Pędnik Voitha-Schneidera

Co określa pędnik Voitha-Schneidera

Pędnik Voitha-Schneidera (VSP) to cykloidalna jednostka napędowa o osi pionowej osadzona równo z dnem statku. Tarcza wirnika niesie od czterech do sześciu pionowych skrzydeł krążących wokół wspólnej osi na stałej głębokości zanurzenia. Kąt natarcia każdego skrzydła zmienia się nieustannie w trakcie obrotu za sprawą wewnętrznego mechanizmu sterującego, więc wypadkowy wektor naporu daje się ustawić w dowolnym kierunku w zakresie 360 stopni albo sprowadzić do zera, bez zmiany prędkości wirnika i bez nawracania napędu. To kluczowa różnica wobec pędnika azymutalnego: jednostka azymutalna zmienia kierunek naporu, obracając całą obudowę wraz ze śrubą wokół osi pionowej, co zabiera czas i drogę przekładni; VSP zmienia kierunek, przestawiając wzór skoku skrzydeł, co dzieje się niemal natychmiast. To także powód, dla którego jednostki z VSP rzadko noszą osobny ster albo ster strumieniowy dziobowy — pędnik daje już napór we wszystkich kierunkach.

Główne elementy

Tarcza wirnika i skrzydła

Wirnik siedzi w kolistym otworze w poszyciu dna statku, uszczelniony wobec kadłuba. Od czterech do sześciu skrzydeł o profilu płata zamontowano na pionowych sworzniach wokół obwodu tarczy; liczbę i cięciwę skrzydeł dobiera się do wymaganego naporu oraz do celów hałasowych i drganiowych.

Mechanizm sterujący (układ mimośrodowy z jarzmem)

Przesuwny punkt sterujący wewnątrz wirnika wyznacza cykl skoku dla każdego skrzydła przechodzącego swoją orbitę. Przesunięcie tego punktu zmienia zarówno kierunek, jak i wielkość naporu; napędza się go zwykle hydraulicznie z mostka albo z pulpitu manewrowego.

Napęd główny i łożyska

Moc dochodzi z silnika wysokoprężnego albo elektrycznego przez wał główny pionowy lub z przekładnią stożkową do obudowy wirnika. Łożyska stóp skrzydeł, główne łożysko wirnika i łożyska mechanizmu sterującego pracują zanurzone albo w obudowie wypełnionej olejem i zależą od nienaruszonych uszczelnień trzymających wodę morską z dala.

Uszczelnienia

Obrotowe uszczelnienia wałowe między stopami skrzydeł a otworem w kadłubie oraz wokół głównego wału wirnika są główną barierą przed wnikaniem wody do obudowy przekładni; ich stan jest zdecydowanie najczęstszym źródłem nieplanowanego postoju VSP.

Dobór i wymiarowanie

VSP wymiaruje się według wymaganego uciągu na palu albo naporu w swobodnej żegludze, średnicy wirnika, liczby skrzydeł i dopuszczalnego zanurzenia, bo obudowa wystaje poniżej płaskiego dna i ogranicza prześwit pod stępką na płytkiej wodzie. Typowe prędkości wirnika mieszczą się mniej więcej w zakresie 50 do 90 obrotów na minutę zależnie od wielkości jednostki, a moc zainstalowana na jednostkę sięga od kilkuset kilowatów na holownikach portowych i promach do kilku megawatów na dużych holownikach eskortowych, pogłębiarkach i części statków zaopatrzenia offshore. Instalacje z dwiema jednostkami są powszechne, bo dają różnicowy napór do zwrotu zupełnie bez steru.

Przepisy i klasa

Ponieważ VSP łączy napęd i sterowanie w jednej jednostce, towarzystwa klasyfikacyjne oceniają go zarówno według przepisów dla maszyn napędowych, jak i dla maszyn sterowych, a większość oferuje osobną notację dla napędu cykloidalnego. Tam, gdzie VSP jest jedynym środkiem sterowania jednostki, zasadę nadmiarowości z SOLAS rozdz. II-1 dla maszyn sterowych stosuje się, oceniając układ dwóch jednostek jako drogę nadmiarową, skoro pojedynczy ster mechaniczny nie jest zamontowany. Próby morskie obejmują zwykle osobny program prób manewrowych i zatrzymania awaryjnego właściwy jednostkom cykloidalnym, a klasa wymaga okresowego przeglądu łożysk skrzydeł, uszczelnień i mechanizmu sterującego w odstępach ustalonych przepisami towarzystwa dla odpowiedników linii wałów napędowych.

Typowe usterki

• Awaria uszczelnienia — woda morska wchodzi do obudowy przekładni, zanieczyszcza olej smarowy i przyspiesza zużycie łożysk; wykrywana zwykle najpierw jako rosnąca zawartość wody w rutynowych próbkach oleju.
• Zużycie łożysk skrzydeł — zwiększa luz mechaniczny w cięgnie nastawiania skoku, wywołując drgania i utratę precyzji przy utrzymywaniu pozycji i manewrowaniu na małej prędkości.
• Zużycie mechanizmu sterującego — nieprecyzyjny cykl skoku przestaje odpowiadać zadanemu wektorowi naporu, więc jednostka schodzi z drogi, choć pulpit pokazuje właściwe nastawienie.
• Uszkodzenie skrzydła od wejścia na mieliznę albo uderzenia odpadków — wygięte lub wyszczerbione skrzydło rozstraja obraz naporu, powodując drgania, a w poważnych przypadkach zmuszając do pracy na połowie mocy aż do naprawy.

Na co zwrócić uwagę u dostawcy

• Łożyska skrzydeł i uszczelnienia ze źródła producenta pierwotnego; tolerancje mechanizmu skoku są na tyle ciasne, że części nieoryginalne często powodują przedwczesne zużycie.
• Sieć serwisowa zdolna sprawdzić i wymienić skrzydła oraz uszczelnienia na wodzie, bez dokowania, bo dostęp nurkiem albo przez keson należy do pierwotnego zamysłu konstrukcyjnego.
• Udokumentowane dane prób morskich i osiągów manewrowych dla dokładnie zamówionej wielkości wirnika i układu skrzydeł.
• Dostępność zestawu zapasowego skrzydła i uszczelnień dobranego do zamontowanej jednostki, trzymanego na statku albo w składzie regionalnym.

Wpisujcie stan uszczelnień i zawartość wody w oleju obudowy przekładni przy każdym zawinięciu do portu: uszczelnienie, które zaczyna sączyć, jest najwcześniejszym i najtańszym ostrzeżeniem, jakie daje VSP, nim uszkodzenie łożyska zamieni robotę uszczelniającą w pełny remont wirnika.