naar voren komt te liggen.
het systeem onder een hock zetten waardoor ook de machineinstallatie onder een hock komt te staan. Een nadeel hierbij is dat de schroef onder een hock wordt aangestroomd. Wanneer de tandwiellcast niet ver genoeg naar voren geplaatst kan worden, }can bovendien de tandwiellcast voor een slechte aanstroming van de schroef zorgen.
Er moet bij plaatsing van een dergelijke configuratie rekening worden gehouden
met een roer achter de schroef.
Verder zijn er nog een aantal bijkomende nadelen te noemen die niet systeem afhankelijk zijn. In de vorm van een U-drive is een Lips thruster nog nooit
toegepast. De fabrilcant zal tijd en geld in de ontwiklceling van het systeem moeten investeren. Bij eerste benadering toonde de fabrikant weinig interesse in deze opstelling.
Er is voor de U-drive een vermogensbeperking van Pd = 5000 kW aangenomen. Hierbij is aangenomen dat dezelfde overbrenging wordt toegepast als bij de draaibare roerpropeller. Deze kunnen tegenwoordig tot een vermogen van +6000 kW geleverd worden.
Kandidacu voortstuwingssysternen 9
(Samenvatting en keuze)
-Wing Unit
Figuur 3.5 Z-drive met trekschroef.
Z-drive met trekschroef
De Ulstein Z-drive bestaat uit een haakse tandwielkast die achter de motor is geplaatst, deze drijft een vertilcale as aan die omhuisd is door een vleugelvormig profiel dat in de stroming staat. Het onderste gedeelte bestaat uit een gondel die een haakse tandwielkast behuisd waarin de horizontale as de schroef aandrijft die aan de voorkant van de gondel is bevestigd (trekschroef). Het roer is gentegreerd aan de achterkant van het vleugelvormige profiel. (Zie figuur 3.5)
De Z-drive Ican zo in de stroming worden geplaatst dat de aanstroming optimaal is. Het voordeel hierbij is dat de aanstroming van de schroef uniform is omdat er
zich geen delen voor de schroef bevinden. Bovendien wordt er rotatie-energie uit de stroming gehaald door het vleugelvormige profiel achter de schroef.
Het voordeel van de Z-drive is dat het een bestaand en beproefd systeem is en dat het roer-arrangement in de unit geintegreerd is, hoewel de units tot nu toe slechts worden toegepast op relatief lcleine vaartuigen met zeer hoge snelheden b.v. snelle passagiers catamarans (>30 kn). De Z-drives zijn leverbaar in een
vermogensreeks van 700 - 2800 kW bij hoge schroeftoerentallen (700 - 1000 rpm). De vraag is of deze units ook bij lagere snelheden, lagere toerentallen dus grotere koppels, toe te passen zijn.
Ben andere onzekerheid is de manoeuvreerbaarheid van het vaartuig bij lage snelheden. Ben oplossing zou zijn om de units beperkt draaibaar uit te voeren om bij lage snelheden een goede manoevreerbaarheid te behalen.
Bij toepassing van een Z-drive moet een keuze worden gemaakt tussen hydrostatische of mechanische overbrenging waarbij de hydrostatische overbrenging meer vrijheid biedt bij de motoropstelling.
Er is voor de Z-drive een vermogensbeperking van 5000 kW aangenomen.
Hiervoor geldt hetzelfde argument als voor de U-drive. Met de techniek die wordt toegepast voor haalcse tandwielkasten zijn vermogens van +5000 kW over te brengen.
Kandidaat voortstuwingssystemen 10
iCeuze schroefvoortstuwer
Len onderlinge vergelijking tussen deU-drive en de 2-drive lop bag' van prestaties is moeilijk te maken, daar er weinig van deze voortstuwtrs bekend is.
Het mechanische rendement zal ongeveer gelijk zijn. Hetlhroeftendement kan wel verschillen als gevolg van het verschil in aanstroming ail beide schroeven bij' hoge snelheden. Het aanstromingsveld van de U-drive is minder uniform dan bij de Z-drive waardoor bij hogere snelheden bij de Z-drive minder problemen ite verwachten zijn m.b.t. trillingen.
Beide voortstuwingsconcepten verschillen wel duidelijk van vorm, waardoor op basis van plaatsing een aantal verschillen kunnen worden genoemd.
De U-drive heeft als nadeel dat het gehele systeem (dus ook de aandrijvende inOtoren) onder een hoek komt te staan waardoor implementatie van het gehele systeem moeilijker wordt dan een systeem met Z-drives. De Z-drive heeft als voordeel dat deze zo geplaatst kan worden dat de schroefas evenwijdig aan de basislijn loopt (horizontaal).. De aandrijvende motoren, kunnen hierbij ook horizontaal worden geplaatst.
Er moet bij configuraties met U-drives, rekening worden gehouden met plaatsing van een apart roer achter de schroef. Bij voorstuwing van 4 units is hiervoor zeer weinig ruimte. Tevens zal bij 4 U-drives de aanhangselweerstand vrij groot zijn, door de 4 uitstekende assen en roeren.
Bij voortstuwing van een Deep-V rompvorm is de Z-driVe zeer geschikt als zij-voortstuwer.
Operationeel gezien biedt U-drive voor zover overlien kan worden geen
voordelen ten opzichte van de Z-drive. De Z-drive wordt gekozen voor verdefe bestudering. De U-drive zal vooralsnog niet nader onderzochtworden.
'Candidata voortstuwingssystemen .1
(Samenvaaing en knee)
112.4..
WM*.
3.2.2 Waterjet voortstuwing,
De waterjet is in beginsel een pomp opgesteld achterin het vaartuig die water onder het vaartuig via de inlaatbuis inneemt, het water versneld door de impeller ,en het water .door de spiegel via een stuurbare nozzle naar buiten spuit..
De waterjet is een goede oplossing voor snelle vaartuigen. In 'het lage
snelheidgebied (<20 kn) heeft de waterjet een vrij slecht rendement ten opzichte van schroefvoortstuwers. Het lijkt 'clan oak voor de hand liggend dat deze optie niet als een op zichzelf staande oplossing 'can worden gebruilct voor de
beschouwde vaartuigen met de gedefinieerde operationele profielen.
De waterjet zal daarom altijd in combinatie met een andere voortstuwer, wellce betere eigenschappen heeft in het lagere snelheidsgebied, moeten warden
toegepast.
IConfiguraties met alleen waterjets worden daarom niet in beschouwinggenomerl. Bovendien worden waterjets niet in middelsnelle vaartuigen = 22 lcn) toegepast vanwege het lagere rendement ten opzichte van schroeven in dit
snelheidsgebied.
Toepassing van configuraties met waterjets hebben dus alleen betrekking op de snelle versies. Het voordeel van toepassing van waterjets is dat de waterjets in het lage snelheidsgebied i(dus het niet werkbare gebied van een waterjet) nauwelijks of
geen weerstand genereren. Dit in tegenstelling tot schroefvoortstuwers die in een niet-werkbare situatie (stilstaand of trailend) veel weerstand opwekken. Andere voordelen die door toepassing van de waterjet warden verkregen is een zeer goed acceleratie- en stopgedrag ten opzichte van schroefvoortstuwers. In figuur 3.6 is in de onderste figuur te zien hoe door stuwkracht omkering gestopt 'can warden.,
Door de gerichte stuwkracht wordt een verhoogde manoeuvreerbaarheid ten opzichte van schroefvoortstuwers verkregen, bovendien heeft de waterjet een neutrale stand waardoor het mogelijkheid is am op de plaats te blijven (figuur 3.6 middelste figuur).
