Scheepsschroeven zijn, eenvoudig gezegd, vergelijkbaar met autobanden. Ze zetten het vermogen van de motor om in de aandrijfkracht van de boot en zijn het meest gebruikte voortstuwingsmiddel aan boord.
De geschiedenis van scheepsschroeven
In 1776 vond de Britse uitvinder James Watt de stoommachine uit. Die droeg niet alleen in hoge mate bij aan de eerste industriële revolutie in de menselijke geschiedenis, maar luidde ook het tijdperk in waarin mechanische kracht als voortstuwing op zee werd gebruikt. Bovendien legde de uitvinding de technische basis voor de Britse heerschappij op zee. Omdat de scheepsschroef toen nog niet bestond, bedachten ingenieurs, beperkt door hun verbeeldingskracht, het schoepenrad op basis van het principe van de schroef. Dit was een boot met aan weerszijden schoepenraderen. Omdat een deel van het rad in het water stak, werd dit een raderboot genoemd. Raderboten hadden echter ook veel nadelen, zoals een zeer slechte manoeuvreerbaarheid en een laag rendement van de aandrijving, vooral bij het aanmeren.
In 1836 gebruikte het Britse schip „Archimedes” een schroefvormige propeller: een lang stuk hout dat als een schroef was gevormd. Tijdens de eerste test voer de boot met een snelheid van 4 knopen. Later liep de boot een obstakel in het water tegen het lijf, waardoor de schroef brak. Er bleef een kort stukje over, maar de snelheid van de boot nam toe tot 13 knopen. Dit kleine ongeluk bracht ingenieurs op het idee om de lange schroef korter te maken en vervolgens de korte schroef om te vormen tot een blad. Zo werd de scheepsschroef stap voor stap door experimenten uitgevonden. Uiteraard waren er ook allerlei complicaties, zoals de afdichting van de schroefas en trillingen onder water. Dankzij de voortdurende technologische vooruitgang wordt de scheepsschroef vanwege zijn grote voordelen tegenwoordig op grote schaal gebruikt door scheepswerven over de hele wereld.
De belangrijkste parameters van een scheepsschroef
1. Spoed P:
Dit is de afstand die een scheepsschroef in axiale richting aflegt tijdens één omwenteling. Dit is vergelijkbaar met de afstand die een schroef in hout aflegt wanneer die één keer ronddraait. Dit is echter theoretisch: in de praktijk slippen de schroefbladen in het water, waardoor het rendement afneemt. Ook speelt slip hierbij dus een rol.
Hoe groter de spoed van het blad, hoe groter de spoedhoek ten opzichte van het vlak van de schroef. Bij een bepaalde snelheid is er echter een optimale spoedhoek. De bladen van een schroef met vaste spoed kunnen niet draaien. Daardoor is die alleen bij de ontwerpsnelheid het efficiëntst. Bij verstelbare schroeven is dat anders: de bladen kunnen draaien, zodat ook de spoed kan worden aangepast. Voor schepen die met verschillende snelheden moeten varen, kan het gebruik van verstelbare schroeven het rendement aanzienlijk verhogen en brandstof besparen.
2. Diameter van de scheepsschroef D:
Dit is de diameter van de buitenste cirkel die de bladen beschrijven. Bij het ontwerpen van een scheepsschroef wordt doorgaans gestreefd naar een zo groot mogelijke diameter om de stuwkracht te vergroten. Bij jachten beperken de diepgang en de montagepositie echter de mogelijkheden. Een te grote schroef wordt niet door de romp beschermd en kan gemakkelijk ergens tegenaan komen.
3. Uitgebreide bladoppervlakverhouding EAR:
Eerst moeten we weten dat het schijfoppervlak het oppervlak is van de cirkel met de diameter van de scheepsschroef: S=π(D/2)². Als de som van de oppervlakken die alle schroefbladen in dat vlak innemen S2 is, dan geldt EAR=S2/S. Hoe groter de uitgebreide bladoppervlakverhouding, hoe voller het blad en hoe lager de belasting per oppervlakte-eenheid. Dat helpt cavitatie voorkomen. Een grotere uitgebreide bladoppervlakverhouding verlaagt echter het rendement van de scheepsschroef. Om cavitatie tegen te gaan en tegelijk het rendement te verbeteren, moet deze verhouding daarom zo klein mogelijk worden gehouden. Bij de meeste scheepsschroeven is de uitgebreide bladoppervlakverhouding kleiner dan 1, maar bij sommige schroeven voor snelle vaartuigen is deze groter dan 1.
Veelgebruikte typen scheepsschroeven voor jachten
Scheepsschroef met vaste spoed:
Een scheepsschroef met vaste spoed. Dankzij de eenvoudige constructie is dit type het meest gangbaar op kleine en middelgrote jachten. De schroef heeft drie tot vier bladen. Voordelen: eenvoudige constructie, duurzaam en gemakkelijk te onderhouden. Nadelen: de spoed is niet verstelbaar, waardoor het rendement alleen bij een bepaalde snelheid optimaal is. Om het rendement te verbeteren, hebben de schroefbladen daarom doorgaans een grote diameter en een laag toerental. Ook de klapschroeven die op zeilboten worden gebruikt, hebben een vaste spoed.
Verstelbare scheepsschroef:
Een scheepsschroef met verstelbare spoed. De spoed kan worden aangepast aan de snelheid, zodat een hoog rendement behouden blijft en het brandstofverbruik maximaal wordt beperkt. De nadelen zijn ook duidelijk: de constructie is complex, de kosten zijn hoog en het onderhoud is lastig. Dit type wordt doorgaans op grote jachten gebruikt.
Contra-roterende scheepsschroeven:
Twee scheepsschroeven die in tegengestelde richting draaien, worden op dezelfde as gemonteerd. Voorbeelden zijn de contraroterende schroeven van VOLVO en ZF. De draaiende waterstroom die door de voorste schroef wordt opgewekt, wordt door de achterste schroef benut. Die neemt tegelijkertijd een deel van de rotatie-energie op, wat het voortstuwingsrendement verder verhoogt. Nadelen: de constructie is complex en doordat het materiaal de stuwkracht begrenst, wordt dit type minder vaak gebruikt op grote schepen.
Er zijn natuurlijk nog andere typen scheepsschroeven, maar die worden minder vaak toegepast.