Tevens is het niet of nauwelaks overbelastem van ,de aandrijvende motoren een zroot voordeel.
De waterjet heeft voor wat betreft de voortstuwing van het 800- en 1200 tons
vaartuig ge,en vermogens- of toerentalbegrenzing. De waterjets zijn leverbaar tot een vermogen van, 25 MW.
Kandiclaat vooristuwingssystemen 12
8V, 12V, 16V, 1940 -1975 rpm 12V, 16V, 20V, 1710 -1790 rpm 12V, 16V, 1650- 1690 rpm 12V, 16V, 20V, 1410- 1455 rpm 0 12V, 16V, 20V, 1160 - 1220 rpm 12V. 16V, 20V, 1160- 1220 rpm 6L, 8I-12V. 16V, 700- 1000 rpm X 6L, 8L, 9L, 12V, 14V, 16V, 18V, 20V, 750 - 1000 rpm X 6L, 8L, 9L, 12V, 16V, 18V, 720- 1000 rpm 0 1000 2000 3000 4000 5000 MCR (kW)
Figuur 3.7 Beschikbare dieselmotoren.
6000 7000 8000
-s- MTh 396-serie 0 1VITU 538-serie MTU 595-serie
<>- MTU 956-serie MTU 1163-02- A MTU
1163-03-sale
serieX Caterpillar Pielstick PA6- SWD 280-serie
3600-serie serie
3.3 Aandrijvende machines
Er wordt gestreefd naar zo eenvoudig mogelijke voortstuwingsinstallaties. De meest eenvoudige aandrijving van een voortstuwer is aangedrijving door een machine met gebruik van een reduktie tandwielkast.
De hcigere snelheden worden behaald door het bijschakelen van meer voortstuwers. Dit betekent dat wanneer er hogere snelheden bereikt moeten worden de nog niet draaiende diesels bijschakeld worden zonder dat de reeds draaiende diesels worden afgeschakeld. Het lijkt op het CODAD-principe maar hi! het CODAD-principe staan er meestal ;neer motoren op een as
Om het concept eenvoudig en zowel qua investering als brandstofverbruik betaalbaar te houden, worden er in deze vermogensklasse geen gasturbines
toegepast. Slechts een aantal gasturbines, zoals de TYNE (Rolls-Royce) ligt in deL gewenste vermogensklasse. Maar het toerental van een gasturbine is zeer hoog (RR TYNE 3425 rpm) waardoor er een complexe (en dure) tandwiellcast noodzakelijk is. Tevens is het brandstofverbruik hoog vergeleken, met de
dieselmotor. Een gasturbine brengt hoge aanschafkosten met zich mee.
Er wordt vanuit gegaan dat er voor den concept, alleen diesels worden toegepasLt van dezelfde motorserie (met dezelfde cylinderinhoud). Zodat met het
cylinderaantal het vermogen lcan worden gevarieerd. Dit biedt met name voor het onderhoud veel voordelen. De reserve-onderdelen en gereedschappen aan boord
kunnen hiermee worden beperlct.
Bij, onderzoek naar het snelheidsbereik is ervan uitgegaan dat de dieselmotciren niet (angdurig onder 20% van hun maximale vermogen kunnen werken, vanwege vervuiling van de motor. Vervuiling van de motor doet tie onderhoudskosten aanzienlijk stijgen.
Beschikbare aandrijvende machines,
De toegepaste machines in deze Masse van schepen zijn veelal snellopende dieselmotoren (1000- 1600 rpm) zodat tevens tandwieloverbrengingen
noodzakelijk zijn. Een overzicht van de meest toegepaste diesels fabrilcaten en typen zijn: Caterpillar 3600-serie
MTU 396-serie
538-serie 595-serie 956-serie al63-02-serie 1163-03-serie Pielstick PA6-serie SWD 280-serieDe vermogens- en toerental-ranges zijn weergegeven in figuur 3.7.'Verdere gegevens van deze motoren zijn te vinden in de bijlage 2.
,Kantlidaw voonstuwingssystemen 13'
-ErZtl-!
Figuur 4.1 Mogelijke configuraties.
-<int
4 In aanmerking komende configuraties
Biji de opstelling van de configuraties warden de configuraties uit het rapport "Kandidaat Voortstuwingssytemen" overgenomen. In hoofdstuk 3 van dit rapport zijn een aantal uitgangspunten gedefinieerd waardoor het aantal altematieven aanzienlijk kan worden gereduceerd.
Tevens is in hoofdstuk 3 een keuze gemaakt voor de Z-drive als
schroefvoorstuwer zodat in dit hoofdstuk geen configuraties met U-drives meer voorkomen.
De vaartuigen kunnen worden voortgestuwd 'door 2-, 3- of 4 units. Met de Z-drive en de waterjet als units lcunnen de configuraties worden gedefinieerd zoals weergegeven in figuur 4.1.
Met het uitgangspunt dat het vaartuig niet door watetjets alleen wordt
voortgestuwd kunnen er configuraties worden samengesteld bestaande uit alleen Z-drives of uit een combinatie van Z-drives met waterjets.
2 units
Bij de 2 unit voortstuwing is er alleen een configuratie mogelijk met Z-drives. Uil, symmetrie overwegingen volgt dat elk van de 2-drives de helft van het totale verrnogen voor zijn rekening neemt. Het uitgangspunt dat Z-drives niet groter dan 5000 kW kunnen worden uitgevoerd, bepaalt dat ,dew configuratie voor het snelle
1200 tons vaartuig niet mogelijk is.,
3 units
Voor de middelsnelle vaartuigen blijft alleen de configuratie met drie Z-drives over omdat voor dew vaartuigen de configuraties van Z-drives in combinatie met waterjets vanwege rendement ook afvallen.
Voor de snelle versies zijn er naast configuraties opgebouwd uit 3 Z-drives ook tog configuraties bestaande uit 2 Z-drives en'den waterjet en configuraties
bestaande uit een Zrdrive en twee waterjets mogelijk.
Er zijn voor de 3 unit=voortstuwing verschillende vermogensverdelingen aangenomen om de invloed hiervan op o.a. het snelheidsbereik en het 'brandstofverbruik te onderzoeken.
Kandilliaat voontstuwingssysternen 44
Bij de 3 unit-voortstuwing zijn er zeven vermogensverdelingen over de
voortstuwers aangenomen waarbij de beide zijvoortstuwers het gelijke vermogen opnemen. De warden zijn gegeven als percentage van het total geinstalleerd vermogen:
N.b. dew verdelingen zijn stapvormig opgesteld maar het wil niet zeggen dat een configuratie met een jets afwijkende verdeling niet zou voldoen.
Voor de snelle vaartuigen zijn er een aantal configuraties (vooral voor het 1200 tons vaartuig) niet mogelijk vanwege de vermogensbeperking van de Z-drive.
4 units
Met het uitgangspunt dat er geen 4 unit voortstuwing overwogen wordt voor de middelsnelle vaartuigen, zijn er voor deze vaartuigen geen configuraties
opgesteld.
De configuraties met 4 units betreft dus alleen de snelle vaartuigen. Voor dew vaartuigen blijven er 2 configuraties over te weten, een configuratie bestaande uit 4 Z-drives en een configuratie bestaande uit 2 Z-drives en 2 waterjets.
Er zijn voor de 4 unit voortstuwing verschillende vermogensverdelingen
aangenomen om het snelheidsbereik te onderzoeken. Bij de voortstuwing door 4 units zijn er 4 verdelingen gemaakt. De warden zijn gegeven als percentage van het totaal genstalleerd vermogen:
Bij een configuratie bestaande uit 4 Z-drives nemen bij deze verdelingen de 2 buitenste Z-drives het grootste vermogen voor hun rekening. Deze buitenste zijvoortstuwers hebben vanwege de vlaktilling meer ruimte beschikbaar voor de grotere schroefdiameter. Kandidaat voortstuwingssystemen 15 (Samenvatting en keuze) Zij - 47.5% Center 5% Zij 47.5% Aanduiding (47.5%, 5%, 47.5%) - 45% 10% 45% (45%, 10%, 45%)
-40%
20% 40% (40%, 20%, 40%) - 33.3% 33.3% 33.3% (33%, 33%, 33%) - 30% 40% 30% (30%, 40%, 30%)-20%
60% 20% (20%, 60%, 20%) - 10% 80% 10% (10%, 80%, 10%)Zij Cen. Cen. Zij Aanduiding
- 45% 5% 5% 45% (45%, 5%, 5%, 45%)
- 40% 10% 10% 40% (40%, 10%, 10%, 40%)
- 30% 20% 20% 30% (30%, 20%, 20%, 30%)
Tabel 4.1 Mogelijke configuraties met vermogensverdeling,
tOnfiguraties- Middelsnel Snel Midde1snel Snel
I
800 tons vaartuig
,Vmax = 22 kn
BOO tons vaartuig
Vmax = 28 kn 1200 tons vaartuig Vmax = 22 kn 1200 tons vaartuig Vmax = 28 kn
Vitlitt::400*
3*Z (47,5,47) (45,10,45) ' (40,20,40) (3333,33) (304030) (20,60,20) Mogelijke cont. Mogelijke con!. Mogelijke con!. Mogelijke conf. Mogelijke conf. Mogelijke cord. IMogelijke con!. Mogelijke Genf_ Mogelijke cod., Mogelijke con!. Mogelijke con!. 0000 kW iMogelijke `Mogelijke con!. 1Mogelijke con!. Mogelijke con!. con!. Mogelijke cord'. Mogelijke con!. '6000 kW , 5C(10 kW 4000 kW Mogelijke conf; '>5C00 kW >5000 kW(10,80,10) MogelijkeCOD!. 55000 kW . ' Mogelijke con!. >5000 kW
2*Z+1*WI (47,5,47) Geect:Wi Mogelijke cont Gcen WI S5000 kW
(45,10,45) Peen WJ Mogelijke cont Geen WI >5000 kW
(40,20,40)
Cleal
Mogelijke con!. Geen WI ?5990 kW _(3333,33) been WJ Mogelijke conf. peen WI Mogelijke con!.
(30,40,30) 'peen WI Mogelijke cont.: Geen WI Mogelijke con!.
(20,60,20) Gs= WI Mogelijke con!. Gcen WI Mogelijke con!.
_ (10,80,10) Creell WJ Mogelijke con!: Peen WI Mogellike con!.
1.Z+2*WJ (47,5,47) Peen WI Mogelijke conf. Gcen W.1 Mogelijke con!.
(45,10,45) peen WI Mogelijke conf. peen WI Mogelijke con!.
(40,20,40) Geen WI Mogelijke con!. Geen WI Mogelijke cont
(333333) Gecrt WI Mogelijke con!. Peen WI Mogelijke con!. (30,40,30) (20,60,20) Gccn WI Geen WI Mogelijke con!., >5000 kW Geen WI Peen WI >5000 kW >5000 kW (10,80,10) Geen WI >5000 kW Gcen WI >5C00 kW
3*WI GCKCI13 WI Gcen 3 WJ Geen 3 WI Getne 3 WI
. _ .. 4*Z (45.5.5,45) (40,10,10,40) (30,20,2030) (25,25,25,25) Geen 4 units Geen 4 units Geen 4 units Geen 4 units Mogelijke conf. Mogelijke cont. Mogelijke con!. Mogeliike con!. ,Gcen 4 units Gcen 4 units Peen 4 units Gcen 4 units >5000 kW >5000 kW Mogelijke cont., Mogelijke con!.
2*Z+2*WJ (45,5,5,45) Geen 4 units Mogelijke cont., been 4 units >5000.kW
(40,10,10,40) Gecn 4 units Mogelijke cont. Geen 4 units >5000 kW
(30,20,20,30) Uteri 4 units Mogelijkc conf. Gcen 4 units Mogelijke con!.
(25,25,25,25) peen 4 units Mogclijkc con!. Peen 4 units Mogelijke con!. (2030,30,20) Gecn 4 units Mogelijke con!. Peen 4 tmits Mogeliike cont..
(10,40,40,10) Geen 4 units Mogelijkc con!. Gcen 4 units Mogelijke con!.
(5,45,45.5) Gcen 4 units Mogel i Ike con!. Gecn 4 units Mogelijke con!.
4*W3 GeenkWJ. , Geert4W1 Geen 4.WJ. 67464 SIVI
2*Z (50,50) Mogeliike con!. Mogelijke con!. MoseRice cont.. 5;5000 kW
2*W.1 Geeri2,WI'',41n britn2 WI
Units
Bit de configuratie bestaande nit 2 Z-drives en 2 Watefjets moge duidelijk zijn dat qua ruimte- en plaatsingsoverwegingen de 2 Z-drives als buitenste zijvoortstuwers worden uitgevoerd met de 2 waterjets daartussenin. De andere oplossing waarbij de 2 waterjets als buitenste zijvoortstuwers worden uitgevoerd met daartussenin de 2 Z-drives wordt, met betrelcking tot de beschikbare ruimte voor de schroeven de nadelige hoogtetiggingt.o.v. de waterlijn voor de waterjets, niet roverwogen. mi het snelle 1200 tons vaartuig zijn er een aantal configuraties niet mogelijk vanwege de vermogensbeperking die am de Z-drives gesteld zijn,
Tabel 4.1 geeft per schip/snelheid-combinatie de beschouwde configuratie aan. Hierbij zijn de configuraties aangeduid met Z voor Z-drive en WJ voor waterjet. Jade tabel geven de grijze vlaldcen de configuraties weer die niet mogelijk zijn..
Kandidaat voortstuwingssystemen 1_6
(Samenvatting en kenzej
100.0 90.0 80.0 70.0 60.0 Pb (kW) 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 0.0
" T
20 5.0 15.0 I Snelhe d (kn)Figuur 5.1 Gaten in het snelheidsbereik.
20.0 5 10 15 20 25 30 Snelhaid (kn) 10. 1 15 10 Z1 o Z1+Z2 Z1+Z2+Z3 Z2+Z3 Z2 d 2. 1
-5 Beoordelingscriteria
De beoordelingscriteria zijn ingedeeld in afwijzingscriteria en wegingscriteria. Wanneer configuraties op afwijzingscriteria worden onderzocht moet blijken of een configuratie wel of niet realiseerbaar is.
Vervolgens worden de overgebleven configuraties aan de wegingscriteria onderworpen. Hiermee is het mogelijk om de configuraties met ellcaar te vergelijken en op basis hiervan de onderlinge verschillen duidelijk te maken.
5.1 Afwijzingscriteria
'Lee,
a--/-Geen aandrijvende diesels moggijk
- Aanwezigheid van gaten in het snelheidsbereik Ruimtegebrek
Geen aandrijvende diesels
Een voortstuwer kan zeer veel vermogen vragen waardoor er geen diesel
toegepast kan worden uit de range beschikbare diesels opgesteld in de
uitgangspunten (paragraaf 3.3). De voortstuwer is in dit geval de waterjet omdat de Z-drive van zichzelf al een vermogensbeperking kent.
De grootste beschikbare aandrijvende diesel is de MTU 20V 1163 TB93. Het continu vermogen van de motor is 6120 kW. Het piekvermogen dat de motor kan opbrengen (1/2 uur in de 6 uur) is 7400 kW. Deze 7400 kW wordt dan als
vermogensgrens beschouwd voor de aandrijvende diesels.
Wanneer een waterjet meer dan deze 7400 kW vraagt valt deze configuratie at
Aanwezigheid van gaten in het snelheidsbereik
Met de gedefinieerde continue snelheidsprofielen moet een installatie het snelheidsbereik zonder gaten kunnen bestrijken.
Gaten (of hiaten) in het snelheidsbereik ontstaan wanneer een voortstuwer of voortstuwers het vaartuig niet op een zodanige snelheid kan resp. kunnen brengen dat een andere voortstuwer door bijschakeling kan overnemen om zodoende een
hogere snelheid te behalen. Een voorwaarde hierbij is dat de aandrijvende motor van deze voortstuwer niet lager dan 20% belast mag worden.
In de figuur 5.1 is een voorbeeld van een (10%, 80%, 10%) installatie met 3 Z-drives gegeven. Op de vertikale as is de belasting van de motor uitgezet als percentage van het maximale vermogen en horizontaal de behaalde snelheid.
Omdat de motor niet langdurig onder de 20% belast 'can worden, zijn de lijnen
van 20% tot 100% motorbelasting weergegeven.
Kandidaat voortstuwings.systemen 17
(Samenvatting en keuze)
-De verdeling die in de figuur is weergegeven betreft een (10%, 80%, 10%)-verdeling van het totale effectieve vermogen en omdat het hier drie Z-drives betreft is dit ook de verdeling van het totale geinstalleerde vermogen omdat er is gerekend met dezelfde rendementen.
Deze verdeling betekent dus dat de center-voortstuwer een vermogen van 80% van het totale vermogen opneemt en de beide zijvoortstuwers nemen elk 10% van het totale vermogen op.
Een zijvoortstuwer kan, wanneer deze zijn volledige vermogen kan ontwikkelen, het schip op een snelheid van 7.5 knopen brengen. Wanneer nu de andere
zijvoortstuwer bijgeschakeld wordt, kunnen de beide zijvoortstuwers het schip op een snelheid van 10.5 knopen brengen.
Wanneer de center-voortstuwer alleen werkt (twee zijvoortstuwers in trailende toestand), heeft deze een snelheidsbereik van 15 - 23.5 knopen. Dit betekent dat de center-voortstuwer filet langdurig beneden de 15 Icnopen kan werken.
Het resultn.at is dus dat er met deze verdeling geen aansluitend snelheidsverloop bereikt kan worden. Er valt een "gat" tussen 10.5 en 15 Icnopen. Dit wil zeggen dat in dit "gat" niet (voor lange tijd) gevaren kan worden.
In de figuur is te zien dat de configuratie niet geschilct is voor met name het langzame en medium profiel omdat er bij deze profielen juist in het gebied van
het gat ve,e1 gevaren wordt.
Ruimtegebrek
Het ruimtegebrek in het achterschip is voornamelijk afhankelijk van het type voortstuwer en locatie van de voortstuwer.
De plaatsing van een Z-drive vereist ruimte voor een schroef met vrij slag zodanig dat de onderste tandwielkast (de gondel) niet onder de basislijn uitkomt.
De plaatsing van een waterjet vraagt de nodige ruimte in het schip. De ideale locatie van de waterjet is zo dat de hartlijn van de impeller net onderhet wateroppervlak ligt. Net gaat dus om de ruimte in het achterschip onder het wateroppervlak. Tevens moet voor uitspuiting van het water de spiegel een
bepaalde diepgang hebben voor plaatsing van de nozzle. Daar de diepgang van de spiegel bij de huidige vaartuigen vrij gering is, zal de plaatsing van een waterjet de nodige aanpassingen in het achterschip vergen.
Kandidaat voonstuwingssysternen 18
De aanpassing die gemaakt moet worden voor een waterjet als zijvoortstuwer zal ingrijpender zijn dan een waterjet die als center-voortstuwer wordt toegepast. De waterjet als zijvoortstuwer moet een vergroting van de diepgang van de spiegel over de gehele breedte gecreerd worden. De diepgang ter plaatse van de centerlijn wordt zelfs groter vanwege een kleine vlaktilling om het slamming tegen te gaan. Bij deze studie komt de wateijet altijd in combinatie met de Z-drive voor. Er wordt hier als afwijzingscriterium gesteld dat een configuratie met een wateijet c.q. waterjets afvalt wanneer er geen ruimte meer is voor plaatsing van een schroefvoortstuwer (in dit geval de Z-drive).
Kantizjaal voonstuwingssystemen 19
5.2 Wegingscriteria
De voortstuwingsinstallatie zal op de volgende wegingscriteria worden
onderzocht: Operationele flexibiliteit Breedte snelheidsbereik Acceleratie- en stopgedrag Manoeuvreerbaarheid Brandstofverbruik
- Geschiktheid voor een bepaald operationeel profiel Keuzemogelijkheden aandrijvende diesels
Onderhouds- en exploitatie aspecten Redundantie
Geschiktheid voor de deep-V rompvorm
- Total
gewichtNoodzakelijke aanpassingen van de rompvorm - Kostenaspect
- Vergelijlcing configuraties
Rendement versus prestaties
Overeenkomsten tussen configuraties onderling
Bij de wegingscriteria zijn er verschillende criteria die niet in waarden lcunnen
worden uitgedrukt zodat er een kwalitatieve vergelijking wordt gemaakt.
Voor de criteria snelheidsbereik en brandstofverbruik zijn alleen voor het 800 tons vaartuig berekeningen uitgevoerd. Er mag bij benadering worden aangenomen dat het snelheidsbereik overeenkomstig is vanwege hetzelfde verloop van de
weerstandskaralcteristieken van beide schepen en de procentuele verdeling van het
effectieve vermogen per configuratie.
Operationele
Breedte snelheidsbereik
Bij berekening van het snelheidsbereik in de vorige paragraaf wordt ookde
breedte van het snelheidsbereik bepaald. Omdat de maximale snelheid een vereiste
is en het een voorwaarde is dat deze gehaald moet worden, wordt de breedte van het snelheidsbereik bepaald door de snelheid die minimaal mogelijk is zonder dat de motor langdurig lager dan 20% belast wordt.
Tevens zal worden onderzocht hoe dit snelheidsbereik wordt bestreken dat wil zeggen symmetrisch of asymmetrisch. De voorkeur gaat uit naar symmetrische voortstuwing.
Kandidaal vooristuwingssystemen 20
(Samenvaning en keuze)
-gAWIn 325 275 175 MTU I2V 956 TB82 [ o //ITU I6V 956 1B82 17' MTU 20V 956 TB82 I * MTU I2V 1163 TH92 '44 MTh 16V 1163 TH92 rb MTU 20V 1163 T7192 oo, 40.0 60.0 ,Mborbeksting (%),
Figuur 5.2 Spedifiek brandstofverbrulk langs de schroefkrornme.
80.0, '100.0
*
20.0 225
Acceleratie- en stopgedrag
Bij toepassen van Z-drives als voortstuwers zal het onderlinge verschil in acceleratie- en stopgedrag gering zijn.
De waterjet vertoont wat dit criterium betreft een heel ander lcaralcter. De waterjet beschikt over excellente sprintcapaciteiten over het gehele snelheidsgebied waarbij er nauwelijks of geen kans is op overbelasting van de motoren. Tevens wordt met een waterjet een goed stopgedrag verkregen door stuwkracht omkering (afbuiging
en omkering van de waterstraa1). Manoeuvreerbaarheid
Er is een groot verschil in manoeuvreerbaarheid bij toepassing van een Z-drive of een waterjet. Over de manoeuvreerbaarheid van een Z-drive (vooral bij lage snelheden) is weinig bekend. Door het relatief kleine roeroppervlak zal bij lage snelheden (door de lage dynamische druk) naar verwachting de
manoeuvreerbaarheid gering zijn.
Dit tegenstelling tot de manoeuvreerbaarheid van een waterjet. De waterjet is door middel van zijn gerichte stuwkracht zeer wendbaar.
Brandstofverbruik
Voor de berekening van het brandstofverbruik zijn er een aantal specifieke brandstofverbruiken Wigs de schroefkromme uitgezet van verschillende typen MTU-motoren. (zie figuur 5.2) Voor de berekening is een kromme gebruilct van
de MTU 20V 1163 TB92.
Het brandstofverbruik van een bepaalde configuratie worth berekend voor alle drie operationele profielen (langzaam, medium en snel profiel). Hiermee kan bij het volgende criterium de geschiktheid van een configuratie voor een operationeel profiel beschouwd worden. In bijlage 5 is de berekening van het
brandstofverbruik gegeven.
Geschiktheid voor een bepaald operationeel profiel
De geschiktheid voor een bepaald operationeel profiel (Fast, Medium of Slow) is voornamelijk afhanlcelijk van de breedte van het snelheidsbereik. Het vaartuig
moet in het gehele operationele snelheidgebied lcunnen opereren.
De mate van geschiktheid wordt voornamelijk bepaald door het brandstofverbruik. Keuzemogelijkheden aandrijvende diesels
Voor wat betreft de aandrijfzijde van de voortstuwings-installatie wordt de keuzemogelijkheid beschouwd uit de dieselmotoren die gekozen kunnen worden uit de gegeven motoren in paragraaf 3.3 om de voortstuvvers mee aan te drijven. Wenselijk hierbij is dat voor een configuratie de motoren van hetzelfde type (dezelfde serie) is. De motoren zullen dan alleen in cylinderaantal varieren. Voor een configuratie met een vermogensverdeling waarbij hetzelfde motortype niet mogelijk is, moeten diesels worden toegepast van hetzelfde fabrikaat maar uit een andere serie (verschillende cylinderinhouden). Dit heeft onder andere invloed op het onderhoud, met name op de aanboord mee te nemen reserve-onderdelen.
Kandidaat voortstuwingssystemen 21
0 8 Torque meas.
-a-Fuel rackIIMMII
I .III
41i
11-1:r-0 s I1111110
Lpm0j4
Frigr te 3 46 Li' Knots .,:100 1 Catamaran Full scale tests Resist. tested
: 240 t Monohull
130 t Monohull
: 85 t Mon ohull
-a-230 t Monohull q :135 t Catamaran
: 85 t Catamaran ID = 9,1.2 (10 - X
125 t sa
:i00 t SES R from trials with propellers
: 360 1 Monoholl Model tests in towing basin t cav. tunnel
1: 930 t Monohull
Figuur 5.3 Voortstuwingsrendement van waterjets. (KAMEWA)
10 20 30 40 R V 4 -'Vs
Om de vermogens van de motoren te bepalen zijn er een aantal rendementen aangenomen. Zo is er voor de Z-drive gerekend met een voortstuwingsrendement
nd=0.69 op basis van de huidige schroeven. Het mechanisch rendement van een Z-drive is bepaald door aan te nemen dat het rendementsverlies van een haakse tandwiellcast 2% (2x), asverliezen 1% en verlies in de reductiekast 2% zodat het mechanisch rendement van een Z-drive rimed,= 0.982 x 0.99 x 0.98 = 0.93 bed raagt.
Voor de wateijet is gerekend met een voortstuwings-rendement t = 0.57. (Zie figuur 5.3 [Ref 2]). Voor het mechanisch rendement van een waterjet zijn alleen
de asverliezen en het verlies in de reductiekast van belang zodat het mechanisch rendement 7lmecIC 0.97 bedraagt.
Met deze rendementen is het minimaal benodigde machinevermogen bepaald. De dieselmotoren worden nu zo gekozen dat de dieselmotor minimaal het
berekende vermogen moet hebben en niet groter mag zijn het minimale berekende vermogen plus 10%.
In verschillende situaties, meestal situaties waarbij er op een as gevaren wordt, kan het zijn dat de motor niet zijn maximale vermogen kan ontwikkelen.
De schroeflcromme snijdt dan door de motorkarakteristiek. Dit gebeurt met name bij motoren met een vrij smalle motor-enveloppe zoals Caterpillar, Pielstick en SW!). Door spoedverstellen is het dan niet mogelijk meer om de schroefkromme in het ontwerppunt van de motor te lcrijgen.
De oorzaak hiervan ligt in het rendementsverlies van de schroef. Dit
rendementsverlies wordt ten dele veroorzaakt door het spoedverstellen maar is voornamelijk te wij,ten de overbelasting van de schroef,
In deze fase van de studie is er bij het bepalen van de motor hiermee geen rekening gehouden en er wordt vanuit gegaan dat de motor altijd zijn maximale vermogen kan ontwilckelen
Onderhouds- en exploitatieaspecten
Voor het onderhoud van de voortstuwers verdient de waterjet de voorkeur boven de Z-drive vanwege de bereikbaarheid en de demontage. Een waterjet kan via de
spiegel gedemonteerd worden zonder het schip te dolcken. Ben ander voordeel van de waterjet is het niet-overbelasten van de aandrijvende diesels.
Deze aandrijvende diesels zijn voor alle configuraties zonder uitzondering
snellopende dieselmotoren. Het onderhoud van deze snellopende dieselmotoren zal per motor over het algemeen vrij intensief zijn. Er is wet een verschil in de mate van onderhoud afhankelijk welk fabrikaat motor er is toegepast. Vooral de hoog, iopgevoerde motoren (hoge ratio kW/kg) zijn, zeer onderhoudsgevoelig. (b.v MTU-motoren)
Kandidaat voonstuwingssystemee 22
motor motor 2 Motor 3 Motor I Motor 2 motor 3 Motor 4
Figuur 5.4 2 machinekamer concept bij 3- en 4 unit voortstuwing.
Motor t
Motor 2
Stores
Motor I Stores
Motor 2
Figuur 5.5 Verhoging van de indelingsredundantie bij 2 unit voortstuwing.
De sterkste invloedfactor op het onderhoud is echter het aantal geinstalleerde machines. Het onderhoud wordt groter naarmate er meer aandrijvende machines in het vaartuig geinstalleerd zijn.
Verder zal door de mogelijkheid van het toepassen van motoren uit dezelfde serie het aan boord me,e te nemen reserve-onderdelen verminderd worden.
Het aantal motoren en het daarmee samenhangende onderhoud kan tevens gevolgen hebben voor de grootte van de technische bemanning aan boord maar ook op de wal.
De toegankelijkheid en de uitneembaarheid van de motoren voor walonderhoud zal voor de meeste configuraties hetzelfde zijn hoewel de kleinere motoren qua gewicht en volume natuurlijk de voorkeur verdienen.
Redundantie
Indelingsredundantie (Hull redundancy)
Om de indelingsredundantie te verhogen wordt de voorkeur gegeven aan een twee
machinekamer concept. In figuur 5.4 is het twee machinekamer concept voor 3-en 4 unit aandrijving weergegev3-en.
Bij voortstuwing door twee voortstuwers wordt het twee- machinekamer concept niet toegepast hoewel daartoe wel de mogelijkheid bestaat.
Het is voor een configuratie met 2 Z-drives logischer de diesels naast elkaar op te stellen zodat de machinekamerlengte klein wordt. De indelingsredundantie kan wellicht worden vergroot door het toepassen van een lengteschot tussen de
motoren. Zie figuur 5.5. We! dient bij deze indeling de lekstabiliteit nader onderzocht te worden.
De indelingsredundantie van de configuratie bestaande uit 2 Z-drives hoeft niet noodzalcelijk minder te zijn dan de configuratie betaande uit 3 Z-drives omdat bij voortstuwing door 2 Z-drives het ook mogelijk is om het dubbele
machinekamerconcept toe te passen net zoals bij 3- en 4 unit voortstuwing. Echter is dit qua ruimte-indeling niet zo voordelig.
De voortstuwing door 3- of 4 voortstuwers verdient wat betreft dit criterium de voorkeur.
Voortstuwing/aandrijving redundantie (System redundancy)
De syste,em redundantie is afhankelijk van het aantal
voortstuwingsma-chines/voortstuwers. De systeem reclundantie van een 3-unit voortstuwing is dus beter dan een voortstuwing met 2 units. Op zijn beurt is een 4 unit voortstuwing weer beter dan ten voortstuwing met 3 units.
De redundantie aan de aandrijfzijde kan verhoogd worden door meer aandrijvende machines op den voortstuwer te plaatsen mar dit is bij de uitgangspunten met betrelcicing tot de eenvoudigheid van het voortstuwingssysteem reeds uitgesloten.
Er wordt,* niet overwogen (voornamelijk vanwege het kostenaspect) om de redundantie te verhogen door speciale (cross-connect) tandwielkasten toe te passen.
Kandiclaat voortstuwingssyste' en
\
23Geschiktheid voor de Deep-V rompvorm
Het achterschip van een deep-V romp heeft weinig of geen keel-rise (zie figuur 3.1), waardoor een schroefvoortstuwer op de centerlijn niet mogelijk is. De plaatsing van een schroefvoortstuwer als zijvoortstuwer is vanwege de ruimte verlcregen door de grote vlaktilling daarentegen wel goal mogelijk.
En juist door deze grote vlaktilling is de plaatsing van een waterjet als
zijvoortstuwer moeilijk. De waterjet is bij een deep-V rompvorm beter plaatsbaar als midden voortstuwer omdat de spiegel van een deep-V romp dieper in het water steekt.
Totaal gewicht
Het gewicht van de voortstuwingsinstallatie is opgebouwd uit het gewicht van de voortstuwers (Z-drive of waterjet), het gewicht van de overbrenging (reductielcast) en het gewicht van de aandrijvende machines.
Het gewicht van een Z-drive met tandwieloverbrenging geschat uitgaande van Lips-thrusters omdat deze overbrenging overeenkomt met de gewenste toerentallen en de grotere vermogensklasse (Pd = 5000 kW). Zie voor een berekening bijlage 6.
Voor de bepaling van het gewicht van een waterjet zijn er van een serie
KAMEWA-waterjets gewichten in een grafiek in de bijlage 6 uitgezet afhankelijk van het vermogen.
Het voordeel van de Z-drive is dat deze voortstuwer door de twee haakse overbrengingen een overbrengingverhouding ingebouwd heeft. Dit biedt de
mogelijk deze overbrenging verhouding binnen bepaalde grenzen te kiezen. Hiermee wordt gesteld dat er voor de Z-drive geen reductiekast noodzakelijk is. Wel moet de opmerking worden gemaakt dat voor de voortstuwing in de lagere
vermogensrange (Pd < + 2300 kW) gekozen moet worden voor de motoren van Caterpillar, Pielstick en Stork-Wartsila. De toerentallen van de MTU-motoren zijn namelijk aanzienlijk hoger (1440 - 1975 rpm) ten opzichte van de toerentallen van de andere motoren (700 - 1000 rpm).
Voor de waterjet is er in dit onderzochte snelheidsgebied (Vs < 28 kn) wel een tandwielkast noodzakelijk. Bij benadering ligt de overbrengingsverhouding ongeveer in de range 1:3 (bij ingaand toerental van 1000 - 1200 rpm). Er is uitgaande van het gewicht van de huidige overbrenging een schatting gemaakt van het gewicht voor de tandwielkast voor de waterjet.
Voor de waterjet kan een niet-omkeerbare tandwielkast warden toegepast omdat de waterjet zelf een omkeerrichting heeft (zie figuur 3.6).
Kandidaat voonstuvvingssysternen 24
Om het gewicht van de aandrijvende diesels te bepalen is een gewicht per kilowatt aangenomen. Hierbij is een MTU-motor genomen uit de 956-serie namelijk de 20V 956 TB92 met een continu vermogen van 4070 kW en een gewicht van
16280 kg zodat de gewichtverhouding 4.0 kg/kW is.
Het berekende gewicht 'can dan tevens worden vergeleken met het gewicht van de huidige voortstuwingsinstallatie van het 800 tons vaartuig. Deze
voortstuwingsinstallatie weegt 60.3 ton en bestaat uit 2 motoren, 2 tandwiellcasten, 2 schroefassen en 2 schroeven.
Noodzakelijke aanpassingen van de rompvorm
In geval van een schroefvoortstuwer als zijvoortstuwer zullen er weinig problemen te verwachten zijn bij de huidige rompvormen. Er moet wel aandacht worden besteed aan de plaatsing van de center-voortstuwer met name de grote vermogens. Aanpassingen in het achterschip zullen dan bestaan uit een vlakker achterschip (minder vlaktilling) of uit een eerder oplopen van de keelrise.
De ruimte voor plaatsing van een waterjet bij de huidige rompvormen is onvoldoende. De plaatsing van de waterjet vereist een groterediepgang van de spiegel. Dit betekent dat het oppervlak van de spiegel (onder de waterlijn) vergroot dient te worden. Dit 'can nadelige gevolgen hebben voor de weerstand (nl. de transom weerstand wordt groter). Een voordeel van de vergroting van de diepgang achter is dat oak het deplacement in het achterschip wordt vergroot. Dit is een voordeel omdat het toepassen van een waterjet een verlies aan deplacement betekent.
Tevens zal een vergroting van het deplacement in het achterschip wenselijk zijn met betrekking tot het gewicht van de totale voortstuwingsinstallatie in het achterschip.
hostenaspect
Hier worden alleen de aanschaffingskosten en installatiekosten beschouwd. De configuraties worden duurder met toenemend aantal units, overbrengingen en aandrijfmachines.
De operationele kosten zijn sterk afhankelijk van het operationeel profiel van het vaartuig oftewel hoe het voortstuwingsysteem belast wordt. Voor de operationele
kosten worth daarom verwezen naar het brandstofverbruik.
Kandidaat voortstuwingssystemen 25
Vergelijking configuratieg
Aan het einde van het beoordelingshoofdstuk zullen de configuraties op nog twee criteria beschouwd warden. Deze criteria worden niet in de beoordelingstabellen opgenomen maar in de tekst besproken. Het eerste criterium 'rendement versus prestaties' heeft betrelcicing op de vergelijlcing tussen de configuraties onderling,
terwijl het tweede criterium 'overeenkomsten tussen configuraties onderling' betrekking heeft op de vergelijlcing tussen de configuraties onderling maar oak tussen de configuraties van de middelsnelle vaartuigen en de isnelle vaartuigen. Rendement versus prestaties
Er 'client een afweging plaats te vinden tussen het.rendement (c.q. het
brandstofverbruik) en de geleverde prestaties. Het rendement 1can bij een bepaalde iconfiguratie vrij laag zijn maar daarentegen kan de configuratie zeer goede
eigenschappen hebben. Hierbij is te denken aan de manoeuvreerbaarheid en hef, acceleratie- en stopgedrag van een waterjet.
Overeenkomsten tussen configuraties onderling
De configuraties voor een type vaartuig zullen met elkaar vergeleken warden.. Wanneer de configuraties veel overeenkomsten hebben betreffende de beschouwde
criteria S afgewogen moeten worden met. welkeiconfiguratie wordt doorgegaan voor verdere studie.
Aan het efnde van het volgende hoofdstuk zullen de configuraties van, de middelsnelle en snelle versies met elkaar vergeleken warden.
De vraag rijst of er een modulaire opbouw van configuraties mogelijk is met als basis 2 Z-drives? Kan er door toevoeging of door weglating van bepaalde
voortstuwers een andere configuratie verkregen warden?
Kan er met schalingsfactoren een goede indruk ver1cregen warden in. eel' andere
configuratie?
Kandidaat voortstuwingssystemen ,26
Voldoet Voldoet Voldoet Geen motor Geen motor Geen motor GatC31 in snelh.bereik Ruitmegebrek Rnimtegebrek 4*Wl Voldoet Voldoet Voldoet Voldoet Ruitmegebrek Gaten in srielhhereili Gaten in snelh.bereik
Tabell ;63 Beoordeling op grond van afwijiingscriteria.,
2.units -raib
2*Z (50,50) Voldoet Voldoet Voldoet
2.*Wl
Afwijzingsbeoordeling Middelsnel Snel Middelsneli Snel
van configuraties 800 tons vaanuig 800 tons vaartuig 1200 tons vaartuig 200 tons vaartuig
Vmax = 22 kn. Vmax = 28 kn Vmax = 22 kn Vmax = 28 Icn
3112 (47,5,47) Galen in snelb .bereik Oaten in snelh.bereilc Gil= in snelh.bereik (45,10,45) Oaten in,gmetb AL.,ercik Oaten inaglitheililc Galen in snelh#reilc
(40,20,40) Voldoet Voldoet Voldoet
(33,33,33) Voldoer Voldoet Voldoet
1(30,40,30) Voldoet Voldoet Voldoet
(20,60,20) Voldoet Voldoet
(10,80,10) Oaten in snelh .bereni Gaten in snelh.bereik
2*Z+1*W.1 (47,5,47) Gaten in snelh.bereik (45,10,45) Gaten in spelh.bereik (40,20,40) Voldoet (3333,33) Voldoet (30,40,30) Voldoet (20,60,20) Voldoet (10,80,10) Gecn motor 1*Z+2*W.1 (47,5,47) Galen in snelb.bereik (45,10,45) Gaten in snelh.bereik (40,20,40) Ruimtegcbrck (3333,33) Ruirntegebrek (30,40,30) Ruimtegebrek (20,6020) (10,80,10) 3*WJ 4*Z (45,5,5,45) Galen in snelb.berefic (40,10,10,40) Paten .ii.ts!SibeFe* (30,20,2030) Voldoct (25,25,2525) Voldoct 2*Z+2*Wl (45,5,5,45) Gaten in sneihtereik (40,10,10,40) Gaten in snelb.bereik (30,20,2030) Voldoet (25.25.2525) Voldoet (20,30,30,20) Ruimtegebrek (10,40,40,10) Galen in snelh.beteik (5,45,45,5) Gaten in snelh.bereik
6 Beoordeling
De in het vierde hoofdstuk opgestelde configuraties worden in dit hoofdstuk beoordeeld.
Deze beoordeling gebeurt eerst op basis van de afwijzingscriteria wa2rdoor er voor de gedefinieerde vaartuigen met hun opgestelde specificaties realiseerbare configuraties overblijven.
Vervolgens worden deze overgebleven configuraties in paragraaf 6.2 aan de wegingscriteria onderworpen.
6.1 Beoordeling van de configuraties op grond van afwijzingscriteria.
De beoordeling van de configuraties is samengevat in tabel 6.1.
Geen aandrijvende diesels
Op basis van het afwijzingscriterium dat er geen aandrijvende diesels beschikbaar zijn vanwege het grote gevraagde vermogen, blijken er voor de snelle versies een aantal configuraties met een bepaalde vermogensverdeling niet geschikt.
Voor het snelle 800 tons vaartuig valt een configuratie af bestaande uit een center waterjet met twee zij-Z-drives met de vermogensverdeling (10%, 80%, 10%).
Bij het 1200 tons vaartuig vallen er drie configuraties af namelijk twee configuraties met de waterjet als centervoortstuwer en twee Z-drives als
zijvoortstuwers met de vermogensverdeling (10%, 80%, 10%) en (20%, 60%, 20%) en de configuratie met een Z-drive als middenvoortstuwer en 2 waterjets als zijvoortstuwers met de vermogensverdeling (47.5%, 5%, 47.5%).
Gaten in het snelheidsbereik
Gaten in het snelheidsbereik zijn berekend uitgaande van het 800 tons vaartuig. In bijlage 3 is een beschrijving van de berekening gegeven.
2 units
Op de configuratie met 2 Z-drives heeft het afwijzingscriterium gaten in het snelheidsbereik niet edit betrekking. Voor een groot gedeelte van bereikte
snelheidsgebied zal het vaartuig in een asymmetrische toestand varen, maarde
voortstuwers overlappen elkaar zodat deze configuratie op drie vaartuigen toepasbaar is n.l. het middelsnelle 800 tons en 1200 tons vaartuig en het snelle
800 tons vaartuig.
Kandidaat voonstawingssystemen 17
3 units
De gaten in het snelheidsbereik zijn niet zozeer afhankelijk van het type
voortstuwer alswel van de vermogensverdeling. Het blijkt dat het geen zin heeft units toe te passen die minder dan 20% van het totale vermogen leveren. Wanneer deze units zijn ontworpen voor de maximale ontwerpsnelheid, hebben dezeunits een ze,er slecht rendement bij lagere snelheden wanneer ze de stuwIcracht alleen moeten leveren.
Het rendementsverlies is grotendeels te wijten aan de overbelasting van de units. Dit is het geval bij zowel de Z-drive als de waterjet. Bij de Z-drive is een
rendementsverbetering van + 5% te behalen door spoedverstellen. De invloecl van de overbelasting is echter alles overheersend.
De kleinere units kunnen het vaartuig niet op een zodanige snelheid brengen dat door bijschakelen van een andere voortstuwer een aane,ensluitend snelheidsbereik
kan worden verIcregen.
De vermogensverdelingen (47.5%, 5%, 47.5%), (45%, 10%, 45%) en (10%, 80%, 10%) blijken niet geschikt voor de gedefinieerde (continue) operationele profielen. Vermogensverdelingen die geen gaten vertonen zijn (40%, 20%, 40%),
(33%, 33%, 33%), (30%, 40%, 30%) en (20%, 60%, 20%).
Het heeft dus geen zin om een hulpvoortstuwer, die slechts een klein deel van het totale vermogen opneemt, toe te passen die ook bij de maximale snelheid mee moet werken. Het is beter de unit te ontwerpen voor lagere snelheden en de andere voortstuwers groter uit te voeren zodat op alleen deze voortstuwers de maximale snelheid behaald kan worden.
4 units
Voor de vermogensverdelingen van de 4 unit voortstuwing geldt hetzelfde als voor de 3 unit voortstuwing. Een unit die 20% van het totale
voortstuwingsvermogen opneemt is niet zinnig vanwege het rendementverlies als gevolg van overbelasting.
Er vallen gaten bij de vermogensverdeling (47.5%, 5%, 5%, 47.5%). De verdeling (10%, 40%, 40%, 10%) verdient nadere aandacht. Bij deze 4 unit voortstuwing wordt door bijschakeling van andere units weldegelijk een
aaneensluitend snelheidsbereik verkregen maar door het rendementsverlies van de Ideine units en over een groat gebied de asymmetrische voortstuwing wordt deze configuratie niet verder in de beschouwing meegenomen.
De verdelingen (20%, 30%, 30%, 20%) en (25%, 25%, 25%, 25%) hebben een aaneensluitend snelheidsbereik.
Kandiclaat voortstuwingssystemen 28
Ruirntegebrek
De plaatsing van de Z-drives als zijvoortstuwer zal in het algemeen geen moeilijkheden opleveren. (Zie bijlage 4)
De Z-drive als voortstuwer op de centerlijn is moeilijker plaatsbaar vanwege de huidige keel-rise. Oplossingen kunnen worden gevonden in aanpassingen van de scheepsvorm. Deze aanpassingen zullen bij, de keuze van 'de configuraties verder besproken worden.
Configuraties bestaande uit alleen Z-drives zulleh dus, wat ruimtegebrek weinig problemen opleveren.
Er is uitgegaan van opgeschaalde Z-drives. Hierbiji is de slanlcheidsgraad van de units ook evenredig opgeschaald. De originele units zijn echter geschikt voor zeer hoge snelheden (35 - 40 lcnopen). Bij deze studie is de maximale snelheid V
=
28 Icn hierbij hood dus ook een andere slankheidsgraad.. In ons geval kunnen Z-drives misschien korter worden uitgevoerd waardoor een meer achterlijker Egging van de unit en dus ook van; de schroef wordt.verIcregen., Er 'wordt op deze maniermeer naimte voor de schroef gecreeerd
Plaatsing van waterjets is moeilijker dan Z-drives in de huidige scheepsvormen en vraagt als zodanig de nodige aanpassingen van de scheepsvorm. De diepgang ter plaatse van de spiegel biedt te weinig ruimte voor de waterjet. Er zijn
aanpassingen van de scheepsvorm mogelijk zodat de plaatsing van de wateijet als center-voortstuwer weinig problemen zal opleveren.
Plaatsing van de wateijets die niet op de centerlijn liggen verdienen nadere aandacht.
Dit zijn twee configuraties namelijk de configuratie bestaande tilt twee waterjets en een Z-drive en de configuratie bestaande uit twee waterjets en twee Z-drives.
Voor de waterjets is er een bepaalde benodigde diepgang van de spiegel gewenst. Deze diepgang van de spiegel blijft gelijk of wordt zelfs groter ter plaatse van de centerlijn. Er is een ldeine vlaktilling gewenst om de !cans op slamming te
verminderen, waardoor er voor de center Z-drive weinig ruimte overblijfti,
Bij de configuratie bestaande tilt twee waterjets en ten Z-drive wordt Met overwogen om een soort catamaran-achtige achtersteven toe te passen om de schroef op de centerlijn tussen de waterjets te kunnen plaatsen.
In bijlage 3 is een voorbeeld van een plaatsing vande verdeling (33.3%, 33.3%, 33.3%) gegeven.
Deze configuratie valt (met alle verdelingen) voor beide snelle versies af voor
verdere studiec,
Kandielnat voortswwingssystemen 29
Bij de configuratie bestaande uit twee waterjets en twee Z-drives ligt de plaatsing minder Icritiek. Toch is om aan te tonen dat deze configuratie ongunstig is met betrelcking tot de plaatsing van de voortstuwers is in de bijlage 3 een beschouwing gegeven.
Hieruit volgt dat de verdeling (20%, 30%, 30%, 20%) met als middelste voortstuwers waterjets afvalt voor verder onderzoek.
Conclusie afwijzingsbeoordeling
Tenslotte houden we voor de middelsnelle vaartuigen 5 configuraties over. De configuraties zijn alien opgebouwd uit Z-drives. Er is een configuratie mogelijk
bestaande uit twee Z-drives en 4 configuraties opgebouwd uit 3 Z-drives met de vermogensverdeligen (40%, 20%, 40%), (33%, 33%, 33%), (30%, 40%,30%) en (20%, 60%, 20%).
Voor de snelle vaartuigen zijn er meer configuraties mogelijk als gevolg van de mogelijkheid van toepassing van de waterjet en voortstuwing door 4 units. Voor het snelIe 800 tons vaartuig blijven er 12 configuraties over en voor het
snelle 1200 tons vaartuig 7 configuraties. Voor het snelle 800 tons vaartuig is er een voortstuwing door 2 Z-drives mogelijk, deze configuratie is niet mogelijk voor het 1200 tons vaartuig.
Bij voortstuwing door 3 Z-drives blijven er voor het 800 tons vaartuig 3 vermogensverdelingen over; (40%, 20%, 40%), (33%, 33%, 33%) en (30%, 40%, 30%).
Voor het 1200 tons vaartuig blijft bij deze optie alleen de verdeling (33%, 33%, 33%) over.
Voortstuwing door twee Z-drive en een waterjet geeft het 800 tons vaartuig4
mogelijkheden om het voort te stuwen. De bijbehorende vermogensverdelingen zijn (40%, 20%, 40%), (33%, 33%, 33%), (30%, 40%, 30%) en (20%, 60%, 20%).
Voor het 1200 tons vaartuig blijven de (33%, 33%, 33%) en (30%, 40%, 30%) verdelingen over.
De voortstuwing door een Z-drive en 2 waterjets wordt verder niet meer beschouwd voornamelijk vanwege de moelijke plaatsing van de Z-drive op de centerlijn.
Kandidaat voortstuwingssystemen 30
